Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ НАРУШЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ ПОСРЕДСТВОМ ОБРАТНОРАССЕЯННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

Предшествующий уровень техники

Часто во внутрь конструкции коммерческого и военного самолета в процессе производства или модификаций вносятся посторонние предметы. Такие предметы, как инструменты, крепежные детали, стружка от сверления, промышленный материал, личные предметы и мусор, иные предметы могут быть случайно оставлены внутри конструкции самолета по завершении производства или модификации.

Например, в процессе производства при совместном сверлении обшивки самолета с сопряженной с ней опорной конструкцией образуются посторонние предметы в виде стружек. Из-за сил, возникающих в процессе сверления, и свойства обрезков падать на пол стружки от сверления могут незаметно попасть в зазоры между обшивкой и опорной конструкцией. Зачастую желательно установить крепежные детали в только что высверленные отверстия, пока еще компоненты удерживаются вместе в сверлильной машине. Из-за возможного присутствия блуждающих стружек от сверления крепежные детали не могут быть установлены, пока не проведен осмотр, гарантирующий отсутствие мусора и посторонних предметов на границе между обшивкой и поддерживающей конструкцией.

К тому же в процессе установки обшивки многих авиакосмических конструкций обычно используются временные крепежные детали для удержания обшивки на расположенных под ней нервюрах, пока крепежные детали не установлены. Если операция осуществляется неправильно, отверстия в обшивке и расположенной под ней конструкции могут быть смещены, что приведет к необходимости сверления или рассверливания отверстия, а следовательно, к завышению размера. Завышенный размер отверстий ухудшает заданные свойства скрепленной конструкции и может даже привести к форсированию повреждения в процессе эксплуатации. Такая досадная возможность существует также в процессе заводского ремонта самолета.

Наличие мусора и посторонних предметов в самолете является нежелательным.

В процессе производства конструкцию по возможности приходится разбирать для проведения продолжительного визуального осмотра, чтобы увидеть присутствие какого-либо мусора и посторонних предметов, и часто ничего не находят или находят только в очень ограниченных областях.

В современной практике, как, например, установлено далее в патенте США № US 7,463,714, специалисты могут осматривать рабочие области самолета посредством систем для получения двумерных (2D) и/или трехмерных (3D) изображений в обратно рассеянных рентгеновских лучах. Такие системы являются дорогими и обычно генерируют большое количество данных, подлежащих обработке, для того чтобы идентифицировать мусор и посторонние предметы или другие нарушения в самолете.

Поэтому желательно иметь систему для идентификации мусора и посторонних предметов или других нарушений в самолете, которая была бы не такой дорогой и/или генерировала бы данные быстрее, чем современные системы получения двумерных (2D) и/или трехмерных (3D) изображений в обратно рассеянных рентгеновских лучах.

Сущность изобретения

Одним объектом является способ регистрации нарушений в изделии. Способ содержит: регистрацию энергетичных волн около изделия вдоль по меньшей мере одного направления, в котором часть энергетичных волн отражается от изделия; регистрацию энергетичных волн, отраженных от изделия вдоль по меньшей мере одного направления, запись интенсивности обнаруженных отраженных энергетичных волн и формирование одномерного изображения изделия из регистрируемых отраженных энергетичных волн. Более того, определенное преимущество может быть обеспечено тем, что в этом способе можно сравнивать энергетичные волны, представляющие собой упругие волны. Другим объектом является способ, в котором изделие содержит панель самолета, стружку от сверления за панелью и в котором по меньшей мере часть энергетичных волн проникает во внутрь панели. Еще одним объектом является способ, в котором изделие выбрано из группы, содержащей самолет, автомобили, корабли, подводные лодки, искусственные спутники, космические аппараты, здания, мосты и трубопроводы.

Еще одним объектом является система регистрации нарушений в изделии. Система содержит: излучатель для излучения энергетичных волн около изделия, при этом часть излученных энергетичных волн отражается назад от изделия как отраженные энергетичные волны; детектор для регистрации отраженных от изделия энергетичных волн и формирователь изображения для формирования одномерного изображения изделия из регистрируемых отраженных энергетичных волн.

Еще одним объектом является система регистрации нарушений в изделии. Система содержит: источник рентгеновского излучения для излучения рентгеновских лучей около изделия, при этом часть излученных рентгеновских лучей отражается назад от изделия; одномерный детектор обратно рассеянных рентгеновских лучей для регистрации рентгеновских лучей, отраженных назад от изделия, вдоль одного направления и обработчик изображения для образования одномерного изображения из регистрируемых рентгеновских лучей, рассеянных обратно от изделия. Определенное преимущество обеспечивается тем, что, кроме того, система может содержать компаратор для сравнения одномерных изображений, образуемых процессором для обработки изображений, с эталонным изображением, для того чтобы определить, существуют ли в изделии какие-либо нарушения.

Краткое описание чертежей

Лучшее понимание изобретения возможно со ссылкой на следующие чертежи и описание. Компоненты на чертежах не обязательно должны быть в масштабе, а представлены с целью иллюстрации принципов изобретения.

На Фиг.1 показана блок-схема, представляющая пример детектора нарушения.

На Фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая компаратор по Фиг.1 более подробно.

На Фиг.3 показана алгоритмическая схема, иллюстрирующая пример технологического маршрута, включающего регистрацию и учет нарушения.

На Фиг.4 показан пример регистрации нарушений за обшивкой самолета.

Подробное описание

Описанные в данном документе способы и системы предлагаются для регистрации нарушений в изделиях, таких как самолет, автомобили, корабли, подводные лодки, искусственные спутники, космические аппараты, здания, мосты и трубопроводы с формированием одномерного изображения. Одним объектом является способ регистрации нарушений в изделии. Энергетичные волны, такие как электромагнитные волны или упругие волны, направляются на изделие вдоль по меньшей мере одного направления. Энергетичные волны, отраженные назад от изделия, регистрируются вдоль по меньшей мере одного направления. Как принято в данном документе, термин «отраженные энергетичные волны», разумеется, включает в себя также энергетичные волны, приходящие из-под поверхностных участков изделия в виде обратно рассеянных рентгеновских лучей. В дополнение или альтернативно, могут регистрироваться энергетичные волны, прошедшие через изделие, например, когда имеется доступ к стороне изделия, противоположной той, которая направлена к источнику энергетичных волн.

Регистрируемые интенсивности волн затем используются для образования одномерного (ID) изображения изделия, устанавливающего соответствие между точками вдоль направления и интенсивностями энергетичных волн, регистрируемых в каждой точке. Например, одномерное изображение изделия может быть графиком интенсивности регистрируемых волн, и интенсивности волн могут откладываться от положений на оси, вдоль которой изделие сканировалось. Способы и системы, раскрытые в данном документе, требуют более простые аппаратные средства и дают более высокую скорость сбора данных, чем ранее используемые двумерные и трехмерные способы.

В некоторых случаях нарушения могут легко идентифицироваться как подъемы или спады на иначе построенном линейном графике интенсивности регистрируемых волн. В этом случае базовая линия графика сама служит эталоном для идентификации нарушений. В других случаях эталонное изображение, такое как эталонный график, может помочь в регистрации нарушений. Эталонный график может представлять собой график, полученный посредством сканирования изделия до ее модификации. В некоторых случаях эталонный график представляет собой расчет графика изделия без нарушений, основанный на модели, которая может быть построена, например, посредством системы автоматизированного проектирования (САПР). К изделию до сканирования может быть также прикреплена одна метка или более, для того чтобы облегчить совмещение графика относительно эталонного графика. Таким образом, обработка изображений может быть значительно облегчена.

Как только графики будут записаны, график изделия и эталонное изображение могут сравниваться, для того чтобы обнаружить нарушения. Сравнение может включать в себя, например, визуальное сравнение графиков. Чтобы легче определить разности между графиками, можно применить вычитание изображений, где интенсивность каждой точки эталонного графика вычитается из интенсивности соответствующей точки графика, полученного после того, как изделие было модифицировано, тем самым выдавая дифференциальный график.

График изделия и/или эталонный график могут быть обработаны до процесса сравнения одного с другим. График изделия и эталонный график в результате обработки могут быть представлены более похожими друг на друга, пока сохраняющаяся информация относится к наличию любого нарушения. Например, такая обработка может содержать масштабирование графика и/или эталонного графика.

Участки графика изделия или дифференциального графика можно сравнить с другими графиками и/или известными характеристиками нарушений или проверить на соответствие им. Такие графики и характеристики могут быть сохранены в базе данных. Таким образом, идентичность нарушений потенциально может быть легче определена. Характеристики известного мусора и посторонних предметов можно, например, сравнить с подъемами на графике интенсивности отраженной волны, которые предположительно обусловлены мусором и посторонними предметами. Эти характеристики можно применить к другим типам нарушений; например, отрицательный вклад на график можно сравнить со спадами в регистрируемых отраженных волнах, обусловленных трещинами и/или зазорами известной геометрии и/или размера.

Выбор энергетичных волн для направления на изделие, помимо других факторов, изменяется в зависимости от природы изделия и материалов, его составляющих, а также и от типа регистрируемых нарушений. Примеры энергетичных волн включают в себя электромагнитные волны, такие как инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и гамма-лучи, а также механические волны, такие как упругие волны, например звуковые и ультразвуковые волны. В некоторых случаях энергетичные волны, направленные на изделие, могут проникать по меньшей мере через один слой изделия. Например, для поиска стружки от сверления перед заклепыванием панели самолета можно применить энергетичные волны, способные проникнуть через панель. Таким образом, волны могут быть в состоянии достичь и отразиться от объектов, расположенных за панелью, таких как стружка от сверления.

Проникновение через по меньшей мере один внешний слой изделия возможно, например, направляя рентгеновские лучи на изделие. Детектор рентгеновского излучения, например детектор с большой площадью, используется для регистрации рентгеновских лучей, отраженных от изделия, например, посредством комптоновского рассеяния. Если объект помещается между внешним слоем и другими частями изделия, например вторым внутренним или нижним слоем, это приведет к дополнительному обратному рассеянию рентгеновских лучей, обусловленному наличием объекта, и следовательно, к увеличению интенсивности рентгеновских лучей, регистрируемых детектором.

В качестве примера, рентгеновский луч веерного типа, такой как луч, испускаемый рентгеновской трубкой с прямоугольной выходной щелью, может направляться на нефтепровод узкой стороной вдоль трубопровода. Рентгеновские лучи, рассеянные обратно секцией трубопровода, могут регистрироваться детектором большой площади, который выдает показание интенсивности регистрируемого обратно рассеянного рентгеновского луча. Соответственно, увеличение обратно рассеянных рентгеновских лучей приведет к более высоким показаниям детектора и наоборот.

Множество показаний вдоль длины трубопровода можно получить, например, посредством сканирования системы, содержащей источник рентгеновского излучения и детектора, вдоль длины трубопровода. Таким образом может быть получен график интенсивности регистрируемого обратно рассеянного рентгеновского луча для необходимого участка трубопровода. Следовательно, изменения интенсивности на графике могут служить оценкой степени коррозии, достаточной для изменения интенсивности обратно рассеянных рентгеновских лучей. Предполагается, что изменениями в графике, вызванными известными изменениями в трубопроводе, такими как изменение толщины вблизи соединений, можно пренебречь, поскольку они вызваны не нарушениями, а известными свойствами трубопровода.

В другом примере рентгеновский луч и детектор можно применить для регистрации нарушений, которые могут возникнуть во время производства и технического обслуживания изделий. В производстве самолета, например, обычные нарушения включают в себя мусор и посторонние предметы (FOD), такие как стружки от сверления, разбитые отверстия, поврежденные лонжероны, коррозия поврежденных нервюр, трещины, зазоры и деформации. Как описано выше, данный способ может быть применен для выяснения того, остались ли стружки от сверления внутри корпуса самолета. Например, как представлено на Фиг.4, посредством узла 400 одномерного рентгеновского сканера, содержащего рентгеновскую трубку 402 и детектор 404, можно провести сканирование вдоль направления, указанного стрелкой 406. Рентгеновский луч веерного типа 408 проникает во внутрь обшивки самолета 410, и интенсивность обратно рассеянных рентгеновских волн измеряется детектором 404, выдающим график 412. Наличие нарушения, такого как стружка 414 от сверления, помещенная между обшивкой 410 и внутренней конструкцией 416, проявится в виде всплеска регистрируемой интенсивности обратно рассеянного рентгеновского луча.

Другим объектом является система регистрации нарушений в изделии. Система содержит излучатель для излучения энергетичных волн около изделия, детектор для регистрации энергетичных волн, отраженных от изделия, и формирователь изображения для формирования одномерного изображения изделия из регистрируемых отраженных энергетичных волн. Отличительным признаком системы может быть также компаратор для сравнения одномерного изображения изделия с эталонным изображением, для того чтобы облегчить идентификацию любых нарушений, которые могут существовать в изделии.

Излучатель может быть сконфигурирован для испускания, например, электромагнитных волн, таких как инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, а также механических волн, таких как упругие волны. Детектор обычно сконфигурирован для регистрации волн того же энергетического диапазона, как и волны, испускаемые излучателем. Соответственно, если излучатель испускает рентгеновские лучи, то для регистрации рентгеновских лучей, обратно рассеянных изделием, можно применить детектор рентгеновских лучей. Однако должно быть понятно, что частота обратно рассеянных рентгеновских лучей необязательно будет точно такой, как у лучей, испускаемых излучателем, и эти изменения в частоте, связанные с отражением энергетичных волн, должны ожидаться и, если необходимо, быть приняты во внимание.

Формирователь изображения может быть сконфигурирован для формирования одномерного изображения, такого как график интенсивности регистрируемой волны. Например, формирователь изображения может из выходных данных одномерного рентгеновского сканера с регистрацией обратно рассеянных лучей построить графики интенсивности регистрируемого обратно рассеянного рентгеновского луча. В этом случае излучатель может испускать рентгеновский луч веерного типа, а детектор может быть одномерным рентгеновским сканером с регистрацией обратно рассеянных лучей. Излучатель и детектор могут быть частью узла сканера, который перемещается вдоль, пока сканируется предназначенная для этого область, при этом движение узла сканера может быть облегчено, например, посредством прокладки специализированного рельсового пути. Формирователь изображения может содержать машиночитаемый носитель, находящийся в системе, и процессор для считывания из машиночитаемого носителя программных команд, исполняемых процессором, чтобы сформировать изображения из выходных данных детектора.

Компаратор может быть сконфигурирован для обнаружения различий между графиком интенсивности регистрируемых обратно рассеянных рентгеновских лучей сканируемой области, полученным до процесса модификации, и графиком, полученным после этого процесса. Сравнение графиков может быть выполнено посредством вычитания интенсивностей, при этом выдается дифференциальный график. Таким образом, вклад, обусловленный предполагаемыми нарушениями, может проявиться на дифференциальном графике в виде подъемов или спадов интенсивности обратно рассеянного рентгеновского луча. Компаратор может содержать машиночитаемый носитель, находящийся в системе, и процессор для считывания из машиночитаемого носителя программных команд, исполняемых процессором для сравнения изображений.

Чтобы способствовать идентификации предполагаемых нарушений, участки изображения могут сравниваться или проверяться на соответствие с другими изображениями и/или известными характеристиками нарушений. С этой целью система может иметь базу данных известных нарушений. Например, отрицательный вклад на изображение можно сравнить со спадами регистрируемой отраженной волны, обусловленными разбитыми отверстиями, трещинами и/или зазорами известной геометрии и/или размера.

Примеры

На Фиг.1 показана алгоритмическая схема системы регистрации нарушения, приведенная в качестве примера. На объект, такой как самолет 100, может быть установлена одна метка 101 или более. В основном, к самолету 100 прикрепляют множество меток 101. Например, метки 101 могут быть прикреплены к самолету 100 либо временно, либо постоянно. Они могут быть либо внутри или снаружи, либо и внутри и снаружи самолета 100. Метки 101 могут быть расположены таким образом, чтобы облегчить точное совмещение изображений самолета 100 или, по крайней мере, его части в рентгеновских обратно рассеянных лучах.

Метки 101 могут быть прикреплены к самолету 100 таким способом, который гарантирует, что метки 101 останутся на месте в течение всего процесса модификации самолета 100. Например, метки 101 могут быть прикреплены к самолету 100 посредством адгезионного соединения, такого как клей "Момент", зубной цемент или эпоксидный клей. В качестве дополнения к примеру, метки 101 могут быть прикреплены к самолету 100 посредством крепежных деталей, таких как болты или винты.

Метки 101 облегчают совмещение изображений, которые используются для регистрации наличия мусора и посторонних предметов, а также других нарушений, как подробно описано ниже по тексту. Использование меток 101 не является обязательным. Альтернативно могут быть использованы другие средства для совмещения изображений. Например, совмещение может быть осуществлено на основе известных местоположений лонжеронов и нервюр. Альтернативно, можно применить кодирующую схему, посредством которой линейное движение устройства кодируется так, чтобы последовательность изображений можно было повторить. Это может быть выполнено, например, при помощи линейных рельсов или робота, который предоставляет дополнительную степень свободы для повторных сканирований.

Одномерное рентгеновское устройство 102 с регистрацией обратно рассеянного луча можно использовать для формирования изображений, таких как графики интенсивности регистрируемого обратно рассеянного рентгеновского луча, которые используются для определения возможного присутствия мусора и посторонних предметов в самолете 100 после его модификации. Одномерное рентгеновское устройство с регистрацией обратно рассеянного луча, приведенное в качестве примера, может включать в себя источник рентгеновского излучения, который испускает рентгеновский луч веерного типа, например рентгеновскую трубку с прямоугольной щелью, и детектор большой площади для регистрации интенсивности обратно рассеянных рентгеновских лучей.

Чтобы облегчить идентификацию нарушений, изображение, полученное после модификации самолета 100, можно сравнить с изображением, полученным до модификации, например, посредством показа обоих изображений на дисплее 105. При необходимости, изображение, полученное после модификации самолета 100, сравнивается с изображением, полученным до модификации самолета 100, посредством компаратора 103, например путем вычитания интенсивности. В этом случае интенсивность каждой точки графика интенсивности регистрируемого обратно рассеянного рентгеновского луча, полученного до модификации самолета 100, можно вычесть из интенсивности соответствующей точки графика, полученного после модификации самолета 100, чтобы предоставить дифференциальное изображение. Дифференциальное изображение может таким образом представлять собой дифференциальный график, содержащий разности между двумя графиками. Такие разности могут быть обусловлены присутствием нарушений, таких как мусор и посторонние предметы, в самолете 100.

При необходимости базу данных 104, содержащую характеристики известных (ранее идентифицированных и описанных) нарушений, можно использовать для попытки идентифицировать любые возможные нарушения в дифференциальном изображении. Например, реакцию возможного мусора и посторонних предметов в дифференциальном изображении можно сравнить с реакцией известного мусора и посторонних предметов в базе данных 104, чтобы попытаться определить, является ли возможный мусор и посторонние предметы действительно таковыми. Реакция на дифференциальном графике, связанная с предметом, может зависеть от таких геометрических характеристик, которые могут включать в себя размер (такой, как наибольший размер), форму, объем, ключевые размеры, отношения размеров и/или присутствие уникальных структур.

Дифференциальное изображение вместе с информацией репрезентативной информации, предоставляемой при помощи дифференциального изображения (которая может быть в графическом или текстовом формате), и/или информация, получаемая в результате использования базы данных 104, могут быть также выведены на дисплей 105. Например, результаты могут указывать, что предполагаемые стружки от сверления могут присутствовать в конструкции. Как отмечалось выше, наличие такого мусора и посторонних предметов может представлять реальную опасность.

На Фиг.2 более подробно показан компаратор 103. Компаратор 103 может содержать процессор 201, релаксатор 202 положения, вычитающее устройство 203 и/или компаратор 204 для выявления нарушения. Процессор 201, релаксатор 202 положения, вычитающее устройство 203 и/или компаратор 204 для выявления нарушения могут быть внедрены либо в аппаратное обеспечение (как, например, посредством специализированной схемы), либо в программное обеспечение (как, например, посредством микропроцессора общего назначения) или в любую комбинацию аппаратного и программного обеспечения.

Процессор 201 может выполнять задачи по обработке, такие как масштабирование графиков интенсивности рентгеновских лучей. Релаксатор 202 положения может изменять до некоторой степени размер, форму и/или положение элементов изображения, полученного перед модификацией, и/или изображения, полученного после модификации, так чтобы способствовать лучшему совмещению таких изображений в компараторе 103. Таким образом снижается вероятность того, что малые разности между двумя изображениями внесут вклад в дифференциальное изображение. Такие малые разности могут возникнуть в результате теплового расширения, механического усилия и/или движения нежестких компонентов (кабелей, электропроводки, труб и т.д.). Таким образом, использование релаксатора 202 положения делает более вероятным то, что отдельные предметы, которые появляются в дифференциальном изображении, будут нарушениями, и это таким образом может уменьшить появление ложных положительных участков.

Как отмечалось выше, вычитающее устройство 203 выполняет вычитание изображений для получения дифференциального изображения. Например, когда изображения являются графиками интенсивности регистрируемой волны, интенсивность каждой точки одного из графиков вычитается из интенсивности соответствующей точки другого графика. Однако использование релаксатора 202 положения может привести к тому, что интенсивность точек будет вычитаться из интенсивности других, обычно соседних, точек. Во всяком случае релаксатор 202 положения пытается сделать так, чтобы структура в одном изображении вычиталась из такой же структуры в другом изображении, даже если эта структура не представлена теми же самыми точками в каждом изображении.

Компаратор 204 регистрации нарушения сравнивает характеристики отдельных элементов, найденных в дифференциальном изображении, с характеристиками известных нарушений, используя базу данных 104. Например, разбитые отверстия, трещины или другие структурные дефекты могут быть рассмотрены в первую очередь во время этого сравнения.

На Фиг.3 в качестве примера показана алгоритмическая схема. Метки могут быть прикреплены к самолету 100 до сканирования. Затем самолет может быть сканирован одномерным рентгеновским сканером с регистрацией обратно рассеянного луча, как указанно в блоке 301. После этого первичного сканирования самолет может быть модифицирован, как указанно в блоке 302. Затем самолет повторно сканируется, например, посредством того же самого оборудования и тем же способом, что и первоначальное сканирование, как указанно в блоке 303.

Два графика интенсивности рентгеновского луча, получающиеся в результате двух сканирований, могут сравниваться, как указано в блоке 304, например, посредством вычитания. В некоторых случаях может понадобиться более одного первичного графика и более одного конечного графика в зависимости от размера модифицируемой области и размера области сканирования.

Как отмечалось выше, релаксатор положения можно применить для способствования улучшению такого сравнения. Как указано в блоке 305, разности между первым и вторым графиками можно сравнить с разностями в базе данных, чтобы определить, обусловлены ли эти разности нарушениями (или же искомыми структурами самолета). Как указано в блоке 306, результаты сравнения выводятся на дисплей или же передаются так, чтобы пользователь мог контролировать самолет на присутствие нарушений, найденных в соответствии с этим процессом, и мог затем удалить или закрепить эти нарушения.

Реферат предоставляет возможность читателю быстрее ознакомиться с сущностью технического изобретения. Он представлен с пониманием того, что не будет использован для интерпретации или ограничения объема или сущности формулы изобретения. В дополнение, из вышеупомянутого подробного описания понятно, что различные признаки сгруппированы вместе в различные варианты осуществления с целью придания описанию обтекаемой формы. Этот способ описания не должен быть интерпретирован в том смысле, что заявленные варианты осуществления требуют больше признаков, чем явно перечисленные в каждом пункте формулы изобретения. Точнее, как это отражено в нижеследующей формуле изобретения, объект изобретения содержит меньше признаков, чем все признаки отдельно взятого описанного варианта осуществления. Таким образом, в данном документе в подробное описание включена нижеследующая формула изобретения, каждый пункт которой несет свою собственную смысловую нагрузку, как отдельно заявленный объект.

Хотя описаны различные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что возможны другие варианты осуществления в пределах объема изобретения. Соответственно, изобретение не должно быть ограничено ничем, кроме приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.