DE102007043820B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Korrekturwerts einer Bremsfleckposition einer Röntgenquelle einer Messanordnung sowie eine Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern - Google Patents

Abstract

Messanordnung (1) zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts (4), insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bilds des Messobjekts (4) mittels Rückprojektion, umfassendeine Röntgenquelle (2) mit einem Brennfleck (12), an dem eine zur Abbildung verwendete elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, einen Detektor (5) zum Erfassen der Durchstrahlungsbilder,zusätzlich eine Referenzobjektaufnahme (41) zum reproduzierbaren Aufnehmen eines Referenzobjekts (42) in einer Referenzstellung im Strahlengang undeine Auswerteeinheit (6) zum Ermitteln von geometrischen Parametern in einem Referenzbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts (42) in der Referenzstellung bei bekannter Brennfleckposition repräsentiert, und einem Korrekturbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts (42) in der Referenzstellung bei einer zu korrigierenden Brennfleckposition ist, und zum Ableiten mindestens eines Korrekturwerts für die Brennfleckposition, wobei die Referenzobjektaufnahme (41) drei Paare von jeweils zu einer entsprechenden Mittelachse (52) parallel ausgerichteten Zylinderflächen (51) umfasst, wobei die Mittelachsen (52) sich in einem Punkt schneiden, und wobei das Referenzobjekt (42) drei Kugelsektoroberflächen (57) umfasst, die für ein Ineinandergreifen mit den Zylinderflächen (51) zum zentrierten reproduzierbaren Anordnen des Referenzobjekts (42) ausgebildet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Korrekturwerts zur Kompensation einer Brennfleckpositionsänderung einer Röntgenquelle einer Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts, insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes des Messobjekts mittels Rückprojektion. Die Erfindung betrifft ferner eine Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts, insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes des Messobjekts mittels Rückprojektion, wobei die Messanordnung eine Röntgenquelle mit einem Brennfleck, an dem eine zur Abbildung verwendete elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, einen Objektträger zum Aufnehmen des Messobjekts und einen Detektor zum Erfassen der Durchstrahlungsbilder umfasst. Die Erfindung betrifft insbesondere auch das Gebiet der Untersuchung von industriell und/oder handwerklich hergestellten Gegenständen mittels elektromagnetischer invasiver Strahlung.
• Die Verwendung invasiver Strahlung zur Untersuchung von Werkstücken ist bekannt. Bei der Computertomographie (CT) wird das Werkstück beispielsweise in der Regel auf einem Drehtisch angeordnet und durch Drehung des Drehtisches in verschiedenen Darstellungen aus verschiedenen Richtungen von Röntgenstrahlung durchstrahlt. Es sind jedoch auch andere Geometrien der Untersuchungsanordnung möglich und bekannt. Die durch Extinktion in dem Material des Werkstücks geschwächte Strahlung wird orts- und zeitaufgelöst von einer Sensoreinrichtung detektiert. In der Praxis werden beispielsweise zwischen 600 und 1200 Projektionsbilder des Messobjektes aufgenommen, wobei zwischen jeder der Projektionen die Drehstellung um einen konstanten Drehwinkelbetrag verändert wird. Durch die Anwendung eines von mehreren bekannten Verfahren der tomographischen Rekonstruktion, z.B. der gefilterten Rekonstruktion, wird hieraus ein dreidimensionales (3D) Bild des Werkstücks berechnet. Das 3D-Bild gibt jeweils für einzelne kleine Volumenbereiche (Voxel) den lokalen linearen Extinktionskoeffizienten an. Ein Beispiel für eine CT wird in DE 39 24 066 A1 beschrieben.
• Das 3D-Bild kann anschließend z.B. zur qualitativen oder quantitativen Charakterisierung des Messobjekts verwendet werden. Bei der industriellen Anwendung können so z.B. alle Maße eines Teils zerstörungsfrei geprüft werden, oder es können qualitative Tests, wie z.B. auf Lunker, durchgeführt werden. Komponenten einer typischen Computertomographieanlage sind insbesondere eine Mikrofokus-Röntgenröhre und ein Flächendetektor für Röntgenstrahlung. In der Röntgenröhre ist eine Röntgenquelle mit sehr kleinem Durchmesser realisiert (typischerweise 5 bis 100 um Durchmesser). Die Röntgenquelle erzeugt polyenergetische Röntgenstrahlung im Energiebereich von ca. 10 bis zu mehreren 100 Kilo-Elektronenvolt. Die Strahlung durchdringt das Objekt, wird dabei abgeschwächt (durch Absorption, aber auch auf andere Weise, z.B. Streuung) und erzeugt ein Röntgenbild des Objekts auf der Detektoreinrichtung. Die Detektoreinrichtung weist üblicherweise einen Szintillator auf, der Röntgenstrahlung in sichtbare Strahlung umwandelt, und ein sich über eine Fläche erstreckendes Fotodiodenarray zur zweidimensionalen, ortsaufgelösten Messung der sichtbaren Strahlung. Weitere Komponenten einer solchen CT-Anlage sind Verstelleinheiten zum genauen Positionieren und Ausrichten des Messobjekts, der Röntgenquelle und/oder des Detektors. Die Verstelleinheiten liefern Signale, durch die die relative Lage von Quelle, Objekt und Detektor zueinander jederzeit mit ausreichender Genauigkeit bekannt sind und/oder ermittelbar sind, um eine exakte Rekonstruktion zu gewährleisten.
• Die Erzeugung der Röntgenstrahlung in der Röntgenröhre erfolgt, indem elektrisch geladene Teilchen an einem Target abgebremst (negativ beschleunigt) werden. Um eine möglichst punktförmige Strahlungsquelle zu erhalten, werden die elektrisch geladenen Teilchen, in der Regel Elektronen, auf einen so genannten Brennfleck des Targets fokussiert. Die elektromagnetische Röntgenstrahlung wird im Target im Bereich des Brennflecks erzeugt.
• Eine Schwierigkeit beim Betreiben von Mikrofokus-Röntgenröhren besteht darin, die einzelnen physikalischen Parameter konstant zu halten, so dass sich die Brennfleckposition und Größe nicht verändert. Insbesondere sind Strahlenergie, Fokussierungsspannungen und Targettemperatur möglichst konstant zu halten bzw. so zu regeln, dass sich die Position des Brennflecks auf dem Target und dessen Größe nicht verändern. Trotz großer Anstrengungen und vieler Fortschritte auf diesem Gebiet ist es bisher nicht gelungen, Mikrofokus-Röntgenröhren herzustellen, bei denen im Betrieb keine Veränderung des Brennflecks auftritt. Insbesondere eine Veränderung der Brennfleckposition führt zu einer Veränderung der Abbildungsqualität bezüglich Skalierung und oder Kantenschärfe und somit zu Ungenauigkeiten von aus den Abbildungen abgeleiteten Eigenschaften, insbesondere Maßen, des abgebildeten Messobjekts.
• Grundsätzlich lässt sich eine Brennfleckposition durch eine aufwendige Kalibrationsmessung, bei der ein Messobjekt, welches genau bekannt ist, vermessen wird, bestimmen. Da sich die Brennfleckposition jedoch im Laufe der Zeit verändern kann, ist in periodischen Abständen eine erneute Kalibration vorzunehmen. Unbefriedigend ist jedoch, dass beim Vermessen eines Objekts erst nach dem Aufnehmen einer Vielzahl von Einzelbildern und der Rekonstruktionsberechnung sich in den Rekonstruktionsdaten und/oder bei der Auswertung des Messobjekts zeigt, dass die Brennfleckposition sich verändert hat. Diese Veränderung ist z. B. in einem Rekonstruktionsbild an einer verschlechterten Kantenschärfe des Rekonstruktionsbildes zu erkennen.
• Wird eine solche mangelhafte oder verschlechterte Auflösung festgestellt, wird im Stand der Technik eine erneute Kalibration hinsichtlich der Brennfleckposition durchgeführt. Die zahlreichen aufgenommenen Röntgenbilder, die zu dem schlecht aufgelösten Rekonstruktionsbild führten, können in der Regel nicht weiter verwendet werden. Somit ist es wünschenswert, eine Verschiebung des Brennflecks auf einfache Weise detektieren zu können und bei nur kleinen Änderungen eine Korrektur der Brennfleckposition vorzunehmen bzw. bei einer Auswertung zu berücksichtigen.
• Aus der DE 101 39 500 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Fokuspunktes einer Röntgenstrahlungsquelle bekannt, welche an einem C-Bogen einer Röntgendiagnostikeinrichtung angeordnet ist. Die Röntgenstrahlungsquelle und ein Röntgenstrahlungsempfänger sind einander gegenüberliegend an dem C-Bogen angeordnet. Es ist ein Testabsorber vorgesehen, der in den Strahlengang einbringbar ist. Zur Ermittlung der Fokusposition wird zunächst die für die Erfassung des Messobjekts gewünschte Einstellung des Röntgensystems vorgenommen. Anschließend wird nach einem Herausfahren sämtlicher Blenden und dem Einbringen des Testabsorbers in eine vorbestimmte Position ein Bild aufgenommen, auf dem sowohl der Testabsorber als auch das zu untersuchende Objekt in einem Durchstrahlungsbild abgebildet sind. Durch eine Differenzbildung und einen Vergleich mit einem Referenzbild unter Berücksichtigung von mechanischen Parametern des C-Bogens wird eine mögliche Verschiebung des Fokuspunktes ermittelt.
• SEUNGRYONG CHO ET AL, Performance Evaluation of a Prototype Micro-CT System, NUCLEAR SCIENCE SYMPOSIUM CONFERENCE RECORD, 2006. IEEE, IEEE, PI, PAGE(S) 3127 - 3129, ISBN 978-1-4244-0560-2, beschreiben den Einsatz von Micro-Computer-Tomographie bei der Untersuchung von Labortieren
• Aus der US 2003/01 69 849 A1 ist ein Computertomographiesystem mit einem abtastenden Elektronenstrahl bekannt, welches mit einem Subkollimationssystem versehen ist, welches die ausgesandten Röntgenstrahlen passieren, die an einem Strahlfleck ausgesandt werden, der von einem Elektronenstrahl gebildet ist, der über ein röntgenstrahlungsemittierendes Target abtastend bewegt wird. Das Subkollimationssystem umfasst phantomartige Objekte, die Röntgenstrahlen blockieren oder zu Röntgenstrahlungsdetektoren erstens abhängig von einer Strahlfleckposition und zweiten der Strahlfleckform passieren lassen. Detektorsignale können verwendet werden, um in Echtzeit ein Merkmal des Elektronenstrahlflecks in einem Regelsystem zu korrigieren.
• US 2006/00 67 477 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei der eine Anpassung einer Strahlfleckgröße des Elektronenstrahls vorgenommen wird, indem ein Intensitätskontrast einer bei der Auslieferung der Röntgenquelle aufgenommenen Abbildung mit dem Kontrast einer Testabbildung verglichen wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Korrekturwerts zur Kompensation einer Brennfleckpositionsänderung einer Röntgenquelle und eine Messanordnung zu schaffen, mit der eine verbesserte Korrektur bezüglich einer Brennfleckpositionsänderung möglich ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Hierfür ist ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Korrekturwerts zur Kompensation einer Brennfleckpositionsänderung einer Röntgenquelle, insbesondere einer Mikrofokus-Röntgenquelle, einer Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts vorgeschlagen, insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes des Messobjekts mittels Rückprojektion, wobei die Messanordnung die Röntgenquelle, und einen Detektor umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen eines Referenzbildes eines Referenzobjekts, das in einem Strahlengang der Messanordnung reproduzierbar in einer Referenzstellung anordenbar ist, bei einer bekannten Brennfleckposition; reproduzierendes Anordnen des Referenzobjekts in der Referenzstellung in dem Strahlengang; Aufnehmen eines Korrekturbildes des Referenzobjekts; Ermitteln von geometrischen Parametern in dem Referenzbild und in dem Korrekturbild und Ableiten mindestens eines Korrekturwertes für die Brennfleckposition anhand der ermittelten Parameter. Unter der Referenzstellung wird sowohl eine Referenzposition als auch eine Referenzorientierung des Referenzobjekts im Raum verstanden. Dies bedeutet, dass das Referenzobjekt, wenn es reproduzierend in der Referenzstellung angeordnet wird, in einer festgelegten Orientierung, einer Referenzorientierung, in eine Referenzposition bewegt wird. Nur wenn das Referenzobjekt eine ausgezeichnete Geometrie aufweist, kann es möglich sein, dass das Referenzobjekt in mehreren Orientierungen in der Referenzposition angeordnet werden kann und sich in der Referenzstellung befindet. Anhand der ermittelten geometrischen Parameter des Referenzobjekts im Referenzbild und in dem Korrekturbild lassen sich Veränderungen feststellen. Aus diesen Veränderungen kann auf eine Änderung der Brennfleckposition zurückgeschlossen werden. Zumindest so lange die Änderung der Brennfleckposition klein ist, ist es in der Regel möglich, aus den Änderungen der geometrischen Parameter die Veränderung in der Brennfleckposition abzuleiten und einen Korrekturwert zu ermitteln, der bei einer Auswertung der aufgenommenen Durchleuchtungsbilder eines Messobjekts berücksichtigt werden kann, um eine Veränderung der Brennfleckposition zu kompensieren, d.h. die aus einer Kalibrierung ermittelte Brennfleckposition zu korrigieren. Eine Brennfleckposition ist bekannt, wenn sie beispielsweise in unmittelbarem zeitlichem Zusammenhang mittels einer Kalibrierung der Messanordnung bestimmt wurde. Bei einer erfindungsgemäßen Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts, insbesondere von Durchgangsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes des Messobjekts mittels Rückprojektion, welche eine Röntgenquelle mit einem Brennfleck, an dem eine zur Abbildung verwendete elektromagnetische Strahlung erzeugt wird und einen Detektor zum Erfassen der Durchstrahlungsbilder umfasst, sind zusätzlich eine Referenzobjektaufnahme zum reproduzierbaren Aufnehmen eines Referenzobjekts in einer Referenzstellung im Strahlengang und eine Auswerteeinheit zum Ermitteln von geometrischen Parametern in einem Referenzbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts in der Referenzstellung bei bekannter Brennfleckposition repräsentiert, und einem Korrekturbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts in der Referenzdarstellung bei einer zu korrigierenden Brennfleckposition ist, und zum Ableiten mindestens eines Korrekturwerts für die Brennfleckposition vorgesehen. Das Verfahren und die Messanordnung bieten den Vorteil, dass sie eine einfache Messung eines Referenzobjekts im Strahlengang verwenden, um eine Änderung der Brennfleckposition zu bestimmen. Ferner ist es möglich, die aktuelle Brennfleckposition mittels mindestens eines Korrekturwerts aus einer zeitlich zuvor exakt bestimmten Brennfleckposition herzuleiten oder zu bestimmen. Somit kann anhand einer einfachen Messung festgestellt werden, ob eine Brennfleckpositionsänderung zu der vorbekannten Brennfleckposition eingetreten ist, und wenn ja, wie groß die Brennfleckpositionsveränderung ist. Diese Referenzmessung kann vorzugsweise vor und/oder nach dem Erfassen der einem 3D-Bild eines Messobjekts zugeordneten Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden. Insbesondere das Aufnehmen eines Referenzbildes vor dem Anfertigen der Durchleuchtungsbilder für ein CT-3D-Bild gewährleistet, dass nach einer aufgetretenen Brennfleckpositionsänderung nicht eine große Zahl von Durchleuchtungsbildern aufgenommen wird, die später nicht verwendbar sind oder aufwendig nachbearbeitet werden müssen. Wird anhand des Referenzbildes nur eine kleine Änderung der Brennfleckposition ermittelt, die eine vernünftige Korrektur der Brennfleckposition anhand des mindestens einen Korrekturwerts ermöglicht, so kann dieser mindestens eine Korrekturwert verwendet werden, um die nachfolgend aufgenommenen Durchleuchtungsbilder bei einer Auswertung hinsichtlich der Brennfleckpositionsveränderung zu korrigieren. Ferner kann mindestens ein Korrekturwert verwendet werden, um den Brennfleck primärseitig mittels Zentrierspulen wieder auf die Referenzposition zu positionieren.
• Eine Referenzobjektaufnahme weist bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform drei Paare von jeweils zu einer entsprechenden Mittelachse parallel ausgerichteten Zylinderflächen auf, wobei die Mittelachsen sich in einem Punkt schneiden. Zylinderflächen sind zu einer Achse parallel, wenn die Zylinderachsen parallel zu der Mittelachse sind. Der Schnittpunkt der Mittelachsen ist so gewählt, dass er auf einer Hauptstrahlachse, d.h. auf einem zentralen Strahl einer kegelförmig vom Brennfleck ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, liegt, welcher senkrecht zur Solldetektionsfläche liegt. Dies bedeutet, dass eine Gerade, die durch eine Sollbrennfleckposition und den Schnittpunkt der Mittelachsen verläuft, senkrecht und in der Regel mittig auf den Detektor trifft. Eine so ausgestaltete Referenzobjektaufnahme gewährleistet, dass ein Referenzobjekt, das drei Kugelsektoroberflächen umfasst, die für ein Ineinandergreifen mit den Zylinderflächen zum zentrierten reproduzierenden Anordnen des Referenzobjekts ausgebildet sind, eine einfache optimale reproduzierbare Anordnung des Referenzobjekts in der Referenzstellung ermöglichen. Vorzugsweise wird somit das Referenzobjekt beim reproduzierenden Anordnen in der Referenzstellung mittels einer Drei-Punkt-Lagerung gegen die Röntgenquelle, vorzugsweise gegen die Austrittsblende der Röntgenquelle gedrückt. Dies bedeutet, dass die Referenzobjektaufnahme vorzugsweise in die Begrenzungsfläche (die in der Regel eine Austrittsfläche der Röntgenstrahlung ist und vorzugsweise ein Austrittsfenster umfasst) der Röntgenquelle eingearbeitet ist oder zumindest mechanisch mit dieser verbunden ist. Ein Drücken gegen die Begrenzungsfläche liegt somit auch dann vor, wenn die Referenzobjektaufnahme mechanisch mit der Begrenzungsfläche der Röntgenquelle verbunden ist und das Referenzobjekt gegen die Referenzobjektaufnahme gedrückt wird.
• Vorteilhafterweise wird das Referenzobjekt beim reproduzierenden Anordnen in der Referenzstellung angrenzend an eine Begrenzungsfläche, vorzugsweise eine Austrittsfläche oder ein Austrittsfenster, der Röntgenquelle angeordnet. Angrenzend bedeutet hier, dass das Referenzobjekt möglichst nahe einer Begrenzungsfläche, die die Austrittsöffnung der Röntgenstrahlung aus der Röntgenquelle umfasst, angeordnet wird. Eine Austrittsöffnung ist hierbei eine Öffnung, durch die Röntgenstrahlung dringen kann. Da sich die geladenen Teilchen, die auf dem Target im Brennfleck die elektromagnetische Strahlung erzeugen, nur im Vakuum ungestört ausbreiten können, ist das Innere der Röntgenröhre gegenüber dem Rest der Messanordnung durch ein vakuumtaugliches Gefäß umschlossen. Eine Begrenzungsfläche, aus der die zur Abbildung des Messobjekts verwendete Röntgenstrahlung austritt, wird hierbei als Austrittsblende betrachtet. Dies bedeutet, dass das Referenzobjekt möglichst nahe benachbart zu dem Brennfleck im Strahlengang angeordnet wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine Veränderung der Brennfleckposition eine große Änderung des abgebildeten Referenzobjekts und somit der bestimmten geometrischen Parameter zwischen dem Referenzbild und dem Korrekturbild ergibt. Eine bevorzugte Messanordnung ist somit vorzugsweise so ausgebildet, dass die Referenzobjektaufnahme mechanisch mit der Röntgenquelle, vorzugsweise einer Austrittsblende, verbunden ist.
• Ein Anordnen des Referenzobjekts in der Referenzstellung und ein Entfernen aus dem Strahlengang erfolgt vorzugsweise mittels einer beweglichen Einheit. Dies bedeutet, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform der Messanordnung das Referenzobjekt auf einer beweglichen Einheit angeordnet ist, mit der das Referenzobjekt wahlweise in die Referenzstellung bewegbar oder aus dem Strahlengang entfernbar ist.
• Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Referenzobjekt mit einem Positioniersystem für das Messobjekt in die Referenzstellung bewegt wird. Vorzugsweise ist in einem solchen Fall die bewegliche Einheit ein Positioniersystem für das Messobjekt. Bei einer solchen Ausführungsform kann ein Objektträger, auf dem Messobjekte für eine Computertomographie angeordnet werden, mit dem Referenzobjekt gekoppelt werden, so dass bei einem Entfernen des Objektträgers aus dem Strahlengang das Referenzobjekt in die Referenzstellung bewegt wird.
• Das Referenzobjekt ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es eine geometrische Figur in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsrichtung umfasst, wenn es in der Referenzstellung angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die geometrische Figur in einer Ebene ausgebildet ist, die parallel zu einer Solldetektionsfläche ist.
• Hierdurch ist es einfach möglich, eine Veränderung der Lage der geometrischen Figur und/oder eine veränderte Vergrößerung der geometrischen Figur zwischen Referenzbild und Korrekturbild zu bestimmen. Hieraus können entsprechend eine Referenzpositionsveränderung in einer Ebene parallel zur Detektionsebene oder entsprechend senkrecht zur Detektionsebene ermittelt werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die geometrischen Parameter somit eine Ausdehnung, insbesondere einen oder mehrere Durchmesser und/oder einen Umfang, eine oder mehrere ausgezeichnete Position/en, insbesondere eine oder mehrere geometrische Mittelpunktposition/en einer oder mehrerer Figur/en des Referenzobjekts, und/oder eine Verzerrung einer Objektdarstellung. Diese Parameter lassen sich besonders einfach anhand einer Vielzahl von Bildpunkten bestimmen. Wird zur Bestimmung der Parameter eine Vielzahl von Bildpunkten verwendet, so wird ein mit der Bestimmung verknüpfter Fehler reduziert.
• Um in eine Berechnung eines Parameters eine Vielzahl von Bildpunkten aufnehmen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Referenzobjekt eine oder mehrere Figur/en in einer Ebene parallel zur Abbildungsebene, d.h. senkrecht zu einer Hauptstrahlachse aufweist oder umfasst, die eine hohe Symmetrie aufweist. Eine besonders hohe Symmetrie weist beispielsweise ein Kreis auf. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass das Referenzobjekt eine kegelförmige Bohrung umfasst, deren Kegelwinkel größer als ein Öffnungswinkel der Strahlung der Röntgenquelle ist. Das Referenzobjekt wird im Strahlengang beim Anordnen in der Referenzstellung so angeordnet, dass sich die kegelförmige Bohrung in Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung aufweitet. Das Referenzobjekt ist dabei vorzugsweise aus einem Material möglichst hoher Röntgenschwächung zu wählen. Hieraus folgt, dass auf dem Detektor eine scharfe kreisförmige Kante des Bohrlochs, die der Röntgenquelle zugewandt ist, abgebildet wird. Dies bedeutet, dass die kegelförmige Bohrung in dem Referenzobjekt vorzugsweise so auszuführen ist, dass die kleinere kreisförmige Öffnung einen Durchmesser aufweist, der geringer als ein Durchmesser des Strahlungskegels an der Stelle ist, an der sich die kleinere kreisförmige Öffnung der Kegelbohrung des Referenzobjekts in der Referenzstellung befindet. Ferner ist die Größe der Kegelbohrung vorzugsweise so auszuführen, dass sie bei gewählter Referenzstellung vorzugsweise zu einer vollständigen Abbildung auf dem Detektor führt.
• Im Weiteren kann anstelle der Kegelbohrung das Referenzobjekt als eine quasi 2D-Struktur als kreisförmige Fläche auf einem geeigneten Träger aufgetragen sein. Die Dicke der Schicht und die Auswahl des Materials der absorbierenden Struktur richten sich nach der gewählten Vergrößerung und dem Energiespektrum der Röntgenquelle. Solche Strukturen lassen sich durch diverse Lithographieverfahren mit hoher Genauigkeit fertigen.
• Die Anordnung des Referenzobjekts in der Referenzstellung und eine Wahl der einen oder der mehreren Figuren des Referenzobjekts erfolgt vorzugsweise so, dass eine möglichst hohe Ausnutzung der Detektionsfläche beim Abbilden der einen oder der mehreren Figuren des Referenzobjekts erreicht wird. Hierdurch stehen eine Vielzahl von Bildpunkten zur Verfügung, um die geometrischen Parameter zu ermitteln.
• Die Anordnung des Referenzobjekts in der Referenzstellung bzw. die Ausführung der kegelförmigen Bohrung in dem Referenzobjekt erfolgen so, dass die Kegelachse der Bohrung parallel zu einer zentralen Abbildungsachse ausgerichtet ist, wenn das Referenzobjekt in die reproduzierbare Referenzstellung bewegt ist. Vorzugsweise ist die kegelförmige Bohrung zentriert bezüglich der Kugelsektoroberflächen ausgeführt, die für ein Zentrieren des Referenzobjekts in der Referenzobjektaufnahme vorgesehen sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass die kreisförmige Bohrung zentriert in der Referenzobjektaufnahme aufgenommen wird.
• Wünschenswert ist es, dass eine Figur des Referenzobjekts möglichst zentriert zu einer Hauptachse der zentralen Abbildungsachse der zur Durchleuchtung verwendeten Röntgenstrahlung, d.h. einer Symmetrieachse eines Röntgenstrahlkegels, ausgerichtet ist. Da die Brennfleckposition auf dem Target kleinen Variationen unterworfen ist, ist es von Vorteil, wenn die Referenzobjektaufnahme bezüglich der bekannten Brennfleckposition, die beispielsweise mittels einer aufwendigen Kalibrierung ermittelt wurde, zentriert werden kann. Daher ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Referenzobjektaufnahme bezüglich des Targets, auf dem der Brennfleck erzeugt wird, beweglich angeordnet ist, um die Referenzobjektaufnahme bezüglich der bekannten Brennfleckposition, vorzugsweise zentriert, auszurichten. Sind das Referenzobjekt und die Referenzstellung präzise bekannt, so kann das Referenzbild anhand einer Berechnung erzeugt werden und muss nicht notwendigerweise als Durchleuchtungsbild mittels des Detektors erfasst werden. Hierdurch kann eine Referenzmessung eingespart werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren als Korrekturverfahren Bestandteil eines Messverfahrens ist, bei dem die Messanordnung kalibriert wird und die bekannte Brennfleckposition ermittelt wird, für die das Referenzbild erzeugt wird und Korrekturbilder in zeitlichen Abständen, insbesondere vor und/oder nach einer Vermessung eines Objekts, aufgenommen werden, wobei sich das Objekt beim Aufnehmen eines der Korrekturbilder nicht im Strahlengang befindet und beim Vermessen des Objekts aufgenommene Bilder anhand des mindestens einen Korrekturwerts automatisch korrigiert werden.
• Die Erfindung kann verwendet werden, um eine Qualität der Zentrierung und Fokussierung zu überprüfen. Ferner kann eine Korrektur der Skalierung in einer Auswertesoftware zum Ermitteln von Merkmalen des Messobjekts vorgenommen werden. Außerdem kann eine Brennfleckform für eine Justage und zu Kontrollzwecken ermittelt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Messanordnung zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts;
• 2 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs zur Abbildung eines Messobjekts;
• 3 eine schematische Draufsicht auf einen Austrittsbereich einer Röntgenquelle mit einer Referenzobjektaufnahme und einem aus dem Strahlengang entfernten Referenzobjekt;
• 4 eine schematische Draufsicht auf den Austrittsbereich der Röntgenquelle nach 3, bei der das Referenzobjekt in die Referenzstellung bewegt ist;
• 5 einen Ausschnitt einer Schnittansicht entlang einer Linie A-A durch das Referenzobjekt, die Referenzaufnahme und eine Begrenzungswand der Röntgenquelle nach 4;
• 6 eine schematische Schnittansicht eines Austrittbereichs der Röntgenquelle mit einem in der Referenzposition befindlichen Referenzobjekt; und
• 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Mess- und Korrekturverfahrens.
• In 1 ist schematisch eine Messanordnung 1 zum Aufnehmen von Durchstrahlungsbildern dargestellt. Die relativen Größenverhältnisse der dargestellten Objekte entsprechen nicht realistischen Größenverhältnissen. Vielmehr sind die einzelnen Elemente nur zur Veranschaulichung ihrer prinzipiellen Funktion dargestellt. Insbesondere die Elemente einer Röntgenröhre 2 sind stark vergrößert dargestellt. Die Messanordnung 1 umfasst die Röntgenröhre 2, die vorzugsweise als Mikrofokus-Röntgenröhre ausgebildet ist, einen Objektträger 3, auf dem ein Messobjekt 4 angeordnet ist, einen Detektor 5 und eine vorzugsweise als Computer ausgebildete Auswerteeinheit 6. Diese einzelnen bisher beschriebenen Komponenten sind einem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden daher hier, soweit es nicht für die Erfindung notwendig ist, nicht detaillierter beschrieben. Die Röntgenquelle umfasst eine Teilchenerzeugungseinheit 7, die vorzugsweise als Haarnadelkathode ausgebildet ist, obwohl hier zeichnerisch eine Glühwendel dargestellt ist. Eine vor der Teilchenerzeugungseinheit 7 angeordnete Beschleunigungsblende 8, die gegenüber der Teilchenerzeugungseinheit 7 einen elektrischen Potenzialunterschied aufweist, beschleunigt die aus der vorzugsweise als Haarnadelkathode ausgebildeten Teilchenerzeugungseinheit 7 austretenden geladenen Teilchen, insbesondere thermisch emittierte Elektronen. Ein so entstehender Teilchenstrahl 9 wird mittels einer Fokussiereinheit 10 auf ein Target 11 beschleunigt. Die Fokussiereinheit 10 kann unterschiedliche Fokussierelemente, beispielsweise Spulen, Ablenkplatten usw., umfassen. An einer Auftreffstelle des fokussierten Teilchenstrahls 9 auf das Target 11 entsteht ein Brennfleck 12 an dem durch ein Abbremsen der geladenen Teilchen, d.h. ein negatives Beschleunigen, Röntgenstrahlung erzeugt wird.
• Ein Gehäuse 13 der Röntgenröhre 2 umfasst ein Austrittsfenster 14, welches transparent für Röntgenstrahlung ist. Dieses kann beispielsweise aus Beryllium, Aluminium oder Diamant gefertigt sein. Der Rest des Gehäuses 13 ist so ausgebildet, dass er Röntgenstrahlung absorbiert. Eine dem Detektor 5 zugewandte Gehäusewand 15 der Röntgenröhre 2 wirkt somit gemeinsam mit dem Austrittsfenster 14 als Austrittsblende. Für den Fachmann ergibt es sich, dass bei einer konkreten Ausgestaltung einer Mikrofokus-Röntgenröhre im Innern der Röntgenröhre Blenden vorgesehen sein können, die eine Ausbreitung der Röntgenstrahlung innerhalb der Röntgenröhre beeinflussen.
• Die am Brennfleck 12 erzeugte Röntgenstrahlung tritt idealisiert in einem kegelförmigen Strahlenbündel 16 aus dem Austrittsfenster 14 der Röntgenröhre 2 aus. Eine Symmetrieachse des idealisierten Strahlungsbündels 16 wird im Folgenden als Hauptausbreitungsrichtung 17 bezeichnet. Die Röntgenstrahlung durchdringt das Messobjekt 4 und erzeugt auf dem Detektor 5 eine Abbildung. Die einzelnen Bildpunkte repräsentieren hierbei eine Extinktion der Röntgenstrahlung durch das Messobjekt. Um ein 3D-Bild des Messobjekts zu erzeugen, werden zeitlich nacheinander folgend mehrere Durchleuchtungsbilder des Objekts 4 aufgenommen, wobei das Messobjekt 4 durch den Objektträger 3 um eine in der Zeichnungsebene liegende Drehachse 18 jeweils um ein vorgegebenes Winkelinkrement gedreht wird. Die Hauptausbreitungsrichtung kreuzt hierbei vorzugsweise die Drehachse 18 unter einem 90°-Winkel. Aus einer Vielzahl dieser unter verschiedenen Winkeln aufgenommenen Durchleuchtungsbilder des Messobjekts 4 erzeugt die Auswerteeinheit 6 ein CT-3D-Bild mittels einer Rückprojektion. Dem Fachmann sind hierfür geeignete Algorithmen bekannt.
• In 2 ist schematisch ein Strahlengang für eine Abbildung eines Messobjekts zur Erzeugung eines Durchstrahlungsbildes dargestellt. Gleiche technische Merkmale sind in allen Figuren der Beschreibung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Röntgenstrahlen breiten sich von einem punktförmig angenommenen Brennfleck 12 zu einem Detektor 5 aus. Der Übersichtlichkeit halber sind nur ein zentraler Strahl 21, der das Messobjekt 4 entlang der Hauptausbreitungsrichtung 17 durchdringt, sowie Kantenstrahlen 22 eingezeichnet, die die Begrenzungspunkte 23 des Messobjekts 4 auf dem Detektor 5 als Begrenzungsbildpunkte 23' abbilden. Ein Abstand der Begrenzungspunkte 23 gibt eine Ausdehnung des Objekts, beispielsweise eine Objekthöhe, an. Ein Abstand der Bildbegrenzungspunkte 23' gibt entsprechend eine Bildobjektausdehnung, beispielsweise eine Bildobjekthöhe, an, die entsprechend mit Doppelpfeilen 24 und 25 eingezeichnet sind. Ferner sind im Strahlengang ein Abstand SD 26 vom Brennfleck 12 zum Detektor 5, ein Abstand SO 27 vom Brennfleck 12 zum Objekt 4 und ein Abstand OD 28 vom Messobjekt 4 zum Detektor 5. Ein Verhältnis der Bildobjekthöhe 25 zur Objekthöhe 24 wird als Vergrößerung V bezeichnet. Diese ist von der Entfernung SD 26 des Brennflecks 12 von dem Detektor 5 und der Entfernung SO des Brennflecks 12 von dem Messobjekt 4 abhängig. Es gilt folgender Zusammenhang: $$\text{V}=\frac{\text{SD}}{\text{SO}}.$$

  
• Hieraus ist leicht ersichtlich, dass eine Veränderung der Brennfleckposition sowohl eine Veränderung der Entfernung SD 26 als auch der Entfernung SO 27 bewirkt.
• Entfernt sich beispielsweise die Brennfleckposition um einen Abstand D von dem Detektor, so ist die neue Vergrößerung V' gegeben durch: $$\text{V}\text{'}=\frac{\text{SD}+\text{D}}{\text{SO}+\text{D}}.$$

  
• Es ergibt sich, dass die Vergrößerung V' kleiner wird. Driftet die Brennfleckposition hingegen zum Detektor 5 hin, so wird die Vergrößerung der Abbildung größer.
• Wandert die Brennfleckposition in einer Richtung parallel zur Detektionsfläche des Detektors 5, beispielsweise um einen Abstand H entlang eines Pfeils 30, so verschiebt sich ein Bild 4' des Messobjekts 4 auf dem Detektor 5 in entgegengesetzter Richtung, wie mittels des Pfeils 31 angedeutet ist. Eine Veränderung des Vergrößerungsverhältnisses tritt nicht ein.
• Wird eine Brennfleckpositionsänderung nicht detektiert und kompensiert, so werden Auflösung und Genauigkeit eines computertomografischen 3D-Bildes nachteilig beeinflusst. An dem Messobjekt untersuchte Maße werden bei einfachen Durchstrahlungsbildern sowie bei den 3D-Bildern falsch ermittelt.
• Um eine aufwendige Kalibration zur Bestimmung der exakten Brennfleckposition zu vermeiden, ist bei der Messanordnung nach 1 an der Gehäusewand 15 benachbart zu dem Austrittsfenster 14 eine Referenzobjektaufnahme 41 angeordnet. Diese ist so ausgebildet, dass sie ein Referenzobjekt 42 reproduzierbar in einer Referenzobjektstellung aufnehmen kann. Die Referenzobjektaufnahme 41 und das Referenzobjekt 42 sind so ausgebildet, dass sich in der Referenzstellung eine selbst zentrierende Drei-Punkt-Lagerung ergibt. Das Referenzobjekt 42 ist vorzugsweise mit einem Schieber 43 verbunden, mit dem das Referenzobjekt 42 aus dem Strahlengang entfernt bzw. in die Referenzstellung bewegt werden kann. In 1 ist das Referenzobjekt 42 gestrichelt in der Referenzstellung dargestellt. Eine schematisch dargestellte Feder 44 ist dargestellt, um anzudeuten, dass das Referenzobjekt in der Referenzstellung gegen die Referenzobjektaufnahme 41 gedrückt wird, so dass es zuverlässig in der Referenzstellung verharrt, bis es mittels des Schiebers 43 erneut aus dem Strahlengang entfernt wird.
• In 3 ist schematisch eine Draufsicht auf die Gehäusewand 15 und eine darauf angeordnete Referenzobjektaufnahme 41 dargestellt. Die Referenzobjektaufnahme 41 weist eine Aussparung 45 auf, um die aus dem Austrittsfenster 14 austretende Röntgenstrahlung ungehindert passieren zu lassen. Eine Mitte 46 des Austrittsfensters 14 liegt auf einem zentralen Strahl der Röntgenstrahlung, wenn die Brennfleckposition mit einer Sollbrennfleckposition übereinstimmt. Zu erkennen ist, dass ein Mittelpunkt 47 der Aussparung 45 gegenüber der Mitte 46 des Austrittsfensters 14 versetzt ist. Der Mittelpunkt 47 der Aussparung 45 der Referenzobjektaufnahme 41 ist vorzugsweise so zentriert, dass er auf der Hauptstrahlungsrichtung von Röntgenstrahlung liegt, die von der Brennfleckposition emittiert wird, die bei der zuletzt durchgeführten Kalibrierung ermittelt worden ist. Um die Referenzobjektaufnahme 41 gegenüber der Gehäusewand 15 und dem Austrittsfenster 14 verschieben zu können, sind an der Referenzobjektaufnahme 41 Stellglieder 48 angeordnet, die jeweils ein bewegliches Element 49 gegen einen Vorsprung 50 der Gehäusewand 15 abstützen.
• Die Referenzobjektaufnahme 41 umfasst drei Paare parallel ausgerichteter Zylinderflächen 51. Die Zylinderflächen 51 sind jeweils parallel zu einer Mittelachse 52 ausgerichtet. Die Mittelachsen 52 schneiden sich im Mittelpunkt der Aussparung 45 der Referenzobjektaufnahme 41 und schließen jeweils paarweise vorzugsweise einen Winkel von 120° ein.
• An der Referenzobjektaufnahme 41 ist eine Führung 53 vorgesehen, in der ein Schieber 43 geführt wird. Der Schieber 43 ist an einem Referenzobjekt 42 über eine Feder (nicht dargestellt) befestigt, die das Referenzobjekt 42 gegen die Referenzobjektaufnahme 41, d.h. in Richtung auf die Zeichnungsebene, andrückt. Das Referenzobjekt ist in 3 aus dem Strahlengang entfernt.
  Das Referenzobjekt 42 ist scheibenförmig parallel zur Zeichnungsebene ausgebildet. Es umfasst eine kegelförmige Bohrung 54, wobei eine Kegelöffnung größer als ein Öffnungswinkel eines Röntgenstrahlungsbündels (vergleiche 16 in 1) ist, das aus der Röntgenquelle austritt. Eine Bohrlochkante 55 mit einem geringeren Durchmesser als eine größere Bohrlochkante 56 der kegelförmigen Bohrung 54 ist hierbei der Röntgenquelle zugewandt. Die kreisförmige Bohrlochkante 55 stellt eine hoch symmetrische Figur dar, die in einer in 4 gezeigten Referenzstellung des Referenzobjekts 42 parallel zur Detektionsebene und senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung, die senkrecht aus der Zeichnungsebene heraustritt, ausgerichtet ist. Drei an einer Unterseite des Referenzobjekts 42 angebrachte Kugelsektoroberflächen 57 liegen jeweils auf einem Paar der parallel zueinander ausgerichteten Zylinderflächen. Hierdurch wird erreicht, dass das Referenzobjekt zentriert gegenüber dem Mittelpunkt 47 der Aussparung 45 der Referenzobjektaufnahme 41 zentriert wird. Hierfür sind die Kugelsektoroberflächen 57 auf einem zu der kreisförmigen Bohrlochkante 55 konzentrischen Kreis jeweils unter einem Winkel von 120° angeordnet.
• Wird von dem Referenzobjekt in der Referenzstellung ein Durchleuchtungsbild aufgenommen, so erhält man ein Referenzbild, sofern die Brennfleckposition während der Aufnahme, beispielsweise aufgrund einer zeitlich kurz zuvor vorgenommenen Kalibrierung, bekannt ist. Nimmt man zu späteren Zeitpunkten erneut ein Durchleuchtungsbild des Referenzobjekts in der Referenzstellung auf, so erhält man ein Korrekturbild. In dem Referenzbild und in dem Korrekturbild werden jeweils gleiche geometrische Parameter, beispielsweise ein Durchmesser der abgebildeten kreisförmigen Bohrkante 55' sowie deren Mittelpunkt, bestimmt. Aus einer Änderung des Durchmessers lässt sich eine Drift der Brennfleckposition in Richtung der Hauptstrahlungsrichtung, d.h. auf den Detektor zu oder von dem Detektor weg, bestimmen. Eine Verschiebung des Mittelpunkts zeigt hingegen eine Veränderung der Brennfleckposition parallel zur Detektionsebene an. Eine Verzerrung der Abbildung der kreisförmigen Bohrkante 55' zeigt eine Verkippung des Detektors an. Die hierbei ermittelten Korrekturwerte können bei einer Auswertung von Durchleuchtungsbildern eines Messobjekts verwendet werden, um die Brennfleckposition zu korrigieren. Die Ermittlung der geometrischen Parameter und ein Ableiten der Korrekturwerte erfolgt in der Regel in der Auswerteeinheit 6, in der auch die Durchleuchtungsbilder ausgewertet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine gesonderte Auswerteeinheit vorgesehen sein. Ferner kann bei einer Ausführung der Auswerteeinheit in Software ein Auswertemodul zum Bestimmen der Korrekturwerte in einer integrierten Auswertesoftware für eine Auswertung der Durchleuchtungsbilder, einschließlich einer Korrektur bezüglich einer Änderung der Brennfleckposition, vorgesehen sein.
• Werden Abweichungen oberhalb von Toleranzgrenzen festgestellt, so empfiehlt es sich, eine erneute Kalibration der Messanordnung durchzuführen. Entscheidend ist hierbei, dass die Referenzobjektaufnahme 41 bezüglich der Gehäusewand 15 der Röntgenröhre zwischen dem Erstellen des Referenzbildes und dem Aufnehmen von Korrekturbildern nicht verändert werden darf. Lediglich unmittelbar nach einer Kalibrierung der Brennfleckposition wird die Referenzobjektaufnahme bezüglich der bekannten Brennfleckposition vor dem Erzeugen des Referenzbilds zentriert.
• In 5 ist ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A aus 4 schematisch dargestellt. Gut zu erkennen ist, wie die Kugelsektoroberfläche 57 zum Ausbilden der Drei-Punkt-Lagerung auf den Zylinderflächen 51 aufliegt.
• In 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Austrittbereichs einer weiteren Ausführungsform einer Röntgenröhre 2 mit einem in der Referenzposition befindlichen Referenzobjekt 42 dargestellt. Technisch gleiche oder ähnliche Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen wie in den übrigen Figuren versehen. Das Referenzobjekt 42 liegt an einer Gehäusewand 15 an. Hierbei ist eine Drei-Punkt-Lagerung realisiert. Zwei von drei Kugelsektoroberflächen 57 der Drei-Punkt-Lagerung sind erkennbar. Gut zu erkennen ist ferner die kegelförmige Bohrung 54, die sich in einer Hauptausbreitungsrichtung 17 eines von einem Brennfleck 12 ausgehenden Strahlenbündels 16 aufweitet. Das Strahlenbündel 16 wird durch die dem Brennfleck 12 zugewandte Bohrlochkante 55 eingegrenzt. Diese wird somit auf dem Detektor (nicht dargestellt) abgebildet. Die Abmessungen der kegelförmigen Bohrung 54 sind so zu wählen, dass die Abbildung der Bohrlochkante 55 möglichst die gesamte Detektorfläche ausfüllt.
• In 7 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen von Durchleuchtungsbildern, insbesondere CT-3D-Bildern schematisch dargestellt, welches Verfahrensschritte eines Korrekturverfahrens zur Kompensation einer Brennfleckpositionsänderung umfasst. Zunächst wird in einem Verfahrensschritt 101 eine Kalibrierung der Messanordnung durchgeführt, um eine Brennfleckposition exakt zu bestimmen. Hiernach ist die Brennfleckposition bekannt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem Verfahrensschritt 102 die Referenzobjektaufnahme bezüglich der bekannten Brennfleckposition zentriert, so dass ein reproduzierbar in die Referenzstellung angeordnetes Referenzobjekt, welches eine Figur in einer Ebene parallel zur Detektionsebene und senkrecht zur Hauptstrahlungsachse umfasst, vorzugsweise zentriert zur Hauptstrahlungsachse abgebildet wird. Dieser Verfahrensschritt 102 kann bei anderen Ausführungsformen entfallen. Zur Zentrierung der Referenzobjektaufnahme oder hiernach wird das Referenzobjekt, wie dies im Verfahrensschritt 103 angezeigt ist, in die Referenzstellung bewegt.
• Wie in einem Verfahrensschritt 104 angedeutet ist, wird ein Referenzbild erzeugt, welches eine Abbildung des Referenzobjekts, vorzugsweise einer hoch symmetrischen Figur in einer Ebene parallel zur Detektionsebene, bei bekannter Brennfleckposition repräsentiert. Aus dem Referenzbild, insbesondere aus einer Abbildung der Figur des Referenzobjekts in einer Ebene senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung werden geometrische Parameter, die als Referenzparameter bezeichnet werden, bestimmt. Ist die Brennfleckposition bekannt und sind auch die Referenzstellung sowie das Referenzobjekt genau bekannt, so können das Referenzbild und/oder die Referenzparameter auch rechnerisch oder mit einer Simulation bestimmt werden. In diesem Fall kann der Verfahrensschritt „Bewegen des Referenzobjekts in die Referenzstellung“ 103 sowie der nachfolgende Schritt 105 „Entfernen des Referenzobjekts aus der Referenzstellung“, der sich sonst jetzt anschließt, entfallen. Es sei angemerkt, dass ein Aufnehmen des Referenzbildes (oder auch später eines Korrekturbilds) so erfolgt, dass sich im Strahlengang kein weiteres Messobjekt befindet.
• Anschließend können Messobjekte vermessen werden. Hierzu wird zunächst das Messobjekt auf dem Messobjektträger positioniert 106. Anschließend wird ein Durchleuchtungsbild aufgenommen 107. In einer Abfrage 108 wird abgefragt, ob das Messobjekt fertig vermessen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird gemäß einem Verfahrensschritt 109 das Messobjekt um ein vorgegebenes Winkelinkrement gedreht, um eine Rückprojektion mehrerer Durchleuchtungsbilder zum Erstellen eines 3D-Bildes zu ermöglichen. Anschließend wird das Verfahren mit Verfahrensschritt 107, Aufnehmen eines Durchleuchtungsbildes, fortgesetzt.
• Ergibt die Abfrage 108, dass das Messobjekt fertigt vermessen ist, so wird das Messobjekt aus dem Strahlengang entfernt 110 und eine Auswertung der Durchleuchtungsbilder, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Korrekturwerten für die Brennfleckposition, durchgeführt. Beispielsweise wird eine Rückprojektion ausgeführt, um ein CT-3D-Bild des Messobjekts zu erzeugen. Hieraus können beispielsweise Abmessungen des Messobjekts abgeleitet werden. Ebenso können qualitative Merkmale des Messobjekts analysiert werden.
• In einem Abfrageblock 112 wird ermittelt, ob eine Vermessung eines weiteren Messobjekts stattfinden soll. Ist dies nicht der Fall, ist das Verfahren beendet 113. Soll hingegen ein weiteres Messobjekt vermessen werden, so wird in einem Verfahrensschritt 114 das Referenzobjekt in die Referenzstellung bewegt.
• Anschließend wird ein Durchleuchtungsbild aufgenommen 115. Das aufgenommene Durchleuchtungsbild wird als Korrekturbild bezeichnet. Anhand der Abbildung des Referenzobjekts in dem Korrekturbild werden geometrische Parameter, die als Korrekturparameter bezeichnet werden, ermittelt 116. In einem Verfahrensschritt 117 werden die geometrischen Parameter, d.h. die Referenzparameter und Korrekturparameter, miteinander verglichen und hieraus mindestens ein Korrekturwert für die Brennfleckposition abgeleitet.
• Das Referenzobjekt wird wieder aus dem Strahlengang entfernt 118.
• In einer Abfrage 119 wird ermittelt, ob einer der ermittelten Korrekturwerte einen entsprechenden Toleranzwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird dem Nutzer der Messanlage eine erneute Kalibrierung vorgeschlagen 120. Befolgt der Nutzer diesen Vorschlag, so wird das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 101, dem Kalibrieren zum Bestimmen der Brennfleckposition, fortgesetzt. Bei einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Kalibrierung automatisch ausgeführt wird.
• Hat die Abfrage 119 ergeben, dass keiner der Korrekturwerte einen Toleranzwert überschreitet, so wird das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 106 „Positionieren des neuen Messobjekts auf dem Messobjektträger“ fortgesetzt.
• Für den Fachmann ergibt es sich, dass das beschriebene Messverfahren und das darin enthaltene Korrekturverfahren modifiziert werden können. Beispielsweise kann es vorgesehen werden, eine Bestimmung eines Korrekturbildes auch nach Beendigung einer Vermessung eines Messobjekts auszuführen, um zu kontrollieren, ob die Brennfleckposition sich während der Vermessung des Messobjekts verändert hat. Wird eine solche Veränderung festgestellt, die beispielsweise oberhalb weiterer Toleranzgrenzen liegt, so kann eine Auswertung der Durchleuchtungsbilder unterbleiben. Bei wieder einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nicht nach jedem zu vermessenden Objekt ein Korrekturbild aufgenommen wird. Viele weitere Ausgestaltungen des Messverfahrens sind möglich. Der Vorteil des hier beschriebenen Korrekturverfahrens liegt darin, dass mit einfachen, schnell auszuführenden Messungen zuverlässig die Brennfleckposition bezüglich Veränderungen kontrolliert werden kann und zusätzlich Korrekturwerte zur Kompensation einer Brennfleckpositionsänderung ermittelt werden können. Hierbei ist es von entscheidendem Vorteil, wenn das Referenzobjekt möglichst nahe an der Brennfleckposition angeordnet wird.
• Bezugszeichenliste

1

Messanordnung

2

Röntgenröhre

3

Objektträger

4

Messobjekt

5

Detektor

6

Auswerteeinheit

7

Teilchenerzeugungseinheit

8

Beschleunigungsblende

9

Teilchenstrahl

10

Fokussiereinheit

11

Target

12

Brennfleck

13

Gehäuse der Röntgenröhre

14

Austrittsfenster

15

Gehäusewand

16

Strahlenbündel

17

Hauptausbreitungsrichtung

18

Drehachse

21

zentraler Strahl

22

Kantenstrahl

23

Begrenzungspunkt

23'

Begrenzungsbildpunkt

24

Objekthöhe

25

Bildobjekthöhe

26

Entfernung Brennfleck (Quelle) - Detektor

27

Entfernung Brennfleck (Quelle) - Objekt

28

Entfernung Objekt-Detektor

30

Pfeil

31

weiterer Pfeil

41

Referenzobjektaufnahme

42

Referenzobjekt

43

Schieber

44

Feder

45

Aussparung

46

Mitte des Austrittsfensters

47

Mittelpunkt der Aussparung

48

Stellglied

49

bewegliches Element

50

Vorsprung

51

Zylinderfläche

52

Mittelachse

53

Führung

54

kegelförmige Bohrung

55

Bohrlochkante (mit kleinerem Durchmesser)

55'

abgebildete Bohrlochkante (mit kleinerem Durchmesser)

56

Bohrlochkante (mit größerem Durchmesser)

57

Kugelsektoroberfläche

101

Kalibrieren - Bestimmung Brennfleckposition

102

Zentrieren der Referenzobjektaufnahme

103

Bewegen des Referenzobjekts in die Referenzstellung

104

Erzeugen eines Referenzbildes und Ermitteln von geometrischen Referenzparametern

105

Entfernen des Referenzobjekts aus dem Strahlengang

106

Positionieren eines Messobjekts auf dem Objektträger

107

Aufnehmen eines Durchleuchtungsbildes

108

Abfrage: Messobjekt fertig vermessen?

109

Drehen des Messobjekts um ein vorgegebenes Winkelinkrement

110

Entfernen des Messobjekts aus dem Strahlengang

111

Auswerten des/der Durchleuchtungsbildes/er, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Korrekturwerten für die Brennfleckposition

112

Abfrage: Vermessen eines weiteren Messobjekts?

113

Ende

114

Bewegen des Referenzobjekts in die Referenzstellung

115

Aufnehmen eines Korrekturbildes

116

Ermitteln von geometrischen Korrekturparametern

117

Vergleichen von Referenz- und Korrekturparametern und Ableiten von

118

mindestens einem Korrekturwert für die Brennfleckposition Entfernen des Referenzobjekts aus dem Strahlengang

119

Abfrage: Ist ein Korrekturwert größer als ein entsprechender Toleranzwert?

120

Vorschlag: neue Kalibrierung

Claims (16)

1. Messanordnung (1) zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts (4), insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bilds des Messobjekts (4) mittels Rückprojektion, umfassend eine Röntgenquelle (2) mit einem Brennfleck (12), an dem eine zur Abbildung verwendete elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, einen Detektor (5) zum Erfassen der Durchstrahlungsbilder, zusätzlich eine Referenzobjektaufnahme (41) zum reproduzierbaren Aufnehmen eines Referenzobjekts (42) in einer Referenzstellung im Strahlengang und eine Auswerteeinheit (6) zum Ermitteln von geometrischen Parametern in einem Referenzbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts (42) in der Referenzstellung bei bekannter Brennfleckposition repräsentiert, und einem Korrekturbild, das eine Abbildung des Referenzobjekts (42) in der Referenzstellung bei einer zu korrigierenden Brennfleckposition ist, und zum Ableiten mindestens eines Korrekturwerts für die Brennfleckposition, wobei die Referenzobjektaufnahme (41) drei Paare von jeweils zu einer entsprechenden Mittelachse (52) parallel ausgerichteten Zylinderflächen (51) umfasst, wobei die Mittelachsen (52) sich in einem Punkt schneiden, und wobei das Referenzobjekt (42) drei Kugelsektoroberflächen (57) umfasst, die für ein Ineinandergreifen mit den Zylinderflächen (51) zum zentrierten reproduzierbaren Anordnen des Referenzobjekts (42) ausgebildet sind.
2. Messanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzobjektaufnahme (41) mechanisch mit der Röntgenquelle (2) vorzugsweise einer Begrenzungsfläche, insbesondere einer Austrittblende oder eines Austrittsfensters (14), verbunden ist.
3. Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt (42) auf einer beweglichen Einheit angeordnet ist, mit der das Referenzobjekt (42) wahlweise in die Referenzstellung anordenbar oder aus dem Strahlengang entfernbar ist.
4. Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Einheit ein Positioniersystem für das Messobjekt (4) ist.
5. Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Parameter eine Ausdehnung, insbesondere einen Durchmesser, einen Umfang, eine ausgezeichnete Position, insbesondere eine Mittelpunktsposition eines geometrischen Mittelpunkts, und/oder eine Verzerrung der Objektdarstellung umfassen.
6. Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt (42) eine kegelförmige Bohrung (54) umfasst, deren Kegelwinkel größer als ein Öffnungswinkel der Strahlung der Röntgenquelle (2) ist.
7. Messanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Bohrung (54) in dem Referenzobjekt (42) so angeordnet ist, dass deren Kegelachse parallel zu einer Hauptausbreitungsrichtung (17) der elektromagnetischen Strahlung ausgerichtet ist, wenn das Referenzobjekt (42) in die reproduzierbare Referenzstellung bewegt ist.
8. Messanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Bohrung (54) zentriert bezüglich der Kugelsektoroberflächen (57) ist.
9. Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzobjektaufnahme (41) bezüglich eines Targets (11), auf dem der Brennfleck (12) erzeugt wird, bewegbar angeordnet ist, um die Referenzobjektaufnahme (41) bezüglich der bekannten Brennfleckposition, vorzugsweise zentriert, auszurichten.
10. Verfahren zur Korrektur einer Brennfleckposition einer Röntgenquelle (2) einer Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Erzeugen von Durchstrahlungsbildern eines Messobjekts (4), insbesondere von Durchstrahlungsbildern für ein Erzeugen eines dreidimensionalen Bilds des Messobjekts (4) mittels Rückprojektion, umfassend die Schritte: Erzeugen eines Referenzbilds des Referenzobjekts (42), das in einem Strahlengang der Messanordnung (1) reproduzierbar in einer Referenzstellung anordenbar ist, bei einer bekannten Brennfleckposition, reproduzierendes Anordnen des Referenzobjekts (42) in der Referenzstellung in dem Strahlengang, Aufnehmen eines Korrekturbilds des Referenzobjekts (42), Ermitteln von geometrischen Parametern in dem Referenzbild und in dem Korrekturbild und Ableiten mindestens eines Korrekturwerts für die Brennfleckposition anhand der ermittelten Parameter.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt (42) beim reproduzierenden Anordnen in der Referenzstellung angrenzend an eine Begrenzungsfläche, insbesondere eine Austrittsblende oder ein Austrittsfenster (14), der Röntgenquelle (2) angeordnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt (42) beim reproduzierenden Anordnen in der Referenzstellung mittels der Drei-Punkt-Lagerung gegen die Röntgenquelle (2) vorzugsweise die Begrenzungsfläche der Röntgenquelle (2) gedrückt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt (42) mit einem Positioniersystem für das Messobjekt (4) in die Referenzstellung bewegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Parameter eine Ausdehnung, insbesondere einen Durchmesser, einen Umfang, eine ausgezeichnete Position, insbesondere eine Mittelpunktsposition eines geometrischen Mittelpunkts, und/oder eine Verzerrung der Objektdarstellung umfassen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzbild anhand einer Kenntnis des Referenzobjekts (42) und der Referenzstellung für die bekannte Brennfleckposition errechnet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es als Korrekturverfahren Bestandteil eines Messverfahrens ist, bei dem die Messanordnung (1) kalibriert wird und die bekannte Brennfleckposition ermittelt wird, für die das Referenzbild erzeugt wird und Korrekturbilder in zeitlichen Abständen, insbesondere vor und/oder nach einer Vermessung eines Messobjekts (4) aufgenommen werden, wobei sich das Messobjekt (4) beim Aufnehmen eines der Korrekturbilder nicht im Strahlengang befindet, und beim Vermessen des Messobjekts (4) aufgenommene Bilder anhand des mindestens einen Korrekturwerts automatisch korrigiert werden.

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