DE102015101378A1

DE102015101378A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Charakteristika an bzw. von Werkstücken mit Computertomografie

Info

Publication number: DE102015101378A1
Application number: DE102015101378.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Christoph; Ingomar Schmidt; Michael Hammer; Florian Herzog; Henning Stoschus; Andreas Flechtmann
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-07-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen. Um Drifterscheinungen zu korrigieren, ist vorgesehen, dass ein am Drehtisch befestigter Driftkörper zusammen mit dem Werkstück in Durchstrahlungsbildern abgebildet wird und aus der Abweichung der Ist-Position des Driftkörpers im jeweiligen Durchstrahlungsbild zur vorab bestimmten Soll-Position die Relativposition zwischen Werkstück und Röntgendetektor korrigiert wird und das Durchstrahlungsbild erneut aufgenommen wird oder/oder das Durchstrahlungsbild um die Abweichung zurück verschoben wird oder die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen insbesondere zur dimensionellen Messung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück oder z. B. dessen Dichte.
Für die dimensionelle Messung komplexer Geometrien werden verschieden taktile, taktiloptische, optische oder computertomografische Sensoren (Computertomograf) verwendet. Bevorzugt werden diese in Koordinatenmessgeräten (KMGs) betrieben, teilweise auch mehrere Sensoren kombiniert in einem Gerät (Multisensor-KMG).
Unter Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken ist zu verstehen, dass aus der Menge der meist mittels eines flächigen Detektors in mehreren Drehstellungen eines Werkstücks aufgenommenen zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern eine Rekonstruktion der Volumeninformationen (Voxeldaten bzw. Voxelamplituden in Form von Grauwerten) für das vom Detektor erfasste Volumen erfolgt, wobei die Voxeldaten ein Maß für die lokalen Schwächungskoeffizienten sind, und an Materialgrenzen durch Oberflächenextraktionsverfahren aus den Voxeldaten Messpunkte bzw. Oberflächenmesspunkte erzeugt werden. Aus diesen Oberflächenmesspunkten können Maße am Werkstück bzw. Maße von Merkmalen bzw. Strukturen am Werkstück ermittelt werden, also dimensionelle Messungen erfolgen. Die Oberfläche des Werkstücks wird beispielsweise durch Vernetzung der Oberflächenpunkte im sogenannten STL-Format (STL – Standard Triangulation Language) dargestellt.
Ein Computertomograf bzw. eine Computertomografiesensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse (Drehtisch) zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel des vom Detektor erfassten Teils der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.
Der Begriff mechanische Drehachse dient lediglich der Unterscheidung zu einer mathematischen Drehachse, wenn gleich eine mechanische Drehachse (auch als Drehtisch bezeichnet) immer auch eine Drehung um eine mathematische Drehachse ermöglicht. Die Verwendung des Begriffes Drehachse bezieht sich daher auf die der mechanischen Drehachse zugeordnete mathematische Drehachse, insofern aus dem Zusammenhang eine Richtung gemeint ist, und auf die mechanische Drehachse, insofern eine Vorrichtung gemeint ist. Der Begriff mechanische Drehachse bezeichnet keine Einschränkung auf das innerhalb der Drehachse umgesetzte Führungsprinzip zwischen feststehendem und drehbarem Teil der mechanischen Drehachse. Es sind also sowohl mechanisch gelagerte, wie auch luftgelagerte, oder anderweitig wie hydraulisch gelagerte usw., mechanische Drehachsen gemeint. Die mathematische Drehachse wird auch als physikalische Drehachse bezeichnet.
Als Detektor werden neben flächig ausgeprägten Detektoren auch Zeilendetektoren eingesetzt. Diese besitzen nur eine einzige Detektorzeile. Zur vollständigen Aufnahme von Durchstrahlungsinformationen eines räumlich ausgedehnten Werkstücks müssen Werkstück und Detektor in mehrere entlang der Richtung der Drehachse (mathematischen Drehachse) verschobene Stellungen gebracht werden. Der sich dadurch ergebende erhöhte Zeitaufwand wird durch den Einsatz von Flächendetektoren vermieden. Dennoch ist die vorliegende Erfindung bzw. sind die erfindungsgemäßen Lehren auch für Zeilendetektoren umsetzbar. Anstatt der Verarbeitung von Durchstrahlungsbildern, also 2D-Bildern, werden die mit der jeweiligen Detektorzeile aufgenommenen Informationen verarbeiten und hier zur Vereinfachung ebenfalls als Durchstrahlungsbilder bezeichnet.
Eine selbstständige Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Driftkorrektur bei einer computertomografischen Messung, bei der das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird.
Bei dem in der WO2010094774 beschriebenem computertomografischen Messverfahren, bei dem das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird, ist für die Genauigkeit der Messergebnisse entscheidend, dass die Relativbewegungen, insbesondere die translatorische Bewegung des Drehtisches (auch als mechanische Drehachse bezeichnet) mit hoher Genauigkeit auf der vorgegebenen Bahn, insbesondere Kreisbahn, und abgestimmt auf die Drehung des Werkstückes mittels des Drehtisches erfolgt. Positionierabweichungen der für die translatorische Bewegung eingesetzten Messachsen, beispielsweise eines Koordinatenmessgerätes, können die korrekte Lage der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder in der Bildebene des Röntgendetektors zueinander beeinflussen. Aber auch Drifterscheinungen des die Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks der Röntgenquelle, des Detektors und des Drehtisches zueinander während der Messung können für eine verschobene Lage der Durchstrahlungsbilder zueinander sorgen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für computertomografische Verfahren, bei denen das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird, den Einfluss von Positionierabweichungen der zur Realisierung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Detektor eingesetzten Mittel, wie Messachsen, und den Einfluss von Drifterscheinungen zwischen den Komponenten Brennfleck der Röntgenquelle, Detektor und Drehtische auf das Messergebnis zu vermindern, insbesondere die Lage der in mehreren Drehstellungen aufgenommenen Durchstrahlungsbildern zueinander zu korrigieren.
Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird und in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen des Werkstücks herangezogen werden.
Ein diesbezügliches Verfahren zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass ein am Drehtisch befestigter Driftkörper, wie Kugel, vorzugsweise auf der physikalischen Drehachse des Drehtisches befestigter Driftkörper, zusammen mit dem Werkstück in den Durchstrahlungsbildern abgebildet wird und aus der Abweichung der Ist-Position des Driftkörpers im jeweiligen Durchstrahlungsbild zur vorab bestimmten Soll-Position

– die Relativposition zwischen Werkstück und Röntgendetektor korrigiert wird und das Durchstrahlungsbild erneut aufgenommen wird oder/oder
– das Durchstrahlungsbild um die Abweichung zurück verschoben wird oder die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.

Zur Bestimmung der Soll-Position des Driftkörpers in den Durchstrahlungsbildern müssen die Lage des Driftkörpers auf dem Drehtisch (Ausgangsposition) und die Bahn, auf der sich der Drehtisch bzw. der Detektor während der Messung bewegen wird, bekannt sein. Vorzugsweise bewegt sich der Drehtisch in diskreten Positionen auf einer Kreisbahn, wobei an jeder der Positionen ein Durchstrahlungsbild in einer vorgegebenen Drehstellung des Drehtisches aufgenommen wird. Dabei wird jeweils der zu messende Bereich des Werkstücks und der Driftkörper auf den Detektor abgebildet. Dieser Bereich befindet sich zumindest leicht außerhalb der Mitte des Drehtisches. Würde er sich genau in der Mitte befinden, müsste der Drehtisch nicht auf einer Kreisbahn bewegt, sondern nur gedreht werden. Der Driftkörper befindet sich jedoch bevorzugt in der Mitte des Drehtisches, also in der physikalischen Drehachse des Drehtisches und bewegt sich daher an Soll-Positionen senkrecht zur Drehachse parallel zur Detektorebene auf einer Linie, die der in die Detektorebene projizierten Kreisbahn des Drehtisches entspricht. Bewegt sich der Detektor in einer Richtung, die senkrecht zur Drehachse und in der Detektorebene verläuft, so folgt die Soll-Position des Driftkörpers dieser Bewegung. Durch die stets senkrecht zur Detektorebene vorliegende Bewegung des Drehtisches wird jedoch noch eine Bewegung des in die Detektorebene abgebildeten Driftkörpers überlagert, die sich aus dem ändernden Abbildungsmaßstab ergibt. Diese Bewegung ist jedoch bekannt und wird mit einberechnet. Für den Fall, dass der Driftkörper außerhalb der Drehachsmitte angeordnet ist, können die Bewegungen des Driftkörpers kompliziertere Trajektorien annehmen, die aber dennoch stets berechenbar sind. Hierbei muss neben dem Betrag der außermittigen Lage auch der Drehwinkel des Driftkörpers um die physikalische Achse des Drehtisches einberechnet werden. Ein Sonderfall liegt vor, wenn der Driftkörper genau in der Achse angeordnet wird, um die das Werkstück gedreht wird, also in der von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse. Dann bleibt die Soll-Position des Driftkörpers in allen Durchstrahlungsbildern gleich.
Als Ausführungsbeispiel für die Anordnung eines Driftkörpers wie Driftkugel am Drehtisch, insbesondere in der physikalischen Drehachse des Drehtisches, wird beispielhaft auf die 4 und die dazu gehörige Beschreibung verwiesen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Soll-Positionen des Driftkörpers festgelegt werden aus der vorab festgelegten Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor und der Ausgangsposition des Driftkörpers auf dem Drehtisch in einer ersten Drehstellung, wobei die Ausgangsposition durch die Position des Driftkörpers in einem in der ersten Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbild festgelegt ist.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die verschobenen Durchstrahlungsbilder mittels Resampling in ein gemeinsames Raster überführt werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, indem der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordnete Geometrievektor um die Abweichung korrigiert wird
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass bei der Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor die rotatorische Bewegung das Drehen des Drehtisches um seine physikalische Achse ist und die translatorische Bewegung eine Verschiebung

– des Drehtisches senkrecht zur Röntgendetektorebene und
– des Drehtisches oder Röntgendetektors in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft, ist.

Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung der Dichte und vorzugsweise der Dichteverteilung in einem Werkstück, wobei die Dichte oder Dichteverteilung bevorzugt zur Korrektur dimensioneller Messungen mit dem Computertomografen herangezogen wird.
Typische Verfahren zur Dichtebestimmung basieren auf der Ermittlung des Volumens und der Masse eines Werkstücks. Die Volumenbestimmung wird bei vielen Verfahren dadurch verfälscht, dass Lufteinschlüsse mit gemessen werden. Hierdurch wird das Volumen zu groß und damit die Dichte zu klein bestimmt. Die genaue Dichte eines Werkstücks wird jedoch bei Verfahren zur Korrektur von Messabweichungen bei der computertomografischen Messung, sogenannten Artefakten benötigt. Entsprechende Korrekturverfahren basieren häufig auf der Simulationen der computertomografischen Messung des Werkstücks. Dabei ist es wichtig, neben den Parametern der Röntgenröhre und des Detektors auch Kenngrößen des Werkstücks selbst zu kennen. Sind alle diese Größen bekannt, können polychromatische Intensitäten I, also Intensitäten unter Berücksichtigung des Energiespektrums der Röntgenröhre und der Dichte- und energieabhängigen Absorption durch das Werkstück, am Ausgang des Detektors wie folgt simuliert werden:
wobei spektrum- und detektorabhängige Parameter in der Funktion w(E) berücksichtigt werden und L die Schnittlänge (durchstrahlte Länge bzw. Durchstrahlungslänge) durch das Objekt beschreibt. Im Allgemeinen greift man bei der Simulation auf Datenbanken zurück in µ(E) / ρ denen für eine Vielzahl von Elementen und Verbindungen tabelliert sind. Diese werden anschließend mit der Dichte ρ₀ des Objekts skaliert. Häufig ist jedoch die tatsächliche Dichte des Objekts a priori nicht genau bekannt, beispielsweise durch minimale Lufteinschlüsse unterhalb der Auflösungsgrenze. Aus den polychromatischen Intensitäten I werden durch Rekonstruktion die Volumendaten, also die Schwächungswerte berechnet.
Zudem lässt sich aus dem Volumen und der Masse nur die mittlere Dichte bestimmen. Insbesondere Werkstücke aus mehreren Materialien werden also unzureichend in ihrer Dichtezusammensetzung bzw. Dichteverteilung beschrieben.
Die genaue Verteilung der Dichte bei Werkstücken aus mehreren Materialien innerhalb eines Werkstücks, insbesondere innerhalb der Voxel bzw. Subvoxel aus einer computertomografischen Messung wird benötigt, wenn die Korrektur von Artefakten in Anlehnung an das zuvor beschriebene Verfahren erfolgen soll. Dabei ist jedoch die Dichte je Voxel bzw. Subvoxel, also die Dichteverteilung bei der Berechnung der polychromatischen Intensitäten I zu verwenden. Insbesondere die Spektrum- also energieabhängigen Einflüsse variieren dabei nun zusätzlich von der jeweiligen Dichte. Nach dem Stand der Technik steht nur die relative Dichteverteilung, ermittelt aus den mittels computertomografischer Messung bestimmten Schwächungskoeffizienten zu Verfügung. Die Zuordnung der unterschiedlichen Schwächungskoeffizienten zu den einzelnen Voxeln bzw. Subvoxeln kann abhängig von den vorliegenden Materialdichten und dem Dichteunterschied nur ungenau möglich sein. Die absoluten Schwächungswerte und damit die Verteilung der absoluten Dichte sind nicht genau bekannt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genaue Dichte bzw. die genaue Dichtverteilung eines Werkstücks zu bestimmen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte und vorzugsweise zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück.
Zumindest Aspekte der Aufgabe werden im Wesentlichen durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Masse des Werkstücks mit einer Waage bestimmt wird und aus der Masse und Volumen des Werkstücks eine mittlere Dichte bestimmt und als Dichte verwendet wird und vorzugsweise aus der mittleren Dichte und der Verteilung der relativen Dichte die Verteilung der Dichte bestimmt wird, wobei die relative Dichte aus den in den computertomografisch bestimmten Voxeldaten enthaltenen Schwächungsdaten ermittelt und das Volumen des Werkstücks, und vorzugsweise die Verteilung der relativen Dichte des Werkstücks, mittels computertomografischer Messung bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass eine im Computertomografen integrierte Waage, vorzugsweise eine im Drehtisch des Computertomografen integrierte Waage eingesetzt wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Volumen ermittelt wird, indem die in mehreren Drehstellung des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor, bevorzugt matrixförmigen Flächendetektor, mit dem Röntgendetektor aufgenommenen Durchstrahlungsbilder zu einem Voxeldatensatz rekonstruiert werden, aus den Voxeldaten Oberflächenpunkte, vorzugsweise im STL-Format vernetzte Oberflächenpunkte, bestimmt werden und aus der so bestimmten Form der Oberfläche das Volumen bestimmt wird, wobei die Volumina von innerhalb des Werkstücks vorliegenden Einschlüssen wie Lunkern vom Volumen abgezogen werden.
Hierbei wird also eine STL-Datei der äußeren Oberfläche bestimmt, die die Einschlüsse mit enthält und ein Gesamtvolumen berechnet. Das Volumen der Einschlüsse wird durch separate Methoden nach dem Stand der Technik ermittelt und vom Gesamtvolumen abgezogen. Das resultierende Volumen wird als das Volumen weiter verwendet.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die in den Voxeldaten enthaltenen Schwächungsdaten als relative Dichteverteilung verwendet werden.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Verteilung der Dichte bestimmt wird, indem die relative Dichteverteilung so mit der mittleren Dichte gewichtet wird, dass das Integral der so ermittelten Dichteverteilung über die Voxel bzw. Subvoxel des Volumens des Werkstücks die Masse ergibt, die der mittleren Dichte entspricht.
Die mittlere Dichte ρ₀ dient also zur Bestimmung eines Korrekturfaktors f, mit dem die relative Dichte rρ_i jedes Voxels bzw. Subvoxels multipliziert wird, um die Dichteverteilung ρ_i zu erhalten. Aus folgendem Zusammenhang ergibt sich, dass der Korrekturfaktor f dem Verhältnis aus mittlerer Dichte ρ₀ zu mittlerer relativer Dichte rρ entspricht:
Hierbei bedeuten:

m: – Masse (des gesamten Werkstücks, ermittelt durch Wägung)
ρ₀: – mittlere Dichte (ermittelt aus Volumen V und Masse m)
V: – Volumen des Werkstücks
∆V: – Volumen eines Volumenelementes, also Voxels bzw. Subvoxels (ermittelt aus Volumen V und Anzahl der Voxel bzw. Subvoxel n)
n: – Anzahl der Voxel bzw. Subvoxel, die zum Werkstück gehören (ermittelt durch Untersuchung aller Voxel darauf hin, ob sie innerhalb oder außerhalb des Werkstückvolumens liegen, also innerhalb oder außerhalb der vernetzten Oberflächenpunkte)
ρ_i: – gesuchte Dichteverteilung (Dichte je Voxel bzw. Subvoxel)
rρ_i: – relative Dichteverteilung (Schwächungskoeffizienten der computertomografischen Messung oder bestimmt aus den Schwächungskoeffizienten der computertomografischen Messung)
rρ: – mittlere relative Dichte bestimmt aus rρ_i

Die Verwendung von Subvoxeln sorgt für eine erhöhte Genauigkeit. Subvoxel werden erzeugt, indem Voxel aufgeteilt werden und den resultierenden Subvoxeln jeweils als Grauwert ein Wert zugewiesen wird, der aus Nachbarvoxeln interpoliert wird. Das Verfahren wird auch als trilinieare Interpolation bezeichnet.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Dichte oder Dichteverteilung in ein Verfahren zur Korrektur von Artefakten einer computertomografischen Messung einfließt, wobei vorzugsweise zur Simulation der Schwächungsdaten polychromatische Intensitäten unter Zugrundelegung der Dichte oder Dichteverteilung berechnet werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Dichte oder Dichteverteilung für die Einstellung eines oder mehrerer Aufnahmeparameter des Computertomografen, wie beispielsweise Röhrenspannung, Röhrenstrom, Belichtungszeit, Anzahl der Drehschritte, mechanischen Vorfilter, herangezogen wird, mindestens jedoch zur Einstellung von Röhrenspannung und/oder Röhrenstrom.
Hierbei wird anhand der Dichte bzw. Dichteverteilung und des damit bekannten Absorptionsverhaltens berechnet oder abgeschätzt, welche Schwächung der Röntgenstrahlung erwartet wird, insbesondere welche maximale Schwächung während der einzunehmenden Drehstellungen vorliegen wird. Zusammen mit Informationen über die Röntgenquelle, insbesondere energetische Verteilung der ausgesendeten Strahlung also Röntgenspektrum, und gegebenenfalls des Detektors, wie Empfindlichkeit gegenüber Röntgenstrahlung, Rauschverhalten, Auflösung, sowie der zumindest groben Kenntnis der Werkstückgeometrie und daraus abgeleiteter Durchstrahlungslängen können die Parameter für die zur Abbildung verwendete Röntgenstrahlung festgelegt werden. Dies betrifft zum einen die Röntgenleistung, bestimmt durch Röntgenspannung und Röntgenstrom, aber auch die zur Vorfilterung eingesetzten Strahlfilter, hier als mechanische Vorfilter bezeichnet, sowie weitere Aufnahmeparameter wie beispielsweise Messdauer je Durchstrahlungsbild also Belichtungszeit und Anzahl der Drehschritte.
Nach einer alternativen, eigenständig erfinderischen Idee ist auch vorgesehen, die Einstellung der Aufnahmeparameter des Computertomografen durchzuführen, wobei das Volumen aus den Solldaten wie CAD-Daten des Werkstücks verwendet wird, um die Durchstrahlungslängen zu bestimmen und/oder die Dichte bzw. Dichteverteilung unter Verwendung der bestimmten Masse zu ermitteln.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte und zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück, wobei die Vorrichtung einen Computertomografen aufweist, der zumindest einen das Werkstück aufnehmenden Drehtisch, eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor aufweist, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Waage im Computertomografen integriert ist, wobei mit dem Computertomografen das Volumen des Werkstücks, und vorzugsweise die Verteilung der in den computertomografisch bestimmbaren Voxeldaten enthaltenen Schwächungsdaten des Werkstücks mittel computertomografischer Messung bestimmbar sind,
Insbesondere zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass die Waage im Drehtisch integriert ist.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Computertomograf eine automatische Bestückungsvorrichtung aufweist, die zum Beladen und zum Entladen der Waage ausgebildet ist, wobei die Bestückungsvorrichtung vorzugsweise ausgelegt ist, den Drehtisch und/oder ein Werkstückmagazin zu beladen und zu entladen.
Zur Bestückung wird das Werkstück beispielsweise aus einem Werkstückmagazin entnommen und durch die Bestückungsvorrichtung auf den Drehtisch platziert. Falls die Waage nicht im Drehtisch integriert ist, ist die Bestückungsvorrichtung dazu vorgesehen, das Werkstück zwischen Drehtisch und Waage hin und her zu platzieren. Dieses Vorgehen kann mit und ohne vorhandenes Werkstückmagazin erfolgen. Das Werkstückmagazin ist bevorzugt im Computertomografen integriert, wie auch die Waage, damit das Bestücken und Wiegen ohne Abschalten der Röntgenquelle erfolgen kann.
Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messbereichserweiterung bei der Messung mit einem Computertomografen.
Die beispielsweise aus der WO2005119174A1 oder der PCT/EP2013/059149 bekannten Verfahren zur Vergrößerung des Messbereiches bzw. Messbereichserweiterung bei der computertomografischen Messung eines Werkstücks mit einem Computertomografen sehen vor, dass in allen Relativpositionen zwischen Werkstück und Computertomografiesensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) Durchstrahlungsbilder für alle Drehstellungen aufgenommen werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei 2 × 2 Relativpositionen, je zwei in Richtung der Drehachse versetzt und je zwei senkrecht dazu versetzt, und 800 Drehstellungen insgesamt 3200 Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden müssen. Da je Durchstrahlungsbild eine gewisse Belichtungszeit vorgegeben wird, zum Beispiel 0,5 Sekunden bis 4 Sekunden oder mehr, und die Vielzahl der Positionen in allen Drehstellungen eingenommen werden müssen, kann sich eine enorm hohe Messzeit ergeben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Messzeit bei Verfahren zur Vergrößerung des Messbereiches beim Messen mit einem Computertomografen zu verringern. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Werkstück eine von einer rotationssymmetrischen Geometrie, insbesondere Zylindergeometrie abweichende Geometrie aufweist, also in verschiedenen Drehstellungen unterschiedlich ausgedehnte oder verteilte Projektionsflächen auf den Röntgendetektor besitzt oder die Projektionsfläche den Röntgendetektor nicht in allen Drehstellungen bis an die Ränder hin überdeckt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei zur Vergrößerung des Messbereiches

– in Richtung der Drehachse des Drehtisches und/oder
– in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft

Zumindest Aspekte der Aufgaben werden im Wesentlichen durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass je Drehstellung aus der Menge der den vergrößerten Messbereich vollständig abdeckenden Positionen nur die Positionen ausgewählt, und in diesen Einzeldurchstrahlungsbilder aufgenommen werden, in denen ein Bereich des Werkstücks auf dem Detektor abgebildet wird.
Die Größe des Messbereiches ist für Computertomografen ohne Messbereichserweiterung durch die Größe des Detektors in Verbindung mit dem Abstand des Detektors zum Werkstück bzw. Drehtisch und zur Röntgenquelle sowie dem Abstand zwischen Röntgenquelle und Werkstück bzw. Drehtisch vorgegeben. Die Änderungen sämtlicher der genannten Abstände führt zu einer Änderung des maximal vom Detektor erfassten Strahlungswinkels der Röntgenquelle (Kegelwinkel) und damit zu Genauigkeitsänderungen und/oder des Abbildungsmaßstabes und damit zu veränderter Auflösung und damit Genauigkeit und verändertem Messbereich. Unter Messbereichserweiterung wird jedoch verstanden, bei gleichbleibendem Abbildungsmaßstab und gleicher Genauigkeit einen vergrößerten Messbereich zu erfassen. Zur Vergrößerung des Messbereiches soll hier daher nur die Möglichkeit betrachtet werden, die Größe des Detektors, insbesondere der Detektorfläche, virtuell zu vergrößern, indem Detektor und Werkstück mehrere Positionen, insbesondere senkrecht zur mittleren Strahlrichtung der Röntgenquelle versetzt, zueinander einnehmen. Der so vergrößerte Messbereich ist unabhängig von der Drehstellung gleich groß, muss aber erfindungsgemäß nicht in allen Drehstellungen vollständig abgetastet, also durch Einzeldurchstrahlungsbilder erfasst werden. Die Menge bzw. Anzahl der Positionen, die mindestens notwendig ist, um den so vergrößerten Messbereich vollständig abzudecken, ist für alle Drehstellungen gleich groß.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die einzunehmenden Positionen festgelegt werden

– anhand der Sollabmessungen des Werkstücks und der Lage des Werkstücks relativ zum Drehtisch oder
– indem je Drehstellung für jedes Einzeldurchstrahlungsbild der Randbereich, insbesondere Randpixel, des oberen, unteren, linken und rechten Randes, auf Vorliegen einer Schwächung durch das Werkstück untersucht werden und bei Vorliegen einer solchen Schwächung eine weitere Position in Richtung des jeweiligen Randes versetzt festgelegt wird.

Die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch kann entweder grob durch Bediener eingestellt werden oder durch Messen von charakteristischen Ausrichtmerkmalen durch einen mit dem Computertomografen in einem Koordinatenmessgerät eingesetzten weiteren Sensor wie beispielsweise taktilen oder optischen oder taktil-optischen Sensor bestimmt werden.
Bei der Untersuchung der Randpixel erfolgt eine Unterscheidung, ob es sich um einen vom Werkstück geschwächten Wert handelt oder um einen nicht durch das Werkstück geschwächten Bereich durch Vergleich der Pixelinformation (Grauwert) mit dem Grauwert eines sicher der Umgebung des Werkstücks und nicht dem Werkstück zugeordneten Bereichs im Messbereich des Computertomografen. Nach dem Stand der Technik wird beispielsweise vor dem Einbringen des Werkstücks in den Strahlenbereich der Röntgenquelle eine Hellbildabgleich vorgenommen. Die dabei vorliegenden Grauwerte der Pixel stehen stellvertretend für einen nicht vom Werkstück geschwächten Bereich.
Nach einer besonderen, eigenerfinderischen Idee ist vorgesehen, dass die Untersuchung der Randpixel in Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks in mehreren Drehstellungen eines Drehtisches dahingehend erfolgt, dass anhand der Pixelinformationen (Grauwerte) in den Randbereichen (Randpixel) festgestellt wird, ob in der aktuellen Relativposition zwischen Röntgendetektor und Werkstück die anhand einer Röntgenquelle ausgelösten Abbildung des Werkstücks auf dem Röntgendetektor vollständig durch den Röntgendetektor erfasst wird. Dieses Verfahren wird für Computertomografen mit aber auch ohne der Möglichkeit einer Messbereichserweiterung eingesetzt, um sicher zu stellen, dass das Werkstück derart auf dem Drehtisch angeordnet ist, dass eine vollständige Erfassung der Abbildung des Werkstücks durch den Röntgendetektor erfolgt. Ist dies nicht der Fall, wird eine Fehlermeldung generiert und der Bediener aufgefordert, die Position des Werkstücks auf dem Drehtisch in der entsprechenden Richtung, die beispielsweise auf einem Ausgabegerät wie Bildschirm in der Drehstellung des Werkstücks, bei dem eine Überschreitung, also zu große Schwächung der Randpixel, festgestellt wurde, angezeigt wird, zu korrigieren.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die ermittelten weiteren Positionen der jeweiligen Drehstellung nacheinander eingenommen werden und dann erst die nächste Drehstellung eingestellt wird oder dass nach der Aufnahme eines Einzeldurchstrahlungsbildes jeweils die nächste Drehstellung eingenommen wird und die weiteren Positionen der Drehstellung jeweils beim erneuten Erreichen der Drehstellung eingenommen werden.
Nach der ersten Lösung werden also alle Drehstellungen nur einmal eingenommen und je Drehstellung die mehreren Positionen eingenommen und in diesen die Einzeldurchstrahlungsbilder aufgenommen. Nach der zweiten Lösung wird je eingenommener Drehstellung immer nur ein Einzeldurchstrahlungsbild aufgenommen (Ausnahme: letzte Drehstellung, die der ersten Drehstellung der nächsten Drehung entspricht. Hier werden zwei Einzeldurchstrahlungsbilder in zwei verschiedenen Positionen aufgenommen) und dann die nächste Drehstellung eingenommen. Dies hat den Vorteil, dass das im Vergleich zum Drehen langsamere Positionieren in die Positionen je Position nur einmal für alle Drehstellungen erfolgen muss. Beim Drehen werden dann je eingestellter Position nur die Drehstellungen eingenommen, für die ein Werkstückbereich erfasst wird.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Ermittlung der einzunehmenden Positionen vor der eigentlichen Messung erfolgt, wobei vorzugsweise die Einzeldurchstrahlungsbilder mit im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung kürzerer Belichtungszeit und/oder während der Drehung des Drehtisches aufgenommen werden und/oder die Drehstellungen nur grob eingestellt werden.
Kürzere Belichtungszeit bedeutet dabei, dass Belichtungszeiten von weniger als den üblicherweise bei der eigentlichen computertomografischen Messung verwendeten Belichtungszeiten von einer Sekunde, bevorzugt weniger als 0,5 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 0,2 Sekunden eingestellt werden. Hierdurch werden die Einzeldurchstrahlungsbilder zwar für eine genaue computertomografische Messung zu dunkel, Werkstück und Hintergrund können aber in den Randpixeln noch sicher unterschieden werden. Die Belichtungszeit muss jedoch hoch genug sein, dass dieser Unterschied noch sichtbar ist. Die hierzu einzuhaltenden Grenzen hängen von der eingesetzten Röntgenröhrenleistung, mechanischen Vorfiltern und der Detektorempfindlichkeit sowie dem Detektorrauschen und der Werkstückschwächung, also Werkstückabmessungen und -material ab.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Rekonstruktion gleich große Durchstrahlungsbilder verwendet werden, die alle den gesamten vergrößerten Messbereich überdecken, indem die fehlenden Bildbereiche, von denen keine Einzeldurchstrahlungsbilder aufgenommen wurden, mit virtuellen Pixeln belegt werden, die der Schwächung des das Werkstück umgebenden Mediums wie Luft entsprechen, wobei die virtuellen Pixel vorzugsweise aus einem Bereich eines Einzeldurchstrahlungsbildes ermittelt werden, in dem kein Bereich des Werkstücks abgebildet ist, oder die keiner Schwächung entsprechen.
Gleich große zusammengesetzte Durchstrahlungsbilder sind zumeist Voraussetzung für die Verwendung eines typischen Rekonstruktionsalgorithmus wie beispielsweise der gefilterten Rückprojektion. Fehlende Bereiche (Pixel) werden dazu mit Pixelamplituden, also Grauwerten gefüllt, die dem Hintergrund entsprechen.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die mehreren Positionen eingenommen werden, indem

– Röntgendetektor oder
– Röntgendetektor und Röntgenquelle oder
– Werkstück

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass automatisch in den mehreren Drehstellungen nur dann eine oder mehrere weitere Positionen festgelegt werden, wenn eine Schwächung durch das Werkstück in einem der Randbereiche des jeweils aufgenommenen Einzeldurchstrahlungsbildes vorliegt und für den Fall, dass in keiner der Drehstellungen eine Schwächung im Randbereich festgestellt wurde, die Einzeldurchstrahlungsbilder als die Durchstrahlungsbilder verwendet werden.
Hierdurch wird es ermöglicht, nur dann eine Messbereichserweiterung vornehmen zu müssen, wenn die Werkstückgröße oder die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch dies erfordert. Beispielsweise wird eine Messbereichserweiterung dann automatisch vorgenommen, wenn das Werkstück versehentlich oder gewollt leicht außerhalb der Mitte des Drehtisches angeordnet wird, obwohl es in der gewählten Vergrößerung bei exakt mittiger Platzierung auf dem Drehtisch ohne Messbereichserweiterung messbar wäre. Ist ein solches Werkstück jedoch ausreichend mittig platziert, wird automatisch auf die Messbereichserweiterung und den damit zusammen hängenden Zeitaufwand verzichtet.
In Erweiterung und Abwandlung der zuvor genannten Idee, die Randpixel zu untersuchen, sieht die Erfindung nach einer weiteren eigenerfinderischen Idee vor, dass nicht nur die Randpixel in Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks in mehreren Drehstellungen eines Drehtisches untersucht werden, sondern alle Pixel untersucht werden mit dem Ziel, die Größe des Werkstücks, insbesondere die einhüllende Außenkontur, und die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch zu bestimmen, um daraus den maximal möglichen Abbildungsmaßstabes bei einer nachfolgenden computertomografischen Messung automatisch festzulegen.
Um die Werkstückgröße und –lage zu bestimmen, werden dazu in einer ausgewählten Anzahl von Drehstellungen des Drehtisches Durchstrahlungsbilder aufgenommen und ausgewertet. Die ausgewählten Drehstellungen können beispielsweise nur zwei 90° zueinander verdrehte Stellungen oder viele Drehstellungen mit verringerter Bildaufnahmezeit, also Belichtungszeit, sein, die zunächst bei so geringem Abbildungsmaßstab aufgenommen werden, dass Kollisionen ausgeschlossen werden können. Die Auswertung erfolgt nun, indem die Pixelinformationen (Grauwerte) je Durchstrahlungsbild dahingehend unterschieden werden, ob Schwächung durch das Werkstück vorliegt oder nicht. Für die Bereiche, für die Schwächung vorliegt, wird das kleinste umhüllende Rechteck ermittelt, dessen Kanten parallel zu den Kanten des Detektors bzw. Durchstrahlungsbildes sind. Die größte Höhe und die größte Breite der Rechtecke aus allen Drehstellungen stellt die Hüllkontur bzw. die einhüllende Außenkontur bzw. die Einhüllende des Werkstücks dar und definiert die Größe des Werkstücks. Die Lage des Werkstücks auf der Drehachse ergibt sich, indem die parallel zur Drehachse liegenden Mittelachsen aller Einhüllenden untersucht werden. Die am weitesten von der Drehachse entfernt liegende Mittelachse definiert den Abstand zwischen Drehachse und Werkstückachse und damit die Exzentrizität der Lage des Werkstücks. Der zugehörige Drehwinkel der Werkstückachse um die Drehachse ergibt sich aus der zugeordneten Drehstellung, in der die am weitesten von der Drehachse entfernt liegende Mittelachse ermittelt wurde. Durch Interpolation können dabei auch Mittelachsen für Drehstellungen berechnet werden, für die kein Durchstrahlungsbild vorab aufgenommen wurde.
Werkstückgröße und -lage dienen der Einstellung des maximal möglichen Abbildungsmaßstabes bei einer nachfolgenden computertomografischen Messung. Dabei kann es sich im ersten Fall um eine Messung handeln, bei der lediglich der Drehtisch das Werkstück dreht, oder im zweiten Fall um eine Messung, bei der das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird. Die Einstellung des Abbildungsmaßstabes erfolgt, indem der Abstand zwischen den Komponenten Röntgenquelle, Drehtisch und Detektor verändert wird. Bevorzugt wird der Drehtisch zur Erhöhung des Abbildungsmaßstabes in Richtung des Detektors verschoben, wodurch der Messbereich kleiner wird. Alternativ wird ein höherer Abbildungsmaßstab auch erreicht, indem der Detektor vom Drehtisch wegbewegt wird oder die Röntgenquelle auf den Drehtisch zu bewegt wird oder beides erfolgt.
Im ersten Fall wird aus Werkstückgröße und -lage der notwendige minimale Messbereich festgelegt. Der Messbereich ist der Bereich, der sich innerhalb des vom Detektor erfassten Strahlkegels der Röntgenquelle befindet. Der Messbereich ist etwa zylinderförmig mit einer Zylinderachse entsprechend der Drehachse, die für diesen ersten Fall mit der physikalischen Drehachse des Drehtisches zusammen fällt. Die Begrenzung durch einen Zylinder ergibt sich dadurch, dass nur die Teile des Werkstücks ausreichend gut rekonstruiert werden können, die in allen Drehstellungen auf dem Detektor abgebildet werden. Als Messbereich wird daher ein solcher gewählt, der den größten Abbildungsmaßstab aufweist, für den die sich aus der Werkstückgröße und -lage des Werkstücks auf dem Drehtisch bei Drehung des Drehtisches ergebende Einhüllende gerade so noch vollständig vom Messbereich umschlossen wird.
Die sich bei Drehung des Drehtisches ergebende Einhüllende bzw. resultierende einhüllende Außenkontur wird dabei bestimmt, indem die Einhüllende entsprechend der Lage des Werkstücks bezüglich der Drehachse versetzt zu der Drehachse virtuell um die Drehachse gedreht wird. Hierdurch ergibt sich eine resultierende Einhüllende, die größer ist als die Einhüllende.
Für den zweiten Fall ergibt sich der optimale Messbereich aus den folgenden Forderungen. Zum einen muss das Werkstück oder gegebenenfalls ein ausgewählter Bereich des Werkstücks in allen Drehstellungen auf dem Detektor abgebildet werden. Hierfür wird jedoch nun nur die Einhüllende des Werkstücks bzw. Werkstücksbereichs zu Grunde gelegt, nicht jedoch die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch. Aus der Einhüllenden wird nun der kleinste umgebende Zylinder ermittelt, der den Messbereich darstellt und damit den Abbildungsmaßstab festlegt. Die Mittelachse des Zylinders wird dann als die Drehachse festgelegt, um die das Werkstück gedreht wird, also als die von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedene Drehachse. Als letztes muss nur noch überprüft werden, ob die Bewegung des Drehtisches auf der sich daraus ergebenden Kreisbahn zu Kollisionen mit anderen Komponenten, zum Beispiel Detektor oder Röntgenröhre, führen würde und gegebenenfalls der Abbildungsmaßstab entsprechend verkleinert werden. Dies ist vor allem dann möglich, wenn das Werkstück weit außerhalb der Drehtischmitte angeordnet ist. Sollte nur ein Bereich des Werkstücks gemessen werden, muss zudem eine mögliche Kollision des restlichen Werkstücks berücksichtigt werden und gegebenenfalls der Abbildungsmaßstab verringert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für computertomografische Messungen den maximal möglichen Abbildungsmaßstab automatisch festzulegen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes eines Computertomografen, wobei der Computertomograf zumindest besteht aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch und anschließend eingesetzt wird für eine Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück, wobei in mehreren Drehstellungen des Werkstücks Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen herangezogen werden.
Ein entsprechendes Verfahren ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass der maximal mögliche Abbildungsmaßstab automatisch eingestellt wird, indem eine einhüllende Außenkontur des Werkstücks und die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch, insbesondere Lage der Werkstückachse, aus mehreren vorab aufgenommenen Durchstrahlungsbildern in unterschiedlichen Drehstellungen ermittelt werden und als Abbildungsmaßstab der größte Abbildungsmaßstab eingestellt wird, für den die einhüllende Außenkontur vollständig von dem sich aus dem Abbildungsmaßstab ergebenden Messbereich umschlossen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass bei der Überprüfung, ob der Messbereich die einhüllende Außenkontur umschließt, die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch berücksichtigt wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Werkstückgröße erfolgt, indem je vorab aufgenommenen Durchstrahlungsbild das kleinste die Pixel mit Grauwerten, die aus einer Schwächung durch das Werkstück resultieren, umhüllende Rechteck, dessen Kanten parallel zu den Kanten des Detektors bzw. Durchstrahlungsbildes sind, ermittelt wird und aus der Menge der Rechtecke die größte Höhe und die größte Breite als Werkstückgröße verwendet wird.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Lage der Werkstückachse bestimmt ist durch den maximale Abstand der parallel zur Drehachse liegenden Mittelachsen aller umhüllenden Rechtecke und durch die Drehstellung, in der das vorab ermittelte Durchstrahlungsbild aufgenommen wurde, für das der maximale Abstand vorliegt, wobei vorzugsweise durch Interpolation Mittelachsen für Drehstellungen berechnet werden, für die kein Durchstrahlungsbild vorab aufgenommen wurde.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass als Drehachse, um die das Werkstück gedreht wird, die Lage der Werkstückachse festgelegt wird, insbesondere das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird.
Computertomografen bzw. computertomografische Messverfahren zur dimensionellen Messung nutzen bevorzugt die in Koordinatenmessgeräten vorhandenen genauen Messachsen und die Steuerungen und Auswertesoftware dieser Geräte. Dadurch wird es auch möglich, die weiteren in Koordinatenmessgeräten vorhandenen Sensoren zu nutzen und die Messergebnisse gemeinsam auszuwerten, beispielsweise in einem gemeinsamen Koordinatensystem.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Computertomografiesensor in einem Koordinatenmessgerät integriert betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Computertomograf in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Driftkorrektur bei einer Computertomografie und auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung von dimensionellen Merkmalen an einem Werkstück.
Die Messabweichungen bei computertomografischen Messungen werden durch während der Messung aber auch in Bezug auf einen Einmesszustand auftretende Positionsänderungen (Drift) der zur computertomografischen Messung eingesetzten Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und mechanische Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Quelle und Detektor, relativ zueinander (Taumelbewegungen bei der Drehung des Messobjektes oder Verlagerungen zwischen der Röntgenröhre, insbesondere des Brennflecks der Röntgenröhre, und dem Röntgendetektor und dem Werkstück) beeinflusst.
Zur Korrektur der Drift sind beispielsweise aus der WO 2005/119174 A1 Verfahren bekannt, bei denen ein Driftkörper dauerhaft mit tomografiert wird. Hierdurch werden jedoch die Abweichungen zum Einmesszustand nicht berücksichtigt.
Der WO 2010/094774 A1 der Anmelderin ist unter anderem ein Verfahren zu entnehmen, bei dem anhand vorab aufgenommener Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in einer eingeschränkten Anzahl von Drehstellungen die Drift bei der eigentlichen Messung erkannt und korrigiert werden soll. Auch hierbei werden Abweichungen zum Einmesszustand nicht berücksichtigt. Zudem fehlen Lösungen, wann und wie die Driftkorrektur für Drehstellungen ausgeführt werden soll, für die kein Vorabdurchstrahlungsbild vorliegt.
Auch besteht Lösungsbedarf dafür, dass die Korrektur der Durchstrahlungsbilder möglichst ohne Zeitverzug erfolgt, also nicht erst nach der Messung aller Durchstrahlungsbilder.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Verfahren zur Driftkorrektur nach dem Stand der Technik weiterzubilden, insbesondere die Drift in Bezug zu einem Einmesszustand zu korrigieren.
Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem vor und/oder nach der Messung, bevorzugt vor der Messung, in einer reduzierten Anzahl von Soll-Drehstellungen (Stützstellen) Soll-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, das sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass in den Soll-Drehstellungen bei der Messung aufgenommene Durchstrahlungsbilder mit den Soll-Durchstrahlungsbildern verglichen werden und für jede Soll-Drehstellung (Stützstelle) aus der Lageabweichung zumindest eines Merkmals in den Durchstrahlungsbildern in Bezug auf die Lage dieses Merkmals im Soll-Durchstrahlungsbild jeweils eine Verschiebung (Stützpunkt-Korrektur-Vektoren) bestimmt und der jeweiligen Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet wird, wobei aus einem oder mehreren Stützpunkt-Korrektur-Vektoren jeweils ein Korrektur-Vektor für jedes Durchstrahlungsbild berechnet wird, vorzugsweise der Korrektur-Vektor aus einem Stützpunkt-Korrektur-Vektor bestimmt wird, der der gleichen Drehstellung oder der zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet ist, besonders bevorzugt der Korrektur-Vektor aus den beiden Stützpunkt-Korrektur-Vektoren bestimmt wird, die zeitlich direkt vor und nach der aktuellen Drehstellung liegenden Soll-Drehstellungen (Stützstellen) zugeordnet sind.
Die Soll-Drehstellungen sind Drehstellungen der mechanischen Drehachse um die Drehachse, um die der drehbare Teil der mechanischen Drehachse drehbar ist. Die Soll-Drehstellungen werden zum einen eingenommen bei der vor und/oder nach der Messung des Werkstücks zu bestimmenden Soll-Durchstrahlungsbilder und noch einmal bei der eigentlichen Messung des Werkstücks, also der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder, wobei dabei auch alle anderen zur Messung verwendeten Drehstellungen eingenommen werden, die nämlich zwischen den Soll-Drehstellungen liegen. Die Aufnahme von Durchstrahlungsbilder in den Soll-Drehstellungen und Soll-Durchstrahlungsbildern in den Soll-Drehstellungen macht diese erst vergleichbar. Liegt absolut keine Drift und auch sonst keine Störungen vor, sind diese dadurch jeweils identisch.
Typischerweise werden bei einer Computertomografie in mehreren hundert Drehstellungen (Messdrehstellungen), zumeist mehr als 100 bis etwas bis zu 1600 Drehstellungen, die bevorzugt äquidistant im Drehwinkelbereich von 0° bis etwa 360° (zzgl. des Kegelwinkels der vom Detektor erfassten Röntgenstrahlung, der zur Veranschaulichung hier vernachlässigt wird) verteilt sind und schrittweise nacheinander angefahren werden, Durchstrahlungsbilder (Messdurchstrahlungsbilder) zur Messung eines Werkstücks aufgenommen und anschließend bzw. parallel zu einem Voxelvolumen rekonstruiert. Die Anzahl der Soll-Durchstrahlungsbilder wird deutlich geringer gewählt, beispielhaft 4 bis zu 100 Drehstellungen (Soll-Drehstellungen, auch Stützstellen genannt). Diese sind ebenfalls bevorzugt äquidistant im Drehwinkelbereich von 0° bis 360° (bzw. wieder zzgl. des Kegelwinkels der erfassten Röntgenstrahlung) verteilt. Bei Aufnahmezeiten für ein Durchstrahlungsbild von etwa einer Sekunde, ohne Einschränkung der Allgemeinheit (Sondergeräte arbeiten auch mit Aufnahmezeiten im Millisekundenbereich und hochgenaue Messungen werden auch mit Aufnahmezeiten (Belichtungszeiten) von mehreren Sekunden, z. B. 2 oder 4 oder 8 Sekunden oder noch länger, durchgeführt.), ergeben sich für eine Werkstückmessung mit beispielhaft 360 Durchstrahlungsbildern (ein Grad Versatz je Bild, es ergeben sich also Drehstellungen von 0°, 1°, 2°, ..., 359°) daher Messzeiten von mehreren Minuten, im Beispiel 6 Minuten für die Bildaufnahme (Belichtung) zuzüglich der Zeiten für die Drehung der mechanischen Drehachse und nachlaufende Zeit für den Abschluss der Rekonstruktion (diese läuft teilweise schon parallel zur Bildaufnahme), also zum Beispiel 10-20 Minuten. Für die Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder werden bei gleicher Aufnahmezeit jedoch zum Beispiel nur in der reduzierten Anzahl von 36 Soll-Drehstellungen (je 10° Versatz also bei 0°, 10°, 20°, ..., 350°) die Soll-Durchstrahlungsbilder aufgenommen, wodurch die Messzeit, und damit auch die auftretende Drift, etwa nur ein Zehntel beträgt. Die reduzierte Anzahl ist also im Vergleich zur Anzahl der Drehstellungen bei der eigentlichen Messung des Werkstücks möglichst deutlich geringer zu wählen, mindestens um den Faktor 4 geringer, bevorzugt mindestens um den Faktor 10, wie im Beispiel erläutert.
Es ist demnach zu unterscheiden zwischen der eigentlichen Messung des Werkstücks, wobei in den Drehstellungen (mehr als 100 bis etwa 1600 Messdrehstellungen von 0° bis 360° äquidistant verteilt) die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, wobei dabei auch die Soll-Drehstellungen durchlaufen werden und diese Teil der Drehstellungen sind, und der Messung der Soll-Durchstrahlungsbilder, wobei vor und/oder nach der eigentlichen Messungen nur die Soll-Drehstellungen (4 bis 100 Drehstellungen von 0° bis 360° äquidistant verteilt) angefahren werden (mechanische Drehachse wird entsprechend gedreht) um diese aufzunehmen.
Direkt vergleichbar sind aufgenommene Durchstrahlungsbilder (aus der eigentlichen Messung des Werkstücks) und Soll-Durchstrahlungsbilder (aus der vor der eigentlichen Messung oder nach dieser durchgeführten Messung) nur bei gleicher Drehstellung, also ab den Soll-Drehstellungen. Zur Bestimmung der Stützpunkt-Korrektur-Vektoren müssen also im genannten Beispiel die Soll-Durchstrahlungsbilder aus den Drehstellungen 0°, 10°, ..., 350° mit den Durchstrahlungsbildern der Drehstellungen 0°, 10°, ..., 350° verglichen werden, genauer gesagt jeweils das Paar, das bei der selben Drehstellung (der Soll-Drehstellung) aufgenommen wurde. Es existieren dadurch Stützpunkt-Korrektur-Vektoren nur für die Soll-Drehstellungen (0°, 10°, ..., 350°). Soll eine Korrektur für eine Drehstellung (Messdrehstellung) bestimmt werden, die einer Soll-Drehstellung entspricht, zum Beispiel 10°, so kann hierfür direkt der entsprechende Stützpunkt-Korrektur-Vektor für die Soll-Drehstellung 10° verwendet werden. Soll nun aber eine Korrektur für eine Drehstellung zwischen den Soll-Drehstellungen, also beispielsweise bei der Drehstellung (Messdrehstellung) 15° bestimmt werden, können nur Stützpunkt-Korrektur-Vektoren verwendet werden, die zeitlich davor und/oder zeitlich danach liegenden Soll-Drehstellung zugeordnet sind.
Zeitlich davor liegende Soll-Drehstellungen bezeichnen Soll-Drehstellungen, die bei der eigentlichen Messung des Werkstücks zeitlich eher und damit bei einem zum Beispiel geringeren Drehwinkel (der Drehwinkel kann auch umgekehrt bezeichnet werden, dann wäre es ein größerer Drehwinkel) eingenommen werden. Im Beispiel sind diese die Soll-Drehstellungen 0° und 10°. Zeitlich danach liegende Soll-Drehstellungen sind im Beispiel diejenigen bei 20°, 30°, ..., 350°. Im Beispiel sind die zeitlich direkt davor und danach liegenden Soll-Drehstellungen diejenigen bei 10° und bei 20°. Der Bezug zu einer Zeit, anstatt zu einem Drehwinkel, resultiert aus dem Ziel, dass jede Korrektur berechnet werden soll aus Informationen, die möglichst den am wenigsten veränderten Driftzustand in Bezug auf den aktuellen Zustand aufweist, da die hier zu korrigierenden Drifterscheinungen zeitlich ablaufen.
Im Beispiel wird für die Korrektur in der Drehstellung 15° beispielhaft der Stützpunkt-Korrektur-Vektor der zeitlich direkt davor liegenden Soll-Drehstellung 10° verwendet oder die beiden Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der zeitlich direkt davor und danach liegenden Soll-Drehstellungen 10° und 20°, zum Beispiel, indem der Mittelwert aus beiden gebildet wird. Für eine Drehstellung von 12° würde man erfindungsgemäß zwischen den Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der Soll-Drehstellungen 10° und 20° interpolieren. Alternativ kann aus den Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der Soll-Drehstellungen 0° und 10° auf die Drehstellung von 12° extrapoliert werden. Bei zeitlich später aufgenommenen Drehstellungen, vor denen also schon weitere Soll-Drehstellungen während der Messung eingenommen worden, beispielsweise einer Drehstellung von 42° ist eine Extrapolation unter Verwendung der Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der Soll-Drehstellungen von 0°, 10°, 20°, 30° und 40° sinnvoll. Bei einer Drehstellung von beispielsweise 142° würde man bevorzugt nicht mehr alle zeitlich davor liegenden Stützpunkt-Korrektur-Vektoren verwenden, sondern nur noch die einiger zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellungen, zum Beispiel der bei 110°, 120°, 130° und 140°. Gleiches gilt bei Verwendung der Interpolation. Im Falle Drehstellung von 142° würde man aus den Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der Soll-Drehstellungen 130°, 140°, 150° und 160° interpolieren.
Es bietet sich grundlegend der Vorteil, dass bei der Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder die Drift minimiert wird, da die Messung aufgrund der wenigeren Drehstellungen deutlich schneller abgeschlossen ist. Die Bestimmung von Stützpunkt-Korrektur-Vektoren erleichtert die Bestimmung der Korrektur-Vektoren für sämtliche Drehstellungen der eigentlichen Messung des Werkstücks. Die den Drehstellungen zugeordneten Korrektur-Vektoren können zudem nicht nur für die Verschiebung der Durchstrahlungsbilder verwendet werden, sondern alternativ auch zur Berücksichtigung in der Rekonstruktion oder zur Verschiebung der Position der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor bzw. mechanische Drehachse zueinander, wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird. Ziel der Verschiebung dieser Komponenten ist es, dass möglichst die gleichen Verhältnisse wie beim Beginn der Messung bzw. wie beim Einmessen der Position der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor bzw. mechanische Drehachse zueinander erhalten bleiben. Dies sicher die gleichbleibende Anordnung der Komponenten in den in der Ebene des Detektors verlaufenden Richtungen, aber auch senkrecht dazu, also in Richtung der mittleren Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, wobei die gleichbleibende Anordnung in der senkrechten Richtung einen gleichbleibenden Abbildungsmaßstab sichert. Der Abbildungsmaßstab ist dabei definiert als das Verhältnis der beiden Abstände „Röntgenquelle-Detektor“ und „Röntgenquelle-mechanische Drehachse“ in Richtung der mittleren Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung und ist stets größer als 1. Da es sich bei der hier zu korrigierende Drift vorrangig um die Drift des Brennflecks der Röntgenröhre handelt, sind Positionsänderungen in der den Abbildungsmaßstab beeinflussenden Richtung aber eher vernachlässigbar. In den senkrecht dazu verlaufenden Richtungen geht die Drift des Brennflecks jedoch mit dem Abbildungsmaßstab multipliziert in das Durchstrahlungsbild ein.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass als jeweiliger Korrektur-Vektor der Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet wird, der der zeitlich direkt vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordnet ist oder der jeweilige Korrektur-Vektor aus mindestens zwei zeitlich vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstellen zugeordneten Stützpunkt-Korrektur-Vektoren extrapoliert wird.
Dies hat den Vorteil, dass die Korrektur des jeweils aufgenommenen Durchstrahlungsbildes direkt nach dessen Aufnahme erfolgen kann. Es muss also nicht abgewartet werden, bis die Drehstellung der nächsten Stützstelle eingenommen und der entsprechende Stützpunkt-Korrektur-Vektor ermittelt wurde, wie dies beispielsweise zur interpolierten Bestimmung des Korrektur-Vektors notwendig ist. Somit steht das korrigierte Durchstrahlungsbild schon sehr kurz nach seiner Aufnahme, nämlich sofort nachdem die Korrektur des aufgenommenen Durchstrahlungsbildes durchgeführt wurde, was nur wenige Sekundenbruchteile in Anspruch nimmt, für die Rekonstruktion bereit. Die Rekonstruktion erfolgt bei modernen Rekonstruktionsalgorithmen parallel zur Aufnahme der Durchstrahlungsbilder und ist dadurch kurz nach der Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes bereits abgeschlossen. Dies bedeutet, dass aus den jeweils schon aufgenommenen und gegebenenfalls korrigierten Durchstrahlungsbildern Teiloperationen der Rekonstruktion durchgeführt werden. Bei älteren Rekonstruktionsalgorithmen startete der gesamte Rekonstruktionsprozess erst nach Vorliegen aller Durchstrahlungsbilder. Mit dem hier beschriebenen Vorgehen verbunden kann jedoch eine Verringerung der Genauigkeit der Korrektur sein. Bevorzugt erfolgt daher die Extrapolation unter Berücksichtigung zeitlich davor liegender Stützpunkt-Korrektur-Vektoren.
Da die Durchstrahlungsbilder in den mehreren Drehstellungen zeitlich nacheinander in aufeinanderfolgenden Drehstellungen (Drehwinkeln) aufgenommen werden, bedeutet, zeitlich davor liegend, im Rahmen der vorliegenden Erfindung für diese Fälle auch, in Bezug auf die Drehstellung bzw. den Drehwinkel davor liegend. Analoges gilt für zeitlich danach liegend. Bei umgekehrter Winkelbezeichnung gilt natürlich entsprechend davor und danach vertauscht.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als jeweiliger Korrektur-Vektor der Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet wird, der der zeitlich oder in Bezug auf den Drehwinkel zur aktuellen Drehstellung am nächsten gelegenen Stützstelle zugeordnet ist.
Hierdurch wird eine einfach Korrektur bei Verwendung nur einer Stützstelle ermöglicht, wodurch die Genauigkeit der Korrektur optimiert wird, da die Drift zumeist zeitlich ansteigt. Wird ein zeitlich zuvor liegender Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet, ist die Korrektur sofort anwendbar und damit die Rekonstruktion fortsetzbar, wird ein zeitlich danach liegender Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet, wird die Korrektur und die Rekonstruktion im Anschluss an dessen Vorliegen sofort fortgesetzt. Hierdurch ergibt sich also auch eine verhältnismäßige schnelle Korrektur. Die am nächsten gelegene Stützstelle ist diejenige Soll-Drehstellung, die bei der Messung des Werkstücks in Bezug auf die zu korrigierende Drehstellung, also aktuelle Drehstellung, im zeitlich geringsten Abstand eingenommen wurde, um möglichst minimale Drifterscheinungen zu gewährleisten. Wie bereits erläutert bedeutet zeitlich hier auch in Bezug auf den Drehwinkel.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der jeweilige Korrektur-Vektor aus mindestens einem zeitlich vor und aus mindestens einem zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordneten Stützpunkt-Korrektur-Vektor interpoliert wird.
Bei dieser Alternative handelt es sich um die genaueste Korrektur, da die Drift zwischen den Stützstellen durch Interpolation geschätzt wird. Da die in die Interpolationsberechnung eingehenden Stützstellen abgewartet werden müssen, ist das Verfahren etwas langsamer, als die beiden zuvor beschriebenen alternativen Verfahren.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass ein Merkmal am Werkstück und/oder an einem von der zur Einstellung der Drehstellungen verwendeten mechanischen Drehachse ausgehenden Driftkörper und/oder an zur Aufnahme des Werkstücks verwendeten Mitteln zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) für die Bestimmung der Stützpunkt-Korrektur-Vektoren verwendet wird.
Grundlegend sieht die Erfindung vor, dass ein oder mehrere Merkmale zur Bestimmung der Verschiebung, also der Stützpunkt-Korrektur-Vektoren, verwendet werden. Dies bedeutet, dass ein einzelnes Merkmal wie beispielsweise ein Kreis oder eine Gerade oder ähnliches in ihrer Lage im Durchstrahlungsbild bestimmt wird, oder, dass mehrere Merkmale wie Kreise und Geraden und deren Lage bzw. Lage zueinander untersucht werden, oder aber, dass das gesamte Werkstück, beispielsweise dessen Außenkontur oder andere am Durchstrahlungsbild vorliegende Konturen oder die Grauwerte der Pixel herangezogen werden. Mittels Korrelation kann für Konturen, aber auch ohne Extraktion von Konturen eine Bildverschiebung, also die Verschiebung, ermittelt werden. Das oder die Merkmale kann also auch der Bereich des Durchstrahlungsbildes sein, in dem das Werkstück abgebildet ist, oder das Durchstrahlungsbild selbst.
Alternativ zu Merkmalen am Werkstück können jedoch auch Merkmale an Hilfseinrichtungen verwendet werden. Dies kann erfindungsgemäß die zur Aufnahme des Werkstücks verwendete Aufspannvorrichtung sein. An dieser kann beispielsweise eine Kugel befestigt sein, deren Kreismittelpunkt im Durchstrahlungsbild beobachtet und ausgewertet wird. Alternativ werden solche Driftkörper wie Driftkugeln auch direkt mit der mechanischen Drehachse verbunden vorgesehen. So geht erfindungsgemäß beispielsweise von der mechanischen Drehachse ein Halter für eine Driftkugel aus. Bevorzugt ist das Werkstück oder die Aufspannvorrichtung mit diesem Halter verbunden, wobei sich Werkstück und Driftkugel im Durchstrahlungsbild in keiner der mehreren Drehstellungen überlagern. Solche Driftkörper können erfindungsgemäß auch zur Bestimmung der Drift gegenüber einem Einmesszustand verwendet werden, wie dies weiter unten ausführlich erläutert wird. Wird ein solcher Driftkörper auch für die hier beschriebene Korrektur der Drift während der Messung verwendet, muss der Driftkörper in den Drehstellungen, an denen die Stützpunkte aufgenommen werden, mit im Durchstrahlungsbild abgebildet werden. Es muss also ein Messbereich gewählt werden, in dem Werkstück und Driftkörper in einem Durchstrahlungsbild erfassbar sind. Alternativ kann in den Soll-Drehstellungen der Messbereich verändert werden, beispielsweise indem der Driftkörper zusammen mit der mechanischen Drehachse und dem Werkstück verstellt werden. Dies ist jedoch zeitaufwändiger und führt zu weiteren Messabweichungen durch ungenaue Positionierung und zusätzliche Drifterscheinungen. Ein in definierter Lage eingebrachter Driftkörper, beispielsweise mittig zur Drehachse, bietet auch die Möglichkeit, Taumelbewegungen der mechanischen Drehachse während der Drehung zu erkennen. Dies wird ebenso weiter unten beschrieben.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass als Driftkörper eine Kugel (Driftkugel) oder ein Körper mit kugelförmigem Abschnitt verwendet wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Soll-Durchstrahlungsbilder vom zu messenden Werkstück und/oder vom Driftkörper in verschiedenen Soll-Drehstellungen aufgenommen werden, wobei die Anzahl der Soll-Drehstellungen deutlich geringer ist, bevorzugt 4 bis 100, als die Anzahl der Mess-Drehstellungen, bevorzugt mehr als 100 bis 1.600.
Hierdurch wird gewährleistet, dass Drifterscheinungen bei der Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder minimiert werden. Wird eine mittig angebrachte Driftkugel verwendet, ist der Drehachstaumel erkennbar und kann zusätzlich korrigiert werden, wie dies dem Stand der Technik zur Taumelkorrektur von Drehachsen entnommen werden kann. Diese Korrektur wird bevorzugt anhand der Messungen zur Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder durchgeführt, da während der eigentlichen Messung des Werkstücks der Drehachstaumel durch Driftbewegungen der anderen Komponenten wie Röntgenquelle und Detektor überlagert ist.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Soll-Durchstrahlungsbilder zeitlich direkt nach oder während dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander aufgenommen werden.
Durch diese erste erfindungsgemäße alternative Ausgestaltung zur Berücksichtigung der Drift in Bezug auf den Einmesszustand wird gewährleistet, dass die Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder im idealen eingemessenen Zustand erfolgt. Erfolgt diese Aufnahme erst später, können bereits erste Drifterscheinungen aufgetreten sein, die separat zu berücksichtigen wären, wie dies die folgend erläuterte zweite alternative Ausgestaltung vorsieht. Die erste alternative Ausgestaltung berücksichtigt und korrigiert diese Drift jedoch mit. Zeitlich direkt nach oder während dem Einmessen bedeutet, dass der Zeitversatz zwischen dem Einmessen und der Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder maximal wenige Minuten beträgt, bevorzugt weniger als 10 Minuten. Da beim Einmessen schon diverse Drehstellungen mit der mechanischen Drehachse eingenommen werden, wobei dabei zumeist ein kalibrierter Körper, der auf der mechanischen Drehachse angeordnet ist, gemessen wird, kann das Werkstück direkt bei diesem Vorgang schon ebenfalls mit angeordnet sein und auf dem Detektor abgebildet werden. Dies bedeutet während dem Einmessen. Bevorzugt werden die Soll-Durchstrahlungsbilder aber direkt nach dem Einmessen aufgenommen, also direkt nachdem das Einmessen abgeschlossen ist, der kalibrierte Körper von der mechanischen Drehachse entfernt, das Werkstück angeordnet und die Soll-Drehstellungen nacheinander eingenommen.
Nach einem besonders hervorzuhebenden alternativen eigenerfinderischen Vorschlag ist vorgesehen, dass vor der eigentlich Messung in Bezug auf einen Einmesszustand aufgetretene Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur-Vektor zusätzlich für die Korrektur verwendet wird.
Diese zweite erfindungsgemäße alternative Ausgestaltung zur Berücksichtigung der Drift in Bezug auf den Einmesszustand basiert auf der getrennten Bestimmung einer gesonderten Korrektur in Form eines einzigen Start-Korrektur-Vektors. Dieser wird zusätzlich zur während der Messung auftretenden Drift und den dabei bestimmten Korrektur-Vektoren für die Korrektur aller Drehstellungen gleichermaßen verwendet. In diesem zweiten Fall werden die Soll-Durchstrahlungsbilder also nicht im Rahmen des Einmessens ermittelt, sondern erst unmittelbar vor der eigentlichen Messung des Werkstücks. Die Drift zum Einmesszustand ist in den daraus ermittelten Korrektur-Vektoren also nicht enthalten und wird deshalb durch den Start-Korrektur-Vektor berücksichtigt. Die resultierende Gesamt-Korrektur besteht deshalb aus dem Start-Korrektur-Vektor und dem jeweiligen Korrektur-Vektor. Die jeweils beiden Vektoren können dabei gemeinsam zu einer Korrektur zusammengefasst werden. Für jede Drehstellung wird für die Korrektur also der eine Start-Korrektur-Vektor und der jeweilige Korrektur-Vektor, der der entsprechenden Drehstellung zugeordnet ist bzw. für diese berechnet wird, addiert. Es ist aber auch möglich, die beiden Korrekturen getrennt anzubringen, beispielsweise, indem der Start-Korrektur-Vektor für eine einmalige Positionsverschiebung der Komponenten Röntgenröhre, Detektor und mechanische Drehachse zueinander verwendet wird und die Korrektur-Vektoren zur Bildverschiebung der Durchstrahlungsbilder bzw. zur Berücksichtigung in der Rekonstruktion vorgesehen werden.
Werden, wie in der ersten Alternative zuvor beschrieben, die Soll-Durchstrahlungsbilder beim Einmessen aufgenommen, ist die Drift zum Einmesszustand automatisch in den Korrektur-Vektoren berücksichtigt und eine Start-Korrektur-Vektor ist nicht notwendig.
Der Start-Korrektur-Vektor ist die Differenz der Ausgangsposition beim bzw. direkt nach dem Einmessen und der direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks ermittelten Position des Driftkörpers. Ausgangsposition bzw. vor der Messung bestimmte Position des Driftkörpers werden jeweils ermittelt, indem bevorzugt ein Durchstrahlungsbild in der Startdrehstellung, also der 0°-Drehstellung, der mechanischen Drehachse aufgenommen und in dieser die Lage des Driftkörpers bestimmt wird. Alternativ ist die Ermittlung auch mittels Umschlagmessung möglich, wobei die Positionen aus zwei 180° zueinander versetzten Positionen (z. B. 0°- und 180°-Stellung) gemittelt werden. Andere Drehstellungen sind möglich. Bevorzugt wird die selbe bzw. die selben (bei Umschlagsmessung) Drehstellungen für die Bestimmung der Ausgangsposition und die Bestimmung der Position kurz vor der Messung verwendet. Befindet sich der Driftkörper exakt in der Drehachsmitte kann die Positionsbestimmung in jeder beliebigen Drehstellung erfolgen, auch in unterschiedlichen Drehstellungen für die Ausgangsposition und die Position direkt vor der Messung, da der Driftkörper beim Drehen der mechanischen Drehachse seine Position dann nur aufgrund der zu ermittelnden Drift verändert. Dies gilt auch, wenn die Position des Driftkörpers zur Drehachsmitte und der exakte Drehwinkel bekannt sind und aus diesen Werten die Position des Driftkörpers in einen gemeinsamen Drehwinkel für die Ausgangsposition und die Position direkt vor der Messung transformiert werden. In der Regel sind diese beiden Varianten aber zu ungenau.
Als Driftkörper für diese Korrektur kann wiederum auch ein Teil der Aufspannvorrichtung des Werkstücks oder das Werkstück selbst verwendet werden, insofern der entsprechende Teil bzw. das Werkstück beim Einmessen oder kurz danach bereits an der mechanischen Drehachse angeordnet und gemessen wird.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Korrektur mittels der den Drehstellungen zugeordneten Korrektur-Vektoren erfolgt, indem

– die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur-Vektor verschoben werden oder
– der jeweilige Korrektur-Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird oder
– die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück vor der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes um den jeweiligen Korrektur-Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird, wobei an den Stützstellen vor dem Positionieren ein Durchstrahlungsbild zur Bestimmung des jeweiligen Stützpunkt-Korrektur-Vektors aufgenommen wird.

Die hier beschriebenen drei alternativen Möglichkeiten zum Anbringen der Korrektur sind jeweils alleine aber auch in Kombination einsetzbar. So können beispielsweise die Korrekturen für einzelne Raumrichtungen des Korrektur-Vektors durch Bewegen von Positionierachsen erfolgen, und für andere Raumrichtungen durch Bildverschiebung bzw. Berücksichtigung bei der Rekonstruktion, beispielsweise wenn für diese Raumrichtung keine Positionierachse zur Verfügung steht oder diese zu langsame oder ungenaue Bewegungen zulässt, erfolgen. Auch kann anschließend an eine Positionierung mittels Achsen eine verbleibende Abweichung bei der Positionierung durch eine Bildverschiebung bzw. Berücksichtigung bei der Rekonstruktion behoben werden.
Werden die Komponenten zueinander positioniert, so muss bekannt sein, um welchen Betrag und in welche Richtung eine Verschiebung stattfinden soll. Dies ist nur im Fall der Extrapolation bzw. Verwendung des Korrektur-Vektors aus vorhergehenden Stützstellen möglich oder für den Fall, dass es sich um eine Stützstelle handelt. Im zweiten Fall wird als Korrektur-Vektor für die Positionierung der Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet, welcher jedoch erst bestimmt werden muss. Dies erfolgt erfindungsgemäß, indem vor dem Positionieren ein Durchstrahlungsbild aufgenommen wird, welches nach dem Positionieren verworfen wird. Erst nach der Verschiebung wird das endgültige Durchstrahlungsbild aufgenommen.
Die Berücksichtigung in der Rekonstruktion bedeutet, dass die ohnehin jedem Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren, also die Vektoren, die die Lage des Durchstrahlungsbildes unter anderem bezüglich Röntgenquelle und mechanischer Drehachse beschreiben, die zusammen mit den Durchstrahlungsbildern in die Rekonstruktion eingehen, entsprechend verändert werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Verschieben der Durchstrahlungsbilder selbst, meist verbunden mit zeitaufwändigem Umspeichern und Resampling auf ein gemeinsames Pixelraster, unterbleiben kann.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass aus der Lageabweichung mehrerer Merkmale zueinander oder mehrerer Abschnitte eines Merkmals zueinander eine Größenänderung und/oder Verdrehung bestimmt wird, die verwendet wird, um eine Korrektur des jeweiligen Durchstrahlungsbildes durch Skalierung und/oder Drehung und/oder entsprechende Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Werkstück zueinander vorzunehmen.
Aus der Lage mehrerer Merkmale wie beispielsweise Geradenabschnitten oder Kreismittelpunkten zueinander kann eine Verdrehung des Durchstrahlungsbildes, beispielsweise aufgrund eines Kippens der mechanischen Drehachse, erkannt und korrigiert werden. Aus dem Abstand zweier Merkmale wie beispielsweise Kreismittelpunkte oder dem Durchmesser eines Kreises kann eine Größenänderung, beispielsweise ausgelöst durch einen veränderten Abbildungsmaßstab aufgrund des veränderten Abstands zwischen mechanischer Drehachse und Röntgenröhre bzw. mechanischer Drehachse und Röntgendetektor, der Abbildung im Durchstrahlungsbild erkannt und durch entsprechendes Skalieren behoben werden. Insbesondere im zweiten Fall kann die Korrektur des Abbildungsmaßstabes aber auch durch entsprechendes Positionieren der Komponenten zueinander erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Lagevergleich durch Korrelationsmethoden oder durch Bestimmung der Lage insbesondere Schwerpunkt oder Mittelpunkt der aus dem Merkmal bestimmten Kontur erfolgt.
Bei Korrelationsmethoden wird die Ähnlichkeit zwischen zwei Bildern anhand eines Korrelationskoeffizienten bestimmt, die schrittweise in beiden Richtungen innerhalb der Bildebene zueinander verschoben werden. Die verschobenen Bilder werden überlagert, insbesondere die Grauwerte voneinander pixelweise abgezogen und die Differenzen quadratisch aufsummiert und invertiert, um den Korrelationskoeffizienten zu bilden. Je ähnlicher die Bilder, je größer ist der Korrelationskoeffizient. Die Verschiebung, bei der dieser Koeffizient am größten wird ist die gesuchte Lageverschiebung, die den Korrektur-Vektor darstellt
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die korrigierten Durchstrahlungsbilder mittels Re-Sampling-Verfahren in ein einheitliches Punkteraster überführt werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die ermittelten Korrektur-Vektoren verwendet werden, um die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück während des Messlaufes durch Positionieren der entsprechenden Komponente zu korrigieren und verbleibende Abweichung bei dieser Verschiebung für die Verschiebung des jeweiligen Durchstrahlungsbildes oder Berücksichtigung in der Rekonstruktion verwendet wird.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist dieses Vorgehen vor allem dann sinnvoll, wenn die Genauigkeit der verwendeten Positionierachsen nicht hoch genug ist.
Nach einer bevorzugten unabhängigen erfinderischen Idee ist ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie vorgesehen, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes, insbesondere vor der Aufnahme des jeweils nächsten Durchstrahlungsbildes der Messung, erfolgt und das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur-Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden
Dieses Verfahren ist nur dann umsetzbar, wenn die Soll-Durchstrahlungsbilder zum Zeitpunkt der Messung schon vorliegen, also vor der eigentlichen Messung aufgenommen wurden, und wenn der jeweils zu verwendende Korrektur-Vektor aus vorherigen Stützpunkt-Korrektur-Vektoren berechnet wird, also beispielsweise der zuletzt ermittelte Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet wird oder aus mehreren zeitlich zurückliegend ermittelten Stützpunkt-Korrektur-Vektoren der Korrektur-Vektor durch Extrapolation festgelegt wird. Vorteil ist hier, dass die Rekonstruktion bereits kurz nach Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes abgeschlossen werden kann.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des Durchstrahlungsbildes für die zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle erfolgt, und anschließend das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur-Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden.
Bei dieser alternativen Lösung kann die Rekonstruktion auch kurz nach der Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes abgeschlossen werden. Dann muss die Korrektur nämlich nur noch für die zeitlich zurückliegenden Drehstellungen erfolgen, die nach der letzten Stützstelle aufgenommen worden. In Abwandlung bzw. Erweiterung dieser Idee sieht die Erfindung auch vor, dass Drehstellungen nach der letzten Stützstelle existieren können, die letzte Stützstelle also nicht die letzte Drehstellung ist, wobei für diese nach der letzten Stützstelle liegenden Drehstellungen der Korrektur-Vektor aus dem oder den letzten Stützstellen-Korrektur-Vektor ermittelt wird, wiederum beispielsweise durch Extrapolation oder Verwendung des letzten Stützstellen-Korrektur-Vektors.
In einer weiteren bevorzugten Lösung ist vorgesehen, dass direkt vor der Messung der Start-Korrektur-Vektor bestimmt wird und die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur-Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung

- die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur-Vektor verschoben werden oder
- der jeweilige Korrektur-Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur-Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird.

Diese bevorzugte Lösung korrigiert also die zwischen Einmessen und eigentlicher Messung aufgetretenen Drifterscheinungen durch einmaliges Positionieren zeitlich direkt vor der Messung, wobei der Start-Korrektur-Vektor bestimmt wird, beispielsweise durch Aufnahme eines Durchstrahlungsbildes in der ersten Drehstellung, also der 0° Drehstellung zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der eigentlichen Messung. Während der Messung auftretende Drifterscheinungen werden ausschließlich durch Bildverschiebung oder Berücksichtigung in der Rekonstruktion korrigiert, wodurch eine schnelle Messung realisiert wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Korrektur-Vektoren und vorzugsweise der Start-Korrektur-Vektor bei einer nach der Messung durchgeführten Rekonstruktion, beispielsweise zweiten Offline-Rekonstruktion, der Durchstrahlungsbilder angewendet werden.
Hierdurch ist es möglich, auch nach der Messung bestimmte bzw. neu bestimmte Korrektur-Vektoren zu berücksichtigen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bestimmung der Soll-Durchstrahlungsbilder nach der Messung erfolgt bzw. erneut erfolgt, weil zum Beispiel Zweifel an der Qualität der vor der Messung aufgenommenen Soll-Durchstrahlungsbilder aufgekommen ist. Auch kann nach der Messung das Einmessen wiederholt werden, wodurch der Start-Korrektur-Vektor erneut ermittelt, zum Beispiel überprüft werden kann. Auch ist der Fall denkbar, dass das Einmessen aus Zeitgründen oder anderen Gründen überhaupt erst nach der Messung stattfindet. Erfindungsgemäß kann die Rekonstruktion dann mit der Korrektur an den gespeicherten Durchstrahlungsbildern jederzeit wiederholt bzw. überhaupt erst später, also nachdem das Werkstück beispielsweise schon von der mechanischen Drehachse entfernt wurde oder weitere Messungen am Werkstück oder die Auswertung erster Ergebnisse vorgenommen wurde, auch offline, also ohne Belegung des Messgerätes, erfolgen.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Verfahren für eine Computertomografie-Sensorik eingesetzt wird, die Teil eines Koordinatenmessgerätes ist, vorzugsweise mit weiteren Sensoren wie taktilen, optischen, taktil-optischen Sensoren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integriert verwendet wird.
Nach einer weiteren bevorzugten unabhängigen erfinderischen Idee ist ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie vorgesehen, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur-Vektor für die Korrektur verwendet wird.
Diese Idee sieht also zunächst nur vor, die Drift zwischen Einmessen und Messung zu korrigieren, ist aber mit den zuvor beschriebenen Verfahren zur Driftkorrektur während der Messung kombinierbar. Insbesondere die zuvor beschriebenen Verfahren zur Umsetzung der Korrektur sind auch hier verwendbar.
Insbesondere ist daher vorgesehen, dass die Korrektur mittels des Start-Korrektur-Vektors erfolgt, indem

– alle nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder korrigiert werden, indem sie um den Start-Korrektur-Vektor verschoben werden, oder
– die Rekonstruktion aller nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder unter Berücksichtigung des Start-Korrektur-Vektor erfolgt, vorzugsweise indem der Start-Korrektur-Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird, oder
– die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur-Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird.

Auch ist deshalb bevorzugt vorgesehen, dass die Position des Driftkörpers in jeder Drehstellung der Messung zusätzlich erneut bestimmt wird, vorzugsweise indem der Driftkörper gemeinsam mit dem Werkstück im Durchstrahlungsbild abgebildet wird, und die Positionsänderung des Driftkörpers zur Ausgangsposition bestimmt wird, und als Korrektur-Vektor die Differenz zwischen der Positionsänderung und dem Start-Korrektur-Vektor zusätzlich zum Start-Korrektur-Vektor zur Korrektur verwendet wird, wobei vorzugsweise vor der Messung die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur-Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung

– die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um die jeweils zugeordnete Korrektur-Vektor verschoben werden oder
– der jeweilige Korrektur-Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur-Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird.

Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Ausgangsposition oder die vor der eigentlichen Messung des Werkstücks erneut ermittelte Position des Driftkörpers bestimmt wird, indem die Position in einem Durchstrahlungsbild in der Startdrehstellung der mechanischen Drehachse bestimmt wird oder indem die Positionen gemittelt werden, die in zwei um in 180° zueinander verdrehten Stellungen der mechanischen Drehachse aufgenommenen Durchstrahlungsbildern bestimmt wurden.
Bei den 180° versetzten Messungen handelt es sich um eine Umschlagmethode, wodurch die Genauigkeit für die Bestimmung der Ausgangsposition erhöht wird. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, eine entsprechende Umschlagsmessung bei der erneuten Bestimmung der Position des Driftkörpers vor der eigentlichen Messung des Werkstücks durchzuführen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, für die verbesserten Verfahren zur Driftkorrektur entsprechende Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung bezieht sich somit auch auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks, zumindest bestehend aus Computertomografie-Sensorik, bestehend aus Röntgenquelle und flächig ausgedehntem Röntgendetektor, und zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordneter mechanischen Drehachse zur Aufnahme des Werkstücks und zur Drehung des Werkstücks um eine Drehachse, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik um die Drehachse aufzunehmen und die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Driftkörper von der mechanischen Drehachse ausgeht, der vorzugsweise innerhalb der Drehachse, also in der Drehachsmitte, angeordnet ist, und auf den Detektor abbildbar ist, wobei vorzugsweise der Driftkörper Teil der Mittel zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) ist.
Durch die Anordnung des Driftkörpers in der Drehachsmitte ergibt sich der Vorteil, dass der Taumel der Drehachse leicht ermittelt werden kann. Zudem kann auch bei hohen Abbildungsmaßstäben gesichert werden, dass der Driftkörper im Durchstrahlungsbild sichtbar ist. Würde er außerhalb der Mitte angeordnet werden, würde er um die Drehachse taumeln und möglicherweise dadurch den vom Durchstrahlungsbild erfassten Bereich verlassen. Zudem würde sich die Größe der Abbildung, also beispielsweise der Durchmesser einer Kugel, in den verschiedenen Drehstellungen verändern. Dies würde zusätzlich die oben beschriebene Korrelationsanalyse unnötigerweise erschweren. Durch die Unterbringung des Driftkörpers in der Aufspannvorrichtung für das Werkstück kann dieser leicht für verschiedene Werkstücktypen und den entsprechend unterschiedlichen Aufspannvorrichtungen ausgetauscht werden. Es kann jedoch auch eine universelle Aufspannvorrichtung vorgesehen sein, die zur Befestigung unterschiedlicher Werkstücke geeignet ist. In beiden Fällen ist es jedoch möglich, durch die Unterbringung in der abnehmbaren Aufspannvorrichtung, bei Bedarf auch Messungen ohne diese durchzuführen, um den maximalen Messbereich nutzen zu können.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Inspektion oder dimensionellen Messung von Werkstücken mittels Computertomografie (CT), wobei während der Messung der Ort des Brennflecks auf dem Target der Röntgenquelle verschoben wird.
Unter Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken ist zu verstehen, dass aus der Menge der meist mittels eines flächigen Detektors in mehreren Drehstellungen eines Werkstücks aufgenommenen zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern eine Rekonstruktion der Volumeninformationen (Voxeldaten bzw. Voxelamplituden in Form von Grauwerten) für das vom Detektor erfasste Volumen erfolgt. An Materialgrenzen werden durch Oberflächenextraktionsverfahren aus den Voxeldaten Messpunkte bzw. Oberflächenmesspunkte erzeugt. Aus diesen Oberflächenmesspunkten können Maße am Werkstück ermittelt werden, also dimensionelle Messungen erfolgen. Zur Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses sind auch Verfahren bekannt, bei denen in der jeweiligen Drehstellung mehrere Bilder nacheinander aufgenommen und zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild überlagert werden, indem die Grauwerte der einander entsprechenden Pixel summiert und gegebenenfalls gemittelt werden, das der Rekonstruktion zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Computertomografieverfahren zur Inspektion von Werkstücken, wobei die Erzeugung von Oberflächenpunkten entfällt und lediglich die Voxeldaten untersucht werden.
Eine Computertomografiesensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.
Der Begriff mechanische Drehachse dient lediglich der Unterscheidung zu einer mathematischen Drehachse, wenn gleich eine mechanische Drehachse immer auch eine Drehung um eine mathematische Drehachse ermöglicht. Die Verwendung des Begriffes Drehachse bezieht sich daher auf die der mechanischen Drehachse zugeordnete mathematische Drehachse, insofern aus dem Zusammenhang eine Richtung gemeint ist, und auf die mechanische Drehachse, insofern eine Vorrichtung gemeint ist. Der Begriff mechanische Drehachse bezeichnet keine Einschränkung auf das innerhalb der Drehachse umgesetzte Führungsprinzip zwischen feststehendem und drehbarem Teil der mechanischen Drehachse. Es sind also sowohl mechanisch gelagerte, wie auch luftgelagerte, oder anderweitig wie hydraulisch gelagerte usw., mechanische Drehachsen gemeint.
Als Detektor werden neben flächig ausgeprägten Detektoren auch Zeilendetektoren eingesetzt. Diese besitzen nur eine einzige Detektorzeile. Zur vollständigen Aufnahme von Durchstrahlungsinformationen eines räumlich ausgedehnten Werkstücks müssen Werkstück und Detektor in mehrere entlang der Richtung der Drehachse (mathematischen Drehachse) verschobene Stellungen gebracht werden. Der sich dadurch ergebende erhöhte Zeitaufwand wird durch den Einsatz von Flächendetektoren vermieden. Dennoch ist die vorliegende Erfindung auch für Zeilendetektoren umsetzbar. Anstatt der Verarbeitung von Durchstrahlungsbilder, also 2D-Bildern, werden die mit der jeweiligen Detektorzeile aufgenommenen Informationen verarbeiten und hier zur Vereinfachung ebenfalls als Durchstrahlungsbilder bezeichnet.
Der Bereich der Strahlungsquelle, der die Strahlung bzw. Messstrahlung, insbesondere Röntgenstrahlung abgibt, wird als Brennfleck oder Fokus bezeichnet. Strahlungsquellen werden auch als Röhren bzw. Röntgenröhren bezeichnet. Es wird zwischen offenen und geschlossenen Röhren unterschieden, sowie zwischen Röhren mit Transmissionstarget und mit Reflexionstarget. Als Target wird dabei der flächig ausgedehnte Bereich innerhalb der Röhre bezeichnet, auf den von einer Kathode abgegebene und durch das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode beschleunigte Elektronen (Elektronenstrahl) auftreffen und dabei im Bereich des Brennflecks die Strahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung abgegeben wird. Der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle ist also der Brennfleck. Die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls wird beispielsweise durch das Anlegen einer sogenannten Zentrierspannung an eine als Zentrierspule bezeichnete Spule beeinflusst. Dabei fließt ein elektrischer Strom durch die Zentrierspule, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, durch das die Elektronen abgelenkt werden. Dieser Strom kann auch direkt eingestellt werden oder ganz allgemein ein anderer Parameter der Zentriereinheit beeinflusst werden. Im Weiteren wird jedoch für die Beeinflussung der Parameter einer Zentriereinheit beispielhaft immer von der Zentrierspannung gesprochen.
Als Strahlungsquellen werden im Folgenden Röntgenröhren behandelt, ohne dass die Erfindung darauf begrenzt ist. Elektronenquellen oder Gammastrahler oder ähnliche Strahlungsquellen profitieren ebenso vom erfindungsgemäßen Gedanken. Je nach Größe des Brennflecks werden zudem Makrofokus-, Mikrofokus- und Nanofokus-Röhren unterschieden. Die Ausdehnung der Brennflecken liegen entsprechend im Bereich größer ca. 100 µm (Makrofokus), 1–100 µm (Mikrofokus) und < 1 µm (Nanofocus), die Grenzen sind jedoch Herstellerabhängig unterschiedlich und hier nur beispielhaft wiedergegeben.
Durch das Auftreffen der beschleunigten Elektronen auf dem Target wird ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen in Röntgenstrahlung umgewandelt und in Richtung des Werkstücks als Messstrahlung abgegeben. Ein weiterer, meist recht großer Teil der kinetischen Energie wird jedoch in Wärme umgewandelt und sorgt für eine Erwärmung des Targets. Für Röhren mit Reflexionstarget kann dem teilweise durch Kühlung entgegen gewirkt werden. Um ein Schmelzen des Targetmaterials zu vermeiden, ist es aber immer notwendig, die gesamte kinetische Energie der auftreffenden Elektronen je Flächeneinheit zu begrenzen, also entweder die Anzahl und/oder die Geschwindigkeit der Elektronen zu begrenzen. Um dennoch große Strahlleistungen zu erzeugen, wie dies beispielsweise zum Durchstrahlen massiver bzw. größerer Werkstücke notwendig ist, muss also die als Brennfleck verwendete Fläche des Targets vergrößert werden. Der Brennfleck wird dazu bewusst defokussiert. Dies sorgt jedoch für Fehler bei der Messung, insbesondere durch vergrößerte Schatteneffekte bei der Abbildung, die zu höherem Rauschen der Messwerte führen und zur Begrenzung der erreichbaren Strukturauflösung.
Grundlegend sorgt der Wärmeeintrag auch bei geringem Aufschmelzen für ein Verschleißen des Targets, insbesondere bei hohen Wärmeeinträgen, so dass die Lebensdauer des Targets begrenzt ist. Dem wird teilweise entgegen gewirkt, indem das Target manuell nach einer gewissen Zeit bzgl. der restlichen Röntgenröhrenkomponenten verstellt, also verschoben wird. Dies ist aufwändig und erfordert eine teilweise Demontage des Aufbaus. Dies ist zudem nur für offene Röhren, nicht aber für geschlossene Röhren möglich.
Nach dem Stand der Technik sind beispielhaft folgende Brennfleckgrößen erzielbar. Bei Röhren mit Transmissionstarget steigt der Brennfleckdurchmesser bis 25 Watt Röhrenleistung etwas von 2 µm auf 5 µm an. Anschließend erfolgt ein weiterer, meist nichtlinearer Anstieg bis zur Maximalleistung von ca. 50 Watt. Für Röhren mit Reflexionstarget steigt der Brennfleckdurchmesser von 8 µm ab ca. 8 Watt linear mit der Leistung an, bei 20 Watt sind also ca. 20 µm erreichbar. Unterhalb von 8 Watt liegt nichtlineares Verhalten vor und die kleinsten Brennfleckdurchmesser liegen bei ca. 5 µm.
Nach dem Stand der Technik kann eine Erhöhung der Strahlleistung, die durch eine Röntgenröhre abgegeben wird, und die Verkleinerung der Ausdehnung des Brennflecks nur in gewissen Grenzen, nämlich begrenzt durch den maximal zulässigen Wärmeeintrag je Flächeneinheit des Targets, erreicht werden. Besonders kleine Brennflecken, beispielsweise von 5 µm, bei hohen Strahlleistungen, beispielsweise größer als 25 Watt, sind daher bisher technisch nicht möglich.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Werkstücke mit hoher Genauigkeit mittels Computertomografie (CT) zu messen. Dabei soll die bisherige Begrenzung des Verhältnisses Brennfleckgröße zu Strahlleistung unterschritten werden, also auch für größere Strahlleistungen kleine Brennfleckgrößen erreicht werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Verschleiß des Targetmaterials grundlegend zu verringern und damit die Lebensdauer zu erhöhen. Dabei soll auf das aufwändige oder gar unmögliche manuelle Verstellen des Targets verzichtet werden.
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden im Wesentlichen durch ein Verfahren gelöst, bei dem innerhalb des Zeitraumes, in dem die mechanische Drehachse die mehreren Drehstellungen einnimmt, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an unterschiedlichen Positionen auf dem Target erzeugt wird.
Dies führt dazu, dass sich der Brennfleck innerhalb des Targets nur für eine begrenzte Zeit an einer festen Position befindet und somit nur für diesen begrenzten Zeitraum Wärme an dieser Stelle erzeugt wird. Hierdurch können größere Strahlleistungen erzeugt werden, ohne dass das Targetmaterial schmilzt. Nach einer begrenzten Zeit von beispielsweise wenigen Sekunden, bevorzugt weniger als 10 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 5 Sekunden, oder aber auch nur nach Bruchteilen von Sekunden, wird der Brennfleck an einer anderen, vorzugsweise möglichst weit entfernten Stelle des Targets erzeugt. Die jeweils als Brennfleck verwendete Stelle des Targets wird also stets nur kurz verwendet und ist damit mit einem höheren Wärmeeintrag belastbar, ohne dass es zum Schmelzen kommt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugst flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden und aus den Volumendaten Oberflächenmesspunkte ermittelt werden, die zur Messung des Werkstücks verwendet werden, wobei innerhalb des Zeitraumes, in dem die mechanische Drehachse die mehreren Drehstellungen einnimmt, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an unterschiedlichen Positionen auf dem Target erzeugt wird.
Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Computertomografie-Verfahren mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugt flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden, innerhalb des Zeitraumes, in dem die mechanische Drehachse die mehreren Drehstellungen einnimmt, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an unterschiedlichen Positionen auf dem Target erzeugt wird.
Eine weitere Lösung der Aufgabe sieht vor, dass im Zeitraum zwischen der Aufnahme der jeweils mehreren Durchstrahlungsbilder, also zwischen zwei Messungen, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an einer veränderten Position auf dem Target erzeugt wird.
Die Erfindung bezieht sich also auch auf ein Computertomografie-Verfahren mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugst flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden, wobei vorzugsweise aus den Volumendaten Oberflächenmesspunkte ermittelt und zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück verwendet werden, wobei im Zeitraum zwischen der Aufnahme der jeweils mehreren Durchstrahlungsbilder, also zwischen zwei Messungen, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an einer veränderten Position auf dem Target erzeugt wird.
Unter Erzeugung des die Strahlung abgebenden Bereiches wird hier jeweils verstanden, dass durch Auftreffen von Elektronen auf einen bestimmten Bereich des Targets die Strahlung wie Röntgenstrahlung erzeugt wird, nicht jedoch, dass ein materieller Bereich neu erzeugt wird.
Hierbei wird also jeweils nach einer erfolgten Messung, also der Aufnahme der mehreren Durchstrahlungsbilder, oder nach mehreren erfolgten Messungen, die Position des Brennflecks auf dem Target verändert. Dies ersetzt das aufwändige oder bei geschlossenen Röhren unmögliche Verschieben des Targets. Es wird somit auf einfache Weise der Verschleiß an einer Position des Targets begrenzt.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass die Einstellung der Position des Brennflecks durch Änderung der Spannung zumindest einer die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls der Röntgenröhre beeinflussenden Einrichtung, vorzugsweise Zentrierspannung einer Zentrierspule, erfolgt.
Die Veränderung der Position des Brennflecks auf dem Target ist auch möglich durch Verschiebung des Targets selbst bei feststehendem Elektronenstrahl. Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil, dass dies deutlich langsamer und konstruktiv deutlich aufwändiger ist.
Unterschiedliche Positionen des Brennflecks auf einem fest stehenden Target führen dazu, dass die Abbildung des Werkstücks auf dem Detektor verschoben und verkippt bzw. verzerrt wird. Um genaue Ergebnisse, insbesondere beim nachfolgenden Rekonstruktionsschritt zu erhalten, müssen diese Fehler korrigiert werden. Die Rekonstruktion erfolgt nur richtig, wenn die Durchstrahlungsbilder derart gestaltet sind, als wären sie bei einer festen Anordnung der Komponenten Brennfleck, Werkstück und Detektor aufgenommen worden und lediglich das Werkstück wurde für die verschiedenen Aufnahmen gedreht. Für diese feste Anordnung wird ein sogenannter virtueller Detektor definiert. Die aufgenommenen Durchstrahlungsbilder müssen daher so korrigiert werden, als wären sie mit diesem virtuellen Detektor aufgenommen worden. Hierzu ist es notwendig, die sich bei ändernder Brennfleckposition ergebenden Fehler vorab zu bestimmen. Dies erfolgt durch Einmessen mit einem Normal oder einem Merkmal am Werkstück, dessen sich verändernde Lage und Verkippung, sichtbar als Verzerrung, in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern ermittelt wird. Dies wird als Einmessen der Brennfleckposition bezeichnet.
Entsprechende Verfahren und Normale werden beispielsweise bei der Bestimmung der Verzeichnung des Detektors verwendet und zählen zum Stand der Technik, wie beispielsweise der PCT/EP2013/068585 oder der DE 10 2010 050 949 A1 zu entnehmen.
Besonders hervorzuheben ist daher die Idee, dass die unterschiedlichen Positionen des Brennflecks, abhängig von der oder den Spannungen vor der eigentlichen Messung eingemessen werden.
Insbesondere sieht die Erfindung dazu vor, dass für das Einmessen der Brennfleckpositionen zumindest ein Durchstrahlungsbild eines Normals mit dem Detektor aufgenommen und die Position und/oder Verschiebung und/oder Verkippung des Normals oder eines Merkmals des Normals in dem Durchstrahlungsbild bestimmt wird, vorzugsweise in Bezug auf eine virtuelle Detektorposition und virtuelle Detektorausrichtung (virtueller Detektor), wobei vorzugsweise die Ermittlung der Verkippung durch Bestimmung der Verzerrung des Normals oder eines Merkmals des Normals erfolgt.
Zudem muss beachtet werden, dass die Position des Brennflecks grundlegend abhängig ist von der verwendeten Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre. Nach dem Stand der Technik wird nur eine Position des Brennflecks auf dem Target, nämlich eine hier als zentrisch bezeichnete Position, verwendet. Für diese zentrische Position ist diese Abhängigkeit bereits in einer Zentrierkennlinie berücksichtigt, die beispielsweise Teil der Einstellsoftware der Röntgenröhrenanordnung ist. Bei der Änderung der Beschleunigungsspannung wird also automatisch die Zentrierspannung so eingestellt, dass sich stets die zentrische Position für den Brennfleck ergibt. Für erfindungsgemäße exzentrische Positionen des Brennflecks existiert diese Zentrierkennlinie nicht und muss vorab bestimmt werden. Eine von der Beschleunigungsspannung abhängige Korrektur der für die jeweilige exzentrische Position bestimmten Zentrierspannung kann dabei konstant oder von der Beschleunigungsspannung abhängig sein, so dass eine gemeinsame oder getrennte Zentrierkennlinien für die exzentrischen Positionen bestimmt werden. Diese Zentrierkennlinie für exzentrische Brennfleckpositionen kann erfindungsgemäß wiederum Teil der Einstellsoftware der Röntgenröhrenanordnung sein. Hierdurch wird bei Vorgabe einer gewünschten Brennfleckposition die Zentrierspannung automatisch entsprechend der vorliegenden Beschleunigungsspannung so eingestellt, dass sich stets die gewünschte Brennfleckposition ergibt.
Bevorzugterweise ist also vorgesehen, dass für die exzentrisch zu einer Mittellage liegenden Brennfleckpositionen, abhängig von der verwendeten Beschleunigungsspannung der Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, vor der eigentlichen Messung jeweils eine oder eine gemeinsame Zentrierkennlinie bestimmt wird, die den Zusammenhang zwischen Beschleunigungsspannung und Zentrierspannung beschreibt, für den eine jeweils ortsfeste Position des Brennflecks erreicht wird.
Bei der eigentlichen Messung des Werkstücks müssen die Durchstrahlungsbilder entsprechend der jeweils vorliegenden Brennfleckposition korrigiert werden. Dies erfolgt grundlegend auf zwei gleich wirkende Weisen. Entweder wird das aufgenommene Durchstrahlungsbild virtuell verschoben bzw. entzerrt und damit verkippt, also einer anderen Position relativ zu den weiteren Durchstrahlungsbildern bzw. relativ zur fest vorgegebenen Position des virtuellen Detektors zugeordnet, oder der Detektor wird entsprechend der jeweils vorliegenden Brennfleckposition, also während die unterschiedlichen Drehstellungen der mechanischen Drehachse eingenommen werden, verschoben und gegebenenfalls verkippt. Für den ersten Fall sollten alle korrigierten Durchstrahlungsbilder im gleichen Pixelraster vorliegen, um höchste Genauigkeit zu erreichen. Dies wird mittels Resampling auf ein gemeinsames Pixelrater erreicht. Im zweiten Fall sind entsprechende genaue Messachsen notwendig, wie im Bereich der Koordinatenmesstechnik verwendet.
Eine alternative Ausführung zum ersten Fall besteht darin, die Verschiebung bzw. Verkippung bzw. Entzerrung bei der Rekonstruktion zu berücksichtigten. Hierbei wird jeweils der Grauwert des aufgrund der Verschiebung bzw. Verkippung bzw. Entzerrung verschobenen Pixels für die jeweils betrachtete Pixelposition des Durchstrahlungsbildes bei der Rekonstruktion verwendet.
Kennzeichnend ist daher auch, dass die Durchstrahlungsbilder des Werkstücks abhängig von der eingemessenen Brennfleckposition korrigiert werden, vorzugsweise durch virtuelle Verschiebung und/oder Verkippung und/oder Entzerrung des Durchstrahlungsbildes auf die Position und Ausrichtung des virtuellen Detektors, vorzugsweise mittels Resamplingverfahrens, oder die Verschiebung und/oder Verkippung und/oder Entzerrung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die Durchstrahlungsbilder des Werkstücks abhängig von der eingemessenen Brennfleckposition korrigiert werden, indem der Detektor verschoben und/oder verkippt wird.
Die Aufnahme eines oder mehrerer Durchstrahlungsbilder in der jeweils aktuellen Drehstellung erfolgt durch Belichten der Sensorelemente des Detektors. Während dieser Belichtung (Integrationszeit) würde eine Änderung der Position des Brennflecks zu Unschärfen im aufgenommenen Durchstrahlungsbild und damit zu Messfehlern führen. Um dies zu vermeiden, müssen die Bildaufnahme und die Veränderung der Brennfleckposition zeitlich zueinander geregelt ablaufen. Eine Verschiebung des Brennflecks soll nur erfolgen, wenn gerade kein Bild aufgenommen wird. Dies kann in der Zeit zwischen zwei bzw. mehreren Bildaufnahmen an einer Drehstellung sein, oder aber bzw. zusätzlich in den Zeiträumen, während denen die mechanische Drehachse die nächste Drehstellung einstellt, also sich dreht. Um besonders kurze Verweilzeiten des Brennflecks an einer Position des Targets und damit besonders hohe zulässige Strahlleistungen zu erreichen, sind daher kurze Belichtungszeiten von beispielsweise kleiner als fünf Sekunden, bevorzugt kleiner als einer Sekunde, zu verwenden. Um dennoch rauscharme, helle Durchstrahlungsbilder, also ein hohes Signal-Rauschverhältnis zu erzielen, werden bevorzugt je Drehstellung mehrere Bilder nacheinander aufgenommen und zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild überlagert, wobei zwischen den Bildaufnahmen die Brennfleckposition verschoben wird. Damit die Grauwerte der einander entsprechenden Pixel summiert und gegebenenfalls gemittelt werden können, müssen die mehreren Bilder zuvor – wie bereits beschrieben – anhand der jeweiligen Brennfleckposition korrigiert werden.
Bevorzugterweise ist also vorgesehen, dass die Einstellung der Brennfleckposition mit der Bildaufnahme der Durchstrahlungsbilder getaktet ist, wobei die Einstellungen jeweils in den Zeiträumen zwischen den Bildaufnahmen erfolgen.
Besonders hervorzuheben ist auch die Idee, dass in der jeweiligen Drehstellung mehrere Bildaufnahmen bei unterschiedlichen Brennfleckpositionen erfolgen, die zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild überlagert werden, wobei die Durchstrahlungsbilder vor der Überlagerung entsprechend der eingemessenen Brennfleckposition korrigiert werden.
Die Positionen, die der Brennfleck einnimmt, werden durch das Verfahren automatisch nach einer vorgegebenen Abfolge eingestellt. Diese Abfolge muss der jeweils eingenommenen Drehstellung und dem dabei aufgenommenen Durchstrahlungsbild bzw. mehreren Durchstrahlungsbildern jeweils einzeln zugeordnet sein. Dies ist notwendig, damit bei der oben beschriebenen Korrektur der Durchstrahlungsbilder bzw. Detektorpositionierung die jeweils richtige Korrektur bzw. Einstellung vorgenommen wird. Die Abfolge der Brennfleckpositionen erfolgt beispielsweise auf einer Bahn bzw. anhand diskreter Positionen. Die dazu notwendige Ansteuerung der Zentrierspule ist dazu in der Regel ausreichend schnell.
Insbesondere sieht die Erfindung dazu vor, dass die unterschiedlichen Positionen des Brennflecks auf dem Target auf einer Bahn, vorzugsweise geschlossenen Kurve wie Lissajous-Figur, liegen, wobei die Bahn so gewählt wird, dass möglichst große zeitliche Abstände zwischen der Verwendung der jeweils gleichen Position liegen.
Kennzeichnend ist daher auch, dass die unterschiedlichen Positionen des Brennflecks auf dem Target so gewählt werden, dass möglichst große räumliche Abstände zwischen zumindest zwei, vorzugsweise drei oder fünf oder sieben, aufeinanderfolgenden Positionen liegen.
Wird der Gedanke weiterverfolgt, die Brennfleckposition zwischen den Messungen zu verstellen, so kann der Fall auftreten, dass bei der nächsten Messung eine veränderte Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre verwendet wird. Es existieren jedoch auch Verfahren, sogenannte Multi-Energie-Computertomographieverfahren, bei denen die Beschleunigungsspannung während einer Messung verändert wird. Um die jeweils bei einer Messung zu verwendende Brennfleckposition einzustellen bzw. die vorliegende Brennfleckposition zu kennen, ist die oben beschriebene Abhängigkeit der Brennfleckposition von der Beschleunigungsspannung zu beachten. Die Zentrierspannung wird entsprechend der aufgenommenen Kennlinie so eingestellt, dass die ausgewählte Brennfleckposition bei der vorliegenden Beschleunigungsspannung eingestellt wird. Alternativ wird als Brennfleckposition die sich aus einer beliebig eingestellten Zentrierspannung bei der vorliegenden Beschleunigungsspannung entsprechend der Zentrierkennlinie ergebende Position für den Brennfleck berücksichtigt. In beiden Fällen wird die vorliegende Brennfleckposition für die oben beschriebene Korrektur der Durchstrahlungsbilder verwendet oder entsprechend bei der Rekonstruktion berücksichtigt.
In einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass die Brennfleckposition entlang einer geschlossenen Kurve verändert wird. Beispielsweise kann nach jeder Messung oder nach jeweils mehreren Messungen, abhängig von der Belastung des Targets, also der Leistung pro Flächeneinheit, die bei den Messungen umgesetzt wird, der Brennfleck auf einem Kreis, beispielsweise mit einem Durchmesser von 20 µm, um einen bestimmten Weg, beispielsweise um etwa 5 µm weiterbewegt werden. Hierdurch ergeben sich 12 etwa gleichmäßig auf dem Kreis verteilte Positionen, die nacheinander, aber in beliebiger Reihenfolge, verwendet werden. Wiederum kann die Reihenfolge so gewählt werden, dass möglichst große räumliche Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Positionen liegen, um maximale Lebensdauer des Targets zu gewährleisten, indem die jeweils mit veränderter Brennfleckposition durchgeführte Messung die zuvor verwendete Targetposition möglichst wenig erwärmt. Andere Durchmesser für den Kreis, beispielsweise 10–20 µm oder 20–50 µm oder mehr, wie auch größere Abstände der Positionen, wie beispielsweise 5–10 µm oder 10–20 µm oder mehr, und damit eine veränderte Anzahl von Positionen auf dem Kreis oder anderen geschlossenen oder nicht geschlossenen Kurven sind erfindungsgemäß vorgesehen. Ein Beispiel für eine nicht geschlossene Kurve ist beispielsweise eine zufällig festgelegt Position, wobei lediglich ein Mindestabstand zur vorherigen Position eingehalten wird. Geringere Abstände als 5 µm für die Positionen sind lediglich für sehr kleine Brennfleckdurchmesser von weniger als 5 µm sinnvoll.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass jeweils zwischen der Aufnahme der jeweils mehreren Durchstrahlungsbilder, der Brennfleck an eine veränderte Position auf einer geschlossenen Kurve, bevorzugt Kreis oder Rechteck oder Lissajous-Figur, verschoben wird, wobei beispielsweise der Kreis einen Durchmesser von 20 µm besitzt und 12 Positionen etwa gleichmäßig auf dem Kreis verteilt, also im Abstand von etwa 5 µm, nacheinander eingenommen werden, wobei die Position des Brennflecks abhängig von der verwendeten Beschleunigungsspannung entsprechend der vorab aufgenommenen Zentrierkennlinie eingestellt und/oder bei der Korrektur der Durchstrahlungsbilder oder bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
Durch den erfindungsgemäßen Gedanken, die Brennfleckposition auf dem Target zu verändern, ergibt sich auch die Möglichkeit, eine natürliche Drift des Brennflecks bzgl. der jeweiligen Sollposition auf dem Target zu kompensieren. Diese Sollposition wird entsprechend des bereits erläuterten Einmessens anhand eines oder mehrerer Durchstrahlungsbilder, also in einer oder mehreren Drehstellungen ermittelt. Damit wird bestimmt, wo die Abbildung eines sogenannten Driftkörpers in Form eines zusätzlich zum Werkstück angeordneten Körpers oder eines ausgewählten Merkmals am zu messenden Werkstück, idealerweise, also bei korrekt eingestellter Brennfleckposition, auf dem Detektor erfolgt. Grundlegend bestehen dabei mehrere mögliche Anordnungen des Driftkörpers, entweder in Verlängerung der Achse, um die sich die mechanische Drehachse dreht, oder seitlich versetzt dazu. Ein zusätzlicher Driftkörper kann auch mit dem nicht drehbaren Teil der mechanischen Drehachse verbunden sein, wodurch sich vorteilhaft seine Abbildung auf dem Detektor nicht mit den Drehstellungen der mechanischen Drehachse ändert. Dies trifft auch für den Fall zu, dass der Driftkörper am drehbaren Teil der mechanischen Drehachse, aber in der Verlängerung der Drehachse angeordnet wird und rotationssymmetrisch ist. Für diese Fälle, also Driftkörper am nicht drehbaren Teil oder in Verlängerung der Drehachse am drehbaren Teil befestigt, kann eine Abweichung wie Drift von der vorgegebenen Brennfleckposition in jeder beliebigen Drehstellung festgestellt werden, da die Abbildung auf dem Detektor immer an der gleichen Stelle vorliegt, außer der Brennfleck hat sich verlagert. Der Driftkörper ist dazu vorzugsweise rotationssymmetrisch, besonders bevorzugt eine Kugel. Im dem Fall, dass der Driftkörper außermittig zur Drehachse am drehbaren Teil der mechanische Drehachse befestigt ist, der beispielsweise bei Verwendung eines Merkmals des Werkstücks als Driftkörper auftritt, erfolgt die Abbildung je Drehstellung an einer anderen Position des Detektors. Soll während der Messung, also innerhalb einer Umdrehung auch mehrfach, die Brennfleckdrift ermittelt werden, muss die richtige Position der Abbildung des Driftkörpers auf dem Detektor für alle Drehstellungen eingemessen werden, in denen bei der eigentlichen Messung ein Korrektur der Drift erfolgen soll. Die jeweils vorliegende (Ist-)Position des Brennflecks wird während der eigentlichen Messung durch Auswertung der Lage der Abbildung des Driftkörpers auf dem Detektor in der jeweils ausgewählten Drehstellung bestimmt. Dies kann auch bei allen Drehstellungen erfolgen, bevorzugt bei Anordnung des Driftkörpers in Verlängerung bzw. auf der Drehachse oder am unbewegten Teil der mechanischen Drehachse. Für einen seitlich versetzten und mitgedrehten Driftkörper werden bevorzugt nur ausgewählte, z. B. jede zehnte Drehstellung zur Korrektur verwendet, um den Aufwand für das Einmessen gering zu halten. Die jeweils ermittelte (Ist-)Position des Brennflecks wird mit der jeweiligen Solllage verglichen und anhand der Differenz eine Korrektur bestimmt und angewendet, indem die Zentrierspannung angepasst wird, also die Brennfleckposition selbst korrigiert wird, oder der Detektor wird entsprechend nachgefahren und gegebenenfalls nachgekippt oder die Durchstrahlungsbilder werden anhand der bereits beschriebenen Korrektur korrigiert.
Besonders hervorzuheben ist also auch die Idee, dass die Abweichung des Brennflecks von einer vorgegebenen und vor der Messung eingemessenen Sollposition während der computertomografischen Messung bestimmt und korrigiert wird, indem aus der Differenz zur Sollposition eine Stellgröße, vorzugsweise Spannung der Zentrierspule, bestimmt und angewendet wird, um die Position des Brennflecks zu korrigieren, oder die aufgenommenen Durchstrahlungsbilder durch Verschiebung und/oder Verkippung und/oder Entzerrung korrigiert werden und/oder der Detektor verschoben und/oder verkippt wird.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass die Bestimmung der Abweichung des Brennflecks zur Sollposition an einem Driftkörper in Form eines zusätzlich zum Werkstück durchstrahlten Körpers oder in Form eines Merkmals des Werkstücks erfolgt, wobei der Driftkörper vorzugsweise in Verlängerung der Achse, um die sich die mechanische Drehachse dreht, oder am feststehenden Teil der mechanischen Drehachse angeordnet ist, und wobei die Lage des Driftkörpers in einer beliebigen Drehstellung der mechanischen Drehachse oder in einer oder mehreren festgelegten Drehstellungen der mechanischen Drehachse jeweils durch Aufnahme eines Durchstrahlungsbildes und Bestimmung der Lage des Driftkörpers im Durchstrahlungsbild ermittelt wird und aus der Lage des Driftkörpers die Abweichung des Brennflecks ermittelt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass die Position auf dem Target, die die Strahlung abgibt, nach einer festgelegten Zeit, beispielsweise einem Zeitraum von einer oder 2 oder 4 Wochen, und/oder nach einer festgelegten Betriebsdauer der Strahlungsquelle, beispielsweise 100 Stunden oder 200 Stunden oder 400 Stunden, automatisch oder durch einen Bedienereingriff verändert wird.
Die veränderte Position kann auch so gewählt werden, dass die anschließenden Positionsänderungen während der Drehung der mechanischen Drehachse zu resultierenden Positionen führen, die sich nicht mit denen überdecken, die im vorherigen Zustand bei der Drehung der mechanischen Drehachse eingenommen wurden. Es wird also ein anderer Bereich von Positionen bei der Drehung verwendet. Dies führt zu einer weiteren Verlängerung der Lebensdauer des Target.
Nach einem eigenerfinderischen Gedanken ist vorgesehen, dass nach der automatisch oder durch Bedienereingriff durchgeführten Veränderung der Position auf dem Target, die die Strahlung abgibt, die Strahlungsquelle insbesondere Röntgenröhre nachfokussiert wird, also durch Veränderung der Einstellung der Fokussierspule der Elektronenstrahl auf das Target fokussiert wird. Bevorzugt erfolgt dies nach der zuvor genannten Veränderung der Position nach einer festgelegten Zeit bzw. Betriebsdauer. Ein Nachfokussieren während der Drehung der mechanischen Drehachse ist auch denkbar. Hierbei muss jedoch mit erhöhtem Zeitaufwand gerechnet werden. Für Messungen mit hoher Genauigkeit ist dies jedoch hinnehmbar.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die Computertomografiesensorik in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät, welches zumindest eine taktile, optische und/oder taktiloptische Sensorik enthält.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum berührungslosen Messen von geometrischen Merkmalen und Konturen an Werkstücken mit zumindest einem computertomografischen Sensor in einem Koordinatenmessgerät.
Auch bezieht sich die Erfindung auf die Messung eines Werkstücks mit einer Computertomografie-Sensorik, wobei Komponenten der Sensorik, die Umgebung der Sensorik und die Umgebung des Werkstücks, insbesondere die umgebende Luft in einem Gehäuse, in dem die Sensorik und das Werkstück angeordnet sind, thermisch beeinflusst, insbesondere gekühlt werden.
Bei der Messung von Werkstücken mittels einer Computertomografie-Sensorik treten mehrere Wärmequellen auf. Diese sind beispielsweise die Strahlungsquelle wie Röntgenröhre und der zur Messung der Strahlung eingesetzte Detektor wie Flächendetektor. Auch die Achsantriebe, beispielsweise der Drehtisch zur Drehung des Werkstücks im Strahlengang der Strahlungsquelle, sowie gegebenenfalls weitere Antriebe sorgen bei deren Verwendung für Wärmeeinträgen. Aufgrund der Messstrahlung werden Geräte, beispielsweise Koordinatenmessgeräte, mit Computertomografie-Sensorik meist in geschlossenen Kammern bzw. Gehäusen betrieben. Innerhalb des Gehäuses tritt daher ohne Kühlmaßnahmen ein Wärmestau auf. Dieser sorgt zur Verfälschung der Messungen durch temperaturbedingte Ausdehnungen von Werkstück und Sensorik. Um dies zu vermeiden, werden einzelne Komponenten der Sensorik gekühlt. Röntgenröhren verfügen dazu meist über eine eigene Flüssigkeitskühlung. Die Luft innerhalb des Gehäuses lässt sich beispielsweise durch Luftkühlung abkühlen. Hierzu werden beispielsweise Lüfter in die Gehäusewände integriert. Aus Gründen des Strahlenschutzes sind entsprechende Anordnungen jedoch komplex und wenig effektiv. Zu hohe Lüfterdrehzahlen können aufgrund von Schwingungen und Luftströmungen die Messungen negativ beeinflussen. Nachteilig ist zudem, dass für jeden Kühlkreislauf separate Zuleitungen und Ableitungen aufwändig im Gerätedesign vorzusehen sind.
Grundlegend kann eine Kühlung direkt, beispielsweise durch Wärmeleitung, oder indirekt, beispielsweise durch Konvektion, erfolgen.
Eine unabhängige weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit einfachen Mitteln eine Temperierung, insbesondere Kühlung, zumindest von Teilen einer Computertomografie-Sensorik sowie der Umgebung der Sensorik und des Werkstücks zu realisieren.
Zur Lösung dieser weiteren Aufgabenstellung ist im Wesentlichen vorgesehen, dass ein gemeinsamer Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft eingesetzt wird.
Computertomografie-Sensorik und Werkstück befinden sich dabei in einem Gehäuse, aus Gründen des Strahlenschutzes zumeist geschlossenen Gehäuse. Aus messtechnischen Gründen sind beispielsweise Temperaturschwankungen im Bereich kleiner +/–2 Kelvin oder kleiner +/–1 Kelvin wünschenswert.
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks, wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück in einem Gehäuse befinden, wobei vorzugsweise mit Hilfe der Computertomografie-Sensorik geometrische Merkmale und/oder Konturen an einem Werkstück gemessen werden, wobei ein gemeinsamer Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft eingesetzt wird.
Da erfahrungsgemäß eine besonders hohe Wärmelast durch den Detektor erzeugt wird, ist es sinnvoll, eine Flüssigkeitskühlung für den Detektor vorzusehen. Hierbei wird ein Wärmetauscher thermisch an den Detektor, bzw. die frei zugänglichen Bereiche des Detektors, wie beispielsweise die von den Detektorelementen abgewandte Rückseite, oder die Seitenflächen, gekoppelt. Dies erfolgt beispielsweise durch Ankleben, Anlöten oder Anschweißen von Plattenmaterial, wobei zumeist mit Wärmeleitpaste ein guter Wärmeübergang gewährleistet wird. An der Platte des Wärmetauschers wird das Kühlmittel vorbeigeführt, um diese zu kühlen, beispielsweise mittels aufgelöteten und oft mäanderförmig ausgeführten Kühlschlangen, durch die das Kühlmittel fließt, das mittels einer Zuleitung von einem Kühlaggregat wie Thermostat mittels einer Pumpe zu dem Wärmetauscher transportiert wird.
Trotz dieser Kühlung wird ein Teil der Wärme weiterhin, beispielsweise an der Vorderseite des Detektors, an die Luft im Gehäuse abgegeben. Aber auch weitere Wärmequellen erwärmen erwähntermaßen das Gehäuseinnere. Daher ist zusätzlich vorgesehen, auch die Luft mittels einem oder besser mehreren Wärmetauschern indirekt zu kühlen. Erfindungsgemäß wird dazu der gleiche Kühlkreislauf verwendet, mit dem auch der Detektor gekühlt wird. Da die höhere Wärmelast jedoch vom Detektor ausgeht, wird das Kühlmittel zuerst am Detektor vorbeigeführt. Dabei erwärmt es sich beispielsweise von einer Vorlauftemperatur von etwa 18°C auf 20 °C. Anschließend wird die leicht erwärmte Kühlflüssigkeit an den Wärmetauschern zur Kühlung der Luft vorbeigeführt. Diese Wärmetauscher sind wegen der natürlichen Temperaturschichtung vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuses angeordnet.
Besonders hervorzuheben ist daher die Idee, dass der Kühlkreislauf eine Flüssigkeitskühlung ist, wobei das Kühlmittel mittels eines Wärmetauschers zuerst am Detektor vorbeigeführt wird und anschließend an zumindest einem, vorzugsweise mehreren, beispielsweise zwei oder vier oder acht, Wärmetauschern vorbeigeführt wird, die in der Luft, vorzugsweise oberhalb des Werkstücks und/oder der Computertomografie-Sensorik, und innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Zur besseren Luftkühlung können zusätzlich Lüfter vorgesehen sein, die die Luft im Gehäuse von unten in Richtung der Wärmetauscher transportieren. Die Lüfter sind dabei z. B. direkt an der Unterseite der Wärmetauscher befestigt.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass zumindest den in der Luft befindlichen Wärmetauschern jeweils zumindest ein Lüfter zugeordnet ist, der Luft aus dem Gehäuse in Richtung des Wärmetauschers transportiert.
Abhängig von der vorliegenden Wärmelast muss der Kühlkreislauf, also die Temperatur und Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch das Kühlaggregat zur Verfügung gestellt wird, geregelt werden. Hierzu wird die Temperatur des Kühlmittels, beispielsweise im Vorlauf, und gegebenenfalls des Detektors oder der Luft im Gehäuse als Mess- bzw. Regelgröße verwendet. Auch die Lüfterdrehzahl kann entsprechend geregelt werden, wie dies beispielsweise bei PC-Lüftern abhängig von der Temperatur der umgebenden Luft erfolgt.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Temperatur und/oder Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit und/oder die Drehzahl der Lüfter geregelt wird, vorzugsweise anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassen und/oder die die Temperatur des Detektors erfassen und/oder die die Temperatur der Luft im Gehäuse erfassen.
Es kann zudem auch vorgesehen sein, auch die Kühlung der Strahlungsquelle, insbesondere der Röntgenröhre, mit dem gleichen Kühlkreislauf zu realisieren. Aufgrund der hohen Wärmelast der Strahlungsquelle wird das Kühlmittel mittels eines Wärmetauschers zuerst an der Strahlungsquelle und dann erst am Detektor und der Luft vorbeigeführt.
Besonders hervorzuheben ist daher die Idee, dass der Kühlkreislauf zusätzlich die Kühlung der Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenröhre, umfasst, vorzugsweise indem das Kühlmittel mittels zumindest eines Wärmetauschers zuerst an der Röntgenröhre vorbeigeführt wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks, wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück in einem Gehäuse befinden, und wobei vorzugsweise die Computertomografie-Sensorik ausgelegt ist, geometrische Merkmalen und/oder Konturen an einem Werkstück zu messen, wobei die Vorrichtung einen gemeinsamen Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft umfasst.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der Kühlkreislauf eine Flüssigkeitskühlung ist, wobei Zuleitungen zum Transport des Kühlmittels vorgesehen sind, die ausgehend von einem außerhalb des Gehäuses befindlichen Kühlaggregats zunächst zu einem Wärmetauscher führen, der dem Detektor zugeordnet ist, wobei dieser Wärmetauscher vorzugsweise mittels Wärmeleitpaste eine thermische Kopplung zumindest zur Detektorrückseite besitzt und vorzugsweise Kühlschlangen mäanderförmig in diesem Wärmetauscher verlaufen, und die Zuleitungen dann weiter zu zumindest einem, vorzugsweise mehreren, beispielsweise zwei oder vier oder acht, Wärmetauschern führen, die in der Luft, vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuses und/oder oberhalb des Werkstücks und/oder der Computertomografie-Sensorik, und innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, wobei vorzugsweise Kühlschlangen mäanderförmig in diesem Wärmetauscher verlaufen.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass zumindest an den in der Luft befindlichen Wärmetauschern jeweils zumindest ein Lüfter angeordnet ist, vorzugsweise unterhalb angeordnet ist, der Luft aus dem Gehäuse in Richtung des Wärmetauschers transportiert.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass eine Regelung für die mittels des Kühlaggregats eingestellte Temperatur und/oder Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit und/oder die Lüfterdrehzahl vorgesehen ist, wobei die Regelung vorzugsweise anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassen und/oder die die Temperatur des Detektors erfassen und/oder die die Temperatur der Luft im Gehäuse erfassen, erfolgt.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der Kühlkreislauf zusätzlich Zuleitungen umfasst, die das Kühlaggregat mit einem der Strahlungsquelle wie Röntgenröhre zugeordneten Wärmetauscher verbindet, vorzugsweise die Zuleitungen vom Kühlaggregat zuerst zur Strahlungsquelle und dann erst zum Detektor und der Luft verlaufen.
Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass ein Einsatz bzw. eine Integration in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, wie taktilen, optischen, taktil-optischen oder computertomografischen Sensoren erfolgt.
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 Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Dichtebestimmung,
2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vergrößerung des Messbereiches,
3 zwei Prinzipdarstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vergrößerung des Messbereiches in zwei unterschiedlichen Drehstellungen des Werkstücks,
4 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 eine Prinzipdarstellung unterschiedlicher Positionen eines Brennflecks auf einem Target und
7 eine bevorzugte Ausgestaltung einer Kühlung entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Computertomografen zur Bestimmung der Dichte eines Werkstücks 4, insbesondere Dichteverteilung innerhalb des Werkstücks 4. Der Computertomograf besteht zumindest aus einer Röntgenquelle 1, einem flächigen Röntgendetektor 2 und einem Drehtisch 3. Der Drehtisch 3 dreht das Werkstück entlang des Pfeiles 3a um eine Drehachse 3b. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist eine Waage 5 im Drehtisch 3 integriert bzw. auf diesem aufgebracht und dient der Befestigung des Werkstücks 4 und der Bestimmung der Masse des Werkstücks 4. Die Waage 5 kann ebenso gut ein integraler Bestandteil des Drehtisches 3 sein, wobei zwischen Waage 5 und Werkstück 4 weitere Komponenten vorhanden sind, die mitgewogen werden, deren Masse jedoch zuvor ermittelt und vom Ergebnis abgezogen werden. Das Werkstück 4 oder ein weiteres gleiches oder anderes Werkstück kann aus einem Werkstückmagazin 6 mittels einer Bestückungsvorrichtung 7 entnommen und auf dem Drehtisch 3 platziert werden. Die Bestückungsvorrichtung 7 besteht dazu beispielhaft aus einem Greifer 8, der von einem in einer ersten Richtung z1 beweglichem Teil 9 ausgeht, welches wiederum von einem in einer zweiten Richtung x1 beweglichen Teil 10 ausgeht, das seinerseits von einem in einer dritten Richtung y1 beweglichen Teil 11 ausgeht.
In der 2 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer Computertomograf mit erweitertem Messbereich dargestellt. Der Computertomograf besteht zumindest aus der Röntgenquelle 1, dem flächigen Röntgendetektor 2 und dem Drehtisch 3. Der Drehtisch 3 dreht das darauf befindliche Werkstück 4 entlang des Pfeiles 3a um die Drehachse 3b. Da die des Werkstücks 4 in die Ebene des Detektors 2 bei dem gewählten Abbildungsmaßstab größer als die Detektorfläche ist, ist der Detektor 2 zur Erweiterung des Messbereiches in Richtung der Pfeile x3 und y3 bewegbar, wodurch er in Bezug auf das Werkstück 4 mehrere Positionen, beispielhaft Positionen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4, einnehmen kann. Alternativ oder zusätzlich ist der Drehtisch 3 mit dem Werkstück 4 in Richtung der Pfeile x2 und y2 bewegbar. Auch kann vorgesehen sein, dass sich Detektor 2 und Röntgenquelle 1 gemeinsam bewegen. Beispielhaft ist eine entsprechende Beweglichkeit der Röntgenquelle 1 zumindest durch den Pfeil x4 gekennzeichnet. Zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes der Werkstücks 4 auf die Ebene des Detektors 2 ist der Drehtisch 3 auch in Richtung des Pfeiles z2 bewegbar. Bei der durch die Pfeile x2, x3 und x4 gekennzeichneten Richtung handelt es sich um die Richtung der Drehachse 3b des Drehtisches 3. Bei der durch die Pfeile y2 und y3 gekennzeichneten Richtung handelt es sich um die Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse 3b des Drehtisches 3 und parallel zur Röntgendetektorebene des Detektors 2 verläuft.
Das beispielhaft dargestellte Werkstück 4 weist in der in der 2 dargestellten beispielhaft ersten Drehstellung des Drehtisches 3 Abmessungen in Richtung der Pfeile x3 und y3 auf, die zu einer größeren in der Ebene des Detektors 2 führen, als die Größe des Detektors 2. Dies ist für die gleiche Drehstellung in vereinfachter Darstellung in der 3a nochmals gezeigt. In einer ersten Position 2-1 des Detektors 2 überdeckt die des Werkstücks 4 dabei den oberen Randbereich 2a und den linken Randbereich 2b des Detektors 2, nicht jedoch den rechten Randbereich 2c und den unteren Randbereich 2d des Detektors 2. In den Randbereichen 2a und 2b liegen dadurch im mit dem Detektor 2 in der Position 2-1 aufgenommenen Einzeldurchstrahlungsbild Randpixel mit Grauwerten vor, die auf eine Schwächung durch das Werkstück 4 zurückzuführen sind, während die Randpixel in den Randbereichen 2c und 2d Grauwerte aufweisen, die durch die Strahlung der Röntgenquelle 2 ohne Schwächung durch das Werkstück 4 verursacht werden. Als weitere Positionen für den Detektor 2 werden daher die Positionen 2-2, also in Richtung des Randes 2a, und 2-3, also in Richtung des Randes 2b, festgelegt. Bei der Untersuchung der Ränder in den in diesen weiteren Positionen ermittelten Einzeldurchstrahlungsbildern nach gleichem Verfahren ergibt sich dann noch die Position 2-4 für den Detektor 2. Durch die in den Positionen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 durch den Detektor 2 aufgenommenen Einzeldurchstrahlungsbilder ist die des Werkstücks 4 in der ersten Drehstellung vollständig aufgenommen. Die Einzeldurchstrahlungsbilder werden dazu zu einem Durchstrahlungsbild für diese erste Drehstellung zusammengesetzt. Vorzugsweise sind die Einzeldurchstrahlungsbilder dabei leicht überlappt, wie dies die 3a und 3b durch entsprechend überlappende Positionen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 des Detektors 2 andeuten. Die Überlappungsbreite beträgt nur wenige, beispielsweise fünf bis 20 Pixelzeilen bzw. -spalten und dient dem Abgleich der Helligkeit der Einzeldurchstrahlungsbilder zueinander. Beim Zusammensetzen der Einzeldurchstrahlungsbilder zum Durchstrahlungsbild werden die Messpositionen der zur Einstellung der Positionen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 verwendeten Messachsen des Koordinatenmessgerätes berücksichtigt, in das der Computertomograf vorzugsweise integriert ist. Das Zusammensetzen erfolgt beispielsweise durch bekannte Resamplingverfahren. Die Positionen 2-2, 2-3 und 2-4 des Detektors 2 sind in den 3a und 3b gepunktet dargestellt.
Die 3b zeigt das gleiche Werkstück 4 in einer der weiteren Drehstellungen des Drehtisches 3, beispielsweise in der um etwa 90° gedrehten, hier beispielsweise als zweite Drehstellung bezeichneten Drehstellung. Aufgrund der flachen Abmessungen des Werkstücks 4 ist die nun deutlich kleiner, insbesondere in Richtung des in der 2 dargestellten Pfeiles y3, also senkrecht zur Drehachse 3b und parallel zur Ebene des Detektors 2. In der ersten Position 2-1 des Detektors 2 weist das mit dem Detektor 2 aufgenommene Einzeldurchstrahlungsbild im Bereich des oberen Randes 2a, nicht jedoch an den Rändern 2b, 2c und 2d eine Schwächung auf, die auf das Werkstück 4 zurückzuführen ist. Daher wird als weitere Position in dieser zweiten Drehstellung zunächst nur die Position 2-2 für den Detektor 2 festgelegt. Aus dem in dieser Position 2-2 aufgenommenen Einzeldurchstrahlungsbild ergibt sich nur im Bereich des unteren Randes eine Schwächung durch das Werkstück 4, so dass keine weiteren Positionen für den Detektor 2 notwendig sind, um die Abbild 4b vollständig zu erfassen. Die Positionen 2-3 und 2-4 müssen also nicht eingenommen werden. Die dennoch für die spätere Rekonstruktion benötigten Grauwerte des für diese zweite Drehstellung zusammengesetzten Durchstrahlungsbildes, die diesen fehlenden Positionen entsprechen würden, werden auf einen festen Wert festgelegt, der einer fehlenden Schwächung durch das Werkstück entspricht, also lediglich einer Schwächung durch das das Werkstück umgebende Medium wie Luft.
Für sämtliche weitere Drehstellungen wird nach gleichem Verfahren das jeweilige Durchstrahlungsbild zusammengesetzt und die Menge der Durchstrahlungsbilder der Rekonstruktion und nachfolgenden Bestimmung der Oberflächenpunkte und geometrischen Maße an den Merkmalen zugeführt.
Die jeweils nächste Drehstellung wird nach einem ersten Verfahren erst dann eingenommen, wenn die Positionen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 im Falle der beispielhaften ersten Drehstellung bzw. 2-1 und 2-2 im Falle der beispielhaften zweiten Drehstellung eingenommen wurden. Nach einem zweiten, alternativen Verfahren wird die Position des Detektors jeweils erst nach mindestens einer vollständigen Umdrehung des Drehtisches verändert. In den Drehstellungen wird dabei jeweils berücksichtigt, ob die Aufnahme eines Einzeldurchstrahlungsbildes für die jeweils nächste Drehstellung überhaupt notwendig ist. Die Notwendigkeit ergibt sich aus der Auswertung der Randbereiche 2a, 2b, 2c und 2d der jeweils vorherigen Positionen des Detektors 2 in der jeweils nächsten Drehstellung. Ist es nicht notwendig, ein Einzeldurchstrahlungsbild für die gerade vorliegende Position des Detektors 2 in der nächsten Drehstellung aufzunehmen, wird die nächste Drehstellung gar nicht erst eingenommen, sondern direkt die Drehstellung der Vielzahl der nächsten Drehstellungen eingenommen, für die ein Einzeldurchstrahlungsbild aufgenommen werden muss. Für welche Drehstellung welche Position eingenommen werden muss, kann alternativ auch aus den Solldaten des Werkstücks abgeleitet werden, wobei die Lage des Werkstücks relativ zum Drehtisch, insbesondere die Drehlage des Werkstücks zuvor bestimmt wird. Auch ist vorgesehen, die notwendigen Positionen zu ermitteln, indem vorab für alle vorgesehenen Drehstellungen und die Positionen entsprechend des oben erläuterten Verfahrens oder für alle Positionen Einzeldurchstrahlungsbilder aufgenommen und zumindest die Randbereiche ausgewertet werden. Dabei muss keine hohe Qualität für die Einzeldurchstrahlungsbilder erzielt werden, und es ist daher vorgesehen, die Bilder mit kürzerer Belichtungszeit aufzunehmen bzw. während der Drehung des Drehtisches 3 bzw. werden die Drehstellungen nur grob eingestellt, also mit geringerer Genauigkeit, als durch die im Drehtisch integrierten Maßstäbe wie Encoder möglich wäre.
4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks 109. Die Vorrichtung besteht unter anderem aus einer Röntgenquelle 101, die Röntgenstrahlen im Kegel 101a abgibt, aus einem flächigen Röntgendetektor 102, der die durch unter anderem das Werkstück 109 abgeschwächte Röntgenstrahlen 101a empfängt, aus einer mechanischen Drehachse 103, die die Drehung des Werkstücks 109 bewirkt, indem ein drehbares Teil 104 der mechanischen Drehachse 103 zu einem feststehenden Teil 105 in Richtung des Pfeiles 103a um eine Drehachse 103b drehbar ist, aus einer Aufspannvorrichtung 106 und aus einer in dieser befestigten Driftkugel 108.
Die 4 zeigt weiterhin die Ausgangsposition 108a der Driftkugel 108, die beim Einmessen bestimmt wurde, und die direkt vor der Messung bestimmte Position 108b der Driftkugel 108 in der Detektorebene, also im Durchstrahlungsbild. Aus der Verschiebung zwischen den Positionen 108a und 108b ergibt sich ein Start-Korrektur-Vektor 108c, der zur erfindungsgemäßen Driftkorrektur der zwischen Einmessen und Messung des Werkstücks aufgetretenen Drift verwendet wird. Erfindungsgemäß kann die Position der Driftkugel 108 auch während der Messung ausgewertet und zur Driftkorrektur der während der Messung auftretenden Drift verwendet werden.
Auch zeigt die 4 für eine ausgewählte Drehstellung, in diesem Fall einen Stützpunkt (Soll-Drehstellung), ein Merkmal 109b im während der Messung aufgenommenen Durchstrahlungsbild, nämlich die Außenkontur der Abbildung des Werkstücks 109 auf dem Detektor 102. Mit dem Bezugszeichen 109a gekennzeichnet ist dieses Merkmal im Soll-Durchstrahlungsbild dargestellt, welches bei der selben Soll-Drehstellung, jedoch vor der Messung des Werkstücks bei der Aufnahme der reduzierten Anzahl von Soll-Durchstrahlungsbildern aufgenommen wurde. Die Verschiebung zwischen 109a und 109b, beispielsweise mittels Korrelationsanalyse ermittelt, bildet einen Stützpunkt-Korrektur-Vektor 109c für die ausgewählte Drehstellung. Für die weiteren Stützstellen werden die Stützpunkt-Korrektur-Vektoren analog bestimmt.
Zur Korrektur werden die Stützpunkt-Korrektur-Vektoren 109c bzw. der Start-Korrektur-Vektor 108c erfindungsgemäß verwendet, um entweder die Durchstrahlungsbilder zu verschieben oder um in der Rekonstruktion berücksichtigt zu werden oder um eine Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle 101, Detektor 102 und mechanische Drehachse 103 durchzuführen. Entsprechende Positioniereinheiten für die Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle 101, Detektor 102 und mechanische Drehachse 103 sind beispielsweise in Koordinatenmessgeräten als sogenannte Messachsen vorhanden, hier jedoch nicht dargestellt. Diesbezüglich wird auf die WO 2005/119174 A1 Bezug genommen, insbesondere auf die 1 und 3. Danach besteht eine bevorzugte Lösung zur Bewegung entlang der Komponenten der Vektoren 108c und 109c, also Bewegungen in Richtungen innerhalb der Ebene des Detektors 102, darin, dass die mechanische Drehachse 103 zusammen mit dem Werkstück 109 in Richtung der Drehachse 103b verschoben wird und der Detektor 102 senkrecht dazu, also entlang der Richtung, die senkrecht zur Drehachse 103 und senkrecht zur Mittelachse 107 der Röntgenstrahlung 101a verläuft. Andere Lösungen sind ebenso einsetzbar. Der Detektor 102 kann beispielsweise in beiden Richtungen innerhalb der Detektorebene beweglich sein. Gleiches gilt für die Drehachse 103. Auch die Röntgenquelle 101 kann zusammen mit dem Detektor bewegt werden, um die Kegelstrahlwinkelverhältnisse konstant zu halten.
Allgemein, jedoch nicht schutzeinschränkend, sollte die Messung zur Bestimmung der in Bezug auf die Ausgangsposition veränderten Position des Driftkörpers, anhand der also die Ermittlung des Start-Korrektur-Vektors erfolgt, bzw. sollten die Messungen zur Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder, die als Ausgangspunkt für die später bei der eigentlichen Messung ermittelten Stützpunkt-Korrektur-Vektoren dienen, in einem zeitlichen Abstand zum Beginn der eigentlichen Messung des Werkstücks erfolgen, der nicht länger als die eigentliche Messung des Werkstücks ist. Der zeitliche Abstand sollte bevorzugt weniger als 5 Min., besonders bevorzugt weniger als 1 Min., betragen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass nach Beendigung der Aufnahmen der Soll-Durchstrahlungsbilder bzw. der Bestimmung des Start-Korrektur-Vektors unmittelbar die eigentliche Messung gestartet wird. Ein Benutzereingriff erfolgt nicht. Die Messabläufe folgen unmittelbar aufeinander Software-gesteuert.
5 zeigt die verschiedenen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielshaft an einer bevorzugten Anordnung verdeutlicht. Dabei geht von der Strahlungsquelle 201 eine Messstrahlung aus, von der beispielsweise die Strahlen 209-1, 209-2 und 209-3 das Werkstück 206 und der Strahl 209-4 den als zusätzlichen Körper ausgebildeten Driftkörpers 216a erfassen, die eine Abbildung des Werkstücks 206 und ggf. des Driftkörpers 216a oder 216b auf dem Detektor 207 realisiert. Die Strahlung geht dabei genauer von einer ersten Position 205a des Brennflecks aus.
Die Strahlungsquelle 201 besteht aus der die Elektronen abgebenden Kathode 202a, wobei die Elektronenstrahlen 204a durch das elektrische Feld zwischen Kathode 202a und Anode 202b in Richtung des Targets 205 beschleunigt werden und dabei mittels einer Zentrierspule 203 in ihrer Flugrichtung beeinflusst werden. Dadurch ergibt sich eine erste Position 205a für den Brennfleck, aber es sind erfindungsgemäß weitere Positionen einstellbar. Beispielhaft ist hier nur eine zweite Position 205b für den Brennfleck dargestellt.
In 6 werden dann weitere Positionen in der Seitenansicht des Targets gezeigt. Von der ersten Position 205a des Brennflecks geht die Messstrahlung aus, die beispielhaft durch die Strahlen 209-1, 209-2, 209-3 und 209-4 angedeutet ist. Von der einstellbaren zweiten Position 205b des Brennflecks, die durch den aufgrund einer geänderten Spannung der Zentrierspule 203 abgelenkten Elektronenstrahl 204b entsteht, gehen beispielhaft die Strahlen 210-1, 210-2, 210-3 und 210-4 aus, die die von den entsprechenden Strahlen 209-1, 209-2, 209-3 und 209-4 durchstrahlten Stellen des Messobjekts 206 bzw. des Driftkörpers 216a durchstrahlen. Die Abbildung dieser Stellen, wie beispielsweise das Zentrum der Bohrung 208 im Werkstück 206 oder das Zentrum des als Kugel ausgebildeten Driftkörpers 216a, auf dem Detektor verschiebt sich dabei. Beispielhaft wird durch den ersten Brennfleck 205a die Bohrung 208 an die erste Position 211-3 und das Zentrum des Driftkörpers 216a an die erste Position 211-4 auf dem Detektor abgebildet. Bei Verwendung der zweiten Brennfleckposition 205b erfolgt die Abbildung auf die Positionen 212-3 bzw. 212-4 auf dem Detektor.
Die Verschiebung der Abbildung des Werkstücks 206 geht zudem mit einer verzerrten Darstellung einher, die zusammen mit der Verschiebung korrigiert werden muss. Dazu werden die Verschiebungen bzw. Verzerrungen, quasi entstanden durch verkippte Strahlen 210-1 bis 210-4 bezüglich der Strahlen 209-1 bis 209-4, anhand zumindest eines Durchstrahlungsbildes beispielsweise eines Normals eingemessen, also vor der eigentlichen Messung bestimmt. Dazu kann ein nahezu beliebiges Normal verwendet werden. Für die unterschiedlichen zu verwendenden Positionen des Brennflecks werden die entsprechenden Verschiebungen bestimmt, indem die Lage der Positionen, z. B. 209-1 bis 209-4 und 210-1 bis 210-4, ausgewählter Merkmale des Normals auf dem Detektor mittels einfacher Bildverarbeitungsalgorithmen bestimmt werden. Als Normal können beispielsweise einzelne Kugel, angeordnet an verschiedenen Positionen im Messstrahl, oder Anordnungen von mehreren Kugeln oder Lochplatten usw. verwendet werden. Ähnliche Verfahren und Normale werden beispielsweise bei der Bestimmung der Verzeichnung des Detektors verwendet und zählen zum Stand der Technik.
Während der eigentlichen Messung des Werkstücks 206 werden die aufgenommenen Durchstrahlungsbilder entsprechend der jeweils vorliegenden Position des Brennflecks (205a, 205b) anhand der Einmessdaten korrigiert, also virtuell um die eingemessene Verschiebung verschoben.
Um höhere Strahlleistungen bei kleinen Brennflecken zu erzielen wird erfindungsgemäß die Position 205a, 205b des Brennflecks während der Drehung der mechanischen Drehachse 213 variiert. Durch die Drehung des drehbaren Teils 213-a der mechanischen Drehachse 213 in Bezug auf den feststehenden Teil 213-b der mechanischen Drehachse 213 wird das Werkstück 206 dabei in mehrere Drehstellungen, zumeist von mindestens 0° bis 360°, entlang des Pfeiles 215 um die mathematische Drehachse 214 gebracht und jeweils Durchstrahlungsbilder mit dem Detektor 207 aufgenommen.
Alternativ sieht die Erfindung aber auch vor, die Variation der Brennfleckposition jeweils nach der Aufnahme der mehreren Drehstellungen, also jeweils nach einer oder mehreren Messungen, durchzuführen.
Beispielhafte erfindungsgemäße Bahnen, die vom Brennfleck auf dem Target 205 eingenommen werden, zeigt die 6. In 6a ist eine Abfolge von drei verschiedenen Brennfleckpositionen 205a, 205b und 205c dargestellt, die entlang der gestrichelt dargestellten Pfeile nacheinander eingenommen werden. 6b zeigt eine entsprechende Abfolge für die fünf Positionen 205a bis 205e, die in der Reihenfolge 205a, 205c, 205e, 205b, 205d, 205a usw. eingenommen werden. In der 6c werden sieben verschiedene Positionen 205a bis 205g den gestrichelt Pfeilen folgend eingenommen. Vorteilhaft ist dabei, dass jeweils aufeinanderfolgende Positionen möglichst weit voneinander entfernt sind und erst nach einem vollständigen Zyklus durch alle verwendeten Positionen eine jede Position erneut eingenommen wird. Hierdurch steht möglichst viel Zeit für das Abkühlen des entsprechenden Bereichs des Targets 205 zur Verfügung und besonders hohe Strahlleistungen sind möglich.
Eine weitere Alternative wird in der 6d dargestellt. Hier verlaufen die Positionen 205a, 205b, 205c usw. auf einer geschlossenen Kurve, wie beispielsweise einer Lissajou-Figur. Andere Lissajous-Figuren oder einfache Bahnen wie Kreisbahnen oder Ellipsen sind ebenso möglich.
Eine nicht dargestellte Alternative besteht darin, die mehreren Positionen auf einem Kreis oder einem Rechteck zu verteilen. Der Kreis kann beispielsweise einen Durchmesser von 20 µm besitzen und der Abstand zwischen jeweils zwei Positionen beträgt zum Beispiel etwa 5 µm, so dass sich 12 gleichmäßig auf dem Kreis verteilte Positionen ergeben. Diese können entlang des Kreises aber auch in beliebiger Reihenfolge verwendet werden. Abweichende Durchmesser für den Kreis oder andere geometrische Kurven entlang von Rechtecken usw. oder zufällige Positionen sowie andere Punktabstände sind vorgesehen.
Ebenfalls in 5 gezeigt sind drei mögliche Varianten von Driftkörpern. Zum einen kann ein Merkmal des Werkstücks 206, zum Beispiel die Bohrung 208, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist im drehbaren Teil 213-a der mechanischen Drehachse 213 ein Driftkörper 216a dargestellt. Besonders bevorzugt wird der Driftkörper 216b verwendet, der mit dem feststehenden Teil 213-b der mechanischen Drehachse 213 verbunden ist, beispielhaft entlang der Drehachse 214, wie auch die beiden anderen Driftkörper 208 und 216a.
7 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur Temperierung einer Vorrichtung zur computertomografischen Messung mit einer Computertomografie-Sensorik 301, 302, 304 und der Luft in einem Gehäuse 300. Die Computertomografie-Sensorik besteht aus einem Detektor 301, einer Strahlungsquelle wie Röntgenstrahlenquelle 302 und einem Drehtisch 304. Auf dem bezüglich des feststehenden Teils 304a des Drehtischs 304 drehbaren Teil 304b des Drehtischs 304 befindet sich ein Werkstück 303. Von diesem werden bei einer computertomografischen Messung Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen des Drehtischs 304 mit dem Detektor 301 aufgenommen und zu einem 3D-Volumen rekonstruiert, aus dem Oberflächenmesspunkte erzeugt werden, die zur Bestimmung von Merkmalen und Konturen am Werkstück 303 verwendet werden.
Die Computertomografie-Sensorik 301, 302, 304 und das Werkstück 303 befinden sich im Gehäuse 300, das zugleich eine Strahlenschutzanordnung darstellt und daher weitestgehend geschlossen ist. Erfindungsgemäß ist eine Kühlung insbesondere Flüssigkeitskühlung, des Detektors 301 vorgesehen, indem ein Kühlmittel, bereitgestellt durch ein außerhalb des Gehäuses angeordnete Kühlaggregat 305, durch eine Zuleitung 306a zu einem dem Detektor 301 zugeordneten Wärmetauscher 308a, 307a, beispielsweise durch eine in dem Kühlaggregat enthaltene Pumpe, transportiert wird. Der dem Detektor 301 zugeordnete Wärmetauscher besteht aus einer mit dem Detektor 301 thermisch verbundenen Platte 308a und Kühlschlangen 307a, durch die das Kühlmittel fließt. Die thermische Kopplung zwischen Detektor 301, insbesondere der Detektorrückseite, und der Platte 308a erfolgt durch Klebung oder ähnliche Verbindungstechniken und wird durch eingebrachte Wärmeleitpaste verstärkt. Die Verbindung zwischen den Kühlschlangen 307a und den Platten 308a entsteht beispielsweise durch Auflöten und die Kühlschlangen 307a sind oft mäanderförmig ausgelegt. Entsprechende Wärmetauscher-Elemente sind auch im Einzelhandel fertig konfektioniert beziehbar.
Nachdem das Kühlmittel durch den dem Detektor zugeordneten Wärmetauscher 308a, 307a geflossen ist, wird es über die Zuleitung 306b, 306c usw. einem oder mehreren Wärmetauschern 308b, 307b, 308c, 307c, ... zur Kühlung der Luft im Inneren des Gehäuses 300 zugeführt und anschließend über die Ableitung 306d zurück zum Kühlaggregat 305 geführt. Die zur Luftkühlung verwendeten Wärmetauscher, von denen hier beispielhaft lediglich zwei dargestellt sind, wobei erfindungsgemäß auch mehrere, beispielsweise 4 oder 8, eingesetzt werden, bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Platten 308b, 308c und aufgelöteten Kühlschlangen 307b, 307c. Zur Unterstützung der Kühlung der Luft ist je Wärmetauscher 308b, 307b, 308c, 307c, ... jeweils ein Lüfter 309a, 309b, vorgesehen, der so unterhalb der Wärmetauscher 308b, 307b, 308c, 307c, ..., und vorzugsweise mit diesen direkt verbunden, angeordnet ist, dass die Luft aus dem Gehäuseinneren in Richtung der Pfeile 310, also in Richtung der Wärmetauscher 308b, 307b, 308c, 307c, ... transportiert wird.
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

WO 2010094774 [0008]
WO 2005119174 A1 [0042]
EP 2013/059149 [0042]
WO 2005/119174 A1 [0078, 0230]
WO 2010/094774 A1 [0079]
EP 2013/068585 [0164]
DE 102010050949 A1 [0164]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor, um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird und in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen herangezogen werden dadurch gekennzeichnet, dass ein am Drehtisch befestigter Driftkörper, wie Kugel, vorzugsweise auf der physikalischen Drehachse des Drehtisches befestigter Driftkörper, zusammen mit dem Werkstück in den Durchstrahlungsbildern abgebildet wird und aus der Abweichung der Ist-Position des Driftkörpers im jeweiligen Durchstrahlungsbild zur vorab bestimmten Soll-Position – die Relativposition zwischen Werkstück und Röntgendetektor korrigiert wird und das Durchstrahlungsbild erneut aufgenommen wird oder/oder – das Durchstrahlungsbild um die Abweichung zurück verschoben wird oder die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Positionen des Driftkörpers festgelegt werden aus der vorab festgelegten Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor und der Ausgangsposition des Driftkörpers auf dem Drehtisch in einer ersten Drehstellung, wobei die Ausgangsposition durch die Position des Driftkörpers in einem in der ersten Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbild festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschobenen Durchstrahlungsbilder mittels Resampling in ein gemeinsames Raster überführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, indem der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordnete Geometrievektor um die Abweichung korrigiert wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor die rotatorische Bewegung das Drehen des Drehtisches um seine physikalische Achse ist und die translatorische Bewegung eine Verschiebung – des Drehtisches senkrecht zur Röntgendetektorebene und – des Drehtisches oder Röntgendetektors in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft, ist, wobei vorzugsweise der Drehtisch an diskrete Positionen auf einer Kreisbahn um die von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse bewegt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Dichte und vorzugsweise zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Werkstücks mit einer Waage bestimmt wird und aus der Masse und Volumen des Werkstücks eine mittlere Dichte bestimmt und als Dichte verwendet wird und vorzugsweise aus der mittleren Dichte und der Verteilung der relativen Dichte die Verteilung der Dichte bestimmt wird, wobei die relative Dichte aus den in den computertomografisch bestimmten Voxeldaten enthaltenen Schwächungsdaten ermittelt wird und das Volumen des Werkstücks, und vorzugsweise die Verteilung der relativen Dichte des Werkstücks, mittels computertomografischer Messung bestimmt werden.
Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte und zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück (4), wobei die Vorrichtung einen Computertomografen aufweist, der zumindest einen das Werkstück aufnehmenden Drehtisch (3), eine Röntgenquelle (1) und einen Röntgendetektor (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Waage (5) im Computertomografen integriert ist, mit dem das Volumen des Werkstücks (4), und vorzugsweise die Verteilung der in den computertomografisch bestimmbaren Voxeldaten enthaltenen Schwächungsdaten des Werkstücks, mittels computertomografischer Messung bestimmbar sind.
Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei zur Vergrößerung des Messbereiches – in Richtung der Drehachse des Drehtisches und/oder – in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft in zumindest einigen der mehreren Drehstellungen des Drehtisches jeweils mehrere Einzeldurchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, wobei in den Einzeldurchstrahlungsbildern je Drehstellung jeweils Werkstück und Detektor in mehreren Positionen relativ zueinander angeordnet werden, und wobei je Drehstellung die Einzeldurchstrahlungsbilder zu einem Durchstrahlungsbild zusammengesetzt werden, und aus den Durchstrahlungsbildern ein Volumendatensatz rekonstruiert wird, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass je Drehstellung aus der Menge der den vergrößerten Messbereich vollständig abdeckenden Positionen nur die Positionen ausgewählt, eingenommen und in diesen Einzeldurchstrahlungsbilder aufgenommen werden, in denen ein Bereich des Werkstücks auf dem Detektor abgebildet wird.
Verfahren zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes eines Computertomografen, wobei der Computertomograf zumindest besteht aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch und anschließend eingesetzt wird für eine Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück, wobei in mehreren Drehstellungen des Werkstücks Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen herangezogen werden, nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal mögliche Abbildungsmaßstab automatisch eingestellt wird, indem eine einhüllende Außenkontur des Werkstücks und die Lage des Werkstücks auf dem Drehtisch, insbesondere Lage der Werkstückachse, aus mehreren vorab aufgenommenen Durchstrahlungsbildern in unterschiedlichen Drehstellungen ermittelt werden und als Abbildungsmaßstab der größte Abbildungsmaßstab eingestellt wird, für den die einhüllende Außenkontur vollständig von dem sich aus dem Abbildungsmaßstab ergebenden Messbereich umschlossen wird.
Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem vor und/oder nach der Messung, bevorzugt vor der Messung, in einer reduzierten Anzahl von Soll-Drehstellungen (Stützstellen) Soll-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Soll-Drehstellungen bei der Messung aufgenommene Durchstrahlungsbilder mit den Soll-Durchstrahlungsbildern verglichen werden und für jede Soll-Drehstellung (Stützstelle) aus der Lageabweichung zumindest eines Merkmals in den Durchstrahlungsbildern in Bezug auf die Lage dieses Merkmals im Soll-Durchstrahlungsbild jeweils eine Verschiebung (Stützpunkt-Korrektur-Vektoren) bestimmt und der jeweiligen Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet wird, wobei aus einem oder mehreren Stützpunkt-Korrektur-Vektoren jeweils ein Korrektur-Vektor für jedes Durchstrahlungsbild berechnet wird, vorzugsweise der Korrektur-Vektor aus einem Stützpunkt-Korrektur-Vektor bestimmt wird, der der gleichen Drehstellung oder der zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet ist, besonders bevorzugt der Korrektur-Vektor aus den beiden Stützpunkt-Korrektur-Vektoren bestimmt wird, die zeitlich direkt vor und nach der aktuellen Drehstellung liegenden Soll-Drehstellungen (Stützstellen) zugeordnet sind.
Verfahren nach vorzugsweise zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass vor der eigentlich Messung in Bezug auf einen Einmesszustand aufgetretene Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur-Vektor zusätzlich für die Korrektur verwendet wird.
Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, nach vorzugsweise Anspruch 10, wobei vorzugsweise als jeweiliger Korrektur-Vektor der Stützpunkt-Korrektur-Vektor verwendet wird, der der zeitlich direkt vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordnet ist oder der jeweilige Korrektur-Vektor aus mindestens zwei zeitlich vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstellen zugeordneten Stützpunkt-Korrektur-Vektoren extrapoliert wird dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes, insbesondere vor der Aufnahme des jeweils nächsten Durchstrahlungsbildes der Messung, erfolgt und das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur-Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden.
Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur-Vektor für die Korrektur verwendet wird.
Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (109), zumindest bestehend aus Computertomografie-Sensorik, bestehend aus Röntgenquelle (101) und flächig ausgedehntem Röntgendetektor (102), und zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordneter mechanischen Drehachse (103) zur Aufnahme des Werkstücks und zur Drehung des Werkstücks um eine Drehachse (103b), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik um die Drehachse aufzunehmen und die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Driftkörper (108) von der mechanischen Drehachse (103) ausgeht, der vorzugsweise innerhalb der Drehachse, also in der Drehachsmitte, angeordnet ist, und auf den Detektor (102) abbildbar ist, wobei vorzugsweise der Driftkörper Teil der Mittel zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) (106) ist.
Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugst flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden und aus den Volumendaten Oberflächenmesspunkte ermittelt werden, die zur Messung des Werkstücks verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zeitraumes, in dem die mechanische Drehachse die mehreren Drehstellungen einnimmt, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an unterschiedlichen Positionen auf dem Target erzeugt wird.
Computertomografie-Verfahren mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugst flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zeitraumes, in dem die mechanische Drehachse die mehreren Drehstellungen einnimmt, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an unterschiedlichen Positionen auf dem Target erzeugt wird.
Computertomografie-Verfahren mittels einer Computertomografiesensorik, zumindest bestehend aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektorzeile oder bevorzugst flächig ausgedehntem Detektor, und mechanischer Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor, wobei in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsinformationen in Form von zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern aufgenommen und zur Rekonstruktion von Volumendaten (Voxelvolumen) verwendet werden, wobei vorzugsweise aus den Volumendaten Oberflächenmesspunkte ermittelt und zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitraum zwischen der Aufnahme der jeweils mehreren Durchstrahlungsbilder, also zwischen zwei Messungen, der die Strahlung abgebende Bereich des Targets der Strahlungsquelle (Brennfleck) an einer veränderten Position auf dem Target erzeugt wird.
Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks, wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück in einem Gehäuse befinden, wobei vorzugsweise mit Hilfe der Computertomografie-Sensorik geometrische Merkmale und/oder Konturen an einem Werkstück gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft eingesetzt wird.
Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle (302), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor (301), vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch (304) zur Drehung des Werkstücks (303) oder zur Drehung von Strahlungsquelle (302) und Detektor (301) besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück (303) umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks (303), wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück (303) in einem Gehäuse (300) befinden, und wobei vorzugsweise die Computertomografie-Sensorik ausgelegt ist, geometrische Merkmalen und/oder Konturen an einem Werkstück (303) zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen gemeinsamen Kühlkreislauf (305, 306a, 306b, 306c, 306d) zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors (301) und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik (301, 302, 304) und/oder das Werkstück (303) umgebenden Luft umfasst.