DE102017110339A1

DE102017110339A1 - Computer-implemented method for measuring an object from a digital representation of the object

Info

Publication number: DE102017110339A1
Application number: DE102017110339.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Günther; Christof Reinhart; Christoph Poliwoda
Original assignee: Volume Graphics GmbH
Current assignee: Volume Graphics GmbH
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-11-15
Also published as: WO2018206225A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zur Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts, wobei die Objektdarstellung eine Vielzahl von Bildinformation des Objekts aufweist. Eine Bildinformation zeigt einen Wert einer Messgröße für das Objekt an einer definierten Position des Objekts an. Das Verfahren weist dabei das Ermitteln der Objektdarstellung, das Ermitteln eines Distanzfeldes aus den Bildinformationen der Objektdarstellung, wobei das Distanzfeld eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Datenpunkten (104) aufweist, wobei das Distanzfeld den Datenpunkten (104) jeweils wenigstens einen Distanzwert zuordnet, wobei der Distanzwert jeweils den kürzesten Abstand des Datenpunkts (104) zu einer nächstgelegenen Materialgrenzfläche (102) des Objekts angibt, das Ermitteln einer Soll-Geometrie (108) des Objekts, das Einpassen der ermittelten Soll-Geometrie (108) in das Distanzfeld durch Anwendung eines Fit-Verfahrens, und das Ermitteln der Abmessungen des Objekts anhand der eingepassten Soll-Geometrie (108) auf.

The invention relates to a computer-implemented method for measuring an object from a digital representation of the object, wherein the object representation has a plurality of image information of the object. Image information indicates a value of a measure for the object at a defined position of the object. In this case, the method comprises determining the object representation, determining a distance field from the image information of the object representation, the distance field having a multiplicity of data points (104) arranged in a raster, wherein the distance field assigns at least one distance value to the data points (104) the distance value respectively indicates the shortest distance of the data point (104) to a nearest material interface (102) of the object, the determination of a target geometry (108) of the object, the fitting of the determined target geometry (108) into the distance field by application of a Fit method, and determining the dimensions of the object based on the fitted target geometry (108).

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts gemäß Anspruch 1 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13.The invention relates to a computer-implemented method for measuring an object from a digital representation of the object according to claim 1 and to a computer program product according to claim 13.

Die Vermessung von Objekten, wie beispielsweise Werkstücken aus digitalen Darstellungen der Werkstücke, ist ein im Stand der Technik bekanntes und viel behandeltes Thema. Insbesondere im Bereich der nicht-destruktiven Werkstückprüfung, beispielsweise durch Computertomografie oder Magnetresonanztomografie, besteht häufig die Kernaufgabe darin, aus den im Zuge einer Messung erzeugten Abbildung eines Objekts die genaue Geometrie und die Abmessungen des Objekts abzuleiten. Üblicherweise werden beispielsweise durch eine computertomografische Untersuchung Bilder in Form von Grauwerten erzeugt, wobei in einer dreidimensionalen Darstellung des Objekts einzelnen Voxeln (dreidimensionale Pixel, Volumenpixel) Grauwerte zugeordnet sind. Die Grauwerte sind dabei repräsentativ für die Röntgendichte des untersuchten Objekts an der Position eines Voxels. Aufgrund einer Vielzahl technischer Einflüsse werden in der Regel an sich harte Materialgrenzflächen, an denen beispielsweise ein massiver Metallkörper gegenüber der Umgebungsluft abgegrenzt ist, nicht als sauber definierte Kante in einem Messbild abgebildet. Vielmehr ist in der Regel aufgrund messtechnischer und elektrotechnischer Prozesse ein Verschwimmen der Grauwerte zu beobachten, sodass die exakte Kantenposition zunächst nicht mehr erkennbar ist.The measurement of objects, such as workpieces from digital representations of the workpieces, is a well-known and much-discussed topic in the art. Especially in the field of non-destructive workpiece inspection, for example by computed tomography or magnetic resonance tomography, often the core task is to derive from the generated in the course of a measurement image of an object, the exact geometry and dimensions of the object. Usually, for example, a computed tomographic examination generates images in the form of gray values, gray values being assigned to individual voxels (three-dimensional pixels, volume pixels) in a three-dimensional representation of the object. The gray values are representative of the radiopacity of the examined object at the position of a voxel. Due to a large number of technical influences, hard material interfaces, on which, for example, a solid metal body is delimited from the ambient air, are generally not depicted as a cleanly defined edge in a measurement image. Rather, due to metrological and electro-technical processes, a blurring of the gray values is generally observed, so that the exact edge position is initially no longer recognizable.

Um dennoch eine Vermessung von Objekten aus solchen Aufnahmen zu ermöglichen, sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, mit denen die Kantenposition aus den Grauwertinformationen einer Abbildung ermittelt werden kann. Ausgehend von den so ermittelten Kantenpositionen, welche üblicherweise durch Interpolationsverfahren angenähert werden, kann dann ein Vergleich der Geometrie des dargestellten Objekts mit einer Referenzgeometrie erfolgen, aus der wiederum die Abmessungen des dargestellten Objekts ermittelt werden können. Hierdurch kann ein Vergleich erfolgen, ob die Geometrie eines abgebildeten Werkstücks der ursprünglich beabsichtigten Geometrie des Werkstücks entspricht.Nevertheless, in order to enable a measurement of objects from such recordings, various methods are known in the prior art with which the edge position can be determined from the gray value information of a picture. Starting from the edge positions determined in this way, which are usually approximated by interpolation methods, a comparison of the geometry of the object represented with a reference geometry can then be carried out, from which in turn the dimensions of the object shown can be determined. This makes it possible to compare whether the geometry of an imaged workpiece corresponds to the originally intended geometry of the workpiece.

Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, ist jedoch im Stand der Technik die dem Einpassen einer Referenzgeometrie zugrundeliegende Materialgrenzfläche, welche beispielsweise aus den verschwommenen Grauwerten einer computertomografischen Abbildung abgeleitet wurde, nicht ausreichend genau, um eine präzise Vermessung von Werkstücken zu gewährleisten.However, as previously stated, in the prior art, the material interface underlying the fitting of a reference geometry, derived, for example, from the blurred gray levels of computer tomographic imaging, is not sufficiently accurate to ensure accurate measurement of workpieces.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.In contrast, the present invention has for its object to provide an improved method for measuring an object from a digital representation of the object, which overcomes the aforementioned disadvantages of the prior art.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie in Anspruch 13 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12.Main features of the invention are specified in the characterizing part of claim 1 and in claim 13. Embodiments are the subject of claims 2 to 12.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts. Die Objektdarstellung weist eine Vielzahl von Bildinformationen des Objekts auf, wobei eine Bildinformation einen Wert einer Messgröße für das Objekt an einer definierten Position des Objekts anzeigt. Das Verfahren weist dabei die nachfolgenden Schritte auf.In a first aspect, the invention relates to a computer-implemented method for measuring an object from a digital representation of the object. The object representation has a plurality of image information of the object, wherein image information indicates a value of a measured variable for the object at a defined position of the object. The method has the following steps.

Zunächst wird die Objektdarstellung ermittelt. Aus dieser Objektdarstellung bzw. den Bildinformationen der Objektdarstellung wird dann ein Distanzfeld ermittelt, wobei das Distanzfeld eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Datenpunkten aufweist, denen das Distanzfeld jeweils wenigstens ein Distanzwert zuordnet. Der Distanzwert gibt dabei jeweils den kürzesten Abstand des Datenpunktes zu einer nächstgelegenen Materialgrenzfläche des Objekts an. Anschließend wird eine Soll-Geometrie des Objekts ermittelt und die ermittelte Soll-Geometrie wird in das Distanzfeld durch Anwendung eines Fit-Verfahrens eingepasst. Anhand der eingepassten Soll-Geometrie werden dann die Abmessungen des Objekts ermittelt.First, the object representation is determined. From this object representation or the image information of the object representation, a distance field is then determined, the distance field having a multiplicity of data points arranged in a raster, to which the distance field in each case assigns at least one distance value. The distance value indicates in each case the shortest distance of the data point to a nearest material interface of the object. Subsequently, a target geometry of the object is determined and the determined target geometry is fitted into the distance field by using a fit method. Based on the adjusted target geometry, the dimensions of the object are then determined.

Das beschriebene Verfahren hat unter der Annahme, dass das Distanzfeld die Materialgrenzflächen des dargestellten Objekts mit der, im Rahmen des zur Bestimmung der Objektdarstellung verwendeten Messverfahren, bestmöglichen Genauigkeit wiedergibt, den Vorteil, dass auch das Einpassen der ermittelten Soll-Geometrie des Objekts anhand der entsprechend genauen Lage der Materialgrenzflächen des Objekts erfolgt. Die zuvor beschriebene Interpolation zur Ermittlung einer Materialgrenzfläche und die damit verbundenen Unsicherheiten in der Lage der Materialgrenzfläche entfallen aufgrund der Verwendung des Distanzfeldes sowie der direkten Einpassung der Soll-Geometrie in das Distanzfeld. Folglich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Genauigkeit einer Vermessung eines Objekts aus einer digitalen Darstellung des Objekts gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.The described method has the assumption that the distance field reproduces the material boundary surfaces of the object represented with the best possible accuracy within the measuring method used to determine the object representation, that the fitting of the determined target geometry of the object can also be based on FIG exact location of the material interfaces of the object takes place. The previously described interpolation for determining a material interface and the associated uncertainties in the position of the material interface are eliminated due to the use of the distance field and the direct fitting of the desired geometry into the distance field. Consequently, the accuracy of a measurement of an object from a digital representation of the object can be improved over the prior art by the method according to the invention.

Dabei kann das Distanzfeld die Lage einer Materialgrenzfläche auf im Wesentlichen zwei Wegen codieren. In einem ersten Ansatz gibt ein Distanzwert des Distanzfeldes lediglich den Betrag des Abstands eines entsprechenden Datenpunktes von der nächstliegenden Materialgrenzfläche wieder. In diesem Fall ist jedoch durch die reine Distanzinformation noch nicht klar, auf welcher Seite einer Materialgrenzfläche ein Datenpunkt angeordnet ist. Diese Information kann jedoch zusätzlich in dem Distanzfeld codiert werden, indem die Distanzwerte zusätzlich mit einem Vorzeichen behaftet sind. Distanzwerten von Datenpunkten, welche sich auf einer ersten Seite der Materialgrenzfläche befinden, wird dabei ein positives Vorzeichen zugeordnet, während Datenpunkten auf der zweiten Seite der Materialgrenzfläche ein Distanzwert mit einem negativen Vorzeichen zugeordnet wird. Aus dem Vorzeichen eines Distanzwerts eines Datenpunkts kann dann beispielsweise abgeleitet werden, ob sich ein Datenpunkt innerhalb einer Geometrie bzw. eines Körpers befindet, oder außerhalb. Diese zusätzliche Information kann für das Einpassen der ermittelten Soll-Geometrie in das Distanzfeld verwendet werden.In this case, the distance field can encode the position of a material interface in substantially two ways. In a first approach enters Distance value of the distance field only the amount of the distance of a corresponding data point from the nearest material interface again. In this case, however, the mere distance information does not make it clear on which side of a material interface a data point is arranged. However, this information can additionally be coded in the distance field, in that the distance values are additionally associated with a sign. Distance values of data points located on a first side of the material interface are assigned a positive sign while data points on the second side of the material interface are assigned a distance value with a negative sign. From the sign of a distance value of a data point can then be derived, for example, whether a data point is within a geometry or a body, or outside. This additional information can be used for fitting the determined target geometry into the distance field.

Ein solches Distanzfeld mit vorzeichenbehafteten Distanzwerten ist dabei als „signed distance field“ (SDF) bekannt. Dabei kann ein vorzeichenloses Distanzfeld nach einer Ausführungsform in ein vorzeichenbehaftetes Distanzfeld umgerechnet werden, indem die Distanzwerte so angepasst werden, dass ihr Betrag zwar unverändert bleibt, der Gradient des gesamten Distanzfeldes jedoch an jeder Stelle gleich 1 ist.Such a distance field with signed distance values is known as the "signed distance field" (SDF). According to one embodiment, an unsigned distance field can be converted into a signed distance field by adjusting the distance values so that their magnitude remains unchanged, but the gradient of the total distance field is equal to 1 at each point.

Unter einer digitalen Darstellung des Objekts ist dabei jede Darstellung des Objekts zu verstehen, welche in Form von digitalen Daten vorliegt oder gespeichert ist. Dabei kann es sich beispielsweise um die eingangs erwähnten Grauwertdaten aus einer MRT-Untersuchung handeln. Die Bildinformationen, welche die digitale Darstellung des Objekts enthält sowie die in den Bildinformationen codierten Werte für eine Messgröße können beispielsweise eine Materialbeschaffenheit oder andere Eigenschaften des abgebildeten Materials darstellen. So kann beispielsweise eine Bildinformation eine Information bezüglich der Dichte des abgebildeten Materials in sich tragen.A digital representation of the object is to be understood as any representation of the object which is present or stored in the form of digital data. This may be, for example, the grayscale data from an MRI examination mentioned above. The image information which contains the digital representation of the object and the values encoded in the image information for a measured variable can represent, for example, a material condition or other properties of the imaged material. For example, image information may carry information regarding the density of the imaged material.

Zur Ermittlung der Objektdarstellung kann beispielsweise ein Datenträger ausgelesen werden, in dem eine Objektdarstellung gespeichert ist oder die Objektdarstellung kann direkt durch eine Messung des Objekts erzeugt werden. Gleichermaßen kann auch die Ermittlung der Soll-Geometrie des Objekts durch Auslesen eines Datenspeichers oder durch die Untersuchung der digitalen Darstellung des Objekts erfolgen.To determine the object representation, for example, a data carrier can be read in which an object representation is stored or the object representation can be generated directly by a measurement of the object. Equally, it is also possible to determine the desired geometry of the object by reading out a data memory or by examining the digital representation of the object.

Schließlich ist unter einem Fit-Verfahren, welches zur Einpassung der ermittelten Soll-Geometrie des Objekts in das Distanzfeld Anwendung findet, jedes mathematische Verfahren zu verstehen, welches dazu geeignet ist eine bestimmte Geometrie in digitalen Daten so einzupassen, dass die Geometrie eine möglichst gute Deckung mit den digitalen Daten aus der Darstellung des Objekts aufweist.Finally, a fit method which is used for fitting the determined target geometry of the object into the distance field is understood to be any mathematical method which is suitable for fitting a specific geometry in digital data such that the geometry provides the best possible coverage having the digital data from the representation of the object.

So kann nach einer Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise zum Einpassen der ermittelten Soll-Geometrie, das Verfahren der kleinsten Quadrate angewendet werden, welches auch als Gauß-Fit im Stand der Technik bekannt ist. Dabei wird eine Soll-Geometrie so in die durch die Messdaten repräsentierten Materialgrenzflächen eingepasst, dass der mittlere quadratische Abstand der Soll-Geometrie von den Materialgrenzflächen aus der der digitalen Darstellung, möglichst klein ist. Dieses Verfahren ist im Allgemeinen mit einem geringen Rechenaufwand durchführbar und ist insbesondere dann geeignet, wenn keine Randbedingungen an die Lage der Soll-Geometrie relativ zu den durch die Messpunkte dargestellten Materialgrenzflächen der digitalen Darstellung existieren.Thus, according to one embodiment of the invention, for example, for fitting the determined target geometry, the method of least squares is used, which is also known as Gaussian fit in the prior art. In this case, a desired geometry is fitted into the material interfaces represented by the measurement data in such a way that the mean square distance of the desired geometry from the material interfaces from that of the digital representation is as small as possible. This method can generally be carried out with little computational effort and is particularly suitable if there are no boundary conditions on the position of the desired geometry relative to the material interfaces of the digital representation represented by the measurement points.

In einigen Fällen kann es jedoch sein, dass eine ermittelte Soll-Geometrie mit einer Reihe von Randbedingungen in die digitale Darstellung des Objekts eingepasst werden soll. Hierzu ist nach Ausführungsformen vorgesehen, dass die ermittelte Soll-Geometrie als eingeschriebene oder umschreibende Figur in das Distanzfeld eingepasst wird. Unter einer eingeschriebenen Figur ist dabei eine Figur zu verstehen, welche vollständig innerhalb der durch das Distanzfeld codierten Materialgrenzflächen des Objekts liegt. Umgekehrt ist eine umschreibende Figur, eine Figur, welche vollständig außerhalb der durch das Distanzfeld codierten Materialgrenzfläche liegt. Beispielsweise ist die Verwendung einer eingeschriebenen Figur insbesondere dann sinnvoll, wenn beispielsweise der Innendurchmesser einer Bohrung durch Einpassen einer entsprechenden Soll-Geometrie, nämlich eines Zylinders, ermittelt werden soll. In diesem Fall ist meist für Praxisanwendungen ausschließlich relevant, ob die Bohrung einen gewissen Mindestdurchmesser aufweist. Durch Einpassung der Soll-Geometrie als eingeschriebene Figur ist dabei gewährleistet, dass die Abmessungen der eingepassten Soll-Geometrie den Mindestdurchmesser einer Bohrung wiedergeben.In some cases, however, it may be necessary to fit a determined target geometry with a number of boundary conditions into the digital representation of the object. For this purpose, it is provided according to embodiments that the determined nominal Geometry as inscribed or circumscribing figure is fitted into the distance field. An inscribed figure is to be understood as meaning a figure which lies completely within the material boundary surfaces of the object coded by the distance field. Conversely, a circumscribing figure, a figure, which lies completely outside the encoded by the distance field material interface. For example, the use of an inscribed figure is particularly useful if, for example, the inner diameter of a bore to be determined by fitting a corresponding desired geometry, namely a cylinder. In this case, it is mostly relevant for practical applications, whether the bore has a certain minimum diameter. By fitting the target geometry as inscribed figure, it is ensured that the dimensions of the fitted nominal geometry reflect the minimum diameter of a bore.

Im umgekehrten Fall, bei dem beispielsweise ein aus einem Objekt hervorstehender Bolzen durch eine Soll-Geometrie abgebildet werden soll, ist es vorteilhaft, wenn die Soll-Geometrie, wiederum ein Zylinder, als umschreibende Figur in das Distanzfeld eingepasst wird. In diesem Fall ist nämlich durch die eingepasste Geometrie der maximale Durchmesser des hervorstehenden Bolzens abgebildet. Dabei ist es durchaus möglich, dass an verschiedenen Bereichen des abgebildeten Objekts jeweils separat entschieden werden muss, ob eine einzupassende Soll-Geometrie als eingeschriebene oder umschreibende Figur in das Distanzfeld eingepasst werden soll.In the opposite case, in which, for example, a projecting from an object bolt is to be imaged by a desired geometry, it is advantageous if the target geometry, in turn a cylinder, is fitted as a circumscribing figure in the distance field. In this case, the geometry of the fitted-in geometry shows the maximum diameter of the protruding bolt. In this case, it is entirely possible that it must be decided separately at different areas of the imaged object whether a desired geometry to be adapted is to be fitted into the distance field as an inscribed or circumscribing figure.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, dass zum Einpassen der ermittelten Soll-Geometrie ein Minimum-Zonen-Fit angewendet wird. Die einzelne Auswahl, welches Fit-Verfahren zur Anwendung kommt, ist dabei, wie zuvor beschrieben, abhängig von der jeweiligen Anwendungssituation.According to a further embodiment, it is also possible for a minimum zone fit to be used for fitting the determined target geometry. The individual selection of which fit method is used is, as described above, depending on the respective application situation.

Üblicherweise reflektiert eine digitale Darstellung eines Objekts, welche beispielsweise aus einer Messung des Objekts abgeleitet wird, zunächst nicht die realen Abmessungen des Objekts. Beispielsweise können Distanzen in dem abgebildeten Objekt nur als Vielfache der Größe von Pixeln bzw. Voxeln (dreidimensionale Pixel) wiedergegeben werden. Daher ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Verfahren ferner das Bestimmen einer Metrik für die Objektdarstellung beinhaltet, wobei die Metrik Abstände in der Objektdarstellung in Relation zu realen Abständen des dargestellten Objekts setzt. Die Abmessungen des Objekts werden dann aus der eingepassten Soll-Geometrie anhand der Metrik ermittelt. Zur Bestimmung einer Metrik kann beispielsweise ein Referenzkörper bekannter Größe in der digitalen Darstellung vorgesehen sein, sodass aus den Abmessungen des Referenzkörpers in der digitalen Darstellung bzw. der Zahl der Pixel, über die sich der Referenzkörper erstreckt, die äquivalente Länge eines Pixels in realen Maßen abgeleitet werden kann. Auf diese Weise kann aus einer eingepassten Soll-Geometrie direkt auf die Dimensionen der entsprechenden Bereiche des dargestellten Objekts geschlossen werden.Usually, a digital representation of an object, which is derived for example from a measurement of the object, initially does not reflect the real dimensions of the object. For example, distances in the imaged object can only be represented as multiples of the size of pixels or voxels (three-dimensional pixels). Therefore, in one embodiment, the method further includes determining a metric for the object representation, wherein the metric sets distances in the object representation in relation to real distances of the represented object. The dimensions of the object are then determined from the adjusted nominal geometry based on the metric. To determine a metric, for example, a reference body of known size may be provided in the digital representation, so that the equivalent length of a pixel is derived in real dimensions from the dimensions of the reference body in the digital representation or the number of pixels over which the reference body extends can be. In this way, it is possible to deduce from a fitted target geometry directly to the dimensions of the corresponding regions of the object shown.

Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, beruht der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darauf, dass eine Soll-Geometrie eines dargestellten Objekts direkt in das Distanzfeld der Materialgrenzflächen des Objekts eingepasst wird. Zur Ermittlung des Distanzfeldes kann nach einer Ausführungsform dabei wie folgt vorgegangen werden. Zunächst wird die Lage von Materialgrenzflächen des Objekts aus den Bildinformationen der Objektdarstellung ermittelt. Hierzu sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungen bekannt, auf die im Einzelnen hier nicht eingegangen wird. Anschließend wird für einen Datenpunkt der Vielzahl von Datenpunkten des Distanzfeldes, eine zu den Datenpunkten nächstliegende Materialgrenzfläche ermittelt. Ausgehend von der ermittelten nächstliegenden Materialgrenzfläche wird der jeweilige Abstand des Datenpunktes bzw. der Datenpunkte des Distanzfeldes von der jeweiligen nächstliegenden Materialgrenzfläche ermittelt und der jeweils ermittelte Abstand zu den jeweiligen Datenpunkten als Distanzwert zugeordnet. Unter der Annahme einer bestimmten Genauigkeit, mit der die Lage der Materialgrenzflächen ermittelt wurde, ist dabei die Genauigkeit der Repräsentation der Materialgrenzflächen anhand des Distanzfeldes demgegenüber nicht geringer. Der zuvor beschriebene Verfahrensablauf zur Ermittlung eines Distanzfeldes stellt dabei eine einfache Möglichkeit zur Ermittlung eines solchen dar.As already stated above, the core idea of the present invention is based on the fact that a desired geometry of a displayed object is fitted directly into the distance field of the material boundary surfaces of the object. To determine the distance field can be proceeded as follows according to an embodiment here. First, the position of material interfaces of the object is determined from the image information of the object representation. For this purpose, a plurality of solutions are known from the prior art, which will not be discussed in detail here. Subsequently, for one data point of the plurality of data points of the distance field, a material interface closest to the data points is determined. Starting from the determined closest material interface, the respective distance of the data point or of the data points of the distance field from the respective nearest material interface is determined and the respectively determined distance to the respective data points is assigned as a distance value. On the other hand, assuming a certain accuracy with which the position of the material interfaces was determined, the accuracy of the representation of the material interfaces based on the distance field is not lower. The procedure described above for determining a distance field represents a simple way to determine such a.

Die Ermittlung der Soll-Geometrie des Objekts kann nach einer Ausführungsform dadurch erfolgen, dass die Soll-Geometrie durch eine Nutzereingabe vorgegeben ist. Hierzu kann beispielsweise die digitale Darstellung des Objekts einem Nutzer präsentiert werden, wobei der Nutzer eine Vielzahl von Grundformen auswählen kann und diese dann entsprechenden Bereichen des dargestellten Objekts zuordnet.The determination of the target geometry of the object can take place according to an embodiment in that the desired geometry is predetermined by a user input. For this purpose, for example, the digital representation of the object can be presented to a user, whereby the user can select a multiplicity of basic forms and then assigns these to corresponding areas of the represented object.

Ferner kann nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Soll-Geometrie aus einer CAD-Datei ermittelt wird, welche beispielsweise zur Steuerung einer CNC-Maschine bei der Herstellung des untersuchten Objekts verwendet wurde. In diesem Fall ist ein guter, direkter Vergleich zwischen den Abmessungen bzw. der Geometrie des dargestellten Objekts und dem eigentlich zu erzielenden Aufbau bzw. der Geometrie des Objekts anhand der CAD-Datei möglich.Furthermore, according to a further embodiment, it may be provided that the desired geometry is determined from a CAD file which has been used, for example, to control a CNC machine during the production of the examined object. In this case, a good, direct comparison between the dimensions or the geometry of the object shown and the actually achievable construction or the geometry of the object based on the CAD file is possible.

In einem hierzu alternativen Ansatz ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die in das Distanzfeld einzupassende Soll-Geometrie des Objekts aus dem Distanzfeld selbst ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Analyseprogramm nacheinander verschiedene Grundkörper, wie beispielsweise Kuben, Würfel, Zylinder oder Ähnliches, oder auch Freiformflächen, in das Distanzfeld einpasst. Für die einzelnen eingepassten Geometrien kann dann beispielsweise anhand eines Chi-Quadrat-Tests ermittelt werden, ob der eingepasste Körper den durch das Distanzfeld codierten Materialgrenzflächen mit hinreichender Genauigkeit entspricht. Die Auswahl der einzupassenden Soll-Geometrie kann dann erfolgen, indem jene Geometrie ausgewählt wird, für die das beste Fitergebnis anhand des Chi-Quadrats erzielt wurde. Die automatische Auswahl der Soll-Geometrie aus den Werten des Distanzfeldes selbst hat den Vorteil, dass die Analyse und Vermessung des durch die digitale Darstellung dargestellten Objekts vollständig automatisiert erfolgen kann. Es müssen lediglich zu Beginn der Untersuchung des Objekts die wahrscheinlich vorhandenen geometrischen Grundformen spezifiziert werden. Die exakte Analyse bzw. Einpassung und lokale Zuordnung der einzupassenden Geometrien kann dann durch das Analyseprogramm selbst erfolgen.In an alternative approach, according to one embodiment, it is provided that the desired geometry of the object to be fitted into the distance field is determined from the distance field itself. For this purpose, it may be provided, for example, that an analysis program successively fits different base bodies, such as cubes, cubes, cylinders or the like, or free-form surfaces into the distance field. For the individual fitted geometries, it can then be determined, for example by means of a chi-square test, whether the fitted body corresponds to the material interfaces encoded by the distance field with sufficient accuracy. The selection of the desired geometry to be fitted can then be made by selecting the geometry for which the best fit result was obtained based on the Chi square. The automatic selection of the desired geometry from the values of the distance field itself has the advantage that the analysis and measurement of the object represented by the digital representation can be completely automated. It is only necessary to specify at the beginning of the examination of the object the probably existing geometric basic forms. The exact analysis or fitting and local assignment of the geometries to be adapted can then be carried out by the analysis program itself.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Objektdarstellung um eine gerasterte Darstellung des Objekts, wobei die gerasterte Darstellung eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Messpunkten einer Messung des Objekts aufweist. Ein Messpunkt weist dann wenigstens eine Bildinformation auf. Zur Rasterung der Darstellung des Objekts kann dabei jedes beliebige Gitter verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein regelmäßiges Gitter, um eine homogene Darstellung des Objekts zu gewährleisten. Nach einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Messung um eine computertomografische Messung, wobei die Bildinformation eines Bildpunktes die Röntgendichte des Materials des Objekts an der Stelle des Bildpunktes anzeigt. Die Computertomografie ist dabei eine bevorzugte Methode zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstücken, da sie in der Lage ist, die Geometrie eines Objekts mit einer sehr hohen Auflösung abzubilden.In a preferred embodiment, the object representation is a rasterized representation of the object, wherein the screened representation has a plurality of arranged in a grid measuring points of a measurement of the object. A measuring point then has at least one image information. For rasterizing the representation of the object can be used any grid. Preferably, this is a regular grid to ensure a homogeneous representation of the object. According to a further embodiment, the measurement is a computer tomographic measurement, wherein the image information of a pixel indicates the radiopacity of the material of the object at the location of the pixel. Computed tomography is a preferred method for the non-destructive examination of workpieces because it is able to image the geometry of an object with a very high resolution.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit auf einem Computer ausführbaren Instruktionen, welche auf einem Computer ausgeführt, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.In another aspect, the invention relates to a computer program product having computer-executable instructions executed on a computer for causing the computer to perform the method of any one of the preceding claims.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer digitalen Darstellung eines Objekts mit einem überlagerten Distanzfeld,
2 eine schematische Darstellung einer Einpassung einer Soll-Geometrie anhand der Materialgrenzflächen eines Objekts,
3 eine schematische Darstellung einer Einpassung einer Soll-Geometrie als eingeschriebene oder umschreibende Figur,
4 eine schematische Darstellung der Einpassung einer Soll-Geometrie anhand eines Minimum-Zonen-Fits und
5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic representation of a digital representation of an object with a superimposed distance field,
2 a schematic representation of a fit of a desired geometry based on the material interfaces of an object,
3 a schematic representation of a fitting of a desired geometry as inscribed or circumscribing figure,
4 a schematic representation of the fit of a target geometry based on a minimum zone fit and
5 a flow chart of the method according to the invention.

Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Hereinafter, similar or identical features will be denoted by the same reference numerals.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Objektdarstellung mit einem die Objektdarstellung überlagernden Distanzfeld. Die Objektdarstellung bzw. das dargestellte Objekt ist dabei im Wesentlichen durch die Materialgrenzfläche 102 gekennzeichnet, welche sich schräg durch den Bildausschnitt erstreckt. Die Materialgrenzfläche 102 bezeichnet den Übergang, an dem ein erstes Material des dargestellten Objekts in ein zweites Material des dargestellten Objekts oder in die das Objekt umgebende Luft übergeht. So kann beispielsweise in dem weiß dargestellten Bereich Luft vorliegen, während in dem schraffiert dargestellten Bereich das dargestellte Objekt aus Metall besteht. Wie in 1 gut zu erkennen ist, ist die Materialgrenzfläche 102 nicht gleichmäßig linear, sondern weist kleine lokale Unebenheiten auf. Diese sind in 1 jedoch überzeichnet dargestellt.The 1 shows a schematic representation of a section of an object representation with the object representation superimposed distance field. The object representation or the represented object is essentially through the material interface 102 characterized, which extends obliquely through the image detail. The material interface 102 denotes the transition at which a first material of the object represented changes into a second material of the object represented or into the air surrounding the object. Thus, for example, air may be present in the area shown in white, while in the area shown hatched, the object shown is made of metal. As in 1 is clearly visible, the material interface 102 not uniformly linear, but has small local imperfections. These are in 1 however, shown oversubscribed.

Das die Objektdarstellung überlagernde Distanzfeld wird im Wesentlichen durch eine Vielzahl von Datenpunkten 104 dargestellt. Die Datenpunkte 104 sind dabei in einem regelmäßigen, quadratischen, isotropen Gitter angeordnet. Obwohl in 1 eine zweidimensionale Darstellung gezeigt ist, kann die dargestellte Situation ohne Weiteres auf eine dreidimensionale Darstellung des Objekts übertragen werden. In diesem Fall sind die Datenpunkte 104 beispielsweise in einem kubischen Gitter angeordnet.The distance field superimposed on the object representation essentially becomes a plurality of data points 104 shown. The data points 104 are arranged in a regular, square, isotropic grid. Although in 1 a two-dimensional representation is shown, the situation shown can be easily transferred to a three-dimensional representation of the object. In this case, the data points 104 arranged for example in a cubic grid.

Wie zuvor bereits ausgeführt wurde, weist ein Distanzfeld den Datenpunkten 104 jeweils einen Distanzwert zu, welcher den kürzesten Abstand eines Datenpunktes 104 zu einer jeweils zu dem Datenpunkt 104 nächstgelegenen Materialgrenzfläche 102 beschreibt. Um dies zu illustrieren, sind in der 1 für all jene Datenpunkte 104, welche direkt benachbart zu der Materialgrenzfläche 102 angeordnet sind, jeweils die Verbindungsvektoren 106 zu der nächstgelegenen Materialgrenzfläche 102 eingezeichnet. Die Bedingung, dass die kürzeste Verbindung zwischen dem Datenpunkt 104 und Materialgrenzfläche 102 als Distanzwert verwendet wird, wird dabei dadurch gewährleistet, dass die Verbindungsvektoren 106 im Allgemeinen senkrecht auf der Materialgrenzfläche 102 stehen. Folglich sind die einzelnen Verbindungsvektoren 106 für die unterschiedlichen Datenpunkte 104 im Allgemeinen zunächst nicht parallel. Wäre die Materialgrenzfläche 102 jedoch exakt gerade ohne die dargestellten Unebenheiten, wären die Verbindungsvektoren 106 zueinander parallel ausgerichtet.As previously stated, a distance field indicates the data points 104 in each case a distance value to which the shortest distance of a data point 104 to one each to the data point 104 nearest material interface 102 describes. To illustrate this, are in the 1 for all those data points 104 which directly adjacent to the material interface 102 are arranged, in each case the connection vectors 106 to the nearest material interface 102 located. The condition that the shortest connection between the data point 104 and material interface 102 is used as a distance value is thereby ensured that the connection vectors 106 generally perpendicular to the material interface 102 stand. Consequently, the individual connection vectors 106 for the different data points 104 generally not parallel at first. Would be the material interface 102 however, exactly without the unevenness shown, the connection vectors would be 106 aligned parallel to each other.

Der Distanzwert, welcher einem Datenpunkt 104 zugeordnet wird, entspricht dabei dem Betrag des Verbindungsvektors 106 eines Datenpunktes 104 bzw. dessen Länge. Der Distanzwert ist in der 1 exemplarisch mit dem Buchstaben d abgekürzt. Durch die Vielzahl von Distanzwerten d, welche in dem Distanzfeld der Vielzahl von Datenpunkten 104 zugeordnet sind, ist eine Rekonstruktion der Materialgrenzfläche 102 möglich, deren Genauigkeit nicht geringer ist, als die Genauigkeit der ursprünglichen Repräsentation der Materialgrenzfläche durch Grauwerte . Folglich kann die Materialgrenzfläche 102 vollständig durch das Distanzfeld codiert sein. Ist dabei die Lage der Materialgrenzfläche 102 aus den Bildinformationen der digitalen Darstellung des Objekts mit einer bestimmten Genauigkeit ermittelt worden, ist auch die Repräsentation der Materialgrenzfläche 102 durch das Distanzfeld entsprechend genau.The distance value, which is a data point 104 is assigned, corresponds to the amount of the connection vector 106 of a data point 104 or its length. The distance value is in the 1 exemplified by the letter d. By the plurality of distance values d, which in the distance field of the plurality of data points 104 are assigned, is a reconstruction of the material interface 102 possible, whose accuracy is not less than the accuracy of the original representation of the material interface by gray values. Consequently, the material interface 102 completely encoded by the distance field. Is this the location of the material interface 102 determined from the image information of the digital representation of the object with a certain accuracy has been, is also the representation of the material interface 102 through the distance field accordingly.

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines durch die Materialgrenzfläche 102 repräsentierten Objekts in einem Distanzfeld mit einer Vielzahl von Datenpunkten 104. Bei dem dargestellten Objekt kann es sich beispielsweise um eine Bohrung in einem Körper handeln, sodass außerhalb des durch die Materialgrenzfläche 102 umschriebenen Bereiches das Material des dargestellten Körpers, beispielsweise Metall, existiert, während innerhalb des durch die Materialgrenzfläche 102 umschriebenen Bereiches Luft abgebildet ist.The 2 shows a schematic representation of a through the material interface 102 represented object in a distance field with a plurality of data points 104 , For example, the object shown may be a bore in a body, so outside of that through the material interface 102 circumscribed area the material of the illustrated body, such as metal, exists while within the material interface 102 circumscribed area of air is depicted.

In der 2 ist der Verlauf der Materialgrenzfläche 102 äußerst uneben abgebildet. Ein solcher Verlauf einer Materialgrenzfläche in einer Bohrung ist jedoch in der Regel bei einer Untersuchung eines Werkstückes, welches eigentlich eine kreisrunde Bohrung aufweisen soll, nicht zu beobachten. Die Wahl stark überzeichneten Abweichungen der abgebildeten Geometrie von einer Soll-Geometrie dienen im vorliegenden Fall lediglich einer besseren Illustration des Sachverhaltes. Der Verlauf der Materialgrenzfläche 102 ist dabei, wie mit Bezug zu 1 erklärt wurde, durch Distanzwerte codiert, welche den einzelnen Datenpunkten 104 zugeordnet sind.In the 2 is the course of the material interface 102 very uneven picture. However, such a course of a material interface in a bore is usually not observed in a study of a workpiece, which should actually have a circular bore. The choice of strongly oversubscribed deviations of the imaged geometry from a desired geometry serve in the present case only a better illustration of the facts. The course of the material interface 102 is there, as related to 1 was coded by distance values representing the individual data points 104 assigned.

In dem Bildausschnitt der 2 wurde eine Soll-Geometrie 108 in die durch das Distanzfeld repräsentierte Geometrie eines dargestellten Objekts eingepasst. In der in 2 dargestellten Variante kann die Soll-Geometrie 108 beispielsweise durch das Verfahren der kleinsten Quadrate eingepasst werden. Dabei wird die Soll-Geometrie 108 so in die durch die Distanzwerte der Datenpunkte 104 codierte Materialgrenzfläche 102 eingepasst, dass der mittlere quadratische Abstand zwischen der Soll-Geometrie 108 und der Materialgrenzfläche 102 minimal ist. Aus der eingepassten Soll-Geometrie 108 können dann Informationen bezüglich beispielsweise der Lage der Soll-Geometrie bzw. der durch die Soll-Geometrie repräsentierten Bohrung in 2 sowie bezüglich des Durchmessers der Bohrung abgeleitet werden.In the picture section of the 2 became a target geometry 108 fitted into the geometry represented by the distance field of a displayed object. In the in 2 variant shown may be the target geometry 108 for example, be fitted by the least squares method. This is the target geometry 108 so in through the distance values of the data points 104 encoded material interface 102 fitted that the mean square distance between the target geometry 108 and the material interface 102 is minimal. From the fitted target geometry 108 can then information regarding, for example, the position of the desired geometry or the represented by the desired geometry hole in 2 and derived with respect to the diameter of the bore.

Die in 2 gewählte Soll-Geometrie, nämlich eine kreisförmige Geometrie, dient lediglich als Beispiel. Analoge Darstellungen wären auch für Soll-Geometrien, wie Ecken, Kanten, Quader oder ähnliche Geometrien, möglich.In the 2 selected target geometry, namely a circular geometry, serves only as an example. Analog representations would also be possible for desired geometries, such as corners, edges, cuboids or similar geometries.

Durch den direkten Fit der Soll-Geometrie 108 an die durch das Distanzfeld repräsentierte Materialgrenzfläche 102 mittels der Distanzwerte der Datenpunkte 104 ist, unter der Annahme, dass die durch das Distanzfeld repräsentierte Materialgrenzfläche mit der durch die Messdaten gegebenen, maximalen Genauigkeit ermittelt wurde, eine entsprechend genaue Einpassung einer Soll-Geometrie möglich. Dies wird beispielsweise bei dem Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate schnell evident.Due to the direct fit of the target geometry 108 to the material interface represented by the distance field 102 by means of the distance values of the data points 104 is, assuming that the represented by the distance field material interface was determined with the given by the measurement data, maximum accuracy, a correspondingly accurate fitting of a desired geometry possible. This becomes quickly evident, for example, in the method of least squares.

In dem Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate, auch als Gauß-Fit bekannt, wird versucht, eine Funktion so relativ zu einer Menge von Messpunkten zu positionieren, dass der quadratische Abstand der Messpunkte von der Funktion minimal ist. Hierzu muss zunächst die Menge von Messpunkten, im vorliegenden Fall die Lage der Materialgrenzfläche bestimmt werden. Anschließend muss für die Menge der so ermittelten Punkte auf der Materialgrenzfläche der jeweilige Abstand der Punkte von der einzupassenden Soll-Geometrie ermittelt werden. Anschließend kann die Lage der Soll-Geometrie so variiert werden, dass das der mittlere quadratische Abstand zwischen den Punkten auf der Materialgrenzfläche und den korrespondierenden Punkten auf der Soll-Geometrie minimiert ist.In the method of least squares, also known as Gaussian fit, it is attempted to position a function relative to a set of measurement points so that the square distance of the measurement points from the function is minimal. For this purpose, first the set of measuring points, in the present case the position of the material interface has to be determined. Subsequently, for the set of points thus determined on the material interface, the respective distance of the points from the desired geometry to be adapted has to be determined. Subsequently, the position of the target geometry can be varied so that the mean square distance between the points on the material interface and the corresponding points on the target geometry is minimized.

Der zuvor beschriebene Zwischenschritt der Bestimmung von Punkten auf einer Materialgrenzfläche kann jedoch entfallen, wenn die Materialgrenzflächen durch ein Distanzfeld codiert sind. In diesem Fall kann nämlich die anschließende Bestimmung der Abstände zwischen Punkten auf der Oberfläche der Soll-Geometrie und den korrespondierenden Punkten auf der Materialgrenzfläche dadurch umgesetzt werden, dass für Datenpunkte in der Nähe der Soll-Geometrie die jeweiligen Distanzwerte der Datenpunkte und die jeweiligen Abstände der Datenpunkte von der Soll-Geometrie ermittelt werden. Aus der jeweiligen Differenz der so ermittelten Abstände der Datenpunkte von der Soll-Geometrie und der ausgelesenen Distanzwerte kann dann jeweils der Abstand der Soll-Geometrie von der Materialgrenzfläche in der Nähe der Datenpunkte bestimmt werden. Die Einpassung der Soll-Geometrie kann dann erfolgen, indem die Soll-Geometrie so positioniert wird, dass die wie zuvor beschrieben ermittelten Abstände zwischen der Soll-Geometrie und der Materialgrenzfläche minimiert werden. Die Ermittlung von Punkten auf der Materialgrenzfläche und damit verbundene Ungenauigkeiten entfallen hierbei.However, the above-described intermediate step of determining points on a material interface can be omitted if the material interfaces are coded by a distance field. In this case, the subsequent determination of the distances between points on the surface of the desired geometry and the corresponding points on the material interface can be implemented by the respective distance values of the data points and the respective distances of the data points in the vicinity of the desired geometry Data points from the target geometry are determined. The distance between the desired geometry and the material interface in the vicinity of the data points can then be determined in each case from the respective difference of the distances of the data points from the desired geometry and the read-out distance values. The adaptation of the desired geometry can then take place by the target geometry being positioned so that the distances between the desired geometry and the material interface determined as described above are minimized. The determination of points on the material interface and associated inaccuracies omitted here.

Neben dem zuvor beschriebenen Fit einer Soll-Geometrie 108 anhand der Methode der kleinsten Quadrate kann es in verschiedenen Situationen auch sinnvoll sein, andere Methoden zur Einpassung der Soll-Geometrie in die durch die Distanzwerte codierte Materialgrenzfläche 102 zu benutzen. Hierzu sind in 3 zwei mögliche Anpassungsverfahren dargestellt, nämlich die Einpassung einer Soll-Geometrie als umschreibende Figur in 3 a), sowie die Einpassung der Soll-Geometrie als eingeschriebene Figur in 3 b). Auch in der 3 wurde wiederum eine Kreisform als Soll-Geometrie gewählt, um den Sachverhalt zu illustrieren.In addition to the previously described fit of a desired geometry 108 Using the least squares method, it may also be useful in different situations, other methods for fitting the target geometry in the encoded by the distance values material interface 102 to use. These are in 3 show two possible adaptation methods, namely the fitting of a desired geometry as the circumscribing figure in FIG 3 a ), as well as the fitting of the desired geometry as inscribed figure in 3 b ). Also in the 3 Again, a circular shape was chosen as the target geometry to illustrate the facts.

In 3 a) ist die Soll-Geometrie 108 als umschreibende Figur an die Materialgrenzfläche 102 eingepasst. Das in 2 dargestellte Distanzfeld bzw. die Datenpunkte 104 des Distanzfeldes sind in der 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Wie in 3 a) erkennbar ist, handelt es sich bei einer umschreibenden Figur um eine Figur, welche so angeordnet ist, dass sämtliche Punkte der Materialgrenzfläche 102 innerhalb der eingepassten Soll-Geometrie 108 angeordnet sind. Die Einpassung einer Soll-Geometrie 108 als umschreibende Figur kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn es sich bei der Geometrie, welche in 3 a) dargestellt ist, beispielsweise um einen aus einem Objekt hervorstehenden Bolzen handelt. In diesem Fall ist nämlich relevant, welchen maximalen Durchmesser der Bolzen hat, sodass entschieden werden kann, ob er in eine entsprechende Bohrung passt oder eben nicht. In 3 a ) is the target geometry 108 as a circumscribing figure to the material interface 102 fitted. This in 2 shown distance field or the data points 104 of the distance field are in the 3 not shown for reasons of clarity. As in 3 a ) is recognizable, it is in a circumscribing figure to a figure, which is arranged so that all points of the material interface 102 within the adjusted target geometry 108 are arranged. The fitting of a target geometry 108 as a circumscribing figure, for example, it may be useful if it is in the geometry, which in 3 a ) is shown, for example, is a projecting from an object bolt. In this case, it is relevant which maximum diameter the bolt has, so that it can be decided whether it fits into a corresponding hole or not.

In 3 b) ist demgegenüber eine Einpassung einer Soll-Geometrie 108 in einer Materialgrenzfläche 102 gezeigt, bei der die Soll-Geometrie 108 als eingeschriebene Figur in die Materialgrenzfläche 102 eingepasst ist. Dies bedeutet, dass die Soll-Geometrie 108 vollständig innerhalb der Materialgrenzfläche 102 angeordnet ist. Diese Form der Einpassung kann beispielsweise zur Analyse von Bohrungen oder Löchern in einem untersuchten Objekt relevant sein. In diesem Fall ist nämlich der Mindestdurchmesser einer Bohrung relevant, um zu entscheiden, ob die Bohrung zur Aufnahme eines entsprechenden gegenstückigen Elementes geeignet ist. Bei dem Vergleich der 3 a) und 3 b) ist zu beachten, dass durch die Wahl einer eingeschriebenen oder umschreibenden Figur nicht nur der aus der eingepassten Soll-Geometrie bestimmte Durchmesser der untersuchten Geometrie zu unterschiedlichen Ergebnissen führt, sondern auch der Mittelpunkt 116 der eingefassten Soll-Geometrie 108 unterschiedlich ausfallen kann.In 3 b ) is in contrast a fitting of a desired geometry 108 in a material interface 102 shown at the target geometry 108 as an inscribed figure in the material interface 102 is fitted. This means that the target geometry 108 completely within the material interface 102 is arranged. This form of fitting may be relevant, for example, to the analysis of holes or holes in a tested object. In this case, the minimum diameter of a hole is relevant to decide whether the hole is suitable for receiving a corresponding counterpart element. When comparing the 3 a ) and 3 b), it should be noted that the choice of an inscribed or circumscribing figure not only leads to different results for the diameter of the examined geometry determined from the adjusted nominal geometry, but also the center point 116 the enclosed target geometry 108 may vary.

Neben den zuvor beschriebenen Varianten zur Einpassung einer Soll-Geometrie 108 mittels einer mittleren quadratischen Abweichung oder der Einpassung einer Soll-Geometrie 108 als eingeschriebene oder umschreibende Figur, kann, wie in 4 dargestellt, ferner auch eine Einpassung einer Soll-Geometrie 108 im Zuge eines Minimum-Zonen-Fits erfolgen.In addition to the variants described above for fitting a desired geometry 108 by means of a mean square deviation or the fitting of a desired geometry 108 as an inscribed or circumscribing figure, as in 4 illustrated, further also a fit of a desired geometry 108 in the course of a minimum zone fit.

In der 4 ist hierzu eine Materialgrenzfläche 102 dargestellt, welche gegenüber den in 2 und 3 dargestellten Materialgrenzflächen 102 eine deutlich stärker von einer Kreisform abweichenden Geometrie aufweist. Diese Geometrie wurde erneut lediglich zur besseren Illustration gewählt.In the 4 this is a material interface 102 represented, which opposite to in 2 and 3 shown material interfaces 102 has a much more deviating from a circular geometry. This geometry was once again chosen for better illustration only.

Bei einem Minimum-Zonen-Fit wird im Allgemeinen die Soll-Geometrie 108 sowohl als eingeschriebene Figur als auch als umschreibende Figur in die Materialgrenzfläche 102 eingepasst. Die entsprechende eingeschriebene Figur ist mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet, während die umschreibende Figur das Bezugszeichen 112 trägt. Aus der eingeschriebenen 110 und der umschreibenden 112 wird dann die Position der Soll-Geometrie 108 dadurch ermittelt, dass die Soll-Geometrie 108 genau so positioniert wird, dass sie zu der umschreibenden 112 und zu der eingeschriebenen 110 jeweils denselben Abstand 114 aufweist. Dabei werden die eingeschriebene Figur sowie die umschreibende 112 so positioniert, dass ihr Mittelpunkt 116 identisch ist.For a minimum zone fit, the target geometry generally becomes 108 both as an inscribed figure and as a circumscribing figure in the material interface 102 fitted. The corresponding inscribed figure is denoted by the reference numeral 110 while the circumscribing figure is the reference numeral 112 wearing. From the inscribed 110 and the circumscribing 112 then becomes the position of the target geometry 108 This determines that the target geometry 108 is positioned to be the rewrite 112 and to the enrolled 110 each the same distance 114 having. Here are the inscribed figure and the circumscribing 112 positioned so that its center 116 is identical.

Die 5 zeigt ein Flussdiagramm 200 des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt 202 eine Objektdarstellung des zu vermessenden Objekts ermittelt. Das Ermitteln der Objektdarstellung kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Objekt durch eine Messung analysiert wird oder dass die Objektdarstellung aus einem Speichermedium abgerufen wird. Bei einer Messung des Objekts kann es sich beispielsweise um eine computertomografische Messung handeln, in Zuge derer eine Abbildung des Objekts erzeugt wird, welche für einzelne, durch Voxel repräsentierte, Volumenbereiche des Objekts jeweils die zugeordnete Röntgendichte des Objekts an der Position des Voxels repräsentiert. Die Objektdarstellung kann dabei sowohl gerastert sein, als auch in anderer Form vorliegen.The 5 shows a flowchart 200 the method according to the invention. It is in a first step 202 an object representation of the object to be measured determined. The determination of the object representation can take place, for example, in that the object is analyzed by a measurement or that the object representation is retrieved from a storage medium. A measurement of the object may be, for example, a computed tomographic measurement, in the course of which an image of the object is generated, which represents the respective radiopacity of the object at the position of the voxel for individual voxel-represented, volume regions of the object. The object representation can be both rasterized, as well as available in another form.

In einem zweiten Verfahrensschritt 204 wird dann aus der ermittelten Objektdarstellung ein Distanzfeld anhand der Bildinformationen der Objektdarstellung ermittelt. Das Distanzfeld codiert dabei die Materialgrenzflächen des dargestellten Objekts dadurch, dass den einzelnen Datenpunkten des Distanzfeldes, welche üblicherweise in einem regelmäßigen isotropen Raster angeordnet sind, jeweils der Distanzwert, also der kürzeste Abstand des Datenpunktes zu einer Materialgrenzfläche des dargestellten Objekts, zugeordnet ist. Das Distanzfeld kann beispielsweise aus der Kenntnis der Lage der Materialgrenzflächen auf einfache Art und Weise abgeleitet werden. Anschließend wird in Schritt 206 eine einzupassende Soll-Geometrie des Objekts ermittelt. Dabei kann die Soll-Geometrie des Objekts, beispielsweise durch eine Nutzereingabe, vorgegeben werden, wenn die digitale Darstellung des Objekts einem Nutzer, beispielsweise auf einem Display, angezeigt wird. Der Nutzer könnte dann für verschiedene Bereiche des dargestellten Objekts verschiedene geometrische Grundformen vorgeben, welche anschließend weiterverarbeitet werden sollen.In a second process step 204 is then determined from the determined object representation, a distance field based on the image information of the object representation. The distance field encodes the material boundary surfaces of the object represented by the fact that the individual data points of the distance field, which are usually arranged in a regular isotropic grid, respectively the distance value, ie the shortest distance of the data point is assigned to a material interface of the object shown. The distance field can be derived, for example, from the knowledge of the position of the material interfaces in a simple manner. Subsequently, in step 206 determines an object to be adjusted target geometry of the object. In this case, the desired geometry of the object, for example by a user input, be specified when the digital representation of the object to a user, for example on a display, is displayed. The user could then specify different geometric basic shapes for different areas of the object shown, which are then to be further processed.

Alternativ kann in Schritt 206 die Soll-Geometrie des Objekts auch aus einer Datenquelle, wie beispielsweise einer CAD-Datei, abgeleitet werden oder die Soll-Geometrie wird direkt aus den Bildinformationen der Objektdarstellung abgeleitet.Alternatively, in step 206 the target geometry of the object can also be derived from a data source, such as a CAD file, or the target geometry is derived directly from the image information of the object representation.

In Verfahrensschritt 208 wird dann die zuvor ermittelte Soll-Geometrie in das Distanzfeld durch Anwendung eines Fit-Verfahrens eingepasst. Dabei ist zu beachten, dass die Einpassung der ermittelten Soll-Geometrie direkt in das Distanzfeld erfolgt und nicht zuvor eine Materialgrenzfläche 102 ermittelt werden muss. Bei dem Fit-Verfahren gibt es eine Vielzahl verschiedener Möglichkeiten, welche zur Anwendung kommen können, wobei die Auswahl eines geeigneten Fit-Verfahrens üblicherweise von der zu analysierenden Geometrie des untersuchten Objekts abhängig ist. Sobald die ermittelte Soll-Geometrie in das Distanzfeld in Schritt 208 eingepasst wurde, werden in dem nachfolgenden Verfahrensschritt 210 die Abmessungen des Objekts anhand der eingepassten Soll-Geometrie ermittelt. Hierbei kann beispielsweise zuvor eine Metrik ermittelt werden, welche Abstände in der digitalen Darstellung des Objekts zu realen Abständen in Relation setzt. Zur Ermittlung einer solchen Metrik kann beispielsweise ein Referenzkörper mit in der Abbildung enthalten sein, dessen konkrete Abmessungen im Vorhinein bekannt sind. Aus diesem Referenzkörper kann dann ein Proportionalitätsfaktor ermittelt werden, welcher Abstände in der digitalen Darstellung in Relation zu realen Abständen setzt.In process step 208 Then the previously determined target geometry is fitted into the distance field by applying a fit method. It should be noted that the adaptation of the determined target geometry is done directly in the distance field and not previously a material interface 102 must be determined. In the Fit method, there are a number of different possibilities which can be used, wherein the selection of a suitable fit method usually depends on the geometry of the object being analyzed. Once the determined target geometry is in the distance field in step 208 has been fitted, are in the subsequent process step 210 determines the dimensions of the object based on the adjusted target geometry. In this case, for example, a metric can be determined beforehand which sets distances in the digital representation of the object in relation to real distances. To determine such a metric, for example, a reference body may be included in the figure, whose concrete dimensions are known in advance. From this reference body can then be determined a proportionality factor, which sets distances in the digital representation in relation to real distances.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawings resulting features and advantages, including design details, spatial arrangement and method steps, can be essential to the invention both in itself and in a variety of combinations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

102102: MaterialgrenzflächeMaterial interface
104104: Datenpunktdata point
106106: Verbindungsvektorconnecting vector
108108: Soll-GeometrieTarget geometry
110110: eingeschriebene Figurinscribed figure
112112: umschreibende Figurcircumscribing figure
114114: Abstanddistance
116116: MittelpunktFocus

Claims

A computer-implemented method of measuring an object from a digital representation of the object, the object representation having a plurality of image information of the object, wherein image information indicates a value of a measure of the object at a defined position of the object, the method comprising the following steps having: • determine the object representation, Determining a distance field from the image information of the object representation, wherein the distance field has a multiplicity of data points (104) arranged in a raster, the distance field respectively assigning at least one distance value to the data points (104), the distance value respectively corresponding to the shortest distance of the data point (104). 104) to a nearest material interface (102) of the object, Determining a target geometry (108) of the object, Fitting the determined target geometry (108) into the distance field by applying a fit method, and • determine the dimensions of the object based on the adjusted target geometry (108).

Method according to Claim 1 , characterized in that the method of least squares is applied for fitting the determined target geometry (108).

Method according to Claim 1 , characterized in that the determined target geometry (108) is fitted as an inscribed or circumscribing figure in the distance field.

Method according to Claim 1 , characterized in that for fitting the determined target geometry (108), a minimum-zone Fit is applied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method further comprises the following steps: determining a metric for the object representation, the metric setting distances in the object representation in relation to real distances of the represented object, and determining the dimensions of the object from the fitted target geometry (108) based on the metric.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the distance field comprises the following steps: determining the position of material boundary surfaces of the object from the image information of the object representation, determining a material interface closest to a data point each 102) for the data points of the distance field, • determining the respective distance of the data points (104) from the respective nearest material interface (102), and • assigning the respectively determined distance to the respective data points (104) as a distance value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the desired geometry (108) of the object is predetermined by a user input.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the desired geometry (108) of the object is determined from a CAD file.

Method according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the desired geometry (108) of the object is determined from the distance field.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object representation is a rasterized representation of the object, wherein the rastered representation has a plurality of measurement points arranged in a raster of a measurement of the object, wherein a measurement point has at least one image information.

Method according to Claim 10 , characterized in that the measurement is a computed tomographic measurement, wherein the image information of a pixel indicates the radiopacity of the material of the object at the location of the pixel.

Computer program product with computer-executable instructions executing on a computer causing the computer to perform the method of any one of the preceding claims.