DE102013108367A1

DE102013108367A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern bei einer Computertomografie

Info

Publication number: DE102013108367A1
Application number: DE102013108367.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Christoph; Ingomar Schmidt
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen aufgenommen werden. Dabei wird eine Computertomografiesensorik benutzt, die zumindest aus einer Strahlungsquelle, zumindest einem flächig ausgeführten Szintillator und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor besteht. Die vom Szintillator abgegeben Strahlung wird zumindest teilweise von dem Detektor erfasst. Dabei wird der vom optischen Detektor erfasste, die optische Strahlung abgebende Bereich des Szintillators in Größe und/oder Lage eingestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie.
Die Computertomografie bezieht sich vorzugsweise auf die Bestimmung dimensioneller Merkmale an einem Messobjekt, wobei aus der Vielzahl von aufgenommenen Durchstrahlungsbildern in unterschiedlichen Drehstellungen zwischen Messobjekt und Computertomografiesensorik, zumindest besteht und aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre, zumindest einem flächig ausgeführten Szintillator und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor, ein sogenanntes Voxelvolumen rekonstruiert wird und aus diesem Oberflächenmesspunkte generiert werden, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Ebenso können Auswertungen am Voxelvolumen durchgeführt werden, wie beispielsweise die bekannten Verfahren der Materialinspektion, zum Beispiel die Analyse von Materialinhomogenitäten, Einschlüssen bzw. Lunkern oder ähnlichem.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung und die Verwendung dieser Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren, wobei als Detektor für die Messstrahlung keine bereits fertig montierte Einheit aus einem Szintillator und einem optischen Detektor verwendet wird, wie dies zumeist nach dem Stand der Technik erfolgt, sondern Szintillator und optischer Detektor getrennt voneinander aufgebaut sind. Der Szintillator dient der Umwandlung der empfangenen Messstrahlung in optische Strahlung, die von einem optischen Detektor mit mehreren lichtempfindlichen Elementen wie beispielsweise einer CCD- oder CMOS-Kamera aufnehmbar ist. Um eine möglichst hohe Auflösung zu erzielen, sind Szintillatoren oftmals mit Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise vielen röhrenförmigen, die entstehende optische Strahlung leitenden Elementen versehen. Zusätzlich wird die erreichbare Auflösung aber auch durch die Auflösung des verwendeten optischen Detektors beeinflusst.
Vorrichtungen mit vom Szintillator getrenntem optischem Detektor haben den Vorteil, dass zur Erhöhung der Auflösung zwischen Szintillator und optischen Detektor eine Optik eingesetzt werden kann, wie dies beispielsweise in der US 7,400,704 beschrieben wird. In der US 7,400,704 ist jedoch nachteilig, dass unterschiedliche optische Vergrößerungen nur mittels eines Revolvers einsetzbar sind. Dies ist aufwändig, es wird viel Platz benötigt und die Position der jeweils verwendeten Optik kann nur ungenau eingestellt werden. Zudem ist es nicht möglich, an unterschiedlichen Stellen bezüglich des Szintillators zu messen. Die in der US 7,400,704 beschriebene Verschiebung des optischen Detektors in Richtung seiner optischen Achse dient lediglich entweder der Feinjustierung des Szintillators in die Scharfebene der Optik oder, bei Bewegung zusammen mit dem Szintillator, der Anpassung der computertomographischen Vergrößerung. Der erfasste Bereich des Szintillators kann in seiner Größe oder Lage hierdurch jedoch nicht verändert werden. Eine Verschiebung senkrecht zur optischen Achse ist in der US 7,400,704 lediglich vorgesehen, um den optischen Detektor mittig zu dem zu messenden Objekt auszurichten.
Durch die örtliche Trennung von Szintillator und optischem Detektor ist es zudem möglich, zwischen beiden einen Umlegen Spiegel anzuordnen, um den Bauraum in Richtung der Messstrahlung zu begrenzen und den optischen Detektor vor der Messstrahlung schützen. Die US 6,353,657 beschreibt eine mehrfache Umlenkung der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung, welche von zwei fest zueinander angeordneten optischen Detektoren aufgenommen wird, welche auch eine fest installierte Optik enthalten können. Die beiden optischen Detektoren erfassen dabei überlappende Bereiche des Szintillators, die jedoch nur ungenau zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden können. Eine ähnliche Erfindung unter Verwendung mehrerer optischer Detektoren ist in der US 6,483,893 beschrieben. Einen Umlenkspiegel, der als Strahlteiler für zwei unterschiedliche Energiebereiche dient, ist in der US 7,286,640 beschrieben.
Nachteilig beim Stand der Technik ist es, dass der vom optischen Detektor erfasste Bereich des Szintillator, der die optische Strahlung abgibt, in seiner Größe und Lage nicht frei einstellbar ist. Ebenso ungelöst ist, mehrere Bereiche des Szintillators, vorzugsweise auch in unterschiedlichen Auflösungen, zu erfassen. Es ist damit beispielsweise nicht möglich, große Bereiche eines Szintillators komplett in hoher Auflösung zu erfassen.
Ebenso nachteilig beim Stand der Technik ist es, dass beim Einsatz von Umlenkspiegeln diese zumeist eine entsprechend große Ausdehnung aufweisen müssen, um die gesamte vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zu reflektieren.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren, zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen, eingestellt durch eine Drehvorrichtung wie mechanische Drehachse, in denen das Messobjekt und eine Computertomografiesensorik relativ zueinander gedreht angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt gedreht ist, aufgenommen werden, 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 aufgenommen werden und zu einem Voxelvolumen rekonstruiert werden, aus dem vorzugsweise Oberflächenpunkte an Materialübergängen bestimmt werden, wobei die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zumindest teilweise von dem zumindest einen optischen Detektor erfasst wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll erreicht werden, dass die Größe, die Lage und die Auflösung für den vom optischen Detektor erfassten Bereich des Szintillators frei auswählbar und möglichst schnell einstellbar sind und auch mehrere Bereiche, gegebenenfalls mit hoher Auflösung, erfasst werden können.
Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung einen kompakten Aufbau zur Erfassung der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung bereitzustellen. Vorzugsweise soll der optischer Detektor von der Messstrahlung der Strahlungsquelle geschützt aufgebaut sein.
Dies Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentliche dadurch, dass der vom optischen Detektor erfasste, die optische Strahlung abgebende erste Bereich und/oder weiterere Bereiche des Szintillators in Größe und/oder Lage eingestellt wird, vorzugsweise indem der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verschoben werden, sowie durch eine entsprechende Vorrichtung, die die Mittel zu den entsprechenden Einstellungen zur Verfügung stellt.
Zur Einstellung des vom optischen Detektor jeweils erfassten Bereichs des Szintillators sind erfindungsgemäß mehrere Alternativen vorgesehen.
Zum einen werden der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander in Richtung der Normalenrichtung des optischen Detektors verschoben. Hierdurch ist eine Anpassung der Größe des erfassten Bereich des Szintillator möglich. Hierbei ist zunächst nicht der Einsatz einer Optik notwendig, aber insofern eine Optik eingesetzt wird, muss der Arbeitsabstand der Optik entsprechend angepasst werden, damit eine scharfe Abbildung der Szintillatoroberfläche erfolgt. Zudem ist erfindungsgemäß die Verschiebung des optischen Detektors und des Szintillators relativ zueinander senkrecht zur Richtung der Normalenrichtung des optischen Detektors vorgesehen. Hierdurch wird die Lage des erfassten Bereich innerhalb der gesamten, die optische Strahlung abgebenden Bereichs des Szintillator eingestellt. Zur Realisierung dieser Relativverschiebung sind erfindungsgemäß genaue Linearachsen, wie diese beispielsweise in Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden, vorgesehen, welche mit Wegmesssystemen zur Bestimmung der jeweils eingenommenen Positionen ausgerüstet sind. Entsprechende Achsen bzw. Positioniersysteme werden auch zur Verschiebung der Linsengruppen zur Einstellung des Arbeitsabstandes und des optischen Abbildungsmaßstabs der Optik eingesetzt. Hierdurch lässt sich auch vorab der jeweils erfasste Bereich einmessen, indem beispielsweise ein kalibriertes Normal gemessen wird.
Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung des optischen Detektors, und nicht des Szintillators, da der optische Detektor zumeist eine geringere Baugröße aufweisen kann.
In einer ersten alternativen Ausgestaltung wird zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel angeordnet. Umlenkspiegel und Szintillator sind relativ zueinander verschiebbar angeordnet, vorzugsweise in Richtung der Normalenrichtung des Umlenkspiegels, wodurch je nach Stellung des Umlenkspiegels ein anderer Bereich des Szintillator auf den optischen Detektor abgebildet wird. Durch den Umlenkspiegel ist es möglich, den optischen Detektor außerhalb der direkten oder abgelenkten Strahlung der Strahlungsquelle anzuordnen, beispielsweise in einer Umhausung aus einem die Messstrahlung absorbierenden Material, beispielsweise Blei im Falle der vorzugsweise eingesetzten Röntgenstrahlung. Lediglich der Bereich zum Eintritt der optischen Strahlung muss dabei offen bleiben. Diese Strahlenschutzverkleidung kann fest angeordnet, oder bevorzugt, mit dem optischen Detektor mit bewegt werden. Auch wird durch den Umlenkspiegele erreicht, dass der Bauraum in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Strahlung der Strahlungsquelle vorteilhaft klein gehalten werden kann.
In einer zweiten alternativen Ausgestaltung ist auch die Drehung des Umlenkspiegels vorgesehen. Auch hierdurch lässt sich der Bereich des Szintillators auswählen, der auf den optischen Detektor abgebildet wird. Dies ist möglich, indem der Umlenkspiegel um eine von seiner Normalenrichtung abweichende Richtung gedreht wird.
Die dritte alternative Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor einer Optik angeordnet wird. Für höchste Flexibilität ist für diese Optik der Arbeitsabstand bzw. der optische Abbildungsmaßstab einstellbar. Durch eine Optik ist es möglich, eine deutlich höhere Auflösung für die Durchstrahlungsbilder zu erreichen, als bei einem fest hinter dem Szintillator angeordneten optischen Detektor.
Der optische Abbildungsmaßstab der Optik ist dabei von der computertomographischen Vergrößerung, welche definiert ist durch das Verhältnis der beiden Größen „Abstand Strahlungsquelle zu Szintillator” und „Abstand Strahlungsquelle zu Messobjekt”, zu unterscheiden. Abhängig von der computertomographischen Vergrößerung ergibt sich der Messbereich bei der Computertomografie. Dieser ist definiert durch den vom Detektor, also der Kombination aus Szintillator und optischem Detektor, in der jeweiligen Relativstellung der Komponenten Strahlungsquelle, Messobjekt und Detektor, aufgenommenen Bereich. Dieser kann also für den Fall, dass der optische Detektor nicht den gesamten Szintillator erfasst, kleiner als durch den Szintillator begrenzt, sein. Durch den Einsatz einer Optik ergibt sich die Möglichkeit, auch ohne Bewegung von optischem Detektor bzw. Optik zum Szintillator, die Größe und Auflösung des erfassten Bereichs des Szintillators zu verändern. Für höchste Flexibilität existieren hierzu Optiken, für die beispielsweise optischer Abbildungsmaßstab und Arbeitsabstand getrennt voneinander einstellbar sind.
Die vier erläuterten Ausgestaltungen sind auch kombinierbar. So kann beispielsweise die Einstellung der Größe des erfassten Bereichs mittels der Bewegung des optischen Detektors in Richtung des Szintillators und Veränderung des Arbeitsabstandes der zusammen mit dem optischen Detektor bewegten Optik erfolgen, während die Lage des erfassten Bereichs durch die seitliche Bewegung der Einheit aus optischem Detektor und Optik erfolgt.
Diese Kombination ist auch dann sinnvoll und vorgesehen, wenn ein Umlenkspiegel eingesetzt wird. Besitzt dieser beispielsweise nur eine Größe, die in etwa ausreicht, um den von der Optik oder dem optischen Detektor erfassten Bereich, der nur ein Teilbereich des Szintillators ist, abzubilden, wird dieser mit dem optischen Detektor und gegebenenfalls der Optik zusammen bewegt. Hierbei kann die Optik zwischen dem Umlenkspiegel und dem Detektor, aber auch zwischen dem Szintillator und dem Umlenkspiegel, angeordnet werden. Oder anders ausgedrückt, ist der Umlenkspiegel zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor oder zwischen der Optik und dem optischen Detektor angeordnet.
Sinnvollerweise besitzt die Optik dabei nur eine entsprechende Größe, um den vom optischen Detektor erfassbaren Bereich des Szintillators abzubilden, ohne dass dies jedoch zu einer Einschränkung der Erfindung führt. Optiken von der Größe, den gesamten Szintillator abzubilden, sind entsprechend teurer und nehmen mehr Platz ein. Der Umlenkspiegel kann jedoch auch eine entsprechende Größe besitzen, um die gesamte zur Messung notwendige vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zu reflektieren. Dann ist er vorzugsweise fest zum Szintillator angeordnet.
Besonders hervorzuheben ist, dass zur Einstellung des vom optischen Detektor jeweils erfassten Bereichs des Szintillators

– der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander in Richtung und/oder senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschoben werden und/oder
– ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel und der Szintillator relativ zueinander zumindest in Richtung der Normalenrichtung des Umlenkspiegels verschoben werden und/oder
– ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor, relativ zum Szintillator um zumindest eine von der Normalenrichtung des Umlenkspiegels abweichende Richtung gedreht wird und/oder
– für eine zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordnete Optik der Arbeitsabstand und/oder der optische Abbildungsmaßstab eingestellt wird,

Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Lage der einzelnen erfassten Bereiche des Szintillators zueinander ermittelt wird, indem die Verschiebung bzw. Drehung zur Einstellung des jeweiligen Bereichs bestimmt wird und/oder indem der von der Optik in der jeweiligen Einstellung für Arbeitsabstand und optischen Abbildungsmaßstab oder dem optischen Detektor direkt erfasste Bereich eingemessen wird und/oder indem die Lage der mehreren eingesetzten optischen Detektoren zueinander bestimmt wird.
Besonderer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Messdaten, also die Durchstrahlungsbilder, daraus berechnete Voxelvolumen oder die Oberflächenpunkte, die in unterschiedlichen Einstellungen für den erfassten Bereich des Szintillators ermittelt wurden, gemeinsam, also in einem Koordinatensystem, ausgewertet werden können. Hierzu wird die mittels der Messsysteme der Positioniersysteme ermittelte Lage benötigt, um die verschiedenen Messdaten im Raum einander zuordnen zu können.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Durchstrahlungsbilder bei der Erfassung von mehreren, unterschiedlichen Bereichen des Szintillators durch den zumindest einen optischen Detektor, aufgenommenen werden und die Durchstrahlungsbilder, vorzugsweise je Drehstellung, und/oder die je Bereich rekonstruierten Voxelvolumen und/oder je Bereich ermittelten Oberflächenpunkte gemeinsam weiter verarbeitet bzw. ausgewertet werden, wobei die bei der Erfassung der jeweiligen Bereiche zueinander vorliegende Lage der Bereiche berücksichtigt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und der optische Abbildungsmaßstab unabhängig voneinander eingestellt wird und/oder die gemeinsam mit dem optischen Detektor verschoben wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor oder zwischen der Optik und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel zur Änderung der Ausbreitungsrichtung zumindest eines Teils der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen entsprechend angeordneten optischen Detektor oder die entsprechend angeordnete Optik eingesetzt wird, wobei vorzugsweise zumindest der optische Detektor außerhalb des von der direkten und/oder reflektierten und/oder gestreuten Strahlung der Strahlungsquelle erfassten Bereichs angeordnet ist, vorzugsweise indem zumindest der optische Detektor außerhalb des Bereichs, in dem die optische Strahlung einfällt, von einer Strahlenschutzverkleidung umgeben ist, wobei die Strahlenschutzverkleidung vorzugsweise mit dem optischen Detektor zusammen verschoben wird.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass optische Strahlung von der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators vom Umlenkspiegel in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel relativ zum Szintillator fest angeordnet ist, oder dass vom Umlenkspiegel nur ein Teil der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel getrennt oder gemeinsam mit dem optischen Detektor oder gemeinsam mit der Optik oder gemeinsam mit der Optik und dem optischen Detektor relativ zum Szintillator bewegt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch für eine sogenannte Rastertomografie, beispielsweise zur Erweiterung des Messbereichs der Computertomografiesensorik, eingesetzt werden. Bei dieser werden nacheinander mehrere Abschnitte des Messobjektes erfasst. Die Abschnitte liegen dabei senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle, also in gleicher computertomografischen Vergrößerung, versetzt und das Messobjekt wird für die Einzelmessungen entsprechend translatorisch bezüglich der Computertomografiesensorik verschoben. Erfolgt die Verschiebung entlang der Richtung, um die die Drehung erfolgt, verlässt der Abschnitt in seiner Gesamtheit während der kompletten Drehung des Messobjekts den vom Detektor erfassten Bereich, also den von den Durchstrahlungsbildern erfassten Bereich nicht. Bei einer Verschiebung senkrecht dazu, wird aus den Durchstrahlungsbildern der mehreren Messungen für jede Drehstellung ein resultierendes Durchstrahlungsbild zusammengesetzt. Hierdurch liegen für jeden Teilbereich des Abschnitts in allen Drehstellungen entsprechende Messwerte vor und die Rekonstruktion zur Ermittlung von Volumendaten ist möglich.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zur Erweiterung des Messbereichs der Computertomografiesensorik in der jeweils eingestellten computertomografischen Vergrößerung das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander, translatorisch, und vorzugsweise senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle in mehrere Relativstellungen verschoben werden und in den mehreren Relativstellungen jeweils Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen aufgenommen werden.
Die Rastertomografie kann erfindungsgemäß aber auch durchgeführt werden, indem der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander für die Erfassung der unterschiedlichen Abschnitte verschoben werden. Dies ist zumindest dann möglich, wenn der optische Detektor nur einen Teil der Szintillatorfläche erfasst, das Messobjekt in möglichst hoher computertomografischer Vergrößerung gemessen werden soll, um beispielsweise eine hohe Auflösung zu erhalten, und dadurch einen größeren Teil des Szintillators abdeckt.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass zur Erweiterung des Messbereichs der Computertomografiesensorik in der jeweils eingestellten computertomografischen Vergrößerung unterschiedliche Bereiche des Szintillators vom optischen Detektor erfasst werden, wobei der Abstand zwischen Szintillator und optischem Detektor entlang der optischen Achse für die mehreren Bereiche konstant ist, und wobei vorzugsweise der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander, senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschoben werden.
Es ist dabei auch vorgesehen, in jeder Drehstellung nacheinander die mehreren Relativstellungen zwischen optischem Detektor und Szintillator einzustellen, um die mehreren Abschnitte zu erfassen. Alternativ können aber auch die mehreren Drehstellungen erst in einer ersten und dann in weiteren Relativstellungen eingestellt werden.
Die klassische Idee der Rastertomografie und die Erweiterung um die Relativbewegung zwischen Szintillator und optischem Detektor können auch kombiniert werden, um beispielsweise Messobjekte von der Größe oder in einer computertomografischen Vergrößerung zu erfassen, die zu einer Abbildung in der Szintillatorebene führt, die die Grenzen des Szintillators überschreitet.
Vorzugsweise ist das Messobjekt jedoch nur so groß bzw. wird nur in einer computertomografischen Vergrößerung angeordnet, dass es in der Vielzahl von Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet wird. Die Einstellung des vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators erfolgt, während der Szintillator relativ zum Messobjekt fest angeordnet bleibt, beispielsweise durch Verschiebung des optischen Detektors und gegebenenfalls der Optik sowie gegebenenfalls des Umlenkspiegels. Somit ist es möglich, das gesamte Messobjekt ohne eine translatorische Bewegung zwischen Messobjekt und Strahlungsquelle sowie Szintillator durchzuführen.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zumindest zur Einstellung des vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators der Szintillator relativ zum Messobjekt fest angeordnet bleibt und vorzugsweise das Messobjekt in der Vielzahl von Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet wird.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Größe des vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators, und vorzugsweise die erzielbare Auflösung bei der Erfassung des Bereichs mit dem optischen Detektor, eingestellt wird, indem der optische Abbildungsmaßstab der verwendeten Optik eingestellt wird.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf die Anwendung einer oder mehrerer so genannter lokaler Tomographien, welche auch als „Region of Interest Tomografie” (ROI-CT) bezeichnet werden. Bei der ROI-CT wird jeweils nur ein Ausschnitt des Messobjektes, ROI genannt, tomografiert, also messtechnisch bestimmt. Dieser Ausschnitt ist zu unterscheiden von einem Abschnitt des Messeobjektes, wie bereits erläutert. Die ROI-CT zeichnet sich dadurch aus, dass in einer oder mehreren Drehstellungen zumindest ein Teilbereich des Messobjektes nicht von dem jeweiligen Durchstrahlungsbild erfasst wird, der in zumindest einer weiteren Drehstellungen von dem entsprechenden Durchstrahlungsbild erfasst wird, oder anders ausgedrückt, dass während der Drehung zumindest ein Teilbereich des Messobjektes den vom jeweiligen Durchstrahlungsbild erfassten Bereich (Messbereich), insbesondere in senkrechter Richtung zu der Achse, um die die Drehung erfolgt, vorzugsweise das Messobjekt gedreht wird, verlässt. Insofern das Messobjektes oder der Ausschnitt des Messobjekts in mehreren Drehstellungen relativ zur Strahlung einer Strahlungsquelle angeordnet wird, ist damit vorzugsweise die Drehung des Messobjektes selbst betroffen, ohne jedoch die Erfindung hierauf einzuschränken. Alternativ ist auch die Anwendung des erfinderischen Verfahrens vorgesehen, wobei das Messobjekt unbewegt bleibt und zumindest die Strahlungsquelle, bevorzugt auch der Detektor wie 2D-Röntgendetektor, besonders bevorzugt beide gemeinsam, um das Messobjekt gedreht werden. Es existieren also Teilbereiche des Messobjektes, die aufgrund der gewählten computertomografischen Vergrößerung und/oder aufgrund der Abmessungen des Messobjekts in einigen, aber nicht in allen Drehstellungen erfasst werden. Die Rekonstruktion der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder zu einem Voxelvolumen ist dadurch zunächst entweder nicht möglich oder führt zumindest zu Messfehlern.
Bei der Durchführung der Messung eines Ausschnitts im Rahmen einer ROI-CT muss jedoch zunächst sichergestellt werden, dass der Ausschnitt in allen für die Auswertung verwendeten Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet und von dem optischen Detektor erfasst wird.
Für die vollständige Abbildung des Ausschnitts in allen Drehstellungen auf dem Szintillator sind zwei Alternativen vorgesehen. In der ersten wird das Messobjekt so auf der mechanischen Drehachse angeordnet, dass der Ausschnitt etwa mittig auf dieser liegt. Die zweite Alternative sieht vor, dass der Ausschnitt außermittig zur mechanischen Drehachse angeordnet ist, die Drehachse während ihrer Drehung aber zusätzlich so auf einer Kreisbahn bewegt wird, dass der Ausschnitt um eine von der mathematischen Drehachse der mechanischen Drehachse verschiedenen virtuellen Drehachse bewegt wird. Diese virtuelle Drehachse verläuft vorzugsweise mittig zu dem Ausschnitt, wodurch dieser in allen Drehstellungen etwa auf dem gleichen Bereich des Szintillators abgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass beliebige Ausschnitte an einem Messobjekt ohne veränderte Anordnung auf der mechanischen Drehachse durchführbar sind.
Für die vollständige Abbildung des Ausschnitts in allen Drehstellungen auf dem optischen Detektor ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der optische Detektor während der Drehung relativ zum Szintillator entsprechend verstellt wird. Insofern der vom optischen Detektor erfassbare Bereich kleiner als die Abbildung des Ausschnittes auf dem Szintillator ist, ist vorgesehen, in jeder Drehstellung nacheinander mehrere Relativstellungen zwischen optischem Detektor und Szintillator einzustellen, um jeweils den vollständigen Ausschnitt zu erfassen. Alternativ können aber auch die mehreren Drehstellungen erst in einer ersten und dann in weiteren Relativstellungen eingestellt werden. Es ergibt sich in allen Fällen der Vorteil, dass der Ausschnitt nicht in allen Drehstellungen exakt an der gleichen Stelle des Szintillators abgebildet werden muss, da der optische Detektor der Abbildung des Ausschnittes praktisch nachgeführt wird.
Besonders hervorzuheben ist, dass zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Ausschnitts eines Messobjekts, der Ausschnitt in allen für die Auswertung verwendeten Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet wird, indem der Ausschnitt auf der mechanischen Drehachse entsprechend angeordnet und/oder die mechanische Drehachse während der Drehung auf einer entsprechenden Bahn, vorzugsweise Kreisbahn, so bewegt wird, dass sich der Ausschnitt um eine von der mathematischen Drehachse der mechanischen Drehachse verschiedene, sogenannte virtuelle Drehachse dreht, wobei für zumindest eine, vorzugweise mehrere Drehstellungen des Messobjektes zumindest ein Teilbereich des Messobjektes nicht vom jeweils aufgenommenen Durchstrahlungsbild erfasst wird, wobei dieser Teilbereich vorzugsweise in senkrechter Richtung zu der Achse, um die das Messobjekt gedreht wird, vom erfassten Bereich entfernt liegt, und wobei während der Drehung der optische Detektor relativ zum Szintillator derart verstellt wird, dass die aus der Abbildung des Ausschnitts auf dem Szintillator resultierende optische Strahlung in allen für die Auswertung verwendeten Drehstellungen vollständig von dem optischen Detektor erfasst wird.
Um nun aber auch von den Teilbereichen des Messobjektes, die aufgrund der gewählten computertomografischen Vergrößerung und/oder aufgrund der Abmessungen des Messobjekts in einigen, aber nicht in allen Drehstellungen erfasst werden, die fehlenden Informationen in den einigen Drehstellungen zu erhalten sind drei Alternativen vorgesehen.
Die erste Alternative sieht vor, dass eine zusätzliche computertomografische Messung bei verringerter computertomografischer Vergrößerung durchgeführt wird, wodurch ein größerer Bereich des Messobjektes auf dem Szintillator abgebildet wird. Bei diesem sogenannten Übersichtsscan werden auch die Teilbereiche in allen Drehstellungen auf dem Szintillator abgebildet, die bei der ROI-CT in einigen Drehstellungen diesen verlassen.
Die zweite Alternative besteht darin, dass zusätzlich Durchstrahlungsbilder bei verringertem optischem Abbildungsmaßstab aufgenommen werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn während der ROI-CT aber auch während der Messung in der verringerten computertomografischen Vergrößerung nicht nur der Ausschnitt, sondern auch die fehlenden Teilbereiche zwar auf dem Szintillator abgebildet, nicht aber durch den optischen Detektor im gewählten ursprünglichen optischen Abbildungsmaßstab erfasst wurden. Durch den nun eingestellten verringerten optischen Abbildungsmaßstab vergrößert sich der erfasste Bereich derart, dass die fehlenden Bereiche erfasst und gemessen werden.
Die dritte Alternative sieht vor, dass der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verstellt werden, vorzugsweise senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors. Hierdurch wird ebenfalls ein entsprechend vergrößerter Bereich erfasst, so dass die fehlenden Bereiche erfasst und gemessen werden.
Die zweite wie auch die dritte Alternative sieht also eine Verstellung der Optik oder der Position des optischen Detektors vor. Diese Verstellung kann wiederum in jeder Drehstellung nacheinander oder alternativ nach jeweils einer Vielzahl von Drehstellungen durchgeführt werden.
Eine Kombination der Alternativen ist ebenso möglich. Wie bereits erläutert kann die Verringerung des optischen Abbildungsmaßstabes für die Messung mit der verringerten computertomografischen Vergrößerung eingesetzt werden. Aber auch die Relativverschiebung zwischen optischem Detektor und Szintillator ist für die Messung mit der verringerten computertomografischen Vergrößerung sinnvoll, um einen größeren Bereich des Szintillators zu erfassen. Die Kombination aus verringertem optischen Abbildungsmaßstab und Relativverschiebung erhöht diesen Bereich noch weiter.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Teilbereiche des Messobjektes, die nur in einigen der Durchstrahlungsbilder erfasst wurden, zumindest in den fehlenden Drehstellungen erfasst werden, indem

– Durchstrahlungsbilder bei verringertem optischen Abbildungsmaßstab aufgenommen werden und/oder
– Durchstrahlungsbilder bei verringerter computertomografischen Vergrößerung aufgenommen werden und/oder
– der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verstellt werden, vorzugsweise senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors.

Erfindungsgemäß ist auch eine sogenannte Helix-Tomografie vorgesehen. Bei dieser wird das Messobjekt während einer Kombination aus Drehbewegung und translatorischer Bewegung entlang der mathematischen Drehachse der mechanischen Drehachse bewegt bzw. die Computertomografiesensorik bezüglich des Messobjekts, wie in der medizinischen Computertomografie üblich. Das Messobjekt wird also während der Drehung relativ zur Computertomografiesensorik in Richtung der Achse verschoben, um die die Drehung erfolgt, wobei also im Wesentlichen zur Verschiebung einhergehend die Vielzahl der Drehstellungen eingestellt wird, in denen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass eine Helix-Computertomografie durchgeführt wird, wobei das Messobjekt relativ zur Computertomografiesensorik in Richtung der Achse verschoben wird, um die die Drehung erfolgt, wobei im Wesentlichen zur Verschiebung einhergehend die Vielzahl der Drehstellungen eingestellt wird, in denen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden.
Ein ähnliches Vorgehen erfolgt bei der sogenannten Inline-CT. Hierbei ist der Computertomograf bzw. die Computertomografiesensorik in eine Fertigungs- bzw. Messlinie oder ähnliches integriert und das Messobjekt oder mehrere Messobjekte werden kontinuierlich zur Computertomografiesensorik verschoben, beispielsweise mittels eines Förderbandes oder Roboters. Vorzugsweise erfolgt die Drehbewegung dabei durch die Drehung der Computertomografiesensorik.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Computertomografiesensorik in eine Fertigungs- bzw. Messlinie oder ähnliches integriert ist und das Messobjekt oder mehrere Messobjekte kontinuierlich zur Computertomografiesensorik verschoben werden.
Als eine Weiterbildung für die klassische Helix- bzw. Inline-CT ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass der optische Detektor nur einen bestimmten Bereich des Szintillators erfasst, nämlich den Bereich, der aus der Abbildung eines einstellbaren begrenzten Abschnitts des Messobjektes auf dem Szintillator resultiert, wobei der Abschnitt im Wesentlichen auf einen schmalen Bereich begrenzt ist, der sich um die Ebene erstreckt, die senkrecht zur Richtung der Achse verläuft, um die die Drehung erfolgt und die mittlere Strahlrichtung der Strahlungsquelle beinhaltet. Dieser eingeschränkte Bereich zeichnet sich durch verringerte Messfehler aufgrund sogenannter Kegelstrahlartefakte aus.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der optische Detektor nur den Bereich des Szintillators erfasst, der die optische Strahlung abgibt, die aus der Abbildung eines einstellbaren begrenzten Abschnitts des Messobjektes auf dem Szintillator resultiert, wobei der Abschnitt im Wesentlichen auf einen schmalen Bereich begrenzt ist, der sich um die Ebene erstreckt, die senkrecht zur Richtung der Achse verläuft, um die die Drehung erfolgt und die mittlere Strahlrichtung der Strahlungsquelle beinhaltet.
Insbesondere bei einer Helix-CT kann auch die translatorische Verschiebung des Messobjektes in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, simuliert, also ersetzt werden durch die entsprechende Verschiebung des optischen Detektors. Kegelstrahlartefakte beeinflussen die Messung dann zwar zunächst, es existieren aber auch andere Lösungen, um diese zu vermeiden oder zu vermindern, wie beispielsweise der Einsatz von schlitzförmigen Strahlblenden, die in diesem Fall zusammen mit dem optischen Detektor verschoben werden müssten.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass eine Helix-Computertomografie durchgeführt wird, wobei die Verschiebung des Messobjekts relativ zur Computertomografiesensorik in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, ersetzt wird, indem der optische Detektor derart verschoben wird, dass nacheinander Durchstrahlungsbilder von Abschnitten des Messobjekts aufgenommen werden, die in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, versetzt sind, wobei im Wesentlichen zur Verschiebung des optischen Detektors einhergehend die Vielzahl der Drehstellungen eingestellt wird, in denen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden.
Wie bereits erläutert ist grundlegend die Einstellung des jeweils erfassten Bereichs des Szintillators während der Änderung der Drehstellung oder jeweils nach einer kompletten Umdrehung möglich.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Verschiebung zur Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators, während der Änderung der Drehstellung und/oder zwischen der Aufnahme von zwei aufeinanderfolgend aufgenommenen und zur Computertomografie verwendeten Durchstrahlungsbildern erfolgt, vorzugsweise mehrfach zwischen den mehreren Einstellungen hin und her verschoben wird, um beispielsweise abwechselnd Durchstrahlungsbilder in zumindest zwei unterschiedlichen optischen Abbildungsmaßstäben aufzunehmen oder Durchstrahlungsbilder bei gleichem optischen Abbildungsmaßstab und unterschiedlichen erfassten, vorzugsweise jeweils benachbarten, Bereichen des Szintillators aufzunehmen.
Eine weitere Erhöhung der Messgeschwindigkeit oder der Auflösung ist erreichbar, indem mehrere optische Detektoren zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators eingesetzt werden. Genaue Messungen sind dabei wiederum nur möglich wenn die Lage der unterschiedlichen Bereiche zueinander bekannt ist, also die Lage der mehreren optischen Detektoren zueinander bestimmt wird. Dies erfolgt wiederum mittels der bereits erwähnten Wegmesssysteme, mit denen die optischen Detektoren bewegt werden. Die Bewegung kann dabei für die mehreren optischen Detektoren gemeinsam oder mittels mehrerer Positioniersysteme getrennt voneinander erfolgen. Sind die optischen Detektoren fest zueinander angeordnet, wird ihr Abstand vorzugsweise an einem kalibrierten Normal eingemessen, wie in der Koordinatenmesstechnik üblich.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass mehrere optische Detektoren zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators eingesetzt werden, wobei die optischen Detektoren fest zueinander oder beweglich zueinander angeordnet sind.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert betrieben wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden, also 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. Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass 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.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der vom optischen Detektor jeweils erfassten Bereichs des Szintillators einstellbar ist, indem

– Mittel zur Verschiebung des optischen Detektors und des Szintillator relativ zueinander in Richtung und/oder senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors vorhanden sind und/oder
– zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel angeordnet ist und Mittel zur Verschiebung des Umlenkspiegels und des Szintillators relativ zueinander zumindest in Richtung der Normalenrichtung des Umlenkspiegels vorhanden sind und/oder
– zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel angeordnet ist und Mittel zur Drehung des Umlenkspiegels, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor, und des Szintillators relativ zueinander um zumindest eine von der Normalenrichtung des Umlenkspiegels abweichende Richtung vorhanden sind und/oder
– zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und/oder der optische Abbildungsmaßstab einstellbar sind.

Hervorzuheben ist insbesondere, dass Messsysteme wie Wegmesssysteme vorhanden sind, die die Verschiebungen bzw. Drehung, ausgelöst durch die Mittel zur Verschiebung, erfassen, die zur Einstellung des jeweiligen Bereichs durchgeführt werden und/oder die die Lage der mehreren eingesetzten optischen Detektoren zueinander erfassen.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass eine Auswerteverrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, Durchstrahlungsbilder mehrerer Bereiche, vorzugsweise je Drehstellung, und/oder die je Bereich rekonstruierten Voxelvolumen und/oder je Bereich ermittelten Oberflächenpunkte gemeinsam weiterzuverarbeiten bzw. auszuwerten, wobei die bei der Erfassung der jeweiligen Bereiche zueinander vorliegende Lage der Bereiche berücksichtigt wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und der optische Abbildungsmaßstab unabhängig voneinander einstellbar ist und/oder die gemeinsam mit dem optischen Detektor verschiebbar ist.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor oder zwischen der Optik und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel zur Änderung der Ausbreitungsrichtung zumindest eines Teils der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen entsprechend angeordneten optischen Detektor oder die entsprechend angeordnete Optik angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest der optische Detektor außerhalb des von der direkten und/oder reflektierten und/oder gestreuten Strahlung der Strahlungsquelle erfassten Bereichs angeordnet ist, vorzugsweise indem zumindest der optische Detektor außerhalb des Bereichs, in dem die optische Strahlung einfällt, von einer Strahlenschutzverkleidung umgeben ist, wobei die Strahlenschutzverkleidung vorzugsweise mit dem optischen Detektor zusammen verschiebbar ist.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der Umlenkspiegel derart angeordnet ist und eine entsprechende Größe besitzt, dass optische Strahlung von der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel relativ zum Szintillator fest angeordnet ist, oder dass der Umlenkspiegel, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor oder gemeinsam mit der Optik oder gemeinsam mit der Optik und dem optischen Detektor, relativ zum Szintillator verschiebbar angeordnet ist und eine solche Größe besitzt, dass nur ein Teil der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass Mittel zur Verschiebung vorhanden sind, um das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander, translatorisch, und vorzugsweise senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle in mehrere Relativstellungen zu verschieben.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Szintillator und optischem Detektor mehrere Relativstellungen einstellbar sind, wobei der Abstand zwischen Szintillator und optischem Detektor entlang der optischen Achse konstant ist, vorzugsweise der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander, senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschiebbar sind.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Szintillator relativ zum Messobjekt fest angeordnet ist und vorzugsweise der Szintillator eine Größe besitzt, um das Messobjekt in der Vielzahl von Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abzubilden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der optische Abbildungsmaßstab der verwendeten Optik einstellbar ist.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Mittel zur Verschiebung eines Ausschnitts eines Messobjekts auf der mechanischen Drehachse und/oder zur Verschiebung der mechanischen Drehachse, während der Drehung, auf einer Bahn, vorzugsweise Kreisbahn, vorhanden sind.
Insbesondere ist die Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass der optische Abbildungsmaßstab veränderbar ist und/oder Mittel zur Änderung der computertomografischen Vergrößerung vorhanden sind, vorzugsweise die mechanische Drehachse in Richtung der mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle verschiebbar ist, und/oder Mittel zur Verstellung des optischen Detektors und des Szintillators relativ zueinander, vorzugsweise senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors, vorhanden sind.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Mittel zur Verschiebung vorhanden sind, um das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, zu verschieben.
Hervorzuheben ist insbesondere, dass die Mittel zur Verschiebung Linearachsen oder mehrere Linearachsen in Positioniereinheiten, beispielsweise Mehrachspositioniereinheiten sind, und vorzugsweise motorisch betrieben sind.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die Computertomografiesensorik in eine Fertigungs- bzw. Messlinie oder ähnliches integriert ist und das Messobjekt oder mehrere Messobjekte kontinuierlich zur Computertomografiesensorik verschiebbar sind, beispielsweise mittels eines Förderbandes oder Roboters oder ähnlichem.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Mittel zur Verschiebung zur Einstellung des erfassten Bereichs des Szintillators während der Änderung der Drehstellung und/oder zwischen der Aufnahme von zwei aufeinanderfolgend aufgenommenen und zur Computertomografie verwendeten Durchstrahlungsbildern ansteuerbar sind.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass mehrere optische Detektoren zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators vorhanden sind, wobei die optischen Detektoren fest zueinander oder beweglich zueinander angeordnet sind.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert ist.
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.
Es zeigen:
1 eine Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung ohne Umlenkspiegel,
2 eine erste Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung mit Umlenkspiegel und
3 eine zweite Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung mit Umlenkspiegel und
4 eine dritte Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung mit Umlenkspiegel.
Anhand der 1 wird eine erste grundlegende Anordnung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Für die computertomografische Messung ist das Messobjekt 2 auf der mechanischen Drehachse 13 befestigt zwischen der Strahlungsquelle 1 und dem Szintillator 3 angeordnet. In mehreren, typischerweise mehreren Hundert, Drehstellungen des Messobjektes 2 um die mathematische Drehachse 14, um die sich die mechanische Drehachse 13 dreht, wird das Messobjekt von der Messstrahlung 8 durchstrahl und die durch das Messobjekt abgeschwächte Strahlung 8 trifft auf den Szintillator 3 auf. Dieser wandelt die Messstrahlung 8 zumindest teilweise in optische Strahlung 4 um, die den Szintillator 3 auf der gegenüberliegenden Seite des Eintritts der Messstrahlung 8 verlässt. Die optische Strahlung wird zumindest teilweise durch einen optischen Detektor 5, wie beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Kamera erfasst und Durchstrahlungsbilder für diesen jeweils erfassten Bereich ermittelt. Aus diesen 2D-Durchstrahlungsbildern wird entweder direkt mittels Rekonstruktion das Voxelvolumen berechnet, oder es wird für jeweils eine Drehstellung ein resultierendes Durchstrahlungsbild ermittelt, beispielsweise, indem die Durchstrahlungsbilder aus mehreren erfassten Bereichen des Szitillators zusammengefasst werden, um einen größeren Teil des Messobjektes zu rekonstruieren. Am Voxelvolumen sind bereits erste Auswertungen bzgl. des Materials oder von Einschlüssen, Lunkern oder ähnlichem möglich. Desweiteren wird mittels der bekannten Verfahren zur Oberflächenextraktion aus dem Voxelvolumen Oberflächenpunkte ermittelt, die für die Bestimmung von Merkmalen und Maßen, also dimensionellen Messgrößen an diesen Merkmalen, wie Abstände, Winkel, Durchmesser usw. verwendet werden.
In 1 ist anhand der vier Teilbereiche 2a, 2b, 2c und 2d des Messobjekts 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung des jeweils vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators 3, auf den die Teilbereiche 2a bis 2d abgebildet werden, nämlich die Bereiche 3a bis 3d des Szintillators 3, dargestellt. Aus dem gesamten Strahlkegel der Messstrahlung 8 bilden der Teilbereich 8a den Teilbereich 2a des Messobjekts 2 auf den Bereich 3a des Szintillators, der Teilbereich 8b den Teilbereich 2b des Messobjekts 2 auf den Bereich 3b des Szintillators und der Teilbereich 8c die Teilbereiche 2c und 2d auf die Bereiche 3c und 3d des Szintillators ab. Zur Einstellung der Größe und Lage des jeweils vom optischen Detektor 5 erfassten Bereiches 3a bis 3d des Szintillators 3 ist die bevorzugte Lösung dargestellt, in der der optische Detektor 5 relativ zum Szintillator 3 verschoben wird oder zusätzlich der Arbeitsabstand und der optische Abbildungsmaßstab einer zwischen dem optischen Detektor 5 und dem Szintillator 3 angeordneten Optik 6 eingestellt wird. Die Optik 6 wird dabei zusammen mit dem optischen Detektor 5 mittel der Positioniereinheit 12-2 verschoben. Die Positioniereinheit 12-2 enthält dazu Mittel 12a bis 12c zur Verschiebung in den beiden Achsen senkrecht zur optischen Achse 15 des optischen Detektors 5 bzw. der Optik 6 (Mittel 12a und 12b) und in Richtung der optischen Achse 15 (Mittel 12c), wie beispielsweise Linearachsen, die bevorzugt Positionsmesssysteme, also Wegmesssysteme enthalten, um die jeweils eingestellte Position bzw. Verschiebung möglichst exakt zu erfassen. Die Verschiebung kann aber auch auf weniger Richtungen begrenzt sein. Beispielsweise kann auf die Positionierung in Richtung der optischen Achse 15 verzichtet werden, wenn der Arbeitsabstand der verwendeten Optik 6 konstant ist.
Zur Erfassung des Bereiches 3a sind der optische Detektor 5 und die Optik 6 in der Stellung 7a angeordnet. Zur Erfassung des Bereiches 3b erfolgt die Verschiebung durch die Mittel 12b senkrecht zur optischen Achse 15 in die Stellung 7b. Beispielhaft für die vom Teilbereich 8c der Messstrahlung abgebildeten Bereiche 2c und 2d des Messobjektes wird eine höhere Auflösung für die Erfassung der entsprechenden Bereiche 3c und 3d des Szintillators gewählt. Dazu erfolgt zusätzlich eine Verschiebung in Richtung der optischen Achse 15 mit Hilfe der Mittel 12c in die Stellung 7c, wobei gleichzeitig der Arbeitsabstand der Optik 6 verringert und der optische Abbildungsmaßstab erhöht wurde, wodurch der erfassbare Bereich der Optik kleiner ist, aber dafür eine höhere Auflösung vorliegt, mit der nun der Bereich 3c erfasst wird. Die zweite Stellung 7d wird eingestellt, um den noch fehlenden Bereich 3d zu erfassen. Alternative kann eine Optik 6 verwendet werden, bei der die Verstellung der optischen Vergrößerung ohne Änderung des Arbeitsabstandes erfolgt, wodurch die Verstellung in Richtung der optischen Achse nicht zwingend benötigt wird.
Das gesamte Messobjekt kann aber auch in mehrere Teilbereiche aufgeteilt und mit gleicher Auflösung erfasst werden. Bei Messobjekten mit geringem Durchmesser ist dabei nur eine Verschiebung des optischen Detektors durch die Mittel 12b notwendig. Bei dickeren Teilen sind Stellungen, eingestellt durch die Mittel 12a, also in der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Richtung zusätzlich notwendig, um das gesamte Messobjekt nacheinander in Teilbereichen zu erfassen und beispielsweise je Drehstellung ein resultierendes Durchstrahlungsbild zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zudem zur sogenannten Raster-CT eingesetzt. Das Messobjekt 3 wird dazu relativ zur Strahlungsquelle 1 und dem Szintillator 3 senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Messstrahlung 8 in mehrere Relativstellungen verschoben und in diesen in der Vielzahl von Drehstellungen um die Drehachse 14 Durchstrahlungsbilder aufgenommen. Die Verschiebung erfolgt beispielsweise durch die Positioniereinheit 12-1, die die mechanische Drehachse 13 zusammen mit dem darauf befestigten Messobjekt 3 in die Relativpositionen bewegt. Hierbei sind beide senkrechten Richtungen zur Drehachse 14, auch kombiniert, möglich. Die senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Richtung ist notwendig bei Messobjekten, die einen größeren Durchmesser aufweisen, als in der gewählten tomografischen Vergrößerung auf dem Szintillator 3 abgebildet wird. Die Einstellung von unterschiedlichen Relativstellungen des Messobjekts 2 ermöglicht es auch, die Verstellung des optischen Detektors 5 senkrecht zur optischen Achse 15 zu ersetzen. Anders herum ist die Relativbewegung des Messobjekts 3 durch die Verstellung des optischen Detektors 5 ersetzbar, zumindest für die auf dem Szintillator abgebildeten Bereiche des Messobjekts 5. Beide Bewegungen sind erfindungsgemäß kombinierbar. Alternativ kann die Positioniereinheit 12-1 auch auf der mechanischen Drehachse 13 angeordnet sein und das Messobjekt 3 auf der Positioniereinheit 12-1 befestigt und relativ zur mechanischen Drehachse 13 bewegbar sein. Die Erfassung der jeweils auf dem Szintillator abgebildeten Bereiche des Messobjektes 2 erfolgt wiederrum durch Einstellung entsprechender Stellungen zumindest des optischen Detektors 5 relativ zum Szintillator 3. Die resultierenden Durchstrahlungsbilder ergeben sich dann aus den mehreren Stellungen des optischen Detektors 6 in den mehreren Relativpositionen des Messobjektes 3, wodurch der Messbereich des Computertomografen erhöht wird.
2 zeigt eine erste Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Einsatz eines Umlenkspiegels 9 zur Umlenkung der vom Szintillator 3 abgegebenen Strahlung 4 in Richtung der in der abgewinkelten Stellung 10 angeordneten Einheit aus optischem Detektor 5, Optik 6 und Positioniereinheit 12-2. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, zum einen den benötigten Platz in Richtung der mittleren Messstrahlung 8 zu verkürzen und zum anderen, eine Strahlenschutzverkleidung 16, beispielsweise aus Blei, um den optischen Detektor 5 und gegebenenfalls die Optik 6 anzuordnen, um eine Beschädigung durch die Messstrahlung 8, also zum Beispiel Röntgenstrahlung, zu vermeiden. Die Strahlenschutzverkleidung wird bevorzugt durch die Positioniereinheit 12-2 mit dem optischen Detektor 5 und der Optik 6 mitbewegt, da sie dadurch platzsparend aufgebaut werden kann. Ebenso ist der Umlenkspiegel 9 durch eine, in diesem Beispiel getrennte Positioniereinheit 12-3 bewegbar. Dargestellt ist die Stellung der beiden Positioniereinheiten 12-2 und 12-3 zur Erfassung des Bereiches 3b des Szintillators 3, wodurch der Teilbereich 2b des Messobjekts 2 gemessen wird, also Durchstrahlungsbilder dieses Bereichs bzw. Abschnitts oder Ausschnitts des Messobjekts 2 aufgenommen werden. Die mechanische Drehachse 13 ist in der 2 nicht dargestellt, wird aber wiederrum zur Drehung des Messobjekts 2 um die Drehachse 14 verwendet. Durch Verschiebung des Umlenkspiegels 9 mittels der Positioniereinheit 12-3 wird der jeweils zu erfassende Abschnitt des Szintillators 3 eingestellt, indem die Positionierung in Richtung der optischen Achse 15 bzw. senkrecht dazu in Richtung in die Zeichenebene hinein bzw. heraus erfolgt. Hierbei wird die Einheit aus optischem Detektor 5, Optik 6 und Strahlenschutzverkleidung 16 entsprechend mitbewegt, so dass es sich anbietet diese gemeinsam mit dem Umlenkspiegel 9 zu bewegen, wie in der 3, hier jedoch ohne Darstellung der Strahlenschutzverkleidung 16, dargestellt. Alternativ kann aber auch auf ein Positionieren von optischem Detektor 5 und Optik 6 entlang der optischen Achse 15 verzichtet werden, indem der Arbeitsabstand der Optik 6 entsprechend angepasst wird. Vorzugsweise ist zudem der optische Abbildungsmaßstab der Optik einstellbar, wodurch die Auflösung eingestellt wird, mit der der jeweils erfasste Bereich des Szintillators aufgelöst wird, wie in 1 in den Stellungen 7c und 7d bereits erläutert. Werden die beiden Positioniereinheiten 12-2 und 12-3 für eine Verstellung in Richtung auf den Szintillator zu bzw. von diesem weg bewegt, also die Linearachse 12b der Positioniereinheit 12-2 und die Linearachse 12c der Linearachse 12-3 verwendet, so kann auch auf diese Weise der entsprechend des Arbeitsabstandes der Optik 6 notwendige Abstand zwischen Szintillator 3 und Optik 6 eingestellt werden, damit der jeweils erfasste Bereich des Szintillators 3 scharf auf dem optischen Detektor 5 abgebildet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung, dargestellt in 4, wird die Optik 6 zwischen dem Szintillator 3 und dem Umlenkspiegel 9 angeordnet und mit dem Umlenkspiegel 9 zusammen durch eine nicht dargestellte Positioniereinheit verschoben, oder, wie dargestellt, auch zusammen mit dem optischen Detektor 5. Im Gegensatz zur in 2 oder 3 dargestellten Ausgestaltung wird diese Anordnung gewählt, wenn eine Optik 6 mit kurzem Arbeitsabstand eingesetzt wird, wie dies beispielsweise bei großen optischen Abbildungsmaßstäben der Fall ist. Alternativ kann auch eine weitere getrennte Positioniereinheit nur zur Verschiebung der Optik 6 eingesetzt werden.
Bei den in den Figuren dargestellten Messobjekten 2 können einer oder auch mehrere der Teilbereiche 2a bis 2d sogenannte Abschnitte des Messobjekts sein, oder sogenannte Ausschnitte. Mehrere Abschnitte werden erwähntermaßen durch die Raster-CT gemessen. Handelt es sich um Ausschnitte, so werden diese durch die bereits erwähnte ROI-CT gemessen, wobei Bereiche um den Ausschnitt herum existieren, die in einigen Drehstellungen im und in anderen außerhalb des auf dem Szintillator abgebildeten Bereichs liegen. Dieser Fall liegt beispielsweise vor, wenn der Teilbereich 2b des Messobjekts 2 in höherer computertomografischer Vergrößerung gemessen werden soll und hierzu näher an der Strahlungsquelle 1 angeordnet wird. Hierzu wird beispielsweise die Linearachse 12b der Positioniereinheit 12-1 verwendet. Alternativ sind die Strahlungsquelle 1 und der Szintillator 3 in die entsprechende Richtung verschiebbar. In der nun vorliegenden höheren computertomografischen Vergrößerung werden die in der senkrecht zur Zeichenebene liegenden Regionen um den Ausschnitt 2b möglicherweise nur in einigen der Vielzahl von Drehstellungen auf den Szintillator 3 abgebildet. Für die fehlenden Durchstrahlungsbilder dieser Regionen werden beispielsweise computertomografische Messungen in niedrigerer Vergrößerung oder Nominaldaten wie CAD-Daten herangezogen.
Eine ROI-CT liegt aber auch dann vor, wenn die genannten Regionen zwar auf dem Szintillator 3 abgebildet, aber nicht vom optischen Detektor 5 erfasst werden. Für diesen Fall kann die computertomografische Messung in der verringerten Vergrößerung ersetzt werden, indem die fehlenden Anteile der Durchstrahlungsbilder durch Verschiebung des optischen Detektors 5 erfasst werden oder indem der erfasste Bereich durch Änderung des optischen Abbildungsmaßstabes der Optik 6 entsprechend vergrößert wird. Dies kann erfindungsgemäß nacheinander für alle Drehstellungen, oder je Drehstellung erfolgen.
Ist der zu messende Ausschnitt beispielsweise nicht exakt mittig auf der mechanischen Drehachse angeordnet, taumelt dieser um die mathematischen Drehachse 14 und wird während der Drehung auf unterschiedlichen Bereichen des Szintillators abgebildet. Erfindungsgemäß werden der optische Detektor 5 bzw. gegebenenfalls auch die Optik 6 und ein Umlenkspiegel 9 dieser Taumelbewegung nachgeführt, um jeweils den entsprechenden Bereich des Szintillators zu erfassen. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn mehrere Ausschnitte am gleichen Messobjekt ohne eine veränderte Anordnung auf der mechanischen Drehachse 13 vorzunehmen, das Messobjekt also gewollt taumelt. Die Messergebnisse mehrerer Ausschnitte, die einzeln durch eine ROI-CT gemessen werden, können erfindungsgemäß auch gemeinsam ausgewertet werden, da die Lage der Ergebnisse der Einzelmessungen im Raum einander zuordenbar sind, indem in den verwendeten Positioniereinheiten 12-1 bis 12-3 Wegmesssysteme für die Erfassung der eingestellten Verschiebung bzw. Position vorhanden sind und die jeweils eingestellte Position bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Alternativ werden bei einer ROI-CT die Linearachsen 12b und 12c der Positioniereinheit 12-1 eingesetzt, um die mechanische Drehachse 13 so auf einer Kreisbahn zu bewegen, dass der außermittig auf der mechanischen Drehachse 13 angeordnete Ausschnitt des Messobjekts in allen Drehstellungen auf dem Szintillator bzw. mittig auf dem Szintillator abgebildet wird. Der Ausschnitt dreht sich dabei um eine sogenannte virtuelle Drehachse, die vorzugsweise der Drehachse 14 der mittig angeordneten unbewegten mechanischen Drehachse 13 entspricht, wobei diese Drehachse 14 mittig durch den Ausschnitt verläuft. Hierdurch verbleibt die Abbildung des Ausschnitts an einem festen Bereich auf dem Szintillator, der durch den optischen Detektor 5 durch entsprechendes Verschieben bzw. Einstellen der Optik 5 erfasst wird.
Alternativ sind auch Anordnungen möglich, in denen der Umlenkspiegel groß genug ist, um die komplette optische Strahlung 4 umzulenken. In diesem Fall kann der Umlenkspiegel auch fest angeordnet werden und nur der optische Detektor 5 und die Optik 6 werden verschoben, um den zu erfassenden Bereich des Szintillators einzustellen.
Es ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, mehrere optische Detektoren 5 zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators einzusetzen. Beispielsweise können die in der 1 dargestellten Bereiche 3a und 3b des Szintillators 3 auch mit zwei in den Stellungen 7a und 7b angeordneten optischen Detektoren 5 gleichzeitig erfasst werden. Für die beiden optischen Detektoren kann auch eine gemeinsame Verschiebung mittels einer Positioniereinheit 12-2 erfolgen. Um die von den beiden optischen Detektoren 5 aufgenommenen Durchstrahlungsbilder gemeinsam auszuwerten, ist die Position der optischen Detektoren 5 zueinander eingemessen bzw. werden die eingestellten Positionen der Positioniereinheiten wieder mittels der Wegmesssysteme eingestellt und berücksichtigt.
Durch die Integration der erfindungsgemäßen computertomografischen Anordnung in ein Koordinatenmessgerät sind entsprechende Positioniersysteme wie Linearachsen und die benötigten Komponenten zur Auswertung der von den Wegmesssystemen ermittelten Positionsinformationen und Weiterverarbeitung zur Ermittlung von Maßen von Merkmalen oder zwischen Merkmalen sowie die hierfür benötigten Softwareprogramme bereits zumindest teilweise vorhanden, sodass entsprechende Messungen einfach durchgeführt werden können. Ebenso werden Steuerelemente benötigt, die die entsprechenden Bewegungen der Positioniersysteme regeln. Auch diese sind in Koordinatenmessgeräten größtenteils vorhanden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7400704 [0005, 0005, 0005, 0005]
US 6353657 [0006]
US 6483893 [0006]
US 7286640 [0006]

Claims

Verfahren zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen, eingestellt durch eine Drehvorrichtung wie mechanische Drehachse, in denen das Messobjekt und eine Computertomografiesensorik relativ zueinander gedreht angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt gedreht ist, aufgenommen werden, 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 aufgenommen werden und zu einem Voxelvolumen rekonstruiert werden, aus dem vorzugsweise Oberflächenpunkte an Materialübergängen bestimmt werden, wobei die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zumindest teilweise von dem zumindest einen optischen Detektor erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vom optischen Detektor erfasste, die optische Strahlung abgebende erste Bereich und/oder weiterere Bereiche des Szintillators in Größe und/oder Lage eingestellt wird, vorzugsweise indem der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des vom optischen Detektor jeweils erfassten Bereichs des Szintillators – der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander in Richtung und/oder senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschoben werden und/oder – ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel und der Szintillator relativ zueinander zumindest in Richtung der Normalenrichtung des Umlenkspiegels verschoben werden und/oder – ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor, relativ zum Szintillator um zumindest eine von der Normalenrichtung des Umlenkspiegels abweichende Richtung gedreht wird und/oder – für eine zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor angeordnete Optik der Arbeitsabstand und/oder der optische Abbildungsmaßstab eingestellt wird, wobei vorzugsweise der erste Bereich und/oder zumindest ein weiterer Bereich lediglich ein Teil der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der einzelnen erfassten Bereiche des Szintillators zueinander ermittelt wird, indem die Verschiebung bzw. Drehung zur Einstellung des jeweiligen Bereichs bestimmt wird und/oder indem der von der Optik in der jeweiligen Einstellung für Arbeitsabstand und optischen Abbildungsmaßstab oder dem optischen Detektor direkt erfasste Bereich eingemessen wird und/oder indem die Lage der mehreren eingesetzten optischen Detektoren zueinander bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchstrahlungsbilder bei der Erfassung von mehreren, unterschiedlichen Bereichen des Szintillators durch den zumindest einen optischen Detektor, aufgenommenen werden und die Durchstrahlungsbilder, vorzugsweise je Drehstellung, und/oder die je Bereich rekonstruierten Voxelvolumen und/oder je Bereich ermittelten Oberflächenpunkte gemeinsam weiter verarbeitet bzw. ausgewertet werden, wobei die bei der Erfassung der jeweiligen Bereiche zueinander vorliegende Lage der Bereiche berücksichtigt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und der optische Abbildungsmaßstab unabhängig voneinander eingestellt wird und/oder die gemeinsam mit dem optischen Detektor verschoben wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor oder zwischen der Optik und dem optischen Detektor angeordneter Umlenkspiegel zur Änderung der Ausbreitungsrichtung zumindest eines Teils der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen entsprechend angeordneten optischen Detektor oder die entsprechend angeordnete Optik eingesetzt wird, wobei vorzugsweise zumindest der optische Detektor außerhalb des von der direkten und/oder reflektierten und/oder gestreuten Strahlung der Strahlungsquelle erfassten Bereichs angeordnet ist, vorzugsweise indem zumindest der optische Detektor außerhalb des Bereichs, in dem die optische Strahlung einfällt, von einer Strahlenschutzverkleidung umgeben ist, wobei die Strahlenschutzverkleidung vorzugsweise mit dem optischen Detektor zusammen verschoben wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optische Strahlung von der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators vom Umlenkspiegel in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel relativ zum Szintillator fest angeordnet ist, oder dass vom Umlenkspiegel nur ein Teil der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel getrennt oder gemeinsam mit dem optischen Detektor oder gemeinsam mit der Optik oder gemeinsam mit der Optik und dem optischen Detektor relativ zum Szintillator bewegt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erweiterung des Messbereichs der Computertomografiesensorik in der jeweils eingestellten computertomografischen Vergrößerung das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander, translatorisch, und vorzugsweise senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle in mehrere Relativstellungen verschoben werden und in den mehreren Relativstellungen jeweils Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen aufgenommen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erweiterung des Messbereichs der Computertomografiesensorik in der jeweils eingestellten computertomografischen Vergrößerung unterschiedliche Bereiche des Szintillators vom optischen Detektor erfasst werden, wobei der Abstand zwischen Szintillator und optischem Detektor entlang der optischen Achse für die mehreren Bereiche konstant ist, und wobei vorzugsweise der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander, senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschoben werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zur Einstellung des vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators der Szintillator relativ zum Messobjekt fest angeordnet bleibt und vorzugsweise das Messobjekt in der Vielzahl von Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des vom optischen Detektor erfassten Bereichs des Szintillators, und vorzugsweise die erzielbare Auflösung bei der Erfassung des Bereichs mit dem optischen Detektor, eingestellt wird, indem der optische Abbildungsmaßstab der verwendeten Optik eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Ausschnitts eines Messobjekts, der Ausschnitt in allen für die Auswertung verwendeten Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abgebildet wird, indem der Ausschnitt auf der mechanischen Drehachse entsprechend angeordnet und/oder die mechanische Drehachse während der Drehung auf einer entsprechenden Bahn, vorzugsweise Kreisbahn, so bewegt wird, dass sich der Ausschnitt um eine von der mathematischen Drehachse der mechanischen Drehachse verschiedene, sogenannte virtuelle Drehachse dreht, wobei für zumindest eine, vorzugweise mehrere Drehstellungen des Messobjektes zumindest ein Teilbereich des Messobjektes nicht vom jeweils aufgenommenen Durchstrahlungsbild erfasst wird, wobei dieser Teilbereich vorzugsweise in senkrechter Richtung zu der Achse, um die das Messobjekt gedreht wird, vom erfassten Bereich entfernt liegt, und wobei während der Drehung der optische Detektor relativ zum Szintillator derart verstellt wird, dass die aus der Abbildung des Ausschnitts auf dem Szintillator resultierende optische Strahlung in allen für die Auswertung verwendeten Drehstellungen vollständig von dem optischen Detektor erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche des Messobjektes, die nur in einigen der Durchstrahlungsbilder erfasst wurden, zumindest in den fehlenden Drehstellungen erfasst werden, indem – Durchstrahlungsbilder bei verringertem optischen Abbildungsmaßstab aufgenommen werden und/oder – Durchstrahlungsbilder bei verringerter computertomografischen Vergrößerung aufgenommen werden und/oder – der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verstellt werden, vorzugsweise senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Helix-Computertomografie durchgeführt wird, wobei das Messobjekt relativ zur Computertomografiesensorik in Richtung der Achse verschoben wird, um die die Drehung erfolgt, wobei im Wesentlichen zur Verschiebung einhergehend die Vielzahl der Drehstellungen eingestellt wird, in denen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografiesensorik in eine Fertigungs- bzw. Messlinie oder ähnliches integriert ist und das Messobjekt oder mehrere Messobjekte kontinuierlich zur Computertomografiesensorik verschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Detektor nur den Bereich des Szintillators erfasst, der die optische Strahlung abgibt, die aus der Abbildung eines einstellbaren begrenzten Abschnitts des Messobjektes auf dem Szintillator resultiert, wobei der Abschnitt im Wesentlichen auf einen schmalen Bereich begrenzt ist, der sich um die Ebene erstreckt, die senkrecht zur Richtung der Achse verläuft, um die die Drehung erfolgt und die mittlere Strahlrichtung der Strahlungsquelle beinhaltet.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Helix-Computertomografie durchgeführt wird, wobei die Verschiebung des Messobjekts relativ zur Computertomografiesensorik in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, ersetzt wird, indem der optische Detektor derart verschoben wird, dass nacheinander Durchstrahlungsbilder von Abschnitten des Messobjekts aufgenommen werden, die in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, versetzt sind, wobei im Wesentlichen zur Verschiebung des optischen Detektors einhergehend die Vielzahl der Drehstellungen eingestellt wird, in denen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung zur Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators, während der Änderung der Drehstellung und/oder zwischen der Aufnahme von zwei aufeinanderfolgend aufgenommenen und zur Computertomografie verwendeten Durchstrahlungsbildern erfolgt, vorzugsweise mehrfach zwischen den mehreren Einstellungen hin und her verschoben wird, um beispielsweise abwechselnd Durchstrahlungsbilder in zumindest zwei unterschiedlichen optischen Abbildungsmaßstäben aufzunehmen oder Durchstrahlungsbilder bei gleichem optischen Abbildungsmaßstab und unterschiedlichen erfassten, vorzugsweise jeweils benachbarten, Bereichen des Szintillators aufzunehmen.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Detektoren zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators eingesetzt werden, wobei die optischen Detektoren fest zueinander oder beweglich zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert betrieben wird.
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, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der vom optischen Detektor jeweils erfassten Bereichs des Szintillators einstellbar ist, indem – Mittel zur Verschiebung des optischen Detektors und des Szintillator relativ zueinander in Richtung und/oder senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors vorhanden sind und/oder – zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel angeordnet ist und Mittel zur Verschiebung des Umlenkspiegels und des Szintillators relativ zueinander zumindest in Richtung der Normalenrichtung des Umlenkspiegels vorhanden sind und/oder – zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel angeordnet ist und Mittel zur Drehung des Umlenkspiegels, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor, und des Szintillators relativ zueinander um zumindest eine von der Normalenrichtung des Umlenkspiegels abweichende Richtung vorhanden sind und/oder – zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und/oder der optische Abbildungsmaßstab einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass Messsysteme wie Wegmesssysteme vorhanden sind, die die Verschiebungen bzw. Drehung, ausgelöst durch die Mittel zur Verschiebung, erfassen, die zur Einstellung des jeweiligen Bereichs durchgeführt werden und/oder die die Lage der mehreren eingesetzten optischen Detektoren zueinander erfassen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteverrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, Durchstrahlungsbilder mehrerer Bereiche, vorzugsweise je Drehstellung, und/oder die je Bereich rekonstruierten Voxelvolumen und/oder je Bereich ermittelten Oberflächenpunkte gemeinsam weiterzuverarbeiten bzw. auszuwerten, wobei die bei der Erfassung der jeweiligen Bereiche zueinander vorliegende Lage der Bereiche berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor eine Optik angeordnet ist, für die der Arbeitsabstand und der optische Abbildungsmaßstab unabhängig voneinander einstellbar ist und/oder die gemeinsam mit dem optischen Detektor verschiebbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor oder zwischen der Optik und dem optischen Detektor ein Umlenkspiegel zur Änderung der Ausbreitungsrichtung zumindest eines Teils der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen entsprechend angeordneten optischen Detektor oder die entsprechend angeordnete Optik angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest der optische Detektor außerhalb des von der direkten und/oder reflektierten und/oder gestreuten Strahlung der Strahlungsquelle erfassten Bereichs angeordnet ist, vorzugsweise indem zumindest der optische Detektor außerhalb des Bereichs, in dem die optische Strahlung einfällt, von einer Strahlenschutzverkleidung umgeben ist, wobei die Strahlenschutzverkleidung vorzugsweise mit dem optischen Detektor zusammen verschiebbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel derart angeordnet ist und eine entsprechende Größe besitzt, dass optische Strahlung von der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird und der Umlenkspiegel relativ zum Szintillator fest angeordnet ist, oder dass der Umlenkspiegel, vorzugsweise gemeinsam mit dem optischen Detektor oder gemeinsam mit der Optik oder gemeinsam mit der Optik und dem optischen Detektor, relativ zum Szintillator verschiebbar angeordnet ist und eine solche Größe besitzt, dass nur ein Teil der gesamten, die optische Strahlung abgebbaren Region des Szintillators in Richtung des optischen Detektors reflektiert wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verschiebung vorhanden sind, um das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander, translatorisch, und vorzugsweise senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle in mehrere Relativstellungen zu verschieben.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Szintillator und optischem Detektor mehrere Relativstellungen einstellbar sind, wobei der Abstand zwischen Szintillator und optischem Detektor entlang der optischen Achse konstant ist, vorzugsweise der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander, senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors verschiebbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Szintillator relativ zum Messobjekt fest angeordnet ist und vorzugsweise der Szintillator eine Größe besitzt, um das Messobjekt in der Vielzahl von Drehstellungen vollständig auf dem Szintillator abzubilden.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Abbildungsmaßstab der verwendeten Optik einstellbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verschiebung eines Ausschnitts eines Messobjekts auf der mechanischen Drehachse und/oder zur Verschiebung der mechanischen Drehachse, während der Drehung, auf einer Bahn, vorzugsweise Kreisbahn, vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Abbildungsmaßstab veränderbar ist und/oder Mittel zur Änderung der computertomografischen Vergrößerung vorhanden sind, vorzugsweise die mechanische Drehachse in Richtung der mittleren Strahlrichtung der Strahlungsquelle verschiebbar ist, und/oder Mittel zur Verstellung des optischen Detektors und des Szintillators relativ zueinander, vorzugsweise senkrecht zur Normalenrichtung der Detektorfläche des optischen Detektors, vorhanden sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verschiebung vorhanden sind, um das Messobjekt und die Computertomografiesensorik relativ zueinander in Richtung der Achse, um die die Drehung erfolgt, zu verschieben.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verschiebung Linearachsen oder mehrere Linearachsen in Positioniereinheiten, beispielsweise Mehrachspositioniereinheiten sind, und vorzugsweise motorisch betrieben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografiesensorik in eine Fertigungs- bzw. Messlinie oder ähnliches integriert ist und das Messobjekt oder mehrere Messobjekte kontinuierlich zur Computertomografiesensorik verschiebbar sind, beispielsweise mittels eines Förderbandes oder Roboters oder ähnlichem.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verschiebung zur Einstellung des erfassten Bereichs des Szintillators während der Änderung der Drehstellung und/oder zwischen der Aufnahme von zwei aufeinanderfolgend aufgenommenen und zur Computertomografie verwendeten Durchstrahlungsbildern ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Detektoren zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Bereiche des Szintillators vorhanden sind, wobei die optischen Detektoren fest zueinander oder beweglich zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert ist.