JP6938200B2 - アコースティックエミッション試験のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、広くは、アコースティックエミッションに関し、特に、物体からのアコースティックエミッションを検出することに関する。更に、より具体的には、本開示は、物体のアコースティックエミッションを解析して、これらの物体の経時的な構造健全性を評価するための、方法及び装置に関する。

アコースティックエミッションは、材料が構造的変化を経験するときの、物体又は材料内の音響波の放射である。例えば、非限定的に、複合材料物が構造的変化を経験するときに、アコースティックエミッションが生じ得る。この構造的変化は、亀裂形成、亀裂伸長、スプリット形成、スプリット伸長、層間剥離、何らかの他の種類の構造的変化、又はそれらの組み合わせの形態を採り得る。

これらの音響波は、その後に解析され得るデータを生成するために使用される音響センサを使用して検出され得る。しかし、アコースティックエミッションの検出及び解析を実行するための現在利用可能な方法を使用して、望ましいレベルの精度を有する構造的変化の性質又はモードを特定することは、望まれるよりも困難で、面倒で、時間がかかり得る。ある場合では、現在利用可能な方法を使用して、構造的変化の性質又はモードを特定することが、可能ではないかもしれない。

アコースティックエミッションの検出及び試験の幾つかの現在利用可能な方法は、検出されたアコースティックエミッションに基づいて生成された信号が、単一の種類の構造的イベントの結果であることを要求し得る。しかし、非限定的に、複合材料物などの幾つかの物体は、複数の種類の構造的変化を同時に経験し得る。アコースティック検出及び試験の幾つかの現在利用可能な方法は、複数のモードの構造的変化が何時同時に生じたかを、容易に且つ素早く判定することができないだろう。特に、所与の時間間隔の間に物体内で複数の構造的変化が生じたときに、アコースティック検出及び試験の現在利用可能な方法は、特定のモードの構造的変化を特定することができないだろう。したがって、少なくとも上述の問題点の幾つかと、起こり得る他の問題点を考慮した方法及び装置を有することが望ましいだろう。

例示的な一実施形態では、装置が、音響感知システム及び解析器モジュールを備える。音響感知システムは、物体に対して配置されている。音響感知システムは、アコースティックエミッションを検出し、検出されたアコースティックエミッションの音響波形データを生成する。解析器モジュールは、コンピュータシステム内に実装されている。解析器モジュールは、物体の負荷データ及び音響波形データを受信し、負荷データの複数のビン（ｂｉｎ）を生成し、音響波形データを使用して複数のビンの複数の周波数分布関数を生成し、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

別の例示的な一実施形態では、音響波を使用して物体を解析するための方法が提供される。物体の負荷データが、受信される。物体の音響波形データが、音響感知システムから受信される。音響波形データは、物体から発するアコースティックエミッションを表し、音響感知システムを使用して検出される。負荷データの複数のビンが生成される。音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される。一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

更に別の例示的な一実施形態では、航空機のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、航空機内の複合材料物を監視するための方法が提供される。複合材料物から放射されるアコースティックエミッションは、音響感知システムを使用して検出され、音響波形データを生成する。解析器モジュールが、複合材料物の音響波形データ及び負荷データを受信する。解析器モジュールは、負荷データの複数のビンを生成する。音響波形データ内の一組の波形が、複数のビンのうちの対応するビン内に入る。解析器モジュールは、音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数を生成する。一組の管理下にある学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数、音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用され、複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力を生成する。分類出力は、オペレータが、より容易に且つ素早く複合材料物の構造健全性を評価することを可能にする。

特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において単独で実現することが可能であるか、又は以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解され得る、更に別の実施形態において組み合わされることが可能である。

例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかし、例示的な実施形態と、好ましい使用モードと、更にはその目的及び特徴とは、添付図面を参照して本開示の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。

例示的な一実施形態による、試験環境の図である。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、物体、音響感知システム、及び解析器モジュールの図である。 例示的な一実施形態による、航空機の等角図である。 例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、アコースティックエミッションを使用して物体を解析するためのプロセスの図である。 例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、複数の周波数分布関数を生成するためのプロセスの図である。 例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数に適用して、出力を生成するための１つのプロセスの図である。 例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数に適用して、出力を生成するための別の１つのプロセスの図である。 例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、アコースティックエミッションを使用して航空機内の複合材料物を解析するためのプロセスの図である。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、データ処理システムの図である。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、航空機の製造及び保守方法の図である。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、航空機の図である。

例示的な実施形態は、種々の検討事項を考慮する。例えば、例示的な実施形態は、同時に生じている複数の構造的イベントの特定及び分類を可能にする、物体からのアコースティックエミッションを検出及び解析するための方法及び装置を有することが、望ましいだろうということを考慮する。特に、例示的な実施形態は、音響波形と構造的変化の特定のモードとの間の正確な関連付けを可能にする、物体の負荷履歴に対してアコースティックエミッションを解析するための方法及び装置を有することが、望ましいだろうということを考慮する。

したがって、例示的な実施形態は、アコースティックエミッションを使用して物体を解析するための方法及び装置を提供する。例示的な一実施例では、音響感知システムを使用して、物体から発するアコースティックエミッションが検出され、音響波形データを生成する。音響波形データは、物体の負荷データと共に受信される。負荷データの複数のビンが生成される。音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される。一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数に適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

特に、例示的な実施形態は、構造的変化の複数のモードが何時同時に物体内で生じたかを判定することに関連する課題を解決する、方法及び装置を提供する。更に、例示的な実施形態は、構造的変化の複数のモードが所与の時間間隔の間に生じたときでさえも、その時間間隔の間に物体内で生じた構造的変化の各特定のモードを特定することに関連する課題を解決する、方法及び装置を提供する。

次に、図面、特に図１を参照すると、例示的な一実施形態による、試験環境の図が描かれている。この例示的な実施例では、試験環境１００が、物体１０２の試験を実行するために使用され得る。この例示的な実施例では、物体１０２が、複合材料物の形態を採る。しかし、非限定的に、他の例示的な実施例では、物体１０２が、金属製の物体などの他の種類の物体であり得る。

音響感知システム１０４は、物体１０２から発するアコースティックエミッションを検出するために使用される。音響感知システム１０４は、音響センサ１０６、信号調整器１０７、及び送信機１０８を含む。音響センサ１０６の各音響センサは、物体１０２と接触するように配置され、負荷が物体１０２に加えられた際に、経時的に物体１０２を通って放射され得る音響波を検出することができる。（図示せぬ）この負荷は、経時的に一定であり、経時的に変動し、又は経時的に変動する間隔と混合された一定の間隔のパターンに従い得る。

この例示的な実施例では、音響センサ１０６が、信号調整器１０７を通って送信機１０８へ送信される、アコースティックエミッション信号を生成する。信号調整器１０７は、これらのアコースティックエミッション信号を、増幅し、フィルタリングし、増幅及びフィルタリングし得る。その後、送信機１０８は、アコースティックエミッション信号を音響波形データへ変換し、その後、音響波形データが、処理のために無線で解析器モジュール１０９に送信される。ある場合では、送信機１０８が、前置増幅器又は増幅器構成要素を含み、それらが、音響波形データへの変換の前に、アコースティックエミッション信号のゲインを調整し得る。

描かれているように、解析器モジュール１０９は、コンピュータシステム１１０内に実装されている。この例示的な実施例では、送信機１０８が、音響波形データをコンピュータシステム１１０内の解析器モジュール１０９に無線で送信する。他の例示的な実施例では、送信機１０８が、１以上の有線接続を介して、音響波形データを解析器モジュール１０９に送信し得る。

解析器モジュール１０９は、音響波形データと負荷データの両方を受信する。負荷データは、経時的に、物体１０２に加えられた負荷又は物体１０２によって経験された負荷の測定値を含み得る。解析器モジュール１０９は、検出されたアコースティックエミッションに基づいて、経時的な物体１０２内の構造的変化の性質及びモードを特定するために必要な、時間及びコンピュータ処理リソースの量を低減させるやり方で、音響波形データ及び負荷データを処理する。特に、解析器モジュール１０９は、オペレータがより容易に且つ素早く物体１０２の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する。

次に、図２を参照すると、例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、物体、音響感知システム、及び解析器モジュールの図が描かれている。物体２００は、幾つかの異なる形態を採り得る。例示的な一実施例では、物体２００が、複合材料物２０２の形態を採る。しかし、他の例示的な実施例では、物体２００が、金属製の物体、少なくとも部分的に金属成分を有する物体、又は何らかの他の種類の物体の形態を採り得る。

実施態様に応じて、物体２００は、物体２００のライフサイクルにおける任意の段階にあり得る。例えば、非限定的に、物体２００は、試験段階にあり、システムインテグレーション段階にあり、運航段階にあり、整備段階にあり、修理段階にあり、又は物体２００のライフサイクルの間の時間における何らかの他のポイントにあり得る。例示的な一実施例では、複合材料物２０２が、試験材であり得る。図１の物体１０２は、図２の物体２００に対する例示的な一実施態様である。

音響感知システム２０４は、物体２００への負荷に応じて、物体２００からのアコースティックエミッション２０６を検出するために使用される。この負荷は、実施態様に応じて幾つかの異なるやり方で実行され得る。例えば、ある場合では、外的な負荷が、長時間にわたり物体２００に対して加えられ得る間に、この負荷によって生じたアコースティックエミッション２０６を検出するために、音響感知システム２０４が使用される。他の例示的な実施例では、負荷が、より大きな構造体又はシステムへの物体２００の統合によるものであり得る。

物体２００への負荷は、経時的に、物体２００の構造健全性に影響を与え得る。例えば、負荷は、物体２００の構造健全性を低減させる、物体２００内の特定の構造的変化をもたらし得る。これらの構造的変化は、亀裂形成、スプリッティング、亀裂伸長、スプリット伸長、繊維破断、層間剥離、何らかの他の種類の望ましくない構造的変化、又はそれらの組み合わせを含み得るが、それらに限定されるものではない。

アコースティックエミッション２０６は、物体２００内の構造的変化のために物体２００を通って放射される音響波である。音響感知システム２０４は、一組の音響センサ２０８を備える。本明細書で使用される際に、「一組の」アイテムは、１以上のアイテムを含み得る。このやり方では、一組の音響センサ２０８が、１以上の音響センサを含み得る。

音響センサ２１０は、一組の音響センサ２０８内の１つの音響センサの一例である。例示的な一実施例では、音響センサ２１０が、アコースティックエミッション２０６を検出するために、物体２００と接触するように配置されている。

一組の音響センサ２０８は、アコースティックエミッション２０６を検出し、検出されたアコースティックエミッション２０６の音響波形データ２１２を生成する。音響波形データ２１２は、解析器モジュール２１４に送信される。解析器モジュール２１４は、任意の数の有線通信リンク、無線通信リンク、他の種類の通信リンク、又はそれらの組み合わせを使用して、音響感知システム２０４から音響波形データ２１２を受信し得る。

この例示的な実施例では、解析器モジュール２１４が、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせで実装され得る。ソフトウェアを使用するときに、解析器モジュール２１４によって実行される動作は、例えば、非限定的に、プロセッサユニットで実行されるように構成されたプログラムコードを使用して実施することができる。ファームウェアを使用するときに、解析器モジュール２１４によって実行される動作は、例えば、非限定的に、プロセッサユニットで実行されるように、プログラムコード及びデータを使用して実施され、永続メモリに記憶することができる。

ハードウェアが採用されるときに、ハードウェアは、解析器モジュール２１４の動作を実行するように動作する１以上の回路を含むことができる。実施態様に応じて、ハードウェアは、回路システム、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス、又は任意の数の動作を実行するよう構成された、何らかの他の適切な種類のハードウェアデバイスの形態を採り得る。

プログラマブル論理デバイスは、特定の動作を実行するように構成され得る。このデバイスは、これらの動作を実行するように恒久的に構成され、又は再構成され得る。プログラマブル論理デバイスは、例えば、非限定的に、プログラマブル論理アレイ、プログラマブルアレイ論理、フィールドプログラマブル論理アレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又は何らかの他の種類のプログラマブルハードウェアデバイスの形態を採り得る。

この実施例では、解析器モジュール２１４が、コンピュータシステム２１６を使用して実装される。図１のコンピュータシステム１１０内に実装された解析器モジュール１０９は、コンピュータシステム２１６内に実装された解析器モジュール２１４の例示的な一実施態様であり得る。コンピュータシステム２１６は、単一のコンピュータ又は互いに通信する複数のコンピュータを含み得る。

音響波形データ２１２を受信することに加えて、解析器モジュール２１４は、負荷データ２１８も受信する。例示的な一実施例では、負荷データ２１８が、負荷感知システム２２０によって生成されたデータであり得る。負荷感知システム２２０は、経時的に物体２００への負荷を測定する１以上の負荷センサを含み得る。

他の例示的な実施例では、解析器モジュール２１４が、データベース２２２から負荷データ２１８を読み出す。例えば、非限定的に、負荷データ２１８は、同じ又は同様な負荷条件の下で、物体２００と類似する物体に対して生成された、以前に生成された負荷データであり得る。

解析器モジュール２１４は、負荷データ２１８の複数のビン２２４を生成する。複数のビン２２４は、複数のビン幅２２６を有する。特に、複数のビン２２４内の各ビンは、複数のビン幅２２６内の対応するビン幅を有する。例示的な一実施例では、複数のビン幅２２６が等しくなり得る。しかし、他の例示的な実施例では、複数のビン幅２２６の１以上のビン幅が異なり得る。

ある例示的な実施例では、複数のビン幅２２６が、複数の時間ベースのビン幅である。言い換えると、複数のビン２２４の各ビンは、時間間隔に対応し得る。他の例示的な実施例では、複数のビン幅２２６が、複数の負荷ベースのビン幅である。言い換えると、複数のビン２２４の各ビンは、負荷間隔に対応し得る。

解析器モジュール２１４は、複数のビン２２４及び音響波形データ２１２を使用して、複数の周波数分布関数２２８を生成する。例示的な一実施例では、複数の周波数分布関数２２８が、複数の周波数ヒストグラム２３０の形態を採り得る。

複数の周波数分布関数２２８は、複数のビン２２４内の各ビンに１つの周波数分布関数を含む。例えば、解析器モジュール２１４は、ビン２３４の周波数分布関数２３２を生成する。ビン２３４は、規定された時間間隔又は規定された負荷間隔であり得る、規定されたビン幅２３４を有する。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、選択された周波数範囲を複数の周波数ビン２３５へ分割することによって、周波数分布関数２３２を生成する。実施態様に応じて、複数の周波数ビン２３５は、同じ又は異なるビン幅を有し得る。複数の周波数ビン２３５内の各周波数ビンは、カウントをホールドするために使用され、したがって、インクリメントされ得る。

その後、解析器モジュール２１４は、負荷データ２１８に対して音響波形データ２１２を処理する。例えば、複数のビン２２４内の各ビンに対して、解析器モジュール２１４は、音響波形データ２１２を使用して、そのビンに入る一組の波形を特定する。その後、解析器モジュール２１４は、複数のビン２２４内の各ビンに対して特定された一組の波形の高速フーリエ変換を計算する。

例示的な一実施例として、解析器モジュール２１４は、音響波形データ２１２を使用して、ビン２３４に入る一組の波形２３８を特定する。ある例示的な実施例では、少なくとも１つの波形が複数のビン２２４の各ビン内に完全に入るように、複数のビン２２４の複数のビン幅２２６が選択され得る。次に、解析器モジュール２１４は、ビン２３４内に入る一組の波形２３８の高速フーリエ変換を計算する。その後、解析器モジュール２１４は、計算された高速フーリエ変換に基づいて、一組の波形２３８の周波数ピーク２４０を特定する。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、一組の波形２３８内の各波形の規定された幾つかの数の周波数ピークを選択する。本明細書で使用される際に、「幾つかの」アイテムは、１以上のアイテムを含み得る。このやり方では、規定された幾つかの数の周波数ピークが、１以上の周波数ピークを含み得る。ある場合では、解析器モジュール２１４によって選択された幾つかの周波数ピークが、例えば、非限定的に、一組の波形２３８の計算された高速フーリエ変換に基づいて、一組の波形２３８内の各波形に対する、３つ、４つ、５つ、８つ、又は何らかの他の数の周波数ピークであり得る。

解析器モジュール２１４は、特定された周波数ピークが対応する周波数ビン内に入るときに、複数の周波数ビン２３５内の対応する周波数ビンをインクリメントする。例えば、幾つかの周波数ピーク２４０が、約８０キロヘルツと約９０キロヘルツの間の範囲に対応する周波数ビンに入るならば、周波数ビンは、この範囲内に入る周波数ピークの全体の数によってインクリメントされる。このプロセスは、ビン２３４の周波数分布関数２３２を生成する。

他の例示的な実施例では、複数の周波数ビン２３５が、異なるように蓄積され得る。例えば、複数の周波数ビン２３５内の周波数ビンは、音響波形データ２１２を使用して計算された、その周波数ビンにおけるエネルギーの蓄積であり得る。

ビン２３４の周波数分布関数２３２を生成するプロセスは、複数のビン２２４の各々に対して繰り返され、最終的に複数の周波数分布関数２２８を生成する。複数の周波数分布関数２２８は、オペレータに、物体２００の構造健全性を素早く評価する容易なやり方を提供する。

物体２００が試験物体であるときに、複数の周波数分布関数２２８を更に処理することは、解析器モジュール２１４によって実行される。例えば、非限定的に、解析器モジュール２１４は、複数の周波数分布関数２２８を使用して、複数のクラスタ２４２を生成する。複数のクラスタ２４２は、興味の対象となる複数のクラスタである。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、１以上の管理下にない学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数２２８に適用して、複数のクラスタ２４２を規定する。複数のクラスタ２４２内の各クラスタは、複数の周波数分布関数２２８からの周波数分布関数のグルーピングである。

本明細書で使用される際に、管理下にない学習アルゴリズムは、ラベル付きの反応（ｌａｂｅｌｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）なしにデータを含むデータセットから結果を導くための機械学習アルゴリズムである。管理下にない学習の一例は、クラスタリングである。クラスタリングアルゴリズムは、クラスタと称され得る同じグループ内のエレメントが、他のグループ内のものよりも互いに類似するようなやり方で、一組のエレメントをグルーピングするためのアルゴリズムであり得る。

これらの例示的な実施例では、解析器モジュール２１４が、複数の周波数分布関数２２８内の周波数分布関数をグルーピングする、一組の管理下にない学習アルゴリズム使用して、複数のクラスタ２４２を生成し得る。実施態様に応じて、Ｋ平均クラスタリングアルゴリズム、混合モデルクラスタリングアルゴリズム、階層クラスタリングアルゴリズム、何らかの他の種類のクラスタリングアルゴリズム、何らかの他の種類の管理下にない学習アルゴリズム、又はそれらの組み合わせが使用されて、複数のクラスタ２４２を特定し得る。

複数のクラスタ２４２内の各クラスタは、物体２００の構造健全性に影響を与える構造的変化に対応する。例示的な一実施例では、複数のクラスタ２４２内の各クラスタが、物体２００の構造健全性を低減させる構造的変化の異なるモードに対応する。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、複数のクラスタ２４２の複数の記述子２４４を特定する。クラスタの記述子は、重心、平均、又はクラスタの何らかの他の種類の典型的な周波数分布関数であり得る。例示的な一実施例として、記述子は、そのクラスタの重心周波数分布関数であり得る。

複数のクラスタ２４２は、交互の試験データ（ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ）２３６を使用して、構造的変化の複数のモードに関連付けられ得る。交互の試験データ２３６は、そこから物体２００内の構造的変化が容易に特定され得るところのデータであり得る。例えば、交互の試験データ２３６は、Ｘ線画像データ、超音波画像データ、赤外線画像データ、モデリングデータ、又は何らかの他の種類のデータの形態を採り得る。モデリングデータは、コンピュータモデルから生成され得る。

例示的な一実施例として、非限定的に、交互の試験データ２３６は、物体２００への負荷の間に物体２００に対して生成されたその場での（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）Ｘ線データの形態を採る。その後、交互の試験データ２３６は、物体２００内の構造的変化を検出し、これらの構造的変化を複数のモード２４６として特定するために使用される。複数のモード２４６内の各モードは、異なる種類の構造的変化であり得る。ある場合では、複数のモード２４６内の各モードが、構造的損傷（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）のモードと称され得る。

例えば、非限定的に、物体２００は、複合材料試験材の形態を採り、複数のモード２４６は、亀裂生成、亀裂伸長、スプリッティング、及びスプリット伸長を含み得る。ある場合では、複数のモード２４６が、繊維破断、層間剥離、又は何らかの他の形態の構造的損傷も含み得る。

複数のモード２４６と複数のクラスタ２４２の両方は、複数のクラスタ２４２内の各クラスタが、複数のモード２４６内の対応するモードと実質的に重なるように、負荷データ２１８へとマッピングバック（ｍａｐ ｂａｃｋ）される。言い換えると、複数のモード２４６は、負荷データ２１８を使用して、特定の時間、負荷条件、又はそれらの両方にマッピングバックされ得る。

同様に、複数のクラスタ２４２は、負荷データ２１８を使用して、特定の時間、負荷条件、又はそれらの両方にマッピングバックされ得る。例えば、非限定的に、負荷データ２１８の複数のビン２２４内の各ビンは、複数のクラスタ２４２内の特定のクラスタに属する１以上の波形を保持するように指定され得る。

例示的な一実施例では、複数のクラスタ２４２の各クラスタが、時間に関する複数のモード２４６内の対応するモードと、実質的に重なり得るか又は選択された許容誤差内で重なり得る。このやり方では、複数のクラスタ２４２内の各クラスタが、複数のモード２４６内の対応するモードと対（ｐａｉｒ）にされ又は対応するモードに割り当てられ得る。例示的な一実施例では、複数のクラスタ２４２内の各クラスタに対応する記述子が、複数のモード２４６内の対応するモードと対にされる。言い換えると、複数の記述子２４４は、複数のモード２４６と対にされ得る。

例示的な一実施例では、複数のクラスタ２４２が、第１の記述子を有する第１のクラスタ、第２の記述子を有する第２のクラスタ、第３の記述子を有する第３のクラスタ、及び第４の記述子を有する第４のクラスタを含み得る。この例示的な実施例では、第１のクラスタと第１の記述子が、構造的変化の第１のモードを表す。第２のクラスタと第２の記述子は、構造的変化の第２のモードを表す。第３のクラスタと第３の記述子は、構造的変化の第３のモードを表す。第４のクラスタと第４の記述子は、構造的変化の第４のモードを表す。無論、他の例示的な実施例では、複数のクラスタ２４２が、４つ未満のクラスタ又は５つ以上のクラスタを含み得る。

一旦、複数のクラスタ２４２内の各クラスタが、構造的変化の対応するモードに関連付けられてしまうと、複数のクラスタ２４２の複数の記述子２４４は、将来の使用のために記憶される。例えば、複数の記述子２４４は、各記述子のモード分類と共に、データベース２２２又は何らかの他の種類のデータ構造若しくはデータストレージ内に記憶され得る。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、複数の記述子２４４内の対応する記述子を有する、複数のモード２４６内の各モードのペアリングを特定する、記述子分類出力２４８を生成する。記述子分類出力２４８は、将来の使用のために、データベース２２２又は何らかの他のデータ構造若しくはデータストレージ内に記憶され得る。このやり方では、記述子分類出力２４８が、物体２００と構造的に同じである又は構造的に類似する１以上の部分の構造健全性を評価するために使用され得る、ベースラインデータを規定する。

他の例示的な実施例では、物体２００が試験物体でなくてもよい。むしろ、物体２００は、運航段階、整備段階、修理段階、認可段階、又は物体２００のライフサイクルにおける何らかの他の種類の段階にあり得る。これらの例示的な実施例では、一旦、複数の周波数分布関数２２８が生成されると、解析器モジュール２１４は、１以上の管理下にある学習アルゴリズムを、複数の周波数分布関数２２８に適用する。

本明細書で使用される際に、管理下にある学習アルゴリズムは、ラベル付きの訓練データ（ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄａｔａ）から推論を引き出すための機械学習アルゴリズムである。これらの例示的な実施例では、このラベル付きの訓練データは、複数の記述子２４４内の各記述子にラベルを付ける、記述子分類出力２４８の形態を採る。各記述子は、複数のモード２４６の対応するモードを有する、複数のクラスタ２４２内のクラスタに対応する。

サポートベクトルマシンは、管理下にある学習アルゴリズムの一種の一例である。例えば、非限定的に、サポートベクトルマシンは、複数の周波数分布関数２２８及び記憶された複数の記述子２４７に適用され、分類出力２５０を生成し得る。記憶された複数の記述子２４７は、複数の記述子２４４と同様のやり方で生成される。記憶された複数の記述子２４７は、データベース２２２又は何らかの他の種類のデータ構造若しくはデータストレージ内に記憶され得る。

特に、記憶された複数の記述子２４７に基づいて、複数のビン２２４内の各ビンの二分決定（ｂｉｎａｒｙ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）が行われる。より具体的には、複数のビン２２４内の各ビンの生成された周波数分布関数が、複数の記述子２４４内の各記述子に対して解析される。

例えば、非限定的に、ビン２３４の周波数分布関数２３２は、記憶された複数の記述子２４７内の各記述子に対して解析され得る。周波数分布関数２３２が選択された許容誤差内で記述子に適合するか否かに関して、判定が行われる。周波数分布関数２３２が選択された許容誤差内で記述子に適合するならば、ビン２３４に入る一組の波形２３８が、その記述子に対応するモードを表すとして分類され得る。この判定は、記憶された複数の記述子２４７内の各記述子に対して実行される。

この種類の二分決定は、記憶された複数の記述子２４７内の各記述子に対して行われるので、複数のビン２２４内の各ビンは、構造的変化の複数のモードを表すとして分類され得る。このやり方では、複数のビン２２４の任意の所与のビン内に入る一組の波形が、構造的変化の１以上のモードを表すとして分類され得る。ある場合では、特定のビン内の一組の波形が、複数のモード２４６内の任意の特定のモードを表さないように判定され得る。

例示的な一実施例では、解析器モジュール２１４が、上述の解析に基づいて、複数のモード２４６の１以上のモードを使用して、複数のビン２２４内の各ビンの分類を含む分類出力２５０を生成する。例示的な他の実施例では、解析器モジュール２１４が、複数のモード２４６の１以上のモードを使用して、音響波形データ２１２内の各波形の分類を特定する分類出力２５０を生成する。

したがって、例示的な実施形態は、物体２００の構造健全性を評価するための正確で効率的な方法を提供する。この種類の評価に基づいて得られた情報は、その後、認可、整備、修理、システムインテグレーション、何らかの他の種類の作業、又はそれらの組み合わせに関して、物体２００についての判定を行うために使用され得る。

解析器モジュール２１４によって実行される処理は、種々の種類の物体及び負荷条件に対して容易に調整され得る。例示的な一実施例として、複数のビン幅２２６が、物体２００への負荷の種類に基づいて選択され得る。例えば、非限定的に、物体２００が、より素早く負荷を加えられたときに、アコースティックエミッション２０６は、より素早く生じ得る。複数のビン幅２２６は、イベントの明瞭な分離を可能にするために、より小さいビンを生成するように選択され得る。しかし、物体２００が遅く負荷を加えられたときに、アコースティックエミッション２０６は、より遅く生じ得る。その時、複数のビン幅２２６は、より大きなビンを生成するように選択され、それによって、処理されることが必要なデータの全体量を低減させ得る。

更に、ある例示的な実施例では、解析器モジュール２１４が、ディスプレイシステム２５２のグラフィカルユーザインターフェースを介して、記述子分類出力２４８、分類出力２５０、又はそれらの両方を表示するように構成され得る。ある場合では、複数の周波数分布関数２２８が、ディスプレイシステム２５２に表示され得る。このやり方では、オペレータが、物体２００についての判定を素早く且つ容易に行うことができる。

図２の物体２００、音響感知システム２０４、及び解析器モジュール２１４の図解は、例示的な一実施形態が実装され得るやり方に対する、物理的又は構造的な制限を示唆することを意図してない。図示した構成要素に加えて又は代えて、他の構成要素が使用されてもよい。一部の構成要素は、任意選択的であってよい。また、ブロックは、何らかの機能的な構成要素を示すために提示されている。例示的な一実施形態で実装されるときに、これらのブロックの１以上は、結合され、分割され、又は異なるブロックへ結合及び分割され得る。

例えば、非限定的に、ある場合では、音響感知システム２０４が、図１の信号調整器１０７などの（図示せぬ）少なくとも１つの信号調整器、及び図１の送信機１０８などの（図示せぬ）送信機を含み得る。例示的な一実施例として、信号調整器は、音響センサ２１０によって検出されたアコースティックエミッション信号の周波数成分（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｅｎｔ）を、増幅しフィルタリングするために使用され得る。その後、アコースティックエミッション信号は、送信機によって音響波形データ２１２へ変換され得る。送信機は、音響波形データ２１２を解析器モジュール２１４に送信する。送信機は、１以上の無線通信リンク、有線通信リンク、又は他の種類の通信リンクを使用して、解析器モジュール２１４に音響波形データ２１２を送信し得る。

ある場合では、単一の信号調整器が、一組の音響センサ２０８によって生成された一組のアコースティックエミッション信号を、増幅しフィルタリングするために使用され得る。他の例示的な実施例では、一組の音響センサ２０８内の各音響センサが、異なる信号調整器に接続され得る。更に他の例示的な実施例では、信号調整器が、一組の音響センサ２０８内の各音響センサの部分として一体化され得る。

更に、分類出力２５０が、１以上の管理下にある学習アルゴリズムを使用して生成されるように説明されたが、他の例示的な実施例では、管理下にある及び管理下にない学習アルゴリズムを結合した、半管理下にある（ｓｅｍｉ‐ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ）学習アルゴリズム又はプロセスが、分類出力２５０を生成するために使用され得る。また更に、記述子分類出力２４８が、１以上の管理下にない学習アルゴリズムを使用して生成されるように説明されたが、他の例示的な実施例では、管理下にある及び管理下にない学習アルゴリズムを結合した、半管理下にある学習アルゴリズム又はプロセスが、記述子分類出力２４８を生成するために使用され得る。

次に、図３を参照すると、例示的な一実施形態による、航空機の等角図が描かれている。この例示的な実施例では、航空機３００が、胴体３０６に取り付けられた翼３０２及び翼３０４を含む。航空機３００は、翼３０２に取り付けられたエンジン３０８及び翼３０４に取り付けられたエンジン３１０を含む。

更に、航空機３００は、テールセクション３１２を含む。水平安定板３１４、水平安定板３１６、及び垂直安定板３１８が、テールセクション３１２に取り付けられている。

図２の音響感知システム２０４又は図１の音響感知システム１０４などの、（図示せぬ）音響感知システムが、航空機３００に対して配置され、航空機３００のライフサイクルの間に、航空機３００の様々な部分のアコースティックエミッションを監視し得る。例えば、非限定的に、音響感知システムは、航空機３００に沿った位置３２０に（図示せぬ）様々な音響センサを含み得る。位置３２０は、航空機３００の一部分の表面と接触し、航空機３００の一部分若しくは構造内に埋め込まれ、航空機３００の一部分若しくは構造の近傍に配置されているが接触せず、又はそれらの組み合わせである、位置を含み得る。

航空機３００のライフサイクルの間の任意の段階において、音響感知システム２０４によって生成された音響波形データは、図２の解析器モジュール２１４によって収集及び解析され得る。このやり方では、航空機３００の様々な部分又は構造の構造健全性が解析され、任意の検出された望ましくない構造的変化が分類され得る。

次に、図４を参照すると、例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、アコースティックエミッションを使用して物体を解析するためのプロセスの図が描かれている。図４で示されているプロセスは、図２で説明された解析器モジュール２１４によって実施され得る。

該プロセスは、音響感知システムから物体の音響波形データを受信することによって開始し得る（動作４００）。音響波形データは、音響感知システムによって検出される際に物体から発しているアコースティックエミッションを表す。次に、物体の負荷データが受信される（動作４０２）。その後、負荷データの複数のビンが生成される（動作４０４）。

動作４０４では、実施態様に応じて、複数のビンが複数の時間ビン又は複数の負荷ビンであり得る。その後、音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される（動作４０６）。動作４０６では、周波数分布関数が、複数のビン内の各ビンに対して生成される。ある例示的な実施例では、複数の周波数分布関数が、複数の周波数ヒストグラムの形態を採る。

その後、一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数及び音響波形データに適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する（動作４０８）。その後、プロセスは終了する。図４で説明されたプロセスは、物体が同時に発生する複数のモードの構造的変化に晒されたときに、物体の構造健全性を正確に評価するために必要とされる、全体の時間、労力、及びコンピュータベースの処理リソースを低減させ得る。

次に、図５を参照すると、例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、複数の周波数分布関数を生成するためのプロセスの図が描かれている。図５で示されるプロセスは、図２で説明された解析器モジュール２１４によって実施され得る。このプロセスは、図４の動作４０６を実施するために使用され得る。

該プロセスは、複数の周波数ビンを生成することによって開始する（動作５００）。動作５００では、複数の周波数ビン内の各ビンが、規定されたビン幅を有し得る。複数の周波数ビンのビン幅は、同じであり又は異なり得る。例示的な一実施例では、動作５００が、規定された周波数間隔に基づいて、選択された周波数範囲を複数の周波数ビンへ分割することによって実行される。

その後、ビンは、処理のために複数のビンから選択される（動作５０２）。動作５０２では、複数のビンが、例えば、図４の動作４０４で生成された複数のビンであり得る。

次に、選択されたビン内に入る一組の波形が特定される（動作５０４）。一組の波形の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が計算される（動作５０６）。一組の波形内の各波形の幾つかの周波数ピークが特定される（動作５０８）。周波数ピークが入る複数の周波数ビン内の各周波数ビンが、インクリメントされる（動作５１０）。このやり方では、選択されたビンの周波数分布関数が生成される。動作５１０は、動作５０６において計算された高速フーリエ変換、及び、動作５０８において特定された一組の波形内の各波形の特定された幾つかの周波数ピーク、に基づいて如何にして複数の周波数ビンが更新され得るかの一例である。

その後、任意の更なるビンが処理される必要があるか否かに関して判定が行われる（動作５１２）。更なるビンが処理される必要がないならば、プロセスは終了する。そうでない場合には、プロセスが上述の動作５０２に戻る。図５で説明されたプロセスは、複数のビンの複数の周波数分布関数の生成をもたらす。

次に、図６を参照すると、例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数に適用して、出力を生成するための１つのプロセスの図が描かれている。図６で示されるプロセスは、図２の解析器モジュール２１４によって実施され得る。該プロセスは、図４の動作４０８が如何にして実施され得るかの一例であり得る。

該プロセスは、一組の管理下にない学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数に適用して、複数のクラスタを規定することによって開始し得る（動作６００）。動作６００では、複数の周波数分布関数が、管理下にない学習アルゴリズムに基づいて、クラスタへグルーピングされる。

次に、複数のクラスタの複数の記述子が特定される（動作６０２）。動作６０２では、各クラスタの記述子が特定される。記述子は、クラスタの典型的な周波数分布関数である。例えば、非限定的に、特定のクラスタの記述子は、そのクラスタの重心周波数分布関数又は平均周波数分布関数であり得る。

その後、複数の記述子内の各記述子は、交互の試験データを使用して、複数のモードの特定に基づいて、構造的変化の特定のモードに関連付けられる（動作６０４）。動作６０４では、交互の試験データが、例えば、Ｘ線データであり得る。更に、例えば、非限定的に、複数のモードは、繊維破断、スプリッティング、スプリット伸長、層間剥離、亀裂形成、亀裂伸長、又は何らかの他のモードの構造的変化を含み得る。

複数の記述子の各記述子を複数のモードの特定のモードと対にする記述子分類出力が生成される（動作６０６）。その後、プロセスは終了する。その後、この記述子分類出力は、他の物体の構造健全性の評価を実行するために使用され得る。

次に、図７を参照すると、例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、一組の学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数に適用して、出力を生成するための別の１つのプロセスの図が描かれている。図７で示されるプロセスは、図２の解析器モジュール２１４によって実施され得る。該プロセスは、図４の動作４０８が如何にして実施され得るかの別の一例であり得る。

該プロセスは、一組の管理下にある学習アルゴリズムを複数の周波数分布関数及び複数の記述子に適用することによって開始し得る（動作７００）。周波数分布関数が、複数の周波数分布関数から選択される（動作７０２）。複数の周波数分布関数の各周波数分布関数は、負荷データに基づいて特定の時間ビン又は負荷ビン内に入る一組の波形を表す。

次に、記述子が、記憶された複数の記述子から選択される（動作７０４）。動作７０４では、記憶された複数の記述子が、図６で説明されたプロセスと同様のやり方で以前に生成された音響波形データに対して前もって特定され得る。記憶された複数の記述子内の各記述子は、構造的変化の異なるモードに対応する。

その後、選択された周波数分布関数は、選択された記述子に対して解析される（動作７０６）。例えば、動作７０６では、周波数分布関数が、記述子と比較され得る。記述子は、クラスタの典型的な周波数分布関数であり得る。

次に、周波数分布関数は、解析に基づいて二値分類器の値（ｂｉｎａｒｙ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ ｖａｌｕｅ）が与えられる（動作７０８）。動作７０８では、二値分類器の値が、第１の値又は第２の値の何れかであり得る。例えば、第１の値は、周波数分布関数が選択された許容誤差内で記述子に適合することを示し、一方、第２の値は、周波数分布関数が選択された許容誤差内で記述子に適合しないことを示し得る。ある場合では、第１の値及び第２の値が、それぞれ、ポジティブ分類値及びネガティブ分類値と称され得る。

その後、任意の選択されてない記述子が残っているか否かに関して、判定が行われる（動作７１０）。任意の選択されていない記述子が残っているならば、該プロセスは、上述の動作７０４に戻る。そうでなければ、任意の選択されていない周波数分布関数が残っているか否かに関して、判定が行われる（動作７１２）。任意の選択されていない周波数分布関数が残っているならば、該プロセスは、上述の動作７０２に戻る。

そうでなければ、該プロセスは、複数の周波数分布関数の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力を生成し（動作７１４）、その後、プロセスは終了する。動作７１４において、特定の周波数分布関数の分類結果は、その周波数分布関数が、０、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、又は何らかの他の数の構造的変化のモードを表すかを特定する。

次に、図８を参照すると、例示的な一実施形態による、フローチャートの形態を採る、アコースティックエミッションを使用して航空機内の複合材料物を解析するためのプロセスの図が描かれている。図８で示されるプロセスは、図２で説明された音響感知システム２０４及び解析器モジュール２１４を使用して実施され得る。

該プロセスは、音響感知システムを使用して、航空機内の複合材料物から発するアコースティックエミッションを検出し、音響波形データを生成することによって開始し得る（動作８００）。次に、物体の音響波形データと負荷データが、解析器モジュールにおいて受信される（動作８０２）。

その後、解析器モジュールによって、負荷データの複数のビンが生成される（動作８０４）。動作８０４では、実施態様に応じて、複数のビンが複数の時間ビン又は複数の負荷ビンであり得る。

その後、解析器モジュールによって、音響波形データを使用して、複数のビンの複数の周波数分布関数が生成される（動作８０６）。動作８０６では、周波数分布関数が、複数のビン内の各ビンに対して生成される。ある例示的な実施例では、複数の周波数分布関数が、複数の周波数ヒストグラムの形態を採る。

その後、一組の学習アルゴリズムが、複数の周波数分布関数、音響波形データ、及び以前に生成された周波数分布関数の複数のクラスタの記憶された複数の記述子に適用され、オペレータがより容易に且つ素早く物体の構造健全性を評価することを可能にする分類出力を生成する（動作８０８）。分類出力は、音響波形データ内の各波形の分類結果を特定する。その後、プロセスは終了する。動作８０８において、分類結果は、特定の波形を、０、１つ、２つ、３つ、４つ、又は何らかの他の数の構造的変化のモードを表すものとして特定し得る。

図示した種々の実施形態でのフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態における装置及び方法の幾つかの可能な実施形態の構造、機能、及び動作を示している。これに関して、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、１つの動作又は１つのステップの、モジュール、セグメント、機能、及び／又は部分を表すことができる。

例示的な一実施形態の幾つかの代替的な実施態様では、ブロックに記載された１以上の機能が、図中に記載の順序を逸脱して起こり得る。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックが実質的に同時に実行されること、又は時には含まれる機能に応じてブロックが逆順に実施されることもあり得る。また、フローチャート又はブロック図に描かれているブロックに加えて、他のブロックが追加されることもある。

次に、図９を参照すると、例示的な一実施形態による、ブロック図の形態を採る、データ処理システムの図が描かれている。データ処理システム９００を使用して、図２の解析器モジュール２１４、コンピュータシステム２１６、又はそれらの両方を実装することができる。描かれているように、データ処理システム９００は、通信フレームワーク９０２を含み、これによってプロセッサユニット９０４、記憶デバイス９０６、通信ユニット９０８、入力／出力ユニット９１０、及びディスプレイ９１２の間で通信を提供する。ある場合では、通信フレームワーク９０２が、バスシステムとして実装されてもよい。

プロセッサユニット９０４は、幾つかの動作を実行するソフトウェアに対する指示命令を実行するように構成されている。プロセッサユニット９０４は、実装に応じて、幾つかのプロセッサ、マルチプロセッサコア、及び／又は他の何らかの種類のプロセッサを備える。ある場合では、プロセッサユニット９０４は、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイスなどのハードウェアユニット、又は他の好適な種類のハードウェアユニットの形態を採ってもよい。

プロセッサユニット９０４によって実行されるオペレーティングシステム、アプリケーション、及び／又はプログラムに対する指示命令は、記憶デバイス９０６内に配置され得る。記憶デバイス９０６は、通信フレームワーク９０２を通じてプロセッサユニット９０４と通信し得る。本明細書で使用されるように、記憶デバイスはまた、コンピュータ可読記憶デバイスと称されることもあり、一時的に及び／又は永続的に情報を記憶することができる任意のハードウェアである。この情報は、限定するものではないが、データ、プログラムコード、及び／又は他の情報を含み得る。

メモリ９１４及び固定記憶域９１６は、記憶デバイス９０６の一例である。メモリ９１４は、例えば、ランダムアクセスメモリ又は何らかの種類の揮発性または不揮発性の記憶デバイスの形態を採り得る。固定記憶域９１６は任意の数の構成要素又はデバイスを含み得る。例えば、固定記憶域９１６は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換え型光ディスク、書換え型磁気テープ、又はそれらの何らかの組み合わせを含み得る。固定記憶域９１６によって使用される媒体は着脱式であってもよく、着脱式でなくてもよい。

データ処理システム９００は、通信ユニット９０８により他のデータ処理システム及び／又はデバイスと通信することができる。通信ユニット９０８は、物理的な及び／又は無線の通信リンクを用いて通信することができる。

入力／出力ユニット９１０は、データ処理システム９００に接続された他のデバイスとの間で、入力の受信及び出力の送信を可能にする。例えば、入力／出力ユニット９１０は、キーボード、マウス、及び／又は他の何らかの種類の入力デバイスを通じて、ユーザ入力の受信を可能にする。別の例として、入出力ユニット９１０は、データ処理システム９００に接続されたプリンタに出力を送信することができる。

ディスプレイ９１２は、ユーザに対して情報を表示するように構成される。ディスプレイ９１２は、例えば、限定するものではないが、モニタ、タッチスクリーン、レーザーディスプレイ、ホログラフィックディスプレイ、仮想表示デバイス、及び／又は他の何らかの種類のディスプレイデバイスを含み得る。

この実施例では、種々の例示的な実施形態のプロセスは、コンピュータに実装される命令を使用してプロセッサユニット９０４によって実行されてもよい。これらの命令は、プログラムコード、コンピュータ使用可能プログラムコード、又はコンピュータ可読プログラムコードと称されることがあり、且つ、プロセッサユニット９０４内の１以上のプロセッサによって読み取られ、実行され得る。

これらの例では、プログラムコード９１８は、選択的に着脱可能でコンピュータ可読媒体９２０上に機能的な形態で配置され、プロセッサユニット９０４での実行用のデータ処理システム９００に読込み又は転送することができる。プログラムコード９１８及びコンピュータ可読媒体９２０は、コンピュータプログラム製品９２２を形成する。この説明例では、コンピュータ可読媒体９２０は、コンピュータ可読記憶媒体９２４又はコンピュータ可読信号媒体９２６であってもよい。

コンピュータ可読記憶媒体９２４は、プログラムコード９１８を伝搬または伝送する媒体というよりはむしろ、プログラムコード９１８を記憶するために使用される物理的な又は有形の記憶デバイスである。コンピュータ可読記憶媒体９２４は、例えば、限定するものではないが、データ処理システム９００に接続される光又は磁気ディスク或いは固定記憶デバイスの形態を採り得る。

代替的に、プログラムコード９１８は、コンピュータ可読信号媒体９２６を使用してデータ処理システム９００に転送可能である。コンピュータ可読信号媒体９２６は、例えば、プログラムコード９１８を包含する被伝播データ信号であり得る。このデータ信号は、物理的な、及び／又は無線の通信リンクを介して伝送されることが可能な、電磁信号、光信号、及び／又は他の何らかの種類の信号であり得る。

図９のデータ処理システム９００の図は、例示的な実施形態が実装され得る様態に対する構造的な限定を提示することを意図していない。種々の例示的な実施形態が、データ処理システム９００に関して示されている構成要素に追加的な、又は代替的な構成要素を含むデータ処理システム内に実装され得る。更に、図９に示す構成要素は、実施例とは相違することがある。

本開示の例示的な実施形態は、図１０に示す航空機の製造及び保守方法１０００、及び、図１１に示す航空機１１００に照らして説明され得る。まず、図１０を参照すると、例示的実施形態による、航空機の製造及び保守方法のブロック図が示される。製造前の段階で、航空機の製造及び保守方法１０００は、図１１の航空機１１００の仕様及び設計１００２、並びに材料の調達１００４を含み得る。

製造段階では、図１１の航空機１１００の構成要素及びサブアセンブリの製造１００６とシステムインテグレーション１００８とが行われる。その後、図１１の航空機１１００は、認可及び納品１０１０を経て運航１０１２に供され得る。顧客による運航１０１２中、図１１の航空機１１００は、改造、再構成、改修、及びその他の整備又は保守を含み得る、定期的な整備及び保守１０１４がスケジューリングされる。

航空機の製造及び保守方法１０００の各プロセスは、システム組立業者、第三者、及び／又は作業員によって実施又は実行されてもよい。これらの例では、作業員は顧客であってもよい。本明細書の目的では、システムインテグレータは、限定されないが、任意の数の航空機製造業者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定されないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、作業員は、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。

次に、図１１を参照すると、例示的な一実施形態が実装可能な航空機の図が示されている。この実施例では、航空機１１００は、図１０の航空機の製造及び保守方法１０００によって製造され、複数のシステム１１０４及び内装１１０６を有する機体１１０２を含むことができる。システム１１０４の例には、推進システム１１０８、電気システム１１１０、油圧システム１１１２、及び環境システム１１１４の１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が図示されているが、異なる例示的な実施形態は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。

本明細書で具現化される装置および方法は、図１０の航空機の製造および点検方法１０００のうちの少なくとも１つの段階で採用可能である。特に、図２の音響感知システム２０４と解析器モジュール２１４は、航空機の製造及び保守方法１０００の段階の任意の１つの段階で設置され得る。

例えば、非限定的に、図２の音響感知システム２０４は、構成要素及びサブアセンブリの製造１００６、システムインテグレーション１００８、運航１０１２、整備及び保守１０１４、又は航空機の製造及び保守方法１０００の何らかの他の段階のうちの少なくとも１つの間において、航空機内の様々な部分からのアコースティックエミッションを検出するために使用され得る。また更に、図２の解析器モジュール２１４は、構成要素及びサブアセンブリの製造１００６、システムインテグレーション１００８、運航１０１２、整備及び保守１０１４、又は航空機の製造及び保守方法１０００の何らかの他の段階のうちの少なくとも１つの間において検出されたアコースティックエミッションを解析するために使用され得る。

例示的な一実施例では、図１０の構成要素及びサブアセンブリの製造１００６で製造される構成要素又はサブアセンブリは、図１０で航空機１１００の運航１０１２中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様のやり方で、作製又は製造される。更にまた別の一実施例では、１以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、図１０の構成要素及びサブアセンブリの製造１００６並びにシステムインテグレーション１００８などの製造段階で、利用することができる。１以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、航空機１１００が図１０における運航１０１２、及び／又は整備及び保守１０１４の間に利用することができる。幾つかの種々の例示的な実施形態の利用により、航空機１１００の組立てを大幅に効率化すること、及び／又はコストを削減することができる。

種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的であること、又は開示された形態にある実施形態に限定することを意図しているわけではない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明白となろう。更に、種々の例示的な実施形態は、他の好ましい実施形態に照らして別の特徴を提供することができる。選択された１以上の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対して、様々な実施形態の開示内容と考慮される特定の用途に適した様々な修正の理解を促すために選択及び記述されている。

更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１
物体に対して配置された音響感知システムであって、アコースティックエミッションを検出し、前記検出されたアコースティックエミッションの音響波形データを生成する、音響感知システム、並びに
前記物体の負荷データ及び前記音響波形データを受信し、前記負荷データの複数のビンを生成し、前記音響波形データを使用して前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成し、及び、一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する、コンピュータシステム内に実装された解析器モジュールを備える、装置。
条項２
前記音響感知システムが、
前記物体と接触するように配置された音響センサを備える、条項１に記載の装置。
条項３
前記一組の学習アルゴリズムが、一組の管理下にない学習アルゴリズム又は一組の管理下にある学習アルゴリズムの何れかを含む、条項１に記載の装置。
条項４
前記音響波形データが生成される際に、前記負荷データが、データベースから読み出されるか又は前記物体への負荷を測定する負荷感知システムから受信されるかの何れかである、条項１に記載の装置。
条項５
前記複数のビンが複数のビン幅を有し、前記複数のビン幅内のビン幅が時間間隔又は負荷間隔の何れかである、条項１に記載の装置。
条項６
前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数が、複数のビン幅の各ビン幅が規定された周波数間隔であるところの、前記複数のビン幅を有する、条項１に記載の装置。
条項７
前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数が複数の周波数ビンを含み、前記複数の周波数ビン内の周波数ビンが、前記周波数ビン内に入る幾つかの周波数ピークのカウント又は前記音響波形データを使用して計算された前記周波数ビンにおけるエネルギーの蓄積の何れかを含む、条項１に記載の装置。
条項８
前記出力が、前記複数の周波数分布関数の複数のクラスタを特定し、前記複数のクラスタが、
構造的変化の第１のモードを表す第１のクラスタ、
構造的変化の第２のモードを表す第２のクラスタ、
構造的変化の第３のモードを表す第３のクラスタ、及び
構造的変化の第４のモードを表す第４のクラスタを含む、条項１に記載の装置。
条項９
前記解析器モジュールが、前記一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数に適用して、複数のクラスタを規定し、及び、前記複数のクラスタの複数の記述子を特定する、条項１に記載の装置。
条項１０
前記複数のクラスタが、交互の試験データを用いて解析され、前記複数の記述子内の各記述子を構造的変化の異なるモードに関連付け、前記交互の試験データが、Ｘ線画像データ、超音波画像データ、赤外線画像データ、及びモデリングデータのうちの１つから選択される、条項９に記載の装置。
条項１１
前記解析器モジュールが、構造的変化のモードを前記複数の記述子内の前記各記述子に関連付ける、記述子分類出力を生成し、前記記述子分類出力が、部品のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に前記部品の構造健全性を評価することにおける将来の使用のために、データベース内に記憶される、条項１０に記載の装置。
条項１２
音響波を使用して物体を解析するための方法であって、
前記物体の負荷データを受信すること、
前記物体の音響波形データであって、前記物体から発するアコースティックエミッションを表し、音響感知システムを使用して検出される、音響波形データを前記音響感知システムから受信すること、
前記負荷データの複数のビンを生成すること、
前記音響波形データを使用して前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成すること、及び
一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成することを含む、方法。
条項１３
前記音響感知システムによって、少なくとも１つの音響センサを使用して、前記物体から放射された音響波を検出し、アコースティックエミッション信号を生成すること、及び
前記アコースティックエミッション信号を、前記音響波形データへ変換することを更に含む、条項１２に記載の方法。
条項１４
前記複数のビンを生成することが、
前記複数のビンの複数のビン幅を特定することであって、前記複数のビン幅内のビン幅が、規定された時間間隔又は規定された負荷間隔の何れかである、特定すること、及び
前記複数のビンの各ビン内に入る前記音響波形データ内の一組の波形を特定することを含む、条項１２に記載の方法。
条項１５
前記複数の周波数分布関数を生成することが、
選択された周波数範囲を、少なくとも１つの規定された周波数間隔に基づいて複数の周波数ビンへ分割することを含む、条項１４に記載の方法。
条項１６
前記複数の周波数分布関数を生成することが、
前記複数のビンから選択されたビン内に入る前記一組の波形の高速フーリエ変換を計算すること、及び
前記高速フーリエ変換に基づいて、前記ビンの周波数分布関数内の前記複数の周波数ビンを更新することを更に含む、条項１５に記載の方法。
条項１７
前記複数の周波数ビンを更新することが、
前記一組の波形内の各波形の幾つかの周波数ピークを選択すること、及び
前記幾つかの周波数ピーク内の周波数ピークが前記複数の周波数ビン内の周波数ビン内に入る周波数を有するときに、前記周波数ビンをインクリメントすることを含む、条項１６に記載の方法。
条項１８
前記一組の学習アルゴリズムを適用することが、
一組の管理下にない学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数及び前記音響波形データに適用して、複数のクラスタを規定すること、
前記複数のクラスタの複数の記述子を特定すること、及び
前記複数の記述子内の各記述子を、交互の試験データを使用して特定された複数のモードに基づいて構造的変化の異なるモードを表すように分類する、記述子分類出力を生成することを含む、条項１２に記載の方法。
条項１９
前記一組の学習アルゴリズムを適用することが、
一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用すること、並びに
前記複数の周波数分布関数の各周波数分布関数の分類結果を生成することを含む、条項１２に記載の方法。
条項２０
航空機のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、前記航空機内の複合材料物を監視するための方法であって、
音響感知システムを使用して前記複合材料物から放射されたアコースティックエミッションを検出して、音響波形データを生成すること、
解析器モジュールによって、前記複合材料物の前記音響波形データ及び負荷データを受信すること、
前記解析器モジュールによって、前記負荷データの複数のビンを生成することであって、前記音響波形データ内の一組の波形が前記複数のビン内の対応するビン内に入る、生成すること、
前記解析器モジュールによって、前記音響波形データを使用して、前記複数のビンの複数の周波数分布関数を生成すること、及び
一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び記憶された複数の記述子に適用して、前記複数の周波数分布関数内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力であって、オペレータがより容易に且つ素早く前記複合材料物の構造健全性を評価することを可能にする、分類出力を生成することを含む、方法。
条項２１
前記一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数、前記音響波形データ、及び前記記憶された複数の記述子に適用して、前記分類出力を生成することが、
前記複数の周波数分布関数内の選択された周波数分布関数を前記記憶された複数の記述子の各々と比較することによって、前記選択された周波数分布関数の前記分類結果を生成することを含み、前記分類結果が、前記選択された周波数分布関数、及びそれによって前記音響波形データ内の対応する一組の波形が、ゼロ又は１以上の構造的変化のモードを表すかを特定する、条項２０に記載の方法。

Claims (14)

1. 物体（１０２、２００）に対して配置された音響感知システム（１０４、２０４）であって、アコースティックエミッション（２０６）を検出し、前記検出されたアコースティックエミッション（２０６）の音響波形データ（２１２）を生成する、音響感知システム（１０４、２０４）、並びに
   前記物体（１０２、２００）の負荷データ（２１８）及び前記音響波形データ（２１２）を受信し、前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成し、前記音響波形データ（２１２）を使用して前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成し、及び、一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）及び前記音響波形データ（２１２）に適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体（１０２、２００）の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成する、コンピュータシステム内に実装された解析器モジュール（１０９、２１４）を備える、装置。
2. 前記複数のビン（２２４）が複数のビン幅（２２６）を有し、前記複数のビン幅（２２６）内のビン幅が時間間隔又は負荷間隔の何れかである、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の周波数分布関数（２２８）内の各周波数分布関数（２３２）が、複数のビン幅（２２６）の各ビン幅が規定された周波数間隔であるところの、前記複数のビン幅（２２６）を有する、請求項１に記載の装置。
4. 前記出力が、前記複数の周波数分布関数（２２８）の複数のクラスタ（２４２）を特定し、前記複数のクラスタ（２４２）が、
   構造的変化の第１のモードを表す第１のクラスタ、
   構造的変化の第２のモードを表す第２のクラスタ、
   構造的変化の第３のモードを表す第３のクラスタ、及び
   構造的変化の第４のモードを表す第４のクラスタを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記解析器モジュール（１０９、２１４）が、前記一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）に適用して、複数のクラスタ（２４２）を規定し、及び、重心である前記複数のクラスタ（２４２）の複数の記述子（２４４）を特定する、請求項１に記載の装置。
6. 前記複数のクラスタ（２４２）が、別の試験データ（２３６）を用いて解析され、前記複数の記述子（２４４）内の各記述子を構造的変化の異なるモードに関連付け、前記別の試験データ（２３６）が、Ｘ線画像データ、超音波画像データ、赤外線画像データ、及びモデリングデータのうちの１つから選択される、請求項５に記載の装置。
7. 前記解析器モジュール（１０９、２１４）が、構造的変化のモードを前記複数の記述子（２４４）内の前記各記述子に関連付ける、記述子分類出力（２４８）を生成し、前記記述子分類出力（２４８）が、部品のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に前記部品の構造健全性を評価することにおける将来の使用のために、データベース（２２２）内に記憶される、請求項６に記載の装置。
8. 音響波を使用して物体（１０２、２００）を解析するための方法であって、
   前記物体（１０２、２００）の負荷データ（２１８）を受信すること（４０２）、
   前記物体（１０２、２００）の音響波形データ（２１２）であって、前記物体（１０２、２００）から発するアコースティックエミッション（２０６）を表し、音響感知システム（１０４、２０４）を使用して検出される、音響波形データ（２１２）を前記音響感知システム（１０４、２０４）から受信すること（４００）、
   アコースティックエミッション（２０６）信号を、前記音響波形データ（２１２）へ変換すること、
   前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成すること（４０４）、
   前記音響波形データ（２１２）を使用して前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）、及び
   一組の学習アルゴリズムを前記複数の周波数分布関数（２２８）及び前記音響波形データ（２１２）に適用して、オペレータがより容易に且つ素早く前記物体（１０２、２００）の構造健全性を評価することを可能にする出力を生成すること（４０８）を含む、方法。
9. 前記複数のビン（２２４）を生成すること（４０４）が、
   前記複数のビン（２２４）の複数のビン幅（２２６）を特定することであって、前記複数のビン幅（２２６）内のビン幅が、規定された時間間隔又は規定された負荷間隔の何れかである、特定すること、及び
   前記複数のビン（２２４）の各ビン内に入る前記音響波形データ（２１２）内の一組の波形を特定すること（５０４）を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）が、
    選択された周波数範囲を、少なくとも１つの規定された周波数間隔に基づいて複数の周波数ビン（２３５）へ分割することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（４０６）が、
    前記複数のビン（２２４）から選択されたビン（２３４）内に入る前記一組の波形の高速フーリエ変換を計算すること（５０６）、及び
    前記高速フーリエ変換に基づいて、前記ビンの周波数分布関数内の前記複数の周波数ビン（２３５）を更新することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の周波数ビン（２３５）を更新することが、
    前記一組の波形内の各波形の幾つかの周波数ピークを選択すること（５０８）、及び
    前記幾つかの周波数ピーク内の周波数ピークが前記複数の周波数ビン（２３５）内の周波数ビン内に入る周波数を有するときに、前記周波数ビンをインクリメントすること（５１０）を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 航空機（３００）のライフサイクルにおける少なくとも１つの段階の間に、前記航空機（３００）内の複合材料物（２０２）を監視するための方法であって、
    音響感知システム（１０４、２０４）を使用して前記複合材料物（２０２）から放射されたアコースティックエミッション（２０６）を検出して、音響波形データ（２１２）を生成すること（８００）、
    解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記複合材料物（２０２）の前記音響波形データ（２１２）及び負荷データ（２１８）を受信すること（８０２）、
    前記解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記負荷データ（２１８）の複数のビン（２２４）を生成することであって、前記音響波形データ（２１２）内の一組の波形が前記複数のビン（２２４）内の対応するビン内に入る、生成すること（８０４）、
    前記解析器モジュール（１０９、２１４）によって、前記音響波形データ（２１２）を使用して、前記複数のビン（２２４）の複数の周波数分布関数（２２８）を生成すること（８０６）、及び
    一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数（２２８）、前記音響波形データ（２１２）、及び記憶された複数の記述子（２４４）に適用して、前記複数の周波数分布関数（２２８）内の各周波数分布関数の分類結果を特定する分類出力（２５０）であって、オペレータがより容易に且つ素早く前記複合材料物（２０２）の構造健全性を評価することを可能にし、複数のクラスタ（２４２）の前記記憶された複数の記述子（２４４）は重心である、分類出力（２５０）を生成すること（８０８）を含む、方法。
14. 前記一組の管理下にある学習アルゴリズムを、前記複数の周波数分布関数（２２８）、前記音響波形データ（２１２）、及び前記記憶された複数の記述子（２４４）に適用して、前記分類出力（２５０）を生成すること（８０８）が、
    前記複数の周波数分布関数（２２８）内の選択された周波数分布関数を前記記憶された複数の記述子（２４４）の各々と比較することによって、前記選択された周波数分布関数の前記分類結果を生成することを含み、前記分類結果が、前記選択された周波数分布関数、及びそれによって前記音響波形データ（２１２）内の対応する一組の波形が、ゼロ又は１以上の構造的変化のモードを表すかを特定する、請求項１３に記載の方法。
    

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