DE102023103165A1 - Process and device for computed tomography or laminography - Google Patents
Process and device for computed tomography or laminography Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023103165A1 DE102023103165A1 DE102023103165.1A DE102023103165A DE102023103165A1 DE 102023103165 A1 DE102023103165 A1 DE 102023103165A1 DE 102023103165 A DE102023103165 A DE 102023103165A DE 102023103165 A1 DE102023103165 A1 DE 102023103165A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- data
- workpiece
- detector
- measurement
- burr
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 117
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 title claims description 41
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 163
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 100
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 62
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 238000012952 Resampling Methods 0.000 claims description 17
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 17
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 13
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 12
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims description 12
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 6
- FZHSXDYFFIMBIB-UHFFFAOYSA-L diiodolead;methanamine Chemical compound NC.I[Pb]I FZHSXDYFFIMBIB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 25
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 5
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 1
- 208000012886 Vertigo Diseases 0.000 description 1
- MCVAAHQLXUXWLC-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[S-2].[Gd+3].[Gd+3] Chemical compound [O-2].[O-2].[S-2].[Gd+3].[Gd+3] MCVAAHQLXUXWLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/04—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
- G01B15/045—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures by measuring absorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
- G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
- G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/044—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using laminography or tomosynthesis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2978—Hybrid imaging systems, e.g. using a position sensitive detector (camera) to determine the distribution in one direction and using mechanical movement of the detector or the subject in the other direction or using a camera to determine the distribution in two dimensions and using movement of the camera or the subject to increase the field of view
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N20/00—Machine learning
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung von Werkstücken mit einem Laminografiesensor, der zumindest eine Röntgenquelle und einen Detektor und Verstellachsen oder Messachsen zur Positionierung des Werkstücks, der Quelle und/oder des Detektors aufweist. Der Laminografiesensor wird zusammen mit mindestens einem weiteren Sensor in einem Koordinatenmessgerät betrieben, wobei Messdaten des Laminografiesensors und Messdaten des zumindest einen weiteren Sensors in einem gemeinsamen Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.The invention relates to a device and a method for examining workpieces with a laminography sensor that has at least one X-ray source and one detector and adjustment axes or measuring axes for positioning the workpiece, the source and/or the detector. The laminography sensor is operated together with at least one other sensor in a coordinate measuring machine, measurement data from the laminography sensor and measurement data from the at least one other sensor being made available in a common coordinate system.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Computertomografiemessung und auf Verfahren zur Laminografiemessung von Werkstücken, sowie Vorrichtungen zur Ausführung der Verfahren.The present invention relates to methods for computed tomography measurement and to methods for laminography measurement of workpieces, as well as devices for carrying out the methods.
Bei der Computertomografie wird das zu untersuchende Werkstück zwischen einer Strahlungsquelle, im Falle der Röntgencomputertomografie, einer Röntgenquelle, und einem Strahlungsdetektor angeordnet, sodass Durchstrahlungsbilder mit dem Detektor in unterschiedlichen Drehstellungen des Werkstücks in Bezug auf Quelle und Detektor aufgenommen und zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert werden können. In der Regel wird das Werkstück auf einem Drehtisch angeordnet, um die unterschiedlichen Drehstellungen durch Drehen um eine Drehachse zu realisieren. Alternativ steht das Werkstück fest und Quelle und Detektor drehen sich um das Werkstück um eine Drehachse. Bei der Laminografie sind erweiterte Trajektorien (auch als Aufnahme-Geometrie bezeichnet) für die Bewegung von Werkstück, Quelle und Detektor zueinander vorgesehen, insbesondere um Werkstücke messen zu können, die nicht anhand einer 360°-Drehung tomografiert werden können, beispielsweise, weil sonst eine Kollision des Werkstücks mit Quelle oder Detektor auftreten würde, oder um Werkstücke schneller als mit einer Computertomografie zu untersuchen, indem Durchstrahlungsbilder in einer geringeren Anzahl von Drehstellungen aufgenommen werden.In computed tomography, the workpiece to be examined is placed between a radiation source, in the case of X-ray computed tomography, an X-ray source, and a radiation detector, so that radiographic images are recorded with the detector in different rotational positions of the workpiece in relation to the source and detector and reconstructed into a volume data set (voxel volume). can become. As a rule, the workpiece is arranged on a turntable in order to realize the different rotary positions by turning about a rotary axis. Alternatively, the workpiece is stationary and the source and detector rotate about the workpiece about an axis of rotation. In laminography, advanced trajectories (also known as acquisition geometries) are provided for the relative movement of the workpiece, source and detector, in particular to be able to measure workpieces that cannot be tomographed using a 360° rotation, for example, because otherwise a collision of the workpiece with the source or detector would occur, or to examine workpieces faster than with computed tomography by taking radiographs in a smaller number of rotational positions.
Der zur Erfassung der 2D-Durchstrahlungsbilder verwendete Detektor ist meist flächig, also als 2D-Detektor ausgeführt und besteht aus einer Szintillatorschicht, in der die Röntgenstrahlung in Licht umgewandelt wird, in Strahlungsrichtung dahinter befindlichen röhrenförmigen Lichtkanälen, die ein Übersprechen unterschiedlicher Detektorbereiche verringern, und einer direkt dahinter fest angeordneten Pixelmatrix, also einer flächigen Matrix-Kamera, wie CCD- oder CMOS-Kamera. Alternativ sind auch entsprechend ausgeführte Zeilendetektoren mit einer oder wenigen Zeilen bekannt. Um große Messbereiche zu erfassen, muss das Werkstück jedoch zeitaufwändig quer zur Zeilenrichtung verschoben, mehrfach durchstrahlt werden. Hier werden einzelne Schichten auch separat rekonstruiert. Vorteilhaft geht die Erfindung daher von flächigen Detektoren bzw. Detektoren mit flächiger Detektionsfläche wie flächiger Szintillatorschicht aus.The detector used to capture the 2D radiographs is mostly flat, i.e. designed as a 2D detector, and consists of a scintillator layer, in which the X-rays are converted into light, tubular light channels located behind it in the direction of radiation, which reduce crosstalk between different detector areas, and one directly behind it, a fixed pixel matrix, i.e. a flat matrix camera, such as a CCD or CMOS camera. Alternatively, appropriately designed line detectors with one or a few lines are also known. In order to record large measuring ranges, however, the workpiece has to be shifted across the line direction, which is time-consuming, and irradiated several times. Here, individual layers are also reconstructed separately. The invention is therefore advantageously based on flat detectors or detectors with a flat detection surface such as a flat scintillator layer.
Kostengünstigere Detektoren sind realisierbar, wenn ein separater Aufbau der Szintillatorschicht und der Matrixkamera erfolgt, wobei zwischen beiden eine vergrößernde Optik angeordnet wird, wie dies in der
Um dimensionell messen zu können, werden aus den Volumendaten Oberflächenpunkte, beispielsweise im STL-Format (STL - Standard Triangulation Language) erzeugt und zu Maßen oder ähnlichem verknüpft. Der Computertomograf ist dann als Koordinatenmessgerät bzw. Koordinatenmesssystem ausgebildet. Die Erfindung sieht dies auch für Laminografieverfahren vor, die beispielsweise mit dem Computertomografen ausgeführt werden. Um dabei genau messen zu können, ist eine der notwendigen Bedingungen, dass eine hohe Auflösung der Strukturen des Werkstücks (Strukturauflösung) im Ortsbereich gewährleistet wird, die sich zumeist aus der jeweiligen Messaufgabe ergibt. Hierbei überlagern sich, neben verschiedenen anderen, zwei dominante Effekte, die Brennfleckgröße des die Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks (Fokus bzw. focus) der Röntgenröhre und die Pixelauflösung des eingesetzten Detektors. Die Strukturauflösung ist in der Werkstückebene bzw. -lage zu betrachten und wird hier als wirksame Strukturauflösung bezeichnet, kann aber unter Berücksichtigung der CT-Geometrie (Lage von Quelle, Werkstück bzw. Drehachse und Detektor zueinander, auch als Aufnahme-Geometrie bezeichnet), insbesondere des geometrischen Abbildungsmaßstabs A, der sich aus dem Verhältnis FDD (focus to detector distance) zu FOD (focus to object distance), also der Lage des Werkstücks zwischen Quelle und Detektor, genauer zwischen dem die Messstrahlung abgebenden Brennfleck (Fokus) der Quelle und dem Detektor, ergibt, auch in die Detektorebene transformiert und betrachtet werden und umgekehrt.In order to be able to measure dimensionally, surface points are generated from the volume data, for example in the STL format (STL—Standard Triangulation Language) and linked to form dimensions or the like. The computer tomograph is then designed as a coordinate measuring device or coordinate measuring system. The invention also provides this for laminography methods that are carried out, for example, with the computer tomograph. In order to be able to measure accurately, one of the necessary conditions is that a high resolution of the structures of the workpiece (structural resolution) is guaranteed in the local area, which usually results from the respective measurement task. Here, in addition to various others, two dominant effects are superimposed, the focal spot size of the focal spot emitting the X-ray radiation (focus) of the X-ray tube and the pixel resolution of the detector used. The structural resolution is to be considered in the workpiece plane or position and is referred to here as the effective structural resolution, but can be increased taking into account the CT geometry (position of source, workpiece or axis of rotation and detector to one another, also referred to as recording geometry), in particular of the geometric imaging scale A, which results from the ratio FDD (focus to detector distance) to FOD (focus to object distance), i.e. the position of the workpiece between source and detector, more precisely between the focal spot (focus) of the source emitting the measuring radiation and the detector, can also be transformed into the detector plane and viewed and vice versa.
Mit Strukturauflösung ist hier die dimensionelle Größe (Abmessung) der kleinsten auflösbaren Struktur gemeint. Dabei bezieht sich der Auflösungsbegriff also auf einen Zahlenwert, beispielsweise einer mit einem Symbol bezeichneten Abmessung. Wird hier ganz allgemein von guter oder auch hoher Auflösung ohne Bezug zu einem Zahlenwert oder Symbol gesprochen, ist damit ein geringer Zahlenwert für die Auflösung bzw. Strukturauflösung gemeint.Structure resolution here means the dimensional size (size) of the smallest resolvable structure. In this case, the definition of resolution thus refers to a numerical value, for example a dimension denoted by a symbol. If good or even high resolution is spoken here in general without reference to a numerical value or symbol, this means a low numerical value for the resolution or structure resolution.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Laminografiemessung von Werkstücken, insbesondere auf die Bestimmung und Ausrichtung der Lage des Werkstücks im Laminografiesensor.The present invention also relates to a method for laminographic measurement of workpieces, in particular to determining and aligning the position of the workpiece in the laminographic sensor.
Bei nach dem Stand der Technik bekannte Laminografieverfahren erfolgt die Ausrichtung des Werkstücks im Laminografiesensor manuell durch den Bediener. Hierbei muss der Bediener die bei der Laminografiemessung gewünschte Trajektorie und die Abmessungen des Werkstücks kennen, um so dann festzulegen, wie das Werkstück in einer Werkstückauflage anzuordnen ist. Eine Überprüfung, ob eine geeignete Lage, insbesondere Kollisionsfreiheit während der Achsbewegungen während der Messung vorliegt, muss der Bediener die Trajektorie schrittweise abfahren und visuell überprüfen. Dieses Vorgehen ist zeitaufwändig und fehleranfällig.In the laminography methods known from the prior art, the operator manually aligns the workpiece in the laminography sensor. In this case, the operator must know the trajectory desired for the laminography measurement and the dimensions of the workpiece in order to then determine how the workpiece is to be arranged in a workpiece support. The operator has to follow the trajectory step by step and check it visually to check whether there is a suitable position, in particular no collisions during the axis movements during the measurement. This procedure is time-consuming and error-prone.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Laminografieverfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine schnelle Vorbereitung und genaue und kollisionsfreie Durchführung einer Laminografiemessung gewährleistet wird.A further object of the present invention is therefore to further develop the known laminography methods in such a way that rapid preparation and precise and collision-free implementation of a laminography measurement are ensured.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass ein zweiter, mit dem Laminografiesensor zusammen angeordneter Sensor zur Bestimmung der jeweils vorliegenden Werkstücklage verwendet wird. Der weitere Sensor und der Laminografiesensor weisen dazu dasselbe Koordinatensystem auf oder die Messdaten beider Sensoren sind zumindest in einem gemeinsamen Koordinatensystem darstellbar.As a solution, the invention provides that a second sensor, which is arranged together with the laminography sensor, is used to determine the respective position of the workpiece. For this purpose, the further sensor and the laminography sensor have the same coordinate system or the measurement data of both sensors can at least be displayed in a common coordinate system.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Untersuchung von Werkstücken mit einem Laminografiesensor vor, der zumindest eine Quelle wie Röntgenquelle und einen Detektor wie Röntgendetektor und Verstellachsen oder Messachsen zur Positionierung des Werkstücks, vorzugsweise Drehtisch zur Drehung und/oder Kippung des Werkstücks, und/oder zur Positionierung der Quelle und/oder zur Positionierung des Detektors aufweist, das sich dadurch auszeichnet, dass der Laminografiesensor zusammen mit mindestens einem weiteren Sensor in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird, wobei Messdaten des Laminografiesensors und Messdaten der weiteren Sensoren in einem gemeinsamen Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.As a solution, the invention provides a method for examining workpieces with a laminography sensor, which has at least one source such as an X-ray source and a detector such as an X-ray detector and adjustment axes or measuring axes for positioning the workpiece, preferably a rotary table for rotating and/or tilting the workpiece and/or for positioning the source and/or for positioning the detector, which is characterized in that the laminography sensor is operated together with at least one other sensor in a coordinate measuring machine, measurement data from the laminography sensor and measurement data from the other sensors being made available in a common coordinate system .
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der oder die weiteren Sensoren ein taktiler Sensor oder ein optischer Sensor oder ein taktil-optischer Sensor oder ein Computertomografiesensor oder der wahlweise auch als Computertomografiesensor betreibbare Laminografiesensor ist.In particular, the invention is characterized in that the additional sensor(s) is a tactile sensor or an optical sensor or a tactile-optical sensor or a computed tomography sensor or the laminography sensor that can optionally also be operated as a computed tomography sensor.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Lage des Werkstücks im Laminografiesensor mittels zumindest einem der weiteren Sensoren bestimmt wird (Vorab-Werkstücklage).Provision is preferably made for the position of the workpiece in the laminography sensor to be determined by means of at least one of the other sensors (preliminary workpiece position).
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass aus der bestimmten Lage des Werkstücks (Vorab-Werkstücklage) eine für die Laminografiemessung geeignete, vorzugsweise optimale Lage ermittelt wird, oder dass die bestimmte Lage (Vorab-Werkstücklage) bei der Laminografiemessung berücksichtigt wird.It should also be emphasized that a position that is suitable, preferably optimal, for the laminography measurement is determined from the determined position of the workpiece (preliminary workpiece position), or that the determined position (preliminary workpiece position) is taken into account in the laminography measurement.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die geeignete Lage, und vorzugsweise die bestimmte Lage des Werkstücks (Vorab-Werkstücklage), auf einer Anzeigeeinheit wie Bildschirm dem Bediener angezeigt wird, und/oder dass die geeignete Lage durch Verstellachsen zur Positionierung des Werkstücks und/oder der Quelle und/oder des Detektors für die Laminografiemessung des Werkstücks eingestellt wird, vorzugsweise automatisch eingestellt wird.The invention is also characterized in that the suitable position, and preferably the specific position of the workpiece (preliminary workpiece position), is displayed to the operator on a display unit such as a screen, and/or that the suitable position is indicated by adjustment axes for positioning the workpiece and /or the source and/or the detector for the laminography measurement of the workpiece is adjusted, preferably automatically.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass erfasste Lage (Vorab-Werkstücklage) bei der Laminografiemessung berücksichtigt wird, indem die Trajektorie der Messung (Positionen aller Verstellachsen oder Messachsen während der Messung) entsprechend der Lage (Vorab-Werkstücklage) angepasst wird.According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that the recorded position (preliminary workpiece position) is taken into account in the laminography measurement by adjusting the trajectory of the measurement (positions of all adjustment axes or measuring axes during the measurement) according to the position (preliminary workpiece position).
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass erfasste Lage (Vorab-Werkstücklage) bei der Rekonstruktion der Laminografiemessung berücksichtigt wird.In particular, the invention is characterized in that the recorded position (preliminary workpiece position) is taken into account in the reconstruction of the laminography measurement.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass erfasste Lage (Vorab-Werkstücklage) bei der Laminografiemessung berücksichtigt wird, indem ein oder mehrere Bildausschnitte innerhalb der mit dem Laminografiesensor aufgenommenen Durchstrahlungsbilder entsprechend berücksichtigt werden.Provision is preferably made for the detected position (preliminary workpiece position) to be taken into account in the laminography measurement, in that one or more image sections within the radiographic images recorded with the laminography sensor are appropriately taken into account.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein durchstrahlendes Bildaufnahmeverfahren, einsetzbar für Computertomografiemessungen und/oder Laminografiemessungen von Werkstücken.The present invention also relates to a radiographic image recording method that can be used for computed tomography measurements and/or laminography measurements of workpieces.
Nach dem Stand der Technik bekannte Bildaufnahmeverfahren bei Durchstrahlung eines Werkstücks arbeiten im Fall von Computertomografiemessungen mit Bildserien, bei denen versetzt zueinander aufgenommene Bilder der gleichen Drehstellung nicht überlappend aufgenommen werden. Laminografiemessungen nach dem Stand der Technik werden bisher stets in Bezug auf einen einzigen interessierenden Bereich eines zu untersuchenden Werkstücks durchgeführt. Nicht bekannt ist es, versetzt zueinander liegende Bereiche zu erfassen, die entweder in mehreren Bildserien erfasst werden, oder die innerhalb einer Bildserie nicht in allen Bildern erfasst werden.In the case of computed tomography measurements, image recording methods known from the prior art when irradiating a workpiece work with series of images that are offset in relation to one another captured images of the same rotational position are not captured overlapping. Laminographic measurements according to the prior art have hitherto always been carried out in relation to a single area of interest of a workpiece to be examined. It is not known how to capture mutually offset regions that are either captured in several image series or that are not captured in all images within an image series.
Bekannte Verfahren der Laminografie sind u. a. die Translations-Laminografie, insbesondere die koplanare Translations-Laminografie, und die Swing-Laminografie, beispielsweise beschrieben in Bauer, Handbuch der industriellen Bildverarbeitung (ISBN 978-3-8167-7386-3). Die Swing-Laminografie wird hier als Übergang von der laminografischen zur axialen Bildaufnahme bezeichnet. Eine Variante der Swing-Laminografie entspricht beispielsweise einer Computertomografie mit eingeschränktem Drehwinkelbereich, insbesondere kleiner 180°, um insbesondere Werkstücke zu untersuchen, die aufgrund ihrer Größe zwischen Quelle und Detektor nicht vollständig gedreht werden können.Known methods of laminography are u. a. translational laminography, in particular coplanar translational laminography, and swing laminography, for example described in Bauer, Handbuch der Industrie Bildverarbeitung (ISBN 978-3-8167-7386-3). Swing laminography is referred to here as a transition from laminographic to axial imaging. A variant of swing laminography corresponds, for example, to computed tomography with a limited range of rotation angles, in particular less than 180°, in order in particular to examine workpieces that cannot be completely rotated between source and detector due to their size.
Computertomografieverfahren, bei denen nacheinander sich nicht überlappende Werkstückbereiche stückweise untersucht werden, sind beispielsweise in der
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Bildaufnahmeverfahren dahingehend zu erweitern, dass eine schnellere und/oder kostengünstigere und/oder mit höherer Strukturauflösung und/oder besserer Bildqualität und/oder größerem Messbereich versehene computertomografische und/oder laminografische Messung von Werkstücken erfolgt. Für die laminografische Messung von Werkstücken soll erreicht werden, dass auch Bereiche an derart großen Werkstücken, die für die computertomografische Messung nicht geeignet sind (da nicht kollisionsfrei um mindestens 180° drehbar), gemessen werden können.A further object of the present invention is therefore to expand the known image recording methods in such a way that a faster and/or more cost-effective and/or higher structural resolution and/or better image quality and/or larger measuring range is provided for computed tomographic and/or laminographic measurement of workpieces . For the laminographic measurement of workpieces, it should also be possible to measure areas on such large workpieces that are not suitable for computer tomographic measurement (because they cannot be rotated by at least 180° without colliding).
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass mehrere Serien von Bilddaten mit unterschiedlicher Aufnahme-Trajektorie, jeweils umfassend mehrere Relativstellungen von Quelle, Werkstück und Detektor zueinander, aufgenommen und gemeinsam ausgewertet werden. Insbesondere weisen die Bilddaten der Serien einen Versatz zueinander auf, so dass die jeweils erfassten Werkstückbereiche in den jeweiligen Relativstellungen nur teilweise oder gar nicht mit den in der ersten Serie erfassten Werkstückbereichen überlappen oder so dass zumindest identische Werkstückbereiche aus unterschiedlichen Richtungen je Serie durchstrahlt werden.As a solution, the invention provides that a number of series of image data with different recording trajectories, each comprising a number of relative positions of the source, workpiece and detector to one another, are recorded and jointly evaluated. In particular, the image data of the series are offset from one another, so that the respective workpiece areas recorded in the respective relative positions overlap only partially or not at all with the workpiece areas recorded in the first series, or so that at least identical workpiece areas are irradiated from different directions in each series.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Aufnahmeverfahren für Bilder bei der Durchstrahlung eines zu untersuchenden Werkstücks mit der Strahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung, einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, vor, wobei
- - zumindest eine erste Serie von Durchstrahlungsbilddaten (Bilddaten 1) aufgenommen wird, wobei innerhalb der Bildserie mehrere Relativstellungen zwischen den Komponenten Werkstück, Quelle und Detektor eingenommen werden (Aufnahme-Trajektorie), vorzugsweise mehrere Drehstellungen des Werkstücks relativ zu Quelle und Detektor und/oder mehrere lateral zueinander versetzte Stellungen des Werkstücks relativ zu zumindest dem Detektor eingenommen werden, und
- - zumindest eine zweite Serie von Durchstrahlungsbilddaten (Bilddaten 2) aufgenommen wird, wobei diese in Bezug auf die
Bilddaten 1 in derart veränderter Aufnahme-Trajektorie, insbesondere mit einem Versatz, aufgenommen wird, so dass sich die dabei erfassten Werkstückbereiche in den jeweiligen Relativstellungen nur teilweise oder gar nicht mit den in der ersten Serie erfassten Werkstückbereichen überlappen oder so dass zumindest identische Werkstückbereiche aus unterschiedlichen Richtungen je Serie durchstrahlt werden,
- - at least a first series of transmission image data (image data 1) is recorded, with several relative positions between the components workpiece, source and detector being assumed within the image series (recording trajectory), preferably several rotational positions of the workpiece relative to the source and detector and/or several laterally offset positions of the workpiece are assumed relative to at least the detector, and
- - at least a second series of radiographic image data (image data 2) is recorded, with this being recorded in relation to the
image data 1 in such a changed recording trajectory, in particular with an offset, so that the workpiece areas recorded in the process are only partially in the respective relative positions or not at all with the workpiece areas recorded in the first series, or so that at least identical workpiece areas are irradiated from different directions in each series,
Wird das Verfahren für eine Computertomografie (CT) eingesetzt, ist für die Einstellung der Drehstellungen ein Drehtisch vorgesehen. Beim Einsatz in einem Laminografen kann hierfür ein Drehtisch verwendet werden (z. B. bei der Swing-Laminografie), die notwendigen Bewegungen zum Einstellen der jeweiligen Relativstellungen können aber auch ohne einen Drehtisch und nur mit translatorischen Bewegungsachsen bzw. Messachsen erfolgen (z. B. bei einer koplanaren Translations-Laminografie).If the method is used for computed tomography (CT), a turntable is provided for setting the rotary positions. When used in a laminograph, a turntable can be used for this (e.g. with swing laminography), but the necessary movements for setting the respective relative positions can also be carried out without a turntable and only with translational movement axes or measuring axes (e.g .in a coplanar translational laminography).
Eine erste beispielhafte Ausgestaltung des Verfahrens für eine Laminografie besteht darin, dass die erste Bildserie aufgenommen wird, innerhalb der Werkstück und Einheit aus Detektor und Quelle ausgehend von einer ersten Startposition in einer Richtung etwa parallel zur Detektorebene relativ zueinander verschoben werden. Für die zweite Bildserie erfolgt die gleiche Relativbewegung der genannten Komponenten zueinander, aber die Startposition weist im Vergleich zur ersten Bildserie einen Versatz auf. Hieraus resultiert, dass identische Werkstückbereiche nun im Vergleich zur ersten Bildserie in der zweiten Bildserie unter einem veränderten Winkel (Richtung) auf dem Detektor abgebildet werden.A first exemplary embodiment of the method for a laminography is that the first series of images is recorded, within which the workpiece and unit of detector and source are shifted relative to one another starting from a first starting position in a direction approximately parallel to the detector plane. For the second series of images, the same relative movement of the components mentioned takes place, but the starting position is offset compared to the first series of images. The result of this is that identical workpiece areas are now imaged on the detector at a different angle (direction) in comparison to the first image series in the second image series.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zu jedem Bild jeder Serie die Relativlage von Quelle, Werkstück und Detektor (Projektionsgeometrie) ermittelt wird, vorzugsweise unter Verwendung von Messachsen, und dass die Projektionsgeometrien bei der Zusammenfassung der Bilddaten der mehreren Serien berücksichtigt werden, vorzugsweise indem zusammenzufassende Bilddaten in einem einheitlichen Koordinatensystem angeordnet werden.In particular, the invention is characterized in that the relative position of the source, workpiece and detector (projection geometry) is determined for each image in each series, preferably using measuring axes, and that the projection geometries are preferably taken into account when the image data of the multiple series are combined by arranging image data to be summarized in a uniform coordinate system.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren in einem zur Bewegung der Komponenten Quelle, Werkstück (bzw. Werkstück aufnehmender Drehtisch) und Detektor relativ zueinander mit Messachsen (Linearachsen und Drehtisch-Achsen) ausgestattetem Koordinatenmessgerät eingesetzt, wobei die Achspositionen der Messachsen zur Bestimmung der Relativlagen bzw. Relativpositionen eingesetzt werden. Es ist dabei nicht möglich, aber nicht zwingend erforderlich, für jedes einzelne Bild die Projektionsgeometrie durch Auslesen der Achspositionen zu bestimmen, Projektionsgeometrien können auch anhand in benachbarten Relativlagen bestimmten Projektionsgeometrien interpoliert oder extrapoliert werden. According to the invention, the method is used in a coordinate measuring machine equipped with measuring axes (linear axes and rotary table axes) for moving the components source, workpiece (or rotary table receiving the workpiece) and detector relative to one another, with the axis positions of the measuring axes being used to determine the relative positions become. It is not possible, but not absolutely necessary, to determine the projection geometry for each individual image by reading out the axis positions. Projection geometries can also be interpolated or extrapolated using projection geometries determined in adjacent relative positions.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass resultierende Bilddaten durch Zusammenfassen der Bilddaten aus mehreren Serien berechnet werden, indem für Bilddaten, die zumindest teilweise denselben Werkstückbereich (Überlappbereich) erfassen (sog. korrespondierende Bilder bzw. korrespondierende Pixel der Bilder), vorzugsweise denselben Werkstückbereich in gleicher Durchstrahlungsrichtung erfassen, die korrespondierenden Pixelwerte (Pixelgrauwerte bzw. Pixelamplituden) überlagert, vorzugsweise addiert, besonders bevorzugt gemittelt werden, oder aus den korrespondierenden Pixelwerten resultierende Pixelwerte in einem resultierenden Pixelraster berechnet werden, vorzugsweise mittels Resamplingverfahren, und/oder dass anstelle resultierender Bilddaten, die Bilddaten in der Rekonstruktion entsprechend der Projektionsgeometrie verarbeitet werden.Provision is preferably made for the resulting image data to be calculated by combining the image data from a plurality of series, in that image data which at least partially capture the same workpiece area (overlapping area) (so-called corresponding images or corresponding pixels of the images) preferably captures the same workpiece area in the same transmission direction , the corresponding pixel values (pixel gray values or pixel amplitudes) are superimposed, preferably added, particularly preferably averaged, or pixel values resulting from the corresponding pixel values are calculated in a resulting pixel grid, preferably by means of resampling methods, and/or that instead of resulting image data, the image data in the Reconstruction are processed according to the projection geometry.
Korrespondierende Bilder bedeutet, dass diese an der gleichen Stelle in den Bildserien vorliegen, aber lediglich zueinander versetzt sind, also grundlegend den nahezu gleichen Werkstückausschnitt erfassen. Tritt dabei Überlapp auf, werden also gleiche Werkstückbereiche in Teilen der Bilder erfasst, können die Bilddaten in den Überlappbereichen zusammengefasst werden. Korrespondierende Pixel in diesen Bildern bedeutet, dass diese unter Berücksichtigung des Versatzes (der bekannt ist anhand der jeweiligen Projektionsgeometrie) den gleichen Ausschnitt der Werkstückabbildung erfassen. Tritt kein Überlapp auf, sind die korrespondierenden Bilder also beispielsweise aneinander angrenzend, so können diese aneinandergereiht werden. In beiden Fällen, Überlagerung und Aneinanderreihung, betragen die Versätze in der Regel nicht genau ein Vielfaches der Pixelgröße, und es werden Resamplingverfahren nach dem Stand der Technik angewendet, um die Bilddaten des jeweils resultierenden Bildes zu ermitteln.Corresponding images mean that they are at the same place in the image series, but are only offset from one another, i.e. they basically record almost the same workpiece section. If there is an overlap, i.e. if the same workpiece areas are captured in parts of the images, the image data can be combined in the overlapping areas. Corresponding pixels in these images mean that they capture the same section of the workpiece image, taking into account the offset (which is known from the respective projection geometry). If there is no overlap, for example if the corresponding images are adjacent to one another, they can be lined up next to one another. In both cases, superimposition and juxtaposition, the offsets are usually not exactly a multiple of the pixel size, and state-of-the-art resampling methods are used to determine the image data of the resulting image in each case.
Als ein weitgehend identisch wirkendes Verfahren zum Ermitteln resultierender Bilddaten durch Überlagern der Pixelwerte der Bilddaten sieht die Erfindung vor, die Bilddaten in der Rekonstruktion entsprechend der Projektionsgeometrie zu verarbeiten. Die Überlagerung der Pixelwerte der Bilddaten zu resultierenden Bilddaten wird hier im Rahmen der Rekonstruktion der Bilddaten zu Volumendaten automatisch mit realisiert. Dies umfasst indirekt auch das Resampling, da das Ergebnis der Rekonstruktion ein gewünschtes Voxelraster ausweist, in das die Bilddaten entsprechend ihrer jeweiligen Projektionsgeometrie angeordnet eingehen. Die Rekonstruktion übernimmt dadurch das Resampling implizit mit. Gleiches gilt für die später noch erwähnte Aneinanderreihung von Bilddaten bzw. Pixelwerten der Bilddaten. Auch dies, sowie das damit verbundene Resampling, kann durch die Rekonstruktion mit erfolgen. Praktisch ergibt sich für den grundlegenden Ablauf der Rekonstruktion kein Unterscheid, ob und wie stark sich Bilddaten überlagern, denn die Anordnung und Verarbeitung (beispielsweise Rückprojektion) der Bilddaten erfolgt in der Rekonstruktion anhand der diesen zugeordneten Projektionsgeometrie. Ebenso ist bei der Verarbeitung der Bilddaten durch die Rekonstruktion eine Unterscheidung in mehrere Bildserien an sich nicht mehr nötig. Die Rekonstruktion verarbeitet alle vorliegenden Bilddaten anhand ihrer jeweiligen zugeordneten Projektionsgeometrie, ohne dass eine Einteilung in Serien vorliegen muss. Dies kann beispielsweise auch iterativ erfolgen, die Rekonstruktion kann also auch stückweise unter Verarbeitung der jeweils aktuell vorliegenden Bilddaten erfolgen. In Wirkung ergibt sich durch die Verarbeitung sämtlicher, insbesondere korrespondierender Bilddaten eine Mittelung dieser im rekonstruierten Volumen, wodurch die Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Der gleiche Vorteil wird grundlegend bei der Überlagerung korrespondierender Bilddaten erzielt.As a largely identical method for determining the resulting image data by superimposing the pixel values of the image data, the invention provides for the image data to be processed in the reconstruction in accordance with the projection geometry. The superimposition of the pixel values of the image data to form the resulting image data is automatically implemented here as part of the reconstruction of the image data to form volume data. This indirectly also includes resampling, since the result of the reconstruction shows a desired voxel grid into which the image data are arranged according to their respective projection geometry. The reconstruction thus implicitly takes over the resampling. The same applies to the sequence of image data or pixel values of the image data, which will be mentioned later. This too, as well as the associated resampling, can also be carried out by the reconstruction. In practice, for the basic process of the reconstruction, there is no difference as to whether and to what extent image data overlap, because the arrangement and processing (e.g. back-projection) of the image data takes place in the reconstruction using the projection geometry assigned to them. Likewise, when processing the image data through the reconstruction, it is no longer necessary to distinguish between several image series. The reconstruction processes all available image data based on their associated projection geometry, without having to be divided into series. This can also be done iteratively, for example, so the reconstruction can also be done piecemeal while processing the currently available image data. In effect, the processing of all, in particular corresponding, image data results in an averaging in the reconstructed volume, improving resolution and signal-to-noise ratio. Basically, the same advantage is achieved when overlaying corresponding image data.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der Versatz zwischen den Serien geringer ist, als die Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes, vorzugsweise maximal 50 %, bevorzugt maximal 25 %, besonders bevorzugt maximal 10 % der Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes beträgt, so dass von zumindest einem oder von mehreren Werkstückausschnitten mindestens zwei oder mehr Bilder aufgenommen werden, vorzugsweise aus der gleichen oder nahezu gleichen Durchstrahlungsrichtung aufgenommen werden.It should also be emphasized that the offset between the series is less than the size of the area of the detector in the direction of the offset, preferably a maximum of 50%, preferably a maximum of 25%, particularly preferably a maximum of 10% of the size of the area of the detector in the direction of the Offset is, so that at least two or more images are recorded from at least one or more workpiece sections, preferably from the same or almost the same transmission direction.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass resultierende Bilddaten durch Zusammenfassen der Bilddaten aus mehreren Serien berechnet werden, indem für Bilddaten, die aneinandergrenzende Werkstückbereiche erfassen (sog. korrespondierende Bilder), vorzugsweise aneinandergrenzende Werkstückbereiche in gleicher Durchstrahlungsrichtung erfassen, die Bilddaten aneinandergereiht oder aus den Pixelwerten der Bilddaten resultierende Pixelwerte in einem resultierenden Pixelraster berechnet, vorzugsweise mittels Resamplingverfahren, und/oder dass anstelle resultierender Bilddaten, die Bilddaten in der Rekonstruktion entsprechend der Projektionsgeometrie verarbeitet werden.The invention is also characterized in that the resulting image data is calculated by combining the image data from a plurality of series, in that for image data that capture adjacent workpiece areas (so-called corresponding images), preferably adjacent workpiece areas in the same transmission direction, the image data are lined up or from the pixel values of the image data resulting pixel values are calculated in a resulting pixel grid, preferably by means of resampling methods, and/or that instead of resulting image data, the image data are processed in the reconstruction according to the projection geometry.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass als Bilddaten Transmissionsbilddaten, Intensitätsbilddaten oder Projektionsbilddaten verwendet werden.According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that transmission image data, intensity image data or projection image data are used as image data.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Aufnahme-Trajektorie für die erste Serie eine computertomografische Trajektorie verwendet wird, wobei das Werkstück mittels eines Drehtisches zwischen Quelle und Detektor um mindestens 180°, bevorzugt mindestens 360° gedreht wird, oder Quelle und Detektor gemeinsam mittels zumindest eines Drehtisches um mindestens 180°, bevorzugt mindestens 360° um das Werkstück gedreht werden, und wobei für zumindest eine weitere Serie als Aufnahme-Trajektorie eine computertomografische Trajektorie verwendet wird, die in Bezug auf die erste computertomografische Trajektorie einen lateralen Versatz der Relativposition des Werkstücks zum Detektor, vorzugsweise zu Detektor und Quelle, aufweist.In particular, the invention is characterized in that a computer tomographic trajectory is used as the recording trajectory for the first series, with the workpiece being rotated by at least 180°, preferably at least 360°, by means of a turntable between the source and detector, or the source and detector together rotated by at least 180°, preferably at least 360°, around the workpiece by means of at least one rotary table, and a computer tomographic trajectory is used as the recording trajectory for at least one further series, which has a lateral offset of the relative position of the first computer tomographic trajectory Workpiece to the detector, preferably to the detector and source.
Als Aufnahme-Trajektorie wird die Abfolge der Relativstellungen der Komponenten Werkstück, Quelle und Detektor bezeichnet. Im Fall einer Computertomografie erfolgt zumindest eine Drehung des Werkstücks oder der Einheit aus Quelle und Detektor (zumeist bei medizinischen Computertomografen) mittels zumindest eines Drehtisches um mindestens ca. 180°, zumeist mindestens 360°.The sequence of the relative positions of the workpiece, source and detector components is referred to as the recording trajectory. In the case of computed tomography, the workpiece or the unit made up of source and detector (usually in medical computed tomographs) is at least rotated by at least approximately 180°, usually at least 360°, by means of at least one rotary table.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass
- - der Versatz in einer Richtung erfolgt, die in einer Ebene parallel oder nahezu parallel zur Detektorebene (X-Y-Ebene) verläuft oder parallel zur Richtung der Drehachse des Drehtischs (X-Richtung) verläuft oder senkrecht zur X-Richtung (Y-Richtung), oder der Versatz auf einer Kreisbahn um die Quelle, vorzugsweise Brennfleck der Röntgenquelle erfolgt, und
- - der Versatz für die gesamte Drehung konstant oder nahezu konstant ist, und
- - der Versatz geringer ist, als die Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes, so dass ein Überlapp in den Bilddaten, insbesondere den korrespondierenden Bildern bzw. Pixeln, der ersten und der weiteren Serie vorliegt.
- - the displacement occurs in a direction that runs in a plane parallel or nearly parallel to the detector plane (XY plane), or parallel to the direction of the axis of rotation of the turntable (X direction), or perpendicular to the X direction (Y direction), or the displacement takes place on a circular path around the source, preferably the focal spot of the X-ray source, and
- - the offset is constant or nearly constant for the entire rotation, and
- - the offset is less than the size of the area of the detector in the direction of the offset, so that there is an overlap in the image data, in particular the corresponding images or pixels, of the first and the further series.
Nahezu in nahezu parallel zur Detektorebene bzw. nahezu in der Detektorebene bedeutet hier, dass die gemeinte Ebene einen geringen Kippwinkel zur realen Detektorebene aufweist. Dies ist hier deshalb aufgenommen, weil der Detektor eine geringe Verkippung von wenigen Grad, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2° zur idealen Detektorebene aufweisen kann. Mit der nahezu parallelen Ebene ist insbesondere die ideale Detektorebene gemeint.Almost parallel to the detector plane or almost in the detector plane means here that the intended plane has a small tilt angle to the real detector plane. This is included here because the detector can have a slight tilt of a few degrees, preferably less than 5°, particularly preferably less than 2°, relative to the ideal detector plane. The almost parallel plane means in particular the ideal detector plane.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass
- - der Versatz in einer Richtung erfolgt, die in einer Ebene parallel oder nahezu parallel zur Detektorebene (X-Y-Ebene) verläuft oder parallel zur Richtung der Drehachse des Drehtischs (X-Richtung) verläuft oder senkrecht zur X-Richtung (Y-Richtung), und
- - innerhalb der jeweiligen Aufnahme-Trajektorie zusätzlich, parallel zur Drehbewegung eine laterale Relativbewegung, vorzugsweise gleichmäßige, kontinuierliche laterale Relativbewegung, des Werkstücks in Bezug auf zumindest den Detektor, bevorzugt Quelle und Detektor, in Richtung des Versatzes erfolgt (Helix-Trajektorie), und
- - wobei die laterale Relativbewegung so gering gewählt wird, dass der dadurch erzeugte Versatz nach 360° Drehung geringer ist, also die Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes, so dass ein Überlapp in den Bilddaten der aufeinanderfolgenden Serien, welche vorzugsweise nach jeweils 360° mit der letzten Relativstellung (Endposition) der vorhergehenden Serie starten, vorliegt.
- - the displacement occurs in a direction that runs in a plane parallel or nearly parallel to the detector plane (XY plane), or parallel to the direction of the axis of rotation of the turntable (X direction), or perpendicular to the X direction (Y direction), and
- - Within the respective recording trajectory, in addition, parallel to the rotary movement, a lateral relative movement, preferably uniform, continuous lateral relative movement, of the work stücks in relation to at least the detector, preferably source and detector, in the direction of the offset (helical trajectory), and
- - where the lateral relative movement is chosen to be so small that the offset generated by it is smaller after 360° rotation, i.e. the size of the area of the detector in the direction of the offset, so that an overlap in the image data of the successive series, which preferably occurs after 360 ° Start with the last relative position (end position) of the previous series.
Bei der hier beschriebenen Aufnahme-Trajektorie (also den im Rahmen der Bildserie eingenommenen Projektionsgeometrien) handelt es sich beispielsweise um eine Helix, bei der aufeinanderfolgend mehrere 360°-Drehungen ausgeführt werden, wobei der Versatz von Drehung zu Drehung zunimmt. Jede 360° Drehung ist hierbei als eine Serie aufzufassen. Die Aufteilung in Serien ist kein zwingendes Merkmal der Erfindung, sondern dient vielmehr der Beschreibung, wie Versätze zwischen sich wiederholenden Stellungen, beispielsweise gleichen Drehstellungen oder gleichen Schwenkstellungen, zu verstehen sind. Wie bereits zuvor erwähnt und Kern der Erfindung, wird die Gesamtheit der aufgenommenen Bilddaten, beispielhaft unterteilt in Serien, gemeinsam ausgewertet. Dies kann beispielsweise direkt durch die Rekonstruktion erfolgen, oder durch Überlagerung korrespondierender Bilddaten.The recording trajectory described here (i.e. the projection geometries assumed within the framework of the image series) is, for example, a helix in which several 360° rotations are carried out in succession, with the offset increasing from rotation to rotation. Each 360° rotation is to be understood as a series. The division into series is not a mandatory feature of the invention, but rather serves to describe how offsets between repeated positions, for example the same rotary positions or the same pivot positions, are to be understood. As already mentioned above and as the core of the invention, all of the recorded image data, for example subdivided into series, is evaluated together. This can be done directly by the reconstruction, for example, or by overlaying corresponding image data.
Erfolgt der Versatz nicht in der Achse, um die die Drehung erfolgt, sondern senkrecht dazu (hier als Y-Richtung bezeichnet), dann ergibt sich als Trajektorie eine Art Schleifenbewegung. Im Vergleich zur klassischen Helix-Computertomografie, bei der der Versatz so gewählt wird, dass identische Werkstückausschnitte nicht mehrfach in der identischen Durchstrahlungsrichtung erfasst werden, und bei der zumeist mit wenigen oder nur einer Detektorzeile gearbeitet wird, soll erfindungsgemäß eine mehrfache Erfassung in mehreren Serien erfolgen, um die dabei gewonnenen Bilddaten durch Überlagerung insbesondere bzgl. ihres Signal-Rausch-Verhältnisses zu verbessern. Erfolgt das Abfahren der Trajektorie dabei, bzw. auch den zuvor genannten Trajektorien in einem „none stop“ Modus, also nicht schrittweise, erfolgt also die Belichtung der Bilder während der Relativbewegung des Werkstücks zum Detektor und/oder der Quelle, kann die sich ansonsten ergebende starke Zunahme der Messzeit vermieden werden. Durch die Bildüberlagerung können zudem kurze Belichtungszeiten je Bild verwendet werden, was wiederum Bildunschärfen verringert und größere Bewegungsgeschwindigkeiten für die Drehung und/oder laterale Bewegung ermöglicht.If the offset does not occur in the axis around which the rotation takes place, but perpendicular to it (referred to here as the Y-direction), then a kind of loop movement results as a trajectory. In comparison to classic helical computed tomography, in which the offset is selected such that identical workpiece sections are not recorded multiple times in the identical transmission direction, and in which work is usually carried out with a few or only one detector line, multiple recording in several series is to take place according to the invention , in order to improve the image data obtained by overlaying, in particular with regard to their signal-to-noise ratio. If the trajectory is followed, or also the previously mentioned trajectories, in a "none stop" mode, i.e. not step by step, i.e. the exposure of the images takes place during the relative movement of the workpiece to the detector and/or the source, the otherwise resulting large increase in measurement time can be avoided. In addition, short exposure times per image can be used as a result of the image superimposition, which in turn reduces image blurring and enables greater movement speeds for the rotation and/or lateral movement.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass als Aufnahme-Trajektorie für die erste Serie eine Laminografie-Trajektorie verwendet wird, wobei das Werkstück zwischen Quelle und Detektor angeordnet wird, vorzugsweise auf einer Dreh- und/oder Schwenkeinheit wie Drehtisch angeordnet ist, und besonders bevorzugt wobei:
- - Werkstück und Detektor oder Werkstück und Quelle oder Werkstück und Einheit aus Quelle und Detektor relativ zueinander in einer Richtung bewegt werden, die parallel oder nahezu parallel zur Detektorebene (X-Y-Ebene) verläuft oder parallel zur Richtung der Drehachse eines gegebenenfalls vorhandenen Drehtischs (X-Richtung) verläuft oder senkrecht zur X-Richtung (Y-Richtung) (koplanare Translations-Laminografie) und/oder
- - Quelle und Detektor sich jeweils auf einer Kreisbahn bewegen, wobei der Detektor sich auf einer Kreisbahn in nahezu der Detektorebene bewegt und die Quelle sich in einer zur Detektorebene nahezu parallelen Ebene bewegt, bevorzugt Quelle und Detektor sich um identische Drehachse drehen, besonders bevorzugt Phasenverschiebung des Drehwinkels von Quelle zu Detektor 180° beträgt (koplanare Rotations-Laminografie) und/oder
- - Werkstück und Detektor oder Werkstück und Quelle oder Werkstück und Einheit aus Quelle und Detektor relativ zueinander um eine Drehachse geschwenkt oder gedreht werden (Swing-Laminografie), wobei vorzugsweise der Schwenkwinkel oder Drehwinkel weniger als 180° beträgt, und wobei für zumindest eine weitere Serie als Aufnahme-Trajektorie eine Laminografie-Trajektorie verwendet wird, die in Bezug auf die erste Laminografie-Trajektorie einen lateralen Versatz der Relativposition des Werkstücks zum Detektor, vorzugsweise zu Detektor und Quelle, aufweist.
- - work piece and detector or work piece and source or work piece and source and detector assembly are moved relative to each other in a direction parallel or nearly parallel to the detector plane (XY plane) or parallel to the direction of the axis of rotation of any turntable (X- direction) or perpendicular to the X-direction (Y-direction) (coplanar translational laminography) and/or
- - Source and detector each move on a circular path, with the detector moving on a circular path in almost the detector plane and the source moving in a plane almost parallel to the detector plane, preferably source and detector rotate about the same axis of rotation, particularly preferably phase shift of the angle of rotation from source to detector is 180° (coplanar rotational laminography) and/or
- - Workpiece and detector or workpiece and source or workpiece and unit made up of source and detector are pivoted or rotated relative to one another about an axis of rotation (swing laminography), the pivoting angle or angle of rotation preferably being less than 180°, and for at least one further series a laminography trajectory is used as the recording trajectory, which has a lateral offset of the relative position of the workpiece to the detector, preferably to the detector and source, in relation to the first laminography trajectory.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass
- - der Versatz in einer Richtung erfolgt, die in einer Ebene parallel oder nahezu parallel zur Detektorebene (X-Y-Ebene) verläuft oder parallel zur Richtung der Drehachse eines gegebenenfalls vorhandenen Drehtischs (X-Richtung) verläuft oder senkrecht zur X-Richtung (Y-Richtung), oder der Versatz auf einer Kreisbahn um die Quelle, vorzugsweise Brennfleck der Röntgenquelle erfolgt, und
- - der Versatz für die gesamte Trajektorie konstant oder nahezu konstant ist, und
- - der Versatz geringer ist, als die Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes, so dass ein Überlapp in den Bilddaten, insbesondere den korrespondierenden Bildern bzw. Pixeln, der ersten und der weiteren Serie vorliegt.
- - the offset occurs in a direction that runs in a plane parallel or nearly parallel to the detector plane (XY plane), or runs parallel to the direction of the axis of rotation of a rotary table, if present (X direction), or perpendicular to the X direction (Y direction ), or the displacement takes place on a circular path around the source, preferably the focal point of the X-ray source, and
- - the offset is constant or nearly constant for the entire trajectory, and
- - the offset is less than the size of the area of the detector in the direction of the offset, so that there is an overlap in the image data, in particular the corresponding images or pixels, of the first and the further series.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass der Versatz geringer ist, als die Größe der Fläche des Detektors in Richtung des Versatzes, so dass ein Überlapp in den Bilddaten, insbesondere den korrespondierenden Bildern bzw. Pixeln, der ersten und der weiteren Serie vorliegt.According to a particularly noteworthy proposal, the offset is less than the size of the area of the detector in the direction of the offset, so that there is an overlap in the image data, in particular the corresponding images or pixels, of the first and subsequent series.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass aus den Bilddaten der mehreren Serien oder zumindest jeweils einigen der Bilddaten aus den mehreren Serien, zumindest ein Gesamtbild unter Berücksichtigung der den Bilddaten zugeordneten Projektionsgeometrien berechnet und zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt wird.In particular, the invention is characterized in that at least one overall image is calculated from the image data of the multiple series or at least some of the image data from the multiple series, taking into account the projection geometries assigned to the image data, and is made available for further evaluation.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bilddaten aus den mehreren Serien vor dem Zusammenfassen in eine gemeinsame Fläche, vorzugsweise gemeinsame Ebene projiziert werden.Provision is preferably made for the image data from the multiple series to be projected onto a common surface, preferably a common plane, before being combined.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass aus den aufgenommenen Bilddaten mittels Rekonstruktionsverfahren, vorzugsweise iterativer Rekonstruktion, zumindest ein Volumen berechnet wird.It should also be emphasized that at least one volume is calculated from the recorded image data using reconstruction methods, preferably iterative reconstruction.
Bei einer iterativen Rekonstruktion werden aus ersten rekonstruierten Volumendaten durch Vorwärtsprojektion Durchstrahlungsdaten erzeugt. Diese sollten idealerweise den ursprünglichen, zur ersten Rekonstruktion verwendeten Durchstrahlungsdaten entsprechen. So lange Abweichungen auftreten bzw. diese oberhalb einer zulässigen Schwelle liegen, wird die Rekonstruktion angepasst und wiederholt.In an iterative reconstruction, transmission data are generated from first reconstructed volume data by forward projection. Ideally, these should correspond to the original transmission data used for the first reconstruction. As long as deviations occur or are above a permissible threshold, the reconstruction is adjusted and repeated.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Versatz so gewählt wird, dass durch die mit den sämtlichen Serien erfassten Bilddaten im Vergleich zu einer einzelnen Laminografie oder Computertomografie nach dem Stand der Technik:
- - ein größerer Messbereich realisiert wird, vorzugsweise zumindest einer oder beiden Richtungen, die in einer Ebene parallel zur Detektorebene verlaufen und/oder
- - die Strukturauflösung der Bilddaten verbessert wird, indem vorzugsweise eine höhere Vergrößerung FDD/FOD (focus detector distance FDD zu focus object distance FOD) für die Serien eingestellt wird und/oder ein Überlapp in den Bilddaten eingestellt wird.
- - A larger measuring range is realized, preferably at least in one or both directions that run in a plane parallel to the detector plane and/or
- - the structural resolution of the image data is improved by preferably setting a higher magnification FDD/FOD (focus detector distance FDD to focus object distance FOD) for the series and/or setting an overlap in the image data.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass aus den resultierenden Bilddaten Volumendaten (Gesamtvolumen) rekonstruiert werden, oder dass die Bilddaten mehrerer Bildserien zur Rekonstruktion der Volumendaten (Gesamtvolumen) verwendet werden, oder dass die Bildserien einzeln zu Volumendaten rekonstruiert und diese zum Gesamtvolumen überlagert werden, oder dass die Bildserien einzeln zu Volumendaten rekonstruiert und diese einzeln zur Bestimmung von Oberflächendaten verwendet werden und die Oberflächendaten überlagert werden (Gesamtoberflächendaten).According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that volume data (total volume) is reconstructed from the resulting image data, or that the image data of several image series are used to reconstruct the volume data (total volume), or that the image series are individually reconstructed to volume data and these are superimposed to form the total volume , or that the image series are reconstructed individually to form volume data and these are used individually to determine surface data and the surface data are superimposed (overall surface data).
Falls die Bildserien einzeln zu Volumendaten rekonstruiert und diese zum Gesamtvolumen überlagert werden ergibt sich aus der Erfindung, dass die einzelnen Volumendaten sich auf Teilbereiche beziehen können, die sich teilweise überlappen. Bei der Überlagerung dieser Volumendaten zum Gesamtvolumen erfolgt dann eine Mittelung im Überlappbereich, vorzugsweise unter Verwendung von Resamplingverfahren in das Voxelraster des Gesamtvolumens.If the image series are reconstructed individually to form volume data and these are superimposed to form the overall volume, the invention results in the individual volume data being able to relate to partial areas which partially overlap. When these volume data are superimposed to form the total volume, an averaging takes place in the overlapping area, preferably using resampling methods in the voxel grid of the total volume.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein vergrößerter Messbereich für eine Laminografie realisiert wird, indem der Versatz in einer lateralen Richtung eingestellt wird, vorzugsweise in einer Richtung, die in einer zur Detektorebene nahezu parallelen Ebene verläuft, und indem die Bilddaten, vorzugsweise die Projektionsbilddaten, zu resultierenden Bilddaten zusammengesetzt werden, besonders bevorzugt die resultierenden Bilddaten zu einem Gesamtvolumen rekonstruiert werden, und/oder indem die aus den Bilddaten rekonstruierten Volumendaten der mehreren Serien zu einem Gesamtvolumen zusammengesetzt werden und/oder indem aus den Bilddaten der mehreren Serien das Gesamtvolumen rekonstruiert wird.In particular, the invention is characterized in that an enlarged measuring range for a laminography is realized by adjusting the offset in a lateral direction, preferably in a direction that runs in a plane almost parallel to the detector plane, and by the image data, preferably the Projection image data are combined to form the resulting image data, particularly preferably the resulting image data are reconstructed to form a total volume, and/or by the volume data of the multiple series reconstructed from the image data being combined to form a total volume and/or by the total volume being reconstructed from the image data of the multiple series becomes.
Auch hier kann also das Zusammensetzen der Bilddaten implizit durch die Rekonstruktion selbst erfolgen, indem die Bilddaten entsprechend ihrer Projektionsgeometrie in der Rekonstruktion angeordnet bzw. verarbeitet werden.Here, too, the image data can be assembled implicitly by the reconstruction itself, in that the image data are arranged or processed in the reconstruction according to their projection geometry.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass ein vergrößerter Messbereich für eine Laminografie in einer oder beiden in einer zur Detektorebene nahezu parallelen Ebene verlaufenden Richtung realisiert wird, indem jede Serie eine Laminografiemessung eines unterschiedlichen Werkstückausschnitts (Teilbereich des vergrößerten Messbereichs) umfasst, und wobei für jede Serie Bilddaten des jeweiligen Werkstückausschnitts bei Durchstrahlung aus mehreren unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen aufgenommen werden.It is preferably provided that an enlarged measurement area for a laminography is realized in one or both directions running in a plane almost parallel to the detector plane, in that each series includes a laminography measurement of a different workpiece section (partial area of the enlarged measurement area), and wherein for each series image data of the respective workpiece section when irradiated from several different irradiation directions.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Bildserien nacheinander aufgenommen werden oder dass Bilder der Bildserien alternierend aufgenommen werden.It should also be emphasized that the series of images are recorded one after the other or that images of the series of images are recorded alternately.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Belichtung der Bilder während der Relativbewegung des Werkstücks zum Detektor und/oder der Quelle erfolgt, wobei vorzugsweise die Bildrate größer als 1 Bild pro Sekunde, besonders bevorzugt größer als 10 Bilder pro Sekunde eingestellt wird, und wobei besonders bevorzugt die Belichtungszeit je Bild kleiner als eine Sekunde, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 Sekunden eingestellt wird. The invention is also characterized in that the images are exposed during the movement of the workpiece relative to the detector and/or the source, with the frame rate preferably being set to greater than 1 frame per second, particularly preferably greater than 10 frames per second, and the exposure time per image being set to less than one second, particularly preferably less than 0.1 seconds.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Bilderserien gleiche oder unterschiedliche Einstellparameter für die Röntgenspannung der Quelle und/oder die Röntgenleistung der Quelle und/oder die Belichtungszeit je Bild und/oder die Anzahl der Bildmittelungen je Bild und/oder die Anzahl der Drehschritte und/oder die Drehwinkel-Schrittweite und/oder die Anzahl der lateral zueinander versetzten Positionen und/oder die laterale Schrittweite und/oder den Abstand zwischen Quelle und Detektor (FDD, focus detector distance) und/oder den Abstand zwischen Quelle und Werkstück (FOD, focus object distance) aufweisen.According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that the image series have the same or different setting parameters for the X-ray voltage of the source and/or the X-ray power of the source and/or the exposure time per image and/or the number of image averagings per image and/or the number of rotation steps and/or the rotation angle step size and/or the number of laterally offset positions and/or the lateral step size and/or the distance between source and detector (FDD, focus detector distance) and/or the distance between source and workpiece (FOD , focus object distance).
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Volumendaten in Bezug auf innenliegende Merkmale des Werkstücks wie Lunker oder Einschlüsse untersucht werden und/oder aus den Volumendaten Oberflächendaten (Oberflächenpunkte oder STL-Daten) bestimmt werden, aus welchen vorzugsweise Maße für geometrische Eigenschaften bzw. Merkmale des Werkstücks bestimmt werden.In particular, the invention is characterized in that the volume data is examined with regard to internal features of the workpiece such as blowholes or inclusions and/or surface data (surface points or STL data) are determined from the volume data, from which preferably dimensions for geometric properties or Features of the workpiece are determined.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem mit einem Laminografiesensor und/oder Computertomografiesensor oder einem als Laminografiesensor einsetzbaren Computertomografiesensor, und vorzugsweise mit zumindest einem weiteren Sensor wie taktilen Sensor und/oder optischen Sensor und/oder taktil-optischen Sensor, ausgerüstetem Koordinatenmessgerät eingesetzt wird, vorzugsweise Multisensor- Koordinatenmessgerät eingesetzt wird, wobei besonders bevorzugt die Messwerte aller Sensoren in einem gemeinsamen Koordinatensystem zur Auswertung zur Verfügung gestellt werden.It is preferably provided that the method is used in a coordinate measuring machine equipped with a laminography sensor and/or computed tomography sensor or a computed tomography sensor that can be used as a laminography sensor, and preferably with at least one additional sensor such as a tactile sensor and/or optical sensor and/or tactile-optical sensor , Preferably multi-sensor coordinate measuring machine is used, with the measured values of all sensors being made available in a common coordinate system for evaluation in a particularly preferred manner.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Texterkennungsverfahren unter Verwendung von Computertomografie und/oder Laminografie von Werkstücken.The present invention also relates to a text recognition method using computed tomography and/or laminography of workpieces.
Nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren nutzen zur Kennzeichnung von Werkstücken, mit beispielsweise Seriennummern oder ähnlichem, aufgedruckte Schriftzeichen, angebrachte, beispielsweise angeklebte Label oder im Werkstück selbst eingelassene oder erhabene Ausformungen. Für die Erkennung der Werkstückkennzeichnung und Zuordnung zu einem jeweils gerade durchgeführten Prozess an diesem Werkstück, beispielsweise Mess- oder Herstellungsprozess, ist eine separate Erkennungsvorrichtung notwendig. Diese Einrichtung muss mit dem jeweiligen Prozess gekoppelt werden, um den Datenaustausch zu ermöglichen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Kosten des Gesamtprozesses aus.Methods known from the prior art use printed characters, attached labels, for example glued on, or embedded or raised shapes in the workpiece itself to identify workpieces, for example with serial numbers or the like. A separate detection device is required for the detection of the workpiece identification and assignment to a process currently being carried out on this workpiece, for example a measuring or manufacturing process. This facility must be linked to the respective process in order to enable data exchange. This has an adverse effect on the costs of the overall process.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Verfahren dahingehend zu erweitern, dass die Erkennung einer Werkstückkennzeichnung ohne eine separate Erkennungseinrichtung durchgeführt werden kann.A further object of the present invention is therefore to extend the known methods in such a way that the identification of a workpiece identifier can be carried out without a separate identification device.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die zur Erfassung des Werkstücks verwendete Vorrichtung, insbesondere Computertomograf oder Laminograf, mit einem zur Erkennung der Werkstückkennzeichnung ausgebildeten Verfahren betrieben wird, bei dem die gemessenen Ist-Daten des Werkstücks (mit Werkstückkennzeichnung) mit Solldaten ohne Werkstückkennzeichnung verglichen werden und die bei diesem Vergleich ermittelten Distanzen einander entsprechenden Daten bestimmt und ausgewertet werden, beispielsweise mittels einer Texterkennung.As a solution, the invention provides that the device used to record the workpiece, in particular a computer tomograph or laminograph, is operated with a method designed to recognize the workpiece identification, in which the measured actual data of the workpiece (with workpiece identification) is compared with target data without workpiece identification and the distances determined in this comparison are determined and evaluated using corresponding data, for example by means of text recognition.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen oder Laminografen vor, wobei der Computertomografen oder Laminograf ausgebildet ist für die Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines zu untersuchenden Werkstücks aus mehreren Richtungen, und hierfür zumindest eine Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle (Quelle), zumindest einen Detektor, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors und zumindest einen Drehtisch zur Einstellung der unterschiedlichen Richtungen aufweist, wobei aus den Durchstrahlungsbildern zumindest Volumendaten (Voxelvolumen) rekonstruiert werden, und vorzugsweise aus den Volumendaten Oberflächendaten ermittelt werden, das sich dadurch auszeichnet, dass zur Erkennung von auf dem Werkstück angebrachten, in das Werkstück eingelassenen und/oder an dem Werkstück erhaben ausgebildeten Werkstückkennzeichnungen wie beispielsweise Schriftzeichen, Textzeichen, Ziffern und/oder andere Symbole, ein die Ist-Geometrie aufweisender Ist-Datensatz des Werkstücks, der mit dem Computertomografen oder Laminografen ermittelt wurde, verglichen wird mit einem die Soll-Geometrie
- - des Werkstücks und/oder
- - zumindest des die Werkstückkennzeichnung aufweisenden Werkstückbereichs und/oder
- - eines dem die Werkstückkennzeichnung aufweisenden Werkstückbereichs entsprechenden CAD-Elements
- - the workpiece and/or
- - at least the workpiece area having the workpiece identification and/or
- - a CAD element corresponding to the workpiece area having the workpiece identification
Für den Vergleich ist es ausreichend, nur den Bereich des Werkstücks heranzuziehen, in dem die Werkstückkennzeichnung vorliegt. Als Soll-Datensatz kann daher neben dem gesamten CAD-Modell des Werkstücks auch nur der die Werkstückkennzeichnung aufweisende Bereich herangezogen werden. Dieser kann beispielsweise ein Teilbereich des CAD-Modells des Werkstücks sein, aber auch ein sogenanntes CAD-Element, welches eine Standard-Geometrie wie Flächenabschnitt, Kugelabschnitt, Zylindermantelabschnitt oder ähnliches aufweist.For the comparison, it is sufficient to use only the area of the workpiece in which the workpiece identification is present. Therefore, in addition to the entire CAD model of the workpiece, only the area containing the workpiece identifier can be used as the target data set. This can be, for example, a part of the CAD model of the workpiece, but also a so-called CAD element, which has a standard geometry such as a surface section, a spherical section, a cylinder jacket section or the like.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Ist- und Soll-Datensätze Volumendaten oder Oberflächendaten, wie nicht triangulierte Punktewolken und/oder triangulierte Punktewolke (STL-Daten), sind.In particular, the invention is characterized in that the actual and target data sets are volume data or surface data, such as non-triangulated point clouds and/or triangulated point clouds (STL data).
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Soll-Geometrie des Soll-Datensatzes festgelegt ist anhand von CAD-Daten (CAD-Modell) des Werkstücks und/oder einer Meisterteilmessung eines Werkstücks ohne Werkstückkennzeichnung und/oder einer gefilterter Ist-Geometrie, vorzugsweise gefilterter Oberflächendaten des gemessenen Werkstücks, wobei vorzugsweise nur der Bereich der Soll-Daten verwendet wird, der dem Werkstückbereich entspricht, der die Werkstückkennzeichnung aufweist.It is preferably provided that the target geometry of the target data set is defined using CAD data (CAD model) of the workpiece and/or a master part measurement of a workpiece without workpiece identification and/or a filtered actual geometry, preferably filtered surface data of the measured Workpiece, preferably only the area of the target data is used that corresponds to the workpiece area that has the workpiece identifier.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Distanzen einer Texterkennung zugeführt werden, indem vorzugsweise den Distanzen Grauwerte oder Farbwerte zugeordnet und diese entsprechend der jeweiligen Lage in eine Ebene projiziert werden.It should also be emphasized that the distances are supplied to a text recognition system, in that gray values or color values are preferably assigned to the distances and these are projected into a plane according to the respective position.
Die Projektionsebene ergibt sich aus der hauptsächlich vorliegenden Richtung der Distanzen und entspricht damit der Lage der Oberfläche des entsprechenden Werkstückabschnitts, an dem die Werkstückkennzeichnung angebracht ist.The projection plane results from the main direction of the distances and thus corresponds to the position of the surface of the corresponding workpiece section on which the workpiece marking is attached.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass der jeweilige Ist-Datensatz und der Soll-Datensatz vor dem Vergleich zueinander ausgerichtet werden, damit einander entsprechende Daten für die Berechnung der Distanzen festgelegt sind.The invention is also distinguished by the fact that the respective actual data record and the target data record are aligned with one another before the comparison, so that data corresponding to one another are defined for calculating the distances.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein durchstrahlendes Bildaufnahmeverfahren, einsetzbar für Computertomografiemessungen und/oder Laminografiemessungen von Werkstücken.The present invention also relates to a radiographic image recording method that can be used for computed tomography measurements and/or laminography measurements of workpieces.
Nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Porositätsanalyse beinhalten die Bestimmung der Porosität innerhalb von Schnitteben, wobei die Lage der Schnittebene für jeden Lunker einzeln, manuell durch den Bediener festgelegt werden muss. Die maximale Porosität kann dadurch nicht sicher bestimmt werden. Die bekannten Verfahren sind beispielsweise in der Gussteilprüfung gemäß der VDG-Vorschriften P 202 (VW 50093) und P 201 (VW 50097) beschrieben. In VW 50093 ist als Bezugsfläche ein quadratisches Messfenster vorgegeben. In P202 dürfen bzw. sollen je nach Werkstückgeometrie auch Kreise, Kreisringe oder Rechtecke mit definiertem Seitenverhältnis verwendet werden. Bei einer hohen Anzahl von Lunkern ist dieses Vorgehen sehr aufwändig. Fehleranfällig ist das Vorgehen zudem bei Werkstücken mit Stegen, die in unterschiedlichen Raumrichtungen verlaufen. Eine automatische Auswertung der Porosität für das gesamte Werkstück ist nicht möglich.According to the state of the art known methods for porosity analysis contain the determination of the porosity within cutting planes, whereby the position of the cutting plane for each blowhole has to be determined manually by the operator. As a result, the maximum porosity cannot be reliably determined. The known methods are described, for example, in the casting test according to the VDG regulations P 202 (VW 50093) and P 201 (VW 50097). In VW 50093, a square measuring window is specified as the reference area. Depending on the workpiece geometry, circles, circular rings or rectangles with a defined aspect ratio may or should also be used in P202. With a high number of cavities, this procedure is very complex. The procedure is also error-prone for workpieces with ridges that run in different spatial directions. An automatic evaluation of the porosity for the entire workpiece is not possible.
Als Porosität bezeichnet wird das Verhältnis aus Lunkergröße zu einer um die Lunkergröße bereinigten Bezugsgröße (also dem Teil, in dem das Material des Werkstücks vorliegt) in %.
Nach dem Stand der Technik ist die Untersuchung der Porosität in Schnittflächen vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung werden aber auch Porositäten entlang von Strecken und innerhalb von Volumen bestimmt. Die zu untersuchenden Bereiche werden als Analyseelemente bezeichnet.According to the state of the art, the examination of the porosity in cut surfaces is provided. Within the scope of the invention, however, porosities are also determined along stretches and within volumes. The areas to be examined are called analysis elements.
Als Bezugsgröße wird im weiteren die Länge einer Schnitt-Strecke, der Flächeninhalt einer begrenzten Schnitt-Fläche bzw. der Volumeninhalt eines Volumenelements (Schnitt-Volumen) vorgesehen.The length of a section, the surface area of a limited section area or the volume content of a volume element (intersection volume) is provided as a reference variable.
Die Lunkergröße ist für den Fall der Bestimmung der Porosität entlang einer Schnitt-Strecke, die Länge des Abschnitts auf der Schnitt-Strecke, entlang dessen der Lunker geschnitten wird, also nicht das Material des Werkstücks durchdrungen wird. Im Fall der Schnitt-Fläche wird der Flächeninhalt der Lunkerschnittfläche bestimmt, und im Fall des Schnitt-Volumens der Volumeninhalt des Lunkers.In the case of determining the porosity along a cutting path, the void size is the length of the section on the cutting path along which the void is cut, ie the material of the workpiece is not penetrated. In the case of the cut surface, the surface area of the blowhole cut surface is determined, and in the case of the cut volume, the volume content of the blowhole.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Verfahren dahingehend zu erweitern, dass eine sichere und vorzugsweise automatische Bestimmung der Porosität für mehrere bzw. sämtliche Lunker in einem Werkstück erfolgen kann. Das gewünschte Verfahren soll vorzugsweise auf beliebige Einschlüsse in Werkstücken, beispielsweise Metallspäne in Kunststoffwerkstücken, anwendbar sein. Im weiteren sind deshalb bei der Verwendung des Begriffes Lunker jegliche Einschlüsse in Werkstücken gemeint. Für sämtliche Einschlüsse wird zudem der Begriff Porosität verwendet, wenn das Verhältnis von Einschluss bzw. Lunker zu Material bestimmt wird.A further object of the present invention is therefore to extend the known methods in such a way that the porosity can be determined reliably and preferably automatically for several or all cavities in a workpiece. The desired method should preferably be applicable to any inclusions in workpieces, for example metal chips in plastic workpieces. In the following, therefore, any inclusions in workpieces are meant when the term blowhole is used. The term porosity is also used for all inclusions when the ratio of inclusion or blowhole to material is determined.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass Analyseelemente manuell oder automatisch festgelegt werden, in denen die Porosität bestimmt wird. Als Analyseelemente kommen dabei nicht nur Flächen, sondern auch Strecken und Volumen zum Einsatz. Position und Orientierung der Analyseelemente werden anhand einer Startgeometrie festgelegt, die durch den jeweils betrachteten Einschluss wie Lunker und die diesen umgebenden Werkstückoberflächen (Werkstück-Berandung) unter Berücksichtigung von geeigneten Bedingungen festgelegt werden. Innerhalb der festgelegten Startgeometrie wird dann das Analyseelement wiederum unter Beachtung geeigneter Bedingungen eingepasst, wodurch die Bezugsgröße für die Bestimmung der Porosität festgelegt wird. Die zuvor genannten Bedingungen können durch den Bediener definiert und ausgeführt werden, oder diese werden automatisch bzw. halbautomatisch ausgeführt.As a solution, the invention provides that analysis elements in which the porosity is determined are defined manually or automatically. Not only areas but also distances and volumes are used as analysis elements. The position and orientation of the analysis elements are determined using a starting geometry, which is determined by the inclusion considered in each case, such as cavities, and the workpiece surfaces surrounding them (workpiece boundary), taking suitable conditions into account. The analysis element is then fitted within the defined starting geometry, again taking suitable conditions into account, whereby the reference value for determining the porosity is defined. The aforementioned conditions can be defined and executed by the operator, or they can be executed automatically or semi-automatically.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses von Einschlüssen wie Lunker (Lunker) zu Material (Porosität) in einem Werkstück oder Werkstückbereich aus Messdaten vor, die mittels Durchstrahlung des zu untersuchenden Werkstücks mit einer Strahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung, einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und Aufnahme von Durchstrahlungsbilddaten mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, erzeugt wurden, das sich dadurch auszeichnet, dass die Porosität innerhalb eines oder mehrerer zuvor festgelegter Analyseelemente bestimmt wird, wobei ein Analyseelement
- - eine Strecke innerhalb des Werkstücks oder innerhalb eines Werkstückbereichs (Schnitt-Strecke, Bezugsgröße = Länge) oder
- - eine Fläche innerhalb des Werkstücks oder innerhalb eines Werkstückbereichs (Schnitt-Fläche, Bezugsgröße = Flächeninhalt) oder
- - ein Volumenelement innerhalb des Werkstücks oder innerhalb eines Werkstückbereichs (Schnitt-Volumen, Bezugsgröße = Volumeninhalt)
- - a distance within the workpiece or within a workpiece area (cut distance, reference value = length) or
- - an area within the workpiece or within a workpiece area (intersection area, reference value = surface area) or
- - a volume element within the workpiece or within a workpiece area (section volume, reference value = volume content)
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Positionen der im Material auftretenden Lunker ermittelt werden (Lunkerliste), und zu jedem Lunker die Grenzflächenpunkte zum umgebenden Werkstück-Material (Lunker-Berandung) bestimmt werden, vorzugsweise in einer triangulierten Darstellung (STL-Darstellung).In particular, the invention is characterized in that the positions of the cavities occurring in the material are determined (cavity list) and the interface points to the surrounding workpiece material (cavity boundary) are determined for each cavity, preferably in a triangulated representation (STL representation ).
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass aus den Durchstrahlungsbilddaten eine Werkstück-Berandung (Werkstückoberfläche) bestimmt wird, vorzugsweise indem die Durchstrahlungsbilddaten zu Volumendaten rekonstruiert werden und in den Volumendaten Grenzflächenpunkte zum Umgebungsmedium wie Luft bestimmt werden, besonders bevorzugt in einer triangulierten Darstellung (STL-Darstellung).It is preferably provided that a workpiece boundary (workpiece surface) is determined from the radiographic image data, preferably by the radiographic image data being reconstructed into volume data and interface points to the surrounding medium such as air being determined in the volume data, particularly preferably in a triangulated representation (STL representation).
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass für jeden oder jeden ausgewählten Lunker eine Porosität bestimmt wird, wobei zunächst ein Lunker-Koordinatensystem je Lunker festgelegt wird, anhand dessen die Position und/oder die Orientierung des jeweiligen Analyseelements durch Definition einer Start-Geometrie festgelegt wird, wobei vorzugsweise die Start-Geometrie je Lunker so festgelegt wird, dass ein darin angeordnetes Analyseelement die maximale Porosität für den jeweiligen Lunker liefert.It should also be emphasized that a porosity is determined for each or every selected blowhole, with a blowhole coordinate system first being defined for each blowhole, on the basis of which the position and/or the orientation of the respective analysis element is defined by defining a start geometry, where preferably the starting geometry of each blowhole is defined in such a way that an analysis element arranged therein provides the maximum porosity for the respective blowhole.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Lunker-Koordinatensystem für das Analyseelement eine Start-Schnittstrecke oder eine Start-Schnittebene oder ein StartVolumen (zusammen als Start-Geometrie bezeichnet) definiert, wobei diese Startgeometrie manuell oder automatisch so festgelegt wird, dass innerhalb dieser die Porosität für den jeweiligen Lunker maximal ist, vorzugsweise indem die Start-Geometrie so festgelegt wird, dass der Abstand senkrecht von der Werkstück-Berandung zur Lunker-Berandung minimal ist und/oder dass innerhalb der Start-Geometrie die Schnittlänge bzw. Schnittfläche bzw. Schnittvolumen mit dem Werkstück minimal ist und/oder dass der von der Start-Geometrie geschnittene Lunkeranteil maximal ist.The invention is also characterized in that the blowhole coordinate system for the analysis element defines a start section or a start section plane or a start volume (collectively referred to as the start geometry), with this start geometry being set manually or automatically such that within this the porosity for the respective blowhole is at a maximum, preferably by defining the start geometry in such a way that the distance perpendicularly from the edge of the workpiece to the edge of the blowhole is minimal and/or that within the start geometry the cutting length or cutting area or Intersection volume with the workpiece is minimal and/or that the void fraction intersected by the starting geometry is maximal.
Die Festlegung der Start-Geometrie soll sicherstellen, dass das daraus abgeleitete Analyseelement, in dem die Porosität bestimmt werden soll, die maximale Porosität für den jeweiligen Lunker liefert. Dazu muss dieses im Wesentlichen quer zur Längsrichtung des Werkstückabschnitts (also entlang des funktionalen Querschnitts) verlaufen, in dem der jeweilige Lunker vorliegt. Der Abstand des jeweiligen Lunkers zur Werkstückoberfläche (Werkstück-Berandung) kann zusätzlich als Lunkerparameter ausgegeben werden.The determination of the start geometry is intended to ensure that the analysis element derived from it, in which the porosity is to be determined, supplies the maximum porosity for the respective cavities. To do this, it must run essentially transversely to the longitudinal direction of the workpiece section (that is to say along the functional cross section) in which the respective cavity is present. The distance of the respective blowhole to the workpiece surface (workpiece boundary) can also be output as a blowhole parameter.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Start-Schnittebene so lange automatisch parallel zu sich selbst durch das Werkstückvolumen versetzt wird, bis die Stelle erreicht wurde, an der die Porosität für den ausgewählten Lunker maximal ist, vorzugsweise indem die Stelle gesucht wird, für die der geringste Abstand der Lunker-Berandung zur Werkstück-Berandung vorliegt und/oder an der die Schnittfläche mit dem Werkstück minimal ist und/oder an der die geschnittene Lunkerfläche maximal ist und/oder das Verhältnis von Lunkerfläche zu Schnittfläche mit Werkstück maximal ist, und anschließend die so ermittelte Schnittebene zur automatischen Festlegung des Analyseelementes herangezogen wird.According to a suggestion that should be particularly emphasized, it is provided that the starting cutting plane is automatically displaced parallel to itself through the workpiece volume until the point has been reached at which the porosity for the selected blowhole is maximum, preferably by searching for the point for which there is the smallest distance between the edge of the blowhole and the edge of the workpiece and/or where the cut surface with the workpiece is minimal and/or where the cut blowhole surface is maximum and/or the ratio of blowhole surface to cut surface with workpiece is maximum, and then the section plane determined in this way is used to automatically define the analysis element.
Durch das Verschieben der Schnittebene kann für den Fall Analyseelement Schnitt-Fläche die Stelle im Werkstück gefunden werden, an der die Porosität für den ausgewählten Lunker maximal ist.By shifting the section plane, the point in the workpiece can be found where the porosity for the selected blowhole is maximum for the case of the analysis element section surface.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Festlegung des Analyseelementes innerhalb der Startgeometrie, insbesondere die Festlegung der Orientierung und/oder Form und/oder Größe des Analyseelementes aus den den jeweiligen Lunker umgebenden Grenzflächen des Werkstücks (Werkstück-Berandung) und den Grenzflächen des Lunkers (Lunker-Berandung) durch den Anwender erfolgt oder automatisch erfolgt.In particular, the invention is characterized in that the definition of the analysis element within the starting geometry, in particular the definition of the orientation and/or shape and/or size of the analysis element from the boundary surfaces of the workpiece surrounding the respective cavities (workpiece boundary) and the boundary surfaces of the Blowholes (Blowhole Boundary) done by the user or done automatically.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass innerhalb der Start-Geometrie das jeweilige Analyseelement so festgelegt wird, dass dieses den jeweiligen Lunker vollständig umschließt und maximal bis zur Werkstücks-Berandung verläuft und dabei bevorzugt einen vorgegebenen Randabstand zur Werkstück-Berandung einhält.Provision is preferably made for the respective analysis element to be defined within the start geometry in such a way that it completely encloses the respective blowhole and extends at most to the edge of the workpiece, preferably maintaining a predetermined edge distance to the edge of the workpiece.
Mit Umschließen des Lunkers ist hier jeweils nur der Teil des Lunkers gemeint, der innerhalb der Startgeometrie liegt, für die Fälle Start-Schnittstrecke und Start-Schnittebene ist dies also der Teil des Lunkers, der von diesen geschnitten wird, für den Fall StartVolumen der gesamte Lunker.Enclosing the blowhole only means that part of the blowhole that lies within the starting geometry, so for the cases of start cutting distance and start cutting plane this is the part of the blowhole that is cut by them, in the case of starting volume it is the whole blowholes.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Festlegung des Analyseelementes innerhalb der Startgeometrie durch manuelles Ziehen einer Strecke (Schnitt-Strecke) oder Aufziehen einer 2D-Berandung wie beispielsweise Rechteck, Quadrat, Kreis oder Ellipse (Schnitt-Fläche) oder einer 3D-Berandung wie Quader, Würfel, Kugel oder Ellipsoid (Schnitt-Volumen) in einer grafischen Bedieneroberfläche durch den Bediener erfolgt, wobei die Strecke den Lunker vollständig durchschneidet bzw. die 2D- bzw. 3D-Berandung den jeweiligen Lunker vollständig umschließt und vorzugsweise die größte Strecke bzw. Berandung festgelegt wird, die die Werkstück-Berandung nicht überschreitet und besonders bevorzugt einen Mindestabstand zur Werkstückberandung einhält.It should also be emphasized that the definition of the analysis element within the starting geometry can be done by manually drawing a line (intersection line) or drawing a 2D boundary such as a rectangle, square, circle or ellipse (intersection area) or a 3D boundary such as a cuboid , cube, sphere or ellipsoid (section volume) in a graphical user interface by the operator, the line completely intersects the blowhole or the 2D or 3D boundary completely encloses the respective blowhole and preferably the largest line or boundary is defined, which does not exceed the edge of the workpiece and particularly preferably maintains a minimum distance from the edge of the workpiece.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Festlegung des Analyseelementes innerhalb der Startgeometrie automatisch erfolgt, indem.
- - für den Fall einer Schnitt-Strecke als Analyseelement die längste Strecke innerhalb der Start-Schnittstrecke bestimmt wird, oder
- - für den Fall einer Schnitt-Fläche als Analyseelement das maximale Rechteck oder Quadrat oder Kreis oder Ellipse innerhalb der Start-Schnittebene bestimmt wird, oder
- - für den Fall eines Schnitt-Volumens als Analyseelement der maximale Quader oder Würfel oder Zylinder oder Kugel oder Ellipsoid innerhalb des Start-Volumens bestimmt wird,
- - in the case of a section section as an analysis element, the longest section within the starting section section is determined, or
- - in the case of a section plane as the analysis element, the maximum rectangle or square or circle or ellipse within the starting section plane is determined, or
- - in the case of an intersection volume, the maximum cuboid or cube or cylinder or sphere or ellipsoid within the starting volume is determined as the analysis element,
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass dass als die für die Bestimmung der Porosität verwendete Bezugsgröße die Strecke bzw. Flächen bzw. das Volumen des Analyseelementes inklusive des Lunkers verwendet wird.According to a proposal that should be emphasized in particular, it is provided that the distance or areas or the volume of the analysis element including the blowhole is used as the reference value used for determining the porosity.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mehrere Analyseelemente festgelegt werden, wobei jedem oder ausgewählten Oberflächenpunkten und/oder Oberflächensegmenten und/oder Volumensegmenten des Werkstücks ein Analyseelement zugeordnet wird.In particular, the invention is characterized in that a plurality of analysis elements are defined, with an analysis element being assigned to each or selected surface points and/or surface segments and/or volume segments of the workpiece.
Die Festlegung der für die Zuordnung eines Analyseelementes zu verwendenden Oberflächenpunkten bzw. Oberflächensegmente bzw. Volumensegmente kann manuell durch den Bediener erfolgen, oder automatisch bzw. halbautomatisch, beispielsweise indem alle berechneten Oberflächenpunkte herangezogen werden, oder die nach der Bildung einer STL-Oberflächendarstellung sich ergebenden Oberflächensegmente oder alle in den Volumendaten enthaltenen Voxel oder Voxelgruppen (beispielsweise gruppiert nach Grauwertintervallen). Die ausgewählten Punkte bzw. Segmente werden dann als Startpunkt für die Festlegung des jeweiligen Analyseelementes verwendet.The determination of the surface points or surface segments or volume segments to be used for the assignment of an analysis element can be done manually by the operator, or automatically or semi-automatically, for example by using all calculated surface points or the surface segments resulting after the formation of an STL surface representation or all voxels or voxel groups contained in the volume data (for example grouped according to gray value intervals). The selected points or segments are then used as a starting point for defining the respective analysis element.
Durch die Bestimmung der Porosität für mehrere, beispielsweise benachbarte Analyseelemente kann auch ein Porositätsverlauf bestimmt und dargestellt werden, beispielsweise als Overlay zu den jeweiligen Lunkern, Oberflächenpunkten, Oberflächensegmenten bzw. Volumensegmenten.By determining the porosity for a number of analysis elements, for example neighboring ones, a porosity profile can also be determined and displayed, for example as an overlay for the respective cavities, surface points, surface segments or volume segments.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die bestimmte Porosität auf einem Anzeigemittel wie Bildschirm für die ausgewählten Lunker und/oder Oberflächenpunkte und/oder Oberflächensegmente und/oder Volumensegmente anzeigt wird, vorzugsweise farblich codiert angezeigt wird, beispielsweise als Overlay zum jeweiligen Lunker bzw. Punkt bzw. Segment zugeordnet, besonders bevorzugt indem Overlay an in eine Ebene projizierter Position des Lunkers bzw. Punkt bzw. Elementes angezeigt wird, und/oder Porosität der Lunkerliste hinzugefügt und vorzugsweise mit dieser zusammen angezeigt wird.Provision is preferably made for the determined porosity to be displayed on a display means such as a screen for the selected cavities and/or surface points and/or surface segments and/or volume segments, preferably color-coded, for example as an overlay for the respective cavities or point or segment assigned, particularly preferably by the overlay being displayed at the position of the blowhole or point or element projected into a plane, and/or porosity being added to the blowhole list and preferably being displayed together with it.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass für jeden Lunker und/oder jedes Analyseelement Lunkerparameter berechnet werden, beispielsweise Porenverlustfläche/-volumen/-länge in %, maximale Porengröße, Lunkerabstand zur Werkstück-Berandung, insbesondere minimaler Lunkerabstand zur Werkstück-Berandung und/oder Lunkerrichtung, wobei vorzugsweise dem Wert des jeweils ausgewählten Lunkerparameters eine Farbe in einer Darstellung auf einem Anzeigemittel wie Bildschirm zugeordnet wird.It should also be emphasized that for each blowhole and/or each analysis element, blowhole parameters are calculated, for example pore loss area/volume/length in %, maximum pore size, blowhole distance from the workpiece boundary, in particular minimum blowhole distance from the workpiece boundary and/or blowhole direction, A color in a display on a display means such as a screen is preferably assigned to the value of the cavity parameter selected in each case.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Elektronenoptik und ein Verfahren zum Betreiben selbiger, insbesondere zum Einsatz in einem Computertomografiesensor (Computertomografen) oder Laminografiesensor (Laminografen) zur Untersuchung bzw. Messung von Werkstücken.The present invention also relates to electron optics and a method for operating the same, in particular for use in a computed tomography sensor (computed tomograph) or laminography sensor (laminograph) for examining or measuring workpieces.
Bei nach dem Stand der Technik bekannten Elektronenoptiken für Strahlungsquellen wie Röntgenstrahlungsquellen (Quelle) für Computertomografen und Laminografie-Geräte weist die Elektronenoptik der Quelle einen separaten Controller zur Ansteuerung der Netzteile für die Elektromagnete zur Manipulation des Elektronenstrahls und gegebenenfalls vorhandene Motoren in der Elektronenoptik auf.In the case of electron optics known from the prior art for radiation sources such as X-ray sources (source) for computed tomographs and laminography devices, the electron optics of the source have a separate controller for controlling the power supply units for the electromagnets for manipulating the electron beam and any motors that may be present in the electron optics.
Ist in einem Computertomografen, Laminografie-Gerät oder einem diesen oder diese enthaltendem Koordinatenmessgerät (hier zusammenfassend als Messgerät bezeichnet) bereits ein Controller vorhanden, der über Endstufen beispielsweise Motoren wie Achsantriebe ansteuert, so wird ein weiterer Controller für die Netzteile der Elektronenoptik benötig. Damit müssen zwei verschiedene Controller in eine Steuersoftware integriert werden, um die Ansteuerung der Motoren des Messgerätes und der Elektronenoptik der Quelle zu realisieren.If a computer tomograph, laminography device or a coordinate measuring machine containing it (collectively referred to as a measuring device) already has a controller that controls motors such as axis drives via output stages, an additional controller is required for the power supply units of the electron optics. This means that two different controllers have to be integrated into one control software be integrated in order to control the motors of the measuring device and the electron optics of the source.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Betreiben einer Elektronenoptik für eine Strahlungsquelle wie Röntgenstrahlungsquellen (Quelle) für Computertomografen und Laminografie-Geräte bzw. Messgeräte dahingehend weiterzubilden, dass nur noch ein Controller bzw. Controllertyp im Messgerät verwendet werden muss. Es sollen dabei Kosten eingespart werden. Zudem soll die Steuerung der Elektronenoptik durch das Messgerät vereinfacht werden, beispielsweise indem eine gemeinsame Steuersoftware ausgeführt wird.A further object of the present invention is therefore to further develop the known devices and methods for operating electron optics for a radiation source such as X-ray sources (source) for computer tomographs and laminography devices or measuring devices so that only one controller or controller type is used in the measuring device must become. It should save costs. In addition, the control of the electron optics by the measuring device should be simplified, for example by running common control software.
Als die hier benannten Messgeräte sind im weiteren Sinne auch Elektronenmikroskope mit automatisch angetriebenen beweglichen Teilen wie beispielsweise Probentischen zu verstehen. Als Strahlenquellen sind hier auch Elektronenstrahler oder andere Teilchenstrahler zu verstehen, bei denen Teilchen auf eine gewünschte Bahn gelenkt werden sollen, beispielsweise durch ein entsprechend gesteuertes Magnetfeld.In a broader sense, the measuring devices named here also include electron microscopes with automatically driven moving parts such as sample tables, for example. Radiation sources are also to be understood here as electron beams or other particle beams in which particles are to be directed onto a desired path, for example by means of an appropriately controlled magnetic field.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Steuerung des Messgerätes einen Controller aufweist, der Netzteile bzw. Endstufen für die Ansteuerung der Elektronenoptik aufweist. Diese werden durch die Steuersoftware des Messgerätes mit gesteuert.As a solution, the invention provides that the control of the measuring device has a controller that has power supplies or output stages for controlling the electron optics. These are also controlled by the control software of the measuring device.
Die Steuerung des Messgerätes weist dazu zusätzliche Endstufen bzw. Netzteile auf, insbesondere Gleichspannungs-Netzteile, die mit den Spulen (als Elektromagneten wirkend) der Elektronenoptik verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich bei den eingesetzten Endstufen bzw. Netzteilen um solche handelt, die in den typischen Motorcontrollern zur Ansteuerung von Achsantrieben translatorischer Verstell- oder Messachsen und/oder Drehtischen und/oder Dreh-Schwenkeinheiten von Koordinatenmessgeräten verwendet werden.For this purpose, the controller of the measuring device has additional output stages or power packs, in particular DC power packs, which are connected to the coils (acting as electromagnets) of the electron optics. In particular, it is provided that the output stages or power supplies used are those that are used in the typical motor controllers for controlling axis drives of translational adjustment or measuring axes and/or rotary tables and/or rotary/pivoting units of coordinate measuring machines.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Durchstrahlung eines zu untersuchenden Werkstücks vor, die zumindest eine Quelle, beispielsweise Röntgenquelle, mit zumindest einer Elektronenoptik mit vorzugsweise Spulen aufweist, wobei die Quelle in einem Computertomografen oder Laminografen oder einem Koordinatenmessgerät mit Computertomografiesensor oder Laminografiesensor (zusammenfassend bezeichnet als Messgerät) angeordnet ist, wobei das Messgerät eine Steuerung mit zumindest einem Controller aufweist, der Netzteile bzw. Endstufen zur Ansteuerung der Motoren des Messgerätes, wie beispielsweise der Achsantriebe von translatorischen Verstell- oder Messachsen und/oder Drehtischen und/oder Dreh-Schwenkeinheiten aufweist, und sich dadurch auszeichnet, dass die Steuerung des Messgerätes einen Controller aufweist, der Netzteile bzw. Endstufen zur Ansteuerung der Elektronenoptik aufweist.As a solution, the invention provides a device for irradiating a workpiece to be examined, which has at least one source, for example an X-ray source, with at least one electron optics system preferably with coils, the source being in a computer tomograph or laminograph or a coordinate measuring machine with a computer tomography sensor or laminography sensor (collectively referred to as as a measuring device), wherein the measuring device has a controller with at least one controller, which has power supply units or output stages for controlling the motors of the measuring device, such as the axis drives of translational adjustment or measuring axes and/or rotary tables and/or rotary/pivoting units , And is characterized in that the control of the measuring device has a controller that has power supplies or output stages for controlling the electron optics.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Controller Gleichspannungs-Netzteile aufweist, die mit den Spulen der Elektronenoptik verbunden sind.In particular, the invention is distinguished by the fact that the controller has DC voltage power packs that are connected to the coils of the electron optics.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Messgerät zumindest einen Detektor wie Röntgendetektor und Verstellachsen und/oder Messachsen zur Positionierung des Werkstücks, vorzugsweise Drehtisch zur Drehung und/oder Kippung des Werkstücks, und/oder zur Positionierung der Quelle und/oder zur Positionierung des Detektors aufweist, wobei diese mit der Steuerung verbunden sind.It is preferably provided that the measuring device has at least one detector such as an X-ray detector and adjustment axes and/or measuring axes for positioning the workpiece, preferably a rotary table for rotating and/or tilting the workpiece and/or for positioning the source and/or for positioning the detector, which are connected to the controller.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Steuerung ein Datenverarbeitungsgerät wie Mikrocontroller aufweist und/oder mit einem Datenverarbeitungsgerät wie Computer verbunden ist, wobei das Datenverarbeitungsgerät zum Ausführen einer Steuersoftware ausgebildet ist.It should also be emphasized that the controller has a data processing device such as a microcontroller and/or is connected to a data processing device such as a computer, with the data processing device being designed to run control software.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Messgerät als Koordinatenmessgerät ausgebildet ist, insbesondere als Multisensorkoordinatenmessgerät in dem zusätzlich zum Computertomografie und/oder Laminografiesensor zumindest ein weiterer Sensor wie taktiler, optischer und/oder taktil-optischer Sensor angeordnet ist.The invention is also characterized in that the measuring device is designed as a coordinate measuring device, in particular as a multi-sensor coordinate measuring device in which at least one further sensor such as a tactile, optical and/or tactile-optical sensor is arranged in addition to the computed tomography and/or laminography sensor.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Steuersoftware des Messgerätes, insbesondere des Multisensorkoordinatenmessgeräts dazu ausgebildet ist, die Messdaten aller Sensoren in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung zu stellen.According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that the control software of the measuring device, in particular of the multi-sensor coordinate measuring device, is designed to make the measurement data of all sensors available in a uniform coordinate system.
Die Erfindung sieht zur Lösung auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, das sich dadurch auszeichnet, dass zur Ansteuerung der Elektronenoptik, insbesondere zur Ansteuerung der Spulen der Elektronenoptik die Steuerung des Messgerätes verwendet wird.As a solution, the invention also provides a method for operating the device according to the invention, which is characterized in that the control of the measuring device is used to control the electron optics, in particular to control the coils of the electron optics.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Steuersoftware, insbesondere Steuersoftware des Messgerätes, auf einem Datenverarbeitungsgerät wie Mikrocontroller und/oder Computer ausgeführt wird, um die Steuerung zu steuern.In particular, the invention is characterized in that control software, in particular control software of the measuring device, is executed on a data processing device such as a microcontroller and/or computer in order to control the controller.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Steuersoftware des Messgerätes, insbesondere des Multisensorkoordinatenmessgeräts dazu ausgebildet ist, die Messdaten aller Sensoren in einem einheitlichen Koordinatensystem zur Verfügung zu stellen.Provision is preferably made for the control software of the measuring device, in particular of the multi-sensor coordinate measuring device, to be designed to make the measurement data of all sensors available in a uniform coordinate system.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung zur Detektion von Röntgenstrahlung mit einem flächigen Röntgendetektor und ein Verfahren zum Betreiben desselben, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Detektors.The subject matter of an independent invention is a device for detecting X-ray radiation with a flat X-ray detector and a method for operating the same, as well as a method for producing the detector.
Nach dem Stand der Technik bekannte Röntgendetektoren weisen grundlegend zwei unterschiedliche Bauweisen auf. Bei der ersten Bauweise (hier Matrix-Detektor genannt) ist eine lichtempfindliche Kameramatrix, vorzugsweise CCD-Matrix oder CMOS-Matrix, nahezu direkt an der von der Einstrahlseite der Röntgenstrahlen abgewandten Seite einer Szintillatorschicht angeordnet. Nachteilig ist hierbei, dass die räumliche Auflösung des Detektors begrenzt ist durch den relativ großen Pixelmittenabstand der verwendet CCD- bzw. CMOS-Matrix-Sensoren, insbesondere bei Detektorgrößen von etwa 100 mm bis 400 mm Seitenlänge. Bei der zweiten Bauweise (hier Spiegel-Detektor genannt) liegt eine räumlich getrennte Anordnung von Szintillatorschicht und Kameramatrix vor, bei der vorzugsweise eine Umlenkung des vom Szintillator abgegebenen Lichts über einen oder mehrere Umlenkspiegel erfolgt, um die Kameramatrix vor der den Szintillator durchdringenden Röntgenstrahlung zu schützen, wie beispielsweise in der
Grundlegend ist nachteilig bei beiden Bauweisen, dass aufgrund des seitlichen Übersprechens bei der Umwandlung der Röntgenstrahlung in Licht innerhalb der Szintillatorschicht oder bei der direkten Umwandlung der Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen (Elektronen) innerhalb einer sog. Konversationsschicht die räumliche Auflösung mit zunehmender Dicke der Szintillatorschicht bzw. Konversationsschicht abnimmt. Dickere Szintillatorschichten sind jedoch wünschenswert, um eine hohe Ausbeute der einfallenden Röntgenstrahlung zu erzielen, also einen Detektor mit hoher Empfindlichkeit zu realisieren.A fundamental disadvantage of both designs is that due to the lateral crosstalk during the conversion of the X-rays into light within the scintillator layer or during the direct conversion of the X-rays into electrical charges (electrons) within a so-called conversion layer, the spatial resolution decreases with increasing thickness of the scintillator layer or conversation shift decreases. However, thicker scintillator layers are desirable in order to achieve a high yield of the incident X-ray radiation, ie to realize a detector with high sensitivity.
Bekannte Szintillatoren bestehen beispielsweise aus einer CsI (Cäsiumiodid)-Schicht, insbesondere thalliumdotierten Cäsiumiodidschicht CsI(Tl), die auf einem Glassubstrat aufgebracht ist, oder aus auf einer Folie aufgebrachter Gadox (Gadoliniumoxysulfid)-Schicht.Known scintillators consist, for example, of a CsI (cesium iodide) layer, in particular thallium-doped cesium iodide layer CsI(Tl), which is applied to a glass substrate, or of a Gadox (gadolinium oxysulfide) layer applied to a film.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Strahlendetektor, insbesondere einen Röntgendetektor sowie ein Verfahren zu dessen Betreiben anzugeben, bei dem eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte räumliche Auflösung auch bei hoher Empfindlichkeit bzw. größerer Ausbeute, also dickeren Szintillatorschichten realisiert werden kann. Der erfindungsgemäße Detektor soll eine erhöhte räumliche Auflösung auch bei großen Röntgenleistungen bzw. Röntgenspannungen und damit zumeist verbundenen großen Brennflecken der Röntgenröhre, wie beispielsweise bei kostengünstigen Röntgenröhren vorliegend, zulassen.The object of the present invention is to specify a radiation detector, in particular an X-ray detector, and a method for operating it, in which spatial resolution that is increased compared to the prior art can be achieved even with high sensitivity or greater yield, ie thicker scintillator layers. The detector according to the invention is intended to permit increased spatial resolution even with high x-ray powers or x-ray voltages and the large focal spots of the x-ray tube usually associated therewith, as is the case, for example, with inexpensive x-ray tubes.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Szintillatorschicht bzw. die Konversationsschicht quer zu seiner Dicke in mehrere Bereiche (Kanäle bzw. Szintillatorkanäle) unterteilt ist, zumindest über einen Bereich seiner Dicke. Diese Unterteilung wird durch eine entsprechende Strukturierung der Szintillatorschicht erzielt. Zudem oder alternativ ist vorgesehen, in der Szintillationsschicht des Detektors eine Trennstruktur einzubringen, sodass räumlich voneinander getrennte Szintillatorbereiche (Kanäle bzw. Szintillatorkanäle) entstehen, wobei die Trennstruktur bzw. die Strukturierung das Übersprechen insbesondere des aus der Röntgenstrahlung entstandenen Lichts zwischen den entstehenden mehreren Kanälen verhindern oder zumindest vermindern soll. Es ist auch vorgesehen, dass die Strahlung (Röntgenstrahlung) selbst bzw. die Elektronen (für den Fall der Konversationsschicht) zwischen den entstehenden mehreren Kanälen durch die Ausbildung, insbesondere die Materialwahl der Trennstruktur nicht gestreut wird und/oder nicht absorbiert wird.As a solution, the invention provides that the scintillator layer or the conversion layer is subdivided into a plurality of regions (channels or scintillator channels) across its thickness, at least over a region of its thickness. This subdivision is achieved by appropriate structuring of the scintillator layer. In addition or as an alternative, it is provided to introduce a separating structure in the scintillation layer of the detector, so that scintillator regions (channels or scintillator channels) that are spatially separated from one another are created, with the separating structure or the structuring preventing crosstalk, in particular of the light produced by the X-ray radiation, between the resulting multiple channels or at least to reduce it. It is also provided that the radiation (X-rays) itself or the electrons (in the case of the conversion layer) between the resulting multiple channels is not scattered and/or not absorbed by the formation, in particular the choice of material, of the separating structure.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zunächst die Trennstruktur durch Ätzen oder ähnliches einer Vielzahl von Vertiefungen in ein Substrat wie Silizium- oder GlasSubstrat hergestellt wird, und anschließend die Vertiefungen mit dem Szintillatormaterial gefüllt werden. Nach dem Ätzen ist auch vorgesehen, die entstandenen Vertiefungen zunächst durch beispielsweise chemisches Polieren in die gewünschte geometrische Gestalt zu bringen bzw. Grate zu entfernen und die Seitenwände für die gewünschte Unterdrückung des Übersprechens zu behandeln, beispielsweise durch Oxidieren zu verspiegeln. Das Einbringen und Aushärten des Szintillatormaterials bzw. Konversationsschichtmaterials kann beispielsweise im Vakuum erfolgen. Das Szintillatormaterial bzw. Konversationsschichtmaterial ist beispielsweise pulverförmig und wir nach dem Einbringen durch Temperaturerhöhung (erhitzen bzw. backen) ausgehärtet.An embodiment of the invention provides that first the separating structure is produced by etching or the like of a large number of depressions in a substrate such as a silicon or glass substrate, and then the depressions are filled with the scintillator material. After the etching, it is also provided that the depressions produced are first brought into the desired geometric shape by chemical polishing, for example, or that burrs are removed, and the side walls are treated for the desired suppression of crosstalk, for example by mirror coating by oxidation. The introduction and hardening of the scintillator material or the conversion layer material can take place in a vacuum, for example. The scintillator material or conversation layer material is, for example, in powder form and is hardened after it has been introduced by increasing the temperature (heating or baking).
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Szintillatorschicht bzw. Konversationsschicht mit einer für Licht transparenten Deckschicht aus beispielsweise einem aushärtbarem Polymer wie Acrylat oder Epoxy, oder einem Dünnglas auf der der Kamera zugewandten Seite abgeschlossen.According to a further embodiment of the invention, the scintillator layer or conversion layer is closed with a cover layer transparent to light, for example made of a hardenable polymer such as acrylate or epoxy, or a thin glass on the side facing the camera.
Als Trennstruktur ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, Strukturen wie Vertiefungen aus einem anderen Material als das Szintillatormaterial in die Szintillationsschicht einzubringen, welches vorzugsweise für die Reflexion und/oder Absorption von Licht ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Verwendung eines Expoxydharzes als Material für die Trennstruktur vorgesehen. Das Material soll die Röntgenstrahlen nicht signifikant streuen, um negative Einflüsse zu vermeiden, und möglichst auch nicht zu stark absorbieren, um die Detektionsempfindlichkeit des Detektors nicht zu verringern. Am wünschenswertesten wäre ein die Röntgenstrahlung reflektierendes Material für die Trennstruktur. Alternativ sieht die Erfindung auch vor, die Seitenwände der Vertiefungen in der Trennstruktur zu beschichten, um Lichtreflexion zu erzeugen, beispielsweise durch Beschichten mit einer Metallschicht oder einem Oxid durch Oxidieren.According to the invention, as a separating structure, structures such as indentations made of a different material than the scintillator material are introduced into the scintillation layer, which is preferably designed for the reflection and/or absorption of light. For example, the use of an epoxy resin is envisaged as the material for the separating structure. The material should not scatter the X-rays significantly, in order to avoid negative influences, and if possible also not absorb too much, in order not to reduce the detection sensitivity of the detector. Most desirably, an x-ray reflective material would be used for the separator structure. Alternatively, the invention also envisages coating the side walls of the depressions in the separation structure in order to generate light reflection, for example by coating with a metal layer or an oxide by oxidation.
Wenn im Weiteren von Szintillatorschicht bzw. Szintillatorkanälen die Rede ist, so ist die alternative Anwendung für die Konversationsschicht bzw. Konversationsschicht -Kanäle zu verstehen.If scintillator layer or scintillator channels are mentioned below, then the alternative application for the conversation layer or conversation layer channels is to be understood.
Durch die Strukturierung bzw. die eingebrachte Trennstruktur werden voneinander separierte Szintillatorbereiche (Kanäle bzw. Szintillatorkanäle) geschaffen, wobei das aus der Rückseite der Szintillatorkanäle austretende Licht weitestgehend frei von Übersprechen aus benachbarten Szintillatorkanälen ist. Besonders bevorzugt sollen Szintillatorkanäle entstehen, die in einem Gitterabstand von ca. 10 µm × 10 µm bis ca. 40 µm × 40 µm angeordnet sind, besonders bevorzugt in einen Gitter von 25 µm × 25 µm.The structuring or the introduced separating structure creates scintillator regions (channels or scintillator channels) that are separated from one another, with the light emerging from the back of the scintillator channels being largely free of crosstalk from neighboring scintillator channels. Particularly preferably, scintillator channels should be created which are arranged with a lattice spacing of approximately 10 μm×10 μm to approximately 40 μm×40 μm, particularly preferably in a lattice of 25 μm×25 μm.
Als besonders bevorzugte Lösung ist vorgesehen, dass jedem Szintillatorkanal zumindest ein Pixel einer Kameramatrix zugeordnet ist. Die Kameramatrix kann dabei nach der Bauweise eines Matrix-Detektors mit direkt hinter dem Szintillator angeordneter Kameramatrix ausgebildet sein oder nach der Bauweise Spiegel-Detektor mit einer separat hinter dem Szintillator angebrachten Kameramatrix, bei der vorzugsweise eine Umlenkung und/oder optische Abbildung erfolgt. Auch vorgesehen ist, dass jedem Szintillatorkanal mehrere Pixel der Kameramatrix zugeordnet sind, wobei besonders bevorzugt die mehreren zugeordneten Pixel jeweils gemeinsam ausgewertet werden, vorzugsweise indem der jeweils zugeordnete Bereich der Kameramatrix gebinnt zu jeweils einem Pixel zusammengefasst betrieben wird. Beispielhaft verdeutlicht dies
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks (Detektor), insbesondere Röntgendetektor (10) vor, aufweisend zumindest eine Szintillatorschicht (12) und eine lichtempfindliche Matrix (Kameramatrix) (17), vorzugsweise mit einer zwischen Szintillatorschicht (12) und Kameramatrix (17) angeordneten Umlenkvorrichtung (20) wie Spiegel zur Umlenkung des von der Szintillatorschicht (12) abgegebenen Lichtes (15) und/oder optischen Abbildungsvorrichtung (21) zur optischen Abbildung des von der Szintillatorschicht (17) abgegeben Lichtes (15), oder aufweisend zumindest eine Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungen (Elektronen) (15a) umwandelnde Konversationsschicht (12`) wie MAPbl3- (Methylammonium-Blei-Jodid) oder CdTe-Schicht (Cadmiumtellurid) und eine Elektronen detektierende Matrix, die sich dadurch auszeichnet, dass die Szintillatorschicht (12) bzw. die Konversationsschicht (12') innerhalb zumindest eines Teils seiner Dicke in mehrere senkrecht zu seiner Dicke nebeneinander liegende Szintillatorbereiche bzw. Konversationsschichtbereiche (Kanäle bzw. Szintillatorkanäle) (12a, 12b) unterteilt ist, wobei die Szintillatorschicht (12) bzw. die Konversationsschicht (12`) entsprechend strukturiert ist und/oder in der Szintillatorschicht (12) bzw. der Konversationsschicht (12') eine die mehreren Szintillatorbereiche bzw. Konversationsschichtbereiche (12a, 12b) bildende Trennstruktur (13) eingebracht ist.The invention provides a device for recording transmission images of a workpiece (detector), in particular an X-ray detector (10), having at least one scintillator layer (12) and a light-sensitive matrix (camera matrix) (17), preferably with a scintillator layer (12) between and camera matrix (17) arranged deflection device (20) such as mirrors for deflecting the light (15) emitted by the scintillator layer (12) and/or optical imaging device (21) for optical imaging of the light (15) emitted by the scintillator layer (17), or having at least one conversion layer (12`) that converts X-ray radiation directly into electrical charges (electrons) (15a), such as MAPbl3 (methylammonium lead iodide) or CdTe layer (cadmium telluride) and an electron-detecting matrix, which is characterized in that the scintillator layer (12) or the conversion layer (12') is subdivided within at least part of its thickness into a plurality of scintillator areas or conversion layer areas (channels or scintillator channels) (12a, 12b) lying next to one another perpendicularly to its thickness, the scintillator layer (12 ) or the conversion layer (12`) is structured accordingly and/or a separating structure (13) forming the plurality of scintillator areas or conversion layer areas (12a, 12b) is introduced in the scintillator layer (12) or the conversion layer (12').
Für den Fall, dass anstatt einer Szintillatorschicht eine Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladung konvertierende Schicht (Konversationsschicht) wie MAPbl3- (Methylammonium-Blei-Jodid) oder CdTe-Schicht (Cadmiumtellurid-Schicht) in die Hohlräume der Trennstruktur eingebracht ist, weist die Kameramatrix dann Pixel auf, die keine Umwandlung von Licht in elektrische Ladungen realisieren, sondern lediglich zur Aufnahme der Ladungen (Elektronen) ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist auch der Einsatz der direkt in elektrische Ladung konvertierenden Schicht nach dem Stand der Technik ohne Trennstruktur vorgesehen.In the event that, instead of a scintillator layer, a layer that converts X-ray radiation directly into electrical charge (conversation layer) such as MAPbl3 (methylammonium lead iodide) or CdTe layer (cadmium telluride layer) is introduced into the cavities of the separation structure, the camera matrix then has Pixels that do not convert light into electrical charges, but are only designed to absorb the charges (electrons). According to the invention, the use of the layer that converts directly into electric charge according to the prior art without a separating structure is also provided.
Erfindungsgemäß kann der Detektor oder die Einheit aus Substrat, Szintillatorschicht bzw. Konversationsschicht und Deckschicht auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die eindimensional oder zweidimensional entlang der Detektor-Oberfläche angeordnet sind. Die mehreren Teile können auch leicht, also wenige Grad, gekippt zueinander angeordnet werden, so dass die Röntgenstrahlung möglichst senkrecht auftrifft. Die einzelnen Teile werden in der weiteren Auswertung zusammen geschaltet, so dass in Wirkung die gewünschte Gesamtdetektorfläche realisiert wird.According to the invention, the detector or the unit made up of substrate, scintillator layer or conversion layer and cover layer can also be composed of several parts which are arranged one-dimensionally or two-dimensionally along the detector surface. The several parts can also be arranged at a slight angle, that is to say a few degrees, in relation to one another, so that the x-ray radiation impinges as perpendicularly as possible. The individual parts are connected together in the further evaluation, so that the desired total detector area is effectively realized.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Trennstruktur (13) derart ausgeprägt ist, dass das Übersprechen von Licht (15) bzw. elektrischen Ladungen (15a) zwischen den Kanälen (12a, 12b) und/oder die Streuung von Röntgenstrahlung (14) durch die Trennstruktur (13) vermindert, vorzugsweise verhindert wird, vorzugsweise indem die Trennstruktur (13) aus einem Material mit entsprechenden Reflexionseigenschaften und/oder Absorptionseigenschaften für Licht (15) bzw. elektrischen Ladungen (15a), und vorzugsweise nicht streuenden und/oder nicht absorbierenden Eigenschaften für Röntgenstrahlung (14) ausgebildet und/oder entsprechend beschichtet, beispielsweise mit einer Metallschicht oder einem Oxid beschichtet bzw. oxidiert, ist.In particular, the invention is characterized in that the separating structure (13) is designed in such a way that the crosstalk of light (15) or electrical charges (15a) between the channels (12a, 12b) and/or the scattering of X-rays (14 ) Reduced by the separating structure (13), preferably prevented, preferably by the separating structure (13) made of a material with appropriate reflection properties and / or absorption properties for light (15) or electrical charges (15a), and preferably not scattering and / or non-absorbing properties for X-rays (14) and / or coated accordingly, for example coated or oxidized with a metal layer or an oxide.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Trennstruktur (13) aus einem Epoxydharz und/oder einem Glas und/oder Silizium besteht.Provision is preferably made for the separating structure (13) to consist of an epoxy resin and/or a glass and/or silicon.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Trennstruktur (13) derart ausgebildet ist, dass die Kanäle (12a, 12b) in einem nahezu regelmäßigen Gitter mit Gitterabstand von ca. 10 µm bis ca. 50 µm in den beiden Richtungen in der Ebene der Szintillatorschicht bzw. Konversationsschicht (12) vorliegen.In particular, the invention is characterized in that the separating structure (13) is designed in such a way that the channels (12a, 12b) are arranged in an almost regular lattice with a lattice spacing of approximately 10 μm to approximately 50 μm in both directions in the plane the scintillator layer or the conversion layer (12).
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Trennstruktur (13) derart ausgebildet ist, dass Kanäle (12a, 12b) quadratischen, rechteckigen oder mehreckigen, insbesondere wabenförmigen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise Querschnitt in Längsrichtung konstant ist oder Querschnitt sich in Längsrichtung verjüngt bzw. verkleinert oder vergrößert.The invention preferably provides that the separating structure (13) is designed in such a way that channels (12a, 12b) have a square, rectangular or polygonal, in particular honeycomb-shaped, cross section, preferably a constant cross section in the longitudinal direction or a cross section that tapers or decreases in the longitudinal direction or enlarged.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass jedem Kanal (12a, 12b) zumindest ein Pixel (16) der Kameramatrix (17) bzw. der Elektronen detektierenden Matrix zugeordnet ist, vorzugsweise jedem Kanal (12a, 12b) jeweils mehrere Pixel (16) zugeordnet sind, wobei die jeweils zugeordneten Pixel (16) vorzugsweise gemeinsam auswertbar sind, besonders bevorzugt durch gebinntes Betreiben der Kameramatrix (17) bzw. Elektronen detektierenden Matrix und/oder durch Addition der Signale der jeweils zugeordneten Pixel (16) gemeinsam auswertbar sind, wobei vorzugsweise eine für Licht transparente Deckschicht (19) bevorzugt aus einem aushärtbarem Polymer wie Acrylat oder Epoxy, oder einem Dünnglas, die Szintillatorschicht (12) auf der der Kameramatrix (17) zugewandten Seite abschließt.It should also be emphasized that each channel (12a, 12b) is assigned at least one pixel (16) of the camera matrix (17) or the electron-detecting matrix, preferably each channel (12a, 12b) is assigned a plurality of pixels (16), The respectively assigned pixels (16) can preferably be evaluated together, particularly preferably by binned operation of the camera matrix (17) or electron-detecting matrix and/or by adding the signals of the respectively assigned pixels (16) can be evaluated together, with preferably one for Light-transparent cover layer (19), preferably made of a curable polymer such as acrylate or epoxy, or a thin glass, which closes the scintillator layer (12) on the side facing the camera matrix (17).
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Detektor (10) in einem zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenröhre aufweisenden Computertomografen und/oder Laminografen eingesetzt wird, vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechenden Computertomografen und/oder Laminografen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechendem Computertomografen und/oder Laminografen und zumindest einem weiteren Sensor wie taktilen, taktil-optischen oder optischen Sensor.The invention is also characterized in that the detector (10) is used in a computer tomograph and/or laminograph that has at least one radiation source such as an X-ray tube, preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph, particularly preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph and at least one further sensor such as a tactile, tactile-optical or optical sensor.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Abstand zwischen Werkstück und Detektor (10) derart klein einstellbar ist, dass die durch die Brennfleckgröße der Strahlenquelle wie Röntgenröhre erzeugte Unschärfe auf dem Detektor (10) kleiner oder gleich des Gitterabstandes der Trennstruktur ist.In particular, the invention is characterized in that the distance between the workpiece and the detector (10) can be set so small that the blurring on the detector (10) caused by the focal spot size of the radiation source such as an X-ray tube is less than or equal to the grid spacing of the separating structure.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, das sich dadurch auszeichnet, dass das jeweils eine oder die jeweils mehreren einem Kanal zugeordneten Pixel der Kameramatrix bzw. Elektronen detektierenden Matrix als jeweils ein Detektorpixel des Detektors, insbesondere Röntgendetektors ausgewertet werden.As a solution, the invention also provides a method for operating the device according to the invention, which is characterized in that the one or more pixels of the camera matrix or electron-detecting matrix assigned to a channel are evaluated as a respective detector pixel of the detector, in particular X-ray detector .
Besonders hervorzuheben ist, dass der Detektor für eine Computertomografie- und/oder Laminografiemessung eingesetzt wird, wobei vorzugsweise dimensionelle Messungen an geometrischen Eigenschaften von Merkmalen und/oder Untersuchungen von inneren oder Oberflächennahen Eigenschaften wie Lunkern oder Grat durchgeführt werden.It should be particularly emphasized that the detector is used for a computed tomography and/or laminography measurement, with dimensional measurements preferably being carried out on geometric properties of features and/or investigations of internal or near-surface properties such as cavities or ridges.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Messergebnisse der Computertomografie- und/oder Laminografiemessung zusammen ausgewertet werden mit Messergebnissen des oder der weiteren Sensoren des den Computertomografen oder Laminografen aufweisenden Koordinatenmessgerätes, vorzugsweise Messergebnisse in identischem Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.Furthermore, the invention is characterized in that the measurement results of the computed tomography and/or laminography measurement are evaluated together with measurement results of the or the other sensors of the coordinate measuring device having the computed tomograph or laminograph, preferably measurement results are made available in an identical coordinate system.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Abstand zwischen Werkstück und Detektor derart klein gewählt wird, dass die durch die Brennfleckgröße der Strahlenquelle wie Röntgenröhre erzeugte Unschärfe auf dem Detektor kleiner oder gleich des Gitterabstandes der Trennstruktur ist.In particular, the invention is characterized in that the distance between the workpiece and the detector is chosen so small that the blurring on the detector caused by the focal spot size of the radiation source such as an X-ray tube is less than or equal to the grid spacing of the separating structure.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Detektors, insbesondere der Szintillatorschicht oder der Konversationsschicht eines Detektors vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Szintillatorschicht bzw. die Konversationsschicht des Detektors durch Strukturierung und/oder durch Einbringen einer Trennstruktur und/oder durch Einbringen des Szintillatormaterials in eine Trennstruktur, in eine Vielzahl von Szintillatorbereiche bzw. Konversationsschichtbereiche (Kanäle bzw. Szintillatorkanäle) unterteilt wird, wobei vorzugsweise die Strukturierung erfolgt, indem zunächst die Trennstruktur hergestellt wird, beispielsweise mittels photolithographischem Verfahren und/oder Ätzen, und anschließend das Material der Szintillatorschicht bzw. der Konversationsschicht eingebacht wird, vorzugsweise als Pulver oder Flüssigkeit, und anschließend ausgehärtet wird, vorzugsweise durch Auskristallisierung des Konversionsmaterials bei veränderten Umgebungsbedingungen.To solve this, the invention also provides a method for producing a detector, in particular the scintillator layer or the conversion layer of a detector, which is characterized in that the scintillator layer or the conversion layer of the detector is separated by structuring and/or by introducing a separating structure and/or by Introducing the scintillator material into a separating structure, divided into a large number of scintillator areas or conversion layer areas (channels or scintillator channels), with the structuring preferably being carried out by first producing the separating structure, for example by means of photolithographic methods and/or etching, and then the material the scintillator layer or the conversion layer is introduced, preferably as a powder or liquid, and is then cured, preferably by crystallization of the conversion material under changed environmental conditions.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Realisierung der Unterteilung, die auf einem Substrat wie Glassubstrat aufgebrachte Szintillationsschicht wie CsI- oder CsI(Tl)-Schicht oder die auf einem Substrat wie Folie aufgebrachte Szintillationsschicht wie Gadox-Schicht, auf der vom Substrat abgewandten Seite durch Schneiden, beispielsweise Laserschneiden teilweise entfernt wird, und in die so freigelegten Bereiche das die Trennstruktur bildende Material eingebracht wird, vorzugsweise anschließend auf die vom Substrat abgewandten Seite der Szintillationsschicht eine Abschlussschicht bzw. Sperrschicht (Deckschicht) aufgebracht wird. Alternativ zu einem Glassubstrat sieht die Erfindung grundlegend auch die Verwendung eines Siliziumsubstrats vor.In particular, the invention is characterized in that, in order to implement the subdivision, the scintillation layer applied to a substrate such as a glass substrate, such as a CsI or CsI(Tl) layer, or the scintillation layer applied to a substrate, such as a film, such as a Gadox layer, on the substrate side facing away is partially removed by cutting, for example laser cutting, and the material forming the separating structure is introduced into the areas thus exposed, preferably subsequently a final layer or barrier layer (cover layer) is applied to the side of the scintillation layer facing away from the substrate. As an alternative to a glass substrate, the invention fundamentally also provides for the use of a silicon substrate.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass zur Realisierung der Unterteilung, das für das Aufbringen der Szintillationsschicht wie CsI- oder CsI(Tl)-Schicht oder Gadox-Schicht vorgesehene Substrat wie Glas oder Folie selbst strukturiert wird oder die Szintillationsschicht strukturiert wird, beispielsweise durch Schneiden wie Laserschneiden strukturiert wird, und anschließend das strukturierte Substrat mit der Szintillationsschicht beschichtet wird oder das Substrat mit der strukturierten Szintillationsschicht beschichtet wird, und in die so entstandenen freien Bereiche das die Trennstruktur bildende Material eingebracht wird, vorzugsweise anschließend auf die vom Substrat abgewandten Seite der Szintillationsschicht eine Abschlussschicht bzw. Sperrschicht aufgebracht wird.The invention preferably provides that, in order to implement the subdivision, the substrate intended for the application of the scintillation layer, such as a CsI or CsI(Tl) layer or Gadox layer, such as glass or foil, is itself structured, or the scintillation layer is structured, for example by cutting such as laser cutting, and then the structured substrate is coated with the scintillation layer or the substrate is coated with the structured scintillation layer, and the material forming the separating structure is introduced into the resulting free areas, preferably subsequently on the side of the scintillation layer facing away from the substrate a finishing layer or barrier layer is applied.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Realisierung der Unterteilung das Substrat, insbesondere Glassubstrat, strukturiert wird, insbesondere durch Ätzen und/oder maschinelles Bearbeiten strukturiert wird, wobei für die Szintillationsschicht vorgesehene Bereiche aus dem Substrat entfernt werden, vorzugsweise zumindest bereichsweise Oberfläche nachbearbeitet wie poliert wird, und in die freigelegten Bereiche das Material für die Szintillationsschicht eingebracht wird, vorzugsweise in Pulverform oder als Flüssigkeit oder als Emulsion eingebracht wird, und anschließend Szintillations-Material ausgehärtet wird, vorzugsweise durch Auskristallisierung bei veränderten Umgebungsbedingungen wie TemperaturerhöhungFurthermore, the invention is characterized in that the substrate, in particular glass substrate, is structured in order to implement the subdivision, in particular structured by etching and/or machining, with areas provided for the scintillation layer being removed from the substrate, preferably at least in certain areas of the surface is post-processed such as polished, and the material for the scintillation layer is introduced into the exposed areas, preferably in powder form or as a liquid or as an emulsion, and the scintillation material is then hardened, preferably by crystallization under changed environmental conditions such as an increase in temperature
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung zur Detektion von Röntgenstrahlung mit einem flächigen Röntgendetektor, die auch mit dem zuvor genannten Detektor kombiniert werden kann.The subject of an independent invention is a device for detecting X-ray radiation with a flat X-ray detector, which can also be combined with the aforementioned detector.
Die nach dem Stand der Technik bekannte Röntgendetektoren der zuvor beschriebenen zwei Bauweisen Matrix-Detektor und Spiegel-Detektor weisen den bereits erwähnten Nachteil auf, dass aufgrund des seitlichen Übersprechens bei der Umwandlung der Röntgenstrahlung in Licht innerhalb der Szintillatorschicht die räumliche Auflösung mit zunehmender Dicke der Szintillatorschicht abnimmt.The X-ray detectors known from the prior art of the two designs described above, matrix detector and mirror detector, have the disadvantage already mentioned that due to the lateral crosstalk during the conversion of the X-ray radiation into light within the scintillator layer, the spatial resolution increases with increasing thickness of the scintillator layer decreases.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Strahlendetektor, insbesondere einen Röntgendetektor anzugeben, bei dem eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte räumliche Auflösung auch bei hoher Empfindlichkeit bzw. größerer Ausbeute, also dickeren Szintillatorschichten realisiert werden kann. Der erfindungsgemäße Detektor soll eine erhöhte räumliche Auflösung auch bei großen Röntgenleistungen und damit zumeist verbundenen großen Brennflecken der Röntgenröhre, wie beispielsweise bei kostengünstigen Röntgenröhren vorliegend, zulassen.The object of the present invention is to specify a radiation detector, in particular an X-ray detector, in which a spatial resolution that is increased compared to the prior art can be achieved even with high sensitivity or greater yield, ie thicker scintillator layers. The detector according to the invention should permit an increased spatial resolution even with high x-ray powers and the large focal spots of the x-ray tube usually associated therewith, as is the case, for example, with inexpensive x-ray tubes.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Messstrahlung wie Röntgenstrahlung absorbierende Platte mit Öffnungen vor dem Szintillator angeordnet wird. Werden die Öffnungen im Verhältnis zur Breite des Übersprechens im Szintillator (Breite des Übersprechens beträgt je nach Szintillatordicke ein bis mehrere Pixelbreiten) klein und lang genug gewählt, ist die Platte also dick genug, beispielsweise mindestens doppelt so dick wie der Durchmesser der Öffnungen, so kann die von den Pixeln der Kameramatrix erfasste Apertur verkleinert werden, da schräg in die Öffnungen fallende Messstrahlung ab einem bestimmten Winkel absorbiert wird.As a solution, the invention provides that the measuring radiation, such as X-ray absorbing plate with openings, is arranged in front of the scintillator. If the openings are selected to be small and long enough in relation to the width of the crosstalk in the scintillator (the width of the crosstalk is one to several pixels wide, depending on the scintillator thickness), the plate is thick enough, for example at least twice as thick as the diameter of the openings the aperture recorded by the pixels of the camera matrix can be reduced, since measuring radiation falling obliquely into the openings is absorbed from a certain angle.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks (Detektor), insbesondere Röntgendetektor (10) vor, aufweisend zumindest eine Szintillatorschicht (12) und eine lichtempfindliche Matrix (Kameramatrix) (17), vorzugsweise mit einer zwischen Szintillatorschicht (12) und Kameramatrix (17) angeordneten Umlenkvorrichtung (20) wie Spiegel zur Umlenkung des von der Szintillatorschicht (12) abgegeben Lichtes (15) und/oder optischen Abbildungsvorrichtung (21) zur optischen Abbildung des von der Szintillatorschicht (17) abgegebenen Lichtes (15), oder aufweisend zumindest eine Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladungen (Elektronen) (15a) umwandelnde Konversationsschicht (12`) wie MAPbl3-(Methylammonium-Blei-Jodid) oder CdTe-Schicht (Cadmiumtellurid) und eine Elektronen detektierende Matrix, die sich dadurch auszeichnet, dass auf der von der Kameramatrix abgewandten Seite der Szintillatorschicht (12) bzw. Konversationsschicht (12') eine die Messstrahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung absorbierende Platte angeordnet ist, die eine Vielzahl von senkrechten oder nahezu senkrechten für die Röntgenstrahlung transparente Öffnungen aufweist.The invention provides a device for recording transmission images of a workpiece (detector), in particular an X-ray detector (10), having at least one scintillator layer (12) and a light-sensitive matrix (camera matrix) (17), preferably with a scintillator layer (12) between and camera matrix (17) arranged deflection device (20) such as mirrors for deflecting the light (15) emitted by the scintillator layer (12) and/or optical imaging device (21) for optical imaging of the light (15) emitted by the scintillator layer (17), or having at least one conversion layer (12`) that converts X-ray radiation directly into electrical charges (electrons) (15a), such as MAPbl3-(methylammonium lead iodide) or CdTe layer (cadmium telluride) and an electron-detecting matrix, which is characterized in that on the side of the scintillator layer (12) or conversion layer (12') facing away from the camera matrix is a plate which absorbs the measuring radiation, preferably X-rays and has a large number of perpendicular or almost perpendicular openings transparent to the X-rays.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Öffnungen in einem zweidimensionalen äquidistanten Raster angeordnet sind oder dass die Öffnungen in einem zweidimensionalen Raster mit zum Rand hin zu- oder abnehmendem Abstand zueinander angeordnet sind.In particular, the invention is characterized in that the openings are arranged in a two-dimensional, equidistant grid or in that the openings are arranged in a two-dimensional grid with the distance from one another increasing or decreasing towards the edge.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Abstand zwischen benachbarten Öffnungen dem Pixelabstand der Kameramatrix oder einem Vielfachen, vorzugsweise ganzzahligem Vielfachen davon entspricht.Provision is preferably made for the spacing between adjacent openings to correspond to the pixel spacing of the camera matrix or to a multiple thereof, preferably an integer multiple.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mittlere Querschnittsfläche der Öffnungen, insbesondere Durchmesser der Öffnungen, kleiner ist als vierfacher Pixelabstand der Kameramatrix, insbesondere kleiner ist als doppelter Pixelabstand der Kameramatrix, vorzugsweise kleiner ist als Pixelabstand der Kameramatrix.In particular, the invention is characterized in that the average cross-sectional area of the openings, in particular the diameter of the openings, is less than four times the pixel pitch of the camera matrix, in particular less than twice the pixel pitch of the camera matrix, preferably less than the pixel pitch of the camera matrix.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Dicke der Platte größer ist als der Durchmesser der mittleren Querschnittsfläche einer Öffnung, vorzugsweise mindestens um den Faktor 2 größer ist.In particular, the invention is characterized in that the thickness of the plate is greater than the diameter of the average cross-sectional area of an opening, preferably greater by a factor of at least 2.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Öffnungen durchgehend sind oder nahezu durchgehend sind, insbesondere zumindest 90% der Dicke der Platte durchsetzen.The invention preferably provides that the openings are continuous or almost continuous, in particular penetrating at least 90% of the thickness of the plate.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Platte von einem Substrat ausgeht, welches die Messstrahlung nicht oder deutlich weniger, insbesondere mindestens zehnmal weniger, als das Material der Platte absorbiert.It should also be emphasized that the plate comes from a substrate which does not absorb the measurement radiation or absorbs it significantly less, in particular at least ten times less, than the material of the plate.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Öffnungen zylinderförmige oder kegelmantelförmige Gestalt oder rechteckförmigen oder mehreckförmigen wie wabenförmigen Querschnitt aufweisen.The invention is also characterized in that the openings have a cylindrical or cone-shaped shape or a rectangular or polygonal cross-section such as a honeycomb.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Detektor (10) in einem zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenröhre aufweisenden Computertomografen und/oder Laminografen eingesetzt wird, vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechenden Computertomografen und/oder Laminografen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechendem Computertomografen und/oder Laminografen und zumindest einem weiteren Sensor wie taktilen, taktil-optischen oder optischen Sensor.In particular, the invention is characterized in that the detector (10) is used in a computer tomograph and/or laminograph that has at least one radiation source such as an X-ray tube, preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph, particularly preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph and at least one further sensor such as a tactile, tactile-optical or optical sensor.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung zur Detektion von Röntgenstrahlung mit einem flächigen Röntgendetektor und ein Verfahren zum Betreiben desselben. Die Erfindung ist auch mit dem vorbenannten Detektor kombinierbar.The subject matter of an independent invention is a device for detecting X-ray radiation with a flat X-ray detector and a method for operating the same. The invention can also be combined with the aforementioned detector.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Röntgendetektoren der beiden oben bereits beschriebenen Bauweisen Matrix-Detektor und Spiegel-Detektor weisen eine Kameramatrix auf, bei der die lichtempfindlichen Elemente (Pixel) in einem zweidimensionalen Gitter mit einem mittleren Pixelmittenabstand (hier mit a bezeichnet) angeordnet sind. Die räumliche bzw. örtliche Auflösung (Bildauflösung) der mit dem Detektor aufgenommenen Bilder ist damit auf diesen Pixelmittenabstand a festgelegt. Bekannt ist es auch, dass die Bilder vor der weiteren Auswertung, beispielsweise einer Rekonstruktion im Rahmen einer Computertomografie, in Bilder halber Auflösung, also verdoppeltem Pixelmittenabstand durch sogenanntes Binnen umgerechnet werden, bei dem die Informationen (Grauwerte) jeweils 2x2 benachbarter Pixel zu einem Pixelwert zusammengefasst (addiert oder gemittelt) werden. Nachteilig dabei ist, dass die örtliche Auflösung auf die Bildauflösung bzw. bei 2x2 Binning auf die Hälfte der Bildauflösung begrenzt ist. Auch die Bildgröße und damit der für die weitere Verarbeitung benötigte Speicherplatz bzw. Datenstrom ist dadurch auf wenige diskrete Werte festgelegt. Eine optimale Anpassung auf beispielsweise eine durch die anhand der oben bereits beschriebenen Erfindung erzielte Größe der Szintillator-Kanäle ist nicht bekannt.The X-ray detectors known from the prior art of the two types already described above, matrix detector and mirror detector, have a camera matrix in which the light-sensitive elements (pixels) are arranged in a two-dimensional grid with an average pixel center distance (designated here with a). . The spatial or local resolution (image resolution) of the images recorded with the detector is thus fixed at this pixel center distance a. It is also known that before further evaluation, for example a reconstruction as part of a computed tomography, the images are converted into images with half the resolution, i.e. doubled pixel center distance, by so-called binning, in which the information (grey values) of 2x2 neighboring pixels are combined into one pixel value (added or averaged). The disadvantage here is that the local resolution is limited to the image resolution or, in the case of 2x2 binning, to half of the image resolution. The image size and thus the storage space or data stream required for further processing is thus fixed at a few discrete values. An optimal adaptation to, for example, a size of the scintillator channels achieved with the aid of the invention already described above is not known.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optimale Anpassung der Bildauflösung eines Detektors an eine Ziel-Bildauflösung zu ermöglichen. Vorteilhaft soll dadurch auch Speicherplatz und Datenstrom anpassbar sein. Es soll eine stufenlos einstellbare Ziel-Bildauflösung ermöglicht werden.It is therefore the object of the present invention to enable an optimal adjustment of the image resolution of a detector to a target image resolution. Advantageously, storage space and data stream should also be adaptable as a result. A steplessly adjustable target image resolution should be made possible.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Kameramatrix eine Auswerteschaltung wie FPGA aufweist, die die Signale der Pixelmatrix mit dem mittleren Pixelmittenabstand a in eine Pixelmatrix mit einem mittleren Pixelmittenabstand b umrechnet, wobei b ein nicht ganzzahliges Vielfaches von a ist oder b kleiner als a ist. Zur Umrechnung kommen dabei bevorzugt Binning-Verfahren und/oder Resampling-Verfahren zum Einsatz. Auch Binning-Stufen von mehr als 4x4 werden so ermöglicht, wodurch besonders geringe Anforderungen an Speicherplatz, Datenstrom und Rechenleistung für nachfolgende Auswertungen ermöglicht werden, beispielsweise für die schnelle Ermittlung geringer aufgelöster Vorabdaten.As a solution, the invention provides that the camera matrix has an evaluation circuit such as an FPGA, which converts the signals from the pixel matrix with the mean pixel center distance a into a pixel matrix with a mean pixel center distance b, where b is a non-integer multiple of a or b is less than a is. Binning methods and/or resampling methods are preferably used for the conversion. Binning levels of more than 4x4 are also made possible in this way, which means that particularly low requirements in terms of storage space, data flow and computing power are made possible for subsequent evaluations, for example for the rapid determination of preliminary data with a low resolution.
Bevorzugt wird die Umrechnung für Matrix-Kameras in Detektoren zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eingesetzt. Der Einsatz in Matrix-Kameras für andere Zwecke wie Bildaufnahme in Bildverarbeitungssensoren ist ebenso vorgesehen, um eine stufenlose Anpassung der Auflösung zu ermöglichen.The conversion for matrix cameras in detectors for recording transmission images is preferably used. The use in matrix cameras for other purposes, such as image acquisition in image processing sensors, is also planned in order to enable stepless adjustment of the resolution.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, die Umrechnung in einer von der eigentlichen Matrix-Kamera über eine Datenleitung wie Bussystem getrennten Auswerteelektronik Recheneinheit wie Controller, Grafikkarte oder Computer durchzuführen.In one embodiment of the invention, provision is also made for the conversion to be carried out in an electronic evaluation unit such as a controller, graphics card or computer, which is separate from the actual matrix camera via a data line such as a bus system.
Die Erfindung sieht zur Lösung eine Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks (Detektor), insbesondere Röntgendetektor (10) vor, aufweisend zumindest eine Szintillatorschicht (12) und eine lichtempfindliche Matrix (Kameramatrix) (17), vorzugsweise mit einer zwischen Szintillatorschicht (12) und Kameramatrix (17) angeordneten Umlenkvorrichtung (20) wie Spiegel zur Umlenkung des von der Szintillatorschicht (12) abgegebenen Lichtes (15) und/oder optischen Abbildungsvorrichtung (21) zur optischen Abbildung des von der Szintillatorschicht (17) abgegeben Lichtes (15), die sich dadurch auszeichnet, dass die Kameramatrix eine Vielzahl lichtempfindliche Elemente (Pixelmatrix) mit einem ersten mittleren Pixelmittenabstand a aufweist, und dass die Kameramatrix eine Auswerteschaltung aufweist, die die Signale der Pixelmatrix in Signale einer Pixelmatrix mit einem zweiten mittleren Pixelmittenabstand b umrechnet, wobei b ein nicht ganzzahliges Vielfaches von a ist oder b kleiner als a ist, vorzugsweise unter Verwendung von Binning-Verfahren und/oder Resampling-Verfahren.The invention provides a device for recording transmission images of a workpiece (detector), in particular an X-ray detector (10), having at least one scintillator layer (12) and a light-sensitive matrix (camera matrix) (17), preferably with a scintillator layer (12) between and camera matrix (17) arranged deflection device (20) such as mirrors for deflecting the light (15) emitted by the scintillator layer (12) and/or optical imaging device (21) for optical imaging of the light (15) emitted by the scintillator layer (17), which is characterized in that the camera matrix has a large number of light-sensitive elements (pixel matrix) with a first average pixel center distance a, and that the camera matrix has an evaluation circuit which converts the signals of the pixel matrix into signals of a pixel matrix with a second average pixel center distance b, where b is a non-integer multiple of a or b is less than a, preferably using binning methods and/or resampling methods.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Kameramatrix einen programmierbaren Speicherbaustein wie FPGA aufweist, der zur Anwendung von Binning-Verfahren und/oder Resampling-Verfahren ausgebildet ist.In particular, the invention is distinguished by the fact that the camera matrix has a programmable memory module such as an FPGA, which is designed to use binning methods and/or resampling methods.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Kameramatrix einen programmierbaren Speicherbaustein wie FPGA aufweist, der zur Anwendung von Binning-Verfahren und/oder Resampling-Verfahren ausgebildet ist.Provision is preferably made for the camera matrix to have a programmable memory chip such as an FPGA, which is designed to use binning methods and/or resampling methods.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Detektor (10) in einem zumindest eine Strahlenquelle wie Röntgenröhre aufweisenden Computertomografen und/oder Laminografen eingesetzt wird, vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechenden Computertomografen und/oder Laminografen, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät mit einem entsprechendem Computertomografen und/oder Laminografen und zumindest einem weiteren Sensor wie taktilen, taktil-optischen oder optischen Sensor.In particular, the invention is characterized in that the detector (10) is incorporated in a computer tomograph and/or laminograph having at least one radiation source such as an X-ray tube is set, preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph, particularly preferably in a coordinate measuring machine with a corresponding computer tomograph and/or laminograph and at least one further sensor such as a tactile, tactile-optical or optical sensor.
Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Aufnahme von Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks (Detektor), insbesondere Röntgendetektor, aufweisend zumindest eine Szintillatorschicht und eine lichtempfindliche Matrix (Kameramatrix) mit einer Vielzahl lichtempfindliche Elemente (Pixelmatrix) vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Signale der Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen (Pixelmatrix) mit dem ersten mittleren Pixelmittenabstand a, in Signale (Bilder) mit einem zweiten mittleren Pixelmittenabstand b umgerechnet werden, wobei b ein nicht ganzzahliges Vielfaches von a ist oder b kleiner als a ist, vorzugsweise unter Verwendung von Binning-Verfahren und/oder Resampling-Verfahren.As a solution, the invention also provides a method for operating a device for recording transmission images of a workpiece (detector), in particular an X-ray detector, having at least one scintillator layer and a light-sensitive matrix (camera matrix) with a large number of light-sensitive elements (pixel matrix), which is characterized by this that the signals of the plurality of light-sensitive elements (pixel matrix) with the first mean pixel pitch a are converted into signals (images) with a second mean pixel pitch b, where b is a non-integer multiple of a or b is smaller than a, preferably using binning methods and/or resampling methods.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Umrechnung in den zweiten mittleren Pixelmittenabstand b durch die Auswerteschaltung wie FPGA der Kameramatrix erfolgt.It should be emphasized in particular that the conversion into the second average pixel center distance b is carried out by the evaluation circuit such as the FPGA of the camera matrix.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Umrechnung auf einer von der Kameramatrix über eine Datenleitung getrennten Recheneinheit wie Controller, Grafikkarte oder Computer erfolgt.Furthermore, the invention is distinguished by the fact that the conversion takes place on a processing unit, such as a controller, graphics card or computer, which is separate from the camera matrix via a data line.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Verfahren zur Verarbeitung von Durchstrahlungsbildern eines Werkstücks bei einer Computertomografie und/oder Laminografie eingesetzt wird, wobei vorzugsweise dimensionelle Messungen an geometrischen Eigenschaften von Merkmalen und/oder Untersuchungen von inneren oder Oberflächennahen Eigenschaften wie Lunkern oder Grat durchgeführt werden.In particular, the invention is characterized in that the method for processing radiographs of a workpiece is used in computed tomography and/or laminography, with dimensional measurements preferably being carried out on geometric properties of features and/or investigations of internal or near-surface properties such as cavities or ridges become.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Messergebnisse der Computertomografie- und/oder Laminografiemessung zusammen ausgewertet werden mit Messergebnissen des oder der weiteren Sensoren des den Computertomografen oder Laminografen aufweisenden Koordinatenmessgerätes, vorzugsweise Messergebnisse in identischem Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.Provision is preferably made for the measurement results of the computer tomography and/or laminography measurement to be evaluated together with measurement results from the or other sensors of the coordinate measuring device having the computer tomograph or laminograph, preferably measurement results being made available in an identical coordinate system.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Graterkennung und Gratmessung bzw. Risserkennung und -messung an Oberflächendaten von Werkstücken. The subject of an independent invention is a method for burr detection and burr measurement or crack detection and measurement on surface data of workpieces.
Bei den bekannten Verfahren zur Graterkennung an Oberflächendaten von Werkstücken werden die mit einem geeigneten Messverfahren aufgenommenen Messdaten einer Kombination aus Erosionsfilter und Delutionsfilter (auch bekannt als „Shrink&Blow“ - Verfahren) unterzogen, um anschließend Oberflächendaten (im weiteren auch als STL-Daten bezeichnet; STL = Surface triangulation language) zu erhalten, die gratfrei sind. Beim Vergleich der gratbehafteten STL-Daten, die ohne diese Filterung (aber ggf. mit einer nicht relevante Grate herausfilternden Filterung) aus den Messdaten erzeugt werden, mit den gratfreien STL-Daten gehen die Grate hervor. Das Verfahren ist auch für Risse anwendbar. Risse unterscheiden sich von Graten dahingehend, dass Grade an der Werkstückoberfläche nach außen verlaufen, Risse hingegen von der Werkstückoberfläche nach innen verlaufen. Wenn im weiteren von Graden gesprochen wird, so sind alternativ auch Risse gemeint. Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf entsprechende Verfahren zur Risserkennung und -messung. Angepasst anwendbar ist das Verfahren auch auf innen liegende Merkmale an Werkstücken wie innen liegende Risse, Einschlüsse oder Lunker. Als Oberflächendaten sind dann die Werkstückübergänge im Inneren des Werkstücks zu den innenliegenden Merkmalen zu betrachten. Um diese erzeugen zu können, müssen das Werkstück durchdringende Messverfahren wie die Computertomografie oder Laminografie oder Ultraschallverfahren zur Anwendung kommen.In the known methods for burr detection on surface data of workpieces, the measurement data recorded with a suitable measurement method are subjected to a combination of erosion filter and delution filter (also known as "Shrink&Blow" method) in order to subsequently generate surface data (hereinafter also referred to as STL data; STL = Surface triangulation language) that are free of burrs. When comparing the burr-prone STL data that is generated from the measurement data without this filtering (but possibly with a filter that filters out irrelevant burrs) with the burr-free STL data, the burrs emerge. The method can also be used for cracks. Cracks differ from burrs in that ridges run outward on the workpiece surface, whereas cracks run inward from the workpiece surface. When we speak of degrees in the following, cracks are also meant as an alternative. The present invention therefore also relates to corresponding methods for detecting and measuring cracks. The process can also be applied to internal features on workpieces such as internal cracks, inclusions or cavities. The workpiece transitions in the interior of the workpiece to the internal features are then to be considered as surface data. In order to be able to generate these, measuring methods that penetrate the workpiece such as computed tomography or laminography or ultrasonic methods must be used.
Zur Erzeugung von Oberflächendaten geeignete Verfahren sind neben der das Werkstück durchstrahlenden Computertomografie oder Laminografie, bei der aus Messdaten, hier Durchstrahlungsbilddaten, Volumendaten (im weiteren auch als Messdaten bezeichnet) rekonstruiert und aus diesen anschließend die Oberflächendaten erzeugt werden, auch Bildverarbeitungsverfahren, welche als Messdaten Konturbilddaten erzeugen, und berührende (taktile) oder berührungslose (z.B. optische) Verfahren, die als Messdaten Abstandsdaten erzeugen.Methods suitable for generating surface data include computed tomography or laminography through which the workpiece is irradiated, in which volume data (hereinafter also referred to as measurement data) are reconstructed from measurement data, here radiographic image data, and the surface data are then generated from these, and image processing methods, which as measurement data are contour image data generate, and contact (tactile) or non-contact (e.g. optical) methods that generate distance data as measurement data.
In der Regel wird zwischen die Funktion beeinflussenden Graten und Graten, die zu keiner Beeinflussung der gewünschten Funktion des Werkstücks führen, unterschieden. Nicht relevante Grate werden vor der eigentlichen Graterkennung aus den Messdaten herausgefiltert, beispielsweise mit kantenerhaltenden Glättungs- oder Rauschfiltern, wie beispielsweise der bereits genannten Kombination aus Erosionsfilter und Delutionsfilter. Diese Filter weisen eine Tiefpasswirkung auf, wodurch nach der Anwendung nur Grate ab einer bestimmten Strukturbreite für die eigentliche Graterkennung der die Funktion beeinflussenden Graten verbleiben. Die für die eigentliche Gratmessung zur Verfügung stehende Auflösung, und damit die Erkennbarkeit von Graten mit kleiner Strukturbreite ist zudem durch die räumliche Auflösung der Messdaten begrenzt.As a rule, a distinction is made between burrs that affect the function and burrs that do not affect the desired function of the workpiece. Irrespective ridges are in front of the actual burr detection is filtered out of the measurement data, for example with edge-preserving smoothing or noise filters, such as the already mentioned combination of erosion filter and delution filter. These filters have a low-pass effect, as a result of which only burrs above a certain structure width remain after use for the actual burr recognition of the burrs influencing the function. The resolution available for the actual ridge measurement, and thus the ability to detect ridges with a small structural width, is also limited by the spatial resolution of the measurement data.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist es, dass durch die Tiefpasswirkung beim Herausfiltern nicht relevanter Grade die Erkennung der relevanten Grade auf mindestens die doppelte Strukturbreite im Vergleich zur räumlichen Auflösung der ursprünglichen Messdaten begrenzt ist. Abhängig von der Stärke der Tiefpasswirkung ergibt sich ein Mehrfaches an Auflösungsverlust.A disadvantage of the known methods is that the detection of the relevant degrees is limited to at least twice the structure width compared to the spatial resolution of the original measurement data due to the low-pass effect when filtering out non-relevant degrees. Depending on the strength of the low-pass effect, there is a multiple loss of resolution.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, kleine Grate, insbesondere Grate mit Strukturbreiten (im weiteren auch „Dicke“ genannt) im Bereich kleiner ca. der doppelten Strukturbreite, die sich aus der Auflösung der ursprünglichen Messdaten ergibt, zu erkennen und zu messen.A further object of the present invention is therefore to detect and measure small burrs, in particular burrs with structure widths (hereinafter also referred to as “thickness”) in the range of less than approximately twice the structure width resulting from the resolution of the original measurement data .
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Messdaten durch Oversampling (Überabtastung) in Messdaten mit höherer Auflösung umgewandelt und für die Graterkennung und -messung an den daraus ermittelten Oberflächendaten verwendet werden. Dadurch kann die Unterscheidung zwischen relevanten und nicht relevanten Graten im Bereich kleinerer Strukturbreiten erfolgen. Das Oversampling selbst wird auf die Messdaten angewendet, aus denen die Oberflächendaten (STL-Daten) und die gratfreien Oberflächendaten (gratfreie STL-Daten) direkt (im Fall von Volumendaten, Konturbilddaten oder Abstandsdaten) oder indirekt (im Fall von Durchstrahlungsbilddaten) erzeugt werden. Beispielhaft vorgesehen ist das Oversampling mit einem Faktor von etwa 2 bis ca. 10. Deutlich stärkeres Überabtasten ist zwar auch vorgesehen, aber zumeist nicht mehr förderlich.As a solution, the invention provides that the measurement data are converted into measurement data with a higher resolution by oversampling (oversampling) and are used for burr detection and measurement on the surface data determined therefrom. As a result, the distinction between relevant and irrelevant burrs can be made in the area of smaller structure widths. The oversampling itself is applied to the measurement data from which the surface data (STL data) and the burr-free surface data (burr-free STL data) are generated directly (in the case of volume data, contour image data or distance data) or indirectly (in the case of radiographic image data). Oversampling with a factor of about 2 to about 10 is provided as an example. Significantly stronger oversampling is also provided, but in most cases it is no longer beneficial.
Der Lösung liegt die Grundannahme zugrunde, dass eine Störung wie ein Grat auch dann erkennbar ist, wenn dieser in seiner Ausdehnung in allen Richtungen kleiner ist als ein Voxel, da sich die Störung im rekonstruierten Schwächungskoeffizienten bzw. Voxelwert im Volumen als Intensitätsänderung bemerkbar macht. Folglich sind Grate auch dann erkennbar, wenn die Ausdehnung des Grates kleiner ist als die Voxelgröße und/oder Strukturauflösung. Beispielsweise führt ein Grat der Größe 0,01 mm × 0,01 mm × 0,05 mm bei einer Halbwertsbreite der Abbildungsfunktion von 0,1 mm trotzdem zu einer Änderung des gemessenen Schwächungskoeffizienten im Volumen.The solution is based on the basic assumption that a perturbation such as a ridge can also be recognized if its extent is smaller than a voxel in all directions, since the perturbation becomes noticeable in the reconstructed attenuation coefficient or voxel value in the volume as a change in intensity. Consequently, ridges are also recognizable when the extent of the ridge is smaller than the voxel size and/or structure resolution. For example, a burr of size 0.01 mm×0.01 mm×0.05 mm with a full width at half maximum of the imaging function of 0.1 mm nevertheless leads to a change in the measured attenuation coefficient in the volume.
Als eigenständige Lösung sieht die Erfindung daher auch ein Verfahren vor, bei dem die Messdaten auf lokale Intensitätsunterschiede, insbesondere Intensitätsschwankungen zwischen benachbarten Voxeln, durchsucht werden, die sich aus Graten ergeben, die kleiner als die Voxel oder zumindest kleiner als 2 Voxel sind. Das Verfahren lässt sich auch auf Pixldaten als Messdaten anwenden. Das Verfahren ist dann besonders geeignet, wenn zu erkennende Grate innerhalb eines Voxels bzw. Pixels nicht nochmals unterteilt sind, also beispielsweise zwei oder mehr Grate innerhalb des Voxels bzw. Pixels vorliegen. Diese können dann unter Umständen nicht mehr getrennt voneinander erkannt werden.As an independent solution, the invention therefore also provides a method in which the measurement data is searched for local intensity differences, in particular intensity fluctuations between neighboring voxels, which result from ridges that are smaller than the voxels or at least smaller than 2 voxels. The method can also be applied to pixel data as measurement data. The method is particularly suitable when ridges to be recognized are not subdivided again within a voxel or pixel, ie, for example, there are two or more ridges within the voxel or pixel. Under certain circumstances, these can then no longer be recognized separately from one another.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Graterkennung und/oder Gratmessung an Oberflächendaten von Werkstücken (STL-Daten) vor, wobei die STL-Daten erzeugt werden aus Messdaten wie Volumendaten, welche aus Durchstrahlungsbilddaten eines durchstrahlenden Messverfahrens wie Computertomografie oder Laminografie rekonstruiert wurden, und/oder wie Konturbilddaten, welche aus Bilddaten eines Bildverarbeitungssensors erzeugt wurden, und/oder wie Abstandsdaten eines berührenden Sensors oder nicht berührenden Sensors, wobei aus den Messdaten gratfreie Messdaten berechnet werden, vorzugsweise durch Filterung wie Erosionsfilterung mit anschließender Delutionsfilterung, und aus den gratfreien Messdaten gratfrei Oberflächendaten (gratfreie STL-Daten) berechnet werden, wobei die Abweichung zwischen den STL-Daten und den gratfreien STL-Daten berechnet werden, um Grate beschreibende Oberflächendaten (Grat-STL-Daten) zu bestimmen, und wobei Grat-STL-Daten ausgewertet werden, insbesondere dimensionelle Messung durchgeführt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass die Messdaten auf lokale Intensitätsunterschiede durchsucht werden, die aus Graten resultieren, deren Strukturbreite geringer ist, als etwa die doppelte Strukturbreite (Strukturauflösung), die sich aus der Auflösung der ursprünglichen Messdaten ergibt, insbesondere die aus Graten resultieren, deren Größe geringer als zwei Voxel, bevorzugt geringer als ein Voxel der Volumendaten oder deren Größe geringer als zwei Pixel, bevorzugt geringer als ein Pixel der Konturbilddaten oder Abstandsdaten sind, besonders bevorzugt indem die Messdaten zuvor einer Erhöhung der räumliche Auflösung unterzogen werden, vorzugsweise durch Oversampling.As a solution, the invention provides a method for burr detection and/or burr measurement on surface data of workpieces (STL data), the STL data being generated from measurement data such as volume data which have been reconstructed from radiographic image data from a radiographic measurement method such as computed tomography or laminography, and /or such as contour image data generated from image data from an image processing sensor, and/or such as distance data from a touching sensor or non-touching sensor, with burr-free measurement data being calculated from the measurement data, preferably by filtering such as erosion filtering with subsequent delution filtering, and burr-free from the burr-free measurement data Surface data (burr-free STL data) is calculated, the deviation between the STL data and the burr-free STL data is calculated to determine burr-descriptive surface data (ridge STL data), and ridge STL data is evaluated , in particular dimensional measurement is carried out, which is characterized in that the measurement data are searched for local intensity differences that result from ridges whose structure width is less than about twice the structure width (structure resolution) that results from the resolution of the original measurement data, in particular resulting from ridges whose size is less than two voxels, preferably less than one voxel of the volume data or whose size is less than two pixels, preferably less than one pixel of the contour image data or distance data, particularly preferably by the measurement data before an increase in spatial resolution be subjected, preferably by oversampling.
Die Erfindung sieht zur Lösung auch ein Verfahren zur Graterkennung und/oder Gratmessung an Oberflächendaten von Werkstücken (STL-Daten) vor, wobei die STL-Daten erzeugt werden aus Messdaten wie Volumendaten, welche aus Durchstrahlungsbilddaten eines durchstrahlenden Messverfahrens wie Computertomografie oder Laminografie rekonstruiert wurden, und/oder wie Konturbilddaten, welche aus Bilddaten eines Bildverarbeitungssensors erzeugt wurden, und/oder wie Abstandsdaten eines berührenden Sensors oder nicht berührenden Sensors, wobei aus den Messdaten gratfreie Messdaten berechnet werden, vorzugsweise durch Filterung wie Erosionsfilterung mit anschließender Delutionsfilterung, und aus den gratfreien Messdaten gratfrei Oberflächendaten (gratfreie STL-Daten) berechnet werden, wobei die Abweichung zwischen den STL-Daten und den gratfreien STL-Daten berechnet werden, um Grate beschreibende Oberflächendaten (Grat-STL-Daten) zu bestimmen, und wobei Grat-STL-Daten ausgewertet werden, insbesondere dimensionelle Messung durchgeführt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass Messdaten verwendet werden, die im Vergleich zu den ursprünglichen Messdaten zumindest lokal erhöhte räumliche Auflösung aufweisen, indem die Messdaten, insbesondere Durchstrahlungsbilddaten und/oder daraus rekonstruierte Volumendaten und/oder Bilddaten und/oder Abstandsdaten, einem Oversampling unterzogen werden, also Messdaten für ein räumlich höher aufgelöstes Raster berechnet werden.As a solution, the invention also provides a method for burr detection and/or burr measurement on surface data of workpieces (STL data), the STL data being generated from measurement data such as volume data which have been reconstructed from radiographic image data from a radiographic measurement method such as computed tomography or laminography, and/or such as contour image data generated from image data from an image processing sensor, and/or such as distance data from a touching sensor or non-touching sensor, with burr-free measurement data being calculated from the measurement data, preferably by filtering such as erosion filtering with subsequent delution filtering, and from the burr-free measurement data burr-free surface data (burr-free STL data) are calculated, wherein the deviation between the STL data and the burr-free STL data is calculated to determine burrs describing surface data (burr STL data), and wherein ridge STL data is evaluated are carried out, in particular dimensional measurement, which is characterized in that measurement data are used which have at least locally increased spatial resolution compared to the original measurement data, in that the measurement data, in particular radiographic image data and/or volume data reconstructed therefrom and/or image data and/or or distance data, are subjected to oversampling, i.e. measurement data are calculated for a grid with a higher spatial resolution.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Oversampling durch Anwendung von Interpolationsverfahren und/oder Resamplingverfahren auf das höher aufgelöste Raster erfolgt, insbesondere indem für die Berechnung der Messdaten des höher aufgelösten Rasters die im ursprünglichen Raster jeweils räumlich benachbarten Messdaten herangezogen werden.In particular, the invention is characterized in that oversampling takes place by applying interpolation methods and/or resampling methods to the higher-resolution grid, in particular by using the spatially adjacent measurement data in the original grid to calculate the measurement data of the higher-resolution grid.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Durchstrahlungsbilddaten dem Oversampling unterzogen werden und aus den resultierenden Durchstrahlungsbilddaten die Volumendaten rekonstruiert werden, die für die Berechnung der STL-Daten und/oder gratfreien STL-Daten verwendet werden.Provision is preferably made for radiographic image data to be subjected to oversampling and for the volume data used for calculating the STL data and/or burr-free STL data to be reconstructed from the resulting radiographic image data.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Rekonstruktion der Durchstrahlungsbilddaten in Volumendaten mit höher aufgelöstem Voxelraster erfolgt, aus denen die Berechnung der STL-Daten und/oder gratfreien STL-Daten erfolgt.It should also be emphasized that the reconstruction of the radiographic image data takes place in volume data with a higher-resolution voxel grid, from which the STL data and/or burr-free STL data are calculated.
Hierzu werden bevorzugt für die Rekonstruktion jedes Voxels des höher aufgelösten Voxelrasters die jeweils benötigten Durchstrahlungsbilddaten aus den ursprünglichen Durchstrahlungsbilddaten mittels Interpolation bzw. Resampling erzeugt. Im Ergebnis ist dieses Verfahren dem gleich, bei dem die Durchstrahlungsbilddaten dem Oversampling unterzogen werden. Vorteilhaft ist hier aber, dass das Resampling bzw. die Interpolation als Teil der Rekonstruktion ausgeführt wird, wodurch Vorteile in Bezug auf Speicherplatz und/oder Rechengeschwindigkeit realisierbar sind, da die höher aufgelösten Durchstrahlungsbilddaten nicht dauerhaft vollständig erzeugt und abgelegt werden müssen.For this purpose, the respectively required transmission image data are preferably generated from the original transmission image data by means of interpolation or resampling for the reconstruction of each voxel of the higher-resolution voxel grid. As a result, this method is the same as that in which the transmission image data is oversampled. However, it is advantageous here that the resampling or the interpolation is carried out as part of the reconstruction, which means that advantages in terms of storage space and/or computing speed can be realized, since the higher-resolution radiographic image data does not have to be permanently generated and stored in full.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Messdaten vor der Erzeugung der STL-Daten einer Filterung unterzogen werden, insbesondere kantenerhaltender Filterung, vorzugsweise Glättungsfilter und/oder Rauschfilter, besonders bevorzugt, um Grate unterhalb einer vorgegebenen Dicken-Schwelle herauszufiltern und/oder um für Grate oberhalb einer vorgegebenen Dicken-Schwelle Grate besser (klarer) sichtbar zu machen.The invention is also characterized in that the measurement data is subjected to filtering before the STL data is generated, in particular edge-preserving filtering, preferably smoothing filters and/or noise filters, particularly preferably in order to filter out burrs below a predetermined thickness threshold and/or around to make ridges better (more clearly) visible for ridges above a given thickness threshold.
Unter besser (klarer) ist hier zu verstehen, dass die Berandung der Grate glatter, z.B. von Verschmutzungen bereinigt, dargestellt wird, wodurch beispielsweise die dimensionelle Bestimmung der Dicke und Länge des Grates bzw. die Bestimmung des vom Grat eingenommenen Volumens oder Flächeninhalts in einem Schnitt genauer erfolgen kann.Better (clearer) here means that the edges of the ridges are smoother, e.g. cleaned of dirt, which makes it possible, for example, to determine the dimensional determination of the thickness and length of the ridge or the determination of the volume or surface area occupied by the ridge in one section can be done more precisely.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass vor dem Oversampling lokale Bereiche des Werkstücks ausgewählt werden, vorzugsweise durch den Bediener, für die das Oversampling erfolgt.According to a proposal that should be emphasized in particular, it is provided that before the oversampling, local areas of the workpiece are selected, preferably by the operator, for which the oversampling takes place.
Vorteilhaft wird dadurch Rechenzeit und Speicherplatz eingespart, nicht nur durch die verringerte Datenmenge der durch Oversampling größeren Menge an handzuhabenden Messdaten, sondern auch durch einen geringeren Rechenaufwand bei den Folgeoperationen wie Filterung und Datenvergleich der STL-Daten mit den gratfreien STL-Daten.This advantageously saves computing time and storage space, not only due to the reduced amount of data due to the larger amount of measurement data to be handled due to oversampling, but also due to less computing effort in the subsequent operations such as filtering and data comparison of the STL data with the burr-free STL data.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Grate gemessen werden, deren Strukturbreite geringer ist, als etwa die doppelte Strukturbreite (Strukturauflösung), die sich aus der Auflösung der ursprünglichen Messdaten ergibt.It is preferably provided that ridges are measured whose structure width is less than approximately twice the structure width (structure resolution) that results from the resolution of the original measurement data.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Messergebnisse der Gratmessung zusammen ausgewertet werden mit Messergebnissen des oder der weiteren Sensoren des den zur Gratmessung eingesetzten Sensor aufweisenden Koordinatenmessgerätes, vorzugsweise Messergebnisse in identischem Koordinatensystem zur Verfügung gestellt werden.It should be particularly emphasized that the measurement results of the burr measurement are evaluated together with measurement results of the or the other sensors of the coordinate measuring device having the sensor used for burr measurement, preferably measurement results are made available in an identical coordinate system.
Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung von Ausgangsdaten aus Eingangsdaten, für die ein Zusammenhang durch ein Modell gegeben ist.The subject of an independent invention is a method for determining output data from input data for which a relationship is given by a model.
Bei den bekannten modellbasierten Verfahren zur Bestimmung von Ausgangsdaten aus Eingangsdaten wird ein bekanntes Modell angewendet, dass den Zusammenhang zwischen den Daten beschreibt. Modelle können analytische Modelle, numerische Modelle, empirisch ermittelte Modelle der Simulationsmodelle sein. Beispielhaft sind zwei Modelle bekannt, die nachfolgend beschrieben werden.In the case of the known model-based methods for determining output data from input data, a known model is used that describes the relationship between the data. Models can be analytical models, numerical models, empirically determined models, or simulation models. Two models are known as examples, which are described below.
Bei der Messung mit einem Koordinatenmessgerät (KMG) auftretende Messabweichungen und/oder Messunsicherheiten (hier als Ausgangsdaten zu verstehen) von geometrischen Eigenschaften an Merkmalen eines Werkstücks können durch das sogenannte Verfahren des virtuellen Koordinatenmessgerätes bestimmt werden. Die Bestimmung findet unter Verwendung eines analytischen oder numerischen Modells, teilweise auch von Simulationsmodellen statt. Als Eingangsdaten werden Werkstückdaten, Messdaten und/oder Solldaten, Messaufgabendaten und ggf. auch Parameterdaten verwendet.
Bei der Messung mit einem Computertomografen (CT) entstehende Bilddaten (gemessene oder simulierte Durchstrahlungsbilder oder Intensitätsbilder) und/oder daraus berechnete Volumendaten oder Messdaten von Messpunkten an Merkmalen von Werkstücken (hier als Ausgangsdaten zu verstehen) können durch ein Simulationsmodell (beispielsweise eine Monte-Carlo-Simulation) aus den Eingangsdaten wie Einstellparametern des Computertomografen, Werkstückdaten (Gestalt, beispielsweise in Form von CAD-Solldaten, Material), aber auch mit dem CT gemessene oder mittels Simulationssoftware erzeugte Bilddaten und/oder daraus berechnete Volumendaten, bestimmt werden. Das Verfahren dient beispielsweise der Abschätzung von Messabweichungen bzw. Messunsicherheiten für die Ausgangsdaten bei vorgegebenen Abweichungen der Eingangsdaten. Ein ähnliches Verfahren für CTs basiert auf einem analytischen Verfahren, bei dem die Einstellparameter des CTs optimiert werden, indem die Messung mit dem CT rechnerisch simuliert wird und die auftretenden Abweichungen beurteilt werden.When measuring with a coordinate measuring machine (CMM), measurement deviations and/or measurement uncertainties (to be understood here as initial data) of geometric properties on features of a workpiece can be determined using the so-called virtual coordinate measuring machine method. The determination takes place using an analytical or numerical model, sometimes also simulation models. Workpiece data, measurement data and/or target data, measurement task data and possibly also parameter data are used as input data.
Image data (measured or simulated radiographic images or intensity images) generated during the measurement with a computer tomograph (CT) and/or volume data calculated therefrom or measurement data of measurement points on features of workpieces (to be understood here as initial data) can be replaced by a simulation model (e.g. a Monte Carlo -Simulation) from the input data such as setting parameters of the computer tomograph, workpiece data (shape, for example in the form of CAD target data, material), but also image data measured with the CT or generated using simulation software and/or volume data calculated therefrom. The method is used, for example, to estimate measurement deviations or measurement uncertainties for the output data given specified deviations in the input data. A similar method for CTs is based on an analytical method in which the setting parameters of the CT are optimized by the measurement being simulated with the CT and the deviations that occur are assessed.
Bei der Anwendung der bekannten Modelle besteht der Nachteil, dass zumeist ein sehr großer Rechenaufwand und damit entsprechend geeignete Rechentechnik und/oder Zeit benötigt werden.When using the known models, there is the disadvantage that, in most cases, a very large amount of computing effort is required and therefore correspondingly suitable computing technology and/or time is required.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannten Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine beschleunigte Abarbeitung erfolgt, also mit weniger Rechenzeit und/oder mit weniger Rechenaufwand ausgekommen werden kann.A further object of the present invention is therefore to further develop the known methods in such a way that processing is accelerated, ie less computing time and/or less computing effort can be used.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass eine künstliche Intelligenz (KI) zu Hilfe genommen wird, um die ansonsten auf Basis des Modells zu realisierenden Berechnungen zumindest teilweise auszuführen. Dazu wird die KI mit Trainingsdaten für Anwendungsfälle trainiert, bei denen die entsprechenden Berechnungen mit dem Modell erfolgen. Die Anwendung der KI kann dann auf ähnliche Anwendungsfälle erfolgen.As a solution, the invention provides that an artificial intelligence (AI) is used to carry out at least some of the calculations that are otherwise to be carried out on the basis of the model. To do this, the AI is trained with training data for use cases in which the corresponding calculations are made with the model. The AI can then be applied to similar use cases.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Ermittlung von Ausgangsdaten aus Eingangsdaten vor, wobei für den Zusammenhang zwischen den Eingangsdaten und den Ausgangsdaten ein Modell wie analytisches Modell und/oder numerisches Modell und/oder empirisch ermitteltes Modell und/oder Simulationsmodell zur Verfügung steht, das sich dadurch auszeichnet, dass die Ermittlung von Ausgangsdaten unter Zuhilfenahme einer künstlichen Intelligenz (KI) erfolgt, wobei die KI trainiert wird, indem Trainingsdaten unter Anwendung des Modells für eine oder mehrere Datensätze erzeugt werden, vorzugsweise wobei Ausgangsdaten unter Zuhilfenahme der KI aus Eingangsdaten erzeugt werden, die nicht beim Training der KI verwendet wurden.As a solution, the invention provides a method for determining output data from input data, with a model such as an analytical model and/or numerical model and/or empirically determined model and/or simulation model being available for the relationship between the input data and the output data is characterized in that the initial data is determined with the aid of artificial intelligence (AI), the AI being trained by generating training data using the model for one or more data sets, preferably with initial data being generated from input data with the aid of the AI , which were not used in training the AI.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass dass die Eingangsdaten zumindest
- - Werkstückdaten zur Beschreibung der Gestalt und/oder des Materials zumindest eines zu untersuchende geometrische Merkmale aufweisenden Teils eines Werkstücks, insbesondere Solldaten wie CAD-Daten, und/oder
- - Messdaten und/oder Solldaten, insbesondere für Messpunkte an der Werkstückoberfläche, an Merkmalen eines Werkstücks,
- - und Messaufgabendaten, beschreibend die Messung der Messpunkte und die Verknüpfung der Messpunkte zu geometrischen Eigenschaften der Merkmale,
- - und vorzugsweise Parameterdaten, zumindest ausgewählte Eigenschaften eines Koordinatenmessgerätes beschreibend, sind, und
- - Messdaten und/oder Messabweichungen und/oder Messunsicherheiten von geometrischen Eigenschaften des jeweiligen Merkmals des Werkstücks sind, und
- - Workpiece data for describing the shape and/or the material of at least one part of a workpiece having geometric features to be examined, in particular reference data such as CAD data, and/or
- - measurement data and/or target data, in particular for measurement points on the workpiece surface, on features of a workpiece,
- - and measurement task data, describing the measurement of the measurement points and the linking of the measurement points to geometric properties of the features,
- - and preferably parameter data, at least describing selected properties of a coordinate measuring machine, and
- - are measurement data and/or measurement deviations and/or measurement uncertainties of geometric properties of the respective feature of the workpiece, and
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Eigenschaften eines Koordinatenmessgerätes (KMG) sind:
- - Abweichungen der Messachsen des KMG und/oder
- - Geometriekorrekturen des KMG und/oder
- - eingesetzter Sensor bzw. Sensoren und/oder
- - räumliche Messauflösung des Sensors und/oder
- - Messabweichungen des Sensor.
- - Deviations in the measuring axes of the CMM and/or
- - Geometry corrections of the CMM and/or
- - used sensor or sensors and/or
- - spatial measurement resolution of the sensor and/or
- - Measurement deviations of the sensor.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Eingangsdaten zumindest
- - einige der Einstellparameter eines für die Werkstückmessung ausgebildeten Computertomografen oder Laminografen, und/oder
- - Werkstückdaten zur Beschreibung der Gestalt und/oder des Materials und/oder der Materialverteilung zumindest eines zu untersuchende geometrische Merkmale aufweisenden Teils eines zu durchstrahlenden Werkstücks, insbesondere Solldaten wie CAD-Daten, und/oder
- - mit dem Computertomografen oder Laminografen erzeugte und/oder mittels einer Simulationssoftware simulierte Durchstrahlungsbilder und/oder Intensitätsbilder und/oder daraus berechneter Volumendaten und/oder daraus berechneter Messdaten und/oder Solldaten von Messpunkten an Merkmalen eines Werkstücks sind, und
- - mit dem Computertomografen gemessene und/oder mittels einer Simulationssoftware simulierte Durchstrahlungsbilder und/oder Intensitätsbilder und/oder daraus berechnete Volumendaten und/oder daraus berechnete Messdaten von Messpunkten an Merkmalen eines Werkstücks sind.
- - some of the setting parameters of a computer tomograph or laminograph designed for workpiece measurement, and/or
- - Workpiece data for describing the shape and/or the material and/or the material distribution of at least one part of a workpiece to be irradiated that has geometric features to be examined, in particular target data such as CAD data, and/or
- - X-ray images and/or intensity images generated with computer tomographs or laminographs and/or simulated using simulation software and/or volume data calculated therefrom and/or measurement data calculated therefrom and/or target data of measurement points on features of a workpiece, and
- - are radiographic images and/or intensity images measured with computer tomography and/or simulated using simulation software and/or volume data calculated therefrom and/or measurement data calculated therefrom of measurement points on features of a workpiece.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Einstellparameter sind:
- - Einstellwerte der Strahlenquelle wie Röntgenquelle, vorzugsweise Röntgenspannung und/oder -strom und/oder -leistung und/oder Brennfleckgröße, und/oder
- - Belichtungszeit je Durchstrahlungsbild und/oder Anzahl der Bildmittelungen je Drehstellung und/oder Anzahl der Drehstellungen und/oder
- - vom Detektor erfasster Kegelwinkel der Messstrahlung und/oder
- - Abstand zwischen Detektor und Strahlenquelle und/oder Abstand zwischen Drehachse und/oder Werkstück zu Detektor und/oder Strahlenquelle und/oder
- - Betriebsmodus für die Einstellung der Drehstellung wie schrittweise oder kontinuierlich, und/oder
- - angewendete Strahlfilter und/oder angewendete Korrekturverfahren wie Strahlaufhärtungskorrektur und/oder Korrektur anderer Artefakte bei der Werkstückdurchstrahlung.
- - Setting values of the radiation source such as X-ray source, preferably X-ray voltage and/or current and/or power and/or focal spot size, and/or
- - Exposure time per radiograph and/or number of image averagings per rotary position and/or number of rotary positions and/or
- - cone angle of the measuring radiation recorded by the detector and/or
- - Distance between detector and radiation source and/or distance between axis of rotation and/or workpiece to detector and/or radiation source and/or
- - Mode of operation for setting the rotary position such as stepwise or continuous, and/or
- - Applied beam filters and/or applied correction methods such as beam hardening correction and/or correction of other artefacts when the workpiece is irradiated.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Simulationssoftware die Simulation von Artefakten, wie beispielsweise Strahlaufhärtung und/oder Streustrahlung und/oder Kegelstrahlartefakten und/oder Ringartefakten, realisiert.According to a proposal that should be particularly emphasized, it is provided that the simulation software implements the simulation of artifacts, such as beam hardening and/or scattered radiation and/or cone beam artifacts and/or ring artifacts.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Eingangsdaten zumindest einige der Einstellparameter und einige der Werkstückparameter sind, und dass die Ausgangsdaten zumindest unter Verwendung einer Simulationssoftware zur Simulation von Artefakten bei der Werkstückdurchstrahlung erzeugte Durchstrahlungsbilddaten und/oder daraus erzeugter Volumendaten und/oder daraus berechneter Messdaten von Messpunkten an Merkmalen eines Werkstücks sind.It should be particularly emphasized that the input data are at least some of the setting parameters and some of the workpiece parameters, and that the output data are at least X-ray image data generated using simulation software for simulating artefacts when X-raying the workpiece and/or volume data generated therefrom and/or measurement data calculated therefrom of measuring points Features of a workpiece are.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Trainingsdaten für Datensätze erzeugt werden, für die die Merkmale, insbesondere in ihrer räumlichen Ausprägung, und/oder Werkstücke, insbesondere in Material und/oder Durchstrahlungslängenverteilung, denen ähneln, für die die KI Anwendung findet. Furthermore, the invention is characterized in that the training data is generated for data sets for which the features, in particular in their spatial expression, and/or workpieces, in particular in material and/or transmission length distribution, are similar to those for which the AI is used .
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät, Computertomografen, Laminografen und/oder einem als Computertomograf und/oder Laminograf ausgebildetem Koordinatenmessgerät Anwendung findet, in dem vorzugsweise weitere Sensoren wie taktile, optische und/oder taktil-optische Sensoren integriert sind, die Messdaten in einem gemeinsamen Koordinatensystem zur Verfügung stellen.It should also be emphasized that the method is used in a coordinate measuring machine, computer tomograph, laminograph and/or a coordinate measuring machine designed as a computer tomograph and/or laminograph, in which further sensors such as tactile, optical and/or tactile-optical sensors are preferably integrated Make measurement data available in a common coordinate system.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figur.Further details, advantages and features of the invention result not only from the claims, the features to be taken from them - individually and/or in combination - but also from the following description of the figure.
Es zeigt:
-
1 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens bei einer Laminografie, -
2 einen erfindungsgemäßen Detektor nach der Bauweise Matrix-Detektor, -
3 einen erfindungsgemäßen Detektor nach der Bauweise Spiegel-Detektor, -
4a einen erfindungsgemäßen Detektor nach der Bauweise Matrix-Detektor, -
4b einen weiteren erfindungsgemäßen Detektor nach der Bauweise Matrix-Detektor, -
5 Verfahrensschritte zur Graterkennung nach dem Stand der Technik und -
6 Verfahrensschritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Graterkennung.
-
1 a schematic representation of the sequence of an image recording method according to the invention in a laminography, -
2 a detector according to the invention based on the matrix detector design, -
3 a detector according to the invention based on the mirror detector design, -
4a a detector according to the invention based on the matrix detector design, -
4b another detector according to the invention based on the matrix detector design, -
5 Process steps for burr detection according to the prior art and -
6 Method steps according to a method according to the invention for burr detection.
Im oberen Bildabschnitt ist die Aufnahme-Trajektorie bei der Aufnahme der ersten Bildserie dargestellt. Die Detektorebene ist die X-Y-Ebene, verläuft also senkrecht zur Zeichenebene. The upper section of the image shows the recording trajectory when recording the first series of images. The detector plane is the X-Y plane, i.e. perpendicular to the plane of the drawing.
Der flächige Detektor 4 ist daher als Linie dargestellt. Innerhalb der ersten Bildserie wird das Werkstück 1 in mehreren in Richtungen der Pfeile 2 (Quelle 3 und Detektor 4 separat zugeordnet), der in einer Ebene parallel zur Detektorebene verläuft, translatorisch versetzten Relativpositionen (beispielhaft drei mit den Zeichen a, b und c gekennzeichnete Relativstellungen) zwischen Quelle 3 (bzw. 3-a - durchgezogene Linien, 3-b - gestrichelte Linien, 3-c - gepunktete Linien) und Detektor 4 (bzw. 4-a - durchgezogene Linien, 4-b - gestrichelte Linien, 4-c - gepunktete Linien) durchstrahlt. Das Werkstück 1 nimmt dabei relativ zu Quelle 3 und Detektor 4 eine erste Startposition 1-1 ein. Die von der Quelle 3 in den mehreren Relativpositionen ausgehenden gestrichelten Linien verdeutlichen den Winkel, unter dem der obere bzw. untere Rand des Werkstücks 1 in den drei beispielhaften Relativstellungen a, b und c durchstrahlt wird.The flat detector 4 is therefore shown as a line. Within the first series of images, the
Der untere Bildabschnitt zeigt die Aufnahme-Trajektorie für eine weitere, beispielhaft zweite Bildserie. Im Vergleich zur ersten Bildserie weisen das Werkstück 1 und die Quelle 3 in Richtung des Pfeiles 5 (der hier in einer Ebene parallel zur Detektorebene und in der Bildebene der Darstellung der Figur verläuft) versetzte Positionen zueinander auf, gekennzeichnet durch die für das Werkstück versetzte Startposition 1-2. Die Erfassung des obere bzw. untere Rand des Werkstücks 1 erfolgt nun in veränderten Richtungen (Winkeln), wieder verdeutlicht durch die von der Quelle 3 in den mehreren Relativpositionen ausgehenden gestrichelten Linien. Gleiches, also veränderte Durchstrahlungsrichtungen, ergäben sich für weitere Bildserien, wenn, hier nicht dargestellt, die Startposition 1-2 des Werkstücks 1 in einer Richtung versetzt wird, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft (und damit ebenfalls in einer Ebene parallel zur Detektorebene).The lower section of the image shows the recording trajectory for a further, exemplary second series of images. Compared to the first series of images, the
Anhand der
Anhand der
Anhand der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 7400704 [0004]US7400704 [0004]
- DE 102020102849 [0004]DE 102020102849 [0004]
- WO 2005119174 [0022]WO 2005119174 [0022]
- WO 2010094774 [0022]WO 2010094774 [0022]
- DE 102008064633 [0116]DE 102008064633 [0116]
- DE 102013108367 [0116]DE 102013108367 [0116]
- DE 102015110493 [0116]DE 102015110493 [0116]
- DE 102016120443 [0116]DE 102016120443 [0116]
- DE 102017100594 [0116]DE 102017100594 [0116]
Claims (15)
Applications Claiming Priority (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022103326 | 2022-02-14 | ||
| DE102022103326.0 | 2022-02-14 | ||
| DE102022107412.9 | 2022-03-29 | ||
| DE102022107412 | 2022-03-29 | ||
| DE102022108572 | 2022-04-08 | ||
| DE102022108572.4 | 2022-04-08 | ||
| DE102022112704.4 | 2022-05-20 | ||
| DE102022112704 | 2022-05-20 | ||
| DE102022118167.7 | 2022-07-20 | ||
| DE102022118167 | 2022-07-20 | ||
| DE102022129561.3 | 2022-11-09 | ||
| DE102022129561 | 2022-11-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023103165A1 true DE102023103165A1 (en) | 2023-08-17 |
Family
ID=87430690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023103165.1A Pending DE102023103165A1 (en) | 2022-02-14 | 2023-02-09 | Process and device for computed tomography or laminography |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023103165A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005119174A1 (en) | 2004-05-26 | 2005-12-15 | Werth Messtechnik Gmbh | Coordinate measuring apparatus and method for measuring an object |
| US7400704B1 (en) | 2004-01-14 | 2008-07-15 | Xradia, Inc. | High resolution direct-projection type x-ray microtomography system using synchrotron or laboratory-based x-ray source |
| DE102008064633A1 (en) | 2008-02-06 | 2009-10-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Apparatus and method for capturing an image |
| WO2010094774A2 (en) | 2009-02-20 | 2010-08-26 | Werth Messtechnik Gmbh | Method for measuring an object |
| DE102013108367A1 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Werth Messtechnik Gmbh | Apparatus and method for recording radiographic images in a computer tomography |
| DE102017100594A1 (en) | 2016-01-14 | 2017-07-20 | Werth Messtechnik Gmbh | CT parameters-Machine |
| DE102020102849A1 (en) | 2019-02-05 | 2020-08-06 | Werth Messtechnik Gmbh | Device and method for computer tomography |
-
2023
- 2023-02-09 DE DE102023103165.1A patent/DE102023103165A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7400704B1 (en) | 2004-01-14 | 2008-07-15 | Xradia, Inc. | High resolution direct-projection type x-ray microtomography system using synchrotron or laboratory-based x-ray source |
| WO2005119174A1 (en) | 2004-05-26 | 2005-12-15 | Werth Messtechnik Gmbh | Coordinate measuring apparatus and method for measuring an object |
| DE102008064633A1 (en) | 2008-02-06 | 2009-10-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Apparatus and method for capturing an image |
| WO2010094774A2 (en) | 2009-02-20 | 2010-08-26 | Werth Messtechnik Gmbh | Method for measuring an object |
| DE102013108367A1 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Werth Messtechnik Gmbh | Apparatus and method for recording radiographic images in a computer tomography |
| DE102017100594A1 (en) | 2016-01-14 | 2017-07-20 | Werth Messtechnik Gmbh | CT parameters-Machine |
| DE102020102849A1 (en) | 2019-02-05 | 2020-08-06 | Werth Messtechnik Gmbh | Device and method for computer tomography |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2399237B1 (en) | Method for measuring an object | |
| DE602005003738T2 (en) | Method and system for CT image reconstruction with correction of the raw data | |
| EP1380263B1 (en) | Process and device for measuring the actual position of the structure of an object to be examined | |
| EP1760457B1 (en) | Method and a system for calibrating a measuring apparatus | |
| DE102017100594A1 (en) | CT parameters-Machine | |
| EP2192380A2 (en) | Method of measuring an object using a coordinate measuring machine and coordinate measuring machine | |
| DE3422143A1 (en) | WAFER INSPECTION DEVICE | |
| DE19748891A1 (en) | Modifying slice thickness of imaging system during spiral scanning of object | |
| DE102015101378A1 (en) | Apparatus and method for measuring characteristics of workpieces with computed tomography | |
| WO2008119555A1 (en) | Method and measuring arrangement for producing three-dimensional images of measuring objects by means of invasive radiation | |
| DE102018105709A1 (en) | Method for computer tomographic measurements of workpieces | |
| EP2976627B1 (en) | Method for generating image data relating to an object | |
| DE102016101005A1 (en) | Device and method for computer tomographic measurement of a workpiece | |
| DE102013108367A1 (en) | Apparatus and method for recording radiographic images in a computer tomography | |
| DE10337935A1 (en) | Device for recording structural data of an object | |
| DE102006022103B4 (en) | Method for measuring a solid | |
| DE102007043820B4 (en) | Method for determining a correction value of a brake spot position of an X-ray source of a measuring arrangement and a measuring arrangement for generating radiographic images | |
| DE102013214674A1 (en) | Determination of focus properties | |
| DE102023103165A1 (en) | Process and device for computed tomography or laminography | |
| EP3577626B1 (en) | Method for dimensional x-ray measurement, in particular by computed tomography, and x-ray computed tomography scanner | |
| DE102021204628B3 (en) | Method for operating a computer tomograph when measuring a region of interest of an object and computer tomograph | |
| DE102019202452A1 (en) | X-ray examination arrangement and method for operating an X-ray examination arrangement | |
| WO2014161903A1 (en) | Device and method for automatic x-ray examination of a moving test object | |
| EP2150178A1 (en) | X-ray apparatus and detection unit for an x-ray apparatus | |
| EP2011082B1 (en) | Device and method for generating a two-dimensional representation of any object section within an object |