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Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und bezieht sich somit auf die Untersuchung von Werkstücken.
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In vielen Gebieten der Produktion ist es unabdingbar, dass vorgegebene Spezifikationen einzelner, in einem größeren Produkt zu verbauender Werkstücke eingehalten werden. Dies erfordert, an Werkstücken Messungen und Prüfungen vorzunehmen, diese also zu untersuchen. Dies gilt auch dort, wo eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstücken, gegebenenfalls, etwa bei der Fertigung von Kleinstserien oder hochkomplexen, eine große Anzahl unterschiedlicher Elemente enthaltender Vorrichtungen, schnell untersucht werden müssen.
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Ein mögliches Untersuchungsverfahren für typische Mess- und Prüfungsaufgaben ist die Computertomographie. Computertomogramme von Werkstücken erlauben es, deren Ist-Form mit deren Soll-Form zu vergleichen und gegebenenfalls auch innere Fehler eines Werkstückes wie Lunker im Körper und dergleichen erkennen zu können. Die entsprechenden Computertomographen sind allerdings teuer, weshalb es wünschenswert ist, dort, wo Computertomographen insbesondere in der Fertigung eingesetzt werden, die für die Aufnahme eines Werkstückes erforderliche Zeit weitest möglich zu reduzieren.
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Es ist vorgeschlagen worden, Werkstücke auf einem Träger in den Untersuchungsraum industrieller Computertomographen zu verbringen. Derartige Träger können als Palettensysteme oder Palettentürme angeordnet sein, die auf einen beweglichen Tisch innerhalb des Untersuchungsraums gesetzt werden. Dabei ist es gegebenenfalls möglich, mehrere Teile nebeneinander sowie übereinander anzuordnen, gemeinsam in den industriellen Computertomographen zu bewegen und dann nacheinander innerhalb der Maschine durch die Bewegung eines Tisches, beispielsweise in der Z-Achse, Aufnahmen der einzelnen Werkstücke anzufertigen.
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Damit werden zwar Umrüst-Zeiten reduziert und es ist möglich, auch unterschiedliche Werkstücke kurz nacheinander mit einem Computertomographen zu untersuchen; allerdings muss hier sichergestellt sein, dass zu den zu untersuchenden Werkstücken nicht nur die Untersuchungsergebnisse hinreichend schnell zur Verfügung stehen, sondern auch genau genug sind und eine korrekte Zuordnung erfolgt.
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Dies ist besonders dort wichtig, wo gegebenenfalls anhand eines Meß- bzw. Prüfergebnisses die Produktionsparameter einer laufenden Produktion angepasst werden sollen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die einzelnen Paletten eines Palettenturmes sowie unterschiedliche Werkstück-Positionen auf einer Mehrfach-Palette durch geeignete Codes zu identifizieren. Dazu wurden bereits optisch auslesbare Strich- oder Matrixcodes verwendet, also z.B. Bar- bzw. QR-Codes. Auch wurden bereits per Funk auslesbare RFID-Chips und dergleichen eingesetzt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Röntgenaufnahmen und dergleichen mit Blöcken unterschiedlicher Dichte zu versehen, die gemeinsam Zeichen kodieren sollen und fotoelektrisch von Röntgenbildern auslesbar sind, vgl.
JP 0 200 3881 A .
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Weiter ist vorgeschlagen worden, eine maschinenlesbare Markierung aus einer Vielzahl übereinander angeordneter Label zu erzeugen, vergleiche
US 6 899 275 B2 . Ein komplettes Symbol kann dabei in jeder Schicht codiert oder in Fragmente aufgeteilt sein, die auf mehrere Schichten verteilt sind. Auch Auslesen der maschinenlesbaren Markierung unter anderen mittels Ultraschall- oder Röntgentechniken wird dort diskutiert.
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Aus der
EP 2 587 450 A1 ist die Verwendung von Positionier-Marken bekannt, die verwendet werden sollen, um aufgenommene Röntgen- bzw. tomographische Aufnahmen zu skalieren, zu drehen, zu entzerren und dergleichen. Es wird vorgeschlagen, Markierungen in nichtsymmetrischer Form zu verwenden, um Rotationsfehler zu verringern und klar erkennbare Gestalten in einem Bild vorzusehen. Es wird vorgeschlagen, dass ein auf die Röntgenstrahlen der entsprechenden Energie angepasstes Material in einer Größe, die an das Bildfeld angepasst ist, verwendet wird, beispielsweise in einer Größe von 100 µm bis 0,8 mm Durchmesser.
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Es ist wünschenswert, in der industriellen Fertigung robuste und fehlerfreie Prozesse gerade auch dort sicher gewährleisten zu können, wo unter hohem Zeitdruck eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte schnell und genau untersucht werden muss.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird somit zunächst ein Untersuchungsverfahren, worin ein Werkstück mit einem Identifizierungsmuster computertomographisch aufgenommen wird, wobei ein Werkstückträger-Träger mit mindestens einem Muster versehen wird, durch welches mit einer Vielzahl separierter Bereiche mit zur Umgebung kontrastierender Dichte ein Zeichen eines Identifizierungcodes codiert wird, wobei das Werkstück auf dem Träger angeordnet wird, Werkstück und Träger gemeinsam computertomographisch aufgenommen werden, die Bereiche und deren Dichten in der computertomographischen Aufnahme ermittelt werden und die Aufnahme im Ansprechen auf zumindest die Lage einer Geraden durch zwei Bereiche orientiert wird, das durch das Dichtemuster der Vielzahl der Bereiche codierte Zeichen in der Aufnahme bestimmt wird und dann die orientierte Aufnahmen im Ansprechen auf das codierte Zeichen weiter verarbeitet wird.
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Es braucht also zunächst nur ein leicht zu identifizierendes Codezeichen in der Computertomographie-Aufnahme gesucht werden, was besonders schnell erfolgen kann, weil der Werkstückträger typisch mit Flächen gebildet ist, die weitgehend normiert und in sich homogen sind, beispielsweise mit einer Grundfläche, mit welcher der Träger auf einem verfahrbaren oder sonstwie beweglichen Mess-Tisch im Computertomographen abgestellt wird. Damit sind keinerlei separate Sensoren für Träger- oder Code-Erfassung nötig und eine Zuordnung zwischen Code und computertomographischer Aufnahme ist fehlerfrei und verwechslungsfrei möglich. Zudem ist das zunächst zu betrachtende Volumen des Computertomographen recht klein und es ist aus der Aufnahme selbst heraus möglich, von vorneherein nur noch einen kleinen Bruchteil der gesamten aufgenommen Computertomographie-Voxel zu betrachten.
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Da die Dichte der Bereiche zur Umgebung kontrastiert, sind in dem kleinen, überhaupt zu untersuchenden Volumen die Bereiche besonders leicht zu identifizieren, etwa durch einen einfachen Schwellwertvergleich. Als Dichte sei vorliegend die Röntgendichte verstanden, d.h. es wird eine große Dichte angenommen, wenn das Material röntgenopak ist und eine geringe Dichte, wenn das Material sehr röntgentransparent ist.
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Nach einem ersten, sehr schnellen Schritt kann dann ohne weiteres das Dichtemuster decodiert werden und dann aufgrund des Dichtemusters automatisch die weitere Bearbeitung der Computertomographie-Aufnahme festgelegt werden. Da zugleich bereits eine Orientierung der Aufnahme erfolgt ist, kann auch die weitere Bearbeitung der orientierten Aufnahme ebenfalls besonders schnell erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch dann eine sehr viel schnellere Auswertung der Aufnahme erfolgen kann, wenn die Orientierung nur grob, d.h. ungenau ist. Die Orientierung kann durch eine einfache Umrechnung von Koordinaten erfolgen, wobei gegebenenfalls nicht einmal eine große Genauigkeit erforderlich ist.
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Mit der Auswertung kann einerseits sichergestellt werden, dass die gewählte Bearbeitung exakt jener entspricht, wie sie gemäß Identifizierungscode für ein jeweiliges spezifisches Werkstück erforderlich ist; es kann beispielsweise eine Messung des Gesamtvolumens, der Formgenauigkeit usw. unmittelbar für das richtige Werkstück begonnen werden, ohne dass dabei Fehlzuordnungen und dergleichen zu befürchten sind. Auch kann die Untersuchung der Computertomographieaufnahme alle Voxel außer Betracht lassen, in denen nicht zu erwarten ist, dass dort Teile des Werkstückes vorhanden sind. Die Untersuchung der Computertomographieaufnahme kann sich damit auf eine „Schicht“ um das Werkstück herum beschränken, wenn nur oberflächliche Messungen wie hinsichtlich der Maßhaltigkeit erforderlich sind, bzw. sie kann alle innerhalb eines entsprechenden Volumens liegenden Voxel berücksichtigen. Bei einem Werkstückträger, der selbst mit dem Identifizierungscode versehen ist, ist zudem die für industrielle Prozesse erforderliche Robustheit des Codemusters gegeben, ohne dass es besonderer Anstrengungen bedarf, weil die entsprechenden Mindestbereiche ohne weiteres im Inneres des Trägerkörpers angeordnet werden können, wo sie geschützt sind.
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Es ist zur Vereinfachung der Auswertung für das Verfahren besonders bevorzugt, wenn die codierenden Bereiche eine geometrisch einfache Form besitzen.
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Besonders bevorzugt sind dabei als Form Kugel oder Würfel. Eine Kugelform ist deshalb vorteilhaft, weil sie unabhängig von der Ausrichtung des Trägerkörpers eine einfache Bestimmung des Schwerpunktes erlaubt. Die Würfelform ist dort vorteilhaft, wo eine gut ausgerichtete Aufnahme besonders schnell untersucht werden soll. Gegebenenfalls muss nur für die Bestimmung der Würfelflächen eine Anzahl von Voxeln aus einem Speicher eingelesen werden und ein Schwellwertvergleich durchgeführt werden. Bei einer Würfelform kann das Einlesen besonders einfach gestaltet werden.
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Es ist möglich, anstelle von Würfeln lange, gestreckte Quader zu verwenden und/oder Quader aus mehreren Würfeln insbesondere variierender Dichte zusammenzusetzen, um unterschiedliche Bereiche unmittelbar nebeneinander zu definieren, die gemeinsam das Zeichen kodieren bzw. gemeinsam bei der Zeichenkodierung verwendet werden, ggf. mit anderen Bereichen, die räumlich getrennt sind.
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Derartige zusammengesetzte Quader können Bereiche unterschiedlicher Dichte, die zur Quaderumgebung kontrastieren, aufweisen oder mit ihrer Gesamtgröße ein Zeichen codieren, wobei insbesondere mehrere Elemente gleicher Dichte zur Kodierung beitragen.
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In gleicher Weise ist es möglich, unterschiedlich große Kugeln zur Kodierung zu verwenden, wobei die Kugeln zudem unterschiedliche, aber zur Umgebung kontrastierende Dichtewerte besitzen können. Es ist insbesondere möglich, bei einer mittleren Dichte der Umgebung beispielsweise des Trägerkörpers, Bereiche sowohl hohl bzw. geschäumt und somit mit geringer Dichte auszugestalten, als auch kodierende Bereiche besonders röntgenopak zu bilden.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass eine Soll-Lage der zumindest zwei Bereiche zumindest annähernd bekannt ist und darauf positioniert wird.
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Durch die initiale Suche in Sollbereichen in einem neu aufgenommenen Computertomogramm, zu dem noch keine dekodierten Muster erkannt wurden, kann die Auswertung signifikant vereinfacht werden, wenn das Untersuchungsverfahren mit einem Träger ausgeführt wird, bei welchem die Soll-Lage der kodierenden Bereiche oder Teile der kodierenden Bereiche zumindest annähernd bekannt ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn das Untersuchungsverfahren mit einem allgemein ebenen Träger durchgeführt wird und die Lage der Bereiche relativ zur Ebene bekannt ist. Beispielsweise kann in einer bevorzugten Variante vorgesehen sein, dass die Bereiche mittig innerhalb des Trägerplattenvolumens angeordnet sind. Damit beschränkt sich die initiale Suche darauf, nahe der Platte eines verschiebbaren Tisches nach einer Trägerplatte zu suchen und darin dann auf gegebener Höhe stark kontrastierende Bereiche zu erfassen. Dies ist einsichtigerweise schnell und präzise durchführbar.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass das Computertomogramm mit einer Dynamik von wenigstens drei unterscheidbaren Dichtestufen aufgenommen wird und der Code an zumindest einem Bereich nichtbinär codierte Zeichen umfasst. Es können also stark röntgenopake Bereiche vorgesehen werden, wobei sich die Röntgenopazität der Bereiche aber (untereinander oder abgesondert) erkennbar unterscheidet und/oder es können beispielsweise einerseits Hohlräume, die eine besonders geringe Röntgenopazität aufweisen, im Trägerkörper vorgesehen werden, und andererseits mit einer schaum- oder netzartigen Struktur versehene Volumina innerhalb eines ansonsten dichten Trägerkörpers für die Kodierung der Bereiche verwendet werden. Da nur eine mittlere Dichte der Bereiche erfasst werden muss, wird sich somit ein entsprechend gebildeter Bereich klar von einem vollständig leeren und von einem mit einem röntgenopaken Material versehenen Bereich oder einer Umgebung unterscheiden.
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Dies erlaubt es, Zeichen nicht bloß binär zu kodieren, was die erforderliche Anzahl von Bereichen reduziert bzw. bei gegebener Anzahl von Bereichen die Anzahl unterscheidbarer, kodierter Zeichen erhöht.
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Während es prinzipiell möglich ist, die stark kontrastierenden Bereiche an einer beliebigen Stelle zu platzieren, insbesondere dann, wenn etwa nur die kodierten Bereiche eine besonders hohe Röntgenopazität besitzen oder dergleichen, ist es allgemein bevorzugt, am Träger eine bestimmte Anzahl von normierten Bereichen vorzusehen, in denen die Dichte jeweils bestimmt wird. Damit kann die Menge insbesondere initial auszuwertender Voxel reduziert werden und damit die Zeit für die Auswertung eines Bildes signifikant verringert werden, während zugleich die Gefahr von Fehlbestimmungen reduziert wird.
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In einer besonders bevorzugten Variante wird das Untersuchungsverfahren so durchgeführt, dass der Werkstückträger mindestens eine Grundplatte umfasst und es wird zunächst nach in der Grundplatte kodierten Zeichen gesucht. Anhand eines in der Grundplatte vorhandenen Zeichens kann dann ermittelt werden, ob noch an weiteren Stellen nach kodierten Zeichen gesucht werden muss, etwa weil mehrere Ebenen vorhanden sind oder der Grundplattencode angibt, dass die Grundplatte einen an eine Werkstückkontur angepassten Träger umfasst. Ggf. können dabei Hinweise auf die weiteren Stellen gegeben werden, an denen nach einem Code zu suchen ist, z.B. an bestimmten Säulenpositionen oder in einer gegebenen Höhe innerhalb eines konturierten Werkstückträgers.
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In einer besonders bevorzugten Variante wird bei dem Untersuchungsverfahren untersucht, wo innerhalb des Bereiches der Schwerpunkt liegt, d.h. beispielsweise, dass die Kontrastkanten zur Umgebung ermittelt werden und dann für das innerhalb dieser Kontrastkanten liegende Volumen der Schwerpunkt bestimmt wird. Dabei kann die Röntgenopazität der einzelnen Voxel berücksichtigt werden; dies ist aber ggf. nicht zwingend erforderlich. Werden die an einzelnen Voxeln erhaltenen Dichtewerte nicht berücksichtigt, ergibt sich ein rein geometrisch zwischen den Kontrastkanten liegender Schwerpunkt.
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Es ist möglich, im Ansprechen auf ein erfasstes Muster bzw. das entsprechende dekodierte Zeichen in einer Datenbank nach einem entsprechenden Datenverarbeitungsverfahren zu suchen und dann die computertomographische Aufnahme entsprechend dem jeweiligen ermittelten und aus der Datenbank abgerufenen Datenverarbeitungsverfahren weiter zu verarbeiten. So kann beispielsweise der Vergleich mit einem bestimmten Werkstück, beispielsweise entweder einem Zylinderkolben, einer Pleuelstange oder einem Motorblock vorgeschrieben werden, und es können die jeweiligen Sollabmessungen und Konturen für den Vergleich abgerufen werden.
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Da die Aufnahme gemäß der Erfindung ausgerichtet wird, kann dann auch ermittelt werden, wo (ungefähr) der Vergleichskörper liegen wird, sodass der Soll-Ist-Vergleich mit einem identifizierten Soll-Werkstück besonders schnell erfolgen kann.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass der Träger normierte Bereiche besitzt, in denen die Dichte bestimmt wird.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass der Werkstückträger mindestens eine Grundplatte umfasst und im Ansprechen auf ein in der Grundplatte codiertes Zeichen bestimmt wird, ob mehrere Ebenen vorhanden sind und/oder, ob an Stellen nach Dichtevariationen gesucht wird, an welchen in Palettentürmen Säulen zwischen Palettenebenen vorgesehen sind.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass in den Bereichen die Lage des Schwerpunktes bestimmt und zur Orientierung herangezogen wird.
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Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn bei einem Untersuchungsverfahren vorgesehen ist, dass im Ansprechen auf das decodierte Zeichen in einer Datenbank ein Datenverarbeitungsverfahren einer Reihe von möglichen Datenverarbeitungsverfahren ermittelt wird und die entsprechende computertomographische Aufnahme entsprechend der ausgewählten Datenverarbeitungsvorschrift weiterverarbeitet wird, wobei bevorzugt die Datenverarbeitungsvorschrift auch die Bestimmung von Volumina des Computertomographen für die Untersuchung umfasst.
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Schutz wird auch beansprucht für einen Träger für computertomographisch zu untersuchende Werkstücke mit einem Trägerkörper und einem Muster aus einer Vielzahl von Bereichen, welches eindeutig ein Identifizierungssymbol codiert, wobei die Vielzahl von Bereichen voneinander separierte Volumina am Trägerkörper umfassen, wobei die über die Volumina gemittelten Dichtewerte so gewählt sind, dass sie das Muster bilden, welches eindeutig das Identifizierungssymbol codiert, und wobei wenigstens zwei ausgewählte Bereiche der Vielzahl von Bereichen zumindest so weit voneinander beabstandet oder ausgedehnt sind, dass alle durch mindestens je 1 Voxel beider Bereiche gelegten Geraden sich in einem Winkel von nicht mehr als 10 Grad, bevorzugt 5°, besonders bevorzugt 1° schneiden und/oder eine Gerade durch den Schwerpunkt der Bereiche relativ zum Träger mit einer Genauigkeit besser 5°, bevorzugt 1° festliegt, und diese Bereiche mittlere computertomographische Dichtewerte aufweisen, die zur computertomographisch bestimmten Dichte ihrer Trägerkörperumgebung kontrastieren.
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Nach dem Vorstehenden wird einzuschätzen sein, dass mit einem solchen Träger besonders leicht ein Untersuchungsverfahren durchgeführt werden kann, das für die schnelle Untersuchung einer Vielzahl auch wechselnder Werkstücke mittels Computertomographie geeignet ist.
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Bei einem Träger ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn vorgesehen ist, dass wenigstens drei ausgewählte Bereiche der Vielzahl von Bereichen mittlere computertomographische Dichtewerte aufweisen, die zur computertomographisch bestimmten Dichte des angrenzenden Trägerkörpers kontrastieren und so angeordnet sind, dass einer dieser drei Bereiche nicht auf einer Geraden durch die anderen beiden der drei Bereiche liegt, wobei bevorzugt die Voluminaschwerpunkte der drei Bereiche ein Dreieck aufspannen, in welchem jeder Winkel mindestens 15° beträgt, besonders bevorzugt mindestens 30°.
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Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil damit die Bereiche klarer getrennt sind und sich im Regelfall über größere Abstände voneinander entfernt am Träger befinden, was für die Messgenauigkeit vorteilhaft ist. Die Ausrichtung kann genauer erfolgen.
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Die Volumina können innerhalb des Trägerkörpervolumens vollständig fest umschlossen sein oder partiell fest umschlossen sein. Das vollständige Umschließen im Trägerkörpermaterial trägt zu einer besonders großen Robustheit bei. Wenn Volumina nur partiell umschlossen sind, beispielsweise, weil sie in Vertiefungen der Trägerkörperoberfläche aufgenommen sind, kann eine schnelle Bestückung und Änderung der Codezeichen erreicht werden. Dies kann ebenfalls Vorteile haben, insbesondere dort, wo längere Codes verwendet werden sollen und ein Träger jeweils mit einem solchen Code manuell versehen werden soll.
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Aus dem vorstehenden wird ersichtlich sein, dass die beschriebenen Untersuchungsverfahren besonders dort anwendbar sind, wo der Trägerkörper eine ebene Fläche aufweist wie eine Palette oder eine Grundplatte. Der Träger wird daher bevorzugt zumindest eine Palette als Trägerkörper umfassen, wobei die Bereiche typisch nahe oder auf der Mitte der Dicke der Grundfläche angeordnet sein werden.
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Dort, wo mehrere kleine Werkstücke kurz nacheinander untersucht werden sollen, kann es vorteilhaft sein, diese auf einen Palettenturm oder dergleichen anzuordnen und mit diesem gemeinsam in den Messraum eines Computertomographen einzubringen. Dort, wo möglicherweise derartige Palettentürme verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, die Anzahl der Ebenen zu kodieren bzw., etwa ausgehend von der Grundebene zu kodieren, ob eine weitere Ebene vorhanden ist. Dies kann bei einem Palettenturm innerhalb der einzelnen Ebenen der Fall sein und/oder durch Anordnen von Bereichen in Säulen.
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Damit kann zunächst durch ein geeignetes Codezeichen jeweils festgelegt werden, ob weitere Zeichen vorhanden sind, ggf. wo nach diesen zu suchen ist, und erst dann die eigentliche Werkstückuntersuchung anhand der (reduzierten Anzahl zu berücksichtigender) Voxel vorgenommen werden.
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Wenn ein voluminöser, nichtflacher Körper für den Träger verwendet wird, der etwa an eine Werkstückkontur angepasst ist, wird es vorteilhaft sein, dass die zum Muster gehörenden Bereiche weder colinear noch coplanar angeordnet sind und ein aufzulegendes Werkstück codieren. Damit kann einerseits eine Ausrichtung des Computertomogrammes sowohl durch Drehen, Schwenken und Neigen als auch durch translative Bewegung erfolgen wie auch eine Auswahl der tatsächlich zu berücksichtigenden Voxel in einem großen aufgenommenen Computertomogramm.
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In einer besonders bevorzugten Variante kann der gesamte Träger bzw. Trägerkörper oder ein Teil davon mittels 3D-Druck hergestellt sein. Bei einem 3-dimensionalen Druck können besonders röntgenopake Bereiche durch Veränderung der drucktechnischen Parameter erzeugt werden, durch Einbringen von besonderem Material und/oder es können Bereiche freigelassen werden. Damit ist es ohne weiteres schnell möglich, ohne besonderen Aufwand einen Träger mit einem kodierenden Muster zu schaffen.
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Die Volumina der Bereiche innerhalb des Trägers, mit welchen kodiert wird, werden bevorzugt mindestens 5×5×5 Voxel umfassen. In einer besonders bevorzugten Variante werden die Volumina noch größer sein. Eine hinreichende Anzahl an Voxeln je Bereich sorgt dafür, dass sich dort, wo an den Voluminaflächen Voxel nur partiell mit dem kontrastierenden Material gefüllt sind, Kanten- bzw. Grenzflächeneffekte weniger stark auswirken.
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Bei einem Träger ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn vorgesehen ist, dass die Volumina aller ausgewählten Bereichen zumindest partiell fest innerhalb des Trägerkörpervolumens umschlossen sind, bevorzugt vollständig umschlossen sind.
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Bei einem Träger ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn vorgesehen ist, dass er zumindest eine Palette als Trägerkörper umfasst, bevorzugt zumindest eine Palette mit nahe oder auf der Mitte der Dicke ihrer Grundfläche angeordneten Bereichen.
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Es kann vorteilhaft und bevorzugt sein, wenn der Träger zumindest einen Palettenturm mit zumindest einer Palette als Trägerkörper umfasst, wobei bevorzugt jede Palette des Turmes durch das Muster zumindest dahingehend codiert ist, ob eine weitere Ebene vorhanden ist und/oder wobei der Trägerkörper Säulen umfasst, die mit zu dem oder einem Muster gehörenden Bereichen versehen sind.
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Es kann auch vorteilhaft und bevorzugt sein, wenn der Träger einen Körper umfasst, der an eine Werkstückkontur angepasst ist, bevorzugt einen an eine Werkstückkontur angepassten Körper, in welchem die zum Muster gehörenden Bereiche ein aufzulegendes Werkstück codieren und weder colinear noch coplanar angeordnet sind. Es ist vorteilhaft und bevorzugt, wenn zumindest der Teil des Trägerkörpers, welcher mit dem Muster aus einer Vielzahl von Bereichen versehen ist, durch einen dreidimensionalen Druck hergestellt ist, bevorzugt einem dreidimensionalen Druck, in welchem die Bereiche freigelassen sind und/ oder welcher schaumartige Hohlräume besitzt, und/oder in welchem die Dichte durch Einfügung von Drittkörpern und/oder drucktechnisch erhöht sind, insbesondere durch Veränderungen der Druckparameter und/oder mit Material.
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Als erfinderisch sei unter anderem auch ein Träger für computertomographisch zu untersuchende Werkstücke mit einem Trägerkörper und einer Vielzahl von Bereichen offenbart, die an über den Trägerkörper verteilten, voneinander beabstandeten Positionen fest angeordnet sind, wobei wenigstens drei Bereiche der Vielzahl von Bereichen mittlere computertomographische Dichtewerte aufweisen, die zur computertomographisch bestimmten Dichte des sie umgebenden Trägerkörpers kontrastieren und so angeordnet sind, dass einer dieser drei Bereiche nicht auf einer Geraden durch die anderen beiden der drei Bereiche liegt, wobei die Bereiche gemittelte Dichtewerte aufweisen, die in einem Muster angeordnet sind und gemeinsam eindeutig ein Identifizierungssymbol codieren.
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Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durch:
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1 ein Träger für computertomographisch zu untersuchende Werkstücke;
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2 ein Schnitt durch eine erste Trägerplatte für einen Träger nach 1;
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3 ein alternativer Träger;
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4 ein Beispiel für ein Dichtehistogramm durch zwei Bereiche 4a 4b eines Trägerkörpers 3.
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Nach 1 ist ein allgemein mit 1 bezeichneter Träger für computertomographisch zu untersuchende Werkstücke 2I, 2II mit einem Trägerkörper 3 und einem Muster aus einer Vielzahl von Bereichen 4a, 4b, 4c versehen, die Volumina am Trägerkörper umfassen, wobei die über die Volumina gemittelten Dichtewerte so gewählt sind, dass sie ein Muster bilden, welches zugleich eindeutig ein Identifizierungssymbol kodiert, wobei wenigstens zwei ausgewählte Bereiche 4a, 4b vgl. 2, soweit voneinander beabstandet und so ausgedehnt sind, dass alle durch Voxel beider Bereiche gelegten Geraden, vgl. z.B. g1 und g2, sich in einem Winkel von nicht mehr als 10° schneiden und/oder eine Gerade durch den Schwerpunkt, dargestellt durch den Schwerpunkt 4cs für den Bereich 4c und den Schwerpunkt 4as für den Bereich 4a relativ zum Träger mit einer Genauigkeit besser 5°, bevorzugt 1° festliegt, wobei sie mittlere computertmographische Dichtewerte aufweisen, die zur computertomographisch bestimmten Dichte ihrer Trägerkörper-Umgebung kontrastieren.
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Der Träger 1 dient im vorliegenden Verfahren dazu, mehrere Werkstücke 2I, 2II in den Messraum 5 eines Computertomographen zu bringen, in welchem der Träger 3 auf einem Messtisch 6 angeordnet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messtisch mit Passelementen 6a, 6b versehen, welche mit komplementär geformten Konturen 3a, 3b in der Trägerkörpergrundplatte 3c des Trägerkörpers 3 zusammenwirken, sodass ein Trägerkörper stets an gleicher Stelle auf den Messtisch gesetzt werden kann. Der Messtisch ist drehbar um eine Achse 6c und wie erforderlich ansonsten beweglich, um im Messraum befindliche Gegenstände computertomographisch zu erfassen.
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Die Grundplatte ist durch ein 3D-Druckverfahren aus Kunststoff gefertigt und besitzt eine geringe Röntgendichte. Darin eingearbeitet sind die Bereiche 4a, 4b, 4c aus Material höherer Röntgendichte. Diese sind durch Miteinbringen unterschiedlichen Materials in das Volumen des Trägerkörpers 3 beim 3-D-Drucken gebildet. An den Stellen der Bereiche 4a, 4b, 4c ist die Röntgendichte dabei deutlich höher, wie entlang einer Linie L in 4 anhand des röntgenoptischen Dichteverlaufs angedeutet. Dabei ist zu erkennen, dass die Röntgendichte des Grundkörpers 3 nur geringfügig höher als jene der umgebenden Luft ist, vgl. ρ im Vergleich zu ρ0, dass aber bei den Bereichen 4a bzw. 4b die Röntgendichte auf einen Wert ρ2 ansteigt, der ein mehrfaches des Wertes von ρ1 betrifft. Während im dargestellten Ausführungsbeispiel die Dichte innerhalb der Bereiche 4a, 4b homogen ist, muss dies nicht zwingend der Fall sein und es ist auch möglich, Bereiche unterschiedlicher Dichte, die gleichwohl gegen die Dichte der Umgebung ρ1 kontrastieren, vorzusehen. Neben den vorliegend in einem gleichseitigen Dreieck angeordneten Musterpunkten 4a, 4b, 4c sind nahe des Schwerpunktes dieses Dreieckes weitere Bereiche 4d1, 4d2, 4d3 vorgesehen, die hier ein Zeichen gemeinsam mit den Bereichen 4a, 4b, 4c kodieren. In der Trägerkörpergrundplatte 3c sind weiter Befestigungspunkte 3d1, 3d2, 3d3 für Säulen 7a, 7b, 7c vorgesehen, die eine zweite Platte 3e, die ebenfalls zum Träger 3 gehört, tragen. Auch in den Säulen 7a, 7b, 7c sind Bereiche eingearbeitet, vgl. 7a1, 7a2, 7b1 7b2, 7c1 7c2, die gemeinsam Information kodieren und an festgelegter Höhe innerhalb der Säulen und in deren Volumen liegen.
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Auf dem unteren Trägerkörper 3c ist ein Werkstückträger 8 vorgesehen, der auf einer Sollposition 3c1 fixiert ist, vgl. 2, und in seinem Inneren einen Bereich mit zum umgebenden Träger kontrastierender Röntgendichte 8a an vordefinierter Stelle aufweist, wobei deren Röntgendichte so gewählt ist, dass anhand der Röntgendichte das Werkstück 2I, welches auf der komplementär dazu konturierten Oberfläche 8b des Trägers 8 aufgelagert ist, identifizierbar ist. Die Röntgendichte in Trägern für unterschiedliche Werkstücke ist also für unterschiedliche Werkstücke versehen.
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Die Bereiche 7a1, 7a2, 7b1, 7b2, 7c1, 7c2 kodieren die Länge der Säulen 7a, 7b, 7c.
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Auf dem Träger 3e ist ein Trägerkörper 9 mit einem Bereich kontrastierender Röntgendichte 9a vorgesehen, um zu kodieren, welches Werkstück 2II auf der konturierten Fläche 9b des Trägerkörpers 9 angeordnet wird.
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Der Computertomograph ist dazu ausgebildet, alle in den Bereich 5 bringbaren Werkstücke vollständig ausmessen zu können, wozu der Messtisch 6 entsprechend bewegt werden kann. Bei der Messung werden eine Vielzahl von Voxeln aufgenommen, vergleichbar den Pixeln eines zweidimensionalen Bildes.
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Eine Alternative zu einem in einen Körper wie einen Trägerkörper eingearbeiteten Muster aus Bereichen kontrastierender röntgenoptischer Dichte ist in 3 dargestellt. Dort ist ein Trägerkörper 3‘ mit einem Bereich 10 versehen, der auf dem Trägerkörper unmittelbar angeordnet ist und aus einer Vielzahl unterschiedlicher, unterschiedlich röntgenopaker Materialblöcke zusammengesetzt ist. Dies erlaubt es, ohne vorherigen dreidimensionalen Druck von Trägerkörpern ad hoc erkennbare Träger zu definieren, wobei diese festgelegte Bereiche aufweisen können.
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Aus dem vorstehenden wird einzuschätzen sein, dass die am Trägerkörper vorgesehenen Muster in der Lage sind, ein Zeichen aus einer Mehrzahl vordefinierter Zeichen zu kodieren und das eine Dekodierung der Muster erfordert, die Dichten, d.h. die Röntgendichten der einzelnen Bereiche zu bestimmen. Bei Mustern wie jenem des gleichschenkligen Dreiecks 4a, 4b, 4c ist es zumindest dann vorteilhaft, die Dekodierung unabhängig davon zu machen, wie der Träger ausgerichtet ist, wenn etwa zwei der Bereiche 4a, 4b, 4c eine Dichte ρ2 in 4 aufweisen und einer der Bereiche eine Dichte ρ3 aufweist, so ist es bevorzugt, wenn ein Code ρ2, ρ2, ρ3 das gleiche Zeichen kodiert wie ein Code ρ3, ρ2, ρ2 oder ρ2, ρ3, ρ2. Wichtig ist dabei lediglich, zu erkennen, dass die optischen Dichten ρ2 und ρ3 sich voneinander unterscheiden, sowie dass sie sich von der Umgebung mit der Richte ρ1 unterscheiden.
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Es ist weiter in dieser Datenbank (nicht dargestellt), in welcher den Dichten die verschiedenen Zeichen zugeordnet sind, vermerkt, welche weitere Bearbeitung einer computertomographischen Aufnahme erfolgen soll. So kodiere vorliegend im Beispiel das Muster in der Trägerkörpergrundplatte 3c, dass ein Trägerkörper 8 auf der Trägerkörpergrundplatte angeordnet ist und dass die Trägerkörpergrundplatte 3c drei Säulen trägt. Das Muster in den Säulen 7a, 7b, 7c kodiere, wie lang die Säulen sind; mit dem Bereich 8a sei kodiert, dass ein Werkstück 2I zu untersuchen ist, und das Muster in der Platte 3e kodiere, dass keine weiteren Säulen vorhanden sind und ein Trägerkörper 9 für ein Werkstück vorgesehen ist. Das Muster im Bereich 9a kodiere, dass ein Werkstück 2II zu untersuchen ist. Es soll darauf hingewiesen, dass die Bereiche 9a und 8a in Trägerkörpern aus einer Vielzahl nebeneinander liegender, variierender Bereiche mit variierender, aber zur Umgebung kontrastierender Dichte gebildet sein können. Es sei darauf hingewiesen, dass auf die entsprechende Datenbank mit einer Computertomogramm-Auswerteeinheit, etwa einem Computer, zugegriffen werden kann. Die Zuordnung zwischen Muster und Bedeutung der Codierung kann über Zeichen geschehen, wie “1“, “2“, “3“ usw. Als patentgemäßes Zeichen wird aber auch der unmittelbare Verweis auf eine bzw. in einer Datenbank verstanden.
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Mit der Anordnung werden Werkstücke untersucht wie folgt:
Zunächst wird der Palettenturm aus einer Trägerkörpergrundplatte 3c und 3c mit den Säulen 7a, 7b, 7c aufgebaut. Dann werden die Trägerkörper 8 bzw. 9 auf ihre vorgegebenen Stellen auf den Grundplatten 3c bzw. 3e gesetzt. Nun können zu untersuchende Werkstücke 2I und 2II auf die jeweilige Kontur und somit ausgerichtet gelegt werden. Die Palette mit den beiden Werkstücken wird, entsprechend der Konturpaare 6a/3a bzw. 6b/3b in Soll-Position auf den Messtisch 6 gesetzt und es wird mit einer Messung begonnen. In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sei der Messraum vollständig durchmessen, d.h. die Röntgendichte jedes erreichbaren Voxels sei erfasst. Es wird also ein das Gesamtvolumen des Messraumes erfassendes Computertomogramm erstellt, und zwar mit Grauwerten, die der Röntgendichte an einem gegebenen Voxel entsprechen.
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Zur Untersuchung der Werkstücke 2I und 2II solle nun überprüft werden, ob die Werkstücke maßhaltig sind, d.h. einer bestimmten Soll-Kontur entsprechen. Anhand dieser Untersuchung sollen Herstellungsverfahren im laufenden Betrieb möglichst schnell angepasst werden, falls Maßabweichungen beobachtet werden. Dazu wird vorgegangen wie folgt:
Es wird zunächst in den Ebenen a, b, c, vgl. 1 dicht oberhalb der niedrigsten Position des Messtisches die Röntgendichten parallel zum Messtisch bestimmt. Da in mehreren, etwas auseinander liegenden Ebenen die Röntgendichte bestimmt wird, brauchen die Messkörper und die Trägerkörper nicht exakt mit absoluter Präzision gefertigt sein, um das Muster aus den Bereichen 4a, 4b, 4c zu finden.
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In den Ebenen a, b, c wird dabei nach den Bereichen 4a, 4b, 4c gesucht. Da der Grundkörper 3 grob zum Messtisch 6 ausgerichtet ist und dank der Paare 6b/3b 6a/3a, braucht nicht die gesamte Ebene durchsucht werden, sondern es reicht, in einem bestimmten Bereich, angedeutet in 2 durch strichpunktierte Linien 4aI, 4bI, 4cI, zu suchen. Nachdem dort größere Bereichen mit den Werten rho2 bzw. rho3 gefunden wurden und da es aufgrund der Größe der Bereiche ausgeschlossen werden kann, dass durch einzelne Voxel zu starkes Rauschen zeigen, sondern vielmehr von einem deutlichen Muster ausgegangen werden kann, kann anhand der Dichten ρ2 und ρ3 an den Stellen 4a, 4b, 4c durch Rückgriff auf einen entsprechenden Datenbankeintrag festgestellt werden, dass als nächster Untersuchungsschritt eine Suche in einer Ebene d erfolgen soll, um festzustellen, welcher Werkstückträger auf der Grundplatte 3 vorgesehen ist. Durch Identifikation des Musters im Bereich 8a kann festgestellt werden, dass als nächstes ein Muster im Bereich 2I-VOL untersucht werden soll.
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Die Aufnahme kann dann so ausgerichtet werden, dass die drei Geraden, die durch Paare der Schwerpunkte 4as, 4bs, 4cs laufen, eine feste Raumlage relativ zum Messraum einnehmen. Die Aufnahme wird also gemäß dem Muster aus den Punkten 4a, 4b, 4c orientiert, genauer im Ansprechen auf deren Lage im Computertomogramm. Es können dann noch die Musterpunkte 4d1, 4d2, 4d3 weiter ausgewertet werden.
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Aufgrund der Ausrichtung liegt das Volumen 2IVOL dann exakt fest.
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Es kann danach in den Ebenen e und f eine Suche in den Bereichen 7a1, 7a2, 7b1, 7b2 und 7c1, 7c2 erfolgen, über welche kodiert ist, wie lang die Säulen 7a, 7b, 7c sind, d.h. wo die Platte 3e relativ zur unteren Trägerplatte und somit relativ zum Messtisch liegt, und ob weitere Etagen im Trägerkörperpalettenturm folgen. Entsprechend dem Muster aus den Bereichen 7a1 bis 7c2 wird dann auf einer Höhe g gesucht, um die dortigen Bereiche zu identifizieren, die anzeigen, dass ein Trägerkörper 9 vorgesehen ist und andeuten, in welchen Bereich das Muster 9a zu finden ist, sodass bloß in 2 Ebenen h und j nach dem Bereich 9a gesucht werden muss. Das Muster im Bereich 9a dekodiert ein Symbol, welches andeutet, dass in einer Datenbank nach einem Verfahren zur Untersuchung eines Werkstückes 2II gesucht werden soll, wobei das entsprechende Untersuchungsverfahren andeutet, welche Voxel 2II zu untersuchen sind, um die Kontur des Werkstückes 2II auf Maßhaltigkeit durch Vergleich mit einer Sollkontur zu bestimmen.
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Durch die Betrachtung einiger weniger Ebenen und eine (im Regelfall ebenfalls einzelne) Ausrichtung kann somit das zu untersuchende Gesamtvolumen des Messraumes für die untersuchende Betrachtung zweier Werkstücke reduziert werden auf zwei kleine Volumina 2IVol und 2IIVOL, in denen überdies die Ist-Lage eines jeweiligen Werkstückes zumindest grob bekannt ist und wobei überdies exakt aus dem Tomogramm selbst erkennbar ist, welche Werkstücke zu untersuchen sind, und zwar anhand der kodierten Zeichen bzw. Symbole bzw. der dekodierbaren Muster. Die Untersuchung der Werkstücke auf Maßhaltigkeit muss jetzt nur noch in einem jeweils kleinen Volumen nach Dichtesprüngen suchen und kann ggf. in diesem kleinen Volumen weitere Korrekturen wie beispielsweise kleinere Fehlpositionierungen, kleinere Winkelfehler usw. leicht bewirken, um ein präzises Messergebnis bereitzustellen.
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Das gesamte Untersuchungsverfahren kann so, nachdem die für bestimmte Werkstücke erforderlichen Definitionen vorgegeben worden sind, automatisch erfolgen, ohne dass Fehler durch falsche Bezeichnungen von Werkstücken auftreten und dergleichen. Die Auswertung ist so schnell, dass innerhalb des laufenden Betriebs schnell Aussagen über Maßhaltigkeit erhalten werden können, ohne dass extensive Berechnungen notwendig werden. Auch dort, wo aufgrund rauer Arbeitsbedienungen eine hohe Abnutzung der Träger und dergleichen, deren Verschmutzung usw. zu erwarten sind, wird die Erkennung der zu untersuchenden Werkstücke ohne Weiteres sicher möglich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 02003881 A [0008]
- US 6899275 B2 [0009]
- EP 2587450 A1 [0010]
