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Die
vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte
und befasst sich somit mit der Vorbereitung von Messungen.
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Es
ist üblich
geworden, Werkstücke
auf ihre Fertigungsqualität,
das Vorhandensein von Fehlern und dergleichen umfangreich zu testen.
In zunehmendem Maße
gehören
zu diesen durchzuführenden Werkstücktests,
insbesondere beim Test komplizierter Teile wie Motorblöcke bildgebende
Untersuchungen unter Verwendung von Röntgenstrahlen; besonders erwähnt seien
diesbezüglich
CT-(Computertomographie)-Untersuchungen.
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Mit
einem Computertomographen werden im Regelfall Bilder aufgenommen,
indem das Werkstück zunächst in
einem beleuchtenden Röntgenstrahl
angeordnet und dann sukzessive gedreht wird. Das Werkstück, das – gegebenenfalls
unter Verschiebung der Höhe
(einer Bewegung, die hier als z-Richtung bezeichnet wird) – zur Untersuchung
gedreht wird, darf dabei nicht aus dem Beleuchtungskegel des zu Untersuchungszwecken
eingestrahlten Röntgenlichtes
herauswandern oder -taumeln.
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Dies
ist noch ohne weiteres zu gewährleisten,
denn weil die zu untersuchenden Werkstücke hinsichtlich ihrer Geometrie
oft wechseln, erfordert dies im Regelfall, eine erste Bildserie
aufzunehmen, zu prüfen,
inwieweit das Werkstück
aus dem Bild wandert, dann eine Korrektur der Werkstückposition vorzunehmen
und nachfolgend eine neuerliche Bildaufnahme durchzuführen. Dies
ist insgesamt aufwendig und führt
zu dem Problem bei derzeitigen CT-Untersuchungen, dass ein erheblicher
Anteil der teueren Maschinenzeiten für Umrüstungen des CTs eingesetzt
werden müssen.
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Es
wäre wünschenswert,
die teuren Maschinenzeiten komplexer bildgebender Systeme besser nutzen
zu können.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche
Anwendung bereitzustellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe wird in unabhängiger
Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in
den Unteransprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
somit in einem ersten Grundgedanken eine Vorbereitungsanordnung
für bildgebende Meßverfahren,
bei denen Bilder eines Werkstückes
unter Beleuchtung desselben mit einem Beleuchtungsstrahl bekannter
Geometrie, insbesondere bekannter Strahlkegelform beleuchtet werden,
vor, bei welcher ein Positioniermittel für die Anordnung eines Werkstückträgers an
einer bestimmten, typisch durch Fixationselemente festgelegten Stelle
vorgesehen ist, eine kontrolliert verstellbare Kamera zur Erfassung
eines auf einem Werkstückträger angeordneten
Werkstückes
vorgesehen ist, mit der ein auf dem Werkstückträger angeordnetes Werkstück je nach
Einstellung unterschiedlich vollständig oder teilweise erfassbar
ist und ein Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer Sollposition
des Werkstückes
in der eigentlichen bildgebenden Vorrichtung unter Heranziehung
der Verstellwerte der kontrolliert verstellbaren Kamera, um durch kontrolliertes
Verstellen der Kamera festzustellen, ob ein Werkstück auf einem
in der bestimmten Position befindlichen Werkstückträger vollständig von dem bildgebenden Meßsystem
im Hinblick auf dessen Beleuchtungs- und/oder Beobachtungskegel
erfassbar wäre
und Einstellwerte für
dieses eigentliche Meßsystem
vorgeben zu können,
bei denen eine einwandfrei Beobachtung möglich ist.
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Mit
anderen Worten wird also vorgeschlagen, dass zur Meßvorbereitung
zunächst
ein Wechselträger
herangezogen wird, mit welchem das auszumessende Werkstück später in ein
Meßgerät verbracht
werden kann. Das auf dem Träger
angeordnete Werkstück
kann dann in der Rüstvorrichutng,
d.h. der Messvorbereitungsvorrichtrung der vorliegenden Erfindung
von der daran vorgesehenen Kamera, die bekannte bzw. bestimmbare
Abbildungseigenschaften und eine bekannte bzw. bestimmbare Abbildungsgeometrie
besitzt, beobachtet werden.
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Indem
dann die Kamera auf das Werkstück als
Objekt zoomt, wird eine Verschiebung des Objektes in dem bildgebenden
Meßsystem
simuliert. Diese simulierte Bewegung kann vorgenommen werden, bis
das Werkstück,
gegebenenfalls auch bei Drehung desselben, vollständig und
bildfüllend,
von der Kamera erfasst wird. Der Zoom-Faktor lässt sich dabei ohne weiteres
digital kontrollieren oder, sofern kein digitales Zoomen des Kamerabildes,
sondern eine optische Veränderung
eines Objektivs gewünscht
ist, leicht kalibrieren.
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Eine
mechanische Bewegung des Trägers oder
der Kamera relativ zueinander, insbesondere aufeinander zu, sind
somit nicht erforderlich, es reicht somit für den Fall, dass der Träger eine
Drehung des Werkstückes
bewirken soll, eine einfache Verdrehung des Trägers während der Einstellung, ohne dass
komplizierte oder teuere Verschiebeelemente oder dergleichen erforderlich
sind. Es kann gegebenenfalls sogar eine Neigung der Kamera verändert werden,
um unter Berücksichtigung
des augenblicklichen Zoom-Faktors eine später erforderliche, mögliche Höhenverstellung
in der bildgebenden Vorrichtung zu ermitteln, falls dies gewünscht ist.
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Gerade
durch digitales Zoomen, d.h. bestimmen eines heranzuzoomenden Bildaussschnittes
eines digitalisierten Bildes einer bevorzugt hochauflösenden Digitalkamera
und Anzeigen des Bildausschnittes in gleichbleibender Bildgrösse ist
der Zoomfaktor gut bekannt und es kann aus dem zu einem bestimmten
Zoomfaktor gehörenden
Bildkegel rückgeschlossen
werden. Aus diesem kann dann der Sollabstand zu der Strahlquelle
bekannter Strahlgeometrie im Computertomographen ermittelt werden, der
sich aus der Forderung ergibt, daß das erfasste Bild be im letztlich
als geeignet erkannten Zoomfaktor eine Fläche einnimmt, die der Strahl
der Strahlquelle bekannter Strahlgeometrie an der zu bestimmenden Fläche auch
besitzt. Mit dem so bestimmten Abstand können sofort korrekte Messbilder
aufgenommen werden.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt es somit, lediglich durch Verändern eines
Zoom-Faktors und Bestimmen einer korrespondierenden Soll-Position in
einer bildgebenden Vorrichtung die Maschinenumrüstzeiten zur Messung unterschiedlicher
Werkstücke
signifikant zu reduzieren. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil das
Meßvorbereitungssystem
der vorliegenden Erfindung wesentlich preiswerter ist als eine bildgebende
Vorrichtung wie eine CT-Apparatur und überdies die Betriebskosten
und der Betriebsaufwand niedriger sind, da eine Strahlenbelastung
wie bei einem röntgenstrahlenbasierten
Computertomographen nicht vorhanden ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines digitalen Zooms
besonders bevorzugt ist, weil hier aus einem rein numerisch ermittelten
Faktor auf Einstellgrößen geschlossen
werden kann, ohne dass weitere Kalibrierungen mit Ausnahme möglicherweise
einer ersten erforderlich sind. Es versteht sich, daß die Kamera
digitale Bilder liefern sollte, bevorzugt mit einer so schnellen
Bildwiederholung, daß beim
Drehen des Werkstückes
auf dem Träger
zu Zwecken der Bestimmung des in allen Drehlagen ausreichenden Zoomfaktors
keine Bildstörungen
wie Verwischen oder Ruckeln auftritt.
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Es
ist bevorzugt, die Umrechnung und gegebenenfalls die Gesamtsteuerung
der Kamera mittels eines computerbasierten Systems vorzunehmen. Dabei
kann der Kamerazoom entweder mittels dedizierter einzelner Knöpfe über eine
separate Steuerung er folgen oder durch eine Tastatur. Es wird darauf
hingewiesen, dass für
industrielle Arbeitsumfelder die Verwendung dedizierter Einstellknöpfe bevorzugt
sein kann, weil dies einerseits die Eingriffsmöglichkeiten eines Benutzers
in ein Computersystem reduziert und andererseits auch weniger qualifiziertem Personal
die problemfreie Einstellung ermöglicht.
Die Kamerabilder werden bevorzugt simultan oder mit nur geringem
Zeitversatz angezeigt, um dem Benutzer eine Kontrolle seiner Einstellungen
zu geben. Die Kamerabildanzeige kann auf einem herkömmlichen Monitor
erfolgen, zB. bei Digitalbildverarbeitung mittels Computer auf einem
bevorzugt robusten, d.h. industrietauglichen Computermonitor.
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Hier
ist ohne weiteres eine Echtzeitlösung mit
bestehenden Techniken realisierbar. Als Positioniermittel für den Werkstückträger reicht
in einfachsten Fällen
eine Markierung auf einem Tisch in festem Abstand zu einer Kamera.
Auch wäre
denkbar, die Größe des Trägers wie
zB den Durchmesser eines Tellers und/oder dessen Form in einem Kamerabild gegebenen
Zoomfaktors zu bestimmen, um auf den Abstand des – dann auch
willkürlich
platzierbaren Werkstückträgers zu
schliessen. Hier entspricht das Positioniermittel einem Positionsbestimmungsmittel, das
nicht eine Sollposition ähnlich
einer Fixierung erzwingt, sondern statt dessen jedwede Positionierung zulässt und
dafür die
tatsächliche
Position des Werkstückes
ermittelt, um dann ausgehend von dieser die weiteren Bestimmungen
vorzusehen.
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In
besonders bevorzugten Varianten wird der Werkstückträger aber mit einem unteren
Tellerfuß oder
Auflagetisch gebildet sein, der an definierte Positionen zu setzen
ist und wobei das Positioniermittel eine ähnliche Aufnahme besitzen wird
wie das bildgebende System.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnung
beschrieben. In dieser ist gezeigt durch:
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1 eine
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
beispielhafte Meßsituation
in einem bildgebenden System wie einem Computertomographen;
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3 ein
real aufgebautes Meßsystem
nach 1;
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4 Fotografie
von 3 ohne Bezugszeichen in vergrößerter Darstellung.
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Nach 1 umfasst
eine Meßvorbereitungsanordnung
zur Vorbereitung einer Messung eines Werkstückes in einem bildgebenden
System 1 eine Kamera 2, die ein Werkstück 3 auf
einem Werkstückträger, allgemein
mit 4 bezeichnet, erfasst.
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Die
Anordnung 1 ist vorliegend als Rüsttisch für einen Computertomographen
ausgebildet. Der Computertomograph ist, obgleich selbst nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, rein erläuterungshalber in 2 gezeigt.
Bei ihm ist gegenüberliegend
einer Röntgenstrahlenquelle
A ein Detektor B angeordnet, wobei der von der Röntgenquelle A emittierte Strahlenkegel 5 einen
festen Öffnungswinkel besitzt
und in diesem das Werkstück 3 zur
eigentlichen Untersuchung drehbar auf einem elektromotorisch betätigten Drehtisch 6 angeordnet
ist. Der Drehtisch 6 ist wiederum auf einem xyz-Tisch verfahrbar angeordnet,
das heißt
er kann angehoben werden und in seiner x- und y-Richtung, dh. quer
zum Strahl und in bzw. gegen Strahlachsenrichtung, verschoben werden.
Die Einstellung von x-, y- und z-Koordinaten der Verfahrschlitten
bzw. Hubtische erfolgt kontrolliert, bevorzugt elektronisch gesteuert
relativ zu einem Referenzpunkt, so dass eine bestimmte xyz-Koordinate reproduzierbar
anfahrbar ist. Die xyz-Koordinaten, an denen der Werkstückträger angeordnet ist,
müssen
so gewählt
sein, dass bei Rotation des Drehtisches um den erforderlichen Winkel,
typisch um 360°,
der bildgebende Detektor B das Werkstück 3 vollständig erfasst.
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Auf
dem Rüsttisch 1 ist
das Positioniermittel ein manueller Drehtisch für die Auflage einer Palette, das
heißt
für den
Werkstückträger 4,
der hinterher in seiner Gesamtheit genommen werden kann und auf den
Drehtisch 6 in der CT-Apparatur gesetzt werden kann. Es
sei darauf hingewiesen, dass während
in dem Computertomographen ein elektromotorisch betriebener Drehtisch 6 vorgesehen
ist, auf den die Palette gesetzt werden kann, vorliegend für den Rüsttisch
ein einfacher manueller Drehtisch ausreicht, auf den die Palette
an reproduzierte, bekannte Stellen gesetzt werden kann. Der Abstand
zwischen manuellem Drehtisch und Kamera ist im hier erläuterten
Ausführungsbeispiel
fest, da sowohl die Kamera 2 als auch der manuelle Drehtisch
des Rüsttisches
fest zueinander montiert sind.
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Die
Kamera ist eine Digitalkamera mit hier einer Bildwiederholfrequenz
besser als 25Hz und hat hier eine Auflösung, die ein digitales Zoomen
erlaubt, so daß das
erfasste Bild des Werkstückes 3 digital herangezoomt
werden kann. Die Steuerung des digitalen Zooms und die Auswertung
des Bildes erfolgt über
einen Computer 7 (vgl. 3), der
ein Bild des Werkstückes 3 auf
einem Monitor 8 zur Anzeige bringt, wobei neben dem Bild
des Werkstückes 3 auf dem
Monitor 8 auch Informationen über den aktuellen Zoom-Faktor
und eine Kameraneigung, die gleichfalls kontrolliert verstellbar
ist, anzeigbar sind. Der Zoom kann über Knöpfe „+" und „–„ (vgl. Bezugszeichen 10 in 3)
eingestellt werden, genauso wie die Neigung durch Knöpfe 11,
auf dem Bild von 3 gekennzeichnet durch Pfeile
nach oben und nach unten, einstellbar ist.
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Die
Anordnung wird zur Rüstung
eines CTs verwendet wie folgt: Zunächst wird ein Werkstück 3 auf
eine Palette 4 gesetzt und erforderlichenfalls grob voreingestellt,
was in 1 angezeigt ist durch Pfeil 12, der ein
Zusammenklappen eines Gelenkes zwischen Palettenunterteller und
Werktstückkontaktierenden
Bereich des Werkstückträgers zum
Absenken oder ein Auseinanderspreizen des Gelenkes an der Palette 4 andeutet.
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Sobald
das Werkstück 3 ungefähr mittig
von der Kamera 2 erfasst wird, das heißt ungefähr auf der „digitalen z-Achse liegt", die der späteren Mittelachse in
der bildgebenden CT-Apparatur
entspricht, wird mit der Kamera durch Betätigen der Knöpfe 10 das Werkstück heran-
oder herausgezoomt, bis es das Bild vollständig ausfüllt, ohne es bei Rotation des Werkstückes auf
dem manuellen Drehtisch zu verlassen.
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Gegebenenfalls
kann dazu auch die Neigung der Kamera bzw. die Höhe der Kamera, falls statt
einer Neigung eine Höheneinstellung
vornehmbar ist, über
die Knöpfe 11 eingestellt
werden.
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Sobald
eine Einstellung erreicht ist, bei der das Werkstück 3 bildfüllend vollständig und
ohne Beschneidungen bei Vollrotation (oder einer benötigten Rotation
um weniger als 360Grad) beobachtbar ist, werden die Kameraeinstellwerte
umgerechnet in xyz-Koordinaten für
die CT-Apparatur.
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Sie
können
entweder, beispielsweise über eine
NEtzwerkschnittstelle, an diese direkt mitgeteilt werden, wobei
es dann vorteilhaft ist, entsprechende Marken wie Barcodes auf der
Palette anzubringen, die dem CT andeuten, dass jetzt das zugehörige Werkstück zu messen
ist und demgemäß die Einstellung
realisiert werden soll, die durch Vernetzung von CT und Rüsttisch übermittelt
wurde, oder aber es kann durch Anbringung geeigneter Barcodes oä maschinenlesbarer
Codes auf der Palette ein Sollabstand codiert werden, der dann am
Computertomographen ausgelesen werden kann; alternativ reicht es, die
erforderlichen xyz-Koordinaten am Rüsttisch sichtbar zu machen,
sei es im Ausdruck oder auf der Anzeige, und diese manuell an der
CT einzustellen.
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Nach
der Einstellung der bildgebenden Apparatur auf die an dem Rüsttisch
bestimmten xyz-Werte zu dem Werkstück und Aufsetzen des Werkstückes mitsamt
der zuvor verwendeten Palette, das heißt dem transportier- und wechselbaren
Werkstückträger, kann
ohne Probleme ein vollständiges, gut
aufgelöstes
Bild des Werkstückes 3 unter
elektromotorischer Rotation des Drehtisches 6 im CT aufgenommen
werden.
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Unmittelbar
der Beendigung dieser Bildaufnahme kann ein anderes Werkstück vermessen
werden, zu dem zwischenzeitlich auf dem Rüsttisch die entsprechenden,
nunmehr am Computertomographen erforderlichen, geänderten
Einstellungen bestimmt wurden.
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Es
wird so möglich,
das Werkstück
außerhalb
einer bildgebenden Vorrichtung wie einem Computertomographen auf
einer Palette so zu fixieren, dass es nach Einsetzen in den Computertomographen
sofort vollständig
im Strahlkegel liegt und auch bei Drehung eines darin vorhandenen
Drehtisches vollständig
und komplett durchleuchtet werden kann. Es sei darauf hingewiesen,
dass das erforderliche Palettenwechselsystem gleichfalls als neu
und für sich
von Bedeutung angesehen wird respektive die Verwendung eines solchen
Systems zu Zwecken einer bildgebenden Anordnungsvorrichtung.
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Es
wird damit vorgeschlagen, einen Röntgenstrahlengang mit festem
Kegel, der einen Beleuchtungsstrahlengang realisiert, nachzubilden durch
einen optischen Sichtkegel und zugleich eine Bewegung, insbesondere
x-z-Bewegung eines Werkstückes
im CT mittels Bestimmung eines digitalen Zoom-Wertes und erforderlichenfalls
einer Bildverschiebung am bzw. im Rüsttisch zu simulieren und dann
aus dem Zoom-Faktor und Verschiebewert in x-z-Stellwerte für einen
CT-Maschinenwert eine Umrechnung vorzunehmen.