DE102020005518A1

DE102020005518A1 - Kalibrierverfahren einer röntgen-messvorrichtung

Info

Publication number: DE102020005518A1
Application number: DE102020005518.4A
Authority: DE
Inventors: Masato Kon; Hiromu MAIE; Seiji Sasaki; Jyota Miyakura
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US11346660B2; CN112461165A; US20210072022A1; JP2021043014A; JP7257924B2

Abstract

Ein Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung beinhaltet: einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer vorderen Stufe eines parallelen Bewegens von Kugeln 106, welche an N Stellen angeordnet werden, mehrere Male, und eines Identifizierens von Schwerpunktpositionen ImPos(1..Q)_Dis(1..M)_Sphr_(1..N)) von projizierten Bildern der Kugeln 106 an den N Stellen; einen Berechnungsschritt einer individuellen Matrix eines Berechnens einer individuellen Projektionsmatrix PPj (j=1..Q) für jede der Kugeln 106; einen Berechnungsschritt einer individuellen Position eines Berechnens von Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 auf der Basis der individuellen Projektionsmatrix PPj (j=1..Q); einen Koordinaten-Integrationsschritt eines Berechnens von bestimmten relativen Positionsabständen X(1..N) der Kugeln 106; einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer hinteren Stufe; einen Berechnungsschritt einer Transformationsmatrix eines Berechnens einer projektiven Transformationsmatrix Hk (k=1..Q); einen Rotations-Detektionsschritt; einen Positions-Berechnungsschritt; und einen Berechnungsschritt einer Mittelpunktposition. Dies macht es möglich, beispielsweise eine Rotations-Mittelpunktposition des rotierenden Tisches, auf welchem ein zu messender Gegenstand rotierbar angeordnet ist, mit einem einfachen Schritt zu berechnen, selbst wenn das Kalibrierwerkzeug aufgrund einer säkularen Änderung oder dgl. deformiert wird.

Description

Die Offenbarung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-172253 , eingereicht am 20. September 2019, welche Beschreibungen, Zeichnungen und Ansprüche enthält, wird hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung, wobei das Verfahren eine Berechnung beispielsweise einer Rotations-Mittelpunktposition eines rotierenden Tisches erlaubt, auf welchem ein zu messender Gegenstand drehbar montiert bzw. angeordnet ist, selbst wenn ein Kalibrierwerkzeug aufgrund einer säkularen Änderung oder dgl. verformt ist bzw. wird.
Stand der Technik
Konventionelle Röntgen-Messvorrichtungen (Röntgen-CT-Messapparate bzw. -geräte), welche eine dreidimensionale Form bzw. Gestalt eines zu messenden Objekts bzw. Gegenstands mit einer Verwendung eines Röntgenstrahls messen können, werden hauptsächlich für eine Beobachtung und Inspektion bzw. Überprüfung von Defekten, wie beispielsweise Hohlräumen in Gießteilen, Schweißdefekten in geschweißten Teilen und Defekten bzw. Fehlern in Schaltungs- bzw. Schaltkreismustern von Teilen einer elektronischen Schaltung verwendet, welche schwierig von einem äußeren Aussehen zu identifizieren sind. Jedoch gibt es in jüngsten Jahren mit der Verteilung von 3D Druckern zunehmende Anforderungen für eine 3D Messung von internen Abmessungen von Werkstücken mit einer höheren Genauigkeit. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird von den Röntgen-Messvorrichtungen erwartet, weiter die Genauigkeit einer Dimensions- bzw. Abmessungsmessung zu erhöhen bzw. zu steigern.
Um eine genauere Dimensionsmessung in den Röntgen-Messvorrichtungen durchzuführen, ist es wichtig, wie dies in der Japanischen Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2000-298105 geoffenbart ist, eine verschiedenartige Kalibrierung, welche für jede Vorrichtung spezifisch ist, mit einer Verwendung eines Kalibrierwerkzeugs vor dem Start einer Messung durchzuführen. Demgemäß ist es wünschenswert, konstant das Kalibrierwerkzeug in einer korrekten Form bzw. Gestalt beizubehalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Es gibt jedoch Fälle, wo das Kalibrierwerkzeug aufgrund einer säkularen Änderung bzw. Umgebungsänderung oder dgl. in Abhängigkeit von Handhabungsbedingungen verformt ist bzw. wird. In derartigen Fällen kann, wenn ein unterschiedliches Kalibriermerkmal an jeder Vorrichtung mit dem verformten Kalibrierwerkzeug vor dem Start einer Messung durchgeführt wird, sich die Messgenauigkeit verschlechtern.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme in der konventionellen Technik zu lösen, und ein Ziel bzw. Gegenstand davon ist es, ein Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren eine Berechnung beispielsweise eines Rotationsmittelpunkts eines rotierenden Tisches erlaubt, auf welchem ein zu messender Gegenstand rotierbar montiert bzw. angeordnet ist, selbst wenn ein Kalibrierwerkzeug aufgrund einer säkularen Änderung oder dgl. verformt ist bzw. wird.
Lösung für das Problem
Um den oben erwähnten Gegenstand zu erzielen, stellt ein ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung zur Verfügung, welche konfiguriert ist, um eine dreidimensionale Form bzw. Gestalt eines zu messenden Gegenstands bzw. Objekts unter Verwendung eines Röntgenstrahls zu messen. Die Röntgen-Messvorrichtung beinhaltet eine Röntgenquelle, welche einen Röntgenstrahl erzeugt bzw. generiert, einen rotierenden Tisch, auf welchem der zu messende Gegenstand rotierbar angeordnet bzw. montiert ist bzw. wird, und einen Röntgenbilddetektor, welcher den Röntgenstrahl detektiert, welcher durch den zu messenden Gegenstand hindurchtritt. Das Verfahren beinhaltet: einen Anordnungsschritt eines Anordnens bzw. Montierens auf dem rotierenden Tisch eines Kalibrierwerkzeugs, welches eine Anordnung von Referenz- bzw. Bezugsgegenständen an N Stellen (N ≥ 4) bei bzw. an bestimmten relativen Positionsabständen bzw. -intervallen erlaubt, wobei die Bezugsgegenstände eine Form bzw. Gestalt aufweisen, welche durch projizierte Bilder auf dem Röntgenbilddetektor identifizierbar ist; einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer vorderen Stufe bzw. Phase eines parallelen Bewegens der Bezugsgegenstände, welche an den N Stellen angeordnet werden, mehrere Male ohne ein Ändern der bestimmten bzw. spezifischen relativen Positionsabstände der Bezugsgegenstände, eines Bestrahlens des Kalibrierwerkzeugs mit dem Röntgenstrahl vor und nach der parallelen Bewegung, und eines Identifizierens von Positionen von Merkmalspunkten von projizierten Bildern der Bezugsgegenstände an den N Stellen aus einer Ausgabe des Röntgenbilddetektors; einen Berechnungsschritt einer individuellen Matrix eines Berechnens einer individuellen Transformationsmatrix für jeden der Bezugsgegenstände an den N Stellen aus den Positionen vor und nach der parallelen Bewegung und den entsprechenden Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände an den N Stellen, wobei die individuelle Transformationsmatrix für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände auf eine Detektionsoberfläche des Röntgenbilddetektors verwendet wird; einen Berechnungsschritt einer individuellen Position eines Berechnens von Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände an den N Stellen auf der Basis der individuellen Transformationsmatrix; einen Koordinaten-Integrationsschritt eines Hinzufügens bzw. Addierens von Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände an den N Stellen zu jeder der Positionen vor und nach der parallelen Bewegung, und eines Berechnens der bestimmten relativen Positionsabstände der Bezugsgegenstände an den N Stellen; einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer hinteren Stufe bzw. Phase eines Bestrahlens des Kalibrierwerkzeugs mit einem Röntgenstrahl, und eines Identifizierens von Positionen von Merkmalspunkten von projizierten Bildern der Bezugsgegenstände an den N Stellen aus einer Ausgabe des Röntgenbilddetektors; einen Berechnungsschritt einer Transformationsmatrix eines Berechnens einer ersten Transformationsmatrix aus den Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände an den N Stellen und den bestimmten relativen Positionsabständen, wobei die erste Transformationsmatrix für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände auf eine Detektionsoberfläche des Röntgenbilddetektors verwendet wird; einen Rotations-Detektionsschritt eines Rotierens des rotierenden Tisches zwei oder mehrere Male bei einem bzw. um einen vorbestimmten Winkel, und eines Wiederholens einer Ausführung des Berechnungsschritts der Merkmalsposition der hinteren Stufe bis zu dem Berechnungsschritt der Transformationsmatrix; einen Positions-Berechnungsschritt eines Berechnens von absoluten Positionen der Bezugsgegenstände für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel auf der Basis der ersten Transformationsmatrix; und einen Berechnungsschritt einer Zentrums- bzw. Mittelpunktposition eines Berechnens einer Mittelpunktposition einer Rotation des rotierenden Tisches aus einer Änderung in den absoluten Positionen der Bezugsgegenstände, welche durch eine Rotation des rotierenden Tisches bewirkt wird.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Korrekturverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Berechnungsschritt der individuellen Matrix, unter einer Annahme, dass die Röntgenquelle und der Röntgenbilddetektor parallel anstelle der Bezugsgegenstände bewegt werden, welche an den N Stellen angeordnet sind, eine Bewegungsposition der Röntgenquelle für jede N Stelle auf der Basis der individuellen Transformationsmatrix berechnet werden kann, und die Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände an den N Stellen auf der Basis der Bewegungsposition der Röntgenquelle berechnet werden können.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Koordinaten-Integrationsschritt Resultate eines Hinzufügens bzw. Addierens der Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände an den N Stellen zu den Positionen vor und nach der parallelen Bewegung als modifizierte Bewegungspositionen definiert werden können, und aus den Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände an den N Stellen und den modifizierten Bewegungspositionen eine zweite Transformationsmatrix berechnet werden kann, um die bestimmten bzw. spezifischen relativen Positionsabstände der Bezugsgegenstände an den N Stellen zu berechnen, wobei die zweite Transformationsmatrix für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände auf die Detektionsoberfläche des Röntgenbilddetektors verwendet wird.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Koordinaten-Integrationsschritt die berechneten modifizierten Bewegungspositionen und die berechnete zweite Transformationsmatrix als ursprüngliche bzw. Ausgangswerte der modifizierten Bewegungspositionen und der zweiten Transformationsmatrix festgelegt bzw. eingestellt werden können, welche als Variable verwendet werden, und ein Positionsfehler zwischen den Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände an den N Stellen, welche auf der Basis einer Beziehung zwischen den modifizierten Bewegungspositionen und der zweiten Transformationsmatrix berechnet werden, und Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände an den N Stellen, welche tatsächlich detektiert werden, evaluiert werden kann, um die modifizierten Bewegungspositionen und die zweite Transformationsmatrix zu berechnen.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem der rotierende Tisch mehrere Male um einen bestimmten Winkel gedreht werden kann, der Berechnungsschritt der Merkmalsposition der vorderen Stufe bis zu dem Koordinaten-Integrationsschritt wiederholt ausgeführt werden kann, und ein Durchschnitt der Mehrzahl von bestimmten relativen Positionsabständen, welche durch die wiederholte Ausführung erhalten werden, berechnet werden kann, oder Positionen vor und nach der parallelen Bewegung, wenn die Schritte wiederholt ein nächstes Mal ausgeführt werden, mit den bestimmten relativen Positionsabständen assoziiert bzw. diesen zugeordnet werden können, welche unmittelbar vorher berechnet wurden.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem, wenn alle der Bezugsgegenstände auf nur einer Ebene in dem Kalibrierwerkzeug angeordnet werden, die erste Transformationsmatrix als eine projektive Transformationsmatrix definiert werden kann, und wenn die Bezugsgegenstände dreidimensional angeordnet werden, die erste Transformationsmatrix als eine Projektionsmatrix definiert werden kann.
Ein siebenter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition eine Rotationsachse des rotierenden Tisches weiters berechnet werden kann.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Positions-Berechnungsschritt, unter einer Annahme, dass die Röntgenquelle und der Röntgenbilddetektor anstelle des rotierenden Tisches rotieren, absolute Positionen der Bezugsgegenstände berechnet werden können, indem eine absolute Position der Röntgenquelle für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel auf der Basis der ersten Transformationsmatrix berechnet wird und die absolute Position der Röntgenquelle in Koordinaten transformiert wird.
Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem, wenn die absolute Position der Röntgenquelle berechnet wird, indem der rotierende Tisch drei oder mehrere Male bei dem bzw. um den vorbestimmten Winkel gedreht wird, eine Distanz zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgenbilddetektor und eine Position eines Fußes einer Normalen bzw. Senkrechten von der Röntgenquelle zu dem Röntgenbilddetektor in Variable umgewandelt bzw. konvertiert werden können, und ein Distanzfehler zwischen einer Position auf einem Ort eines provisorischen wahren Kreises und der absoluten Position der Röntgenquelle evaluiert bzw. ausgewertet werden kann, um die Distanz zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgenbilddetektor und eine Position des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle zu dem Röntgenbilddetektor zu berechnen, wobei der provisorische wahre Kreis erhalten wird, indem die absoluten Positionen der Röntgenquelle, welche auf der Basis der ersten Transformationsmatrix berechnet werden, an einen wahren Kreis angepasst werden.
Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition eine Mittelpunktposition eines Orts, welcher durch ein Anpassen einer Änderung in den absoluten Positionen der Bezugsgegenstände an einen wahren Kreis erhalten wird, berechnet werden kann, und die berechnete Mittelpunktposition als die Rotations-Mittelpunktposition des rotierenden Tisches definiert werden kann.
Ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem bei einer Berechnung der Rotationsachse des rotierenden Tisches ein Neigungswinkel von bzw. gegenüber einer horizontalen Ebene des Orts weiters berechnet werden kann, und die Rotationsachse aus dem Neigungswinkel und der Rotations-Mittelpunktposition berechnet werden kann.
Ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem die Bezugsgegenstände jeweils eine Kugel sein können.
Ein dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Kalibrierverfahren zur Verfügung, in welchem die Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände Schwerpunktpositionen der projizierten Bilder sein können.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, beispielsweise eine Rotations-Mittelpunktposition eines rotierenden Tisches zu berechnen, auf welchem ein zu messender Gegenstand rotierbar montiert bzw. angeordnet ist, selbst wenn ein Kalibrierwerkzeug aufgrund einer säkularen Änderung oder dgl. verformt ist bzw. wird.
Diese und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich werden.
Figurenliste
Die bevorzugten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, wobei gleiche Elemente in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wurden, und wobei;

1 eine schematische Seitenansicht ist, welche eine Basiskonfiguration einer Röntgen-Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine schematische Draufsicht ist, welche nur wesentliche Teile der Röntgen-Messvorrichtung von 1 zeigt;
3A eine Vorderansicht ist, welche ein Kalibrierwerkzeug von 1 zeigt;
3B eine Draufsicht ist, welche das Kalibrierwerkzeug von 1 zeigt;
4 ein Flussdiagramm ist, welches Kalibrierprozeduren bzw. -vorgänge der Röntgen-Messvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein detailliertes Flussdiagramm eines Schritts eines Berechnens von Bewegungspositionen von Kugeln in 4 ist;
6 ein detailliertes Flussdiagramm eines Schritts eines Berechnens von relativen Positionen der Kugeln in 4 ist;
7 ein detailliertes Flussdiagramm eines Schritts eines Berechnens von absoluten Positionen der Kugeln aus einer absoluten Position einer Röntgenquelle in 4 ist;
8 ein Flussdiagramm eines Schritts eines Berechnens einer Distanz zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgenbilddetektor, und einer Position eines Fußes einer Normalen von der Röntgenquelle zu dem Röntgenbilddetektor, nach einem Berechnen der absoluten Position der Röntgenquelle in 7 ist;
9 eine Bildansicht ist, welche eine Koordinatenintegration zeigt, welche durchgeführt wird, wenn die relativen Positionen der Kugeln in 4 berechnet werden;
10A die Beziehung zwischen den absoluten Positionen der Kugeln und der absoluten Position der Röntgenquelle zeigt, in welcher sich der rotierende Tisch dreht;
10B die Beziehung zwischen den absoluten Positionen der Kugeln und der absoluten Position der Röntgenquelle zeigt, in welcher angenommen wird, dass sich die Röntgenquelle und der Röntgenbilddetektor drehen; und
11 ein detailliertes Flussdiagramm ist, welches eine Optimierung der zu berechnenden relativen Positionen der Kugeln in 4 illustriert.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Inhalte der unten beschriebenen Ausführungsform und Beispiele beschränkt bzw. begrenzt. Darüber hinaus beinhalten Komponentenglieder, welche nachfolgend beschrieben werden, diejenigen, welche leicht durch einen Fachmann erdacht bzw. entwickelt werden, und diejenigen, welche im Wesentlichen ident sind, d.h. den gesamten Bereich von Äquivalenten. Darüber hinaus können die nachfolgend geoffenbarten Komponentenglieder erforderlichenfalls entsprechend bzw. geeignet kombiniert oder ausgewählt werden.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 wird eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, dass eine Breitenrichtung relativ zu der Seite von 1 eine z-Achsen-Richtung ist, eine longitudinale bzw. Längsrichtung relativ zu der Seite eine y-Achsen-Richtung ist, und eine Richtung normal auf die Seite eine x-Achsen-Richtung ist.
Eine Röntgen-Messvorrichtung 100 ist eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form bzw. Gestalt eines zu messenden Gegenstands bzw. Objekts mit einem Röntgenstrahl. Wie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Röntgen-Messvorrichtung 100 eine Körpereinheit 108, einen Host-Computer 128 und eine Bewegungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung bzw. einen Bewegungs-Controller 130.
In 1 und 2 ist bzw. wird ein Kalibrierwerkzeug 102 anstelle eines zu messenden Gegenstands auf einem rotierenden Tisch 120 montiert bzw. angeordnet. Das Kalibrierwerkzeug 102 ist aus einem Material (beispielsweise Aluminium, etc.) hergestellt, welches einen Röntgenstrahl 118 transmittieren kann, wie dies in 3A und 3B gezeigt ist. Es wird angenommen, dass das Kalibrierwerkzeug 102 verwendet wird, um eine Mehrzahl von (beispielsweise ist die Anzahl (N) 4 * 3 = 12, obwohl die Anzahl N jegliche Anzahl einnehmen kann, solange N ≥ 4 erfüllt ist) Kugeln (Referenz- bzw. Bezugsgegenständen bzw. -objekten) 106 zu beinhalten, welche einen Durchmesser D aufweisen, welche an fixierten relativen Positionsabständen bzw. -intervallen auf einem planaren bzw. ebenen Glied 104 vorgesehen sind (d.h. die Kugeln 106 sind an N Stellen bzw. Orten an relativen Positionsabständen angeordnet) (welche auch als relative Positionen bezeichnet werden)). Jedoch wird, obwohl die fixierten relativen Positionsabstände üblicherweise bekannt sind, angenommen, dass sich das Kalibrierwerkzeug 102 aufgrund einer säkularen Änderung verformt hat, und die Positionen von allen Kugeln 106 nunmehr von den fixierten relativen Positionsabständen verschoben sind (d.h. in 3A und 3B sind spezifische relative Positionsabstände bzw. -intervalle Pu, Pv unbekannt und sind nicht länger fixiert bzw. festgelegt). Zu diesem Zeitpunkt kann gesagt werden, dass die relativen Positionen X(1 bis N) der N Kugeln 106, mit anderen Worten, die Kugeln 106 an N Stellen bzw. Orten, unbekannt sind (relative Positionen X(1 bis N) sind identisch zu X1 bis XN, dies gilt in der Beschreibung unten). Jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass alle Kugeln 106 nur auf einer Ebene in dem Kalibrierwerkzeug 102 montiert bzw. angeordnet sind. Die Kugeln 106 weisen eine einfache Form bzw. Gestalt auf, welche leicht durch ihre auf einen Röntgenbilddetektor 124 projizierten Bilder identifiziert werden kann. In 3A ist eine Breitenrichtung relativ zu der Seite von 1 eine u-Achsen-Richtung, ist eine Längsrichtung relativ zu der Seite eine v-Achsen-Richtung, und ist eine Richtung normal auf die Seite eine w-Achsen-Richtung.
Das Kalibrierwerkzeug 102 beinhaltet eine dreiachsige lineare Bewegungsbühne, welche das planare bzw. ebene Glied 104 in der Richtung der drei Achsen x, y und z bewegt. Demgemäß kann das Kalibrierwerkzeug 102 frei eine parallele Bewegung der Kugeln 106 durchführen, welche an N Stellen angeordnet sind, ohne die spezifischen bzw. bestimmten relativen Positionsabstände der Kugeln 106 miteinander bzw. zueinander zu ändern (ohne darauf beschränkt zu sein, kann der rotierende Tisch 120 die dreiachsige lineare Bewegungsbühne bzw. Bühne einer dreiachsigen linearen Bewegung beinhalten). Wenn das Kalibrierwerkzeug 102 auf dem rotierenden Tisch 120 montiert bzw. angeordnet ist, und mit dem Röntgenstrahl 118 an der Position bestrahlt wird, wo die dreiachsige lineare Bewegungsbühne nicht bewegt ist bzw. wird (die Position vor einer parallelen Bewegung), wird auf die Position des rotierenden Tisches 120 als eine erste Tischposition Dis1 Bezug genommen. D.h., wenn das Kalibrierwerkzeug 102 mit dem Röntgenstrahl 118 an der Position bestrahlt wird, wo die dreiachsige lineare Bewegungsbühne bewegt wird (die Position nach der parallelen Bewegung), wird die Position des rotierenden Tisches 120 als eine zweite Tischposition Dis2 bezeichnet. Kurz gesagt, werden die Positionen des rotierenden Tisches 120 vor und nach allen parallelen Bewegungen als die Tischpositionen Dis(1 bis M) bezeichnet, und es werden die Positionen vor und nach einer i-ten (1 ≤ i ≤M) parallelen Bewegung als eine Tischposition Disi bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist M = N, d.h. M = 12.
Wie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Körpereinheit 108 auf der Basis 112 eine Röntgenstrahlen abschirmende Abdeckung 110, um ein Lecken bzw. ein Austreten des Röntgenstrahls 118 zu vermeiden, eine Röntgenquelle 116, um den Röntgenstrahl 118 zu erzeugen bzw. zu generieren, den rotierenden Tisch 120, auf welchem ein zu messender Gegenstand (nicht illustriert) rotierbar montiert bzw. angeordnet ist, und den Röntgenbilddetektor 124, um den Röntgenstrahl 118 zu detektieren, welcher durch den zu messenden Gegenstand hindurchtritt. Die Röntgenquelle 116 ist auf einem Röntgenquellen-Supportsteher 114 auf der Basis 112 vorgesehen. Der Röntgenquellen-Supportsteher 114 kann einen linearen Bewegungsmechanismus beinhalten, welcher die Röntgenquelle 116 in drei axialen Richtungen von x, y und z bewegen kann. Der rotierende Tisch 120 ist auf einem Tisch-Supportsteher bzw. -gestell 122 auf der Basis 112 vorgesehen. Der Tisch-Supportsteher 122 beinhaltet einen linearen Bewegungsmechanismus, welcher den zu messenden Gegenstand in drei axialen Richtungen von x, y und z bewegen kann. Der Tisch-Support- bzw. -Abstützsteher 122 kann weiters mit einem Neigungsmechanismus versehen sein, welcher eine Neigung einer Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 einstellen kann. Der Röntgenbilddetektor 124 weist eine zweidimensionale Detektionsoberfläche 124A auf, welche für den Röntgenstrahl 118 empfindlich ist. Der Röntgenbilddetektor 124 ist bzw. wird durch einen Detektor-Supportsteher 126 auf der Basis 112 abgestützt bzw. getragen. Der Detektor-Supportsteher 126 kann auch einen linearen Bewegungsmechanismus beinhalten, welcher den Röntgenbilddetektor 124 in drei axialen Richtungen von x, y und z bewegen kann. Ein Strahlungsstrahl des Röntgenstrahls 118 von der Röntgenquelle 116 weitet sich konisch in der z-Achsen-Richtung auf, wobei seine zentrale bzw. mittige Linie derart eingestellt ist, um orthogonal auf die Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 zu sein und eine Normale auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 darzustellen bzw. auszubilden.
Der Host-Computer 128, welcher in 1 gezeigt ist, regelt bzw. steuert den Röntgenquellen-Supportsteher 114, die Röntgenquelle 116, den rotierenden Tisch 120, den Tisch-Supportsteher 122, den Röntgenbilddetektor 124 und den Detektor-Supportsteher 126 der Körpereinheit 108. Der Host-Computer 128 kann auch Programme lesen und ausführen, welche in einer Speichereinheit gespeichert sind, welche nicht illustriert ist, um einen automatischen oder halbautomatischen Messvorgang bzw. -betrieb und eine Kalibrierung der Röntgen-Messvorrichtung 100 durchzuführen. Mit anderen Worten rekonstruiert in dem Messvorgang bzw. -betrieb der Röntgen-Messvorrichtung 100 der Host-Computer 128 beispielsweise Daten auf den projizierten Bildern, welche durch den Röntgenbilddetektor 124 erhalten werden, und erzeugt dreidimensionale Volumendaten betreffend den zu messenden Gegenstand.
Dann kann in einer Kalibrierung der Röntgen-Messvorrichtung 100, unter der Annahme, dass sich die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 parallel anstelle der Kugeln 106 bewegen, welche an den N Stellen bzw. Orten angeordnet sind, der Host-Computer 128 die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 entsprechend jeder der Kugeln 106, beispielsweise mit einer Verwendung der Beziehung berechnen, welche durch eine Serie von Ausdrücken unten auf der Basis einer individuellen Projektionsmatrix (individuelle Transformationsmatrix) mit (3 Reihen * 4 Spalten) PPj (j = 1 bis N) ausgedrückt wird, welche sich auf alle der Tischpositionen Dis(1 bis M) bezieht.
Spezifisch wird zuerst eine interne Parametermatrix A, welche durch einen Ausdruck (1) ausgedrückt wird, aus einer Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124, und einer Position Cc (cx, cy) eines Fußes bzw. Fußpunkts einer Normalen bzw. Senkrechten von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 definiert. Wenn sich ein Aspekt- bzw. Längenverhältnis von Pixeln bzw. Bildpunkten in dem Röntgenbilddetektor 124 unterscheidet bzw. abweicht, sind die Distanz f in der ersten Reihe und ersten Spalte und die Distanz f in der zweiten Reihe und zweiten Spalte in der internen Parametermatrix A geringfügig unterschiedlich im Wert voneinander. Während eine Neigung bzw. Schrägstellung S, welche sich auf eine Verzerrung eines Bilds bezieht, für die erste Reihe und zweite Spalte in der internen Parametermatrix A verwendet werden kann, ist bzw. wird die Neigung S auf null in der vorliegenden Ausführungsform eingestellt bzw. festgelegt. $A = [\begin{matrix} f & 0 & c x \\ 0 & f & c y \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
Zu der Zeit wird eine Rotationsmatrix Rj für eine j-te (1 ≤j ≤ N) Kugel 106 aus 3 Reihen * 3 Spalten hergestellt, welche aus drei Spaltenvektoren rj1, rj2 und rj3 dargestellt bzw. aufgebaut wird. Die Rotationsmatrix Rj kann als ein Ausdruck (2) ausgedrückt werden. $Rj = [\begin{matrix} rj1 & rj2 & rj3 \end{matrix}]$
Hier kann die individuelle Projektionsmatrix PPj für die j-te Kugel 106 wie in einem Ausdruck (3) durch ein Verwenden einer Translationsmatrix Tj für die j-te Kugel 106 (Translationsvektoren mit einer Spalte) und der Ausdrücke (1) und (2) zerlegt werden. $PPj = A [\begin{matrix} rj 1 & rj2 & rj2 & Tj \end{matrix}]$
Aus dem Ausdruck (3) kann die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 relativ zu der j-ten Kugel 106 berechnet werden, wie dies durch einen Ausdruck (4) ausgedrückt wird. Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass ein Bezugszeichen -inv( ) eine inverse Matrix repräsentiert. $Xm = - inv (Rj) * Tj$
Hier wird die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 relativ zu der j-ten Kugel 106 als eine Bewegungsposition Xb der j-ten Kugel 106 erachtet.
Spezifisch kann, unter der Annahme, dass sich die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 parallel anstelle der Kugeln 106 bewegen, welche an den N Stellen angeordnet sind, der Host-Computer 128 die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 für jede Kugel 106 auf der Basis der individuellen Projektionsmatrix PPj berechnen, und kann die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen auf der Basis der Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 berechnen.
Darüber hinaus addiert der Host-Computer 128 zu jeder der Tischpositionen Dis(1 bis M) die Bewegungsposition Xm der Kugeln 106 an den N Stellen, und integriert dadurch die Koordinaten der Kugeln 106 in dasselbe Koordinatensystem. Dies macht es möglich, die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen zu berechnen.
Spezifisch werden zuerst, wie dies durch einen Ausdruck (5) gezeigt ist, die Resultate eines Addierens bzw. Hinzufügens der Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen zu jeder der Tischpositionen Dis(1 bis M) als modifizierte Bewegungspositionen X1 definiert. $X 1 = Dis (1 bis M) + Xb$
Dann wird aus Schwerpunktpositionen ImDis (1 bis M)_Sphr_(1 bis N) von projizierten Bildern der Kugeln 106 an den N Stellen (wenn die Anzahl der Kugeln 106 N in M Tischpositionen Dis(1 bis M) ist) und den modifizierten Bewegungspositionen Xl eine Projektionsmatrix (zweite Transformationsmatrix) P, welche für eine projektive Transformation der Kugeln 106 auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 verwendet wird, berechnet. Da die Projektionsmatrix P im Wesentlichen ident mit der individuellen Projektionsmatrix PPj ist, welche in dem Ausdruck (3) ausgedrückt wird, wird die Beschreibung davon weggelassen.
Dann berechnet der Host-Computer 128 die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen von bzw. aus der Projektionsmatrix P.
Unter der Annahme, dass anstelle des rotierenden Tisches 120 die Röntgenquelle 116 auf der Basis einer projektiven Transformationsmatrix (ersten Transformationsmatrix) Hk rotiert, welche aus 3 Reihen * 3 Spalten in einer k-ten Rotationsposition Posk des rotierenden Tisches 120 hergestellt wird, kann der Host-Computer 128 die absolute Position Xs der Röntgenquelle 116 in der k-ten angenommenen Rotationsposition berechnen (10A und 10B) .
Spezifisch kann in der internen Parametermatrix A des Ausdrucks (1) die Rotationsmatrix Rk der k-ten angenommenen Rotationsposition als ein Ausdruck (6) auf der Basis des Ausdrucks (2) ausgedrückt werden. $Rk = [\begin{matrix} rk1 & rk2 & rk3 \end{matrix}]$
Hier kann die projektive Transformationsmatrix Hk wie in einem Ausdruck (7) zerlegt werden, indem eine Translationsmatrix Tk in der k-ten angenommenen Rotationsposition (Translationsvektoren mit einer Spalte) und die Ausdrücke (1) und (6) verwendet werden. $Hk = [\begin{matrix} rk1 & rk2 & Tk \end{matrix}]$
Aus dem Ausdruck (7) kann die absolute Position Xs der Röntgenquelle 116 in der k-ten angenommenen Rotationsposition berechnet werden, wie dies in einem Ausdruck (8) ausgedrückt wird. $Xs = - inv (Rk) * Tk$
Der Host-Computer 128 kann auch die absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 in einer k-ten Rotationsposition Posk durch ein Durchführen einer Koordinatentransformation der absoluten Position Xs der Röntgenquelle 116 in der k-ten angenommenen Rotationsposition berechnen.
Der Host-Computer 128 kann auch die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 aus einer Änderung in den absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 berechnen, welche durch eine Rotation des rotierenden Tisches 120 bewirkt wird.
Wenn die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 unbekannt sind, verwendet der Host-Computer 128 die Distanz f und die Position Cc als Variable, substituiert geeignete bzw. entsprechende Werte in die Variablen, und berechnet die absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an Q Stellen durch ein Verwenden des Ausdrucks (8), d.h. auf der Basis der projektiven Transformationsmatrix Hk (k = 1 bis Q). Der Host-Computer 128 fittet bzw. passt die berechneten absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an den Q Stellen an einen wahren bzw. wirklichen Kreis (provisorischen wahren Kreis) beispielsweise durch eine Methode kleinster Quadrate an. Der Host-Computer 128 evaluiert bzw. beurteilt dann einen Distanzfehler zwischen den Positionen an einem Ort des provisorischen wahren Kreises und den absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an den Q Stellen, und berechnet die Distanz f und die Position Cc, welche den kleinsten Distanzfehler aufweisen. In diesem Fall ist die gesamte Anzahl Q der Rotationspositionen drei oder mehr, d.h. der rotierende Tisch 120 wird drei oder mehrere Male bei einem bzw. um einen vorbestimmten Winkel α gedreht.
Die Bewegungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 130, welche in 1 gezeigt ist, welche mit dem Host-Computer 128 verbunden ist, regelt bzw. steuert die Röntgenquelle 116, eine Rotation und Bewegung des rotierenden Tisches 120 und verschiedene Mechanismen der Körpereinheit 108.
Als nächstes wird der Messvorgang der Röntgen-Messvorrichtung 100 kurz beschrieben werden.
Bei einem Messvorgang wird der zu messende Gegenstand auf dem rotierenden Tisch 120 in dem Zustand gedreht, wo der Röntgenstrahl 118 erzeugt bzw. generiert wird, und projizierte Bilder werden von einer Mehrzahl von Winkelrichtungen gesammelt (wobei die Anzahl von Winkelunterteilungen beispielsweise etwa 1000 bis 6000 ist bzw. beträgt). Die gesammelten projizierten Bilder werden einem Rekonstruktionsbearbeiten mit einer Scheiben- bzw. Schnittoberfläche unterworfen, welche horizontal den zu messenden Gegenstand als ein gegebenes Niveau kreuzt bzw. schneidet, um dreidimensionale Volumendaten (dreidimensionale Bilder) des zu messenden Gegenstands zu erzeugen.
Als nächstes wird die Kalibrierprozedur der Röntgen-Messvorrichtung 100 unter Bezugnahme auf 4 bis 8 beschrieben werden. Hier führt der Host-Computer 128 alle arithmetischen Berechnungsprozesse durch. Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass, wenn beispielsweise i = 1, die i-te Tischposition Disi die Tischposition Disl repräsentiert. Wenn die Anzahl der Kugeln 106 N in den M Tischpositionen Dis(1 bis M) ist, repräsentieren die Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) die Schwerpunktpositionen ImDis1_Sphr_1 bis ImDisM_Sphr_N von insgesamt M * N Kugeln 106. Wenn k = 1, repräsentiert die k-te Rotationsposition Posk eine Rotationsposition Pos1. Wenn die Anzahl der Kugeln 106 N in der k-ten Rotationsposition Posk ist, repräsentieren die Schwerpunktpositionen ImPosk_Sphr_(1 bis N) Schwerpunktpositionen ImPosk_Sphr_1 bis ImPosk_Sphr_N von N Kugeln 106 in der k-ten Rotationsposition Posk.
Zuerst ist bzw. wird das Kalibrierwerkzeug 102, welches die Mehrzahl von Kugeln 106 an spezifischen relativen Positionsintervallen bzw. -abständen beinhaltet, auf dem rotierenden Tisch 120 montiert bzw. angeordnet (Schritt S2 von 4; Montageschritt). Der Zustand, wo die parallele Bewegung nicht durchgeführt wird, ist als I = 1 definiert (Schritt S4 von 4).
Als nächstes wird das Kalibierwerkzeug 102 mit dem Röntgenstrahl 118 bestrahlt. Von bzw. aus einer Ausgabe des Röntgenbilddetektors 124 werden die Schwerpunktpositionen (Positionen von Merkmalspunkten) ImDisi_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder von N (N = 12) Kugeln 106 identifiziert (Schritt S6 von 4). Zu dieser Zeit wird die i-te Tischposition Disi aufgezeichnet.
Als nächstes wird bestimmt, ob die Anzahl i der Tischpositionen Disi gleich wie oder mehr als M ist (Schritt S8 von 4). Wenn die Anzahl i der Tischpositionen Disi nicht gleich wie oder mehr als M (M = 12) ist (Nein in Schritt S8 von 4), werden die Kugeln 106, welche an den N Stellen angeordnet sind, parallel bewegt, ohne die bestimmten relativen Positionsabstände der Kugeln 106 zu ändern (Schritt S10 von 4). Dann wird die Anzahl i der Tischpositionen Disi um 1 erhöht (Schritt S12 von 4), und es werden die Schritte S6 und S8 wiederholt (Schritte S6 bis S12; Berechnungsschritt der Merkmalsposition der vorderen Phase bzw. Stufe). D.h., in dem Berechnungsschritt der Merkmalsposition der vorderen Stufe werden die Kugeln 106, welche an den N Stellen angeordnet sind, parallel (M-1) Male bewegt, ohne die bestimmten relativen Positionsabstände der Kugeln 106 zu ändern. Vor und nach der parallelen Bewegung wird das Kalibrierwerkzeug 102 mit dem Röntgenstrahl 118 M Male bestrahlt, und es werden die Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen jeweils aus der Ausgabe des Röntgenbilddetektors 124 identifiziert. Wenn die Anzahl i der Tischpositionen Disi gleich wie oder mehr als M (=12) wird (Ja in Schritt S8 von 4), gelangt der Prozess zu einem Schritt S14.
Als nächstes wird, aus jeder der Tischpositionen Dis (1 bis M) und den entsprechenden Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen, eine individuelle Projektionsmatrix ppj, welche für eine Projektionstransformation der Kugeln 106 auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 verwendet wird, für jede der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet (Schritt S14 von 4; Berechnungsschritt einer individuellen Matrix).
Als nächstes werden auf der Basis der individuellen Projektionsmatrix PPj die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet (Schritt S16 von 4; Berechnungsschritt einer individuellen Position bzw. individueller Positions-Berechnungsschritt). Die Details des Schritts werden später beschrieben werden.
Als nächstes werden die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen durch ein Addieren bzw. Hinzufügen der Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen zu jeder der Tischpositionen Dis(1 bis M) berechnet (Schritt S18 von 4; Koordinaten-Integrationsschritt). Die Details des Schritts werden auch später beschrieben werden.
Als nächstes wird der Zustand, wo sich der rotierende Tisch 120 noch nicht dreht, auf k = 1 eingestellt bzw. festgelegt (Schritt S20 von 4). Dann wird das Kalibrierwerkzeug 102 mit dem Röntgenstrahl 118 bestrahlt. Aus der Ausgabe des Röntgenbilddetektors 124 werden die Schwerpunktpositionen ImPosk_Sphr_ (1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen jeweils identifiziert (Schritt S22 von 4; Berechnungsschritt der Merkmalsposition der rückwärtigen Phase bzw. Stufe).
Als nächstes wird aus den Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen und den relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 eine projektive Transformationsmatrix Hk bzw. Matrix einer projektiven Transformation, welche für eine projektive Transformation der Kugeln 106 auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 verwendet wird, berechnet (Schritt S24 von 4; Berechnungsschritt einer Transformationsmatrix) .
Als nächstes wird bestimmt, ob die Anzahl k der Rotationspositionen Posk gleich wie oder mehr als Q ist (die Anzahl k kann drei oder mehr in der vorliegenden Ausführungsform sein) (Schritt S26 von 4). Wenn die Anzahl k der Rotationspositionen Posk nicht gleich wie oder mehr als Q (Q ≥ 3) ist (Nein in Schritt S26 von 4), wird der rotierende Tisch 120 bei einem bzw. um einen vorbestimmten Winkel α gedreht (Schritt S28 von 4). Dann wird die Anzahl k der Rotationspositionen Posk um 1 erhöht (Schritt S30 von 4), und es werden der Schritt S22 und der Schritt S24 wiederholt (Schritt S22 bis Schritt S30; Rotations-Detektionsschritt). Wenn die Anzahl k der Rotationspositionen Posk gleich wie oder mehr als Q (Q ≥ 3) wird (Ja in Schritt S26 von 4), gelangt der Prozess zu einem Schritt S32. Mit anderen Worten wird in dem Rotations-Detektionsschritt der rotierende Tisch 120 zweimal oder öfter bei dem vorbestimmten Winkel α gedreht, und es wird eine Ausführung des Berechnungsschritts der Merkmalsposition der hinteren Stufe bis zu dem Berechnungsschritt der Transformationsmatrix wiederholt. In der vorliegenden Ausführungsform ist, obwohl der vorbestimmte Winkel α beispielsweise auf 30 Grad fixiert ist, der Winkel nicht besonders beschränkt bzw. begrenzt. Der vorbestimmte Winkel α kann ein kleinerer Winkel sein oder kann jedes Mal einen unterschiedlichen Wert annehmen.
Als nächstes werden, auf der Basis der projektiven Transformationsmatrix Hk (k = 1 bis Q), absolute Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 (Q Stellen) für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel α berechnet (Schritt S32 von 4; Positions-Berechnungsschritt). Das Detail des Schritts wird auch später beschrieben werden.
Als nächstes werden, aus einer Änderung in absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 an Q Stellen, welche durch eine Rotation des rotierenden Tisches 120 bewirkt wird, die Rotations-Mittelpunktposition Cp und die Rotations- bzw. Drehachse Ax des rotierenden Tisches 120 berechnet (Schritt S34 von 4; Berechnungsschritt der Mittelpunktposition). In diesem Schritt wird zuerst eine Mittelpunkts- bzw. Zentrumsposition Cp eines Orts Fb, welche durch ein Fitten bzw. Anpassen einer jeden Änderung in den absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 an einen wahren bzw. richtigen Kreis erhalten wird, berechnet, und es wird die erhaltene Mittelpunktposition Cp als die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 eingestellt bzw. festgelegt. Spezifischer werden die absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 an den Q Stellen jeweils an einen wahren Kreis angepasst. Wenn Q > 3 zu der Zeit ist, wird die Mittelpunktposition Cp des wahren Kreises beispielsweise durch das Verfahren kleinster Quadrate berechnet. Wenn Q = 3, wird die Mittelpunktposition Cp des wahren Kreises beispielsweise durch eine simultane bzw. gleichzeitige Gleichung berechnet.
Dann wird beispielsweise ein Neigungswinkel von bzw. gegenüber einer horizontalen Ebene (xz Ebene) des Orts Fb, welcher durch ein Anpassen an einen wahren Kreis erhalten wird, berechnet. Dann werden die Rotations-Mittelpunktposition Cp und die Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 berechnet. In diesem Fall werden, in jeder von 12 (N = 12) Kugeln 106, die Mittelpunktposition Cp des wahren Kreises und sein Ort Fb berechnet. Demgemäß kann die Rotations-Mittelpunktposition Cp berechnet werden, indem die Mittelpunktpositionen Cp der wahren Kreise der zwölf Kugeln 106 gleichgesetzt bzw. abgeglichen werden, und es kann der Neigungswinkel der Rotationsachse Ax berechnet werden, indem die Werte der Neigung gegenüber der horizontalen Ebene der Orte Fb dieser wahren Kreise abgeglichen werden. Als ein Resultat kann die Rotationsachse Ax berechnet werden.
Hier wird ein Beispiel des Berechnungsschritts der individuellen Position unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden.
Zuerst soll angenommen werden, dass sich anstelle der Kugeln 106 an den N Stellen die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 parallel bewegen (Schritt S40 von 5).
Als nächstes wird, auf der Basis der individuellen Projektionsmatrix PPj, die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 für jede N Stelle berechnet (Schritt S42 von 5).
Als nächstes werden, auf der Basis der Bewegungspositionen Xm der Röntgenquelle 116, die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet (Schritt S44 von 5). In der vorliegenden Ausführungsform werden die Bewegungspositionen Xm als die Bewegungspositionen Xb erachtet bzw. betrachtet.
Ein Beispiel des Koordinaten-Integrationsschritts wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden.
Zuerst werden die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen jeweils zu den M Tischpositionen Dis(1 bis M) addiert (Schritt S50 von 6). Dies resultiert in den modifizierten Bewegungspositionen X1. Die modifizierten Bewegungspositionen X1 stellen insgesamt N * M Daten dar. 9 zeigt Bilder der Bewegungspositionen Xm1 und Xm2 der Röntgenquelle 116, wenn sich die erste Kugel 106 (weiße Kreise) und die zweite Kugel 106 (schraffierte bzw. Nadelstreif-Kreise) parallel zu fünf Stellen bewegen.
Als nächstes wird, aus den Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an der N Stelle und den modifizierten Bewegungspositionen X1, eine Projektionsmatrix P, welche für eine projektive Transformation der Kugeln 106 auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 verwendet wird, berechnet (Schritt S52 von 6).
Als nächstes werden, auf der Basis der Projektionsmatrix P, die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet (Schritt S54 von 6). Zu der Zeit können, wenn die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und des Röntgenbilddetektors 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 unbekannt sind, die Distanz f und die Position Cc berechnet werden, oder es können die Distanz f und die Position Cc in dem Positions-Berechnungsschritt berechnet werden.
Ein Beispiel des Positions-Berechnungsschritts wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden.
Zuerst wird angenommen, dass anstelle des rotierenden Tisches 120 die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 rotieren (Schritt S60 von 7). Im Übrigen sind bzw. werden der vorbestimmte Winkel α und der Ort Fb der Kugel 106, wenn sich der rotierende Tisch 120 dreht, in 10A gezeigt. Ein Ort Fs der absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116, wenn angenommen wird, dass sich die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 drehen, ist in 10B beschrieben.
Als nächstes werden, auf der Basis der projektiven Transformationsmatrix Hk (k = 1 bis Q), die absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel α, d.h. an Q Stellen berechnet (Schritt S62 von 7).
Als nächstes werden die absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 an Q Stellen durch eine Koordinatentransformation der absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an Q Stellen berechnet (Schritt S64 von 7).
Es gibt einen Fall, wo, wenn die absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an Q Stellen in dem oben beschriebenen Positions-Berechnungsschritt berechnet werden, die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem bzw. auf den Röntgenbilddetektor 124 unbekannt sind. Der Fall wird unten unter Bezugnahme auf 8 beschrieben werden.
Zuerst werden, wenn die absolute Position Xs der Röntgenquelle 116 in der k-ten angenommenen Rotationsposition berechnet wird, die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 in Variable konvertiert bzw. umgewandelt (Schritt S70 von 8). Dann wird ein Distanz- bzw. Abstandsfehler zwischen einer Position an einem Ort Fs eines provisorischen wahren Kreises, welche durch ein Anpassen bzw. Fitten der absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an einen wahren Kreis erhalten wird, in der k-ten angenommenen Rotationsposition, welche auf der Basis der projektiven Transformationsmatrix Hk berechnet wird, und der absoluten Position Xs der Röntgenquelle 116 evaluiert bzw. beurteilt (Schritt S72 von 8). Dann werden die Distanz f und die Position Cc, welche den Abstandsfehler minimieren, berechnet (Schritt S74 von 8) .
Spezifisch wird beispielsweise die Distanz f temporär bzw. vorübergehend auf einen geeigneten bzw. entsprechenden Wert festgelegt, und es wird die Position Cc zu einem Variieren veranlasst. In diesem Prozess wird die Position Cc, welche den Distanzfehler minimiert, berechnet. Als nächstes wird die Position Cc vorübergehend auf den Wert festgelegt, welcher den Distanzfehler minimiert, und dieses Mal wird die Distanz f zu einem Variieren veranlasst. In diesem Prozess wird die Distanz f, welche den Distanzfehler minimiert, berechnet. Die Distanz f wird vorübergehend auf den Wert festgelegt, welcher den Distanzfehler minimiert, und es wird die Position Cc zu einem Variieren veranlasst. In diesem Prozess wird die Position Cc, welche den Distanzfehler minimiert, berechnet. Die Position Cc wird vorübergehend auf den Wert festgelegt, welcher den Distanzfehler minimiert, und es wird wiederum die Distanz f zu einem Variieren veranlasst. In diesem Prozess wird die Distanz f, welche den Distanzfehler minimiert, berechnet. Durch ein mehrmaliges Wiederholen dieses Prozesses ist es möglich, die Distanz f und die Position Cc zu berechnen, welche den Distanzfehler minimieren können, und es können daher die Distanz f und die Position Cc optimiert werden.
Derart wird in der vorliegenden Ausführungsform das Kalibrierwerkzeug 102, welches N Kugeln 106 an unbekannten bestimmten relativen Positionsintervallen bzw. -abständen (unbekannten Intervallen) enthält, auf dem rotierenden Tisch 120 montiert bzw. angeordnet, und es werden die Kugeln 106, welche an den N Stellen angeordnet sind, parallel mehrere Male (M Male) bewegt, ohne den bestimmten relativen Positionsabstand zu ändern. Dann wird, vor und nach der parallelen Bewegung, das Kalibrierwerkzeug 102 mit dem Röntgenstrahl 118 bestrahlt, und es wird der rotierende Tisch 120 auf drei Rotationswinkel eingestellt bzw. festgelegt, wo projizierte Bilder des Kalibrierwerkzeugs 102 erhalten bzw. erfasst werden. Kurz gesagt, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 mit einer Serie von sehr einfachen Schritten berechnet werden. Da die Größe der parallelen Bewegung nicht besonders beschränkt bzw. begrenzt ist, kann eine geeignete bzw. passende Größe einer parallelen Bewegung durchgeführt werden, wobei dies einfach macht, projizierte Bilder zu erhalten. Darüber hinaus kann eine Kalibrierung durch ein einfaches Be- bzw. Verarbeiten durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, in dem Berechnungsschritt der individuellen Matrix, unter der Annahme, dass sich die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 parallel anstelle der Kugeln 106 bewegen, welche an den N Stellen angeordnet sind, die Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 für jede N Stelle auf der Basis der individuellen Projektionsmatrix PPj berechnet, und es werden die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen auf der Basis der Bewegungsposition Xm der Röntgenquelle 116 berechnet. Demgemäß wird eine arithmetische Berechnung erleichtert bzw. vereinfacht, und es können die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen rasch berechnet werden. Ohne darauf beschränkt bzw. begrenzt zu sein, können die Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 direkt aus der Größe bzw. dem Ausmaß der parallelen Bewegung der Kugeln 106 berechnet werden, welche an den N Stellen angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform sind bzw. werden in dem Koordinaten-Integrationsschritt die Resultate eines Addierens bzw. Hinzufügens der Bewegungspositionen Xb der Kugeln 106 an den N Stellen zu jeder der M Tischpositionen Dis(1 bis M) als modifizierte Bewegungspositionen X1 definiert. Aus jeder der Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen und den modifizierten Bewegungspositionen X1 wird die Projektionsmatrix P berechnet. Dann werden, auf der Basis der Projektionsmatrix P, die relativen Positionen X (1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet. Demgemäß ist die arithmetische Berechnung selbst einfach, so dass eine Kalibriergeschwindigkeit mehr erhöht werden kann. Ohne darauf beschränkt zu sein, können die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 direkt ohne ein Berechnen der Projektionsmatrix P berechnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, da alle Kugeln 106 auf nur einer Ebene in dem Kalibrierwerkzeug 102 angeordnet sind bzw. werden, die projektive Transformationsmatrix Hk als die erste Transformationsmatrix für eine projektive Transformation der Kugeln 106 in der k-ten Rotationsposition Posk auf die Detektionsoberfläche 124A des Röntgenbilddetektors 124 verwendet. Demgemäß kann die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 berechnet werden, indem als Berechnungsziele nur vier Kugeln 106 von den 12 Kugeln 106 verwendet werden. Dies erlaubt eine weitere Reduktion in einer Kalibrierzeit. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 extrem genau berechnet werden, indem nicht nur die vier Kugeln 106, sondern alle 12 Kugeln 106 als die Ziele einer arithmetischen Berechnung in jedem Schritt verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 weiter in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition berechnet. Demgemäß ist es selbst in dem Fall, wo für eine Kalibrierung der Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 zuerst angenommen wird, dass sie nicht notwendig ist, möglich, ordnungsgemäß bzw. entsprechend die Notwendigkeit für eine Kalibrierung zu evaluieren bzw. zu beurteilen, indem die Rotationsachse Ax mit dem Resultat einer tatsächlichen Berechnung der Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 verglichen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Positions-Berechnungsschritt angenommen, dass die Röntgenquelle 116 und der Röntgenbilddetektor 124 anstelle des rotierenden Tisches 120 rotieren. Unter dieser Annahme wird die absolute Position Xs der Röntgenquelle 116 für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel α aus der projektiven Transformationsmatrix Hk berechnet, und es werden die absoluten Positionen Xa der Kugeln 106 durch ein Durchführen einer Koordinatentransformation der absoluten Position Xs der Röntgenquelle 116 berechnet. Mit anderen Worten wird, anstelle eines direkten Berechnens der absoluten Positionen Xa der Kugeln 106, die absolute Position Xs der Röntgenquelle 116 zuerst berechnet. Demgemäß wird die projektive Transformationsmatrix Hk direkt verwendet. Als ein Resultat kann das Berechnungsausmaß reduziert werden und es kann eine rasche Kalibrierung erzielt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt bzw. begrenzt. Stattdessen kann ein Verfahren eines direkten Berechnens der absoluten Positionen Xa der Kugeln 106 verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn der rotierende Tisch 120 dreimal oder öfter bei dem bzw. um den vorbestimmten Winkel α gedreht wird, um die absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an Q Stellen zu berechnen, die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 als Variable verwendet. Dann wird ein Distanzfehler zwischen der Position an dem Ort Fs eines provisorischen wahren Kreises, welche durch ein Anpassen der absoluten Positionen Xs der Röntgenquelle 116 an Q Stellen, welche auf der Basis der projektiven Transformationsmatrix Hk (k = 1 bis Q) berechnet werden, an einen wahren Kreis erhalten wird, und der absoluten Position Xs der Röntgenquelle 116 an den Q Stellen evaluiert bzw. beurteilt. Auf der Basis der Beurteilung des Distanzfehlers werden die Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und die Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124 berechnet. Daher können, in dem Fall eines Kalibrierens der Distanz f zwischen der Röntgenquelle 116 und dem Röntgenbilddetektor 124 und der Position Cc des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle 116 zu dem Röntgenbilddetektor 124, diese Werte berechnet werden, und es kann eine genauere Kalibrierung durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition, die Mittelpunktposition Cp des Ortes Fb, welche durch ein Anpassen von jeder der sich ändernden absoluten Positionen Xa(1 bis N) der Kugeln 106 an einen wahren Kreis erhalten wird, berechnet, und es wird die erhaltene Mittelpunktposition Cp als die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 festgelegt. Mit anderen Worten kann durch ein Anpassen der absoluten Positionen an einen wahren Kreis die gesamte Anzahl Q von Rotationspositionen reduziert werden, und es kann die Mittelpunktposition Cp einzigartig berechnet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120 kann durch andere Verfahren berechnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Fall eines Berechnens der Rotationsachse Ax des rotierenden Tisches 120 der Neigungswinkel von bzw. gegenüber der horizontalen Ebene des Orts Fb, welcher durch ein Anpassen an einen wahren Kreis erhalten wird, berechnet, und es wird die Rotationsachse Ax aus dem Neigungswinkel und der Rotations-Mittelpunktposition Cp berechnet. Demgemäß kann die Rotationsachse Ax nur mit einer Kugel 106 berechnet werden. Dies macht es möglich, den Schritt eines Berechnens der Rotationsachse Ax zu vereinfachen und den Schritt in einer kurzen Zeit durchzuführen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wird der Ort Fb, welcher durch ein Anpassen an einen wahren Kreis erhalten wird, in jeder der Kugeln 106 berechnet, und es kann die Rotationsachse Ax auf der Basis einer Verschiebung von jeder der Mittelpunktpositionen Cp berechnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Referenz- bzw. Bezugsgegenstände auf dem Kalibrierwerkzeug 102 die Kugeln 106. Demgemäß sind Konturen der Kugeln 106 kreisförmig, in welcher Richtung auch immer ihre Bilder projiziert werden. Dies bedeutet, dass die Kugeln 106 eine Form bzw. Gestalt als ein Bezugsgegenstand aufweisen, welche am leichtesten durch ihre Bilder identifizierbar ist, welche auf den Röntgenbilddetektor 124 projiziert werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Bezugsgegenstände können beispielsweise ein Polyeder sein, welches ein regelmäßiges Polyeder und einen deformierten Rhombus beinhaltet, und können Formen bzw. Gestalten aufweisen, welche gekrümmte Oberflächen beinhalten, wie beispielsweise ein Ellipsoid und einen Kegel.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Kugeln 106, welche Bezugsgegenstände sind, die Schwerpunktpositionen der projizierten Bilder. Da die projizierten Bilder der Kugeln 106 kreisförmig sind, ist es einfach, ihre Schwerpunktpositionen zu berechnen, und es ist möglich, mit einem geringeren Positionsfehler zu berechnen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Positionen der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Kugeln 106, welche Bezugsgegenstände sind, können ihre Mittelpunktpositionen sein. Alternativ werden, wenn die Bezugsgegenstände nicht Kugeln sind, sondern lokal charakteristische Vertiefungsabschnitte oder vorragende Abschnitte beinhalten, die charakteristischen Vertiefungsabschnitte und vorragenden Abschnitte mit den Merkmalspunkten der projizierten Bilder assoziiert bzw. diesen zugeordnet.
Spezifisch ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, leicht die Rotations-Mittelpunktposition Cp des rotierenden Tisches 120, auf welchem ein zu messender Gegenstand rotierbar montiert bzw. angeordnet ist, mit einem einfachen Schritt zu berechnen, selbst wenn das Kalibrierwerkzeug 102 aufgrund einer säkularen Änderung oder dgl. deformiert ist bzw. wird.
In der vorangehenden Ausführungsform wird die Projektionsmatrix P durch ein Verwenden der berechneten, modifizierten Bewegungspositionen Xl berechnet, welche in dem Koordinaten-Integrationsschritt ohne eine Änderung berechnet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann, gemäß den Schritten, welche in 11 gezeigt sind, der Host-Computer 128 die modifizierte Bewegungsposition Xl und die Projektionsmatrix P berechnen. In der Beschreibung kann die Schwerpunktposition ImDisi_Sphr_j, welche tatsächlich detektiert wird, einfach als die Schwerpunktposition ImDis_ij bezeichnet werden. Die berechnete Schwerpunktposition CImDisi_Sphr_j kann einfach als die Schwerpunktposition CImDisi_ij (1 ≤i ≤ M, 1 ≤j ≤N) bezeichnet werden. Die Tischposition wird als Disi bezeichnet und die modifizierte Bewegungsposition wird als Xlj bezeichnet.
Zuerst werden in dem Koordinaten-Integrationsschritt die berechneten modifizierten Bewegungspositionen Xl und die berechnete Projektionsmatrix P als ursprüngliche bzw. Ausgangswerte der modifizierten Bewegungspositionen Xl und der Projektionsmatrix P festgelegt, welche als Variable verwendet werden. Kurz gesagt werden die modifizierten Bewegungspositionen Xl und die Projektionsmatrix P in Variable konvertiert bzw. umgewandelt (Schritt S80 von 11). Die modifizierten Bewegungspositionen Xl und die Projektionsmatrix P, welche in dem Koordinaten-Integrationsschritt berechnet werden, sind bzw. werden in die Variablen als Ausgangswerte substituiert bzw. eingesetzt.
Als nächstes wird ein Positionsfehler zwischen den Schwerpunktpositionen CImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) (wenn die Anzahl der Kugeln 106 N in den M Tischpositionen Dis(1 bis M) ist) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen, welche auf der Basis der Beziehung zwischen den modifizierten Bewegungspositionen Xl und der Projektionsmatrix P berechnet werden, und den Schwerpunktpositionen ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der projizierten Bilder der Kugeln 106 an den N Stellen, welche tatsächlich detektiert werden, evaluiert (Schritt S82 von 11).
Hier können die berechneten Schwerpunktpositionen ImDis_ij durch einen Ausdruck (9) ausgedrückt werden. $ImDis_ij = P * (Disi + Xlj)$
In ähnlicher Weise kann die tatsächlich detektierte Schwerpunktposition CImDis_ij durch einen Ausdruck (10) ausgedrückt werden. $CImDis_ij = P * (Disi + Xlj)$
Aus den Ausdrücken (9) und (10) kann eine Evaluierungsfunktion EV, um den Positionsfehler zu berechnen, in einem Ausdruck (11) erhalten werden. $EV = Σ (ImDis_ij - CImDis_ij) 2$
Als nächstes wird eine Evaluierung bzw. Beurteilung durchgeführt, indem die Evaluierungsfunktion EV des Ausdrucks (11) verwendet wird, um den Positionsfehler zu minimieren. Dies macht es möglich, die modifizierten Bewegungspositionen Xl und die Projektionsmatrix P präziser zu berechnen (Schritt S84 von 11).
In der vorangehenden Ausführungsform werden in dem Koordinaten-Integrationsschritt die relativen Positionen X(1 bis N) der Kugeln 106 an den N Stellen berechnet, und es werden die berechneten relativen Positionen X(1 bis N) ohne eine Änderung verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wird der rotierende Tisch 120 mehrere Male um einen spezifischen Winkel gedreht, und es werden der Berechnungsschritt der Merkmalsposition der vorderen Stufe bis zu dem Koordinaten-Integrationsschritt wiederholt ausgeführt. Dann kann ein Durchschnitt der Mehrzahl von relativen Positionen X(1 bis N), welche durch die wiederholte Ausführung erhalten werden, berechnet werden, oder es können die Tischpositionen Dis(1 bis N), welche erhalten werden, wenn die Schritte wiederholt das nächste Mal ausgeführt werden, mit den relativen Positionen X(1 bis N) assoziiert bzw. diesen zugeordnet werden, welche unmittelbar vorher berechnet wurden. In diesem Fall können die relativen Positionen X(1 bis N) noch präziser berechnet werden.
In der vorangehenden Ausführungsform sind bzw. werden alle Kugeln 106 nur auf einer Ebene in dem Kalibrierwerkzeug 102 angeordnet bzw. montiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Kugeln 106 auf dem Kalibrierwerkzeug 102 dreidimensional angeordnet werden, anstelle dass alle Kugeln 106 auf einer Ebene montiert sind. In diesem Fall wird eine Projektionsmatrix Pk im Wesentlichen identisch zu dem Ausdruck (3) anstelle der projektiven Transformationsmatrix Hk verwendet, welche in dem Ausdruck (7) ausgedrückt ist. In diesem Fall kann, selbst wenn die Ebenengenauigkeit des Kalibrierwerkzeugs 102 nicht gut ist, eine genaue Kalibrierung durch ein Verwenden der Projektionsmatrix Pk durchgeführt werden.
Obwohl die Anzahl der Kugeln 106 wenigstens vier in der vorangehenden Ausführungsform ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Kalibrierwerkzeug 102 derart konfiguriert sein, dass es eine Kugel 106 gibt und die eine Kugel 106 zu wenigstens vier Stellen bewegt und an diesen angeordnet ist bzw. wird.
Die vorliegende Erfindung ist weit auf eine Kalibrierung der Röntgen-Messvorrichtungen anwendbar.
Es sollte Fachleuten ersichtlich sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich illustrativ sind, welche die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentieren bzw. darstellen. Zahlreiche und abgewandelte andere Ausführungsformen können leicht durch Fachleute entwickelt bzw. ersonnen werden, ohne von dem Wesen bzw. Geist und dem Rahmen bzw. Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019172253 [0001]
JP 2000298105 [0004]

Claims

Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100), welche konfiguriert ist, um eine dreidimensionale Form eines zu messenden Gegenstands unter Verwendung eines Röntgenstrahls (118) zu messen, wobei die Röntgen-Messvorrichtung (100) eine Röntgenquelle (116), welche einen Röntgenstrahl (118) erzeugt, einen rotierenden Tisch (120), auf welchem der zu messende Gegenstand rotierbar angeordnet ist, und einen Röntgenbilddetektor (124) beinhaltet, welcher den Röntgenstrahl (118) detektiert, welcher durch den zu messenden Gegenstand hindurchtritt, wobei das Verfahren umfasst: einen Anordnungsschritt eines Anordnens bzw. Montierens auf dem rotierenden Tisch (120) eines Kalibrierwerkzeugs (102), welches eine Anordnung von Bezugsgegenständen (106) an N Stellen (N ≥ 4) bei bestimmten relativen Positionsabständen (X(1 bis N)) erlaubt, wobei die Bezugsgegenstände (106) eine Form aufweisen, welche durch projizierte Bilder auf dem Röntgenbilddetektor (124) identifizierbar ist; einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer vorderen Stufe eines parallelen Bewegens der Bezugsgegenstände (106), welche an den N Stellen angeordnet werden, mehrere Male ohne ein Ändern der bestimmten relativen Positionsabstände (X(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106), eines Bestrahlens des Kalibrierwerkzeugs (102) mit dem Röntgenstrahl (118) vor und nach der parallelen Bewegung, und eines Identifizierens von Positionen (ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) von Merkmalspunkten von projizierten Bildern der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen aus einer Ausgabe des Röntgenbilddetektors (124); einen Berechnungsschritt einer individuellen Matrix eines Berechnens einer individuellen Transformationsmatrix (PPj) für jeden der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen aus den Positionen vor und nach der parallelen Bewegung und den entsprechenden Positionen (ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen, wobei die individuelle Transformationsmatrix (PPj) für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände (106) auf eine Detektionsoberfläche (124A) des Röntgenbilddetektors (124) verwendet wird; einen Berechnungsschritt einer individuellen Position eines Berechnens von Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen auf einer Basis der individuellen Transformationsmatrix (PPj); einen Koordinaten-Integrationsschritt eines Hinzufügens von Bewegungspositionen der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen zu jeder der Positionen vor und nach der parallelen Bewegung, und eines Berechnens der bestimmten relativen Positionsabstände (X(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen; einen Berechnungsschritt einer Merkmalsposition einer hinteren Stufe eines Bestrahlens des Kalibrierwerkzeugs (102) mit einem Röntgenstrahl (118), und eines Identifizierens von Positionen (ImPosk_Sphr_ (1 bis N)) von Merkmalspunkten von projizierten Bildern der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen aus einer Ausgabe des Röntgenbilddetektors (124); einen Berechnungsschritt einer Transformationsmatrix eines Berechnens einer ersten Transformationsmatrix aus den Positionen (ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N)) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen und den bestimmten relativen Positionsabständen (X(1 bis N)), wobei die erste Transformationsmatrix für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände (106) auf eine Detektionsoberfläche (124A) des Röntgenbilddetektors (124) verwendet wird; einen Rotations-Detektionsschritt eines Rotierens des rotierenden Tisches (120) zwei oder mehrere Male um einen vorbestimmten Winkel (α), und eines Wiederholens einer Ausführung des Berechnungsschritts der Merkmalsposition der hinteren Stufe bis zu dem Berechnungsschritt der Transformationsmatrix; einen Positions-Berechnungsschritt eines Berechnens von absoluten Positionen (Xa(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106) für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel (α) auf einer Basis der ersten Transformationsmatrix; und einen Berechnungsschritt einer Mittelpunktposition eines Berechnens einer Mittelpunktposition (Cp) einer Rotation des rotierenden Tisches (120) aus einer Änderung in den absoluten Positionen (Xa(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106), welche durch eine Rotation des rotierenden Tisches (120) bewirkt wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei in dem Berechnungsschritt der individuellen Matrix, unter einer Annahme, dass die Röntgenquelle (116) und der Röntgenbilddetektor (124) parallel anstelle der Bezugsgegenstände (106) bewegt werden, welche an den N Stellen angeordnet sind, eine Bewegungsposition (Xm) der Röntgenquelle (116) für jede N Stelle auf einer Basis der individuellen Transformationsmatrix (PPj) berechnet wird, und die Bewegungspositionen (Xb) der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen auf einer Basis der Bewegungsposition (Xm) der Röntgenquelle (116) berechnet werden.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Koordinaten-Integrationsschritt Resultate eines Hinzufügens der Bewegungspositionen (Xb) der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen zu den Positionen (Dis(1 bis M)) vor und nach der parallelen Bewegung als modifizierte Bewegungspositionen (X1) definiert werden, und aus den Positionen (ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen und den modifizierten Bewegungspositionen (X1) eine zweite Transformationsmatrix (P) berechnet wird, um die bestimmten relativen Positionsabstände (X(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen zu berechnen, wobei die zweite Transformationsmatrix (P) für eine projektive Transformation der Bezugsgegenstände (106) auf die Detektionsoberfläche (124A) des Röntgenbilddetektors (124) verwendet wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei in dem Koordinaten-Integrationsschritt die berechneten modifizierten Bewegungspositionen (X1) und die berechnete zweite Transformationsmatrix (P) als Ausgangswerte der modifizierten Bewegungspositionen und der zweiten Transformationsmatrix (P) festgelegt werden, welche als Variable verwendet werden, und ein Positionsfehler zwischen den Positionen (CImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N)) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen, welche auf einer Basis einer Beziehung zwischen den modifizierten Bewegungspositionen (X1) und der zweiten Transformationsmatrix (P) berechnet werden, und Positionen (ImDis(1 bis M)_Sphr_(1 bis N)) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände (106) an den N Stellen, welche tatsächlich detektiert werden, evaluiert wird, um die modifizierten Bewegungspositionen (X1) und die zweite Transformationsmatrix (P) zu berechnen.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der rotierende Tisch (120) mehrere Male um einen bestimmten Winkel gedreht wird, der Berechnungsschritt der Merkmalsposition der vorderen Stufe bis zu dem Koordinaten-Integrationsschritt wiederholt ausgeführt werden, und ein Durchschnitt der Mehrzahl von bestimmten relativen Positionsabständen (X(1 bis N)), welche durch die wiederholte Ausführung erhalten werden, berechnet wird, oder Positionen vor und nach der parallelen Bewegung, wenn die Schritte wiederholt ein nächstes Mal ausgeführt werden, mit den bestimmten relativen Positionsabständen (X(1 bis N)) assoziiert werden, welche unmittelbar vorher berechnet wurden.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenn alle der Bezugsgegenstände (106) auf nur einer Ebene in dem Kalibrierwerkzeug (102) angeordnet werden, die erste Transformationsmatrix als eine projektive Transformationsmatrix (Hk) definiert wird, und wenn die Bezugsgegenstände (106) dreidimensional angeordnet werden, die erste Transformationsmatrix als eine Projektionsmatrix (Pk) definiert wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition eine Rotationsachse (Ax) des rotierenden Tisches (106) weiters berechnet wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem Positions-Berechnungsschritt, unter einer Annahme, dass die Röntgenquelle (116) und der Röntgenbilddetektor (124) anstelle des rotierenden Tisches (120) rotieren, absolute Positionen (Xa(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106) berechnet werden, indem eine absolute Position (Xs) der Röntgenquelle (116) für jede Rotation bei dem vorbestimmten Winkel (α) auf einer Basis der ersten Transformationsmatrix berechnet wird und die absolute Position (Xs) der Röntgenquelle (116) in Koordinaten transformiert wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei wenn die absolute Position (Xs) der Röntgenquelle (116) berechnet wird, indem der rotierende Tisch (120) drei oder mehrere Male bei dem vorbestimmten Winkel (α) gedreht wird, eine Distanz zwischen der Röntgenquelle (116) und dem Röntgenbilddetektor (124) und eine Position (Cc) eines Fußes einer Normalen von der Röntgenquelle (116) zu dem Röntgenbilddetektor (124) in Variable umgewandelt werden, und ein Distanzfehler zwischen einer Position auf einem Ort (Fs) eines provisorischen wahren Kreises und der absoluten Position (Xs) der Röntgenquelle (116) evaluiert wird, um die Distanz zwischen der Röntgenquelle (116) und dem Röntgenbilddetektor (124) und eine Position (Cc) des Fußes der Normalen von der Röntgenquelle (116) zu dem Röntgenbilddetektor (124) zu berechnen, wobei der provisorische wahre Kreis erhalten wird, indem die absoluten Positionen (Xs) der Röntgenquelle (116), welche auf einer Basis der ersten Transformationsmatrix berechnet werden, an einen wahren Kreis angepasst werden.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in dem Berechnungsschritt der Mittelpunktposition eine Mittelpunktposition (Cp) eines Orts (Fb), welcher durch ein Anpassen einer Änderung in den absoluten Positionen (Xa(1 bis N)) der Bezugsgegenstände (106) an einen wahren Kreis erhalten wird, berechnet wird, und die berechnete Mittelpunktposition (Cp) als die Rotations-Mittelpunktposition (Cp) des rotierenden Tisches (120) definiert wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei bei einer Berechnung der Rotationsachse des rotierenden Tisches (120) ein Neigungswinkel von einer horizontalen Ebene des Orts (Fb) weiters berechnet wird, und die Rotationsachse (Ax) aus dem Neigungswinkel und der Rotations-Mittelpunktposition (Cp) berechnet wird.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Bezugsgegenstände (106) jeweils eine Kugel (106) sind.
Kalibrierverfahren einer Röntgen-Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Positionen (ImDis(1 bis N)_Sphr_(1 bis N)) der Merkmalspunkte der projizierten Bilder der Bezugsgegenstände Schwerpunktpositionen (ImDis(1 bis N)_Sphr_(1 bis N)) der projizierten Bilder sind.