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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildgebungsvorrichtung sowie eine Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung.
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Für Gussbauteile, welche komplexe Geometrien aufweisen, sind bildgebende Verfahren, wie beispielsweise die Computertomographie (CT), sowohl für Messaufgaben wie auch für die Detektion von Fehlern sehr gut geeignet. Im Bereich der industriellen Computertomographie sind dabei 2D- und 3D-Systeme bekannt. 2D-Verfahren zeichnen sich insbesondere durch ihre Genauigkeit bzw. Exaktheit aus, sind aber relativ langsam. Während mit 3D-Verfahren deutlich kürzere Messzeiten realisierbar sind, besteht hier das Problem einer geringeren Durchstrahlungskapazität sowie einer reduzierten Genauigkeit, insbesondere aufgrund der auftretenden Streustrahlung.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildgebungsvorrichtung sowie eine Verwendung einer Bildgebungsvorrichtung anzugeben bzw. bekannte Systeme derart weiterzubilden, dass die realen Messzeiten, bei gleichzeitig höchster Messgenauigkeit, reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bildgebungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Bildgebungsvorrichtung eine Emittereinheit, wobei die Emittereinheit ausgelegt ist, einen Durchleuchtungsstrahl zu erzeugen, welcher zumindest eine Durchleuchtungsebene aufspannt, und wobei eine Vielzahl von Aufnahmevorrichtungen in der zumindest einen Durchleuchtungsebene, insbesondere nebeneinander, angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Bildgebungsvorrichtung um eine Computertomographie-Anlage, insbesondere um einen 2D-Tomographen, wobei die Emittereinheit eine Röntgenröhre oder ein Linearbeschleuniger ist.
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Zweckmäßigerweise ist der Durchleuchtungsstrahl ein, insbesondere im Wesentlichen waagrecht ausgerichteter, Fächerstrahl, wobei der „Fächer“ sozusagen die Durchleuchtungsebene formt oder bildet.
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Entlang einer Längsrichtung ist beabstandet zur Emittereinheit, beispielsweise in einem Abstand von etwa 1,4 m, bevorzugt zumindest ein Detektorelement angeordnet.
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Bevorzugt ist die Verwendung einer 450 kV-lndustrie-Röntgenröhre, welche ausgelegt ist, einen Fächerstrahl zu erzeugen. Dies ermöglicht, auch große Teile, beispielsweise aus Aluminiumguss oder Objekte aus stark absorbierenden Materialien, durchstrahlen zu können. Bei diesen hohen Energien besteht grundsätzlich das Problem, dass abhängig vom zu durchdringenden Werkstoff, beim Durchgang der Röntgenstrahlen durch die Materie, ein hoher Anteil an vorwärts gerichteter Streustrahlung entsteht. Um diesem Problem zu begegnen, ist das Detektorelement bevorzugt als Zeilendetektor ausgebildet. Die beim Durchgang der Röntgenstrahlung durch die Materie des zu vermessenden Bauteils entstehende, nicht bildzeichnende, Streustrahlung kann weiter dadurch ausgeblendet werden, indem Detektor-Kollimatoren verwendet werden. Bevorzugt ist hier die Verwendung von einzeln kollimierten Detektorkanälen bzw. die Verwendung von Schlitz-Kollimatoren. Bevorzugt wird ein Detektor-Kollimator mit Öffnungen in einem Bereich von etwa 1 mm verwendet. Bevorzugt werden, angepasst an den bevorzugt verwendeten Zeilendetektor, 2048 Detektorkanäle verwendet.
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Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmevorrichtungen entlang einer Achse ausgerichtet, welche sich im Wesentlichen quer zur Längsrichtung bzw. parallel zu dem zumindest einen (Zeilen-)Detektorelement erstreckt.
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Durch die Anordnung der Vielzahl von Aufnahmevorrichtungen in bzw. innerhalb einer bzw. der Durchleuchtungsebene kann eine deutlich bessere Auslastung des zumindest einen Detektorelements bzw. des gesamten Detektorfeldes realisiert werden. Der durch die Emittereinheit erzeugte (Fächer-)Strahl kann gleichzeitig mehrere Bauteile durchleuchten, wodurch die reale Messzeit pro Bauteil deutlich reduziert werden kann. Bevorzugt sind die Aufnahmevorrichtungen nebeneinander angeordnet, wenn der Durchleuchtungsstrahl ein im Wesentlichen waagrecht orientierter Fächerstrahl ist. Alternativ könnte der Fächerstrahl auch im Wesentlichen vertikal orientiert sein, wobei die Aufnahmevorrichtungen dann bevorzugt übereinander angeordnet sind. Die Orientierung des (Zeilen-)Detektors erfolgt analog bzw. entsprechend.
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Alternativ kann es sich bei der Computertomographie-Anlage auch um einen 3D-Tomograph handeln, wobei die Emittereinheit gemäß einer Ausführungsform beispielsweise eine 225 kV-Mikrofokus-Röntgenröhre ist. Das zumindest eine Detektorelement ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt ein Flächendetektor. Der Emitter ist bevorzugt ausgelegt, einen Kegelstrahl auszusenden bzw. zur Vermessung des entsprechenden Bauteils zu erzeugen. Ein derartiger Kegelstrahl umfasst bzw. formt eine Vielzahl von Durchleuchtungsebenen.
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Jede Aufnahmevorrichtung als solche, welche beispielsweise als Gestell oder Teller ausgebildet ist, ist bevorzugt dahingehend ausgelegt, ein oder mehrere Bauteile, welche vermessen werden sollen, zu tragen, beispielsweise über- und/oder nebeneinander. Gemäß einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Aufnahmevorrichtungen derart ausgebildet, dass mehrere Bauteile beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr, übereinander anordenbar sind. Bei den in Rede stehenden Bauteilen handelt es sich beispielsweise um Fahrzeugkomponenten, wie Gussbauteile, beispielswiese Zylinderköpfe oder Kurbelgehäuse, E-Maschinen-Gehäuse, Fahrwerkskomponenten, beispielsweise Querlenker, etc.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aufnahmevorrichtungen in bzw. innerhalb der Durchleuchtungsebene variabel positionierbar. Bevorzugt sind die Aufnahmevorrichtungen entlang und/oder quer bzw. auch schräg zur Längsrichtung verstellbar ausgebildet. Bevorzugt sind jeweils geeignete Arretier-Mechanismen vorgesehen, um die Aufnahmevorrichtungen jeweils in einer gewünschten Position zu arretieren.
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Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmevorrichtungen jeweils in der Höhe verstellbar und arretierbar. Insbesondere werden die Aufnahmevorrichtungen, bevorzugt synchron, während des eigentlichen Durchstrahlungsvorgangs, beispielsweise entlang einer z-Richtung, welche die Höhenrichtung beschreibt, verfahren, sodass das Bauteil bzw. die Bauteile von dem Fächerstrahl entlang ihrer gesamten Höhe durchleuchtet werden. Alternativ können auch die Emittereinheit und/oder das zumindest eine Detektorelement entsprechend in die verschiedenen Richtungen verfahren werden.
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Zweckmäßigerweise ist ein Abstand zwischen zwei nebeneinander angeordnete Aufnahmevorrichtungen etwa gleich. Gemäß einer Ausführungsform kann daher die vorgenannte Längsrichtung, von oben gesehen, als eine Art Symmetrielinie bzgl. des Anlagenaufbaus bzw. der Anlagenkonfiguration gesehen werden. Dieser symmetrische Aufbau ermöglicht mit Vorteil ein leichteres Weiterverarbeiten der von dem zumindest einen Detektorelement erfassten Daten.
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So ist zweckmäßigerweise auch ein Rechensystem vorgesehen, welches ausgelegt und beispielsweise mittels einer entsprechenden Software dahingehend konfiguriert ist, die von dem zumindest einen Detektorelement erfassten Datensätze der nebeneinander angeordneten Bauteile zu verarbeiten und auszuwerten.
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Zweckmäßigerweise liegt ein Verhältnis eines minimalen Abstands einer Aufnahmevorrichtung zu einer Gesamtbreite des zumindest einen Detektorelements in einem Bereich von etwa 0,05 bis 0,08. Bevorzugt ist der Abstand zwischen einem Rand der Aufnahmevorrichtung und dem zumindest einen Detektorelement möglichst gering, wobei natürlich, um Beschädigungen bzw. Kollisionen durch die auf den Aufnahmevorrichtungen angeordneten Bauteile zu vermeiden, ein gewisser Mindestabstand eingehalten werden muss, beispielsweise 50 mm.
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Zweckmäßigerweise ist die Computertomographie-Anlage dahingehend ausgelegt bzw. ausgebildet, dass die Anzahl der Aufnahmevorrichtungen veränderbar ist. Zweckmäßigerweise sind hierzu die Aufnahmevorrichtungen über eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise über entsprechend ausgebildete Steckverbindungen, austauschbar gestaltet, sodass die Anzahl der Aufnahmevorrichtungen anpassbar, insbesondere auch noch erweiterbar, ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aufnahmevorrichtungen drehbar ausgebildete Drehteller, wobei diese Drehteller, wie bereits angedeutet, bevorzugt mehrstöckig ausgebildet sind, sodass übereinander mehrere Bauteile anordenbar sind.
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Zweckmäßigerweise sind die Drehteller ausgelegt, synchron zu laufen, sich also insbesondere synchron zu drehen. Mit anderen Worten ist also die Bildgebungsvorrichtung dahingehend konfiguriert, dass sich die Drehteller bzw. die Aufnahmevorrichtungen gleich bewegen bzw. synchron laufen, was sowohl für die Drehbewegung, als auch für die Bewegung entlang der z-Richtung gilt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind insbesondere drei Aufnahmevorrichtungen vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmevorrichtungen als Drehteller ausgebildet, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Durchmesser von etwa 200 mm aufweisen. Eine Breite des zumindest einen Detektorelements beträgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt etwa 800 mm, wobei ein Abstand der Drehtellerränder von dem Detektorelement in einem Bereich von etwa 50 mm liegt. Die Emittereinheit ist bevorzugt etwa 1400 mm von dem zumindest einem Detektorelement, entlang der Längsrichtung, entfernt. Bei der Emittereinheit handelt es sich bevorzugt um eine 450 kV-Röntgenröhre oder einen Linearbeschleuniger, wobei der Strahlwinkel des erzeugten (waagrecht orientierten) Fächerstrahls bei etwa 35° liegt. Der Detektor ist bevorzugt ein Zeilendetektor.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Bildgebungsvorrichtung derart ausgelegt, dass die äußersten Aufnahmevorrichtungen nur teilweise von dem Strahl der Emittereinheit abgedeckt werden. Insofern ist es nicht zwingend nötig, dass die Aufnahmevorrichtungen vollständig von dem Strahl erfasst sind, da zum einen die auf den Aufnahmevorrichtungen angeordneten Bauteile ohnehin kleiner sind und zum anderen die Bildgebungsvorrichtung mit Vorteil auch dahingehend ausgelegt ist, softwaremäßig etwaige fehlende Daten zu ergänzen, wenn ein Bauteil ggf. nicht vollständig durchleuchtet wurde oder wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das zumindest eine Detektorelement eine Krümmung auf bzw. ist kreisbogenförmig ausgebildet, wobei sich die Krümmung insbesondere an dem Strahlwinkel der Emittereinheit und dem Abstand des Detektorelements von der Emittereinheit orientiert. So ist gemäß einer Ausführungsform beispielsweise ein möglichst senkrechtes Eintreffen der Strahlung bevorzugt. Zweckmäßigerweise ist ein kreisbogenförmiger Zeilendetektor vorgesehen.
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Entsprechend ist gemäß einer Ausführungsform die vorgenannte Achse, entlang derer die Aufnahmevorrichtungen angeordnet sind, kreisbogenförmig ausgebildet, bzw. beschreibt einen Kreisbogen. Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmevorrichtungen sozusagen in einem bzw. insbesondere in einem gleichen Radius relativ zu der Emittereinheit angeordnet bzw. gleich beabstandet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Detektorelementen vorgesehen. Diese sind beispielsweise kreisbogenförmig aufgestellt, analog bzw. entsprechend der vorgenannten kreisbogenförmigen Aufstellung der Aufnahmevorrichtungen. Dabei sind die Detektorelemente beispielsweise handelsübliche (gerade/lineare) Zeilendetektoren.
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Die vorgenannten Merkmale dienen insbesondere dazu, die Aufnahme bzw. Bildqualität weiter zu verbessern.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung zur Vermessung von Bauteilen, insbesondere von beispielsweise Gussbauteilen, insbesondere im Bereich der Automobil-produktion.
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Für die erfindungsgemäße Verwendung gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines schematischen Aufbaus einer Bildgebungsvorrichtung mit Bezug auf die beigefügte Figur.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung.
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1 zeigt eine Emittereinheit 10, die in einem Abstand, welcher sich entlang einer Längsrichtung L bemisst, von einem Detektorelement 30 beabstandet ist. Bevorzugt handelt es sich bei der Bildgebungsvorrichtung um eine 2D-Computertomograhpie-Anlage, wobei die Emittereinheit 10 eine 450-kV-Industrie-Röntgenröhre ist und das Detektorelement 30 ein Zeilendetektor mit 2048 Detektorkanälen. Ein derartiges System arbeitet schichtweise, wobei hierzu die Emittereinheit 10 und/oder das Detektorelement 30 bzw. die Aufnahmevorrichtungen 20 entlang einer Hochrichtung bzw. z-Richtung verfahren werden können, wobei sich die z-Richtung senkrecht zur Zeichenenbene erstreckt. Insofern kann die Längsrichtung L auch als x-Richtung bezeichnet werden und die Achse A, entlang derer die Aufnahmevorrichtungen 20 angeordnet sind, beispielsweise als y-Richtung. Deutlich zu sehen ist nun, dass eine Breite b des Detektorelements 30 bestmöglich ausgenutzt wird, insbesondere dadurch, dass eine Vielzahl von Aufnahmevorrichtungen 20, in der hier gezeigten Ausführungsform insbesondere drei, nebeneinander, im Wesentlichen gleich beabstandet, auf der Achse A angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmevorrichtungen 20 als Drehteller ausgebildet, welche entlang, schräg und/oder auch quer zu der Längsrichtung L verfahrbar und arretierbar sind. Ein minimaler Abstand a des oder der Tellerränder beträgt bei der hier gezeigten Ausführungsform, bei welcher das Detektorelement eine Breite b von etwa 800 mm aufweist, etwa 50 mm. Ein Abstand des Detektorelements b von der Emittereinheit 10 beträgt etwa 1400 mm. Ein Strahlwinkel α eines Strahls 12 der Emittereinheit 10, welcher eine Durchleuchtungsebene E formt, beträgt in der hier skizzierten Ausführungsform etwa 35°. Erkennbar ist, dass die beiden äußeren Aufnahmevorrichtungen 20 nicht vollständig von dem Strahl 12 erfasst sind, wobei dies allerdings unerheblich ist, da die auf den Aufnahmevorrichtungen 20 angeordneten Bauteile ohnehin kleiner sind oder etwaige fehlende Daten durch eine geeignete Software ergänzt werden können. Nicht dargestellt ist ein ggf. vorhandener Kollimator, welcher zwischen der Emittereinheit 10 und den Aufnahmevorrichtungen 20 angeordnet wäre, wodurch das Problem der Streustrahlung deutlich reduziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Emittereinheit
- 12
- (Röntgen-)Strahl, Durchleuchtungsstrahl
- 20
- Aufnahmevorrichtung, Drehteller
- 30
- Detektorelement
- a
- Abstand
- b
- Breite
- L
- Längsrichtung, x-Richtung
- A
- Achse, y-Richtung
- E
- Durchleuchtungsebene
- α
- Strahlwinkel
