JP5113767B2 - 構造およびシステムの変更のための非ラインオブサイトリバースエンジニアリング - Google Patents

Description

発明の背景
この発明は、構造および／またはシステムの変更の設計の前段階として構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定することに関し、特に、Ｘ線後方散乱技術を利用して隠れた物体を分析することによって構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定することに関する。

構造および／またはシステム、特に軍用機および民間機の変更の巨大市場が存在する。変更設計者が直面する最大の課題は、航空機などの所与の構造および／またはシステムの幾何学的構成がはっきり分からないことである。しばしば、レガシーデータ（図面、計画、設備据付）は製品の現在の構成を測定するには不十分であるため、構造および／またはシステムに配置される新たなシステムを再設計するためには多大な費用がかかる。

航空機を変更するために構成を測定する従来の方法は、デジタル写真、パノラマカメラ、およびラインオブサイトリバースエンジニアリング（line of sight reverse engineering）技術を用いることであった。これらの方法は、航空機へのアクセスが限られているために問題を限定的にしか解決できていない。変更のための時間枠は比較的短い。現在、設計者は、構造および／またはシステムを部分的に分解できるのを待ってからでないと、隠れた物体の幾何学的構成のラインオブサイトリバースエンジニアリング測定／確認を行うことができない。

このため、構造および／またはシステム内の隠れた物体の幾何学的規定データを収集する必要性は高い。非ラインオブサイトリバースエンジニアリング（non line of sight reverse engineering）方法を用いると、航空機の解体（interred）後に生じる現在のエンジニアリングリードタイムを大幅に減少させることができる。したがって、必要とされているのは、変更を設計する前に構造の一部を取外す必要のない、変更を設計する際に使用するための構造および／またはシステムの幾何学的構成を測定するための方法およびシステムである。

本発明の要約
この発明の１つの局面においては、構造および／またはシステム内の隠れた物体を分析することによって構造および／またはシステムの変更の設計の前段階として構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定する方法が提供される。この方法は、変更の準備のために変更の前に構造および／またはシステムにアクセスするステップと、ｘ線後方散乱ユニットを用いて構造および／またはシステムを走査するステップと、ｘ線後方散乱ユニットからデータを収集し、そのデータを組合せて２Ｄ、２Ｄパノラマおよび／または３Ｄデータセットに再構築するステップと、データセットから、隠れた物体の表面および構造を生成するステップと、隠れた物体の表面および構造を構造および／またはシステムの既存の座標系に結び付けて３Ｄモデルを作成するステップとを含む。

この発明の他の局面においては、変更のために構造および／またはシステム内の隠れた物体を分析するための検査システムが提供される。このシステムは、隠れた物体について
のデータを収集するためのＸ線後方散乱システムと、データを組合せて２Ｄ、２Ｄパノラマおよび／または３Ｄデータセットに再構築し、データセットから表面および構造を生成するための計算システムと、構造の物体および／またはシステムの表面を表示するための、計算システムに接続されるディスプレイとを含む。

本発明の性質を早く理解できるようにこの簡単な要約を提供した。添付の図面と関連した本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明を参照することによって、本発明のより完全な理解が得られ得る。

この発明の上記の特徴および他の特徴を、好ましい実施例の図面を参照して説明する。図面では、同一のコンポーネントは同一の参照番号を有する。例示される実施例は例示のためであり、本発明を限定するためではない。

好ましい実施例の詳細な説明
以下の詳細な説明は、本発明を実行するのに最善であると現在考えられるモードについてのものである。本発明の範囲は添付の請求項によって最もよく定義されるため、本説明は限定的に解釈されるべきではなく、単に本発明の一般原理を例示するためになされる。

この発明に従って、構造および／またはシステムの隠れた物体を分析することによって非ラインオブサイトリバースエンジニアリングを用いて構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定する方法が提供される。この発明の方法は航空機を用いて実現されるが、当業者であれば、本明細書中で説明される原理および教示内容が、発電所、処理工場、精製所、ならびに自動車、船、ヘリコプター、および列車を含むがこれらに限定されない輸送システムなどの、隠れた物体を有するさまざまな構造および／またはシステムに適用され得ることを認識するであろう。

図１を参照して、構造および／またはシステム１０２の隠れた物体を分析することによって非ラインオブサイトリバースエンジニアリングを用いて構造および／またはシステム１０２の物理的寸法および構成を測定する方法を用いるシステム１００のブロック図が示される。システム１００は従来のＸ線後方散乱技術を利用して、航空機などの構造および／またはシステム１０２の隠れた物体の２Ｄ、２Ｄパノラマおよび３Ｄ幾何学的情報を捕捉し、表示する。構造および／またはシステム１０２は、従来のＸ線後方散乱ユニットを用いて検査される。

Ｘ線後方散乱ユニットはＸ線を電子的に発生し、検査中の物体および／またはシステムから散乱したＸ線光子からデータ１０４を捕捉することによって物体および／またはシステムを調べ、医療用Ｘ線と同様の特徴的な影状の画像を生成する。技師はＸ線後方散乱ユニットを用いて、変更が予定されている航空機の内部を走査する。走査は、航空機の壁の後ろの隠れた物体を「見る」改良されたＸ線後方散乱機器を用いて航空機の内側または外側のいずれかからなされる。Ｘ線後方散乱機器は、構造および／またはシステムの内部、たとえば構造および／またはシステム内の設置通路を移動可能なように改良される。さらに、機器は、複数の画像を撮影して２Ｄ、２Ｄパノラマおよび／または３Ｄモデルを捕捉し得、かつ飛行機内の座席または他の物体を回避できるように１つよりも多くの位置を有し得るように改良される。（走査が内側からの場合、透過ビームは外板を貫通する必要がないため、Ｘ線エネルギはより低くてもよい。）正確な寸法および奥行き情報を補完するために、Ｘ線発射の領域内に既知の寸法および／または奥行きの基点が配置され得る。収集データを２Ｄ、２Ｄパノラマおよび／または３Ｄデータセットに再構築するためのパラメータとして、現行の構造および／またはシステム規定情報が用いられ得る。

Ｘ線後方散乱ユニット（または「システム」）は、Ｘ線源が航空機の内側からＸ線を出射するように、航空機の内側に通路を敷設し、通路上にこのシステムを据えることによって利用され得る。Ｘ線のいくらかは後方散乱することになり、検出器は散乱したＸ線を捕らえ、パネルを外すことなく航空機の内部の画像を生成する。代替的に、航空機が十分に大きい場合は、Ｘ線後方散乱検査システムをバンなどの乗物内に配置し、乗物を航空機に直接乗り入れてもよい。

データ１０４は、航空機に沿った少なくとも１つの位置から、および航空機に対する少なくとも１つの向きから取られる。次にデータは、従来の２Ｄソフトウェア１０８を有する計算システム１０６に送られ、２Ｄソフトウェア１０８は、重ね合わせアルゴリズムを利用して航空機の物体の表面の投影２Ｄ画像を発生する。１つの代替肢では、従来の２Ｄソフトウェア１０８からの２Ｄ画像１０４が、従来の２Ｄパノラマ画像作成ソフトウェア１０８ｃを用いてともに繋ぎ合わされて、球形の没入型画像を作成する。代替的に、３Ｄ前処理ソフトウェア１０８ａが、収集データ１０４と、３Ｄ点データを、隠れた物体を規定する３Ｄ表面にデジタル的に再構築する従来の３Ｄソフトウェア１０８ｂとから、構造および／またはシステムの３Ｄデータ点集合を構築する。最後に、発生されたデータはデータベース１１２に格納され、データ収集者が閲覧するため、モニタまたは液晶ディスプレイなどの表示装置１１０上に表示される。

典型的に、すべての物体および／またはシステムの相対的場所とともに航空機自体のケーブル布線、配線、配管および構造が表示される。散乱したＸ線からのエネルギ情報を用いて、材料種類（すなわちアルミニウム対プラスチック管）および場合によってはシステム内容（すなわち送水線対空気）さえも区別することもできる。

図２は、この発明の好ましい実施例において利用される典型的な計算システム１０６（ホストコンピュータまたはシステムとも称され得る）のブロック図を示す。計算システム１０６は、システムバス２０４Ｂに接続される中央処理装置（「ＣＰＵ」）（またはマイクロプロセッサ）２０２を含む。ランダムアクセスメインメモリ（「ＲＡＭ」）２０４がシステムバス２０４Ｂに結合され、ＣＰＵ２０２に、発生された画像を格納するためのメモリ記憶装置２０６Ａへのアクセスを与える。プログラム命令を実行する際、ＣＰＵ２０２はそれらのプロセスステップをＲＡＭ２０４に格納し、ＲＡＭ２０４から出た格納プロセスステップを実行する。

ホストシステム１０６は、ネットワークインターフェイス２０６を介して（およびネットワーク接続（図示せず）を通して）コンピュータネットワーク（図示せず）に接続する。１つのそのようなネットワークはインターネットであり、これは、ホストシステム１０６がアプリケーション、コード、文書および他の電子情報をダウンロードすることを可能にする。

起動命令シーケンスまたは基本入出力オペレーティングシステム（ＢＩＯＳ）シーケンスなどの不変命令シーケンスを格納するために、読出専用メモリ（「ＲＯＭ」）２０８が設けられる。

入出力（「Ｉ／Ｏ」）装置インターフェイス２０４Ａは、ホストシステム１０６が、たとえばキーボード、ポインティングデバイス（「マウス」）、モニタ、プリンタ、モデムなどのさまざまな入出力装置に接続することを可能にする。Ｉ／Ｏ装置インターフェイス２０４Ａは簡略化のため単一のブロックとして示されているが、異なる種類のＩ／Ｏ装置とインターフェイス接続するための複数のインターフェイスを含み得る。

本発明は図２に示される計算システム１０６のアーキテクチャに限定されないことに注
目すべきである。応用／業務環境の種類に基づいて、計算システム１０６のコンポーネントはより多くても少なくてもよい。たとえば、計算システム１０６はセットトップボックス、ラップトップ型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ、デスクトップシステムまたは他の種類のシステムであってもよい。

図３を参照して、この発明の好ましい実施例に従った、航空機の隠れた物体を分析することによって非ラインオブサイトリバースエンジニアリングを用いて航空機の物理的寸法および構成を測定するステップを図示するフローチャートが示される。この方法は、Ｘ線後方散乱撮像される航空機へのアクセスが提供されるステップＳ３００で始まる。ステップＳ３０２において、Ｘ線後方散乱ユニットを用いて航空機の壁および天井が走査される。典型的に、データ収集には１から５日間だけアクセスするだけでよい。データ収集の完了後、予定された変更まで航空機は運用に戻される。ステップＳ３０４においてデータが収集される。ステップＳ３０５における１つの代替肢では、従来の２Ｄソフトウェア１０８からの２Ｄ画像１０４が、PanoweaverおよびIpixなどの従来の２Ｄパノラマ画像作成ソフトウェア１０８ｃを用いてともに繋ぎ合わされて、球形の没入型画像を作成し得る。代替的に、ステップＳ３０６において、計算システム１０６内の３Ｄソフトウェア１０８ａを用いて、収集データ１０４から構造および／またはシステムの３Ｄデータ点集合が構築される。

次に、ステップＳ３０８において、たとえばInnovmetric PolyworksまたはRaindrop Geomagicなどの従来の３Ｄソフトウェア１０８ｂが、３Ｄ点データを、隠れた物体を規定する３Ｄ表面にデジタル的に再構築する。最後に、ステップＳ３１０において、３Ｄ表面が構造および／またはシステム基準座標系に変換される。発生された３Ｄ表面は次に、それらを他のモデルと組合せて複雑な構造および／またはシステムの３ＤのＣＡＤモデルを形成することによって、従来のエンジニアリングデータのように用いられ得る。設計技術者は隠れた構造の３Ｄモデルを用いて、ハードウェアおよびシステムの工程（routing）および設置を計画する。いったん航空機が変更できるようになると、費用のかかる再設計を必要とせずに、壁および遮音／断熱材（insulation）が航空機から取外され、ハードウェアが最初に設計されたように設置される。モデルは、いずれかの将来の変更用にデータベースに保存される。

再構築後方散乱Ｘ線によって生成される３Ｄ画像はさまざまな方法で生成可能であり、これらの方法は、（１）いくつかの既知の向きから来る散乱したＸ線を収集するようにコリメータを向けること、（２）特定の方向から来るＸ線を登録するようにのみ平行化された複数の検出器を用いること、（３）フライングスポット検出器、（４）２Ｄ走査システム（AS&E z-backscatterシステムなど）をグレードアップして、光源および扇形コリメータが異なる方向に向いた状態で航空機の長さに沿って走査すること、ならびに（５）光源および扇形コリメータの向きを変化させつつ航空機に複数回照射すること（making multiple passes of the aircraft）を含むが、これらに限定されない。

この発明を特定の実施例を参照して説明したが、これらの実施例は例示的なものに過ぎず限定的なものではない。この開示および以下の請求項に鑑みて、この発明の多くの他の適用例および実施例が明らかになるであろう。

この発明の１つの局面に従った、構造および／またはシステムの隠れた物体を分析することによって非ラインオブサイトリバースエンジニアリングを用いて構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定する方法を用いるシステムの最上位のブロック図である。 この発明の１つの局面において利用される典型的な計算システムの内部アーキテクチャのブロック図である。 この発明の１つの局面に従った、構造および／またはシステムの隠れた物体を分析することによって非ラインオブサイトリバースエンジニアリングを用いて構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定するステップを図示するフローチャートの図である。

Claims (1)

1. 構造および／またはシステム内の隠れた対象を分析することによって構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定し、構造および／またはシステムの変更の設計をする方法であって、
   構造および／またはシステムの物理的寸法および構成を測定することは、
   変更の準備のために変更の前に構造および／またはシステムにアクセスするステップと、
   ｘ線後方散乱ユニットを用いて前記構造および／またはシステムを走査するステップと、
   前記ｘ線後方散乱ユニットからデータを収集し、前記データを組合せて２Ｄ、２Ｄパノラマおよび／または３Ｄデータセットに再構築するステップと、
   前記データセットから、隠れた対象の表面および構造を生成するステップと、
   前記隠れた対象の前記表面および構造を前記構造および／またはシステムの既存の座標系に結び付けて３Ｄモデルを作成するステップとを備え、
   構造および／またはシステムの変更の設計をすることは、
   前記隠れた対象の前記表面および構造の前記３Ｄモデルを利用して前記構造および／またはシステムの変更の設計をするステップを備えた、方法。

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