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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN PATENTANMELDUNGEN
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Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität gemäß der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-051551 , die am 19. März 2018 eingereicht wurde und deren Offenbarung ausdrücklich durch Bezugnahme vollinhaltlich hierin aufgenommen ist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, Computerprogrammprodukt und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-Computertomografmessung (CT). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung, der in der Lage ist, eine Messsichtfeldvergrößerung automatisch zu berechnen, um Messgenauigkeit sicherzustellen, und der in der Lage ist, automatisch einen optimierten Messplan zu erzeugen, der ein Messsichtfeld umfasst, das so viele Zielmessstellen wie möglich einpasst.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In einer Röntgen-CT-Messeinrichtung, die zerstörungsfrei Volumendaten (oder ein tomografisches Bild) eines Prüfgegenstands erhält, wird, wie zum Beispiel in der Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-205899 beschrieben, eine Röntgenstrahlenbestrahlung während der Drehung des Prüfgegenstands durchgeführt und damit werden Projektionsbilddaten erfasst und die Volumendaten werden von den Projektionsbilddaten rekonstruiert. Ein Messbediener misst Zielmessstellen in den Volumendaten. Die Volumendaten werden basierend auf dem Messsichtfeld erzeugt. Während die Messstellen genau gemessen werden können, wenn das Messsichtsfeld kleiner ist, passen indes nicht alle Zielmessstellen in das Messsichtfeld und es kann erforderlich sein, dass Röntgenbilder eine Anzahl von Malen aufgenommen werden müssen.
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Eine Ausgestaltung einer allgemeinen Röntgen-CT-Messeinrichtung und eines Messverfahrens für ein Werkstück werden nachfolgend beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, ist eine allgemeine Röntgen-CT-Einrichtung, die zur Messung verwendet wird, mit einer Kapselung 10, die Röntgenstrahlen zumindest teilweise abschirmt, einer Steuerung bzw. Regelung 30 und/oder einem Steuer- bzw. Regel-PC 40 ausgestaltet. Die Kapselung 10 umfasst darin: eine Röntgenröhre 12, die Röntgenstrahlen 13 abgibt oder erzeugt, mindestens eine Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14, die die Röntgenstrahlen 13 zumindest teilweise detektiert, einen Drehtisch 16 (als einen bestimmten Verlagerungstisch), auf dem ein Prüfgegenstand (wie beispielsweise ein Werkstück) W platziert wird und der den Prüfgegenstand W zur CT-Bildgebung dreht (verlagert), und einen XYZ-Verlagerungsmechanismus 18, der eine Position und/oder Vergrößerung des Prüfgegenstands W anpasst, das auf die Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14 projiziert wird. Die Steuerung bzw. Regelung 30 steuert bzw. regelt eine oder mehrere vorhergehend erwähnte Vorrichtungen und/oder der Steuer- bzw. Regel-PC 40 gibt Befehle von einer Benutzerbetätigung an die Steuerung bzw. Regelung 30 aus.
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Ein Röntgen-CT-Steuer- bzw. Regelprogramm 42 wird auf dem Steuer- bzw. Regel-PC 40 ausgeführt und das Röntgen-CT-Steuer- bzw. Regelprogramm 42 steuert bzw. regelt insbesondere jede Vorrichtung, zeigt ein Projektionsbild des Prüfgegenstands W an, das auf die Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14 projiziert wird, und/oder erzeugt ein tomografisches Bild als Volumendaten von einer Vielzahl von Projektionsbildern des Prüfgegenstands W.
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Darüber hinaus ist bekannt, dass, wenn die Röntgenstrahlen 13 einen Gegenstand durchqueren, eine nicht unbedeutende Anzahl von gestreuten Röntgenstrahlen, die in eine Richtung reflektiert werden, die sich von einer Bestrahlungsrichtung unterscheidet, erzeugt werden und die gestreuten Röntgenstrahlen in einem Röntgen-CT-Bildgebungsergebnis als Rauschen erscheinen. Zum Unterdrücken der gestreuten Röntgenstrahlen ist insbesondere ein Röntgenkollimator 20 in der Nähe der Röntgenröhre 12 vorgesehen. Der Röntgenkollimator 20 ist mit oberen und unteren Bauteilen ausgestaltet, die aus einem für Röntgenstrahlen nicht durchlässigen Material hergestellt sind (wie beispielsweise Wolfram), um einen Bestrahlungsbereich der Röntgenstrahlen 13 einzuschränken, und diese Bauteile können jeweils in eine Auf- und Abwärtsrichtung verschoben werden. Der Röntgenkollimator 20 kann insbesondere von dem Steuer- bzw. Regel-PC 40 gemäß einem Bildaufnahmebereich des Prüfgegenstands W angepasst werden.
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Wie in 2 (perspektivische Ansicht, wenn der Prüfgegenstand ein Zylinder ist) und in 3 (Draufsicht, wenn der Prüfgegenstand eine rechtwinklige Säule ist) gezeigt, durchqueren die Röntgenstrahlen 13, die von der Röntgenröhre 12 (als eine bestimmte Röntgenstrahlenquelle) abgegeben oder erzeugt werden, den Prüfgegenstand W auf dem Drehtisch 16 zumindest teilweise und erreichen die Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14. Das tomografische Bild des Prüfgegenstand W wird mittels Erhaltens von Übertragungsbildern des Prüfgegenstands W in verschiedenen Richtungen während der Drehung des Prüfgegenstands W mit der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14 erzeugt.
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Zu diesem Zeitpunkt kann mittels Steuerns bzw. Regelns der XYZ-Achsen des XYZ-Verlagerungsmechanismus 18 und/oder einer θ-Achse des Drehtisches 16 die Position des Prüfgegenstandes W verschoben werden und/oder der Bildaufnahmebereich (Position, Vergrößerung) und/oder ein Bildaufnahmewinkel des Prüfgegenstandes W können angepasst werden.
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Eine Messung unter Verwendung einer solchen Röntgen-CT-Messeinrichtung wird allgemein mittels der folgenden zwei Verfahren durchgeführt.
- (i) Erzeugung von Volumendaten mittels einer CT-Abtastung
- (ii) Messung von Volumendaten
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Spezifische Messverfahren werden nachfolgend beschrieben.
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Erzeugung von Volumendaten mittels einer CT-Abtastung
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Zum Beispiel wird die Messung des Werkstücks (Prüfgegenstand) W, das in 4A bildlich dargestellt ist, betrachtet. Das Werkstück W weist eine zylindrische äußere Form auf und weist in seinem Inneren einen zylindrischen Hohlraum H auf und ein Durchmesser D des Zylinders des Hohlraums H wird gemessen. Für das Messverfahren wird zuerst eine Oberfläche des Hohlraums (Grenze zwischen dem Material und Luft) detektiert und es werden eine Vielzahl von Messpunkten (Detektionspunkten) erhalten. Auf der Grundlage einer Menge von diesen Messpunkten wird ein hohler Zylinder mit der besten Übereinstimmung für die Zylinderform des Hohlraumes erzeugt und dann wird der Durchmesser D berechnet.
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Für die Messstellen zum Erhalten der Menge von Messpunkten ist es besser, in Anbetracht des zylindrischen Hohlraums eine Messstelle auszuwählen, die keine Abweichung aufweist, und daher werden drei Messstellen in einer Umfangsrichtung für die entsprechenden oberen und unteren Abschnitte des Zylinders (insgesamt sechs Stellen) ausgewählt, wie in 4B gezeigt. Die Vielzahl von Messpunkten können in einer Messstelle erhalten werden.
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Hier muss die Messvergrößerung für jede Messstelle bestimmt werden und es werden Toleranzinformationen zum Ableiten der Messvergrößerung verwendet.
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Wenn eine Toleranz in dem zylindrischen Durchmesser D, der letztendlich berechnet wird, ±0,1 mm beträgt, müssen die in der Berechnung des zylindrischen Durchmessers D verwendeten Messpunkte mit einem höheren Grad an Genauigkeit als etwa 0,1 mm (zum Beispiel 0,01 mm) gefunden werden. Darüber hinaus werden diese Messungen auf den Volumendaten durchgeführt und deshalb müssen die Volumendaten die für die Messung erforderliche Genauigkeit aufweisen. In diesem Beispiel wird die Genauigkeit der Volumendaten mittels einer Voxelgröße [mm] ausgedrückt und wird die Erzeugung von Volumendaten, die eine Voxelgröße von 0,01 mm aufweisen, betrachtet.
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Wenn ein Abstand von der Röntgenstrahlenquelle
12 zu einer Mitte des Drehtisches
16 als fcd (Focus to Center Distance, Fokus-zu-Mitte-Abstand) definiert ist und ein Abstand von der Röntgenstrahlenquelle
12 zur Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung
14 als fdd (Focus to Detector Distance, Fokus-zu-Detektor-Abstand) definiert ist, wird mag (die Vergrößerung) wie folgt ausgedrückt
[Formel 1]
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Wenn eine Breite der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung
14 als DetectorWidth [mm] definiert ist, eine Breite der erzeugten Volumendaten als VolumeWidth [Pixel] definiert ist und die Voxelgröße VoxelSize [mm/Pixel] definiert ist, wird nachfolgend ein Beziehungsausdruck ausgedrückt.
[Formel 2]
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Die Auflösung der vorhergehend angegebenen Formel für mag ergibt das folgende Ergebnis.
[Formel 3]
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Wenn die Volumendaten, die die Voxelgröße von 0,01 mm aufweisen, wie vorhergehend beschrieben, für einen Abstand fdd von der Röntgenstrahlenquelle 12 zu der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14, der als 1000 mm definiert ist, eine Breite DetectorWidth der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14, die als 400 mm definiert ist, und eine Breite VolumeWidth der Volumendaten erzeugt werden, die als 2000 Pixel definiert ist, beträgt die erforderliche Vergrößerung 20 Mal. Die gewünschten Volumendaten können mittels Änderung der Position und/oder des Winkels des Drehtisches 16, wobei eine Anpassung derart vorgenommen wird, dass die Messstelle des Werkstücks W mit einer 20-fachen Vergrößerung angezeigt wird, und Durchführens einer CT-Abtastung erzeugt werden.
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Wenn eine Vielzahl von den Messstellen vorhanden sind, wird jeweils die für jede Messstelle erforderliche Vergrößerung berechnet und wird mit der größten Vergrößerung (höchste Auflösung) in Einklang gebracht.
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(ii) Messung von Volumendaten
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Wie in dem vorhergehenden Verfahren beschrieben, wird die Oberfläche des Hohlraums (Grenze zwischen dem Material und Luft) zuerst detektiert und es werden die Vielzahl von Messpunkten (Detektionspunkten) erhalten. Auf der Grundlage der Menge von Messpunkten wird ein hohler Zylinder mit der besten Übereinstimmung für die Zylinderform des Hohlraumes erzeugt und dann wird der Durchmesser D berechnet.
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In dem vorhergehend beschriebenen Messverfahren muss der Messbediener indes die CT-Abtastung nach der Betrachtung der Messstelle und Messgenauigkeit im Voraus durchführen und es bestehen Herausforderungen bei der Erzeugung eines Plans, der die Mindestanzahl von CT-Abtastungen für die Vielzahl von Messstellen ergibt.
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Ein Produktkatalog des MiCAT Planner
<http://www.mitutoyo.co.jp/products/zahyou/auto.html>, der Software für eine Koordinatenmessungsvorrichtungsproduktgruppe ist, beschreibt einen Messplan, der automatisch von CAD-Daten erzeugt wird, die Toleranzinformationen aufweisen, aber in ihrer gegenwärtigen Form kann diese Technologie nicht mit einer Röntgen-CT-Messeinrichtung verwendet werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorhergehend beschriebenen herkömmlichen Umstände zu lösen, und ist ausgestaltet für eine Röntgen-CT-Messeinrichtung zur automatischen Berechnung einer Messsichtfeldvergrößerung, die eine richtige Messgenauigkeit sicherstellen kann, von Informationen, wie beispielsweise einer in CAD-Daten eines Prüfgegenstands umfassten Toleranz, und zur automatischen Erzeugung eines optimierten Messplans, der ein Messsichtfeld umfasst, das so viele Zielmessstellen wie möglich einpasst.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche erfüllt. Bestimmte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem Gesichtspunkt ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung vorgesehen, die Röntgenstrahlenbestrahlung durchführt, während ein Prüfgegenstand verlagert wird, und dadurch Projektionsbilddaten erfasst, Volumendaten von den Projektionsbilddaten rekonstruiert und eine Zielmessstelle in den Volumendaten misst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen von erforderlicher Messgenauigkeit und eines Messsichtfeldbereichs basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten des Prüfgegenstands umfasst sind, und einer im Voraus definierten Messstelle auf dem Testgegenstand, und automatische Erzeugung eines optimierten Messplans, der die Anzahl von Messungen minimiert oder verringert, von den Toleranzinformationen.
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Gemäß einer bestimmten Ausführungsform ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung vorgesehen, die Röntgenstrahlenbestrahlung durchführt, während ein Prüfgegenstand gedreht wird, und dadurch Projektionsbilddaten erfasst, Volumendaten von den Projektionsbilddaten rekonstruiert und eine Zielmessstelle in den Volumendaten misst. Das Verfahren berechnet erforderliche Messgenauigkeit und einen Messsichtfeldbereich basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten des Prüfgegenstandes umfasst sind, und einer Messstelle auf dem Prüfgegenstand, die von einem Messbediener im Voraus definiert wird; und erzeugt von diesen Informationen automatisch einen optimierten Messplan, der die Anzahl von Messungen minimiert.
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In einem bestimmten Beispiel kann die automatische Erzeugung des Messplans durchgeführt werden unter Verwendung einer beliebigen Messstelle als ein Standard; Überprüfung, ob andere beliebige Messstellen jeweils unter Verwendung der gleichen Messvergrößerung wie der Standard gemessen werden können; Bildung von Gruppen, die mit der gleichen Messvergrößerung gemessen werden können; Bestimmung einer CT-Abtastposition zur Erzeugung von Volumendaten für jede Gruppe; und Zuweisung einer Reihenfolge zu den Positionen.
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In einem weiteren bestimmten Beispiel werden bei der Bestimmung des CT-Abtastschritts die Prozesse der (i) Verwendung der beliebigen Messstelle als der Standard; (ii) Überprüfung, ob andere beliebige Messstellen jeweils unter Verwendung der gleichen Messvergrößerung wie der Standard gemessen werden können; (iii) Bildung von Gruppen, die mit der gleichen Messvergrößerung gemessen werden können; und (iv) Bestimmung der CT-Abtastposition zur Erzeugung von Volumendaten für jede Gruppe wiederholt, bis alle Messstellen in einer von den Gruppen umfasst sind, wonach eine Ausführungsreihenfolge für die von jeder Gruppe erhaltenen CT-Abtastpositionen bestimmt wird.
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In einem weiteren bestimmten Beispiel umfasst das Verfahren überdies die Berechnung einer Mindestvergrößerung, die für die Durchführung von Messung unter Verwendung der Toleranzinformationen für jede Messstelle erforderlich ist.
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In einem weiteren bestimmten Beispiel umfasst das Verfahren überdies die Bestimmung einer Position des Prüfgegenstands und/oder eines Verlagerungstisches für den Prüfgegenstand entlang einer Richtung, die zwischen einer Röntgenstrahlenquelle und einer Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung verläuft, mittels der Messvergrößerung.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das insbesondere greifbar auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist, das computerlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf ein geeignetes System geladen und darauf ausgeführt werden, die Schritte eines Verfahrens zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung gemäß dem vorhergehenden Gesichtspunkt oder einer bestimmten Ausführungsform davon durchführen.
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Gemäß einem bestimmten Beispiel ist mindestens ein greifbarer, nichtflüchtiger computerlesbarer Datenträger vorgesehen, der einen ausführbaren Satz von Befehlen für den Betrieb eines Programms zur automatischen Erzeugung des Messplans speichert, wobei der Satz von Befehlen, wenn er mittels eines Computerprozessors ausgeführt wird, bewirkt, dass der Computerprozessor Betriebe ausführt, die umfassen: Berechnung von erforderlicher Messgenauigkeit und eines Messsichtfeldbereichs basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten eines Prüfgegenstands umfasst sind, und einer von einem Messbediener im Voraus definierten Messstelle auf dem Testgegenstand, und automatische Erzeugung eines optimierten Messplans, der die Anzahl von Messungen minimiert, von den Toleranzinformationen.
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In einem weiteren bestimmten Beispiel umfasst die automatische Erzeugung des Messplans: Verwendung einer beliebigen Messstelle als ein Standard; Überprüfung, ob andere beliebige Messstellen jeweils unter Verwendung der gleichen Messvergrößerung wie der Standard gemessen werden können; Bildung von Gruppen, die mit der gleichen Messvergrößerung gemessen werden können; Bestimmung einer CT-Abtastposition zur Erzeugung von Volumendaten für jede Gruppe; und Zuweisung einer Reihenfolge zu den Positionen.
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Gemäß einem bestimmten Beispiel ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung vorgesehen, die Röntgenstrahlenbestrahlung durchführt, während ein Prüfgegenstand verlagert wird, und dadurch Projektionsbilddaten erfasst, Volumendaten von den Projektionsbilddaten rekonstruiert und eine Zielmessstelle von den Volumendaten misst, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: ein Programm zur automatischen Erzeugung eines Messplans, das auf mindestens einem greifbaren, nichtflüchtigen computerlesbaren Datenträger gespeichert ist, wobei das Programm, wenn es mittels eines Computerprozessors ausgeführt wird, bewirkt, dass der Computerprozessor Betriebe ausführt, die Folgendes umfassen: Bestimmen von erforderlicher Messgenauigkeit und eines Messsichtfeldbereichs basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten des Prüfgegenstands umfasst sind, und einer im Voraus definierten Messstelle auf dem Testgegenstand, und automatische Erzeugung eines optimierten Messplans, der die Anzahl von Messungen minimiert oder verringert, von den Toleranzinformationen.
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Gemäß einem bestimmten Beispiel ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung vorgesehen, die Röntgenstrahlenbestrahlung durchführt, während ein Prüfgegenstand gedreht wird, und dadurch Projektionsbilddaten erfasst, Volumendaten von den Projektionsbilddaten rekonstruiert und eine Zielmessstelle in den Volumendaten misst. Die Einrichtung ist mit einem Programm zur automatischen Messplanerzeugung versehen, das erforderliche Messgenauigkeit und einen Messsichtfeldbereich basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten des Prüfgegenstands umfasst sind, und einer von einem Messbediener im Voraus definierten Messstelle auf dem Testgegenstand berechnet, und automatisch einen optimierten Messplan, der die Anzahl von Messungen minimiert, von diesen Informationen erzeugt.
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In einem weiteren Beispiel kann das Programm zur automatischen Messplanerzeugung den Messplan erzeugen unter Verwendung einer beliebigen Messstelle als ein Standard; Überprüfung, ob andere beliebige Messstellen jeweils unter Verwendung der gleichen Messvergrößerung wie der Standard gemessen werden können; Bildung von Gruppen, die mit der gleichen Messvergrößerung gemessen werden können; Bestimmung einer CT-Abtastposition zur Erzeugung von Volumendaten für jede Gruppe; und Zuweisung einer Reihenfolge zu den Positionen.
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In der Röntgen-CT-Messung kann eine Aufgabe zur Anpassung eines Messsichtfeldes, das schwierig anzupassen ist, automatisch unter Verwendung von CAD-Daten durchgeführt werden und ein Messplan, der das Anpassungsergebnis aufzeichnet, kann automatisch erzeugt werden. Dementsprechend können die Vergrößerungsberechnung, die für jede Messstelle erforderlich ist, und der optimierte Messplan für die Messstelle, die herkömmlich von dem Messbediener gehandhabt wurden, automatisch erzeugt werden und die Arbeit des Messbedieners kann effizienter gemacht werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die vermerkte Vielzahl von Zeichnungen mittels nicht begrenzender Beispiele beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben, bei denen durchgängig in den mehreren Ansichten der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile abbilden. Es versteht sich, dass, obgleich Ausführungsformen getrennt beschrieben werden, einzelne Merkmale davon zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
- 1 ist eine Vorderansicht, die eine Gesamtausgestaltung einer allgemeinen Röntgen-CT-Messeinrichtung veranschaulicht;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung eines relevanten Abschnitts der allgemeinen Röntgen-CT-Messeinrichtung zeigt, wenn ein Testgegenstand ein Zylinder ist;
- 3 ist eine Draufsicht, die eine Ausgestaltung eines relevanten Abschnitts der allgemeinen Röntgen-CT-Messeinrichtung zeigt, wenn der Testgegenstand eine rechtwinklige Säule ist;
- 4A und 4B sind perspektivische Ansichten, die Beispiele für den Prüfgegenstand und Messstellen veranschaulichen;
- 5 ist eine Vorderansicht, die eine Gesamtausgestaltung einer Röntgen-CT-Messeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 6 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Messplans;
- 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Verfahrensablauf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zur Erzeugung des Messplans gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Standardmessstelle veranschaulicht;
- 10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen beispielhaften Gruppenrekonstruktionsbereich veranschaulicht;
- 11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel für den Gruppenrekonstruktionsbereich veranschaulicht; und
- 12 ist eine perspektivische Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel für den Gruppenrekonstruktionsbereich veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hier gezeigten Besonderheiten sind nur beispielhaft und zum Zweck der veranschaulichenden Erörterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden in der Absicht vorgestellt, bereitzustellen, wovon angenommen wird, die nützlichste und am leichtesten verstandene Beschreibung der Prinzipien und begrifflichen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung zu sein. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, strukturelle Details der vorliegenden Erfindung ausführlicher zu zeigen als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen für Fachleute offensichtlich macht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht von dem in der/den folgenden Ausführungsform und Beispielen beschriebenen Inhalt beschränkt. Ausgestaltungsanforderungen in der/den folgenden Ausführungsform und Beispielen können auch die umfassen, die für einen Fachmann leicht denkbar sind, die im Wesentlichen ähnlich sind und die einen äquivalenten Schutzumfang umfassen. Überdies können die Ausgestaltungsanforderungen, die in den folgenden Ausführungsformen und Beispielen offenbart werden, zweckmäßig kombiniert werden oder können zweckmäßig selektiv eingesetzt werden.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Röntgen-CT-Messeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der Ausführungsform wird ein Programm 44 zur automatischen Messplanerzeugung neu zu einer Einrichtungsausgestaltung hinzugefügt, die 1 ähnlich ist. Elemente der vorliegenden Ausführungsform einer Röntgen-CT-Messeinrichtung, die ähnlich oder im Wesentlichen gleich wie die Elemente der Einrichtung von 1 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und es wird hier keine wiederholende Beschreibung geben. Das Programm 44 zur automatischen Messplanerzeugung führt die automatische Erzeugung eines Messplans durch.
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Der mittels des Programms 44 zur automatischen Messplanerzeugung erzeugte Messplan umfasst (mehrere) CT-Abtastpositionen eines Werkstücks W, (mehrere) Messstellen von Volumendaten, die von der CT-Abtastung erzeugt werden, und Informationen für eine Messreihenfolge der Positionen und/oder Stellen.
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Der Messplan, wie in 6 gezeigt, wird zum Beispiel für das Werkstück W erzeugt, das in 4A und 4B veranschaulicht ist.
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C1, C2 und C3 zeigen jeweils die CT-Abtastpositionen und die Messvergrößerung wird eindeutig mittels der CT-Abtastposition bestimmt. Überdies zeigt der Plan, dass die CT-Abtastungen in der Reihenfolge von C1 ➯ C2 ⇒ C3 durchgeführt werden, und zeigt zu messende Stellen in Bezug auf die von jeder CT-Abtastung erzeugten Volumendaten.
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Nachfolgend wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unten unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Zuerst gibt im Schritt 110 ein Messbediener oder Benutzer CAD-Daten mit Toleranzinformationen in das Programm 44 zur automatischen Messplanerzeugung ein. Wenn ein Röntgen-CT-Steuer- bzw. Regelprogramm 42 in der Lage ist, andere Prozesse unter Verwendung der CAD-Daten durchzuführen, können die CAD-Daten von dem Röntgen-CT-Steuer- bzw. Regelprogramm 42 in das Programm 44 zur automatischen Messplanerzeugung eingegeben werden.
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Als Nächstes werden in Schritt 120 Messstellen unter Verwendung der Toleranzinformationen der CAD-Daten bestimmt.
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Dann werden in Schritt 130 unter Verwendung der Toleranzinformationen für jede Messstelle eine Mindestvergrößerung berechnet, die zur Durchführung von Messung erforderlich ist (unterer Grenzwert für Messvergrößerung). Zuerst wird von den Toleranzinformationen eine erforderliche Voxelgröße gefunden und die erforderliche Vergrößerung wird von der Voxelgröße berechnet.
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Wenn als Präzision eine Toleranzgenauigkeit definiert ist, wird ein Anpassungsparameter k (kleiner als 1,0) verwendet und die VoxelSize [mm/Pixel] wird berechnet, wie nachfolgend gezeigt.
[Formel 4]
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Wenn eine Breite einer Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung
14 als DetectorWidth [mm] definiert ist und eine Breite der Volumendaten als VolumeWidth [Pixel] definiert ist, wird der untere Grenzwert für Messvergrößerung (mag) berechnet wie nachfolgend gezeigt.
[Formel 5]
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Als Nächstes wird in Schritt 140 der Messplan erzeugt, wie in 8 gezeigt.
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Als ein Verfahren zur Erzeugung des Messplans verwendet das Verfahren eine beliebige Messstelle als einen Standard; überprüft es, ob andere beliebige Messstellen jeweils unter Verwendung der gleichen Volumendaten (das heißt, der gleichen Messvergrößerung) wie der Standard gemessen werden können; und bildet es Gruppen, die unter Verwendung der gleichen Volumendaten gemessen werden können. Wenn die Messstellen in Gruppen getrennt werden können, werden die CT-Abtastpositionen zur Erzeugung der Volumendaten für jede Gruppe bestimmt und eine Reihenfolge wird dazu zugewiesen.
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Nachfolgend wird ein spezifisches Ausführungsverfahren unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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Bei der Auswahl der Standardmessstelle in Schritt 210 wird eine Messstelle, die als der Standard (Standardmessstelle) dienen wird, von unter den Messstellen ausgewählt, die nicht zu irgendeiner Gruppe gehören. Da in der Anfangsphase der Erzeugung des Messplans keine Gruppen vorhanden sind, wird die Messstelle von allen Messstellen ausgewählt.
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Als ein Auswahlverfahren wird eine Zielmessstelle ausgewählt, die an einem Ende positioniert ist. Zum Beispiel wird die Messstelle am nächsten an einer Röntgenstrahlenquelle 12 als der Standardbezug definiert.
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In dem in 9 gezeigten Beispiel liegt p4 am nächsten an der Röntgenstrahlenquelle 12 und wird als die Standardmessstelle ausgewählt.
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Nach der Auswahl der Standardmessstelle werden die folgenden Informationen für die Gruppe definiert, die die Standardmessstelle umfasst:
- - Gruppenkennung: Gn *n ist eine Zahl
- - Gruppenmessvergrößerung: Gn_Mag
- - Gruppenrekonstruktionsbereich: Gn_Range
- - Gruppenmessstellenliste: Gn_MeasList
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Die Zugehörigkeit zur gleichen Gruppe bedeutet, dass die Messstellen unter Verwendung der gleichen Volumendaten gemessen werden können und die Anzahl von Gruppen, die letztendlich gebildet werden, ist gleich der Anzahl von Volumendaten, die für die Messung erforderlich sind (mit anderen Worten der Anzahl von CT-Abtastpositionen).
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Die Gruppenmessvergrößerung ist eine Vergrößerung des Werkstücks, die in den entsprechenden Volumendaten umfasst ist, und ein Ausgangswert davon wird auf den unteren Grenzwert für Messvergrößerung der Standardmessstelle eingestellt.
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Der Gruppenrekonstruktionsbereich zeigt einen Bereich im realen Raum der entsprechenden Volumendaten. Im Allgemeinen wird der Rekonstruktionsbereich als ein rechtwinkliges Parallelepiped oder ein Zylinder gehandhabt, der Einfachheit der Berechnung halber wird in diesem Beispiel jedoch lediglich der Zylinder verwendet. Im Fall des Zylinders werden ein Zylinderdurchmesser und eine Zylinderhöhe als Werte verwendet, die den Rekonstruktionsbereich angeben. Der Ausgangswert ist der Rekonstruktionsbereich, der eindeutig mittels der Gruppenmessvergrößerung erhalten wird. Wenn eine Breite der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung
14 als DetectorWidth [mm] definiert ist, eine Breite der Volumendaten als VolumeWidth [Pixel] definiert ist und eine Höhe der Volumendaten als VolumeHeight [Pixel] definiert ist, können der Zylinderdurchmesser (Durchmesser) und die Zylinderhöhe (Höhe), die den Rekonstruktionsbereich angeben, berechnet werden wie nachfolgend gezeigt.
[Formel 6]
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Bei der Auswahl einer Überprüfungsmessstelle in Schritt 220 wird eine beliebige Messstelle, die sich von der Standardmessstelle unterscheidet, von unter den Messstellen ausgewählt, die nicht zu irgendeiner Gruppe gehören, und wird als die Überprüfungsmessstelle definiert.
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Zur Überprüfung, ob Gruppierung möglich ist, in Schritt 230, wird eine Überprüfung, ob die Überprüfungsmessstelle mit den gleichen Volumendaten gemessen werden kann wie die Standardmessstelle, durchgeführt. Insbesondere wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Messvergrößerung aufeinander abgestimmt werden kann und in dem gleichen Rekonstruktionsbereich umfasst sein kann.
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Bei der Betrachtung eines Falles, in dem die Überprüfungsmessstelle in der Gruppe umfasst ist, kann die Gruppenmessvergrößerung auf den größeren von dem gegenwärtigen Wert und dem unteren Grenzwert für Messvergrößerung der Überprüfungsmessstelle abgestimmt werden. Darüber hinaus ändert sich, wenn die Gruppenmessvergrößerung an diesem Zeitpunkt geändert wird, auch der Gruppenrekonstruktionsbereich. Wenn die Überprüfungsmessstelle in dem neuen Gruppenrekonstruktionsbereich umfasst sein kann, ist Gruppierung möglich.
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Zum Beispiel gibt 10 an, dass, wenn die Standardmessstelle als p4 definiert ist und die Überprüfungsmessstelle als p6 definiert ist und der untere Grenzwert für Messvergrößerung von p4 gleich x10 ist und der untere Grenzwert für Messvergrößerung von p6 gleich x5 ist, p6 in dem Rekonstruktionsbereich umfasst ist (Gruppierung möglich ist).
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11 hingegen gibt an, dass, wenn die Standardmessstelle als p4 definiert ist und die Überprüfungsmessstelle als p5 definiert ist und der untere Grenzwert für Messvergrößerung von p4 gleich x10 ist und der untere Grenzwert für Messvergrößerung von p5 gleich x15 ist, p5 nicht in dem Rekonstruktionsbereich umfasst ist (Gruppierung nicht möglich ist). Wenn p5 umfasst ist, wird die Gruppenmessvergrößerung auf x15 erhöht und der Gruppenrekonstruktionsbereich wird dementsprechend kleiner.
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In der vorhergehend erwähnten Ausführungsform wird die Überprüfung basierend auf der Annahme gemacht, dass die Position des Rekonstruktionsbereichs wie gewünscht definiert werden kann, indes müssen aufgrund von verschiedenen Einschränkungen, die von der Ausgestaltung der Einrichtung abhängig sind, solche Einschränkungen berücksichtigt werden. Zum Beispiel wird eine Mitte des Rekonstruktionsbereichs (z. B. Zylinderachse) auf einen Verlagerungsbezug, wie beispielsweise einen Drehpunkt (Drehachse), abgestimmt. Daher wird, sofern ein spezieller Mechanismus oder dergleichen zur Änderung des Drehpunktes vorhanden ist, eine relative Beziehung zwischen der Drehachse und jeder Messstelle des Werkstücks W, das direkt auf einem Drehtisch 16 platziert ist, festgelegt oder beibehalten. Alternativ ist die Position des Rekonstruktionsbereiches aufgrund oberer und unterer Grenzen für die Verlagerung des Verlagerungstisches (z. B. Drehtisches) 16 beschränkt.
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12 veranschaulicht eine Ansicht, in der die Mitte des Rekonstruktionsbereichs fest ist oder auf die Drehachse des Werkstücks W eingestellt ist, wenn der untere Grenzwert für Messvergrößerung von p6 gleich x15 ist.
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Beim Bestimmen der CT-Abtastpositionen in Schritt 240 wird nach der Wiederholung der Prozesse in den Schritten 220 und 230, bis keine weiteren Kandidaten für die Überprüfungsmessstelle vorhanden sind, die Gruppenmessvergrößerung oder die Liste der Gruppenmessstellen abgeschlossen und die CT-Abtastpositionen werden bestimmt.
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Wenn eine Richtung, die zwischen der Röntgenstrahlenquelle 12 und der Röntgenstrahlen-Detektionsvorrichtung 14 verläuft, als eine X-Achse definiert ist, kann eine X-Position des Drehtisches 16 während der CT-Abtastung mittels der Messvergrößerung bestimmt werden. Wenn alle Messstellen, die in der Gruppe umfasst sind, in dem Rekonstruktionsbereich umfasst sind, können Y/Z-Positionen wie gewünscht innerhalb eines Bereiches definiert werden, wo der Drehtisch 16 verlagert werden kann.
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Zum Beispiel kann ein Schwerpunkt von allen Messstellen, die in der Gruppe umfasst sind, eingestellt werden, um auf der Mitte des Rekonstruktionsbereichs positioniert zu werden.
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Bei der Bestimmung der CT-Abtastreihenfolge in Schritt 250 werden die Prozesse von Schritt 210 bis Schritt 240 wiederholt, bis alle Messstellen in irgendeiner von den Gruppen umfasst sind, wonach eine Ausführungsreihenfolge für die von jeder Gruppe erhaltenen CT-Abtastpositionen bestimmt wird.
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Aus Sicht der Vermeidung von unnötiger Verlagerung sollte die Reihenfolge derart eingestellt werden, dass die kürzeste Route für die Verlagerung des Drehtisches 16 zu jeder CT-Abtastposition bewerkstelligt wird. Aus Sicht der Gesamtmesszeit ist die Verlagerungszeit des Drehtisches 16 viel kürzer als die CT-Abtastungsausführungszeit und daher wird erachtet, dass die Verlagerungszeit keine Auswirkung auf die Gesamtmesszeit aufweist.
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Vorhergehend ist ein Beispiel für die Messung eines Hohlraums in einem zylindrischen Körper beschrieben, eine äußere Form oder eine innere Form des Prüfgegenstandes sind indes nicht darauf beschränkt.
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Dementsprechend berechnet bei der Erzeugung eines Messplans für Röntgen-CT-Messung, bei der Röntgenstrahlenbestrahlung durchgeführt wird, während ein Prüfgegenstand gedreht wird, und dadurch Projektionsbilddaten erfasst werden, Volumendaten von den Projektionsbilddaten rekonstruiert werden und eine Zielmessstelle in den Volumendaten gemessen wird, die vorliegende Offenbarung erforderliche Messgenauigkeit und einen Messsichtfeldbereich basierend auf Toleranzinformationen, die in CAD-Daten des Prüfgegenstandes umfasst sind, und einer Messstelle auf dem Prüfgegenstand, die im Voraus (insbesondere von einem Messbediener oder Benutzer) definiert wird, und erzeugt von diesen Informationen automatisch einen optimierten Messplan, der die Anzahl von Messungen minimiert. Mit anderen Worten, gemäß dem automatisch erzeugten Messplan für die Röntgen-CT-Messung wird die Anzahl von durchzuführenden Messschritten (oder die in dem Messplan erzeugt oder umfasst sind) soweit wie möglich verringert oder minimiert. Um dies zu bewerkstelligen, wird die Verringerung der Anzahl von Änderungen der Vergrößerung und/oder die Verringerung der Gesamtbewegungsstrecke und/oder die Verringerung des Drehwinkels des Drehtisches und insbesondere mittels Überprüfung dieser Punkte basierend auf den Volumendaten offenbart.
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Es sei erwähnt, dass die vorhergehenden Beispiele lediglich zum Zweck der Erklärung bereitgestellt wurden und in keiner Weise als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen sind. Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Wörter, die in diesem Dokument verwendet wurden, Wörter der Beschreibung und Veranschaulichung sind, und nicht Wörter der Begrenzung. Änderungen können im Rahmen der angehängten Patentansprüche gemacht werden, wie sie derzeit angegeben und geändert sind, ohne vom Schutzumfang und Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung in ihren Gesichtspunkten abzuweichen. Obgleich die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, wird nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die hier offenbarten Einzelheiten beschränkt ist; die vorliegende Erfindung erstreckt sich vielmehr auf sämtliche funktional äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen, wie innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, und verschiedene Variationen und Abwandlungen können möglich sein, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018051551 [0001]
- JP 2016205899 [0003]