WO2022268760A1 - Computer tomography assembly and method for operating a computer tomography assembly - Google Patents

Computer tomography assembly and method for operating a computer tomography assembly Download PDF

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WO2022268760A1
WO2022268760A1 PCT/EP2022/066801 EP2022066801W WO2022268760A1 WO 2022268760 A1 WO2022268760 A1 WO 2022268760A1 EP 2022066801 W EP2022066801 W EP 2022066801W WO 2022268760 A1 WO2022268760 A1 WO 2022268760A1
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WO
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detector
source
positioning device
ray
pose
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/066801
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Krenkel
Christian Hörr
Wolfgang Kimmig
Roman Bründl
Sebastian Steinbeisser
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
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    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A61B6/035—Mechanical aspects of CT
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • 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]

Definitions

  • the invention relates to a computed tomography arrangement and a method for operating a computed tomography arrangement.
  • CT computed tomography
  • X-ray source and an X-ray detector on circular paths around a test object or (equivalently) with a fixed position of the X-ray source and X-ray detector rotating the test object in the beam path, e.g. on a turntable.
  • This can lead to suboptimal reconstructions.
  • beam hardening and scattered radiation can occur as artifacts in the reconstruction, and field-cam artifacts can occur depending on the position of the test object.
  • problems can occur due to an almost complete absorption of the X-ray radiation ("photon starvation") due to an excessive transmission length. All of these artefacts generally depend heavily on a pose, in particular an orientation, of the test object relative to the axis of rotation. If the pose of the test object changes, these artefacts would occur along other transmission directions in the test object.
  • helical trajectories are typically selected for the X-ray source and the X-ray detector instead of circular trajectories.
  • these are technically more difficult to implement and have significantly higher requirements for an accuracy of a description of an imaging geometry required for the reconstruction.
  • the influence of field field artifacts can be greatly reduced by suitable object tilting.
  • a method in which a trajectory deviating from circular paths is used is known, for example, from P. Landstorfer et al., Investigation of Non-circular Scanning Trajectories in Robot-based Industrial X-ray Computed Tomography of Multi-material Objects, Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - Volume 2, ICINCO, ISBN 978-989-758-380-3, ISSN 2184-2809, pages 518-522, DOI: 10.5220/0007966405180522.
  • a method for calibrating an X-ray system with a radiation source and a radiation detector is known from EP 3491 367 A1.
  • the method comprises the steps: creating a kinematic model for at least one position, defining starting values and calibrating and solving a system of equations by minimization.
  • the system of equations is constructed by means of the kinematic model for the x-ray system specified in each case, with the system of equations containing corresponding sets of kinematic parameters for each position and parameters to be calibrated, which are typically the same for all positions.
  • optical geometry calibration device for X-ray imaging is known from US Pat. No. 1,0835,199 B2.
  • the optical geometry calibration device is configured to interface with a two-dimensional (2D) imaging device to perform three-dimensional (3D) imaging.
  • the optical geometry calibration device includes one or more optical cameras attached to either an x-ray source or an x-ray detector, one or more markers attached to the x-ray detector or the x-ray source, the one or more optical cameras configured to at least capture a photographic image of one or more corresponding optical markers as each x-ray image of the object is captured; and an image processing system configured to calculate, for each 2D projection image, positions of the x-ray source relative to the x-ray detector based on the at least one photographic image of the one or more markers.
  • the invention is based on the object of creating a computed tomography arrangement and a method for operating a computed tomography arrangement with which a test object in particular can be flexibly recorded and a high reconstruction quality can be achieved and, moreover, in particular, the need for installation space is as small as possible.
  • a basic idea of the invention is to create a computed tomography arrangement which comprises a first and a second positioning device each having at least two translation axes and each having at least one axis of rotation. Furthermore, the computed tomography arrangement comprises at least one pose detection device.
  • a computed tomography arrangement which comprises a first and a second positioning device each having at least two translation axes and each having at least one axis of rotation. Furthermore, the computed tomography arrangement comprises at least one pose detection device.
  • an X-ray source and an X-ray detector are arranged by means of the first and the second positioning device along, in particular predetermined, source and detector trajectories.
  • the pose detection device is set up to detect and/or determine a source pose and a detector pose for each detected radiographic image.
  • a particularly three-dimensional object volume (which can also be referred to as a volume model) is reconstructed from the acquired radiographs, taking into account the respectively acquired and/or determined source poses and detector poses.
  • an imaging geometry can be specified for each recorded radiographic image. This is based in particular on the idea that high accuracy in the positioning of the axes can be dispensed with if the pose detection device can detect a source pose and a detector pose relative to the test object with sufficient accuracy when capturing the radiographs.
  • a computed tomography arrangement comprising an X-ray source, an X-ray detector, a first positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis, a second positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis, at least one pose detection device, and a control device, wherein the x-ray source is first positioning device is arranged in such a way that the x-ray source can be moved by means of the first positioning device along the at least two translation axes and rotated about the at least one axis of rotation, and wherein the x-ray detector is arranged on the second positioning device in such a way that the x-ray detector can be moved by means of the second positioning device along the at least two translational axes can be moved and rotated about the at least one rotational axis, wherein the at least one pose detection device device is set up to detect and/or determine source poses of the X-ray source relative to a test object and detector poses of
  • an X-ray source is arranged along a source trajectory by means of a first positioning device with at least two translation axes and at least one axis of rotation
  • an X-ray detector is positioned along a second positioning device with at least two translation axes and at least one axis of rotation a detector trajectory, with a source pose of the x-ray source relative to the test object and a respective detector pose of the x-ray detector relative to the test object being detected and/or determined for each recorded radiographic image of a test object, with at least one pose detection device being arranged for this purpose on the x-ray source and the x-ray detector
  • Position markers are detected by at least one tracking sensor of the at least one pose detection device, the respective detected position markers for determining the source poses and the detector poses are evaluated by means of the at least one pose detection device, and wherein the first positioning device and the second positioning device are controlled by a control device, with a reconstructing of an X-ray source and the second positioning device are controlled by a control device, with
  • An advantage of the computed tomography arrangement and the method is that a low positioning accuracy (e.g. several millimeters to centimeters or a few degrees) of the first and the second positioning device when reconstructing the object volume from the recorded radiographic images no longer leads to losses in the quality of the reconstructed object volume as in industrial robots, since the recorded and/or determined source poses and detector poses of the reconstruction, Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022, in particular for determining a respective imaging geometry between X-ray source, test object and X-ray detector. The quality of the reconstruction can be improved as a result.
  • a low positioning accuracy e.g. several millimeters to centimeters or a few degrees
  • a further advantage of the computed tomography arrangement and the method is that in particular the required installation space can be reduced since the at least two translational axes and the at least one rotational axis of the first and second positioning devices can be designed to be extremely compact and space-saving.
  • the combination of translational axes and rotational axes is advantageous compared to using robot arms, which require significantly more installation space during operation.
  • the computed tomography arrangement is in particular one
  • a test object is in particular a workpiece.
  • the first and the second positioning device each comprise at least two translational axes and at least one rotational axis.
  • the translation axes are designed in particular as linear axes.
  • a kinematic chain is configured as follows: translation axis-translation axis-rotation axis-x-ray source/x-ray detector.
  • the X-ray source or the X-ray detector
  • the X-ray detector that can be rotated or pivoted about the axis of rotation can be moved along one of the translation axes, which itself can be moved along another of the translation axes together with the axis of rotation and the X-ray source (or the X-ray detector).
  • the test object can be irradiated with X-rays, in particular from different directions.
  • One advantage of using the at least two translational axes together with the at least one rotational axis is, in particular, that less installation space is required.
  • the first positioning device and the second positioning device are arranged opposite one another within the computed tomography arrangement, in particular as a mirror image. This simplifies the formation of a beam path and the arrangement of the test object between the x-ray source and the x-ray detector.
  • Applicant Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • the respective translation axes are aligned orthogonally to one another. Furthermore, it is provided in particular that the respective axes of rotation are aligned orthogonally to one another.
  • a pose includes in particular a position and an orientation or alignment, in particular in a three-dimensional coordinate system.
  • a pose refers in particular to a spatial position of an object (X-ray source, X-ray detector or test object).
  • the at least one pose detection device also detects and/or determines an object pose.
  • a known object pose can be used as a basis, which remains constant during the computer tomographic measurement and to which the at least one pose detection device is calibrated. Basically, an accuracy must only be so great that the test object or a part of the test object to be recorded is within the reconstructed object volume (e.g. only accurate to 10 mm).
  • the at least one pose detection device can operate according to any suitable method for detecting and/or determining the source pose and the detector pose.
  • suitable method for detecting and/or determining the source pose and the detector pose.
  • methods are: photogrammetry, laser tracking (e.g. using a Leica AT-960), triangulation using three line scan cameras (e.g. using Zeiss T-TRACK), triangulation using (area) cameras (e.g. Zeiss AlCell Trace) or combinations of the methods mentioned .
  • the aim is in particular to avoid problems with overlapping and "blind spots" so that the source pose and the detector pose (and possibly the object pose) can be detected and/or determined at any time.
  • the pose detection device is arranged at least partially on the x-ray source and/or the x-ray detector. In particular, this enables so-called “inverse navigation” or “inside-out tracking” of the x-ray source and the x-ray detector.
  • pattern recognition methods using trained neural networks can be used to determine the poses based on detected sensor data.
  • the at least one tracking sensor detects in particular an area that includes both the x-ray source and the test object as well as the x-ray detector.
  • the at least one tracking sensor can detect at least some of the position markers on the x-ray source and, at the same time, at least some of the position markers on the x-ray detector.
  • the source pose and the detector pose can be determined in an improved manner by the simultaneous detection within the same detection area or within the same detection areas.
  • multiple tracking sensors are provided, they are arranged and/or aligned relative to the x-ray source and the x-ray detector in particular in such a way that, regardless of a current pose of the x-ray source and a current pose of the x-ray detector, at least one of the tracking sensors detects at least part of the position marker at all times on the X-ray source and at least part of the position markers on the X-ray detector can be detected at the same time.
  • the tracking sensors have in particular different detection areas and detect the x-ray source, the test object and the x-ray detector from different directions.
  • the at least one tracking sensor should be able to detect both the x-ray source and the x-ray detector for any source and detector trajectories at any time. This should preferably even apply to more than one of the tracking sensors.
  • the at least one tracking sensor in particular the multiple tracking sensors, are arranged in particular at a predetermined or suitable distance from the measurement area in which the test object is located, so that the detection area includes both the X-ray source (or at least a part of position markers arranged on it) and the X-ray detector (or at least a part of position markers arranged thereon).
  • a distance can be determined and/or fixed, for example, based on an opening angle and a possible range of movement of the x-ray source and the x-ray detector.
  • the at least one tracking sensor should preferably be selected or configured and/or operated in such a way that a detection frequency is at least as great as a detection frequency of the x-ray detector, thus a source pose and a Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • Detector pose can be determined for each transmission image captured by the X-ray detector.
  • typical X-ray detectors have acquisition rates of around 40 fps (frames per second).
  • the at least one tracking sensor e.g. a camera, see below
  • a source trajectory in particular a predetermined one, includes in particular a number of target source poses in which the x-ray source is to be arranged and aligned within a coordinate system.
  • a target source pose therefore includes in particular a three-dimensional position relative to the test object and an orientation or alignment to the test object.
  • the source trajectory is described, for example, in the form of SOUV coordinates, ie in coordinates that describe a source pose and a detector pose in a coordinate system of the test object.
  • a detector trajectory in particular a predetermined one, includes in particular a number of target detector poses in which the x-ray detector is to be arranged and aligned within a coordinate system.
  • a target detector pose therefore includes, in particular, a three-dimensional position relative to the test object and an orientation or alignment with respect to the test object.
  • the X-ray source and the X-ray detector are in particular aligned with one another at the respective poses.
  • the detector trajectory is described, for example, in the form of SOUV coordinates, ie in coordinates that describe a source pose and a detector pose in a coordinate system of the test object.
  • the source trajectory and the detector trajectory are determined and specified, for example, based on CAD data of the test object. Optimization methods can also be used when determining the source trajectory and the detector trajectory.
  • the first positioning device is designed and arranged in such a way that the X-ray source is at least in an angular range of 180° plus an opening angle (typically 40°, e.g. with the Comet MXR HP11 X-ray source) of a beam cone emitted by the X-ray source Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • X-ray radiation can be arranged around the test object.
  • the second positioning device is designed in such a way that the X-ray detector can be arranged around the test object at least in an angular range of 180° plus an opening angle of a beam cone of the X-ray radiation emitted by the X-ray source, with the positions correspondingly being around 180° opposite the positions of the first positioning means.
  • at least a “short scan” should be possible with the positioning devices.
  • the first positioning device and the second positioning device each have three translational axes and two rotational axes.
  • the kinematic chain is in particular: translation axis-translation axis-translation axis-rotation axis-rotation axis-x-ray source/x-ray detector.
  • other kinematic chains are also possible. Even more axes can also be provided in order to gain further degrees of freedom, which, for example, allow interfering contours of the test object to be advantageously avoided.
  • control device and the pose detection device can be embodied individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code which is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) or field-programmable gate array (FPGA).
  • the control device comprises at least one computing device, e.g. a microprocessor or a microcontroller, and at least one memory.
  • the first positioning device and/or the second positioning device additionally comprise at least one telescopic axis.
  • both the first positioning device and the second positioning device include at least one telescopic axis.
  • the first and the second positioning device each have two translation axes, each a telescopic axis and each a rotation axis.
  • a kinematic chain is designed here in particular as follows: Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • a further axis of rotation is particularly preferably provided at the end of the kinematic chains.
  • the at least one telescopic axis is designed in particular like a translation axis.
  • the at least one telescopic axis is in particular arranged orthogonally to the respective translation axes.
  • the at least one tracking sensor is designed as a camera, with the position markers being designed as optical position markers.
  • the position markers are in particular optical patterns which are particularly easy to detect, in particular particularly high-contrast, and which are arranged on the x-ray source and on the x-ray detector.
  • a plurality of position markers are arranged on the x-ray source and the x-ray detector (in particular a plurality of position markers on each end face).
  • the camera in particular the plurality of cameras, particularly captures areas that include both the x-ray source and the test object as well as the x-ray detector.
  • the cameras have in particular different detection areas and detect the x-ray source, the test object and the x-ray detector from different directions.
  • the position markers are identified in the recorded images, for example using known computer vision methods and/or pattern recognition and/or machine learning and/or artificial intelligence.
  • the source pose and the detector pose can then be determined, in particular estimated, with the aid of known (calibrated) camera poses (position and orientation or alignment).
  • the position markers can, for example, be passive position markers, ie position markers that do not actively light up. In principle, however, active, ie actively luminous, position markers can also be used.
  • motion blur can be corrected during the reconstruction. This also makes it possible, in particular, to improve the accuracy of the determined source poses and detector poses.
  • the motion blur can be corrected, for example, via iterative reconstructions.
  • an error function is defined which, starting from the measurement data b (ie the recorded radiographic images), the volume x to be reconstructed, the operator for the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • the operator A also contains, in particular, a description of the (projective) imaging geometry for each recorded transmission image. Now its parameters
  • the computed tomography arrangement comprises at least one object positioning device which is set up for arranging the test object.
  • the object positioning device can include a conveyor belt, for example, which enables a translational movement of the test object within the computed tomography arrangement. When checking the test object, such a conveyor belt can also be used to transport the test object to and from the computed tomography arrangement.
  • a translational movement allows larger test objects to be able to be detected, for example by the test object being pushed into a measuring area in sections and being detected.
  • the object positioning device can additionally or alternatively also comprise a turntable or a rotary tilting table Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 which the test object can be arranged.
  • a third positioning device can also be provided, which has at least two translational axes and at least one rotational axis, with which the test object can be arranged within the computed tomography arrangement between the x-ray source and the x-ray detector.
  • the object is actively moved by means of the object positioning device in combination with the positioning devices in order in particular to minimize movements of the X-ray source and/or the X-ray detector.
  • the object can be rotated by means of a turntable, so that the positioning devices no longer have to be moved around the object in a direction of rotation of the turntable, but only a rotation or movement orthogonal thereto has to be carried out.
  • control device is also set up to arrange the x-ray source and the x-ray detector synchronized with one another along the source trajectory and the detector trajectory.
  • a synchronized arrangement should mean in particular that the x-ray source and the x-ray detector are brought into the respective current position on the respective trajectory before each acquisition of a transmission image, before a transmission image is acquired.
  • the trajectories are traversed with the same time base.
  • the detection process can be improved since it can be achieved during detection that the X-ray source and the X-ray detector are stationary in the respective positions and are not moved during the detection. In this way, the detection and/or determination of the respective pose can also be improved.
  • the quality of the reconstruction in particular can be improved as a result.
  • control device is set up to arrange the x-ray source and the x-ray detector by driving them along a source trajectory and a detector trajectory, which have been optimized taking into account at least one optimization criterion.
  • the acquisition can be improved, so that the quality of the acquired radiographic images and an object volume reconstructed therefrom is improved.
  • the optimization can also take place, for example, by means of the control device.
  • Standard triangulation/tessellation language (STL) data and/or volume data of the test object are evaluated.
  • STL Standard triangulation/tessellation language
  • At least one of the axes of the first positioning device and/or the second positioning device is set up to generate a trigger signal at least for triggering detection by means of the x-ray detector at at least one defined axis position.
  • a trigger signal (trigger) can be generated and provided at least for a marked axis position, with which the acquisition of a radiograph can be triggered in a targeted manner.
  • This enables targeted acquisition of radiographic images at always the same axis position, thereby enabling reproducible acquisition at always the same axis position. This can be advantageous in subsequent processing steps, for example in the case of scattered radiation correction.
  • control device is set up to control the first positioning device and the second positioning device in such a way that the test object is fully detected along at least two different source trajectories and detector trajectories.
  • the at least two source trajectories and the at least two detector trajectories should differ sufficiently from one another. In this way it can be achieved that, due to a shape and/or material properties, areas of the test object that can only be penetrated with difficulty or suboptimally can be irradiated from several directions. As a result, artifacts that occur during the reconstruction and have the same cause are arranged at different positions within the object volume (e.g.
  • A for a first pair of trajectories made up of source and detector trajectories and at a location B for a second pair of trajectories made up of source and detector trajectories).
  • It can then be provided, for example, at least two Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 to carry out separate reconstructions and to use only the higher quality part of each.
  • a total transmission length for example, which can be derived from the transmission images, can be used as a quality measure.
  • volume-based quality parameters can also be used, such as a local entropy, a signal-to-noise ratio and/or a local variation of reconstructed gray values.
  • An unfiltered back projection can also be used as a volume-based quality index.
  • a joint reconstruction for example an iterative reconstruction
  • the respectively higher-quality areas are automatically prioritized via an error function to be optimized.
  • sections of the trajectories in which a transmission length through the test object and/or an attenuation in associated transmission images exceeds a predetermined threshold value are not taken into account in the reconstruction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the computed tomography arrangement
  • FIG. 2 shows a schematic representation to clarify an embodiment of the computed tomography arrangement
  • FIG. 3 shows a schematic illustration to clarify an embodiment of the computed tomography arrangement
  • FIG. 4 shows a schematic flow chart of an embodiment of the method for operating a computed tomography arrangement. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • the computed tomography arrangement 1 comprises an x-ray source 2, an x-ray detector 3, a first positioning device 4 with two translation axes 4-1, 4-2, in particular orthogonal to one another, and two rotation axes 4-3, 4-4, in particular orthogonal to one another second positioning device 5 with two translation axes 5-1, 5-2, in particular orthogonal to one another, and two rotation axes 5-3, 5-4, in particular orthogonal to one another, a pose detection device 6, and a control device 7.
  • the first positioning device also comprises 4 a telescopic axis 4-5, in particular arranged orthogonally to the translation axes 4-1, 4-2.
  • the second positioning device 5 also comprises a telescopic axis 5-5, in particular arranged orthogonally to the translation axes 5-1, 5-2. In principle, further translation and rotation axes can be provided.
  • the first positioning device 4 and the second positioning device 5 are arranged opposite one another, with a test object 10 to be detected being or being arranged between the first positioning device 4 and the second positioning device 5 in a measuring region 11 .
  • the X-ray source 2 can be arranged in almost any position around the test object 10 by means of the first positioning device 4 .
  • Each axis 4-x provides a degree of freedom, with the X-ray source 2 being able to be moved in all three spatial directions by means of the translation axes 4-1, 4-2 and the telescope axis 4-5.
  • the X-ray source 2 can be swiveled around the rotation axes 4-3, 4-4, so that the X-ray source 2 can be aligned, whereby a direction of the emitted X-ray radiation 2-1 (i.e. the X-ray cone) can be adjusted. Only one side of the test object 10 facing away from the first positioning device 4 can generally only be reached incompletely. If further degrees of freedom are provided, this can also be made possible.
  • the X-ray source 2 is moved along or about the axes 4-x in particular by means of actuators provided for this purpose (not shown).
  • the x-ray detector 3 can be arranged in almost any position (or pose) around the test object 10 by means of the second positioning device 5 .
  • Each axis 5-x provides one degree of freedom, where the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • X-ray source 2 can be moved in all three spatial directions by means of the translation axes 5-1, 5-2 and the telescope axis 5-5.
  • the X-ray source 2 can be pivoted about the axes of rotation 5-3, 5-4, so that the X-ray detector 3 can be aligned, which means that an alignment of an active detector surface can be set in particular. Only one side of the test object 10 facing away from the second positioning device 5 can generally only be reached incompletely. If further degrees of freedom are provided, this can also be made possible.
  • the X-ray detector 3 is moved along or about the axes 5-x in particular by means of actuators provided for this purpose (not shown).
  • the pose detection device 6 is set up to detect and/or determine source poses 12 of the x-ray source relative to the test object 10 and detector poses 13 of the x-ray detector 3 relative to the test object 10 . For this purpose, in particular, an object pose is also determined.
  • the pose detection device 6 to have tracking sensors 16, the tracking sensors 16 being set up to detect position markers (not shown in the representation in FIG. 1, cf. FIG. 2) arranged on the x-ray source 2 and the x-ray detector 3, the pose detection device 6 being set up to evaluate (track) the respectively detected position markers for determining the source poses 12 and the detector poses 13 .
  • the pose detection device 6 includes, for example, eight (area) cameras 6-x as tracking sensors 16, which are arranged in the corners of a cuboid occupied by the computed tomography system 1 and which each detect the X-ray source 2, the test object 10 and the X-ray detector 3.
  • the alignment of the cameras 6-x is in particular such that a respective detection area 14 (here indicated schematically by a smaller cuboid, cf. also Fig. 2) is aligned with the measurement area 11 in the center of the cuboid, with the respective detection area 14 includes the measurement area 11 and the x-ray source 2 , the test object 10 and the x-ray detector 3 .
  • At least one of the cameras 6-x can record both the x-ray source 2 and the test object 10 as well as the x-ray detector 3 at any time.
  • One or more of the following methods can be used, for example, as a method for determining the source poses 12 and the detector poses 13 (and in particular also the object pose), it being possible for the cameras 6-x to be replaced by another suitable sensor system depending on the method: photogrammetry, Laser tracking (e.g. using a Leica AT-960), triangulation using three line scan cameras (e.g. using Zeiss T-TRACK), triangulation using (area) cameras (e.g. Zeiss AlCell Trace) or combinations of the methods mentioned. In particular, individual points or positions on the trajectories are traversed one after the other for this purpose.
  • Laser tracking e.g. using a Leica AT-960
  • triangulation using three line scan cameras e.g. using Zeiss T-TRACK
  • area cameras e.g. Zeiss AlCell Trace
  • individual points or positions on the trajectories are traversed one after the other for this purpose.
  • the control device 7 can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that runs on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) or field-programmable gate array (FPGA).
  • the control device 7 includes in particular at least one computing device (not shown), e.g. a microprocessor or a microcontroller, and at least one memory (not shown).
  • the control device 7 controls the first positioning device 4 and the second positioning device 5.
  • the control device 7 also controls the acquisition of radiographic images 20 by means of the X-ray detector 3.
  • Signal connections between the control device 7 and the first positioning device 4, the second positioning device 5, the X-ray source 2, the X-ray detector 3 and the pose detection device 6 are shown only schematically for reasons of clarity.
  • the control device 7 is set up to arrange the x-ray source 2 along a source trajectory 30 by activating the first positioning device 4 and to arrange the x-ray detector 3 along a detector trajectory 31 by activating the second positioning device 5 in order to acquire transmission images 20 of the test object 10 .
  • control device 7 is set up to use the respectively determined source poses 12 and detector poses 13 when reconstructing a, in particular Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 three-dimensional object volume 40 from the recorded transmission images 20 to be taken into account.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration to clarify the embodiment of the computed tomography arrangement 1 shown in FIG. 1 , which essentially corresponds to a side view of the perspective illustration in FIG. 1 .
  • the position markers 17 are shown, which are evaluated (tracked) to determine the source poses 12 and the detector poses 13 .
  • the detection area 14 here includes the measurement area 11.
  • the detection area 14 or the detection areas 14 can, if the tracking sensors 16 have different detection areas 14 have, and the measuring area 11 can also be dimensioned differently.
  • the pose detection device 6 includes eight tracking sensors 16 (only four of which are shown in this illustration, cf. also FIG. 1), which are designed as cameras 6-1, 6-3, 6-5, 6-7 in the example shown.
  • the position markers 17 are in particular optical position markers 17 and each include a geometric pattern. In particular, the geometric pattern forms a code with which each position marker 17 can be uniquely identified.
  • the cameras 6-x capture images of the capture area 14 in which the position markers 17 are contained. Using methods of computer vision and/or pattern recognition and/or machine learning and/or artificial intelligence, the position markers 17 can be recognized via the pattern or via the respective coding.
  • the (current) source pose 12 and the (current) detector pose 13 are determined via this.
  • the position markers 17 are arranged in larger numbers on the x-ray source 2 and the x-ray detector 3 .
  • these are arranged on all (six) end faces of the X-ray source 2 and the X-ray detector 3 (eg a total of 12 to 20 pieces).
  • all position markers 17 are never recorded simultaneously by the tracking sensors 16 or by the cameras 6-x.
  • the position marker 17 is captured 6 times by additional cameras, Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 this increases the accuracy of the position determination. If at least three position markers 17 arranged on the x-ray source 2 or the x-ray detector 3 are detected, the source pose or the detector pose can be determined from this, since the coding of the position markers 17 (and a previous calibration of the cameras 6-x to one another) can be determined which position markers 17 were recorded. The respective pose is determined based on an arrangement of the identified position markers 17 .
  • test object is stationary throughout the measurement and does not change its object pose.
  • provision can also be made for detecting and/or determining an object pose in the same way. This can either also be done by means of position markers 17 arranged on the test object and/or by means of some other type of pattern recognition on the test object.
  • the embodiment shown in FIG. 2 can in particular also be used to calibrate the tracking sensors 16 or cameras 6-x.
  • Optical positioning methods typically require calibration. This can be done, for example, in triangulation with two or more (area) cameras 6-x (photogrammetry) by one or more uncalibrated, but stationary, rigid objects, consisting of several position markers 17 to be tracked, in different positions of the axes 4 -x, 5-x to be tracked.
  • the two rigid objects are the X-ray source 2 and the X-ray detector 3, to which several position markers 17 are stuck.
  • the calibration is carried out once with a long reference run along all axes 4-x, 5-x and a geometric model of the position markers 17 on the rigid object, the respective poses of the rigid objects in the space and the poses of the different cameras 6-x are calculated.
  • the only requirement here is that the position markers 17 have not moved within a rigid object.
  • the resulting geometry model is a clear description, eg of the respective poses of the cameras 6-x.
  • the scaling factor must be determined once. This can be done, for example, by knowing the distances within the rigid object or by measuring an additional scale.
  • a full calibration is rarely performed (especially not during the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • the process-related unknown scaling factor can be regarded as a good approximation as constant.
  • one or more calibrated and very temperature-stable objects e.g. a rod made of Invar [not shown] with several position markers 17
  • An advantage of the embodiment shown in Figure 2 is that passive (i.e. not self-luminous) position markers 17 can be used (e.g. in photogrammetry), where the position markers 17 can be glued directly onto the rigid objects to be tracked.
  • the position markers 17 can also be glued directly to an active surface of the X-ray detector 3, since the position markers 17 typically consist of an X-ray-transparent material and can be easily corrected during the calibration of the X-ray detector 3 (in particular with a "flat field correction"), so that these have no disruptive influence on the reconstruction.
  • the computed tomography arrangement 1 ( FIG. 1 ) to comprise at least one object positioning device 8 which is set up for arranging the test object 10 .
  • the object positioning device 8 comprises, for example, a conveyor belt 8-1, on which the test object 10 can be moved into the measuring area 11 and out of it again.
  • Applicant Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • control device 7 ( FIG. 1 ) is also set up to arrange the x-ray source 2 and the x-ray detector 3 synchronized with one another along the source trajectory 30 and the detector trajectory 31 .
  • the optimization can take place, for example, using the control device 7 .
  • the triggering signal can be generated and provided by means of a sensor system 9 set up for this purpose on the respective axis 4-x, 5-x, with the control device 7 evaluating the triggering signal 19 and controlling the x-ray detector 3 in such a way that it acquires a radiograph 20.
  • Two source trajectories 30 and two detector trajectories 31 are shown as an example in FIG. It should be noted here that the X-ray source 2 and the X-ray detector 3 are always opposite one another in the example shown and therefore the respective trajectories 30, 31 are the same from the individual positions or poses, with the poses each at an angle of 180° along of the trajectories 30, 31 are offset.
  • FIG. 4 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method for operating a computed tomography arrangement.
  • the Applicant Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
  • Computed tomography arrangement is designed, for example, like the embodiment shown in FIG.
  • an x-ray source is arranged in a current target pose along a predefined source trajectory by means of a first positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis.
  • the first positioning device is actuated (or regulated) accordingly by means of a control device.
  • an x-ray detector is arranged in a current target pose along a predetermined detector trajectory by means of a second positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis.
  • the second positioning device is actuated (or regulated) accordingly by means of a control device.
  • a source pose of the X-ray source relative to the test object and a detector pose of the X-ray detector relative to the test object are recorded and/or determined by means of at least one pose detection device, with position markers arranged on the X-ray source and the X-ray detector being recorded for this purpose by means of at least one tracking sensor of the at least one pose detection device be, wherein the respectively detected position markers are evaluated to determine the source poses and the detector poses by means of the at least one pose detection device.
  • a radiographic image is recorded using the x-ray detector.
  • a measure 103 it is checked whether all points or target poses on the source trajectory and on the detector trajectory have already been traversed. If this is not the case, proceed to measure 100a.
  • action 104 is continued.
  • measure 104 a three-dimensional object volume is created from the acquired radiographs, taking into account the respectively determined source poses and the respectively acquired Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 and/or certain detector poses.
  • the reconstructed object volume is then made available, in particular in the form of a digital data packet.
  • the test object is also arranged by means of at least one object positioning device.
  • a conveyor belt can be used for arranging, in order to transport the test object into a measurement area and to remove it from it again.
  • the at least one object positioning device can also have further actuators with translational axes and/or rotational axes in order to arrange the test object, that is to say in particular to define its pose (position and an orientation).
  • Measures 100a and 100b can provide for the x-ray source and the x-ray detector to be arranged using the control device along a source trajectory and a detector trajectory that have been optimized taking into account at least one optimization criterion.
  • the acquisition of the radiograph is then triggered in measure 102 for the at least one marked axis position by the trigger signal generated.
  • two complete source trajectories and two associated complete detector trajectories are specified.
  • the source trajectories and the associated detector trajectories can then, for example, be executed or traversed one after the other, so that the test object is completely detected twice, but from different irradiation directions.
  • test object 11 measuring range 12 source pose

Abstract

The invention relates to a computer tomography assembly (1) comprising an X-ray source (2), an X-ray detector (3), a first positioning device (4) with at least two translational axes (4-1, 4-2) and at least one rotational axis (4-3, 4-4), a second positioning device (5) with at least two translational axes (5-1, 5-2) and at least one rotational axis (5-3, 5-4), at least one pose detection device (6), and a controller (7), wherein the X-ray source (2) is arranged on the first positioning device (4), the X-ray detector (3) is arranged on the second positioning device (5), and the at least one pose detection device (6) is designed to detect and/or determine source poses (12) of the X-ray source (2) and detector poses (13) of the X-ray detector (3). The controller (7) is designed to arrange the X-ray source (2) along a source trajectory (30) by actuating the first positioning device (4), arrange the X-ray detector (3) along a detector trajectory (31) by actuating the second positioning device (5), and take into consideration the source poses (12) and detector poses (13) determined for each detected X-ray image (20) when reconstructing an object volume (40) from the detected X-ray images (20).

Description

Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Computertomographieanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung Computed tomography arrangement and method for operating a computed tomography arrangement
Die Erfindung betrifft eine Computertomographieanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung. The invention relates to a computed tomography arrangement and a method for operating a computed tomography arrangement.
Klassische Computertomographie (CT) basiert darauf, eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor auf Kreisbahnen um ein Prüfobjekt herum zu bewegen oder (äquivalent hierzu) bei fester Position von Röntgenquelle und Röntgendetektor das Prüfobjekt im Strahlengang z.B. auf einem Drehtisch zu drehen. Dies kann zu suboptimalen Rekonstruktionen führen. Beispielsweise können Strahlaufhärtung und Streustrahlung als Artefakte in der Rekonstruktion auftreten und je nach Position des Prüfobjekts können Feldkampartefakte auftreten. Außerdem können aufgrund einer zu großen Durchstrahlungslänge Probleme aufgrund einer nahezu vollständigen Absorption der Röntgenstrahlung auftreten („photon starvation“). All diese Artefakte hängen in der Regel stark von einer Pose, insbesondere einer Orientierung, des Prüfobjekts relativ zur Drehachse ab. Bei geänderter Pose des Prüfobjekts würden diese Artefakte entlang von anderen Durchstrahlungsrichtungen im Prüfobjekt auftreten. Classic computed tomography (CT) is based on moving an X-ray source and an X-ray detector on circular paths around a test object or (equivalently) with a fixed position of the X-ray source and X-ray detector rotating the test object in the beam path, e.g. on a turntable. This can lead to suboptimal reconstructions. For example, beam hardening and scattered radiation can occur as artifacts in the reconstruction, and field-cam artifacts can occur depending on the position of the test object. In addition, problems can occur due to an almost complete absorption of the X-ray radiation ("photon starvation") due to an excessive transmission length. All of these artefacts generally depend heavily on a pose, in particular an orientation, of the test object relative to the axis of rotation. If the pose of the test object changes, these artefacts would occur along other transmission directions in the test object.
Um Fe Id kam partefakte zu verringern, werden typischerweise statt Kreistrajektorien für die Röntgenquelle und den Röntgendetektor Helix-Trajektorien gewählt. Diese sind aber technisch schwerer umzusetzen und haben deutlich höhere Anforderungen an eine Genauigkeit einer zur Rekonstruktion benötigen Beschreibung einer Abbildungsgeometrie. Außerdem kann durch eine geeignete Objektverkippung der Einfluss von Feldkampartefakten stark reduziert werden. In order to reduce FeId kam artifacts, helical trajectories are typically selected for the X-ray source and the X-ray detector instead of circular trajectories. However, these are technically more difficult to implement and have significantly higher requirements for an accuracy of a description of an imaging geometry required for the reconstruction. In addition, the influence of field field artifacts can be greatly reduced by suitable object tilting.
Es existieren ferner auch Verfahren, um den Einfluss von Streustrahlung und Strahlaufhärtung zu verringern. Des Weiteren existieren Rekonstruktionen, die versuchen, mit sehr geringen Durchstrahlungslängen umgehen zu können, z.B. durch Modellierung einer Rauschstatistik. There are also methods to reduce the influence of scattered radiation and beam hardening. Furthermore, there are reconstructions that try to deal with very short transmission lengths, e.g. by modeling a noise statistic.
All diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie versuchen, die Symptome zu bekämpfen. Speziell im Fall der „photon-starvation“ können sie jedoch nicht die Ursache beheben. Eine grundlegende Idee zur Behebung dieser Probleme ist, durch eine Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 geeignete Wahl einer von Kreisbahnen deutlich abweichenden Trajektorie nur diejenigen Projektionen bzw. Durchstrahlungsbilder des Prüfobjekts überhaupt zu verwenden, in denen die genannten Probleme (insbesondere hohe Durchstrahlungslängen aufgrund der Form des Prüfobjektes, viel kumuliertes eingeschlossenes dichtes Material (z.B. Metall) unter gewissen Durchstrahlungsrichtungen) gar nicht erst auftreten. The disadvantage of all these procedures is that they try to combat the symptoms. In the case of "photon starvation" in particular, however, they cannot eliminate the cause. A basic idea to fix these problems is by using a Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 suitable choice of a trajectory that deviates significantly from circular paths only to use those projections or radiographs of the test object in which the problems mentioned (particularly high radiographic lengths due to the shape of the test object, a lot of cumulative enclosed dense material (e.g. metal) under certain radiation directions) does not even occur.
Ein Verfahren, bei dem eine von Kreisbahnen abweichende Trajektorie verwendet wird, ist beispielsweise aus P. Landstorfer et al., Investigation of Non-circular Scanning Trajectories in Robot-based Industrial X-ray Computed Tomography of Multi-material Objects, Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - Volume 2, ICINCO, ISBN 978-989-758-380-3, ISSN 2184- 2809, Seiten 518-522, DOI: 10.5220/0007966405180522, bekannt. A method in which a trajectory deviating from circular paths is used is known, for example, from P. Landstorfer et al., Investigation of Non-circular Scanning Trajectories in Robot-based Industrial X-ray Computed Tomography of Multi-material Objects, Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - Volume 2, ICINCO, ISBN 978-989-758-380-3, ISSN 2184-2809, pages 518-522, DOI: 10.5220/0007966405180522.
Vor allem mit klassischen Industrierobotern ergeben sich viele Möglichkeiten, solche Messungen zu realisieren. Beispiele hierfür finden sich in Jochen Hiller et al., Evaluation of the impact offaulty scanning trajectories in robot-based x-ray computed tomography, Meas. Sei. Technol. 32, 015401, 2021. Eine Variante, bei der nur das Prüfobjekt am Roboter bewegt wird, hat jedoch den Nachteil, dass einige Durchstrahlungsrichtungen unmöglich zu realisieren sind, ohne dass das Prüfobjekt erneut gegriffen wird. Außerdem muss ein Greifer immer spezifisch für das Prüfobjekt angepasst werden. Alle anderen Varianten haben den Nachteil, dass sie, allein um den nötigen Bewegungsraum zu ermöglichen, deutlich mehr Platz benötigen, als minimal notwendig wäre und teilweise selbst dann nur einen Teil der möglichen Trajektorien abdecken können. Bei allen Varianten ist ein weiterer Nachteil, dass die Messsysteme der Roboter zum Bestimmen der jeweiligen Pose nicht eine erforderliche Genauigkeit liefern. Dies führt dazu, dass eine Rekonstruktionsqualität leidet. Especially with classic industrial robots there are many possibilities to realize such measurements. Examples of this can be found in Jochen Hiller et al., Evaluation of the impact offaulty scanning trajectories in robot-based x-ray computed tomography, Meas. Be. technol. 32, 015401, 2021. However, a variant in which only the test object is moved on the robot has the disadvantage that some radiation directions are impossible to implement without gripping the test object again. In addition, a gripper must always be specifically adapted to the test object. All other variants have the disadvantage that, just to enable the necessary room for movement, they require significantly more space than would be necessary as a minimum and in some cases even then they can only cover part of the possible trajectories. A further disadvantage of all variants is that the measuring systems of the robots for determining the respective pose do not provide the necessary accuracy. This means that the reconstruction quality suffers.
Aus der EP 3491 367 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Röntgensystems mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsdetektor bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erstellen eines kinematischen Modells für mindestens eine Position, Definieren von Startwerten und Kalibrieren und Lösen eines Gleichungssystems durch Minimierung. Das Gleichungssystem wird mittels des jeweils festgelegten kinematischen Modells für das Röntgensystem aufgebaut, wobei das Gleichungssystem entsprechende kinematische Parametersätze für jede Position und zu kalibrierende Parameter enthält, die typischerweise über alle Positionen gleich sind. Diese zu kalibrierenden Parameter Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 werden in dem Schritt definiert, der die Startwerte definiert, und basierend auf diesen wird im Schritt der Kalibrierung mittels Kalibrierkörpern mindestens ein Bild aufgenommen, sodass ein Vergleich der Messergebnisse mit den jeweiligen Referenzen ein Fehlermaß ergibt. Dieses Fehlermaß wird beim Lösen des Gleichungssystems minimiert. A method for calibrating an X-ray system with a radiation source and a radiation detector is known from EP 3491 367 A1. The method comprises the steps: creating a kinematic model for at least one position, defining starting values and calibrating and solving a system of equations by minimization. The system of equations is constructed by means of the kinematic model for the x-ray system specified in each case, with the system of equations containing corresponding sets of kinematic parameters for each position and parameters to be calibrated, which are typically the same for all positions. These parameters to be calibrated Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 are defined in the step that defines the starting values, and based on these, at least one image is recorded in the calibration step using calibration bodies, so that a Comparison of the measurement results with the respective references results in a measure of error. This level of error is minimized when solving the system of equations.
Aus der US 10835 199 B2 ist eine optische Geometriekalibrierungsvorrichtung für die Röntgenbildgebung bekannt. Die optische Geometriekalibrierungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie mit einer zweidimensionalen (2D) Bildgebungsvorrichtung verbunden ist, um eine dreidimensionale (3D) Bildgebung durchzuführen. Die optische Geometriekalibrierungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere optische Kameras, die entweder an einer Röntgenquelle oder einem Röntgendetektor befestigt sind, eine oder mehrere Markierungen, die an dem Röntgendetektor oder der Röntgenquelle befestigt sind, wobei die eine oder die mehreren optischen Kameras dazu konfiguriert sind, um mindestens ein fotografisches Bild von einem oder mehreren entsprechenden optischen Markern zu erfassen, wenn jedes Röntgenbild des Objekts erfasst wird; und ein Bildverarbeitungssystem, das konfiguriert ist, um für jedes 2D-Projektionsbild Positionen der Röntgenquelle relativ zum Röntgendetektor basierend auf dem mindestens einen fotografischen Bild des einen oder der mehreren Marker zu berechnen. An optical geometry calibration device for X-ray imaging is known from US Pat. No. 1,0835,199 B2. The optical geometry calibration device is configured to interface with a two-dimensional (2D) imaging device to perform three-dimensional (3D) imaging. The optical geometry calibration device includes one or more optical cameras attached to either an x-ray source or an x-ray detector, one or more markers attached to the x-ray detector or the x-ray source, the one or more optical cameras configured to at least capture a photographic image of one or more corresponding optical markers as each x-ray image of the object is captured; and an image processing system configured to calculate, for each 2D projection image, positions of the x-ray source relative to the x-ray detector based on the at least one photographic image of the one or more markers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Computertomographieanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung zu schaffen, mit denen insbesondere ein Prüfobjekt flexibel erfasst werden kann sowie eine hohe Rekonstruktionsqualität erreicht werden kann und, darüber hinaus, insbesondere ein Bedarf an Bauraum möglichst gering ist. The invention is based on the object of creating a computed tomography arrangement and a method for operating a computed tomography arrangement with which a test object in particular can be flexibly recorded and a high reconstruction quality can be achieved and, moreover, in particular, the need for installation space is as small as possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Computertomographieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved according to the invention by a computed tomography arrangement having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 9 . Advantageous configurations of the invention result from the dependent claims.
Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, eine Computertomographieanordnung zu schaffen, die eine erste und eine zweite Positioniereinrichtung mit jeweils mindestens zwei Translationsachsen und mit jeweils mindestens einer Rotationsachse umfassen. Ferner umfasst die Computertomographieanordnung mindestens eine Posenerfassungseinrichtung. Zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern aus Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen werden eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor mittels der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung entlang von, insbesondere vorgegebenen, Quell- und Detektortrajektorien angeordnet. Die Posenerfassungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild jeweils eine Quellpose und eine Detektorpose zu erfassen und/oder zu bestimmen. Eine Rekonstruktion eines, insbesondere dreidimensionalen, Objektvolumens (welches auch als Volumenmodell bezeichnet werden kann) aus den erfassten Durchstrahlungsbildern erfolgt unter Berücksichtigung der jeweils erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen. Für jedes erfasste Durchstrahlungsbild lässt sich hierdurch eine Abbildungsgeometrie angeben. Dem liegt insbesondere auch der Gedanke zugrunde, dass hierbei auf eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Achsen verzichtet werden kann, wenn mittels der Posenerfassungseinrichtung beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder jeweils eine Quellpose und eine Detektorpose relativ zum Prüfobjekt mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden kann. A basic idea of the invention is to create a computed tomography arrangement which comprises a first and a second positioning device each having at least two translation axes and each having at least one axis of rotation. Furthermore, the computed tomography arrangement comprises at least one pose detection device. For capturing radiographic images Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 different radiation directions, an X-ray source and an X-ray detector are arranged by means of the first and the second positioning device along, in particular predetermined, source and detector trajectories. The pose detection device is set up to detect and/or determine a source pose and a detector pose for each detected radiographic image. A particularly three-dimensional object volume (which can also be referred to as a volume model) is reconstructed from the acquired radiographs, taking into account the respectively acquired and/or determined source poses and detector poses. In this way, an imaging geometry can be specified for each recorded radiographic image. This is based in particular on the idea that high accuracy in the positioning of the axes can be dispensed with if the pose detection device can detect a source pose and a detector pose relative to the test object with sufficient accuracy when capturing the radiographs.
Insbesondere wird eine Computertomographieanordnung geschaffen, umfassend eine Röntgenquelle, einen Röntgendetektor, eine erste Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse, eine zweite Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse, mindestens eine Posenerfassungseinrichtung, und eine Steuereinrichtung, wobei die Röntgenquelle an der ersten Positioniereinrichtung derart angeordnet ist, dass die Röntgenquelle mittels der ersten Positioniereinrichtung entlang der mindestens zwei Translationsachsen bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse gedreht werden kann, und wobei der Röntgendetektor an der zweiten Positioniereinrichtung derart angeordnet ist, dass der Röntgendetektor mittels der zweiten Positioniereinrichtung entlang der mindestens zwei Translationsachsen bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse gedreht werden kann, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Quellposen der Röntgenquelle relativ zu einem Prüfobjekt und Detektorposen des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt zu erfassen und/oder zu bestimmen, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung mindestens einen Trackingsensor aufweist, wobei der mindestens eine Trackingsensor dazu eingerichtet ist, auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker zu erfassen und wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen auszuwerten, wobei die Steuereinrichtung dazu Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 eingerichtet ist, zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern des Prüfobjekts die Röntgenquelle durch Ansteuern der ersten Positioniereinrichtung entlang einer Quelltrajektorie anzuordnen und den Röntgendetektor durch Ansteuern der zweiten Positioniereinrichtung entlang einer Detektortrajektorie anzuordnen, und die jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen beim Rekonstruieren eines Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern zu berücksichtigen. In particular, a computed tomography arrangement is created, comprising an X-ray source, an X-ray detector, a first positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis, a second positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis, at least one pose detection device, and a control device, wherein the x-ray source is first positioning device is arranged in such a way that the x-ray source can be moved by means of the first positioning device along the at least two translation axes and rotated about the at least one axis of rotation, and wherein the x-ray detector is arranged on the second positioning device in such a way that the x-ray detector can be moved by means of the second positioning device along the at least two translational axes can be moved and rotated about the at least one rotational axis, wherein the at least one pose detection device device is set up to detect and/or determine source poses of the X-ray source relative to a test object and detector poses of the X-ray detector relative to the test object, the at least one pose detection device having at least one tracking sensor, the at least one tracking sensor being set up to act on the X-ray source and to detect position markers arranged on the X-ray detector and wherein the at least one pose detection device is set up to evaluate the respectively detected position markers for determining the source poses and the detector poses, the control device for this purpose Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 to arrange the x-ray source by driving the first positioning device along a source trajectory and to arrange the x-ray detector by driving the second positioning device along a detector trajectory, and to take into account the source poses and detector poses recorded and/or determined for each recorded transmission image when reconstructing an object volume from the recorded transmission images.
Ferner wird insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung zur Verfügung gestellt, wobei eine Röntgenquelle mittels einer ersten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse entlang einer Quelltrajektorie angeordnet wird, wobei ein Röntgendetektor mittels einer zweiten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse entlang einer Detektortrajektorie angeordnet wird, wobei zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild eines Prüfobjekts jeweils eine Quellpose der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt und jeweils eine Detektorpose des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt mittels mindestens einer Posenerfassungseinrichtung erfasst und/oder bestimmt werden, wobei hierzu auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker mittels mindestens eines Trackingsensors der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen mittels der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung ausgewertet werden, und wobei die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei ein Rekonstruieren eines Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern unter Berücksichtigung der jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild erfassten und/oder bestimmten Quellpose und der jeweils erfassten und/oder bestimmten Detektorpose durchgeführt wird. Furthermore, in particular a method for operating a computed tomography arrangement is provided, in which an X-ray source is arranged along a source trajectory by means of a first positioning device with at least two translation axes and at least one axis of rotation, wherein an X-ray detector is positioned along a second positioning device with at least two translation axes and at least one axis of rotation a detector trajectory, with a source pose of the x-ray source relative to the test object and a respective detector pose of the x-ray detector relative to the test object being detected and/or determined for each recorded radiographic image of a test object, with at least one pose detection device being arranged for this purpose on the x-ray source and the x-ray detector Position markers are detected by at least one tracking sensor of the at least one pose detection device, the respective detected position markers for determining the source poses and the detector poses are evaluated by means of the at least one pose detection device, and wherein the first positioning device and the second positioning device are controlled by a control device, with a reconstructing of an object volume from the recorded radiographs taking into account the respectively recorded radiographs for each recorded radiograph and/or the determined source pose and the respective detected and/or determined detector pose.
Ein Vorteil der Computertomographieanordnung und des Verfahrens ist, dass eine geringe Positioniergenauigkeit (z.B. mehrere Millimeter bis Zentimeter bzw. einige Grad) der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung beim Rekonstruieren des Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern nicht mehr zu Einbußen bei der Qualität des rekonstruierten Objektvolumens wie bei Industrierobotern führt, da die erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen der Rekonstruktion, Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 insbesondere zum Bestimmen einer jeweiligen Abbildungsgeometrie zwischen Röntgenquelle, Prüfobjekt und Röntgendetektor, zugrunde gelegt werden können. Die Qualität der Rekonstruktion kann hierdurch verbessert werden. An advantage of the computed tomography arrangement and the method is that a low positioning accuracy (e.g. several millimeters to centimeters or a few degrees) of the first and the second positioning device when reconstructing the object volume from the recorded radiographic images no longer leads to losses in the quality of the reconstructed object volume as in industrial robots, since the recorded and/or determined source poses and detector poses of the reconstruction, Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022, in particular for determining a respective imaging geometry between X-ray source, test object and X-ray detector. The quality of the reconstruction can be improved as a result.
Ein weiterer Vorteil der Computertomographieanordnung und des Verfahrens ist, dass insbesondere ein benötigter Bauraum reduziert werden kann, da die mindestens zwei Translationsachsen und die mindestens eine Rotationsachse der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung äußerst kompakt und bauraumsparend ausgebildet sein können. Insbesondere die Kombination aus Translationsachsen und Rotationsachsen ist vorteilhaft gegenüber einer Verwendung von Roboterarmen, die beim Betrieb deutlich mehr Bauraum benötigen. A further advantage of the computed tomography arrangement and the method is that in particular the required installation space can be reduced since the at least two translational axes and the at least one rotational axis of the first and second positioning devices can be designed to be extremely compact and space-saving. In particular, the combination of translational axes and rotational axes is advantageous compared to using robot arms, which require significantly more installation space during operation.
Die Computertomographieanordnung ist insbesondere eineThe computed tomography arrangement is in particular one
Computertomographieanordnung aus dem Bereich der industriellen Messtechnik. Ein Prüfobjekt ist insbesondere ein Werkstück. Computed tomography arrangement from the field of industrial measurement technology. A test object is in particular a workpiece.
Die erste und die zweite Positioniereinrichtung umfassen jeweils mindestens zwei Translationsachsen und mindestens eine Rotationsachse. Die Translationsachsen sind insbesondere als Linearachsen ausgebildet. Insbesondere ist eine kinematische Kette wie folgt ausgestaltet: T ranslationsachse-T ranslationsachse-Rotationsachse- Röntgenquelle/Röntgendetektor. Anders ausgedrückt kann die um die Rotationsachse dreh- oder schwenkbare Röntgenquelle (bzw. der Röntgendetektor) entlang einer der Translationsachsen verfahren werden, welche selbst zusammen mit der Rotationsachse und der Röntgenquelle (bzw. dem Röntgendetektor) entlang einer anderen der Translationsachsen verfahren werden kann. Mittels der mindestens zwei Translationsachsen und der mindestens einen Rotationsachse kann das Prüfobjekt insbesondere aus verschiedenen Richtungen mittels Röntgenstrahlung durchstrahlt werden. Ein Vorteil der Verwendung der mindestens zwei Translationsachsen zusammen mit der mindestens einen Rotationsachse ist insbesondere ein geringerer Bedarf an Bauraum. The first and the second positioning device each comprise at least two translational axes and at least one rotational axis. The translation axes are designed in particular as linear axes. In particular, a kinematic chain is configured as follows: translation axis-translation axis-rotation axis-x-ray source/x-ray detector. In other words, the X-ray source (or the X-ray detector) that can be rotated or pivoted about the axis of rotation can be moved along one of the translation axes, which itself can be moved along another of the translation axes together with the axis of rotation and the X-ray source (or the X-ray detector). By means of the at least two translational axes and the at least one axis of rotation, the test object can be irradiated with X-rays, in particular from different directions. One advantage of using the at least two translational axes together with the at least one rotational axis is, in particular, that less installation space is required.
Die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung sind innerhalb der Computertomographieanordnung insbesondere einander spiegelbildlich gegenüber angeordnet. Dies vereinfacht das Ausbilden eines Strahlengangs sowie das Anordnen des Prüfobjekts zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 The first positioning device and the second positioning device are arranged opposite one another within the computed tomography arrangement, in particular as a mirror image. This simplifies the formation of a beam path and the arrangement of the test object between the x-ray source and the x-ray detector. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Insbesondere ist vorgesehen, dass die jeweiligen Translationsachsen zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweiligen Rotationsachsen zueinander orthogonal ausgerichtet sind. In particular, it is provided that the respective translation axes are aligned orthogonally to one another. Furthermore, it is provided in particular that the respective axes of rotation are aligned orthogonally to one another.
Eine Pose umfasst insbesondere eine Position und eine Orientierung bzw. Ausrichtung, insbesondere in einem dreidimensionalen Koordinatensystem. Anders ausgedrückt bezeichnet eine Pose insbesondere eine räumliche Lage eines Objekts (Röntgenquelle, Röntgendetektor oder Prüfobjekt). A pose includes in particular a position and an orientation or alignment, in particular in a three-dimensional coordinate system. In other words, a pose refers in particular to a spatial position of an object (X-ray source, X-ray detector or test object).
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung auch eine Objektpose erfasst und/oder bestimmt. Alternativ kann von einer bekannten Objektpose ausgegangen werden, die während der computertomographischen Messung konstant bleibt und zu der die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung kalibriert ist. Grundsätzlich muss eine Genauigkeit hierbei nur so groß sein, dass das Prüfobjekt oder ein zu erfassender Teilbereich des Prüfobjekts innerhalb des rekonstruierten Objektvolumens liegt (z.B. nur auf 10 mm genau). In particular, it can be provided that the at least one pose detection device also detects and/or determines an object pose. Alternatively, a known object pose can be used as a basis, which remains constant during the computer tomographic measurement and to which the at least one pose detection device is calibrated. Basically, an accuracy must only be so great that the test object or a part of the test object to be recorded is within the reconstructed object volume (e.g. only accurate to 10 mm).
Die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung kann grundsätzlich nach jedem geeigneten Verfahren zum Erfassen und/oder Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose arbeiten. Beispielhaft genannte Verfahren sind: Photogrammmetrie, Lasertracking (z.B. mittels Leica AT-960), Triangulation mittels dreier Zeilenkameras (z.B. mittels Zeiss T-TRACK), Triangulation mittels (Flächen-)Kameras (z.B. Zeiss AlCell Trace) oder auch Kombinationen aus den genannten Verfahren. Bei allen Verfahren wird insbesondere angestrebt, Probleme mit Überdeckungen und „toten Winkeln“ zu vermeiden, sodass ein Erfassen und/oder Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose (und ggf. der Objektpose) zu jeder Zeit möglich ist. In principle, the at least one pose detection device can operate according to any suitable method for detecting and/or determining the source pose and the detector pose. Examples of methods are: photogrammetry, laser tracking (e.g. using a Leica AT-960), triangulation using three line scan cameras (e.g. using Zeiss T-TRACK), triangulation using (area) cameras (e.g. Zeiss AlCell Trace) or combinations of the methods mentioned . In all methods, the aim is in particular to avoid problems with overlapping and "blind spots" so that the source pose and the detector pose (and possibly the object pose) can be detected and/or determined at any time.
Es kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die Posenerfassungseinrichtung zumindest teilweise an der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor angeordnet ist. Dies ermöglicht insbesondere eine sogenannte „inverse Navigation“ oder ein „Inside-Out- Tracking“ der Röntgenquelle und des Röntgendetektors. In principle, it can also be provided that the pose detection device is arranged at least partially on the x-ray source and/or the x-ray detector. In particular, this enables so-called “inverse navigation” or “inside-out tracking” of the x-ray source and the x-ray detector.
Grundsätzlich können beim Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose (und ggf. der Objektpose) Verfahren der Computer Vision, des Maschinenlernens und der Künstlichen Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Basically, in determining the source pose and the detector pose (and possibly the object pose), methods of computer vision, machine learning and artificial Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Intelligenz zum Einsatz kommen. Beispielsweise können Mustererkennungsverfahren mittels trainierter Neuronaler Netze verwendet werden, um die Posen ausgehend von erfassten Sensordaten zu bestimmen. intelligence are used. For example, pattern recognition methods using trained neural networks can be used to determine the poses based on detected sensor data.
Der mindestens eine Trackingsensor erfasst insbesondere einen Bereich, der sowohl die Röntgenquelle und das Prüfobjekt als auch den Röntgendetektor umfasst. Hierdurch kann der mindestens eine Trackingsensor zumindest einen Teil der Positionsmarker auf der Röntgenquelle und, zeitgleich, zumindest einen Teil der Positionsmarker auf dem Röntgendetektor erfassen. Durch das zeitgleiche Erfassen innerhalb desselben Erfassungsbereichs bzw. innerhalb derselben Erfassungsbereiche können die Quellpose und die Detektorpose verbessert bestimmt werden. Sind mehrere Trackingsensoren vorgesehen, so sind diese relativ zu der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor insbesondere derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass unabhängig von einer aktuellen Pose der Röntgenquelle und einer aktuellen Pose des Röntgendetektors zu jeder Zeit mindestens einer der Trackingsensoren sowohl zumindest einen Teil der Positionsmarker auf der Röntgenquelle als auch zumindest einen Teil der Positionsmarker auf dem Röntgendetektor zeitgleich erfassen kann. Die Trackingsensoren haben hierbei insbesondere unterschiedliche Erfassungsbereiche und erfassen die Röntgenquelle, das Prüfobjekt und den Röntgendetektor jeweils aus unterschiedlichen Richtungen. Anders ausgedrückt soll mindestens einer der Trackingsensoren für beliebige Quell- und Detektortrajektorien zu jedem Zeitpunkt sowohl die Röntgenquelle als auch den Röntgendetektor erfassen können. Bevorzugt soll dies sogar für mehr als einen der Trackingsensoren gelten. Der mindestens eine Trackingsensor, insbesondere die mehreren Trackingsensoren, sind hierzu insbesondere in einem vorgegebenen bzw. geeigneten Abstand zum Messbereich, in dem sich das Prüfobjekt befindet, angeordnet, sodass der Erfassungsbereich sowohl die Röntgenquelle (oder zumindest einen Teil von darauf angeordneten Positionsmarkern) als auch den Röntgendetektor (oder zumindest einen Teil von darauf angeordneten Positionsmarkern) umfasst. Ein solcher Abstand kann beispielsweise ausgehend von einem Öffnungswinkel und von einem möglichen Bewegungsbereich der Röntgenquelle und des Röntgendetektors bestimmt und/oder festgelegt werden. The at least one tracking sensor detects in particular an area that includes both the x-ray source and the test object as well as the x-ray detector. As a result, the at least one tracking sensor can detect at least some of the position markers on the x-ray source and, at the same time, at least some of the position markers on the x-ray detector. The source pose and the detector pose can be determined in an improved manner by the simultaneous detection within the same detection area or within the same detection areas. If multiple tracking sensors are provided, they are arranged and/or aligned relative to the x-ray source and the x-ray detector in particular in such a way that, regardless of a current pose of the x-ray source and a current pose of the x-ray detector, at least one of the tracking sensors detects at least part of the position marker at all times on the X-ray source and at least part of the position markers on the X-ray detector can be detected at the same time. In this case, the tracking sensors have in particular different detection areas and detect the x-ray source, the test object and the x-ray detector from different directions. In other words, at least one of the tracking sensors should be able to detect both the x-ray source and the x-ray detector for any source and detector trajectories at any time. This should preferably even apply to more than one of the tracking sensors. For this purpose, the at least one tracking sensor, in particular the multiple tracking sensors, are arranged in particular at a predetermined or suitable distance from the measurement area in which the test object is located, so that the detection area includes both the X-ray source (or at least a part of position markers arranged on it) and the X-ray detector (or at least a part of position markers arranged thereon). Such a distance can be determined and/or fixed, for example, based on an opening angle and a possible range of movement of the x-ray source and the x-ray detector.
Der mindestens eine Trackingsensor ist vorzugweise derart zu wählen bzw. zu konfigurieren und/oder zu betreiben, dass eine Erfassungsfrequenz mindestens so groß ist wie eine Erfassungsfrequenz des Röntgendetektors, damit eine Quellpose und eine Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 The at least one tracking sensor should preferably be selected or configured and/or operated in such a way that a detection frequency is at least as great as a detection frequency of the x-ray detector, thus a source pose and a Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Detektorpose für jedes vom Röntgendetektor erfasste Durchstrahlungsbild bestimmt werden kann. In der Praxis haben typische Röntgendetektoren Erfassungsraten von etwa 40 fps (frames per second, Bilder pro Sekunde). Der mindestens eine Trackingsensor (z.B. eine Kamera, siehe weiter unten) sollte idealerweise mindestens diese Erfassungsrate oder eine größere Erfassungsrate erreichen. Falls dies nicht der Fall ist, können die Quellpose und die Detektorpose durch Interpolation aus benachbarten Posen bestimmt werden. Detector pose can be determined for each transmission image captured by the X-ray detector. In practice, typical X-ray detectors have acquisition rates of around 40 fps (frames per second). The at least one tracking sensor (e.g. a camera, see below) should ideally achieve at least this capture rate or a higher capture rate. If this is not the case, the source pose and the detector pose can be determined by interpolation from neighboring poses.
Eine, insbesondere vorgegebene, Quelltrajektorie umfasst insbesondere eine Anzahl von Soll-Quellposen, in denen die Röntgenquelle innerhalb eines Koordinatensystems angeordnet und ausgerichtet werden soll. Eine solche Soll-Quellpose umfasst daher insbesondere eine dreidimensionale Position relativ zum Prüfobjekt und eine Orientierung bzw. Ausrichtung zum Prüfobjekt. Die Quelltrajektorie wird beispielsweise in Form von SOUV-Koordinaten beschrieben, das heißt in Koordinaten, die eine Quellpose und eine Detektorpose in einem Koordinatensystem des Prüfobjekts beschreiben. A source trajectory, in particular a predetermined one, includes in particular a number of target source poses in which the x-ray source is to be arranged and aligned within a coordinate system. Such a target source pose therefore includes in particular a three-dimensional position relative to the test object and an orientation or alignment to the test object. The source trajectory is described, for example, in the form of SOUV coordinates, ie in coordinates that describe a source pose and a detector pose in a coordinate system of the test object.
Eine, insbesondere vorgegebene, Detektortrajektorie umfasst insbesondere eine Anzahl von Soll-Detektorposen, in denen der Röntgendetektor innerhalb eines Koordinatensystems angeordnet und ausgerichtet werden soll. Eine solche Soll- Detektorpose umfasst daher insbesondere eine dreidimensionale Position relativ zum Prüfobjekt und eine Orientierung bzw. Ausrichtung zum Prüfobjekt. An den jeweiligen Posen sind die Röntgenquelle und der Röntgendetektor insbesondere zueinander ausgerichtet. Die Detektortrajektorie wird beispielsweise in Form von SOUV-Koordinaten beschrieben, das heißt in Koordinaten, die eine Quellpose und eine Detektorpose in einem Koordinatensystem des Prüfobjekts beschreiben. A detector trajectory, in particular a predetermined one, includes in particular a number of target detector poses in which the x-ray detector is to be arranged and aligned within a coordinate system. Such a target detector pose therefore includes, in particular, a three-dimensional position relative to the test object and an orientation or alignment with respect to the test object. The X-ray source and the X-ray detector are in particular aligned with one another at the respective poses. The detector trajectory is described, for example, in the form of SOUV coordinates, ie in coordinates that describe a source pose and a detector pose in a coordinate system of the test object.
Die Quelltrajektorie und die Detektortrajektorie werden beispielsweise ausgehend von CAD-Daten des Prüfobjekts bestimmt und vorgegeben. Beim Bestimmen der Quelltrajektorie und der Detektortrajektorie können auch Optimierungsverfahren eingesetzt werden. The source trajectory and the detector trajectory are determined and specified, for example, based on CAD data of the test object. Optimization methods can also be used when determining the source trajectory and the detector trajectory.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Positioniereinrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Röntgenquelle zumindest in einem Winkelbereich von 180° zuzüglich eines Öffnungswinkels (typischerweise 40°, z.B. bei der Röntgenquelle Comet MXR HP11) eines Strahlenkegels der mittels der Röntgenquelle emittierten Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 In particular, it is provided that the first positioning device is designed and arranged in such a way that the X-ray source is at least in an angular range of 180° plus an opening angle (typically 40°, e.g. with the Comet MXR HP11 X-ray source) of a beam cone emitted by the X-ray source Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Röntgenstrahlung um das Prüfobjekt herum angeordnet werden kann. Es ist insbesondere entsprechend vorgesehen, dass die zweite Positioniereinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Röntgendetektor zumindest in einem Winkelbereich von 180° zuzüglich eines Öffnungswinkels eines Strahlenkegels der mittels der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlung um das Prüfobjekt herum angeordnet werden kann, wobei die Positionen entsprechend um 180° den Positionen der ersten Positioniereinrichtung gegenüberliegen. Anders ausgedrückt soll mit den Positioniereinrichtungen zumindest ein „Short Scan“ möglich sein. X-ray radiation can be arranged around the test object. In particular, provision is accordingly made for the second positioning device to be designed in such a way that the X-ray detector can be arranged around the test object at least in an angular range of 180° plus an opening angle of a beam cone of the X-ray radiation emitted by the X-ray source, with the positions correspondingly being around 180° opposite the positions of the first positioning means. In other words, at least a “short scan” should be possible with the positioning devices.
Bevorzugt umfassen die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung jeweils drei Translationsachsen und jeweils zwei Rotationsachsen. Hierdurch können beliebige Quell- und Detektortrajektorien ermöglicht werden. Die kinematische Kette ist hierbei insbesondere: T ranslationsachse-T ranslationsachse-T ranslationsachse- Rotationsachse-Rotationsachse-Röntgenquelle/Röntgendetektor. Grundsätzlich sind aber auch andere kinematische Ketten möglich. Es können auch noch mehr Achsen vorgesehen sein, um weitere Freiheitsgrade zu gewinnen, die beispielsweise ein vorteilhaftes Umfahren von Störkonturen des Prüfobjekts ermöglichen. Preferably, the first positioning device and the second positioning device each have three translational axes and two rotational axes. As a result, any source and detector trajectories can be made possible. In this case, the kinematic chain is in particular: translation axis-translation axis-translation axis-rotation axis-rotation axis-x-ray source/x-ray detector. In principle, however, other kinematic chains are also possible. Even more axes can also be provided in order to gain further degrees of freedom, which, for example, allow interfering contours of the test object to be advantageously avoided.
Die Steuereinrichtung und die Posenerfassungseinrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung umfasst insbesondere mindestens eine Recheneinrichtung, z.B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und mindestens einen Speicher. The control device and the pose detection device can be embodied individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code which is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) or field-programmable gate array (FPGA). In particular, the control device comprises at least one computing device, e.g. a microprocessor or a microcontroller, and at least one memory.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Positioniereinrichtung und/oder die zweite Positioniereinrichtung zusätzlich mindestens eine Teleskopachse umfassen. Hierdurch kann eine Flexibilität erhöht werden bei gleichzeitig kleinem Bedarf an Bauraum. Insbesondere umfassen sowohl die erste Positioniereinrichtung als auch die zweite Positioniereinrichtung mindestens eine Teleskopachse. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Positioniereinrichtung jeweils zwei Translationsachsen, jeweils eine Teleskopachse und jeweils eine Rotationsachse aufweisen. Eine kinematische Kette ist hierbei insbesondere wie folgt ausgebildet: Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 In one embodiment it is provided that the first positioning device and/or the second positioning device additionally comprise at least one telescopic axis. As a result, flexibility can be increased while at the same time requiring little installation space. In particular, both the first positioning device and the second positioning device include at least one telescopic axis. In particular, it is provided that the first and the second positioning device each have two translation axes, each a telescopic axis and each a rotation axis. A kinematic chain is designed here in particular as follows: Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
T ranslationsachse-T ranslationsachse-T eleskopachse-Rotationsachse- Röntgenquelle/Röntgendetektor. Besonders bevorzugt ist hierbei jeweils noch eine weitere Rotationsachse am Ende der kinematischen Ketten vorgesehen. Die mindestens eine Teleskopachse ist der Funktion nach insbesondere wie eine Translationsachse ausgebildet. Die mindestens eine Teleskopachse ist insbesondere orthogonal zu den jeweiligen Translationsachsen angeordnet. Translation axis-Translation axis-Telescope axis-Rotation axis-X-ray source/X-ray detector. A further axis of rotation is particularly preferably provided at the end of the kinematic chains. In terms of function, the at least one telescopic axis is designed in particular like a translation axis. The at least one telescopic axis is in particular arranged orthogonally to the respective translation axes.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Trackingsensor als Kamera ausgebildet ist, wobei die Positionsmarker als optische Positionsmarker ausgebildet sind. Die Positionsmarker sind hierbei insbesondere besonders gut zu erfassende, insbesondere besonders kontrastreiche, optische Muster, die auf der Röntgenquelle und auf dem Röntgendetektor angeordnet sind. Insbesondere sind jeweils mehrere Positionsmarker auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet (insbesondere jeweils mehrere Positionsmarker auf jeder Stirnseite). Die Kamera, insbesondere die mehreren Kameras, erfassen insbesondere jeweils Bereiche, die sowohl die Röntgenquelle und das Prüfobjekt als auch den Röntgendetektor umfassen. Die Kameras haben hierbei insbesondere unterschiedliche Erfassungsbereiche und Erfassen die Röntgenquelle, das Prüfobjekt und den Röntgendetektor jeweils aus unterschiedlichen Richtungen. Nach dem Erfassen der Positionsmarker werden die Positionsmarker in den erfassten Abbildungen identifiziert, beispielsweise mittels an sich bekannter Verfahren der Computer Vision und/oder der Mustererkennung und/oder des Maschinenlernens und/oder der Künstlichen Intelligenz. Mit Hilfe von bekannten (kalibrierten) Kameraposen (Position und Orientierung bzw. Ausrichtung) können dann die Quellpose und die Detektorpose bestimmt, insbesondere geschätzt, werden. Die Positionsmarker können beispielsweise passiv, das heißt, nicht aktiv leuchtende, Positionsmarker sein. Grundsätzlich können jedoch auch aktive, das heißt, aktiv leuchtende, Positionsmarker verwendet werden. In one embodiment it is provided that the at least one tracking sensor is designed as a camera, with the position markers being designed as optical position markers. In this case, the position markers are in particular optical patterns which are particularly easy to detect, in particular particularly high-contrast, and which are arranged on the x-ray source and on the x-ray detector. In particular, a plurality of position markers are arranged on the x-ray source and the x-ray detector (in particular a plurality of position markers on each end face). The camera, in particular the plurality of cameras, particularly captures areas that include both the x-ray source and the test object as well as the x-ray detector. In this case, the cameras have in particular different detection areas and detect the x-ray source, the test object and the x-ray detector from different directions. After the position markers have been recorded, the position markers are identified in the recorded images, for example using known computer vision methods and/or pattern recognition and/or machine learning and/or artificial intelligence. The source pose and the detector pose can then be determined, in particular estimated, with the aid of known (calibrated) camera poses (position and orientation or alignment). The position markers can, for example, be passive position markers, ie position markers that do not actively light up. In principle, however, active, ie actively luminous, position markers can also be used.
Es kann vorgesehen sein, dass während der Rekonstruktion eine Korrektur von Bewegungsunschärfe erfolgt. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, die bestimmten Quellposen und Detektorposen hinsichtlich einer Genauigkeit zu verbessern. Die Korrektur der Bewegungsunschärfe kann beispielsweise über iterative Rekonstruktionen erfolgen. In einer iterativen Rekonstruktion wird eine Fehlerfunktion definiert, die ausgehend von den Messdaten b (d.h. den erfassten Durchstrahlungsbildern), dem zu rekonstruierenden Volumen x, dem Operator für die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Provision can be made for motion blur to be corrected during the reconstruction. This also makes it possible, in particular, to improve the accuracy of the determined source poses and detector poses. The motion blur can be corrected, for example, via iterative reconstructions. In an iterative reconstruction, an error function is defined which, starting from the measurement data b (ie the recorded radiographic images), the volume x to be reconstructed, the operator for the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Bildentstehung A (z.B. Projektion gemäß der Radon-Transformation) und zusätzlichen Regularisierungstermen R(x) (die z.B. ein physikalisch sinnvolles Volumen erzwingen) derart gelöst wird, dass das Volumen x gesucht wird, was diese Fehlerfunktion minimiert: argmin(||Ax — b\\ + R(x)) image formation A (e.g. projection according to the Radon transform) and additional regularization terms R(x) (which e.g. enforce a physically meaningful volume) is solved in such a way that the volume x is sought, which minimizes this error function: argmin(||Ax — b \\ + R(x))
Der Operator A enthält hierbei insbesondere auch eine Beschreibung der (projektiven) Abbildungsgeometrie für jedes erfasste Durchstrahlungsbild. Werden nun dessen Parameter In this case, the operator A also contains, in particular, a description of the (projective) imaging geometry for each recorded transmission image. Now its parameters
(= y) (z.B. eine Quellpose und eine Detektorpose) als freie Parameter der Optimierung zugelassen und werden zusätzlich die Messungen der Kameras der Posenerfassungseinrichtung als regularisierende Randbedingungen R2 für eingebracht, ergibt sich: argmin
Figure imgf000014_0001
x,y (=y) (eg a source pose and a detector pose) are allowed as free parameters of the optimization and if the measurements of the cameras of the pose detection device are also introduced as regularizing boundary conditions R 2 for , the result is: argmin
Figure imgf000014_0001
x,y
Die Lösung dieses Optimierungsproblems führt dann dazu, dass das Erzwingen der Konsistenz der Daten auch dazu führt, dass die bestimmten Quell- und Detektorposen y mit optimiert werden, was die Genauigkeit und eine Rekonstruktionsqualität erhöht. The solution of this optimization problem then leads to the fact that forcing the consistency of the data also leads to the determined source and detector poses y also being optimized, which increases the accuracy and a reconstruction quality.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Computertomographieanordnung mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung umfasst, die eingerichtet ist zum Anordnen des Prüfobjekts. Hierdurch kann eine Flexibilität beim Erfassen des Prüfobjekts weiter erhöht werden. Insbesondere kann eine Flexibilität bei der Wahl der Quell- und Detektortrajektorien hierdurch erhöht werden. Ferner kann hierdurch ein benötigter Bauraum noch weiter reduziert werden. Die Objektpositionierungseinrichtung kann beispielsweise ein Förderband umfassen, das eine Translationsbewegung des Prüfobjekts innerhalb der Computertomographieanordnung ermöglicht. Ein solches Förderband kann beim Überprüfen des Prüfobjekts auch einem An- und Abtransport des Prüfobjektes in bzw. aus der Computertomographieanordnung dienen. Ferner erlaubt eine Translationsbewegung, beispielsweise durch das Förderband, größere Prüfobjekte erfassen zu können, beispielsweise indem das Prüfobjekt abschnittsweise in einen Messbereich geschoben und erfasst wird. Ferner kann die Objektpositioniereinrichtung zusätzlich oder alternativ auch einen Drehtisch oder einen Dreh-Kipptisch umfassen, auf Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 dem das Prüfobjekt angeordnet werden kann. Grundsätzlich kann auch eine dritte Positioniereinrichtung vorgesehen sein, die mindestens zwei Translationsachsen und mindestens eine Rotationsachse aufweist, mit der das Prüfobjekt innerhalb der Computertomographieanordnung zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet werden kann. In one embodiment it is provided that the computed tomography arrangement comprises at least one object positioning device which is set up for arranging the test object. As a result, flexibility when detecting the test object can be further increased. In particular, flexibility in the selection of the source and detector trajectories can be increased as a result. Furthermore, a required installation space can be reduced even further as a result. The object positioning device can include a conveyor belt, for example, which enables a translational movement of the test object within the computed tomography arrangement. When checking the test object, such a conveyor belt can also be used to transport the test object to and from the computed tomography arrangement. Furthermore, a translational movement, for example by the conveyor belt, allows larger test objects to be able to be detected, for example by the test object being pushed into a measuring area in sections and being detected. Furthermore, the object positioning device can additionally or alternatively also comprise a turntable or a rotary tilting table Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 which the test object can be arranged. In principle, a third positioning device can also be provided, which has at least two translational axes and at least one rotational axis, with which the test object can be arranged within the computed tomography arrangement between the x-ray source and the x-ray detector.
Es kann vorgesehen sein, dass das Objekt mittels der Objektpositionierungseinrichtung aktiv in Kombination mit den Positioniereinrichtungen bewegt wird, um insbesondere Bewegungen der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors zu minimieren. Zum Beispiel kann das Objekt mittels eines Drehtisches gedreht werden, sodass in der Folge mittels der Positioniereinrichtungen in einer Drehrichtung des Drehtisches nicht mehr um das Objekt herumgefahren werden muss, sondern nur eine hierzu orthogonale Drehung bzw. Bewegung ausgeführt werden muss. It can be provided that the object is actively moved by means of the object positioning device in combination with the positioning devices in order in particular to minimize movements of the X-ray source and/or the X-ray detector. For example, the object can be rotated by means of a turntable, so that the positioning devices no longer have to be moved around the object in a direction of rotation of the turntable, but only a rotation or movement orthogonal thereto has to be carried out.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle und den Röntgendetektor synchronisiert zueinander entlang der Quelltrajektorie und der Detektortrajektorie anzuordnen. Ein synchronisiertes Anordnen soll hierbei insbesondere bedeuten, dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor vor jedem Erfassen eines Durchstrahlungsbildes in die jeweils aktuelle Lage auf der jeweiligen Trajektorie gebracht werden, bevor ein Durchstrahlungsbild erfasst wird. Insbesondere werden die Trajektorien hierbei mit der gleichen Zeitbasis abgefahren. Hierdurch kann der Erfassungsvorgang verbessert werden, da beim Erfassen erreicht werden kann, dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor in den jeweiligen Lagen ruhen und während des Erfassens nicht bewegt werden. Hierdurch können ferner das Erfassen und/oder Bestimmen der jeweiligen Pose verbessert werden. Im Ergebnis kann hierdurch insbesondere die Qualität der Rekonstruktion verbessert werden. In one embodiment, it is provided that the control device is also set up to arrange the x-ray source and the x-ray detector synchronized with one another along the source trajectory and the detector trajectory. In this case, a synchronized arrangement should mean in particular that the x-ray source and the x-ray detector are brought into the respective current position on the respective trajectory before each acquisition of a transmission image, before a transmission image is acquired. In particular, the trajectories are traversed with the same time base. As a result, the detection process can be improved since it can be achieved during detection that the X-ray source and the X-ray detector are stationary in the respective positions and are not moved during the detection. In this way, the detection and/or determination of the respective pose can also be improved. As a result, the quality of the reconstruction in particular can be improved as a result.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle und den Röntgendetektor durch Ansteuern entlang einer Quelltrajektorie und einer Detektortrajektorie anzuordnen, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. Hierdurch kann das Erfassen verbessert werden, sodass eine Qualität der erfassten Durchstrahlungsbilder und ein hieraus rekonstruiertes Objektvolumen verbessert ist. Das Optimieren kann beispielsweise ebenfalls mittels der Steuereinrichtung erfolgen. Zum Optimieren können beispielsweise Computer Aided Design-(CAD)-Daten und/oder StereoLithographie / Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 One embodiment provides that the control device is set up to arrange the x-ray source and the x-ray detector by driving them along a source trajectory and a detector trajectory, which have been optimized taking into account at least one optimization criterion. As a result, the acquisition can be improved, so that the quality of the acquired radiographic images and an object volume reconstructed therefrom is improved. The optimization can also take place, for example, by means of the control device. Computer Aided Design (CAD) data and/or StereoLithography / Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Standard Triangulation/Tesselation Language-(STL)-Daten und/oder Volumendaten des Prüfobjekts ausgewertet werden. Als Optimierungskriterium kann beispielsweise mindestens eines der folgenden verwendet werden: Standard triangulation/tessellation language (STL) data and/or volume data of the test object are evaluated. For example, at least one of the following can be used as an optimization criterion:
- Minimierung einer materialabhängigen Durchstrahlungslänge, - Minimization of a material-dependent transmission length,
- Optimierung bezüglich durchstrahlter Flächen (Tuy-Smith-Bedingung), - Optimization with regard to irradiated surfaces (Tuy-Smith condition),
- Vermeidung von Kollisionen, - avoidance of collisions,
- Optimierung auf möglichst kurze Wege, - Optimization on the shortest possible paths,
- Optimierung auf möglichst kurze Verfahrzeiten. - Optimization for the shortest possible travel times.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Achsen der ersten Positioniereinrichtung und/oder der zweiten Positioniereinrichtung dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal zumindest zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors zu erzeugen. Hierdurch kann zumindest für eine ausgezeichnete Achsposition ein Auslösesignal (Trigger) erzeugt und bereitgestellt werden, mit dem das Erfassen eines Durchstrahlungsbildes gezielt ausgelöst werden kann. Dies ermöglicht ein gezieltes Erfassen von Durchstrahlungsbildern an immer derselben Achsposition, wodurch ein reproduzierbares Erfassen bei immer der gleichen Achsposition ermöglicht wird. Bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten kann dies von Vorteil sein, beispielsweise bei einer Streustrahlenkorrektur. In one embodiment, it is provided that at least one of the axes of the first positioning device and/or the second positioning device is set up to generate a trigger signal at least for triggering detection by means of the x-ray detector at at least one defined axis position. In this way, a trigger signal (trigger) can be generated and provided at least for a marked axis position, with which the acquisition of a radiograph can be triggered in a targeted manner. This enables targeted acquisition of radiographic images at always the same axis position, thereby enabling reproducible acquisition at always the same axis position. This can be advantageous in subsequent processing steps, for example in the case of scattered radiation correction.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung jeweils derart anzusteuern, dass das Prüfobjekt entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien und Detektortrajektorien vollständig erfasst wird. Insbesondere sollen sich die mindestens zwei Quelltrajektorien und die mindestens zwei Detektortrajektorien ausreichend voneinander unterscheiden. Hierdurch kann erreicht werden, dass aufgrund einer Form und/oder von Werkstoffeigenschaften nur schwer oder suboptimal durchstrahlbare Bereiche des Prüfobjekts aus mehreren Richtungen durchstrahlt werden können. Hierdurch werden beim Rekonstruieren auftretende Artefakte, die dieselbe Ursache haben, an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Objektvolumens angeordnet sein (z.B. an einem Ort A für ein erstes Trajektorienpaar aus Quell- und Detektortrajektorie und an einem Ort B für ein zweiten Trajektorienpaar aus Quell- und Detektortrajektorie). Es kann dann beispielsweise vorgesehen sein, mindestens zwei Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 getrennte Rekonstruktionen durchzuführen und von jeder nur den jeweils qualitativ hochwertigeren Teil zu verwenden. Als Qualitätsmaß kann beispielsweise eine gesamte Durchstrahlungslänge verwendet werden, die aus den Durchstrahlungsbildern abgeleitet werden kann. Alternativ oder zusätzlich können auch volumenbasierte Qualitätskennzahlen verwendet werden, wie beispielsweise eine lokale Entropie, ein Signal-zu-Rauschverhältnis und/oder eine lokale Variation von rekonstruierten Grauwerten. Auch eine ungefilterte Rückprojektion kann als volumenbasierte Qualitätskennzahl verwendet werden. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, eine gemeinsame Rekonstruktion (z.B. eine iterative Rekonstruktion) durchzuführen, worin über eine zu optimierende Fehlerfunktion automatisch die jeweils qualitativ hochwertigeren Bereiche priorisiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei einer Verwendung von jeweils mindestens zwei Trajektorien Abschnitte der Trajektorien, bei denen eine Durchstrahlungslänge durch das Prüfobjekt und/oder eine Abschwächung in zugehörigen Durchstrahlungsbildern einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, beim Rekonstruieren nicht berücksichtigt werden. In one embodiment, it is provided that the control device is set up to control the first positioning device and the second positioning device in such a way that the test object is fully detected along at least two different source trajectories and detector trajectories. In particular, the at least two source trajectories and the at least two detector trajectories should differ sufficiently from one another. In this way it can be achieved that, due to a shape and/or material properties, areas of the test object that can only be penetrated with difficulty or suboptimally can be irradiated from several directions. As a result, artifacts that occur during the reconstruction and have the same cause are arranged at different positions within the object volume (e.g. at a location A for a first pair of trajectories made up of source and detector trajectories and at a location B for a second pair of trajectories made up of source and detector trajectories). . It can then be provided, for example, at least two Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 to carry out separate reconstructions and to use only the higher quality part of each. A total transmission length, for example, which can be derived from the transmission images, can be used as a quality measure. Alternatively or additionally, volume-based quality parameters can also be used, such as a local entropy, a signal-to-noise ratio and/or a local variation of reconstructed gray values. An unfiltered back projection can also be used as a volume-based quality index. As an alternative to this, it can be provided that a joint reconstruction (for example an iterative reconstruction) be carried out, in which the respectively higher-quality areas are automatically prioritized via an error function to be optimized. It can also be provided that when at least two trajectories are used, sections of the trajectories in which a transmission length through the test object and/or an attenuation in associated transmission images exceeds a predetermined threshold value are not taken into account in the reconstruction.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen der Computertomographieanordnung. Die Vorteile des Verfahrens sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen der Computertomographieanordnung. Further features for the configuration of the method result from the description of configurations of the computed tomography arrangement. The advantages of the method are in each case the same as in the configurations of the computed tomography arrangement.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung; 1 shows a schematic representation of an embodiment of the computed tomography arrangement;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung; FIG. 2 shows a schematic representation to clarify an embodiment of the computed tomography arrangement; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung; 3 shows a schematic illustration to clarify an embodiment of the computed tomography arrangement;
Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Computertomographieanordnung. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 4 shows a schematic flow chart of an embodiment of the method for operating a computed tomography arrangement. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung 1 gezeigt. Die Computertomographieanordnung 1 umfasst eine Röntgenquelle 2, einen Röntgendetektor 3, eine erste Positioniereinrichtung 4 mit zwei, insbesondere orthogonal zueinander angeordneten, Translationsachsen 4-1, 4-2 und zwei, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichteten, Rotationsachsen 4-3, 4-4, eine zweite Positioniereinrichtung 5 mit zwei, insbesondere orthogonal zueinander angeordneten, Translationsachsen 5-1, 5-2 und zwei, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichteten, Rotationsachsen 5-3, 5-4, eine Posenerfassungseinrichtung 6, und eine Steuereinrichtung 7. Ferner umfasst die erste Positioniereinrichtung 4 eine, insbesondere zu den Translationsachsen 4-1, 4-2 orthogonal angeordnete, Teleskopachse 4-5. Auch die zweite Positioniereinrichtung 5 umfasst eine, insbesondere zu den Translationsachsen 5-1, 5-2 orthogonal angeordnete, Teleskopachse 5-5. Grundsätzlich können weitere Translations- und Rotationsachsen vorgesehen sein. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the computed tomography arrangement 1 . The computed tomography arrangement 1 comprises an x-ray source 2, an x-ray detector 3, a first positioning device 4 with two translation axes 4-1, 4-2, in particular orthogonal to one another, and two rotation axes 4-3, 4-4, in particular orthogonal to one another second positioning device 5 with two translation axes 5-1, 5-2, in particular orthogonal to one another, and two rotation axes 5-3, 5-4, in particular orthogonal to one another, a pose detection device 6, and a control device 7. The first positioning device also comprises 4 a telescopic axis 4-5, in particular arranged orthogonally to the translation axes 4-1, 4-2. The second positioning device 5 also comprises a telescopic axis 5-5, in particular arranged orthogonally to the translation axes 5-1, 5-2. In principle, further translation and rotation axes can be provided.
Die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5 sind einander gegenüber angeordnet, wobei ein zu erfassendes Prüfobjekt 10 zwischen der ersten Positioniereinrichtung 4 und der zweiten Positioniereinrichtung 5 in einem Messbereich 11 angeordnet ist oder angeordnet wird. Mittels der ersten Positioniereinrichtung 4 kann die Röntgenquelle 2 in einer nahezu beliebigen Lage um das Prüfobjekt 10 herum angeordnet werden. Jede Achse 4-x stellt einen Freiheitsgrad bereit, wobei die Röntgenquelle 2 mittels der Translationsachsen 4-1, 4-2 und der Teleskopachse 4-5 in alle drei Raumrichtungen bewegt werden kann. Zusätzlich kann die Röntgenquelle 2 um die Rotationsachsen 4-3, 4-4 herumgeschwenkt werden, sodass die Röntgenquelle 2 ausgerichtet werden kann, wodurch eine Richtung der emittierten Röntgenstrahlung 2-1 (d.h. des Röntgenstrahlenkegels) eingestellt werden kann. Lediglich eine der ersten Positioniereinrichtung 4 abgewandte Seite des Prüfobjektes 10 kann in der Regel nur unvollständig erreicht werden. Sind weitere Freiheitsgrade vorgesehen, so kann jedoch auch dies ermöglicht werden. Das Bewegen der Röntgenquelle 2 entlang der bzw. um die Achsen 4-x erfolgt insbesondere mittels hierfür vorgesehener Aktoren (nicht gezeigt). The first positioning device 4 and the second positioning device 5 are arranged opposite one another, with a test object 10 to be detected being or being arranged between the first positioning device 4 and the second positioning device 5 in a measuring region 11 . The X-ray source 2 can be arranged in almost any position around the test object 10 by means of the first positioning device 4 . Each axis 4-x provides a degree of freedom, with the X-ray source 2 being able to be moved in all three spatial directions by means of the translation axes 4-1, 4-2 and the telescope axis 4-5. In addition, the X-ray source 2 can be swiveled around the rotation axes 4-3, 4-4, so that the X-ray source 2 can be aligned, whereby a direction of the emitted X-ray radiation 2-1 (i.e. the X-ray cone) can be adjusted. Only one side of the test object 10 facing away from the first positioning device 4 can generally only be reached incompletely. If further degrees of freedom are provided, this can also be made possible. The X-ray source 2 is moved along or about the axes 4-x in particular by means of actuators provided for this purpose (not shown).
Insbesondere komplementär hierzu kann der Röntgendetektor 3 mittels der zweiten Positioniereinrichtung 5 in eine nahezu beliebige Lage (bzw. Pose) um das Prüfobjekt 10 herum angeordnet werden. Jede Achse 5-x stellt einen Freiheitsgrad bereit, wobei die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 In a particularly complementary manner to this, the x-ray detector 3 can be arranged in almost any position (or pose) around the test object 10 by means of the second positioning device 5 . Each axis 5-x provides one degree of freedom, where the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Röntgenquelle 2 mittels der Translationsachsen 5-1, 5-2 und der Teleskopachse 5-5 in alle drei Raumrichtungen bewegt werden kann. Zusätzlich kann die Röntgenquelle 2 um die Rotationsachsen 5-3, 5-4 herumgeschwenkt werden, sodass der Röntgendetektor 3 ausgerichtet werden kann, wodurch sich insbesondere eine Ausrichtung einer aktiven Detektorfläche einstellen lässt. Lediglich eine der zweiten Positioniereinrichtung 5 abgewandte Seite des Prüfobjektes 10 kann in der Regel nur unvollständig erreicht werden. Sind weitere Freiheitsgrade vorgesehen, so kann jedoch auch dies ermöglicht werden. Das Bewegen des Röntgendetektors 3 entlang der bzw. um die Achsen 5-x erfolgt insbesondere mittels hierfür vorgesehener Aktoren (nicht gezeigt). X-ray source 2 can be moved in all three spatial directions by means of the translation axes 5-1, 5-2 and the telescope axis 5-5. In addition, the X-ray source 2 can be pivoted about the axes of rotation 5-3, 5-4, so that the X-ray detector 3 can be aligned, which means that an alignment of an active detector surface can be set in particular. Only one side of the test object 10 facing away from the second positioning device 5 can generally only be reached incompletely. If further degrees of freedom are provided, this can also be made possible. The X-ray detector 3 is moved along or about the axes 5-x in particular by means of actuators provided for this purpose (not shown).
Die Posenerfassungseinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, Quellposen 12 der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt 10 und Detektorposen 13 des Röntgendetektors 3 relativ zum Prüfobjekt 10 zu erfassen und/oder zu bestimmen. Hierzu wird insbesondere auch eine Objektpose bestimmt. The pose detection device 6 is set up to detect and/or determine source poses 12 of the x-ray source relative to the test object 10 and detector poses 13 of the x-ray detector 3 relative to the test object 10 . For this purpose, in particular, an object pose is also determined.
Es ist vorgesehen, dass die Posenerfassungseinrichtung 6 Trackingsensoren 16 aufweist, wobei die Trackingsensoren 16 dazu eingerichtet sind, auf der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 angeordnete Positionsmarker (in der Darstellung in Fig. 1 nicht gezeigt, vgl. Fig. 2) zu erfassen, wobei die Posenerfassungseinrichtung 6 dazu eingerichtet ist, die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 auszuwerten (zu tracken). Provision is made for the pose detection device 6 to have tracking sensors 16, the tracking sensors 16 being set up to detect position markers (not shown in the representation in FIG. 1, cf. FIG. 2) arranged on the x-ray source 2 and the x-ray detector 3, the pose detection device 6 being set up to evaluate (track) the respectively detected position markers for determining the source poses 12 and the detector poses 13 .
Die Posenerfassungseinrichtung 6 umfasst in der gezeigten Ausführungsform als Trackingsensoren 16 beispielhaft acht (Flächen-)Kameras 6-x, welche in Ecken eines durch die Computertomographieanordnung 1 eingenommenen Quaders angeordnet sind und welche jeweils die Röntgenquelle 2, das Prüfobjekt 10 und den Röntgendetektor 3 erfassen. Eine Ausrichtung der Kameras 6-x ist hierbei insbesondere derart, dass ein jeweiliger Erfassungsbereich 14 (hier schematisch angedeutet durch einen kleineren Quader, vgl. auch Fig. 2) auf den Messbereich 11 in der Mitte des Quaders ausgerichtet ist, wobei der jeweilige Erfassungsbereich 14 den Messbereich 11 sowie die Röntgenquelle 2, das Prüfobjekt 10 und den Röntgendetektor 3 umfasst. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest eine der Kameras 6-x, bevorzugt auch mehr als eine der Kameras 6-x, zu jedem Zeitpunkt, sowohl die Röntgenquelle 2 und das Prüfobjekt 10 als auch den Röntgendetektor 3 erfassen kann. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 In the embodiment shown, the pose detection device 6 includes, for example, eight (area) cameras 6-x as tracking sensors 16, which are arranged in the corners of a cuboid occupied by the computed tomography system 1 and which each detect the X-ray source 2, the test object 10 and the X-ray detector 3. The alignment of the cameras 6-x is in particular such that a respective detection area 14 (here indicated schematically by a smaller cuboid, cf. also Fig. 2) is aligned with the measurement area 11 in the center of the cuboid, with the respective detection area 14 includes the measurement area 11 and the x-ray source 2 , the test object 10 and the x-ray detector 3 . It is provided in particular that at least one of the cameras 6-x, preferably also more than one of the cameras 6-x, can record both the x-ray source 2 and the test object 10 as well as the x-ray detector 3 at any time. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Als Verfahren zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 (sowie insbesondere auch der Objektpose) kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Verfahren verwendet werden, wobei die Kameras 6-x je nach Verfahren durch eine andere, geeignete Sensorik ersetzt werden können: Photogrammmetrie, Lasertracking (z.B. mittels Leica AT-960), Triangulation mittels dreier Zeilenkameras (z.B. mittels Zeiss T-TRACK), Triangulation mittels (Flächen-)Kameras (z.B. Zeiss AlCell Trace) oder auch Kombinationen aus den genannten Verfahren. Insbesondere werden hierzu einzelne Punkte bzw. Positionen auf den Trajektorien nacheinander abgefahren. One or more of the following methods can be used, for example, as a method for determining the source poses 12 and the detector poses 13 (and in particular also the object pose), it being possible for the cameras 6-x to be replaced by another suitable sensor system depending on the method: photogrammetry, Laser tracking (e.g. using a Leica AT-960), triangulation using three line scan cameras (e.g. using Zeiss T-TRACK), triangulation using (area) cameras (e.g. Zeiss AlCell Trace) or combinations of the methods mentioned. In particular, individual points or positions on the trajectories are traversed one after the other for this purpose.
Die Steuereinrichtung 7 kann einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung 7 umfasst insbesondere mindestens eine Recheneinrichtung (nicht gezeigt), z.B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und mindestens einen Speicher (nicht gezeigt). The control device 7 can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that runs on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) or field-programmable gate array (FPGA). The control device 7 includes in particular at least one computing device (not shown), e.g. a microprocessor or a microcontroller, and at least one memory (not shown).
Die Steuereinrichtung 7 steuert die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5. Die Steuereinrichtung 7 steuert ferner das Erfassen von Durchstrahlungsbildern 20 mittels des Röntgendetektors 3. Signalverbindungen zwischen der Steuereinrichtung 7 und der ersten Positioniereinrichtung 4, der zweiten Positioniereinrichtung 5, der Röntgenquelle 2, dem Röntgendetektor 3 und der Posenerfassungseinrichtung 6 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellt. The control device 7 controls the first positioning device 4 and the second positioning device 5. The control device 7 also controls the acquisition of radiographic images 20 by means of the X-ray detector 3. Signal connections between the control device 7 and the first positioning device 4, the second positioning device 5, the X-ray source 2, the X-ray detector 3 and the pose detection device 6 are shown only schematically for reasons of clarity.
Die Steuereinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern 20 des Prüfobjekts 10 die Röntgenquelle 2 durch Ansteuern der ersten Positioniereinrichtung 4 entlang einer Quelltrajektorie 30 anzuordnen und den Röntgendetektor 3 durch Ansteuern der zweiten Positioniereinrichtung 5 entlang einer Detektortrajektorie 31 anzuordnen. The control device 7 is set up to arrange the x-ray source 2 along a source trajectory 30 by activating the first positioning device 4 and to arrange the x-ray detector 3 along a detector trajectory 31 by activating the second positioning device 5 in order to acquire transmission images 20 of the test object 10 .
Ferner ist die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet, die jeweils bestimmten Quellposen 12 und Detektorposen 13 beim Rekonstruieren eines, insbesondere Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 dreidimensionalen, Objektvolumens 40 aus den erfassten Durchstrahlungsbildern 20 zu berücksichtigen. Furthermore, the control device 7 is set up to use the respectively determined source poses 12 and detector poses 13 when reconstructing a, in particular Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 three-dimensional object volume 40 from the recorded transmission images 20 to be taken into account.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Computertomographieanordnung 1 , welche im Wesentlichen einer Seitenansicht der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 entspricht. Gezeigt sind die Positionsmarker 17, die zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 ausgewertet (getrackt) werden. Verdeutlicht ist auch ein Messbereich 11, der für die computertomographische Messung genutzt werden kann, sowie ein Erfassungsbereich 14 der Trackingsensoren 16. Der Erfassungsbereich 14 umfasst hierbei den Messbereich 11. Grundsätzlich können der Erfassungsbereich 14 bzw. die Erfassungsbereiche 14, sofern die Trackingsensoren 16 unterschiedliche Erfassungsbereiche 14 aufweisen, und der Messbereich 11 auch anders dimensioniert sein. FIG. 2 shows a schematic illustration to clarify the embodiment of the computed tomography arrangement 1 shown in FIG. 1 , which essentially corresponds to a side view of the perspective illustration in FIG. 1 . The position markers 17 are shown, which are evaluated (tracked) to determine the source poses 12 and the detector poses 13 . Also illustrated is a measurement area 11, which can be used for the computed tomography measurement, and a detection area 14 of the tracking sensors 16. The detection area 14 here includes the measurement area 11. In principle, the detection area 14 or the detection areas 14 can, if the tracking sensors 16 have different detection areas 14 have, and the measuring area 11 can also be dimensioned differently.
Insbesondere umfasst die Posenerfassungseinrichtung 6 acht Trackingsensoren 16 (nur vier davon sind in dieser Darstellung gezeigt, vgl. auch Fig. 1), welche im gezeigten Beispiel als Kameras 6-1, 6-3, 6-5, 6-7 ausgebildet sind. Die Positionsmarker 17 sind insbesondere optische Positionsmarker 17 und umfassen jeweils ein geometrisches Muster. Das geometrische Muster bildet insbesondere eine Kodierung aus, mit der jeder Positionsmarker 17 eindeutig identifiziert werden kann. Die Kameras 6-x erfassen Abbildungen des Erfassungsbereichs 14, in dem die Positionsmarker 17 enthalten sind. Mittels Verfahren der Computer Vision und/oder der Mustererkennung und/oder des Maschinenlernens und/oder der Künstlichen Intelligenz können die Positionsmarker 17 über die Muster bzw. über die jeweilige Kodierung erkannt werden. Hierüber wird die (aktuelle) Quellpose 12 und die (aktuelle) Detektorpose 13 bestimmt. In particular, the pose detection device 6 includes eight tracking sensors 16 (only four of which are shown in this illustration, cf. also FIG. 1), which are designed as cameras 6-1, 6-3, 6-5, 6-7 in the example shown. The position markers 17 are in particular optical position markers 17 and each include a geometric pattern. In particular, the geometric pattern forms a code with which each position marker 17 can be uniquely identified. The cameras 6-x capture images of the capture area 14 in which the position markers 17 are contained. Using methods of computer vision and/or pattern recognition and/or machine learning and/or artificial intelligence, the position markers 17 can be recognized via the pattern or via the respective coding. The (current) source pose 12 and the (current) detector pose 13 are determined via this.
Insbesondere ist vorgesehen, die Positionsmarker 17 in größerer Anzahl auf der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 anzuordnen. Beispielsweise sind diese auf allen (sechs) Stirnflächen der Röntgenquelle 2 und des Röntgendetektors 3 angeordnet (z.B. insgesamt 12 bis 20 Stück). In der Regel werden von den Trackingsensoren 16 bzw. von den Kameras 6-x nie alle Positionsmarker 17 gleichzeitig erfasst. Zum Bestimmen einer Position eines Positionsmarkers 17 ist es jedoch bereits ausreichend, wenn der Positionsmarker 17 von mindestens zwei (zueinander kalibrierten) Kameras 6-x gleichzeitig erfasst wird. Wird der Positionsmarker 17 von weiteren Kameras 6-x erfasst, Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 so erhöht dies die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Wenn mindestens drei auf der Röntgenquelle 2 oder dem Röntgendetektor 3 angeordnete Positionsmarker 17 erfasst werden, kann hieraus die Quellpose bzw. die Detektorpose bestimmt werden, da durch die Kodierung der Positionsmarker 17 (und eine vorherige Kalibrierung der Kameras 6-x zueinander) bestimmt werden kann, welche Positionsmarker 17 erfasst wurden. Die jeweilige Pose wird ausgehend von einer Anordnung der identifizierten Positionsmarker 17 bestimmt. In particular, provision is made for the position markers 17 to be arranged in larger numbers on the x-ray source 2 and the x-ray detector 3 . For example, these are arranged on all (six) end faces of the X-ray source 2 and the X-ray detector 3 (eg a total of 12 to 20 pieces). As a rule, all position markers 17 are never recorded simultaneously by the tracking sensors 16 or by the cameras 6-x. In order to determine a position of a position marker 17, however, it is already sufficient if the position marker 17 is recorded simultaneously by at least two cameras 6-x (calibrated to one another). If the position marker 17 is captured 6 times by additional cameras, Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022 this increases the accuracy of the position determination. If at least three position markers 17 arranged on the x-ray source 2 or the x-ray detector 3 are detected, the source pose or the detector pose can be determined from this, since the coding of the position markers 17 (and a previous calibration of the cameras 6-x to one another) can be determined which position markers 17 were recorded. The respective pose is determined based on an arrangement of the identified position markers 17 .
Es wird hierbei insbesondere davon ausgegangen, dass das Prüfobjekt während der gesamten Messung ruht und seine Objektpose nicht verändert. Es kann jedoch vorgesehen sein, auf die gleiche Weise auch eine Objektpose zu erfassen und/oder zu bestimmen. Dies kann entweder ebenfalls mittels an dem Prüfobjekt angeordneten Positionsmarkern 17 und/oder mittels einer sonstigen Mustererkennung am Prüfobjekt erfolgen. In particular, it is assumed here that the test object is stationary throughout the measurement and does not change its object pose. However, provision can also be made for detecting and/or determining an object pose in the same way. This can either also be done by means of position markers 17 arranged on the test object and/or by means of some other type of pattern recognition on the test object.
Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform kann insbesondere auch zum Kalibrieren der Trackingsensoren 16 bzw. Kameras 6-x eingesetzt werden. Optische Positionsbestimmungsverfahren benötigen typischerweise eine Kalibrierung. Dies kann beispielsweise bei der Triangulation mit zwei oder mehr (Flächen-)Kameras 6-x (Photogrammmetrie) dadurch erfolgen, dass ein oder mehrere unkalibrierte, aber ortsfeste, rigide Objekte, bestehend aus mehreren zu verfolgenden Positionsmarker 17, in verschiedenen Positionen der Achsen 4-x, 5-x verfolgt werden. In der gezeigten Fig. 2 sind die zwei rigiden Objekte die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3, welche jeweils mit mehreren Positionsmarkern 17 beklebt sind. Typischerweise wird die Kalibrierung einmalig mit einer langen Referenzfahrt entlang aller Achsen 4-x, 5-x durchgeführt und aus allen erfassten Abbildungen der Kameras 6-x kann im Anschluss ein Geometriemodell der Positionsmarker 17 auf dem rigiden Objekt, der jeweiligen Posen der rigiden Objekte im Raum und der Posen der verschiedenen Kameras 6-x berechnet werden. Hierbei ist die einzige Anforderung, dass sich die Positionsmarker 17 innerhalb eines rigiden Objekts nicht bewegt haben. Das sich hieraus ergebende Geometriemodell ist bis auf einen Skalierungsfaktor eine eindeutige Beschreibung, z.B. der jeweiligen Posen der Kameras 6-x. Der Skalierungsfaktor muss einmalig bestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch bekannte Abstände innerhalb des rigiden Objekts oder durch das Vermessen eines zusätzlichen Maßstabs erfolgen. Typischerweise wird eine komplette Kalibrierung nur selten durchgeführt (insbesondere nicht während des Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 The embodiment shown in FIG. 2 can in particular also be used to calibrate the tracking sensors 16 or cameras 6-x. Optical positioning methods typically require calibration. This can be done, for example, in triangulation with two or more (area) cameras 6-x (photogrammetry) by one or more uncalibrated, but stationary, rigid objects, consisting of several position markers 17 to be tracked, in different positions of the axes 4 -x, 5-x to be tracked. In the FIG. 2 shown, the two rigid objects are the X-ray source 2 and the X-ray detector 3, to which several position markers 17 are stuck. Typically, the calibration is carried out once with a long reference run along all axes 4-x, 5-x and a geometric model of the position markers 17 on the rigid object, the respective poses of the rigid objects in the space and the poses of the different cameras 6-x are calculated. The only requirement here is that the position markers 17 have not moved within a rigid object. Apart from a scaling factor, the resulting geometry model is a clear description, eg of the respective poses of the cameras 6-x. The scaling factor must be determined once. This can be done, for example, by knowing the distances within the rigid object or by measuring an additional scale. Typically, a full calibration is rarely performed (especially not during the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Erfassens von Durchstrahlungsbildern). Anschließend wird beim Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen angenommen, dass sich die Kameras 6-x nicht mehr bewegt haben. acquisition of radiographic images). Then, when determining the source poses and the detector poses, it is assumed that the cameras have not moved 6-x.
In der in der Fig. 2 verdeutlichten Ausführungsform der Computertomographieanordnung ist insbesondere vorgesehen, dass die Kalibrierung auch während des Erfassens der Durchstrahlungsbilder parallel mitläuft. Dies hat den Vorteil, dass langfristige Änderungen der Abbildungsgeometrie (z.B. temperaturbedingte Positionsänderungen der Kameras 6-x im Raum) kompensiert werden können, da über die Dauer einer computertomographischen Messung die rigiden Objekte (Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3) in guter Näherung keine geometrischen Änderungen erfahren. Dies ist dadurch ermöglicht, dass durch das Bekleben von Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3 der „Kalibrierkörper“ des Posenbestimmungsverfahrens immer im System vorhanden und sichtbar ist. Der verfahrensbedingt unbekannte Skalierungsfaktor kann in guter Näherung als konstant angesehen werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, eine oder mehrere kalibrierte und sehr temperaturstabile Objekte (z.B. einen Stab aus Invar [nicht gezeigt] mit mehreren Positionsmarkern 17) zusätzlich im System zu verbauen, welche zum Bestimmen des Skalierungsfaktors dienen. In the embodiment of the computed tomography arrangement illustrated in FIG. 2, provision is made in particular for the calibration to also run in parallel during the acquisition of the radiographs. This has the advantage that long-term changes in the imaging geometry (e.g. temperature-related changes in the position of the cameras 6-x in space) can be compensated for, since the rigid objects (X-ray source 2 and X-ray detector 3) do not experience any geometric changes over the duration of a computed tomographic measurement to a good approximation . This is made possible by the fact that the “calibration body” of the pose determination method is always present and visible in the system due to the x-ray source 2 and x-ray detector 3 being stuck on. The process-related unknown scaling factor can be regarded as a good approximation as constant. Alternatively, one or more calibrated and very temperature-stable objects (e.g. a rod made of Invar [not shown] with several position markers 17) can also be installed in the system, which are used to determine the scaling factor.
Ein Vorteil der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist, dass passive (d.h. nicht selbst leuchtende) Positionsmarker 17 verwendet werden können (z.B. bei der Photogrammmetrie), bei der die Positionsmarker 17 direkt auf die zu verfolgenden rigiden Objekte geklebt werden können. Insbesondere können die Positionsmarker 17 auch direkt auf eine aktive Fläche des Röntgendetektors 3 geklebt sein, da die Positionsmarker 17 typischerweise aus einem röntgentransparentem Material bestehen und bei der Kalibrierung des Röntgendetektors 3 (insbesondere bei einer „Flatfield-Korrektur“) einfach korrigiert werden können, sodass diese keinen störenden Einfluss bei der Rekonstruktion haben. An advantage of the embodiment shown in Figure 2 is that passive (i.e. not self-luminous) position markers 17 can be used (e.g. in photogrammetry), where the position markers 17 can be glued directly onto the rigid objects to be tracked. In particular, the position markers 17 can also be glued directly to an active surface of the X-ray detector 3, since the position markers 17 typically consist of an X-ray-transparent material and can be easily corrected during the calibration of the X-ray detector 3 (in particular with a "flat field correction"), so that these have no disruptive influence on the reconstruction.
Es kann vorgesehen sein, dass die Computertomographieanordnung 1 (Fig. 1) mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung 8 umfasst, die zum Anordnen des Prüfobjekts 10 eingerichtet ist. In der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Objektpositionierungseinrichtung 8 beispielsweise ein Förderband 8-1, auf dem das Prüfobjekt 10 in den Messbereich 11 hineingefahren und wieder aus diesem hinausgefahren werden kann. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Provision can be made for the computed tomography arrangement 1 ( FIG. 1 ) to comprise at least one object positioning device 8 which is set up for arranging the test object 10 . In the embodiment shown in FIG. 1, the object positioning device 8 comprises, for example, a conveyor belt 8-1, on which the test object 10 can be moved into the measuring area 11 and out of it again. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 (Fig. 1) ferner dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle 2 und den Röntgendetektor 3 synchronisiert zueinander entlang der Quelltrajektorie 30 und der Detektortrajektorie 31 anzuordnen. It can be provided that the control device 7 ( FIG. 1 ) is also set up to arrange the x-ray source 2 and the x-ray detector 3 synchronized with one another along the source trajectory 30 and the detector trajectory 31 .
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle 2 und den Röntgendetektor 3 durch Ansteuern entlang einer Quelltrajektorie 30 und einer Detektortrajektorie 31 anzuordnen, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. Das Optimieren kann beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 7 erfolgen. Provision can be made for the control device 7 to be set up to arrange the x-ray source 2 and the x-ray detector 3 by driving them along a source trajectory 30 and a detector trajectory 31, which have been optimized taking into account at least one optimization criterion. The optimization can take place, for example, using the control device 7 .
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der Achsen 4-x, 5-x der ersten Positioniereinrichtung 4 und/oder der zweiten Positioniereinrichtung 5 dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal 19 zumindest zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors 3 zu erzeugen. Beispielsweise kann das Auslösesignal mittels einer hierfür eingerichteten Sensorik 9 an der jeweiligen Achse 4-x, 5-x erzeugt und bereitgestellt werden, wobei die Steuereinrichtung 7 das Auslösesignal 19 auswertet und den Röntgendetektor 3 derart ansteuert, dass dieser ein Durchstrahlungsbild 20 erfasst. Provision can be made for at least one of the axes 4-x, 5-x of the first positioning device 4 and/or the second positioning device 5 to be set up to send a trigger signal 19 at least to triggering detection by means of the x-ray detector 3 at at least one designated axis position generate. For example, the triggering signal can be generated and provided by means of a sensor system 9 set up for this purpose on the respective axis 4-x, 5-x, with the control device 7 evaluating the triggering signal 19 and controlling the x-ray detector 3 in such a way that it acquires a radiograph 20.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5 jeweils derart anzusteuern, dass das Prüfobjekt 10 entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien 30 und Detektortrajektorien 31 vollständig erfasst wird. Zwei Quelltrajektorien 30 und zwei Detektortrajektorien 31 sind beispielhaft in der Fig. 3 zur Verdeutlichung auf einer Kugeloberfläche 32 gezeigt, wobei das Prüfobjekt 10 im Mittelpunkt der Kugeloberfläche 32 angeordnet ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 in dem gezeigten Beispiel stets einander gegenüberstehen und daher die jeweiligen Trajektorien 30, 31 von den einzelnen Positionen bzw. Posen her gleich sind, wobei die Posen jeweils um einen Winkel von 180° entlang der Trajektorien 30, 31 versetzt sind. Provision can be made for the control device 7 to be set up to control the first positioning device 4 and the second positioning device 5 in such a way that the test object 10 is completely detected along at least two different source trajectories 30 and detector trajectories 31 in each case. Two source trajectories 30 and two detector trajectories 31 are shown as an example in FIG. It should be noted here that the X-ray source 2 and the X-ray detector 3 are always opposite one another in the example shown and therefore the respective trajectories 30, 31 are the same from the individual positions or poses, with the poses each at an angle of 180° along of the trajectories 30, 31 are offset.
In der Fig. 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Computertomographieanordnung gezeigt. Die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 FIG. 4 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method for operating a computed tomography arrangement. the Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Computertomographieanordnung ist beispielsweise wie die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ausgebildet. Computed tomography arrangement is designed, for example, like the embodiment shown in FIG.
In einer Maßnahme 100a wird eine Röntgenquelle mittels einer ersten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse in einer aktuellen Sollpose entlang einer vorgegebenen Quelltrajektorie angeordnet. Hierzu wird die erste Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert (oder geregelt). In a measure 100a, an x-ray source is arranged in a current target pose along a predefined source trajectory by means of a first positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis. For this purpose, the first positioning device is actuated (or regulated) accordingly by means of a control device.
In einer Maßnahme 100b wird ein Röntgendetektor mittels einer zweiten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse in einer aktuellen Sollpose entlang einer vorgegebenen Detektortrajektorie angeordnet. Hierzu wird die zweite Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert (oder geregelt). In a measure 100b, an x-ray detector is arranged in a current target pose along a predetermined detector trajectory by means of a second positioning device with at least two translational axes and at least one rotational axis. For this purpose, the second positioning device is actuated (or regulated) accordingly by means of a control device.
In einer Maßnahme 101 wird eine Quellpose der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt und eine Detektorpose des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt mittels mindestens einer Posenerfassungseinrichtung erfasst und/oder bestimmt, wobei hierzu auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker mittels mindestens eines Trackingsensors der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen mittels der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung ausgewertet werden. In a measure 101, a source pose of the X-ray source relative to the test object and a detector pose of the X-ray detector relative to the test object are recorded and/or determined by means of at least one pose detection device, with position markers arranged on the X-ray source and the X-ray detector being recorded for this purpose by means of at least one tracking sensor of the at least one pose detection device be, wherein the respectively detected position markers are evaluated to determine the source poses and the detector poses by means of the at least one pose detection device.
In einer Maßnahme 102 wird ein Durchstrahlungsbild mittels des Röntgendetektors erfasst. In a measure 102, a radiographic image is recorded using the x-ray detector.
In einer Maßnahme 103 wird überprüft, ob bereits alle Punkte bzw. Sollposen auf der Quelltrajektorie und auf der Detektortrajektorie abgefahren wurden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird mit Maßnahme 100a fortgefahren. In a measure 103 it is checked whether all points or target poses on the source trajectory and on the detector trajectory have already been traversed. If this is not the case, proceed to measure 100a.
Ist dies hingegen der Fall, so wird mit Maßnahme 104 fortgefahren. In Maßnahme 104 wird ein dreidimensionales Objektvolumen aus den erfassten Durchstrahlungsbildern unter Berücksichtigung der jeweils bestimmten Quellposen und der jeweils erfassten Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 und/oder bestimmten Detektorposen rekonstruiert. Das rekonstruierte Objektvolumen wird anschließend bereitgestellt, insbesondere in Form eines digitalen Datenpakets. If, on the other hand, this is the case, action 104 is continued. In measure 104, a three-dimensional object volume is created from the acquired radiographs, taking into account the respectively determined source poses and the respectively acquired Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 and/or certain detector poses. The reconstructed object volume is then made available, in particular in the form of a digital data packet.
Es kann in einer Maßnahme 100c vorgesehen sein, dass auch das Prüfobjekt mittels mindestens einer Objektpositionierungseinrichtung angeordnet wird. Beispielsweise kann zum Anordnen ein Förderband verwendet werden, um das Prüfobjekt in einen Messbereich hinein zu transportieren und aus diesem wieder abzuführen. Ferner kann die mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung auch weitere Aktoren mit Translationsachsen und/oder Rotationsachsen aufweisen, um das Prüfobjekt anzuordnen, das heißt, insbesondere dessen Pose (Position und eine Orientierung) festzulegen. In a measure 100c it can be provided that the test object is also arranged by means of at least one object positioning device. For example, a conveyor belt can be used for arranging, in order to transport the test object into a measurement area and to remove it from it again. Furthermore, the at least one object positioning device can also have further actuators with translational axes and/or rotational axes in order to arrange the test object, that is to say in particular to define its pose (position and an orientation).
Es kann in den Maßnahmen 100a und 100b vorgesehen sein, dass die Röntgenquelle und den Röntgendetektor mittels der Steuereinrichtung entlang einer Quelltrajektorie und einer Detektortrajektorie angeordnet werden, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. Measures 100a and 100b can provide for the x-ray source and the x-ray detector to be arranged using the control device along a source trajectory and a detector trajectory that have been optimized taking into account at least one optimization criterion.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der Achsen der ersten Positioniereinrichtung und/oder der zweiten Positioniereinrichtung dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors zu erzeugen. Das Erfassen des Durchstrahlungsbilds wird in Maßnahme 102 dann für die mindestens eine ausgezeichnete Achsposition durch das erzeugte Auslösesignal ausgelöst. Provision can be made for at least one of the axes of the first positioning device and/or the second positioning device to be set up to generate a trigger signal for triggering detection by means of the X-ray detector at at least one defined axis position. The acquisition of the radiograph is then triggered in measure 102 for the at least one marked axis position by the trigger signal generated.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung mittels der Steuereinrichtung jeweils derart angesteuert werden, dass das Prüfobjekt entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien und Detektortrajektorien vollständig erfasst wird. Hierzu werden beispielsweise zwei vollständige Quelltrajektorien und zwei zugehörige vollständige Detektortrajektorien vorgegeben. Die Quelltrajektorien und die zugehörigen Detektortrajektorien können dann beispielsweise nacheinander ausgeführt bzw. abgefahren werden, sodass das Prüfobjekt zweimal vollständig, jedoch aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen erfasst wird. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Provision can be made for the first positioning device and the second positioning device to be controlled by the control device in such a way that the test object is completely recorded along at least two different source trajectories and detector trajectories. For this purpose, for example, two complete source trajectories and two associated complete detector trajectories are specified. The source trajectories and the associated detector trajectories can then, for example, be executed or traversed one after the other, so that the test object is completely detected twice, but from different irradiation directions. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Bezugszeichenliste Reference List
1 Computertomographieanordnung 1 computed tomography arrangement
2 Röntgenquelle 2 x-ray source
2-1 Röntgenstrahlung 2-1 X-ray radiation
3 Röntgendetektor 3 X-ray detector
4 erste Positioniereinrichtung 4 first positioning device
4-1 , 4-2 Translationsachse 4-3, 4-4 Rotationsachse 4-1, 4-2 translation axis 4-3, 4-4 rotation axis
4-5 Teleskopachse 4-5 telescopic axis
5-1 , 5-2 Translationsachse 5-3, 5-4 Rotationsachse 5-1, 5-2 translation axis 5-3, 5-4 rotation axis
5-5 Teleskopachse 6 Posenerfassungseinrichtung 5-5 telescopic axis 6 pose detection device
6-x Kamera 6x camera
7 Steuereinrichtung 7 controller
8 Objektpositionierungseinrichtung 8 object positioning device
8-1 Förderband 8-1 conveyor belt
9 Sensorik 9 sensors
10 Prüfobjekt 11 Messbereich 12 Quellpose 10 test object 11 measuring range 12 source pose
13 Detektorpose 13 detector pose
14 Erfassungsbereich 16 Trackingsensor 17 Positionsmarker 14 detection area 16 tracking sensor 17 position marker
19 Auslösesignal 19 trigger signal
20 Durchstrahlungsbild 20 radiograph
30 Quelltrajektorie 30 source trajectory
31 Detektortrajektorie 31 detector trajectory
32 Kugeloberfläche 40 Objektvolumen 32 spherical surface 40 object volume
100-104 Maßnahmen des Verfahrens 100-104 Measures of the procedure

Claims

Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 Patentansprüche Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 patent claims
1. Computertomographieanordnung (1), umfassend: eine Röntgenquelle (2), einen Röntgendetektor (3), eine erste Positioniereinrichtung (4) mit mindestens zwei Translationsachsen (4-1,4- 2) und mindestens einer Rotationsachse (4-3, 4-4), eine zweite Positioniereinrichtung (5) mit mindestens zwei Translationsachsen (5- 1,5-2) und mindestens einer Rotationsachse (5-3, 5-4), mindestens eine Posenerfassungseinrichtung (6), und eine Steuereinrichtung (7), wobei die Röntgenquelle (2) an der ersten Positioniereinrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die Röntgenquelle (2) mittels der ersten Positioniereinrichtung (4) entlang der mindestens zwei Translationsachsen (4-1, 4-2) bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse (4-3, 4-4) gedreht werden kann, und wobei der Röntgendetektor (3) an der zweiten Positioniereinrichtung (5) derart angeordnet ist, dass der Röntgendetektor (3) mittels der zweiten Positioniereinrichtung (5) entlang der mindestens zwei Translationsachsen (5-1, 5-2) bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse (5-3, 5-4) gedreht werden kann, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, Quellposen (12) der Röntgenquelle (2) relativ zu einem Prüfobjekt (10) und Detektorposen (13) des Röntgendetektors (3) relativ zum Prüfobjekt (10) zu erfassen und/oder zu bestimmen, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung (6) mindestens einen Trackingsensor (16) aufweist, wobei der mindestens eine Trackingsensor (16) dazu eingerichtet ist, auf der Röntgenquelle (2) und dem Röntgendetektor (3) angeordnete Positionsmarker (17) zu erfassen und wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, die jeweils erfassten Positionsmarker (17) zum Bestimmen der Quellposen (12) und der Detektorposen (13) auszuwerten, wobei die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern (20) des Prüfobjekts (10) die Röntgenquelle (2) durch Ansteuern der ersten Positioniereinrichtung (4) entlang einer Quelltrajektorie (30) anzuordnen und den Röntgendetektor (3) durch Ansteuern der zweiten Positioniereinrichtung (5) entlang einer Detektortrajektorie (31) anzuordnen, und die jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild (20) erfassten und/oder bestimmten Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 1. Computed tomography arrangement (1), comprising: an X-ray source (2), an X-ray detector (3), a first positioning device (4) with at least two translation axes (4-1,4-2) and at least one rotation axis (4-3, 4 -4), a second positioning device (5) with at least two translational axes (5-1,5-2) and at least one rotational axis (5-3, 5-4), at least one pose detection device (6), and a control device (7) , wherein the X-ray source (2) is arranged on the first positioning device (4) in such a way that the X-ray source (2) is moved by means of the first positioning device (4) along the at least two translation axes (4-1, 4-2) and about the at least a rotation axis (4-3, 4-4) can be rotated, and wherein the X-ray detector (3) is arranged on the second positioning device (5) in such a way that the X-ray detector (3) can be moved by means of the second positioning device (5) along the at least two Translation axes (5-1, 5-2) moved and can be rotated about the at least one axis of rotation (5-3, 5-4), wherein the at least one pose detection device (6) is set up to determine source poses (12) of the X-ray source (2) relative to a test object (10) and detector poses (13 ) of the x-ray detector (3) relative to the test object (10) and/or to determine it, the at least one pose detection device (6) having at least one tracking sensor (16), the at least one tracking sensor (16) being set up to X-ray source (2) and the X-ray detector (3) arranged to detect position markers (17) and wherein the at least one pose detection device (6) is set up to use the respectively detected position markers (17) to determine the source poses (12) and the detector poses (13) evaluate, wherein the control device (7) is set up to detect the X-ray source (2) by controlling the first positioning device (4 ) along a source trajectory (30) and arranging the X-ray detector (3) by controlling the second positioning device (5) along a detector trajectory (31), and the respectively recorded and/or determined for each recorded radiographic image (20). Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
Quellposen (12) und Detektorposen (13) beim Rekonstruieren eines Objektvolumens (40) aus den erfassten Durchstrahlungsbildern (20) zu berücksichtigen. Source poses (12) and detector poses (13) to be taken into account when reconstructing an object volume (40) from the recorded radiographic images (20).
2. Computertomographieanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positioniereinrichtung (4) und/oder die zweite Positioniereinrichtung (5) zusätzlich mindestens eine Teleskopachse (4-5, 5-5) umfassen. 2. Computed tomography arrangement (1) according to claim 1, characterized in that the first positioning device (4) and/or the second positioning device (5) additionally comprise at least one telescope axis (4-5, 5-5).
3. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Trackingsensor (16) als Kamera (6-x) ausgebildet ist, wobei die Positionsmarker (17) als optische Positionsmarker (17) ausgebildet sind. 3. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one tracking sensor (16) is designed as a camera (6-x), wherein the position markers (17) are designed as optical position markers (17).
4. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung (8), die eingerichtet ist zum Anordnen des Prüfobjekts (10). 4. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized by at least one object positioning device (8) which is set up for arranging the test object (10).
5. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ferner dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle (2) und den Röntgendetektor (3) synchronisiert zueinander entlang der Quelltrajektorie (30) und der Detektortrajektorie (31) anzuordnen. 5. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (7) is also set up to synchronize the X-ray source (2) and the X-ray detector (3) with one another along the source trajectory (30) and the detector trajectory (31 ) to arrange.
6. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle (2) und den Röntgendetektor (3) durch Ansteuern entlang einer Quelltrajektorie (30) und einer Detektortrajektorie (31) anzuordnen, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. 6. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (7) is set up to control the X-ray source (2) and the X-ray detector (3) along a source trajectory (30) and a detector trajectory (31). to be arranged, which have been optimized taking into account at least one optimization criterion.
7. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Achsen (4-x,5-x) der ersten Positioniereinrichtung (4) und/oder der zweiten Positioniereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal (19) zumindest zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors (3) zu erzeugen. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 7. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the axes (4-x, 5-x) of the first positioning device (4) and/or the second positioning device (5) is set up to at least to generate a trigger signal (19) at least for triggering the detection by means of the X-ray detector (3) with a marked axis position. Applicant: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Our reference: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 06/21/2022
8. Computertomographieanordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die erste Positioniereinrichtung (4) und die zweite Positioniereinrichtung (5) jeweils derart anzusteuern, dass das Prüfobjekt (10) entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien (30) und Detektortrajektorien (31) vollständig erfasst wird. 8. Computed tomography arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (7) is set up to control the first positioning device (4) and the second positioning device (5) in such a way that the test object (10) moves along at least two different source trajectories (30) and detector trajectories (31) are fully detected.
9. Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung (1), wobei eine Röntgenquelle (2) mittels einer ersten Positioniereinrichtung (4) mit mindestens zwei Translationsachsen (4-1, 4-2) und mindestens einer Rotationsachse (4-3, 4-4) entlang einer Quelltrajektorie (30) angeordnet wird, wobei ein Röntgendetektor (3) mittels einer zweiten Positioniereinrichtung (5) mit mindestens zwei Translationsachsen (5-1, 5-2) und mindestens einer Rotationsachse (5-3, 5-4) entlang einer Detektortrajektorie (31) angeordnet wird, wobei zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild (20) eines Prüfobjekts (10) jeweils eine Quellpose (12) der Röntgenquelle (2) relativ zu dem Prüfobjekt (10) und jeweils eine Detektorpose (13) des Röntgendetektors (3) relativ zum Prüfobjekt (10) mittels mindestens einer Posenerfassungseinrichtung (6) erfasst und/oder bestimmt werden, wobei hierzu auf der Röntgenquelle (2) und dem Röntgendetektor (3) angeordnete Positionsmarker (17) mittels mindestens eines Trackingsensors (16) der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung (6) erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Positionsmarker (17) zum Bestimmen der Quellposen (12) und der Detektorposen (13) mittels der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung (6) ausgewertet werden, und wobei die erste Positioniereinrichtung (4) und die zweite Positioniereinrichtung (5) mittels einer Steuereinrichtung (7) angesteuert werden, wobei ein Rekonstruieren eines Objektvolumens (40) aus den erfassten Durchstrahlungsbildern (20) unter Berücksichtigung der jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild (20) erfassten und/oder bestimmten Quellpose (12) und der jeweils erfassten und/oder bestimmten Detektorpose (13) durchgeführt wird. 9. A method for operating a computed tomography arrangement (1), wherein an X-ray source (2) by means of a first positioning device (4) with at least two translational axes (4-1, 4-2) and at least one axis of rotation (4-3, 4-4) along a source trajectory (30), an X-ray detector (3) being positioned by means of a second positioning device (5) with at least two translational axes (5-1, 5-2) and at least one axis of rotation (5-3, 5-4) along a Detector trajectory (31) is arranged, with a respective source pose (12) of the X-ray source (2) relative to the test object (10) and a respective detector pose (13) of the X-ray detector (3) for each recorded transmission image (20) of a test object (10). are detected and/or determined relative to the test object (10) by means of at least one pose detection device (6), with position markers (17) arranged on the X-ray source (2) and the X-ray detector (3) for this purpose by means of at least one tracking sensor ( 16) of the at least one pose detection device (6), the position markers (17) detected in each case being evaluated for determining the source poses (12) and the detector poses (13) by means of the at least one pose detection device (6), and the first positioning device ( 4) and the second positioning device (5) are controlled by means of a control device (7), with an object volume (40) being reconstructed from the recorded radiographs (20) taking into account the source pose recorded and/or determined for each recorded radiograph (20). (12) and the respectively recorded and/or determined detector pose (13).
PCT/EP2022/066801 2021-06-22 2022-06-21 Computer tomography assembly and method for operating a computer tomography assembly WO2022268760A1 (en)

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