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Die
Erfindung betrifft ein Bauelement zur Herstellung eines Bauteils
mit zumindest einem weiteren Bauelement, das Bauteil sowie ein Verfahren zur
Herstellung des Bauteils.
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Bei
der Herstellung eines Bauteils aus mehreren Bauelementen, ist es
zur Sicherstellung einer optimalen Funktion des Bauteils oftmals
erforderlich, dass die einzelnen Bauelemente in einer vorgegebenen
Orientierung ausgerichtet und miteinander verbunden werden. Das
ist insbesondere bei einem Röntgendetektor
erforderlich, welcher aus einer Reihe von Detektormodulen besteht,
bei welchen in Szintillatorelementen eines Szintillatorarrays durch Röntgenstrahlung
ausgelöste
Lichtsignale mit einem Photodiodenarray erfasst werden. Das Szintillatorarray
und Photodiodenarray weisen zueinander korrespondierende matrixartige
Segmentierungen auf, durch welche eine räumliche Auflösung des
Detektormoduls festgelegt wird. Zur verlustarmen Erfassung der Lichtsignale
in ausreichender räumlicher Auflösung ist
es erforderlich, dass die Segmentierungen exakt zueinander positioniert
werden. Weitere auf dem Detektormodul anzubringende Bauelemente mit
einer entsprechenden oder korrespondierenden Segmentierung oder
an der Segmentierung auszurichtenden Struktur müssen gegebenenfalls ebenfalls
positionsgenau angebracht werden. Beispielsweise ist es bei der
Anordnung eines Strahlungskollimators auf dem Szintillatorarray
in der Regel erforderlich, dass parallel angeordnete Kollimatorbleche des
Strahlungskollimators mit hoher Genauigkeit über zwischen den Szintillatorelementen
ausgebildeten Septen angeordnet werden, um zu verhindern, dass die
Szintillatorelemente abgeschattet werden.
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Sofern
die Segmentierungen zugänglich
und erfassbar sind, können
diese in der Regel unmittelbar zur positionsgenauen Ausrichtung
der einzelnen Bauelemente verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit
zur positionsgenauen Ausrichtung besteht darin, Längs- oder
Querkanten der Bauelemente oder andere Positionierhilfen als sekundäre Referenzen
zu verwenden. Dabei werden üblicherweise
zueinander formkomplementäre
Positionierhilfen, wie z. B. Rastnasen und Ausnehmungen oder Bauteilkanten
und Anschlagflächen
verwendet.
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Ein
Nachteil bei den bekannten Positionierhilfen ist, dass für eine hochgenaue
Positionierung die Längs-
oder Querkanten oder die Positionierhilfen unter Einhaltung entsprechend
geringer Toleranzen hergestellt werden müssen. Das ist aufwändig und
teuer. Ferner können
Toleranzgrenzen und damit die Positionierungsgenauigkeit aus technischen Gründen nicht
beliebig verkleinert werden, wodurch die Herstellung qualitativ
besonders hochwertiger Bauteile an technische Grenzen stößt.
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Ferner
summieren sich mit steigender Anzahl aneinander gefügter Bauteile
die infolge der Fertigungstoleranzen der Positionierhilfen verursachten Positionierungsungenauigkeiten
in Form von Toleranzketten auf, was in Summe eine nicht unerhebliche
Fehlpositionierung nicht unmittelbar benachbarter Bauelemente zur
Folge haben kann.
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Des
Weiteren kann es bei Verwendung von Positionierhilfen vorkommen,
dass diese, z. B. Rastnasen und dgl., abbrechen oder bei zu starker
mechanischer Beanspruchung bei unachtsamer Montage verformt werden,
was eine Fehlpositionierung der Bauelemente und eine Herabsetzung
der Qualität des
Bauteils zur Folge hat.
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Ausgehend
davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile nach dem
Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Bauelement angegeben
werden, mit welchem ein das Bauelement und weitere Bauelemente umfassendes
Bauteil in besonders einfacher Weise positionsgenau zusammengesetzt
werden kann. Es soll ferner ein Bauelement angegeben werden, welches
mit einer besonders kostengünstigen
und zuverlässig
herstellbaren und verwendbaren Positionierhilfe versehen ist, welche
eine hochgenaue, insbesondere reproduzierbare, Positi onierung ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein in besonders einfacher Art und
Weise positionsgenau aus mehreren Bauelementen zusammengesetztes
Bauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der Ansprüche
1, 21 und 24. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Ansprüchen
2 bis 20, 22 und 23 und 25 bis 29.
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Nach
Maßgabe
der Erfindung ist ein Bauelement zur Herstellung eines aus dem Bauelement
und zumindest einem weiteren Bauelement zusammengesetzten Bauteils
vorgesehen, wobei das Bauelement einen oder mehrere Marker mit einer
mit einer Auslesevorrichtung auslesbaren Kodierung für zumindest
eine Koordinatenachse eines dem Marker zugeordneten Koordinatensystems
umfasst. Bei Verwendung mehrerer Marker kann die zumindest eine Koordinatenachse,
welche z. B. einer Bauteilachse zugeordnet ist, aus einer Kombination
der Kodierungen der einzelnen Marker ergeben. Sofern eine Kodierung
mehrerer Koordinatenachsen vorgesehen ist, können die Koordinatenachsen
in der Kombination der Kodierungen kodiert sein. Es ist auch möglich, dass
jeder Marker jeweils eine Koordinatenachse kodiert. Vorteilhafter
Weise kodiert die Kodierung zwei oder drei Koordinatenachsen, bei
welchen es sich z. B. jeweils um eine Hauptachse des Bauelements oder
des Bauteils oder andere bauteil- oder bauelementbezogene Achsen
handeln kann.
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Mit
dem Marker können
mechanische Positionierhilfen und die durch deren Herstellungstoleranzen
verursachten Positionierungsungenauigkeiten vermieden werden. Ein
Vorteil der Verwendung des Markers, welcher beispielsweise mit optischen,
magnetischen, induktiven, kapazitiven oder radiometrischen Verfahren
erfassbar ist, dass die auf den Koordinatenachsen basierende Ausrichtung
des Bauelements unabhängig
von der Form und Fertigungstoleranzen des Bauelements bzw. der Posi tionierhilfe
erfolgen kann, wodurch eine besonders genaue, zuverlässige und
reproduzierbare Ausrichtung des Bauelements möglich ist. Bei einer Herstellung
einer Vielzahl von Bauteilen, welche jeweils das Bauelement mit
dem Marker aufweisen, kann bei jedem Bauteil die gleiche Positionierungsgenauigkeit
erreicht werden, weil der Marker im Gegensatz zu mechanischen Positionierhilfen
für jedes
Bauelement identisch und – sofern überhaupt – wesentlich
kleineren Toleranzen unterworfen ist. Dadurch ist eine besonders
hohe Positionierungsgenauigkeit erreichbar, was für die Herstellung
qualitativ hochwertiger Bauteile unverzichtbar ist.
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Im
Sinne der Erfindung werden unter dem Begriff "Marker" solche Marker verstanden, welche zum
Zwecke der Bereitstellung einer mit einer Auslesevorrichtung auslesbaren
Information betreffend eine Orientierung oder Ausrichtung des Markers und/oder
des Bauelements aufgebracht werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Koordinatensystem mit einem dem Bauelement
zugeordneten weiteren Koordinatensystem über eine Transformationsvorschrift
korreliert oder korrelierbar ist. Dadurch ist es möglich, den
Marker relativ zum Bauelement in einer beliebigen Ausrichtung aufzubringen.
Ferner kann bei Herstellung einer Vielzahl von Bauteilen die Position
der jeweiligen Marker auf den jeweiligen Bauteilen in Grenzen toleriert
werden, die wesentlich weiter sind als die zu erreichende Genauigkeit
der Ausrichtung der Bauelemente zueinander. Sofern der Marker mit
dem weiteren Koordinatensystem bereits korreliert ist, kann nach
Ermittlung der Koordinatenachsen anhand der Transformationsvorschrift
unmittelbar die räumliche
Orientierung des Bauelements ermittelt werden. Auf der Grundlage der
ermittelten räumlichen
Orientierung kann das Bauelement entsprechend einer Sollorientierung ausgerichtet
werden. Sofern der Marker noch nicht mit dem weiteren Koordinatensystem
korreliert ist, kann das durch Ermittlung der Transformationsvorschrift,
z. B. unter Verwendung einer dem weiteren Koordinatensystem zugeordneten
Strukturierung des Bauelements, durchgeführt werden. Nach Ermitt lung der
Transformationsvorschrift kann das Bauelement wie oben erläutert mit
hoher Genauigkeit ausgerichtet werden.
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Bei
dem Koordinatensystem und dem weiteren Koordinatensystem kann es
sich um beliebige Koordinatensysteme, insbesondere geradlinige,
geradlinige orthogonale, insbesondere kartesische, krummlinige,
insbesondere elliptische, und/oder krummlinige orthogonale Koordinatensysteme
mit ebenen Polarkoordinaten und Zylinderkoordinaten oder räumlichen
und sphärischen
Polarkoordinaten oder Toruskoordinaten handeln. Abgesehen davon kommen
auch Koordinatensysteme mit verallgemeinerten Koordinatenachsen
und verallgemeinerten Koordinaten in Betracht, wobei die verallgemeinerten Koordinaten
durch einen Satz unabhängiger
Größen gegeben
sind, mit welchen der Marker und damit die Koordinatenachsen zumindest
hinsichtlich deren räumlicher
Orientierung eindeutig und vollständig beschrieben werden können.
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Die
Kodierung kann einen oder mehrere, eine ein-, zwei- oder dreidimensionale
Struktur ausbildende Markerelemente umfassen. Dabei können die
Markerelemente in einer Ebene angeordnet und punktförmig, linienförmig und/oder
bogenförmig
ausgebildet sein. Derartige Markerelemente können auf das Bauelement in
besonders einfacher und kostengünstiger
Weise mit einem Druckverfahren aufgedruckt, aufgeklebt, aufgetropft,
aufdosiert, eingraviert, eingeritzt und/oder mittels eines Lasers
auf das Bauelement geschrieben werden. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn die Kodierung derart ausgebildet ist, dass diese mit einer
von der Auslesevorrichtung umfassten Vermessungseinrichtung mit
einer örtlichen Auflösungsgenauigkeit
von zumindest 10μm,
vorzugsweise 5μm,
vorzugsweise 0,5μm
erfassbar ist. Dazu kann beispielsweise die von der Kodierung in der
Ebene vereinnahmte Fläche
so groß gewählt werden,
dass die Markerelemente mit einer als Vermessungseinrichtung verwendeten
digitalen Kamera mit einer vorgegeben Auflösung, z. B. einer vorgegebenen
Pixelzahl, mit der gewünschten
Auflösungsgenauigkeit
erfassbar sind. Weil die maximal mögliche Fläche, welche mit der angegebenen
Auflösungsgenauigkeit
er fassbar ist, von der Auflösung der
Vermessungseinrichtung abhängig,
kann die effektive Fläche
der Kodierung variieren. Abgesehen davon kommen auch andere Arten
von Marker in Betracht, wie z. B. Transponder, radioaktive, induktive, kapazitive
oder magnetische Marker.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung des Bauelements weist dieses des Weiteren
eine darauf vorgesehene Identifikationsmarkierung mit einem Identifizierungscode
zur eindeutigen Identifikation des Bauelements auf. Dabei kann die
Identifikationsmarkierung vom Marker umfasst sein. Der Identifizierungscode
kann zusammen mit der zu einem Bauelement gehörigen Transformationsvorschrift
auf einer elektronischen Speichereinheit gespeichert werden. Wird
die Transformationsvorschrift bei der Herstellung des Bauteils benötigt, kann
diese anhand des Identifizierungscodes aus der Speichereinheit ausgelesen
werden und kann so in einfacher Weise und besonders schnell bereitgestellt
werden. Das ist besonders vorteilhaft, bei einer automatisierten
Herstellung des Bauteils. Ferner kann die Transformationsvorschrift
unabhängig
vom Herstellungsprozess des Bauteils, spätestens vor der ersten Verwendung
des Markers, z. B. bereits nach der Fertigung des Bauelements, ermittelt
werden. Bei der Speichereinheit kann es sich um einen beliebigen
elektronischen Speicher handeln. In Frage kommen beispielsweise ein
Speichermedium für
eine Rechnereiheit oder ein Transponder (z. B. RFID) oder beliebige
andere Speichereinheiten. Es ist auch möglich, dass der Marker und/oder
die Identifikationsmarkierung als elektronische Speichereinheiten
ausgebildet sind oder diese zumindest umfassen. Dabei kann es sich ebenfalls
um einen Transponder, z. B. eine RIFD-Markierung, oder eine andere
speicherfähige und
auslesbare Struktur handeln.
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Nach
einer Ausgestaltung des Bauelements umfasst dieses eine Vielzahl
von Bauelementeinheiten, welche auf dem Bauelement in einer vorgegebenen
Strukturierung vorgesehen sind. Vorzugsweise ist dabei die Strukturierung
mit dem Koordinatensystem oder dem weiteren Koordinatensystem korreliert oder korrelierbar.
Auf diese Weise ist es möglich,
anhand der Koordinatenachsen oder der Transformationsvorschrift
das Bauelement derart auszurichten, dass die Strukturierung eine
gewünschte,
vorgegebene Sollorientierung aufweist. Das ist besonders dann von
Vorteil, wenn die Strukturierung positionsgenau, z. B. deckungsgleich,
auf eine entsprechende Strukturierung des weiteren Bauelements aufgebracht
werden soll. Die Strukturierung kann beispielsweise matrixförmig ausgebildet
sein. In diesem Fall können
die Bauelementeinheiten in Reihen und Spalten angeordnet sein. Vorteilhafter
Weise sind dabei die Koordinatenachsen mit den Reihen und Spalten
korreliert oder korrelierbar, so dass die Strukturierung unmittelbar
anhand der Koordinatenachsen positionsgenau ausgerichtet werden
kann. Der Marker kann auf einer ersten Seite des Bauelements und
die Bauelementeinheiten auf einer von der ersten Seite verschiedenen
zweiten Seite vorgesehen sein. Dadurch kann sichergestellt werden,
dass der Marker, selbst wenn die Strukturierung der Bauelementeinheiten
im Verlauf der Herstellung des Bauteils überdeckt wird, noch zugänglich ist.
Die nicht mehr zugängliche
oder sichtbare Ausrichtung der Strukturierung kann anhand der Kodierung
des Markers ermittelt werden. Damit kann an das Bauteil in einfacher Weise
noch ein weiteres Bauelement entsprechend der Strukturierung angebracht
werden. Die erste Seite kann der zweiten Seite gegenüberliegen.
Es ist jedoch auch möglich,
dass sich die erste Seite randseitlich der zweiten Seite befindet.
Bei einem Bauteil mit mehreren Bauelementschichten kann der Marker an
einer bei der Herstellung nicht überdeckten
ersten Seite, z. B. einer Randseite, angebracht sein, so dass der
Marker, und damit die Information über die Orientierung des Bauelements
bzw. der Strukturierung auch nach der Herstellung ausgelesen werden
kann. Die Information kann dann verwendet werden, um auch das Bauteil,
z. B. bei einem Bestückungsprozess,
positionsgenau auszurichten. Zum Anbringen des Markers kann beispielsweise
ein Substrat verwendet werden, auf welchem die Bauelementeinheiten
aufgebracht sind.
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Nach
einer Ausgestaltung umfasst das Bauelement eine Konverterschicht
zur Umwandlung einer Strahlung, insbesondere einer elektromagnetischen
Strahlung, insbesondere einer Röntgenstrahlung,
in ein elektrisches Signal oder ein Lichtsignal. Dabei können die
Konverterschicht eine Szintillatorschicht und die Bauelementeinheiten
Szintillatorelemente zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung,
insbesondere Röntgenstrahlung,
in Licht sein. Das Bauelement kann zur Herstellung eines Detektormoduls
verwendet werden. Zur Herstellung des Detektormoduls ist es erforderlich,
dass die Konverterschicht bzw. Szintillatorschicht positionsgenau auf
einer Detektorschicht, z. B. einem Photodiodenarray, aufgebracht
wird, damit die Signale der Konverterschicht besonders verlustarm
erfasst werden können.
Das kann in einfacher Weise unter Verwendung des Markers erreicht
werden. Der Marker kann auf einer Strahlungseintrittsseite, der
Szintillatorschicht oder an einer daran angrenzenden Randseite vorgesehen
sein. Sofern es sich bei dem Bauelement um ein Szintillatorarray
handelt, ist es von besonderem Vorteil, wenn zwischen den Szintillatorelementen
des Szintillatorarrays ausgebildete Septen mit den Koordinatenachsen
korreliert oder korrelierbar sind. Damit ist es möglich, das
Szintillatorarray entsprechend der Strukturierung der Septen auf
das eine entsprechende Strukturierung von Photodioden aufweisende
Photodiodenarray unmittelbar anhand der aus der Kodierung ermittelten
Koordinatenachsen des Markers auszurichten und positionsgenau aufzubringen.
Die weiteren Koordinatenachsen des weiteren Koordinatensystems können parallel
zu Septenrichtungen ausgebildet sein. Dadurch kann ggf. erreicht
werden, dass im Wesentlichen nur eine Transformationsvorschrift
erforderlich ist, wodurch der Fehler bei der Ermittlung der Ausrichtung
der Septen aus der Kodierung verringert und die Positionierungsgenauigkeit
gesteigert werden können.
In analoger Weise können
das Szintillatorarray und ein daran anzubringender Strahlungskollimator
oder eine Mehrzahl von zueinander auszurichtenden Szintillatorarrays
und jeweils daran anzubringende Strahlungskollimatoren in einfacher
Weise derart ausgerichtet werden, dass Kollimatorbleche des Strahlungskollimators
genau über
Septen des Szintillatorarrays positioniert sind. Das zeigt, dass
Marker nicht nur für
eine einzige Positionieraufgabe bei der Herstellung des Detektormoduls
verwendbar ist.
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Nach
weiterer Maßgabe
ist ein Bauteil vorgesehen, umfassend ein wie vorangehend beschriebenes
Bauelement. Wegen der vorteilhaften Eigenschaften des Bauteils wird
auf die vorangehenden Ausführungen
betreffend das Bauelement verwiesen. Hervorzuheben ist, dass der
Marker insbesondere bei der Herstellung eines Detektormoduls zur Detektion
von Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung, insbesondere
Röntgenstrahlung,
verwendet werden kann. In diesem Fall umfasst das Bauteil vorzugsweise
eine Konverterschicht zur Umwandlung von Strahlung in elektrische
Signale oder Licht, und das weitere Bauelement eine Detektorschicht,
insbesondere ein Detektorarray, zur Detektion der Signale oder des
Lichts. Bei der Konverterschicht kann es sich um ein Szintillatorarray
und bei dem Detektorarray um ein Photodiodenarray handeln. Ein Detektormodul
weist in der Regel einen Strahlungskollimator auf, so dass es sich
bei dem weiteren Bauteil auch um einen Strahlungskollimator handeln
kann. Anhand des Markers der Konverterschicht können sowohl die Konverterschicht
relativ zur Detektorschicht als auch der Strahlungskollimator relativ
zur Konverterschicht mit hoher Genauigkeit ausgerichtet und positioniert
werden.
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Nach
weiterer Maßgabe
ist ein Verfahren zur Herstellung eines wie vorangehend beschriebenes Bauteils,
welches zumindest ein erfindungsgemäßes Bauelement mit Marker und
ein weiteres Bauelement umfasst, mit folgenden Schritten
- a) Auslesen der Kodierung mit der Auslesevorrichtung
und Ermitteln der Koordinatenachsen des dem Marker zugeordneten
Koordinatensystems,
- b) Ermitteln einer räumlichen
Orientierung des Bauelements auf der Grundlage der Koordinatenachsen
und einer Transformationsvorschrift zwischen dem Koordinatensystem
und einem dem Bauelement zugeordneten weiteren Koordinatensystem,
- c) Ausrichten des Bauelements und/oder des weiteren Bauelements
auf der Grundlage der im Schritt lit. b) ermittelten Orientierung
entsprechend einer durch das weitere Bauelement und/oder das Bauelement
vorgegebenen Sollorientierung und
- d) Verbinden des Bauelements mit dem weiteren Bauelement entsprechend
der Sollorientierung.
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Bei
dem Verfahren wird zunächst
die Kodierung mit der Auslesevorrichtung ausgelesen. Auf der Grundlage
der ausgelesenen Kodierung werden anschließend die Koordinatenachsen
des dem Marker zugeordneten Koordinatensystems ermittelt. Auf Grund
der vorteilhaften Eigenschaften des Markers können die Koordinatenachsen
besonders genau und zuverlässig
ermittelt werden. Auf der Grundlage der Koordinatenachsen und einer
Transformationsvorschrift zwischen dem Koordinatensystem und einem
dem Bauelement zugeordneten weiteren Koordinatensystem wird sodann
die räumliche
Orientierung des Bauelements ermittelt. Auch das ist mit einer besonders
hohen Genauigkeit möglich.
Anhand der räumlichen
Orientierung wird anschließend
das Bauelement entsprechend einer vorgegebenen Sollorientierung
ausgerichtet.
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Unter
Ausrichtung entsprechend der Sollorientierung wird dabei verstanden,
dass eine vorgegebene räumliche
Lagebeziehung des Bauelements relativ zum weiteren Bauelement eingestellt
wird. Das bedeutet, dass anstelle des Bauelements selbstverständlich auch
das weitere Bauelement oder beide ausgerichtet, z. B. gedreht oder
verschoben, werden kann/können.
Die Sollorientierung kann durch das Bauelement oder durch das weitere
Bauelement oder durch beliebige Referenzpunkte oder -Referenzrichtungen
vorgegeben sein, welche mit den Koordinatenachsen korreliert oder
korrelierbar sind.
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Nach
der positionsgenauen Ausrichtung des Bauelements relativ zum weiteren
Bauelement werden diese miteinander verbunden. Durch die mit dem Marker
erreichbare hochgenaue Ausrichtung kann vermieden werden, dass die
Qualität
des Bauteils durch Positionierungsungenauigkeiten wesentlich beeinträchtigt wird.
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Für den Fall,
dass das Bauelement eine vorgegebene Strukturierung von Bauelementeinheiten aufweist
kann das weitere Koordinatensystem mit der Strukturierung korreliert
sein. Bei der Korrelierung kann es sich um eine weitere Transformationsvorschrift
zwischen der Strukturierung und dem weiteren Koordinatensystem handeln.
Es ist auch möglich,
dass das weitere Koordinatensystem durch die Strukturierung selbst
definiert ist bzw. wird. Dabei kann die Strukturierung mit einer
weiteren Auslesevorrichtung automatisch erfasst und auf der Grundlage
der erfassten Strukturierung das weitere Koordinatensystem definiert
werden, wodurch selbstverständlich
auch die weitere Transformationsvorschrift festgelegt ist bzw. wird.
Falls die Strukturierung beispielsweise eine matrixartige Geometrie
aufweist, kann diese z. B. aus einem mit der Kamera aufgenommenen
digitalen Bild ermittelt werden. Weitere Koordinatenachsen des weiteren
Koordinatensystems können
dann parallel zu Reihen und Spalten der matrixartigen Geometrie
definiert werden.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird
die Transformationsvorschrift und/oder die weitere Transformationsvorschrift vor
dem Schritt lit. b) ermittelt und zusammen mit einem Identifizierungscode
einer dem Bauelement eindeutig zugeordneten Identifikationsmarkierung
auf einer elektronischen Speichereinheit gespeichert. Dabei wird
zur der Ermittlung der Orientierung zunächst der Identifizierungscode
aus der Identifikationsmarkierung, und auf der Grundlage des Identifizierungscodes
die Transformationsvor schrift und/oder die weitere Transformationsvorschrift
aus der Speichereinheit ausgelesen. Die in der Speichereinheit gespeicherten
Informationen über
das Bauelement können
bei der Herstellung des Bauteils mitgeführt werden und sind für Positionierungsaufgaben jederzeit
abrufbar. Bei der Speichereinheit kann es sich um einen Transponder
und/oder einen elektronischen Speicher eines Computersystems handeln.
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Bei
vorteilhafter Ausgestaltung des Bauteils kann in Kombination mit
einem entsprechend reproduzierbar gestalteten, vorzugsweise stets
gleichartigen, Ausleseverfahren eine ebenso hohe Positioniergenauigkeit
selbst dann erreicht werden, wenn der Marker ungenau, d. h. unter
Zulassung eines größeren Toleranzbereichs,
aufgebracht ist. Das liegt an der Tatsache, dass Fehler nur dann
wirksam werden, wenn diese die Ermittlung der Transformationsvorschrift
und die der Verwertung der Transformationsvorschrift, z. B. der
Positionierung, beeinflussen bzw. dabei unterschiedlich sind. Durch
ein gleichartiges Auswerteverfahren können die Fehler, und insbesondere
deren Fortpflanzung, im Wesentlichen vermieden werden, wodurch eine
hohe Positioniergenauigkeit erzielt werden kann.
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Das
vorgeschlagene Verfahren kann in besonders einfacher Weise automatisiert
werden. Dazu kann/können
die Auslesevorrichtung, die weitere Auslesevorrichtung, eine Ermittlungsvorrichtung
zur Ermittlung der räumlichen
Orientierung, eine zum Ausrichten des Bauelements oder des weiteren
Bauelements vorgesehene Ausrichtungsvorrichtung und/oder eine Verbindungsvorrichtung
zum Verbinden des Bauelements mit dem weiteren Bauelement zumindest
teilweise automatisiert betrieben werden.
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Wegen
weiterer Vorteile und vorteilhaften Wirkungen des Verfahrens wird
auf die Ausführungen
zum erfindungsgemäßen Bauelement
verwiesen. Insbesondere können
mit dem Verfahren infolge der hohen erreichbaren Positionierungsgenauigkeit qualitativ
besonders hochwertige Bauteile hergestellt werden. Mit dem Marker
können
fehlerbehaftete Einflussgrößen, wie
z. B. Herstellungstoleranzen von Positionierhilfen und dgl., vermieden
werden, so dass eine besonders zuverlässige und insbesondere reproduzierbare
Ausrichtung ohne Fehlerfortplanzungen möglich ist. Dadurch kann auch
erreicht werden, dass Qualitätsunterschiede
der hergestellten Bauteile besonders klein sind.
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Das
Bauteil kann eine beliebige Anzahl von Bauelementpaaren, jeweils
bestehend aus dem Bauelement und dem weiteren Bauelement, umfassen. Davon
ausgehend gelten die Aussagen betreffend das Bauelement und das
weitere Bauelement selbstverständlich
für beliebige
Bauelementpaare eines Bauteils analog.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder
funktionsgleiche Elemente. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu
und Maßstäbe zwischen den
einzelnen Figuren können
variieren. Es zeigen:
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1 eine
schematische Explosionsansicht eines Bauteils mit einem erfindungsgemäßen Bauelement
und
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2 schematisch
Schritte bei Ausrichtung des Bauelements bei der Herstellung des
Bauteils.
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1 zeigt
eine schematische Explosionsansicht eines Bauteils mit einem erfindungsgemäßen Bauelement.
Bei dem Bauteil handelt es sich um ein Detektormodul für ein Röntgengerät, insbesondere einen
Röntgencomputertomografen.
Bei dem Bauelement handelt es sich um ein Szintillatorarray 1 mit einer
Vielzahl von aus einer Szintillationskeramik hergestellten Szintillatorelementen 2 zur
Umwandlung einer Röntgenstrahlung
in Lichtsignale. Die Szintillatorelemente 2 sind in einer
matrixartigen Strukturierung auf einem Substrat 3 angeordnet,
wobei zwischen Reihen 4 und Spalten 5 der Szintillatorelemente
Septen 6 angeordnet sind, welche ein Übersprechen benachbarter Szintillatorelemente 2 verhindern. Die
Szintillatore lemente 2 sind auf einer einer ersten Seite 7 des
Substrats 3 gegenüberliegenden
zweiten Seite 8 vorgesehen. Auf der ersten Seite 7 ist
ein aufgedruckter oder aufgeklebter Marker 9 mit mehreren Markerelementen 10 vorgesehen.
Auf der zweiten Seite 8 ist ferner eine aufgedruckte oder
aufgeklebte Identifikationsmarkierung 11 mit einem Identifizierungscode
zur eindeutigen Identifikation des Szintillatorarrays 1 vorgesehen.
Eine Strahlungseintrittsseite des Szintillatorarrays 1 ist
mit dem Bezugszeichen 12, eine Lichtaustrittsseite ist
mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet.
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Das
Bauteil weist ferner ein Photodiodenarray 14 mit einer
Vielzahl von Photodioden 15 zur Erfassung der Lichtsignale,
wobei die Photodioden eine zu den Szintillatorelementen 1 korrespondierende matrixartige
Strukturierung ausbilden. Eine Lichteintrittsseite des Photodiodenarrays
ist mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. Das Bauteil weist
des Weiteren einen Strahlungskollimator 17 mit einer Vielzahl von
Kollimatorblechen 18 auf. Im Sinne dieser Anmeldung handelt
es sich bei dem Photodiodenarray 14 und dem Strahlungskollimator 17 um
das weitere Bauelement.
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Im
zusammengebauten Zustand liegt das Szintillatorarray 1 mit
der Lichtaustrittsseite 13 auf der Lichteintrittsseite 16 des
Photodiodenarrays 14, so dass jedem Szintillatorelement 2 eine
Photodiode 15 zugeordnet ist. Ferner ist der Strahlungskollimator 17 auf
der Strahlungseintrittsseite 12 angeordnet, wobei die Kollimatorbleche 18 direkt über den
zwischen den Spalten 5 der Szintillatorelemente 2 ausgebildeten
Septen 6 angeordnet sind.
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Um
die mit den Szintillatorelementen 2 erzeugten Lichtsignale
besonders verlustarm mit den Photodioden 15 erfassen zu
können
ist es erforderlich, dass das Szintillatorarray 1 und das
Photodiodenarray 14 entsprechend der zueinander korrespondierenden
Strukturierung der Szintillatorelemente 2 und Photodioden 15 sehr
genau aufeinander positioniert werden. Um eine Abschattung der Szintillatorelemente 2 und
eine damit verbun dene Erzeugung von Artefakten in Röntgenaufnahmen
zu vermeiden, ist es erforderlich, dass die Kollimatorbleche 18 genau
oberhalb der Septen 6 positioniert werden.
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Zur
exakten Positionierung des Szintillatorarrays 1 auf dem
Photodiodenarray 14 können
die vor dem Zusammenfügen
noch sichtbaren Strukturierungen des Photodiodenarrays 14 und
des Szintillatorarrays 1 verwendet werden. Nach dem Zusammenfügen ist
die Strukturierung jedoch in der Regel nicht mehr zugänglich und
steht zur Positionierung des Strahlungskollimators 17 nicht
mehr zur Verfügung. Zur
Positionierung des Strahlungskollimator 17 auf dem Szintillatorarray 1 ist
daher der Marker 9 vorgesehen.
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Im
Folgenden wird anhand der 2 näher erläutert, wie
anhand des Markers 9 das Szintillatorarray 1 und
der Strahlungskollimators 17 positionsgenau zueinander
ausgerichtet werden können. Es
versteht sich, dass die nachfolgend beschriebene Positionierung
für das
Bauelementepaar Szintillatorarray 1 und Photodiodenarray 14 in
analoger Weise verwendet werden kann.
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In 2 zeigt
eine Teilfigur eine Draufsicht 19 auf einen den Marker 9 enthaltenden
Abschnitt der Strahlungseintrittsseite 12 des Szintillatorarrays 1.
Eine von der Strahlungseintrittsseite 12 nicht sichtbare
Strukturierung 20, welche durch die Anordnung der Szintillatorelemente 2 gegeben
ist und den Septen 6 entspricht, ist zur Verdeutlichung
strichliniert dargestellt.
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Zur
Ermittlung einer räumlichen
Orientierung des Szintillatorarrays 1 und damit der Strukturierung 20 wird
in einem ersten Schritt 21 mit einer nicht gezeigten Kamera
zunächst
ein digitales erstes Bild 22 des Markers 9 von
der Strahlungseintrittsseite 12 aus aufgenommen. Dabei
ist die Größe des Markers 9 derart
gewählt,
dass die Markerelemente 10 im digitalen Bild mit einer
Auflösungsgenauigkeit
von 0,5μm aufgelöst werden
können.
Mit einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung, z. B. einem Rechner
oder dgl., wird das erste Bild 22 analysiert und aus einer
durch die Markerelemente 10 definierten Kodierung werden Koordinatenachsen
X1 und Y1 eines dem Marker 9 zugeordneten ersten Koordinatensystems
ermittelt.
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Bei
nicht veränderter
Position des Szintillatorarrays 1 wird nun in einem zweiten
Schritt 23 mit einer nicht gezeigten zweiten Kamera ein
digitales zweites Bild 24 der Strukturierung 20 von
der Lichtaustrittsseite 13 aus aufgenommen. Mit der Auswerteeinrichtung
wird das zweite Bild 24 analysiert und aus der Strukturierung 20 werden
zweite Koordinatenachsen X2 und Y2 eines dem Szintillatorarray 1 zugeordneten
zweiten Koordinatensystems ermittelt.
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Auf
Grund der Tatsache, dass die Position des Szintillatorarrays 1 nicht
verändert
worden ist können
das erste und zweite Koordinatensystem in einfacher Weise, z. B.
bei bekannter räumlicher
Anordnung der ersten und zweiten Kamera, korreliert werden. Es wird
eine Transformationsvorschrift T ermittelt, mit welcher das erste
und zweite Koordinatensystem ineinander überführt werden können.
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Die
auf diese Weise, z. B. unmittelbar nach der Herstellung des Szintillatorarrays 1,
ermittelte Transformationsvorschrift T wird zusammen mit dem Identifizierungscode
in einer Datenbank zwischengespeichert.
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Bei
der Herstellung des Detektormoduls wird zunächst das Szintillatorarray 1 mit
dem Photodiodenarray 14 positionsgenau verbunden. Zum positionsgenauen
Anbringen des Strahlungskollimators 17 auf dem Szintillatorarray 1 direkt über den
Septen 6 entsprechend der Strukturierung 20 werden
nun wiederum das digitale erste Bild 22 der nach wie vor
unveränderten
Markerelemente 10 aufgenommen und die ersten Koordinatenachsen
X1, Y1 ermittelt. Des weiteren wird der Identifizierungscode ausgelesen
und auf dessen Grundlage die Transformationsvorschrift T aus der
Datenbank ausgelesen. Mit den ersten Koordinatenachsen X1 und Y1
und der Transformations vorschrift kann die räumliche Orientierung der Strukturierung 20 ermittelt
werden.
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Auf
der Grundlage der bekannten Orientierung der Strukturierung 20,
welche eine Sollorientierung für
die Kollimatorbleche 18 ausbildet, kann der Strahlungskollimator 17 auf
das Szintillatorarray 1 positionsgenau aufgebracht werden.
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Die
Orientierung der Septen 6 relativ zum Strahlungskollimator 17 kann
analog zur vorbeschriebenen Vorgehensweise zur Ermittlung der Strukturierung
automatisch ermittelt werden. Dabei kann ein den Septen zugeordnetes
drittes Koordinatensystem mit dem zweiten Koordinatensystem über eine
weitere Transformationsvorschrift korreliert werden. Nach erfolgter
Korrelierung kann ermittelt werden, wie der Strahlungskollimator 17 und/oder
das Szintillatorarray 1 zu drehen und/oder zu verschieben
ist/sind, so dass die Kollimatorbleche 18 direkt über den
Septen 6 zu liegen kommen.
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Vorangehend
ist das erfindungsgemäße Bauelement,
Bauteil und das Verfahren zu dessen Herstellung am Beispiel des
Detektormoduls beschrieben worden. Es versteht sich, dass die obigen Ausführungen
in analoger Weise für
beliebige Bauelemente und Bauteile gelten.
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Die
vorangehenden Ausführungen
zeigen, dass mit dem erfindungsgemäßen Marker ein einfaches und
genaues Zusammenfügen
von Bauelementepaaren eines Bauteils möglich ist. Im Vergleich zu herkömmlichen
mechanischen Positionierhilfen kann eine höhere Reproduzierbarkeit und
Robustheit bei der Ausrichtung des Bauelements erreicht werden. Dadurch
kann die Herstellung des Bauteils deutlich vereinfacht und kostengünstiger
durchgeführt
werden. Der Marker kann bei der Herstellung des Bauteils im Wesentlichen
zu jedem Zeitpunkt vor dem ersten Positionieren des Bauelements
aufgebracht werden. Indem die Kodierung des Markers zur Ausrichtung
verwendet wird, gibt es im Prinzip keine Genauigkeitsgrenzen, wie
bei herkömmlichen
mechanischen Positionierhilfen. Der Marker eignet sich besonders
gut für
automatisierte Herstellungsprozesse und weist darüber hinaus
eine gute Skalierbarkeit bzw. Übertragbarkeit
bei Änderungen
des Bauteils, des Bauelements oder des Herstellungsverfahrens auf.