DE102013104490A1

DE102013104490A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie von Strukturen mittels Computertomografie

Info

Publication number: DE102013104490A1
Application number: DE102013104490.5A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-07-31
Also published as: WO2014114737A2; US10900777B2; CN105102923A; GB2524446B; CN105102923B; US20150355113A1; WO2014114737A3; GB2524446A; GB201513356D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, wobei durch die Computertomografiesensorik Oberflächenmesspunkte generiert werden Dabei werden zur Bestimmung der Geometriemerkmale Oberflächenmesspunkte verwendet, die aufgrund vorgebbarer Regeln den zu bestimmenden Geometriemerkmalen zugeordnet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie von Strukturen an Objekten wie Werkstücken oder Werkzeugen mittels Computertomografie.
In der Koordinatenmesstechnik versteht man unter Computertomografie die dreidimensionale Untersuchung eines Werkstücks mit dem Ziel, Positionen von Messpunkte an Grenzflächen zwischen zwei Materialen, beispielsweise an der Oberfläche, also dem Übergang zwischen Werkstück und Luft, zu bestimmen. Hierzu wird das zu messende Werkstück von der Messstrahlung durchdrungen, wobei eine Schwächung der Messstrahlung, abhängig von durchstrahlter Länge und durchstrahltem Material auftritt. Die hinter dem Werkstück austretende Strahlung wird von einem Strahlendetektor erfasst. Dieser ist zumeist flächig ausgeführt, um einen möglichst großen Bereich des Werkstücks gleichzeitig zu erfassen. Aus den in mehreren hundert oder tausend Drehstellungen des auf einem Drehtisch (mechanische Drehachse) angeordneten Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbildern werden mittels mathematischer Rekonstruktionsverfahren zunächst Volumeninformationen gewonnen, die die lokalen Schwächungsinformationen des Werkstücks enthalten. Aus diesen Informationen werden anschließend die Messpunkte meist mittels eines Schwellwertprozesses errechnet.
Zur Einstellung der Drehstellungen des Drehtisches, der auch als mechanische Drehachse bezeichnet wird, besteht dieser aus einem feststehenden und einem drehbaren Teil. Insofern auf die Drehung oder Drehstellung der mechanische Drehachse Bezug genommen wird, ist folgend immer der drehbare Teil gemeint. Der drehbare Teil wird dabei um eine mathematische Achse, die folgend vereinfacht „Drehachse” genannt wird, gedreht. Die Orientierung, also Richtung, und Lage, also beispielsweise eines Punktes, dieser Drehachse im Raum, wird auch als Lage der Drehachse bezeichnet. Insofern von der Richtung der mechanischen Drehachse gesprochen wird, ist also auch damit die Richtung der (mathematischen) Drehachse gemeint. Als Position der mechanischen Drehachse wird dagegen die Position im Raum bezeichnet, an der die gesamte mechanische Drehachse, also feststehender und drehbarer Teil, angeordnet ist. Wird die Position der mechanischen Drehachse verändert, beispielsweise in einer der drei lateralen, beispielsweise rechtwinklig zueinander stehenden Richtungen x, y und z, so ändert sich zwangsläufig auch die Lage der (mathematischen) Drehachse, allerdings nur derart, dass sie parallel verschoben wird, sich also ihre Orientierung nicht ändert.
Aufgrund der leichten Durchstrahlbarkeit und den eher geringen Genauigkeitsanforderungen werden mit Computertomografie zumeist Kunststoffteile oder Leichtmetallteile gemessen. Sollen jedoch beispielsweise Stahlteile, wie Einspritzdüsen von Diesel- oder Benzin-Motoren, gemessen werden, treten aufgrund der im Stahl stärker auftretenden Streustrahlungsentwicklung und anderer Effekte zunehmend Artefakte und damit Messfehler auf. Zudem besitzen die Merkmale an solchen Teilen, wie beispielsweise die Einspritzlöcher, zumeist sehr geringe Toleranzen im einstelligen Mikrometerbereich. Es müssen daher besondere Maßnahmen ergriffen werden, um hohe Genauigkeiten zu erreichen. Oftmals werden hierzu zusätzlich die Sollmaße bzw. die Sollgeometrie dieser Merkmale durch Messung eines Meisterteils festgelegt bzw. kalibriert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere hohe Genauigkeiten bei der Messung schwer durchstrahlbarer Werkstücke zu erzielen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine schnelle und genaue Serienmessung zu gewährleisten.
Da mit Computertomografie eine große Anzahl von Oberflächenpunkten erzeugt wird, die zumeist über große Bereiche des Werkstücks verteilt liegen und somit mehrere Merkmale bzw. die Bereiche zwischen unterschiedlichen Merkmalen überdecken, ist es besonders wichtig, jeweils die Messpunkte zu erfassen, die dem Merkmal zugeordnet sind. Werden benachbarte Punkte, die nicht zum Merkmal gehören, zur Ermittlung eines Geometrieelementes mit berücksichtigt, ergeben sich ansonsten Messabweichungen.
Eine ansatzweise und sehr spezielle Lösung für diese Aufgabe bietet das in der WO 2008128978 A2 beschriebene Verfahren unter dem Stichwort CAD-Patches. Hier werden die Messpunkte zur Bestimmung von Merkmalen ausgewählt, die einem CAD-Element des Werkstücks zugeordnet werden können. Hierfür ist jedoch zunächst eine Einpassung in ein CAD-Modell notwendig. Zudem liegen entsprechende 3D-Modelle für viele Werkstücke nicht immer vor, beispielsweise für Einspritzdüsen. Für diese liegen meist nur 2D-Zeichnungen vor oder Tabellen, aus denen erfindungsgemäß sogenannte Parametersätze bzw. Parameterdateien abgeleitet werden, mit beispielweise den Winkellagen und Durchmesserverläufen der Spritzlöcher, also nur für Details des Werkstücks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb auch, unter Verwendung einer beliebigen Sollgeometrie, insbesondere ohne die Notwendigkeit des Vorhandenseins eines CAD-Modells, die zur Bestimmung eines Geometriemerkmals zu verwendenden Oberflächenmesspunkte auszuwählen.
Dies löst ein Aspekt der Erfindung, indem die Oberflächenpunkte ausgewählt werden, die aufgrund vorgebbarer Regeln den zu bestimmenden Geometriemerkmalen zugeordnet werden, insbesondere innerhalb eines maximal vorgebbaren Abstandes zu einer Sollgeometrie liegen, wobei vorzugsweise anhand der Richtungsinformation der Sollgeometrie, also des Oberflächenvektors, die Innen- bzw. Außenseite festgelegt ist und dies zur Auswahl der Oberflächenpunkte genutzt wird.
Die vorgebbaren Regeln werden dabei vom Bediener definiert. Der Bediener trifft dabei beispielsweise die Auswahl, welche Art geometrisches Element, also beispielsweise Zylinder oder Ebene oder Kugel usw., verwendet werden soll, um eine Sollgeometrie des zu bestimmenden Geometriemerkmals festzulegen.
Ebenso legt der Bediener die Lage und Orientierung der Sollgeometrie im Raum fest, entweder durch Eingabe der entsprechenden Parameter für das Geometrieelement, oder gegebenenfalls mit Hilfe eines Computerprogramms.
Erfindungsgemäß wird die Sollgeometrie dann verwendet, um den Abstand zu den Oberflächenpunkten zu bestimmen. Hierbei wird für jeden Oberflächenpunkt beispielsweise der minimale senkrechte Abstand zur Sollgeometrie bestimmt. Unter Berücksichtigung des durch den Bediener vorgegebenem Maximalwertes für diesen Abstand, der beispielsweise 100 μm, bevorzugt 50 μm beträgt, werden sodann nur die Oberflächenpunkte für die Bestimmung des Geometriemerkmals selektiert, deren Abstand geringer ist, als der Maximalwert. Der Maximalwert wird vom Bediener als Erfahrungswert in Bezug auf die Zeichnungstoleranz der zu messenden Merkmale festgelegt.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen also durch ein Verfahren zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, indem zur Bestimmung der Geometriemerkmale Oberflächenmesspunkte verwendet werden, die aufgrund vorgebbarer Regeln den zu bestimmenden Geometriemerkmalen zugeordnet werden.
Von besonderer Bedeutung ist die Messung von Einspritzdüsen, da für diese oftmals kein CAD-Modell vorliegt und zudem eine Einpassung in die meist teilweise rotationssymmetrische Gestalt nicht eindeutig möglich ist. Eine unabhängige Aufgabe der Erfindung ist demnach die Messung von Einspritzdüsen, insbesondere deren Spitzlöcher. Hierbei werden beispielsweise Höhenwinkel, Seitenwinkel bzw. Lage im Raum, Durchmesser, Durchmesserverlauf oder Rauheit der einzelnen Spritzlöcher bestimmt. Erfindungsgemäß können die Messergebnisse an diesen Werkstücken auch mit weiteren Sensoren ermittelt werden, wie beispielsweise optischen, taktilen oder taktil-optischen Sensoren, wie sie auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik bekannt sind. Die Messergebnisse der verschiedenen Sensoren werden auch kombiniert.
In einem eigenerfinderischen Gedanken erfolgt daher die Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, indem eine oder mehrere zueinander schräg im Raum liegende Merkmale wie Bohrungen gemessen werden, vorzugsweise auf die Symmetrieachse des Objektes bezogen.
Schräg im Raum bedeutet dabei, dass die Orientierung der Merkmale, beispielsweise die Zylinderachse eines Zylinders, also eine dem Merkmal zuordenbare Richtung im Raum, unterschiedlich ist. Dies ist beispielsweise bei zylinderförmigen oder nahezu zylinderförmigen Spritzlöchern von Einspritzdüsen der Fall.
Um eine Sollgeometrie darzustellen, muss diese aus geometrischen Grundelementen bestehen bzw. zusammengesetzt werden. Dies sind beispielsweise Gerade, Geradenabschnitt, Kreis, Kreisabschnitt, Kugel, Kugelabschnitt, Zylinder, Zylinderabschnitt, Kegel, Kegelabschnitt, Torus, Torusabschnitt. Aus diesen Grundelementen bzw. zusammengesetzten Grundelementen lässt sich nachträglich eines oder mehrere sogenannte CAD-Elemente erzeugen, die das gleiche Datenformat wie ein CAD-Modell besitzen, wodurch bestehende Messprogramme, die auf CAD-Daten basieren, verwendet werden können. Es handelt sich bei diesen CAD-Elementen aber nicht um vorab bekannte CAD-Modelle, wie diese beispielsweise aus einem 3D-Modell des Werkstücks abgeleitet werden. Die hier gemeinten CAD-Elemente werden aus real gemessenen Messpunkten, z. B. durch Bestfiteinpassung bzw. Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes, oder durch Eingabe derer Parameter, beispielsweise durch einen Bediener durch Ablesen aus einer 2D-Zeichnung oder einer Tabelle, sogenannten Parametersätzen. Diese Parametersätze bestehen beispielsweise zur Definition von Spritzlochgeometrien bzw. der Lage eines oder mehrerer Spritzlöcher aus drei Raumkoordinaten (x, y, z) und zumindest einer Winkellage (phi, theta) bzw. Achslage (dx, dy, dz) oder aus einer Ebene (x, y, z als Punktinformation und dx, dy, dz als Ebenen-Normalenvektor) und gegebenenfalls aus weiteren im Raum definierten und vorzugsweise in ihrer Ausdehnung begrenzten geometrischen Elementen. Mit diesen Solldaten wie Winkellagen, Positionen und Durchmessern bzw. Duchmesserverläufen, werden dann auch sogenannte Handelemente erzeugt.
Die CAD-Elemente bzw. Handelemente definieren die Sollgeometrie, oder einen Teil dieser. Nicht auf ein herkömmliches CAD-Modell angewiesen zu sein, ist ein hervorzuhebendes Merkmal der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Sollgeometrie ist die Unterscheidung zwischen Innen- und Außenseite. Dies ist erforderlich, weil die geometrischen Grundelemente nur die Hülle eines räumlich definierten Bereiches festlegen. So kann beispielsweise ein Zylinderelement einen massiven Zylinder, aber auch eine Bohrung darstellen. Erst durch Hinzufügen eines Richtungsvektor wie Oberflächenvektors ist die Sollgeometrie also vollständig definiert. Es wird somit ermöglicht, innen und außen zu unterscheiden und dementsprechend Oberflächenpunkte der Sollgeometrie zuzuordnen.
Auch lässt sich ein iteratives Vorgehen zur Ermittlung der zu einem Merkmal zugehörigen Messpunkte der gesamt vorliegenden Messpunkte umsetzen. Hierbei wird die Sollgeometrie zunächst grob definiert. Dies bedeutet, dass der Bediener aufgrund seines Vorwissens über das vorliegende Merkmal, also dass dieses beispielsweise eine Zylinderform, Kegelform oder ebene Form besitzt, eine Geometrieelementeart und etwa vorliegende Orientierung und Größe, beispielsweise den Durchmesser eines Zylinders festlegt. Hierbei stehen dem Bediener typischerweise Hilfsmittel zur Verfügung. Beispielweise können durch den Bediener einzelne Punkte, die mit Sicherheit dem betreffenden Merkmal zugeordnet werden können, ausgewählt werden, um mittels Unterstützung eines Computerprogramms ein Ausgleichelement zu berechnen. Dieses kann dann als grob definierte Sollgeometrie verwendet werden. Auch kann der Bediener bei bekannter, z. B. eingemessener Lage des Werkstücks, die Solldaten aus 2D-Zeichnungen oder tabellenartig vorliegenden Informationen über das Werkstück nutzen, um Sollgeometrieelemente manuell zu erzeugen. Das Einmessen umfasst dabei die Ermittlung der Lage des Werkstücks bezüglich des Sensors, beispielsweise in einem Koordinatenmessgerät. Zumeist enthält das Werkstück hierzu eindeutig zuordenbare Geometriemerkmale. Im Falle von zumindest teilweise rotationssymmetrischen Einspritzdüsen sind Markierungen, beispielsweise Lasermarkierungsstriche oder ähnliches, oder Nuten, meist außen, oder exzentrische Bohrungen angebracht, um die Orientierung bzw. Drehlage in einer Aufspannung feststellen zu können. Der Bediener orientiert sich zudem an benachbarten Merkmalen, beispielsweise den einen Zylinder begrenzenden Ebenen bei einer Durchgangsbohrung.
Diese können, auch wenn nicht mit allen zum benachbarten Merkmal gehörigen Messpunkte berechnet, genau genug berechnet werden, um Begrenzungen des eigentlich zu messenden Merkmals festzulegen. Dieses wird damit beispielsweise beschnitten. Auch die Bildung von Schnittmengen von Geometrieelementen ist unter Umständen sinnvoll, um die grob bestimmte Sollgeometrie bzw. das grob bestimmte Geometrieelement festzulegen. So lässt sich beispielsweise ein Zylinderelement durch Schnittmengenbildung mit einem Kegelelement in seiner Länge auf einen Zylinderabschnitt begrenzen. Im nächsten Schritt werden mittels des grob bestimmten Geometrieelementes vorläufige Oberflächenpunkte aus den Messdaten selektiert und aus diesen ein geometrisches Ausgleichselement, meist vom gleichen Typ, wie das grob bestimmt Geometrieelement, berechnet. Dieses ist noch ungenau, da nicht alle und auch nicht ausschließlich nur die Messpunkte, die dem Merkmal zugeordnet sind, selektiert wurden. Die Position, Orientierung und Größe dieses Ausgleichselementes ist nun aber genauer, als das vorab grob bestimmt Geometrieelement. Diese Parameter werden nun zur erneuten Selektion der Oberflächenpunkte verwendet. Praktisch wird das vorab grob bestimmt Geometrieelement dazu an das Ausgleichelement angepasst, also beispielsweise an dessen Position verschoben, und Orientierung und Größe, beispielsweise Durchmesser eines Zylinders, entsprechend verändert. Dies ist sinnvoll, da das manuell grob bestimmte Geometrieelement, wie bereits erwähnt, schon modifiziert sein kann, beispielsweise beschnitten. Aus den durch die erneute Selektion ausgewählten Oberflächenpunkten wird das genaue Messergebnis, beispielsweise der Durchmesser oder die Formabweichung eines Ersatzgeometrieelementes bzw. Ausgleichelementes, berechnet. Dieser Prozess kann auch mehrfach wiederholt werden, das genauer bestimmte Geometrieelement also erneut zur Selektion verwendet werden, usw.
Eine weitere Möglichkeit der Definition der zur Messpunkteauswahl notwendigen Sollgeometrie besteht in der Nutzung weiterer Sensoren. Deren Messpunkte, beispielsweise einige wenige innerhalb eines Zylinders gemessene Punkte, können zur Bestimmung eines Ausgleichelementes verwendet werden, das die Sollgeometrie definiert. Auch die zur Beschneidung und Schnittbildung verwendeten Merkmale können mit einem weiteren Sensor gemessen werden. Grundvoraussetzung ist, dass die verwendeten Sensoren im gleichen Koordinatensystem messen. Dies wird typischerweise durch Einmessen der Sensoren erreicht. Im Gegensatz zum Einmessen der Werkstücklage dient dieser Prozess der Ermittlung der Positionen der von mehreren Sensoren erzeugten Messpunkte zueinander, insbesondere durch Ermittlung des Versatzes und der Orientierung der Sensoren zueinander unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Arbeitsabstandes. Alternativ können die Messpunkte beider Sensoren auch durch nachträgliche Manipulation durch Einpassung ineinander in das gleiche Koordinatensystem überführt werden. Dies ist jedoch nur bei Vorliegen geeigneter Geometrien am Werkstück möglich.
Die weiteren Sensoren sind typischerweise gemeinsam mit dem Computertomgrafiesensor in einem Koordinatenmessgerät angeordnet bzw. bilden dieses.
Hierdurch ergibt sich auch die Möglichkeit, für die Messungen mit beiden Sensoren die gleiche Messstrategie anzuwenden, beispielsweise indem Messpunkte aus exakt dem gleichen Bereich zur Bestimmung eines Merkmals verwendet werden. Hierbei können die Messpunkte des weiteren Sensors zur Definition der Sollgeometrie genutzt werden, wie bereits beschrieben. Die Sollgeometrie wird dann auf die Bereiche eingeschränkt, in denen Messpunkte mit dem weiteren Sensor ermittelt wurden. Beispielhaft werden mit einem taktilen oder taktil-optischen Sensor lediglich Punkte auf vier Mantellinien eines Zylinders gemessen, zum Beispiel durch Scanning. Aus den jeweils gegenüberliegenden Mantellinien werden Ausgleichsebenen berechnet, die als Sollgeometrie dienen. Wird nun die Menge der mit dem Computertomografiesensor gemessenen Oberflächenpunkte mit diesen Ebenen geschnitten, werden die Punkte selektiert, die zur Auswertung verwendet werden, also zur Messung des Zylinders.
Die so selektierten Punkte liegen also im gleichen Bereich vor. Diese gleichartige Punktestruktur ermöglicht eine weitere Möglichkeit, nämlich die Nutzung der Messergebnisse eines genaueren weiteren Sensors zu Korrektur der Computertomografiemessergebnisse. Hierbei werden beispielsweise nur die Messpunkte korrigiert, die im gleichen Bereich mit den beiden oder mehreren Sensoren gemessen worden, also räumlich einander zugeordnet sind. Es können aber auch Messpunkte korrigiert werden, die in einer vorgebbaren Umgebung der mit dem weiteren Sensor erzeugten Korrekturmesspunkte liegen. Die Korrektur erfolgt dann entsprechend der in der WO 2008128978 A2 beschriebenen Verfahren. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Messergebnisse verbessern. Insbesondere bei Serienmessung gleicher Teile müssen die Korrekturpunkte mit dem oder den weiteren Sensoren nur einmalig an einem Meisterteil bestimmt werden und können dann für die Korrektur der Messergebnissen der weiteren Teile der Serie, die nur schnell mit dem Computertomografiesensor gemessen werden brauchen, verwendet werden.
Weitere Voraussetzung für hohe Genauigkeiten ist, dass das Merkmal in einer günstigen Position im Messstrahl des Computertomografiesensors angeordnet und ausgerichtet ist. Hierzu ist zumeist der größtmögliche Abbildungsmaßstab einzustellen. Dies ist dann der Fall, wenn das Merkmal, wie beispielsweise das Spritzloch einer Einspritzdüse möglichst nahe an der Strahlenquelle angeordnet ist, wobei es trotzdem noch in allen Drehstellungen vollständig auf den Detektor abgebildet wird.
Neben der Position spielt auch die Drehlage eine wichtige Rolle, insbesondere, wenn in dieser Lage mehrere gleiche Werkstücke nacheinander oder das Werkstück mit dem weiteren Sensor gemessen wird. Die Drehlage dient damit als Basis für die Ausrichtung der vorliegenden Koordinatensysteme und muss auch bei Serienmessung reproduzierbar eingestellt werden. Hierbei wird also der zu messende Bereich des Werkstücks, beispielsweise das Spritzloch einer Einspritzdüse, in eine definierte Lage gebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch Aufbringen des Werkstücks in einer Aufspannvorrichtung am drehbaren Teil der mechanischen Drehachse, die beispielsweise eine Passung enthält, um das Werkstück reproduzierbar an der gleichen Position und Lage anzuordnen. Erfindungsgemäß ist zusätzlich am drehbaren Teil der mechanischen Drehachse ein Ausrichtelement angebracht. Diese besteht beispielhaft aus einem oder zwei Zylinderstiften, die parallel zur Richtung der Drehachse verlaufen. Die senkrechte Verbindungslinie zwischen beispielsweise den zwei Zylinderachsen der Stifte bildet beispielhaft eine Richtung, die auf eine vordefinierte Achsrichtung, zum Beispiel der y-Achse des Koordinatenmessgerätes, eingedreht werden kann. Aber auch mit einem einzelnen Zylinderstift kann eine Ausrichtung erfolgen. Hierzu wird beispielsweise die senkrechte Verbindungslinie zwischen den Zylinderachsen des einen Zylinderstiftes und einem weiteren zylindrischen Element zur Befestigung des Werkstücks, beispielsweise einem zylindrischen Passstifte oder einer zylindrischen Öffnung zur Werkstückaufnahme, welches ebenso parallel zur Richtung der Drehachse bzw. in diesem Fall möglichst deckungsgleich mit dieser verläuft, bestimmt. Das Eindrehen dieser Verbindungslinie kann wiederum auf die y-Achse, aber auch auf eine zur y-Achse und der Richtung der Drehachse, die beispielhaft in x-Richtung verläuft, senkrecht verlaufenden Achse, also die z-Achse, erfolgen.
Das Ausrichtelement kann zudem zur Definition bzw. zum Abgleich der Koordinatensysteme auch mit den weiteren Sensoren gemessen werden. Um eine reproduzierbar gleiche Aufspannung zumindest teilweise rotationssymmetrischer Werkstücke wie Einspritzdüsen zu ermöglichen bzw. die Drehlage eindeutig zu erkennen, enthalten solche Werkstücke zumeist eindeutig zuordenbare Geometriemerkmale wie Markierungen, beispielsweise Lasermarkierungsstriche oder ähnliches, oder Nuten, meist im Außenbereich oder exzentrische Bohrungen. Hierdurch wird die Orientierung bzw. Drehlage in der Aufspannung festgestellt und kann in Bezug zu der durch die Ausrichtelemente definierten Achse gesetzt werden. Hierdurch kann also das Werkstück entsprechend seiner Markierung immer in die gleiche Drehlage eingedreht werden bzw. wird der Winkelversatz zur Koordinatentransformation in ein einheitliches Koordinatensystem verwendet. Die Drehlage kann vor dem Start der Computertomografiemessung einheitlich eingestellt werden, indem immer die Ausrichtelemente oder die Markierungen am Werkstück in die gleiche Drehlage, die sogenannte Startdrehlage gebracht werden. Hierzu sind vorab Messungen mit dem Computertomografiesensor und/oder weiteren Sensoren möglich, auch Vorlaufmessungen genannt. Das Anordnen in der richtigen Position und Drehlage bzw. die Berücksichtigung der Drehlage für die Anpassung der Koordinatensysteme kann, beispielsweise bei Serienmessungen, automatisch, zum Beispiel innerhalb eines CNC-Laufes, erfolgen. Sind am Werkstück keine mit der Computertomografie erfassbaren Markierungen wie Abflachungen vorhanden oder keine Lasermarkierungen bzw. kein weiterer Sensor zur Erfassung der Lasermarkierungen, so sind zumeist zwei zusätzliche außermittige Innenbohrungen am Werkstück angebracht, wie beispielsweise bei Einspritzdüsen. In diesem Fall werden die Ausrichtelemente als Befestigungsmittel für das Werkstück verwendet. Diese liegen außermittig zur Drehachse derart, dass das zylindrische Werkstück in der Drehachsmitte angeordnet wird. Dadurch ist die Drehlage des Werkstücks reproduzierbar gleich einstellbar und das Werkstückkoordinatensystem bekannt.
Eine weitere Voraussetzung für genaues Messen ist die genaue Kenntnis des Abbildungsmaßstabes an exakt der Position, in der der zu messende Bereich angeordnet ist. Hierzu wird erfindungsgemäß der zur Ermittlung des Abbildungsmaßstabes verwendete Einmesskörper, beispielsweise eine kalibrierte Kugel, an genau dieser Stelle angeordnet und der Abbildungsmaßstab ermittelt, vorzugsweise durch Vergleich des kalibrierten Durchmessers mit dem mit dem Computertomografiesensor bestimmten Durchmesser.
Erfindungsgemäß werden weitere Maßnahmen zur Erzielung optimaler Messergebnisse mit dem Computertomografiesensor bei der Messung von Einspritzdüsen ergriffen. Diese sind eine Artefaktkorrektur, insbesondere eine Korrektur der Strahlaufhärtung, die Verwendung von Brennfleckdurchmessern der Strahlungsquelle von kleiner als etwa 10 μm, die Anordnung eines Strahlfilters, vorzugsweise aus Gold und mit einer Dicke von etwa 0,1 mm, vor der Strahlungsquelle, die Einstellung der Spannung einer Röntgen-Strahlungsquelle auf etwa 190 kV bis 200 kV und die Messung mit dem Computertomografiesensor während der Drehung der mechanischen Drehachse. Erfindungsgemäß wird eine oder mehrere dieser Maßnahmen ergriffen.
Zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems wird zudem im Wesentlichen eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Werkstück oder Werkzeug zumindest bestehend aus einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generierbar sind, dient, wobei am drehbaren Teil der mechanischen Drehachse eine Aufspannvorrichtung befestigt ist, die Mittel zur Befestigung des Werkstücks wie Einspritzdüse und Mittel zur Befestigung eines Ausrichtelementes enthält, wobei das Ausrichtelement von der Computertomografiesensorik, aber vorzugsweise auch von weiteren Sensoren erfassbar sind.
Zumeist werden Werkstücke auf zylindrische Passstifte aufgesetzt oder in Spannfutter eingespannt, also am Innenbereich oder am Außenbereich aufgenommen. Hierdurch wird eine reproduzierbare Lage und Orientierung und gegebenenfalls Zentrierung erreicht. Im Falle von Einspritzdüsen wird der zentrische Innenzylinder der Düse auf einen zumeist mittig auf der mechanischen Drehachse angeordneten Passstift aufgesetzt. Aber auch das Einsetzen über den Außenzylinders in eine zylindrische Öffnung ist möglich. Zudem enthält das Werkstück zur Identifizierung der Drehlage zumeist eine Markierung wie Lasermarkierungsstriche oder Nut, meist im Außenbereich oder exzentrische Bohrungen. Hierdurch kann die Drehlage zumindest grob eingestellt werden. Durch das Einmessen mittels Vorlaufmessung ist eine Feinausrichtung möglich.
Die ebenso auf der mechanischen Drehachse angebrachten Ausrichtelemente sind möglichst aus dem gleichen Material, wie das zu messende Werkstück hergestellt, bzw. aus einem Material annährend gleicher Dichte, genauer gesagt gleicher Massenzahl. Hierdurch entsteht eine etwa gleiche Schwächung der Messstrahlung und es kann leicht eine Einstellung der Strahlungscharakteristik der Röntgenquelle, also Beschleunigungsspannung, Strom und gegebenenfalls mechanische Vorfilter, gefunden werden, mit der Werkstück und Ausrichtelement kontrastreich bzw. überhaupt durchstrahlt werden können.
Um die Einmessung des Abbildungsmaßstabes an der gleichen Position, an der später das Messobjekt angeordnet wird, vorzunehmen, wird für die Befestigung des Einmesskörpers die gleiche Aufspannvorrichtung verwendet wie für das später zu messende Werkstück. Hierzu wird die Einmesskugel beispielsweise auf den selben Passstift wie eine Einspritzdüse aufgesetzt, gegebenenfalls indirekt über einen Adapter.
Die Erfindung zeichnet sich aus, durch ein Verfahren zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, wobei zur Bestimmung der Geometriemerkmale Oberflächenmesspunkte verwendet werden, die aufgrund vorgebbarer Regeln den zu bestimmenden Geometriemerkmalen zugeordnet werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Oberflächenmesspunkte verwendet werden, die innerhalb eines maximal vorgebbaren Abstandes A, vorzugsweise A ≤ 100 μm, insbesondere A ≤ 50 μm, zu einer Sollgeometrie liegen.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Auswahl der zur Bestimmung der Geometriemerkmale zu verwendenden Oberflächenmesspunkte unter Berücksichtigung des Oberflächenvektors der Sollgeometrie erfolgt.
Nach einem besonders hervorzuhebenden eigenerfinderischen Vorschlag ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, wobei eine oder mehrere zueinander schräg im Raum liegende Merkmale wie Bohrungen gemessen werden, vorzugsweise auf die Symmetrieachse des Objektes bezogen.
Besonders hervorzuheben ist, dass zumindest Höhen- und/oder Seitenwinkel und/oder Lage im Raum und/oder Durchmesser und/oder Durchmesserverlauf und/oder Rauheit bestimmt werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass mit der Computertomografiesensorik und/oder zumindest einem weiteren Sensor, vorzugsweise taktilen oder optischen oder taktil-optischen Sensor, einer oder mehrere Bereiche, vorzugsweise Spritzlöcher, von Einspritzdüsen gemessen werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Sollmaße und/oder Sollgeometrie der Merkmale durch Messung eines Meisterteils festgelegt bzw. kalibriert werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Sollgeometrie aus einem oder mehreren geometrischen Elementen wie Gerade, Geradenabschnitt, Kreis, Kreisabschnitt, Kugel, Kugelabschnitt, Zylinder, Zylinderabschnitt, Kegel, Kegelabschnitt, Torus, Torusabschnitt besteht, und nicht durch ein vorab vorhandenes CAD-Modell festgelegt wird, vorzugsweise durch die geometrischen Elemente zumindest ein CAD-Element der Sollgeometrie definiert wird.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Sollgeometrie durch zumindest einen Parametersatz festgelegt wird, der vorzugsweise besteht aus drei Raumkoordinaten (x, y, z) und/oder zumindest einer Winkellage (phi, theta) bzw. Achslage (dx, dy, dz) und/oder Ebene (x, y, z, dx, dy, dz) und/oder weiteren im Raum definierten und vorzugsweise in ihrer Ausdehnung begrenzten geometrischen Elemente, vorzugsweise durch den Parametersatz geometrische Elemente und/oder CAD-Elemente der Sollgeometrie definiert werden.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die für die Festlegung der Sollgeometrie zu verwendenden geometrischen Elemente manuell zumindest grob durch den Bediener definiert werden und vorzugsweise anschließend eine genauere Bestimmung durch ein Computerprogramm mittels folgender Schritte erfolgt:

– Verwendung des grob bestimmten geometrischen Elementes zur vorläufigen Selektion der Oberflächenpunkte
– Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes aus den selektierten Oberflächenpunkten, wobei die Art des Ausgleichselementes dem des manuell bestimmten geometrischen Elementes entspricht
– Anpassung des manuellen geometrischen Elementes an das geometrische Ausgleichelement
– Verwendung des angepassten manuellen geometrischen Elementes zur endgültigen Selektion der Oberflächenpunkte.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass geometrische Elemente aus Messpunkten des weiteren Sensors berechnet werden, dessen Messpunkte durch Ausrichten und/oder durch Einmessen des weiteren Sensors zur Computertomografiesensorik, in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass als weiterer Sensor ein Sensor eingesetzt wird, der zusammen mit der Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert ist.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Geometriemerkmale mit der Computertomografiesensorik und einem weiteren Sensor mit gleicher Messstrategie gemessen werden, wobei vorzugsweise für den weiteren Sensor die Messpunkte zur Auswertung verwendet werden, die zur Berechnung des geometrischen Elementes zur Festlegung der Sollgeometrie verwendet worden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Messpunkte des weiteren Sensors zur Korrektur jeweils der Messpunkte der Computertomografiesensorik verwendet werden, die den Messpunkten des weiteren Sensors räumlich zugeordnet sind, vorzugsweise in einem vorgebbaren Maximalabstand zu den Messpunkten des weiteren Sensors liegen, wobei vorzugsweise die Messpunkte der Computertomografiesensorik korrigiert werden, die mit Hilfe der Sollgeometrie ausgewählt wurden, die aus den geometrischen Elementen gebildet wurde, welche aus den Messpunkten des weiteren Sensors berechnet worden und zur Korrektur diese Messpunkte des weiteren Sensors verwendet werden.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass der am Objekt zu messende Bereich, vorzugsweise Spritzloch einer Einspritzdüse, vorzugsweise automatisch, in der geeignete Stellung zwischen Strahlenquelle und Detektor, vorzugsweise möglichst nahe der Strahlenquelle, angeordnet wird, so dass der zu messende Bereich in allen Drehstellungen vollständig auf dem Detektor abgebildet wird.
Besonders hervorzuheben ist, dass vor der Messung mit der Computertomografiesensorik die Drehstellung der mechanischen Drehachse, vorzugsweise automatisch, so eingestellt wird, dass der am Werkstück zu messende Bereich, vorzugsweise Spritzloch einer Einspritzdüse, in einer vorab definierten Lage angeordnet ist, vorzugsweise indem ein auf der mechanischen Drehachse angeordnetes Ausrichtelement, wie parallel zur Drehachse verlaufende Zylinderstifte, und/oder eine Markierung am Werkstück mit dem Computertomografiesensor und/oder einem weiteren Sensor erfasst wird.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Abbildungsmaßstab der Computertomografiesensorik mit einem Einmesskörper, vorzugsweise kalibrierter Kugel, bestimmt wird, der an der gleichen Stelle angeordnet wird, wie der später zu messende Bereich des Werkstücks.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Abweichungen in der Relativposition der mechanischen Drehachse zur restlichen Computertomografiesensorik erkannt werden, indem die Lage eines Driftkörpers wie Driftkugel bestimmt wird, und die Abweichungen korrigiert werden, vorzugsweise durch Positionierung der mechanischen Drehachse und/oder der Strahlenquelle und/oder des Detektors mittels mechanischer Bewegungsachsen und/oder durch Verschiebung der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Lage des Driftkörper mittels eines der weiteren Sensoren, vorzugsweise optischen Sensors, besonders bevorzugt Bildverarbeitungssensors, und/oder an mit dem Computertomografiesensor aufgenommenem Durchstrahlungsbild bestimmt wird, wobei die Messung in einer oder mehreren festgelegten Drehstellungen der mechanischen Drehachse, vorzugsweise Startdrehstellung, oder mittels Umschlagmethode in jeweils zwei 180° versetzten Drehstellungen erfolgt Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass für die Messergebnisse des Computertomografiesensors und vorzugsweise weiterer Sensoren ein Koordinatensystem, vorzugsweise gemeinsames Koordinatensystem festgelegt wird, indem zumindest eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Achse durch ein auf der mechanischen Drehachse angeordnetes Ausrichtelement, wie parallel zur Drehachse verlaufende Zylinderstifte, definiert wird, indem das Ausrichtelement mit dem Computertomografiesensor und/oder den weiteren Sensoren erfasst wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass für die Messergebnisse des Computertomografiesensors und vorzugsweise weiterer Sensoren ein Koordinatensystem, vorzugsweise gemeinsames Koordinatensystem festgelegt wird, indem eine Markierung am Objekt mit dem Computertomografiesensor und/oder den weiteren Sensoren erfasst wird.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass nacheinander mehrere gleiche Objekte bzw. Bereiche an den Objekten, vorzugsweise Einspritzdüsen, gemessen werden, vorzugsweise durch Anordnung in gleicher Orientierung und Lage in einer Aufspannvorrichtung.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass bei der Messung einer Einspritzdüse:

– eine manuelle oder automatische Artefaktkorrektur, insbesondere Strahlaufhärtungskorrektur, für den Computertomografiesensor erfolgt und/oder
– der Brennfleck der Strahlungsquelle auf einen Durchmesser kleiner als etwa 10 μm eingestellt wird und/oder
– vor der Strahlungsquelle ein Strahlfilter, vorzugsweise aus Gold und mit einer Dicke von etwa 0,1 mm, eingesetzt wird und/oder
– die Spannung einer Röntgen-Strahlungsquelle auf etwa 190 kV bis 200 kV eingestellt wird und/oder
– die Messung mit dem Computertomografiesensor während der Drehung der mechanischen Drehachse erfolgt.

Die Erfindung zeichnet sich auch aus, durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest bestehend aus einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generierbar sind, wobei am drehbaren Teil der mechanischen Drehachse eine Aufspannvorrichtung befestigt ist, die Mittel zur Befestigung des Objektes und Mittel zur Befestigung eines Ausrichtelementes und/oder Driftkörpers enthält, wobei das Ausrichtelement und/oder der Driftkörper von der Computertomografiesensorik und/oder einem weiteren Sensor erfassbar ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Mittel zur Befestigung des Objektes zylinderförmig ausgeprägt ist und vorzugsweise eine Passung und/oder Zentrierung enthält, vorzugsweise zur Befestigung einer Einspritzdüse am Innenzylinder oder am Außenzylinder.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Ausrichtelement aus einem oder zwei zylindrischen Stiften besteht, die vorzugsweise parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, wobei die Ausrichtelemente vorzugsweise als die Mittel zur Befestigung des Objektes dienen.
Die Erfindung ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement aus einem Material gleicher Dichte oder annährend gleicher Dichte besteht, wie das Objekt, vorzugsweise aus Stahl.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Mittel zur Befestigung des Objekts ausgebildet sind, um einen Einmesskörper aufzunehmen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Befestigung des Driftkörpers durch Anordnen in einem Material, vorzugsweise Schaum, erfolgt, das die Messstrahlung des Computertomografiesensors im Vergleich zum Driftkörper weniger schwächt, bevorzugt maximal 50% der Schwächung des Driftkörpers resultiert.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass die Befestigung des Driftkörpers durch Anordnen in einer Öffnung derart erfolgt, dass in zumindest einer Drehstellung der mechanischen Drehachse der Driftkörper durch den weiteren Sensor, vorzugsweise einen taktilen Sensor oder einen Bildverarbeitungssensor im Auflicht oder Durchlicht, erfassbar ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Computertomografiesensorik und vorzugsweise zumindest ein weiterer Sensor in einem Koordinatenmessgerät integriert sind.
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 eines den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Anordnung aus Computertomografiesensor, weiterem Sensor und dem zu messenden Werkstück sowie Zubehör der Aufspannvorrichtung,
2 eine besondere Ausgestaltung eines Ausschnittes der erfindungsgemäße Anordnung und
3 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Schritte bei der Auswertung von Merkmalen.
Die 1 zeigt einen Computertomografiesensor bestehend aus der Strahlenquelle 1, hier einer Röntgenstrahlenquelle, einen Strahlendetektor 2 und eine mechanischen Drehachse 30, deren drehbarer Teil 32 in Richtung eines mit 3 bezeichneten Pfeiles, also um eine zur x-Achse, dargestellt durch den mit x bezeichneten Pfeil, parallele Achse drehbar ist.
Die mechanische Drehachse 30 kann zudem entlang der Pfeile x, y und z in allen mechanischen Bewegungsachsen bewegt werden, um ein auf der mechanischen Drehachse 30 befindliches Werkstück 4 relativ zur restlichen Computertomografiesensorik in die gewünschte Lage zu bringen. Die Bewegungsachsen sind hierzu durch ein CNC-Steuerprogramm positionierbar. X, Y, Z sind die Achsen eines Koordinatensystems, insbesondere kartesischen Koordinatensystems.
Weiterhin dargestellt ist eine auf der mechanischen Drehachse 30, d. h. deren drehbarem Teil 32 befindliche Aufspannvorrichtung 5, beispielsweise ein Spannfutter, die das Werkstück 4 trägt. Das Werkstück 4 ist dabei am Innenzylinder 7, welcher in der Figur gestrichelt angedeutet dargestellt ist, passgenau auf Befestigungsmittel 6, beispielsweise einen zentriert in das Spannfutter einbrachten Zylinderstift, aufgesteckt. Hierdurch wird die Lage des Werkstücks reproduzierbar definiert. Um auch die Drehlage des Werkstücks 4 zu erkennen und einzustellen, ist zumeist am Außenzylinder des Werkstücks 4 eine Markierung 11, z. B. eine Lasermarkierung vorgesehen. Diese ist beispielsweise eine kurze in Richtung des Pfeiles x verlaufende Linie, die zur Grobausrichtung durch den Bediener erkannt werden kann. Zur Feinausrichtung wird die Lasermarkierung mit einem optischen Sensor erfasst und durch Drehen der mechanischen Drehachse 30 in eine vorgegebene Solllage gebracht. Es existieren jedoch auch Werkstücke wie Benzineinspritzdüsen, bei denen der zylindrische Umfang auf einer definierten Seite abgeflacht ist. Die Bestimmung der Drehlage des Werkstücks erfolgt dann anhand der mit dem Computertomografiesensor bestimmten Messpunkte an der Abflachung, beispielsweise durch Einpassen einer Ebene in die Messpunkte der Abflachung. In einer dritten Ausprägung werden Werkstücke wie Einspritzdüsen 4 mit zwei außermittigen Innenbohrungen 7 gefertigt. Dies zeigt 2, insbesondere Bezugszeichen 7, welche einen Ausschnitt von 1, jedoch in dieser besonderen Ausprägung darstellt. Für diesen Fall werden Ausrichtelemente 9, beispielsweise zwei Zylinderstifte, als Befestigungsmittel für das Werkstück verwendet. Diese liegen außermittig zur Drehachse derart, dass das zylindrische Werkstück in der Drehachsmitte angeordnet wird.
Ein nicht dargestellter Einmesskörper kann ebenso an dem Befestigungsmittel 6 befestigt werden, beispielsweise indem er ebenso eine zum Zylinderstift passende Passung enthält. Hierdurch kann der Abbildungsmaßstab an genau der Position bestimmt werden, in der sich bei der eigentlichen Messung das Werkstück 4 befindet.
Auf der mechanischen Drehachse 30, vorzugsweise auf deren drehbaren Teil 32, dargestellt befinden sich zudem Ausrichtelemente 9, exzentrisch zur Mitte der Aufspannvorrichtung 5, hier beispielhaft direkt auf der Aufspannvorrichtung 5 befestigt. Eine Anordnung direkt auf dem drehbaren Teil 32 der mechanischen Drehachse 30 ist ebenso möglich. Beispielhaft sind zwei Ausrichtelemente 9 in y-Richtung, also entlang des Pfeiles y, versetzt angeordnet. Sie besitzen beide eine zylindrische Form, wobei sich die Zylinderachse parallel zum Pfeil x, also parallel zur Richtung, um die sich der drehbare Teil 32 der mechanischen Drehachse 30 dreht, also um die Drehachse, erstreckt. Durch Drehen der mechanischen Drehachse 30 können die Ausrichtelemente 9 genau in y-Richtung versetzt eingedreht werden und definieren die y-Achse der Vorrichtung. Die Erfassung der Lage der Ausrichtelemente erfolgt hierzu mit dem Computertomografiesensor oder, sofern vorhanden, mit dem weiteren Sensor 10. Werden die Ausrichtelemente 9 anschließend auch zur Befestigung des Werkstücks 4 verwendet, ist die Drehlage des Werkstücks 4 somit reproduzierbar gleich einstellbar und das Werkstückkoordinatensystem bekannt.
In die Aufspannvorrichtung 5 integriert dargestellt ist zudem ein Driftkörper 12, hier beispielhaft in Form einer Kugel. Diese ist in eine Öffnung 13 der Aufspannvorrichtung 5 angeordnet und damit durch einen weiteren Sensor 10 in einer oder zwei Drehstellungen der mechanischen Drehachse 30 messbar. Im Detail wird die Befestigung so ausgeführt, dass die Kugel nur an drei bis vier Stellen am Umfang befestigt ist, so dass die Messung am freien Umfang erfolgen kann. Hierdurch ist auch eine Messung mit einem Bildverarbeitungssensor im Auflicht oder Durchlicht möglich. Eine entsprechende, hier nicht dargestellte Durchlichteinrichtung wird erfindungsgemäß zusätzlich an der mechanischen Drehachse 30 befestigt. Alternativ oder zusätzlich wird der Driftkörper 12 mit dem Computertomografiesensor gemessen. Hierzu ist der Driftkörper 12 in einem Material wie Schaum angeordnet, das die Messstrahlung deutlich geringer absorbiert als der Driftkörper 12 selbst. Der Schaum ist beispielsweise in der Öffnung 13 angeordnet. In beiden Fällen wird die Position des Driftkörpers 12, beispielsweise die Lage des Mittelpunktes der Driftkugel ermittelt. Mittels des Computertomografiesensors erfolgt diese Messung an einem Durchstrahlungsbild, bzw. mittels Umschlagsmessung an zwei 180° versetzten Durchstrahlungsbildern, ohne dass eine Rekonstruktion erforderlich ist, wobei bevorzugt Bildverarbeitungsmethoden eingesetzt werden.
Die Position des Driftkörpers 12 wird mehrfach zwischen den verschiedenen Messungen bestimmt, wodurch Verlagerungen zwischen der mechanischen Drehachse 3 und damit des Werkstücks 4 bzw. der weiteren auf der mechanischen Drehachse 3 angeordneten Elemente 5, 6, 9, 11 zum Detektor 2 bzw. der Röntgenquelle 1 erkannt und korrigiert werden.
Beispielhaft ist der weitere Sensor 10 eingezeichnet, der im Ausführungsbeispiel ein taktiler Sensor ist. Der Computertomografiesensor bzw. dessen Bestandteile sowie der weitere Sensor 10 sind entsprechend der eingezeichneten Pfeile positionierbar. Das Vorhandensein von Bewegungsachsen ist gemeinsam mit der Fähigkeit, Positionen für Messpunkte zu ermitteln, Kennzeichen für das Vorliegen eines Koordinatenmessgerätes.
Der zu messende Bereich des Werkstücks 4, hier eine Einspritzdüse, ist mit 8 bezeichnet und umfasst beispielhaft Einspritzlöcher, welche in der Figur nicht dargestellt sind. Der Bereich 8 wird hierzu möglichst nahe, in Richtung des Pfeiles z, an die Strahlenquelle 1 positioniert, um eine möglichst hoch vergrößerte Abbildung auf dem Detektor 2 und damit hohe Auflösung und Genauigkeit zu erreichen. Es darf beim Drehen des Werkstücks 4 jedoch nicht zu Kollisionen mit beispielsweise der Strahlenquelle 1 kommen und der Bereich 8 muss stets vollständig auf den Detektor 2 abgebildet werden. Hierbei kann der Bereich 8 auch in Teilbereiche zerlegt werden, die nacheinander gemessen werden. Die Teilmessergebnisse werden anschließend zusammengesetzt. Entsprechende Verfahren sind unter dem Begriff Rastertomografie oder Tomografie „Am-Bild” bekannt.
Soll auch die Lage der Ausrichtelemente 9 Berücksichtigung finden, müssen diese mit zumindest einem Sensor messbar sein. Liegt kein weiterer Sensor 10 vor, werden die Ausrichtelemente erfindungsgemäß durch den Computertomografiesensor erfasst, wodurch die Position des Werkstücks entsprechend etwas weiter entfernt von der Strahlenquelle eingestellt werden muss, damit auch die Ausrichtelemente 9 in allen Drehlagen auf den Detektor 2 abgebildet werden. Alternativ kann für die Bestimmung der Position der Ausrichtelemente 9 eine gesonderte Messung durchgeführt werden. Zudem sollten die Ausrichtelemente 9 aus dem gleichen Material, wie der zu messende Bereich 8 hergestellt sein, um erwähntermaßen eine kontrastreiche Durchstrahlbarkeit zu gewährleisten.
Sollen Messdaten, aufgenommen mit dem Computertomografiesensor und aufgenommen mit dem weiteren Sensor 10 kombiniert werden, wird der zu messende Bereich 8 und gegebenenfalls die Ausrichtelemente 9 mit beiden Sensoren nacheinander erfasst. Hierdurch besteht die Möglichkeit, Messdaten im gleichen Koordinatensystem zu erzeugen. Die Drehlage des Werkstücks 4 wird durch Messung der Markierung 11 mit dem weiteren Sensor 10 genau ermittelt, da Lasermarkierungen unter Umständen mit dem Computertomografiesensor nicht genau genug gemessen werden können, oder ist durch das Befestigen des Werkstücks 4 an den Ausrichtelementen 9 definiert.
Die Kombination der Messdaten, erfolgt wie bereits beschrieben, auf mehreren Wegen. Zum einen können die Messdaten des weiteren Sensors verwendet werden, um eine Korrektur der Computertomografieergebnisse vorzunehmen, es können aber auch Merkmale nur mit jeweils einem Sensor gemessen und die Ergebnisse beispielsweise zu Abständen oder Winkeln verknüpft werden. Erfindungsgemäß sind die Messdaten des weiteren Sensors 10 auch verwendbar, um die Sollgeometrie zur Auswahl der zur Auswertung zu verwendenden Messpunkte des Computertomografiesensors festzulegen.
Das erfindungsgemäße Vorgehen bei der Auswertung von Merkmalen ist in 3 dargestellt. Es gliedert sich in die folgenden Schritte:

a) Aufspannung des Werkstücks 4 in der Aufspannvorrichtung 5b
b) Ausrichten der Drehlage des Werkstücks
c) Computertomografische Messung
d) Grobselektion von Messpunkten (Teilschritte d1 bis d6)
e) Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes
f) Feinselektion von Messpunkten
g) Berechnung des endgültigen Ausgleichselementes und der Maße des Merkmals

Die Schritte werden im Folgenden näher erläutert.
Schritt a) umfasst die Anordnung des Werkstücks 4 auf der Aufspannvorrichtung 5, beispielsweise durch Aufstecken eines Innenzylinders 7 auf eine Passung 6 oder zweier nicht dargestellter zusätzlicher außermittiger Innenzylinder am Werkstück 4 auf die Ausrichtelemente 9.
Im Schritt b) wird die Drehlage des Werkstücks eindeutig und für spätere Messungen des selben oder gleicher Teile wiederholbar eingestellt. Hierzu wird entweder eine am Werkstück 4 befindliche Markierung 11 durch den weiteren Sensor erfasst, oder eine seitliche Abflachung am Bauteil durch den Computertomografiesensor oder das Werkstück an den Ausrichtelementen 9 befestigt und die mechanische Drehachse in die entsprechend vordefinierte Drehstellung gebracht.
Der Schritt c) umfasst die computertomografische Messung und Ermittlung der Vielzahl von Oberflächenmesspunkten.
Im Schritt d) erfolgt die Grobselektion von Messpunkten die im Schritt e) für die Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes verwendet werden sollen. Der Schritt d) gliedert sich dabei in die folgenden Teilschritte d1 bis d6.
Der Schritt d1) stellt eine von drei alternativen Möglichkeiten dar, um ein sogenanntes CAD-Element (Teilschritt d5)) zu erzeugen, dass im Schritt d6) zur eigentlichen Grobselektion von Messpunkten verwendet wird. Im Schritt d1) werden dazu sogenannte Handelemente erzeugt. Diese sind geometrische Grundelemente wie beispielsweise Kreis, Zylinder, Ebene oder Kegel bzw. Teile dieser. Sie werden aus vorhandenen Parametern, beispielsweise aus einer 2D-Zeichnung oder einer Tabelle mit Maßen des Werkstücks und deren Lage, durch den Bediener manuell erzeugt und besitzen eine begrenzte Ausdehnung auf die Sollgeometriegröße des Werkstücks. Die Parameter enthalten beispielsweise im Fall einer Einspritzdüse die genauen Spritzlochgeometrien bzw. die Lage eines oder mehrerer Spritzlöcher aus drei Raumkoordinaten (x, y, z) und zumindest einer Winkellage (phi, theta) bzw. Achslage (dx, dy, dz) oder aus einer Ebene (x, y, z als Punktinformation und dx, dy, dz als Ebenen-Normalenvektor) und gegebenenfalls aus weiteren im Raum definierten und vorzugsweise in ihrer Ausdehnung begrenzten geometrischen Elemente. Mit diesen Solldaten wie Winkellagen, Positionen und Durchmessern bzw. Durchmesserverläufen, werden die Handelemente erzeugt. Beispielsweise ist ein solches Handelement ein räumlich begrenzter Zylinder und stellt die Sollgeometrie eines einzelnen Spritzlochs einer Einspritzdüse dar.
In dem ersten alternativen Vorgehen zu d1), werden im Teilschritt d2) einzelne Messpunkte selektiert und im Teilschritt d4) mittels computerunterstützter Ausgleichrechnung ein Ausgleichselement aus diesen Messpunkten berechnet. Die Selektion der einzelnen Messpunkte erfolgt durch den Bediener manuell, indem er Bereiche am Werkstück auswählt, die mit Sicherheit nur zu dem betreffenden geometrischen Element bzw. Merkmal gehören. Um wiederum eine räumliche Begrenzung zu erreichen, werden beispielsweise Messpunkte benachbarter Bereiche gemessen und aus diesen geometrische Ausgleichselemente bestimmt. Beispielsweise kann ein Zylinder durch die begrenzenden Ebenen im Fall einer Durchgangsbohrung wie Spitzloch einer Einspritzdüse, begrenzt werden. Auch die Bildung von Schnittmengen von Geometrieelementen ist unter Umständen sinnvoll. So lässt sich beispielsweise ein Zylinderelement durch Schnittmengenbildung mit einem Kegelelement in seiner Länge auf einen Zylinderabschnitt begrenzen.
Die zweite Alternative umfasst die Messung einzelner Punkte mit dem weiteren Sensor (Teilschritt d3)), die nur zu dem betreffenden geometrischen Element bzw. Merkmal gehören. Anschließend wird wiederum im Schritt d4) ein Ausgleichselement berechnet und gegebenenfalls begrenzt.
Das in allen drei Alternativen berechnete CAD-Element (Teilschritt d5)) wird zur eigentlichen Grobselektion, einer vorläufigen Selektion, von Messpunkten verwendet (Teilschritt d6)). Hierdurch steht zunächst nur eine noch nicht vollständige Menge der zum Merkmal zugehörigen Messpunkten zur Verfügung.
Der danach durchzuführende Schritt e) umfasst die Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes aus den vorläufig selektierten Punkten. Die Art des geometrischen Ausgleichselementes entspricht vorzugsweise dem des manuell bestimmten geometrischen Elementes im Schritt d1) bzw. d4). Hierdurch ist es möglich, das berechnete CAD-Element (Teilschritt d5)) in seinen Abmessungen, Lage und Orientierung an das im Schritt e) berechnete geometrische Ausgleichselement anzupassen, wodurch die zuvor beschriebene Begrenzung erhalten bleibt, und im Schritt f) zur Feinselektion von Messpunkten zu verwendet.
Aus den fein selektierten Messpunkten wird im Schritt g) das endgültige Ausgleichselement und daraus das betreffende Maß des Merkmals wie beispielsweise Durchmesser eines Zylinders berechnet.
Die Schritte a) bis g) werden zunächst einmal zum Einlernen eines Messprogramms durch den Bediener geführt durchgeführt. Weitere Messungen gleicher Werkstücke, beispielsweise bei einer Serienmessung, verwenden dann das erstellte Messprogramm, wodurch ein Bedienereingriff, bis auf das Aufspannen und Starten des Messprogramms, entfällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008128978 A2 [0007, 0025]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Geometriemerkmale Oberflächenmesspunkte verwendet werden, die aufgrund vorgebbarer Regeln den zu bestimmenden Geometriemerkmalen zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenmesspunkte verwendet werden, die innerhalb eines maximal vorgebbaren Abstandes A, vorzugsweise A ≤ 100 μm, insbesondere A ≤ 50 μm, zu einer Sollgeometrie liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der zur Bestimmung der Geometriemerkmale zu verwendenden Oberflächenmesspunkte unter Berücksichtigung des Oberflächenvektors der Sollgeometrie erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug zumindest unter Verwendung einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle, mechanischer Drehachse und Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generiert werden, vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere zueinander schräg im Raum liegende Merkmale wie Bohrungen gemessen werden, vorzugsweise auf die Symmetrieachse des Objektes bezogen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Höhen- und/oder Seitenwinkel und/oder Lage im Raum und/oder Durchmesser und/oder Durchmesserverlauf und/oder Rauheit bestimmt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Computertomografiesensorik und/oder zumindest einem weiteren Sensor, vorzugsweise taktilen oder optischen oder taktil-optischen Sensor, einer oder mehrere Bereiche, vorzugsweise Spritzlöcher, von Einspritzdüsen gemessen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sollmaße und/oder Sollgeometrie der Merkmale durch Messung eines Meisterteils festgelegt bzw. kalibriert werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgeometrie aus einem oder mehreren geometrischen Elementen wie Gerade, Geradenabschnitt, Kreis, Kreisabschnitt, Kugel, Kugelabschnitt, Zylinder, Zylinderabschnitt, Kegel, Kegelabschnitt, Torus, Torusabschnitt besteht, und nicht durch ein vorab vorhandenes CAD-Modell festgelegt wird, vorzugsweise durch die geometrischen Elemente zumindest ein CAD-Element der Sollgeometrie definiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgeometrie durch zumindest einen Parametersatz festgelegt wird, der vorzugsweise besteht aus drei Raumkoordinaten (x, y, z) und/oder zumindest einer Winkellage (phi, theta) bzw. Achslage (dx, dy, dz) und/oder Ebene (x, y, z, dx, dy, dz) und/oder weiteren im Raum definierten und vorzugsweise in ihrer Ausdehnung begrenzten geometrischen Elemente, vorzugsweise durch den Parametersatz geometrische Elemente und/oder CAD-Elemente der Sollgeometrie definiert werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Festlegung der Sollgeometrie zu verwendenden geometrischen Elemente manuell zumindest grob durch den Bediener definiert werden und vorzugsweise anschließend eine genauere Bestimmung durch ein Computerprogramm mittels folgender Schritte erfolgt: – Verwendung des grob bestimmten geometrischen Elementes zur vorläufigen Selektion der Oberflächenpunkte – Berechnung eines geometrischen Ausgleichselementes aus den selektierten Oberflächenpunkten, wobei die Art des Ausgleichselementes dem des manuell bestimmten geometrischen Elementes entspricht – Anpassung des manuellen geometrischen Elementes an das geometrische Ausgleichelement – Verwendung des angepassten manuellen geometrischen Elementes zur endgültigen Selektion der Oberflächenpunkte.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass geometrische Elemente aus Messpunkten des weiteren Sensors berechnet werden, dessen Messpunkte durch Ausrichten und/oder durch Einmessen des weiteren Sensors zur Computertomografiesensorik, in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Sensor ein Sensor eingesetzt wird, der zusammen mit der Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Geometriemerkmale mit der Computertomografiesensorik und einem weiteren Sensor mit gleicher Messstrategie gemessen werden, wobei vorzugsweise für den weiteren Sensor die Messpunkte zur Auswertung verwendet werden, die zur Berechnung des geometrischen Elementes zur Festlegung der Sollgeometrie verwendet worden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte des weiteren Sensors zur Korrektur jeweils der Messpunkte der Computertomografiesensorik verwendet werden, die den Messpunkten des weiteren Sensors räumlich zugeordnet sind, vorzugsweise in einem vorgebbaren Maximalabstand zu den Messpunkten des weiteren Sensors liegen, wobei vorzugsweise die Messpunkte der Computertomografiesensorik korrigiert werden, die mit Hilfe der Sollgeometrie ausgewählt wurden, die aus den geometrischen Elementen gebildet wurde, welche aus den Messpunkten des weiteren Sensors berechnet worden und zur Korrektur diese Messpunkte des weiteren Sensors verwendet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der am Objekt zu messende Bereich, vorzugsweise Spritzloch einer Einspritzdüse, vorzugsweise automatisch, in der geeignete Stellung zwischen Strahlenquelle und Detektor, vorzugsweise möglichst nahe der Strahlenquelle, angeordnet wird, so dass der zu messende Bereich in allen Drehstellungen vollständig auf dem Detektor abgebildet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messung mit der Computertomografiesensorik die Drehstellung der mechanischen Drehachse, vorzugsweise automatisch, so eingestellt wird, dass der am Werkstück zu messende Bereich, vorzugsweise Spritzloch einer Einspritzdüse, in einer vorab definierten Lage angeordnet ist, vorzugsweise indem ein auf der mechanischen Drehachse angeordnetes Ausrichtelement, wie parallel zur Drehachse verlaufende Zylinderstifte, und/oder eine Markierung am Werkstück mit dem Computertomografiesensor und/oder einem weiteren Sensor erfasst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsmaßstab der Computertomografiesensorik mit einem Einmesskörper, vorzugsweise kalibrierter Kugel, bestimmt wird, der an der gleichen Stelle angeordnet wird, wie der später zu messende Bereich des Werkstücks.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abweichungen in der Relativposition der mechanischen Drehachse zur restlichen Computertomografiesensorik erkannt werden, indem die Lage eines Driftkörpers wie Driftkugel bestimmt wird, und die Abweichungen korrigiert werden, vorzugsweise durch Positionierung der mechanischen Drehachse und/oder des Detektors und/oder der Strahlenquelle mittels mechanischer Bewegungsachsen und/oder durch Verschiebung der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Driftkörper mittels eines der weiteren Sensoren, vorzugsweise optischen Sensors, besonders bevorzugt Bildverarbeitungssensors, und/oder an mit dem Computertomografiesensor aufgenommenem Durchstrahlungsbild bestimmt wird, wobei die Messung in einer oder mehreren festgelegten Drehstellungen der mechanischen Drehachse, vorzugsweise Startdrehstellung, oder mittels Umschlagmethode in jeweils zwei 180° versetzten Drehstellungen erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messergebnisse des Computertomografiesensors und vorzugsweise weiterer Sensoren ein Koordinatensystem, vorzugsweise gemeinsames Koordinatensystem festgelegt wird, indem zumindest eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Achse durch ein auf der mechanischen Drehachse angeordnetes Ausrichtelement, wie parallel zur Drehachse verlaufende Zylinderstifte, definiert wird, indem das Ausrichtelement mit dem Computertomografiesensor und/oder den weiteren Sensoren erfasst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messergebnisse des Computertomografiesensors und vorzugsweise weiterer Sensoren ein Koordinatensystem, vorzugsweise gemeinsames Koordinatensystem festgelegt wird, indem eine Markierung am Objekt mit dem Computertomografiesensor und/oder den weiteren Sensoren erfasst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mehrere gleiche Objekte bzw. Bereiche an den Objekten, vorzugsweise Einspritzdüsen, gemessen werden, vorzugsweise durch Anordnung in gleicher Orientierung und Lage in einer Aufspannvorrichtung.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung einer Einspritzdüse: – eine manuelle oder automatische Artefaktkorrektur, insbesondere Strahlaufhärtungskorrektur, für den Computertomografiesensor erfolgt und/oder – der Brennfleck der Strahlungsquelle auf einen Durchmesser kleiner als etwa 10 μm eingestellt wird und/oder – vor der Strahlungsquelle ein Strahlfilter, vorzugsweise aus Gold und mit einer Dicke von etwa 0,1 mm, eingesetzt wird und/oder – die Spannung einer Röntgen-Strahlungsquelle auf etwa 190 kV bis 200 kV eingestellt wird und/oder – die Messung mit dem Computertomografiesensor während der Drehung der mechanischen Drehachse erfolgt.
Vorrichtung zur Bestimmung der Geometrie einer Struktur an einem Objekt wie Werkstück oder Werkzeug (4) zumindest bestehend aus einer Computertomografiesensorik bestehend aus zumindest Strahlenquelle (1), mechanischer Drehachse (3) und Detektor (2), vorzugsweise Flächendetektor, wobei durch die Computertomografiesensorik, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenmesspunkte generierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass am drehbaren Teil (32) der mechanischen Drehachse (3) eine Aufspannvorrichtung (5) befestigt ist, die Mittel (6, 9) zur Befestigung des Objektes und Mittel zur Befestigung eines Ausrichtelementes (9) und/oder Driftkörpers (12) enthält, wobei das Ausrichtelement (9) und/oder der Driftkörper (12) von der Computertomografiesensorik und/oder einem weiteren Sensor (10) erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6, 9) zur Befestigung des Objektes zylinderförmig ausgeprägt ist und vorzugsweise eine Passung und/oder Zentrierung enthält, vorzugsweise zur Befestigung einer Einspritzdüse (4) am Innenzylinder oder am Außenzylinder.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (9) aus einem oder zwei zylindrischen Stiften besteht, die vorzugsweise parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, wobei die Ausrichtelemente (9) vorzugsweise als die Mittel (6, 9) zur Befestigung des Objektes dienen.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichtelement (9) aus einem Material gleicher Dichte oder annährend gleicher Dichte besteht wie das Objekt (4), vorzugsweise aus Stahl.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Befestigung des Objektes (4) ausgebildet sind, um einen Einmesskörper aufzunehmen.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Driftkörpers (12) durch Anordnen in einem Material, vorzugsweise Schaum, erfolgt, das die Messstrahlung des Computertomografiesensors im Vergleich zum Driftkörper weniger schwächt, bevorzugt maximal 50% der Schwächung des Driftkörpers resultiert.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Driftkörpers (12) durch Anordnen in einer Öffnung (13) derart erfolgt, dass in zumindest einer Drehstellung der mechanischen Drehachse (3) der Driftkörper (12) durch den weiteren Sensor (10), vorzugsweise einen taktilen Sensor oder einen Bildverarbeitungssensor im Auflicht oder Durchlicht, erfassbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografiesensorik und vorzugsweise zumindest ein weiterer Sensor (10) in einem Koordinatenmessgerät integriert sind.