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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjektes mittels Röntgenstrahlung.
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In der Messtechnik sind Vorrichtungen bekannt, mit denen ein industriell hergestelltes Objekt mittels Röntgenstrahlung durchleuchtet werden kann und die passierenden Strahlen von einem dahinter angeordneten Detektor erfasst werden können. Mit einer Auswerteeinheit lassen sich anschließend die Objektabmessungen genau bestimmen und eventuelle Hohlräume identifizieren. Bei homogenen Messobjekten ist es möglich, durchaus gute Messergebnisse zu erzielen. Es können jedoch Schwierigkeiten auftreten, wenn die Objekte unterschiedliche Dicken besitzen und aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Dies kann zum Beispiel bei einem Steckverbinder der Fall sein, welcher zum Teil aus Kunststoff und zum Teil aus Metallelementen besteht. Bei solchen Messobjekten kann es vorkommen, dass mit den bekannten Röntgenstrahl-Messvorrichtungen an den Übergangsstellen zwischen Metall und Kunststoff oder in den Bereichen, in denen ein Werkstoff mit stark unterschiedlicher Dicke vorliegt, ungenaue Messergebnisse erreicht werden. Dies liegt zum Teil daran, dass Werkstoffe mit einer hohen Ordnungszahl von Röntgenstrahlen schwerer durchdrungen werden können als ein Kunststoff. Ferner ist bekannt, dass die von einem Detektor empfangene Strahlung auch durch Streustrahlung verfälscht werden kann, welche das Messobjekt nicht direkt durchdrungen hatte. Die Streustrahlung kann zum Beispiel von den Umgebungswänden der Messvorrichtung reflektiert worden sein. Derartige Streustrahlung führt ebenfalls dazu, dass die ermittelten Messwerte nicht korrekt sind.
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Es besteht somit eine Aufgabe, eine Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjektes mittels Röntgenstrahlen zu schaffen, welche eine höhere Messgenauigkeit erreicht und bei der eine geringere Wahrscheinlichkeit für die Darstellung von Artefakten besteht.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjektes mittels Röntgenstrahlen weist auf:
- – eine Röntgenstrahlquelle zum Emittieren einer Bremsstrahlung,
- – einen Detektor mit einer Vielzahl strahlungsempfindlicher Pixel zum Erfassen einer Intensität der auf das jeweilige Pixel auftreffenden Bremsstrahlung, zum Erfassen einer Intensität einer auf das jeweilige Pixel auftreffenden Primärstrahlung, welche von einem zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Detektor angeordneten und der Bremsstrahlung ausgesetzten Messobjekt ausgeht, und zum Erfassen einer Intensität einer auf das jeweilige Pixel auftreffenden Streustrahlung, welche nicht die Bremsstrahlung und nicht die Primärstrahlung ist, wobei die von dem jeweiligen Pixel erfasste Strahlung eine Gesamtstrahlung mit einer Gesamtstrahlungsintensität ist, wobei die Pixel des Detektors eine in Zeilen und Spalten angeordnete Pixelmatrix bilden, welche ein Bild des Messobjektes ergeben, und
- – eine Strahlungsverarbeitungseinheit, welche eingerichtet ist, für jeden Pixel von der erfassten Gesamtstrahlung einen vorbestimmten Anteil der Streustrahlung zu subtrahieren und somit ein Korrekturbild zu erstellen, und einen Strahlungsintensitätswert eines ersten Pixels in dem Korrekturbild auf einen vorbestimmten zweiten Strahlungsintensitätswert zu setzen, welcher höher als der erste Strahlungsintensitätswert ist, wenn der erste Strahlungsintensitätswert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
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Durch die Subtraktion der Streustrahlung von der Gesamtstrahlung kann ein Korrekturbild erstellt werden. Wenn die Streustrahlung gut erfasst werden konnte, lassen sich aus dem Korrekturbild relativ gut die tatsächlichen Abmessungen ermitteln. Dies bedeutet, dass Übergänge zwischen zum Beispiel einer Körperkante eines Messobjektes und einem daneben angeordneten Hohlraum deutlich sichtbar sind. Es kann jedoch vorkommen, dass der Strahlungsintensitätswert in dem Korrekturbild einen sehr niedrigen Betrag aufweist. Ein sehr niedriger Intensitätswert bedeutet, dass der Werkstoff die einwirkende Röntgenstrahlung sehr stark absorbiert haben muss, so dass der Werkstoff an dieser Stelle offenbar eine sehr starke Dicke aufweist. Werden von einem Messobjekt viele Aufnahmen aufgenommen und diese zu einem dreidimensionalen Bild rekonstruiert, kann der Eindruck entstehen, dass das Messobjekt an einigen Stellen eine Dicke besitzt, welche viel zu groß ist und nicht der Realität entspricht. Obwohl vielleicht sämtliche andere Messpunkte relativ genau ermittelt werden kannten, entsteht insgesamt durch die Deutung einer viel zu starken Dicke ein falsches Messergebnis.
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Ein derartiges Korrekturbild kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung modifiziert werden, um ein erstes modifiziertes Bild zu erzeugen. Dazu ist die Vorrichtung eingerichtet, einen ersten Strahlungsintensitätswert eines ersten Pixels in dem Korrekturbild auf einen vorbestimmten zweiten Strahlungsintensitätswert zu setzen, welcher höher als der erste Strahlungsintensitätswert ist, wenn der erste Strahlungsintensitätswert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Damit lässt sich verhindern, dass zu niedrige Intensitätswerte in eine Rekonstruktion des Messobjektes eingehen, so dass auf Basis der Messwerte keine zu dicken Materialstärken mehr ermittelt werden. Mit einer solchen Vorrichtung kann ferner erreicht werden, dass ein Messobjekt, welches Kunststoff und Leichtmetall aufweist, sich so darstellen lässt, dass die beiden Werkstoffe besser voneinander unterschieden werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsverarbeitungseinheit eingerichtet, einen dritten Strahlungsintensitätswert eines zweiten Pixels in dem Korrekturbild um einen vorbestimmten Strahlungsintensitätswert höher zu setzen, wenn der dritte Strahlungsintensitätswert den Schwellwert überschreitet, wobei der zweite Pixel innerhalb eines vorbestimmten Abstandes zu dem ersten Pixel ist. Obwohl also in dem Korrekturbild ein Strahlungsintensitätswert eines Pixels oberhalb des gesetzten Schwellwertes liegt, ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass erneut eine Modifikation vorgenommen werden kann, um ein zweites modifiziertes Bild zu erzeugen. Demnach wird ein oberhalb des Schwellwertes erfasster Intensitätswert eines Pixels auf einen noch höheren Intensitätswert gesetzt. Voraussetzung dafür ist, dass dieser oberhalb des Schwellwertes erfasste Strahlungsintensitätswert eines zweiten Pixels innerhalb eines vorbestimmten Abstandes zu dem ersten Pixel ist, welcher unterhalb des Schwellwertes ist. In dem ersten modifizierten Bild, in dem ein Intensitätswert eines ersten Pixels auf einen Schwellwert hochgesetzt wird, kann es vorkommen, dass ein sehr starker Gradient zu den benachbarten Pixeln entsteht. Ein derartiges Bild kann unnatürlich wirken und einen Übergang anzeigen, welcher in der Realität nicht mit einer solchen Härte existiert. Durch Einsatz der bevorzugten Ausführungsform kommt es zu einer Glättung des Bildes bei Pixeln, welche benachbart zu einem ersten Pixel vorliegen. Außerdem können durch die bevorzugte Ausführungsform Pseudostrukturen und Artefakte vermieden werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen erklärt, in welchen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Messobjekt;
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2 eine schematische Darstellung eines Messobjektes vor einem Detektor;
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3 ein Intensitätsprofil einer Gesamtstrahlung entlang einer Zeile des Detektors gemäß 2;
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4 ein Intensitätsprofil einer Streustrahlung entlang der gleichen Zeile wie bei 3;
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5 ein korrigiertes Intensitätsprofil unter Berücksichtigung der Gesamtstrahlung und Streustrahlung;
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6 eine schematische Darstellung von Korrekturen der Intensitäten einzelner Pixel eines Detektors;
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7 ein erstes modifiziertes Intensitätsprofil auf der Basis des korrigierten Intensitätsprofils gemäß 5; und
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8 ein zweites modifiziertes Intensitätsprofil auf der Basis von 7.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjektes mittels Röntgenstrahlen dargestellt. Die Vorrichtung 100 weist eine Röntgenstrahlquelle 1 zum Emittieren einer Bremsstrahlung 2 auf. Die Bremsstrahlung 2 kann auf ein Messobjekt 3 treffen, welches von der Bremsstrahlung durchdrungen wird, worauf hin eine Primärstrahlung 4 in Richtung zu einem dahinter angeordneten Detektor 5 ausgeht. Der Detektor 5 weist Pixel 6 auf, welche die Intensität der auftreffenden Primärstrahlung erfassen können. Die Oberfläche des Detektors 5 ist mit mehreren Pixeln 6 versehen, so dass eine in Zeilen und Spalten angeordnete Pixelmatrix 7 gebildet ist. Die von der Röntgenstrahlquelle 1 ausgesendete Bremsstrahlung kann auch an dem Messobjekt 3 vorbei direkt auf den Detektor 5 gelangen, so dass die Pixel 6 eine dort auftreffende Bremsstrahlung und deren Intensität direkt erfassen können. Somit erfassen die Pixel 6 eine Bremsstrahlung 2 und eine Primärstrahlung 4. Zusätzlich erfassen die Pixel 6 auch eine Streustrahlung 8, welche z. B. an einer Umgebungswand 9 innerhalb der Vorrichtung 100 reflektiert worden ist. Die Streustrahlung 8 kann auch dadurch entstehen, dass die Primärstrahlung 4 den Detektor 5 durchdringt, hinter dem Detektor an einer Rückwand auftrifft und von dort reflektiert wird, bis sie auf Umwegen wieder auf die Oberfläche des Detektors 5 an den Pixeln 6 auftreffen kann. Ein Pixel 6 des Detektors 5 erfasst somit eine Gesamtstrahlung mit einer Gesamtstrahlungsintensität.
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In 2 ist die Vorderansicht eines Detektors 5 mit Pixeln 6 dargestellt, wobei der besseren Übersicht wegen nur einige Pixel 6 gezeigt sind. Vor dem Detektor 5 ist ein Messobjekt 3 angeordnet, auf welches Bremsstrahlung 2 auftreffen kann. Bei der in 2 dargestellten Anordnung trifft die Bremsstrahlung 2 senkrecht zur Zeichenebene auf das Messobjekt 3 auf. Das Messobjekt 3 besitzt einen Hohlraum 11, durch welchen die Bremsstrahlung 2 zum Detektor 5 gelangen kann. Wird entlang einer Zeile des Detektors 5 die Intensität der vom Detektor 5 erfassten Strahlung aufgenommen, siehe in 2 die Markierung A-A, so erhält man ein Intensitätsprofil 30, siehe 3. Das Intensitätsprofil 30 zeigt die Intensität der Gesamtstrahlung IG an, welche vom Detektor 5 entlang der Linie A-A erfasst wird. Das Intensitätsprofil 30 weist im Bereich der Kante 31 des Messobjektes 3 einen stark gerundeten Verlauf 32 auf, siehe 3, welches bei der Auswertung des Intensitätsprofils zu einer Unschärfe führt. Wenn durch vorbereitende Maßnahmen die Streustrahlung genau erfasst wird, kann bei dem zu untersuchenden Messobjekt 3 ein Intensitätsprofil 40 für die Intensität der Streustrahlung IS ermittelt werden, siehe 4. Auch bei diesem Intensitätsprofil 40 sind in den Bereichen, in denen das Messobjekt eine scharfe Körperkante aufweist, abgerundete Verläufe des Intensitätsprofils zu erkennen, siehe Bezugszeichen 42.
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Wird nun von einer Strahlungsverarbeitungseinheit 10 für jeden Pixel von der erfassten Gesamtstrahlung ein vorbestimmter Anteil der Streustrahlung subtrahiert, lässt sich ein Korrekturbild erstellen. 5 zeigt für die Zeile A-A gemäß 2 und der zugehörigen Profile 30 und 40 gemäß 3 und 4 ein korrigiertes Intensitätsprofil 50 für das zu untersuchende Messobjekt 3.
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Aus 5 ist deutlich ersichtlich, dass die korrigierten Intensitätswerte IK einen sehr niedrigen Wert annehmen können: In den Bereichen 51 und 52 sind die Intensitätswerte der Strahlung niedriger als ein vorbestimmter Schwellwert SW. Für das Detail D in 5 ist in 6 gezeigt, wie sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung Intensitätswerte für einzelne Pixel in einem derartigen Korrekturbild modifizieren lassen. In 6 ist ein erster Pixel 61 dargestellt, welcher einen ersten Strahlungsintensitätswert I1 besitzt. Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der erste Pixel 61 auf einen vorbestimmten zweiten Strahlungsintensitätswert 12 gesetzt, welcher höher als der erste Strahlungsintensitätswert I1 ist, da der erste Strahlungsintensitätswert I1 den vorbestimmten Schwellwert SW unterschreitet. Der zweite Strahlungsintensitätswert I2 kann gleich dem Schwellwert SW sein. Wird diese Modifikation für jeden Pixel 61 durchgeführt, welcher den Schwellwert SW unterschreitet, ergibt sich ein erstes modifiziertes Intensitätsprofil 70 mit einer ersten modifizierten Strahlungsintensität IM1 gemäß 7.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein zweiter Pixel 62, welcher einen dritten Strahlungsintensitätswert I3 besitzt, um einen vorbestimmten Strahlungsintensitätswert ΔI höher gesetzt werden, wenn der dritte Strahlungsintensitätswert 13 den Schwellwert SW überschreitet, wobei der zweite Pixel 62 innerhalb eines vorbestimmten Abstandes 63 zu dem ersten Pixel 61 ist, siehe 6. Der in 6 gezeigte zweite Pixel 62 mit einem Strahlungsintensitätswert 13 wird somit auf einen Strahlungsintensitätswert I4 gesetzt. Die benachbarten zweiten Pixel 62 innerhalb des Abstandes 63 werden ebenfalls um den Betrag ΔI höher gesetzt. Die modifizierten Strahlungsintensitätswerte sind in 6 mit einem quadratischen Symbol dargestellt. Mit einer solchen zweiten Modifikation lässt sich ein zu starker Gradient zwischen den auf einen Intensitätswert 12 gesetzten ersten Pixeln 61 und den benachbarten zweiten Pixeln 62 verhindern. 8 zeigt dementsprechend eine schematische Darstellung für ein zweites modifiziertes Intensitätsprofil 80 mit einer zweiten modifizierten Strahlungsintensität IM2, bei dem die Übergänge zu den auf den zweiten Strahlungsintensitätswert I2 gesetzten Pixeln mit einer Rundung 81 und nicht mit einer scharfen Kante, siehe Bezugszeichen 71 in 7, verlaufen.
