DE102017100594A1

DE102017100594A1 - CT-Parameter-Automat

Info

Publication number: DE102017100594A1
Application number: DE102017100594.3A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2017-07-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur automatischen oder halbautomatischen Bestimmung von Einstellparametern für eine Computertomografie auf der Basis zumindest einer Modellgleichung für die computertomografische Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße, wobei in der oder den Modellgleichungen zumindest einige der Geräteparameter des zur Messung eingesetzten Computertomografen berücksichtigt werden Dabei werden in der oder den Modellgleichungen einzuhaltende Vorgabeparameter berücksichtigt, zu denen zumindest die die eine oder mehrere Messaufgaben beschreibenden Messaufgaben-Parameter zählen, wobei durch Simulation und/oder mathematische Berechnung auf Basis der einen oder mehreren Modellgleichungen und/oder computertomografische Testmessungen im verfügbaren Parameterraum der Einstellparameter die Einstellparameter bestimmt werden, für die zumindest ein Zielparameter optimiert wird und/oder der Zielparameter einen Grenzwerte unterschreitet oder überschreitet.

Description

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Einstellung der für eine Computertomografie verwendeten Parameter bzw. Messparameter.
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.
Bei den bekannten Verfahren zur Einstellung der für eine Computertomografie vorgesehenen Parameter erfolgt die Einstellung stets in Bezug auf die Bildqualität eines oder mehrerer vorab aufgenommener Durchstrahlungsbilder, wie dies beispielsweise die EP 2665035 A2 der Anmelderin beschreibt. Hierbei werden die Messparameter so eingestellt, dass insbesondere der Kontrast in den Durchstrahlungsbildern optimiert wird.
Der Stand der Technik sieht auch vor, beispielsweise das Kontrast zu Signal-Verhältnis (Englisch: CNR – contrast to noise ratio) oder das Signal zu Rausch-Verhältnis (Englisch: SNR – Signal-to-noise-ratio) zu optimieren.
Nach den bekannten Verfahren ist es zwar möglich, die Bildqualität in den Durchstrahlungsbildern als Zielparameter zu optimieren, nachteilig ist jedoch, dass damit nicht direkt auf die Messpräzision (quantifizierbar durch Standardabweichung, Varianz oder Wiederholspanne), Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere die Messunsicherheit bzw. erweiterte Messunsicherheit, oder die Strukturauflösung als Zielparameter geschlussfolgert bzw. diese optimiert oder einer oder mehreren Messaufgaben entsprechend angepasst werden kann.
Die Messpräzision erfasst dabei zufällige bzw. stochastische Abweichungen bei der Messung. Messabweichungen beschreiben systematische Abweichungen bei der Messung. Unter dem nicht quantifizierbaren Begriff der Messgenauigkeit werden zufällige und systematische Abweichungen verstanden, wie diese beispielsweise in der Messunsicherheit und erweiterte Messunsicherheit berücksichtigt werden.
Messpräzision, Messgenauigkeit, Messunsicherheit und Strukturauflösung bezieht sich auf insbesondere dimensionelle Messungen bzw. dimensionelle Messgrößen wie die Position bzw. Lage eines Messpunktes im Raum oder wie Maße, die auf der Basis von Messpunkten abgeleitet werden. Die Messpunkte werden durch eine Oberflächenextraktion an Volumendaten ermittelt. Dazu werden die Volumendaten durch Rekonstruktion aus mehreren Durchstrahlungsbilder des Werkstücks, aufgenommen in mehreren Drehstellungen des Werkstücks in Bezug auf die Röntgensensorik, zumindest bestehend aus Röntgendetektor und Röntgenquelle, ermittelt. Auch kann nach den Verfahren des Standes der Technik eine Berücksichtigung von solchen Artefaktkorrekturmethoden oder anderen Korrekturverfahren nicht erfolgen, die sich auf eine Korrektur der Volumendaten oder der aus den Volumendaten ermittelten Oberflächenpunkte, beispielsweise im STL-Format, beziehen, wie beispielsweise die in der WO 2013167616 A2 oder der DE 102013107745.5 genannten.
Es ist jedoch wünschenswert, für die Messergebnisse dimensioneller bzw. geometrischer Messungen von Merkmalen mittels Computertomografie, insbesondere 3D-Positionen im Raum für die zu dimensionellen Merkmalen bzw. Messgrößen zu verknüpfenden Messpunkte, eine Optimierung in Bezug auf die hier als Zielparameter bezeichneten Parameter Messpräzision, Messabweichung, Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit und erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung für eine oder mehrere Messaufgaben, gegebenenfalls unter Vorgabe einer maximalen Messzeit, oder in Bezug auf den Zielparameter Messzeit bei Vorgabe der Messpräzision, Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung, hier als Vorgabeparameter bezeichnet, vornehmen zu können. Insbesondere ist wünschenswert, für eine Vielzahl von Messaufgaben an einem Werkstück und unter Berücksichtigung der jeweils zugeordneten Toleranzen, und damit für möglicherweise lokal unterschiedliche benötigte Messunsicherheiten, geeignete und gegebenenfalls in Bezug auf die Messzeit optimierte Messparameter automatisch vorzuschlagen. Die Optimierung kann aber auch andere Zielparameter betreffen. So könnten beispielsweise unter der Bedingung einer vorgegebene Messpräzision, Messgenauigkeit, Messabweichung, Messunsicherheit, erweiterte Messunsicherheit oder Strukturauflösung und gegebenenfalls Messzeit die Parameter berechnet werden, die zu einer möglichst geringen Strahlenbelastung und damit notwendigen minimalen Strahlenschutzmaßnahmen führen. Dies wäre bei der Auslegung einer Computertomografieanlage in Bezug auf die Kosten und das Gewicht der Anlage günstig. Aber auch zur Auswahl der geeigneten Komponenten für eine Computertomografieanlage oder der Auswahl einer bereits mit festen Komponenten bestückten Computertomografieanlage als Zielparameter ist es wünschenswert, vorab überprüfen zu können, ob bzw. mit welchen Komponenten bzw. Anlagen die vorgegebene Messpräzision, Messgenauigkeit, Messabweichung, Messunsicherheit, erweiterte Messunsicherheit oder Strukturauflösung und gegebenenfalls Messzeit erreichbar oder am besten erreichbar ist. Auch hierbei können mehrere Messaufgaben in die Überprüfung bzw. Optimierung einbezogen werden, die auch an unterschiedlichen zu messenden Werkstücken vorliegen können. Hierdurch lässt sich eine Geräteauswahl bzw. Komponentenauswahl durchführen, die im Voraus sicherstellt, dass sämtliche Messaufgaben an verschiedenen Werkstücken mit den gewünschten Ziel- und/oder Vorgabeparametern (Messpräzision, Messgenauigkeit, Messabweichung, Messunsicherheit, erweiterte Messunsicherheit oder Strukturauflösung und gegebenenfalls Messzeit) möglich oder optimal möglich ist.
Nachteilig beim Stand der Technik ist zudem, dass zunächst Durchstrahlungsbilder des realen Werkstücks aufgenommen werden müssen, um dann anhand der veränderten Messparameter festzustellen, inwiefern eine optimale Bildqualität als Zielparameter vorliegt. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass die mitunter zeitaufwendige Optimierung erst dann durchgeführt werden kann, wenn das zu messende Werkstück bereits im Computertomografen angeordnet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem unter beispielsweise gerätespezifisch vorgegebenen Randbedingungen (Geräteparameter) und unter werkstückspezifisch vorgegebenen Randbedingungen (Werkstückparameter) und gegebenenfalls weiteren Nebenbedingungen (verallgemeinert als Vorgabeparameter bezeichnet) zumindest einige der einstellbaren Parameter (Einstellparameter) bei einer Computertomografie automatisch derart vorgegeben bzw. eingestellt werden, dass zumindest entweder die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung (Zielparameter) für eine oder mehrere Messaufgaben (Messaufgaben-Parameter) an zumindest einem Werkstück oder der Zielparameter Messzeit optimiert wird bzw. zumindest einen vorgegebenen Grenzwert einhält (dann als Vorgabeparameter zählend). Die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung sollen dabei auf die Position bzw. Lage der Oberflächenpunkte oder auf die aus Oberflächenpunkten berechneten geometrischen bzw. dimensionellen Messungen bezogen sein und nicht auf die Durchstrahlungsbilder.
Auch ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die automatische Einstellung zumindest einiger der Messparameter (Einstellparameter) möglichst zeitoptimiert durchzuführen, insbesondere die Messparameter oder zumindest Startwerte für die Messparameter bereits vor der eigentlichen Messung des Werkstücks zur Verfügung zu stellen. Dies trifft vor allem dann zu, wenn die Messpräzision als Vorgabeparameter vorgegeben wird.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass auf der Basis einer Modellgleichung der computertomografischen Messung ein Zusammenhang zwischen den einzustellenden Messparametern (Einstellparameter), den vorgegebenen Vorgabeparametern und den Zielparametern hergestellt wird und der oder die Zielparameter durch Variation der Einstellparameter optimiert werden.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur automatischen oder halbautomatischen Bestimmung von Einstellparametern für eine Computertomografie auf der Basis zumindest einer Modellgleichung für die computertomografische Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße (Messaufgabe), insbesondere Modellgleichung zur Bestimmung der der Messgröße zugeordneten Messpräzision oder Messabweichung oder Messunsicherheit, wobei in der oder den Modellgleichungen zumindest einige der Geräteparameter des zur Messung eingesetzten Computertomografen berücksichtigt werden vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass in der oder den Modellgleichungen einzuhaltende Vorgabeparameter berücksichtigt werden, zu denen zumindest die die eine oder mehrere Messaufgaben beschreibenden Messaufgaben-Parameter, insbesondere Werkstückparameter zählen, und dass durch Simulation und/oder mathematische Berechnung auf Basis der einen oder mehreren Modellgleichungen und/oder computertomografische Testmessungen im verfügbaren Parameterraum der Einstellparameter die Einstellparameter bestimmt werden, für die zumindest ein Zielparameter optimiert wird und/oder der Zielparameter einen Grenzwerte unterschreitet oder überschreitet.
Automatisch bedeutet dabei, dass nach Vorliegen oder Eingeben sämtlicher für die Modellgleichung benötigter Parameter und Berechnung bzw. Simulation die dabei ermittelten Einstellparameter eingestellt und zur computertomografischen Messung verwendet werden. Bei halbautomatischer Vorgehensweise werden die Einstellparameter dem Bediener vorgeschlagen. Der Bediener kann diese vor der Messung noch manuell anpassen.
Computertomografische Testmessungen umfassen die Auswertung der Grauwerte der Durchstrahlungsbilder, wie auch rekonstruierter Volumendaten oder daraus ermittelter Oberflächenpunkte.
Eine erste erfindungsgemäße Alternative sieht vor, dass als Zielparameter die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung und als Vorgabeparameter zumindest die Messzeit vorgesehen ist. Es werden dabei die Messparameter ermittelt, die zur größten Messpräzision oder geringsten Messabweichung oder größten Messgenauigkeit, insbesondere geringsten Messunsicherheit oder geringsten erweiterten Messunsicherheit, oder besten Strukturauflösung, bei vorgegebenen Messzeit, insbesondere maximal zulässiger Messzeit, führen. Für die Optimierung der Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, ist eine Mindeststrukturauflösung als Vorgabeparameter zu berücksichtigen, der sich aus den Messaufgaben-Parametern ergibt und sicherstellt, dass die zu messende Struktur getrennt von ihrer Umgebung erkannt und gemessen werden kann. Bei der Optimierung der Strukturauflösung wird insbesondere die beste, also maximale Strukturauflösung gesucht und ggf. eine Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, als Vorgabeparameter verwendet.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Zielparameter zumindest die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, für die Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße berücksichtigt wird, und dass als Vorgabeparameter zumindest die maximal zulässige Messzeit berücksichtigt wird, wobei besonders bevorzugt als Vorgabeparameter eine Mindeststrukturauflösung berücksichtigt wird, die aus dem oder den Messaufgaben-Parametern abgeleitet wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass als Zielparameter zumindest die Strukturauflösung für einen oder mehrere lokale Bereiche, insbesondere Umgebung der für die dimensionelle Messgröße relevanten Messpunkte, oder für das gesamte Werkstück berücksichtigt wird, vorzugsweise maximal mögliche Strukturauflösung als Zielparameter berücksichtigt wird, und dass als Vorgabeparameter zumindest die maximal zulässige Messzeit berücksichtigt wird, wobei besonders bevorzugt als Vorgabeparameter eine Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit berücksichtig wird.
Eine zweite erfindungsgemäße Alternative sieht vor, dass als Zielparameter die Messzeit und als Vorgabeparameter zumindest die Messpräzision und/oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, und/oder Strukturauflösung vorgesehen ist. Im Rahmen der Optimierung werden die Messparameter ermittelt, die zur geringsten Messzeit bei vorgegebener Messpräzision und/oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, und/oder Strukturauflösung, führen. Der zuvor genannte Zusammenhang zwischen Strukturauflösung und Messpräzision, Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit bzw. erweiterter Messunsicherheit ist erneut zu beachten.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Zielparameter zumindest die Messzeit berücksichtigt wird, und dass als Vorgabeparameter zumindest die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, für die Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße berücksichtigt wird, wobei besonders bevorzugt als Vorgabeparameter eine Mindeststrukturauflösung berücksichtigt wird, die aus dem oder den Messaufgaben-Parametern abgeleitet wird.
Bei den ersten beiden Alternativen zählen zu den Vorgabeparametern insbesondere die Geräteparameter.
Nach einer dritten erfindungsgemäßen Alternative ist vorgesehen, dass als Zielparameter die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung und/oder die Messzeit und zusätzlich Geräteparameter als Einstellparameter vorgesehen sind. Die Geräteparameter sind also nicht festgelegt sondern im Rahmen verschiedener für einen Computertomografen verfügbarer Komponenten (z. B. Röntgenröhren, Röntgendetektoren, Drehtischen, usw.) oder verschiedener verfügbarer Computertomografen variabel. Der Parameterraum der Einstellparameter wird also um die Geräteparameter verschiedener für einen Computertomografen verfügbaren Komponenten und/oder die Geräteparameter verschiedener verfügbarer Computertomografen erweitert, wobei durch die Simulation die Gerätekomponenten oder das Gerät ermittelt wird, für das der oder die Zielparameter optimal bzw. eingehalten werden. Insbesondere wird im Rahmen der Optimierung die Gerätekomponenten oder die Computertomografieanlage ermittelt, die

– zur größten Messpräzision oder geringsten Messabweichung oder größten Messgenauigkeit, insbesondere geringsten Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, oder besten Strukturauflösung, bei gegebenenfalls vorgegebener Messzeit, oder
– zur geringsten Messzeit bei gegebenenfalls vorgegebener Messpräzision und/oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, und/oder Strukturauflösung, oder
– zur optimalen Kombination aus Messpräzision oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, und Messzeit, insbesondere wenn mehrere Messaufgaben und/ oder Werkstücke berücksichtigt werden,

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der Parameterraum der Einstellparameter zusätzlich um die Geräteparameter verschiedener für einen Computertomografen verfügbaren Komponenten und/oder die Geräteparameter verschiedener verfügbarer Computertomografen erweitert wird, wobei durch die Simulation oder mathematische Berechnung auch die Gerätekomponenten oder das Gerät ermittelt wird, für das der oder die Zielparameter optimal bzw. eingehalten werden, insbesondere die Gerätekomponenten oder das Gerät ermittelt wird, dass

– zur größten Messpräzision oder geringsten Messabweichung oder größten Messgenauigkeit, insbesondere geringsten Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, oder besten Strukturauflösung, bei gegebenenfalls vorgegebenen Vorgabeparametern wie beispielsweise Messzeit,, oder
– zur geringsten Messzeit bei gegebenenfalls vorgegebener Messpräzision und/oder Messabweichung und/oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, und/oder Strukturauflösung, oder
– zur optimalen Kombination aus Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit, und Messzeit, insbesondere wenn mehrere Messaufgaben und/oder Werkstücke berücksichtigt werden,

Kombination bedeutet, dass für mehrere Werkstücke bzw. dimensionelle Messaufgaben unterschiedliche Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterten Messunsicherheit gefordert werden können. Die Geräteparameter sind dann so auszuwählen, dass dies in der maximal zulässigen Messzeit erfüllt werden kann.
Bei allen drei Alternativen zählen zu den Vorgabeparametern insbesondere die Werkstückparameter eines oder mehrerer Werkstücke, und die Messaufgaben-Parameter einer oder mehrerer Messaufgaben an einem oder mehreren Werkstücken. Es ist also besonders bevorzugt auch vorgesehen, eine Optimierung der Parameter einer einzelnen Messung in Bezug auf mehrere Messaufgaben an einem Werkstück vorzunehmen. Insbesondere bei der Auswahl von Komponenten oder Geräten nach der dritten alternativen Lösung ist auch vorgesehen, eine Optimierung der Parameter für Messaufgaben an mehreren Werkstücken vorzunehmen, wobei die Werkstücke getrennt gemessen werden.
Als einer der Messaufgaben-Parameter wird besonders bevorzugt die Strukturauflösung berücksichtigt, die mindestens notwendig ist, um die zu messende Struktur getrennt von ihrer Umgebung zu messen.
In Bezug auf die Messzeit bzw. die mindestens notwendige Messzeit ist zu beachten, dass diese von mehreren Einstellparametern abhängt, wie beispielsweise von der Spannung und dem Strom der Röntgenröhre, aber auch von der Vergrößerung und dem Kegelwinkel. Dies ergibt sich daraus, dass die Länge der notwendigen Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild von der Bestrahlung des Detektors abhängt. Aber nicht nur die Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild beeinflussen die Messzeit, sondern auch ggf. die Anzahl der Bildmittelungen je Drehstellung des Werkstücks, die Anzahl der Drehstellungen, die Verfahrgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) zwischen den Drehstellungen, die Materialeigenschaften sowie die Geometrie (z. B. variierende Dicke in abhängig vom Abstand zum Zentralstrahl oder abhängig vom Kegelwinkel) des Vorfilters, der Bildaufnahmemodus (Bildaufnahme in der Bewegung, insbesondere Drehbewegung, oder Start-Stopp-Betrieb je Drehstellung) und ggf. vorliegende Bewegungszyklen der Komponenten Drehtisch, Detektor und Röntgenröhre zueinander, beispielsweise bei der Raster-Tomografie oder der lokalen Tomografie, die relative Lage der Gerätekomponenten zueinander, beispielsweise der Fokus-Detektor-Abstand, der Fokus-Objekt-Abstand und die daraus resultierende Vergrößerung bei der Abbildung des Messobjekts auf den Detektor. Aus Rechenzeitgründen hat die erzeugte und zu verarbeitende Datenmenge ebenso Einfluss auf die Messzeit. Diese ist unter anderem von der lokalen Detektorauflösung (Anzahl der Pixel), der Digitalisierung (Bit-Tiefe) des Detektors, der Anzahl der Drehschritte und ggf. dem verwendeten Binning und der Größe des Auswertebereichs, also der Messfenstergröße (verwendete Pixel des Detektors) abhängig.
Einige dieser Parameter können auch fest vorgegeben sein und zählen dann zu den Vorgabeparametern. Insbesondere die Messzeit selbst kann als Vorgabeparameter aus Gründen der Wirtschaftlichkeit fest vorgegeben sein oder ein Maximalwert ist zu unterschreiten, wobei dennoch die die Messzeit beeinflussenden zuvor genannten Parameter zumindest teilweise Einstellparameter sein können, oder eine Kombination dieser gefunden werden soll, ohne die maximal zulässige Messzeit zu überschreiten.
Insbesondere die Anzahl der Drehstellungen, die Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild und die Anzahl der Bildmittelungen je Drehstellung des Werkstücks haben dabei Einfluss auf die Präzision und Genauigkeit der Messung, hier bezeichnet als Messpräzision bzw. Messgenauigkeit, wobei die Messgenauigkeit insbesondere die Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit ist, aber auch auf die Strukturauflösung. Es ist erfindungsgemäß daher bevorzugt vorgesehen, dass diese Zusammenhänge in der Modellgleichung berücksichtigt werden. Es ist also zu berücksichtigen, dass die Messpräzision oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder Strukturauflösung in der Regel mit der Messzeit, jedoch nicht beliebig, verbessert werden kann. Allgemein sind mehrere die Strukturauflösung beeinflussende Parameter zu berücksichtigen. Diese sind beispielsweise die Messparameter wie die Brennfleckgröße der Röntgenröhre oder die vorliegende Vergrößerung (bzw. Abbildungsmaßstab), aber auch Geräteparameter wie die Pixelgröße oder das Rauschverhalten des Detektors oder Abweichungen beim Drehen der Drehachse. Es werden daher die im jeweils eingesetzten Computertomografen vorliegenden Geräteparameter, insbesondere die Eigenschaften der röntgentomografischen Komponenten wie Röntgenröhre, insbesondere Leistung bzw. Leistungsbereich und Frequenzbereich des erzeugten Röntgen-Spektrums, und des Detektors wie beispielsweise Pixelgröße und Rauschverhalten der Pixel sowie Anzahl der Pixel in der Modellgleichung berücksichtigt. In Bezug auf die Röntgenröhre ist insbesondere die leistungsabhängige Größe des die Strukturauflösung beeinflussenden Brennflecks zu berücksichtigen, der von den Geräteparametern, zum Beispiel dem Targetmaterial und der Targetkühlung, und den Messparametern, insbesondere der Leistung abhängt.
Insbesondere ist auch vorgesehen, die Modellgleichung modular zu erweitern, um ggf. hinzukommende oder zusätzlich zu berücksichtigende Einstellparameter oder Geräteparameter aufzunehmen. Dies können beispielsweise die für die Artefaktkorrektur eingesetzten oder andere Korrekturalgorithmen sein, wie beispielsweise Detektorkorrekturen wie Verzeichnungskorrektur, Shadingkorrektur, Dunkelsignalkorrektur, Hellsignalkorrektor, Detektorverkippung, Bad Pixel-Korrektur oder ähnliches, die fest berücksichtigt werden (Geräteparameter) oder einstellbar sind (Einstellparameter).
Der oder die Zielparameter sind Größen, die optimiert werden, also ein lokales oder globales Maximum oder Minimum im verfügbaren Parameterraum der Einstellparameter erreichen sollen. Bei den Zielparametern handelt es sich bevorzugt um die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, oder die Messzeit. Auch vorgesehen ist, dass der Zielparameter die Strukturauflösung oder eine Zusammenstellung von verfügbaren Gerätekomponenten oder ein verfügbares Gerät ist.
Die Einstellparameter sind die bei einer computertomografischen Messung durch den Bediener oder automatisch einstellbaren Messparameter und werden gegebenenfalls durch die vorliegenden Eigenschaften der Komponenten der Anlage (Geräteparameter) auf einen Parameterraum eingeschränkt. Die Simulation wird daher mit verschiedenen Kombinationen der Werte der verschiedenen Einstellparameter zueinander, also für den verfügbaren Parameterraum durchgeführt, um die zu optimierenden Zielparameter zu bestimmen. Einstellparameter sind beispielsweise die Beschleunigungsspannung und der Strom, insbesondere Targetstrom, der für die Computertomografie verwendeten Röntgenquelle, die Belichtungszeit bzw. Integrationszeit des Detektors, ggf. die Anzahl der Bildmittelungen je Durchstrahlungsbild, evtl. auch die Anzahl der Pixel des Detektors, über die lokal gemittelt wird (Binning), die Anzahl der Drehstellungen des zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordneten Werkstücks, in denen zur späteren Rekonstruktion vorgesehene Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, die Position und Lage (Orientierung) des Werkstücks zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor, insbesondere die dabei vorliegende Vergrößerung der Abbildung des Werkstücks auf dem Detektor, die Position von Röntgendetektor und Röntgenquelle in Bezug auf die Lage des Werkstücks, insbesondere Lage des zur Drehung des Werkstücks verwendeten Drehtischs, charakterisiert durch die Distanz zwischen Röntgenquelle und Objekt/Werkstück (FOD – focus to object distance) und die Distanz zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor (FDD – focus to detector distance), das über die Beschleunigungsspannung und möglicherweise einzusetzende mechanische Strahlfilter beeinflusste Spektrum der abgegebenen Röntgenstrahlung und möglicherweise weitere Parameter.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass als Einstellparameter einer oder mehrere der folgenden, falls und in dem Umfang wie einstellbar und falls nicht als Vorgabeparameter fest vorgegeben, berücksichtigt werden

– Eigenschaften der Röntgenquelle, insbesondere Spannung bzw. Beschleunigungsspannung, Strom bzw. Targetstrom, elektrische Leistung und/oder Größe des Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks, und bevorzugt Größe des daraus resultierenden optischen Brennflecks,
– Filtermaterial und Dicke und vorzugsweise Position des einen Strahlfilters oder Filtermaterial- und -geometrie-Kombination der mehreren Strahlfilter, vorzugsweise Auswahl vorhandenen Strahlfilters oder Kombination vorhandener Strahlfilter, vorzugsweise aus gewünschtem Spektrum der abgegebenen Röntgenstrahlung ergebend,
– durch zumindest Beschleunigungsspannung, Targetstrom und möglicherweise Strahlfilter beeinflusstes Spektrum der abgegebenen Röntgenstrahlung,
– Verwendung einer Schlitzblende zur Artefaktverminderung,
– Eigenschaften des Detektors, insbesondere lokale Detektorauflösung (Anzahl der Pixel) und Lage der das Messfenster bestimmenden Pixel und/oder Integrationszeit bzw. Belichtungszeit bei der Bildaufnahme mit dem Detektor je Durchstrahlungsbild
– Parameter der digitalen Verarbeitung, insbesondere Bild-Filterung, Binning und/oder Anzahl der Bildmittelungen je Drehstellung und/oder Digitalisierung (Bit-Tiefe) des Detektors und/oder Filter, insbesondere Hochpassfilter, bei der Rekonstruktion,
– Korrekturverfahren, insbesondere zur Korrektur von Drift (ggf. abhängig zumindest von der Messzeit) und/oder Artefakten (ggf. abhängig von den Werkstückeigenschaften), wie beispielsweise Strahlaufhärtung und/oder Streustrahlung, und/oder Detektorkorrekturen, wie beispielsweise Verzeichnungskorrektur, Shadingkorrektur, Dunkelsignalkorrektur, Hellsignalkorrektor, Detektorverkippung und/oder Bad Pixel-Korrektur
– Anzahl der Drehstellungen des Drehtischs, in denen Durchstrahlungsbilder des Werkstücks aufgenommen werden,
– Verfahrgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) zwischen den Drehstellungen,
– Bildaufnahmemodus, insbesondere Bildaufnahme in der Bewegung, insbesondere in der Drehbewegung, oder Start-Stopp-Betrieb je Drehstellung,
– Werkstückausrichtung, insbesondere Orientierung auf dem Drehtisch
– Werkstücklage, insbesondere Abbildungsmaßstab bzw. Vergrößerung der Abbildung des Werkstücks auf dem Detektor und/oder durch den Detektor erfasster Kegelwinkel der Röntgenstrahlung, vorzugsweise Distanz zwischen Röntgenquelle und Werkstück (FOD – focus to object distance) und Distanz zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor (FDD – focus to detector distance)
– Messmodi, insbesondere Mehrfachmessung mit in Richtung der Drehachse des Drehtisches und/oder senkrecht dazu versetzten Positionen des Werkstücks (Raster-Tomografie) und/oder Ausschnitts-Tomografie (Region of interest-Tomografie) und/oder Halbseiten-Tomografie und/oder Tomografie mit eingeschränktem Winkelbereich für die Drehstellungen (180°-Tomografie).

Vorgabeparameter sind einzuhaltende Nebenbedingungen bei der computertomografischen Messung, beispielsweise die gesamte Messzeit (Messzeit) für eine Messung bzw. für mehrere Teilmessungen in Summe, bei Anwendung erweiterter Messmodi wie der sogenannten Raster-Tomografie oder der lokalen Tomografie (Region of Interest-Tomografie), minimale und maximale auf den Photodetektor treffende Strahlungsleistung (minimale und maximale Bestrahlung die detektiert werden kann). Diese Messzeit wird bevorzugt durch den Nutzer auf einen oberen Grenzwert (maximal zulässige Messzeit) eingeschränkt, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Weitere gleichzeitig festgelegte oder alternativ festgelegte Vorgabeparameter sind die vom Nutzer gewünschten Grenzwerte für die Messpräzision oder Messabweichung oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit. Hierdurch wird sichergestellt, dass die eine Messaufgabe oder die mehreren Messaufgaben vorzugsweise unter Berücksichtigung der zugeordneten Toleranzen gelöst werden können. Im Unterschied zu den Zielparametern müssen die Vorgabeparameter genau oder im Rahmen einer Toleranz eingehalten werden oder dürfen einen Grenzwert lediglich unterschreiten oder überschreiten, während die Zielparameter zumeist optimiert werden. Die Messaufgaben-Parameter und die Werkstückparameter sind eine Untermenge der Vorgabeparameter. Feststehende Geräteparameter können ebenso zu den Vorgabeparametern gezählt werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass als Vorgabeparameter einer oder mehrere der folgenden, falls und in dem Umfang wie nicht als Einstellparameter einstellbar, fest oder im Rahmen einer zulässigen Toleranz oder in Bezug auf einen Extremwert vorgegeben sind oder werden und berücksichtigt werden

– Messzeit oder maximal zulässige Messzeit, wobei vorzugsweise die Messzeit die maximal zulässige Messzeit unterschreiten darf,
– Messpräzision und/oder Messabweichung und/oder Messgenauigkeit, insbesondere Messunsicherheit oder erweiterte Messunsicherheit, für die Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße, oder Grenzwerte hierfür, vorzugsweise minimale Messpräzision und/oder maximale Messabweichung und/oder minimale Messgenauigeit, insbesondere maximale Messunsicherheit oder maximale erweiterte Messunsicherheit, vorzugsweise aus den Messaufgaben-Parametern abgeleitet,
– Strukturauflösung oder schlechteste zulässige Strukturauflösung (Mindeststrukturauflösung), vorzugsweise aus den Messaufgaben-Parametern abgeleitet,
– Messmodus wie Raster-Tomografie, Ausschnitts-Tomografie, Halbseiten-Tomografie oder Tomografie mit eingeschränktem Winkelbereich,
– Messaufgaben-Parameter,
– Werkstückparameter,
– Geräteparameter.

Geräteparameter sind Eigenschaften einer Computertomografieanlage bzw. der einzelnen Komponenten wie Röntgenquelle, Röntgendetektor und Drehtisch sowie gegebenenfalls Messachse oder Messachsen einer Computertomografieanlage und daher fest. Soll eine Auswahl der geeigneten Komponenten oder der geeigneten Computertomografieanlage erfolgen, sind die Parameter im Rahmen der verfügbaren Parameter variabel und damit zu den Einstellparametern zugehörig.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Geräteparameter einer oder mehrere der folgenden, falls und in dem Umfang wie nicht als Einstellparameter einstellbar, fest oder im Rahmen einer zulässigen Toleranz oder in Bezug auf einen Extremwert vorgegeben sind oder werden und berücksichtigt werden

– Eigenschaften der Röntgenquelle, insbesondere Dicke (bei Transmissionsröhren) bzw. Winkel (bei Reflexionsröhren) des Targets, Targetmaterial, Targetkühlung, Größe der maximalen Beschleunigungsspannung, Größe des maximalen Targetstroms, Größe der maximal zulässigen elektrischen Leistung, Zusammenhang zwischen elektrischer Leistung und Brennfleckgröße, und/oder notwendige Größe des elektrischen Brennflecks, und bevorzugt Größe des daraus resultierenden optischen Brennflecks,
– Filtermaterial und Dicke des einen Strahlfilters oder Filtermaterial- und -dicken-Kombination der mehreren Strahlfilter,
– Eigenschaften des Detektors, insbesondere Rauschverhalten des Detektors bzw. der Detektorpixel, Anzahl der Pixel, Größe der Pixel, minimale Integrationszeit, maximale Integrationszeit, Dicke des Szintillators, Material des Szintillators und/oder Abhängigkeit der Effizienz des Photodetektors von der Wellenlänge des im Szintillator generierten Lichts,
– Eigenschaften des Drehtisches, insbesondere Abweichungen beim Drehen wie Taumelfehler, Rundlauffehler und/oder Skalenfehler,
– Korrekturverfahren, insbesondere zur Korrektur von Drift und/oder Artefakten, wie beispielsweise Strahlaufhärtung und/oder Streustrahlung, und/oder Detektorkorrekturen, wie beispielsweise Verzeichnungskorrektur, Shadingkorrektur, Dunkelsignalkorrektur, Hellsignalkorrektor, Detektorverkippung und/oder Bad Pixel-Korrektur.

Die Messaufgaben-Parameter werden durch die Messaufgabe bestimmt und sind damit ebenso festgelegt. Messaufgaben-Parameter sind beispielsweise die Lage und Art der Verknüpfung von Messpunkten am Werkstück zur Bestimmung der dimensionellen Messgröße, wie beispielsweise Abstand, Durchmesser, Winkel, Geradheit, Rundheit, Ebenheit, Formabweichung, Position bzw. Positionstoleranz.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass als Messaufgaben-Parameter einer oder mehrere der folgenden, falls und in dem Umfang wie nicht als Einstellparameter einstellbar, fest oder im Rahmen einer zulässigen Toleranz oder in Bezug auf einen Extremwert vorgegeben sind oder werden und berücksichtigt werden

– Lage und Art der Verknüpfung von Messpunkten am Werkstück zur Bestimmung der dimensionellen Messgröße, wie beispielsweise Abstand, Durchmesser, Winkel, Geradheit, Rundheit, Ebenheit, Formabweichung, Position bzw. Positionstoleranz,
– Strukturauflösung, die mindestens notwendig ist, um die zu messende Struktur getrennt von ihrer Umgebung zu messen,
– dem einen oder den mehreren zu bestimmenden dimensionellen Messgrößen zugeordnete Toleranz,
– Unterscheidung zwischen Messaufgabe – in 2D-Durchstrahlungsbildern, wobei Zielparameter Erkennbarkeit, vorzugsweise SNR (signal to noise ratio) und/oder CNR (contrast to noise ratio), im Durchstrahlungsbild, von beispielsweise Lunkern, Rissen, Montagezuständen, Materialgrenzen bei Multimaterialteilen, ist. – in 3D-Daten, insbesondere 3D-Oberflächendaten
– Werkstückparameter.

Es sind also erfindungsgemäß auch Messaufgaben oder Inspektionsaufgaben in Durchstrahlungsbildern vorgesehen. Hierbei sollen die Einstellparameter für die ideale 2D-Durchstrahlungsprüfung, wie beispielsweise Lunkererkennung, Risserkennung, Erkennung von Materialgrenzen an Multimaterialteilen oder Erkennung von Montagezuständen optimiert werden. Hier ist die beste Erkennbarkeit nicht zwangsläufig an den maximalen SNR (signal to noise ratio) oder CNR (contrast to noise ratio) gebunden, sondern abhängig von der konkreten Messaufgabe.
Die Werkstückparameter ergeben sich aus dem zu messenden Werkstück oder den zu messenden Werkstücken und beinhalten die Geometrie und das Material oder die Materialien des Werkstücks. Unter Einbeziehung der Einstellparameter Position und Lage (Orientierung) des Werkstücks sowie gegebenenfalls weiterer Geräte- oder Einstellparameter wie beispielsweise der Strahlgeometrie, insbesondere Kegelwinkel der von der Röntgenquelle emittierten Strahlung, ergibt sich die maximale Durchstrahlungslänge sowie sämtliche Durchstrahlungslängen und damit auch die mittlere Durchstrahlungslänge. Wird zusätzlich zu den Durchstrahlungslängen sowie den Einstellparametern oder Vorgabeparametern (falls nicht einstellbar) das Spektrum der Röntgenstrahlung einbezogen, ergibt sich der Absorptionskoeffizient und damit die relative Schwächung der Röntgenstrahlung entlang eines jeweiligen Strahls als Linienintegral und unter Berücksichtigung der Strahlleistung die auf den Röntgendetektor auftreffende Strahlintensität. Unter Berücksichtigung der Detektoreffizienz, insbesondere der energieabhängigen Szintillator-Effizienz und der Effizienz des Photodetektors, lässt sich hieraus die Intensität der detektierten Strahlung bestimmen. Die Werkstückparameter können auch zu den Messaufgaben-Parametern gezählt werden, da die Messaufgabe zumeist mit dem konkreten Werkstück verknüpft ist.
Besonders hervorzuheben ist, dass als Werkstückparameter die Solldaten des oder der Werkstücke, insbesondere Material oder Materialzusammensetzung, und Geometrie des Werkstücks, berücksichtigt werden.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Solldaten des jeweiligen Werkstücks ermittelt werden aus

– einem CAD-Modell und vorzugsweise bekanntem Material bzw. bekannter Materialzusammensetzung des Werkstücks und/oder
– Messung von Oberflächenpunkten mit einem Koordinatenmessgerät und/oder
– Messung des Werkstücks mittels Computertomografie, insbesondere einer Schnell-Tomografie mit verringerter Messzeit, insbesondere mit eingeschränkter Anzahl von Winkelstellungen, in denen Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, und/oder eingeschränkter Detektorauflösung und/oder eingeschränkter Bit-Tiefe des Detektors und/oder vergrößertem Kegelwinkel der ausgenutzten Röntgenstrahlung und/oder verringerter Integrationszeit bei der Bildaufnahme und/oder verringerter Anzahl von Bildmittelungen je Drehstellung.
– einem oder mehreren Durchstrahlungsbildern, wobei die Durchstrahlungsbilder vorzugsweise vorverarbeitet, insbesondere normiert und/oder logarithmiert und/oder gefiltert, insbesondere Hochpaß gefiltert sind, und wobei aus den dem Linienintegral der Schwächungswerte entlang der Durchstrahlungslinie zwischen jeweiligem Detektorpixel und Brennfleck entsprechenden Grauwerten der Durchstrahlungsbilder die Schwächungswerte entlang der Durchstrahlungslinie ermittelt werden,
– Vorwissen über die maximale und ggf. mittlere Durchstrahlungslänge und das Material des Werkstücks.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mittels der Modellgleichung die Messpräzision oder Messabweichung oder Messunsicherheit nach dem Ansatz der DIN ENV 13005 (Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen) für die zu der jeweiligen dimensionellen Messgröße zu verknüpfenden Einzelpunkte berechnet wird, wobei vorzugsweise bei der Verknüpfung der Einzelpunkte ebenfalls der Ansatz der DIN ENV 13005 verwendet wird.
Folgendes Beispiel zeigt eine abstrahierte Modellgleichung. u = f(u₁, u₂, M)
Hierbei bezeichnet M die Messaufgabenparameter (hier beispielhaft für die Bestimmung eines Abstands zwischen zwei Punkten) und u₁ bzw. u₂ die Standardabweichung, also ein Maß für die Messpräzision (Streuung der Messwerte um den Erwartungswert), für hier beispielhaft zwei Messpunkte, zwischen denen ein Maß (der Abstand) bestimmt werden soll. In diesem einfachen Fall führen die Messaufgabenparameter M dazu, dass die Standardabweichung u für den Abstand die Quadratwurzel auf der Summe der Quadrate von u₁ und u₂ beträgt. u₁ und u₂ selbst ergeben sich jeweils wiederum aus einer Modellgleichung: u₁, u₂ = f(E, G, V) wobei E die Einstellparameter (z.B. Röhrenspannung U_B, Targetstrom I_T, Anzahl der Drehstellungen bzw. Projektionen n_P, Anzahl der Bildmittelungen t_I, Fokus-Detektor-Distanz FDD, Fokus-Objekt-Distanz FOD, Abbildungsmaßstab M als Funktion von FDD und FOD, Filterdicke l_Filter, Filtermaterial), G die Geräteparameter (z.B. Röhrenspannung, Szintillatorparameter, Photodetektorparameter, Parameter der digitalen Verarbeitung) und V die Vorgabeparameter (z.B. Messzeit, Strukturauflösung) sind.
Gesucht wird im Beispiel der Satz von Einstellparametern E, der zu einem minimalen u (Standardabweichung für den Abstand der beiden Messpunkte) führt.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass mehrere Messaufgaben, insbesondere mehrere dimensionelle Messgrößen beschreibende Messaufgaben-Parameter berücksichtigt werden, wobei vorzugsweise als Vorgabeparameter zumindest die maximal zulässige Messzeit berücksichtigt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die eine oder mehreren berücksichtigten Messgrößen unter Berücksichtigung der jeweils zugehörigen Toleranz fähig gemessen werden können, insbesondere den Messgrößen zugeordnete Messpräzisionen oder Messabweichungen oder Messunsicherheiten mindestens 5 mal geringeren, bevorzugt mindestens 10 mal geringeren Wert als jeweilige Toleranz aufweisen, wobei vorzugsweise als Vorgabeparameter zumindest die maximal zulässige Messzeit berücksichtigt wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Einstellparameter so eingestellt werden, dass möglichst wenige und/oder gering ausgebildete Artefakte auftreten, insbesondere gering ausgebildete

– Strahlaufhärtung und/oder
– Kegelstrahlartefakte und/oder
– Aliasing-Artefakte und/oder
– Off-Focal-Effekte und/oder
– Streustrahlung und/oder
– Bragg-Reflektion und/oder
– Drift, insbesondere zwischen zumindest zwei der Komponenten Drehtisch, Werkstück, Detektor und Röntgenquelle.

Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass Strahlfilter eingesetzt werden, um das Spektrum der von der Röntgenröhre abgegebene Röntgenstrahlung zu beeinflussen, insbesondere im ausgewählte Frequenzbereiche zu beschneiden oder diese zumindest zu schwächen, um schmalbandigere Strahlung zu erzeugen. Die Position des Strahlfilters ist zumeist direkt am Austrittsfenster der Röntgenstrahlung der Röntgenröhre, also fest und damit ein Geräteparameter. Dicke und Material des Strahlfilters sind Einstellparameter, falls der eingesetzte Computertomograf einen Filterwechsel aufweist. Ebenso werden Schlitzblenden zur inbesondere Verringerung von Streustrahlung eingesetzt. Diese werden zumeist zwischen dem Brennfleck und dem Werkstück angeordnet. Die genaue Position und ob überhaupt eine Schlitzblende einzusetzen ist, sind Einstellparameter).
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass in der Modellgleichung der Einfluss durch die Einspannvorrichtung für das Werkstück berücksichtigt wird, insbesondere Werkstückverformung und/oder Drift des Werkstücks in Bezug auf den Drehtisch und/oder Detektor und/oder Röntgenquelle, und/oder Einschränkung des für die Werkstückmessung verfügbaren Messbereichs und/oder verfügbarer Vergrößerung.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Berechnung oder angenäherten Ermittlung und/oder Optimierung der Strukturauflösung die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) in Abhängigkeit zumindest einiger der Einstellparameter und zumindest einiger der Geräteparameter, verwendet wird, wobei in der MTF bevorzugt berücksichtigt werden die Brennfleckgröße, vorzugsweise die Position und Lage (Orientierung) des Werkstücks, die Detektorauflösung, vorzugsweise die Pixelapertur, und die Pixelgröße.
Die MTF ist ein weiterer Einstellparameter der erfindungsgemäß berücksichtigt werden kann, da sich dieser auf die Verwaschung des Objektkontrasts auswirkt. Die MTF ist als Zwischengröße zu interpretieren. Sie resultiert aus den Einstell- und Geräteparametern und wirkt sich auf die zu optimierenden Parameter aus.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Modellgleichung modular erweiterbar ist um ggf. hinzukommende oder zusätzlich zu berücksichtigende Einstellparameter oder Geräteparameter wie beispielsweise für die Artefaktkorrektur eingesetzte oder andere Korrekturalgorithmen, wie beispielsweise Detektorkorrekturen wie Verzeichnungskorrektur, Shadingkorrektur, Dunkelsignalkorrektur, Hellsignalkorrektor, Detektorverkippung, Bad Pixel-Korrektur oder ähnliches, die fest berücksichtigt werden (Geräteparameter) oder einstellbar sind (Einstellparameter).
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Simulation ausgelegt und/oder optimiert wird

– für eine Schnelleinstellung der Einstellparameter, wobei die Simulation bevorzugt mit verringerter als der maximal möglichen Genauigkeit durchgeführt wird (Schnell-Simulation) und/oder
– für eine vereinfachte Simulation unter Verwendung einer eingeschränkten Anzahl von Parametern (Gerätparameter, Einstellparameter, Vorgabeparameter, Messaufgaben-Parameter und/oder Werkstückparameter)
– durch empirischen Vergleich mit der computertomografischen Messung des Werkstücks, wobei das Modell entsprechend der Abweichungen korrigiert wird, wobei vorzugsweise Skalierungsfaktoren und/oder Korrekturkennlinien anhand von Kalibrierpunkten aus Messungen mit verschiedenen Einstellparametern verwendet werden und/oder wobei das Modell auf weitere Messobjekte ähnlicher Geometrie und Materials übertragen wird und/oder
– durch Modellanpassung bei Verschleiß der Komponenten des Computertomografen und/oder
– durch Modell-Interpolation innerhalb des Parameterraums der Einstellparameter und/oder Modell-Extrapolation über den Parameterraum der Einstellparameter hinaus, anhand von Stützstellen und/oder
– Modell-Extrapolation über den Parameterraum der Werkstückparameter, also Übertragung auf andere Werkstücke, vorzugsweise anhand gemessener Werkstücke und/oder
– für eine Schnelleinstellung der Einstellparameter, wobei die Simulation bevorzugt mit verringerter als der maximal möglichen Genauigkeit durchgeführt wird (Schnell-Simulation) und/oder
– für eine vereinfachte Simulation unter Verwendung einer eingeschränkten Anzahl von Parametern (Gerätparameter, Einstellparameter, Vorgabeparameter, Messaufgaben-Parameter und/oder Werkstückparameter).

Bei der Simulation wird erfindungsgemäß die Strahlgeometrie der Röntgenstrahlung berücksichtigt. Bei der vereinfachten Simulation werden beispielsweise vereinfachte Strahlgeometrien anhand des Zentralstrahls berücksichtigt.
Ebenso kann die Simulation auch für einen Worst Case Fall (schlechteste zu erwartende Messpräzision bzw. Messunsicherheit) ausgeführt werden. Anstatt der genauen Werkstückdaten wird die Simulation dann mit mittleren Durchstrahlungslängen oder maximalen Durchstrahlungslängen und Materialvorgaben durchgeführt, die beispielsweise als eingeschränkte Randbedingungen bekannt sind. Zu diesen Randbedingungen kann auch das Vorliegen eines Standardmodells wie Kugel, Quader, Rohr oder ähnliches gehören.
Es ist insbesondere auch vorgesehene, eine empirische Verbesserung der automatisierten Einstellung der Einstellparameter durch ein wissensbasiertes System zur Verbesserung der Modelleigenschaften einzusetzen. Hierbei erfolgt eine Korrektur des Modells bei und anhand geänderter Übertragungsfunktionen. Dies betrifft Geräte- und Einstellparameter, die über die Zeit driften können. Beispielsweise erfolgt eine Beobachtung des Röntgenröhrenverschleiß, des Detektorverschleiß, wobei die Überwachung des Verschleißzustandes durch Auswertung des Skalierungsfaktors anhand der Überprüfung der Korrektur erfolgt. Die Überprüfung erfolgt beispielsweise durch Vergleich mit der computertomografischen Messung des Werkstücks.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Position und/oder Lage (Orientierung) und/oder etwaige Form bzw. Abmessungen des Werkstücks auf dem Drehtisch erkannt wird (Werkstückerkennung) anhand von zumindest zwei Durchstrahlungsbildern in verschiedenen Drehstellungen des Drehtischs oder anhand einer Schnell-Tomografie und/oder anhand einer zusätzlichen Kamera.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Position und/oder Lage (Orientierung) des Werkstücks (Werkstückausrichtung) auf dem Drehtisch automatisch oder halbautomatisch eingestellt wird, um den Zielparameter zu erreichen bzw. zu optimieren, insbesondere größte Messpräzision und/oder geringste Messabweichung und/oder größte Genauigkeit, besonders bevorzugt geringste Messunsicherheit, zu erreichen, wobei Werkstückerkennung und Werkstückausrichtung vorzugsweise iterativ erfolgen.
Die Ausrichtung des Messobjekts im Strahlengang bei iterativem Vorgehen sollte zur Vermeidung von Kollisionen beim Drehen des Drehtisches zunächst in möglichst geringer Vergrößerung starten. Ist das Werkstück dann grob erkannt, kann in höherer Vergrößerung eine genauere Erfassung des Werkstücks ohne Kollisionsrisiko erfolgen.
Die Ausrichtung des Messobjekts im Strahlengang, um ideale Messpräzision oder Messunsicherheit zu erreichen, ist dabei nicht zwangsläufig an die maximale Vergrößerung gebunden, wie nach dem Stand der Technik zumeist gefordert. Erfindungsgemäß wird nämlich die Vergrößerung als Einstellparameter, sofern einstellbar, berücksichtigt, aber auch alternative Messmodi wie die Raster-Tomografie oder die Ausschnittstomografie (region of interest-Tomografie). Hierbei ist jedoch der Einfluss auf die Messzeit durch die Mehrfachmessung zu berücksichtigen.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Modell für einen Linearbeschleuniger ausgelegt ist, wobei insbesondere der Paarbildungseffekt in die Modellgleichung und die Simulation einbezogen wird.
Besonders hervorzuheben ist, dass bei Vorliegen von Multimaterialteilen, wobei die Erkennung vorzugsweise mittels Schnell-Tomografie erfolgt, die Simulation auf einen oder mehrere Materialübergänge optimiert wird, an denen die zu messenden dimensionellen Messgrößen vorliegen.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Verfahren zur automatischen oder halb automatischen Bestimmung von Einstellparametern für eine Computertomografie in einer Messsoftware (Software) ausgeführt wird.
Die Software zur Umsetzung des Verfahrens zur automatischen oder halb automatischen Bestimmung von Einstellparametern für eine Computertomografie ist nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag mit der Steuerung des Computertomografen, insbesondere der Steuerung des den Computertomografen enthaltenden Koordinatenmessgerätes verbunden.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre eines Sensors, bevorzugt Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors, zur Inspektion und/oder Messung, vorzugsweise dimensionellen Messung, eines Werkstücks.
Bei den bekannten Verfahren zur Durchstrahlung von Werkstücken, wie beispielsweise vorliegend in der Computertomografie, Laminografie oder Radiografie, wird die erreichbare Strukturauflösung (Detailerkennbarkeit) zumindest bestimmt durch die Größe des Brennflecks der zur Abbildung verwendeten Röntgenröhre, die Anzahl der Pixel des zur Detektion der Durchstrahlungsbilder verwendeten, zumeist matrixförmigen Detektors in Verbindung mit dem vorliegenden geometrischen Abbildungsmaßstab, und ggf. weiterer Größen wie beispielsweise der Anzahl der Drehschritte, in denen Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden. Hierbei wirkt die Brennfleckgröße nur dann einschränkend, wenn eine gewisse Mindestgröße überschritten wird. Wird also stets mit sehr kleinen Brennfleckgrößen gearbeitet, ist zwar keine weitere Verschlechterung der Strukturauflösung vorliegend, jedoch kann einerseits nur mit geringen Strahlleistungen gearbeitet werden und andererseits ist der Verschleiß des Targetmaterials der Röntgenröhre höher als notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Brennfleck so einzustellen, dass der Verschleiß minimiert, bzw. die Leistung, die zur Verfügung steht maximiert werden kann, aber dennoch die Messsaufgabe gelöst wird und keine weitere Einschränkung der Strukturauflösung vorliegt.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die ohne Berücksichtigung der Brennfleckgröße vorliegende Strukturauflösung ermittelt wird, insbesondere in dem die Grenzfrequenz der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) des Gesamtsystems ohne Berücksichtigung des Brennflecks bestimmt wird und anschließend der Brennfleck so groß eingestellt wird, dass gerade keine weitere Verschlechterung der Strukturauflösung vorliegt, also die gleiche Grenzfrequenz für die Modulationsübertragungsfunktion unter Berücksichtigung des Brennflecks vorliegt.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre eines Sensors, bevorzugt Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors, zur Inspektion und/oder Messung, vorzugsweise dimensionellen Messung, eines Werkstücks, wobei Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Orientierungen, insbesondere mittels eines Drehtisches eingestellten Drehstellungen, zwischen Werkstück und Sensor mit einem Detektor, vorzugsweise flächenhaften Detektor, insbesondere Röntgendetektor, aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks bestimmt werden, und vorzugsweise aus den Volumendaten mittels Oberflächenextraktion Messpunkte (Messdaten) erzeugt und zur dimensionellen Messung verwendet werden, vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass die größtmögliche Brennfleckgröße eingestellt wird, die zu keiner zusätzlichen Einschränkung der Strukturauflösung der Volumendaten (Voxeldaten) und/oder Messdaten führt, wobei die ohne Berücksichtigung der Brennfleckgröße vorliegende Strukturauflösung berücksichtigt wird, welche sich zumindest aus der eingestellten Voxelgröße und/oder der in die Objektebene projizierten Pixelgröße des Detektors ergibt.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Brennfleckgröße kleiner oder gleich der projizierten Pixelgröße in der Objektebene bzw. kleiner oder gleich der Voxelgröße eingestellt wird.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Computertomografie-Vorrichtung (Computertomograf) mit zwei Röntgenröhren und ein Verfahren zum Betreiben des Computertomografen.
Bei mittels Computertomografie schwierig zu durchstrahlenden Werkstücken sind mitunter mehrere Teilmessungen mit unterschiedlicher Röntgenstrahlung notwendig. Dies betrifft beispielsweise Werkstücke mit stark unterschiedlichen oder sehr großen Durchstrahlungslängen und Multimaterial-Werkstücke aus Werkstoffen stark unterschiedlicher Dichte, also mit stark unterschiedlichem Absorptionsverhalten gegenüber Röntgenstrahlung (z. B. Kunststoff und Stahl). Insbesondere für das genaue dimensionelle Messen sind ansonsten auftretende Artefakte störend. Die unterschiedliche Röntgenstrahlung wird nach dem Stand der Technik durch die Veränderung der Einstellparameter, insbesondere Strahlleistung der Röntgenstrahlung bzw. verwendetes Spektrum der Röntgenstrahlung, zur Verfügung gestellt. Die dabei entstehenden Teilergebnisse werden auf der Ebene der Durchstrahlungsbilder oder daraus rekonstruierter Volumendaten fusioniert. Ein mögliches Verfahren zur Reduzierung von Artefakten bei Multimaterial-Werkstücken beschreibt beispielhaft die DE 102012100150 A1 der Anmelderin, wobei hier nur eine Röntgenröhre zum Einsatz kommt.
Bei besonders schwer zu messenden Werkstücken oder besonders hohen Genauigkeitsanforderungen an die dimensionelle Messung können die notwendigen Unterschiede in der einzusetzenden Röntgenstrahlung jedoch nicht mehr durch eine einzelne Röntgenröhre realisiert werden. Mögliche Strahlspektren und Brennfleckgrößen im Zusammenhang mit der benötigten Strahlleistung unterscheiden sich für die verschiedenen verfügbaren Röntgenröhren (Makro-Fokus, Mini-Fokus, Mikro-Fokus, Nano-Focus, offene Röhren, geschlossene Röhren, Röhren mit Transmissionstarget, Röhren mit Reflexionstarget, ...) sehr stark, so dass der Einsatz nur einer Röhre lediglich begrenzte Möglichkeiten eröffnet. Zudem ist nachteilig, dass beim Umschalten der Einstellparameter einer Röhre ein stabiler Zustand (Brennfleckposition, Strahlleistung, ...) abgewartet werden muss, wodurch Zeitverluste auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher auch, komplexe Werkstücke mit stark unterschiedlichen Durchstrahlungslängen oder Multimaterial-Werkstücke aus Werkstoffen unterschiedlicher Röntgenabsorption genau und möglichst schnell zu untersuchen, insbesondere dimensionell zu messen. Dies soll kostengünstig und schnell in einem Gerät (Computertomografen) erfolgen, möglichst ohne das Werkstück umspannen zu müssen. Hierbei muss zudem sichergestellt werden, dass die aus den Teilmessungen resultierenden Messdaten räumlich einander genau zugeordnet werden, also in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen, damit die Datenfusion zu keinen oder möglichst kleinen Messabweichungen führt. Dies ist bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen mehreren, insbesondere zwei Röntgenröhren besonders zu beachten, da diese relativ zum zu untersuchenden Werkstück bewegt werden müssen.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass das Werkstück automatisch mit zwei separaten im Computertomografen integrierten Röntgenröhren gemessen wird, die mit unterschiedlichen Einstellparametern, also mit unterschiedlicher Röntgenstrahlung, betrieben werden. Es kann sich dabei um baugleiche oder unterschiedliche Röntgenquellen, wie beispielsweise der zuvor genannten Aufzählung zu entnehmen, handeln. Beide Röntgenquellen werden durch eine einheitliche Steuerung angesteuert und die Ergebnisse der Teilmessungen werden einer einheitlichen Software zur Verfügung gestellt und durch diese ausgewertet. Die Auswertung umfasst dabei auch die Kombination (Fusion) der beiden Teilergebnisse, wobei Durchstrahlungsbilder oder Volumendaten fusioniert werden.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, umfassend zumindest einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, einen Drehtisch zur Aufnahme eines zu messende Werkstücks und eine erste und eine zweite Röntgenquelle, vor, wobei bei Verwendung jeweils einer Röntgenquelle Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen des Werkstücks relativ zur Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks berechnet werden, und wobei vorzugsweise Oberflächenpunkten (Messpunkten) mittels Extraktion aus den Volumendaten ermittelt werden und die Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks verknüpft werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück mit zwei in dem Computertomografen integrierten und mit derselben Steuerung und Software verbundenen Röntgenröhren automatisch gemessen wird, wobei die beiden Röntgenröhren mit unterschiedlichen Einstellparametern betrieben werden, vorzugsweise mit unterschiedlichen Röntgenspektren betrieben werden, und die mit beiden Röntgenröhren ermittelten Durchstrahlungsbilder oder Volumendaten durch die Steuerung und/oder Software kombiniert und gemeinsam ausgewertet werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass in einem automatisierten Messablauf nacheinander die Messung mit beiden Röntgenröhren erfolgt, und die Auswertung der kombinierten Durchstrahlungsbilder oder Volumendaten erfolgt, wobei jeweils verwendete Röntgenröhre, Röntgendetektor und Werkstück relativ zueinander, besonders bevorzugt Röntgenröhre oder Werkstück und Detektor, für die Messung des Werkstücks mit der jeweils verwendeten Röntgenquelle zueinander ausgerichtet werden, vorzugsweise unter Verwendung von Messachsen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Durchstrahlungsbilder aus den Messungen mit beiden Röntgenröhren zu einem Satz von Durchstrahlungsbildern kombiniert werden, vorzugsweise Durchstrahlungsbilder einander entsprechender Drehstellungen fusioniert werden, und der resultierende Satz von Durchstrahlungsbildern rekonstruiert wird.
Zu den Verfahren der Fusion von Durchstrahlungsbildern sei auf die DE 102012100150 A1 hingewiesen, auf die hier vollumfänglich Bezug genommen wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Rekonstruktion bereits parallel zur Aufnahme der Durchstrahlungsbilder beginnt, bevorzugt parallel zur Aufnahme der Durchstrahlungsbilder bei Verwendung der als zweites verwendeten Röntgenröhre beginnt und die Durchstrahlungsbilder fusioniert werden.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass aus den Messungen mit den beiden Röntgenröhren zunächst jeweils Volumendaten rekonstruiert und diese fusioniert werden.
Zu den Verfahren der Fusion von Volumendaten sei ebenso auf die DE 102012100150 A1 hingewiesen.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Durchstrahlungsbilder oder Volumendaten fusioniert werden, die bei unterschiedlicher Brennfleckgröße und/oder unterschiedlicher Auflösung des Röntgendetektors und/oder unterschiedlicher Voxelgröße der Volumendaten aufgenommen wurden, und die Auflösung und/oder Voxelgröße der fusionierten Durchstrahlungsbilder bzw. Volumendaten nicht reduziert wird, vorzugsweise durch den Einsatz von Interpolationsverfahren und/oder Extrapolationsverfahren.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Einstellparameter der beiden Röntgenröhren, insbesondere das jeweilige Röntgenspektrum für die jeweilige Messaufgabe optimiert werden, wobei Targetmaterial der Röntgenröhre und/oder Eigenfilterung der Röntgenröhre und/oder mechanischer Strahlfilter ausgewählt werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Brennfleckgrößen der beiden Röntgenröhren, insbesondere durch Einstellung der Fokussierung der auf das die Röntgenstrahlung abgebende Target gerichteten Elektronenstrahlung und/oder durch Einstellung der Strahlleistung, bevorzugt durch Einstellung von Röntgenspannung und -strom, für die jeweilige Messaufgabe optimiert werden.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass jeweils benötigter mechanischer Strahlfilter manuell oder automatisch in den Röntgenstrahl der jeweils verwendeten Röntgenröhre eingebracht wird, vorzugsweise durch Ansteuerung separater den Röntgenröhren zugeordneter Strahlfilterwechselsysteme.
Besonders hervorzuheben ist, dass bei der Messung mit der jeweiligen Röntgenröhre eine Region of Interest-CT und/oder eine Halbseiten-CT und/oder eine Schnell-CT und/oder eine Raster-CT durchgeführt wird.
Bei der Region of Interest-CT wird ein Werkstückausschnitt in derart hohem Abbildungsmaßstab tomografiert (das Werkstück ist der Röntgenquelle näher), sodass das Werkstück rechtwinklig zur Drehachse des Drehtisches den vom Röntgendetektor erfassten Bereich in einigen Drehstellungen verlässt. Die damit fehlenden Durchstrahlungsdaten werden einer zweiten Messung geringeren Abbildungsmaßstabes oder Simulationsdaten anhand von Solldaten des Werkstücks entnommen.
Bei der Halbseiten-CT wird das Werkstück zusammen mit dem Drehtisch bewusst rechtwinklig zur ursprünglichen Lage der Drehachse des Drehtisches (die in etwa den Zentralstrahl zwischen Brennfleck der Röntgenröhre und Detektormitte etwa rechtwinklig schneidet) versetzt so angeordnet, dass nur eine Seite des Werkstücks auf dem Detektor abgebildet wird. Durch die Drehung des Werkstücks werden die zunächst nicht abgebildeten Bereiche in den weiteren Drehstellungen ausreichend erfasst um eine Rekonstruktion zu ermöglichen.
Bei der Schnell-CT wird ausgenutzt, dass jeweils 180° zueinander versetzte Drehstellungen etwa redundante Durchstrahlungsinformationen liefern (bis auf Abweichungen bei der Drehung der Drehachse, Drifterscheinungen und ähnliches). Auch mit diesem eingeschränkten Satz von Durchstrahlungsbildern ist eine Rekonstruktion möglich.
Bei der Raster-CT werden mehrere Abschnitte des Werkstücks nacheinander in dem jeweils gleichen Abbildungsmaßstab tomografiert. Dazu wird das Werkstück in Richtung der Drehachse und/oder senkrecht dazu in mehreren Relativpositionen zu Röntgenröhre und Röntgendetektor gebracht und jeweils in den mehreren Drehstellungen die Durchstrahlungsbilder aufgenommen. Erfolgt der Versatz senkrecht zur Drehachse, müssen zunächst die Durchstrahlungsbilder jeweils gleicher Drehstellungen zusammengefügt werden, bevor die Rekonstruktion erfolgen kann. Erfolgt der Versatz in Richtung der Drehachse, kann genauso vorgegangen werden oder aber alternativ erst die Rekonstruktion und dann das Zusammenfassen der Volumendaten erfolgen.
Zur Umsetzung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Werkstücks mit unterschiedlichen Einstellparametern unter Verwendung zweier Röntgenröhren, insbesondere unter Verwendung unterschiedlicher Spektren, wird eine geeignete Vorrichtung benötigt.
Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, bei denen meist zwei Röntgenröhren in einem Gerät integriert sind, erlauben den wahlweisen Betrieb der Röntgenröhren, abhängig vom zu untersuchenden Werkstück. Hierbei liegen unterschiedliche Aufgaben vor, die entweder mit der einen oder mit der anderen Röntgenröhre gelöst werden können. Hochgenaue Messaufgaben werden beispielsweise mit Mikro- oder sogenannten Nano-Fokus-Röhren gelöst und Inspektionsaufgaben meist mit Makro-Fokus-Röhren. Eine Kombination der Ergebnisse beider Untersuchungen ist nicht vorgesehen. Dies ist auch nicht möglich, da die Untersuchungen am gleichen Messobjekt auszuführen wären und die Messergebnisse zueinander räumlich ausgerichtet sein müssten. Für eine korrekte Ausrichtung ist es jedoch erforderlich, die räumlichen Lagen der Röntgenröhren, insbesondere der die Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecken, bei der jeweiligen Messung zueinander und zum Objekt sowie dem Röntgendetektor, genau zu kennen. Hierfür erforderliche genaue Bewegungsmittel wie Messachsen und entsprechend geeignete Steuerungen sowie Softwareprogramme werden nach dem Stand der Technik nicht eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Computertomografen derart weiterzubilden, dass die Untersuchung eines Werkstücks mit zwei Röntgenröhren, die mit unterschiedlichen Einstellparametern betrieben werden, erfolgen kann, wobei die Messergebnisse kombiniert werden, vorzugsweise die Durchstrahlungsbilder oder die Volumendaten.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass eine zweite Röntgenröhre mit unterschiedlichen Einstellparametern im gleichen Gerät betrieben wird und die Ergebnisse bei der Untersuchung desselben Werkstücks mit beiden Röntgenröhren, gemeinsam ausgewertet werden können, indem eine gemeinsame Steuerung und Software verwendet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird gebildet durch einen Computertomografen umfassend zumindest einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, einen Drehtisch zur Aufnahme eines zu messende Werkstücks und einer ersten Röntgenquelle, sowie Steuerung und Software zur Aufnahme und Auswertung der in mehreren Drehstellungen des Werkstücks relativ zur Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) aufgenommenen Durchstrahlungsbildern, wobei die Auswertung zumindest die Rekonstruktion der Durchstrahlungsbilder zu Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks, und vorzugsweise die Extraktion von Oberflächenpunkten (Messpunkten) aus den Volumendaten und Verknüpfung der Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks, umfasst, der sich dadurch auszeichnet, dass eine zweite Röntgenröhre im Computertomografen integriert ist, die mit der Steuerung verbunden ist, wobei die Steuerung und die Software ausgebildet sind, die automatisierte Messung mit beiden Röntgenröhren und die gemeinsame Auswertung der am selben Werkstück mit beiden Röntgenröhren ermittelten Durchstrahlungsbilder und/oder Volumendaten zu realisieren, wobei erste und zweite Röntgenröhre mit unterschiedlichen Einstellparametern betreibbar sind, vorzugsweise mit unterschiedlichen Röntgenspektren betreibbar sind.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mehrere unterschiedliche manuell oder automatisch in den jeweiligen Röntgenstrahl einer oder beider Röntgenröhren einbringbare mechanische Strahlfilter zur Beeinflussung des Röntgenspektrums vorgesehen sind, wobei besonders bevorzugt den Röntgenröhren jeweils separate Strahlfilterwechselsysteme zugeordnet sind, wobei die Strahlfilterwechselsysteme jeweils mehrere Strahlfilter aufweisen, die wahlweise in den Röntgenstrahl der jeweiligen Röntgenröhre manuell oder automatisch einbringbar sind.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Steuerung und die Software ausgebildet sind, nacheinander das Werkstück mit der Röntgenstrahlung der jeweils verwendeten Röntgenröhren zu durchstrahlen, wobei die unterschiedlichen Einstellparameter automatisch eingestellt werden, und wobei der Computertomograf Bewegungsmittel wie Messachsen aufweist, die ausgebildet sind, Werkstück, Röntgenquellen und Röntgendetektor relativ zueinander derart zu verschieben, dass mit der Röntgenstrahlung der jeweils verwendeten Röntgenröhre das Werkstück erfasst und auf dem Röntgendetektor abgebildet wird, vorzugsweise indem Werkstück und Röntgendetektor oder indem die Röntgenquellen verschoben werden.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen umfassend zumindest eine Röntgenquelle, einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, und einer Dreheinheit wie Drehtisch und/oder Dreh-Schwenkeinheit, insbesondere zur dimensionellen Messung eines Werkstück, wobei Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Dreh- und/oder Schwenkstellungen des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden.
Bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik zur computertomografischen, insbesondere röntgentomografischen Untersuchung von Werkstücken basieren auf Standard-Trajektorien, wie beispielsweise der Drehung des auf dem Drehtisch fest aufgelegten Werkstücks um 360° zzgl. Fächerwinkel der vom Detektor wie Röntgtendetektor erfassten Röntgenstrahlung, oder Helix-Tomografie, gekennzeichnet durch die Drehung des Werkstücks und gleichzeitiges Bewegen entlang der Drehachse des Drehtisches, oder kombinierten Trajektorien wie Drehung des Werkstücks um 360° zzgl. Fächerwinkel und anschließender Bewegung entlang einer Linie parallel zur Drehachse des Drehtisches. Hierbei nimmt das Werkstück relativ zur Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) eine feste Stellung ein, bei der Helix-Tomografie zumindest in Bezug auf von der Drehachse abweichende Richtungen, insbesondere wird kein Schwenken des Werkstücks vorgenommen.
Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass durch das Anordnen des Werkstücks auf dem Drehtisch unter Umständen besonders lange Durchstrahlungslängen auftreten, die in veränderter Stellung des Werkstücks, insbesondere geschwenkter Stellung, für zumindest einige Bereiche des Werkstücks vermieden werden könnten. Hierdurch würden sich günstigere Durchstrahlungsverhältnisse ergeben, insbesondere kürzere maximale Durchstrahlungslängen auftreten, welche leichter messtechnisch zu erfassen sind und weniger von Artefakten beeinflusst werden. Andere Bereiche sind möglicherweise vorteilhaft in einer anderen Schwenkstellung oder lateralen Stellung messbar.
Zudem besteht das Problem, dass die Belichtungszeit der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder bzw. die Anzahl der Bildmittelungen je Drehstellung über die gesamte Drehung (mindestens 360° zzgl. Fächerwinkel) nach dem Stand der Technik konstant gehalten wird. Hierdurch sinkt das Signal-Rauschverhältnis für Durchstrahlungsbilder mit überwiegend langen Durchstrahlungslängen, also überwiegend stark geschwächten Bereichen, also Bereichen hoher Schwächung, bzw. für die entsprechenden Bildbereiche wie Pixel der Durchstrahlungsbilder, im Vergleich zu Durchstrahlungsbildern bzw. entsprechenden Bereichen, die von kurzen Durchstrahlungslängen betroffen sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Werkstücke genauer zu messen, indem möglichst geringe Durchstrahlungslängen, aber auch günstige Signal-Rauschverhältnisse vorliegen.
Geringe Durchstrahlungslängen sind vorteilhaft, um günstige Signal-Rauschverhältnisse in den Durchstrahlungsbildern, und damit eine besonders genaue, insbesondere reproduzierbare Messung und/oder Messung mit geringer Messunsicherheit zu erzielen.
Dies soll aber insbesondere auch für Bereiche unterschiedlich langer Durchstrahlungslängen realisiert werden, die Reproduzierbarkeiten hierfür sollen also konstant oder nahezu konstant sein, beispielsweise in Bezug auf einen Referenzwert, beispielsweise ermittelt durch eine Referenzmessung. Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher auch darin, das Signal-Rauschverhältnis für einzelne Pixel bzw. Bereiche von Pixeln der Durchstrahlungsbilder oder ganze Durchstrahlungsbilder zu bestimmen und durch geeignete Maßnahmen auch für unterschiedliche Durchstrahlungslängen zu optimieren, insbesondere zu minimieren bzw. anzugleichen.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, mittels alternativer, beispielsweise aus mehreren unterschiedlichen Teiltrajektorien bestehende Trajektorien, also beispielsweise geschwenkter Stellung bzw. geschwenkten Stellungen des Werkstücks auf dem Drehtisch und Bewegung der Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) und des Werkstücks relativ zueinander, die maximalen Durchstrahlungslängen und/oder die Anzahl der Projektionsbilder mit maximalen bzw. allgemein langen bzw. längeren Durchstrahlungslängen zu minimieren, insbesondere nur Durchstrahlungsbilder mit möglichst kurzen Durchstrahlungslängen zu erzeugen bzw. zur Auswertung heranzuziehen. Es wird also unter Berücksichtigung der Durchstrahlungslängen des Werkstücks in Abhängigkeit von einer zu wählenden Dreh-Schwenk-Stellung, insbesondere Schwenkstellung, die Trajektorie für die Messung verwendet, bei der möglichst kurze Durchstrahlungslängen und damit hohe Signal-Rauschverhältnisse auftreten.
Ebenso ist zur Lösung vorgesehen, dass beim Vorliegen ungünstiger Werte für die Schwächung bzw. die Durchstrahlungslänge oder das Signal-Rauschverhältnis, die Belichtungszeit oder die Anzahl der in der jeweiligen Drehstellung aufgenommenen und gemittelten Durchstrahlungsbilder automatisch erhöht wird, beispielsweise bis ein Referenzwert für die Schwächung bzw. die Durchstrahlungslänge oder das Signal-Rauschverhältnis erreicht wird.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, umfassend zumindest eine Röntgenquelle, einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, und eine Dreheinheit wie Drehtisch und/oder Dreh-Schwenkeinheit zur Aufnahme und Einstellung der Dreh- und/oder Schwenkstellung des zu messenden Werkstücks relativ zu Röntgendetektor und Röntgenquelle, und vorzugsweise Messachsen (Translationsachsen), zur Einstellung der Position des Werkstücks und/oder der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors in zumindest einer Achse relativ zueinander, wobei Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Dreh- und/oder Schwenkstellungen des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks berechnet werden, und wobei vorzugsweise Oberflächenpunkte (Messpunkte) mittels Extraktion aus den Volumendaten ermittelt werden und die Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks verknüpft werden, vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass unter Verwendung verschiedener Positionen des Werkstücks und/oder der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors, eingestellt mittels der Messachsen (Translationsachsen), und/oder verschiedener Drehstellungen und/oder Dreh-Schwenk-Stellungen des Werkstücks, eingestellt unter Verwendung des Drehtisches bzw. der Dreh-Schwenk-Einheit, von der reinen Drehung des Werkstücks um die Drehachse des Drehtisches abweichende Trajektorien, also Bewegung des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor für die Aufnahme der mehreren Durchstrahlungsbilder, verwendet werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Trajektorien so festgelegt werden, dass die maximalen Durchstrahlungslängen in den Durchstrahlungsbildern minimiert werden, vorzugsweise einen relativ zur maximal möglichen Durchstrahlungslänge festgelegten Schwellwert unterschreiten, und/oder dass die minimalen Signal-Rauschverhältnisse der Grauwerte der Durchstrahlungsbilder maximiert werden, vorzugsweise einen festgelegten Schwellwert, besonders bevorzugt relativ zum geringsten möglichen Signal-Rauschverhältnis festgelegten Schwellwert, überschreiten, und/oder die Anzahl der die maximalen Durchstrahlungslängen und/oder minimalen Signal-Rauschverhältnisse enthaltenden Durchstrahlungsbilder minimiert wird, wobei vorzugsweise anhand eines Modells des Werkstücks, vorzugsweise CAD-Modells, maximal mögliche Durchstrahlungslänge und/oder minimale Signal-Rauschverhältnisse und Durchstrahlungslängen und/oder Signal-Rauschverhältnisse für die verschiedenen Trajektorien, insbesondere verschiedenen Dreh-Schwenk-Stellungen des Werkstücks, simuliert werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass mittels der Dreheinheit und/oder Dreh-Schwenk-Einheit und/oder mittels der Messachsen (Translationsachsen) Werkstück oder Werkstück zusammen mit Drehtisch und/oder Röntgenquelle und/oder Detektor zum Abfahren der Trajektorien bewegt werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mittels Messachsen (Translationsachsen) lediglich Drehtisch mit Werkstück im Messvolumen zum Abfahren der Trajektorien bewegt wird und Werkstück mittels Drehtisch dabei gedreht wird.
Das Messvolumen beschreibt dabei den Bereich zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor, in dem das Werkstück angeordnet werden kann, damit zumindest Teile davon auf dem Röntgendetektor abgebildet werden.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass Durchstrahlungsbilder, aufgenommen in der jeweiligen Trajektorie, zu Volumendaten, insbesondere zu einem gemeinsamen Voxelvolumen, rekonstruiert werden. Dies erfordert, dass zu jedem Durchstrahlungsbild die Dreh- und/oder Schwenkstellung und Position im Messvolumen (relativ zu Röntgenquelle und/oder Röntgendetektor), also auf der Trajektorie, bekannt ist und in der Rekonstruktion berücksichtigt wird. Damit die Positionen sehr genau bekannt sind, werden bevorzugt Messachsen eingesetzt, wie diese in der Koordinatenmesstechnik üblich sind.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Durchstrahlungsbilder von der Rekonstruktion ausgeschlossen und/oder durch interpolierte und/oder simulierte Durchstrahlungsbilder ersetzt werden, in denen maximale oder mittlere Schwächungen und/oder maximale oder mittlere Durchstrahlungslänge einen jeweils festgelegten Schwellwert überschreiten. Hierfür wird bevorzugt das Modell des Werkstücks herangezogen (Simulation) oder aber in benachbarten Drehstellungen aufgenommene Durchstrahlungsbilder (Interpolation).
Die Erfindung sieht zur Lösung auch ein Verfahren vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass beim Vorliegen maximaler oder mittlerer Schwächung und/oder maximaler oder mittlerer Durchstrahlungslängen oberhalb zuvor festgelegter Schwellwerte und/oder beim Vorliegen minimaler oder mittlerer Signal-Rauschverhältnisse unterhalb eines zuvor festgelegten Schwellwertes, automatisch für das entsprechende Durchstrahlungsbild die Belichtungszeit erhöht und/oder die Anzahl der überlagerten Bilder (Bildmittelung) in der jeweiligen Drehstellung und/oder Position auf der Trajektorie erhöht wird, bis vorzugsweise Schwellwerte unterschritten werden und/oder bis zuvor ermittelter Wert oder Wert in zu diesem festgelegter Umgebung erreicht wird, wobei der Wert beispielsweise mittels zuvor durchgeführter Referenzmessung des Werkstücks mit dem Computertomografen oder einem anderen Computertomografen festgelegt wird. Dieses Verfahren kann mit den zuvor genannten Verfahren kombiniert werden oder losgelöst davon eingesetzt werden.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Werkstück zur Aufnahme von ersten Durchstrahlungsbildern in einem Winkelbereich von 0° bis 180° zzgl. Fächerwinkel des durch den Röntgendetektor erfassten Bereichs der Röntgenstrahlung der Röntgenröhre gedreht wird, wobei das Werkstück in einer ersten Dreh-Schwenk-Stellung und/oder Position relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnet ist, wobei vorzugsweise Durchstrahlungslängen und/oder Signal-Rauschverhältnisse für erste Bereiche des Werkstücks optimiert sind, und das Werkstück zur Aufnahme von zweiten Durchstrahlungsbildern in einem Winkelbereich von 180° zzgl. Fächerwinkel bis 360° zzgl. doppeltem Fächerwinkel gedreht wird, wobei das Werkstück in einer zweiten Dreh-Schwenk-Stellung und/oder Position relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnet ist, wobei vorzugsweise Durchstrahlungslängen und/oder Signal-Rauschverhältnisse für zweite Bereiche des Werkstücks optimiert sind, wobei die zweiten Bereiche besonders bevorzugt den Bereichen entsprechen, die bei der Aufnahme der ersten Durchstrahlungsbilder vorgegebene Schwellwerte in Bezug auf Durchstrahlungslängen überschritten oder in Bezug auf Signal-Rauschverhältnisse unterschritten haben, und wobei besonders bevorzugt erste und zweite Durchstrahlungsbilder zu gemeinsamen Voxelvolumen rekonstruiert werden.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Röntgenröhre.
Nach dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, insbesondere zum Einsatz in Computertomografen, Radiografen oder Laminografiesensoren sehen die quantitative Beurteilung des Targetverschleißes nicht vor. Vielmehr wird nach vorgegebenen Zyklen der Brennfleck, der Bereich des Targets von dem bei Beschuss mit einem Elektronenstrahl die Röntgenstrahlung ausgeht, auf dem Target verschoben, indem das Target mechanisch relativ zum Elektronenstrahl verschoben wird.
Es sind auch drehbare Targets bekannt, bei denen der Brennfleck parmanent auf einer Kreisbahn auf dem Target geführt wird, indem sich das Target dreht.
Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass möglicherweise zu kurze oder zu lange Intervalle zwischen den Verschiebungen vorliegen, und dadurch entweder noch brauchbare Bereiche des Targets nicht weiter verwendet werden oder Messungen mit verschlissenem Target und damit verbundenen Nachteilen, wie beispielsweise unscharfe Abbildung und damit verbundenen Messfehlern, insbesondere bei der Computertomografie, oder die Zerstörung des Targets aufgrund zu hoher Wärmebelastung erfolgt. Dies trifft bei drehbaren Targets auf die benutzte Kreisbahn ebenso zu.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei dem der real vorliegende Targetverschleiß quantitativ beurteilt werden kann und entsprechende Eingriffsgrenzen definiert werden, bei denen eine Verschiebung des Brennflecks auf dem Target durchgeführt werden soll.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung, zuvor genanntes Verfahren und Vorrichtung für permanent drehende Targets zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Beurteilung des Targetsverschleißes anhand der mit einem Röntgendetektor, insbesondere flächig ausgeprägten Röntgendetektor erfassten Strahlung der Röntgenröhre beurteilt wird, insbesondere die Intensität der vorliegenden Strahlung mit einem Referenzwert eines nicht verschlissenen Bereichs des Targets oder eines neuwertigen Targets, bei bis auf den Targetzustand möglichst vergleichbaren, insbesondere identischen Röntgenröhrenbedingungen, verglichen wird.
Treten nun zu große Abweichungen der Intensitäten im Vergleich zum Referenzwert auf, kann entweder ein manueller oder automatisierter Eingriff erfolgen und der Brennfleck auf dem Target verschoben werden, indem entweder der Elektronenstrahl auf einen anderen Bereich des Targets fokussiert wird oder das Target mechanisch durch entsprechend vorgesehene Mittel verschoben wird. Das Verschieben kann beispielsweise auch ein Rotieren oder eine translatorische Bewegung, oder eine Kombination beider Bewegungen, beinhalten. Es ist auch vorgesehen, dass das Rotieren bzw. Drehen durch eine Kombination translatorischer Bewegungen ersetzt wird.
Im Falle permanent drehender Targets ist vorgehen, die Kreisbahn zu verändern, indem die Rotationsachse, um die das Target dreht bzw. um die der Brennfleck geführt wird, verändert wird. Wird das Target zusammen mit der Dreheinrichtung für die Targetrotation senkrecht zur Rotationsache verschoben, ergibt sich dabei auch ein veränderter Radius für die Kreisbahn auf dem Target. Durch Kombination von Drehen und senkrechtem Verschieben sind auch anderen Bahnen, beispielsweise Spiralbahnen vorgesehen.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zum Betreiben einer Röntgenröhre, vorzugsweise Röntgenröhre, die Teil eines Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors ist, wobei die Röntgenröhre ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target aufweist, welches mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass zur Beurteilung des Zustands des Targets, insbesondere Targetverschleißes, der Auftreffpunkt (Brennfleck) des Elektronenstrahls auf das Target und das Target relativ zueinander verschoben werden und die auf einem Röntgendetektor gerichtete Röntgenstrahlung jeweils ausgewertet wird, insbesondere Änderung der Intensität während oder jeweils vor und/oder nach der jeweiligen Verschiebung der durch den Röntgendetektor ermittelten Röntgenstrahlung beurteilt wird.
Auch sieht die Erfindung eine unabhängige oder mit zuvor geschilderter Lösung kombinierbare Lösung vor in Form eines Verfahrens zum Betreiben einer Röntgenröhre, vorzugsweise Röntgenröhre, die Teil eines Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors ist, wobei die Röntgenröhre ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target aufweist, welches mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf das Target entlang einer Kreisbahn verschoben wird, indem das Target um eine von der Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls verschiedene Achse (Rotationsachse) gedreht wird oder indem durch Kombination translatorischer Verschiebungen von Elektronenstrahl und Target relativ zueinander in zumindest zwei Richtungen senkrecht zur Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls die Kreisbahn um eine Rotationsachse realisiert wird, wobei vorzugsweise als die Verschiebung nach Anspruch 1 die Verschiebung entlang der Kreisbahn oder die Verschiebung auf eine in Radius und/oder Lage der Rotationsachse veränderte Kreisbahn verwendet wird, wobei vorzugsweise zur Änderung des Radius, die Rotationsachse senkrecht zu ihrer vorliegenden Richtung verschoben wird, vorzugsweise durch Verschieben des Targets senkrecht zur vorliegenden Richtung der Rotationsachse zusammen mit der für die Drehung vorgesehenen Dreheinrichtung oder durch entsprechend geänderte translatorische Verschiebungen von Elektronenstrahl und Target relativ zueinander.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die jeweils vorliegende Intensität mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei der Referenzwert bei gleichen Einstellparametern der Röntgenröhre, wie beispielsweise Röntgenspannung und Röntgenstrom, bestimmt wird, wobei die Referenzwertbestimmung erfolgt bei erstmaliger Verwendung des Targets oder zum jeweils aktuellen Zeitpunkt, wobei der Brennfleck auf einem bis dahin unbenutzter Bereich des Target erzeugt wird, oder wobei der Referenzwert aus allen Intensitäten bestimmt wird, die während der einen oder mehreren Verschiebungen auftreten, insbesondere Maximalwert aus allen Intensitäten ist.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Targetverschleiß, insbesondere die Intensitätsänderung, bewertet und bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes dies entweder an den Bediener gemeldet wird, welcher Brennfleck und Target relativ zueinander manuell verschoben, insbesondere durch Drehen und/oder laterales Verschieben, oder automatisches Drehen und/oder laterales Verschieben des Targets relativ zum Brennfleck erfolgt.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Drehung und/oder Verschiebung des Brennflecks relativ zum Target erfolgt durch Ablenkung des Elektronenstrahls und/oder laterales Verschieben des Targets oder des das Target aufnehmenden Grundkörpers wie Targetflansches oder Dreheinrichtung relativ zum Elektronenstrahl, insbesondere relativ zur die Vorrichtung zur Ablenkung des Elektronenstrahls aufweisenden Röhrenkorpuses.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung vor, die umfasst zumindest eine Röntgenröhre und ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target, welches mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, und weiterhin umfasst Mittel zur Beeinflussung der Richtung des Röntgenstrahls und/oder Mittel zur mechanischen Bewegung des Targets und/oder Targetflansches und/oder zur Drehung des Targets vorgesehenen Dreheinrichtung relativ zum Elektronenstrahl, insbesondere senkrecht zur Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls, oder relativ zum Röhrenkorpus, wie Bewegungsachsen.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Korrektur der während einer computertomografischen Messung auftretenden Drift.
Bei den bekannten Verfahren zur Driftkorrektur bei der computertomografischen Messungen (CT) eines Bauteils erfolgt ein einfacher Vergleich zwischen den in mehreren Drehstellungen des Bauteils aufgenommenen Durchstrahlungsbildern (Projektionsbildern) einer vor oder nach der eigentlichen computertomografischen Messung durchgeführten Schnelltomografie (Referenztomografie) mit wenigeren Drehschritten (Drehstellungen) und den bei den entsprechenden Drehschritten während der eigentlichen tomografischen Messung des Bauteils aufgenommenen Durchstrahlungsbildern (Projektionsbildern), wobei lediglich die Lage der Bilder in der Detektorebene (Projektionsebene) zueinander verglichen wird und anhand der Verschiebung eine Korrektur der Durchstrahlungsbilder der eigentlichen computertomografischen Messung erfolgt.
Nicht berücksichtigt wird dabei jedoch die veränderte räumliche Lage der CT-Komponenten Röntgenröhre, Röntgendetektor und Drehtisch aufgrund der Drift zueinander und die damit einhergehende Veränderung der CT-Geometrie (Lage der CT-Komponenten zueinander), insbesondere des Abbildungsmaßstabes. Auch wird eine möglicherweise auftretende veränderte Orientierung wie Verkippung der CT-Komponenten nicht berücksichtigt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die während einer computertomografischen Messung auftretende Drift, insbesondere Verschiebung der CT-Komponenten Röntgenröhre, Röntgendetektor und Drehtisch zueinander, sowie die damit einhergehende Veränderung des Abbildungsmaßstabes, und auch insbesondere die aufgrund der Drift auftretenden geänderten Orientierungen wie Verkippungen der CT-Komponenten zu korrigieren.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass aus den Durchstrahlungsbildern der Referenztomografie (Schnelltomografie) und den Durchstrahlungsbildern der eigentlichen computertomografischen Messung ein korrigiertes Volumen rekonstruiert wird, wobei insbesondere korrigierte Projektionsbilder oder eine korrigierte CT-Geometrie für jedes Projektionsbild ermittelt wird, wobei insbesondere ein Transformationsmodell verwendet wird, welches die veränderte CT-Geometrie, insbesondere den jeweils veränderten Abbildungsmaßstab berücksichtigt.
Alternativ zur Schnelltomografie als Referenztomografie ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, einen Referenzkörper wie zumindest eine Kugel mitzutomografieren, dessen Lage in Bezug auf den Drehtisch fest und für sämtliche Drehstellungen fest bzw. bekannt ist, beispielsweise durch vor der Messung durchgeführtes Einmessen. Durch Vergleich der Lage und Größe (im Fall der Kugel, Durchmesser) der Abbildung des Referenzkörpers in dem jeweiligen Durchstrahlungsbild während der eigentliche Messung des Objektes mit der zuvor bestimmten bzw, bekannten Lage bzw. Größe lässt sich die erfindungsgemäße Korrektur, insbesondere die korrigierte CT-Geometrie für die Rekonstruktion bestimmen.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Korrektur der während einer computertomografischen Messung auftretenden Drift der für die Computertomografie (CT) eingesetzten CT-Komponenten Röntgenröhre, zu messendes Objekt aufnehmender Drehtisch und in mehreren Drehstellungen des zu messenden Objekts relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor aufnehmender Röntgendetektor relativ zueinander vor, wobei vor und/oder nach der computertomografischen Messung eine Schnelltomografie (Referenztomografie) durchgeführt wird, bei der Durchstrahlungsbilder in einer geringeren Anzahl von Drehstellungen bezüglich der computertomografischen Messung aufgenommen werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass unter Verwendung der Durchstrahlungsbilder der computertomografischen Messung und der Durchstrahlungsbilder der Schnelltomografie ein korrigiertes Voxelvolumen mittels Rekonstruktion ermittelt wird, wobei korrigierte Durchstrahlungsbilder (korrigierte Projektionsbilder) berechnet werden oder indem jedem Durchstrahlungsbild der computertomografischen Messung eine auf Basis der Durchstrahlungsbilder der Schnelltomografie ermittelten korrigierten CT-Geometrie für die Rekonstruktion zugeordnet wird, wobei die CT-Geometrie die räumliche Lage der CT-Komponenten Röntgenröhre, Röntgendetektor und Drehtisch zueinander und vorzugsweise deren Orientierung wie Verkippung bezeichnet.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass anhand eines Transformationsmodells zwischen eigentlicher computertomografischer Messung und Schnelltomografie für jedes Durchstrahlungsbild der eigentlichen computertomografischen Messung eine korrigierte CT-Geometrie berechnet wird, die die durch die Drift veränderte Lage der CT-Komponenten und vorzugsweise Orientierung der CT-Komponenten berücksichtigt.
Um die durch die Drift veränderte Lage der CT-Komponenten zu bestimmen sieht die Erfindung in einer besonderen Ausgestaltung zusätzlich vor, dass die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Lageänderung, insbesondere der Röntgenröhre, durch Einsatz zumindest eines Temperatursensors bestimmt und für die Korrektur herangezogen wird. Im Fall der Röntgenröhre wird bevorzugt zumindest ein in der Röntgenröhre enthaltener und/oder ein am Gehäuse befestigter, insbesondere nahe der innerhalb der Röntgenröhre vorliegenden Wärmequellen und/oder an dem die Röntgenröhre aufnehmenden Träger befestigter Temperatursensor eingesetzt. Die mit mehreren Temperatursensoren aufgenommenen Temperaturmesswerte werden in einer besonderen Ausgestaltung vorzugsweise linear zu einer für die Bestimmung der veränderten Lage resultierenden Temperatur kombiniert. Es ist weiter vorgesehen, dass entweder die veränderte Lage der Röntgenröhre durch entsprechende gegenläufige Positionierung der Röntgenröhre mit entsprechenden Antrieben wie Messachsen kompensiert wird, dass die veränderte CT-Geometrie bei der Rekonstuktion berücksichtigt wird oder die Durchstrahlungsbilder korrigiert werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass anhand eines Transformationsmodells zwischen eigentlicher computertomografischer Messung und Schnelltomografie für jedes Durchstrahlungsbild der eigentlichen computertomografischen Messung ein korrigiertes Durchstrahlungsbild berechnet wird, indem die Grauwerte (Intensitäten) der Durchstrahlungsbilder so verändert werden, dass sie der aus der Referenztomografie sich ergebenden CT-Geometrie (Referenz-CT-Geometrie) entsprechen und unter Zugrundelegung der Referenz-CT-Geometrie rekonstruiert werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Transformationsmodell in Abhängigkeit aller die CT-Geometrie betreffenden Parameter wie Translation der CT-Komponenten Röntgenröhre, Röntgendetektor und Drehtisch zueinander und deren Rotation (Verkippung) berücksichtigt, wobei insbesondere der sich zwischen Schnelltomografie (Referenztomografie) und eigentlicher computertomografischer Messung je Drehlage veränderte Abbildungsmaßstab berücksichtigt wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass im Transformationsmodel der bezüglich der Referenztomografie veränderte Abbildungsmaßstab der computertomografischen Messung berücksichtigt wird und nach Anwendung der Transformation das jeweilige Durchstrahlungsbild im Abbildungsmaßstab der Referenztomografie vorliegt.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass das Transformationsmodell bestimmt wird, indem die Projektionsbilder der Referenztomografie (Referenzprojektionsbilder) mit den in gleicher Drehstellung aufgenommenen Projektionsbildern (Durchstrahlungsbildern) der eigentlichen computertomografischen Messung (Messprojektionsbilder) verglichen werden und die Transformationsparameter des Transformationsmodells derart bestimmt werden, dass nach Durchführung der Transformationen die Abweichungen zwischen den Bilddaten (Grauwerten) der Referenzprojektionsbilder und der Messprojektionsbilder minimal sind, beispielsweise durch Minimierung der Abstandsquadrate der Intensitäten (Grauwerte) der einzelnen Pixel der korrespondierenden Durchstrahlungsbilder und/oder durch Korrelationsverfahren.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Transformationsparameter stützstellenbasiert, also anhand der Drehstellungen bestimmt werden, für die Referenzprojektionsbilder und Messprojektionsbilder vorliegen und dass für die Durchstrahlungsbilder der eigentlichen computertomografischen Messung in den dazwischenliegenden Drehstellungen die Transformationsparameter interpoliert werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt wird und/oder aus dem rekonstruierten Voxelvolumen mittels Oberflächenextraktion Oberflächenmesspunkte generiert werden, die besonders bevorzugt zur Ermittlung von Geometrieelementen und/oder Maßen verwendet werden.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung und die Verwendung dieser Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Computertomografie, wobei als Detektor für die Messstrahlung keine bereits fertig montierte Einheit aus einem Szintillator und einem optischen Detektor verwendet wird, wie dies zumeist nach dem Stand der Technik erfolgt, sondern Szintillator und optischer Detektor getrennt voneinander aufgebaut sind. Der Szintillator dient der Umwandlung der empfangenen Messstrahlung in optische Strahlung, die von einem optischen Detektor mit mehreren lichtempfindlichen Elementen wie beispielsweise einer CCD- oder CMOS-Kamera aufnehmbar ist. Um eine möglichst hohe Auflösung zu erzielen, sind Szintillatoren oftmals mit Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise vielen röhrenförmigen, die entstehende optische Strahlung leitenden Elementen versehen. Zusätzlich wird die erreichbare Auflösung aber auch durch die Auflösung des verwendeten optischen Detektors beeinflusst.
Vorrichtungen mit vom Szintillator getrenntem optischem Detektor haben den Vorteil, dass zur Erhöhung der Auflösung zwischen Szintillator und optischen Detektor eine Optik eingesetzt werden kann, wie dies beispielsweise in der US 7,400,704 beschrieben wird. Dabei nachteilig ist es jedoch, dass aufgrund der begrenzten Apertur der eingesetzten Optik nur kleine Szintillatorflächen erfasst werden können oder der Lichtdurchsatz und damit das Signal-Rausch-Verhältnis sehr gering sind. Anderenfalls wären sehr große und teure Optiken notwendig. Es ist dadurch nicht möglich, große Bereiche eines Szintillators komplett in hoher Auflösung und Bildqualität zu erfassen. Der erfasste Bereich des Szintillators kann zudem in seiner Größe oder Lage nicht verändert werden. Ebenso nachteilig beim Stand der Technik ist es, dass beim Einsatz von Umlenkspiegeln diese zumeist eine entsprechend große Ausdehnung aufweisen müssen, um die gesamte vom Szintillator abgegebene optische Strahlung zu reflektieren.
Diese Probleme löst die DE 102013108367.6 der Anmelderin, auf die hier vollständig Bezug genommen wird, zumindest teilweise, indem eine Einheit aus beweglicher Kamera und Optik zur stückweisen Erfassung von Teilbereichen der Szintillatorfläche mit hoher Auflösung eingesetzt werden. Nachteilig dabei ist jedoch, dass zeitaufwändig nacheinander mehrere Messungen in mehreren Relativpositionen zwischen Szintillator und Kamera zzgl. Optik zur kompletten Erfassung der Szintillatorfläche notwendig sind. Zudem nehmen die notwendigen Positioniereinheiten viel Bauraum ein. Auch die Notwendigkeit einer Optik an sich ist nachteilig.
Auch in der DE 102015110493.8 der Anmelderin, auf die hier ebenso vollständig Bezug genommen wird, wird eine ähnliche Anordnung und ein ähnliches Verfahren angewandt, jedoch unter Verwendung eines Parabolspiegels, Fresnellinse oder Glasfaser-Tapers. In Bezug auf die Glasfaser-Taper werden jedoch keine Hinweise auf die konkrete Ausführung gegeben. Zudem ist dabei vorgesehen, Kamera (optischer Detektor) und Szintillator relativ zueinander zu verschieben. Der Glasfaser-Taper erfasst den Szintillator also nicht vollständig und mehrere Messungen sind zeitaufwändig notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb auch, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um ohne den Einsatz von klassischen Optiken die vollständige Erfassung der von einem Szintillator abgegebenen optischen Strahlung mit hoher Qualität, insbesondere hohem Lichtdurchsatz zu realisieren und damit eine schnelle und genaue Messung eines Werkstücks mittels beispielsweise Computertomografie zu gewährleisten. Die Anwendung für andere durchstrahlende Verfahren unter Verwendung von Röntgenstrahlen in optische Strahlung umwandelnden Szintillatoren ist ebenso vorgesehen, wie beispielsweise zur Materialinspektion oder Laminografie.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass zwischen der die optische Strahlung abgebenden Seite des Szintillators und einer Kamera ein oder mehrere Faserbündel, bevorzugt Taper, angeordnet werden, das bzw. die die optische Strahlung in Richtung der Kamera abbilden. Bevorzugt wird durch das eine oder die mehreren Faserbündel die gesamte Szintillatorfläche erfasst.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Abbildungsmaßstab des Szintillators auf die Kamera durch die Anzahl der eingesetzten Faserbündel und/oder die Ausführung des Faserbündels in Bezug auf die Anzahl und Packungsdichte der Fasern und damit deren Durchmesser, eingestellt werden kann. Bevorzugt ist der Durchmesser der einzelnen Fasern geringer, als die Pixelgröße der Kamera. In Ausgestaltung ist zusätzlich zwischen Kameraseitigem Ende des Faserbündels und der Kamera eine abbildende Optik angeordnet. Diese ist jedoch in ihrer Baugröße kleiner als eine Optik, die zur Erfassung der gesamten Szintillatorfläche notwendig wäre, da das Faserbündel bevorzugt derart ausgeführt ist, dass das dem Szintillator zugewandte Ende einen größeren Querschnitt ausweist, als das der Kamera zugewandte Ende, das Faserbündel also in Richtung der Kamera zusammengeschrumpft ausgeführt ist.
Auch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedem Faserbündel eine separate Kamera zugeordnet wird und die Bilder der einzelnen Kameras zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden.
Durch die Ausführung der Faserdurchmesser und gegebenenfalls verwendeten zuvor genannten Optik ist es möglich, sehr hohe Vergrößerungen zu erzielen, wodurch sich eine kleine effektive Pixelgröße für die Erfassung der Szintillatorfläche und damit für die Tomografie ergibt.
Besonders bevorzugt wird ein gerichtetes, die Abbildung erhaltendes Faserbündel, auch als Taper bezeichnet, eingesetzt. Alternativ kann die Zuordnung der einzelnen Fasern des Bündels zu dem erfassten Bereich des Szintillators und dem Bereich, auf dem die Abbildung auf der Kamera erfolgt, eingemessen werden und die mit der Kamera erfassten Bilder entsprechend korrigiert werden.
Eine erfindungsgemäße 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 drehbar angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt (303) drehbar ist, aufnehmbar sind, wobei die Computertomografiesensorik zumindest besteht aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre (301), zumindest einem flächig ausgeprägten Szintillator (304) und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor (310) wie Kamera, wobei die Durchstrahlungsbilder von dem zumindest einen 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, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Szintillator (304) und dem optischen Detektor (310) ein oder mehrere Faserbündel (320) angeordnet sind, wobei die dem Szintillator (304) zugeordnete Seite (321) des bzw. der Faserbündel die vom Szintillator (304) abgegebene optische Strahlung (307) aufnimmt und am dem optischen Detektor (310) zugewandten Ende (322) wieder in Richtung des bzw. der optischen Detektoren (310) abgibt.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Durchmesser der Fasern des Faserbündels (320) kleiner als die Pixelgröße des optischen Detektors (310) ist, insbesondere < 10 µm, bevorzugt < 5 µm.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass zumindest eine Optik (309) zwischen Kameraseitigem Faserbündelende (322) und Kamera (310) angeordnet ist, die ausgebildet ist, die aus dem Kameraseitigem Faserbündelende (322) austretende optische Strahlung auf die Kamera (310) abzubilden.
Besonders hervorzuheben ist, dass als Faserbündel (320) ein gerichtetes Faserbündel (Taper) eingesetzt wird, bei dem die Anordnung der Fasern die Abbildung erhaltend ausgeführt ist.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass über die Faserbündel- bzw. Taperauswahl (Anzahl, Packungsdichte und Durchmesser) die Auflösung für die Erfassung der Szintillatorfläche (304) einstellbar ist, wobei vorzugsweise die Faserbündel bzw. der oder die Taper auswechselbar ausgeführt ist.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mehrere Taper (320) in Bezug auf die erfasste Szintillatorfläche (304) nebeneinander angeordnet sind, so dass die gesamte Szintillatorfläche (304) erfasst wird, wobei die Kameraseitigen Enden (322) der Taper (320) einer gemeinsamen Kamera (310) zugeordnet sind oder jeder Taper (320) auf eine separate Kamera (310) gerichtet ist, wobei für den Fall mehrerer Kameras die Bilder der Kameras zu einem Gesamtbild zusammensetzbar sind, dass für die Tomografie verwendbar ist.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung einer computertomografischen Messung mit einem Computertomografen, wobei die Belichtungszeit und die Anzahl der zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild zu überlagernden Durchstrahlungsbilder eingestellt werden.
Bei den bekannten Verfahren zur Computertomografie von Objekten bzw. Werkstücken wird über den gesamten Drehbereich, in dem das Objekt gedreht wird, also typischerweise mindestens um 180° bzw. 360°, eine konstante Belichtungs- bzw. Integrationszeit für alle Durchstrahlungsbilder verwendet. Zur Erhöhung der Bildqualität werden jeweils Gruppen von nacheinander aufgenommenen Durchstrahlungsbildern, welche im Start/Stopp-Betrieb in identischer Drehstellung aufgenommen werden, bzw. in einem kontinuierlichen Drehbetrieb innerhalb eines jeweils gleich großen Winkelbereichs aufgenommen werden, zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild überlagert, also die Intensitäten in Form der Grauwerte aufaddiert und ggf. normiert. Diese resultierenden Durchstrahlungsbilder weisen also auch über den gesamten Drehbereich der Messung eine konstante Anzahl von Durchstrahlungsbildern auf, aus denen sie jeweils durch Überlagerung gebildet werden.
Hierdurch ergibt sich ein fester Zusammenhang zwischen der Anzahl der Drehstellungen, Anzahl der je Drehstellung aufzunehmenden Durchstrahlungsbildern, Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild und der Gesamtmesszeit. Im Falle der Bildaufnahme während der Drehbewegung ergibt sich zudem eine konstante Rotationsgeschwindigkeit.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass insbesondere bei Objekten mit großem Aspektverhältnis die gemessenen Intensitäten, insbesondere die minimalen Intensitäten, abhängig von der Bauteillage, also der jeweils maximal durchstrahlten Länge, stark variieren, wodurch die Durchstrahlungsverhältnisse, insbesondere die Ausnutzung der Detektordynamik unterschiedlich ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei Einstellung einer Gesamtintegrationszeit so, dass die dunkelsten Bereiche, also beim Vorliegen der größten Durchstrahlungslängen, ein eingestelltes Signal-Rauschverhältnis oder eine eingestellte minimale Intensität aufweisen, jedoch in Drehstellungen, bei denen deutlich geringere maximale Durchstrahlungslängen vorliegen, deutlich höhere minimale Grauwerte und damit deutlich größere Signal-Rauschverhältnisse vorliegen. Anders ausgedrückt werden also in Drehlagen mit geringen maximalen Durchstrahlungslägen deutlich höhere Gesamtbelichtungszeiten verwendet, als dies notwendig wäre, um eine konstante Qualität, also beispielsweise Signal-Rauschverhältnisse für die dunkelsten Bereiche, über den gesamten Drehbereich zu erzielen. Dies führt zu einer hohen Messzeit.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Gesamtmesszeit für eine computertomografische Messung eines Bauteils zu verkürzen. Als Nebenbedingung soll dabei die Qualität der Durchstrahlungsbilder bzw. Gesamtdurchstrahlungsbilder festgelegten Mindestanforderung entsprechen, also beispielsweise ein vorbestimmtes minimales Signal-Rauschverhältnis insbesondere für die im jeweiligen Durchstrahlungsbild vorliegenden dunkelsten Bereiche (größten Durchstrahlungslängen) einhalten.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die jedem resultierenden Durchstrahlungsbild zugeordnete Gesamtbelichtungszeit, also die Belichtungszeit der möglicherweise überlagerten Durchstrahlungsbilder und die Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder, separat eingestellt wird, wobei die Einstellung so erfolgt, dass ein dem resultierenden Durchstrahlungsbild zugeordneter Kennwert wie beispielsweise das minimale Signal-Rauschverhältnis (SNR) einzelner Pixel bzw. Pixelbereiche im Rahmen eines vorgegebenen Toleranzbereiches konstant bleibt. Hierzu ist es notwendig, den zu regelnden Kennwert in den resultierenden Durchstrahlungsbildern zu bestimmen und für die Festlegung der Gesamtbelichtungszeit des jeweils folgenden Durchstrahlungsbildes bzw. resultierenden Durchstrahlungsbildes heranzuziehen.
Im Sinne einer Regelung werden dabei bevorzugt auch die Kennwerte mehrerer zurückliegender Durchstrahlungsbilder bzw. resultierender Durchstrahlungsbilder verwendet.
Zur Festlegung des Sollwertes für den bzw. die Kennwerte wird der Kennwert aus dem resultierenden Durchstrahlungsbild bestimmt, dass in einer bestimmten Drehlage aufgenommen wird, vorzugsweise in der Drehlage, bei dem die maximale Durchstrahlungslänge eines Bauteils vorliegt. Hierbei muss beachtet werden, dass auch für die kürzesten Durchstrahlungslängen, bei denen also höhere Intensitäten bzw. Grauwerte vorliegen, keine Überstrahlung auftritt. Ggf. ist der Kennwert entsprechend zu verändern oder besser anstatt der Erhöhung der Belichtungszeit die Erhöhung der Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder vorzunehmen.
Werden die Durchstrahlungsbilder während einer kontinuierlichen Drehbewegung des Drehtisches aufgenommen, so wird die Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild typischerweise konstant gehalten. Um den Kennwert einzuhalten, wird die Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder variiert. Hierdurch ergibt sich die Anforderung, wie viele Durchstrahlungsbilder in einem jeweiligen Winkelbereich aufgenommen und zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild überlagert werden, woraus sich wiederum eine Vorgabe für die Drehgeschwindigkeit des Drehtisches ergibt. Hieraus resultiert, dass in Bereichen hoher maximaler Durchstrahlungslägen eine langsamere Drehung und in Bereichen mit geringeren maximalen Durchstrahlungslängen eine schnellere Drehbewegung ausgeführt werden kann. Hierdurch lässt sich eine deutliche Zeitersparnis erzielen. Im Falle des Start/Stopp-Betriebes ergibt sich die Zeitersparnis daraus, dass in den Bereichen geringere maximale Durchstrahlungslängen kürzere Gesamtbelichtungszeiten vorliegen, sodass die entsprechenden Drehstellungen für kürzere Zeiträume eingenommen werden, bevor das Weiterdrehen zur nächsten Drehstellung durchgeführt werden kann.
Zusätzlich zur Einstellung der Belichtungszeit anhand der an den jeweils vorher gemessenen resultierenden Durchstrahlungsbildern bestimmten Kennwerten ist die Verwendung der Solldaten, insbesondere des CAD-Modells des Objekts erfindungsgemäß vorgesehen. Hierbei kann die der jeweiligen Drehstellung zugeordnete maximale Durchstrahlungslänge zumindest etwa abgeschätzt werden und zur Nachregelung der Gesamtbelichtungszeit verwendet werden.
Eine Anpassung der Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder, um den Kennwert einzuhalten, kann auch bereichsweise in den Durchstrahlungsbildern erfolgen. Hierzu werden erfindungsgemäß die Durchstrahlungsbilder in Bereiche unterschiedlicher Helligkeiten, also Intensitäten bzw. Grauwerte segmentiert und für die Bereiche separat die Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder zum resultierenden Durchstrahlungsbild festgelegt. Beim Zusammensetzen des resultierenden Durchstrahlungsbildes nach der Überlagerung der einzelnen Bereiche muss eine Normierung auf eine gemeinsame Gesamtbelichtungszeit erfolgen.
Das zuvor angesprochene Normieren ist aber auch grundlegend zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig. Bevor die resultierenden Durchstrahlungsbilder einer Rekonstruktion zur Erzeugung eines Voxelvolumens zugeführt werden können, müssen diese ein einheitliches Beleuchtungsniveau aufweisen, also auf eine einheitliche Gesamtbelichtungszeit normiert werden.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, unerwünscht hohe Messzeiten zu vermeiden. Hierzu muss die Gesamtbelichtungszeit der resultierenden Durchstrahlungsbilder begrenzet werden. Diese Begrenzung erfolgt durch Kalkulation der gesamten Messzeit anhand der Durchstrahlungsverhältnisse in den verschiedenen Drehstellungen und insbesondere dem einzuhaltenden Kennwert für die Drehstellung, in der die maximale Durchstrahlungslänge vorliegt. Unter Kenntnis der maximalen Rotationsgeschwindigkeit der Drehachse und der Anzahl der aufzunehmenden Durchstrahlungsbilder bzw. resultierenden Durchstrahlungsbilder kann die Gesamtmesszeit abgeschätzt werden und in Bezug auf eine maximal zulässige Gesamtmesszeit untersucht werden.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Durchführung einer computertomografischen Messung mit einem Computertomografen, aufweisend zumindest eine Röntgenröhre, das zu messende Objekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch und Durchstrahlungsbilder des Objekts aufnehmenden Röntgendetektor, vor, wobei in mehreren Drehstellungen des Objekts und der Komponenten Röntgenröhre und Röntgendetektor relativ zueinander, insbesondere in einem Winkelbereich von mindestens 360° oder in einem Winkelbereich von mindestens 180°, Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, wobei die jeweilige Aufnahme während einer festgelegten Belichtungs- bzw. Integrationszeit erfolgt, und wobei eine Rekonstruktion eines Voxelvolumens aus resultierenden Durchstrahlungsbildern erfolgt, wobei die resultierenden Durchstrahlungsbilder die Durchstrahlungsbilder selbst sind oder die resultierenden Durchstrahlungsbilder jeweils mehrere aufeinanderfolgend aufgenommene und überlagerte Durchstrahlungsbilder sind, wobei den resultierenden Durchstrahlungsbildern als Gesamtbelichtungszeit die Summe der Belichtungszeiten der zur Bildung verwendeten Durchstrahlungsbilder zugeordnet wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass für jedes resultierende Durchstrahlungsbild die Gesamtbelichtungszeit separat eingestellt wird, wobei die Belichtungszeit und/oder die Anzahl der jeweils zu überlagernden Durchstrahlungsbilder eingestellt wird, so dass zumindest einer dem jeweiligen resultierendem Durchstrahlungsbild zugeordnete Kennwert wie beispielsweise minimales Signal Rauschverhältnis (SNR), minimale Intensität bzw. Grauwert oder mittlere Intensität bzw. Grauwert für alle resultierenden Durchstrahlungsbilder konstant oder nahezu konstant bleibt, wobei die Gesamtbelichtungszeit des jeweils aufzunehmenden resultierenden Durchstrahlungsbildes festgelegt wird aus dem oder den Kennwerten, die aus dem einen oder den mehreren jeweils direkt davor aufgenommenen resultierenden Durchstrahlungsbildern bestimmt wurden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die aus mindestens zwei direkt davor aufgenommenen resultierenden Durchstrahlungsbildern bestimmten Kennwerte zur Einstellung der Gesamtbelichtungszeit herangezogen werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Start- bzw. Sollwert für den oder die konstant zu haltenden Kennwerte an einem Durchstrahlungsbild oder dem resultierenden Durchstrahlungsbild bestimmt wird, vorzugsweise an dem Durchstrahlungsbild, bei dem die maximale Durchstrahlungslänge des Bauteils vorliegt.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Belichtungszeit und Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder für jedes resultierende Durchstrahlungsbild separat eingestellt wird, wobei die Belichtungszeit für jedes Durchstrahlungsbild jeweils so eingestellt wird, dass keine Überstrahlung vorliegt, und zur Vermeidung von Überstrahlung ggf. die Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder erhöht wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Durchstrahlungsbilder während einer kontinuierlichen Drehbewegung des Drehtischs aufgenommen werden, wobei vorzugsweise die Belichtungszeit für die Durchstrahlungsbilder konstant bleibt, und wobei die Drehgeschwindigkeit des Drehtisches so variieret wird, dass sich für jeweils gleiche Winkelbereiche, in denen jeweils ein resultierendes Durchstrahlungsbild gebildet wird, die Anzahl der überlagerten Durchstrahlungsbilder so ergibt, dass der Kennwert konstant bleibt.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass anhand der Solldaten, insbesondere des CAD-Modells des Objekts die einzustellende Gesamtbelichtungszeit für das jeweilige resultierende Durchstrahlungsbild geschätzt wird.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Einstellung der Gesamtbelichtungszeit durch Anpassung der Anzahl der zu überlagernden Durchstrahlungsbilder, abhängig von der jeweiligen Durchstrahlungslänge und damit abhängig vom jeweils vorliegenden Grauwert bzw. Intensität im Durchstrahlungsbild bereichsweise innerhalb des Durchstrahlungsbildes unterschiedlich eingestellt wird, sodass für die unterschiedlichen Bereiche der Kennwert gleich oder fast eingestellt wird, wobei nach der Überlagerung der Durchstrahlungsbilder eine Normierung der Grauwerte der entsprechenden Bereiche in Bezug auf die Anzahl der überlagerten Durchstrahlungsbilder erfolgt.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Grauwerte der resultierenden Durchstrahlungsbilder vor der Rekonstruktion auf eine einheitliche Gesamtbelichtungszeit normiert werden.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass eine maximal zulässige Gesamtbelichtungszeit je resultierendem Durchstrahlungsbild festgelegt wird, indem vorzugsweise eine maximal zulässige Gesamtmesszeit für die Aufnahme der mehreren resultierenden Durchstrahlungsbilder festgelegt wird, wobei vorzugsweise zumindest die maximale Rotationsgeschwindigkeit der Drehachse und die Anzahl der insgesamt aufzunehmenden Durchstrahlungsbilder berücksichtigt wird.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass aus dem rekonstruiertem Voxelvolumen Oberflächenmesspunkte berechnet werden, welche zur dimensionellen Messung des Objekts verknüpft werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass mittels einer auf dem Drehtisch angeordneten Schwenkvorrichtung und/oder Dreh-Schwenkvorrichtung die Lage des Bauteils für unterschiedlich auszuführende Trajektorien eingestellt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Kennwert gebildet wird aus

– dem minimalen Signal Rauschverhältnis (SNR) oder
– der minimalen Intensität bzw. Grauwert oder
– der mittleren Intensität bzw. Grauwert oder
– der maximalen Intensität bzw. Grauwert

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim Messen, insbesondere dimensionellen Messen mit einem Koordinatenmessgerät, besonders bevorzugt mit einem Computertomographen.
Bei den bekannten Verfahren zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen bei Verwendung von Koordinatenmessgeräten wird zumeist nur die Ausdehnung des zu messenden Objektes und die Ausdehnung der Maßstäbe der Messachsen, die die Position des Objekts relativ zu der Sensorik des Koordinatenmessgerätes, also der meist von einer Pinole ausgehenden taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, bestimmen, berücksichtigt. Hierzu sind Temperatursensoren vorgesehen, die an den Maßstabshaltern bzw. am Objekt befestigt werden. Gegebenenfalls sind alternativ oder zusätzlich Temperatursensoren vorgesehen, die die Temperatur der das Messobjekt umgebenden Luft bestimmen und für die Korrektur der Ausdehnung des Messobjekts verwenden.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass Temperaturbedingte Abweichungen nur an genau diesen beiden Stellen des Messkreises erfasst und korrigiert werden. Entsprechende Abweichungen treten jedoch auch an den weiteren Komponenten und Verbindungselementen des Messkreises auf, insbesondere durch Temperaturbedinge Längendehnung. Als eine bekannte Gegenmaßnahme werden diese Baugruppen aus ausdehnungsarmen Materialien hergestellt, wie beispielsweise Invar oder Zerodur. Diese sind jedoch teuer und schwer verarbeitbar. Zudem besitzen sie schlechtere Wärmeleiteigenschaften im Vergleich zu den gängig eingesetzten Aluminiumlegierungen, was den Temperaturausgleich verlangsamt. Letzteres führt zu schwer vorhersehbaren Längendehnungen und damit Messfehlern für die dimensionelle Messsung.
Als Messkreis wird die gedachte Verbindungslinie durch sämtliche Komponenten und Verbindungselemente definiert, deren Ausdehnung Einfluss auf das Messergebnis hat. Die jeweiligen Ausdehnungsanteile sind dabei nach Messrichtung zu unterscheiden und der Richtungssinn, also das Vorzeichen zu beachten. Die zu berücksichtigenden Verbindungslinien verlaufen bei Verbindungselementen zwischen den jeweiligen Befestigungspunkten zu den benachbarten Baugruppen (weitere Verbindungselemente bzw. Komponenten) und in der Regel geht als Länge nur der Anteil in jeweiligen Messrichtung ein. Bei komplizierteren Aufbauten und Mehrpunkt- oder gar Flächenlagerungen müssten richtigerweise auch Biegungen und andere Verformungen berücksichtigt werden. Dies ist beispielsweise anhand von Simulationen möglich, für die Praxis aber meist zu aufwändig.
Komponenten sind beispielsweise die oben genannten Sensoren, Aufnahmebaugruppen für das zu messende Objekt wie Messtische und ggf. darauf befindliche Drehtische, Maßstäbe bzw. Messachsen und andere Funktionsbaugruppen, wie beispielsweise Röntgenquelle und Röntgendetektor bei Computertomografen. Als Verbindungselemente werden die die Komponenten verbindenden Baugruppen genannt, die beispielsweise als Quader, Bögen oder andere Trägerstrukturen ausgebildet sind. Als Verbindungselement wird hier auch eine Grundplatte bzw. Basisstruktur bzw. Grundträger, beispielsweise ein Granitblock verstanden, der bzw. die die Komponenten direkt oder indirekt über Verbindungselemente aufnimmt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, kostengünstig Temperaturbedingte Abweichungen die signifikanten Einfluss auf das Messergebnis der dimensionellen Messung des Objektes mit dem Koordinatenmessgerät haben, zu korrigieren.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass mehrere Temperatursensoren entlang der Komponenten und Verbindungselemente entlang des Messkreises angeordnet und die damit bestimmte Temperatur zur Korrektur, insbesondere der Temperaturbedingten Längenausdehnung verwendet werden. Insbesondere beim Einsatz von Sensoren, bei denen die Temperatur der Luft einen Einfluss auf das Messergebnis hat, beispielsweise bei interferometrischen Messsystemen über die Temperatur-, Druck- und Luftfeuchteabhängige Brechzahl der Luft (entsprechend der Edlen-Formel), wird auch dieser Einfluss durch Messung der Lufttemperatur und ggf. -druck und -feuchte korrigiert.
Bei einem Modellbasierten Ansatz zur Ermittlung der Längenausdehnung wird zumeist von lokal homogenen Temperaturverhältnissen ausgegangen. Alternativ bzw. zusätzlich sind experimentelle Ansätze vorgesehen, bei denen die mit dem jeweiligen Temperatursensor bestimmte Temperatur bzw. die daraus ermittelte Längendehnung gewichtet in die Korrektur eingeht. Die Wichtungsfaktoren können experimentell durch Regressionsrechnung ermittelt werden, indem beispielsweise die dimensionellen Messwerte an einem bekannten Objekt bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt werden.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim Messen vor, insbesondere beim dimensionellen Messen mit einem Koordinatenmessgerät, umfassend mehrere für die Messung vorgesehene Komponenten wie Sensoren und Maßstäbe und zumindest einen Messkreis schließende Verbindungselemente, wobei zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der jeweils aktuell vorliegenden Temperatur einer Komponente und/oder eines Verbindungselementes zur Korrektur der mit dem Koordinatenmessgerät bestimmten Messpunkte und/oder Maße herangezogen wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Temperaturmesswerte mehrerer an den Komponenten und/oder Verbindungselementen zwischen den Komponenten angebrachter oder zugeordneter Temperatursensoren für die Korrektur verwendet werden, wobei ein Modell oder zumindest Teilmodelle für die Temperaturbedingten Messabweichungen, insbesondere Temperaturbedingte Längenausdehnung der Komponenten und/oder Verbindungselemente selbst und/oder zueinander verwendet wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Modell vorsieht, die Temperaturbedingten Längenausdehnungen zumindest einiger der den Messkreis bildenden Komponenten und Verbindungselemente linear vorzeichenbehaftet zu verknüpfen, insbesondere vorzeichenbehaftet zu addieren, wobei dem der jeweiligen Komponente bzw. Verbindungselement zugeordnete thermische Längenausdehnungskoeffizient und die jeweilige entsprechende Länge entlang des Messkreises berücksichtigt wird oder experimentell bestimmte Werte zumindest für die zu berücksichtigende Länge verwendet werden.
Der der jeweiligen Komponente bzw. Verbindungselement zugeordnete thermische Längenausdehnungskoeffizient wird zumeist durch das verwendete Material definiert. Beim Vorliegen mehrerer Materialien entlang des Messkreises durch das jeweilige Verbindungelement bzw. Komponente werden erfindungsgemäß Teilbeträge aus Teilmodellen berechnet. Hierfür kann ein gemeinsamer oder mehrere separate Temperatursensoren vorgesehen sein. Es ist auch vorgesehen, den thermischen Längenausdehnungskoeffizient experimentell für ein Material oder mehrere Materialien einer oder auch mehrere Verbindungselemente bzw. Komponenten gemeinsam zu bestimmen und zu verwenden. Dieser kann als effektiver Ersatzkoeffizient verstanden werden und ist immer dann sinnvoll, wenn eine reproduzierbare Temperaturverteilung entlang des Messkreises durch die betreffenden Komponenten vorliegt, die insbesondere mittels eines Temperatursensors berücksichtigt werden kann. Diese Lösung ermöglicht es, die Anzahl der Temperatursensoren zu verringern. Auch ist vorgesehen, effektive Längen für die Längen zu verwenden, die beispielsweise experimentell ermittelt werden. Verallgemeinert ist es also möglich, die Temperaturmesswerte der an der Korrektur beteiligten Temperatursensoren geeignet zu wichten.
Zusätzlich ist auch vorgesehen, Temperaturen zu ermitteln und für die Korrektur einzusetzen, die nicht direkt die Temperatur einer Komponente oder eines Verbindungselementes messen, die aber in Zusammenhang mit dem Messergebnis der dimensionellen Messung stehen. Erfindungsgemäß vorgesehen ist die Bestimmung der Lufttemperatur außerhalb eines das Koordinatenmessgerät, insbesondere den Computertomografen umgebenden Gehäuses, der Lufttemperatur innerhalb dieses Gehäuses nahe eines oder mehrerer Lüfter, die dem Luftaustausch und damit Wärmetransport zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung dienen, insbesondere an der Oberseite angeordneter Lüfter, und der Kühlmitteltemperatur einer zur Kühlung des Gehäuses oder des Gehäuseinneren vorgesehener Kühlmittelanlage (Thermostat). Der Thermostatkreislauf kann beispielsweise auch zur gegebenenfalls zusätzlichen Kühlung des Röntgendetektors eingesetzt werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Koordinatenmessgerät ein Computertomograph ist, der zumindest aufweist eine Röntgenröhre, das zu messende Objekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch, Durchstrahlungsbilder des Objekts aufnehmenden vorzugsweise flächenhaft ausgedehnten Röntgendetektor und zuvor genannte Komponenten verbindende Verbindungselemente, wobei Temperatursensoren zumindest vorgesehen sind:

– an einem Grundträger wie Granitblock zur Bestimmung der Lageänderung zwischen den Aufnahmepunkten weiterer Verbindungselemente zu weiteren Komponenten oder Verbindungselementen, wobei die Aufnahmepunkte beispielsweise die Befestigungspunkte der Messachsen oder Maßstabsysteme zur Positionierung von Röntgenröhre, Drehtisch und Röntgendetektor relativ zueinander sind,
– an den Messachsen oder Maßstabsystemen zur Bestimmung der Lageänderung der durch die Messachsen bewegten Verbindungselemente oder Komponenten relativ zu den Befestigungspunkten am Grundträger,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und der Röntgenröhre, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und der Röntgenröhre, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Grundträger bzw. durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und der Röntgenröhre,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und dem Drehtisch, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Drehtisch, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Grundträger bzw. durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Drehtisch,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und dem Röntgendetektor, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Röntgendetektor, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Grundträger bzw. durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Röntgendetektor
– an der Röntgenröhre, insbesondere nahe dem die Röntgenstrahlung abgebendem Brennfleck, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Röntgenröhre und Brennfleck der Röntgenröhre,
– an dem Drehtisch, insbesondere nahe dem das Objekt aufnehmenden drehbaren Teil des Drehtisches, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Drehtisch und drehbarem Teil des Drehtisches, und/oder
– an dem Röntgendetektor, insbesondere nahe dem das jeweilige Durchstrahlungsbild aufnehmendem Teil des Röntgendetektors wie Detektorfläche, zur Bestimmung der Lageänderung zwischen Röntgendetektor und Durchstrahlungsbild aufnehmendem Teil des Röntgendetektors wie Detektorfläche
– außerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses zur Bestimmung der Umgebungslufttemperatur,
– innerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses zur Bestimmung der Lufttemperatur innerhalb des Gehäuses, insbesondere nahe eines oder mehrerer Lüfter, die dem Luftaustausch und damit Wärmetransport zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung dienen, insbesondere an der Oberseite des Gehäuses angeordneter Lüfter und/oder
– im Kühlmittelkreislauf einer zur Kühlung des Gehäuses und/oder des Gehäuseinneren wie beispielsweise Rötgendetektor vorgesehenen Kühlmittelanlage (Thermostat).

Zur Bewegung von Komponenten bzw. Verbindungselementen können auch jeweils mehrere Messachsen vorgesehen sein, beispielsweise für unterschiedliche Raumrichtungen. Diese können direkt aufeinander aufbauen oder durch Verbindungselemente verbunden sein. Den mehreren Messachsen bzw. Maßstäben sind erfindungsgemäß separate oder gemeinsame Temperatursensoren zugeordnet.
Mit den Temperatursensoren an Röntgenröhre, Drehtisch und Röntgendetektor wird jeweils die Längenausdehnung zwischen dem Aufnahmepunkt der Komponente an dem jeweiligen Verbindungselement und dem Funktionselement (Brennfleck, drehbarer Teil bzw. Detektorfläche) korrigiert. Hierbei werden auch in den Komponenten auftretende Drifterscheinungen durch Temperaturänderungen erfasst und mit korrigiert.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch eine entsprechend zur Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung vor, die sich dadurch auszeichnet, dass Temperatursensoren an mehreren Komponenten und/oder Verbindungselementen zwischen den Komponenten angebracht oder diesen zugeordnet sind.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim Messen, insbesondere dimensionellen Messen mit einem Koordinatenmessgerät wird gebildet durch ein Koordinatenmessgerät umfassend mehrere für die Messung vorgesehene Komponenten wie Sensoren und Maßstäbe und zumindest einen Messkreis schließende Verbindungselemente, wobei zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der jeweils aktuell vorliegenden Temperatur einer Komponente und/oder eines Verbindungselementes vorgesehen ist, und wobei eine Korrektureinrichtung vorgesehen ist, die zur Korrektur der mit dem Koordinatenmessgerät bestimmten Messpunkte und/oder Maße herangezogen wird, wobei die Korrektureinrichtung ausgebildet ist, die Temperaturmesswerte der Temperatursensoren zu erfassen und die Korrektur zu berechnen, und zeichnet sich dadurch auszeichnet, dass Temperatursensoren an mehreren Komponenten und/oder Verbindungselementen zwischen den Komponenten angebracht oder diesen zugeordnet sind.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Koordinatenmessgerät ein Computertomograph ist, der zumindest aufweist eine Röntgenröhre, das zu messende Objekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch, Durchstrahlungsbilder des Objekts aufnehmenden vorzugsweise flächenhaft ausgedehnten Röntgendetektor und zuvor genannte Komponenten verbindende Verbindungselemente, wobei Temperatursensoren zumindest vorgesehen sind.

– an einem Grundträger wie Granitblock, wobei der Grundträger Aufnahmepunkte wie beispielsweise Befestigungspunkte der Messachsen oder Maßstabsysteme zur Positionierung von Röntgenröhre, Drehtisch und Röntgendetektor relativ zueinander, aufweist,
– an den Messachsen oder Maßstabsystemen,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und der Röntgenröhre, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und der Röntgenröhre,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und dem Drehtisch, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Drehtisch,
– an den Verbindungselementen zwischen dem Grundträger und dem Röntgendetektor, insbesondere zwischen den durch die Messachsen bewegten Verbindungselementen und dem Röntgendetektor,
– an der Röntgenröhre, insbesondere nahe dem die Röntgenstrahlung abgebendem Brennfleck,
– an dem Drehtisch, insbesondere nahe dem das Objekt aufnehmenden drehbaren Teil des Drehtisches, und/oder
– an dem Röntgendetektor, insbesondere nahe dem das jeweilige Durchstrahlungsbild aufnehmendem Teil des Röntgendetektors wie Detektorfläche
– außerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses zur Bestimmung der Umgebungslufttemperatur,
– innerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses zur Bestimmung der Lufttemperatur innerhalb des Gehäuses, insbesondere nahe eines oder mehrerer Lüfter, die dem Luftaustausch und damit Wärmetransport zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung dienen, insbesondere an der Oberseite des Gehäuses angeordneter Lüfter und/oder
– im Kühlmittelkreislauf einer zur Kühlung des Gehäuses und/oder des Gehäuseinneren wie beispielsweise Rötgendetektor vorgesehenen Kühlmittelanlage (Thermostat).

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Computertomografie eines Objekts, bevorzugt einer computertomografischen Messung, wobei der Computertomograf vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät integriert ist.
Bei den bekannten Verfahren zur Computertomografie wird der eingesetzte Röntgendetektor in Bezug auf die mittlere Strahlungsrichtung der von einer Röntgenquelle abgegebenen Strahlung so ausgerichtet, dass die senkrechte zur Detektorebene, im weiteren als Detektor-Normale bezeichnet, parallel zu dieser mittleren Strahlrichtung verläuft. Hierdurch ergibt sich in Richtung der mittleren Strahlungsrichtung ein konstanter Abstand der Detektorpixel zur Röntgenquelle, und damit ein für alle Detektorpixel gleicher Abbildungsmaßstab. Die für die Rekonstruktion der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder zu berücksichtigende Pixelgröße entspricht der nativen Pixelgröße der Pixel des Röntgendetektors. Nachteilig hierbei ist, dass die Auflösung der Messung auf die native Pixelgröße des Detektors festgelegt ist. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise der WO 2005 119 174 A1 der Anmelderin zu entnehmen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, unter Verwendung desselben Röntgendetektors die Auflösung der Messung anzupassen.
Zur Lösung sieht die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung vor, wobei die Vorrichtungen einen Röntgendetektor umfasst, der in einer oder in zwei Achsen kippbar ist. Bei den beiden Achsen handelt es sich um die senkrecht zur Detektor-Normale verlaufenden Achsrichtungen. Durch die Kippung verändert sich die effektive Pixelgröße der Pixel des Röntgendetektors, die sich in Projektion in die unverkippte Detektorebene ergibt. Die effektive Pixelgröße ist dabei kleiner als die native Pixelgröße der Detektorpixel, wodurch sich eine verbesserte Auflösung ergibt.
Durch die Verkippung des Detektors ergeben sich veränderte Abbildungsmaßstäbe für die einzelnen Detektorpixel, denn abhängig von dem jeweiligen Kippwinkel und der Lage auf dem Detektor ändert sich dabei der Abstand zur Röntgenquelle. Pixel, die einen größeren Abstand zur Röntgenquelle einnehmen, wird erfindungsgemäß ein höherer Abbildungsmaßstab zugeordnet. Pixeln, die durch die Verkippung näher zur Röntgenquelle angeordnet sind, wird ein geringerer Abbildungsmaßstab zugeordnet. Die veränderten Abbildungsmaßstäbe müssen daher pixelabhängig in der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Hierfür ist erfindungsgemäß die Anpassung der sogenannten SOUV-Vektoren vorgesehen, die die Lage der Detektorelemente in Bezug auf die Röntgenquelle beinhalten.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, die veränderte Detektorpixellage, Detektorpixelgröße und Detektorpixelform mit einer Verzeichnungskorrektur des Detektors zu kombinieren bzw. bei der Verzeichnungskorrektur des Detektors zu berücksichtigen.
Wie zuvor erläutert verringert sich der Abbildungsmaßstab und damit die Auflösung für Detektorpixel, die nach der Verkippung näher an der Röntgenquelle angeordnet sind. Hierdurch wird die verbesserte Messauflösung im rekonstruierten Voxelvolumen aufgrund der kleineren Pixelgröße teilweise aufgehoben. Für die Detektorpixel, die eine größere Entfernung zur Röntgenquelle nach der Verkippung einnehmen, ergibt der vergrößerte Abbildungsmaßstab eine zusätzliche Verringerung der Voxelgröße im Voxelvolumen und damit eine zusätzlich Auflösungserhöhung. Die Auflösung im Voxelvolumen ist dadurch örtlich unterschiedlich, und zwar abhängig davon, ob die Objektbereiche auf der einen oder anderen Seite der Kippachse des Detektors vorliegen. Verläuft die Kippachse senkrecht zur Richtung der Drehachse 9 des Drehtischs 7, wie in 1 dargestellt, also in die Zeichenebene nach 1 hinein, ergibt sich dadurch für die Auflösung des Objekts 8 im Voxelvolumen beispielsweise für den oberen und den unteren Teil des Objekts 8 ein unterschiedlicher Wert. Erfindungsgemäß ist also auch vorgesehen, unterschiedliche Auflösungen innerhalb eines Objektes zu erzielen. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise das Objekt so auszurichten bzw. die Detektorverkippung so auszurichten, dass genau zu messende Details an einem Objekt 8 in höherer Auflösung und ungenau zu messende Details an einem Objekt 8 in geringerer Auflösung erfasst und gemessen werden.
Bei der zweiten Achse, um die eine Kippung des Detektors erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, handelt es sich um die vertikale Richtung in der 1. Da das Objekt 8 um die Drehachse 9 des Drehtischs 7 gedreht wird, werden dadurch sämtliche Details des Objekts 8 abhängig von der Drehstellung um die Drehachse 9 mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben aufgenommen. Dies ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, führt jedoch nur dann zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe, wenn die Drehachse 9 in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene zur mittleren Strahlrichtung der Röntgenquelle 2 versetzt angeordnet ist bzw. eine virtuelle Drehachse an dieser Stelle angeordnet ist, um die sich das Objekt 8 dreht. Dies kann beispielsweise bei einer sogenannten Region of Interest-Computertomografie vorliegen.
Die Detektor-Normale des Detektors 10 verläuft in der 1 in der waagerechten Richtung.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Durchführung einer Computertomografie umfassend zumindest eine Röntgenröhre, einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächig ausgeführten Röntgendetektor, und einen das zu tomografierende Objekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch, welcher zwischen Röntgenröhre und Röntgendetektor angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Objekts in einer Vielzahl von Drehstellungen des Drehtischs aufzunehmen, wobei die Durchstrahlungsbilder vorzugsweise zu einem Voxelvolumen mittels Rekonstruktion rekonstruierbar sind, wobei besonders bevorzugt aus dem Voxelvolumen Oberflächenpunkte an den Materialübergängen des Objekts bestimmt und besonders bevorzugt zur Messung von Merkmalen bzw. Maßen des Objekts verwendet werden, wobei die Vorrichtung besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vor, die sich dadurch auszeichnet, dass der Röntgendetektor kippbar ausgeführt ist, um zumindest eine erste Achse, die senkrecht zur Detektor-Normalen verläuft und vorzugsweise kippbar ausgestaltet ist, um eine zweite Achse, die senkrecht zur Detektor-Normalen und vorzugsweise senkrecht zur ersten Achse verläuft, wobei der Kippwinkel um die erste und/oder zweite Achse manuell oder elektrisch, stufenlos oder stufig einstellbar ist.
Die Erfindung sieht zur Lösung auch ein Verfahren unter Verwendung zuvor genannter Vorrichtung vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Kippwinkel um die erste und/oder zweite Achse im Bereich von 0° bis < +/–90°, bevorzugt von 0° bis +/– < 45°, so eingestellt wird, dass die effektive Pixelgröße der Pixel des Röntgendetektors, welche sich durch Projektion der Pixel des verkippten Röntgendetektors in die Ebene des unverkippten Röntgendetektors ergibt, einer vorgegebenen Pixelgröße entspricht.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die effektive Pixelgröße und die beim Vorliegen unterschiedlichen ersten und zweiten Kippwinkels vorliegende, von einem Quadrat abweichende Rechteckform der Pixel, und die aus dem jeweiligen Kippwinkel und der jeweiligen Lage des Pixels auf dem Röntgendetektor ergebende Vergrößerung bzw. Abbildungsmaßstab, definiert durch das Verhältnis der beiden Abstände des jeweiligen Detektorpixels zur Röntgenröhre und Drehachse des Drehtischs zur Röntgenröhre, bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, bevorzugt durch Anpassung der SOUV-Vektoren, welche die Lage der Detektorpixel, der Drehachse und der Röntgenquelle zueinander beinhaltet.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung zur computertomografischen Untersuchung eines Objektes, eine Strahlenschutzumhausung aufweisend.
Bei den bekannten Strahlenschutzumhausungen für auf Röntgenstrahlung basierenden Computertomografen ist vorgesehen, eine massive und aus wenigen schweren Einzelteilen bestehende Strahlenschutzumhausung einzusetzen, zu deren Montage und Demontage ein Kran oder andererweitiges Hubwerkzeug vorgesehen sein muss. Die Strahlenschutzumhausung wird zumeist durch eine aufwendige Bleikonstruktion oder durch Polymerbeton realisiert. Neben dem hohen Gewicht der dafür verwendeten Einzelteile sind die Herstellungskosten solcher Strahlenschutzumhausungen besonders hoch, da entweder viele verschiedene Teile unterschiedlicher Form und Ausgestaltung oder aufwendig ausgeformte Bauteile verwendet werden. Es müssen beispielsweise für Wartungszwecke Luken bei der Konstruktion eingeplant werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine kostengünstige Strahlenschutzumhausung für einen Computertomografen, insbesondere einen in ein Koordinatenmessgerät integrierten Computertomografen, zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise soll die Strahlenschutzumhausung leicht auf verschiedene Gerätegrößen anpassbar und für Wartungszwecke leicht teilweise oder ganz demontierbar sein.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Strahlenschutzumhausung zumindest teilweise aus einer Vielzahl von zumindest in Form identischer Bausteine gebildet wird, die Schichten bildend und in mehreren Schichten über- oder nebeneinander kombinierbar sind, Strahlenschutzhaube also zumindest teilweise modular aufgebaut ist.
Abgeschlossen werden die einzelnen Schichten seitlich oder an Unter- und Oberseite durch entsprechende Basisplatten bzw. Deckplatten (Deckel). Die an der Unterseite vorhandene Basisplatte bzw. die Seitenplatten sind vorgesehen, die entsprechenden Komponenten des Computertomografen, also die Röntgenquelle, den Röntgendetektor und den das Messobjekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch aufzunehmen.
Vorteil des schichtweisen, modularen Aufbaus der Strahlenschutzumhausung ist die Möglichkeit zur Verlängerung in Höhe und Breite der Umhausung in besonders einfacher Weise sowie der leichten Demontage, in Stücken oder gesamt. Es kann also eine variable Höhe bzw. Länge der Strahlenschutzumhausung realisiert werden, um verschieden große Geräte (Computertomografen) mit einer Strahlenschutzumhausung zu versehen. Zudem entstehen durch die Verwendung identischer Bausteine besonders geringe Einzelproduktionskosten und damit auch geringe Gesamtproduktionskosten. Zu Wartungszwecken können zudem einzelne Bausteine besonders leicht demontiert werden. In der Konstruktion müssen also entsprechende Wartungsluken nicht zwangsläufig vorgesehen werden.
Um zu gewährleisten, dass an den Übergangsstellen zwischen den Bausteinen bzw. den einzelnen Schichten eine durchgehende Abschirmung der Röntgenstrahlung realisiert wird, sind die Bausteine bzw. Schichten zueinander in ihrer Form durch Ineinandergreifungen wie Schikanen oder Absätzen entsprechend ausgebildet.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur computertomografischen Untersuchung eines Objekts, zumindest aufweisend eine Röntgenröhre, einen Röntgendetektor, einen das zu messende Objekt aufnehmender und dieses drehender Drehtisch und einer Strahlenschutzumhausung, vor, die sich dadurch auszeichnet, dass die Strahlenschutzumhausung zumindest teilweise gebildet wird aus einer Vielzahl von Bausteinen identischer Form.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Bausteine aufgebaut sind aus einer Bleischicht wie Bleiplatten und diese aufnehmender Konstruktion, oder Röntgenstrahlen abschirmenden Gusselement.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bausteine ringförmige oder rechteckförmige Gestalt mit zentraler Öffnung aufweisen oder bilden und übereinander oder nebeneinander in mehreren Schichten zusammengefügt sind, vorzugsweise lösbar zusammengefügt sind, und vorzugsweise an Oberseite und Unterseite durch eine ein- oder mehrteilige Basisplatte und eine ein- oder mehrteilige Deckplatte, bzw. ein- oder mehrteilige Seitenplatten abgeschlossen sind.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Übergänge zwischen den Bausteinen und/oder zwischen den Schichten von Bausteinen gebildet werden durch Ineinandergreifungen der Bausteine wie Schikanen oder Absätze.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Gütewertes, Messpräzision, Messunsicherheit für Oberflächenpunkte bestimmt mittels Computertomografie.
Zu den bekannten Verfahren zur Bestimmung der Messunsicherheit einer Computertomografie zählen die in der Richtlinie VDI/VDE 2630-2.1: 2015 festgelegten Verfahren unter Verwendung kalibrierter Werkstücke. Hierbei handelt es sich um auf nationaler und internationaler Normale rückgeführte Verfahren.
Ein nicht rückgeführtes Verfahren wird in der DE 10 2014 115851 A1 beschrieben. Hierbei wird aus den gemessenen Voxelvolumendaten ein Gütewert und daraus die Messunsicherheit für einen Oberflächenmesspunkt ermittelt.
Die in oben genannter Richtlinie beschriebenen Verfahren setzen das mehrfache Messen kalibrierter Werkstücke voraus. Diese müssen den Werkstücken, für die die Messunsicherheit mittels Computertomografie ermittelter Messdaten zugeordnet werden soll, sehr ähnlich sein. Insgesamt handelt es sich um ein sehr aufwendiges Verfahren.
Das in der DE 10 2014 115 851 A1 beschriebene Verfahren stellt nur eine sehr eingeschränkte Lösungsmöglichkeit für die Abschätzung der Messunsicherheit von mit Computertomografie ermittelten Oberflächenmesspunkten dar. Insbesondere müssen dazu gemessene Voxeldaten vorliegen und zu einer Auswertung herangezogen werden. Dies ist ein mitunter zeitaufwendiger Prozess.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher auch darin, weitere alternative Verfahren zur Bestimmung eines Gütewertes und/oder einer Messpräzision und/oder Messunsicherheit für Oberflächenmesspunkte und daraus ermittelter Maße von Merkmalen, bestimmt mittels Computertomografie, anzugeben. Die Verfahren sollen möglichst leicht anwendbar sein, insbesondere auch ohne Anwendung der konkreten Messdaten möglich sein.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass der Gütewert für einen Oberflächenmesspunkt bestimmt mittels Computertomografie und der daraus ggf. berechenbaren Messpräzision bzw. Messunsicherheit aus einer der folgenden Möglichkeiten oder Kombination mehrerer dieser ergeben:

– Messpräzision und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) des gemessenen Oberflächenpunktes und/oder
– Messpräzision und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) des simulierten Oberflächenpunktes und/oder
– Kontrast der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder
– Rauschen der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder
– Kontrast/Rausch-Verhältnis (CNR) der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder
– Intensitäten und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) der Pixel der gemessenen Durchstrahlungsbilder, die durch die Rekonstruktion zu den Voxelgrauwerten beitragen, die an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung liegen und/oder
– Intensitäten und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) der Pixel der simulierten Durchstrahlungsbilder, die durch die Rekonstruktion zu den Voxelgrauwerten beitragen, die an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung liegen.

Es ist also insbesondere vorgesehen, nicht nur gemessene Voxelvolumendaten zu verwenden, sondern auch simulierte Daten. Bei den simulierten Daten kann es sich neben den Voxelvolumendaten auch um die Daten zu den Oberflächenmesspunkten selbst oder die in Form von Durchstrahlungsbildern vorliegenden Daten (z.B. erzeugt durch Vorwärtsprojektion an Solldaten wie CAD-Daten) handeln. Alternativ zur Verwendung der gemessenen Voxelvolumendaten ist ebenso vorgesehen, auch die gemessenen Durchstrahlungsbilddaten oder die gemessenen Daten zu den Oberflächenmesspunkten selbst zu verwenden.
Zur Ermittlung des Signal/Rausch-Verhältnisses (SNR) des gemessenen Oberflächenpunktes kann beispielsweise aus mehreren Messungen eines Einzelpunktes der Mittelwert (Signal) sowie die Standardabweichung oder Varianz (Rauschen) der Oberflächenpunkte bestimmt werden. Die Messpräzision eines Oberflächenpunktes lässt sich beispielsweise mit der Standardabweichung oder der Varianz eines Messpunktes quantifizieren, wie in „Krystek, Michael, Berechnung der Messunsicherheit. Grundlagen und Anleitung für die praktische Anwendung, 2. Aufl. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2015. Beuth Praxis. – ISBN 3410255567" angegeben.
Um das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) des simulierten Oberflächenpunktes zu bestimmen, kann beispielsweise die Standardabweichung oder die Varianz eines Oberflächenpunkts analytisch aus den zur Oberflächenbestimmung verwendeten Voxelgrauwerten sowie deren Standardabweichung oder Varianz und/oder dem CNR der simulierten Voxelgrauwerte bestimmt werden.
Der Kontrast der simulierten Voxelgrauwerte ist beispielsweise die Differenzen der Werte der Voxel die zur Oberflächenbestimmung verwendet werden.
Das Rauschen der simulierten Voxelgrauwerte ist beispielsweise die Standardabweichung der Werte der Voxel die zur Bestimmung eines Oberflächenpunkts verwendet werden.
Setzt man die beiden zuletzt genannten Größen ins Verhältnis, ergibt sich das Kontrast/Rausch-Verhältnis (CNR).
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung eines Gütewertes, der einem Oberflächenmesspunkt bestimmt mittels Computertomografie zugeordnet wird vor, wobei die Computertomografie zumindest die folgenden Schritte umfasst: Aufnahme mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu untersuchenden Objektes wie Werkstück in mehreren Drehstellungen relativ zu einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgendetektor, Rekonstruktion eines Voxelvolumens, welches Voxel mit zugeordneten Voxelgrauwerten aufweist, aus den Durchstrahlungsbildern und Ermittlung von Oberflächenmesspunkten, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Gütewert aus folgenden Daten bestimmt wird:

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass, insbesondere zur weiteren Verarbeitung, der Gütewert dem Oberflächenmesspunkt zugeordnet wird und/oder der Gütewert zur Bestimmung der Messpräzision und/oder Messunsicherheit verwendet wird und diese dem Oberflächenmesspunkt zugeordnet wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der jeweilige Gütewert und/oder die jeweilige Messpräzision und/oder die jeweilige Messunsicherheit bei der Verwendung von Oberflächenmesspunkten zur Bestimmung von Maßen an Merkmalen aus mehreren Oberflächenmesspunkten oder bei einer bildlichen Darstellung zur Gewichtung des jeweiligen Oberflächenmesspunktes verwendet wird.
In Bezug auf die Gewichtung der Güte ist vorgesehen, eine Gewichtung mit Faktoren zwischen 0 und 1 zu berücksichtigen. Hierbei erweist sich eine kontinuierliche Gewichtung als vorteilhaft. Zudem ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, eine Gewichtung der Güte mit dem Faktor 0 auch für die Werte vorzusehen, die einen gewissen unteren Gütegrenzwert unterscheiden, sowie eine Gewichtung der Güte mit dem Faktor 1 vorzusehen für alle Oberflächenpunkte, die einen gewissen oberen Gütegrenzwert überschreiten. In einer erfinderischen Alternative ist auch vorgesehen, die nicht mit 0 oder 1 gewichteten Werte gleich zu gewichten.
Die Erfindung umfasst zudem eine entsprechende Vorrichtung mit einer zur bildlichen Darstellung geeigneten Anzeigevorrichtung wie Bildschirm, insbesondere eine Computertomografievorrichtung mit entsprechender Anzeigevorrichtung, welche vorzugsweise in ein Koordinatenmessgerät integriert ist.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass der Gütewert und/oder die jeweilige Messpräzision und/oder die jeweilige Messunsicherheit zusammen mit dem Oberflächenmesspunkt aufgezeichnet und/oder dargestellt, vorzugsweise bildlich dargestellt wird, beispielsweise auf einer Anzeigeeinheit wie Bildschirm, wobei der Gütewert und/oder die jeweilige Messpräzision und/oder die jeweilige Messunsicherheit besonders bevorzugt als Linie, Balken und/oder Pfeil mit vom Gütewert und/oder von der jeweiligen Messpräzision und/oder von der jeweiligen Messunsicherheit abhängigen Länge und/oder Farbe und/oder als Zahlenwert dargestellt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Berechnung des Gütewertes und/oder der Messpräzision und/oder der Messunsicherheit zusätzlich Sekundärinformation berücksichtigt werden, wie beispielsweise Einflüsse durch systematische Abweichungen und/oder Unsicherheitsbeiträge, verursacht durch Artefakte wie Strahlaufhärtungsartefakte, Kegelstrahlartefakte, Streustrahlungsartefakte und/oder Ringartefakte.
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 zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einem Computertomografen, mit zwei Röntgenquellen, in einer ersten Stellung der die Röntgenquellen tragenden Messachse und
2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre,
3 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbilder mit einem Faserbündel,
4 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbilder mit mehreren Faserbündeln,
5 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim dimensionellen Messen mit einem als Computertomographen ausgebildeten Koordinatenmessgerät und
6 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eines Computertomografen mit einer modularen, aus Bausteinen aufgebauten Strahlenschutzumhausung.
Anhand der 1 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft verdeutlicht. Der Computertomograf 1 umfasst dabei die erste Röntgenröhre 2 und die zweite Röntgenröhre 3, die von der in Richtung des Pfeiles 4 bewegbaren Messachse 5 ausgehen und mit der Steuerung 6 verbunden sind. In der dargestellten ersten Stellung der Messachse 5 in Richtung des Pfeiles 4 wird das auf dem Drehtisch 7 angeordnete Werkstück 8 von der Röntgenstrahlung 11 der ersten Röntgenröhre 2 erfasst und durchstrahlt und auf dem Röntgendetektor 10 abgebildet. Mit dem Röntgendetektor 10 werden in mehreren Drehstellungen des Werkstücks 8 um die Drehachse 9 des Drehtisches 7 die Durchstrahlungsbilder 13 der ersten Messung mit der ersten Röntgenröhre 2 aufgenommen.
Anschließend wird die Messachse in Richtung des Pfeiles 4 so verstellt, dass die Röntgenstrahlung 12 der zweiten Röntgenröhre 3 das Werkstück 8 erfasst, durchdringt und auf dem Röntgendetektor 10 abbildet, wobei wiederum in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsbilder 14 der zweiten Messung aufgenommen werden. Alternativ zur Bewegung der Röntgenröhren 2, 3 ist auch vorgesehen, Röntgendetektor 10 und Werkstück 7, zusammen mit dem Drehtisch 7, gemeinsam durch die Messachse 5 in Richtung des Pfeiles 4 zu verschieben.
Beide Sätze von Durchstrahlungsbildern 13, 14 werden an die Software 15 übergeben und dort entweder direkt fusioniert oder erst je Satz zu Volumendaten rekonstruiert und diese dann fusioniert. Aus den fusionierten Daten werden anschließend die Messergebnisse 16 berechnet. Dies sind beispielsweise aus Volumendaten durch Oberflächenextraktion ermittelte Messpunkte, die zu Maßen verknüpft wurden.
Anhand der 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in beispielhafter Ausführung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Röntgenröhre 100 mit einem Röntgenstrahlung abgebenden Target 101. Vom Röntgenröhrenkorpus 102 gehen aus zumindest einer Elektronenstrahlquelle 103, die einen Elektronenstrahl 105 abgibt, Mittel 104 zur Beeinflussung der Richtung des Röntgenstrahls, ein das Target aufnehmender fakultativer Targetflansch 106 und eine Dreheinrichtung 107. Das Target 101 bzw. der Targetflansch 106 sind mit dem drehbaren Teil der Dreheinrichtung 107 verbunden und damit um die Rotationsachse 108 drehbar. Hierdurch ergibt sich der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls 105 auf dem Target 101 in Form des Brennflecks 109 entlang der Kreisbahn 110 bei Drehung des Targets 101 um die Rotationsachse 108.
Alternativ oder zusätzlich geht die Dreheinrichtung 107 von mechanischen Bewegungsmitteln wie Bewegungsachsen 111 und/oder 112 aus, welche eine Bewegung entlang der Pfeile 111 und/oder 112 ermöglichen, wobei die Bewegungsmittel 111 bzw. 112 vom Röntgenkorpus 102 ausgehen. Die Verschiebung des Brennflecks 109 entlang der Kreisbahn 110 auf dem Target 101 kann alternativ zur Drehung des Targets 101 auch durch entsprechende Bewegung der Bewegungsmittel 111 und 112 und damit Bewegung der Dreheinrichtung 107 zusammen mit dem Target 101 auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn 113 erfolgen. Die zuvor genannte Drehung um die Rotationsachse 108 und die Bewegungen entlang der Bewegungsbahn 113 können auch kombiniert werden, um beliebige Bahnen des Brennflecks 109 auf dem Target 101 vorzusehen.
Zur Veränderung der Kreisbahn 110 auf dem Target 101 ist auch vorgesehen, die Dreheinrichtung 107 zumindest in Richtung des Pfeiles 112 zu verschieben. Hierdurch ergibt sich ein veränderter Durchmesser bzw. Radius der Kreisbahn 110 auf dem Target 101.
Ganz allgemein kann durch Verwendung der Bewegungsmittel 111 und/oder 112 eine Verschiebung und damit veränderte Position des Brennflecks 109 auf dem Target 101 realisiert werden.
3 zeigt eine erste Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Computertomografie mit einem Faserbündel 320 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. Als Bauelement, das einen möglichst großen Teil der optischen Strahlung 307 erfasst, ist erfindungsgemäß ein Faserbündel 320 vorgesehen. Das Faserbündel 320 überträgt die optische Strahlung 307 vom dem dem Szintillator zugewandten Ende 321 zum der Kamera 310 zugewandten Ende 322 und gibt diese in Richtung des optischen Detektors wie CCD- oder CMOS-Kamera 310 ab. Zusätzlich kann eine weiteres optisches Bauelement, beispielsweise eine Linse oder Zoomoptik 309 zur Fokussierung auf die Kamera 310 vorgesehen sein.
Eine zur 3 alternative Vorrichtung, dargestellt in 4, umfasst mehrere Faserbündel 321, Optiken 309 und Kameras 310, um eine erhöhte Auflösung zu erzielen, indem die mit den Kameras 310 aufgenommenen Bilder zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, dass für die Tomografie, insbesondere die dabei notwendige Rekonstruktion verwendet wird.
5 zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim dimensionellen Messen mit einem als Computertomographen ausgebildeten Koordinatenmessgerät. Dieses weist die Komponenten Röntgenröhre 401, zu messendes Objekt 403 aufnehmenden Drehtisch 405, bestehend aus feststehendem Teil 405b und dazu um die Drehachse 406 drehbarer Teil 405a, sowie Röntgendetektor 404 auf, zudem mehrere Verbindungselemente 408, 412, 419, 423 und 427, die die Komponenten mit dem Grundträger 415 direkt oder indirekt verbinden.
Die Röntgenröhre 401 weist den die Röntgenstrahlung 402 abgebenden Brennfleck 401a und einen an der Röntgenröhre 401 befestigten oder in der Röntgenröhre integrierten Temperatursensor T1 auf, und ist hier beispielhaft in zwei Richtungen entlang der Pfeile 409 und 417 in Bezug auf den Grundträger 415 verstellbar. Hierzu sind entsprechende Messachsen 410, 413 vorgesehen, die die Maßstäbe bzw. Maßstabsysteme 411 und 414 aufweisen. Die nicht dargestellten Antriebe und Führungen der Messachsen sind ausgelegt, das die Röntgenröhre aufnehmende Verbindungselement 408 und das Verbindungselement 412 entsprechend zu bewegen. Zur Bestimmung der Temperatur der beiden Verbindungselemente 408 und 412 sind die Temperatursensoren T2 und T4 vorgesehen. Zur Bestimmung der Temperatur der Maßstabsysteme 411 und 414 sind die Temperatursensoren T3 und T5 vorgesehen, die an den Maßstabsystemen direkt oder nahe dieser angeordnet sind. Die Anordnung der Bewegungsfreiheitsgrade und der Bewegungsrichtungen ist beispielhaft und nicht einschränkend. Es ist ebenso vorgesehen, die Positionierung in einer, drei oder gar keiner Richtung vorzunehmen.
Analog zur zuvor beschriebenen Anordnung und zuvor beschriebenen Positioniermöglichkeiten sowie Temperatursensoren der Röntgenröhre 401 ist auch der Röntgendetektor 404 ausgelegt. Hierzu sind die Verbindungselemente 423, 427, die in Richtung der Pfeile 425 und 426 wirkenden Messachsen 421, 424 mit den Maßstabsysteme 420, 422 und die Temperatursensoren T9, T10, T11, T12, T13 vorgesehen. Der Temperatursensor T13 ist bevorzugt möglichst nahe der die Röntgenstrahlung 402 empfangenden Detektorfläche 405a des Röntgendetektors 405 angeordnet.
Zur Temperaturmessung des recht großen Grundträgers 415 sind mehrere Temperatursensoren T6a, T6b und T6c vorgesehen, um das Temperaturprofil entlang des Grundträgers abzuschätzen.
Der Drehtisch 405 ist über das Verbindungselement 419 mit dem Grundträger 415 verbunden und wieder rein beispielhaft entlang des Pfeiles 418, also senkrecht zur Zeichenebene, mittels der Messachse 416 verschiebbar. Der Drehtisch kann auch in zwei oder drei Raumrichtungen verschiebbar oder fest angeordnet sein. Die Maßstabsysteme und diesen zugeordnete Temperatursensoren sind ebenso vorgesehen, aber hier nicht dargestellt. Desweiteren sind die Temperatursensoren T7 zur Erfassung der Temperatur des Verbindungselementes 419, und T8 zur Erfassung der Temperatur des Drehtisches 405, insbesondere des feststehenden Teils 405b, jedoch möglichst nahe des drehbaren Teils 405a vorgesehen. Der Temperatursensor T8 kann aber auch im drehbaren Teil 405a angeordnet sein.
Weitere Temperatursensoren T14 bis T17 können vorgesehen sein am zu messenden Objekt 403 (Temperatursensor T14), außerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses 428 zur Bestimmung der Umgebungslufttemperatur (Temperatursensor T16), innerhalb eines den Computertomografen umgebenden Gehäuses 428 zur Bestimmung der Lufttemperatur innerhalb des Gehäuses, insbesondere nahe eines oder mehrerer Lüfter 429, die dem Luftaustausch und damit Wärmetransport zwischen Gehäuseinnerem und Umgebung dienen (Temperatursensor T15), insbesondere an der Oberseite des Gehäuses angeordneter Lüfter, und im Kühlmittelkreislauf einer zur Kühlung des Gehäuses 528 und/oder des Gehäuseinneren wie beispielsweise Röntgendetektor 404 vorgesehenen Kühlmittelanlage (Thermostat) 430 (Temperatursensor T17).
Durch die gestrichelten Linien 407 wird der Messkreis beispielhaft angedeutet, entlang dessen die Temperatursensoren angeordnet sind. Der Messkreis 407 verläuft durch den Drehtisch 405 hindurch auch in das zu messende Objekt 403.
In der 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Computertomografie eines Objektes 504 sowie diese umschließende Strahlenschutzumhausung bzw. Strahlenschutzhaube 500 dargestellt. Beispielhaft wird die Strahlenschutzumhausung 500 gebildet durch eine mehrteilige Basisplatte 500-1, 500-2 und 500-3, die mehreren Schichten 505-1 bis 505-12 der Bausteine 505, welche schraffiert im Schnitt dargestellt sind, und entsprechende Absätze aufweisen, und die Deckplatte 506, welche beispielhaft in einem Stück ausgeführt ist, alternativ aber ebenfalls mehrteilig ausgeführt sein kann. Von dem Teil 500-1 der Basisplatte geht die Röntgenröhre 501 aus, von dem Teil 500-2 der Basisplatte geht der Drehtisch 503 und das Objekt 504 aus und von dem Teil 500-3 der Basisplatte geht der Röntgendetektor 502 aus. Alternativ zu dem Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 6 ist auch vorgesehen, die mehreren Schichten 505 der Bausteine nicht in der Höhe, sondern seitlich nebeneinander anzuordnen. Die Komponenten 501, 502 und 503 gehen dann jeweils seitlich von den die Schichten abschließenden Seitenplatten aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2665035 A2 [0007]
WO 2013167616 A2 [0011]
DE 102013107745 [0011]
DE 102012100150 A1 [0079, 0086, 0089]
US 7400704 [0155]
DE 102013108367 [0156]
DE 102015110493 [0157]
WO 2005119174 A1 [0214]
DE 102014115851 A1 [0238, 0240]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ENV 13005 [0048]
DIN ENV 13005 [0048]
Richtlinie VDI/VDE 2630-2.1: 2015 [0237]
„Krystek, Michael, Berechnung der Messunsicherheit. Grundlagen und Anleitung für die praktische Anwendung, 2. Aufl. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2015. Beuth Praxis. – ISBN 3410255567“ [0244]

Claims

Verfahren zur automatischen oder halbautomatischen Bestimmung von Einstellparametern für eine Computertomografie auf der Basis zumindest einer Modellgleichung für die computertomografische Bestimmung zumindest einer dimensionellen Messgröße (Messaufgabe), insbesondere Modellgleichung zur Bestimmung der der Messgröße zugeordneten Messpräzision oder Messabweichung oder Messunsicherheit, wobei in der oder den Modellgleichungen zumindest einige der Geräteparameter des zur Messung eingesetzten Computertomografen berücksichtigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder den Modellgleichungen einzuhaltende Vorgabeparameter berücksichtigt werden, zu denen zumindest die die eine oder mehrere Messaufgaben beschreibenden Messaufgaben-Parameter, insbesondere Werkstückparameter zählen, und dass durch Simulation und/oder mathematische Berechnung auf Basis der einen oder mehreren Modellgleichungen und/oder computertomografische Testmessungen im verfügbaren Parameterraum der Einstellparameter die Einstellparameter bestimmt werden, für die zumindest ein Zielparameter optimiert wird und/oder der Zielparameter einen Grenzwerte unterschreitet oder überschreitet.
Verfahren zur Einstellung der Brennfleckgröße einer Röntgenröhre eines Sensors, bevorzugt Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors, zur Inspektion und/oder Messung, vorzugsweise dimensionellen Messung, eines Werkstücks, wobei Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Orientierungen, insbesondere mittels eines Drehtisches eingestellten Drehstellungen, zwischen Werkstück und Sensor mit einem Detektor, vorzugsweise flächenhaften Detektor, insbesondere Röntgendetektor, aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks bestimmt werden, und vorzugsweise aus den Volumendaten mittels Oberflächenextraktion Messpunkte (Messdaten) erzeugt und zur dimensionellen Messung verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die größtmögliche Brennfleckgröße eingestellt wird, die zu keiner zusätzlichen Einschränkung der Strukturauflösung der Volumendaten (Voxeldaten) und/oder Messdaten führt, wobei die ohne Berücksichtigung der Brennfleckgröße vorliegende Strukturauflösung berücksichtigt wird, welche sich zumindest aus der eingestellten Voxelgröße und/oder der in die Objektebene projizierten Pixelgröße des Detektors ergibt.
Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, umfassend zumindest einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, einen Drehtisch zur Aufnahme eines zu messende Werkstücks und eine erste und eine zweite Röntgenquelle, wobei bei Verwendung jeweils einer Röntgenquelle Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen des Werkstücks relativ zur Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks berechnet werden, und wobei vorzugsweise Oberflächenpunkten (Messpunkten) mittels Extraktion aus den Volumendaten ermittelt werden und die Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit zwei in dem Computertomografen integrierten und mit derselben Steuerung und Software verbundenen Röntgenröhren automatisch gemessen wird, wobei die beiden Röntgenröhren mit unterschiedlichen Einstellparametern betrieben werden, vorzugsweise mit unterschiedlichen Röntgenspektren betrieben werden, und die mit beiden Röntgenröhren ermittelten Durchstrahlungsbilder oder Volumendaten durch die Steuerung und/oder Software kombiniert und gemeinsam ausgewertet werden.
Computertomograf umfassend zumindest einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, einen Drehtisch zur Aufnahme eines zu messende Werkstücks und einer ersten Röntgenquelle, sowie Steuerung und Software zur Aufnahme und Auswertung der in mehreren Drehstellungen des Werkstücks relativ zur Röntgensensorik (Röntgenquelle und Röntgendetektor) aufgenommenen Durchstrahlungsbildern, wobei die Auswertung zumindest die Rekonstruktion der Durchstrahlungsbilder zu Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks, und vorzugsweise die Extraktion von Oberflächenpunkten (Messpunkten) aus den Volumendaten und Verknüpfung der Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Röntgenröhre im Computertomografen integriert ist, die mit der Steuerung verbunden ist, wobei die Steuerung und die Software ausgebildet sind, die automatisierte Messung mit beiden Röntgenröhren und die gemeinsame Auswertung der am selben Werkstück mit beiden Röntgenröhren ermittelten Durchstrahlungsbilder und/oder Volumendaten zu realisieren, wobei erste und zweite Röntgenröhre mit unterschiedlichen Einstellparametern betreibbar sind, vorzugsweise mit unterschiedlichen Röntgenspektren betreibbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, umfassend zumindest eine Röntgenquelle, einen Röntgendetektor, vorzugsweise flächenhaften Röntgendetektor, und eine Dreheinheit wie Drehtisch und/oder Dreh-Schwenkeinheit zur Aufnahme und Einstellung der Dreh- und/oder Schwenkstellung des zu messenden Werkstücks relativ zu Röntgendetektor und Röntgenquelle, und vorzugsweise Messachsen (Translationsachsen), zur Einstellung der Position des Werkstücks und/oder der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors in zumindest einer Achse relativ zueinander, wobei Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Dreh- und/oder Schwenkstellungen des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, und wobei aus den Durchstrahlungsbildern mittels Rekonstruktion Volumendaten (Voxelvolumen) des Werkstücks berechnet werden, und wobei vorzugsweise Oberflächenpunkte (Messpunkte) mittels Extraktion aus den Volumendaten ermittelt werden und die Messpunkte zum Zwecke der dimensionellen Messung des Werkstücks verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung verschiedener Positionen des Werkstücks und/oder der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors, eingestellt mittels der Messachsen (Translationsachsen), und/oder verschiedener Drehstellungen und/oder Dreh-Schwenk-Stellungen des Werkstücks, eingestellt unter Verwendung des Drehtisches bzw. der Dreh-Schwenk-Einheit, von der reinen Drehung des Werkstücks um die Drehachse des Drehtisches abweichende Trajektorien, also Bewegung des Werkstücks relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor für die Aufnahme der mehreren Durchstrahlungsbilder, verwendet werden.
Verfahren nach vorzugsweise Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen maximaler oder mittlerer Schwächung und/oder maximaler oder mittlerer Durchstrahlungslängen oberhalb zuvor festgelegter Schwellwerte und/oder beim Vorliegen minimaler oder mittlerer Signal-Rauschverhältnisse unterhalb eines zuvor festgelegten Schwellwertes, automatisch für das entsprechende Durchstrahlungsbild die Belichtungszeit erhöht und/oder die Anzahl der überlagerten Bilder (Bildmittelung) in der jeweiligen Drehstellung und/oder Position auf der Trajektorie erhöht wird, bis vorzugsweise Schwellwerte unterschritten werden und/oder bis zuvor ermittelter Wert oder Wert in zu diesem festgelegter Umgebung erreicht wird, wobei der Wert beispielsweise mittels zuvor durchgeführter Referenzmessung des Werkstücks mit dem Computertomografen oder einem anderen Computertomografen festgelegt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Röntgenröhre, vorzugsweise Röntgenröhre, die Teil eines Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors ist, wobei die Röntgenröhre ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target aufweist, welches mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beurteilung des Zustands des Targets, insbesondere Targetverschleißes, der Auftreffpunkt (Brennfleck) des Elektronenstrahls auf das Target und das Target relativ zueinander verschoben werden und die auf einem Röntgendetektor gerichtete Röntgenstrahlung jeweils ausgewertet wird, insbesondere Änderung der Intensität während oder jeweils vor und/oder nach der jeweiligen Verschiebung der durch den Röntgendetektor ermittelten Röntgenstrahlung beurteilt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Röntgenröhre, vorzugsweise Röntgenröhre, die Teil eines Computertomografiesensors oder Radiografiesensors oder Laminografiesensors ist, wobei die Röntgenröhre ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target aufweist, welches mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, nach vorzugsweise Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf das Target entlang einer Kreisbahn verschoben wird, indem das Target um eine von der Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls verschiedene Achse (Rotationsachse) gedreht wird oder indem durch Kombination translatorischer Verschiebungen von Elektronenstrahl und Target relativ zueinander in zumindest zwei Richtungen senkrecht zur Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls die Kreisbahn um eine Rotationsachse realisiert wird, wobei vorzugsweise als die Verschiebung nach Anspruch 1 die Verschiebung entlang der Kreisbahn oder die Verschiebung auf eine in Radius und/oder Lage der Rotationsachse veränderte Kreisbahn verwendet wird, wobei vorzugsweise zur Änderung des Radius, die Rotationsachse senkrecht zu ihrer vorliegenden Richtung verschoben wird, vorzugsweise durch Verschieben des Targets senkrecht zur vorliegenden Richtung der Rotationsachse zusammen mit der für die Drehung vorgesehenen Dreheinrichtung oder durch entsprechend geänderte translatorische Verschiebungen von Elektronenstrahl und Target relativ zueinander.
Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung umfassend zumindest eine Röntgenröhre (100) und ein die Röntgenstrahlung abgebendes Target (101), welches mit einem Elektronenstrahl (105) beaufschlagt wird, Mittel (104) zur Beeinflussung der Richtung des Röntgenstrahls und/oder Mittel (111, 112) zur mechanischen Bewegung des Targets (101) und/oder Targetflansches (106) und/oder zur Drehung des Targets vorgesehenen Dreheinrichtung (107) relativ zum Elektronenstrahl (105), insbesondere senkrecht zur Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls (105), oder relativ zum Röhrenkorpus (102), wie Bewegungsachsen (111, 112) aufweist.
Verfahren zur Korrektur der während einer computertomografischen Messung auftretenden Drift der für die Computertomografie (CT) eingesetzten CT-Komponenten Röntgenröhre, zu messendes Objekt aufnehmender Drehtisch und in mehreren Drehstellungen des zu messenden Objekts relativ zu Röntgenquelle und Röntgendetektor aufnehmender Röntgendetektor relativ zueinander, wobei vor und/oder nach der computertomografischen Messung eine Schnelltomografie (Referenztomografie) durchgeführt wird, bei der Durchstrahlungsbilder in einer geringeren Anzahl von Drehstellungen bezüglich der computertomografischen Messung aufgenommen werden dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Durchstrahlungsbilder der computertomografischen Messung und der Durchstrahlungsbilder der Schnelltomografie ein korrigiertes Voxelvolumen mittels Rekonstruktion ermittelt wird, wobei korrigierte Durchstrahlungsbilder (korrigierte Projektionsbilder) berechnet werden oder indem jedem Durchstrahlungsbild der computertomografischen Messung eine auf Basis der Durchstrahlungsbilder der Schnelltomografie ermittelten korrigierten CT-Geometrie für die Rekonstruktion zugeordnet wird, wobei die CT-Geometrie die räumliche Lage der CT-Komponenten Röntgenröhre, Röntgendetektor und Drehtisch zueinander und vorzugsweise deren Orientierung wie Verkippung bezeichnet.
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, 309, 310, 320) relativ zueinander drehbar angeordnet sind, vorzugsweise das Messobjekt (303) drehbar ist, aufnehmbar sind, wobei die Computertomografiesensorik zumindest besteht aus einer Strahlungsquelle wie Röntgenröhre (301), zumindest einem flächig ausgeprägten Szintillator (304) und zumindest einem flächig ausgeführten, optischen Detektor (310) wie Kamera, wobei die Durchstrahlungsbilder von dem zumindest einen 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, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Szintillator (304) und dem optischen Detektor (310) ein oder mehrere Faserbündel (320) angeordnet sind, wobei die dem Szintillator (304) zugeordnete Seite (321) des bzw. der Faserbündel die vom Szintillator (304) abgegebene optische Strahlung (307) aufnimmt und am dem optischen Detektor (310) zugewandten Ende (322) wieder in Richtung des bzw. der optischen Detektoren (310) abgibt.
Verfahren zur Durchführung einer computertomografischen Messung mit einem Computertomografen, aufweisend zumindest eine Röntgenröhre, das zu messende Objekt aufnehmenden und drehenden Drehtisch und Durchstrahlungsbilder des Objekts aufnehmenden Röntgendetektor, wobei in mehreren Drehstellungen des Objekts und der Komponenten Röntgenröhre und Röntgendetektor relativ zueinander, insbesondere in einem Winkelbereich von mindestens 360° oder in einem Winkelbereich von mindestens 180°, Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, wobei die jeweilige Aufnahme während einer festgelegten Belichtungs- bzw. Integrationszeit erfolgt, und wobei eine Rekonstruktion eines Voxelvolumens aus resultierenden Durchstrahlungsbildern erfolgt, wobei die resultierenden Durchstrahlungsbilder die Durchstrahlungsbilder selbst sind oder die resultierenden Durchstrahlungsbilder jeweils mehrere aufeinanderfolgend aufgenommene und überlagerte Durchstrahlungsbilder sind, wobei den resultierenden Durchstrahlungsbildern als Gesamtbelichtungszeit die Summe der Belichtungszeiten der zur Bildung verwendeten Durchstrahlungsbilder zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes resultierende Durchstrahlungsbild die Gesamtbelichtungszeit separat eingestellt wird, wobei die Belichtungszeit und/oder die Anzahl der jeweils zu überlagernden Durchstrahlungsbilder eingestellt wird, so dass zumindest einer dem jeweiligen resultierendem Durchstrahlungsbild zugeordnete Kennwert wie beispielsweise minimales Signal Rauschverhältnis (SNR), minimale Intensität bzw. Grauwert oder mittlere Intensität bzw. Grauwert für alle resultierenden Durchstrahlungsbilder konstant oder nahezu konstant bleibt, wobei die Gesamtbelichtungszeit des jeweils aufzunehmenden resultierenden Durchstrahlungsbildes festgelegt wird aus dem oder den Kennwerten, die aus dem einen oder den mehreren jeweils direkt davor aufgenommenen resultierenden Durchstrahlungsbildern bestimmt wurden.
Verfahren zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim Messen, insbesondere dimensionellen Messen mit einem Koordinatenmessgerät, umfassend mehrere für die Messung vorgesehene Komponenten wie Sensoren und Maßstäbe und zumindest einen Messkreis schließende Verbindungselemente, wobei zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der jeweils aktuell vorliegenden Temperatur einer Komponente und/oder eines Verbindungselementes zur Korrektur der mit dem Koordinatenmessgerät bestimmten Messpunkte und/oder Maße herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesswerte mehrerer an den Komponenten und/oder Verbindungselementen zwischen den Komponenten angebrachter oder zugeordneter Temperatursensoren für die Korrektur verwendet werden, wobei ein Modell oder zumindest Teilmodelle für die Temperaturbedingten Messabweichungen, insbesondere Temperaturbedingte Längenausdehnung der Komponenten und/oder Verbindungselemente selbst und/oder zueinander verwendet wird.
Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens zur Korrektur Temperaturbedingter Messabweichungen beim Messen, insbesondere dimensionellen Messen mit einem Koordinatenmessgerät nach vorzugsweise Anspruch 13, wobei das Koordinatenmessgerät umfasst mehrere für die Messung vorgesehene Komponenten (401, 404, 405, 411, 414, 420, 422) wie Sensoren (404) und Maßstäbe (411, 414, 420, 422) und zumindest einen Messkreis (407) schließende Verbindungselemente (408, 412, 415, 419, 423, 427), wobei zumindest ein Temperatursensor (T1, ..., T17) zur Erfassung der jeweils aktuell vorliegenden Temperatur einer Komponente (401, 404, 405, 411, 414, 420, 422) und/oder eines Verbindungselementes (408, 412, 415, 419, 423, 427) vorgesehen ist, und wobei eine Korrektureinrichtung vorgesehen ist, die zur Korrektur der mit dem Koordinatenmessgerät bestimmten Messpunkte und/oder Maße herangezogen wird, wobei die Korrektureinrichtung ausgebildet ist, die Temperaturmesswerte der Temperatursensoren (T1, ..., T17) zu erfassen und die Korrektur zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatursensoren (T1, ..., T17) an mehreren Komponenten (401, 404, 405, 411, 414, 420, 422) und/oder Verbindungselementen (408, 412, 415, 419, 423, 427) zwischen den Komponenten angebracht oder diesen zugeordnet sind.
Vorrichtung zur Durchführung einer Computertomografie umfassend zumindest eine Röntgenröhre (2), einen Röntgendetektor (10), vorzugsweise flächig ausgeführten Röntgendetektor (10), und einen das zu tomografierende Objekt (8) aufnehmenden und drehenden Drehtisch (7), welcher zwischen Röntgenröhre (2) und Röntgendetektor (10) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Objekts (8) in einer Vielzahl von Drehstellungen des Drehtischs (7) aufzunehmen, wobei die Durchstrahlungsbilder vorzugsweise zu einem Voxelvolumen mittels Rekonstruktion rekonstruierbar sind, wobei besonders bevorzugt aus dem Voxelvolumen Oberflächenpunkte an den Materialübergängen des Objekts (8) bestimmt und besonders bevorzugt zur Messung von Merkmalen bzw. Maßen des Objekts (8) verwendet werden, wobei die Vorrichtung besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgendetektor (10) kippbar ausgeführt ist, um zumindest eine erste Achse, die senkrecht zur Detektor-Normalen verläuft und vorzugsweise kippbar ausgestaltet ist, um eine zweite Achse, die senkrecht zur Detektor-Normalen und vorzugsweise senkrecht zur ersten Achse verläuft, wobei der Kippwinkel um die erste und/oder zweite Achse manuell oder elektrisch, stufenlos oder stufig einstellbar ist.
Vorrichtung zur computertomografischen Untersuchung eines Objekts, zumindest aufweisend eine Röntgenröhre (501), einen Röntgendetektor (502), einen das zu messende Objekt (504) aufnehmender und dieses drehender Drehtisch (503) und einer Strahlenschutzumhausung (500), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenschutzumhausung (500) zumindest teilweise gebildet wird aus einer Vielzahl von Bausteinen (505-1, 505-2, 505-3, ..., 505-12) identischer Form.
Verfahren zur Bestimmung eines Gütewertes, der einem Oberflächenmesspunkt bestimmt mittels Computertomografie zugeordnet wird, wobei die Computertomografie zumindest die folgenden Schritte umfasst: Aufnahme mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu untersuchenden Objektes wie Werkstück in mehreren Drehstellungen relativ zu einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgendetektor, Rekonstruktion eines Voxelvolumens, welches Voxel mit zugeordneten Voxelgrauwerten aufweist, aus den Durchstrahlungsbildern und Ermittlung von Oberflächenmesspunkten, dadurch gekennzeichnet, dass der Gütewert aus folgenden Daten bestimmt wird: – Messpräzision und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) des gemessenen Oberflächenpunktes und/oder – Messpräzision und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) des simulierten Oberflächenpunktes und/oder – Kontrast der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder – Rauschen der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder – Kontrast/Rausch-Verhältnis (CNR) der simulierten Voxelgrauwerte an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung und/oder – Intensitäten und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) der Pixel der gemessenen Durchstrahlungsbilder, die durch die Rekonstruktion zu den Voxelgrauwerten beitragen, die an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung liegen und/oder – Intensitäten und/oder Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) der Pixel der simulierten Durchstrahlungsbilder, die durch die Rekonstruktion zu den Voxelgrauwerten beitragen, die an den Koordinaten des Oberflächenpunktes und dessen Umgebung liegen.