WO2012152738A1 - BESTIMMUNG VON MAßEN EINES WERKSTÜCKS - Google Patents

BESTIMMUNG VON MAßEN EINES WERKSTÜCKS Download PDF

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WO2012152738A1 PCT/EP2012/058334 EP2012058334W WO2012152738A1 WO 2012152738 A1 WO2012152738 A1 WO 2012152738A1 EP 2012058334 W EP2012058334 W EP 2012058334W WO 2012152738 A1 WO2012152738 A1 WO 2012152738A1
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image
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image processing
voxel
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Ralf Christoph
Ingomar Schmidt
Martin Heath
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Werth Messtechnik Gmbh
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    • 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
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G06T11/008—Specific post-processing after tomographic reconstruction, e.g. voxelisation, metal artifact correction

Definitions

  • the present invention relates to a method of determining dimensions on a workpiece by means of image processing algorithms.
  • essentially two methods are known for determining the dimensions of measurement data from radiating, such as computer or x-ray tomographic methods.
  • edges in the two-dimensional radiographic image e.g. with the help of threshold value method, recognized and, for example, determined between these dimensions.
  • the transmission images contain pixel-by-pixel gray values, which correlate with the weakening of the measurement radiation along the beam direction through the component. Each gray value thus results from the sum of the individual weakenings of several volume elements of the component.
  • a set of 2D transmission images from different object orientations is first used to reconstruct an SD volume, also called voxel volume, which describes the weakening of the measurement radiation by the measurement object in each of its components (voxels), and although marked by gray values.
  • the gray value thus only describes the weakening due to the corresponding volume element.
  • surface points are generated in the next step at the interfaces between two different materials, for example in turn by thresholding.
  • the resulting point clouds are usually displayed in a triangulated, such as STL format.
  • measurements can be determined by selecting and linking single or multiple points of the measuring point cloud.
  • the determination of dimensions is extremely flawed, since it can not be assumed that parallel projects of the edges to be examined, since the exact position between the measurement radiation and the measurement object is not known and the measurement radiation is usually not parallel, but cone-shaped.
  • the measured data determined are not aligned with the workpiece, so they can not be assigned to an exact position on the workpiece.
  • the determination of surface points is a necessary component for the determination of dimensions. In particular, the entire voxel volume must be subjected to surface point extraction.
  • the algorithms known from 2D image processing can not be directly applied in the 3D volume.
  • Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art and to allow a very accurate determination of dimensions.
  • images are analyzed with the aid of image processing, which images are taken from a section through a reconstructed voxel volume of a three-dimensionally-imaging measuring method, such as X-ray computer tomography.
  • a highly accurate determination of dimensions of sections by reconstructed volumes is carried out without the need for measuring point extraction on the entire component, using the algorithms known from image processing. This also accelerates the evaluation, since the measurement point extraction is omitted.
  • the individual result points of the sectional image provided for the image processing sensor are preferably determined by resampling or selection of the voxel amplitudes which the corresponding points in the voxel volume surrounding it have.
  • the dot matrix of the sectional image is preferably equidistant.
  • the advantage here is that only measurement points are determined on the selected slice images, not on the entire voxel volume.
  • the threshold value methods for measuring point determination must only be performed in a two-dimensional and not in 3D volume. This additionally allows a time saving and the use of the image processing of known software libraries.
  • the selection of the cuts to be produced takes place, for example, by selecting a cutting plane in a 3D representation of the voxel volume by means of a software tool.
  • the generated cross-sectional image is then displayed on a monitor or a separate measurement window.
  • the resolution of the slice image is preferably adapted to the monitor or the measurement window. In this way, the following selection of the area of the sectional image to be examined, for example by setting an evaluation window by the user, can be facilitated for small sectional images. This step is preferably performed in conjunction with the resampling by using linear interpolation.
  • measuring points are determined on several sectional images. These can then be arranged according to the position of the respective cutting plane in space and spatially assigned to each other. This enables the joint evaluation and determination of, for example, geometric elements.
  • the cutting planes are selected so that the element to be determined is detected as completely as possible.
  • the cuts are arranged, for example, transversely to an element surface extending through the measurement object.
  • the threshold algorithms are only applied to the selected slices.
  • the sectional images are respectively displayed on a second display device such as screen or measurement window of a screen when selecting a sectional plane and structures suitable for measurement are selected automatically or by the operator, eg by marking an area such as a window with a pointer.
  • the method is integrated into a software which contains the typical functions of a coordinate measuring machine software.
  • a software which contains the typical functions of a coordinate measuring machine software. These include, for example, the generation and execution of measurement programs, the acquisition of radiographic images, the reconstruction of voxel volumes, the determination and display of 2D and 3D measurement points, the processing of CAD data and the determination of rule geometry elements.
  • a complete measurement procedure and the evaluation according to the method according to the invention can advantageously be carried out by a single software.
  • a method for determining dimensions of one or more workpieces with the aid of image processing algorithms is characterized in particular by evaluating images which are taken from a section through a reconstructed voxel volume of a three-dimensional imaging method such as X-ray computer tomography with the aid of image processing.
  • the reconstructed voxel volume is aligned in a coordinate system, preferably a workpiece coordinate system.
  • the image of the cut is made available on a separate monitor or a separate measurement window for evaluation by an image processing algorithm.
  • the invention is characterized in particular by the fact that the sectional image provided by the voxel volume is determined automatically or by limitation, for example se by means of a window by the user, for the structures suitable for measurement is searched, and preferably contours and / or dimensions are determined.
  • the sectional images provided for the image processing sensor are calculated by the volume data by resampling voxel amplitudes for each point of the sectional image from the corresponding voxel amplitudes surrounding the result point of the sectional image, preferably by linear interpolation methods or averaging methods Dot matrix of the cut image is equidistant.
  • the resolution of the slice image is increased by the calculation of intermediate pixels, preferably by linear interpolation during the resampling method, preferably in accordance with the resolution of a connected monitor.
  • the invention provides that measuring points are calculated and evaluated jointly on a plurality of sectional images by assigning the measuring points determined in the individual sectional images in three dimensions corresponding to the position of the section in the voxel volume.
  • the multiple cuts are selected such that a geometry element to be determined is recorded as completely as possible and determined by joint evaluation of the measurement points generated from the multiple cuts.
  • the invention is characterized in that the method is integrated into a coordinate measuring device software, the further functions, such as the generation and the execution of measuring programs and / or the recording of radiographic images and / or the reconstruction of voxel volume and / or determination 2D and / or 3D measuring points and / or the representation of 2D and / or 3D measuring points and / or the processing of CAD data and / or the determination of rule geometry elements provides.
  • the invention is also distinguished by the fact that additional image processing algorithms such as filter functions, preferably image filters and / or morphological filters and / or contour filters and / or outlier filters and / or zoom functions and / or contour selection functions, preferably by setting a measurement window and determining the for measurement to be used contour from the multiple detected in the measurement window contours.
  • additional image processing algorithms such as filter functions, preferably image filters and / or morphological filters and / or contour filters and / or outlier filters and / or zoom functions and / or contour selection functions, preferably by setting a measurement window and determining the for measurement to be used contour from the multiple detected in the measurement window contours.
  • An aspect of the invention is also that the measuring points and / or dimensions determined on the sectional images with the measuring points or dimensions which are obtained by threshold value methods or similar methods from the reconstructed voxel volumes are compared and preferably displayed or displayed.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the illustration according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a section (sectional view) through a 3D voxel volume. It is not a radiographic image, as it results on a detector in the irradiation with the measuring radiation. Rather, it results from the 3-dimensional gray values (voxel volume), which are the result of a so-called reconstruction in which several transmission images are processed.
  • the gray values in the sectional image represent the weakening of the measuring radiation in the respective associated volume elements.
  • the voxel volumes present after the reconstruction contain the local attenuation coefficients of a measurement object in a three-dimensional representation (voxel) and are represented by numerical values (gray values).
  • voxel three-dimensional representation
  • numerical values gray values
  • the production of the cut was made in a conventional 3D software, which is able to visualize 3D data by the position of a cutting plane and possibly other parameters, such as the spatial extent (thickness) or boundary (area edge) of the cutting plane , To be defined.
  • the 3D volume was aligned in advance on the device or workpiece coordinate system.
  • the device coordinate system is known in advance by the device, a workpiece coordinate system is defined either on the basis of the existing 3D volume or by measurement data, which were determined for example in a multi-sensor coordinate measuring device with a further sensor.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of FIG. 1, in which contours or features were determined with the aid of image processing algorithms.
  • Three solid lines have been determined as thick white lines, which have been determined at the transition between light and dark areas by means of threshold value methods. These are evaluated, for example, to determine a distance or angle by software together.
  • Contour points along a circular transition between light and dark areas have been identified as a thick white circle. These will be For example, to determine the diameter and the position of a determined therefrom geometry element used.
  • the voxel volume and thus also the section planes have been aligned on a coordinate system. This allows the spatial information from different sections to be combined.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Maßen eines oder mehrerer Werkstücke mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen. Um eine überaus genaue Bestimmung von Maßen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe der Bildverarbeitung Bilder ausgewertet werden, welche einem Schnitt durch ein rekonstruiertes Voxelvolumen eines dreidimensional bildgebenden Messverfahrens entnommen werden.

Description

Beschreibung
Bestimmung von Maßen eines Werkstücks
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Maßen an einem Werkstück mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen.
Im Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Verfahren zur Bestimmung von Maßen an Messdaten von durchstrahlenden, wie Computer- bzw. röntgentomografischen Verfahren bekannt. Beim ersten Verfahren werden im zweidimensionalen Durchstrahlungsbild Kanten, z.B. mit Hilfe von Schwellwertverfahren, erkannt und beispielsweise zwischen diesen Maße bestimmt. Die Durchstrahlungsbilder enthalten pixelweise Grauwerte, die mit der Schwächung der Messstrahlung entlang der Strahlrichtung durch das Bauteil korrelieren. Jeder Grauwert resultiert folglich aus der Summe der Einzelschwächungen mehrerer Volumenelemente des Bauteils.
Nach einem zweiten Verfahren wird aus einer Menge von 2D-Durchstrahlungsbildern aus verschiedenen Objektorientierungen (zumeist Drehstellungen) zunächst ein SD- Volumen, auch Voxelvolumen genannt, rekonstruiert, welches die in jedem seiner Bestandteile (Voxel) vorliegende Schwächung der Messstrahlung durch das Messobjekt beschreibt, und zwar durch Grauwerte gekennzeichnet. Der Grauwert beschreibt also nur die Schwächung aufgrund des einen entsprechenden Volumenelementes. Mit Hilfe dieser Grauwertinformationen werden im nächsten Schritt an den Grenzflächen zwischen zwei verschiedenen Materialien Oberflächenpunkte generiert, beispielsweise wie- derum durch Schwellwertverfahren. Die so entstehenden Punktewolken werden zumeist in einem triangulierten, wie STL-Format dargestellt. Im letzten Schritt können durch Auswahl und Verknüpfung von einzelnen oder mehreren Punkten der Messpunktewolke Maße ermittelt werden.
Beim erstgenannten Verfahren ist die Bestimmung von Maßen äußerst fehlerbehaftet, da nicht von parallelen Projekten der zu untersuchenden Kanten ausgegangen werden kann, da die exakte Lage zwischen Messstrahlung und Messobjekt nicht bekannt ist und die Messstrahlung zumeist nicht parallel verläuft, sondern kegelstrahlförmig. Außerdem sind die ermittelten Messdaten nicht am Werkstück ausgerichtet, können also keiner exakten Position am Werkstück zugeordnet werden. Beim zweiten Verfahren ist die Ermittlung von Oberflächenpunkten notwendiger Bestandteil zur Bestimmung von Maßen. Insbesondere muss das gesamte Voxelvolumen der Oberflächenpunkteextraktion unterzogen werden. Zudem können zur Ermittlung von Maßen, die aus der 2D- Bildverarbeitung bekannten Algorithmen im 3D-Volumen nicht direkt angewendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine überaus genaue Bestimmung von Maßen zu ermöglichen. Hierzu wird erfindungsgemäß im Wesentlichen vorgeschlagen, dass mit Hilfe der Bildverarbeitung Bilder ausgewertet werden, welche einem Schnitt durch ein rekonstruiertes Voxelvolumen eines dreidimensional bildgebenden Messverfahrens, wie Röntgencomputer- tomografie, entnommen werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine hochgenaue Bestimmung von Maßen an Schnitten durch rekonstruierte Volumina (Voxelvolumen), ohne dass eine Messpunkteextraktion am gesamten Bauteil notwendig ist, unter Verwendung der aus der Bildverarbeitung bekannten Algorithmen. Hierdurch erfolgt zudem eine Beschleunigung der Auswertung, da die Messpunkteextraktion unterbleibt. Dies löst die Erfindung, indem in einem ersten Schritt das rekonstruierte Voxelvolumen mit Hilfe einer Software in einem Werkstückkoordinatensystem ausgerichtet wird. Am ausgerichteten Voxelvolumen werden sodann Schnitte erzeugt und einem Bildverarbeitungsalgorithmus zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Ergebnispunkte des für den Bildverarbeitungssensor bereitgestellten Schnittbildes werden dabei vorzugsweise durch Resampling oder Auswahl der Voxelamplitu- den ermittelt, die die ihn umgebenden korrespondierenden Punkte im Voxelvolumen besitzen. Das Punktraster des Schnittbildes ist vorzugsweise äquidistant. Mit Hilfe der aus der 2D-Bildverarbeitung bekannten Algorithmen können sodann Maße oder Messpunkte an den Schnittbildern ermittelt werden. Vorteil hierbei ist, dass nur Messpunkte an den ausgewählten Schnittbildern ermittelt werden, nicht am gesamten Voxelvolumen. Die Schwellwertverfahren zur Messpunkteermittlung müssen dabei zudem nur in einem zweidimensionalen und nicht im 3D-Volumen durchgeführt werden. Dies ermöglicht zusätzlich eine Zeiteinsparung und die Verwendung aus der Bildverarbeitung bekannter Softwarebibliotheken.
Die Auswahl der zu erzeugenden Schnitte erfolgt beispielsweise durch Anwahl einer Schnittebene in einer 3D-Darstellung des Voxelvolumens mittels eines Softwaretools. Das erzeugte Schnittbild wird sodann auf einem Monitor oder einem getrennten Messfenster dargestellt. Durch Erzeugung von Zwischenpixeln wird vorzugsweise die Auflösung des Schnittbildes auf den Monitor oder das Messfenster angepasst. Hierdurch kann die folgende Auswahl des zu untersuchenden Bereiches des Schnittbildes, beispielsweise durch Setzen eines Auswertefensters durch den Benutzer, für kleine Schnittbilder erleichtert werden. Dieser Schritt wird vorzugsweise gemeinsam mit dem Resampling durch Anwendung linearer Interpolation durchgeführt.
In einer Erweiterung des Verfahrens werden Messpunkte an mehreren Schnittbilder ermittelt. Diese können anschließend entsprechend der Lage der jeweiligen Schnittebene im Raum angeordnet und einander räumlich zugeordnet werden. Dies ermöglicht die gemeinsame Auswertung und Ermittlung von beispielsweise Geometrieelementen. Vorzugsweise werden die Schnittebenen so gewählt, dass das zu ermittelnde Element möglichst vollständig erfasst wird. Die Schnitte werden dazu beispielsweise quer zu einer Elementoberfläche verlaufend durch das Messobjekt angeordnet. Hierbei werden wiederum die Schwellwertalgorithmen nur an den ausgewählten Schnitten angewendet. In bevorzugter Weise werden die Schnittbilder jeweils bei Anwahl einer Schnittebene parallel auf einem zweiten Anzeigegerät wie Bildschirm oder Messfenster eines Bildschirms dargestellt und zur Messung geeignete Strukturen automatisch oder durch den Bediener, z.B. durch Markieren eines Bereiches wie Fensters mit einem Zeiger, ausgewählt.
In besonders geeigneter Weise wird das Verfahren in eine Software integriert, die die typischen Funktionen einer Koordinatenmessgerätesoftware enthält. Diese sind beispielsweise die Generierung und der Ablauf von Messprogrammen, die Aufnahme von Durchstrahlungsbildern, die Rekonstruktion von Voxelvolumen, die Bestimmung und Darstellung von 2D- und 3D-Messpunkten, die Verarbeitung von CAD-Daten und die Bestimmung von Regelgeometrieelementen. Hierdurch kann ein kompletter Messablauf und die Auswertung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft durch eine einzige Software erfolgen.
Somit zeichnet sich erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bestimmung von Maßen eines oder mehrerer Werkstücke mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen insbesondere dadurch aus, dass mit Hilfe der Bildverarbeitung Bilder ausgewertet werden, welche einem Schnitt durch ein rekonstruiertes Voxelvolumen eines dreidimensional bildgebenden Messverfahrens, wie Röntgencomputertomografie, entnommen werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das rekonstruierte Voxelvolumen in einem Koordinatensystem, vorzugsweise Werkstückkoordinatensystem, ausgerichtet wird.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass bei Anwahl einer Schnittebene in einem Softwaretool das Bild des Schnittes (Schnittbild) auf einem getrennten Monitor oder einem getrennten Messfenster zur Auswertung durch eine Bildverarbeitungsalgorithmik zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das zur Verfügung gestellte Schnittbild durch das Voxelvolumen automatisch oder durch Begrenzung, beispielswei- se mittels eines Fensters durch den Benutzer, nach den zur Messung geeigneten Strukturen durchsucht wird, und vorzugsweise Konturen und/oder Maße bestimmt werden.
Kennzeichnend für die Erfindung kann auch sein, dass die für den Bildverarbeitungssensor bereitgestellten Schnittbilder durch die Volumendaten durch Resampling von Voxelamplituden für jeden Punkt des Schnittbildes aus den den Ergebnispunkt des Schnittbildes umgebenden korrespondierenden Voxelamplituden, vorzugsweise durch lineare Interpolationsverfahren oder Mittelungsverfahren, errechnet wird, wobei vorzugsweise das Punktraster des Schnittbildes äquidistant ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Auflösung des Schnittbildes durch die Berechnung von Zwischenpixeln, vorzugsweise durch lineare Interpolation während des Resampling- Verfahrens, erhöht wird, vorzugsweise entsprechend der Auflösung eines angeschlossenen Monitors.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass an mehreren Schnittbildern Messpunkte berechnet und gemeinsam ausgewertet werden, indem die in den einzelnen Schnittbildern ermittelten Messpunkte entsprechend der Lage des Schnittes im Voxelvolumen dreidimensional zugeordnet werden.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die mehreren Schnitte so gewählt werden, dass ein zu bestimmendes Geometrieelement möglichst vollständig erfasst und durch gemeinsame Auswertung der aus den mehreren Schnitten generierten Messpunkte bestimmt wird.
Insbesondere ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in eine Ko- ordinatenmessgerätesoftware integriert wird, die weitere Funktionen, wie beispielsweise die Generierung und den Ablauf von Messprogrammen und/oder die Aufnahme von Durchstrahlungsbildern und/oder die Rekonstruktion von Voxelvolumen und/oder die Bestimmung von 2D- und/oder 3D-Messpunkten und/oder die Darstellung von 2D- und/oder 3D-Messpunkten und/oder die Verarbeitung von CAD-Daten und/oder die Bestimmung von Regelgeometrieelementen, bereitstellt. Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass zusätzliche Bildverarbeitungsalgorithmen wie Filterfunktionen, vorzugsweise Bildfilter und/oder morphologische Filter und/oder Konturfilter und/oder Ausreißerfilter und/oder Zoomfunktionen und/oder Kon- turanwahlfunktionen, vorzugsweise durch Setzen eines Messfensters und Festlegung der zur Messung zu verwendenden Kontur aus den mehreren im Messfenster erkannten Konturen, eingesetzt werden.
Ein Erfindung saspekt ist auch, dass die an den Schnittbildern ermittelten Messpunkte und/oder Maße mit den Messpunkten oder Maßen, welche durch Schwell wertverfahren oder ähnliche Verfahren aus den rekonstruierten Voxelvolumen gewonnen werden, verglichen und vorzugsweise dargestellt bzw. angezeigt werden.
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 eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein 3D-Voxelvolumen und
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt (Schnittbild) durch ein 3D-Voxelvolumen. Es handelt sich dabei nicht um ein Durchstrahlungsbild, wie es sich auf einem Detektor bei der Durchstrahlung mit der Messstrahlung ergibt. Vielmehr resultiert es aus den 3-dimensional vorliegenden Grauwerten (Voxelvolumen), welche das Ergebnis einer sog. Rekonstruktion sind, bei der mehrere Durchstrahlungsbilder verarbeitet werden. Die Grauwerte im Schnittbild stellen die Schwächung der Messstrahlung in den jeweiligen zugeordneten Volumenelementen dar. Das Verfahren der Rekonstruktion aus Durchstrahlungsbildern und die Erzeugung von Schnittbildern ist beispielhaft in der DE-A-44 23 047 und der darin sehr umfangreich genannten Sekundärliteratur beschrieben, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Die nach der Rekonstruktion vorliegenden Voxelvolumen enthalten die lokalen Schwächungskoeffizienten eines Messobjektes in einer dreidimensionalen Darstellung (Voxel) und werden durch Zahlenwerte (Grauwerte) dargestellt. Bei der Ermittlung von Schnittbildern werden diesen dreidimensionalen Daten die in einer definierten Ebene vorliegenden Voxeldaten in einfacher Weise entnommen.
Die Erzeugung des Schnittes erfolgte in einer herkömmlichen 3D-Software, die in der Lage ist, 3D-Daten zu visualisieren, indem die Lage einer Schnittebene und ggf. weitere Parameter, wie beispielsweise die räumliche Ausdehnung (Dicke) oder Begrenzung (Flächenrand) der Schnittebene, definiert werden.
Um den Schnitt im 3D- Volumen exakt zuordnen zu können, wurde des 3D- Volumen vorab am Geräte- oder Werkstückkoordinatensystem ausgerichtet. Das Gerätekoordinatensystem ist vorab durch das Gerät bekannt, ein Werkstückkoordinatensystem wird entweder anhand des vorliegenden 3D-Volumens oder durch Messdaten, die beispielsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät mit einem weiteren Sensor bestimmt wurden, definiert.
Der Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Fig. 1 zu entnehmen, in welchem mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen Konturen bzw. Merkmale ermittelt wurden. Als dicke weiße Linien dargestellt sind drei Geraden bestimmt worden, die am Übergang zwischen hellen und dunklen Bereichen mit Hilfe von Schwellwertverfahren ermittelt worden sind. Diese werden beispielsweise zur Bestimmung eins Abstandes oder Winkels durch eine Software zusammen ausgewertet.
Als dicker weißer Kreis dargestellt sind Konturpunkte entlang eines kreisförmigen Übergangs zwischen hellen und dunklen Bereichen ermittelt worden. Diese werden bei- spielsweise zur Bestimmung des Durchmessers und der Lage eines daraus ermittelten Geometrieelementes verwendet.
Grundlegend können auf die Schnittbilder die bekannten Verfahren der Bildverarbeitung angewendet werden, wie beispielsweise Bernd Jahne: Digitale Bildverarbeitung, Springer- Verlag, Berlin Heidelberg, 2005, ISBN 3-540-24999-0, zu entnehmen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.
Zur Ermittlung weiterer Maße zwischen Konturpunkten oder Elementen, die aus verschiedenen Schnitten stammen, ist das Voxelvolumen und damit auch die Schnittebenen an einem Koordinatensystem ausgerichtet worden. Dadurch können die räumlichen Informationen aus verschiedenen Schnitten kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche Bestimmung von Maßen eines Werkstücks
1. Verfahren zur Bestimmung von Maßen eines oder mehrerer Werkstücke mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit Hilfe der Bildverarbeitung Bilder ausgewertet werden, welche einem Schnitt durch ein rekonstruiertes Voxelvolumen eines dreidimensional bildgebenden Messverfahrens entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Röntgencomputertomografie als das bildgebende Messverfahren verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das rekonstruierte Voxelvolumen in einem Koordinatensystem, vorzugsweise Werkstückkoordinatensystem, ausgerichtet wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Anwahl einer Schnittebene in einem Softwaretool das Bild des Schnittes (Schnittbild) auf einem getrennten Monitor oder einem getrennten Messfenster zur Auswertung durch eine Bildverarbeitungsalgorithmik zur Verfügung gestellt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das zur Verfügung gestellte Schnittbild durch das Voxelvolumen automatisch oder durch Begrenzung, beispielsweise mittels eines Fensters durch den Benutzer, nach den zur Messung geeigneten Strukturen durchsucht wird, und vorzugsweise Konturen und/oder Maße bestimmt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für den Bildverarbeitungssensor bereitgestellten Schnittbilder durch die Volumendaten durch Resampling von Voxelamplituden für jeden Punkt des Schnittbildes aus den den Ergebnispunkt des Schnittbildes umgebenden korrespondierenden Voxelamplituden, vorzugsweise durch lineare Interpolationsverfahren oder Mittelungsverfahren, errechnet wird, wobei vorzugsweise das Punktraster des Schnittbildes äquidistant ist.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auflösung des Schnittbildes durch die Berechnung von Zwischenpixeln, vorzugsweise durch lineare Interpolation während des Resampling- Verfahrens, erhöht wird, vorzugsweise entsprechend der Auflösung eines angeschlossenen Monitors.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an mehreren Schnittbildern Messpunkte berechnet und gemeinsam ausgewertet werden, indem die in den einzelnen Schnittbildern ermittelten Messpunkte entsprechend der Lage des Schnittes im Voxelvolumen dreidimensional zugeordnet werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die mehreren Schnitte so gewählt werden, dass ein zu bestimmendes Geometrieelement möglichst vollständig erfasst und durch gemeinsame Auswertung der aus den mehreren Schnitten generierten Messpunkte bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren in eine Koordinatenmessgerätesoftware integriert wird, die weitere Funktionen, wie beispielsweise die Generierung und den Ablauf von Messprogrammen und/oder die Aufnahme von Durchstrahlungsbildern und/oder die Rekonstruktion von Voxelvolumen und/oder die Bestimmung von 2D- und/oder 3D-Messpunkten und/oder die Darstellung von 2D- und/oder SD- Messpunkten und/oder die Verarbeitung von CAD-Daten und/oder die Bestimmung von Regelgeometrieelementen, bereitstellt.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzliche Bildverarbeitungsalgorithmen wie Filterfunktionen, vorzugsweise Bildfilter und/oder morphologische Filter und/oder Konturfilter und/oder Ausreißerfilter und/oder Zoomfunktionen und/oder Konturanwahlfunktionen, vorzugsweise durch Setzen eines Messfensters und Festlegung der zur Messung zu verwendenden Kontur aus den mehreren im Messfenster erkannten Konturen, eingesetzt werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die an den Schnittbildern ermittelten Messpunkte und/oder Maße mit den Messpunkten oder Maßen, welche durch Schwellwertverfahren oder ähnliche Verfahren aus den rekonstruierten Voxelvolumen gewonnen werden, verglichen und vorzugsweise dargestellt bzw. angezeigt werden.
PCT/EP2012/058334 2011-05-06 2012-05-07 BESTIMMUNG VON MAßEN EINES WERKSTÜCKS WO2012152738A1 (de)

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