JP7039101B2 - コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査するための方法 - Google Patents

コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査するための方法 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
この出願は、2019年4月1日に出願された仮出願第62/827,351号の優先権を主張し、それは全体として参照によりここに組み込まれる。
この出願は、コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査するための方法に関する。
コンピュータ断層撮影(CT)は、(Ｘ線のような)放射を使用して、スキャンされる対象の３次元の内部および外部表現を作り出すコンピュータ支援断層撮影プロセスである。CTは、材料の異常を識別し、幾何学的な大きさを検証するために、工業用の構成要素および組み立て品を検査するために非破壊技法として通常使用される。
材料の異常への感度およびCTシステムの測定精度は、CTシステムにおいて使用されるＸ線ソースのエネルギーレベルに逆比例で関係する。対象の材料の量および密度は、部品を透過し、Ｘ線検出器に到達するＸ線の能力に影響する。不十分なＸ線が検出器に到達するとき、対象は、そのエネルギーレベルのＸ線を用いて検査不可能と考えられてきた。
多くの場合、CTシステムの感度および精度を最大化することが望ましい。しかし、比較的大きいかつ／または密度が高い構成要素、または複雑な幾何学的形状を有するものについて、最低の可能なＸ線エネルギーを有するそのような構成要素の検査を実行する能力を有するCTスキャンの改善された方法についてのニーズが残っている。
一態様において、コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査する方法が記載され、この方法は、(a)コンピュータ断層撮影(CT)スキャナーを提供するステップと、(b)目標の構成要素を提供するステップと、(c)前記構成要素の幾何学的形状を調査するステップと、(d)最良の構成要素の方向付けを推定するステップと、(e)前記構成要素を方向付けるステップと、(f)前記CTスキャナーを用いて前記構成要素をスキャンするステップと、(g)CTスキャンデータを3D画像ソフトウェアにロードするステップと、(h)最良のCTスキャンデータを登録するステップと、(i)CTスキャンデータの許容できる領域および許容できない領域を判定するステップと、(j)追加の構成要素の方向付けを判定するステップと、(k)前記構成要素についてのCTスキャンデータの全ての領域が許容できるまで、ステップ(e)から(i)までを繰り返すステップと、(l)許容できるCTスキャンデータの併合されたボリュームを生成するステップと、を備える。
図面において、様々な視野を通して同様の符号は同様の要素を識別する。
ここで記載される検査の例示の方法を描写するプロセス図である。 図１の方法の変形の例示の説明を描写するプロセス図である。
本発明の記載される実施形態は、コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査する方法を対象とする。説明の目的のために、この方法は、従来の方法および装置を使用して検査することが難しいことがある大きい工業用の部品を検査することに関して記載される。しかし、本発明は、そのように限定されず、他の種類の情報の収集物とともに他の種類およびサイズの構成要素を含む、一般の適用可能性を有し得ることが理解されるであろう。
全ての方向の参照(例えば、放射状の、軸上の、近位の、遠位の、より高い、より低い、上へ向かう、下へ向かう、左、右、側面の、前、後ろ、上、下、より上の、より下の、垂直の、水平と、時計回り、反時計回り、上流に、下流に、前方に、後部に、等)は、本発明の読者の理解を助けるために、識別の目的のために使用されるのみであり、特に、本発明の位置、方向付け、または使用に関する限定を生成しない。接続の参照(例えば、取り付けられた、結合された、接続された、および接合された)は、広く解釈されるべきであり、異なって示されるのでなければ、要素の収集物の間の中間の部材、および要素の間の相対的な動きを含むことが可能である。そのようにして、接続の参照は、２つの要素が直接に接続され、互いへの固定された関係にあることを必ずしも暗示しない。例示の図面は、説明の目的のみのためであり、添付された図面に反映される大きさ、位置、順序、および相対的なサイズは変動することが可能である。
図１は、ここで記載されるCT検査の方法100の例示の説明である。ここでの議論の多くはCT検査に焦点を合わせるが、この方法は、この方法が結果として生じる検査データの品質を向上させるために利用されることが可能である他の画像収集物および検査技術に適用され得ることが理解されるべきである。
図の方法100において、より大きいまたはより密度が高い工業用の部品または構成要素の検査が、先行技術の技法を使用して可能であった、より高い感度かつ／またはより高い精度で可能である。これは、より低いCTエネルギーを用いた透過が可能である構成要素の部分をスキャンするために、より低いエネルギーのCTシステムの使用を通して可能にされる。そしてこれらの部分は、異なる検査方法(より高いソースエネルギーのCTシステムまたは非接触計量システム)によって、またはコンピュータ支援設計(CAD)データファイルへのアクセスを介して取得される部品全体の参照座標系データセットを使用して構成要素の単一のCT画像に組み合わされる。この単一の組み合わされたCT画像は、そして大きさの計量および不連続性および／または欠陥の検出のために利用される高解像度画像である。
図１において説明される方法100は、経験、実験、またはコンピュータ分析のいずれかを使用して高解像度データを作り出すCT検査のために複数の姿勢を判定するために構成要素のＸ線透過を含む。構成要素は、金属材料、またはセラミックマトリックス複合体(CMC)材料のようなCT撮像を使用して有利に検査され得る他の材料から作られ得る。ここで記載される方法を使用して検査され得る構成要素の例は、航空機のための推進システムとして通常使用されるもののような、ガスタービンエンジンの組み立て品において使用される金属部品を含む。構成要素は、部品がサービス中に使用されたときとともに、構成要素が新たに製造されたとき、ここで記載される方法を使用して検査され得る。
方法100において、対象は、構成要素または部品の単一のスキャンが構成要素全体を捕捉するサイズである。第１のステップにおいて、番号付けされた102、構成要素についての参照データが、CADデータファイルへのアクセスを通して、または部品全体の最初のスキャンを通して取得される。次のステップにおいて、番号付けされた105、操作者は、部品の幾何学的形状を調査する。次に操作者は、ステップ110において、部品の固体エリアを通る長いＸ線経路の長さを最小化するように部品の最良の方向付けおよび固定化を推定する。ステップ115において部品を方向付けた後、ステップ120において、次に操作者は、部品を通るＸ線経路の長さを最小化するように最良の方向付けを使用してＸ線機械において部品をCTスキャンする。スキャンが完了した後、ステップ125において、操作者は、ボリュームCTスキャンデータを3D画像閲覧ソフトウェアにロードする。次に、ソフトウェアは、ステップ130において、最良の方向付けCTスキャンデータをCADまたは参照データに登録するために使用される。ステップ135において、スキャンデータは、画像信号が許容できる領域を判定し、画像信号が許容できない領域を判定するために調査される。そしてこの調査は、ステップ140において、画像信号が現在許容できない領域内の画像信号を改善することを助け得る任意の追加の方向付けを判定するために使用される。
この調査の後、ステップ145において、操作者は、追加の方向付けのための固定化を生成し、ステップ150において、追加の方向付けにおいて部品をCTスキャンする。追加のスキャン方向付けデータは、ステップ155において、3D画像閲覧ソフトウェアにロードされ、ステップ160において、3D画像閲覧ソフトウェアへの最良の方向付けCTスキャンデータ内に併合される。最良の方向付けスキャンデータは、まず、部品についてのCADデータまたは参照幾何学的形状データに登録されるべきである。いずれかの追加のスキャンデータは、最良の方向付けスキャンデータに登録されるべきである。3D関心領域は、CTデータの3D CTボリュームスキャンにおける許容できる信号レベルのエリアを識別するために生成されるべきである。次に、ステップ165において、操作者は、領域を調査し、許容できないCT画像データのいずれかの追加エリアを除去するために、追加のスキャン方向付けが要求されるかどうかを判定する。ステップ170において、必要ならば、部品の全ての領域について許容できるデータが取得されるまで、ステップ110から135が繰り返される。具体的な部品についての最終的な定義は、それらの方向付けにおける部品および様々なCTスキャン方向付けについての許容できるCT信号データの領域を定義する3D関心領域をCTスキャンするために、１つ以上のCTスキャン方向付けおよび固定化からなるであろう。許容できるCT信号スキャンデータの１つの併合されたボリュームは、ステップ175において、様々な抽出された許容できるCT信号領域から生成される。最後に、ステップ180において、スキャンされ、処理されるべき追加の部品、典型的に、同じ構造および幾何学的形状を有する部品についてのプロセスを自動化するために、ソフトウェアプログラムが生成される。
図２において、方法200は、図１の方法100に類似するが、部品の単一の高解像度スキャンが部品全体の幾何学的形状を捕捉しない場合に有効である。そのような状況において、操作者は、ステップ205において、部品の全体の幾何学的形状を捕捉するためにより低い解像度のCTスキャナーまたは他の方法を使用する。全体のスキャン幾何学的形状は、ステップ210において、部品のCADまたは参照データに位置合わせされる。この点から、ステップ215において、方法100のステップが使用され、唯一の差異は、異なるソースからの部品全体の幾何学的形状スキャンデータがＸ線データの様々なスキャン方向付けを一緒に登録するために使用されることである。許容できるCT画像データおよび許容できないCT画像データを判定し、許容できるCT画像データの領域を定義し、許容できるCT画像データを抽出し、許容できるCT画像データの１つの併合されたボリュームを生成するためのステップは、方法100において記載されたのと同じである。
開示される方法の適用は、工業用の構成要素の検査に限定されないが、ここで記載される方法を他の撮像技法および他の種類の目標の物品に適用することを含む、一般の適用可能性を有し得ることが理解されるべきである。
本開示の様々な特性、態様、および利点は、また、列挙される態様において定義される以下の技術的解決策を含むがこれらに限定されない、開示の態様の任意の置換において具現化されてもよい。
態様１．コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査する方法であって、(a)コンピュータ断層撮影(CT)スキャナーを提供するステップと、(b)目標の構成要素を提供するステップと、(c)前記構成要素の幾何学的形状を調査するステップと、(d)最良の構成要素の方向付けを推定するステップと、(e)前記構成要素を方向付けるステップと、(f)前記CTスキャナーを用いて前記構成要素をスキャンするステップと、(g)CTスキャンデータを3D画像ソフトウェアにロードするステップと、(h)最良のCTスキャンデータを登録するステップと、(i)CTスキャンデータの許容できる領域および許容できない領域を判定するステップと、(j)追加の構成要素の方向付けを判定するステップと、(k)前記構成要素についてのCTスキャンデータの全ての領域が許容できるまで、ステップ(e)から(i)までを繰り返すステップと、(l)許容できるCTスキャンデータの併合されたボリュームを生成するステップと、を備える方法。
態様２．追加の構成要素をスキャンするようにソフトウェアをプログラムするステップ(m)をさらに備える、態様１に記載の方法。
態様３．前記追加の構成要素は同じ構造を有する、態様２に記載の方法。
態様４．ステップ(e)は、前記構成要素を固定化するステップを含む、態様１から３のいずれかに記載の方法。
態様５．ステップ(d)は、前記構成要素の固体エリアを通る長いＸ線経路の長さを最小化して達成される、態様１から４のいずれかに記載の方法。
態様６．ステップ(h)は、前記3D画像ソフトウェアを使用して達成される、態様１から５のいずれかに記載の方法。
態様７．ステップ(k)は、各CTスキャン動作について異なる固定化を使用して達成される、態様１から６のいずれかに記載の方法。
態様８．前記CTスキャンデータの3D CTボリュームスキャンにおける許容できる信号レベルのエリアを覆うように3D関心領域が生成される、態様１から７のいずれかに記載の方法。
態様９．前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、低解像度CTスキャナーが使用される、態様１から８のいずれかに記載の方法。
態様１０．各ステップ(f)からのスキャン方向付けを登録するために、前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状が使用される、態様９に記載の方法。
態様１１．前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、非接触計量システムが使用される、態様１から１０のいずれかに記載の方法。
態様１２．前記構成要素は、金属材料から形成され、鋳造金属構成要素であり、機械金属構成要素であり、ガスタービンエンジンの構成要素であり、新たに製造され、使用済みの構成要素であり、またはセラミックマトリックス複合体(CMC)材料から形成され、またはそれらの任意の組み合わせである、態様１から１１のいずれかに記載の方法。
本発明のさらなる態様は、以下の条項の内容によって提供される。
条項１．コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査する方法であって、(a)コンピュータ断層撮影(CT)スキャナーを提供するステップと、(b)目標の構成要素を提供するステップと、(c)前記構成要素の幾何学的形状を調査するステップと、(d)最良の構成要素の方向付けを推定するステップと、(e)前記構成要素を方向付けるステップと、(f)前記CTスキャナーを用いて前記構成要素をスキャンするステップと、(g)CTスキャンデータを3D画像ソフトウェアにロードするステップと、(h)最良のCTスキャンデータを登録するステップと、(i)CTスキャンデータの許容できる領域および許容できない領域を判定するステップと、(j)追加の構成要素の方向付けを判定するステップと、(k)前記構成要素についてのCTスキャンデータの全ての領域が許容できるまで、ステップ(e)から(i)までを繰り返すステップと、(l)許容できるCTスキャンデータの併合されたボリュームを生成するステップと、を備える方法。
条項２．追加の構成要素をスキャンするようにソフトウェアをプログラムするステップ(m)をさらに備える、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項３．前記追加の構成要素は同じ構造を有する、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項４．ステップ(e)は、前記構成要素を固定化するステップを含む、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項５．ステップ(d)は、前記構成要素の固体エリアを通る長いＸ線経路の長さを最小化して達成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項６．ステップ(h)は、前記3D画像ソフトウェアを使用して達成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項７．ステップ(k)は、各CTスキャン動作について異なる固定化を使用して達成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項８．前記CTスキャンデータの3D CTボリュームスキャンにおける許容できる信号レベルのエリアを覆うように3D関心領域が生成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項９．前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、低解像度CTスキャナーが使用される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１０．各ステップ(f)からのスキャン方向付けを登録するために、前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状が使用される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１１．前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、非接触計量システムが使用される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１２．前記構成要素は、金属材料から形成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１３．前記構成要素は、鋳造金属構成要素である、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１４．前記構成要素は、機械金属構成要素である、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１５．前記構成要素は、ガスタービンエンジンの構成要素である、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１６．前記構成要素は、新たに製造される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１７．前記構成要素は、使用済みの構成要素である、いずれかの先行する条項に記載の方法。
条項１８．前記構成要素は、セラミックマトリックス複合体(CMC)材料から形成される、いずれかの先行する条項に記載の方法。
この書かれた記載は、ベストモードを含む、本発明を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作り、使用し、任意の結合された方法を実行することを含む、この技術分野のどの当業者も本発明を実施することを可能にするために、例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、この技術分野の当業者に見出される他の例を含み得る。そのよう他の例は、それらが請求項の文字通りの記載とは異ならない構造的な差異を有するならば、またはそれらが請求項の文字通りの記載から実質的でない差異を有する等価な構造的な要素を含むならば、請求項の範囲内にあることが意図される。
１００、２００ 方法

Claims (11)

  1. コンピュータ断層撮影を使用して構成要素を検査する方法であって、
    (a)コンピュータ断層撮影(CT)スキャナーを提供するステップと、
    (b) (i)固体エリアを含む目標の構成要素を提供するステップと、
    (ii)3D画像ソフトウェアに前記目標の構成要素についての3D参照データを提供するステップと、
    (c)前記目標の構成要素の幾何学的形状を調査するステップと、
    (d)前記固体エリアを通る長いＸ線経路の長さを最小化するように前記構成要素の最良の方向付けを推定するステップと、
    (e)前記目標の構成要素を前記推定された構成要素の最良の方向付けに方向付けるステップと、
    (f)前記CTスキャナーを用いて前記目標の構成要素をスキャンして、最良の方向付けCTスキャンデータを取得するステップと、
    (g)前記取得された最良の方向付けCTスキャンデータを前記3D画像ソフトウェアにロードするステップと、
    (h)前記最良の方向付けCTスキャンデータを前記目標の構成要素についての3D参照データに登録するステップと、
    (i)前記最良の方向付けCTスキャンデータの許容できる領域および許容できない領域を判定するステップと、
    (j)前記最良の方向付けCTスキャンデータの1つ以上の領域が許容できないと判定されたならば、追加のスキャンのために構成要素の追加の方向付けを判定するステップと、
    (k)前記目標の構成要素の全ての領域について許容できるCTスキャンデータが取得されるまで、前記判定された構成要素の追加の方向付けの1つ以上について、ステップ(e)から(j)までを繰り返すステップと、
    (l)前記目標の構成要素について許容できるCTスキャンデータの併合されたボリュームを生成するステップと、
    を備える方法。
  2. 追加の構成要素をスキャンするようにソフトウェアをプログラムするステップ(m)をさらに備える、請求項１に記載の方法。
  3. 前記追加の構成要素は、前記目標の構成要素と同じ構造および幾何学的形状を有する、請求項２に記載の方法。
  4. ステップ(e)は、前記構成要素を固定化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  5. ステップ(h)は、前記3D画像ソフトウェアを使用して達成される、請求項１に記載の方法。
  6. ステップ(k)は、各CTスキャン動作について異なる方向付けを使用して達成される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記CTスキャンデータの3D CTボリュームスキャンにおける許容できる信号レベルのエリアを覆うように3D関心領域が生成される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、低解像度CTスキャナーが使用される、請求項１に記載の方法。
  9. 各ステップ(f)からのスキャン方向付けを登録するために、前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状が使用される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記構成要素の最初の全体の幾何学的形状を捕捉するために、非接触計量システムが使用される、請求項１に記載の方法。
  11. 前記構成要素は、金属材料から形成される、または鋳造金属構成要素である、または機械金属構成要素である、またはガスタービンエンジンの構成要素である、または新たに製造される、または使用済みの構成要素である、またはセラミックマトリックス複合体(CMC)材料から形成される、請求項１に記載の方法。
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