DE102015111621A1

DE102015111621A1 - Vorrichtung und Verfahren zur computertomografischen Messung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102015111621A1
Application number: DE102015111621.9A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-09-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (203), zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik sowie eine mechanische Drehachse (204) mit einem um eine Drehachse (204c) drehbaren Drehteller (204b), dem ein Werkstückhalter zugeordnet ist, sowie zwischen dem Drehteller (204b) und der Werkstückauflage bzw. dem Werkstückhalter vorgesehenes Positioniersystem (205, 206), das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung des Werkstücks (203) aufweist.

Description

Gegenstand der Anmeldung ist eine Erfindung, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Einstellung der Achs- und Winkellage des Werkstücks auf dem Drehtisch einer Computertomografiesensorik betrifft.
Für die dimensionelle Messung komplexer Geometrien (geometrische Merkmale) werden verschieden taktile, taktil-optische, optische oder computertomografische Sensoren (Computertomograf bzw. Computertomografie-Sensorik) verwendet. Bevorzugt werden diese in Koordinatenmessgeräten (KMGs) betrieben, teilweise auch mehrere Sensoren kombiniert in einem Gerät (Multisensor-KMG).
Unter Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken ist zu verstehen, dass aus der Menge der meist mittels eines flächigen Detektors in mehreren Drehstellungen eines Werkstücks aufgenommenen zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern eine Rekonstruktion der Volumeninformationen (Voxeldaten bzw. Voxelamplituden in Form von Grauwerten) für das vom Detektor erfasste Volumen erfolgt, wobei die Voxeldaten ein Maß für die lokalen Schwächungskoeffizienten sind, und an Materialgrenzen durch Oberflächenextraktionsverfahren aus den Voxeldaten Messpunkte bzw. Oberflächenmesspunkte erzeugt werden. Aus diesen Oberflächenmesspunkten können Maße am Werkstück bzw. Maße von Merkmalen bzw. Strukturen am Werkstück ermittelt werden, also dimensionelle Messungen erfolgen. Die Oberfläche des Werkstücks wird beispielsweise durch Vernetzung der Oberflächenpunkte im sogenannten STL-Format (STL – Standard Triangulation Language) dargestellt.
Ein Computertomograf bzw. eine Computertomografie-Sensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse (Drehtisch) zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel des vom Detektor erfassten Teils der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.
Der Begriff mechanische Drehachse dient lediglich der Unterscheidung zu einer mathematischen Drehachse, wenn gleich eine mechanische Drehachse (auch als Drehtisch bezeichnet) immer auch eine Drehung um eine mathematische Drehachse ermöglicht. Die Verwendung des Begriffes Drehachse bezieht sich daher auf die der mechanischen Drehachse zugeordnete mathematische Drehachse, insofern aus dem Zusammenhang eine Richtung gemeint ist, und auf die mechanische Drehachse, insofern eine Vorrichtung gemeint ist. Der Begriff mechanische Drehachse bezeichnet keine Einschränkung auf das innerhalb der Drehachse umgesetzte Führungsprinzip zwischen feststehendem und drehbarem Teil der mechanischen Drehachse. Es sind also sowohl mechanisch gelagerte, wie auch luftgelagerte, oder anderweitig wie hydraulisch gelagerte usw., mechanische Drehachsen gemeint. Die mathematische Drehachse wird auch als physikalische Drehachse bezeichnet.
Als Detektor werden neben flächig ausgeprägten Detektoren auch Zeilendetektoren eingesetzt. Diese besitzen nur eine einzige Detektorzeile. Zur vollständigen Aufnahme von Durchstrahlungsinformationen eines räumlich ausgedehnten Werkstücks müssen Werkstück und Detektor in mehrere entlang der Richtung der Drehachse (mathematischen Drehachse) verschobene Stellungen gebracht werden. Der sich dadurch ergebende erhöhte Zeitaufwand wird durch den Einsatz von Flächendetektoren vermieden. Dennoch ist die vorliegende Erfindung bzw. sind die erfindungsgemäßen Lehren auch für Zeilendetektoren umsetzbar. Anstatt der Verarbeitung von Durchstrahlungsbildern, also 2D-Bildern, werden die mit der jeweiligen Detektorzeile aufgenommenen Informationen verarbeiten und hier zur Vereinfachung ebenfalls als Durchstrahlungsbilder bezeichnet.
Zur Steigerung der Genauigkeit dimensioneller Messungen unter Verwendung einer Computertomografie-Sensorik werden zunehmend Verfahren zur Korrektur der bei der Durchstrahlung des zu messenden Werkstücks auftretenden Abweichungen, sogenannter Artefakte, eingesetzt. Die zur Bestimmung der Korrektur eingesetzten Verfahren umfassen eine Messung oder Simulation der Werkstückdurchstrahlung, die abhängig von der Lage des Werkstücks, insbesondere der translatorischen Lage (Achslage) und rotatorischen Lage (Winkellage), in Bezug auf die Computertomografie-Sensorik ist. Damit die bestimmte Korrektur auf die eigentliche computertomografische Messung des Werkstücks angewendet werden kann, ist es notwendig, dass das Werkstück bei dieser die gleiche Achs- und Winkellage einnimmt, also entsprechend auf dem Drehtisch ausgerichtet wird.
Besonders anspruchsvoll wird die Ausrichtung des Werkstücks auf dem Drehtisch, wenn nur ein bestimmter Ausschnitt des Werkstücks gemessen werden soll. Dieser muss dann mittig ausgerichtet werden oder eine Bewegung um eine virtuelle Drehachse ausgeführt werden, wie dies die WO2010094774 der Anmelderin beschreibt, deren Offenbarungsgehalt hier vollständig aufgenommen wird.
Eine frei einstellbare Achs- und Winkellage des Werkstücks ist auch wünschenswert, wenn diese so eingestellt werden sollen, dass eine optimale computertomografische Messung erfolgen kann, insbesondere, indem die Lage so gewählt wird, dass die über alle Drehstellungen betrachtete, maximal auftretende Durchstrahlungslänge minimal ist.
Zur Einstellung der Werkstücklage auf dem Drehtisch sind nach dem Stand der Technik nur reine Positioniersysteme zur Einstellung der Position senkrecht zur Drehachse des Drehtischs bekannt, wie dies beispielsweise die DE 10 2005 039 422 beschreibt. Nachteilig ist dabei, dass die Winkellage nicht eingestellt werden kann. Zudem muss beachtet werden, dass beim Einstellen der Winkellage mit entsprechenden Schwenkachsen die Achslage mit verändert wird. Die bekannten linearen Positioniersysteme weisen unter Umständen nicht ausreichend Verschiebebereich auf, um gleichzeitig den zu messenden Werkstückausschnitt mittig auf dem Drehtisch anzuordnen und gegebenenfalls die durch die zusätzliche Schwenkbewegung veränderte Achslage zu kompensieren, da dies konzeptionell bei den bekannten Linearsystemen nicht vorgesehen ist.
Auch bieten die im Zusammenhang mit den bekannten Positioniersystemen beschriebenen Verfahren der DE 10 2005 039 422 , bei denen Vorabdurchstrahlungsbilder zur Ermittlung und Einstellung der Werkstücklage ausgewertet werden, nicht die für genaue Messungen, beispielsweise einer Region of Interest CT, bei der nur ein Ausschnitt des Werkstücks bei hohem Abbildungsmaßstab gemessen wird, erforderliche Genauigkeit bei der gezielten, beispielsweise mittigen Ausrichtung des Werkstücks auf dem Drehtisch. Dies liegt darin begründet, dass die Durchstrahlungsbilder keine scharfe Abbildung für den Werkstückrand liefern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere es zu ermöglichen, Achslage und Winkellage des Werkstücks auf dem Drehteller des Drehtisches beliebig und unabhängig voneinander in weiten Bereichen einzustellen. Insbesondere soll die Kippung um mindestens eine der beiden senkrecht zur Drehachse stehenden Achsen und die Verschiebung entlang dieser beiden Achsen möglich sein. Der Aufbau soll zudem kompakt sein. Ein die Vorrichtung nutzendes Verfahren soll es ermöglichen, die Achs- und Winkellage einzunehmen, die bei Ermittlung einer Artefaktkorrektur vorlag.
Auch ist es Aufgabe der Erfindung die Werkstücklage besonders genau einzustellen, beispielsweise für die Durchführung einer Region of Interest Computertomografie eines Werkstücksausschnitts bei großem Abbildungsmaßstab.
Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass von dem Drehteller ein Positioniersystem ausgeht, das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung, also der translatorischen Lage (Achslage) und/oder rotatorischen Lage (Winkellage), des Werkstücks aufweist, wobei das Positioniersystem einen Verschiebetisch zur Veränderung der Position der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters in zumindest der Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist und/oder wobei das Positioniersystem einen Kipptisch zur Veränderung der Neigung der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters um zumindest die Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest des Positioniersystems Achslage und/oder Winkellage, insbesondere Achs- und Winkellage, des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Solllage einzustellen und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, die Ausgangslage des Werkstücks zumindest grob zu bestimmen, indem vorab:

– eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine Laminografie-Messung durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Lage des Werkstücks ermittelbar sind wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung die Steuerung ausgebildet ist, dass
– die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder
– die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt und/oder
– Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung aufgenommen werden und/oder
– die Drehstellungen nur grob eingenommen werden und/oder
– keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks, zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend

– eine Röntgenquelle,
– einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor, wobei Verbindung zwischen dem die Strahlung abgebenden Brennfleck der Röntgenquelle und der Mitte des Detektors die Z-Achse oder in etwa die Z-Achse eines Koordinatensystems bildet und der Detektor die X-Y-Ebene oder in etwa die X-Y-Ebene des Koordinatensystems aufspannt, und
– eine mechanische Drehachse (Drehtisch) mit einem um eine Drehachse drehbaren Teil (Drehteller), wobei die Richtung der Drehachse die X-Achse oder in etwa die X-Achse des Koordinatensystems bildet, und zumindest einer Werkstückauflage oder Werkstückhalter, die dem Drehteller zugeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen um die Drehachse aufzunehmen und die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, die sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem Drehteller und der Werkstückauflage bzw. dem Werkstückhalter ein Positioniersystem vorgesehen ist, das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung, also der translatorischen Lage (Achslage) und/oder rotatorischen Lage (Winkellage), des Werkstücks aufweist, wobei das Positioniersystem einen Verschiebetisch zur Veränderung der Position der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters in zumindest der Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist und/oder wobei das Positioniersystem einen Kipptisch zur Veränderung der Neigung der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters um zumindest die Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest des Positioniersystems Achslage und/oder Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Solllage einzustellen und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, die Ausgangslage des Werkstücks – vor dessen Messung in der Solllage – zu bestimmen (Vorabmessung), indem vorab:
– eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– Eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine Laminografie-Messung durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Lage des Werkstücks ermittelbar sind wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung (Vorabmessung) oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks (Vorabmessung) zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung in der Solllage die Steuerung ausgebildet ist, dass
– die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder
– die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit als bei der eigentlichen Messung erfolgt und/oder
– Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung als bei der eigentlichen Messung aufgenommen werden und/oder
– die Drehstellungen nur mit geringerer Genauigkeit als bei der eigentlichen Messung eingenommen werden und/oder
– die Bildaufnahmezeit der Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung ist und/oder
– die Anzahl der je Drehstellung aufgenommenen und durch Mittelung zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild für die jeweilige Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung ist und/oder
– keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur, und dass nach Bestimmung der Ausgangslage die Abweichungen zur Solllage ermittelt und das Werkstück entsprechend der Abweichungen mittels des Positioniersystems in Bezug auf die Achslage und/oder Winkellage in die Solllage positioniert wird.

Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird verallgemeinert auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass von dem Drehteller ein Positioniersystem ausgeht, das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung, also der translatorischen Lage (Achslage) und/oder rotatorischen Lage (Winkellage), des Werkstücks aufweist, wobei das Positioniersystem einen Verschiebetisch zur Veränderung der Position der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters in zumindest der Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist und/oder wobei das Positioniersystem einen Kipptisch zur Veränderung der Neigung der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters um zumindest die Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest des Positioniersystems Achslage und Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Solllage einzustellen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks, zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend

– eine Röntgenquelle,
– einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor, wobei der die Strahlung abgebende Brennfleck der Röntgenquelle und die Mitte des Detektors grob die Z-Achse bilden und der Detektor grob eine X-Y-Ebene aufspannt, und
– eine mechanische Drehachse (Drehtisch) mit einem um eine Drehachse drehbaren Teil (Drehteller), wobei die Richtung der Drehachse die X-Achse bildet, und zumindest einer Werkstückauflage oder Werkstückhalter, die bzw. der vom Drehteller indirekt ausgeht, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen um die Drehachse aufzunehmen und die das Werkstück erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks zu extrahieren, wobei von dem Drehteller ein Positioniersystem ausgeht, das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung, also der translatorischen Lage (Achslage) und/oder rotatorischen Lage (Winkellage), des Werkstücks aufweist, wobei das Positioniersystem einen Verschiebetisch zur Veränderung der Position der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters in zumindest der Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist und/oder wobei das Positioniersystem einen Kipptisch zur Veränderung der Neigung der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters um zumindest die Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest des Positioniersystems Achslage und Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Solllage einzustellen und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, die Ausgangslage des Werkstücks zumindest grob zu bestimmen, indem vorab:
– eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine Laminografie-Messung durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Lage des Werkstücks ermittelbar sind wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung die Steuerung ausgebildet ist, dass
– die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder
– die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt und/oder
– Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung aufgenommen werden und/oder
– die Drehstellungen nur grob eingenommen werden und/oder
– keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Verschiebetisch zur Einstellung der Achslage in Richtung der Y-Achse und Z-Achse mindestens drei, bevorzugt vier, in Bezug auf eine Grundplatte kippbare Stäbe aufweist, die stets nahezu parallel zueinander angeordnet sind und in ihrer Grundstellung in Richtung der X-Achse verlaufen, wobei vorzugsweise die Werkstückauflage oder der Werkstückhalter an einem Ende und der Drehteller am anderen Ende der Stäbe mittels jeweils eines Gelenks mit den Stäben direkt oder indirekt verbunden ist.
Die Stäbe sind bevorzugt gleich lang und an der Grundplatte mit einem Kippantrieb versehen. Die durch die Stäbe bewegte Platte bleibt durch diese Parallelogramm-Führung und durch entsprechende Ankopplung über Gelenke unverkippt, bewegt sich aber während der Querbewegung senkrecht zu dieser. Diese Bewegung muss durch eine zusätzliche Linearachse oder Verschiebung des gesamten Drehtisches in Richtung der Drehachse relativ zum Detektor bzw. Detektor und Röntgenquelle kompensiert werden. Die zuvor genannte indirekte Verbindung bezieht sich auf den Fall, dass an einem Ende der Stäbe der Kipptisch befestigt ist und an diesem dann erst Werkstückauflage oder Werkstückhalter bzw. Drehteller befestigt ist.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Kipptisch eine Schwenkachse zur Einstellung der Winkellage um die Y-Achse oder um die Z-Achse aufweist oder dass der Kipptisch zwei Schwenkachsen zur Einstellung der Winkellage um die Y-Achse und um die Z-Achse aufweist, wobei der Kipptisch vorzugsweise zwischen dem Drehteller und dem Verschiebetisch oder besonders bevorzugt zwischen dem Verschiebetisch und der Werkstückauflage oder dem Werkstückhalter angeordnet ist.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der Drehtisch oder gemeinsam Röntgenquelle und Detektor auf einer Linearachse in Richtung der X-Achse positionierbar sind.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Positioniersystem als Hexapod ausgebildet ist, und insbesondere Achslage und Winkellage jeweils in alle drei Freiheitsgraden einstellbar sind.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Bewegungsachsen bzw. Linearachsen und/oder Schwenkachsen des Positioniersystems als Messachsen ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Achs- und Winkellage reproduzierbar und genau eingestellt werden kann.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass Drehtisch und Detektor oder Drehtisch und Detektor und Röntgenquelle zueinander in einer, zwei oder drei der Achsen (X, Y, Z) linear verstellbar sind, wobei vorzugsweise der Drehtisch in Richtung der Y-Achse und in Richtung der Z-Achse positionierbar ist, bevorzugt auf einer Kreisbahn synchronisiert mit der Drehung des Drehtischs positionierbar ist, oder der Drehtisch in Richtung der Z-Achse und der Detektor in Richtung der Y-Achse positionierbar sind, bevorzugt so mit der Drehung des Drehtischs synchronisiert, dass Relativbewegung zwischen Drehtisch und Detektor eine Kreisbahn ergeben. Dies ermöglicht es, die Drehung eines Werkstücks oder Werkstückausschnitts um dessen Zentrum zu realisieren, auch wenn dieses nicht mittig auf dem Drehtisch, also in der Drehachse angeordnet ist, indem der Drehtisch während der Drehung des Werkstücks auf einer Kreisbahn bewegt wird. Drehung des Werkstücks und Bewegung des Drehtisches auf der Kreisbahn, realisiert durch koordinierte Bewegung in Richtung der Y- und Z-Achse, ergeben die Drehung des Werkstücks bzw. Werkstücksausschnitts um eine virtuelle Drehachse, die mittig zum Detektor verläuft.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks oder Werkstückbereichs unter Verwendung der zuvor beschriebener Anordnung, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter oder auf einer Werkstückauflage angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks oder Werkstückbereichs, eingestellt durch den Drehtisch, aufgenommen werden, wobei die das Werkstück oder den Werkstückbereich erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden.
Zumindest Aspekte der Aufgaben werden im Wesentlichen durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass vor der eigentlichen computertomografischen Messung mittels zumindest des Positioniersystems Achs- und Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Achs- und Winkellage eingestellt werden, wobei die Ausgangslage des Werkstücks in Bezug auf den Drehteller zuvor und/oder nach der Einstellung zumindest grob bestimmt oder gemessen wird, indem vorab:

– eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine Laminografie-Messung durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Lage des Werkstücks ermittelt werden, wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung
– die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder
– die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt und/oder
– Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung aufgenommen werden und/oder
– die Drehstellungen nur grob eingenommen werden und/oder
– keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur, und wobei die Lage des Werkstücks für die eigentliche Messung so eingestellt wird, dass das Werkstück oder der zu messende Werkstückbereich im vom Detektor erfassten Bereich der Röntgenstrahlung angeordnet ist und
– während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt oder
– durch translatorische Relativbewegung zwischen Drehtisch und zumindest Detektor während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt.

Die Bestimmung der Ausgangslage des Werkstücks kann danach also vor und/oder nach der Einstellung der Solllage erfolgen. Erfolgt die Bestimmung vor der Einstellung der Solllage, ist dies erfindungsgemäß vorgesehen, um die Abweichungen zwischen Solllage und Ausgangslage zu bestimmen und für die Ansteuerung der Positioniereinheit zu verwenden, um die Solllage einzustellen. Alternativ oder zusätzlich ist aber auch vorgesehen, die Ausgangslage des Werkstücks nach der Einstellung der Solllage festzustellen. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn sich die Solllage lediglich auf eine Winkellage bezieht, wie beispielsweise als Vorgabe aus einer Simulation von Artefakten resultieren kann. Um nach der Einstellung der Soll-Winkellage einen Werkstückausschnitt für eine Region of Interest Tomografie translatorisch exakt zu positionieren, kann eine genaue Ermittlung der vorliegenden Ausgangslage des Werkstücks erneut erforderlich sein.
Zumindest Aspekte der Aufgaben werden verallgemeinert im Wesentlichen auch durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass vor der eigentlichen computertomografischen Messung mittels zumindest des Positioniersystems Achs- und Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Achs- und Winkellage eingestellt werden, wobei die Ausgangslage des Werkstücks in Bezug auf den Drehteller zuvor zumindest grob bestimmt oder gemessen wird und wobei die Lage des Werkstücks so eingestellt wird, dass das Werkstück oder der zu messende Werkstückbereich im vom Detektor erfassten Bereich der Röntgenstrahlung angeordnet ist und

– während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt oder
– durch translatorische Relativbewegung zwischen Drehtisch und zumindest Detektor während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auch auf ein Verfahren zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks oder Werkstückbereichs unter Verwendung der Anordnung nach zumindest Anspruch 1, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter oder auf einer Werkstückauflage angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks oder Werkstückbereichs, eingestellt durch den Drehtisch, aufgenommen werden, wobei die das Werkstück oder den Werkstückbereich erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass vor der eigentlichen computertomografischen Messung mittels zumindest des Positioniersystems Achs- und Winkellage des Werkstücks entsprechend einer zuvor festgelegten Achs- und Winkellage eingestellt werden, wobei die Ausgangslage des Werkstücks in Bezug auf den Drehteller zuvor und/oder nach der Einstellung zumindest grob bestimmt oder gemessen wird, indem vorab:

Insbesondere wird erfindungsgemäß vorgeschlagen ein Verfahren zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks oder Werkstückbereichs, vorzugsweise unter Verwendung einer Anordnung mit zuvor genannten Merkmalen, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter oder auf einer Werkstückauflage angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks oder Werkstückbereichs, eingestellt durch den Drehtisch, aufgenommen werden, wobei die das Werkstück oder den Werkstückbereich erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, das sich dadurch auszeichnet, dass vor der eigentlichen computertomografischen Messung in einer Solllage des Werkstücks, mittels zumindest des Positioniersystems zuvor festgelegte Solllage bezüglich Achs- und/oder Winkellage, insbesondere Achs- und Winkellage eingestellt werden, wobei die Ausgangslage des Werkstücks zuvor bestimmt oder gemessen wird (Vorabmessung), indem vorab:

– eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– eine Laminografie-Messung durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder
– mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt werden, wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung (Vorabmessung) oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks (Vorabmessung) zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung (Solllage)
– die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder
– die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit als bei der eigentlichen Messung erfolgt und/oder
– Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung als bei der eigentlichen Messung aufgenommen werden und/oder
– die Drehstellungen nur mit geringerer Genauigkeit als bei der eigentlichen Messung eingenommen werden und/oder
– die Bildaufnahmezeit der Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung eingestellt wird und/oder
– die Anzahl der je Drehstellung aufgenommenen und durch Mittelung zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild für die jeweilige Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung eingestellt wird und/oder
– keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur, dass nach Bestimmung der Ausgangslage die Abweichungen zur Solllage ermittelt und das Werkstück entsprechend der Abweichungen mittels des Positioniersystems in Bezug auf die Achslage und/oder Winkellage in die Solllage positioniert wird, wobei die Solllage des Werkstücks für die eigentliche Messung so festgelegt wird, dass das Werkstück oder der zu messende Werkstückbereich im vom Detektor erfassten Bereich der Röntgenstrahlung angeordnet ist und
– während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt oder
– durch translatorische Relativbewegung zwischen Drehtisch und zumindest Detektor während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt.

Die grobe Bestimmung der Ausgangslage ist bei der Anwendung bzgl. der Artefaktkorrektur zumeist ausreichend, da Abweichungen bei der Einstellung der Achs- und Winkellage oft lediglich zu Fehlern zweiter Ordnung bei der nachfolgenden Anwendung der Artefaktkorrektur führen. Grob bedeutet dabei, dass die Position in Richtung der Achsen nur auf etwa die Größenordnung von einem Millimeter oder bevorzugt etwa einem Zehntelmillimeter genau ermittelt wird und die Winkellage auf etwa ein Grad oder bevorzugt etwa ein Zehntelgrad. Bei der translatorischen Relativbewegung zwischen Drehtisch und zumindest Detektor während der Drehung des Drehtisches handelt es sich um die bereits zuvor beschriebene Drehung des Werkstücks oder eines Werkstückausschnitts um eine virtuelle Drehachse.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass als zuvor festgelegten Achs- und Winkellage diejenige ausgewählt wird, bei der bzw. für die eine Artefaktkorrektur, insbesondere Strahlaufhärtungskorrektur und/oder Streustrahlungskorrektur und/oder Kegelstrahlartefaktkorrektur, aufgenommen bzw. berechnet bzw. simuliert wurde und/oder dass als zuvor festgelegten Achs- und Winkellage diejenige ausgewählt wird, bei der eine optimale computertomografische Messung erzielt wird, bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die auftretende maximale Durchstrahlungslänge minimal ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Achslage in Richtung der Y-Achse und Z-Achse mit einem Verschiebetisch und Winkellage um die Y-Achse und/oder um die Z-Achse mit einem Kipptisch eingestellt werden, wobei vorzugsweise Einstellung der Achslage in Richtung der X-Achse durch Positionieren von Drehtisch und zumindest Detektor relativ zueinander und/oder durch den Verschiebetisch erfolgt.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass Einstellung der Achslage in Richtung der Y-Achse und/oder Z-Achse zusätzlich durch Positionieren von Drehachse und zumindest Detektor relativ zueinander erfolgt.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist, wobei bevorzugt optische Sensoren Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor und/oder Streifenlichtsensor sind.
Insbesondere ist die Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird, wobei bevorzugt optische Sensoren Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor und/oder Streifenlichtsensor sind.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale – für sich und/oder in Kombination – sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Positioniereiheit auf dem Drehtisch in einer ersten und zweiten Stellung.
In den 1a und 1b ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, bei der das zwichen Röntgenquelle 201 und Detektor 202 angeordnete Werkstück 203 auf einer Werkstückauflage 207 angeordnet ist, die von einer Schwenkachse 206 ausgeht, welche wiederum über einen Verschiebetisch 205 an einem Drehtisch 204 befestigt ist. Der Drehtisch 204 weißt den feststehenden Teil 204a und den dazu um die Drehachse 204c drehbaren Teil (Drehteller) 204b auf. Am Drehteller 204b ist eine Grundplatte 205a einer Verschiebeeinheit 205 befestigt, von der die Stäbe 205c, von denen beispielhaft lediglich zwei dargestellt sind, über Kippgelenkte 205b ausgehen. Die Kippgelenkte 205b umfassen Aktoren, die die Kippung der Stäbe 205c realisieren, wie dies in der 1b dargestellt ist. Diese Kippung wird durch Ansteuerung mehrerer Aktoren um die Y- und Z-Achse durchgeführt, wodurch sich eine Bewegung der über die Drehgelenke 205d an die Stäbe 205c anschließenden Platte 205e ergibt. Von dieser Platte 205e geht der feststehende Teil 206a eines Kipptisches 206 aus, der als Schwenkachse ausgeführt ist und den um die in die Zeichenebene hinein verlaufende Achse 206b schwenkbaren Teil 206c aufweist, der mit der Werkstückauflage 207 verbunden ist. 1b zeigt eine beispielhafte zweite Stellung der Positioniereinheit 205, 206, bei der die Achslage des Werkstücks 203 in Richtung der Z-Achse und die Neigung um die zur Y-Achse parallelen Schwenkachse 206b verändert ist. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, die Neigung um eine weitere Achse, nämlich die Z-Achse einzustellen. Hierzu wird eine weitere Schwenkachse in einer Stellung 90° um die X-Achse gedreht auf der dargestellten Schwenkachse 206 angeordnet, die dann die Werkstückauflage 207 trägt. Die Anordnung der beiden Schwenkachsen 206 und des Verschiebetischs 205 ist beispielhaft und kann auch in anderer Reihenfolge realisiert werden. Nicht dargestellt ist die Bewegungsmöglichkeit des Drehtisches 204 relativ zum Detektor 202 bzw. zum Detektor 202 und der Röntgenquelle 201, wodurch die Achslage des Werkstücks 203 in Richtung der X-Achse eingestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010094774 [0008]
DE 102005039422 [0010, 0011]

Claims

Vorrichtung zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks (203), zumindest umfassend eine Computertomografie-Sensorik, umfassend – eine Röntgenquelle (201), – einen flächig ausgedehnten Röntgendetektor (202), wobei Verbindung zwischen dem die Strahlung (201a) abgebenden Brennfleck der Röntgenquelle (201) und der Mitte (202a) des Detektors (202) die Z-Achse (201b) oder in etwa die Z-Achse eines Koordinatensystems bildet und der Detektor (202) die X-Y-Ebene oder in etwa die X-Y-Ebene des Koordinatensystems aufspannt, und – eine mechanische Drehachse (Drehtisch) (204) mit einem um eine Drehachse (204c) drehbaren Teil (Drehteller) (204b), wobei die Richtung der Drehachse (204c) die X-Achse oder in etwa die X-Achse des Koordinatensystems bildet, und zumindest einer Werkstückauflage oder Werkstückhalter (207), die dem Drehteller (204b) zugeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks (203) in mehreren Drehstellungen um die Drehachse (204c) aufzunehmen und die das Werkstück (203) erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks (203) zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehteller (204b) und der Werkstückauflage bzw. dem Werkstückhalter ein Positioniersystem (205, 206) vorgesehen ist, das Mittel zur Veränderung der Position und/oder Neigung, also der translatorischen Lage (Achslage) und/oder rotatorischen Lage (Winkellage), des Werkstücks (203) aufweist, wobei das Positioniersystem einen Verschiebetisch (205) zur Veränderung der Position der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters (207) in zumindest der Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist und/oder wobei das Positioniersystem einen Kipptisch (206) zur Veränderung der Neigung der Werkstückauflage oder des Werkstückhalters (207) um zumindest die Y-Achse und/oder Z-Achse aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, die ausgebildet ist, unter Verwendung zumindest des Positioniersystems (205, 206) Achslage und/oder Winkellage des Werkstücks (203) entsprechend einer zuvor festgelegten Solllage einzustellen und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, die Ausgangslage des Werkstücks – vor dessen Messung in der Solllage – zu bestimmen (Vorabmessung), indem vorab: – eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder – eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder – eine Laminografie-Messung durchführbar ist, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Lage des Werkstücks ermittelt wird, oder – mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Lage des Werkstücks ermittelbar sind wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung (Vorabmessung) oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks (Vorabmessung) zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung in der Solllage die Steuerung ausgebildet ist, dass – die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder – die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit als bei der eigentlichen Messung erfolgt und/oder – Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung als bei der eigentlichen Messung aufgenommen werden und/oder – die Drehstellungen nur mit geringerer Genauigkeit als bei der eigentlichen Messung eingenommen werden und/oder – die Bildaufnahmezeit der Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung ist und/oder – die Anzahl der je Drehstellung aufgenommenen und durch Mittelung zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild für die jeweilige Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung ist und/oder – keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur, und dass nach Bestimmung der Ausgangslage die Abweichungen zur Solllage ermittelt und das Werkstück entsprechend der Abweichungen mittels des Positioniersystems in Bezug auf die Achslage und/oder Winkellage in die Solllage positioniert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebetisch (205) zur Einstellung der Achslage in Richtung der Y-Achse und Z-Achse mindestens drei, bevorzugt vier, in Bezug auf eine Grundplatte (205a) kippbare Stäbe (205c) aufweist, die stets nahezu parallel zueinander angeordnet sind und in ihrer Grundstellung in Richtung der X-Achse verlaufen, wobei vorzugsweise die Werkstückauflage oder der Werkstückhalter (207) an einem Ende (205d) und der Drehteller (205) am anderen Ende (205b) der Stäbe mittels jeweils eines Gelenks (205b, 205d) mit den Stäben (205c) direkt oder indirekt verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipptisch (206) eine Schwenkachse (206) zur Einstellung der Winkellage um die Y-Achse (206b) oder um die Z-Achse (201b) aufweist oder dass der Kipptisch (206) zwei Schwenkachsen zur Einstellung der Winkellage um die Y-Achse und um die Z-Achse aufweist, wobei der Kipptisch (206) vorzugsweise zwischen dem Drehteller (204b) und dem Verschiebetisch (205) oder besonders bevorzugt zwischen dem Verschiebetisch (205) und der Werkstückauflage oder dem Werkstückhalter (207) angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch (204) oder gemeinsam Röntgenquelle (201) und Detektor (202) auf einer Linearachse in Richtung der X-Achse (204c) positionierbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniersystem (205, 206) als Hexapod ausgebildet ist, und insbesondere Achslage und Winkellage jeweils in alle drei Freiheitsgraden einstellbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungsachsen bzw. Linearachsen (205) und/oder Schwenkachsen (206) des Positioniersystems (205, 206) als Messachsen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Drehtisch (204) und Detektor (202) oder Drehtisch (204) und Detektor (202) und Röntgenquelle (201) zueinander in einer, zwei oder drei der Achsen (X, Y, Z) linear verstellbar sind, wobei vorzugsweise der Drehtisch (204) in Richtung der Y-Achse und in Richtung der Z-Achse positionierbar ist, bevorzugt auf einer Kreisbahn synchronisiert mit der Drehung des Drehtischs (204) positionierbar ist, oder der Drehtisch (204) in Richtung der Z-Achse und der Detektor (202) in Richtung der Y-Achse positionierbar sind, bevorzugt so mit der Drehung des Drehtischs (204) synchronisiert, dass Relativbewegung zwischen Drehtisch (204) und Detektor (202) eine Kreisbahn ergeben.
Verfahren zur computertomografischen Messung, insbesondere dimensionellen Messung eines Werkstücks oder Werkstückbereichs unter Verwendung der Anordnung nach zumindest Anspruch 1, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor in einem Werkstückhalter oder auf einer Werkstückauflage angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) des Werkstücks oder Werkstückbereichs, eingestellt durch den Drehtisch, aufgenommen werden, wobei die das Werkstück oder den Werkstückbereich erfassenden Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensionellen Messung des Werkstücks extrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der eigentlichen computertomografischen Messung in einer Solllage des Werkstücks, mittels zumindest des Positioniersystems zuvor festgelegte Solllage bezüglich Achs- und/oder Winkellage, insbesondere Achs- und Winkellage eingestellt werden, wobei die Ausgangslage des Werkstücks zuvor bestimmt oder gemessen wird (Vorabmessung), indem vorab: – eine zusätzliche computertomografische Messung des Werkstücks durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder – eine computertomografische Messung des Werkstücks mit einer im Vergleich zur eigentlichen computertomografische Messung deutlich verringerten Anzahl von Drehstellungen, beispielsweise weniger als 100, besonders bevorzugt weniger als 50 Drehstellungen, durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder – eine Laminografie-Messung durchgeführt wird, wobei aus den rekonstruierten Volumendaten oder daraus bestimmten Oberflächenpunkten des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt wird, oder – mit einem weiteren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integrierten Sensor, wie beispielsweise Taster, taktil-optischen Sensor und/oder optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor oder Streifenlichtsensor, Oberflächenpunkte des Werkstücks oder einzelner Werkstückmerkmale und daraus die Ausgangslage des Werkstücks ermittelt werden, wobei vorzugsweise bei der vorab durchgeführten computertomografischen Messung (Vorabmessung) oder zusätzlichen computertomografischen Messung des Werkstücks (Vorabmessung) zusätzlich im Vergleich zur eigentlichen computertomografischen Messung (Solllage) – die Drehbewegung während der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder nicht gestoppt wird und/oder – die Drehbewegung mit einer höheren Geschwindigkeit als bei der eigentlichen Messung erfolgt und/oder – Durchstrahlungsbilder mit einer geringeren Detektorauflösung als bei der eigentlichen Messung aufgenommen werden und/oder – die Drehstellungen nur mit geringerer Genauigkeit als bei der eigentlichen Messung eingenommen werden und/oder – die Bildaufnahmezeit der Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung eingestellt wird und/oder – die Anzahl der je Drehstellung aufgenommenen und durch Mittelung zu einem resultierenden Durchstrahlungsbild für die jeweilige Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbilder geringer als bei der eigentlichen Messung eingestellt wird und/oder – keine Korrekturen durchgeführt werden, wie beispielsweise Hell-Dunkel-Korrektur und/oder Verzeichnungskorrektur und/oder Detektorverkippungskorrekur und/oder Driftkorrektur und/oder Bad Pixel Korrektur, dass nach Bestimmung der Ausgangslage die Abweichungen zur Solllage ermittelt und das Werkstück entsprechend der Abweichungen mittels des Positioniersystems in Bezug auf die Achslage und/oder Winkellage in die Solllage positioniert wird, wobei die Solllage des Werkstücks für die eigentliche Messung so festgelegt wird, dass das Werkstück oder der zu messende Werkstückbereich im vom Detektor erfassten Bereich der Röntgenstrahlung angeordnet ist und – während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt oder – durch translatorische Relativbewegung zwischen Drehtisch und zumindest Detektor während der Drehung des Drehtisches in diesem verbleibt, insbesondere mittig verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zuvor festgelegten Achs- und Winkellage diejenige ausgewählt wird, bei der bzw. für die eine Artefaktkorrektur, insbesondere Strahlaufhärtungskorrektur und/oder Streustrahlungskorrektur und/oder Kegelstrahlartefaktkorrektur, aufgenommen bzw. berechnet bzw. simuliert wurde und/oder dass als zuvor festgelegten Achs- und Winkellage diejenige ausgewählt wird, bei der eine optimale computertomografische Messung erzielt wird, bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die auftretende maximale Durchstrahlungslänge minimal ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Achslage in Richtung der Y-Achse und Z-Achse mit einem Verschiebetisch und Winkellage um die Y-Achse und/oder um die Z-Achse mit einem Kipptisch eingestellt werden, wobei vorzugsweise Einstellung der Achslage in Richtung der X-Achse durch Positionieren von Drehtisch und zumindest Detektor relativ zueinander und/oder durch den Verschiebetisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellung der Achslage in Richtung der Y-Achse und/oder Z-Achse zusätzlich durch Positionieren von Drehachse und zumindest Detektor relativ zueinander erfolgt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist, wobei bevorzugt optische Sensoren Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor und/oder Streifenlichtsensor sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird, wobei bevorzugt optische Sensoren Bildverarbeitungssensor, Laserabstandsensor und/oder Streifenlichtsensor sind.