JP7465522B2 - Fracture surface analysis device and fracture surface analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、構造物の破断面の解析技術に関し、特に、破断面解析装置及び破断面解析方法に関する。 The present invention relates to a technique for analyzing the fracture surfaces of structures, and in particular to a fracture surface analysis device and a fracture surface analysis method.

構造物の破損事故が起きた場合、原因調査を目的として破断面解析が実施される。破断面解析では、低倍率での観察を中心とするマクロ解析と、高倍率での観察を中心とするミクロ解析とが実施される。マクロ解析では主に破壊起点やき裂の進展方向の解析が行われ、ミクロ解析では主に破壊様式の解析が行われる(例えば特許文献1、2参照)。 When a structural damage accident occurs, fracture surface analysis is carried out to investigate the cause. Fracture surface analysis involves macroanalysis, which focuses on observation at low magnification, and microanalysis, which focuses on observation at high magnification. Macroanalysis mainly involves analysis of the fracture origin and the direction of crack propagation, while microanalysis mainly involves analysis of the fracture pattern (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

破断面解析では、過去に観察した破断面の特徴との類似性を調べるので、正しい解析結果を導出するためには豊富な経験が必要となる。このため、経験が浅い若手技術者は、破壊起点、き裂の進展方向及び破壊様式などの判断に迷うことが多く、そのたびに熟練技術者への相談や文献調査などを行って経験不足を補う必要がある。 Fracture surface analysis examines the similarities between the characteristics of previously observed fracture surfaces, so extensive experience is required to derive correct analytical results. For this reason, young, inexperienced engineers are often unsure of the fracture origin, crack propagation direction, and fracture pattern, and must make up for their lack of experience by consulting experienced engineers or researching literature.

特開平11-101625号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-101625 特開2009-085737号公報JP 2009-085737 A

近年、「退職等による熟練技術者の減少」や「再発防止策の早期策定のための破断面解析時間の短縮への要求」などが重なって、若手技術者には厳しい状況となっている。また、誤った破断面解析結果に基づく再発防止策では、破損事故が再発する可能性が高く、若手技術者が感じる精神的圧力も大きい。このような環境にある若手技術者を補助する技術として、破断面解析の豊富な経験を必要としない解析方法の開発が求められている。 In recent years, a combination of factors such as a "decrease in experienced engineers due to retirement, etc." and a "demand to shorten the time required for fracture surface analysis in order to quickly formulate measures to prevent recurrence" has created a tough situation for young engineers. Furthermore, if measures to prevent recurrence are based on incorrect fracture surface analysis results, there is a high possibility that damage accidents will occur again, which places a lot of mental pressure on young engineers. As a technology to support young engineers in this environment, there is a demand for the development of an analysis method that does not require extensive experience in fracture surface analysis.

しかしながら、破断面解析に関する研究開発は、高度な解析能力を有する研究者によって実施されているので、従来の破断面解析技術は、研究者と同程度の解析能力を有する技術者による使用が前提となっている。このため、若手技術者が使いこなすことは難しい。 However, because research and development into fracture surface analysis is carried out by researchers with advanced analytical skills, conventional fracture surface analysis techniques are intended to be used by engineers with the same level of analytical ability as the researchers. This makes it difficult for young engineers to master them.

前記に鑑み、本発明は、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定できるようにすることを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to enable even beginners in fracture surface analysis to determine the location of the fracture origin from a fracture surface image.

前記の目的を達成するために、この発明では、機械学習部の学習結果に基づき、破断面画像から破壊起点を推定するようにした。 To achieve the above objective, this invention estimates the fracture origin from a fracture surface image based on the learning results of the machine learning section.

本開示の第1の態様は、破断面解析装置であって、破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う機械学習部と、前記第1学習によって得られる第1学習済モデルに基づき、入力される破断面画像の破壊起点を推定する推定部とを備える。 A first aspect of the present disclosure is a fracture surface analysis device that includes a machine learning unit that performs a first learning process using a first data set that includes a combination of fracture surface image data and fracture origin data, and an estimation unit that estimates the fracture origin of an input fracture surface image based on a first trained model obtained by the first learning process.

この第1の態様では、推定部は、第1学習済モデルに基づき、入力される破断面画像の破壊起点を推定するので、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定できる。 In this first aspect, the estimation unit estimates the fracture origin of the input fracture surface image based on the first trained model, so that even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image.

本開示の第2の態様は、第1の態様において、前記第1学習の学習モデルは、破壊起点の座標を推定できるように学習する回帰モデル、及び、破壊起点が存在する確率分布を推定できるように学習する分類モデルのうち、いずれか一方を選択でき、前記推定部は、前記学習モデルが前記回帰モデルである場合には、入力される前記破断面画像の破壊起点の座標を推定し、前記学習モデルが前記分類モデルである場合には、入力される前記破断面画像において破壊起点が存在する確率分布を推定する。 In a second aspect of the present disclosure, in the first aspect, the learning model for the first learning can be selected from a regression model that learns to be able to estimate the coordinates of the fracture origin, and a classification model that learns to be able to estimate the probability distribution where the fracture origin exists, and the estimation unit estimates the coordinates of the fracture origin in the input fracture surface image when the learning model is the regression model, and estimates the probability distribution where the fracture origin exists in the input fracture surface image when the learning model is the classification model.

この第2の態様では、第1の態様の効果を奏する具体的な構成が得られ、破断面解析の初心者でも破断面画像から容易に破壊起点の位置を判定できる。 In this second aspect, a specific configuration that achieves the effects of the first aspect is obtained, and even a beginner in fracture surface analysis can easily determine the location of the fracture origin from the fracture surface image.

本開示の第3の態様は、第2の態様において、前記第1学習の学習モデルは、前記回帰モデルと、前記分類モデルとを含み、前記推定部は、入力される前記破断面画像の破壊起点の座標及び入力される前記破断面画像において破壊起点が存在する確率分布を推定し、入力される前記破断面画像、推定される前記破壊起点の座標、及び推定される前記確率分布のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示する結果表示部を更に備える。 A third aspect of the present disclosure is the second aspect, in which the learning model of the first learning includes the regression model and the classification model, and the estimation unit estimates the coordinates of the fracture origin of the input fracture surface image and the probability distribution of the existence of the fracture origin in the input fracture surface image, and further includes a result display unit that displays at least two of the input fracture surface image, the estimated coordinates of the fracture origin, and the estimated probability distribution as images superimposed on the same screen.

この第3の態様では、推定部は、入力される破断面画像の破壊起点の座標と入力される破断面画像において破壊起点が存在する確率分布との両方を推定し、結果表示部は、入力される破断面画像、推定される破壊起点の座標、及び推定される確率分布のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示するので、推定される破壊起点の妥当性を検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定できるだけでなく、検証によりその精度を高めることができる。 In this third aspect, the estimation unit estimates both the coordinates of the fracture origin in the input fracture surface image and the probability distribution of the existence of the fracture origin in the input fracture surface image, and the result display unit displays at least two of the input fracture surface image, the coordinates of the estimated fracture origin, and the estimated probability distribution, superimposed on the same screen as images, so that the validity of the estimated fracture origin can be verified. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can not only determine the position of the fracture origin from the fracture surface image, but can also improve the accuracy through verification.

本開示の第4の態様は、第3の態様において、推定される前記確率分布に含まれる破壊起点の数nを判定し、入力される前記破断面画像を前記破壊起点が1つずつ含まれるようにn個の領域に分割し、各々が当該n個の領域の1つ1つの画像を示すn個の分割画像を生成する、分割画像生成部を更に備え、前記推定部は、前記n個の分割画像の各々における破壊起点の座標及び破壊起点が存在する確率分布を更に推定する。 A fourth aspect of the present disclosure is the third aspect, further comprising a divided image generation unit that determines the number n of fracture origins included in the estimated probability distribution, divides the input fracture surface image into n regions such that each region contains one of the fracture origins, and generates n divided images, each of which shows an image of one of the n regions, and the estimation unit further estimates the coordinates of the fracture origin in each of the n divided images and the probability distribution in which the fracture origin exists.

この第4の態様では、分割画像生成部が、破壊起点が1つずつ含まれるn個の分割画像を生成し、推定部がこのn個の分割画像の各々における破壊起点の座標及び破壊起点が存在する確率分布を推定するので、入力される破断面画像に複数の破壊起点が含まれる場合においても、破壊起点の位置を正しく推定できる。従って、破断面画像に破壊起点が複数存在する場合でも、破断面解析の初心者が破断面画像から容易に破壊起点の位置を判定できる。また、推定された破壊起点の座標及び破壊起点が存在する確率分布を相互に比較して破壊起点の位置の妥当性を検証できる。 In this fourth aspect, the divided image generation unit generates n divided images, each of which contains one fracture origin, and the estimation unit estimates the coordinates of the fracture origin in each of the n divided images and the probability distribution in which the fracture origin exists. Therefore, even if the input fracture surface image contains multiple fracture origins, the position of the fracture origin can be correctly estimated. Therefore, even if there are multiple fracture origins in the fracture surface image, a beginner in fracture surface analysis can easily determine the position of the fracture origin from the fracture surface image. In addition, the estimated coordinates of the fracture origin and the probability distribution in which the fracture origin exists can be compared with each other to verify the validity of the position of the fracture origin.

本開示の第5の態様は、第1~第4の態様のいずれか1つにおいて、前記機械学習部は、破断面画像データと破断面模様データとの組み合わせを含む第2データセットにより第2学習を更に行い、前記推定部は、前記第2学習によって得られる第2学習済モデルに基づき、入力される前記破断面画像の破断面模様を更に推定する。 A fifth aspect of the present disclosure is any one of the first to fourth aspects, in which the machine learning unit further performs a second learning process using a second data set including a combination of fracture surface image data and fracture surface pattern data, and the estimation unit further estimates the fracture surface pattern of the input fracture surface image based on a second trained model obtained by the second learning process.

この第5の態様では、機械学習部は、第1学習に加え第2学習を更に行い、推定部は、破断面画像の破壊起点に加え破断面画像の破断面模様を更に推定するので、推定される破壊起点と推定される破断面模様とを比較して、推定される破壊起点が正しいかどうか検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定でき、しかも、検証によりその精度を高めることができる。 In this fifth aspect, the machine learning unit performs a second learning in addition to the first learning, and the estimation unit further estimates the fracture surface pattern of the fracture surface image in addition to the fracture origin of the fracture surface image, so that the estimated fracture origin can be compared with the estimated fracture surface pattern to verify whether the estimated fracture origin is correct. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image, and the accuracy can be improved by verification.

本開示の第6の態様は、第5の態様において、前記第2学習の学習モデルは、破断面模様を推定できるように学習するセマンティックセグメンテーションモデルを含む。 A sixth aspect of the present disclosure is the fifth aspect, in which the learning model of the second learning includes a semantic segmentation model that is trained to be able to estimate the fracture surface pattern.

この第6の態様では、第5の態様の効果を奏する具体的な構成が得られる。 In this sixth aspect, a specific configuration that achieves the effects of the fifth aspect is obtained.

本開示の第7の態様は、第5又は第6の態様において、入力される前記破断面画像、前記第1学習済モデルに基づき推定される破壊起点、及び前記第2学習済モデルに基づき推定される破断面模様のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示する結果表示部を更に備える。 A seventh aspect of the present disclosure is the fifth or sixth aspect, further comprising a result display unit that displays at least two of the input fracture surface image, the fracture origin estimated based on the first trained model, and the fracture surface pattern estimated based on the second trained model as images superimposed on the same screen.

この第7の態様では、結果表示部は、入力される破断面画像、第1学習済モデルに基づき推定される破壊起点、及び第2学習済モデルに基づき推定される破断面模様のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示するので、例えば、推定される破壊起点と推定される破断面模様との関係から、推定される破壊起点が正しいかどうか容易に検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定でき、しかも、検証によりその精度を高めることができる。 In this seventh aspect, the result display unit displays at least two of the input fracture surface image, the fracture origin estimated based on the first trained model, and the fracture surface pattern estimated based on the second trained model as images superimposed on the same screen, so that, for example, it is easy to verify whether the estimated fracture origin is correct based on the relationship between the estimated fracture origin and the estimated fracture surface pattern. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image, and the accuracy can be improved by verification.

ところで、入力される破断面画像に破壊起点が存在しない場合も考えられる。このような場合、技術者は、この破断面画像が示す破断面よりも広域の破断面を含む広域破断面画像を見て、破壊起点が含まれるように破断面画像を撮影しなおす必要がある。このとき、この広域破断面画像に示される破断面がその破断面の形態の違いによって異なる領域に分割された領域分割画像を得ることで、破損物において撮影する破断面の領域の見当をつけやすくなる。 However, there may be cases where the fracture origin is not present in the input fracture surface image. In such cases, the engineer must look at a wide-area fracture surface image that includes a wider area of fracture than the fracture surface shown in the fracture surface image, and re-capture the fracture surface image so that the fracture origin is included. In this case, by obtaining a region segmentation image in which the fracture surface shown in the wide-area fracture surface image is divided into different areas based on the difference in the shape of the fracture surface, it becomes easier to estimate the region of the fracture surface to be photographed in the damaged object.

ここで、第8の態様は、第1~第7の態様のいずれか1つにおいて、前記機械学習部は、前記破断面画像データに含まれる破断面よりも広域の破断面を含む広域画像データと、前記広域の破断面を当該破断面の形態ごとに2以上の領域に分割した領域分割データとの組み合わせを含む第3データセットにより第3学習を更に行い、前記推定部は、前記第3学習によって得られる第3学習済モデルに基づき、入力される広域破断面画像において破断面の領域が分割された領域分割画像を更に推定する。 Here, the eighth aspect is any one of the first to seventh aspects, in which the machine learning unit further performs a third learning using a third data set including a combination of wide-area image data including a fracture surface wider than the fracture surface included in the fracture surface image data and region division data in which the wide-area fracture surface is divided into two or more regions according to the shape of the fracture surface, and the estimation unit further estimates a region division image in which the fracture surface region is divided in the input wide-area fracture surface image based on a third trained model obtained by the third learning.

この第8の態様によると、推定部は、第3学習によって得られる第3学習済モデルに基づき、入力される広域破断面画像において破断面の領域が分割された領域分割画像を更に推定するので、この領域分割画像を見て、破損物において撮影する破断面の領域を検討しやすくなる。従って、破断面解析の初心者でも、破壊起点の含まれない破断面画像を誤って用いる事態を回避し、破壊起点の位置を判定しやすくなる。 According to this eighth aspect, the estimation unit further estimates an area division image in which the area of the fracture surface is divided in the input wide-area fracture surface image based on the third learned model obtained by the third learning, so that by looking at this area division image, it becomes easier to consider the area of the fracture surface to be photographed in the damaged object. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can avoid a situation in which a fracture surface image that does not include the fracture origin is mistakenly used, and can easily determine the position of the fracture origin.

本開示の第9の態様は、破断面解析方法に係り、破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う第1学習ステップと、前記第1学習ステップで得られた第1学習済モデルに基づき、入力された破断面画像の破壊起点を推定する第1推定ステップとを備える。 A ninth aspect of the present disclosure relates to a fracture surface analysis method, and includes a first learning step of performing a first learning process using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data, and a first estimation step of estimating the fracture origin of the input fracture surface image based on the first trained model obtained in the first learning step.

この第9の態様では、第1推定ステップで、第1学習済モデルに基づき、入力された破断面画像の破壊起点を推定するので、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定できる。 In this ninth aspect, in the first estimation step, the fracture origin of the input fracture surface image is estimated based on the first trained model, so that even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image.

本開示の第10の態様は、第9の態様において、破断面画像データと破断面模様データとの組み合わせを含む第2データセットにより第2学習を行う第2学習ステップと、前記第2学習ステップで得られた第2学習済モデルに基づき、入力された前記破断面画像の破断面模様を推定する第2推定ステップとを更に備える。 A tenth aspect of the present disclosure is the ninth aspect, further comprising a second learning step of performing a second learning using a second data set including a combination of fracture surface image data and fracture surface pattern data, and a second estimation step of estimating the fracture surface pattern of the input fracture surface image based on the second trained model obtained in the second learning step.

この第10の態様では、第1学習ステップに加え第2学習ステップを更に行い、第1推定ステップにおける破断面画像の破壊起点の推定に加え、第2推定ステップにおいて破断面画像の破断面模様を更に推定するので、推定された破壊起点と推定された破断面模様とを比較して、推定された破壊起点が正しいかどうか検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定でき、しかも、検証によりその精度を高めることができる。 In this tenth aspect, in addition to the first learning step, a second learning step is further performed, and in addition to estimating the fracture origin of the fracture surface image in the first estimation step, the fracture surface pattern of the fracture surface image is further estimated in the second estimation step, so that the estimated fracture origin can be compared with the estimated fracture surface pattern to verify whether the estimated fracture origin is correct. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image, and the accuracy can be improved by verification.

本開示の第11の態様は、第9又は第10の態様において、前記破断面画像データに含まれる破断面よりも広域の破断面を含む広域画像データと、前記広域の破断面を当該破断面の形態ごとに2以上の領域に分割した領域分割データとの組み合わせを含む第3データセットにより第3学習を行う第3学習ステップと、前記第3学習で得られた第3学習済モデルに基づき、入力された広域破断面画像において破断面の領域が分割された領域分割画像を推定する第3推定ステップとを更に備える。 An eleventh aspect of the present disclosure is the ninth or tenth aspect, further comprising a third learning step of performing a third learning using a third data set including a combination of wide-area image data including a fracture surface wider than the fracture surface included in the fracture surface image data and area division data in which the wide-area fracture surface is divided into two or more areas according to the shape of the fracture surface, and a third estimation step of estimating an area division image in which the fracture surface area is divided in the input wide-area fracture surface image based on a third trained model obtained in the third learning.

この第11の態様では、第1学習ステップ及び第2学習ステップに加え第3学習ステップを更に行い、第3推定ステップにおいて、広域破断面画像の破断面の領域が分割された領域分割画像を更に推定するので、第8の態様と同様に、破損物において撮影する破断面の領域を検討しやすくなる。すなわち、破断面解析の初心者でも、破壊起点の含まれない破断面画像を誤って用いる事態を回避し、破壊起点の位置を判定しやすくなる。 In this eleventh aspect, in addition to the first and second learning steps, a third learning step is further performed, and in the third estimation step, a region division image in which the region of the fracture surface of the wide-area fracture surface image is further estimated, so that, as in the eighth aspect, it becomes easier to consider the region of the fracture surface to be photographed in the damaged object. In other words, even a beginner in fracture surface analysis can avoid a situation in which a fracture surface image that does not include the fracture origin is mistakenly used, and it becomes easier to determine the position of the fracture origin.

本開示の第12の態様は、第9~第11の態様のいずれか1つにおける破断面解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 A twelfth aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to execute the fracture surface analysis method according to any one of the ninth to eleventh aspects.

この第12の態様では、第9~第11の態様のいずれか1つにおける方法を、コンピュータに実施させることができる。 In this twelfth aspect, the method in any one of the ninth to eleventh aspects can be implemented by a computer.

以上説明したように、本発明によると、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定できる。 As explained above, with this invention, even a beginner in fracture surface analysis can determine the location of the fracture origin from a fracture surface image.

第1実施形態及び第2実施形態に係る破断面解析装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fracture surface analysis device according to a first embodiment and a second embodiment. 第1実施形態及び第2実施形態に係る、回帰モデルを用いる場合の第1学習、及び学習済回帰モデルに基づく推定を示す概略図である。A schematic diagram showing first learning when using a regression model and estimation based on a learned regression model in the first and second embodiments. 第1実施形態及び第2実施形態に係る、分類モデルを用いる場合の第1学習、及び学習済分類モデルに基づく推定を示す概略図である。A schematic diagram showing first learning when a classification model is used and estimation based on a learned classification model according to the first and second embodiments. 第1実施形態に係るデータセット記憶部の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a dataset storage unit according to the first embodiment. 第1実施形態に係る結果表示部の表示面に表示される画像の一例を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating an example of an image displayed on a display screen of a result display unit according to the first embodiment. 第1実施形態に係る破断面解析方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing a fracture surface analysis method according to the first embodiment. 第2実施形態に係る、セマンティックセグメンテーションモデルを用いる場合の第2学習、及び、学習済セマンティックセグメンテーションモデルに基づく推定を示す概略図である。A schematic diagram showing second learning when using a semantic segmentation model and estimation based on a learned semantic segmentation model in the second embodiment. 第2実施形態に係る図4相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 according to the second embodiment. 第2実施形態に係る図5相当図である。FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 according to a second embodiment. 第2実施形態に係る図5相当図であり、図9Aとは異なる例を示す図である。9B is a diagram corresponding to FIG. 5 according to the second embodiment, showing an example different from FIG. 9A . FIG. 第2実施形態に係る図6相当図である。FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 according to the second embodiment. 第2実施形態の変形例に係る、第3学習、及び学習済セマンティックセグメンテーションモデルに基づく推定を示す概略図である。A schematic diagram showing third learning and estimation based on a learned semantic segmentation model according to a modified example of the second embodiment.

以下、実施形態に係る破断面解析装置及び破断面解析方法について、図面を参照しながら説明する。 The fracture surface analysis device and fracture surface analysis method according to the embodiment will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
(破断面解析装置の機能構成)
図1は、本発明に係る破断面解析装置10の構成図である。この破断面解析装置10は、破損物1(破壊起点の位置を判定したい構造物)の破断面の画像から、その破断面の破壊起点の位置を判定するためのものである。この破断面解析装置10は、データセット記憶部11と、機械学習部12と、撮影部13と、推定部14と、結果表示部15と、出力データ記憶部16とを備える。尚、破断面解析装置10の各構成要素は、別体の装置部分として、分散して配置されていてもよい。
First Embodiment
(Functional configuration of fracture surface analysis device)
1 is a configuration diagram of a fracture surface analysis device 10 according to the present invention. This fracture surface analysis device 10 is for determining the position of the fracture origin of a fracture surface from an image of the fracture surface of a damaged object 1 (a structure in which the position of the fracture origin is to be determined). This fracture surface analysis device 10 includes a data set storage unit 11, a machine learning unit 12, an imaging unit 13, an estimation unit 14, a result display unit 15, and an output data storage unit 16. Note that each component of the fracture surface analysis device 10 may be distributed and arranged as a separate device part.

図2及び図3は、機械学習部12及び推定部14の機能を示す概略図である。破断面解析装置10は、図2及び図3のそれぞれ上側に示すように、機械学習部12が後述する第1学習を行い、また、図2及び図3のそれぞれ下側に示すように、推定部14がこの第1学習によって得られる第1学習済モデルM1に基づき、撮影部13によって撮影され入力される破断面画像Imの破壊起点を推定するように構成されている。結果表示部15は、推定部14の推定結果を表示し、破断面解析を行う技術者は、この推定結果を見て、破損物1の破断面の破壊起点の位置を判定する。 2 and 3 are schematic diagrams showing the functions of the machine learning unit 12 and the estimation unit 14. As shown in the upper part of each of FIGS. 2 and 3, the fracture surface analysis device 10 is configured such that the machine learning unit 12 performs a first learning process described below, and as shown in the lower part of each of FIGS. 2 and 3, the estimation unit 14 estimates the fracture origin of the fracture surface image Im captured and input by the imaging unit 13 based on the first trained model M1 obtained by this first learning. The result display unit 15 displays the estimation result of the estimation unit 14, and the engineer performing the fracture surface analysis determines the position of the fracture origin of the fracture surface of the damaged object 1 by looking at the estimation result.

尚、破断面解析装置10において、機械学習部12及び推定部14は、それぞれの機能を実行するためのプログラムが記憶されたメモリ等の記憶媒体、及びそのプログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。 In addition, in the fracture surface analysis device 10, the machine learning unit 12 and the estimation unit 14 are mainly provided with a storage medium such as a memory in which a program for executing each function is stored, and a processor that operates according to the program, as hardware components.

以下、データセット記憶部11、機械学習部12、撮影部13、推定部14、及び結果表示部15の各機能構成について詳細に説明する。 The following describes in detail the functional configurations of the dataset storage unit 11, machine learning unit 12, imaging unit 13, estimation unit 14, and result display unit 15.

(データセット記憶部)
データセット記憶部11は、例えばハードディスク又はSDカード等の記憶媒体である。図4は、データセット記憶部11の構成図である。データセット記憶部11には、機械学習部12が第1学習を行うための第1データセットD1が記憶されている。この第1データセットD1は、破断面画像データD11と、この破断面画像データD11に示された破断面の破壊起点の位置を示す破壊起点データD12との組み合わせからなる。
(Data Set Storage Unit)
The dataset storage unit 11 is a storage medium such as a hard disk or an SD card. Fig. 4 is a configuration diagram of the dataset storage unit 11. The dataset storage unit 11 stores a first dataset D1 for the machine learning unit 12 to perform first learning. This first dataset D1 is composed of a combination of fracture surface image data D11 and fracture origin data D12 indicating the position of the fracture origin of the fracture surface shown in the fracture surface image data D11.

破断面画像データD11としては、種々の撮影方法および生成方法で準備された複数種類の画像を用いることができる。この「複数種類の画像」としては、例えば、SEM画像及びデジタルカメラなどで撮影された画像(デジカメ画像)や、これらの撮影画像を白と黒のピクセルのみで表示した二値画像等がある。破断面画像データD11には、SEM画像、デジカメ画像及び二値画像のうち少なくとも2つを用いるのが好ましく、これらの3つを用いるのがより好ましい。 As the fracture surface image data D11, multiple types of images prepared using various photographing and generation methods can be used. Examples of "multiple types of images" include SEM images and images taken with a digital camera (digital camera images), as well as binary images in which these photographed images are displayed using only black and white pixels. It is preferable to use at least two of the SEM images, digital camera images, and binary images for the fracture surface image data D11, and it is even more preferable to use three of these.

破壊起点データD12は、破断面画像データD11の破断面における破壊起点の位置を座標として示す座標データ、及び破壊起点が存在する確率を後述する小領域ごとに記述した確率分布データを含む。座標データは、図2の右上に示すように、破断面画像データD11が示す各破断面における破壊起点の座標を表す(X,Y)の組み合わせからなる。確率分布データは、図3の右上に示すように、各破断面を複数の小領域A,A,…に分割し、各小領域において破壊起点が存在する確率を示す数値からなる。この小領域は、破断面画像Imのピクセル1つ1つが占める領域であってもよく、隣接する複数のピクセルの集合が占める領域であってもよい。図3の右上に示す確率分布データには、144個の小領域A~A144が存在する。 The fracture origin data D12 includes coordinate data indicating the position of the fracture origin on the fracture surface of the fracture surface image data D11 as coordinates, and probability distribution data describing the probability of the existence of the fracture origin for each small region described later. The coordinate data is composed of a combination of (X, Y) representing the coordinates of the fracture origin on each fracture surface indicated by the fracture surface image data D11, as shown in the upper right of FIG. 2. The probability distribution data is composed of a numerical value indicating the probability of the existence of the fracture origin in each small region, which is obtained by dividing each fracture surface into a plurality of small regions A 1 , A 2 , ..., as shown in the upper right of FIG. 3. The small region may be an area occupied by each pixel of the fracture surface image Im, or may be an area occupied by a set of a plurality of adjacent pixels. The probability distribution data shown in the upper right of FIG. 3 includes 144 small regions A 1 to A 144 .

前述の座標データ及び確率分布データは、第1学習を行う前に準備しておく。座標データを準備する方法は、例えば、技術者が破断面画像データD11に示される破断面を見て、破壊起点を特定してその座標を記録するという方法であってもよい。確率分布データを準備する方法は、例えば、技術者が破断面画像データD11に示される破断面を見て、破断面の各小領域を破壊起点が存在する確率のランク(例えば、ランク1:確率50%以上、ランク2:確率10%以上50%未満、ランク3:確率0%以上10%未満、など)を決定するという方法であってもよい。より具体的には、例えば、ピクセル単位で画像を編集できる画像編集用ソフトなどを使用して、破断面画像Im中の全小領域を、破壊起点が存在する確率のランクごとに異なる色で塗り分けるという方法であってもよい。図3に示す例では、小領域A115がランク1(確率50%)、小領域A102,A104,A116,A127,A128がランク2(確率10%)、それ以外の小領域がランク3(存在確率0%)に割り当てられている。 The above-mentioned coordinate data and probability distribution data are prepared before the first learning is performed. The method of preparing the coordinate data may be, for example, a method in which an engineer looks at the fracture surface shown in the fracture surface image data D11, identifies the fracture origin, and records the coordinates. The method of preparing the probability distribution data may be, for example, a method in which an engineer looks at the fracture surface shown in the fracture surface image data D11, and determines the rank of the probability that the fracture origin exists for each small area of the fracture surface (for example, rank 1: probability 50% or more, rank 2: probability 10% or more but less than 50%, rank 3: probability 0% or more but less than 10%, etc.). More specifically, for example, a method may be used in which all small areas in the fracture surface image Im are painted in different colors according to the rank of the probability that the fracture origin exists, using image editing software that can edit images on a pixel-by-pixel basis. In the example shown in FIG. 3, small area A115 is assigned rank 1 (probability 50%), small areas A102 , A104 , A116 , A127 , and A128 are assigned rank 2 (probability 10%), and the other small areas are assigned rank 3 (probability of existence 0%).

(機械学習部)
機械学習部12は、データセット記憶部11から第1データセットD1を読み出し、第1学習を行う。第1学習の学習モデルは、図2に示すように、破壊起点の座標を推定できるように学習する回帰モデル、及び、図3に示すように、破壊起点が存在する確率を推定できるように学習する分類モデルとする。機械学習部12は、この2つの学習モデルを構築するために2パターンの第1学習を行う。以下、学習モデルを回帰モデルとした場合及び分類モデルとした場合に第1学習で得られる第1学習済モデルM1を、それぞれ、学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMCという。
(Machine Learning Department)
The machine learning unit 12 reads out the first data set D1 from the data set storage unit 11 and performs first learning. The learning models of the first learning are a regression model that learns to be able to estimate the coordinates of the fracture origin as shown in FIG. 2, and a classification model that learns to be able to estimate the probability that the fracture origin exists as shown in FIG. 3. The machine learning unit 12 performs two patterns of first learning to construct these two learning models. Hereinafter, the first trained model M1 obtained in the first learning when the learning model is a regression model and when the learning model is a classification model will be referred to as a trained regression model MR and a trained classification model MC, respectively.

尚、機械学習部12の学習方式には、例えば、畳み込みニューラルネットワーク又はサポートベクターマシンなどを用いることができる。 The learning method of the machine learning unit 12 can be, for example, a convolutional neural network or a support vector machine.

(撮影部)
撮影部13は、破損物1の破断面画像Imを撮影する。撮影部13としては、破損物1の種類に応じて、SEM等の電子顕微鏡、実体顕微鏡、マイクロスコープ及びデジタルカメラ等の種々の撮影手段を利用可能である。尚、破断面解析装置10は、撮影部13により撮影された破断面画像Imを記憶する画像記憶部(図示しない)を備えていてもよい。
(Photography Department)
The photographing unit 13 photographs a fracture surface image Im of the broken object 1. As the photographing unit 13, various photographing means such as an electron microscope such as an SEM, a stereo microscope, a microscope, and a digital camera can be used depending on the type of the broken object 1. The fracture surface analysis device 10 may include an image storage unit (not shown) that stores the fracture surface image Im photographed by the photographing unit 13.

(推定部)
推定部14は、撮影部13で撮影された破断面画像Imが入力され、破壊起点を推定する。その推定結果は、結果表示部15が出力する。推定部14には、図2及び図3のそれぞれ下側に示すように、機械学習部12の第1学習によって得られた学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMCが実装されており、推定部14は、この学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMCに基づき破壊起点を推定する。具体的には、推定部14は、図2の下側に示すように、学習済回帰モデルMRに基づき破断面画像Imの破壊起点の座標を推定し、その結果、座標Ptが得られる。また、推定部14は、図3の下側に示すように、学習済分類モデルMCに基づき破断面画像Imの破壊起点が存在する各小領域の確率を推定し、その結果、破壊起点が存在する確率を示す破壊起点コンター図PD(確率分布)が得られる。尚、図3の右下に示す破壊起点コンター図PDの例では、各小領域における破壊起点の存在確率を、色が濃い(暗い)ほど確率が高くなるように、グレースケールで示している。
(Estimation section)
The estimation unit 14 receives the fracture surface image Im captured by the imaging unit 13 and estimates the fracture origin. The result of the estimation is output by the result display unit 15. As shown in the lower part of each of Figs. 2 and 3, the estimation unit 14 is equipped with a trained regression model MR and a trained classification model MC obtained by the first learning of the machine learning unit 12, and the estimation unit 14 estimates the fracture origin based on the trained regression model MR and the trained classification model MC. Specifically, as shown in the lower part of Fig. 2, the estimation unit 14 estimates the coordinates of the fracture origin of the fracture surface image Im based on the trained regression model MR, and as a result, the coordinates Pt are obtained. In addition, as shown in the lower part of Fig. 3, the estimation unit 14 estimates the probability of each small area in which the fracture origin of the fracture surface image Im exists based on the trained classification model MC, and as a result, a fracture origin contour diagram PD (probability distribution) indicating the probability that the fracture origin exists is obtained. In addition, in the example of the fracture origin contour diagram PD shown in the lower right of FIG. 3, the probability of the existence of a fracture origin in each small region is shown in gray scale, with the darker the color, the higher the probability.

(結果表示部)
結果表示部15は、液晶ディスプレイ等により構成される表示面(図示しない)を有している。結果表示部15は、推定部14により2パターンの第1学習済モデルM1(すなわち、学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMC)による破壊起点の推定の結果得られた破壊起点の座標Pt及び破壊起点コンター図PDを、表示面(同一画面)に重ねて画像として表示する。図5は、結果表示部15の表示面に表示される画像の一例を示す図である。
(Result display section)
The result display unit 15 has a display surface (not shown) configured by a liquid crystal display or the like. The result display unit 15 displays, as an image, the coordinates Pt of the fracture origin and the fracture origin contour map PD obtained as a result of the estimation of the fracture origin by the estimation unit 14 using two patterns of the first trained model M1 (i.e., the trained regression model MR and the trained classification model MC) on the display surface (same screen) in a superimposed manner. Fig. 5 is a diagram showing an example of an image displayed on the display surface of the result display unit 15.

図5に示す例では、破壊起点の座標Ptが、破壊起点コンター図PDの最も確率の高い領域とほぼ一致していることがわかる。仮に、学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMCに基づく破壊起点の推定結果が大きく異なる場合は、少なくともいずれか一方の推定結果が正しくない可能性が考えられる。このような場合に限り、推定された異なる2つの破壊起点を、入力された破断面画像Imと比較することにより、いずれの破壊起点がより信頼性が高いか、検証すればよい。 In the example shown in Figure 5, it can be seen that the coordinates Pt of the fracture origin almost coincide with the most probable area of the fracture origin contour map PD. If the fracture origin estimation results based on the trained regression model MR and the trained classification model MC differ significantly, it is possible that at least one of the estimation results is incorrect. Only in such a case can it be verified which fracture origin is more reliable by comparing the two different estimated fracture origins with the input fracture surface image Im.

結果表示部15による表示の仕方は、図5に示す例と異なっていてもよい。例えば、結果表示部15は、破壊起点の座標Pt及び破断面画像Im、又は、破壊起点コンター図PD及び破断面画像Imを表示面に重ねて画像として表示してもよく、破壊起点の座標Pt、破壊起点コンター図PD及び破断面画像Imのすべてを表示面に重ねて画像として表示してもよい。 The display method by the result display unit 15 may be different from the example shown in FIG. 5. For example, the result display unit 15 may display the fracture origin coordinate Pt and fracture surface image Im, or the fracture origin contour diagram PD and fracture surface image Im, as an image superimposed on the display surface, or may display all of the fracture origin coordinate Pt, fracture origin contour diagram PD, and fracture surface image Im as an image superimposed on the display surface.

結果表示部15が表示する推定結果は、出力データ記憶部16に記憶される。出力データ記憶部16は、例えばハードディスク等の記憶媒体である。 The estimation results displayed by the result display unit 15 are stored in the output data storage unit 16. The output data storage unit 16 is a storage medium such as a hard disk.

(破断面解析方法)
図6は、第1実施形態に係る破断面解析方法S10を示すフロー図である。破断面解析方法S10では、前述の破断面解析装置10の機能を順番に実行する。尚、破断面解析方法S10を開始する前に、破断面画像データD11と、破壊起点データD12との組み合わせからなる第1データセットD1を準備してデータセット記憶部11に保存しておく。
(Fracture surface analysis method)
6 is a flow diagram showing a fracture surface analysis method S10 according to the first embodiment. In the fracture surface analysis method S10, the functions of the fracture surface analysis device 10 described above are executed in sequence. Before starting the fracture surface analysis method S10, a first data set D1 consisting of a combination of fracture surface image data D11 and fracture origin data D12 is prepared and stored in the data set storage unit 11.

まず、第1ステップS11では、第1データセットD1を用いて機械学習部12により第1学習を行う(第1学習ステップ)。続く第2ステップS12では、撮影部13により破損物1の破断面画像Imを撮影する。続く第3ステップS13では、第2ステップS12で撮影された破断面画像Imを入力とし、第1ステップS11で得られた第1学習済モデルM1(すなわち、学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMC)に基づき、この入力された破断面画像Imの破壊起点を推定し、その結果、破壊起点の座標Pt及び破壊起点コンター図PDが得られる(第1推定ステップ)。続く第4ステップS14では、推定された破壊起点を結果表示部15が表示する。尚、第2ステップS12は、第1ステップS11よりも先に実行してもよい。 First, in the first step S11, the machine learning unit 12 performs the first learning using the first data set D1 (first learning step). In the subsequent second step S12, the imager 13 captures a fracture surface image Im of the broken object 1. In the subsequent third step S13, the fracture surface image Im captured in the second step S12 is input, and the fracture origin of the input fracture surface image Im is estimated based on the first trained model M1 (i.e., the trained regression model MR and the trained classification model MC) obtained in the first step S11, and as a result, the coordinates Pt of the fracture origin and the fracture origin contour diagram PD are obtained (first estimation step). In the subsequent fourth step S14, the result display unit 15 displays the estimated fracture origin. Note that the second step S12 may be performed prior to the first step S11.

以上の破断面解析方法は、記録媒体に記録されるコンピュータプログラムとして、コンピュータで実行可能である。 The above fracture surface analysis method can be executed by a computer as a computer program recorded on a recording medium.

(作用・効果)
本実施形態では、推定部14が、第1学習済モデルM1に基づき、入力される破断面画像Imの破壊起点を推定するので、破断面解析の初心者でも破断面画像Imから破壊起点の位置を判定できる。
(Action and Effects)
In this embodiment, the estimation unit 14 estimates the fracture origin of the input fracture surface image Im based on the first learned model M1, so that even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image Im.

また、推定部14の学習済回帰モデルMRは、破断面画像Imの破壊起点の座標を推定し、その結果、座標Ptが得られるので、破断面解析の初心者でも迷うことなく破断面画像Im中の破壊起点の位置を判定できる。 The learned regression model MR of the estimation unit 14 estimates the coordinates of the fracture origin in the fracture surface image Im, and as a result, the coordinates Pt are obtained, so that even a beginner in fracture surface analysis can easily determine the position of the fracture origin in the fracture surface image Im.

ところで、推定部14により得られた破壊起点の座標Ptが正しいか検証したい場合がある。ここで、推定部14は破壊起点の座標Ptに加え、破断面画像Imの破壊起点の位置を破壊起点コンター図PDとして示すことができるので、破壊起点の座標Ptと破壊起点コンター図PDとを相互に比較できる。これによって、それぞれ推定結果の妥当性を検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像Imから破壊起点の位置を判定できるだけでなく、検証によりその精度を高めることができる。 However, there are cases where it is desired to verify whether the coordinates Pt of the fracture origin obtained by the estimation unit 14 are correct. Here, the estimation unit 14 can display the position of the fracture origin in the fracture surface image Im as a fracture origin contour diagram PD in addition to the coordinates Pt of the fracture origin, so that the coordinates Pt of the fracture origin and the fracture origin contour diagram PD can be compared with each other. This makes it possible to verify the validity of each estimation result. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can not only determine the position of the fracture origin from the fracture surface image Im, but can also improve the accuracy by verification.

また、本実施形態では、機械学習部12は、破断面画像データD11として、種々の撮影方法および生成方法で準備された複数種類の画像を用いるので、第1データセットD1の数を増やして第1学習の精度を高めることができる。従って、得られる第1学習済モデルM1に基づき、破断面解析の初心者でも破断面画像Imから高い精度で破壊起点の位置を判定できる。 In addition, in this embodiment, the machine learning unit 12 uses multiple types of images prepared by various shooting and generation methods as the fracture surface image data D11, so the number of first data sets D1 can be increased to improve the accuracy of the first learning. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image Im with high accuracy based on the obtained first trained model M1.

<第1実施形態の変形例>
ところで、破断面画像Imに破壊起点が1箇所のみ存在する場合、学習済回帰モデルMRは、1つの破壊起点を推定し、学習済分類モデルMCも1つの破壊起点を推定することになる。従って、破壊起点が1箇所のみ存在する破断面画像Imの場合は、前述したように、座標Ptと破壊起点コンター図PDを相互に比較することで破壊起点の位置の妥当性を検証し、その精度を高めることができる。
しかし、その一方で、破断面画像Imに破壊起点が複数箇所存在する場合、学習済分類モデルMCは複数の破壊起点を破壊起点コンター図PDとして推定できるものの、学習済回帰モデルMRは1つの破壊起点のみを推定するため、それぞれ推定結果の妥当性を検証し、その精度を高めることが難しくなる。そこで、破断面画像Imに破壊起点が複数箇所存在する場合においても、破断面解析の初心者が破壊起点の位置の妥当性を検証できるようにしたい。
<Modification of the First Embodiment>
Incidentally, when only one fracture origin exists in the fracture surface image Im, the trained regression model MR estimates one fracture origin, and the trained classification model MC also estimates one fracture origin. Therefore, in the case of a fracture surface image Im in which only one fracture origin exists, as described above, the validity of the position of the fracture origin can be verified and its accuracy can be improved by comparing the coordinate Pt with the fracture origin contour map PD.
However, on the other hand, when a plurality of fracture origins exist in the fracture surface image Im, the trained classification model MC can estimate the plurality of fracture origins as the fracture origin contour diagram PD, but the trained regression model MR estimates only one fracture origin, so it becomes difficult to verify the validity of each estimation result and improve its accuracy. Therefore, it is desired to enable beginners in fracture surface analysis to verify the validity of the positions of the fracture origins even when a plurality of fracture origins exist in the fracture surface image Im.

前記を鑑みて、破断面解析装置10は、推定により得られた破壊起点コンター図PDに含まれる破壊起点の数nを判定し、入力された破断面画像Imを破壊起点が1つずつ含まれるようにn個の破断面画像に分割する分割画像生成部(図示しない)を更に備えていてもよい。そして、推定部14は、そのn個の分割画像の各々を入力とし、このn個の分割画像の各々における破壊起点の座標Pt及び破壊起点コンター図PDの推定を行ってもよい。 In view of the above, the fracture surface analysis device 10 may further include a divided image generation unit (not shown) that determines the number n of fracture origins included in the fracture origin contour diagram PD obtained by estimation, and divides the input fracture surface image Im into n fracture surface images so that each image contains one fracture origin. The estimation unit 14 may then input each of the n divided images and estimate the coordinates Pt of the fracture origin and the fracture origin contour diagram PD for each of the n divided images.

この変形例によると、分割画像生成部が、学習済分類モデルMCによる推定結果が示す破壊起点を1つずつ含むように分割されたn個の分割画像を生成し、推定部14がこのn個の分割画像の各々について破壊起点の推定を行うので、n個の画像それぞれの座標Pt及び破壊起点コンター図PDが得られる。その結果、入力された破断面画像Imに複数の破壊起点が含まれる場合においても、出力された座標Ptと破壊起点コンター図PDとを相互に比較できる。従って、破断面画像Imに破壊起点が複数存在する場合においても破断面解析の初心者が破壊起点の位置の妥当性を検証し、その精度を高めることができる。 According to this modified example, the divided image generation unit generates n divided images that are divided so that each image contains one fracture origin indicated by the estimation result by the trained classification model MC, and the estimation unit 14 estimates the fracture origin for each of the n divided images, so that the coordinates Pt and fracture origin contour diagram PD for each of the n images are obtained. As a result, even if the input fracture surface image Im contains multiple fracture origins, the output coordinates Pt and fracture origin contour diagram PD can be compared with each other. Therefore, even if there are multiple fracture origins in the fracture surface image Im, a beginner in fracture surface analysis can verify the validity of the fracture origin position and improve its accuracy.

<第2実施形態>
以下、第2実施形態に係る破断面解析装置20の機能構成について説明する。この破断面解析装置20は、機械学習部22、推定部24及び結果表示部25の機能が、第1実施形態と異なっている。尚、第1実施形態と機能が同じである構成については、第1実施形態と同じ符号を用い、説明を省略する。
Second Embodiment
The functional configuration of a fracture surface analysis device 20 according to the second embodiment will be described below. This fracture surface analysis device 20 differs from the first embodiment in the functions of a machine learning unit 22, an estimation unit 24, and a result display unit 25. Note that components having the same functions as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and descriptions thereof will be omitted.

機械学習部22は、図2及び図3に示す第1学習に加え、更なる機械学習(第2学習)を行う。図7は、第2学習に関する機械学習部22及び推定部24の機能を示す概略図である。すなわち、推定部24は、第1学習済モデルM1に基づき破断面画像Imの破壊起点を推定することに加え、第2学習によって得られる第2学習済モデルM2に基づき破断面画像Im内に捉えられた破断面模様Ptnを推定する。 The machine learning unit 22 performs further machine learning (second learning) in addition to the first learning shown in Figures 2 and 3. Figure 7 is a schematic diagram showing the functions of the machine learning unit 22 and the estimation unit 24 regarding the second learning. That is, the estimation unit 24 estimates the fracture origin of the fracture surface image Im based on the first trained model M1, and also estimates the fracture surface pattern Ptn captured in the fracture surface image Im based on the second trained model M2 obtained by the second learning.

破断面模様Ptnとは、具体的には、破断面における段差などの凹凸を反映した模様である。図7の右下には、この破断面模様Ptnの一例として、き裂が拡大するときの進展経路が破断面上に段差として現れた放射状模様が示されている。この放射状模様は、その収束点から破壊起点のおおまかな位置を特定できるので、破壊起点を特定するための足がかりとなる。尚、破断面模様Ptnは、き裂が拡大するときの進展経路が破断面上に段差として現れた放射状模様に限られず、破壊起点を特定するための足がかりとなるような、破断面上の模様であればよい。 Specifically, the fracture surface pattern Ptn is a pattern that reflects unevenness such as steps on the fracture surface. In the lower right of Figure 7, an example of this fracture surface pattern Ptn is shown, in which a radial pattern in which the propagation path of a crack as it expands appears as steps on the fracture surface. This radial pattern serves as a foothold for identifying the fracture origin, as the approximate position of the fracture origin can be identified from its convergence point. Note that the fracture surface pattern Ptn is not limited to a radial pattern in which the propagation path of a crack as it expands appears as steps on the fracture surface, but may be any pattern on the fracture surface that serves as a foothold for identifying the fracture origin.

図8は、データセット記憶部21の構成図である。データセット記憶部21には、第1データセットD1に加え、第2データセットD2が記憶されている。第2データセットD2は、破断面画像データD21(D11)と、この破断面画像データD21の放射状模様を示す破断面模様データD22との組み合わせからなる。 Figure 8 is a configuration diagram of the dataset storage unit 21. In addition to the first dataset D1, the dataset storage unit 21 stores a second dataset D2. The second dataset D2 consists of a combination of fracture surface image data D21 (D11) and fracture surface pattern data D22 that shows the radial pattern of the fracture surface image data D21.

破断面模様データD22は、例えば、図7の右上に示す、ハッチングされた部分である。この破断面模様データD22は、第2学習の前に準備しておく。破断面模様データD22を準備する方法は、例えば、技術者が破断面画像データD21に示される破断面を見て、画像編集用ソフトなどを使用して描いてもよい。 The fracture surface pattern data D22 is, for example, the hatched portion shown in the upper right of FIG. 7. This fracture surface pattern data D22 is prepared before the second learning. The fracture surface pattern data D22 may be prepared, for example, by an engineer looking at the fracture surface shown in the fracture surface image data D21 and drawing it using image editing software or the like.

機械学習部22は、データセット記憶部21から第1データセットD1及び第2データセットD2を読み出し、第1学習及び第2学習を行う。第2学習では、図7に示すように、破断面模様を推定するための学習モデルであるセマンティックセグメンテーションモデル(以下、SSモデルという。)を構築する。以下、第2学習で得られる第2学習済モデルM2を、学習済SSモデルMSという。 The machine learning unit 22 reads out the first data set D1 and the second data set D2 from the data set storage unit 21, and performs the first learning and the second learning. In the second learning, as shown in FIG. 7, a semantic segmentation model (hereinafter referred to as the SS model), which is a learning model for estimating the fracture surface pattern, is constructed. Hereinafter, the second trained model M2 obtained in the second learning is referred to as the trained SS model MS.

推定部24は、図7の下側に示すように、撮影部13で撮影された破断面画像Imが入力され、破断面模様Ptnを推定し、その結果、破断面模様Ptnが得られる。 As shown in the lower part of Figure 7, the estimation unit 24 receives the fracture surface image Im captured by the imaging unit 13 and estimates the fracture surface pattern Ptn, thereby obtaining the fracture surface pattern Ptn.

結果表示部25は、第1学習済モデルM1に基づき推定された破壊起点(座標Pt又は破壊起点コンター図PD)と、第2学習済モデルM2に基づき推定された破断面模様Ptnとをその表示面(同一画面)に重ねて画像として表示する。 The result display unit 25 displays the fracture origin (coordinate Pt or fracture origin contour diagram PD) estimated based on the first trained model M1 and the fracture surface pattern Ptn estimated based on the second trained model M2 as an image superimposed on its display surface (same screen).

図9A及び図9Bは、結果表示部25の表示面に表示された画像の2つの例を示す図である。図9A及び図9Bは、推定部24に入力された破断面画像Imが互いに異なっている。図9A及び図9Bのそれぞれの左側では、推定された破壊起点の座標Ptと破断面模様Ptnとが重ねて表示されており、図9A及び図9Bのそれぞれの右側では、推定された破壊起点の破壊起点コンター図PD(確率が0%の領域を除く)と破断面模様Ptnとが重ねて表示されている。図9A及び図9Bでは、破断面模様Ptnで示される放射状模様から判断できる破壊起点が存在し得る位置(すなわち、放射状模様が収束する位置)を破線で囲んでいる。 9A and 9B are diagrams showing two examples of images displayed on the display surface of the result display unit 25. In Fig. 9A and Fig. 9B, the fracture surface images Im input to the estimation unit 24 are different from each other. On the left side of each of Fig. 9A and Fig. 9B, the coordinates Pt of the estimated fracture origin and the fracture surface pattern Ptn are displayed superimposed, and on the right side of each of Fig. 9A and Fig. 9B, the fracture origin contour diagram PD (excluding the area with a probability of 0%) of the estimated fracture origin and the fracture surface pattern Ptn are displayed superimposed. In Fig. 9A and Fig. 9B, the position where the fracture origin can be determined from the radial pattern shown by the fracture surface pattern Ptn (i.e., the position where the radial pattern converges) is surrounded by a dashed line.

図9Aに示す例では、推定された破壊起点の座標Ptの位置(図9Aの左側を参照)及び破壊起点コンター図PDの最も確率の高い位置(図9Bの右側を参照)は、いずれも破線で囲む領域にある。すなわち、学習済回帰モデルMR及び学習済分類モデルMCに基づく破壊起点の推定結果(座標Pt及び破壊起点コンター図PD)は、いずれも学習済SSモデルMSに基づく推定結果(破断面模様Ptn)と一致している。このため、3つの学習済モデルに基づく推定結果から、迷うことなく破壊起点を判定できる。 In the example shown in Figure 9A, the position of the coordinate Pt of the estimated fracture origin (see the left side of Figure 9A) and the most probable position of the fracture origin contour map PD (see the right side of Figure 9B) are both in the area surrounded by the dashed line. In other words, the estimation results of the fracture origin based on the trained regression model MR and the trained classification model MC (coordinate Pt and fracture origin contour map PD) are both consistent with the estimation results based on the trained SS model MS (fracture surface pattern Ptn). Therefore, the fracture origin can be determined without hesitation from the estimation results based on the three trained models.

一方、図9Bに示す例では、推定された破壊起点コンター図PDの最も確率の高い領域は、破線で囲む領域にあるものの(図9Bの右側を参照)、推定された破壊起点の座標Ptは、破線で囲む領域の外にあることがわかる(図9Bの左側を参照)。すなわち、学習済分類モデルMCに基づく推定結果は、学習済SSモデルMSに基づく推定結果と一致するものの、学習済回帰モデルMRに基づく推定結果は学習済SSモデルMSに基づく推定結果とは一致しない。この場合、学習済SSモデルMSに基づく推定結果と一致する学習済分類モデルMRに基づく推定結果(図9Bの右側)が、学習済回帰モデルMRに基づく推定結果(図9Bの左側)よりも信頼できるといえる。 On the other hand, in the example shown in Figure 9B, although the most probable area of the estimated fracture origin contour map PD is within the area surrounded by the dashed line (see the right side of Figure 9B), it can be seen that the coordinates Pt of the estimated fracture origin are outside the area surrounded by the dashed line (see the left side of Figure 9B). In other words, while the estimation result based on the trained classification model MC matches the estimation result based on the trained SS model MS, the estimation result based on the trained regression model MR does not match the estimation result based on the trained SS model MS. In this case, it can be said that the estimation result based on the trained classification model MR (right side of Figure 9B), which matches the estimation result based on the trained SS model MS, is more reliable than the estimation result based on the trained regression model MR (left side of Figure 9B).

図10は、第2実施形態に係る破断面解析方法S20を示すフロー図である。破断面解析方法S20は、第1学習を行う第1ステップS21(S11)に続き、破断面画像データD21(D11)と破断面模様データD22との組み合わせを第2データセットD2として第2学習を行う第2ステップS22を実行する(第2学習ステップ)。続く第3ステップS23(S12)では、撮影部13により破損物1の破断面画像Imを撮影する。続く第4ステップS24(S13)では第1学習済モデルM1に基づき、破壊起点の位置を推定し、破壊起点の座標Pt及び破壊起点コンター図PDが得られる(第1推定ステップ)。続く第5ステップS25では、第2学習済モデルM2に基づき、破断面模様を推定し、破断面模様Ptnが得られる(第2推定ステップ)。続く第6ステップS26では、推定により得られた破壊起点の座標Pt、破壊起点コンター図PD及び破断面模様Ptnを結果表示部25が表示する。尚、第1ステップS21~第5ステップS25を実行する順序はこれに限定されず、第1ステップS21が第4ステップS24よりも先であり、第2ステップS22が第5ステップS25よりも先であり、第3ステップS23が第4ステップS24及び第5ステップS25のいずれよりも先であり、且つ、第4ステップS24及び第5ステップS25のいずれもが第6ステップS26よりも先であればよい。 Figure 10 is a flow diagram showing a fracture surface analysis method S20 according to the second embodiment. In the fracture surface analysis method S20, following the first step S21 (S11) of performing the first learning, a second step S22 of performing the second learning is performed using a combination of the fracture surface image data D21 (D11) and the fracture surface pattern data D22 as the second data set D2 (second learning step). In the subsequent third step S23 (S12), the imager 13 captures a fracture surface image Im of the broken object 1. In the subsequent fourth step S24 (S13), the position of the fracture origin is estimated based on the first trained model M1, and the coordinates Pt of the fracture origin and the fracture origin contour diagram PD are obtained (first estimation step). In the subsequent fifth step S25, the fracture surface pattern is estimated based on the second trained model M2, and the fracture surface pattern Ptn is obtained (second estimation step). In the subsequent sixth step S26, the result display unit 25 displays the estimated coordinates Pt of the fracture origin, the fracture origin contour diagram PD, and the fracture surface pattern Ptn. The order in which the first step S21 to the fifth step S25 are performed is not limited to this, and it is sufficient that the first step S21 precedes the fourth step S24, the second step S22 precedes the fifth step S25, the third step S23 precedes both the fourth step S24 and the fifth step S25, and both the fourth step S24 and the fifth step S25 precede the sixth step S26.

本実施形態では、機械学習部22は、第1学習に加え第2学習を更に行い、推定部24は、破断面画像Imの破壊起点に加え破断面画像Imの破断面模様Ptnを更に推定し、その結果、破断面模様Ptnが得られるので、推定された破壊起点と破断面模様Ptnとを比較することにより、推定された破壊起点が正しいかどうか検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像Imから破壊起点の位置を判定でき、しかも、検証によりその精度を高めることができる。 In this embodiment, the machine learning unit 22 performs a second learning in addition to the first learning, and the estimation unit 24 further estimates the fracture surface pattern Ptn of the fracture surface image Im in addition to the fracture origin of the fracture surface image Im, and as a result, the fracture surface pattern Ptn is obtained. Therefore, by comparing the estimated fracture origin with the fracture surface pattern Ptn, it is possible to verify whether the estimated fracture origin is correct. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image Im, and the accuracy can be improved by verification.

また、本実施形態では、結果表示部25が、推定された破壊起点及び破断面模様Ptnを同一画面に重ねて画像として表示するので、推定された破壊起点と破断面模様Ptnとの関係から、推定された破壊起点が正しいかどうか容易に検証できる。従って、破断面解析の初心者でも破断面画像から破壊起点の位置を判定でき、しかも、検証によりその精度を高めることができる。 In addition, in this embodiment, the result display unit 25 displays the estimated fracture origin and fracture surface pattern Ptn as an image superimposed on the same screen, so that it is easy to verify whether the estimated fracture origin is correct based on the relationship between the estimated fracture origin and the fracture surface pattern Ptn. Therefore, even a beginner in fracture surface analysis can determine the position of the fracture origin from the fracture surface image, and the accuracy can be improved by verification.

尚、結果表示部25は、推定により得られた破壊起点の座標Pt及び破壊起点コンター図PD並びに破断面模様Ptnの3つを同一画面に表示してもよい。 The result display unit 25 may display the coordinates Pt of the fracture origin obtained by estimation, the fracture origin contour diagram PD, and the fracture surface pattern Ptn on the same screen.

<第2実施形態の変形例>
前述の第2実施形態において、推定により得られた破壊起点の座標Pt、破壊起点コンター図PD、及び破断面模様Ptnの3つのうちのすべて異なるような場合には、入力される破断面画像Imに破壊起点が存在しない可能性を考えるべきである。このような場合、技術者は、この破断面画像Imが示す破断面よりも広域の破断面を含む広域破断面画像WIを見て、破壊起点が含まれるように破断面画像を撮影しなおす必要がある。このとき、この広域破断面画像WIに示される破断面がその破断面の形態の違いによって異なる領域に分割された後述する領域分割画像SAを得ることで、破損物1において撮影する破断面の領域の見当をつけやすくなる。尚、破断面の形態とは、例えば、後述するような破断面の凹凸などをいう。
<Modification of the second embodiment>
In the second embodiment described above, when all three of the estimated fracture origin coordinates Pt, fracture origin contour diagram PD, and fracture surface pattern Ptn are different, it is necessary to consider the possibility that the fracture origin does not exist in the input fracture surface image Im. In such a case, the engineer needs to look at the wide-area fracture surface image WI including a fracture surface wider than the fracture surface shown in this fracture surface image Im, and re-take the fracture surface image so that the fracture origin is included. At this time, by obtaining a region division image SA described later in which the fracture surface shown in this wide-area fracture surface image WI is divided into different regions depending on the difference in the shape of the fracture surface, it becomes easier to guess the area of the fracture surface to be photographed in the broken object 1. The shape of the fracture surface refers to, for example, the unevenness of the fracture surface as described later.

前記を鑑みて、機械学習部32は、第1学習及び第2学習に加え、領域分割画像SAを推定できるように学習する第3学習を行ってもよい。図11は、第3学習に関する機械学習部32及び推定部34の機能を示す概略図である。領域分割画像SAとは、図11の右下に示すように、例えば、広域破断面画像WIが、その破断面における比較的凹凸の多い凹凸領域(図11右下のドットハッチングされた部分を参照)、及び、凹凸領域を除く平坦領域(図11右下のハッチングされた部分を参照)に2分割された画像である。尚、領域分割画像SAは、凹凸領域及び平坦領域に加え、更に形態が異なる領域(例えば、明瞭な放射状模様が認められるような領域など)にも分割されていてもよく(すなわち、3分割されていてもよい)、更にその他の領域にも分割されていてもよい(すなわち、4分割以上されていてもよい)。 In view of the above, in addition to the first learning and the second learning, the machine learning unit 32 may perform a third learning to learn so as to estimate the region-divided image SA. FIG. 11 is a schematic diagram showing the functions of the machine learning unit 32 and the estimation unit 34 regarding the third learning. The region-divided image SA is an image in which, as shown in the lower right of FIG. 11, for example, the wide-area fracture surface image WI is divided into two regions, an uneven region having a relatively large amount of unevenness on the fracture surface (see the dot-hatched portion in the lower right of FIG. 11) and a flat region excluding the uneven region (see the hatched portion in the lower right of FIG. 11). In addition to the uneven region and the flat region, the region-divided image SA may be further divided into regions with different shapes (for example, a region where a clear radial pattern is recognized) (i.e., it may be divided into three), or may be further divided into other regions (i.e., it may be divided into four or more).

機械学習部32は、図11の上側に示すように、はじめに入力された破断面画像データD21に含まれる破断面よりも広域の破断面を含む広域画像データD31と、この広域の破断面を当該破断面の形態によって2以上の領域に分割した領域分割データD32との組み合わせを含む第3データセットにより第3学習を更に行う。領域分割データD32は、例えば、破断面模様データD22を準備する方法と同様に、技術者が広域画像データD31に示される破断面を見て、この破断面を凹凸領域と平坦領域とに塗り分けるという方法であってもよい。第3学習の学習モデルは、例えば、第2学習と同様にSSモデルである。 11, the machine learning unit 32 further performs a third learning process using a third data set including a combination of wide-area image data D31 including a fracture surface wider than the fracture surface included in the fracture surface image data D21 initially input, and area division data D32 in which the wide-area fracture surface is divided into two or more areas according to the shape of the fracture surface. The area division data D32 may be prepared, for example, by an engineer viewing the fracture surface shown in the wide-area image data D31 and coloring the fracture surface into uneven areas and flat areas, similar to the method of preparing the fracture surface pattern data D22. The learning model for the third learning is, for example, an SS model, similar to the second learning process.

推定部34には、図11の左下に示すように、撮影部13によって撮影された広域破断面画像WIが入力される。この広域破断面画像WIは、はじめに入力された破断面画像Imを撮影するときに撮影していてもよく、必要な場合にのみ、破損物1の適切な領域を含むように(適切な拡大倍率に)、適宜調整して撮影してもよい。 As shown in the lower left of FIG. 11, the wide-area fracture surface image WI captured by the imaging unit 13 is input to the estimation unit 34. This wide-area fracture surface image WI may be captured when the initially input fracture surface image Im is captured, or may be captured after being appropriately adjusted so as to include an appropriate area of the broken object 1 (at an appropriate magnification) only when necessary.

推定部34は、図11の下側に示すように、第3学習によって得られる第3学習済モデルM3(学習済SSモデル)に基づき、入力される広域破断面画像WIの分割された領域分割画像SAを推定し、その結果、領域分割画像SAが得られる。結果表示部25は、得られた領域分割画像SAを表示する。 As shown in the lower part of FIG. 11, the estimation unit 34 estimates an area division image SA obtained by dividing the input wide-area fracture surface image WI based on the third learned model M3 (learned SS model) obtained by the third learning, and as a result, an area division image SA is obtained. The result display unit 25 displays the obtained area division image SA.

この変形例に係る破断面解析方法では、前述の第2実施形態に係る破断面解析方法S20において、第3データセットにより第3学習を行う第3学習ステップと、第3学習で得られた第3学習済モデルに基づき、領域分割画像SAを推定する第3推定ステップとを更に備える。具体的には、図10に示す第6ステップS26で、結果表示部25が表した破壊起点の座標Pt、破壊起点コンター図PD及び破断面模様Ptを見て、入力される破断面画像Imに破壊起点が存在しないと考えられる場合に、第3推定ステップを行い領域分割画像SAを得る。そして、破損物1において撮影する破断面の領域の見当をつけた上で、破壊起点が含まれるように破断面画像Imを撮影しなおし、その撮影しなおした破断面画像Imを入力として第4ステップS24~第6ステップS26を行う。 In the fracture surface analysis method according to this modification, the fracture surface analysis method S20 according to the second embodiment described above further includes a third learning step of performing a third learning using a third data set, and a third estimation step of estimating an area division image SA based on the third learned model obtained in the third learning. Specifically, in the sixth step S26 shown in FIG. 10, when it is considered that the fracture origin does not exist in the input fracture surface image Im by looking at the coordinates Pt of the fracture origin, the fracture origin contour diagram PD, and the fracture surface pattern Pt displayed by the result display unit 25, the third estimation step is performed to obtain an area division image SA. Then, after estimating the area of the fracture surface to be photographed in the broken object 1, the fracture surface image Im is photographed again so that the fracture origin is included, and the fourth step S24 to the sixth step S26 are performed using the re-photographed fracture surface image Im as an input.

この変形例によると、推定部34は、第3学習によって得られる第3学習済モデルM3に基づき、入力される広域破断面画像WIにおいて破断面の領域が分割された領域分割画像SAを推定するので、技術者は、この領域分割画像SAを見て、破損物1において撮影する破断面の領域の見当をつけやすくなる。例えば、はじめに入力された破断面画像Imが凹凸領域に属していた場合、技術者は、破壊起点が凹凸領域には存在しないと判断し、平坦領域を撮影することを検討できる。 According to this modified example, the estimation unit 34 estimates an area division image SA in which the area of the fracture surface is divided in the input wide-area fracture surface image WI based on the third trained model M3 obtained by the third learning, so that the engineer can easily estimate the area of the fracture surface to be photographed in the damaged object 1 by looking at this area division image SA. For example, if the initially input fracture surface image Im belongs to an uneven area, the engineer can determine that the fracture origin is not present in the uneven area and consider photographing a flat area.

これによると、破断面解析の初心者でも、破壊起点の含まれない破断面画像Imを誤って用いる事態を回避し、破壊起点の位置を判定しやすくなる。 This makes it easier for even beginners to analyze fracture surfaces to avoid accidentally using a fracture surface image Im that does not contain the fracture origin and to determine the location of the fracture origin.

<その他の実施形態>
前述の各実施形態では、第1学習の学習モデルは回帰モデル及び分類モデルの両方を含むが、回帰モデル及び分類モデルのいずれか一方を選択できるようにしてもよい。これに応じて、推定部14(24)は、学習モデルが回帰モデルである場合には入力される破断面画像Imの破壊起点の座標Ptを推定し、学習モデルが分類モデルである場合には入力される破断面画像Imにおいて破壊起点コンター図PDを推定するようにしてもよい。
<Other embodiments>
In each of the above-described embodiments, the learning model of the first learning includes both the regression model and the classification model, but it is also possible to select either the regression model or the classification model. In response to this, the estimation unit 14 (24) may estimate the coordinates Pt of the fracture origin of the input fracture surface image Im when the learning model is a regression model, and may estimate the fracture origin contour diagram PD in the input fracture surface image Im when the learning model is a classification model.

また、前述の各実施形態では、破壊起点データD12及び破断面模様データD22を準備する方法の例として、技術者が破断面画像Imを見て準備することを挙げたが、これに限定されない。例えば、破断面解析装置10(20)は、破断面画像データD11(D21)の破断面を解析し、破壊起点データD12及び破断面模様データD22を自動的に生成するデータ生成部(図示しない)を備えていてもよい。データ生成部は、例えば、破断面画像Imに二値化処理を行い、二値化された画像からき裂の模様(放射状模様)に沿う直線を抽出し、抽出した直線から破断面における破壊起点及びき裂の進展方向等を求めることにより破壊起点データD12及び破断面模様データD22を自動的に生成してもよい。これによると、技術者がすべての破壊起点データD12及び破断面模様データD22を準備するために必要な負担を回避できる。 In addition, in each of the above-mentioned embodiments, as an example of a method for preparing the fracture origin data D12 and the fracture surface pattern data D22, an engineer has looked at the fracture surface image Im and prepared the data, but this is not limited to the above. For example, the fracture surface analysis device 10 (20) may be equipped with a data generation unit (not shown) that analyzes the fracture surface of the fracture surface image data D11 (D21) and automatically generates the fracture origin data D12 and the fracture surface pattern data D22. The data generation unit may, for example, perform a binarization process on the fracture surface image Im, extract straight lines along the crack pattern (radial pattern) from the binarized image, and automatically generate the fracture origin data D12 and the fracture surface pattern data D22 by determining the fracture origin and the propagation direction of the crack on the fracture surface from the extracted straight lines. This can avoid the burden required for an engineer to prepare all the fracture origin data D12 and the fracture surface pattern data D22.

1 破損物
10 第1実施形態に係る破断面解析装置
11 データセット記憶部
12 機械学習部
13 撮影部
14 推定部
15 結果表示部
16 出力データ記憶部
Im 入力される破断面画像
D1 第1データセット
D11 破断面画像データ(第1データセット)
D12 破壊起点データ(第1データセット)
M1 第1学習済モデル
MR 学習済回帰モデル(第1学習済モデル)
MC 学習済分類モデル(第1学習済モデル)
Pt 推定により得られる破壊起点の座標
PD 推定により得られる破壊起点コンター図(確率分布)
S10 第1実施形態に係る破断面解析方法
S11 第1ステップ(第1学習ステップ)
S12 第2ステップ
S13 第3ステップ(第1推定ステップ)
S14 第4ステップ
20 第2実施形態に係る破断面解析装置
21 データセット記憶部
22 機械学習部
24 推定部
25 結果表示部
D2 第2データセット
D21 破断面画像データ(第2データセット)
D22 破断面模様データ(第2データセット)
M2 第2学習済モデル
MS 学習済セマンティックセグメンテーションモデル(第2学習済モデル)
Ptn 推定により得られる破断面模様
S20 第2実施形態に係る破断面解析方法
S21 第1ステップ(第1学習ステップ)
S22 第2ステップ(第2学習ステップ)
S23 第3ステップ
S24 第4ステップ(第1推定ステップ)
S25 第5ステップ(第2推定ステップ)
S26 第6ステップ
31 第2実施形態の変形例に係る機械学習部
34 第2実施形態の変形例に係る推定部
D31 広域画像データ
D32 領域分割データ
M3 第3学習済モデル
SA 領域分割画像
1 Broken object 10 Fracture surface analysis device according to the first embodiment 11 Data set storage unit 12 Machine learning unit 13 Photography unit 14 Estimation unit 15 Result display unit 16 Output data storage unit Im Input fracture surface image D1 First dataset D11 Fracture surface image data (first dataset)
D12 Fracture origin data (first data set)
M1 First trained model MR Trained regression model (first trained model)
MC Trained classification model (first trained model)
Pt: Coordinates of the fracture origin obtained by estimation PD: Contour map of the fracture origin obtained by estimation (probability distribution)
S10 Fracture surface analysis method according to the first embodiment S11 First step (first learning step)
S12: Second step S13: Third step (first estimation step)
S14 Fourth step 20 Fracture surface analysis device according to the second embodiment 21 Data set storage unit 22 Machine learning unit 24 Estimation unit 25 Result display unit D2 Second data set D21 Fracture surface image data (second data set)
D22 Fracture surface pattern data (second data set)
M2 Second trained model MS Trained semantic segmentation model (second trained model)
Fracture surface pattern obtained by Ptn estimation S20 Fracture surface analysis method according to the second embodiment S21 First step (first learning step)
S22 Second step (second learning step)
S23: Third step S24: Fourth step (first estimation step)
S25 Fifth step (second estimation step)
S26 Sixth step 31 Machine learning unit 34 according to the modified example of the second embodiment Estimation unit D31 according to the modified example of the second embodiment Wide area image data D32 Region division data M3 Third trained model SA Region division image

Claims (11)

破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う機械学習部と、
前記第1学習によって得られる第1学習済モデルに基づき、入力される破断面画像の破壊起点を推定する推定部とを備え、
前記第1学習の学習モデルは、破壊起点の座標を推定できるように学習する回帰モデル、及び、破壊起点が存在する確率分布を推定できるように学習する分類モデルのうち、いずれか一方又は両方を選択でき、
前記推定部は、
前記学習モデルが前記回帰モデルである場合には、入力される前記破断面画像の破壊起点の座標を推定し、
前記学習モデルが前記分類モデルである場合には、入力される前記破断面画像において破壊起点が存在する確率分布を推定する、破断面解析装置。
A machine learning unit that performs a first learning process using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
An estimation unit that estimates a fracture origin of an input fracture surface image based on a first learned model obtained by the first learning ,
The learning model for the first learning can be selected from a regression model that learns to estimate the coordinates of the fracture origin and a classification model that learns to estimate the probability distribution of the existence of the fracture origin, or both of them;
The estimation unit is
When the learning model is the regression model, the coordinates of the fracture origin of the input fracture surface image are estimated;
A fracture surface analysis device that, when the learning model is the classification model, estimates a probability distribution of the presence of a fracture origin in the input fracture surface image .
請求項に記載の破断面解析装置において、
前記第1学習の学習モデルは、前記回帰モデルと、前記分類モデルとを含み、
前記推定部は、入力される前記破断面画像の破壊起点の座標及び入力される前記破断面画像において破壊起点が存在する確率分布を推定し、
入力される前記破断面画像、推定される前記破壊起点の座標、及び推定される前記確率分布のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示する結果表示部を更に備える、破断面解析装置。
2. The fracture surface analysis apparatus according to claim 1 ,
a learning model for the first learning includes the regression model and the classification model;
The estimation unit estimates coordinates of a fracture origin in the input fracture surface image and a probability distribution of a fracture origin in the input fracture surface image,
The fracture surface analysis device further comprises a result display unit that displays at least two of the input fracture surface image, the estimated coordinates of the fracture origin, and the estimated probability distribution as images superimposed on the same screen.
請求項に記載の破断面解析装置において、
推定される前記確率分布に含まれる破壊起点の数nを判定し、入力される前記破断面画像を前記破壊起点が1つずつ含まれるようにn個の領域に分割し、各々が当該n個の領域の1つ1つの画像を示すn個の分割画像を生成する、分割画像生成部を更に備え、
前記推定部は、前記n個の分割画像の各々における破壊起点の座標及び破壊起点が存在する確率分布を更に推定する、破断面解析装置。
3. The fracture surface analysis apparatus according to claim 2 ,
A divided image generating unit determines the number n of fracture origins included in the estimated probability distribution, divides the input fracture surface image into n regions so that each region includes one of the fracture origins, and generates n divided images each showing an image of one of the n regions;
The estimation unit further estimates the coordinates of the fracture origin in each of the n divided images and a probability distribution of the existence of the fracture origin.
破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う機械学習部と、
前記第1学習によって得られる第1学習済モデルに基づき、入力される破断面画像の破壊起点を推定する推定部と、を備え
前記機械学習部は、破断面画像データと破断面模様データとの組み合わせを含む第2データセットにより第2学習を更に行い、
前記推定部は、前記第2学習によって得られる第2学習済モデルに基づき、入力される前記破断面画像の破断面模様を更に推定する、破断面解析装置。
A machine learning unit that performs a first learning process using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
An estimation unit that estimates a fracture origin of an input fracture surface image based on a first learned model obtained by the first learning,
The machine learning unit further performs second learning using a second data set including a combination of fracture surface image data and fracture surface pattern data;
The estimation unit further estimates a fracture surface pattern of the input fracture surface image based on a second learned model obtained by the second learning.
請求項に記載の破断面解析装置において、
前記第2学習の学習モデルは、破断面模様を推定できるように学習するセマンティックセグメンテーションモデルを含む、破断面解析装置。
The fracture surface analysis apparatus according to claim 4 ,
A fracture surface analysis device, wherein the learning model for the second learning includes a semantic segmentation model that learns to estimate a fracture surface pattern.
請求項又はに記載の破断面解析装置において、
入力される前記破断面画像、前記第1学習済モデルに基づき推定される破壊起点、及び前記第2学習済モデルに基づき推定される破断面模様のうち、少なくとも2つを同一画面に重ねて画像として表示する結果表示部を更に備える、破断面解析装置。
The fracture surface analysis apparatus according to claim 4 or 5 ,
The fracture surface analysis device further includes a result display unit that displays at least two of the input fracture surface image, the fracture origin estimated based on the first trained model, and the fracture surface pattern estimated based on the second trained model as images superimposed on the same screen.
破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う機械学習部と、
前記第1学習によって得られる第1学習済モデルに基づき、入力される破断面画像の破壊起点を推定する推定部と、を備え、
前記機械学習部は、前記破断面画像データに含まれる破断面よりも広域の破断面を含む広域画像データと、前記広域の破断面を当該破断面の形態ごとに2以上の領域に分割した領域分割データとの組み合わせを含む第3データセットにより第3学習を更に行い、
前記推定部は、前記第3学習によって得られる第3学習済モデルに基づき、入力される広域破断面画像において破断面の領域が分割された領域分割画像を更に推定する、破断面解析装置。
A machine learning unit that performs a first learning process using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
An estimation unit that estimates a fracture origin of an input fracture surface image based on a first learned model obtained by the first learning,
The machine learning unit further performs a third learning using a third data set including a combination of wide-area image data including a fracture surface wider than the fracture surface included in the fracture surface image data and area division data in which the wide-area fracture surface is divided into two or more areas for each shape of the fracture surface;
The estimation unit further estimates a region division image in which the region of the fracture surface is divided in the input wide-area fracture surface image based on a third learned model obtained by the third learning.
破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う第1学習ステップと、
前記第1学習ステップで得られた第1学習済モデルに基づき、入力された破断面画像の破壊起点を推定する第1推定ステップとを備え、
前記第1学習の学習モデルは、破壊起点の座標を推定できるように学習する回帰モデル、及び、破壊起点が存在する確率分布を推定できるように学習する分類モデルのうち、いずれか一方又は両方を選択でき、
前記第1推定ステップは、
前記学習モデルが前記回帰モデルである場合には、入力される前記破断面画像の破壊起点の座標を推定し、
前記学習モデルが前記分類モデルである場合には、入力される前記破断面画像において破壊起点が存在する確率分布を推定する、
破断面解析方法。
A first learning step of performing a first learning using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
A first estimation step of estimating a fracture origin of the input fracture surface image based on the first trained model obtained in the first learning step ,
The learning model for the first learning can be selected from a regression model that learns to estimate the coordinates of the fracture origin and a classification model that learns to estimate the probability distribution of the existence of the fracture origin, or both of them;
The first estimation step includes:
When the learning model is the regression model, the coordinates of the fracture origin of the input fracture surface image are estimated;
When the learning model is the classification model, a probability distribution of the existence of a fracture origin in the input fracture surface image is estimated.
Fracture surface analysis method.
破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う第1学習ステップと、
前記第1学習ステップで得られた第1学習済モデルに基づき、入力された破断面画像の破壊起点を推定する第1推定ステップと、
破断面画像データと破断面模様データとの組み合わせを含む第2データセットにより第2学習を行う第2学習ステップと、
前記第2学習ステップで得られた第2学習済モデルに基づき、入力された前記破断面画像の破断面模様を推定する第2推定ステップと
を備える、破断面解析方法。
A first learning step of performing a first learning using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
A first estimation step of estimating a fracture origin of the input fracture surface image based on the first trained model obtained in the first learning step;
a second learning step of performing second learning using a second data set including a combination of the fracture surface image data and the fracture surface pattern data;
a second estimation step of estimating a fracture surface pattern of the input fracture surface image based on the second trained model obtained in the second learning step;
A fracture surface analysis method comprising :
破断面画像データと破壊起点データとの組み合わせを含む第1データセットにより第1学習を行う第1学習ステップと、
前記第1学習ステップで得られた第1学習済モデルに基づき、入力された破断面画像の破壊起点を推定する第1推定ステップと、
前記破断面画像データに含まれる破断面よりも広域の破断面を含む広域画像データと、前記広域の破断面を当該破断面の形態ごとに2以上の領域に分割した領域分割データとの組み合わせを含む第3データセットにより第3学習を行う第3学習ステップと、
前記第3学習で得られた第3学習済モデルに基づき、入力された広域破断面画像において破断面の領域が分割された領域分割画像を推定する第3推定ステップと
を備える、破断面解析方法。
A first learning step of performing a first learning using a first data set including a combination of fracture surface image data and fracture origin data;
A first estimation step of estimating a fracture origin of the input fracture surface image based on the first trained model obtained in the first learning step;
a third learning step of performing a third learning using a third data set including a combination of wide-area image data including a fracture surface wider than the fracture surface included in the fracture surface image data and area division data in which the wide-area fracture surface is divided into two or more areas according to the shape of the fracture surface;
A third estimation step of estimating a region segmentation image in which the region of the fracture surface is segmented in the input wide-area fracture surface image based on the third learned model obtained by the third learning ;
A fracture surface analysis method comprising :
請求項10のいずれか1項に記載の破断面解析方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute the fracture surface analysis method according to any one of claims 8 to 10 .
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村松美穂,外6名,コンピュータビジョンによる脆性破壊の起点同定,CAMP-ISIJ,Vol.33,2020年03月17日

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