DE102016101005A1 - Vorrichtung und Verfahren zur computertomografischen Messung eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (109), zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik und einen Drehtisch (103) mit einem um eine Drehachse (103b) drehbaren Drehteller (104). Der Drehteller (104) weist eine Wechselschnittstelle (110) auf, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise ein Werkstückhalter (111) oder ein Zwischenstück (106), das einen oder mehrere Kalibierkörper (108) und/oder einen oder mehrere Driftkörper (108) enthält, koppelbar ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Messung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück mittels Computertomografie.
• Gegenstand der Erfindung sind auch Verfahren zur Driftkorrektur, Überprüfung der Spezifikation und zum Einmessen der Computertomografie-Sensorik.
• Ein weiterer Gegenstand ist eine Erfindung, die ein Verfahren zur Korrektur von Temperatureinflüssen auf dimensionelle Messungen an einem Messobjekt mit einem Computertomographen betrifft
• Auch ist Gegenstand eine Erfindung, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Computertomografie betrifft, wobei zur Abbildung der von einem Szintillator abgegebenen optischen Strahlung auf einen optischen Detektor optische Bauelemente eingesetzt werden.
• Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Computertomografie, bei dem das Werkstück um eine von der mechanischen Drehachse verschiedene virtuelle Drehachse gedreht wird und/oder einer Region of Interest Tomografie durchgeführt wird.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung von Werkstücken mit Computertomografie, wobei Materialgrenzen zwischen verschiedenen Materialien bzw. den Materialien und den umgebenen Medium wie Luft erkannt werden sollen.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks, insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen) der Computertomografie. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei der Speicherung und Weiterverarbeitung von Volumendaten, die zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Oberflächendaten von Werkstücken genutzt werden sollen. Das Verfahren ist auch vorgesehen für Anwendungen, bei denen einzelne Bereiche im Werkstückinneren für eine Auswertung zur Verfügung stehen müssen.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung von Konturen bzw. Konturpunkten aus Volumendaten einer Computertomografie.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre.
• Für die dimensionelle Messung komplexer Geometrien (geometrische Merkmale) werden verschieden taktile, taktil-optische, optische oder computertomografische Sensoren (Computertomograf bzw. Computertomografie-Sensorik) verwendet. Bevorzugt werden diese in Koordinatenmessgeräten (KMGs) betrieben, teilweise auch mehrere Sensoren kombiniert in einem Gerät (Multisensor-KMG).
• 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 Computertomografie-Sensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse (Drehtisch) zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel des vom Detektor erfassten Teils der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.
• 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.
• Um dimensionelle Messungen unter Verwendung einer Computertomografie-Sensorik mit hoher Genauigkeit durchzuführen, ist es notwendig, dass die Komponenten der Computertomografie-Sensorik, nämlich die Röntgenquelle, insbesondere der die Röntgenstrahlung abgebende Brennfleck, der Röntgendetektor und die mechanische Drehachse (Drehtisch), mit der die Drehung des zu messenden Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor um eine Drehachse erfolgt, während der Drehung gleichbleibende und bekannte Positionen zueinander einnehmen.
• Die Kenntnis der Positionen der genannten Komponenten zueinander ist notwendig, um insbesondere den Abbildungsmaßstab des Werkstücks auf dem Detektor zu bestimmen. Die genaue Kenntnis des Abbildungsmaßstabs ist notwendig, um genaue Messungen durchzuführen. Insbesondere zur Bestimmung des Abbildungsmaßstabs existieren mehrere Verfahren, bei denen als Kalibierkörper ein kalibrierter oder nicht kalibrierter Einmesskörper, insbesondere Einmesskugeln eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Größe der Abbildung, insbesondere den Durchmesser einer Einmesskugel, in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern mit der kalibrierten Größe, insbesondere kalibriertem Kugeldurchmesser, ins Verhältnis zu setzen. Eine weitere Möglichkeit unter Verwendung von Durchstrahlungsbildern eines Einmesskörpers besteht darin, diesen in einer Richtung parallel zur Detektorebene bzw. senkrecht zur mittleren Strahlungsrichtung des vom Detektor erfassten Anteils der Röntgenstrahlung, wobei dieser Anteil folgend als Messstrahlung bezeichnet wird, zu verschieben und das Verhältnis der in den Durchstrahlungsbildern festgestellten Verschiebung mit der realen Verschiebung des Einmesskörpers zu bilden. Hierzu muss die reale Verschiebung genau bestimmt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Messachsen, wie diese beispielsweise in Koordinatenmessgeräten zur Verfügung stehen. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen in seinen Abmessungen kalibrierten Einmesskörper, beispielsweise eine in ihrem Durchmesser kalibrierte Einmesskugel, zu tomografieren und die dadurch gemessenen Abmessungen mit den realen Abmessungen, also den Kalibrierdaten ins Verhältnis zu setzen. Die DE102014113977.1 beschreibt ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung eines Einmesskörpers, der mehrere Merkmale aufweist, wobei der Abstand der Merkmale ins Verhältnis gesetzt wird.
• Nach der Bestimmung des Abbildungsmaßstabs auftretende Positionsänderungen (Drift) zwischen den Komponenten der Computertomografie-Sensorik, insbesondere auch während der Drehung des Werkstücks auftretende Positionsänderungen führen zu Messabweichungen. Um diese zu korrigieren, existieren mehrere Verfahren zur Driftkorrektur. Diese sind beispielhaft in der PCT/EP2015/051925 beschrieben. Hierbei werden Driftkörper eingesetzt, deren Position im Durchstrahlungsbild ausgewertet wird. Als Driftkörper kann dabei auch das Werkstück selbst dienen, von dem Durchstrahlungsbilder in einer deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen vor der eigentlichen Messung aufgenommen werden, die dann mit den bei der eigentlichen Messung in der gleichen Drehstellung aufgenommenen verglichen werden. Auch ist es möglich, den Driftkörper in den Durchstrahlungsbildern mit zu erfassen, indem dieser am Drehteller angeordnet wird, wodurch jedoch ein Teil des Messvolumens nicht mehr für das Werkstück zur Verfügung steht, wodurch Werkstücke mit geringerem Abbildungsmaßsatb und damit geringerer Genauigkeit gemessen werden müssen. Grundlegend kann bei den beschriebenen Verfahren zum einen die Drift zum Einmesszustand und zum anderen die Drift während der Drehung ermittelt werden. Zudem werden Verfahren beschrieben, wie die ermittelte Drift korrigiert werden kann. Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Position der Komponenten zu korrigieren, eine zweite, die Durchstrahlungsbilder zueinander zu verschieben und die dritte, die den Durchstrahlungsbilder zugeordneten Geometrievektoren, die in die Rekonstruktion eingehen, entsprechend zu korrigieren.
• Um nachzuweisen, dass die Computertomografie-Sensorik mit der festgelegten Genauigkeit arbeitet, werden Kenngrößen wie die maximal zulässige Antastabweichung und die maximal zulässige Längenmessabweichung vom Hersteller als Spezifikationen festgelegt. Um insbesondere nachzuweisen, dass die Antastabweichung den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, um also eine Überprüfung einer Spezifikation vorzunehmen, muss als Kalibierkörper eine kalibrierte Prüfkugel computertomografisch gemessen werden, also Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen aufgenommen, diese zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung der Kugel extrahieren werden.
• Nachteilig bei den bisher bekannten Verfahren ist, dass zu messendes Werkstück, Driftkörper und als Einmesskörper oder Prüfkugel verwendeter Kalibrierkörper einzeln aufwändig, insbesondere zeitaufwändig, nacheinander auf dem Drehteller des Drehtischs platziert und ausgerichtet werden müssen. Einzige Ausnahme ist der Fall, dass der Driftkörper fest am Drehteller befestigt ist, wodurch sich jedoch die oben bereits genannten Nachteile des eingeschränkten Messvolumens ergeben. Zudem ist es nicht möglich, eine Automatisierung dahingehend zu erreichen, dass zumindest zwei der folgenden Schritte ohne Benutzereingriff erfolgen können: Einmessen der Computertomografie-Sensorik, Überprüfung der Spezifikation der Computertomografie-Sensorik, Messung des Werkstücks mittels der Computertomografie-Sensorik, Bestimmung der Drift vor oder während der Messung des Werkstücks mit der Computertomografie-Sensorik.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere einfach, schnell, reproduzierbar, insbesondere ohne manuelle Ausrichtung, und vorzugsweise auch automatisierbar die verschiedenen der zuvor genannten Schritte zu ermöglichen, insbesondere einen einfachen, schnellen und reproduzierbaren Austausch von Werkstück, Kalibierkörper bzw. Driftkörper zu ermöglichen.
• Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird u. a. eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der Drehteller eine Wechselschnittstelle aufweist, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise ein Werkstückhalter und ein Zwischenstück, das einen oder mehrere Kalibierkörper und/oder einen oder mehrere Driftkörper enthält, koppelbar ist.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks, zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend eine Röntgenquelle, einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor und eine mechanische Drehachse (Drehtisch) mit einem um eine Drehachse drehbaren Teil (Drehteller), und zumindest einen Werkstückhalter, der vom Drehteller direkt oder indirekt ausgeht und Mittel zur Befestigung des Werkstücks umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen um die Drehachse aufzunehmen und die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Drehteller eine Wechselschnittstelle aufweist, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise der Werkstückhalter oder ein Zwischenstück, das einen oder mehrere Kalibierkörper und/oder einen oder mehrere Driftkörper enthält, koppelbar ist.
• Wahlweise bedeutet dabei, dass die Wechselschnittstelle ausgebildet ist, den Werkstückhalter, aber auch das Zwischenstück aufzunehmen, jedoch nacheinander und nicht gleichzeitig. Dies schließt jedoch nicht aus, dass der Werkstückhalter am Zwischenstück befestigt ist, wobei das Zwischenstück an der Wechselschnittstelle befestigt ist. Es ergeben sich dadurch drei grundlegende Möglichkeiten:
• 1. Nur der Werkstückhalter (gegebenenfalls mit eingelegtem Werkstück) ist an der Wechselschnittstelle angeordnet. Hierdurch steht das maximal mögliche Messvolumen zur Verfügung.
• 2. Nur das Zwischenstück ist an der Wechselschnittstelle angeordnet. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, einen Kalibrierkörper oder einen Driftkörper abzubilden. Der Kalibrierkörper kann ausgebildet sein, als Einmesskörper zum Einmessen der Computertomografie-Sensorik oder als Prüfkugel zur Überprüfung einer Spezifikation. Es können auch mehrere Kalibrierkörper oder Driftkörper in einem Zwischenstück angeordnet sein. Zudem können mehrere unterschiedlich bestückte Zwischenstücke existieren, die an der Wechselschnittstelle befestigt werden können, also mit dieser koppelbar sind. Die Anordnung eines Driftkörpers ist dann sinnvoll, wenn die Drift zwischen dem Zeitpunkt direkt nach dem Einmessen und direkt vor oder nach der Messung eines Werkstücks ermittelt werden soll.
• 3. Das Zwischenstück ist an der Wechselschnittstelle angeordnet und an dem Zwischenstück ist der Werkstückhalter (mit eingelegtem Werkstück) befestigt. Für den Fall, dass das Zwischenstück einen Driftkörper enthält, ergeben sich dabei zwei Betriebsarten. Zum einen kann der Driftkörper dauerhaft in den Durchstrahlungsbildern zusammen mit dem Werkstück abgebildet werden. Zum anderen kann der Driftkörper vor oder nach der Messung des Werkstücks oder in ausgewählten Drehstellungen vor oder während der Messung des Werkstücks durch Bewegung des Drehtisches in Richtung der Drehachse in eine Stellung gebracht werden, in der die Abbildung in einem Durchstrahlungsbild erfolgen kann. Für den Fall, dass das Zwischenstück einen Kalibrierkörper enthält, ist die gleichzeitige Erfassung von Werkstück und Kalibrierkörper in einem Durchstrahlungsbild zwar möglich, aber wenig sinnvoll. Vielmehr ist es dann sinnvoll, vor oder nach der Messung des Werkstücks den Kalibrierkörper durch Bewegung des Drehtisches in Richtung der Drehachse in eine Stellung zu bringen, dass dieser erfasst wird um die Computertomografie-Sensorik einzumessen oder dessen Spezifikation zu überprüfen.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Zwischenstück mit einem Werkstückhalter fest oder lösbar verbunden ist.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Kalibierkörper und/oder Driftkörper zumindest abschnittsweise eine Kugelform aufweisen und/oder entlang der Richtung der Drehachse angeordnet sind.
• Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass das Zwischenstück nur einen einzigen Driftkörper oder nur einen einzigen Kalibrierkörper oder nur einen einzigen Körper, der als Driftkörper und als Kalibrierkörper verwendbar ist, aufweist.
• Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass der Drehtisch zumindest in Richtung der Drehachse um eine Strecke verschiebbar ist, so dass Kalibierkörper und/oder Driftkörper in den vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) hinein und wieder heraus positionierbar sind.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Zwischenstück eine Öffnung enthält, durch die Kalibierkörper und/oder Driftkörper mit einem optischen Sensor, bevorzugt Bildverarbeitungssensor, und/oder mit einem taktilen Sensor und/oder mit einem taktil-optischen Sensor erfassbar sind.
• Teilaspekte einer Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografiemessung vorzugsweise unter Verwendung von zumindest teilweise zuvor erläuterter Anordnung, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene und/oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen (Drift) zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, indem die Position eines Driftkörpers in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern erfasst wird, wobei die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder oder Abschnitte dieser Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass ein Driftkörper erfasst wird, der in einem Zwischenstück enthalten ist, wobei vor der computertomografischen Messung das Zwischenstück eingewechselt, der Driftkörper in einer oder in mehreren ausgewählten Drehstellungen erfasst und das Zwischenstück wieder ausgewechselt wird, und/oder entweder
• – vor der computertomografischen Messung ein mit dem Werkstückhalter verbundenes Zwischenstück eingewechselt wird, das während der computertomografischen Messung eingewechselt bleibt, oder
• – während der computertomografischen Messung in ausgewählten Drehstellungen ein vor der Messung eingewechselter Werkstückhalter ausgewechselt und das Zwischenstück vorübergehend eingewechselt und anschließend der Werkstückalter wieder eingewechselt wird.
• Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass ein in einem mit dem Werkstückhalter verbundenen Zwischenstück enthaltener Driftkörper
• – in den vom Werkstück aufgenommenen Durchstrahlungsbildern mit erfasst wird, und vorzugsweise in jedem dieser Durchstrahlungsbilder die Position des Driftkörpers ausgewertet und zur Korrektur der Drift verwendet wird, oder
• – nur in ausgewählten Drehstellungen durch Positionierung des Drehtisches entlang der Richtung der Drehachse in jeweils einem zusätzlich erfassten Durchstrahlungsbild erfasst wird.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Driftkörper nur in ausgewählten Drehstellungen erfasst wird, wobei die ausgewählten Drehstellungen einen konstanten Winkelabstand zueinander aufweisen, vorzugsweise die Anzahl der ausgewählten Drehstellungen mindestens 10, bevorzugt mindestens 36, besonders bevorzugt maximal 100, beträgt.
• Gelöst wird eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zur Überprüfung der Spezifikation, insbesondere Antastabweichung an einer Prüfkugel, einer Computertomografie-Sensorik mit vorzugsweise einer zuvor erläuterten Vorrichtung, wobei als Kalibierkörper eine kalibrierte Prüfkugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) der Prüfkugel aufgenommen werden, wobei die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung der Prüfkugel, insbesondere des Durchmessers und der Form der Prüfkugel, extrahiert werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Prüfkugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Einmessen, insbesondere der Geometrie also der Position der Komponenten der Computertomografie-Sensorik zueinander und/oder des Abbildungsmaßstabs, einer Computertomografie-Sensorik.
• Teilaspekte einer Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auch durch ein Verfahren zum Einmessen, insbesondere der Geometrie also der Position der Komponenten der Computertomografie-Sensorik zueinander und/oder des Abbildungsmaßstabs, einer Computertomografie-Sensorik vorzugsweise mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung nach, wobei als Kalibierkörper eine Einmesskugel, insbesondere nicht kalibrierte Einmesskugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen und/oder mehreren translatorischen Relativpositionen zu der Einheit aus Röntgenquelle und Röntgendetektor aufgenommen werden, wobei in den Durchstrahlungsbildern jeweils die Position und/oder der Durchmesser der Einmesskugel bestimmt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Einmesskugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Position der Einmesskugel in mehreren translatorischen Relativpositionen bestimmt wird, wobei die translatorischen Relativpositionen in einer zur Detektorebene parallelen Ebene oder in einer zur mittleren Richtung der Messstrahlung senkrechten Ebene angeordnet sind, und aus dem Verhältnis des oder der Abstände in den Durchstrahlungsbildern zu den korrespondierenden Abständen der translatorischen Relativpositionen, welche vorzugsweise mit den Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt werden, der Abbildungsmaßstab der Computertomografie-Sensorik bestimmt wird.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die translatorischen Relativpositionen in zwei um 180° zueinander gedrehten Drehstellungen aufgenommen und die Abstände in den Durchstrahlungsbilder und die Abstände der translatorischen Relativpositionen jeweils gemittelt werden.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass mehrere Zwischenstücke mit unterschiedlich großen Driftkörpern und/oder Kalibrierkörpern, insbesondere Prüfkugeln mit unterschiedlichen Durchmessern, zur Verfügung stehen und abhängig vom vorliegenden bzw. eingestellten Messvolumen der passende Driftkörper bzw. Kalibrierkörper, insbesondere die passende Prüfkugel, ausgewählt wird.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.
• Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird.
• In einer Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass ein erster Driftkörper in einem auswechselbaren Zwischenstück vorgesehen ist und mindestens ein weiterer Driftkörper von dem Drehtisch, insbesondere dem Drehteller ausgeht. Der weitere Driftkörper kann dadurch beispielsweise verwendet werden, um die Drift zum Einmesszustand zu ermitteln und der erste Driftkörper wird beispielsweise mit dem Werkstückhalter zusammen eingewechselt und wird zur Ermittlung der Drift während der computertomografischen Messung des Werkstücks verwendet.
• Abhängig vom Längenausdehnungskoeffizienten und der vorliegenden Temperatur, kommt es bei Temperaturänderungen zu Längenänderungen des zur Messung bestimmten Messobjektes. Messungen, die mit einem Computertomografen durchgeführt wurden, werden nach dem Stand der Technik bezüglich dieser Temperatureinflüsse korrigiert, indem beispielsweise die Durchstrahlungsbilder entsprechend der bei deren Aufnahme vorhandenen Temperatur korrigiert werden, wie dies die DE102013107368.9 der Anmelderin beschreibt.
• Nachteilig ist dabei jedoch, dass im Durchstrahlungsbild unterschiedliche Materialien, für die aufgrund unterschiedlicher Längenausdehnungskoeffizienten unterschiedliche Korrekturen vorzusehen sind, nicht erkennbar bzw. das Material allgemein nicht zuordenbar ist, da die im Durchstrahlungsbild vorhandenen Informationen neben dem Material auch von der Geometrie, insbesondere der in der vorliegenden Drehstellung durchstrahlten Materiallänge, abhängen. Somit ist eine Korrektur von Temperaturbedingten Einflüssen für Werkstücke aus mehreren Materialien (Multimaterial-Teile) nicht möglich.
• Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteil zu vermeiden, so dass temperaturbedingte Längenänderungen des Messobjektes auch bei Vorliegen unterschiedlicher Materialien korrigiert werden können.
• Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass die Größe und bevorzugt auch die Position der einzelnen Voxel abhängig von dem Längenausdehnungskoeffizienten korrigiert werden, das das Material aufweist, dass dem Voxel zugeordnet werden kann. Gleichwirkend zur Veränderung von Voxelgröße und Voxelposition können die Voxeldaten, also Grauwerte des Voxels und dessen Umgebung entsprechend angepasst werden.
• Die vorliegende Temperatur muss während der Aufnahme der 2D-Durchstrahlungsbilder bestimmt werden. Mittels eines Temperatursensors wird hierzu beispielsweise die Temperatur des Messobjektes direkt oder des das Messobjekt umgebenden Messvolumens, also des vom Computertomografen erfassten Messbereichs, bestimmt. Die während der Aufnahme der 2D-Durchstrahlungsbilder ermittelte Temperatur wird dann für die Korrektur verwendet.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf ein Verfahren zur Korrektur von Temperatureinflüssen auf dimensionelle Messungen an einem Messobjekt mit einem Computertomographen, vorzugsweise Röntgencomputertomographen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integrierten Computertomographen, zumindest bestehend aus zumindest einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenröhre, einer mechanischen Drehachse zur Drehung eines Messobjektes, und einem Detektor, vorzugsweise Röntgendetektor, wobei das Messobjekt in mehreren Drehstellungen von der Strahlung der Strahlungsquelle durchstrahlt wird und jeweils zugehörige 2D-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, aus denen mittels Rekonstruktion dreidimensionale Volumeninformationen im Voxelformat (so genannte Voxelvolumen) berechnet werden, wobei in diesem Voxelvolumen Daten (Voxeldaten, beispielsweise in Form von Grauwerten) zur lokalen Strahlabsorption enthalten sind, und wobei aus den Voxeldaten, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenpunkte generiert werden, wobei die Größe (Voxelgröße bzw. Voxelkantenlänge), vorzugsweise Größe und Position (Voxelposition), der Voxel des Voxelvolumens abhängig von der jeweils vorliegenden Temperatur und dem dem jeweiligen Voxel zugeordneten Längenausdehnungskoeffizienten korrigiert wird, um ein korrigiertes Voxelvolumen zu erzeugen, wobei diese Korrektur der Voxelgrößen und vorzugsweise der Voxelpositionen alternativ durch Anpassung der Voxeldaten des Voxels und der benachbarten Voxel umgesetzt wird.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der dem jeweiligen Voxel zugeordnete Längenausdehnungskoeffizient aus dem zugeordneten Material ermittelt wird, wobei das Material aus dem Grauwert des Voxels und/oder den Grauwerten benachbarter Voxel und/oder den Solldaten, beispielsweise aus einem Modell wie CAD-Modell, ermittelt wird, wobei vorzugsweise bei Verwendung der Grauwerte den Grauwerten oder Grauwertbereichen jeweils ein Material zugeordnet wird.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass benachbarte Voxel abhängig von der Voxelgrößenänderung verschoben werden, um die korrigierte Voxelposition zu ermitteln.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das korrigierte Voxelvolumen mittels Resampling, vorzugsweise durch den Einsatz von Interpolationsmethoden, in ein einheitliches Voxelraster konvertiert wird, wobei vorzugsweise ein Voxelraster mit geringerer Voxelkantenlänge erzeugt wird.
• Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf einen Computertomografen, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei der Aufbau eines entsprechenden Detektors aus baulich getrenntem Szintillator und optischem Detektor entsprechend der DE102013108367A1 der Anmelderin realisiert ist. Auf den vollständigen Inhalt der DE102013108367A1 , wobei diese die bekannten Verfahren der US 7,400,704 , US 6,353,657 , US 6,483,893 und US 7,286,640 als relevanten Stand der Technik beschreibt, wird daher hier Bezug genommen. Die DE102013108367A1 lehrt unter anderem, dass der vom optischen Detektor erfasste Bereich des Szintillator in seiner Größe und Lage einstellbar sein soll, die Auflösung angepasst werden soll und mehrere Bereiche erfassbar sein sollen, indem der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verschoben werden. Dabei wird auch die Verwendung optischer Bauelemente zur Abbildung der vom Szintillator abgegebenen optischen Strahlung erwähnt, wobei Details lediglich dahingehend angegeben werden, dass eine Verschiebung der Linsengruppen zur Einstellung des Arbeitsabstandes und des optischen Abbildungsmaßstabs erfolgen kann. Nicht beschrieben ist, welche Eigenschaften entsprechend geeignete Optiken aufweisen sollen bzw. welche Bauweise und ob weitere optische Elemente verwendet werden sollen.
• Problematisch bei der Abstrahlung der optischen Strahlung durch den Detektor ist der große Abstrahlwinkel (Lambert-Strahler). Hierdurch kann eine große Lichtausbeute und damit ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis nur erreicht werden, wenn große Linsen bzw. Optiken oder andere die optische Strahlung möglichst vollständig weiterleitende optische Bauelemente verwendet werden und insbesondere nah am Szintillator angeordnet werden. Dabei wird zur Realisierung genauer Messungen zudem eine hohe Abbildungsqualität bzw. geringe Abbildungsfehler der optischen Bauelemente gefordert, wodurch diese sehr teuer oder überhaupt nicht verfügbar sind.
• Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, günstige und verfügbare optische Bauelemente vorzuschlagen, die zur Abbildung der von einem Szintillator abgegebenen Strahlung auf einen optischen Detektor geeignet sind. Neben dem dazu notwendigen Aufbau werden gegebenenfalls Verfahren benötigt, auftretende Abbildungsfehler zu korrigieren.
• Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass als optische Bauelemente Parabolspiegel, Fresnellinsen und/oder Glasfaser-Taper eingesetzt werden, die bevorzugt dahingehend optimiert sind, eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erzielen, wobei Abbildungsfehler auftreten dürfen, die mit entsprechenden Verfahren wie beispielsweise Verzeichnungskorrektur, Verzerrungskorrektur und/oder Hell-Dunkel-Korrektur korrigiert werden.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen, einstellbar durch eine Drehvorrichtung wie mechanische Drehachse, in denen das Messobjekt und eine Computertomografiesensorik relativ zueinander gedreht angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt gedreht ist, aufnehmbar sind, wobei die Computertomografiesensorik zumindest besteht aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre, zumindest einem flächig ausgeführten Szintillator und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor, wobei die Durchstrahlungsbilder von zumindest einem optischen Detektor aufnehmbar sind und zu einem Voxelvolumen rekonstruierbar sind, aus dem vorzugsweise Oberflächenpunkte an Materialübergängen bestimmbar sind, wobei die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zumindest teilweise von dem zumindest einen optischen Detektor erfassbar ist, und wobei die Computertomografiesensorik bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, wobei vorzugsweise Mittel zur Einstellung der Größe und/oder Lage des vom optischen Detektor erfassbaren, die optische Strahlung abgebenden ersten Bereichs und/oder weiterer Bereiche des Szintillators vorhanden sind, vorzugsweise Mittel, mit denen der optische Detektor und der Szintillator relativ zueinander verschiebbar sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem Szintillator und dem optischen Detektor ein oder mehrere optische Bauelemente angeordnet sind, die die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung auf den optischen Detektor lenken, wobei zumindest eines der optischen Bauelemente dahingehend optimiert ist, eine möglichst hohe Lichtausbeute in Bezug auf die vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zu erzielen, wobei dieses bzw. diese optischen Bauelemente insbesondere Abbildungsfehler aufweisen bzw. aufweisen dürfen. Hierdurch können preisgünstige insbesondere große Optiken wie Linsen, Spiegel oder Taper zum Einsatz kommen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als optische Bauelemente Parabolspiegel, Fresnellinsen und/oder Glasfaser-Taper eingesetzt werden.
• Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, zumindest ein weiteres optisches Bauelement einzusetzen, dass die Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer zuvor genannten Vorrichtung, wobei die aufgrund der Eigenschaften der eingesetzten optischen Bauelemente auftretenden Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert werden, indem bevorzugt zumindest eine Verzeichnungskorrektur und/oder Verzerrungskorrektur und/oder Hell-Dunkel-Korrektur durchgeführt wird. Entsprechende Verfahren sind aus der Bildverarbeitung oder Mikroskopie bekannt und die zu korrigierenden Abweichungen werden zumeist einmalig eingemessen, also vor der der eigentlichen Messung bestimmt, und für die Korrektur der Messung angewendet. Die Anwendung weiterer zusätzlich Korrekturen ist vorgesehen, sofern die eingesetzten optischen Bauelemente entsprechende Abbildungsfehler aufweisen. Die zumindest teilweise Korrektur der Abbildungsfehler kann alternativ oder zusätzlich auch durch weitere entsprechend geeignete optische Bauelemente erfolgen.
• Eine weitere eigenständige Erfindung bezieht sich auf einen Computertomografen und ein Computertomografieverfahren entsprechend der EP2399237 , wobei das Werkstück um eine von der mechanischen Drehachse verschiedene virtuelle Drehachse gedreht wird. Alternativ ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch bei einer Region of Interest Tomografie einsetzbar, bei der das Werkstück um die Drehachse der mechanischen Drehachse gedreht wird. Bei beiden Verfahren werden bevorzugt flächig ausgedehnte Detektoren vorgeschlagen. Dabei ist nachteilig, das durch die computertomografische Abbildung Artefakte, insbesondere Streustrahlung entsteht, die insbesondere aufgrund der Ausdehnung des Detektors in Richtung der Drehachse in das Messergebnis einfließen.
• Eine weitere unabhängige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die aufgrund der Ausdehnung des Detektors in Richtung der Drehachse erfassten bzw. entstehenden Artefakte wie beispielsweise Streustrahlung, bei einer Region of Interest Tomografie, insbesondere bei einer Computertomografie, bei der das Werkstück um eine von der mechanischen Drehachse verschiedenen virtuelle Drehachse gedreht wird, zu vermeiden.
• Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentlichen dadurch, dass ein zeilenförmiger Detektor oder lediglich ein mehrere benachbarte Zeilen aufweisender oder verwendender flächig ausgeprägter Detektor verwendet wird, wobei beispielsweise eine Helixtomografie durchgeführt wird oder wobei der Detektor bzw. der verwendete Detektorbereich stückweise in Richtung der Drehachse versetzt werden, um zweidimensionale Durchstrahlungsbilder aufzunehmen.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf ein Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer Computertomografie-Sensorik, aufweisend zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenquelle und einen Strahlendetektor, wobei das Messobjekt drehbar auf einer mechanischen Drehachse zwischen Röntgenquelle und Strahlendetektor angeordnet ist und wobei Durchstrahlungsbilder in verschiedenen Drehstellungen des Werkstücks aufgenommen und kombiniert insbesondere rekonstruiert werden, wobei
• – Röntgenquelle und/oder Strahlendetektor relativ zum Messobjekt, und vorzugsweise zur mechanischen Drehachse, wobei das Messobjekt fest auf der mechanischen Drehachse angeordnet ist, positionierbar sind, und wobei die Drehung des Werkstücks mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Detektor, um eine von der physikalischen Drehachse verschiedenen Drehachse erfolgt, und/oder
• – lediglich ein senkrecht zur Drehachse begrenzter Ausschnitt des Messobjekts in allen Drehstellungen vom Detektor erfasst wird,
dass sich dadurch auszeichnet, dass als Strahlendetektor verwendet wird ein Zeilendetektor oder eine Zeile eines flächig ausgeprägten Detektors oder mehrere benachbarte Zeilen eines flächig ausgeprägten Detektors, jedoch in einer in Bezug auf alle Zeilen eingeschränkten Anzahl, bevorzugt maximal ein Viertel, besonders bevorzugt maximal ein Hundertstel aller Zeilen oder vorzugsweise maximal 10 Zeilen, wobei vorzugsweise eine Helixtomografie durchgeführt wird oder wobei der Detektor bzw. der verwendete Detektorbereich stückweise in Richtung der Drehachse versetzt werden, um zweidimensionale Durchstrahlungsbilder aufzunehmen.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung von Werkstücken mit Computertomografie, wobei Materialgrenzen zwischen verschiedenen Materialien bzw. den Materialien und den umgebenen Medium wie Luft erkannt werden sollen.
• Bei den bekannten Verfahren zur Bestimmung von Materialgrenzen werden zumeist feste Schwellwerte zur Ermittlung der Materialgrenze verwendet, wie dies beispielsweise unter dem Fachbegriff Marching Cube in der US4710876 beschrieben ist. Hierdurch kann lediglich die Grenze zwischen einer Kombination zweier Materialien bzw. Material mit Luft ermittelt werden. Nicht gelöst ist dabei das Problem, dass die Schwellwerte zwischen verschiedenen Materialien und Luft bzw. verschiedener Materialien voneinander abweichen. Die Verwendung eines festen Schwellwertes würde dazu führen, dass Materialgrenzen versetzt zueinander doppelt oder sogar mehrfach erkannt werden würden.
• Die EP1861822 beschreibt ein lokal wirkendes Verfahren, bei dem der Verlauf der Grauwerte durch die Oberfläche zwischen einem Material und der Luft untersucht wird und anhand dieses Verlaufes, beispielsweise Wendepunkt bestimmt und an der Stelle des Wendepunktes ein Oberflächenpunkt berechnet wird.
• Verfahren zur Bestimmung von Materialgrenzen in Schnittbildern durch das Voxelvolumen werden beispielsweise in der WO2012152738A1 beschrieben.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Oberflächen zwischen verschiedenen Materialien bzw. der Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft beim Vorliegen mehrerer Materialien innerhalb des mit der Röntgencomputertomografie untersuchten bzw. gemessenen Bereiches automatisch zu erkennen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, möglicherweise mehrfach vorliegende erkannte Oberflächengrenzen zu erkennen und die geeignete Oberflächengrenze zu selektieren.
• Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zum Messen von Werkstücken bestehend aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit Röntgen-Computertomografie, wobei Volumenelemente (Voxel) aufweisendes Voxelvolumen erzeugt wird, indem die lokale Röntgenabsorption (lokale Schwächungskoeffizienten), vorzugsweise in Form von Grauwerten, den Voxeln zugeordnet ist, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Materialgrenzen zwischen den Materialien und/oder zwischen den Materialien und dem umgebenden Medium, wie Luft, bestimmt werden und hieraus die geometrische Beschreibung der Oberflächen, insbesondere Punktewolke der aus den jeweiligen Materialien bestehenden Komponenten des Werkstücks vollständig oder teilweise bestimmt werden.
• Als umgebendes Medium ist bevorzugt Luft vorgesehen. Die Erfindung bezieht sich jedoch gleichermaßen auch auf andere umgebende Medien wie beispielsweise Flüssigkeiten oder andere Gase. Auch wenn in der weiteren Beschreibung auf Luft eingegangen wird, sind alternativ auch andere umgebende Medien durch die Lehre mit erfasst.
• Die Beschreibung der Oberfläche liegt vorzugsweise in Form von Messpunkten auf der Oberfläche bzw. in Form von sogenannten Punktewolken vor. Das Vorliegen verschiedener Materialien kann beispielsweise auch bedeuten, dass das Werkstück aus mehreren Komponenten besteht, wobei die Komponenten aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Ein beispielhaftes Werkstück ist eine Leiterplatte, welche aus Trägermaterial, beispielsweise Kunststoff oder mit Metall beschichteter Werkstoff, und Leiterbahnen, sowie weiteren Komponenten wie Lot oder Kunststoff oder anderen Abdeckmaterialien besteht.
• Häufige Kombinationen sind Kunststoffe mit Metallen. Es sollen daher erfindungsgemäß nicht nur die Materialgrenzen zueinander beanstandeter Bauteile erkannt werden, sondern auch innerhalb von Baugruppen oder innerhalb eines einzelnen Werkstücks, welches aus verschiedenen Materialien besteht.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass für jede aus den einzelnen Materialien bestehende Teilkomponente die Grenze zu den benachbarten Teilkomponenten und/oder zum umgebenden Medium, insbesondere zur umgebenden Luft bestimmt wird.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die für die verschiedenen Teilkomponenten bestimmten Materialgrenzen zu einer geometrischen Gesamtbeschreibung des Werkstücks zusammengefügt werden.
• Die geometrische Gesamtbeschreibung des Werkstücks beinhaltet sämtliche erkannte Übergänge zwischen den Materialien bzw. den einzelnen Materialien und Luft, für die Messpunkte ermittelt werden, wobei die Messpunkte als eine gemeinsame Messpunktewolke auswertbar sein sollen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass beim Zusammenfügen der die Materialgrenzen beschreibenden Oberflächenbeschreibungen verschiedener Teilkomponenten doppelt oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen für eine Grenzflächen zusammengefasst oder durch Auswahl einer der Oberflächenbeschreibungen ersetzt werden.
• Eine Oberflächenbeschreibung für eine Materialgrenze entsteht beispielsweise, indem für die an der jeweiligen Materialgrenze vorliegenden Materialien bzw. Kombination Material und dem umgebenden Medium wie Luft ein Parameter festgelegt wird. Dieser Paramenter kann beispielsweise ein Schwellwert für einen Grauwert, der in den Voxeln vorliegenden Informationen sein. Beispielhaft kann mittels dieses Schwellwertes und dem zuvor genannten Marching Cube-Verfahren das gesamte Voxelvolumen auf das Auftreten entsprechender Grauwerte untersucht werden. An den Stellen, an denen dieser Grauwert (Schwellwert) auftritt, wird eine Materialgrenze erkannt. Der Verlauf der Grauwerte zwischen zwei Materialien durch eine Materialgrenze hindurch ist jedoch kontinuierlich und nicht sprunghaft. Hierdurch werden den verschiedenen Materialien kontinuierliche Grauwertbereiche zwischen den Schwellwerten der verschiedenen Oberflächenbeschreibungen der Grenzen zu den anderen Materialien oder dem umgebenden Medium wie Luft zugeordnet. Bei Festlegung eines Schwellwerts für eine definierte Materialkombination, beispielsweise Material 1 weist den mittleren Grauwert 200 und Material 2 den mittleren Grauwert 100 auf, wobei als Schwellwert beispielhaft der Grauwert 150 festgelegt wird, tritt der Schwellwert nicht nur zwischen diesen beiden Materialien auf, sondern beispielhaft auch zwischen zwei Materialien mit den mittleren Grauwerten 200 und 10, hier jedoch nicht an der korrekten Stelle des Materialübergangs, sondern räumlich versetzt. Für den korrekten Schwellwert zwischen beispielsweise den Materialien mit den mittleren Grauwerten 200 und 10, also 105, ergibt sich die korrekte Materialgrenze zusätzlich. Es treten also doppelte Oberflächenbeschreibungen auf. Ein weiteres Bespiel für doppelte oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen ist den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Materialgrenzen für die Teilkomponenten jeweils nacheinander für die verschiedenen Materialkombinationen und für die Kombinationen zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft bestimmt werden und der die Materialkombination beschreibende Parameter ein Schwellwert für die Bestimmung der Materialgrenzen ist.
• Insbesondere wird also je Materialkombination und je Kombination zwischen den verschiedenen im Werkstück auftretenden Materialien und dem umgebenden Medium ein Schwellwert festgelegt und die Materialgrenzen für diesen ermittelt, wobei wie bereits zuvor erläutert an einzelnen Materialgrenzen doppelt oder mehrfach auftretende Oberflächenbeschreibungen für die entsprechende Grenzfläche auftreten können.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass dieser Schwellwert zum subvoxelgenauen Bestimmen der Lage der Materialgrenze herangezogen wird, indem zwischen benachbarten Volumenelementen (Voxeln) interpoliert wird.
• Die subvoxelgenaue Bestimmung liegt beispielhaft für den Marching Cube Algorithmus vor. Erfindungdgemäß sind jedoch auch alternative Herangehensweisen zur subvoxelgenauen Bestimmung vorgesehen.
• Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Materialgrenzen durch Punktewolken beschrieben werden, wobei die Parameter der verschiedenen Materialkombinationen und der verschiedenen auftretenden Materialien mit dem umgebenden Medium wie Luft bestimmt werden, und in einem zweiten Schritt für jeden Bereich der Oberflächenbeschreibung eine Feinauswahl der optimalen Oberflächenbeschreibungen anhand der lokal auftretenden Materialkombinationen erfolgt.
• Die Feinauswahl der optimalen Oberflächenbeschreibung umfasst das Ersetzen bzw. Entfernen doppelter oder mehrfach auftretender Oberflächenbeschreibungen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass diese Punkte den die Materialgrenze bildenden oder umfassenden Volumenelementen (Voxeln) zugeordnet sind
• Dies bedeutet, dass für die Berechnung eines Punktes sämtliche um die Materialgrenze herum liegenden, also diese umfassenden, bzw. die Materialgrenze bildenden Volumenelemente bzw. deren Lage und/oder Grauwert für die Bestimmung des Oberflächenpunktes herangezogen werden. Ort und Grauwert gehen beispielsweise in die zuvor genannte Interpolation ein, wie dies bzgl. des Subvoxelings beschrieben wurde.
• Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Bestimmung des Wendepunkts des Intensitätsverlaufs der Volumenelemente (Voxel) an der Materialgrenze erfolgt.
• Der Intensitätsverlauf der Volumenelemente an der Materialgrenze bezieht sich insbesondere auf den Verlauf durch die Materialgrenze hindurch. Entsprechende Verläufe werden beispielsweise entlang von Linien, die senkrecht oder nahezu senkrecht die Oberfläche, also den Materialübergang durchstoßen untersucht. Die die Linie umgebenden Volumenelemente werden dabei vorzugsweise zusätzlich herangezogen. Die Richtung für die entsprechenden Linien wird aus der mittels der Schwellwerte zumindest grob bestimmenden Oberflächenbeschreibung abgeleitet.
• Besonders hervorzuheben ist, dass die Schwellwerte für die auftretenden Materialgrenzen aus den lokalen Abschwächungskoeffizienten der die Materialgrenze bildenden Volumenelemente (Voxel) bestimmt werden.
• Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Ermittlung der Schwellwerte vom Nutzer Bereiche in Schnittbildern oder im Voxelvolumen festgelegt werden.
• Die Schnittbilder werden dabei durch Schnitt der Volumeninformation des Voxelvolumens erzeugt und beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt. Ein Bereich kann beispielsweise ein Messfenster sein. Bereiche eines Volumens können beispielsweise anhand einer 3D-Darstellung ausgewählt werden. Dies kann beispielsweise ein Quader oder das Eingrenzen der entsprechenden Achskoordinaten beinhalten. Andere, beispielsweise kompliziertere Geometrien für die Bereiche sind ebenso vorgesehen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Ermittlung der für die Schwellwertbestimmung notwendigen Grauwerte vom Benutzer für jedes Material festgelegte Bereiche in Schnittbildern oder im Voxelvolumen innerhalb der Materialgrenzen festgelegt werden.
• Hierdurch wird ein dem Material zugeordneter Grauwert, beispielsweise der zuvor genannte mittlere Grauwert den einzelnen Materialien zugeordnet.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zur Ermittlung der für die Schwellwertbestimmung notwendigen Grauwerte vom Benutzer für jeden Grenzübergang zwischen Materialien oder Material und dem umgebenden Medium wie Luft ein Bereich in einem Schnittbild oder im Voxelvolumen festgelegt werden kann.
• Resultat der Schwellwertbestimmungen sind die einzelnen Schwellwerte zur Ermittlung der Übergänge zwischen den Materialien bzw. Material und dem umgebenden Medium wie Luft, die für die zuvor genannte Bestimmung der Materialübergänge eingesetzt werden.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Bereiche in einem Einlernprozess festgelegt und später automatisch in Werkstückkoordinaten abgearbeitet werden.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass zur Bestimmung, vorzugsweise automatischen Bestimmung, der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter ein Histogramm des Röntgen-Computertomografie Volumens (Voxelvolumens) des Werkstücks verwendet wird.
• Die Verwendung eines Histogramms erlaubt insbesondere die automatische Bestimmung der Parameter für die Ermittlung der Materialgrenzen. Erfindungsgemäß ist jedoch auch vorgesehen, dass durch Benutzereingriff entsprechende Bereiche des Histogramms ausgewählt oder zumindest eingegrenzt werden. Hierdurch ist es dem Benutzer möglich, beispielsweise Bereiche aus dem Histogramm zu entfernen, denen keine Materialkombination zuordenbar ist. Alternativ ist eine entsprechende Selektion auch mittels einer Filterung wie beispielsweise Tiefpassfilterung möglich, wie folgend erläutert.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das zur automatischen Bestimmung der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter verwendete Histogramm aus einem tiefpassgefiltertem Röntgen-Computertomografie Voxelvolumen erzeugt wird.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass bei der Bestimmung der den Materialien bzw. dem umgebenden Medium wie Luft zugeordneten Grauwerten im Histogramm die Grauwerte entsprechend ihrer Häufigkeit des Auftretens (Klassenhäufigkeit) gewichtet werden, beispielsweise indem die Darstellungsbreite einer Grauwertklasse im Histogramm in Abhängigkeit von der Anzahl der Grauwerte in der jeweiligen Klasse (Klassenhäufigkeit) skaliert, beispielsweise verbreitert wird, um die Erkennbarkeit von signifikanten Unterschieden im Histogramm zu verbessern.
• Bei der Darstellung in Histogrammen werden Grauwerte häufig zu sogenannten Klassen zusammengefügt. Die Breite einer solchen Klasse bezeichnet den Grauwertbereich, der von dieser Klasse umfasst wird. Die Anzahl der innerhalb der Klasse auftretenden Grauwerte wird mit Klassenhäufigkeit bezeichnet. Die Erkennbarkeit von signifikanten Unterschieden im Histogramm wirkt sich dahingehend aus, dass Grauwertklassen mit geringer Anzahl auftretender Grauwerte, also geringer Klassenhäufigkeit wenig skaliert werden und dadurch im Histogramm nicht mehr signifikant zu erkennen sind, bzw. in einem Einpassungsschritt keinen starken oder gar keinen Einfluss mehr haben, wobei die Einpassung bevorzugt über den gesamten Histogrammbereich durchgeführt wird. Dagegen gehen Bereiche mit hohen Klassenhäufigkeiten stärker bei dem Einpassungsschritt ein, da durch die hohe Anzahl der Grauwerte in der Klasse eine entsprechend starke Skalierung vorliegt. Für die entsprechenden Einpassungen wird bevorzugt das Histogramm in Teilbereiche unterteilt, wobei die Teilbereiche jeweils nur die Grauwertklassen enthalten, die einem der Materialien bzw. dem umgebenden Medium zugeordnet werden. Entsprechende Segmentierungen sind beispielsweise möglich, indem in einem ersten Schritt sämtliche Maxima und Minima des Histogramms ermittelt werden und anschließend Bereiche um die Maxima definiert werden, die für die Bestimmung des zuzuordnenden Grauwertes ausgewertet werden. Die Breite der Bereiche wird beispielsweise abhängig von der Klassenhäufigkeit oder in Abhängigkeit von den auftretenden Minima festgelegt. Die segmentierten Bereiche werden anschließend für die Maximumsuche verwendet. Entsprechende Verfahren zur Maximumsuche sind beispielsweise das Verfahren der photometrischen Mitte, wobei vorzugsweise die für die Maximumsuche verwendeten Daten vorgefiltert werden oder alternative Kantenfindungsalgorithmen wie beispielsweise Laplace-Operatoren verwendet werden.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass dass zur Bestimmung der Schwellwerte und/oder Oberflächenbeschreibungen die Maxima und Minima des Histogramms der Grauwerte der Voxel des Voxelvolumens ermittelt und herangezogen werden.
• Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Oberflächenbeschreibungen die Minima und Maxima des Histogramms (nachfolgend Ursprungshistogramm) genutzt werden um ein segmentiertes Voxelvolumen zu erzeugen, indem die Minima des Histogramms als die Klassengrenzen eines zweiten Histogramms (Arbeitshistogramm) definiert werden und alle Grauwerte innerhalb einer Klasse den maximalen Grauwert, bevorzugt mit einem Verfahren zur Bestimmung des Maximums wie dem Verfahren der photometrischen Mitte ermittelt, der Klasse zugewiesen bekommen und die Volumenelemente (Voxel) des Voxelvolumens aus dem das Ursprungshistogramm erzeugt wurde (nachfolgend Ursprungsvolumen) in ein zweites Voxelvolumen kopiert werden (nachfolgend Arbeitsvolumen) und anschließend den ermittelten maximalen Wert der entsprechenden Grauwertklasse des Arbeitshistogramms erhalten.
• Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass von einem gegebenen Voxelvolumen das Gradientenfeld bestimmt wird, um eine grobe Bestimmung der Lage der Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge zwischen den Materialien und/oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft vorzunehmen.
• Bei einem Gradientenfeld handelt es sich um eine Darstellung des Voxelvolumens, bei der anstatt der Voxelwerte (Grauwerte) den Voxeln die Gradienten, also Differenzen oder Ableitungen zu den Grauwerten der Nachbarvoxel, zugeordnet werden. Dabei kann eine einfache, also ein Voxel umfassende oder mehrere Voxel umfassende Nachbarschaft betrachtet werden. Die Differenzen oder Ableitungen zu den mehreren Nachbarvoxeln werden beispielsweise gemittelt, um den jeweiligen Gradient zu bestimmen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur automatischen Bestimmung der für die Ermittlung der Materialgrenzen notwendigen Parameter Methoden zur Maximumsuche, wie das Verfahren der photometrischen Mitte, und/oder Methoden zur Filterung, wie der Laplace-Operator, verwendet werden.
• Besonders hervorzuheben ist, dass zur Selektion der zu verwendenden Oberflächenbeschreibung beim Vorliegen mehrfacher Oberflächenbeschreibungen Suchbereichen, beispielsweise Volumenbereiche wie Quader,
• – abschnittsweise um die Punkte der mehrfachen Oberflächenbeschreibungen definiert werden und
• – innerhalb der Suchbereiche jeweils vorzugsweise der Mittelwert oder der Mittelwert aus der Differenz des Maximums und Minimums der Grauwerte des dem Suchbereich zugeordneten Voxelvolumens gebildet wird und
• – die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem den Punkten zugeordneten Schwellwerten gebildet wird und
• – die Punkte derjenigen Oberflächenbeschreibung zur weiteren Verwendung ausgewählt werden, die die kleineste Differenz aufweisen,
wobei vorzugsweise der Suchbereich so festgelegt wird, dass senkrecht zur Oberflächenbeschreibung Änderungen der Grauwerte im zugeordneten Voxelvolumen kleiner, bevorzugt mehrfach kleiner, als eine Mindeständerung sind, und wobei bevorzugt der Suchbereich tangential zur Oberflächenbeschreibung zumindest einen Punkt pro vorliegender Oberflächenbeschreibung einschließt.
• Die Selektion der Oberflächenbeschreibung, genauer der Punkte der Oberflächenbeschreibung ist nur dann notwendig, wenn mehrfache Oberflächenbeschreibungen in einem jeweiligen Bereich bzw. Abschnitt, beispielsweise um einen Punkt oder in einem mehrere Punkte umfassenden Abschnitt, vorliegen. Als Abschnitt ist bevorzugt die direkte Umgebung, beispielsweise Quader im Raum, eines einzelnen Punktes aufzufassen. Für jeden Punkt soll also geprüft werden, ob Punkte weiterer Oberflächenbeschreibungen in der Umgebung vorliegen, aus denen der richtige selektiert wird. Die Umgebung wird daher für jeden Punkt untersucht, indem Suchbereiche um jeden Punkt einzeln oder um mehrere Punkte gleichzeitig definiert werden. In den Suchbereichen wird jeweils der Mittelwert der Grauwerte der Voxel in dem Suchbereich ermittelt, um eine zumindest grobe Schätzung für den dem betreffenden Materialübergang zugeordneten richtigen Schwellwert zu erhalten. Dazu muss der Suchbereich senkrecht zum Materialübergang, also der Oberfläche bzw. Oberflächenbeschreibung groß genug sein, um diesen vollständig zu überdecken und zumindest einen kleinen Bereich jeweils im Inneren der beiden Materialien des Materialübergangs zu erfassen, für den also der dem jeweiligen Material zugeordnete Grauwert in den Voxeln vorliegt. Dieses Vorliegen wird dadurch erkannt, dass sich der Grauwert nicht mehr signifikant ändert, wenn die Änderung insbesondere kleiner als eine Mindeständerung ist oder mehrfach kleiner als eine Mindeständerung ist. Tangential zum Materialübergang soll der Suchbereich die Punkte aller vorliegenden Oberflächenbeschreibungen für den jeweiligen Abschnitt umfassen, also mindestens einen Punkt je Oberflächenbeschreibung. Nach Ermittlung des Schätzwertes für den Schwellwert wird die Differenz dieses Mittelwertes zu den Schwellwerten gebildet, die den Punkten im Suchbereich zugeordnet sind. Der am nächsten am Mittelwert liegende Schwellwert identifiziert den Punkt, der der richtigen Oberflächenbeschreibung entstammt und weiter verwendet werden muss. Sollten im Suchbereich mehrere Punkte einer Oberflächenbeschreibungen mit einem zugeordneten Schwellwert liegen und der zugeordnete Schwellwert hat die geringste Differenz zum Mittelwert, dann werden auch alle zu diesem Schwellwert zugeordneten Punkte ausgewählt.
• Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Feststellung der vorliegenden Oberflächenbeschreibungen ausgehend von der ersten Oberflächenbeschreibung, vorzugsweise der Oberflächenbeschreibung mit dem höchsten Schwellwert, Suchstrahlen senkrecht zur Oberflächenbeschreibung festgelegt werden und in Richtung der abfallenden Grauwerte bzw. negativer Grauwertgradienten entlang der Suchstrahlen die Grauwerte mit den zuvor bestimmten Schwellwerten verglichen werden.
• Diese alternative oder zusätzliche Vorgehensweise stellt sicher, dass zu jedem Punkt die korrespondierenden Punkte weiterer Oberflächenbeschreibungen schnell gefunden und zugeordnet werden können. Ausgehend von der Oberflächenbeschreibung mit vorzugsweise dem höchsten zugeordneten Schwellwert werden entlang der Suchstrahlen durch die Voxel, bevorzugt wiederum bis zu einem Vorliegen nicht mehr signifikanter Änderungen der Grauwerte in bevorzugt beiden Richtung, ausgehend von dem höchsten Schwellwert lediglich in Richtung abfallender Grauwerte bzw. negativer Grauwertgradienten, die Grauwerte mit allen vorliegenden Schwellwerten verglichen. Treten dabei Übereinstimmungen auf bzw. etwa gleiche Werte, ist ein Punkt der dem Schwellwert zugeordneten Oberflächenbeschreibung zu berücksichtigen. Gefundene Punkte werden markiert und von der Suche ausgehend von anderen Oberflächenbeschreibungen ausgeschlossen und anschließend das Verfahren für die Oberflächenbeschreibung, also die Punkte der Oberflächenbeschreibung, mit dem nächsten bzw. nächst niedrigeren Schwellwert jeweils so lange wiederholt, bis alle Punkte zugeordnet sind.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass von einem im Bildraum gegebenen Volumen für die Bestimmung der mittleren Grauwerte der verschiedenen im Werkstück auftretenden Materialien und/oder des umgebenden Mediums wie Luft und/oder der Schwellwerte für die Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge, zwischen den unterschiedlichen Materialien und/oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft, eine 3D Fourier Transformation, beispielsweise Fast Fourier Transformation (nachfolgend FFT), dieses Voxelvolumens durchgeführt wird und dieses in den Frequenzraum transformierte Voxelvolumen beschnitten wird und anschließend zurück in den Bildraum rücktransformiert wird.
• Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das in dem in den Frequenzraum transformierten Volumen Frequenzbereiche des Spektrums herausgeschnitten werden, beispielsweise hochfrequente Anteile des Spektrums (Tiefpasswirkung) und/oder niederfrequente Anteile (Hochpasswirkung), und anschließend in den Bildraum rücktransformiert wird.
• Eine Tiefpaßwirkung kann beispielsweise erzielt werden, indem hochfrequente Anteil des Spektrums im Frequenzbereich extrahiert wird und anschließend vom ursprünglichen Spektrum abgezogen wird.
• Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das in den Bildraum transformierte Volumen zur Erzeugung eines Histogramms zur Bestimmung der Grauwert-Mittelwerte und/oder der Schwellwerte für die Bestimmung der Oberflächenbeschreibungen und/oder zur Segmentierung des in den Bildraum transformierten Volumens genutzt wird.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Vorbereitung zur Ermittlung der Oberflächenbeschreibungen der Grenzübergänge zwischen den verschiedenen Materialien des Werkstücks oder zwischen den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium wie Luft eine Homogenisierung der Grauwerte des Voxelvolumens vorgenommen wird, indem ein Maskenvolumen erzeugt wird, dass eine Kopie des Voxelvolumens ist und von dem anhand der zuvor bestimmten groben Oberflächenbeschreibung der Materialgrenzen, die sich in einem definierten Bereich um die Materialgrenze herum befindlichen und an der Materialgrenze beteiligten Volumenelemente entfernt werden, vorzugsweise unter iterativer Verwendung eines Filters, bevorzugt „Shrink”-Filters oder „Blow”-Filters, um ein nur die innerhalb der Oberflächenbeschreibungen befindlichen Volumenelemente enthaltendes Voxelvolumen zu erzeugen, welches anschließend genutzt wird um mit Hilfe eines Filterkerns alle Grauwerte der Volumenelemente im Maskenvolumen mit einer zu großen Differenz zu einem zuvor zu definierenden Schwellwert durch einen anderen Wert zu ersetzen, beispielsweise durch den Mittelwert der Grauwerte der umgebenden Voxel oder einem festen Grauwert, und anschließend, unter Verwendung des ursprünglichen zur Erzeugung des Maskenvolumen genutzten Volumens und des Maskenvolumens selbst, ein homogenisiertes Gesamtvolumen zu erzeugen.
• Ein „Shrink”-Filter bzw. „Blow”-Filter ist als Teil eines in der Bildverarbeitung benutzten „Shrink and Blow”-Filter bekannt und ersetzt in einem zuvor zu definierenden Filterbereich, beispielsweise im Voxelvolumen ein Würfel mit ungerader Kantenlänge in Voxeln, den Wert in der Mitte der Umgebung durch das Minimum („Shrink”-Filter”) oder Maximum („Blow-Filter”) aller Grauwerte der sich im Filterbereich befindlichen Voxel. Um aus dem ursprünglichen Voxelvolumen das Maskenvolumen zu erzeugen wird der „Shrink”-Filter (wenn umgebendes Medium einen geringeren Absorptionskoeffizienten als Material aufweist) oder „Blow”-Filter (wenn umgebendes Medium einen höheren Absorptionskoeffizienten als Material aufweist) auf das ursprüngliche Voxelvolumen angewandt.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks, insbesondere eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.
• Bei den bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird die Vakuumkammer einer Röntgenröhre, in der die Mittel zur Erzeugung und Ablenkung eines Elektronenstrahls auf ein Target enthalten sind, durch das Target abgeschlossen. Das Target besitzt eine dazu ausreichende Dicke von zumindest einigen Hundert Mikrometern, wodurch einerseits ein ausreichend starkes Vakuum von beispielsweise etwa 10e–6 mbar verschlossen werden kann und andererseits in Verbindung mit der entsprechenden Materialwahl die Elektronenstrahlen absorbiert werden. Das Target besteht zumindest aus einem Substrat, welches großflächig an der Innenseite mit einer bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugenden Schicht wie Wolframschicht beschichtet ist. Entsprechende Substrate werden zum guten Ableiten der dabei entstehenden Wärme beispielsweise aus Diamant gefertigt und weisen eine Dicke von etwa einigen Hundert Mikrometern auf. Die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht besteht beispielsweise aus einer Wolframschicht von einigen Mikrometern Dicke. Andere Materialkombinationen für Substrat und Schicht sind ebenso denkbar und vorgesehen. Nachteilig ist dabei, dass die Größe des die Röntgenstrahlen abgebenden Bereichs, auch Brennfleck genannt, durch die Fokussierung des Elektronenstrahls auf die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht bestimmt wird. Hierdurch ist es nicht möglich, beliebig kleine Brennflecke zu erzeugen, da eine entsprechende Fokussierung nur mit bestimmter Genauigkeit erreichbar ist. Zudem sind entsprechende Mittel zur Fokussierung der Elektronenstrahlen kostenintensiv. Kleine Brennflecken werden beispielsweise für die Computertomografie benötigt, insbesondere für die Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken bzw. Werkstückmerkmalen.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher insbesondere auch auf den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Computertomografen zur Werkstückinspektion und besonders bevorzugt zur dimensionellen Messung von Werkstücken bzw. Werkstückmerkmalen, insbesondere in einem einen Computertomografen enthaltenden Koordinatenmessgerät, insbesondere Multisensor-Koordinatenmessgerät, oder durch den Computertomografen gebildeten Koordinatenmessgerät.
• Der zuvor beschriebene Aufbau einer Röntgenröhre bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit sogenanntem Transmissionstarget. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Transmissionstargets beschränkt. Gleichfalls ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch für sogenannte Reflexionstargets vorgesehen. Bei diesen trifft der Elektronenstrahl unter einem vordefinierten Winkel von etwa 30 bis 60 Grad auf die Röntgenstrahlen erzeugende Schicht und die Röntgenstrahlung wird auf derselben Seite der Schicht, ebenfalls unter einem vordefinierten Winkel abgegeben. Hierbei dient meist ein gesondertes Austrittsfenster für den Abschluss des Vakuums in der Vakuumkammer der Röntgenröhre.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, möglichst kleine Brennflecken, insbesondere nahezu kreisrunde Brennflecken mit kleiner als 1 Mikrometer Durchmesser, bevorzugt kleiner als 0,5 Mikrometer Durchmesser, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 Mikrometer Durchmesser für die Erzeugung von Röntgenstrahlung zu realisieren. Abweichend von der Kreisform sind ebenso im Rahmen der Erfindung Brennflecken anderer Außengeometrien gemeint, die einen vergleichbaren Flächeninhalt aufweisen wie die zuvor genannten kreisrunden.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, die Röntgenstrahlen erzeugende Schicht, wie beispielsweise Wolframschicht, zu strukturieren, insbesondere auf dem Substrat lediglich einen oder mehrere räumlich begrenzte, beispielsweise kreisrund begrenzte Bereiche mit der Röntgenstrahlen erzeugenden Schicht zu beschichten. Vorteilhaft können dabei nebeneinander, beispielsweise auf einem Kreis, mehrere abgegrenzte Bereiche gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers bzw. Flächeninhalts aufgebracht werden, um wahlweise unterschiedlich große oder mehrere Brennflecke zu erzeugen. Hierzu ist es notwendig, den Elektronenstrahl auf den jeweiligen Bereich oder die jeweiligen Bereiche auszurichten. Dazu sieht die Erfindung vor, entweder den Elektronenstrahl entsprechend abzulenken oder das Target mit den Bereichen zumindest senkrecht aber gegebenenfalls auch in Richtung des Elektronenstrahls (für dessen Fokussierung) zu diesem durch Verschieben auszurichten. Hierdurch wird die Größe des Brennflecks nur noch durch die Strukturierung, also die Größe der Bereiche bestimmt, die auf dem Substrat beschichtet wurden, und eine grobe Fokussierung des Elektronenstrahls ist lediglich dazu notwendig, um einen großen Anteil des Elektronenstrahls für die Erzeugung der Röntgenstrahlung einzusetzen.
• Als Richtung des Elektronenstrahls wird die mittlere Richtung der abgegebenen Elektronenstrahlen bezeichnet. Die Gesamtheit der abgegebenen Elektronenstrahlen wird als der Elektronenstrahl aufgefasst.
• Das Ablenken des Elektronenstrahls ist mit den in bekannten Röntgenröhren vorhandenen Mitteln nur begrenzt möglich, das Verschieben des Targets ist gar nicht vorgesehen, weil durch das Target die Vakuumkammer fest verschlossen wird.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht daher auch darin, das Verschieben des Targets zu ermöglichen und dennoch das Vakuum der Röntgenröhre aufrecht zu erhalten.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass die Vakuumkammer der Röntgenröhre durch ein separates Austrittsfenster abgeschlossen wird, welches zumindest einen Teil des Elektronenstrahls passieren lässt, zum Beispiel in Form eines dünneren Substrates, und das Target außerhalb der Vakuumkammer der Röntgenröhre und damit verschiebbar angeordnet wird. Das Target wird direkt an der Außenseite des Austrittsfensters angeordnet und enthält nach wie vor das entsprechend ausgebildete Substrat, um verbleibende Elektronenstrahlen zu absorbieren und die entstehende Wärme abzuführen. Da das Austrittsfenster mit einem dünneren Substrat ausgeführt wird, um ausreichend Elektronenstrahlen durchzulassen, ist möglicherweise das benötigte Vakuum von ca. 10e–6 mbar zur Umgebung nicht direkt erzielbar. Die Erfindung sieht daher auch vor, dass durch das Austrittsfenster das Vakuum der Röntgenröhre zu einem Vorvakuum von ca. 10e–3 mbar begrenz wird, wobei das Vorvakuum zur Umgebung durch das Target abgegrenzt wird. Da das Target nun im Vergleich zu Röntgenröhren nach dem Stand der Technik nur noch das geringeres Vorvakuum zur Umgebung abgrenzen muss, ist es möglich, das Target durch entsprechende verschiebbare Dichtvorrichtungen oder Membranen zumindest senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls verschiebbar auszuführen. Durch Einsatz von Membranen ist gegebenenfalls ebenso eine Verschiebung in Richtung des Elektronenstrahls vorgesehen.
• Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (Röntgenröhre) u. a. vor, zumindest bestehend aus einer Elektronenstrahlenquelle, einer Ablenkvorrichtung zur Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls auf ein Target, und einem Target, wobei das Target aus einer Substratschicht, beispielsweise Diamantschicht, und einer darauf aufgebrachten, bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugenden Schicht wie Wolframschicht besteht, die sich dadurch auszeichnet, dass die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht strukturiert ist, wobei die Strukturierung einen begrenzten Bereich oder mehrere voneinander getrennte begrenzte Bereiche (Brennflecke) aufweist, besonders bevorzugt kreisförmig begrenzten Bereich oder Bereiche aufweist, dessen bzw. deren Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm beträgt, wobei die gegebenenfalls vorliegenden mehreren Bereiche unterschiedliche Durchmesser bzw. Flächeninhalte aufweisen oder aufweisen können, und wobei der Elektronenstrahl und das Target senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls zueinander justierbar sind, um den Elektronenstrahl auf den Bereich oder zumindest einen der Bereiche zu richten.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Mittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls ausgeführt sind, um den Elektronenstrahl auf einen der Röntgenstrahlung abgebenden Bereiche (Brennflecke) auszurichten.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zur Verschiebung des Targets zumindest senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls aufweist, vorzugsweise zusätzlich Mittel zur Verschiebung in Richtung des Elektronenstrahls aufweist.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Vorrichtung eine Vakuumkammer aufweist, in der die Mittel zur Erzeugung und Fokussierung des Elektronenstrahls angeordnet sind, wobei die Vakuumkammer ein für Elektronen zumindest teilweise transparentes Austrittsfender aufweist und gegenüber der außenliegenden Seite des Austrittsfensters das Target mit Röntgenstrahlen erzeugenden Bereich oder Bereichen angeordnet ist, wobei die Vorrichtung Mittel zur Verschiebung des Targets aufweist, die eine Justierung senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls und vorzugsweise in Richtung des Elektronenstrahlens aufweist.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Austrittsfenster durch ein zweites Target ohne Röntgenstrahlen erzeugende Schicht bzw. Bereiche gebildet wird, wobei das Substrat des zweiten Targets eine geringerer Dicke als das Substrat des eigentlichen Targets aufweist, insbesondere eine Dicke < 100 μm, besonders bevorzugt eine Dicke von < 50 μm aufweist.
• Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Austrittsfenster und Target derart angeordnet sind, dass das Austrittsfenster die Vakuumkammer derart verschließt, dass zwischen Austrittsfensters und Target ein Vorvakuum mit höherem Druck, beispielsweise etwa 10e–2 mbar bis 10e–4 mbar, als das Vakuum in der Vakuumkammer, beispielsweise etwa 10e–6 mbar, vorliegt, wobei das Vorvakuum nach außen hin durch das Target abgeschlossen wird, wobei der Abschluss durch das Target zumindest senkrecht zur Röntgenstrahlenrichtung verschiebbar ausgeführt ist.
• Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels einer zuvor beschriebenen Röntgenröhre vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung erzeugenden Bereichs (Brennfleck), insbesondere besonders kleinen oder variablen Brennflecks, besonders bevorzugt kreisrunden Brennflecks mit Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm, Elektronenstrahl und Target zumindest senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls, bevorzugt zusätzlich auch in Richtung des Elektronenstrahls, zueinander verschoben werden, so dass der Elektronenstrahl auf den strukturierten Bereich oder wahlweise einen der strukturierten Bereiche oder mehrere der strukturierten Bereiche auftrifft, bevorzugt indem das Target verschoben wird, wobei besonders bevorzugt das Target außerhalb einer durch ein Austrittsfenster verschlossenen Vakuumkammer verschiebbar angeordnet wird.
• Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen) der Computertomografie. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei der Speicherung und Weiterverarbeitung von Volumendaten, die zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Oberflächendaten von Werkstücken genutzt werden sollen. Das Verfahren ist auch vorgesehen für Anwendungen, bei denen einzelne Bereiche im Werkstückinneren für eine Auswertung zur Verfügung stehen müssen.
• Herkömmliche Komprimierungsverfahren für Volumendaten, wie beispielsweise die Voxeldaten, die bei der Computertomografie oder anderen Volumen erzeugenden Verfahren entstehen, basieren darauf, das gesamte Volumen mit einer einheitlichen Komprimierungsmethode und damit Qualität zu komprimieren. Dies ist notwendig, um später im gesamten Volumen Auswertungen vornehmen zu können, wie beispielsweise das Auffinden und Auswerten, wie beispielsweise Klassifizieren oder Bestimmen des Volumens, von Einschlüssen, Blasen, Lunkern, Fasern oder ähnlichem im Sinne einer Materialinspektion oder wie beispielsweise das Auffinden und Auswerten von Organen, Gefäßen oder anderen Merkmalen bei medizinischen Anwendungen.
• Bekannte Verfahren sind beispielsweise sogenannte Wavelet-Verfahren oder Verfahren, die eine Delta-Codierung verwenden, wie diese beispielsweise in der DE102005007530B4 erwähnt wird. Bei der Delta-Codierung wird die Abweichung der Grauwerte zwischen benachbarten Voxeln für die Speicherung herangezogen, wodurch Bereiche gleicher oder nahezu gleicher Grauwerte mit hoher Komprimierung gespeichert werden können. Entsprechende Verfahren sind für 2D-Daten (Bilder) als jpg- bzw. jpeg-Kodierung bzw. für Bildfolgen (Filme) als mpg- bzw. mpeg-Kodierung bekannt.
• Sämtliche verlustfreie Komprimierungsverfahren erzielen in der Regel keine besonders hohen bzw. keine ausreichend hohen Komprimierungsraten, wodurch die Datenmenge stets recht groß bleibt. Verlustbehaftete Komprimierungen würden zu einer Einschränkung der Genauigkeit bei der späteren Ermittlung der Oberflächen bzw. bei den vorgesehenen dimensionellen bzw. Geometriemessungen führen, was nicht erwünscht sein kann.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Volumendaten mit einer besonders hohen Komprimierungsrate zu komprimieren, ohne dabei die Genauigkeit für die Ermittlung von dimensionellen bzw. Geometriedaten, insbesondere Oberflächendaten einzuschränken.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, die Volumendaten in einem ersten Schritt in innenliegende Voluemndaten, außenliegende Volumendaten und Volumendaten nahe der Oberfläche und vorzugsweise Volumendaten nahe innerliegender Merkmale zu segmentieren. In einem zweiten Schritt werden die innenliegenden Volumendaten, die außenliegende Volumendaten und die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, separat komprimiert, wobei die innenliegenden und außenliegende Daten stärker komprimiert werden und insbesondere stärker verlustbehaftet komprimiert werden, als die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale. Die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, werden nicht oder weniger verlustbehaftet komprimiert.
• Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten eines Körpers, insbesondere Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen), die vorzugsweise bei einer Computertomografie ermittelt wurden vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Volumendaten in einem ersten Schritt segmentiert werden in
• – innenliegende Volumendaten,
• – außenliegende Volumendaten,
• – Volumendaten nahe der Oberfläche des Körper
• – und vorzugsweise Volumendaten nahe innerliegender Merkmale wie Lunker, Einschlüsse, Blasen, Fasern oder ähnlichem
und in einem zweiten Schritt die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten und die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, separat komprimiert werden, wobei die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten stärker, insbesondere stärker verlustbehaftet, komprimiert werden als die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch als die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale.
• Hierdurch wird erreicht, dass die im Inneren des Körpers, beispielsweise Werkstücks, vorliegenden innenliegenden Volumendaten sehr stark und damit platzsparend komprimiert werden. Die Qualität der komprimierten innenliegenden Daten ist dabei deutlich herabgesetzt. Dies stört jedoch nicht, da sie für die spätere Auswertung von Merkmalen an der Oberfläche oder nahe innenliegender Merkmale nicht benötigt werden. Die dafür benötigten Volumendaten an der Oberfläche bzw. nahe der Oberfläche und gegebenenfalls die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale werden verlustfrei bzw. nur leicht komprimiert gespeichert, wodurch die Genauigkeit erhalten bleibt. Volumendaten nahe der Oberfläche bezeichnen die Volumendaten, in denen signifikante Grauwertdifferenzen, die zuvor festgelegt werden, zwischen dem Werkstückinneren und der Umgebung des Werkstücks vorliegen. Die Grauwerte von Werkstückinnerem und der Umgebung sind zumeist die maximalen und minimalen Grauwerte und werden beispielsweise einem Histogramm aus allen Grauwerten entnommen. Entsprechende Verfahren zur Oberflächenextraktion, die auch zur Segmentierung eingesetzt werden können, werden auch als ISO-Schwellwertverfahren bezeichnet. Dabei wird für die Findung der Oberfläche der mittlere (50%) Schwellwert (ISO 50 – Schwellwert) zwischen Werkstückinnerem und Umgebung verwendet. Erweiterte Verfahren zur Oberflächenfindung verwenden Suchlinien durch die vorab zumindest in ihrer Lage ungenau bestimmte Oberfläche des Werkstücks. Beide Verfahren sind beispielhaft in der EP1861822B1 dargestellt, auf die hier komplett Bezug genommen wird. Ein erweitertes Verfahren unter Verwendung von modifizierten Voxeldaten, dass auf dem zuvor beschriebenen Verfahren mit Suchlinien basiert, ist in der DE102013109632.8 beschrieben. Volumendaten nahe innerliegender Merkmale werden durch Materialunterschiede und den damit einhergehenden Grauwertgradienten im Voxelvolumen erkannt. Für Multimaterialwerkstücke wird zudem auf die oben beschriebenen Verfahren verwiesen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, nicht komprimiert werden oder weniger verlustbehaftet als die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten komprimiert werden.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Körper ein Werkstück ist und die komprimierten Volumendaten zur dimensionellen bzw. geometrischen Auswertung von Merkmalen, die durch die Oberfläche oder Teile der Oberfläche des Werkstücks und/oder durch im Inneren des Werkstücks vorliegende Materialgrenzflächen definiert werden, herangezogen werden.
• Merkmale an der Oberfläche sind beispielsweise Ebenen oder gekrümmte Flächen wie Zylinderabschnitte, Kugelabschnitte usw., aus denen Dimensionen wie Abstände, Durchmesser, Längen oder Winkel bestimmt werden. Innenliegende Merkmale sind beispielsweise Einschlüsse, Blasen, Lunker usw., für die beispielsweise das Volumen oder einfach nur das Vorhandensein ermittelt wird, oder Fasern, deren Ausrichtung, also Richtung beispielsweise bestimmt wird.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Komprimierung mittels Deltakomprimierung und/oder jpg- bzw. jpeg-Verfahren und/oder mpg- bzw. mpeg-Verfahren oder ähnlichen Verfahren erfolgt, wobei die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten mit niedrigerer Qualität, insbesondere Bildung größerer Klassen zusammengehöriger Voxelgrauwerte, komprimiert werden als die Volumendaten nahe der Oberfläche.
• Die Klassenbildung bedeutet, dass Voxel ähnlicher Grauwerte unter einem Grauwert abgespeichert werden. Je größer bzw. breiter eine Klasse ist, umso mehr größenmäßig benachbarte Grauwerte werden zu einem Grauwert zusammengefasst und umso stärker ist die Platzeinsparung. Klassen der Breite 10 fassen beispielsweise jeweils alle Grauwerte von 1 bis 10 zum Grauwert 5, alle Grauwerte von 11 bis 20 zum Grauwert 15 usw. zusammen. Eine Klassenbreite von 5 bedeutet dagegen, dass jeweils alle Grauwerte von 1 bis 5 zum Grauwert 3, alle Grauwerte von 6 bis 10 zum Grauwert 8 usw. zusammengefasst werden, was zu einer höheren Qualität aber geringeren Komprimierung führt.
• Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass zur Segmentierung die bekannten Verfahren der Oberflächenextraktion unter Verwendung eines ISO-Schwellwertes und/oder mehrerer Suchlinien durch eine vorab zumindest in ihrer Lage ungenau bestimmte Oberfläche und/oder der Modifikation der Voxeldaten eingesetzt werden.
• Bei den bekannten Verfahren zur Ermittlung von Konturpunkten aus Volumendaten einer Computertomografie werden Oberflächenpunkte am Übergang des Materials des zu untersuchenden, insbesondere zu messenden Werkstücks zur umgebenden Luft ermittelt, indem der Grauwertverlauf senkrecht zu einer grob, also in ihrer Lage noch ungenau, ermittelten Oberfläche entlang von Suchlinien, insbesondere auf Wendepunkte untersucht wird, wie dies beispielsweise in der EP1861822A1 beschrieben wird. Die Findung der grob bestimmten Oberfläche erfolgt dabei mittels sogenanntem ISO-Schnellwertverfahren, bei dem ein den Übergang zwischen Material und Luft grob charakterisierender Grauwert festgelegt wird, und die grob bestimmte Oberfläche an den Punkten festgelegt wird, bei denen die Grauwerte der Voxel der Volumendaten diesen Schwellwert aufweisen. Die Auflösung für die Lage der Oberflächenpunkte kann dabei auch im Subvoxel-Bereich liegen. Nachteilig ist jedoch, dass im Inneren des Werkstücks vorliegende Materialübergänge, beispielsweise Materialübergänge zwischen zwei verschiedenen Materialien oder Materialübergänge zu eingeschlossenen Gasen wie Luft, in der Regel nicht ermittelt werden können. Innenliegende Konturen können dabei auch beispielsweise Fasern sein, die eine räumliche Ausdehnung aufweisen, wie diese beispielsweise in Faserverbundwerkstoffen vorliegen.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, auch im Inneren von mittels Computertomografie erzeugter Volumendaten Materialübergänge zu detektieren, und insbesondere erkannte Materialübergänge zu verfolgen, um geschlossene Konturen bzw. Freiformflächen der Materialübergänge im Inneren der Volumendaten zu erkennen und entsprechende Konturpunkte zu ermitteln und zu verknüpfen.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass die Volumendaten schichtweise durchsucht werden und je Schicht die Materialübergänge erkannt werden, in denen die Grauwertverläufe in den Schichten auf Grauwertänderung, insbesondere Wendepunkte des Grauwertverlaufs bzw. Maximalpunkte der Grauwertänderungen entlang von beliebigen Suchlinien oder mittels anderweitigen Konturfindungsalgorithmen ermittelt werden und in der Schicht bzw. schichtübergreifend verfolgt und verknüpft werden.
• Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Bestimmung von Materialübergängen, insbesondere Konturpunkten an Materialübergängen in Volumendaten, die mit Hilfe von Computertomografie ermittelt wurden, wobei die Volumendaten Voxelinformationen (Voxeldaten) in einem dreidimensionalen Voxelvolumen aufweisen, wobei die einzelnen Voxel die lokalen Materialeigenschaften, insbesondere Röntgenabsorption, beinhalten, vorzugsweise in Form von Grauwerten, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass das Voxelvolumen schichtweise in einer oder mehreren vorgegebenen Richtungen untersucht wird, wobei in jeder Schicht Materialübergänge detektiert werden und an den Materialübergängen Konturpunkte festgelegt werden, wobei innerhalb der Schicht oder schichtübergreifend benachbarte Konturpunkte einander zugeordnet werden.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass benachbarte Konturpunkte zu einer Kontur verbunden werden, wobei insbesondere dreidimensionale Freiformflächen, beispielsweise im STL-Format, gebildet werden.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Konturen innerhalb und/oder schichtübergreifend verfolgt werden, um zusammenhängende Konturen bzw. Konturflächen zu ermitteln.
• Bei den bekannten Verfahren wird zur Bestimmung und darauf basierenden Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenquelle eine Maske, vorzugsweise zusätzlich zum Messobjekt, in den Strahlengang der von einem Röntgendetektor empfangenen Strahlung einer Röntgenquelle eingebracht und zusammen mit dem Werkstück auf dem Röntgendetektor abgebildet, um dabei an zumindest einem Durchstrahlungsbild die Schärfe der Merkmale der Maske zu bestimmen, wie dies beispielsweise die DE102006032607A1 beschreibt. Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass die Maske entweder die Abbildung des Messobjektes stört oder den für das Messobjekt zur Verfügung stehenden Messbereich und damit die Vergrößerung des Messobjekts auf dem Röntgendetektor negativ beeinflusst, insbesondere einschränkt. Soll die Maske ohne das Messobjekt gemessen werden, muss das Messobjekt aufwändig manuell aus dem Strahlengang entfernt werden, wodurch ein automatischer Ablauf, insbesondere die wiederholte Bestimmung und ggf. Einstellung des Brennflecks nicht möglich ist.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Bestimmung und Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenquelle so zu optimieren, dass für die Messung des Werkstücks die bestmöglichen Messparameter, insbesondere maximale Vergrößerung und störungsfreie Messung, zur Verfügung stehen und dennoch eine automatisierte Messung des Werkstücks und Bestimmung und ggf., Einstellung der Brennfleckgröße ermöglicht wird.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass einerseits das Hereinfahren und Herausfahren der Maske in den Strahlengang vorgesehen ist, und andererseits auch das Hereinfahren und Herausfahren des Werkstücks in den Strahlengang vorgesehen ist, wobei das Werkstück während der Zeit, in dem die Abbildung der Maske auf dem Röntgendetektor mit diesem aufgenommen wird, aus dem Strahlengang automatisch entfernt wird. Dies ist besonders günstig dadurch umzusetzen, dass das Werkstück auf dem für die Messung benötigten Drehtisch bereits angeordnet ist, dieser aber aus dem Strahlengang herausgefahren werden kann. Hierzu ist der Einsatz von Bewegungsachsen vorgesehen, wie diese beispielsweise als Messachsen in Koordinatenmessgeräten vorliegen. Auch für die Bewegung der Maske ist eine Automatisierung bevorzugt vorgesehen. Da die Maske möglichst nahe am Brennfleck angeordnet werden muss, um die Bestimmung der Brennfleckgröße mit hoher Genauigkeit zu realisieren, ist vorgesehen, den ohnehin an dieser Stelle angeordneten Filterwechsler zur Einwechslung von Strahlfiltern zur Filterung der Messstrahlung, zu verwenden. Dieser kann durch das Messprogramm automatisch betätigt werden, wodurch ein automatisierter Ablauf für das Herein- und Herausbewegen des Messobjekts und der Maske in den Strahlengang realisiert wird.
• Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Bestimmung der Größe des Brennflecks einer Röntgenquelle, und/oder zur Einstellung der Größe des Brennflecks, durch die Fokussierung des bei Auftreffen auf ein Target den Röntgenstrahlung abgebenden Brennfleck bildenden Elektronenstrahls der Röntgenquelle, wobei eine ein oder mehrere Merkmale aufweisende Maske zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, bevorzugt flächenhaften Röntgendetektor, durch Bewegen zeitweise angeordnet wird, und zumindest ein Durchstrahlungsbild mit dem Röntgendetektor aufgenommen wird, wobei in dem Durchstrahlungsbild die geometrischen Merkmale ausgewertet werden, insbesondere in Bezug auf ihre Bildschärfe bzw. Kontrast, und aus der Auswertung auf die Größe des Brennflecks geschlussfolgert wird und/oder die Fokussierung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle eingestellt wird, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass das zu messende Werkstück, welches auf einem Drehtisch zwischen Röntgenquelle oder Röntgendetektor angeordnet ist, während der Aufnahme der Abbildung der Maske auf dem Röntgendetektor, aus dem Strahlengang, also dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der Strahlung der Röntgenquelle, herausbewegt wird, und wobei die Maske während der Messung des Werkstücks aus dem Strahlengang herausbewegt wird.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Maske mittels eines automatischen Filterwechslers in den Strahlengang hinein und wieder herausbewegt wird, wobei der Filterwechsler vorzugsweise ein oder mehrere Strahlfilter aufweist, die zumindest während der Messung des Werkstücks wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden können, wobei der Filterwechsler vorzugsweise die einzubringenden Strahlfilter oder die einzubringende Maske direkt vor dem Brennfleck der Röntgenquelle, insbesondere vor dem Austrittsfenster der Röntgenquelle, vorzugsweise in einem Abstand von weniger als 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm anordnet, insbesondere automatisch anordnet.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bestimmung und/oder Fokussierung des Brennflecks automatisch erfolgt, bevorzugt nach vorher festgelegter Zeit und/oder Betriebsdauer der Röntgenquelle.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Bewegung des Werkstücks, insbesondere Werkstück aufnehmenden Drehtischs zusammen mit dem Werkstück, in den Strahlengang hinein und aus dem Strahlengang heraus Messachsen, insbesondere die Messachsen des Koordinatenmessgerätes, verwendet werden, in dem die Computertomografiesensorik, bestehend aus Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch, vorzugsweise integriert ist.
• Bei den bekannten Verfahren zum Betrieb eines Computertomografen sind die Hauptkompenenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch jeweils nur einmal vorhanden. Bei Ausfall einer Komponente ist daher mit einem großen zeitlichen Verzug zu rechnen, wenn eine der Komponenten ausgetauscht werden muss, insbesondere weil die jeweils neue Komponente aufwändig für den Betrieb eingerichtet und eingemessen werden muss. Das Einmessen umfasst beispielsweise die Anordnung an der für die Messung vorgesehenen Position und umfasst auch die Winkellage bzw. Verkippung, wobei die Winkellage eingestellt oder bestimmt und später die Ergebnisse entsprechend korrigiert werden. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass insbesondere beim Dauereinsatz der Computertomografie-Vorrichtung durch den Wartungsverzug hohe Ausfallzeiten entstehen, die wirtschaftlichen Schaden nach sich ziehen können.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, dass eine Computertomografie-Vorrichtung derart eingerichtet wird, dass bei Ausfall einer der Komponenten, insbesondere besonders bevorzugt beim Ausfall der Röntgenquelle, aber auch beim Ausfall des Röntgendetektors, ggf. auch beim Ausfall des Drehtischs, die Computertomografie-Vorrichtung mit möglichst geringem Aufwand und Zeitverlust weiter betrieben werden kann.
• Zur Lösung sieht die Erfindung u. a. vor, dass zumindest eine redundante Röntgenquelle in der Vorrichtung vorgesehen ist, die mittels einer Bewegungsachse an die für die Messung vorgesehene Position bewegt werden kann, wenn die erste Röntgenquelle ausfällt. Dies ist mittels genau positionierbarer Messachse bzw. Messachsen, wie diese beispielsweise in einem Koordinatenmessgerät vorhanden sind, besonders genau möglich. Der Austausch kann manuell durch den Bediener oder automatisch erfolgen. Ein Austausch kann auch ohne Vorliegen eines Ausfalls vorgesehen sein, um beispielsweise eine der Komponenten zu schonen, zum Beispiel abkühlen zu lassen oder ähnliches, oder um eine nicht baugleiche Komponente, beispielsweise Röntgenröhre mit anderem Strahlspektrum bzw. Leistung oder Detektor anderer Größe oder Pixelanzahl, einzusetzen, um beispielsweise andere Messaufgaben wie Werkstücke unterschiedlicher Größe oder Durchstrahlbarkeit oder benötigter Messauflösung zu realisieren. Es ist alternativ aber auch vorgesehen den Röntgendetektor oder den Drehtisch auszutauschen oder mehrere der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch in beliebiger Kombination austauschbar vorzuhalten.
• Die Erfindung sieht zur Lösung u. a. ein Verfahren zur Untersuchung, insbesondere dimensionellen Messung, zumindest eines Werkstücks mit einer Computertomografie-Vorrichtung, aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei bei Bedarf, insbesondere Ausfall der jeweils ersten Komponente, jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen manuell, besonders bevorzugt automatisch, an die Position der jeweils ersten Komponente verschoben wird, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen.
• Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass jeweils einander zugeordnete erste und zweite Komponente für den Betrieb in der Computertomografie-Vorrichtung betriebsbereit eingemessen bzw. eingerichtet sind und beim Ausfall der jeweils ersten Komponente jeweils zugeordnete zweite Komponente mittels der jeweiligen Bewegungsachse an die Position der jeweils ersten Komponente bewegt wird und die jeweils zweite Komponente für die Untersuchung bzw. Messung verwendet wird.
• Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass jeweils einander zugeordnete erste und zweite Komponente für den Betrieb in der Computertomografie-Vorrichtung betriebsbereit eingemessen bzw. eingerichtet sind und durch den Bediener wahlweise oder durch eine Automatik, vorzugsweise abwechselnd, für den Betrieb eingesetzt werden, indem die jeweils einzusetzende Komponente an die jeweilige ursprüngliche Position der jeweils ersten Komponente mittels der jeweiligen Bewegungsachse bewegt wird.
• Zur Lösung sieht die Erfindung auch eine Computertomografie-Vorrichtung aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, vor, die sich dadurch auszeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen, vorzugsweise bei Ausfall der jeweils ersten Komponente manuell, besonders bevorzugt automatisch, jeweils zweite Komponente an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist.
• Die zuvor in Kombination beschriebenen Merkmale können auch in anderen Kombinationen oder für sich eine erfindungsgemäße Lehre bilden. Insoweit ist die Offenbarung nicht einschränkend auszulegen.
• 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 in einer ersten Ausgestaltung und Teile der erfindungsgemäßen Verfahren,
• 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung und Teile der erfindungsgemäßen Verfahren,
• 3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausgestaltung und Teile der erfindungsgemäßen Verfahren,
• 4 eine erste Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Computertomografie mit optischen Bauelementen zwischen Szintillator und optischem Detektor,
• 5 eine zweite Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Computertomografie mit optischen Bauelementen zwischen Szintillator und optischem Detektor,
• 6 Schnittbild eines mit Röntgen-Computertomografie erzeugten Voxelvolumens eines Werkstücks aus zwei Materialien (eingezeichnet sind die vorhandenen Grenzflächen zwischen den Materialien und den einzelnen Materialien und dem umgebenden Medium, sowie die Zuordnung der Schwellwerte S_{_AB}, S_{_AC}, S_{_BC} zu den Grenzflächen),
• 7 Darstellung der im Schnittbild der 6 eingezeichneten gefundenen Oberflächenbeschreibungen (A: Gefundene Oberflächenbeschreibungen mit dem Schwellwert S_{_AB}; B: Gefundene Oberflächenbeschreibungen mit dem Schwellwert S_{_AC} und C: Gefundene Oberflächenbeschreibungen mit dem Schwellwert S_{_BC}),
• 8 Darstellung der Zusammenfügung der ausgewählten oder zusammengefassten Oberflächenbeschreibungen aus 7 zu einer geometrischen Gesamtbeschreibung des Werkstücks,
• 9 eine Prinzipdarstellung einer Röntgenröhre mit Transmissionstarget nach dem Stand der Technik,
• 10 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre mit Transmissionstarget,
• 11 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre mit Transmissionstarget in einer zweiten Ausgestaltung mit separatem Austrittsfenster und außenliegendem Target,
• 12 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre mit Transmissionstarget in einer dritten Ausgestaltung mit separatem Austrittsfenster und außenliegendem Target sowie Vorvakuum,
• 13 eine Prinzipdarstellung zu komprimierender Volumendaten und
• 14 eine Prinzipdarstellung der komprimierten Volumendaten.
• 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung, umfassend eine Computertomografie-Sensorik, welche ihrerseits eine Röntgenquelle 101, einen Röntgendetektor 102 und eine mechanischen Drehachse (Drehtisch) 103 umfasst, und ein Zwischenstück 106, welches beispielhaft einen Driftkörper 108 in Form einer Driftkugel aufnimmt, einen Werkstückhalter 111 und ein Werkstück 109. Ein Drehtisch 103 besteht zumindest aus dem nicht drehbaren Teil 105 und einem zu diesem um die Drehachse 103b entlang des Pfeiles 103a drehbaren Drehteller 104, wobei der Drehteller 104 eine Wechselschnittstelle 110 aufweist. Ein Gegenstück zur dieser Wechselschnittstelle 110 ist an einem Zwischenstück 106 angebracht, sodass das Zwischenstück 106 und nach diesem Beispiel zusammen mit dem Werkstückhalter 111 und dem Werkstück 109 an der Wechselschnittstelle 110 und damit am Drehteller 104 koppelbar ist. Nach dieser ersten Ausgestaltung befinden sich Werkstück 109 und Driftkugel 108 gleichzeitig im vom Röntgendetektor 102 erfassten Bereich der von der Röntgenquelle 101 abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) 101a und es erfolgt die Abbildung des Werkstücks 109a und der Driftkugel 108b. Aus der Verschiebung 108c der Abbildung der Driftkugel 108b zur Position der der Driftkugel zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise aufgenommen direkt nach dem Einmessen der Computertomografie-Sensorik, ergibt sich die vorzunehmende Driftkorrektur. Der frühere Zeitpunkt kann aber auch eine früher eingenommene Drehstellung aus den mehreren einzunehmenden Drehstellungen zur Tomografie des Werkstücks 109 sein. Hierdurch wird die Drift während der Tomografie korrigiert. Dies ist beispielsweise bei Langzeitmessungen notwendig, also wenn beispielsweise sehr viele Drehstellungen eingenommen werden müssen oder lange Belichtungszeiten vorliegen.
• In den 2a und 2b wird die erfindungsgemäße Vorrichtung der 1 in einer zweiten leicht veränderten Ausgestaltung dargestellt. Das Werkstück 109 ist, um einen größeren Abbildungsmaßstab zu erzielen, näher an der Röntgenquelle 101 angeordnet. Werkstück 109 und Driftkugel bzw. Kalibrierkörper 108 können nun nicht mehr gleichzeitig auf einem Röntgendetektor 102 abgebildet werden. Gleiches ergäbe sich beispielsweise auch, wenn bei unverändertem Abbildungsmaßstab ein größeres Werkstück gemessen werden soll. Um abwechselnd das Werkstück 109 computertomografisch zu messen, wie in der 2a dargestellt, und zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Driftkugel oder einen Kalibrierkörper auf dem Röntgendetektor 102 in einer oder mehreren Drehstellungen der Drehachse 103 abzubilden und gegebenenfalls einen Kalibrierkörper 108, insbesondere Prüfkugel, computertomografisch zu messen, wie in der 2b dargestellt, ist die Drehachse 103, und damit ebenso das Zwischenstück 106, der Werkstückhalter 111 und das Werkstück 109, in Richtung der Drehachse (103b), also in Richtung des Pfeiles 112 verstellbar.
• In den 3a und 3b wird die erfindungsgemäße Vorrichtung der 2 in einer weiteren leicht veränderten Ausgestaltung dargestellt. Vorgesehen ist dabei, dass entweder ein entsprechend gestalteter Werkstückhalter 111 an der Wechselschnittstelle 110 angeordnet ist, wie dies die 3a zeigt, oder ein Zwischenstück 106, wie dies die 3b zeigt. Diese Ausgestaltung wird bevorzugt eingesetzt, wenn zwischen einem Kalibrierkörper 108, insbesondere Prüfkugel oder Einmesskugel, und einem Werkstück 109 hin und her gewechselt werden soll. Nicht dargestellt sind ein Magazin und eine automatische Wechselvorrichtung, die beispielsweise für einen automatischen Wechsel zwischen Werkstückhalter 111 und Zwischenstück 106 eingesetzt werden können.
• 4 zeigt eine erste Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Computertomografie mit optischen Bauelementen 311 und 309 zwischen Szintillator 304 und optischem Detektor 310. Das Messobjekt 303 ist dabei zwischen der die Röntgenstrahlung 302 abgebenden Röntgenquelle 301 und dem Szintillator 304 und auf dem um die Drehachse 306 drehbaren Teil einer mechanischen Drehachse 305 angeordnet. Bei der Durchstrahlung mit der Messstrahlung 302 entsteht im Szintillator 304 die optische Strahlung 307, die an der vom Messobjekt abgewandten Seite des Szintillator 304 vollflächig und über einen großen Winkelbereich verteilt (Lambert-Strahler) austritt, beispielhaft durch die Teilstrahlen 307a, 307b und 307c angedeutet. Als preisgünstiges optisches Bauelement, das einen möglichst großen Teil der optischen Strahlung 307 erfasst, ist erfindungsgemäß eine Fresnel-Linse 311 vorgesehen, die bekanntermaßen optische Abbildungsfehler erzeugt. Die Fresnel-Linse 311 bildet die optische Strahlung 307 in Richtung des optischen Detektor wie CCD- oder CMOS-Kamera 310 ab, wobei eine zumindest teilweise Fokussierung erfolgt. Zusätzlich kann eine weiteres optisches Bauelement, beispielsweise eine Linse oder Zoomoptik 309 vorgesehen sein. Diese führt eine weitere Fokussierung auf den optischen Detektor 310 durch und kann vorzugsweise auch derart ausgebildet sein, dass die Abbildungsfehler der Fresnel-Linse 311 zumindest teilweise korrigiert, also kompensiert werden. Erfindungsgemäß ist zudem vorgesehen, die Abbildungsfehler an den mit dem optischen Detektor 310 aufgenommenen Bildern vorzunehmen. Entsprechende Verfahren sind aus der Bildverarbeitung bzw. Mikroskopie bekannt und umfassen das Einmessen an einem bekannten, z. B. kalibrierten, Messobjekt. Beim Einmessen werden die im Bild ortsabhängigen auftretenden Abweichungen zum bekannten Soll-Bild des bekannten Messobjekts bestimmt und dann bei der eigentlichen Messung zur ortsabhängigen Korrektur der aufgenommenen Bilder des eigentlichen Werkstücks verwendet.
• Die zur 4 alternative Vorrichtung der 5 umfasst alternativ zur Fresnel-Linse 311 einen Spiegel, beispielsweise Abschnitt eines Parabolspiegels 308, zur Erfassung und Umlenkung der optischen Strahlung 307 auf den optischen Detektor 310. Funktion und Bezugszeichen entsprechen ansonsten denen der 4.
• Die optischen Bauelemente 308, 3011, 309 und der optische Sensor 310 können auch einzeln zueinander oder gemeinsam bewegbar ausgelegt sein, ohne dass dies dargestellt ist. In diesem Fall sind die optischen Bauelemente entsprechend baulich kleiner ausgelegt, da jeweils nur ein Teil der optischen Strahlung 307 erfasst und auf den optischen Detektor 310 gelenkt werden muss und Bilder in mehreren sich unterscheidenden Relativpositionen zum Szintillator 304 aufgenommen und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Insofern wird auf die in der DE102013108367A1 beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren verwiesen.
• Anhand der 6 wird beispielhaft das Vorliegen von drei unterschiedlichen Materialien A, B und C, wobei beispielsweise Material C die umgebende Luft ist, dargestellt. Für die im Voxelvolumen den Materialien zugeordneten Grauwerte bzw. mittleren Grauwerte wird für das Material A der Grauwert 200, für das Material B der Grauwert 100 und für das Material C, die umgebende Luft, der Grauwert 10 beispielhaft festgelegt. In den Übergangsbereichen zwischen den Materialien, also im Bereich der in der Abbildung mit dünnen Linien dargestellten Materialgrenzen ergeben sich durch die nicht ideale röntgentomografische Abbildung und der damit verbundenen „Verwaschung” der Kantenübergänge auch andere Grauwerte, insbesondere Grauwertübergänge zwischen den einzelnen Materialien, welche zwischen den Grauwerten der die Grenze bildenden Materialen liegen.
• In 7a sind die zwischen den Materialgrenzen ermittelten Oberflächenbeschreibungen dargestellt, die sich bei Verwendung eines ersten Schwellwertes S_{_AB} ergeben, wobei der erste Schwellwert bestimmt wurde als der Schwellwert, der dem Materialübergang zwischen dem Material A und dem Material B zugeordnet ist, wobei dieser Schwellwert S_{_AB} beispielhaft 155 ist. Zwischen den Materialien A und B ergibt sich dementsprechend die Materialgrenze bzw. die der Materialgrenze zuzuordnende Punktewolke 401. Grauwerte, die ebenfalls dem Schwellwert von 155 entsprechen, treten jedoch auch am Materialübergang zwischen den Materialien A und C auf, so dass auch die versetzt zur gesuchten Materialgrenze zwischen den Materialien A und C vorliegenden Punkte 402 zunächst ermittelt werden.
• In der 7b wird das bezüglich 7a beschriebene Verfahren wiederholt, nun jedoch mit dem zweiten Schwellwert, der dem Übergang zwischen dem Material A und C entspricht, wobei der zweite Schwellwert S_{_AC} beispielhaft 105 beträgt. Hierdurch ergeben sich die Punkte 403, und zusätzlich die Punktewolke 404, die zu dem gesuchten Materialübergang zwischen den Materialien A und B verschoben vorliegt.
• In der 7c wird das Verfahren beispielhaft wiederholt für den Schwellwert S_{_BC} = 55, der zwischen den Materialien B und C vorliegt. Hierbei ergeben sich die Punktewolke 405 am Materialübergang zwischen den Materialien B und C und eine weitere zum gesuchten Materialübergang verschobene Punktewolke zwischen den Materialien A und C, mit dem Bezugszeichen 406.
• Die zuvor als verschoben bezeichneten Punktewolken 402, 404 und 406 müssen erfindungsgemäß von der weiteren Auswertung ausgeschlossen werden, da es sich hierbei um Punktewolken handelt, die zu den Materialübergängen verschoben vorliegen und diesen nicht zuzuordnen sind. In der 8 sind die verbleibenden Oberflächenbeschreibungen aus 7a, 7b und 7c zu einer geometrischen Gesamtbeschreibung des Werkstücks zusammengefügt dargestellt.
• 9 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Röntgenröhre 500 nach dem Stand der Technik. In einer Vakuumkammer 501 befindet sich im Vakuum 502 eine Elektronen erzeugende Kathode 503 und die Anode 504, wodurch ein Elektronenstrahl 509 erzeugt wird, der in Richtung des Targets 506 gerichtet ist. Das Target 506 schließt das Vakuum 502 der Röntgenröhre 500 nach außen hin ab und weist das Substrat 507, z. B. aus Diamant, und die Röntgenstrahlen erzeugende Schicht 508, z. B. aus Wolfram, auf. Zum Abschluss der Röntgenröhre 500 können aber auch separate Austrittsfenster 510 vorgesehen sein, wobei sich das Substrat dann im Inneren der Röntgenröhre 500 befindet. Mittels der Ablenkvorrichtung bzw. Ablenkmittel 505 wird der Elektronenstrahl 509 gebündelt und abgelenkt und dadurch auf eine bestimmte Stelle der Schicht 508 fokussiert, die den Brennfleck bildet. Die Ablenkmittel 505 erzeugen dazu ein elektrisches Feld und bestehen beispielsweise aus Kondensatoren, im einfachsten Fall aus Plattenkondensatoren. Mehrere Kondensatoren bzw. Kondensatorpaaren sind denkbar. Andere Mittel zur Erzeugung elektrischer Felder wie Spulen werden ebenso eingesetzt. Durch die Fokussierung mittels der Ablenkmittel 505 wird der Bereich auf der Schicht 508 definiert, der vom Elektronenstrahl 509 getroffen wird und den Brennfleck bildet. Das Target 506 erwärmt sich durch die Bestrahlung mit Elektronen und weist deshalb ein gut Wärme leitendes Substrat 507 auf, das zumeist gekühlt wird. Entsprechende Kühleinrichtungen sind aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt. Durch die Bestrahlung der Schicht 508 mit dem Elektronstrahl 509 gibt der dabei bestrahlte Bereich (Brennfleck) die Röntgenstrahlung 514 ab. Bei dem gezeigten Aufbau handelt es sich um ein sogenanntes Transmissionstarget 506, da die auf der dem Einfall des Elektronenstrahls 509 gegenüberliegenden Seite des Targets 506 abgegebene Röntgenstrahlung 514 verwendet wird.
• Die Erfindung ist jedoch nicht auf Transmissionstargets beschränkt. Gleichfalls ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch für sogenannte Reflexionstargets vorgesehen. Bei diesen trifft der Elektronenstrahl 509 unter einem vordefinierten Winkel von etwa 30 bis 60 Grad auf die Schicht 508 und die Röntgenstrahlung 514 wird auf derselben Seite der Schicht 508, ebenfalls unter einem vordefinierten Winkel abgegeben.
• 10 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre 500, wobei das Target 506 keine durchgehende Schicht 508 mehr aufweist, sondern lediglich einen oder mehrere strukturierte Bereiche, von denen beispielhaft die Bereiche 508-1, 508-2 und 508-3 dargestellt sind, die wahlweise durch den jeweils ausgerichteten Elektronenstrahl 509-1, 509-2 bzw. 509-3 getroffen werden. Die Bereiche weisen bevorzugt eine kreisförmige Begrenzung auf und durch die Wahl des Durchmessers des jeweiligen Bereiches lässt sich die Größe des Brennflecks exakt einstellen, auch auf sehr kleine Werte unterhalb von 5 μm, 1 μm oder sogar 0,5 μm, ohne dass der Elektronenstrahl 509 exakt fokussiert sein muss. Die Bereiche 508 können beispielsweise auf einem Kreis angeordnet sein. Andere Formen wie beispielsweise Rechtecke oder Raster sind ebenso denkbar. Neben den Bereich 508-1 fallende Elektronenstahlanteile tragen dadurch nicht zur Erzeugung von Röntgenstrahlung 514 bei. Bei der hier gezeigten Variante erfolgt die Ausrichtung des Elektronenstrahls 509 auf den Bereich 508-1, dargestellt als der Elektronenstrahl 509-1, also die Justierung des Elektronenstrahls 509 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 509 zum Target 506, und ggf. auch in Richtung des Elektronenstrahls 509, mittels der Ablenkmittel 505. Die Verstellung des Elektronenstrahls 509 senkrecht zur Richtung der Elektronenstrahlrichtung durch die Ablenkmittel 505 ist nur in begrenztem Maße möglich, so dass die Bereiche 508-1, 508-2 und 508-3 usw. nahe beieinander liegen müssen oder bevorzugt nur ein Bereich 508-1 vorliegt bzw. verwendet wird.
• 11 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre 500 mit separatem Austrittsfenster 510 und einem außerhalb der Vakuumkammer 501 liegendem strukturiert beschichtetem Target 506 mit dem Bereich 508-1 oder mehreren Bereichen, von denen die Bereiche 508-1, 508-2 und 508-3 beispielhaft dargestellt sind. Bei der hier gezeigten Variante erfolgt die Ausrichtung des Elektronenstrahls 509 auf den Bereich 508-1, dargestellt als der Elektronenstrahl 509-1, also die Justierung des Elektronenstrahls 509 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 509 zum Target 506, und ggf. auch in Richtung des Elektronenstrahls 509, vorteilhaft mittels außerhalb der Vakuumkammer 501 angeordneten Ablenkmitteln 511 durch Verschiebung bzw. Justierung des Targets 506 in den beiden Richtungen senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls 509 und ggf. mittels außerhalb der Vakuumkammer 501 angeordnetem Ablenkmittel 512 durch Verschiebung bzw. Justierung des Targets 506 in Richtungen des Elektronenstrahls 509. Die Verstellung des Elektronenstrahls 509 senkrecht zur Richtung der Elektronenstrahlrichtung durch die Ablenkmittel 511 ist in deutlich größerem, nahezu beliebigen Maße möglich, so dass die mehreren Bereiche 508-1, 508-2, 508-3 usw. auch weit voneinander entfernt liegen können oder bevorzugt nicht nur ein Bereich 508-1 vorliegt bzw. verwendet wird, sondern mehrere Bereiche 508-1, 508-2, 508-3 usw. wahlweise verwendet werden, um unterschiedlich große Brennflecken für verschiedene Messaufgaben zu erzeugen. Die Bereiche 508-1, 508-2, 508-3 usw. können aber auch gleich groß sein, und nacheinander oder abwechseln verwendet werden, um den Verschleiß des Targets zu minimieren bzw. die Lebensdauer zu erhöhen. Beliebige Mischungen gleich großer und unterschiedlich großer Bereiche 508 sind ebenso vorgesehen. Das Austrittsfenster 510 ist entsprechend ausgebildet, um einen möglichst großen Anteil des Elektronenstrahls 509 durchzulassen. Hierzu wird es beispielsweise aus einem anderen Material als das Substrat 507 oder als dünneres Substrat ausgeführt. Die mechanische Stabilität des Austrittsfensters 510 muss jedoch groß genug sein, um das Vakuum 502 abzuschließen.
• 12 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Röntgenröhre 500 mit separatem Austrittsfenster 510 und einem außerhalb der modifizierten Vakuumkammer 501a liegendem strukturiert beschichtetem Target 506, wobei das Target 506 von einer Membran 513 ausgeht. Zwischen dem Target 506 und dem modifiziertem Austrittsfenster 510a ist ein Vorvakuum 502a vorgesehen. Das Target 506 schließt das Vorvakuum 502a nach außen hin ab und das Austrittsfenster 510a schließt das Vorvakuum 502a nach innen zum Vakuum 502 ab. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Austrittsfenster 510a mechanisch weniger stabil, also dünner als das Austrittsfenster 510 entsprechend der in 11 dargestellten Variante, ausgeführt werden kann, wodurch der Anteil der durch das Austrittsfenster 510a tretenden Strahlung des Elektronenstrahls 509 erhöht wird. Durch die flexible Membran 513 kann das Target 506 wie zuvor beschrieben durch die Ablenkmittel 511 bzw. 511 und 512 verschoben werden.
• 13 zeigt eine Prinzipdarstellung von zu komprimierenden Volumendaten 600, zur Vereinfachung in einer 2D-Darstellung. Die 2D-Darstellung kann beispielsweise als ein Schnitt durch das gesamte Volumen 600 (Voxelvolumen bzw. Voxeldaten) interpretiert werden. Die nachfolgenden Erläuterungen sind sinngemäß auf dreidimensionale Daten (Volumendaten) anwendbar. Das Voxelvolumen 600 besteht aus einzelnen Voxeln (Volumenelementen), die in der Figur durch ein entsprechendes Raster dargestellt sind, und denen jeweils ein Grauwert zugeordnet ist. Beispielhaft zeigt die Figur Voxel mit einem ersten Grauwert bzw. Grauwertbereich, die die Umgebung des Werkstücks (meist Luft), und damit die außenliegenden Volumendaten bzw. Voxel 601 darstellen. Diese sind ohne Schraffur dargestellt und tragen das Bezugszeichen 601. Die innenliegenden Volumendaten bzw. Voxel 604 stellen das Werkstückinnere dar und weisen einen zweiten Grauwert bzw. Grauwertbereich auf und sind dick schraffiert dargestellt. Die Volumendaten bzw. Voxel nahe der Oberfläche 603 des Körpers wie Werkstücks weisen einen dritten Grauwert, hier insbesondere Grauwertbereich aufgrund des Materialübergangs auf, und sind dünn schraffiert dargestellt.
• In der 14 sind die Volumendaten 600 aus der vorigen Figur in komprimierter Form dargestellt. Das größere Raster in den innenliegenden Bereichen 604 und außenliegenden Bereichen 601 soll verdeutlichen, dass hier eine höhere Komprimierungsstufe angewendet wurde, indem benachbarte Voxel etwa gleicher Grauwerte zusammenfasst gespeichert werden, wobei die dabei zulässigen Grauwertdifferenzen im Vergleich zu den Bereichen 602 nahe der Oberfläche 603 des Werkstücks deutlich größer sind, wobei die Qualität, hier insbesondere die Auflösung abnimmt.
• Im realen Fall liegen in den einzelnen Bereichen 601, 602 und 604 nicht genau konstante Grauwerte vor. Im Werkstückinneren 604 und in der Umgebung sind die Grauwertdifferenzen aber zumeist deutlich kleiner als im Bereich 602 nahe der Oberfläche. Eine besonders hohe Komprimierung in den Bereichen 601 und 604 ergibt sich durch die Bildung breiter Klassen, also großen zulässigen Grauwertdifferenzen bei der Zuordnung zu den Klassen. Im Bereich 602 erfolgt keine Komprimierung, es werden also die Rohdaten gespeichert, oder es werden sehr schmale Klassen gebildet, beides, um die Qualität, insbesondere die Auflösung im Grauwertbereich und damit die Strukturauflösung zu erhalten.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014113977 [0018]
• EP 2015/051925 [0019]
• DE 102013107368 [0043]
• DE 102013108367 A1 [0052, 0052, 0052, 0189]
• US 7400704 [0052]
• US 6353657 [0052]
• US 6483893 [0052]
• US 7286640 [0052]
• EP 2399237 [0060]
• US 4710876 [0065]
• EP 1861822 [0066]
• WO 2012152738 A1 [0067]
• DE 102005007530 B4 [0135]
• EP 18618221 B [0140]
• DE 102013109632 [0140]
• EP 1861822 A1 [0147]
• DE 102006032607 A1 [0153]

Claims (16)

1. Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (109), zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend eine Röntgenquelle (101), einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor (102) und eine mechanische Drehachse (Drehtisch) (103) mit einem um eine Drehachse (103b) drehbaren Teil (Drehteller) (104), und zumindest einen Werkstückhalter (111), der vom Drehteller (104) direkt oder indirekt ausgeht und Mittel zur Befestigung des Werkstücks (109) umfasst, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks (109) in mehreren Drehstellungen um die Drehachse (103b) aufzunehmen und die das Werkstück (109) erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks (109) zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (104) eine Wechselschnittstelle (110) aufweist, an der manuell oder automatisch auswechselbar wahlweise der Werkstückhalter (111) oder ein Zwischenstück (106), das einen oder mehrere Kalibierkörper (108) und/oder einen oder mehrere Driftkörper (108) enthält, koppelbar ist.
2. Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografiemessung insbesondere unter Verwendung der Anordnung nach zumindest Anspruch 1, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene und/oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen (Drift) zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, indem die Position eines Driftkörpers in einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern erfasst wird, wobei die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder oder Abschnitte dieser Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Driftkörper erfasst wird, der in einem Zwischenstück enthalten ist, wobei vor der computertomografischen Messung das Zwischenstück eingewechselt, der Driftkörper in einer oder in mehreren ausgewählten Drehstellungen erfasst und das Zwischenstück wieder ausgewechselt wird, und/oder entweder – vor der computertomografischen Messung ein mit dem Werkstückhalter verbundenes Zwischenstück eingewechselt wird, das während der computertomografischen Messung eingewechselt bleibt, oder – während der computertomografischen Messung in ausgewählten Drehstellungen ein vor der Messung eingewechselter Werkstückhalter ausgewechselt und das Zwischenstück vorübergehend eingewechselt und anschließend der Werkstückalter wieder eingewechselt wird.
3. Verfahren zur Überprüfung der Spezifikation, insbesondere Antastabweichung an einer Prüfkugel, einer Computertomografie-Sensorik vorzugsweise mit der Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Kalibierkörper eine kalibrierte Prüfkugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) der Prüfkugel aufgenommen werden, wobei die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung der Prüfkugel, insbesondere des Durchmessers und der Form der Prüfkugel, extrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.
4. Verfahren zum Einmessen, insbesondere der Geometrie also der Position der Komponenten der Computertomografie-Sensorik zueinander und/oder des Abbildungsmaßstabs, einer Computertomografie-Sensorik vorzugsweise mit der Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Kalibierkörper eine Einmesskugel, insbesondere nicht kalibrierte Einmesskugel verwendet wird, die zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und von der Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen und/oder mehreren translatorischen Relativpositionen zu der Einheit aus Röntgenquelle und Röntgendetektor aufgenommen werden, wobei in den Durchstrahlungsbildern jeweils die Position und/oder der Durchmesser der Einmesskugel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmesskugel in einem Zwischenstück angeordnet wird, das über eine Wechselschnittstelle eingewechselt wird, wobei vorzugsweise das Zwischenstück mit dem Werkstückhalter verbunden ist und zur computertomografischen Messung des Werkstücks die Prüfkugel durch Positionierung des Drehtisches in einer Richtung entlang der Drehachse aus dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der von der Röntgenquelle abgegebenen Strahlung (Messstrahlung) herausbewegt wird.
5. Verfahren zur Korrektur von Temperatureinflüssen auf dimensionelle Messungen an einem Messobjekt mit einem Computertomographen, vorzugsweise Röntgencomputertomographen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integrierten Computertomographen, zumindest bestehend aus zumindest einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenröhre, einer mechanischen Drehachse zur Drehung eines Messobjektes, und einem Detektor, vorzugsweise Röntgendetektor, wobei das Messobjekt in mehreren Drehstellungen von der Strahlung der Strahlungsquelle durchstrahlt wird und jeweils zugehörige 2D-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, aus denen mittels Rekonstruktion dreidimensionale Volumeninformationen im Voxelformat (so genannte Voxelvolumen) berechnet werden, wobei in diesem Voxelvolumen Daten (Voxeldaten, beispielsweise in Form von Grauwerten) zur lokalen Strahlabsorption enthalten sind, und wobei aus den Voxeldaten, vorzugsweise im Bereich von Materialübergängen, Oberflächenpunkte generiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe (Voxelgröße bzw. Voxelkantenlänge), vorzugsweise Größe und Position (Voxelposition), der Voxel des Voxelvolumens abhängig von der jeweils vorliegenden Temperatur und dem dem jeweiligen Voxel zugeordneten Längenausdehnungskoeffizienten korrigiert wird, um ein korrigiertes Voxelvolumen zu erzeugen, wobei diese Korrektur der Voxelgrößen und vorzugsweise der Voxelpositionen alternativ durch Anpassung der Voxeldaten des Voxels und der benachbarten Voxel umgesetzt wird.
6. Vorrichtung zur Aufnahme von mehreren Durchstrahlungsbildern eines Messobjektes (303) zur Durchführung einer Computertomografie, wobei Durchstrahlungsbilder in einer Vielzahl von Drehstellungen, einstellbar durch eine Drehvorrichtung wie mechanische Drehachse (305), in denen das Messobjekt (303) und eine Computertomografiesensorik (301, 304, 308, 309, 310, 311) relativ zueinander gedreht angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt (303) gedreht ist, aufnehmbar sind, wobei die Computertomografiesensorik zumindest besteht aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre (301), zumindest einem flächig ausgeführten Szintillator (304) und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor (310), wobei die Durchstrahlungsbilder von zumindest einem optischen Detektor (310) aufnehmbar sind und zu einem Voxelvolumen rekonstruierbar sind, aus dem vorzugsweise Oberflächenpunkte an Materialübergängen bestimmbar sind, wobei die vom Szintillator (304) abgegebene optische Strahlung (307) zumindest teilweise von dem zumindest einen optischen Detektor (310) erfassbar ist, und wobei die Computertomografiesensorik bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, wobei vorzugsweise Mittel zur Einstellung der Größe und/oder Lage des vom optischen Detektor (310) erfassbaren, die optische Strahlung (307) abgebenden ersten Bereichs und/oder weiterer Bereiche des Szintillators (304) vorhanden sind, vorzugsweise Mittel, mit denen der optische Detektor (310) und der Szintillator (304) relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Szintillator (304) und dem optischen Detektor (310) ein oder mehrere optische Bauelemente (308, 309, 311) angeordnet sind, die die vom Szintillator (304) abgegebene optische Strahlung (307) auf den optischen Detektor (310) lenken, wobei zumindest eines der optischen Bauelemente (308, 309, 311) dahingehend optimiert ist, eine möglichst hohe Lichtausbeute in Bezug auf die vom Szintillator (304) abgegebene optische Strahlung (307) zu erzielen, wobei dieses bzw. diese optischen Bauelemente (308, 309, 311) insbesondere Abbildungsfehler aufweisen bzw. aufweisen dürfen.
7. Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer Vorrichtung nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgrund der Eigenschaften der eingesetzten optischen Bauelemente auftretenden Abbildungsfehler zumindest teilweise korrigiert werden, indem bevorzugt zumindest eine Verzeichnungskorrektur und/oder Verzerrungskorrektur und/oder Hell-Dunkel-Korrektur durchgeführt wird.
8. Computertomografie-Verfahren zur dimensionellen Messungen an einem Messobjekt mit einer Computertomografie-Sensorik, aufweisend zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenquelle und einen Strahlendetektor, wobei das Messobjekt drehbar auf einer mechanischen Drehachse zwischen Röntgenquelle und Strahlendetektor angeordnet ist und wobei Durchstrahlungsbilder in verschiedenen Drehstellungen des Werkstücks aufgenommen und kombiniert insbesondere rekonstruiert werden, wobei – Röntgenquelle und/oder Strahlendetektor relativ zum Messobjekt, und vorzugsweise zur mechanischen Drehachse, wobei das Messobjekt fest auf der mechanischen Drehachse angeordnet ist, positionierbar sind, und wobei die Drehung des Werkstücks mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Detektor, um eine von der physikalischen Drehachse verschiedenen Drehachse erfolgt, und/oder – lediglich ein senkrecht zur Drehachse begrenzter Ausschnitt des Messobjekts in allen Drehstellungen vom Detektor erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlendetektor verwendet wird ein Zeilendetektor oder eine Zeile eines flächig ausgeprägten Detektors oder mehrere benachbarte Zeilen eines flächig ausgeprägten Detektors, jedoch in einer in Bezug auf alle Zeilen eingeschränkten Anzahl, bevorzugt maximal ein Viertel, besonders bevorzugt maximal ein Hundertstel aller Zeilen oder vorzugsweise maximal 10 Zeilen, wobei vorzugsweise eine Helixtomografie durchgeführt wird oder wobei der Detektor bzw. der verwendete Detektorbereich stückweise in Richtung der Drehachse versetzt werden, um zweidimensionale Durchstrahlungsbilder aufzunehmen.
9. Verfahren zum Messen von Werkstücken bestehend aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit Röntgen-Computertomografie, wobei Volumenelemente (Voxel) aufweisendes Voxelvolumen erzeugt wird, indem die lokale Röntgenabsorption (lokale Schwächungskoeffizienten), vorzugsweise in Form von Grauwerten, den Voxeln zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialgrenzen zwischen den Materialien und/oder zwischen den Materialien und dem umgebenden Medium, wie Luft, bestimmt werden und hieraus die geometrische Beschreibung der Oberflächen, insbesondere Punktewolke der aus den jeweiligen Materialien bestehenden Komponenten des Werkstücks vollständig oder teilweise bestimmt werden.
10. Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (Röntgenröhre), zumindest bestehend aus einer Elektronenstrahlenquelle, einer Ablenkvorrichtung zur Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls auf ein Target, und einem Target, wobei das Target aus einer Substratschicht, beispielsweise Diamantschicht, und einer darauf aufgebrachten, bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugenden Schicht wie Wolframschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlung erzeugende Schicht strukturiert ist, wobei die Strukturierung einen begrenzten Bereich oder mehrere voneinander getrennte begrenzte Bereiche (Brennflecke) aufweist, besonders bevorzugt kreisförmig begrenzten Bereich oder Bereiche aufweist, dessen bzw. deren Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm beträgt, wobei die gegebenenfalls vorliegenden mehreren Bereiche unterschiedliche Durchmesser bzw. Flächeninhalte aufweisen oder aufweisen können, und wobei der Elektronenstrahl und das Target senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls zueinander justierbar sind, um den Elektronenstrahl auf den Bereich oder zumindest einen der Bereiche zu richten.
11. Verfahren unter Verwendung zumindest der in dem vorhergehenden Anspruch 10 genannten Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Röntgenstrahlung erzeugenden Bereichs (Brennfleck), insbesondere besonders kleinen oder variablen Brennflecks, besonders bevorzugt kreisrunden Brennflecks mit Durchmesser < 5 μm, bevorzugt < 1 μm, besonders bevorzugt < 0,5 μm, Elektronenstrahl und Target zumindest senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls, bevorzugt zusätzlich auch in Richtung des Elektronenstrahls, zueinander verschoben werden, so dass der Elektronenstrahl auf den strukturierten Bereich oder wahlweise einen der strukturierten Bereiche oder mehrere der strukturierten Bereiche auftrifft, bevorzugt indem das Target verschoben wird, wobei besonders bevorzugt das Target außerhalb einer durch ein Austrittsfenster verschlossenen Vakuumkammer verschiebbar angeordnet wird.
12. Verfahren zur Komprimierung von Volumendaten eines Körpers, insbesondere Volumendaten wie Voxeldaten (Voxelvolumen), die vorzugsweise bei einer Computertomografie ermittelt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumendaten in einem ersten Schritt segmentiert werden in – innenliegende Volumendaten, – außenliegende Volumendaten, – Volumendaten nahe der Oberfläche des Körper – und vorzugsweise Volumendaten nahe innerliegender Merkmale wie Lunker, Einschlüsse, Blasen, Fasern oder ähnlichem und in einem zweiten Schritt die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten und die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale, separat komprimiert werden, wobei die innenliegenden und/oder außenliegenden Volumendaten stärker, insbesondere stärker verlustbehaftet, komprimiert werden als die Volumendaten nahe der Oberfläche, und vorzugsweise auch als die Volumendaten nahe innerliegender Merkmale.
13. Verfahren zur Bestimmung von Materialübergängen, insbesondere Konturpunkten an Materialübergängen in Volumendaten, die mit Hilfe von Computertomografie ermittelt wurden, wobei die Volumendaten Voxelinformationen (Voxeldaten) in einem dreidimensionalen Voxelvolumen aufweisen, wobei die einzelnen Voxel die lokalen Materialeigenschaften, insbesondere Röntgenabsorption, beinhalten, vorzugsweise in Form von Grauwerten, dadurch gekennzeichnet, dass das Voxelvolumen schichtweise in einer oder mehreren vorgegebenen Richtungen untersucht wird, wobei in jeder Schicht Materialübergänge detektiert werden und an den Materialübergängen Konturpunkte festgelegt werden, wobei innerhalb der Schicht oder schichtübergreifend benachbarte Konturpunkte einander zugeordnet werden.
14. Verfahren zur Bestimmung der Größe des Brennflecks einer Röntgenquelle, und/oder zur Einstellung der Größe des Brennflecks, durch die Fokussierung des bei Auftreffen auf ein Target den Röntgenstrahlung abgebenden Brennfleck bildenden Elektronenstrahls der Röntgenquelle, wobei eine ein oder mehrere Merkmale aufweisende Maske zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, bevorzugt flächenhaften Röntgendetektor, durch Bewegen zeitweise angeordnet wird, und zumindest ein Durchstrahlungsbild mit dem Röntgendetektor aufgenommen wird, wobei in dem Durchstrahlungsbild die geometrischen Merkmale ausgewertet werden, insbesondere in Bezug auf ihre Bildschärfe bzw. Kontrast, und aus der Auswertung auf die Größe des Brennflecks geschlussfolgert wird und/oder die Fokussierung des Elektronenstrahls der Röntgenquelle eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zu messende Werkstück, welches auf einem Drehtisch zwischen Röntgenquelle oder Röntgendetektor angeordnet ist, während der Aufnahme der Abbildung der Maske auf dem Röntgendetektor, aus dem Strahlengang, also dem vom Röntgendetektor erfassten Bereich der Strahlung der Röntgenquelle, herausbewegt wird, und wobei die Maske während der Messung des Werkstücks aus dem Strahlengang herausbewegt wird.
15. Verfahren zur Untersuchung, insbesondere dimensionellen Messung, zumindest eines Werkstücks mit einer Computertomografie-Vorrichtung, aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei bei Bedarf, insbesondere Ausfall der jeweils ersten Komponente, jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen manuell, besonders bevorzugt automatisch, an die Position der jeweils ersten Komponente verschoben wird, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen.
16. Computertomografie-Vorrichtung aufweisend zumindest eine erste Röntgenröhre, einen ersten Röntgendetektor, einen ersten Drehtisch zur Aufnahme und Drehung des zu untersuchenden Werkstücks (erste Komponenten) und zumindest einer Bewegungsachse, vorzugsweise Messachse, besonders bevorzugt Messachse eines Koordinatenmessgerätes, in das die Computertomografie-Vorrichtung integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Computertomografie-Vorrichtung des Weiteren eine zweite, bevorzugt zur ersten Röntgenröhre baugleiche, Röntgenröhre und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Röntgendetektor baugleichen, Röntgendetektor und/oder einen zweiten, bevorzugt zum ersten Drehtisch baugleichen, Drehtisch aufweist (zweite Komponenten), wobei jeweils zweite Komponente durch jeweils eine der Bewegungsachsen an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist, indem bevorzugt jeweils erste und zweite Komponente von jeweils einer gemeinsamen Bewegungsachse ausgehen, vorzugsweise bei Ausfall der jeweils ersten Komponente manuell, besonders bevorzugt automatisch, jeweils zweite Komponente an die Position der jeweils ersten Komponente verschiebbar ist.

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