DE102016101005A1 - Device and method for computer tomographic measurement of a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (109), zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik und einen Drehtisch (103) mit einem um eine Drehachse (103b) drehbaren Drehteller (104). Der Drehteller (104) weist eine Wechselschnittstelle (110) auf, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise ein Werkstückhalter (111) oder ein Zwischenstück (106), das einen oder mehrere Kalibierkörper (108) und/oder einen oder mehrere Driftkörper (108) enthält, koppelbar ist.The invention relates to a method and a device for computer tomographic measurement of a workpiece (109), comprising at least a computed tomography sensor system and a turntable (103) with a turntable (104) rotatable about an axis of rotation (103b). The turntable (104) has an exchangeable interface (110) on which, manually or automatically exchangeable, optionally a workpiece holder (111) or an intermediate piece (106), which has one or more calibration bodies (108) and / or one or more drift bodies (108). contains, can be coupled.
Description
Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Messung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück mittels Computertomografie.The invention relates u. a. to an apparatus and method for measuring geometric features on a workpiece by computer tomography.
Gegenstand der Erfindung sind auch Verfahren zur Driftkorrektur, Überprüfung der Spezifikation und zum Einmessen der Computertomografie-Sensorik.The invention also provides methods for drift correction, verification of the specification and for calibrating the computed tomography sensor system.
Ein weiterer Gegenstand ist eine Erfindung, die ein Verfahren zur Korrektur von Temperatureinflüssen auf dimensionelle Messungen an einem Messobjekt mit einem Computertomographen betrifftA further subject matter is an invention which relates to a method for correcting temperature influences on dimensional measurements on a measurement object with a computer tomograph
Auch ist Gegenstand eine Erfindung, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Computertomografie betrifft, wobei zur Abbildung der von einem Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen optischen Detektor optische Bauelemente eingesetzt werden.Also subject matter is an invention which relates to an apparatus and a method for computed tomography, wherein optical components are used for imaging the optical radiation emitted by a scintillator onto an optical detector.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Computertomografie, bei dem das Werkstück um eine von der mechanischen Drehachse verschiedene virtuelle Drehachse gedreht wird und/oder einer Region of Interest Tomografie durchgeführt wird.The invention also provides a method for computed tomography, in which the workpiece is rotated about a virtual rotation axis other than the mechanical axis of rotation and / or a region of interest tomography is performed.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung von Werkstücken mit Computertomografie, wobei Materialgrenzen zwischen verschiedenen Materialien bzw. den Materialien und den umgebenen Medium wie Luft erkannt werden sollen.Subject of an independent invention is a method for measuring workpieces with computed tomography, wherein material boundaries between different materials or materials and the surrounding medium such as air to be detected.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks, insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.The subject matter of an independent invention is an apparatus and a method for generating an X-ray emitting focal spot, in particular a device for generating X-radiation.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen) der Computertomografie. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei der Speicherung und Weiterverarbeitung von Volumendaten, die zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Oberflächendaten von Werkstücken genutzt werden sollen. Das Verfahren ist auch vorgesehen für Anwendungen, bei denen einzelne Bereiche im Werkstückinneren für eine Auswertung zur Verfügung stehen müssen.The subject matter of an independent invention is a method for compressing volume data such as voxel data (voxel volume) of computed tomography. In particular, the method finds application in the storage and further processing of volume data to be used for the dimensional or geometric evaluation of surface data of workpieces. The method is also intended for applications in which individual areas inside the workpiece must be available for evaluation.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung von Konturen bzw. Konturpunkten aus Volumendaten einer Computertomografie.Subject of an independent invention is a method for determining contours or contour points from volume data of a computed tomography.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre.The subject matter of an independent invention is a method for determining and / or adjusting the focal spot size of an X-ray tube.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre.The subject matter of an independent invention is a method for determining and / or adjusting the focal spot size of an X-ray tube.
Für die dimensionelle Messung komplexer Geometrien (geometrische Merkmale) werden verschieden taktile, taktil-optische, optische oder computertomografische Sensoren (Computertomograf bzw. Computertomografie-Sensorik) verwendet. Bevorzugt werden diese in Koordinatenmessgeräten (KMGs) betrieben, teilweise auch mehrere Sensoren kombiniert in einem Gerät (Multisensor-KMG).For the dimensional measurement of complex geometries (geometric features) different tactile, tactile-optical, optical or computer tomographic sensors (computed tomography or computed tomography sensors) are used. Preferably, these are operated in coordinate measuring machines (CMMs), sometimes also several sensors combined in one device (multi-sensor CMM).
Unter Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken ist zu verstehen, dass aus der Menge der meist mittels eines flächigen Detektors in mehreren Drehstellungen eines Werkstücks aufgenommenen zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern eine Rekonstruktion der Volumeninformationen (Voxeldaten bzw. Voxelamplituden in Form von Grauwerten) für das vom Detektor erfasste Volumen erfolgt, wobei die Voxeldaten ein Maß für die lokalen Schwächungskoeffizienten sind, und an Materialgrenzen durch Oberflächenextraktionsverfahren aus den Voxeldaten Messpunkte bzw. Oberflächenmesspunkte erzeugt werden. Aus diesen Oberflächenmesspunkten können Maße am Werkstück bzw. Maße von Merkmalen bzw. Strukturen am Werkstück ermittelt werden, also dimensionelle Messungen erfolgen. Die Oberfläche des Werkstücks wird beispielsweise durch Vernetzung der Oberflächenpunkte im sogenannten STL-Format (STL – Standard Triangulation Language) dargestellt.Computed tomography for the dimensional measurement of workpieces is to be understood as meaning that a reconstruction of the volume information (voxel data or voxel amplitudes in the form of gray values) for the volume detected by the detector is performed from the set of two-dimensional radiographic images recorded in a plurality of rotational positions of a workpiece by means of a planar detector , where the voxel data is a measure of the local attenuation coefficients, and measurement points or surface measurement points are generated at material boundaries by surface extraction methods from the voxel data. Measurements on the workpiece or dimensions of features or structures on the workpiece can be determined from these surface measuring points, that is to say dimensional measurements take place. The surface of the workpiece is represented for example by networking the surface points in the so-called STL (Standard Triangulation Language) format.
Ein Computertomograf bzw. eine Computertomografie-Sensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse (Drehtisch) zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel des vom Detektor erfassten Teils der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.A computed tomography or a computed tomography (CT) sensor system generally consists of a flat detector, a radiation source, preferably X-ray source, and a mechanical axis of rotation (turntable) for rotating the workpiece to be measured in the beam cone of the detected by the detector part of the radiation source emitted radiation. In kinematic reversal, however, it is also possible to arrange the workpiece firmly and to rotate the detector and radiation source around the workpiece.
Der Begriff mechanische Drehachse dient lediglich der Unterscheidung zu einer mathematischen Drehachse, wenn gleich eine mechanische Drehachse (auch als Drehtisch bezeichnet) immer auch eine Drehung um eine mathematische Drehachse ermöglicht. Die Verwendung des Begriffes Drehachse bezieht sich daher auf die der mechanischen Drehachse zugeordnete mathematische Drehachse, insofern aus dem Zusammenhang eine Richtung gemeint ist, und auf die mechanische Drehachse, insofern eine Vorrichtung gemeint ist. Der Begriff mechanische Drehachse bezeichnet keine Einschränkung auf das innerhalb der Drehachse umgesetzte Führungsprinzip zwischen feststehendem und drehbarem Teil der mechanischen Drehachse. Es sind also sowohl mechanisch gelagerte, wie auch luftgelagerte, oder anderweitig wie hydraulisch gelagerte usw., mechanische Drehachsen gemeint. Die mathematische Drehachse wird auch als physikalische Drehachse bezeichnet.The term mechanical axis of rotation serves merely to distinguish it from a mathematical axis of rotation, when a mechanical axis of rotation (also referred to as a turntable) always permits rotation about a mathematical axis of rotation. The use of the term rotation axis therefore refers to the mechanical axis of rotation associated mathematical axis of rotation, insofar as the context meant a direction is, and on the mechanical axis of rotation, insofar as a device is meant. The term mechanical axis of rotation denotes no restriction on the implemented within the axis of rotation guide principle between fixed and rotatable part of the mechanical axis of rotation. So it means both mechanically stored, as well as air-bearing, or otherwise such as hydraulically mounted, etc., mechanical axes of rotation. The mathematical axis of rotation is also called the physical axis of rotation.
Als Detektor werden neben flächig ausgeprägten Detektoren auch Zeilendetektoren eingesetzt. Diese besitzen nur eine einzige Detektorzeile. Zur vollständigen Aufnahme von Durchstrahlungsinformationen eines räumlich ausgedehnten Werkstücks müssen Werkstück und Detektor in mehrere entlang der Richtung der Drehachse (mathematischen Drehachse) verschobene Stellungen gebracht werden. Der sich dadurch ergebende erhöhte Zeitaufwand wird durch den Einsatz von Flächendetektoren vermieden. Dennoch ist die vorliegende Erfindung bzw. sind die erfindungsgemäßen Lehren auch für Zeilendetektoren umsetzbar. Anstatt der Verarbeitung von Durchstrahlungsbildern, also 2D-Bildern, werden die mit der jeweiligen Detektorzeile aufgenommenen Informationen verarbeiten und hier zur Vereinfachung ebenfalls als Durchstrahlungsbilder bezeichnet.In addition to area-wide detectors, line detectors are also used as detectors. These have only a single detector line. For complete recording of radiographic information of a spatially extended workpiece workpiece and detector must be placed in several along the direction of the axis of rotation (mathematical axis of rotation) shifted positions. The resulting increased expenditure of time is avoided by the use of area detectors. Nevertheless, the present invention or the teachings of the invention can also be implemented for line detectors. Instead of processing radiographic images, ie 2D images, the information recorded with the respective detector line is processed and also referred to as radiographic images for the sake of simplicity.
Um dimensionelle Messungen unter Verwendung einer Computertomografie-Sensorik mit hoher Genauigkeit durchzuführen, ist es notwendig, dass die Komponenten der Computertomografie-Sensorik, nämlich die Röntgenquelle, insbesondere der die Röntgenstrahlung abgebende Brennfleck, der Röntgendetektor und die mechanische Drehachse (Drehtisch), mit der die Drehung des zu messenden Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor um eine Drehachse erfolgt, während der Drehung gleichbleibende und bekannte Positionen zueinander einnehmen.In order to perform dimensional measurements using computed tomography sensors with high accuracy, it is necessary that the components of computed tomography sensors, namely the X-ray source, in particular the X-ray emitting focal spot, the X-ray detector and the mechanical axis of rotation (turntable), with the Rotation of the workpiece to be measured relative to the X-ray source and X-ray detector takes place about an axis of rotation, while the rotation assume constant and known positions to each other.
Die Kenntnis der Positionen der genannten Komponenten zueinander ist notwendig, um insbesondere den Abbildungsmaßstab des Werkstücks auf dem Detektor zu bestimmen. Die genaue Kenntnis des Abbildungsmaßstabs ist notwendig, um genaue Messungen durchzuführen. Insbesondere zur Bestimmung des Abbildungsmaßstabs existieren mehrere Verfahren, bei denen als Kalibierkörper ein kalibrierter oder nicht kalibrierter Einmesskörper, insbesondere Einmesskugeln eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Größe der Abbildung, insbesondere den Durchmesser einer Einmesskugel, in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern mit der kalibrierten Größe, insbesondere kalibriertem Kugeldurchmesser, ins Verhältnis zu setzen. Eine weitere Möglichkeit unter Verwendung von Durchstrahlungsbildern eines Einmesskörpers besteht darin, diesen in einer Richtung parallel zur Detektorebene bzw. senkrecht zur mittleren Strahlungsrichtung des vom Detektor erfassten Anteils der Röntgenstrahlung, wobei dieser Anteil folgend als Messstrahlung bezeichnet wird, zu verschieben und das Verhältnis der in den Durchstrahlungsbildern festgestellten Verschiebung mit der realen Verschiebung des Einmesskörpers zu bilden. Hierzu muss die reale Verschiebung genau bestimmt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Messachsen, wie diese beispielsweise in Koordinatenmessgeräten zur Verfügung stehen. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen in seinen Abmessungen kalibrierten Einmesskörper, beispielsweise eine in ihrem Durchmesser kalibrierte Einmesskugel, zu tomografieren und die dadurch gemessenen Abmessungen mit den realen Abmessungen, also den Kalibrierdaten ins Verhältnis zu setzen. Die
Nach der Bestimmung des Abbildungsmaßstabs auftretende Positionsänderungen (Drift) zwischen den Komponenten der Computertomografie-Sensorik, insbesondere auch während der Drehung des Werkstücks auftretende Positionsänderungen führen zu Messabweichungen. Um diese zu korrigieren, existieren mehrere Verfahren zur Driftkorrektur. Diese sind beispielhaft in der
Um nachzuweisen, dass die Computertomografie-Sensorik mit der festgelegten Genauigkeit arbeitet, werden Kenngrößen wie die maximal zulässige Antastabweichung und die maximal zulässige Längenmessabweichung vom Hersteller als Spezifikationen festgelegt. Um insbesondere nachzuweisen, dass die Antastabweichung den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, um also eine Überprüfung einer Spezifikation vorzunehmen, muss als Kalibierkörper eine kalibrierte Prüfkugel computertomografisch gemessen werden, also Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen aufgenommen, diese zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung der Kugel extrahieren werden. To demonstrate that computed tomography sensors operate at the specified accuracy, characteristics such as the maximum allowable probing deviation and the maximum allowable length error are specified by the manufacturer as specifications. In order to prove, in particular, that the probing deviation does not exceed the maximum permissible value, ie to perform a verification of a specification, a calibrated test sphere must be measured by computer tomography as a calibration body, ie radiographic images recorded in several rotational positions, reconstructed into a volume data set (voxel volume) and surface points extract the volume data set for the dimensional measurement of the sphere.
Nachteilig bei den bisher bekannten Verfahren ist, dass zu messendes Werkstück, Driftkörper und als Einmesskörper oder Prüfkugel verwendeter Kalibrierkörper einzeln aufwändig, insbesondere zeitaufwändig, nacheinander auf dem Drehteller des Drehtischs platziert und ausgerichtet werden müssen. Einzige Ausnahme ist der Fall, dass der Driftkörper fest am Drehteller befestigt ist, wodurch sich jedoch die oben bereits genannten Nachteile des eingeschränkten Messvolumens ergeben. Zudem ist es nicht möglich, eine Automatisierung dahingehend zu erreichen, dass zumindest zwei der folgenden Schritte ohne Benutzereingriff erfolgen können: Einmessen der Computertomografie-Sensorik, Überprüfung der Spezifikation der Computertomografie-Sensorik, Messung des Werkstücks mittels der Computertomografie-Sensorik, Bestimmung der Drift vor oder während der Messung des Werkstücks mit der Computertomografie-Sensorik.A disadvantage of the previously known methods is that workpiece to be measured, drift body and used as Einmesskörper or Prüfkugel calibration individually consuming, especially time-consuming, must be placed one after the other on the turntable of the turntable and aligned. The only exception is the case that the drift body is firmly attached to the turntable, which however results in the above-mentioned disadvantages of the limited measurement volume. In addition, it is not possible to achieve an automation in that at least two of the following steps can be performed without user intervention: measuring the computed tomography sensors, checking the specification of the computed tomography sensors, measuring the workpiece by means of computed tomography sensors, determining the drift or during the measurement of the workpiece with computed tomography sensors.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere einfach, schnell, reproduzierbar, insbesondere ohne manuelle Ausrichtung, und vorzugsweise auch automatisierbar die verschiedenen der zuvor genannten Schritte zu ermöglichen, insbesondere einen einfachen, schnellen und reproduzierbaren Austausch von Werkstück, Kalibierkörper bzw. Driftkörper zu ermöglichen.An object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular simple, fast, reproducible, in particular without manual alignment, and preferably also automatable to allow the various of the aforementioned steps, in particular a simple, fast and reproducible replacement To allow workpiece, calibration body or drift body.
Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird u. a. eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Drehteller eine Wechselschnittstelle aufweist, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise ein Werkstückhalter und ein Zwischenstück, das einen oder mehrere Kalibierkörper und/oder einen oder mehrere Driftkörper enthält, koppelbar ist.To solve at least partial aspects u. a. proposed a device in which the turntable has an exchange interface to the manually or automatically interchangeable selectively a workpiece holder and an intermediate piece containing one or more calibration body and / or one or more drift bodies, can be coupled.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks, zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend eine Röntgenquelle, einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor und eine mechanische Drehachse (Drehtisch) mit einem um eine Drehachse drehbaren Teil (Drehteller), und zumindest einen Werkstückhalter, der vom Drehteller direkt oder indirekt ausgeht und Mittel zur Befestigung des Werkstücks umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen um die Drehachse aufzunehmen und die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Drehteller eine Wechselschnittstelle aufweist, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise der Werkstückhalter oder ein Zwischenstück, das einen oder mehrere Kalibierkörper und/oder einen oder mehrere Driftkörper enthält, koppelbar ist.The present invention relates u. a. to a device for computed tomographic measurement of a workpiece, comprising at least a computed tomography sensor comprising an X-ray source, a surface extended X-ray detector and a mechanical axis of rotation (turntable) with a rotation about a rotation axis rotatable part (turntable), and at least one workpiece holder, the turntable directly or indirectly starting and comprises means for fixing the workpiece, wherein the device is adapted to receive radiographic images of the workpiece in a plurality of rotational positions about the axis of rotation and to reconstruct the radiographic images that detect the workpiece to a volume data set (voxel volume) and preferably surface points from the volume data set to the dimensional Extract measurement of the workpiece, wherein the device is characterized in that the turntable has an interchangeable interface on the manually or automatically interchangeable either the workpiece holder or an intermediate piece, which contains one or more calibration bodies and / or one or more drift bodies, can be coupled.
Wahlweise bedeutet dabei, dass die Wechselschnittstelle ausgebildet ist, den Werkstückhalter, aber auch das Zwischenstück aufzunehmen, jedoch nacheinander und nicht gleichzeitig. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Werkstückhalter am Zwischenstück befestigt ist, wobei das Zwischenstück an der Wechselschnittstelle befestigt ist. Es ergeben sich dadurch drei grundlegende Möglichkeiten:
- 1. Nur der Werkstückhalter (gegebenenfalls mit eingelegtem Werkstück) ist an der Wechselschnittstelle angeordnet. Hierdurch steht das maximal mögliche Messvolumen zur Verfügung.
- 2. Nur das Zwischenstück ist an der Wechselschnittstelle angeordnet. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, einen Kalibrierkörper oder einen Driftkörper abzubilden. Der Kalibrierkörper kann ausgebildet sein, als Einmesskörper zum Einmessen der Computertomografie-Sensorik oder als Prüfkugel zur Überprüfung einer Spezifikation. Es können auch mehrere Kalibrierkörper oder Driftkörper in einem Zwischenstück angeordnet sein. Zudem können mehrere unterschiedlich bestückte Zwischenstücke existieren, die an der Wechselschnittstelle befestigt werden können, also mit dieser koppelbar sind. Die Anordnung eines Driftkörpers ist dann sinnvoll, wenn die Drift zwischen dem Zeitpunkt direkt nach dem Einmessen und direkt vor oder nach der Messung eines Werkstücks ermittelt werden soll.
- 3. Das Zwischenstück ist an der Wechselschnittstelle angeordnet und an dem Zwischenstück ist der Werkstückhalter (mit eingelegtem Werkstück) befestigt. Für den Fall, dass das Zwischenstück einen Driftkörper enthält, ergeben sich dabei zwei Betriebsarten. Zum einen kann der Driftkörper dauerhaft in den Durchstrahlungsbildern zusammen mit dem Werkstück abgebildet werden. Zum anderen kann der Driftkörper vor oder nach der Messung des Werkstücks oder in ausgewählten Drehstellungen vor oder während der Messung des Werkstücks durch Bewegung des Drehtisches in Richtung der Drehachse in eine Stellung gebracht werden, in der die Abbildung in einem Durchstrahlungsbild erfolgen kann. Für den Fall, dass das Zwischenstück einen Kalibrierkörper enthält, ist die gleichzeitige Erfassung von Werkstück und Kalibrierkörper in einem Durchstrahlungsbild zwar möglich, aber wenig sinnvoll. Vielmehr ist es dann sinnvoll, vor oder nach der Messung des Werkstücks den Kalibrierkörper durch Bewegung des Drehtisches in Richtung der Drehachse in eine Stellung zu bringen, dass dieser erfasst wird um die Computertomografie-Sensorik einzumessen oder dessen Spezifikation zu überprüfen.
- 1. Only the workpiece holder (possibly with inserted workpiece) is arranged on the interface. As a result, the maximum possible measurement volume is available.
- 2. Only the spacer is located at the interface. This results in the possibility of imaging a calibration body or a drift body. The calibration body can be designed as a measuring body for calibrating the computed tomography sensor system or as a test ball for checking a specification. It is also possible to arrange a plurality of calibration bodies or drift bodies in an intermediate piece. In addition, several differently equipped intermediate pieces may exist, which can be attached to the change interface, that are coupled with this. The arrangement of a drift body is useful if the drift between the time directly after the calibration and directly before or after the measurement of a workpiece to be determined.
- 3. The intermediate piece is arranged on the exchange interface and on the intermediate piece of the workpiece holder (with inserted workpiece) is attached. In the event that the intermediate piece contains a drift body, this results in two operating modes. On the one hand, the drift body can be imaged permanently in the radiographic images together with the workpiece. On the other hand, the drift body before or after the measurement of the workpiece or in selected rotational positions before or during the Measurement of the workpiece are brought by movement of the turntable in the direction of the axis of rotation in a position in which the image can be made in a radiographic image. In the event that the intermediate piece contains a calibration, the simultaneous detection of workpiece and calibration in a radiographic image is possible, but not very useful. Rather, it makes sense then, before or after the measurement of the workpiece to bring the calibration by moving the turntable in the direction of the axis of rotation in a position that this is detected to measure the computer tomography sensors or to check its specification.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Zwischenstück mit einem Werkstückhalter fest oder lösbar verbunden ist.A device according to the invention is also characterized in that the intermediate piece is fixedly or detachably connected to a workpiece holder.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Kalibierkörper und/oder Driftkörper zumindest abschnittsweise eine Kugelform aufweisen und/oder entlang der Richtung der Drehachse angeordnet sind.It is preferably provided that calibration bodies and / or drift bodies have a spherical shape at least in sections and / or are arranged along the direction of the axis of rotation.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass das Zwischenstück nur einen einzigen Driftkörper oder nur einen einzigen Kalibrierkörper oder nur einen einzigen Körper, der als Driftkörper und als Kalibrierkörper verwendbar ist, aufweist.The invention is also characterized in particular in that the intermediate piece has only a single drift body or only a single calibration body or only a single body which can be used as a drift body and as a calibration body.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass der Drehtisch zumindest in Richtung der Drehachse um eine Strecke verschiebbar ist, so dass Kalibierkörper und/oder Driftkörper in den vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) hinein und wieder heraus positionierbar sind.It should also be emphasized that the turntable can be displaced at least in the direction of the axis of rotation by a distance so that calibration bodies and / or drift bodies can be positioned in and out of the area of the radiation emitted by the x-ray source (measuring radiation).
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Zwischenstück eine Öffnung enthält, durch die Kalibierkörper und/oder Driftkörper mit einem optischen Sensor, bevorzugt Bildverarbeitungssensor, und/oder mit einem taktilen Sensor und/oder mit einem taktil-optischen Sensor erfassbar sind.Preferably, the invention provides that the intermediate piece contains an opening, can be detected by the calibration body and / or drift body with an optical sensor, preferably image processing sensor, and / or with a tactile sensor and / or with a tactile-optical sensor.
Teilaspekte einer Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografiemessung vorzugsweise unter Verwendung von zumindest teilweise zuvor erläuterter Anordnung, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene und/oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen (Drift) zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, indem die Position eines Driftkörpers in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern erfasst wird, wobei die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder oder Abschnitte dieser Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass ein Driftkörper erfasst wird, der in einem Zwischenstück enthalten ist, wobei vor der computertomografischen Messung das Zwischenstück eingewechselt, der Driftkörper in einer oder in mehreren ausgewählten Drehstellungen erfasst und das Zwischenstück wieder ausgewechselt wird, und/oder entweder
- – vor der computertomografischen Messung ein mit dem Werkstückhalter verbundenes Zwischenstück eingewechselt wird, das während der computertomografischen Messung eingewechselt bleibt, oder
- – während der computertomografischen Messung in ausgewählten Drehstellungen ein vor der Messung eingewechselter Werkstückhalter ausgewechselt und das Zwischenstück vorübergehend eingewechselt und anschließend der Werkstückalter wieder eingewechselt wird.
- - Before the computer tomographic measurement, an intermediate piece connected to the workpiece holder is exchanged, which remains active during the computer tomographic measurement, or
- - Replaced during the computer tomographic measurement in selected rotational positions a substitute before the measurement workpiece holder and the spacer temporarily replaced and then the workpiece age is replaced again.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass ein in einem mit dem Werkstückhalter verbundenen Zwischenstück enthaltener Driftkörper
- – in den vom Werkstück aufgenommenen Durchstrahlungsbildern mit erfasst wird, und vorzugsweise in jedem dieser Durchstrahlungsbilder die Position des Driftkörpers ausgewertet und zur Korrektur der Drift verwendet wird, oder
- – nur in ausgewählten Drehstellungen durch Positionierung des Drehtisches entlang der Richtung der Drehachse in jeweils einem zusätzlich erfassten Durchstrahlungsbild erfasst wird.
- Is detected in the radiation images recorded by the workpiece, and preferably in each of these radiographic images the position of the drift body is evaluated and used to correct the drift, or
- - Is detected only in selected rotational positions by positioning the turntable along the direction of the axis of rotation in each case an additionally detected radiographic image.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Driftkörper nur in ausgewählten Drehstellungen erfasst wird, wobei die ausgewählten Drehstellungen einen konstanten Winkelabstand zueinander aufweisen, vorzugsweise die Anzahl der ausgewählten Drehstellungen mindestens 10, bevorzugt mindestens 36, besonders bevorzugt maximal 100, beträgt.Preferably, it is provided that the drift body is detected only in selected rotational positions, wherein the selected rotational positions have a constant angular distance from each other, preferably the number of selected rotational positions at least 10, preferably at least 36, more preferably at most 100, is.
Gelöst wird eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zur Überprüfung der Spezifikation, insbesondere Antastabweichung an einer Prüfkugel, einer Computertomografie-Sensorik mit vorzugsweise einer zuvor erläuterten Vorrichtung, wobei als Kalibierkörper eine kalibrierte Prüfkugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) der Prüfkugel aufgenommen werden, wobei die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung der Prüfkugel, insbesondere des Durchmessers und der Form der Prüfkugel, extrahiert werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Prüfkugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.An object underlying the invention is also essentially achieved by a method for checking the specification, in particular probing deviation on a test ball, a computed tomography sensor system preferably with a previously explained device, wherein a calibrated test sphere is used as the calibration body, which is arranged between an x-ray emitting x-ray source and an x-ray receiving x-ray detector and recorded by the radiographic images in a plurality of rotational positions (measuring rotational positions) of the test ball in which the radiographic images are reconstructed into a volume data set (voxel volume) and surface points are extracted from the volumetric data set for the dimensional measurement of the test sphere, in particular the diameter and the shape of the test sphere, characterized in that the test sphere is arranged in an intermediate piece which overlies a change-over interface is exchanged, wherein preferably the intermediate piece is connected to the workpiece holder and for computer tomographic measurement of the workpiece, the test ball by positioning the dre htisches in one direction along the axis of rotation from the detected by the X-ray detector portion of the emitted radiation from the X-ray source (measuring radiation) is moved out.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Einmessen, insbesondere der Geometrie also der Position der Komponenten der Computertomografie-Sensorik zueinander und/oder des Abbildungsmaßstabs, einer Computertomografie-Sensorik.The invention also relates to a method for measuring, in particular the geometry of the position of the components of the computed tomography sensors to each other and / or the magnification, a computed tomography sensor.
Teilaspekte einer Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zum Einmessen, insbesondere der Geometrie also der Position der Komponenten der Computertomografie-Sensorik zueinander und/oder des Abbildungsmaßstabs, einer Computertomografie-Sensorik vorzugsweise mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung nach, wobei als Kalibierkörper eine Einmesskugel, insbesondere nicht kalibrierte Einmesskugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen und/oder mehreren translatorischen Relativpositionen zu der Einheit aus Röntgenquelle und Röntgendetektor aufgenommen werden, wobei in den Durchstrahlungsbildern jeweils die Position und/oder der Durchmesser der Einmesskugel bestimmt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Einmesskugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.Partial aspects of a task, the present invention solves essentially by a method for measuring, in particular the geometry of the position of the components of computed tomography sensors to each other and / or the magnification, a computed tomography sensor preferably with a device described above, wherein as a calibration body a Einmesskugel, in particular uncalibrated calibration ball is used, which is arranged between an X-ray emitting X-ray source and an X-ray receiving X-ray detector and are recorded by the transmission images in a plurality of rotational positions and / or a plurality of translational relative positions to the unit of X-ray source and X-ray detector, wherein in Radiation images in each case the position and / or the diameter of the Einmesskugel is determined that is characterized in that the Einmesskugel is arranged in an intermediate piece, the üb He is exchanged an exchange interface, wherein preferably the intermediate piece is connected to the workpiece holder and for computer tomographic measurement of the workpiece, the test ball is moved by positioning the turntable in a direction along the axis of rotation of the detected by the X-ray detector region of the radiation emitted by the X-ray source (measuring radiation) ,
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Position der Einmesskugel in mehreren translatorischen Relativpositionen bestimmt wird, wobei die translatorischen Relativpositionen in einer zur Detektorebene parallelen Ebene oder in einer zur mittleren Richtung der Messstrahlung senkrechten Ebene angeordnet sind, und aus dem Verhältnis des oder der Abstände in den Durchstrahlungsbildern zu den korrespondierenden Abständen der translatorischen Relativpositionen, welche vorzugsweise mit den Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt werden, der Abbildungsmaßstab der Computertomografie-Sensorik bestimmt wird.In particular, the invention is characterized in that the position of the calibration ball is determined in a plurality of translational relative positions, wherein the translational relative positions are arranged in a plane parallel to the detector plane or in a direction perpendicular to the average direction of the measuring radiation level, and from the ratio of or Distances in the radiographic images to the corresponding distances of the translational relative positions, which are preferably determined by the measuring axes of a coordinate measuring machine, the magnification of the computed tomography sensor is determined.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die translatorischen Relativpositionen in zwei um 180° zueinander gedrehten Drehstellungen aufgenommen und die Abstände in den Durchstrahlungsbilder und die Abstände der translatorischen Relativpositionen jeweils gemittelt werden.Preferably, the invention provides that the translational relative positions are recorded in two rotational positions rotated by 180 ° relative to each other and the distances in the radiographic images and the distances of the translational relative positions are respectively averaged.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass mehrere Zwischenstücke mit unterschiedlich großen Driftkörpern und/oder Kalibrierkörpern, insbesondere Prüfkugeln mit unterschiedlichen Durchmessern, zur Verfügung stehen und abhängig vom vorliegenden bzw. eingestellten Messvolumen der passende Driftkörper bzw. Kalibrierkörper, insbesondere die passende Prüfkugel, ausgewählt wird.It should also be emphasized that a plurality of intermediate pieces with differently sized drift bodies and / or calibration bodies, in particular test balls with different diameters, are available and the appropriate drift body or calibration body, in particular the suitable test ball, is selected depending on the present or set measurement volume.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.Preferably, it is provided that the device according to the invention is integrated in a coordinate measuring machine, preferably integrated in a multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or tactile-optical sensors.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird.The invention is also characterized in that the method is operated in a coordinate measuring machine, preferably in a multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or tactile-optical sensors is used.
In einer Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass ein erster Driftkörper in einem auswechselbaren Zwischenstück vorgesehen ist und mindestens ein weiterer Driftkörper von dem Drehtisch, insbesondere dem Drehteller ausgeht. Der weitere Driftkörper kann dadurch beispielsweise verwendet werden, um die Drift zum Einmesszustand zu ermitteln und der erste Driftkörper wird beispielsweise mit dem Werkstückhalter zusammen eingewechselt und wird zur Ermittlung der Drift während der computertomografischen Messung des Werkstücks verwendet.In a development, it is also provided that a first drift body is provided in a replaceable intermediate piece and at least one further drift body originates from the turntable, in particular the turntable. The further drift body can thereby be used, for example, to determine the drift to the calibration state, and the first drift body is exchanged with the workpiece holder, for example, and is used to determine the drift during the computed tomographic measurement of the workpiece.
Abhängig vom Längenausdehnungskoeffizienten und der vorliegenden Temperatur, kommt es bei Temperaturänderungen zu Längenänderungen des zur Messung bestimmten Messobjektes. Messungen, die mit einem Computertomografen durchgeführt wurden, werden nach dem Stand der Technik bezüglich dieser Temperatureinflüsse korrigiert, indem beispielsweise die Durchstrahlungsbilder entsprechend der bei deren Aufnahme vorhandenen Temperatur korrigiert werden, wie dies die
Nachteilig ist dabei jedoch, dass im Durchstrahlungsbild unterschiedliche Materialien, für die aufgrund unterschiedlicher Längenausdehnungskoeffizienten unterschiedliche Korrekturen vorzusehen sind, nicht erkennbar bzw. das Material allgemein nicht zuordenbar ist, da die im Durchstrahlungsbild vorhandenen Informationen neben dem Material auch von der Geometrie, insbesondere der in der vorliegenden Drehstellung durchstrahlten Materiallänge, abhängen. Somit ist eine Korrektur von Temperaturbedingten Einflüssen für Werkstücke aus mehreren Materialien (Multimaterial-Teile) nicht möglich.The disadvantage here, however, that in the radiographic image different materials for which different corrections are to be provided due to different coefficients of linear expansion, not recognizable or the material is generally not assignable, since the information present in the radiographic image in addition to the material of the geometry, in particular in the present rotary position irradiated material length, depend. Thus, a correction of temperature-related influences for workpieces made of several materials (multi-material parts) is not possible.
Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteil zu vermeiden, so dass temperaturbedingte Längenänderungen des Messobjektes auch bei Vorliegen unterschiedlicher Materialien korrigiert werden können.A further independent object of the present invention is therefore to avoid this disadvantage, so that temperature-induced changes in length of the measurement object can be corrected even in the presence of different materials.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass die Größe und bevorzugt auch die Position der einzelnen Voxel abhängig von dem Längenausdehnungskoeffizienten korrigiert werden, das das Material aufweist, dass dem Voxel zugeordnet werden kann. Gleichwirkend zur Veränderung von Voxelgröße und Voxelposition können die Voxeldaten, also Grauwerte des Voxels und dessen Umgebung entsprechend angepasst werden.This object is essentially achieved by the present invention in that the size and preferably also the position of the individual voxels are corrected as a function of the coefficient of linear expansion, which comprises the material that can be assigned to the voxel. Similar to the change of voxel size and voxel position, the voxel data, ie gray values of the voxel and its environment, can be adjusted accordingly.
Die vorliegende Temperatur muss während der Aufnahme der 2D-Durchstrahlungsbilder bestimmt werden. Mittels eines Temperatursensors wird hierzu beispielsweise die Temperatur des Messobjektes direkt oder des das Messobjekt umgebenden Messvolumens, also des vom Computertomografen erfassten Messbereichs, bestimmt. Die während der Aufnahme der 2D-Durchstrahlungsbilder ermittelte Temperatur wird dann für die Korrektur verwendet.The present temperature must be determined during the acquisition of the 2D radiographic images. By means of a temperature sensor, for example, the temperature of the measurement object is determined directly or the measurement volume surrounding the measurement object, that is to say the measurement area detected by the computer tomograph. The temperature detected during the acquisition of the 2D radiographic images is then used for the correction.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf ein Verfahren zur Korrektur von Temperatureinflüssen auf dimensionelle Messungen an einem Messobjekt mit einem Computertomographen, vorzugsweise Röntgencomputertomographen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integrierten Computertomographen, zumindest bestehend aus zumindest einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenröhre, einer mechanischen Drehachse zur Drehung eines Messobjektes, und einem Detektor, vorzugsweise Röntgendetektor, wobei das Messobjekt in mehreren Drehstellungen von der Strahlung der Strahlungsquelle durchstrahlt wird und jeweils zugehörige 2D-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, aus denen mittels Rekonstruktion dreidimensionale Volumeninformationen im Voxelformat (so genannte Voxelvolumen) berechnet werden, wobei in diesem Voxelvolumen Daten (Voxeldaten, beispielsweise in Form von Grauwerten) zur lokalen Strahlabsorption enthalten sind, und wobei aus den Voxeldaten, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenpunkte generiert werden, wobei die Größe (Voxelgröße bzw. Voxelkantenlänge), vorzugsweise Größe und Position (Voxelposition), der Voxel des Voxelvolumens abhängig von der jeweils vorliegenden Temperatur und dem dem jeweiligen Voxel zugeordneten Längenausdehnungskoeffizienten korrigiert wird, um ein korrigiertes Voxelvolumen zu erzeugen, wobei diese Korrektur der Voxelgrößen und vorzugsweise der Voxelpositionen alternativ durch Anpassung der Voxeldaten des Voxels und der benachbarten Voxel umgesetzt wird.The present invention thus also relates to a method for correcting temperature effects on dimensional measurements on a measurement object with a computer tomograph, preferably X-ray computer tomographs, particularly preferably in a coordinate measuring machine integrated CT, at least consisting of at least one radiation source, preferably X-ray tube, a mechanical rotation axis for rotation a measurement object, and a detector, preferably an X-ray detector, wherein the measurement object is irradiated in several rotational positions of the radiation of the radiation source and respectively associated 2D radiographic images are taken, from which three-dimensional volume information in voxel format (so-called voxel volume) are calculated by means of reconstruction, wherein in this voxel volume data (voxel data, for example in the form of gray values) are included for local beam absorption, and wherein from the voxel data, preferably in the area The size (voxel size or voxel edge length), preferably the size and position (voxel position), of the voxel volume voxel is corrected as a function of the prevailing temperature and the coefficient of linear expansion associated with the respective voxel by a corrected voxel volume Alternatively, this correction of the voxel sizes, and preferably the voxel positions, is implemented by adjusting the voxel data of the voxel and the neighboring voxels.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der dem jeweiligen Voxel zugeordnete Längenausdehnungskoeffizient aus dem zugeordneten Material ermittelt wird, wobei das Material aus dem Grauwert des Voxels und/oder den Grauwerten benachbarter Voxel und/oder den Solldaten, beispielsweise aus einem Modell wie CAD-Modell, ermittelt wird, wobei vorzugsweise bei Verwendung der Grauwerte den Grauwerten oder Grauwertbereichen jeweils ein Material zugeordnet wird.In particular, the invention is characterized in that the coefficient of linear expansion associated with the respective voxel is determined from the assigned material, the material being selected from the gray value of the voxel and / or the gray values of adjacent voxels and / or the target data, for example from a model such as CAD- Model, is determined, wherein preferably when using the gray values of the gray values or gray scale ranges in each case a material is assigned.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass benachbarte Voxel abhängig von der Voxelgrößenänderung verschoben werden, um die korrigierte Voxelposition zu ermitteln.It should also be emphasized that adjacent voxels are shifted depending on the voxel size change to determine the corrected voxel position.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das korrigierte Voxelvolumen mittels Resampling, vorzugsweise durch den Einsatz von Interpolationsmethoden, in ein einheitliches Voxelraster konvertiert wird, wobei vorzugsweise ein Voxelraster mit geringerer Voxelkantenlänge erzeugt wird.Preferably, the invention provides that the corrected voxel volume is converted into a uniform voxel grid by means of resampling, preferably by the use of interpolation methods, wherein a voxel grid with a lower voxel edge length is preferably produced.
Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf einen Computertomografen, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei der Aufbau eines entsprechenden Detektors aus baulich getrenntem Szintillator und optischem Detektor entsprechend der
Problematisch bei der Abstrahlung der optischen Strahlung durch den Detektor ist der große Abstrahlwinkel (Lambert-Strahler). Hierdurch kann eine große Lichtausbeute und damit ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis nur erreicht werden, wenn große Linsen bzw. Optiken oder andere die optische Strahlung möglichst vollständig weiterleitende optische Bauelemente verwendet werden und insbesondere nah am Szintillator angeordnet werden. Dabei wird zur Realisierung genauer Messungen zudem eine hohe Abbildungsqualität bzw. geringe Abbildungsfehler der optischen Bauelemente gefordert, wodurch diese sehr teuer oder überhaupt nicht verfügbar sind.The problem with the emission of optical radiation by the detector is the large emission angle (Lambert radiator). As a result, a large light output and thus a high signal-to-noise ratio can only be achieved if large lenses or optics or other optical components as completely as possible forwarding optical components are used and in particular are arranged close to the scintillator. In addition, a high imaging quality or low aberrations of the optical components is required to realize accurate measurements, making them very expensive or not at all available.
Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, günstige und verfügbare optische Bauelemente vorzuschlagen, die zur Abbildung der von einem Szintillator abgegebenen Strahlung auf einen optischen Detektor geeignet sind. Neben dem dazu notwendigen Aufbau werden gegebenenfalls Verfahren benötigt, auftretende Abbildungsfehler zu korrigieren.A further independent object of the present invention is therefore to propose cheap and available optical components which are suitable for imaging the radiation emitted by a scintillator onto an optical detector. In addition to the structure necessary for this, if necessary, methods are needed to correct occurring aberrations.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass als optische Bauelemente Parabolspiegel, Fresnellinsen und/oder Glasfaser-Taper eingesetzt werden, die bevorzugt dahingehend optimiert sind, eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erzielen, wobei Abbildungsfehler auftreten dürfen, die mit entsprechenden Verfahren wie beispielsweise Verzeichnungskorrektur, Verzerrungskorrektur und/oder Hell-Dunkel-Korrektur korrigiert werden.This object is achieved by the present invention essentially in that are used as optical components parabolic mirror, Fresnel lenses and / or fiber optic taper, which are preferably optimized to achieve the highest possible light output, aberrations may occur with appropriate methods such as Distortion correction, distortion correction and / or light-dark correction are corrected.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen, einstellbar durch eine Drehvorrichtung wie mechanische Drehachse, in denen das Messobjekt und eine Computertomografiesensorik relativ zueinander gedreht angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt gedreht ist, aufnehmbar sind, wobei die Computertomografiesensorik zumindest besteht aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre, zumindest einem flächig ausgeführten Szintillator und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor, wobei die Durchstrahlungsbilder von zumindest einem optischen Detektor aufnehmbar sind und zu einem Voxelvolumen rekonstruierbar sind, aus dem vorzugsweise Oberflächenpunkte an Materialübergängen bestimmbar sind, wobei die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zumindest teilweise von dem zumindest einen optischen Detektor erfassbar ist, und wobei die Computertomografiesensorik bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, wobei vorzugsweise Mittel zur Einstellung der Größe und/oder Lage des vom optischen Detektor erfassbaren, die optische Strahlung abgebenden ersten Bereichs und/oder weiterer Bereiche des Szintillators vorhanden sind, vorzugsweise Mittel, mit denen der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verschiebbar sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein oder mehrere optische Bauelemente angeordnet sind, die die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung auf den optischen Detektor lenken, wobei zumindest eines der optischen Bauelemente dahingehend optimiert ist, eine möglichst hohe Lichtausbeute in Bezug auf die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zu erzielen, wobei dieses bzw. diese optischen Bauelemente insbesondere Abbildungsfehler aufweisen bzw. aufweisen dürfen. Hierdurch können preisgünstige insbesondere große Optiken wie Linsen, Spiegel oder Taper zum Einsatz kommen.The present invention therefore also relates to a device for recording a plurality of radiographic images of a measurement object for performing a computed tomography, wherein radiographic images in a plurality of rotational positions, adjustable by a rotating device such as mechanical axis of rotation, in which the measurement object and a computed tomography sensor are arranged rotated relative to each other , Preferably, the measurement object is rotated, are receivable, wherein the computed tomography sensor at least consists of a radiation source such as X-ray tube, at least one scintillator and at least one surface area performed, optical detector, the radiographic images of at least one optical detector can be received and reconstructed to a voxel volume are from which preferably surface points can be determined at material transitions, wherein the output from the scintillator optical radiation at least partially from the zumin at least one optical detector is detectable, and wherein the computed tomography sensor is preferably integrated in a coordinate measuring machine, wherein preferably means for adjusting the size and / or position of the detectable by the optical detector, the optical radiation emitting first region and / or other areas of the scintillator are present , Preferably means, with which the optical detector and the scintillator are displaceable relative to each other, which is characterized in that between the scintillator and the optical detector one or more optical components are arranged, which direct the radiation emitted by the scintillator optical radiation to the optical detector wherein at least one of the optical components is optimized to achieve the highest possible light output with respect to the emitted from the scintillator optical radiation, said or these optical components in particular have or have aberrations RFEN. As a result, inexpensive particularly large optics such as lenses, mirrors or taper can be used.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als optische Bauelemente Parabolspiegel, Fresnellinsen und/oder Glasfaser-Taper eingesetzt werden.In particular, the invention is distinguished by the fact that parabolic mirrors, Fresnel lenses and / or glass fiber tapers are used as optical components.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, zumindest ein weiteres optisches Bauelement einzusetzen, dass die Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert.According to the invention, it is also provided to use at least one further optical component that at least partially corrects the aberrations.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer zuvor genannten Vorrichtung, wobei die aufgrund der Eigenschaften der eingesetzten optischen Bauelemente auftretenden Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert werden, indem bevorzugt zumindest eine Verzeichnungskorrektur und/oder Verzerrungskorrektur und/oder Hell-Dunkel-Korrektur durchgeführt wird. Entsprechende Verfahren sind aus der Bildverarbeitung oder Mikroskopie bekannt und die zu korrigierenden Abweichungen werden zumeist einmalig eingemessen, also vor der der eigentlichen Messung bestimmt, und für die Korrektur der Messung angewendet. Die Anwendung weiterer zusätzlich Korrekturen ist vorgesehen, sofern die eingesetzten optischen Bauelemente entsprechende Abbildungsfehler aufweisen. Die zumindest teilweise Korrektur der Abbildungsfehler kann alternativ oder zusätzlich auch durch weitere entsprechend geeignete optische Bauelemente erfolgen.The present invention also relates to a computed tomography method for dimensional measurements on a measurement object with a previously mentioned device, wherein the aberrations occurring due to the properties of the optical components used are at least partially corrected, preferably by at least one distortion correction and / or distortion correction and / or or chiaroscuro correction is performed. Corresponding methods are known from image processing or microscopy and the deviations to be corrected are usually calibrated once, ie before the actual one Measurement determined, and applied for the correction of the measurement. The application of further additional corrections is provided if the optical components used have corresponding aberrations. The at least partial correction of the aberrations can be done alternatively or additionally by further correspondingly suitable optical components.
Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf einen Computertomografen und ein Computertomografieverfahren entsprechend der
Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aufgrund der Ausdehnung des Detektors in Richtung der Drehachse erfassten bzw. entstehenden Artefakte wie beispielsweise Streustrahlung, bei einer Region of Interest Tomografie, insbesondere bei einer Computertomografie, bei der das Werkstück um eine von der mechanischen Drehachse verschiedenen virtuelle Drehachse gedreht wird, zu vermeiden.A further independent object of the present invention is, therefore, the artefacts detected due to the expansion of the detector in the direction of the axis of rotation, such as scattered radiation, in a region of interest tomography, in particular in a computer tomography in which the workpiece is one of the mechanical axis of rotation is rotated different virtual axis of rotation, to avoid.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass ein zeilenförmiger Detektor oder lediglich ein mehrere benachbarte Zeilen aufweisender oder verwendender flächig ausgeprägter Detektor verwendet wird, wobei beispielsweise eine Helixtomografie durchgeführt wird oder wobei der Detektor bzw. der verwendete Detektorbereich stückweise in Richtung der Drehachse versetzt werden, um zweidimensionale Durchstrahlungsbilder aufzunehmen.This object is essentially achieved by the present invention in that a line-shaped detector or only a two-dimensional detector having a plurality of adjacent lines is used, wherein, for example, a helical tomography is performed or the detector or the detector area used piecewise displaced in the direction of the axis of rotation to capture two-dimensional radiographic images.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf ein Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer Computertomografie-Sensorik, aufweisend zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenquelle und einen Strahlendetektor, wobei das Messobjekt drehbar auf einer mechanischen Drehachse zwischen Röntgenquelle und Strahlendetektor angeordnet ist und wobei Durchstrahlungsbilder in verschiedenen Drehstellungen des Werkstücks aufgenommen und kombiniert insbesondere rekonstruiert werden, wobei
- – Röntgenquelle und/oder Strahlendetektor relativ zum Messobjekt, und vorzugsweise zur mechanischen Drehachse, wobei das Messobjekt fest auf der mechanischen Drehachse angeordnet ist, positionierbar sind, und wobei die Drehung des Werkstücks mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Detektor, um eine von der physikalischen Drehachse verschiedenen Drehachse erfolgt, und/oder
- – lediglich ein senkrecht zur Drehachse begrenzter Ausschnitt des Messobjekts in allen Drehstellungen vom Detektor erfasst wird,
- X-ray source and / or radiation detector relative to the measurement object, and preferably to the mechanical axis of rotation, wherein the measurement object is fixedly arranged on the mechanical axis of rotation, are positionable, and wherein the rotation of the workpiece by means of a combination of rotational and translational relative movement between the workpiece and the detector a rotational axis different from the physical axis of rotation takes place, and / or
- - Only a limited perpendicular to the axis of rotation cutout of the measurement object is detected in all rotational positions by the detector,
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung von Werkstücken mit Computertomografie, wobei Materialgrenzen zwischen verschiedenen Materialien bzw. den Materialien und den umgebenen Medium wie Luft erkannt werden sollen.Subject of an independent invention is a method for measuring workpieces with computed tomography, wherein material boundaries between different materials or materials and the surrounding medium such as air to be detected.
Bei den bekannten Verfahren zur Bestimmung von Materialgrenzen werden zumeist feste Schwellwerte zur Ermittlung der Materialgrenze verwendet, wie dies beispielsweise unter dem Fachbegriff Marching Cube in der
Die
Verfahren zur Bestimmung von Materialgrenzen in Schnittbildern durch das Voxelvolumen werden beispielsweise in der
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Oberflächen zwischen verschiedenen Materialien bzw. der Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft beim Vorliegen mehrerer Materialien innerhalb des mit der Röntgencomputertomografie untersuchten bzw. gemessenen Bereiches automatisch zu erkennen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, möglicherweise mehrfach vorliegende erkannte Oberflächengrenzen zu erkennen und die geeignete Oberflächengrenze zu selektieren.Another object of the present invention is therefore to automatically detect the surfaces between different materials or materials and the surrounding medium such as air in the presence of multiple materials within the range examined or measured by X-ray computer tomography. In particular, it is an object of the invention to recognize potentially multiple present recognized surface boundaries and to select the appropriate surface boundary.
Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zum Messen von Werkstücken bestehend aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit Röntgen-Computertomografie, wobei Volumenelemente (Voxel) aufweisendes Voxelvolumen erzeugt wird, indem die lokale Röntgenabsorption (lokale Schwächungskoeffizienten), vorzugsweise in Form von Grauwerten, den Voxeln zugeordnet ist, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Materialgrenzen zwischen den Materialien und/oder zwischen den Materialien und dem umgebenden Medium, wie Luft, bestimmt werden und hieraus die geometrische Beschreibung der Oberflächen, insbesondere Punktewolke der aus den jeweiligen Materialien bestehenden Komponenten des Werkstücks vollständig oder teilweise bestimmt werden.The invention provides for the solution u. a. a method for measuring workpieces consisting of at least two different materials with X-ray computed tomography, wherein volume elements (voxels) having voxel volume is generated by the local X-ray absorption (local attenuation coefficients), preferably in the form of gray values, associated with the voxels before is characterized in that the material boundaries between the materials and / or between the materials and the surrounding medium, such as air, are determined and from this the geometric description of the surfaces, in particular point cloud of existing from the respective components of the workpiece components are determined in whole or in part ,
Als umgebendes Medium ist bevorzugt Luft vorgesehen. Die Erfindung bezieht sich jedoch gleichermaßen auch auf andere umgebende Medien wie beispielsweise Flüssigkeiten oder andere Gase. Auch wenn in der weiteren Beschreibung auf Luft eingegangen wird, sind alternativ auch andere umgebende Medien durch die Lehre mit erfasst.As ambient medium air is preferably provided. However, the invention equally applies to other surrounding media such as liquids or other gases. Even if air is dealt with in the further description, other surrounding media are alternatively covered by the teaching.
Die Beschreibung der Oberfläche liegt vorzugsweise in Form von Messpunkten auf der Oberfläche bzw. in Form von sogenannten Punktewolken vor. Das Vorliegen verschiedener Materialien kann beispielsweise auch bedeuten, dass das Werkstück aus mehreren Komponenten besteht, wobei die Komponenten aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Ein beispielhaftes Werkstück ist eine Leiterplatte, welche aus Trägermaterial, beispielsweise Kunststoff oder mit Metall beschichteter Werkstoff, und Leiterbahnen, sowie weiteren Komponenten wie Lot oder Kunststoff oder anderen Abdeckmaterialien besteht.The description of the surface is preferably in the form of measuring points on the surface or in the form of so-called point clouds. The presence of different materials may also mean, for example, that the workpiece consists of several components, the components being made of different materials. An exemplary workpiece is a printed circuit board, which consists of carrier material, such as plastic or metal-coated material, and printed conductors, and other components such as solder or plastic or other covering materials.
Häufige Kombinationen sind Kunststoffe mit Metallen. Es sollen daher erfindungsgemäß nicht nur die Materialgrenzen zueinander beanstandeter Bauteile erkannt werden, sondern auch innerhalb von Baugruppen oder innerhalb eines einzelnen Werkstücks, welches aus verschiedenen Materialien besteht.Common combinations are plastics with metals. Therefore, according to the invention, not only the material boundaries of components which are subject to one another should be recognized, but also within assemblies or within a single workpiece, which consists of different materials.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass für jede aus den einzelnen Materialien bestehende Teilkomponente die Grenze zu den benachbarten Teilkomponenten und/oder zum umgebenden Medium, insbesondere zur umgebenden Luft bestimmt wird.In particular, the invention is characterized in that the boundary to the adjacent subcomponents and / or to the surrounding medium, in particular to the surrounding air, is determined for each subcomponent consisting of the individual materials.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die für die verschiedenen Teilkomponenten bestimmten Materialgrenzen zu einer geometrischen Gesamtbeschreibung des Werkstücks zusammengefügt werden.It is preferably provided that the material boundaries determined for the various subcomponents are combined to form a complete geometric description of the workpiece.
Die geometrische Gesamtbeschreibung des Werkstücks beinhaltet sämtliche erkannte Übergänge zwischen den Materialien bzw. den einzelnen Materialien und Luft, für die Messpunkte ermittelt werden, wobei die Messpunkte als eine gemeinsame Messpunktewolke auswertbar sein sollen.The overall geometric description of the workpiece includes all detected transitions between the materials or the individual materials and air for which measurement points are determined, with the measurement points being able to be evaluated as a common measurement point cloud.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass beim Zusammenfügen der die Materialgrenzen beschreibenden Oberflächenbeschreibungen verschiedener Teilkomponenten doppelt oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen für eine Grenzflächen zusammengefasst oder durch Auswahl einer der Oberflächenbeschreibungen ersetzt werden.In particular, the invention is characterized in that, when joining the surface descriptions describing the material boundaries of different subcomponents, double or multiple surface descriptions for an interface are combined or replaced by selection of one of the surface descriptions.
Eine Oberflächenbeschreibung für eine Materialgrenze entsteht beispielsweise, indem für die an der jeweiligen Materialgrenze vorliegenden Materialien bzw. Kombination Material und dem umgebenden Medium wie Luft ein Parameter festgelegt wird. Dieser Paramenter kann beispielsweise ein Schwellwert für einen Grauwert, der in den Voxeln vorliegenden Informationen sein. Beispielhaft kann mittels dieses Schwellwertes und dem zuvor genannten Marching Cube-Verfahren das gesamte Voxelvolumen auf das Auftreten entsprechender Grauwerte untersucht werden. An den Stellen, an denen dieser Grauwert (Schwellwert) auftritt, wird eine Materialgrenze erkannt. Der Verlauf der Grauwerte zwischen zwei Materialien durch eine Materialgrenze hindurch ist jedoch kontinuierlich und nicht sprunghaft. Hierdurch werden den verschiedenen Materialien kontinuierliche Grauwertbereiche zwischen den Schwellwerten der verschiedenen Oberflächenbeschreibungen der Grenzen zu den anderen Materialien oder dem umgebenden Medium wie Luft zugeordnet. Bei Festlegung eines Schwellwerts für eine definierte Materialkombination, beispielsweise Material 1 weist den mittleren Grauwert 200 und Material 2 den mittleren Grauwert 100 auf, wobei als Schwellwert beispielhaft der Grauwert 150 festgelegt wird, tritt der Schwellwert nicht nur zwischen diesen beiden Materialien auf, sondern beispielhaft auch zwischen zwei Materialien mit den mittleren Grauwerten 200 und 10, hier jedoch nicht an der korrekten Stelle des Materialübergangs, sondern räumlich versetzt. Für den korrekten Schwellwert zwischen beispielsweise den Materialien mit den mittleren Grauwerten 200 und 10, also 105, ergibt sich die korrekte Materialgrenze zusätzlich. Es treten also doppelte Oberflächenbeschreibungen auf. Ein weiteres Bespiel für doppelte oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen ist den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.A surface description for a material boundary arises, for example, in that a parameter is defined for the materials or combination of material present at the respective material boundary and the surrounding medium such as air. This parameter may, for example, be a threshold value for a gray value of the information present in the voxels. By way of example, by means of this threshold value and the aforementioned marching cube method, the entire voxel volume can be examined for the occurrence of corresponding gray values. At the points where this gray value (threshold value) occurs, a material limit is detected. However, the course of the gray values between two materials through a material boundary is continuous and not erratic. As a result, the various materials are assigned continuous gray scale ranges between the threshold values of the various surface descriptions of the boundaries to the other materials or the surrounding medium, such as air. When specifying a threshold value for a defined material combination, for example material 1, the average
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Materialgrenzen für die Teilkomponenten jeweils nacheinander für die verschiedenen Materialkombinationen und für die Kombinationen zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft bestimmt werden und der die Materialkombination beschreibende Parameter ein Schwellwert für die Bestimmung der Materialgrenzen ist.Preferably, the invention provides that the material limits for the subcomponents are each successively determined for the different material combinations and for the combinations between the individual materials and the surrounding medium such as air and the parameter describing the material combination is a threshold for the determination of the material boundaries.
Insbesondere wird also je Materialkombination und je Kombination zwischen den verschiedenen im Werkstück auftretenden Materialien und dem umgebenden Medium ein Schwellwert festgelegt und die Materialgrenzen für diesen ermittelt, wobei wie bereits zuvor erläutert an einzelnen Materialgrenzen doppelt oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen für die entsprechende Grenzfläche auftreten können.In particular, therefore, a threshold value is determined per material combination and per combination between the various materials occurring in the workpiece and the surrounding medium and, as explained above, surface or double surface descriptions for the corresponding interface may occur at individual material boundaries.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass dieser Schwellwert zum subvoxelgenauen Bestimmen der Lage der Materialgrenze herangezogen wird, indem zwischen benachbarten Volumenelementen (Voxeln) interpoliert wird.It should also be emphasized that this threshold value is used for the subvoxel-accurate determination of the position of the material boundary by interpolating between adjacent volume elements (voxels).
Die subvoxelgenaue Bestimmung liegt beispielhaft für den Marching Cube Algorithmus vor. Erfindungdgemäß sind jedoch auch alternative Herangehensweisen zur subvoxelgenauen Bestimmung vorgesehen.The subvoxel-accurate determination is exemplary for the marching cube algorithm. According to the invention, however, alternative approaches to subvoxel-accurate determination are provided.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Materialgrenzen durch Punktewolken beschrieben werden, wobei die Parameter der verschiedenen Materialkombinationen und der verschiedenen auftretenden Materialien mit dem umgebenden Medium wie Luft bestimmt werden, und in einem zweiten Schritt für jeden Bereich der Oberflächenbeschreibung eine Feinauswahl der optimalen Oberflächenbeschreibungen anhand der lokal auftretenden Materialkombinationen erfolgt.The invention is also characterized in that material boundaries are described by point clouds, wherein the parameters of the different material combinations and the various materials occurring are determined with the surrounding medium such as air, and in a second step for each area of the surface description a fine selection of the optimum surface descriptions based on the locally occurring material combinations.
Die Feinauswahl der optimalen Oberflächenbeschreibung umfasst das Ersetzen bzw. Entfernen doppelter oder mehrfach auftretender Oberflächenbeschreibungen.The fine selection of the optimal surface description includes the replacement or removal of duplicate or multiple surface descriptions.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass diese Punkte den die Materialgrenze bildenden oder umfassenden Volumenelementen (Voxeln) zugeordnet sindIn particular, the invention is characterized in that these points are assigned to the material boundary forming or comprising volume elements (voxels)
Dies bedeutet, dass für die Berechnung eines Punktes sämtliche um die Materialgrenze herum liegenden, also diese umfassenden, bzw. die Materialgrenze bildenden Volumenelemente bzw. deren Lage und/oder Grauwert für die Bestimmung des Oberflächenpunktes herangezogen werden. Ort und Grauwert gehen beispielsweise in die zuvor genannte Interpolation ein, wie dies bzgl. des Subvoxelings beschrieben wurde.This means that for the calculation of a point, all the volume elements lying around the material boundary, that is to say these encompassing or forming the material boundary, or their position and / or gray value, are used for the determination of the surface point. For example, the location and gray value enter into the aforementioned interpolation, as described for subvoxeling.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Bestimmung des Wendepunkts des Intensitätsverlaufs der Volumenelemente (Voxel) an der Materialgrenze erfolgt.According to a proposal to be particularly emphasized, it is provided that the determination of the inflection point of the intensity profile of the volume elements (voxels) takes place at the material boundary.
Der Intensitätsverlauf der Volumenelemente an der Materialgrenze bezieht sich insbesondere auf den Verlauf durch die Materialgrenze hindurch. Entsprechende Verläufe werden beispielsweise entlang von Linien, die senkrecht oder nahezu senkrecht die Oberfläche, also den Materialübergang durchstoßen untersucht. Die die Linie umgebenden Volumenelemente werden dabei vorzugsweise zusätzlich herangezogen. Die Richtung für die entsprechenden Linien wird aus der mittels der Schwellwerte zumindest grob bestimmenden Oberflächenbeschreibung abgeleitet.The intensity profile of the volume elements at the material boundary relates in particular to the course through the material boundary. Corresponding courses are investigated, for example, along lines which pierce the surface perpendicularly or almost perpendicularly, that is to say the material transition. The volume elements surrounding the line are preferably additionally used. The direction for the corresponding lines is derived from the surface description which is at least roughly determined by means of the threshold values.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Schwellwerte für die auftretenden Materialgrenzen aus den lokalen Abschwächungskoeffizienten der die Materialgrenze bildenden Volumenelemente (Voxel) bestimmt werden.It should be particularly emphasized that the threshold values for the material boundaries that occur are determined from the local attenuation coefficients of the volume elements (voxels) forming the material boundary.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Ermittlung der Schwellwerte vom Nutzer Bereiche in Schnittbildern oder im Voxelvolumen festgelegt werden.Furthermore, the invention is characterized in that areas are determined in the sectional images or in the voxel volume for determining the threshold values by the user.
Die Schnittbilder werden dabei durch Schnitt der Volumeninformation des Voxelvolumens erzeugt und beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt. Ein Bereich kann beispielsweise ein Messfenster sein. Bereiche eines Volumens können beispielsweise anhand einer 3D-Darstellung ausgewählt werden. Dies kann beispielsweise ein Quader oder das Eingrenzen der entsprechenden Achskoordinaten beinhalten. Andere, beispielsweise kompliziertere Geometrien für die Bereiche sind ebenso vorgesehen.The sectional images are generated by cutting the volume information of the voxel volume and displayed for example on a screen. An area may be, for example, a measurement window. Regions of a volume can be selected for example on the basis of a 3D representation. This can include, for example, a cuboid or the narrowing of the corresponding axis coordinates. Other, for example, more complex geometries for the areas are also provided.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Ermittlung der für die Schwellwertbestimmung notwendigen Grauwerte vom Benutzer für jedes Material festgelegte Bereiche in Schnittbildern oder im Voxelvolumen innerhalb der Materialgrenzen festgelegt werden.In particular, the invention is characterized in that for determining the gray values necessary for determining the threshold, the user defines areas defined for each material in sectional images or in the voxel volume within the material boundaries.
Hierdurch wird ein dem Material zugeordneter Grauwert, beispielsweise der zuvor genannte mittlere Grauwert den einzelnen Materialien zugeordnet. In this way, a gray value assigned to the material, for example the previously mentioned average gray value, is assigned to the individual materials.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der für die Schwellwertbestimmung notwendigen Grauwerte vom Benutzer für jeden Grenzübergang zwischen Materialien oder Material und dem umgebenden Medium wie Luft ein Bereich in einem Schnittbild oder im Voxelvolumen festgelegt werden kann.For the determination of the gray values necessary for determining the threshold, it is preferably provided that the user can define an area in a sectional image or in the voxel volume for each border crossing between materials or material and the surrounding medium, such as air.
Resultat der Schwellwertbestimmungen sind die einzelnen Schwellwerte zur Ermittlung der Übergänge zwischen den Materialien bzw. Material und dem umgebenden Medium wie Luft, die für die zuvor genannte Bestimmung der Materialübergänge eingesetzt werden.The result of the threshold value determinations are the individual threshold values for determining the transitions between the materials or the surrounding medium, such as air, which are used for the aforementioned determination of the material transitions.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Bereiche in einem Einlernprozess festgelegt und später automatisch in Werkstückkoordinaten abgearbeitet werden.In particular, the invention is characterized in that the areas are determined in a learning process and later processed automatically in workpiece coordinates.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass zur Bestimmung, vorzugsweise automatischen Bestimmung, der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter ein Histogramm des Röntgen-Computertomografie Volumens (Voxelvolumens) des Werkstücks verwendet wird.Preferably, the invention provides that a histogram of the X-ray computed tomography volume (voxel volume) of the workpiece is used to determine, preferably automatic determination, of the parameters necessary for determining the material boundaries.
Die Verwendung eines Histogramms erlaubt insbesondere die automatische Bestimmung der Parameter für die Ermittlung der Materialgrenzen. Erfindungsgemäß ist jedoch auch vorgesehen, dass durch Benutzereingriff entsprechende Bereiche des Histogramms ausgewählt oder zumindest eingegrenzt werden. Hierdurch ist es dem Benutzer möglich, beispielsweise Bereiche aus dem Histogramm zu entfernen, denen keine Materialkombination zuordenbar ist. Alternativ ist eine entsprechende Selektion auch mittels einer Filterung wie beispielsweise Tiefpassfilterung möglich, wie folgend erläutert.The use of a histogram allows in particular the automatic determination of the parameters for the determination of the material boundaries. According to the invention, however, it is also provided that corresponding areas of the histogram are selected or at least limited by user intervention. This makes it possible for the user to remove, for example, areas from the histogram, which no material combination can be assigned. Alternatively, a corresponding selection is also possible by means of a filtering such as low-pass filtering, as explained below.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das zur automatischen Bestimmung der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter verwendete Histogramm aus einem tiefpassgefiltertem Röntgen-Computertomografie Voxelvolumen erzeugt wird.In particular, the invention is characterized in that the histogram used to automatically determine the parameters necessary for the determination of the material boundaries is generated from a low-pass-filtered X-ray computed tomography voxel volume.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass bei der Bestimmung der den Materialien bzw. dem umgebenden Medium wie Luft zugeordneten Grauwerten im Histogramm die Grauwerte entsprechend ihrer Häufigkeit des Auftretens (Klassenhäufigkeit) gewichtet werden, beispielsweise indem die Darstellungsbreite einer Grauwertklasse im Histogramm in Abhängigkeit von der Anzahl der Grauwerte in der jeweiligen Klasse (Klassenhäufigkeit) skaliert, beispielsweise verbreitert wird, um die Erkennbarkeit von signifikanten Unterschieden im Histogramm zu verbessern.In the determination of the gray values associated with the materials or the surrounding medium, such as air, in the histogram, the gray values are weighted according to their frequency of occurrence (class frequency), for example by the display width of a gray value class in the histogram as a function of the number of gray values in the respective class (class frequency) is scaled, for example broadened, in order to improve the recognizability of significant differences in the histogram.
Bei der Darstellung in Histogrammen werden Grauwerte häufig zu sogenannten Klassen zusammengefügt. Die Breite einer solchen Klasse bezeichnet den Grauwertbereich, der von dieser Klasse umfasst wird. Die Anzahl der innerhalb der Klasse auftretenden Grauwerte wird mit Klassenhäufigkeit bezeichnet. Die Erkennbarkeit von signifikanten Unterschieden im Histogramm wirkt sich dahingehend aus, dass Grauwertklassen mit geringer Anzahl auftretender Grauwerte, also geringer Klassenhäufigkeit wenig skaliert werden und dadurch im Histogramm nicht mehr signifikant zu erkennen sind, bzw. in einem Einpassungsschritt keinen starken oder gar keinen Einfluss mehr haben, wobei die Einpassung bevorzugt über den gesamten Histogrammbereich durchgeführt wird. Dagegen gehen Bereiche mit hohen Klassenhäufigkeiten stärker bei dem Einpassungsschritt ein, da durch die hohe Anzahl der Grauwerte in der Klasse eine entsprechend starke Skalierung vorliegt. Für die entsprechenden Einpassungen wird bevorzugt das Histogramm in Teilbereiche unterteilt, wobei die Teilbereiche jeweils nur die Grauwertklassen enthalten, die einem der Materialien bzw. dem umgebenden Medium zugeordnet werden. Entsprechende Segmentierungen sind beispielsweise möglich, indem in einem ersten Schritt sämtliche Maxima und Minima des Histogramms ermittelt werden und anschließend Bereiche um die Maxima definiert werden, die für die Bestimmung des zuzuordnenden Grauwertes ausgewertet werden. Die Breite der Bereiche wird beispielsweise abhängig von der Klassenhäufigkeit oder in Abhängigkeit von den auftretenden Minima festgelegt. Die segmentierten Bereiche werden anschließend für die Maximumsuche verwendet. Entsprechende Verfahren zur Maximumsuche sind beispielsweise das Verfahren der photometrischen Mitte, wobei vorzugsweise die für die Maximumsuche verwendeten Daten vorgefiltert werden oder alternative Kantenfindungsalgorithmen wie beispielsweise Laplace-Operatoren verwendet werden.When displayed in histograms, gray values are often combined into so-called classes. The width of such a class denotes the gray scale range encompassed by that class. The number of gray values occurring within the class is called class frequency. The recognizability of significant differences in the histogram has the effect that gray value classes with a low number of occurring gray values, ie low class frequencies, are scaled slightly and thus can no longer be significantly identified in the histogram, or have no strong or no influence in a fitting step wherein the fitting is preferably performed over the entire histogram range. In contrast, areas with high class frequencies are more heavily involved in the fitting step, since the high number of gray levels in the class results in a correspondingly high scaling. For the corresponding adaptations, the histogram is preferably subdivided into partial regions, the partial regions each containing only the gray-scale classes assigned to one of the materials or the surrounding medium. Corresponding segmentations are possible, for example, in that all maxima and minima of the histogram are determined in a first step, and then regions around the maxima are defined, which are evaluated for the determination of the gray value to be assigned. The width of the areas is determined, for example, depending on the class frequency or depending on the minimums occurring. The segmented areas are then used for the maximum search. Corresponding methods for maximum search are, for example, the method of the photometric center, wherein preferably the data used for the maximum search are prefiltered or alternative edge-finding algorithms such as Laplacian operators are used.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass dass zur Bestimmung der Schwellwerte und/oder Oberflächenbeschreibungen die Maxima und Minima des Histogramms der Grauwerte der Voxel des Voxelvolumens ermittelt und herangezogen werden.It should also be emphasized that in order to determine the threshold values and / or surface descriptions, the maxima and minima of the histogram of the gray values of the voxels of the voxel volume are determined and used.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Oberflächenbeschreibungen die Minima und Maxima des Histogramms (nachfolgend Ursprungshistogramm) genutzt werden um ein segmentiertes Voxelvolumen zu erzeugen, indem die Minima des Histogramms als die Klassengrenzen eines zweiten Histogramms (Arbeitshistogramm) definiert werden und alle Grauwerte innerhalb einer Klasse den maximalen Grauwert, bevorzugt mit einem Verfahren zur Bestimmung des Maximums wie dem Verfahren der photometrischen Mitte ermittelt, der Klasse zugewiesen bekommen und die Volumenelemente (Voxel) des Voxelvolumens aus dem das Ursprungshistogramm erzeugt wurde (nachfolgend Ursprungsvolumen) in ein zweites Voxelvolumen kopiert werden (nachfolgend Arbeitsvolumen) und anschließend den ermittelten maximalen Wert der entsprechenden Grauwertklasse des Arbeitshistogramms erhalten.According to a particularly noteworthy proposal, it is provided that for the determination of the surface descriptions the minima and maxima of the histogram (hereafter original histogram) are used to generate a segmented voxel volume by defining the minima of the histogram as the class boundaries of a second histogram (working histogram) and all Gray values within a class are the maximum Gray value, preferably determined by a method for determining the maximum such as the method of the photometric center, assigned to the class and the volume elements (voxels) of the voxel volume from which the original histogram was generated (hereafter original volume) are copied into a second voxel volume (hereafter referred to as working volume) and then obtain the determined maximum value of the corresponding gray value class of the working histogram.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass von einem gegebenen Voxelvolumen das Gradientenfeld bestimmt wird, um eine grobe Bestimmung der Lage der Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge zwischen den Materialien und/oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft vorzunehmen.Furthermore, the invention is characterized in that the gradient field is determined from a given voxel volume in order to make a rough determination of the position of the surface descriptions of the boundary transitions between the materials and / or between the individual materials and the surrounding medium such as air.
Bei einem Gradientenfeld handelt es sich um eine Darstellung des Voxelvolumens, bei der anstatt der Voxelwerte (Grauwerte) den Voxeln die Gradienten, also Differenzen oder Ableitungen zu den Grauwerten der Nachbarvoxel, zugeordnet werden. Dabei kann eine einfache, also ein Voxel umfassende oder mehrere Voxel umfassende Nachbarschaft betrachtet werden. Die Differenzen oder Ableitungen zu den mehreren Nachbarvoxeln werden beispielsweise gemittelt, um den jeweiligen Gradient zu bestimmen.A gradient field is a representation of the voxel volume, in which, instead of the voxel values (gray values), the voxels are assigned the gradients, ie differences or derivatives to the gray values of the neighboring voxels. In this case, a simple, ie a voxel comprehensive or multiple voxels comprehensive neighborhood can be considered. For example, the differences or derivatives to the multiple neighbor voxels are averaged to determine the respective gradient.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur automatischen Bestimmung der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter Methoden zur Maximumsuche, wie das Verfahren der photometrischen Mitte, und/oder Methoden zur Filterung, wie der Laplace-Operator, verwendet werden.In particular, the invention is characterized in that methods for maximum search, such as the method of the photometric center, and / or methods for filtering, such as the Laplace operator, are used to automatically determine the parameters necessary for determining the material boundaries.
Besonders hervorzuheben ist, dass zur Selektion der zu verwendenden Oberflächenbeschreibung beim Vorliegen mehrfacher Oberflächenbeschreibungen Suchbereichen, beispielsweise Volumenbereiche wie Quader,
- – abschnittsweise um die Punkte der mehrfachen Oberflächenbeschreibungen definiert werden und
- – innerhalb der Suchbereiche jeweils vorzugsweise der Mittelwert oder der Mittelwert aus der Differenz des Maximums und Minimums der Grauwerte des dem Suchbereich zugeordneten Voxelvolumens gebildet wird und
- – die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem den Punkten zugeordneten Schwellwerten gebildet wird und
- – die Punkte derjenigen Oberflächenbeschreibung zur weiteren Verwendung ausgewählt werden, die die kleineste Differenz aufweisen,
- - section by section around the points of multiple surface descriptions are defined and
- Within the search areas, preferably the mean value or the mean value is formed from the difference of the maximum and minimum of the gray values of the voxel volume assigned to the search area, and
- The difference between the mean value and the thresholds associated with the points is formed, and
- The points of the surface description are selected for further use, which have the smallest difference,
Die Selektion der Oberflächenbeschreibung, genauer der Punkte der Oberflächenbeschreibung ist nur dann notwendig, wenn mehrfache Oberflächenbeschreibungen in einem jeweiligen Bereich bzw. Abschnitt, beispielsweise um einen Punkt oder in einem mehrere Punkte umfassenden Abschnitt, vorliegen. Als Abschnitt ist bevorzugt die direkte Umgebung, beispielsweise Quader im Raum, eines einzelnen Punktes aufzufassen. Für jeden Punkt soll also geprüft werden, ob Punkte weiterer Oberflächenbeschreibungen in der Umgebung vorliegen, aus denen der richtige selektiert wird. Die Umgebung wird daher für jeden Punkt untersucht, indem Suchbereiche um jeden Punkt einzeln oder um mehrere Punkte gleichzeitig definiert werden. In den Suchbereichen wird jeweils der Mittelwert der Grauwerte der Voxel in dem Suchbereich ermittelt, um eine zumindest grobe Schätzung für den dem betreffenden Materialübergang zugeordneten richtigen Schwellwert zu erhalten. Dazu muss der Suchbereich senkrecht zum Materialübergang, also der Oberfläche bzw. Oberflächenbeschreibung groß genug sein, um diesen vollständig zu überdecken und zumindest einen kleinen Bereich jeweils im Inneren der beiden Materialien des Materialübergangs zu erfassen, für den also der dem jeweiligen Material zugeordnete Grauwert in den Voxeln vorliegt. Dieses Vorliegen wird dadurch erkannt, dass sich der Grauwert nicht mehr signifikant ändert, wenn die Änderung insbesondere kleiner als eine Mindeständerung ist oder mehrfach kleiner als eine Mindeständerung ist. Tangential zum Materialübergang soll der Suchbereich die Punkte aller vorliegenden Oberflächenbeschreibungen für den jeweiligen Abschnitt umfassen, also mindestens einen Punkt je Oberflächenbeschreibung. Nach Ermittlung des Schätzwertes für den Schwellwert wird die Differenz dieses Mittelwertes zu den Schwellwerten gebildet, die den Punkten im Suchbereich zugeordnet sind. Der am nächsten am Mittelwert liegende Schwellwert identifiziert den Punkt, der der richtigen Oberflächenbeschreibung entstammt und weiter verwendet werden muss. Sollten im Suchbereich mehrere Punkte einer Oberflächenbeschreibungen mit einem zugeordneten Schwellwert liegen und der zugeordnete Schwellwert hat die geringste Differenz zum Mittelwert, dann werden auch alle zu diesem Schwellwert zugeordneten Punkte ausgewählt.The selection of the surface description, more precisely the points of the surface description, is only necessary if there are multiple surface descriptions in a respective region or section, for example around a point or in a multi-point section. As a section, the direct environment, for example cuboid in space, of a single point is preferred. For each point, it should therefore be checked whether there are points of further surface descriptions in the environment from which the correct one is selected. The environment is therefore examined for each point by defining search areas around each point individually or several points at a time. In each case, the mean value of the gray values of the voxels in the search area is determined in the search areas in order to obtain an at least rough estimate for the correct threshold associated with the respective material transition. For this purpose, the search area perpendicular to the material transition, ie the surface or surface description must be large enough to completely cover this and to capture at least a small area in each case in the interior of the two materials of the material transition, for the thus assigned to the respective material gray value in the Voxels present. This presence is recognized by the fact that the gray value no longer changes significantly if the change is in particular smaller than a minimum change or several times smaller than a minimum change. Tangential to the material transition, the search area should include the points of all present surface descriptions for the respective section, ie at least one point per surface description. After determining the estimated value for the threshold value, the difference between this average value and the threshold values assigned to the points in the search range is formed. The nearest average threshold identifies the point that originates from the proper surface description and must be reused. If several points of a surface description with an associated threshold value lie in the search area and the assigned threshold value has the smallest difference to the mean value, then all points assigned to this threshold value are also selected.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Feststellung der vorliegenden Oberflächenbeschreibungen ausgehend von der ersten Oberflächenbeschreibung, vorzugsweise der Oberflächenbeschreibung mit dem höchsten Schwellwert, Suchstrahlen senkrecht zur Oberflächenbeschreibung festgelegt werden und in Richtung der abfallenden Grauwerte bzw. negativer Grauwertgradienten entlang der Suchstrahlen die Grauwerte mit den zuvor bestimmten Schwellwerten verglichen werden.Furthermore, the invention is characterized in that, to determine the present surface descriptions starting from the first surface description, preferably the surface description with the highest threshold, search beams perpendicular to Surface description are set and in the direction of the decreasing gray values or negative gray scale gradients along the search beams, the gray values are compared with the previously determined thresholds.
Diese alternative oder zusätzliche Vorgehensweise stellt sicher, dass zu jedem Punkt die korrespondierenden Punkte weiterer Oberflächenbeschreibungen schnell gefunden und zugeordnet werden können. Ausgehend von der Oberflächenbeschreibung mit vorzugsweise dem höchsten zugeordneten Schwellwert werden entlang der Suchstrahlen durch die Voxel, bevorzugt wiederum bis zu einem Vorliegen nicht mehr signifikanter Änderungen der Grauwerte in bevorzugt beiden Richtung, ausgehend von dem höchsten Schwellwert lediglich in Richtung abfallender Grauwerte bzw. negativer Grauwertgradienten, die Grauwerte mit allen vorliegenden Schwellwerten verglichen. Treten dabei Übereinstimmungen auf bzw. etwa gleiche Werte, ist ein Punkt der dem Schwellwert zugeordneten Oberflächenbeschreibung zu berücksichtigen. Gefundene Punkte werden markiert und von der Suche ausgehend von anderen Oberflächenbeschreibungen ausgeschlossen und anschließend das Verfahren für die Oberflächenbeschreibung, also die Punkte der Oberflächenbeschreibung, mit dem nächsten bzw. nächst niedrigeren Schwellwert jeweils so lange wiederholt, bis alle Punkte zugeordnet sind.This alternative or additional procedure ensures that the corresponding points of further surface descriptions can be quickly found and assigned to each point. Starting from the surface description with preferably the highest associated threshold value, the voxels along the search rays, preferably again up to a presence of no more significant changes in the gray values in the preferred two direction, starting from the highest threshold only in the direction of decreasing gray values or negative gray scale gradients, the gray values compared with all existing thresholds. If matches or approximately the same values occur, a point of the surface description assigned to the threshold value must be taken into account. Found points are marked and excluded from the search on the basis of other surface descriptions and then the procedure for the surface description, ie the points of the surface description, repeated with the next or next lower threshold, respectively, until all points are assigned.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass von einem im Bildraum gegebenen Volumen für die Bestimmung der mittleren Grauwerte der verschiedenen im Werkstück auftretenden Materialien und/oder des umgebenden Mediums wie Luft und/oder der Schwellwerte für die Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge, zwischen den unterschiedlichen Materialien und/oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft, eine 3D Fourier Transformation, beispielsweise Fast Fourier Transformation (nachfolgend FFT), dieses Voxelvolumens durchgeführt wird und dieses in den Frequenzraum transformierte Voxelvolumen beschnitten wird und anschließend zurück in den Bildraum rücktransformiert wird.It should also be emphasized that of a given volume in the image space for the determination of the average gray values of the various occurring in the workpiece materials and / or the surrounding medium such as air and / or thresholds for the surface descriptions of the border crossings, between the different materials and / or between the individual materials and the surrounding medium, such as air, a 3D Fourier transformation, for example Fast Fourier Transformation (hereinafter FFT), of this voxel volume is performed and this voxel volume transformed into the frequency domain is trimmed and subsequently transformed back into the image space.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das in dem in den Frequenzraum transformierten Volumen Frequenzbereiche des Spektrums herausgeschnitten werden, beispielsweise hochfrequente Anteile des Spektrums (Tiefpasswirkung) und/oder niederfrequente Anteile (Hochpasswirkung), und anschließend in den Bildraum rücktransformiert wird.According to a proposal to be particularly emphasized, it is provided that the frequency areas of the spectrum transformed into the frequency space are cut out, for example high-frequency portions of the spectrum (low-pass effect) and / or low-frequency portions (high-pass effect), and then transformed back into the picture space.
Eine Tiefpaßwirkung kann beispielsweise erzielt werden, indem hochfrequente Anteil des Spektrums im Frequenzbereich extrahiert wird und anschließend vom ursprünglichen Spektrum abgezogen wird.A low-pass effect can be achieved, for example, by extracting high-frequency portion of the spectrum in the frequency domain and then subtracting it from the original spectrum.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das in den Bildraum transformierte Volumen zur Erzeugung eines Histogramms zur Bestimmung der Grauwert-Mittelwerte und/oder der Schwellwerte für die Bestimmung der Oberflächenbeschreibungen und/oder zur Segmentierung des in den Bildraum transformierten Volumens genutzt wird.Furthermore, the invention is characterized in that the volume transformed into the image space is used to generate a histogram for determining the gray value average values and / or the threshold values for determining the surface descriptions and / or for segmenting the volume transformed into the image space.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Vorbereitung zur Ermittlung der Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge zwischen den verschiedenen Materialien des Werkstücks oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft eine Homogenisierung der Grauwerte des Voxelvolumens vorgenommen wird, indem ein Maskenvolumen erzeugt wird, dass eine Kopie des Voxelvolumens ist und von dem anhand der zuvor bestimmten groben Oberflächenbeschreibung der Materialgrenzen, die sich in einem definierten Bereich um die Materialgrenze herum befindlichen und an der Materialgrenze beteiligten Volumenelemente entfernt werden, vorzugsweise unter iterativer Verwendung eines Filters, bevorzugt „Shrink”-Filters oder „Blow”-Filters, um ein nur die innerhalb der Oberflächenbeschreibungen befindlichen Volumenelemente enthaltendes Voxelvolumen zu erzeugen, welches anschließend genutzt wird um mit Hilfe eines Filterkerns alle Grauwerte der Volumenelemente im Maskenvolumen mit einer zu großen Differenz zu einem zuvor zu definierenden Schwellwert durch einen anderen Wert zu ersetzen, beispielsweise durch den Mittelwert der Grauwerte der umgebenden Voxel oder einem festen Grauwert, und anschließend, unter Verwendung des ursprünglichen zur Erzeugung des Maskenvolumen genutzten Volumens und des Maskenvolumens selbst, ein homogenisiertes Gesamtvolumen zu erzeugen.In particular, the invention is characterized in that as a preparation for determining the surface descriptions of the border crossings between the different materials of the workpiece or between the individual materials and the surrounding medium such as air, a homogenization of the gray values of the voxel volume is made by a mask volume is generated is a copy of the volume of the voxel and is removed from it by the iterative coarse surface description of the material boundaries, which are located in a defined area around the material boundary and involved in the material boundary volume elements, preferably iteratively using a filter, preferably "shrink" filter or "blow" filters to produce a voxel volume containing only the volume elements within the surface descriptions, which is then used to translate all gray levels of the volume elements using a filter kernel in the mask volume with too large a difference to a threshold previously defined to be replaced by another value, for example by the average of the gray values of the surrounding voxels or a fixed gray value, and then, using the original volume used for generating the mask volume and the mask volume even to produce a homogenized total volume.
Ein „Shrink”-Filter bzw. „Blow”-Filter ist als Teil eines in der Bildverarbeitung benutzten „Shrink and Blow”-Filter bekannt und ersetzt in einem zuvor zu definierenden Filterbereich, beispielsweise im Voxelvolumen ein Würfel mit ungerader Kantenlänge in Voxeln, den Wert in der Mitte der Umgebung durch das Minimum („Shrink”-Filter”) oder Maximum („Blow-Filter”) aller Grauwerte der sich im Filterbereich befindlichen Voxel. Um aus dem ursprünglichen Voxelvolumen das Maskenvolumen zu erzeugen wird der „Shrink”-Filter (wenn umgebendes Medium einen geringeren Absorptionskoeffizienten als Material aufweist) oder „Blow”-Filter (wenn umgebendes Medium einen höheren Absorptionskoeffizienten als Material aufweist) auf das ursprüngliche Voxelvolumen angewandt.A "shrink" filter is known as part of a "shrink and blow" filter used in image processing and replaces a cube of odd edge length in voxels in a previously defined filter region, for example in the voxel volume Value in the middle of the environment through the minimum (shrink filter) or maximum (blow filter) of all gray values of the voxels in the filter area. To generate the mask volume from the original voxel volume, the "shrink" filter (if surrounding medium has a lower absorption coefficient than material) or "blow" filter (if surrounding medium has a higher absorption coefficient than material) is applied to the original voxel volume.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks, insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.The subject of an independent invention is an apparatus and a method for Generation of an X-ray emitting focal spot, in particular a device for generating X-radiation.
Bei den bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird die Vakuumkammer einer Röntgenröhre, in der die Mittel zur Erzeugung und Ablenkung eines Elektronenstrahls auf ein Target enthalten sind, durch das Target abgeschlossen. Das Target besitzt eine dazu ausreichende Dicke von zumindest einigen Hundert Mikrometern, wodurch einerseits ein ausreichend starkes Vakuum von beispielsweise etwa 10e–6 mbar verschlossen werden kann und andererseits in Verbindung mit der entsprechenden Materialwahl die Elektronenstrahlen absorbiert werden. Das Target besteht zumindest aus einem Substrat, welches großflächig an der Innenseite mit einer bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugenden Schicht wie Wolframschicht beschichtet ist. Entsprechende Substrate werden zum guten Ableiten der dabei entstehenden Wärme beispielsweise aus Diamant gefertigt und weisen eine Dicke von etwa einigen Hundert Mikrometern auf. Die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht besteht beispielsweise aus einer Wolframschicht von einigen Mikrometern Dicke. Andere Materialkombinationen für Substrat und Schicht sind ebenso denkbar und vorgesehen. Nachteilig ist dabei, dass die Größe des die Röntgenstrahlen abgebenden Bereichs, auch Brennfleck genannt, durch die Fokussierung des Elektronenstrahls auf die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht bestimmt wird. Hierdurch ist es nicht möglich, beliebig kleine Brennflecke zu erzeugen, da eine entsprechende Fokussierung nur mit bestimmter Genauigkeit erreichbar ist. Zudem sind entsprechende Mittel zur Fokussierung der Elektronenstrahlen kostenintensiv. Kleine Brennflecken werden beispielsweise für die Computertomografie benötigt, insbesondere für die Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken bzw. Werkstückmerkmalen.In the known devices for generating X-rays, the vacuum chamber of an X-ray tube, in which the means for generating and deflection of an electron beam are contained on a target, is completed by the target. The target has a sufficient thickness of at least a few hundred microns, which on the one hand a sufficiently strong vacuum of, for example, about 10e-6 mbar can be closed and on the other hand, in conjunction with the appropriate choice of materials, the electron beams are absorbed. The target consists at least of a substrate which is coated over a large area on the inside with a layer, such as a tungsten layer, which generates X-rays upon irradiation with electron beams. Corresponding substrates are made for good dissipation of the resulting heat, for example, diamond and have a thickness of about several hundred micrometers. The X-ray generating layer consists, for example, of a tungsten layer of a few micrometers in thickness. Other material combinations for substrate and layer are also conceivable and provided. The disadvantage here is that the size of the area emitting the x-rays, also called focal spot, is determined by the focusing of the electron beam on the x-ray generating layer. As a result, it is not possible to produce arbitrarily small focal spots, since a corresponding focus can only be achieved with a certain accuracy. In addition, corresponding means for focusing the electron beams are costly. Small focal spots are required, for example, for computer tomography, in particular for computed tomography for the dimensional measurement of workpieces or workpiece features.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher insbesondere auch auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Computertomografen zur Werkstückinspektion und besonders bevorzugt zur dimensionellen Messung von Werkstücken bzw. Werkstückmerkmalen, insbesondere in einem einen Computertomografen enthaltenden Koordinatenmessgerät, insbesondere Multisensor-Koordinatenmessgerät, oder durch den Computertomografen gebildeten Koordinatenmessgerät.The present invention therefore also relates in particular to the use of the device according to the invention and the method according to the invention in a computer tomograph for workpiece inspection and particularly preferably for the dimensional measurement of workpieces or workpiece features, in particular in a coordinate measuring machine containing a computer tomograph, in particular multisensor coordinate measuring machine, or by Coordinate measuring machine formed by computer tomography.
Der zuvor beschriebene Aufbau einer Röntgenröhre bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit sogenanntem Transmissionstarget. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Transmissionstargets beschränkt. Gleichfalls ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch für sogenannte Reflexionstargets vorgesehen. Bei diesen trifft der Elektronenstrahl unter einem vordefinierten Winkel von etwa 30 bis 60 Grad auf die Röntgenstrahlen erzeugende Schicht und die Röntgenstrahlung wird auf derselben Seite der Schicht, ebenfalls unter einem vordefinierten Winkel abgegeben. Hierbei dient meist ein gesondertes Austrittsfenster für den Abschluss des Vakuums in der Vakuumkammer der Röntgenröhre.The above-described construction of an X-ray tube refers to an X-ray tube with a so-called transmission target. However, the invention is not limited to transmission targets. Likewise, the application of the teaching of the invention is also provided for so-called reflection targets. In these, the electron beam strikes the X-ray generating layer at a predefined angle of about 30 to 60 degrees and the X-radiation is emitted on the same side of the layer, also at a predefined angle. This is usually a separate exit window for the completion of the vacuum in the vacuum chamber of the X-ray tube.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, möglichst kleine Brennflecken, insbesondere nahezu kreisrunde Brennflecken mit kleiner als 1 Mikrometer Durchmesser, bevorzugt kleiner als 0,5 Mikrometer Durchmesser, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 Mikrometer Durchmesser für die Erzeugung von Röntgenstrahlung zu realisieren. Abweichend von der Kreisform sind ebenso im Rahmen der Erfindung Brennflecken anderer Außengeometrien gemeint, die einen vergleichbaren Flächeninhalt aufweisen wie die zuvor genannten kreisrunden.A further object of the present invention is to realize the smallest possible focal spots, in particular almost circular focal spots smaller than 1 micrometer in diameter, preferably smaller than 0.5 micrometer diameter, more preferably smaller than 0.1 micrometer diameter for the generation of X-radiation , Deviating from the circular shape, focal spots of other external geometries are also meant in the context of the invention, which have a comparable area as the previously mentioned circular.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, die Röntgenstrahlen erzeugende Schicht, wie beispielsweise Wolframschicht, zu strukturieren, insbesondere auf dem Substrat lediglich einen oder mehrere räumlich begrenzte, beispielsweise kreisrund begrenzte Bereiche mit der Röntgenstrahlen erzeugenden Schicht zu beschichten. Vorteilhaft können dabei nebeneinander, beispielsweise auf einem Kreis, mehrere abgegrenzte Bereiche gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers bzw. Flächeninhalts aufgebracht werden, um wahlweise unterschiedlich große oder mehrere Brennflecke zu erzeugen. Hierzu ist es notwendig, den Elektronenstrahl auf den jeweiligen Bereich oder die jeweiligen Bereiche auszurichten. Dazu sieht die Erfindung vor, entweder den Elektronenstrahl entsprechend abzulenken oder das Target mit den Bereichen zumindest senkrecht aber gegebenenfalls auch in Richtung des Elektronenstrahls (für dessen Fokussierung) zu diesem durch Verschieben auszurichten. Hierdurch wird die Größe des Brennflecks nur noch durch die Strukturierung, also die Größe der Bereiche bestimmt, die auf dem Substrat beschichtet wurden, und eine grobe Fokussierung des Elektronenstrahls ist lediglich dazu notwendig, um einen großen Anteil des Elektronenstrahls für die Erzeugung der Röntgenstrahlung einzusetzen.To solve the invention u. a. to pattern the x-ray generating layer, such as tungsten layer, in particular to coat on the substrate only one or more spatially limited, for example, circular limited areas with the x-ray generating layer. Advantageously, several delimited areas of the same or different diameter or surface area can be applied side by side, for example on a circle, in order to selectively produce differently sized or multiple focal spots. For this purpose, it is necessary to align the electron beam on the respective area or the respective areas. For this purpose, the invention provides either to divert the electron beam accordingly or to align the target with the regions at least vertically but possibly also in the direction of the electron beam (for the focusing thereof) by displacing it. As a result, the size of the focal spot is determined only by the structuring, ie the size of the areas that have been coated on the substrate, and a coarse focusing of the electron beam is only necessary to use a large proportion of the electron beam for the generation of X-rays.
Als Richtung des Elektronenstrahls wird die mittlere Richtung der abgegebenen Elektronenstrahlen bezeichnet. Die Gesamtheit der abgegebenen Elektronenstrahlen wird als der Elektronenstrahl aufgefasst.The direction of the electron beam is the mean direction of the emitted electron beams. The entirety of the emitted electron beams is regarded as the electron beam.
Das Ablenken des Elektronenstrahls ist mit den in bekannten Röntgenröhren vorhandenen Mitteln nur begrenzt möglich, das Verschieben des Targets ist gar nicht vorgesehen, weil durch das Target die Vakuumkammer fest verschlossen wird.The deflection of the electron beam is limited with the means available in known X-ray tubes possible, the displacement of the Targets is not intended because the vacuum chamber is tightly closed by the target.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht daher auch darin, das Verschieben des Targets zu ermöglichen und dennoch das Vakuum der Röntgenröhre aufrecht zu erhalten.Another object of the invention, therefore, is to enable displacement of the target while still maintaining the vacuum of the x-ray tube.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass die Vakuumkammer der Röntgenröhre durch ein separates Austrittsfenster abgeschlossen wird, welches zumindest einen Teil des Elektronenstrahls passieren lässt, zum Beispiel in Form eines dünneren Substrates, und das Target außerhalb der Vakuumkammer der Röntgenröhre und damit verschiebbar angeordnet wird. Das Target wird direkt an der Außenseite des Austrittsfensters angeordnet und enthält nach wie vor das entsprechend ausgebildete Substrat, um verbleibende Elektronenstrahlen zu absorbieren und die entstehende Wärme abzuführen. Da das Austrittsfenster mit einem dünneren Substrat ausgeführt wird, um ausreichend Elektronenstrahlen durchzulassen, ist möglicherweise das benötigte Vakuum von ca. 10e–6 mbar zur Umgebung nicht direkt erzielbar. Die Erfindung sieht daher auch vor, dass durch das Austrittsfenster das Vakuum der Röntgenröhre zu einem Vorvakuum von ca. 10e–3 mbar begrenz wird, wobei das Vorvakuum zur Umgebung durch das Target abgegrenzt wird. Da das Target nun im Vergleich zu Röntgenröhren nach dem Stand der Technik nur noch das geringeres Vorvakuum zur Umgebung abgrenzen muss, ist es möglich, das Target durch entsprechende verschiebbare Dichtvorrichtungen oder Membranen zumindest senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls verschiebbar auszuführen. Durch Einsatz von Membranen ist gegebenenfalls ebenso eine Verschiebung in Richtung des Elektronenstrahls vorgesehen.To solve the invention u. a. in that the vacuum chamber of the X-ray tube is closed by a separate exit window, which allows at least a portion of the electron beam to pass, for example in the form of a thinner substrate, and the target is arranged outside the vacuum chamber of the X-ray tube and displaceable therewith. The target is placed directly on the outside of the exit window and still contains the appropriately designed substrate to absorb remaining electron beams and dissipate the resulting heat. Since the exit window is made with a thinner substrate to allow sufficient electron beams through, the required vacuum of about 10e-6 mbar to the environment may not be directly achievable. The invention therefore also provides that the vacuum of the X-ray tube is limited to a pre-vacuum of about 10e-3 mbar through the exit window, wherein the pre-vacuum is delimited to the environment by the target. Since the target now only has to delineate the lower prevacuum to the environment in comparison to X-ray tubes according to the prior art, it is possible to make the target displaceable by corresponding displaceable sealing devices or membranes at least perpendicular to the direction of the electron beam. By using membranes, a shift in the direction of the electron beam may also be provided.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (Röntgenröhre) u. a. vor, zumindest bestehend aus einer Elektronenstrahlenquelle, einer Ablenkvorrichtung zur Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls auf ein Target, und einem Target, wobei das Target aus einer Substratschicht, beispielsweise Diamantschicht, und einer darauf aufgebrachten, bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugenden Schicht wie Wolframschicht besteht, die sich dadurch auszeichnet, dass die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht strukturiert ist, wobei die Strukturierung einen begrenzten Bereich oder mehrere voneinander getrennte begrenzte Bereiche (Brennflecke) aufweist, besonders bevorzugt kreisförmig begrenzten Bereich oder Bereiche aufweist, dessen bzw. deren Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm beträgt, wobei die gegebenenfalls vorliegenden mehreren Bereiche unterschiedliche Durchmesser bzw. Flächeninhalte aufweisen oder aufweisen können, und wobei der Elektronenstrahl und das Target senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls zueinander justierbar sind, um den Elektronenstrahl auf den Bereich oder zumindest einen der Bereiche zu richten.The invention provides for the solution of a device for generating X-radiation (X-ray tube) u. a. before, at least consisting of an electron beam source, a deflection device for deflecting and focusing the electron beam onto a target, and a target, the target consisting of a substrate layer, for example a diamond layer, and a layer, such as a tungsten layer, which is applied thereto when irradiated with electron beams and X-radiation; which is characterized in that the X-ray generating layer is structured, wherein the structuring has a limited range or a plurality of separate limited areas (focal spots), particularly preferably circular limited area or areas whose diameter or <5 microns, preferably < 1 micron, more preferably <0.5 microns, wherein the optionally present multiple areas have or may have different diameters or areas, and wherein the electron beam and the target perpendicular to the propagation direction of the electron beam are mutually adjustable to direct the electron beam to the area or at least one of the areas.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Mittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls ausgeführt sind, um den Elektronenstrahl auf einen der Röntgenstrahlung abgebenden Bereiche (Brennflecke) auszurichten.In particular, the invention is characterized in that the means for deflecting the electron beam are designed to align the electron beam on one of the X-ray emitting areas (focal spots).
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zur Verschiebung des Targets zumindest senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls aufweist, vorzugsweise zusätzlich Mittel zur Verschiebung in Richtung des Elektronenstrahls aufweist.Preferably, it is provided that the device comprises means for displacement of the target at least perpendicular to the propagation direction of the electron beam, preferably additionally comprises means for displacement in the direction of the electron beam.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Vorrichtung eine Vakuumkammer aufweist, in der die Mittel zur Erzeugung und Fokussierung des Elektronenstrahls angeordnet sind, wobei die Vakuumkammer ein für Elektronen zumindest teilweise transparentes Austrittsfender aufweist und gegenüber der außenliegenden Seite des Austrittsfensters das Target mit Röntgenstrahlen erzeugenden Bereich oder Bereichen angeordnet ist, wobei die Vorrichtung Mittel zur Verschiebung des Targets aufweist, die eine Justierung senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls und vorzugsweise in Richtung des Elektronenstrahlens aufweist.In particular, the invention is characterized in that the device has a vacuum chamber, in which the means for generating and focusing the electron beam are arranged, wherein the vacuum chamber has an at least partially transparent exit fender for electrons and with respect to the outer side of the exit window, the target with X-rays is arranged generating region or areas, wherein the device comprises means for displacement of the target, which has an adjustment perpendicular to the direction of the electron beam and preferably in the direction of the electron beam.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Austrittsfenster durch ein zweites Target ohne Röntgenstrahlen erzeugende Schicht bzw. Bereiche gebildet wird, wobei das Substrat des zweiten Targets eine geringerer Dicke als das Substrat des eigentlichen Targets aufweist, insbesondere eine Dicke < 100 μm, besonders bevorzugt eine Dicke von < 50 μm aufweist.Preferably, the invention provides that the exit window is formed by a second target without X-ray generating layer or regions, wherein the substrate of the second target has a smaller thickness than the substrate of the actual target, in particular a thickness <100 .mu.m, more preferably one Thickness of <50 microns has.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Austrittsfenster und Target derart angeordnet sind, dass das Austrittsfenster die Vakuumkammer derart verschließt, dass zwischen Austrittsfensters und Target ein Vorvakuum mit höherem Druck, beispielsweise etwa 10e–2 mbar bis 10e–4 mbar, als das Vakuum in der Vakuumkammer, beispielsweise etwa 10e–6 mbar, vorliegt, wobei das Vorvakuum nach außen hin durch das Target abgeschlossen wird, wobei der Abschluss durch das Target zumindest senkrecht zur Röntgenstrahlenrichtung verschiebbar ausgeführt ist.It should also be emphasized that exit window and target are arranged such that the exit window closes the vacuum chamber in such a way that between exit window and target a pre-vacuum with higher pressure, for example about 10e-2 mbar to 10e-4 mbar, as the vacuum in the vacuum chamber , For example, about 10e-6 mbar, is present, wherein the pre-vacuum is completed to the outside through the target, wherein the conclusion by the target is designed to be displaceable at least perpendicular to the X-ray direction.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels einer zuvor beschriebenen Röntgenröhre vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung erzeugenden Bereichs (Brennfleck), insbesondere besonders kleinen oder variablen Brennflecks, besonders bevorzugt kreisrunden Brennflecks mit Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm, Elektronenstrahl und Target zumindest senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls, bevorzugt zusätzlich auch in Richtung des Elektronenstrahls, zueinander verschoben werden, so dass der Elektronenstrahl auf den strukturierten Bereich oder wahlweise einen der strukturierten Bereiche oder mehrere der strukturierten Bereiche auftrifft, bevorzugt indem das Target verschoben wird, wobei besonders bevorzugt das Target außerhalb einer durch ein Austrittsfenster verschlossenen Vakuumkammer verschiebbar angeordnet wird.To solve the invention also provides a method for generating X-ray radiation by means of an X-ray tube described above, which is characterized in that for generating an X-ray generating area (focal spot), in particular particularly small or variable focal spot, particularly preferably circular focal spot diameter <5 microns, preferably <1 .mu.m, more preferably <0.5 microns, electron beam and target at least perpendicular to the direction of the electron beam, preferably additionally in the direction of the electron beam, are shifted from each other, so that the electron beam impinges on the structured region or alternatively on one of the structured regions or on a plurality of the structured regions, preferably by displacing the target, wherein the target is particularly preferably arranged displaceably outside a vacuum chamber sealed by an exit window.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen) der Computertomografie. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei der Speicherung und Weiterverarbeitung von Volumendaten, die zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Oberflächendaten von Werkstücken genutzt werden sollen. Das Verfahren ist auch vorgesehen für Anwendungen, bei denen einzelne Bereiche im Werkstückinneren für eine Auswertung zur Verfügung stehen müssen.The subject matter of an independent invention is a method for compressing volume data such as voxel data (voxel volume) of computed tomography. In particular, the method finds application in the storage and further processing of volume data to be used for the dimensional or geometric evaluation of surface data of workpieces. The method is also intended for applications in which individual areas inside the workpiece must be available for evaluation.
Herkömmliche Komprimierungsverfahren für Volumendaten, wie beispielsweise die Voxeldaten, die bei der Computertomografie oder anderen Volumen erzeugenden Verfahren entstehen, basieren darauf, das gesamte Volumen mit einer einheitlichen Komprimierungsmethode und damit Qualität zu komprimieren. Dies ist notwendig, um später im gesamten Volumen Auswertungen vornehmen zu können, wie beispielsweise das Auffinden und Auswerten, wie beispielsweise Klassifizieren oder Bestimmen des Volumens, von Einschlüssen, Blasen, Lunkern, Fasern oder ähnlichem im Sinne einer Materialinspektion oder wie beispielsweise das Auffinden und Auswerten von Organen, Gefäßen oder anderen Merkmalen bei medizinischen Anwendungen.Conventional compression techniques for volume data, such as the voxel data that results from computed tomography or other volume-generating techniques, are based on compressing the entire volume with a uniform compression method and thus quality. This is necessary in order to be able to carry out evaluations later in the entire volume, such as, for example, finding and evaluating such as classifying or determining the volume, inclusions, bubbles, voids, fibers or the like in the sense of a material inspection or, for example, finding and evaluating of organs, vessels or other features in medical applications.
Bekannte Verfahren sind beispielsweise sogenannte Wavelet-Verfahren oder Verfahren, die eine Delta-Codierung verwenden, wie diese beispielsweise in der
Sämtliche verlustfreie Komprimierungsverfahren erzielen in der Regel keine besonders hohen bzw. keine ausreichend hohen Komprimierungsraten, wodurch die Datenmenge stets recht groß bleibt. Verlustbehaftete Komprimierungen würden zu einer Einschränkung der Genauigkeit bei der späteren Ermittlung der Oberflächen bzw. bei den vorgesehenen dimensionellen bzw. Geometriemessungen führen, was nicht erwünscht sein kann.All lossless compression methods typically do not achieve very high or sufficiently high compression rates, which keeps the amount of data quite large. Lossy compressions would lead to a limitation of the accuracy in the later determination of the surfaces or in the proposed dimensional or geometry measurements, which may not be desirable.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Volumendaten mit einer besonders hohen Komprimierungsrate zu komprimieren, ohne dabei die Genauigkeit für die Ermittlung von dimensionellen bzw. Geometriedaten, insbesondere Oberflächendaten einzuschränken.A further object of the present invention is therefore to compress volume data with a particularly high compression rate, without restricting the accuracy for the determination of dimensional or geometric data, in particular surface data.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, die Volumendaten in einem ersten Schritt in innenliegende Voluemndaten, außenliegende Volumendaten und Volumendaten nahe der Oberfläche und vorzugsweise Volumendaten nahe innerliegender Merkmale zu segmentieren. In einem zweiten Schritt werden die innenliegenden Volumendaten, die außenliegende Volumendaten und die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, separat komprimiert, wobei die innenliegenden und außenliegende Daten stärker komprimiert werden und insbesondere stärker verlustbehaftet komprimiert werden, als die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale. Die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, werden nicht oder weniger verlustbehaftet komprimiert.To solve the invention u. a. in a first step, segmenting the volume data into internal volume data, external volume data, and volume data near the surface, and preferably volume data near in-lying features. In a second step, the inner volume data, the outer volume data and the volume data near the surface, and preferably also the volume data near in-house features, are separately compressed, the inner and outer data being compressed more strongly and in particular more lossy compressed than the volume data near the surface, and preferably also the volume data near in-lying features. The volume data near the surface, and preferably also the volume data near inline features, are not compressed or less lossy compressed.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten eines Körpers, insbesondere Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen), die vorzugsweise bei einer Computertomografie ermittelt wurden vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Volumendaten in einem ersten Schritt segmentiert werden in
- – innenliegende Volumendaten,
- – außenliegende Volumendaten,
- – Volumendaten nahe der Oberfläche des Körper
- – und vorzugsweise Volumendaten nahe innerliegender Merkmale wie Lunker, Einschlüsse, Blasen, Fasern oder ähnlichem
- - internal volume data,
- - external volume data,
- - Volume data near the surface of the body
- And preferably volume data near underlying features such as voids, inclusions, bubbles, fibers or the like
Hierdurch wird erreicht, dass die im Inneren des Körpers, beispielsweise Werkstücks, vorliegenden innenliegenden Volumendaten sehr stark und damit platzsparend komprimiert werden. Die Qualität der komprimierten innenliegenden Daten ist dabei deutlich herabgesetzt. Dies stört jedoch nicht, da sie für die spätere Auswertung von Merkmalen an der Oberfläche oder nahe innenliegender Merkmale nicht benötigt werden. Die dafür benötigten Volumendaten an der Oberfläche bzw. nahe der Oberfläche und gegebenenfalls die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale werden verlustfrei bzw. nur leicht komprimiert gespeichert, wodurch die Genauigkeit erhalten bleibt. Volumendaten nahe der Oberfläche bezeichnen die Volumendaten, in denen signifikante Grauwertdifferenzen, die zuvor festgelegt werden, zwischen dem Werkstückinneren und der Umgebung des Werkstücks vorliegen. Die Grauwerte von Werkstückinnerem und der Umgebung sind zumeist die maximalen und minimalen Grauwerte und werden beispielsweise einem Histogramm aus allen Grauwerten entnommen. Entsprechende Verfahren zur Oberflächenextraktion, die auch zur Segmentierung eingesetzt werden können, werden auch als ISO-Schwellwertverfahren bezeichnet. Dabei wird für die Findung der Oberfläche der mittlere (50%) Schwellwert (ISO 50 – Schwellwert) zwischen Werkstückinnerem und Umgebung verwendet. Erweiterte Verfahren zur Oberflächenfindung verwenden Suchlinien durch die vorab zumindest in ihrer Lage ungenau bestimmte Oberfläche des Werkstücks. Beide Verfahren sind beispielhaft in der
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, nicht komprimiert werden oder weniger verlustbehaftet als die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten komprimiert werden.In particular, the invention is characterized in that the volume data near the surface, and preferably also the volume data near in-lying features, are not compressed or compressed less lossy than the inner and / or outer volume data.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Körper ein Werkstück ist und die komprimierten Volumendaten zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Merkmalen, die durch die Oberfläche oder Teile der Oberfläche des Werkstücks und/oder durch im Inneren des Werkstücks vorliegende Materialgrenzflächen definiert werden, herangezogen werden.Preferably, it is provided that the body is a workpiece and the compressed volume data for dimensional or geometric evaluation of features that are defined by the surface or parts of the surface of the workpiece and / or present in the interior of the workpiece material interfaces are used.
Merkmale an der Oberfläche sind beispielsweise Ebenen oder gekrümmte Flächen wie Zylinderabschnitte, Kugelabschnitte usw., aus denen Dimensionen wie Abstände, Durchmesser, Längen oder Winkel bestimmt werden. Innenliegende Merkmale sind beispielsweise Einschlüsse, Blasen, Lunker usw., für die beispielsweise das Volumen oder einfach nur das Vorhandensein ermittelt wird, oder Fasern, deren Ausrichtung, also Richtung beispielsweise bestimmt wird.Features on the surface are, for example, planes or curved surfaces such as cylinder sections, spherical sections, etc., from which dimensions such as distances, diameters, lengths or angles are determined. Internal features are for example inclusions, bubbles, voids, etc., for example, the volume or simply the presence is determined, or fibers whose orientation, ie direction is determined, for example.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Komprimierung mittels Deltakomprimierung und/oder jpg- bzw. jpeg-Verfahren und/oder mpg- bzw. mpeg-Verfahren oder ähnlichen Verfahren erfolgt, wobei die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten mit niedrigerer Qualität, insbesondere Bildung größerer Klassen zusammengehöriger Voxelgrauwerte, komprimiert werden als die Volumendaten nahe der Oberfläche.In particular, the invention is characterized in that the compression takes place by means of delta compression and / or jpg or jpeg method and / or mpg or mpeg method or similar method, wherein the inner and / or outer volume data with lower quality, In particular, formation of larger classes of related voxel gray values are compressed than the volume data near the surface.
Die Klassenbildung bedeutet, dass Voxel ähnlicher Grauwerte unter einem Grauwert abgespeichert werden. Je größer bzw. breiter eine Klasse ist, umso mehr größenmäßig benachbarte Grauwerte werden zu einem Grauwert zusammengefasst und umso stärker ist die Platzeinsparung. Klassen der Breite 10 fassen beispielsweise jeweils alle Grauwerte von 1 bis 10 zum Grauwert 5, alle Grauwerte von 11 bis 20 zum Grauwert 15 usw. zusammen. Eine Klassenbreite von 5 bedeutet dagegen, dass jeweils alle Grauwerte von 1 bis 5 zum Grauwert 3, alle Grauwerte von 6 bis 10 zum Grauwert 8 usw. zusammengefasst werden, was zu einer höheren Qualität aber geringeren Komprimierung führt.The class formation means that voxels of similar gray values are stored under a gray value. The larger or wider a class is, the more gray values that are adjacent in terms of size are combined to a gray value, and the greater is the space saving. Classes of
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass zur Segmentierung die bekannten Verfahren der Oberflächenextraktion unter Verwendung eines ISO-Schwellwertes und/oder mehrerer Suchlinien durch eine vorab zumindest in ihrer Lage ungenau bestimmte Oberfläche und/oder der Modifikation der Voxeldaten eingesetzt werden.Preferably, the invention provides that the known methods of surface extraction using an ISO threshold and / or several search lines by a previously inaccurate at least in their position specific surface and / or the modification of the voxel data are used for segmentation.
Bei den bekannten Verfahren zur Ermittlung von Konturpunkten aus Volumendaten einer Computertomografie werden Oberflächenpunkte am Übergang des Materials des zu untersuchenden, insbesondere zu messenden Werkstücks zur umgebenden Luft ermittelt, indem der Grauwertverlauf senkrecht zu einer grob, also in ihrer Lage noch ungenau, ermittelten Oberfläche entlang von Suchlinien, insbesondere auf Wendepunkte untersucht wird, wie dies beispielsweise in der
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, auch im Inneren von mittels Computertomografie erzeugter Volumendaten Materialübergänge zu detektieren, und insbesondere erkannte Materialübergänge zu verfolgen, um geschlossene Konturen bzw. Freiformflächen der Materialübergänge im Inneren der Volumendaten zu erkennen und entsprechende Konturpunkte zu ermitteln und zu verknüpfen.Another object of the present invention is therefore also to detect material transitions inside volume data produced by computer tomography, and in particular to track detected material transitions in order to detect closed contours or free-form surfaces of the material transitions inside the volume data and to determine and supply corresponding contour points link.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass die Volumendaten schichtweise durchsucht werden und je Schicht die Materialübergänge erkannt werden, in denen die Grauwertverläufe in den Schichten auf Grauwertänderung, insbesondere Wendepunkte des Grauwertverlaufs bzw. Maximalpunkte der Grauwertänderungen entlang von beliebigen Suchlinien oder mittels anderweitigen Konturfindungsalgorithmen ermittelt werden und in der Schicht bzw. schichtübergreifend verfolgt und verknüpft werden.To solve the invention u. a. that the volume data are searched in layers and the material transitions are detected in each layer, in which the gray value gradients in the layers are determined on gray value change, in particular turning points of the gray value curve or maximum points of the gray value changes along arbitrary search lines or by other contour finding algorithms and in the layer or be tracked and linked across layers.
Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Bestimmung von Materialübergängen, insbesondere Konturpunkten an Materialübergängen in Volumendaten, die mit Hilfe von Computertomografie ermittelt wurden, wobei die Volumendaten Voxelinformationen (Voxeldaten) in einem dreidimensionalen Voxelvolumen aufweisen, wobei die einzelnen Voxel die lokalen Materialeigenschaften, insbesondere Röntgenabsorption, beinhalten, vorzugsweise in Form von Grauwerten, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass das Voxelvolumen schichtweise in einer oder mehreren vorgegebenen Richtungen untersucht wird, wobei in jeder Schicht Materialübergänge detektiert werden und an den Materialübergängen Konturpunkte festgelegt werden, wobei innerhalb der Schicht oder schichtübergreifend benachbarte Konturpunkte einander zugeordnet werden.The invention provides for the solution u. a. a method for determining material transitions, in particular contour points at material transitions in volume data, which were determined by means of computed tomography, wherein the volume data voxel information (voxel data) in a three-dimensional voxel volume, wherein the individual voxels include the local material properties, in particular X-ray absorption, preferably in Form of gray values, which is characterized in that the voxel volume is examined in layers in one or more predetermined directions, wherein in each layer material transitions are detected and at the material transitions contour points are defined, within the layer or cross-layer adjacent contour points are assigned to each other ,
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass benachbarte Konturpunkte zu einer Kontur verbunden werden, wobei insbesondere dreidimensionale Freiformflächen, beispielsweise im STL-Format, gebildet werden.In particular, the invention is characterized in that adjacent contour points are connected to a contour, in particular three-dimensional free-form surfaces, for example in STL format, are formed.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Konturen innerhalb und/oder schichtübergreifend verfolgt werden, um zusammenhängende Konturen bzw. Konturflächen zu ermitteln.It is preferably provided that contours are tracked within and / or across layers in order to determine contiguous contours or contour surfaces.
Bei den bekannten Verfahren wird zur Bestimmung und darauf basierenden Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenquelle eine Maske, vorzugsweise zusätzlich zum Messobjekt, in den Strahlengang der von einem Röntgendetektor empfangenen Strahlung einer Röntgenquelle eingebracht und zusammen mit dem Werkstück auf dem Röntgendetektor abgebildet, um dabei an zumindest einem Durchstrahlungsbild die Schärfe der Merkmale der Maske zu bestimmen, wie dies beispielsweise die
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Bestimmung und Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenquelle so zu optimieren, dass für die Messung des Werkstücks die bestmöglichen Messparameter, insbesondere maximale Vergrößerung und störungsfreie Messung, zur Verfügung stehen und dennoch eine automatisierte Messung des Werkstücks und Bestimmung und ggf., Einstellung der Brennfleckgröße ermöglicht wird.Another object of the present invention is therefore to optimize the determination and adjustment of the focal spot size of an X-ray source so that the best possible measurement parameters, in particular maximum magnification and interference-free measurement, are available for the measurement of the workpiece and yet an automated measurement of the workpiece and Determination and, if necessary, adjustment of the focal spot size is made possible.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass einerseits das Hereinfahren und Herausfahren der Maske in den Strahlengang vorgesehen ist, und andererseits auch das Hereinfahren und Herausfahren des Werkstücks in den Strahlengang vorgesehen ist, wobei das Werkstück während der Zeit, in dem die Abbildung der Maske auf dem Röntgendetektor mit diesem aufgenommen wird, aus dem Strahlengang automatisch entfernt wird. Dies ist besonders günstig dadurch umzusetzen, dass das Werkstück auf dem für die Messung benötigten Drehtisch bereits angeordnet ist, dieser aber aus dem Strahlengang herausgefahren werden kann. Hierzu ist der Einsatz von Bewegungsachsen vorgesehen, wie diese beispielsweise als Messachsen in Koordinatenmessgeräten vorliegen. Auch für die Bewegung der Maske ist eine Automatisierung bevorzugt vorgesehen. Da die Maske möglichst nahe am Brennfleck angeordnet werden muss, um die Bestimmung der Brennfleckgröße mit hoher Genauigkeit zu realisieren, ist vorgesehen, den ohnehin an dieser Stelle angeordneten Filterwechsler zur Einwechslung von Strahlfiltern zur Filterung der Messstrahlung, zu verwenden. Dieser kann durch das Messprogramm automatisch betätigt werden, wodurch ein automatisierter Ablauf für das Herein- und Herausbewegen des Messobjekts und der Maske in den Strahlengang realisiert wird.To solve the invention provides, inter alia, that on the one hand the driving in and out of the mask is provided in the beam path, and on the other hand, the driving in and out of the workpiece is provided in the beam path, wherein the workpiece during the time in which the image of the mask is recorded on the X-ray detector with this, is automatically removed from the beam path. This is particularly favorable to implement that the workpiece is already arranged on the turntable required for the measurement, but this can be moved out of the beam path. For this purpose, the use of movement axes is provided, as present for example as measuring axes in coordinate measuring machines. Also for the movement of the mask automation is preferably provided. Since the mask has to be arranged as close as possible to the focal point in order to realize the determination of the focal spot size with high accuracy, it is provided to use the filter changer, which is already arranged at this point, for exchanging beam filters for filtering the measuring radiation. This can be actuated automatically by the measuring program, whereby an automated process for the Moving in and out of the measuring object and the mask is realized in the beam path.
Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Bestimmung der Größe des Brennflecks einer Röntgenquelle, und/oder zur Einstellung der Größe des Brennflecks, durch die Fokussierung des bei Auftreffen auf ein Target den Röntgenstrahlung abgebenden Brennfleck bildenden Elektronenstrahls der Röntgenquelle, wobei eine ein oder mehrere Merkmale aufweisende Maske zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, bevorzugt flächenhaften Röntgendetektor, durch Bewegen zeitweise angeordnet wird, und zumindest ein Durchstrahlungsbild mit dem Röntgendetektor aufgenommen wird, wobei in dem Durchstrahlungsbild die geometrischen Merkmale ausgewertet werden, insbesondere in Bezug auf ihre Bildschärfe bzw. Kontrast, und aus der Auswertung auf die Größe des Brennflecks geschlussfolgert wird und/oder die Fokussierung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle eingestellt wird, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass das zu messende Werkstück, welches auf einem Drehtisch zwischen Röntgenquelle oder Röntgendetektor angeordnet ist, während der Aufnahme der Abbildung der Maske auf dem Röntgendetektor, aus dem Strahlengang, also dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der Strahlung der Röntgenquelle, herausbewegt wird, und wobei die Maske während der Messung des Werkstücks aus dem Strahlengang herausbewegt wird.The invention provides for the solution u. a. a method for determining the size of the focal spot of an X-ray source, and / or for adjusting the size of the focal spot, by focusing the X-ray source forming the X-ray emitting target when hitting a target, wherein a mask comprising one or more features is disposed between the X-ray source and X-ray detector, preferably planar X-ray detector, is temporarily arranged by moving, and at least one transmission image is recorded with the X-ray detector, wherein the geometrical features are evaluated in the transmission image, in particular with respect to their image sharpness or contrast, and from the evaluation on the The size of the focal spot is inferred and / or the focusing of the electron beam of the X-ray source is adjusted, which is characterized in that the workpiece to be measured, which on a turntable between X-ray source or X-ray detector a is located, while the recording of the image of the mask on the X-ray detector, out of the beam path, that is detected by the X-ray detector portion of the radiation of the X-ray source is moved out, and wherein the mask is moved out during the measurement of the workpiece from the beam path.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Maske mittels eines automatischen Filterwechslers in den Strahlengang hinein und wieder herausbewegt wird, wobei der Filterwechsler vorzugsweise ein oder mehrere Strahlfilter aufweist, die zumindest während der Messung des Werkstücks wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden können, wobei der Filterwechsler vorzugsweise die einzubringenden Strahlfilter oder die einzubringende Maske direkt vor dem Brennfleck der Röntgenquelle, insbesondere vor dem Austrittsfenster der Röntgenquelle, vorzugsweise in einem Abstand von weniger als 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm anordnet, insbesondere automatisch anordnet.In particular, the invention is characterized in that the mask is moved into and out of the beam path by means of an automatic filter changer, wherein the filter changer preferably has one or more beam filters which can be optionally introduced into the beam path at least during the measurement of the workpiece the filter changer preferably arranges the beam filter to be introduced or the mask to be introduced directly in front of the focal spot of the x-ray source, in particular in front of the exit window of the x-ray source, preferably at a distance of less than 10 mm, preferably less than 5 mm, particularly preferably less than 1 mm, in particular automatically arranges.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bestimmung und/oder Fokussierung des Brennflecks automatisch erfolgt, bevorzugt nach vorher festgelegter Zeit und/oder Betriebsdauer der Röntgenquelle.Preferably, it is provided that the determination and / or focusing of the focal spot takes place automatically, preferably after a predetermined time and / or operating time of the X-ray source.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Bewegung des Werkstücks, insbesondere Werkstück aufnehmenden Drehtischs zusammen mit dem Werkstück, in den Strahlengang hinein und aus dem Strahlengang heraus Messachsen, insbesondere die Messachsen des Koordinatenmessgerätes, verwendet werden, in dem die Computertomografiesensorik, bestehend aus Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch, vorzugsweise integriert ist.In particular, the invention is characterized in that for the movement of the workpiece, in particular workpiece receiving turntable together with the workpiece, in the beam path and out of the beam path measuring axes, in particular the measuring axes of the coordinate measuring machine are used, in which the computed tomography sensor consisting of X-ray source, X-ray detector and turntable, preferably integrated.
Bei den bekannten Verfahren zum Betrieb eines Computertomografen sind die Hauptkompenenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch jeweils nur einmal vorhanden. Bei Ausfall einer Komponente ist daher mit einem großen zeitlichen Verzug zu rechnen, wenn eine der Komponenten ausgetauscht werden muss, insbesondere weil die jeweils neue Komponente aufwändig für den Betrieb eingerichtet und eingemessen werden muss. Das Einmessen umfasst beispielsweise die Anordnung an der für die Messung vorgesehenen Position und umfasst auch die Winkellage bzw. Verkippung, wobei die Winkellage eingestellt oder bestimmt und später die Ergebnisse entsprechend korrigiert werden. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass insbesondere beim Dauereinsatz der Computertomografie-Vorrichtung durch den Wartungsverzug hohe Ausfallzeiten entstehen, die wirtschaftlichen Schaden nach sich ziehen können.In the known methods for operating a computer tomograph, the main components X-ray source, X-ray detector and turntable are present only once. In case of failure of a component is therefore likely to be a long time delay when one of the components must be replaced, especially because the new component has to be set up and calibrated consuming for operation. The calibration includes, for example, the arrangement at the intended position for the measurement and also includes the angular position or tilt, wherein the angular position adjusted or determined and later the results are corrected accordingly. This has the disadvantage that, in particular during continuous use of the computed tomography device due to the maintenance delay, high downtimes occur, which can result in economic damage.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, dass eine Computertomografie-Vorrichtung derart eingerichtet wird, dass bei Ausfall einer der Komponenten, insbesondere besonders bevorzugt beim Ausfall der Röntgenquelle, aber auch beim Ausfall des Röntgendetektors, ggf. auch beim Ausfall des Drehtischs, die Computertomografie-Vorrichtung mit möglichst geringem Aufwand und Zeitverlust weiter betrieben werden kann.A further object of the present invention is that a computer tomography device is set up such that in the event of failure of one of the components, in particular particularly preferred in the event of failure of the X-ray source, but also in the event of failure of the X-ray detector, possibly even in the event of failure of the turntable Computed tomography device with the least possible effort and loss of time can continue to operate.
Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass zumindest eine redundante Röntgenquelle in der Vorrichtung vorgesehen ist, die mittels einer Bewegungsachse an die für die Messung vorgesehene Position bewegt werden kann, wenn die erste Röntgenquelle ausfällt. Dies ist mittels genau positionierbarer Messachse bzw. Messachsen, wie diese beispielsweise in einem Koordinatenmessgerät vorhanden sind, besonders genau möglich. Der Austausch kann manuell durch den Bediener oder automatisch erfolgen. Ein Austausch kann auch ohne Vorliegen eines Ausfalls vorgesehen sein, um beispielsweise eine der Komponenten zu schonen, zum Beispiel abkühlen zu lassen oder ähnliches, oder um eine nicht baugleiche Komponente, beispielsweise Röntgenröhre mit anderem Strahlspektrum bzw. Leistung oder Detektor anderer Größe oder Pixelanzahl, einzusetzen, um beispielsweise andere Messaufgaben wie Werkstücke unterschiedlicher Größe oder Durchstrahlbarkeit oder benötigter Messauflösung zu realisieren. Es ist alternativ aber auch vorgesehen den Röntgendetektor oder den Drehtisch auszutauschen oder mehrere der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch in beliebiger Kombination austauschbar vorzuhalten.To solve the invention u. a. in that at least one redundant X-ray source is provided in the device, which can be moved to the position provided for the measurement by means of a movement axis when the first X-ray source fails. This is particularly accurate by means of accurately positionable measuring axis or measuring axes, as they are present for example in a coordinate measuring machine. The replacement can be done manually by the operator or automatically. An exchange can also be provided without the presence of a failure, for example to save one of the components, for example to cool or the like, or to use a non-identical component, for example, X-ray tube with different beam spectrum or power or detector other size or number of pixels To realize, for example, other measurement tasks such as workpieces of different sizes or transmittance or required measurement resolution. Alternatively, it is also intended to exchange the X-ray detector or the turntable or to provide several of the components X-ray source, X-ray detector and turntable exchangeable in any combination.
Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Untersuchung, insbesondere dimensionellen Messung, zumindest eines Werkstücks mit einer Computertomografie-Vorrichtung, aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei bei Bedarf, insbesondere Ausfall der jeweils ersten Komponente, jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen manuell, besonders bevorzugt automatisch, an die Position der jeweils ersten Komponente verschoben wird, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen. The invention provides, inter alia, a method for the examination, in particular dimensional measurement, of at least one workpiece with a computed tomography device, comprising at least a first x-ray tube, a first x-ray detector, a first turntable for receiving and rotating the workpiece to be examined (first components) and at least one movement axis, preferably measuring axis, particularly preferably measuring axis of a coordinate measuring machine, in which the computed tomography device is integrated, characterized in that the computed tomography device further comprises a second, preferably identical to the first x-ray tube, x-ray tube and / or a second, preferably identical to the first X-ray detector, X-ray detector and / or a second, preferably identical to the first turntable, turntable (second components), wherein if necessary, in particular failure of the respective first component, respectively second component in each case one of the axes of motion is displaced manually, particularly preferably automatically, to the position of the respectively first component, by preferably starting in each case first and second component from a respective common axis of movement.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass jeweils einander zugeordnete erste und zweite Komponente für den Betrieb in der Computertomografie-Vorrichtung betriebsbereit eingemessen bzw. eingerichtet sind und beim Ausfall der jeweils ersten Komponente jeweils zugeordnete zweite Komponente mittels der jeweiligen Bewegungsachse an die Position der jeweils ersten Komponente bewegt wird und die jeweils zweite Komponente für die Untersuchung bzw. Messung verwendet wird.In particular, the invention is characterized in that respectively associated first and second components are operatively calibrated or set up for operation in the computed tomography device and in case of failure of the respective first component respectively associated second component means of the respective axis of motion to the position of each first component is moved and the second component is used for the examination or measurement.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass jeweils einander zugeordnete erste und zweite Komponente für den Betrieb in der Computertomografie-Vorrichtung betriebsbereit eingemessen bzw. eingerichtet sind und durch den Bediener wahlweise oder durch eine Automatik, vorzugsweise abwechselnd, für den Betrieb eingesetzt werden, indem die jeweils einzusetzende Komponente an die jeweilige ursprüngliche Position der jeweils ersten Komponente mittels der jeweiligen Bewegungsachse bewegt wird.Preferably, it is provided that in each case associated first and second components are operatively metered or set up for operation in the computed tomography device and are used by the operator either selectively or by an automatic, preferably alternately, for operation by the respective component to be used is moved to the respective original position of the respective first component by means of the respective movement axis.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch eine Computertomografie-Vorrichtung aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, vor, die sich dadurch auszeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen, vorzugsweise bei Ausfall der jeweils ersten Komponente manuell, besonders bevorzugt automatisch, jeweils zweite Komponente an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist.To solve the invention also provides a computer tomography device comprising at least a first x-ray tube, a first x-ray detector, a first turntable for receiving and rotating the workpiece to be examined (first components) and at least one axis of movement, preferably measuring axis, particularly preferably measuring axis of a coordinate measuring machine, in which is the computer tomography device is integrated, before, which is characterized in that the computed tomography device further comprises a second, preferably identical to the first X-ray tube, X-ray tube and / or a second, preferably identical to the first X-ray detector, X-ray detector and / or a second , Preferably identical to the first turntable, turntable has (second components), wherein each second component is displaceable by one of the axes of movement to the position of the respective first component, preferably by first and second component of each one he emanating common axis of motion, preferably in case of failure of the respective first component manually, particularly preferably automatically, each second component to the position of the respective first component is displaceable.
Die zuvor in Kombination beschriebenen Merkmale können auch in anderen Kombinationen oder für sich eine erfindungsgemäße Lehre bilden. Insoweit ist die Offenbarung nicht einschränkend auszulegen.The features previously described in combination may also form in other combinations or on their own a teaching according to the invention. In that regard, the disclosure is not to be interpreted as limiting.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale – für sich und/oder in Kombination – sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them - alone and / or in combination - but also from the following description of the figures.
Es zeigen:Show it:
In den
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Die optischen Bauelemente
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Die zuvor als verschoben bezeichneten Punktewolken
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Transmissionstargets beschränkt. Gleichfalls ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch für sogenannte Reflexionstargets vorgesehen. Bei diesen trifft der Elektronenstrahl
In der
Im realen Fall liegen in den einzelnen Bereichen
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