DE102022103888A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Computertomografiemessung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Berechnung und Anwendung einer Korrektur für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten, wobei die Messdaten die von zu messendem Werkstück in mehreren Drehstellungen bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle abgegebenen Messstrahlung mittels eines Detektors aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten umfassen, wobei für die Korrektur zunächst Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte bei der Computertomografie und Simulationsdaten ohne diese Effekte berechnet werden. Es wird eine Transformationsvorschrift berechnet, die die Simulationsdaten berücksichtigt, wobei die Transformationsvorschrift auf vorläufige Korrekturdaten zur Bestimmung endgültiger Korrekturdaten angewendet wird, wobei die vorläufigen Korrekturdaten gebildet werden durch Differenzbildung zwischen Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte und Simulationsdaten ohne diese Effekte.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Computertomografieverfahren, bei dem physikalische Effekte wie Artefakte bei der Durchstrahlung eines Werkstücks mittels Simulationsmethoden korrigiert werden.
  • Nach dem Stand der Technik bekannte Korrekturverfahren für Messdaten einer Computertomografie, die mittels Simulation arbeiten, sind in der WO2013167616 und DE102013107745 der Anmelderin benannt. Hierbei erfolgt die Bestimmung der Korrekturdaten durch die Differenzbildung einer Simulation unter Berücksichtigung der Artefakte und einer Simulation ohne Berücksichtigung von Artefakten (verallgemeinert als Effekte bezeichnet, meist physikalische Eigenschaften bei der Durchstrahlung). Als Eingangsdaten für die Vorwärtsprojektion im Rahmen der Simulation von Durchstrahlungsbilddaten werden Daten benötigt, die die Gestalt bzw. Maße des Werkstücks repräsentieren. In beiden Schriften werden hierzu die Nominaldaten des Werkstücks wie CAD-Daten oder STL-Daten (also Oberflächenpunktdaten im STL-Format, Standard Triangulation Language) einer bereits erfolgten Messung des Werkstücks (Meisterteilmessung) verwendet. Die Berechnung und Anwendung der Korrektur erfolgt dabei wahlweise bzw. auch gemischt in den Durchstrahlungsbilddaten, den daraus rekonstruierten Volumendaten oder den aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten. Das bedeutet, dass die Differenzen der Simulationen beispielsweise in den Durchstrahlungsbilddaten gebildet werden und dann auch direkt auf die Durchstrahlungsbilddaten der realen Messung angewandt werden. Alternativ können die Differenzen in den Durchstrahlungsbilddaten zunächst rekonstruiert werden und dann von den Volumendaten der Messung abgezogen werden. Auch vorgesehen ist, die Differenzen der Simulationen erst in den aus den simulierten Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten zu bilden und dann entweder damit die Volumendaten der Messung zu korrigieren oder daraus zunächst Oberflächendaten zu bestimmen und die Oberflächendaten der Messung zu korrigieren. Auf die hier genannten Schriften der Anmelderin wird hier vollständig Bezug genommen.
  • Bei der Anwendung der in den zuvor genannten Schriften beschriebenen Korrekturverfahren hat sich jedoch herausgestellt, dass die Nominaldaten oder STL-Daten mit den real vorliegenden Abmessungen des Werkstücks (reale Werkstückgestalt) nicht ausreichend übereinstimmen, um eine exakte Simulation der Artefakte und damit eine exakte Korrektur zu gewährleisten. Ein weiteres Problem ist, dass bei insbesondere stark artefaktbehafteten Messdaten STL-Daten, also eine Oberflächenpunktdarstellung, aus den Volumendaten erst gar nicht ermittelt werden kann, wodurch diese für die Simulationen nicht zur Verfügung stehen und zwangsläufig auf die CAD-Daten als Eingangsdaten zurückgegriffen werden muss, oder die STL-Daten ebenso zu große Abweichungen zur realen Werkstückgestalt aufweisen, was jeweils zum zuvor genanntem Nachteil führt.
  • Eine erste Lösung bietet die nachveröffentlichten Erfindung DE102020130442.0 , zurückgehend auf die DE102019135686.5 der Anmelderin. Sämtliche Inhalte dieser Schriften gelten hier explizit als mit aufgenommen. In der DE102020130442.0 der Anmelderin wird weiterhin vorgeschlagen, als Eingangsdaten für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks zu verwenden, also Oberflächendaten, vorzugsweise in Form von CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks. Dabei ist nachteilig, da diese Daten möglicherweise in der Datenverarbeitung nicht bzw. noch nicht vorliegen oder bereits Abweichungen aufweisen, die unerwünscht sind.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Abweichungen zu vermeiden oder zumindest zu verringern, die bei der Bestimmung einer Korrektur für Messdaten einer Computertomografie durch Simulationen von Effekten, meist physikalischen Effekten wie Artefakten (entstanden durch beliebige Einflüsse auf die CT-Messung, wie beispielsweise geometrische oder Partialvolumeneffekte) auftreten können, insbesondere die bei der Bestimmung der Korrektur durch Differenzbildung einer Simulation unter Berücksichtigung der Artefakte und einer Simulation ohne Berücksichtigung dieser Artefakte auftretenden, auch ohne dass Nominaldaten, wie CAD-Daten oder STL-Daten einer Messung des Werkstücks zwingend für die Simulationen verwendet werden müssen. Zu erwartende Abweichungen der Simulation aufgrund der Abweichungen der Eingangsdaten von der tatsächlich vorliegenden Werkstückgestalt sollen verringert oder vermieden werden.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass als Eingangsdaten für die Simulationen neben den Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, wie beispielsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, nun auch Volumendaten verwendet werden können, beispielsweise Volumendaten einer Meisterteilmessung des Werkstücks oder anderweitig erzeugte Volumendaten, beispielsweise aus CAD-Daten bestimmte Volumendaten. Als Meisterteilmessung ist eine kalibrierte Messung nach einem anderen Verfahren, beispielsweise mit einem anderen Messgerät, oder einem Computertomografieverfahren, beispielsweise mit höherer Genauigkeit, vorgesehen.
  • Die Lösung sieht weiterhin vor die bekannte Korrektur, hier als vorläufige Korrektur (Sim-Artefakte) bezeichnet, die sich aus der Differenz einer Simulation mit (Sim-Vol) und einer Simulation ohne (Ideal-Vol) Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekten, meist physikalischen Effekte wie Artefakte, durch Anwendung einer Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP) zu einer endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) für die Messdaten (Real-Vol) angepasst wird. Alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol) anzuwenden und die Differenz zwischen den sich daraus ergebenden korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K) für die Bestimmung der endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) zu verwenden. Da sich hieraus jedoch ergibt, dass die Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Ideal-Vol) ohne Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte direkt zu den korrigierten Messdaten (Koor-Vol) führt, ist auch ein entsprechend verkürztes Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen.
  • Die Transformationsvorschrift ist erfindungsgemäß die Abbildung der Simulationsdaten mit Berücksichtigung der physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol). Durch dieses Vorgehen wird der Teil der Abweichungen der Simulationsdaten mit Berücksichtigung der Artefakte zu den real gemessenen artefaktbehafteten Messdaten erfasst, der aus der Abweichung der Eingangsdaten für die Simulationen zur realen Werkstückgestalt resultiert, und verwendet, um die Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol) oder die vorläufige Korrektur aus der Differenzbildung der beiden Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol) oder im Falle des verkürzten Verfahrens nur die Simulationsdaten (Ideal-Vol) entsprechend anzupassen.
  • Besonders bevorzugt erfolgt die Korrektur auf der Basis der Volumendaten. Vorteilhaft ist hierbei, dass Messdaten in Form von Volumendaten auch dann vorliegen, wenn diese derart artefaktbehaftet sind, dass Oberflächendaten (STL-Daten) nicht berechnet werden können, oder große Abweichungen zur tatsächlichen Werkstückgestalt aufweisen. Die Erfindung sieht aber grundlegend auch vor, die Korrektur auf Basis der Durchstrahlungsbilddaten oder der Oberflächenpunktdaten zu realisieren oder gemischt, wie zuvor zu den Schriften der Anmelderin aus dem Stand der Technik erläutert. Die Anwendung der Korrektur erfolgt dabei auf die gleiche zuvor bzw. nachfolgende beschriebene Art und Weise. Im Fall der Korrektur auf Basis der Durchstrahlungsbilddaten ist die Anwendung ohne weiteres möglich, da Durchstrahlungsbilddaten bereits vor den Volumendaten immer vorliegen. Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Oberflächendaten ist es, dass diese aus den Volumendaten gebildet werden können.
  • Beispielhaft erfolgen die folgenden Erläuterungen für den Fall der Bestimmung und Anwendung der Korrektur aus bzw. auf die Volumendaten. Die Simulation unter Berücksichtigung von Artefakten (im Weiteren als Sim-Vol bezeichnet) erfolgt zunächst anhand von Eingangsdaten in Form von Nominaldaten wie CAD - Daten des Werkstücks. Sofern vorhanden können auch Oberflächendaten (STL-Daten) einer Messung des entsprechenden Werkstücks verwendet werden. Eine weitere Alternative ist die Nutzung bereits vorhandener Volumendaten für die Simulation. Diese können während der Werkstückmessung gewonnen werden oder aus dem CAD-Modell. An den identischen Eingangsdaten wird dann auch die Simulation ohne Berücksichtigung der Artefakte durchgeführt. Die Simulationen erfolgen jeweils in Form einer sogenannten Vorwärtsprojektion, wobei simulierte Durchstrahlungsbilddaten berechnet werden, die zu simulierten Volumendaten rekonstruiert werden. Im nächsten Schritt wird die Transformationsvorschrift ermittelt, die die artefaktbehafteten Simulationsdaten im Volumendatenformat (Sim-Vol) auf die, aus den gemessenen Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten gemessenen Volumendaten (Real-Vol) abgebildet.
  • Die Transformationsvorschrift arbeitet auf Basis der Grauwerte der Voxel der Volumendaten (bzw. auf Basis der Grauwerte der Durchstrahlungsbilder, sofern diese korrigiert werden soll) und nimmt eine Neuzuordnung der Grauwerte so vor, dass mittels affiner und/oder nicht affiner Transformationen die Unterschiede zwischen den Simulationsdaten und den Messdaten in Bezug auf die Lageverschiebung zwischen den Grauwertübergängen minimiert werden. Diese Grauwertübergänge sind später repräsentativ für die zu bestimmenden Oberflächendaten. Hierdurch werden also die dimensionellen Abweichungen zwischen Simulationsdaten und real gemessenen Daten im Bereich der Volumendaten erfasst, um mit dieser Information anschließend eine exaktere Korrektur der gemessenen Volumendaten zu ermöglichen. Im Falle der Korrektur der Oberflächendaten werden anstatt der Grauwerte die Lagen der Oberflächenpunkte entsprechend transformiert.
  • Sim-Artefakt ist für den Fall der Korrektur auf Basis der Volumendaten ein Artefaktvolumen, das durch Berechnung, insbesondere Differenzbildung aus der Simulation mit und der Simulation ohne Berücksichtigung der Artefakte gebildet wird. Entweder wird dieses Artefaktvolumen durch Anwendung der Transformationsvorschrift an die tatsächliche Werkstückform angepasst, oder die Simulationsvolumendaten ohne (Ideal-Vol) Berücksichtigung der Artefakte und gegebenenfalls auch die Simulationsvolumendaten mit (Sim-Vol) Berücksichtigung der Artefakte selbst werden durch Anwendung der Transformationsvorschrift auf die richtige Werkstückgeometrie (zu Ideal-Vol-K bzw. Sim-Vol-K) abgeglichen, was dazu führt, dass die mit der Transformationsvorschrift korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K) direkt zu den korrigierten Messvolumendaten (Korr-Vol) bzw. die Differenzbildung zwischen (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K) direkt zu den endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) führt. Durch die Transformationsvorschrift erfolgt sozusagen eine Skalierung, Rotation, Translation, Scherung und damit Verschiebung der Grauwerte im Artefaktvolumen (Sim-Artefakt) bzw. den Simulationsvolumendaten (Ideal-Vol) und gegebenenfalls (Sim-Vol) derart, dass die Abweichungen in den Kantenorten (Grauwertübergängen) zwischen Simulationsdaten und gemessenen Daten korrigiert werden bzw. allgemein Simulationsdaten und gemessene Daten angeglichen werden. Die angesprochene Neuzuordnung der Grauwerte ist insbesondere bei Skalierungsoperationen nicht unbedingt quellenfrei, d.h. die Summe der Grauwerte eines Volumens kann durch die Transformationsvorschrift verändert werden.
  • Für den Fall, dass nicht die korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K) direkt als korrigierte Messvolumendaten (Korr-Vol) verwendet werden sollen, werden im nächsten Schritt die endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) zur Korrektur der Volumendaten der realen Messung (Real-Vol) angewandt, vorzugsweise durch Differenzbildung oder Addition der Grauwerte der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt).
  • Aus den so endgültig korrigierten Volumendaten (Korr-Vol) werden dann mittels Oberflächenbestimmung (auch als Segmentierung bezeichnet) die Oberflächendaten, also Oberflächenmesspunkte bestimmt, die vorzugsweise zur Bestimmung dimensioneller Maße am Werkstück verwendet werden. Die endgültig korrigierten Volumendaten können ebenso zur Bestimmung innenliegender Merkmale wie Einschlüsse oder Lunker des Werkstücks verwendet werden.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Berechnung und Anwendung einer Korrektur (Real-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Real-Vol), wobei die Messdaten die von zu messendem Werkstück in mehreren Drehstellungen bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur zunächst Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) berechnet werden, wobei als Eingangsdaten (CAD/STL/Volumen) für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten verwendet werden, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:
    • - Berechnung einer Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP), die die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol) abbildet, und
    • - A) Anwendung der Transformationsvorschrift
      • o auf vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt) zur Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt), wobei die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) gebildet werden durch Differenzbildung zwischen Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol), oder
      • o auf die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und auf die Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K), und Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) durch Differenzbildung zwischen (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K),
      und Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol) oder
    • - B) Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol).
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass alle aus der folgenden Aufzählung durchgeführten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten oder den jeweiligen Volumendaten oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen:
    • - Berechnung der Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP),
    • - Differenzbildung zwischen den Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol),
    • - Anwendung der Transformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
    • - Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-Vol) und/oder (Ideal-Vol),
    • - Differenzbildung zwischen den korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K),
    • - Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol)
    und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K) als korrigierte Messdaten (Korr-Vol).
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Anwendung der endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) durch Abziehen oder Dazuaddieren der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) erfolgt.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation mit Artefakten (Sim-Vol), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Real-Vol) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT), wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Transformationsvorschrift bestimmt wird durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Korr-Vol) zur Bestimmung von Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensionellen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
  • Es ist auch vorgesehen, dass das Verfahren iterativ angewendet wird. Das bedeutet, dass die korrigierten Messdaten (Korr-Vol) als Eingangsdaten für eine Simulation verwendet werden und das zuvor beschriebene Korrekturverfahren wiederholt wird, um eine verbesserte Korrektur durchzuführen.
  • Im Folgenden werden bereits verwendete und neue Abkürzungen folgendermaßen als Synonyme verwendet. In Klammern dahinter ist eine Bedeutung aufgeführt, die jedoch nicht einschränkend ist.
    • - Real-Artefakt = Mess-Artefakt (Daten die Einfluss des realen Artefakts beschreiben)
    • - Sim-Artefakt, bleibt unverändert (Daten die Einfluss des simulierten Artefakts beschreiben)
    • - Real-Vol = Mess-unkorr (Messdaten mit Artefakten)
    • - Korr-Vol = Mess-korr (Messdaten ohne Artefakt)
    • - Verzeichnungs-MAP = Transformation-Sim-Real (Transformationsvorschrift)
    • - Inverse Verzeichnungs-MAP = Transformation-Real-Sim (inverse Transformationsvorschrift)
    • - Sim-Vol = Sim-unkorr (Simulationsdaten mit Artefakten)
    • - Ideal-Vol = Sim-unkorr-T (Simulationsdaten mit Artefakten transformiert)
    • - Sim-Vol-K = Sim-korr (Simulationsdaten ohne Artefakt)
    • - Ideal-Vol-K = Sim-korr-T (Simulationsdaten ohne Artefakte transformiert)
    • - Real-Artefakt = Sim-Artefakt-T (transformiertes simuliertes Artefakt)
    • - Mess-unkorr-T-1 (Messdaten mit Artefakten invers transformiert)
    • - Mess-korr-T-1 (Messdaten ohne Artefakten invers transformiert)
  • Die in dieser Schrift zuvor genannten Abkürzungen und die Beschreibungen zu den 1 bis 3 können auch mit den hier neu eingefügten synonymen Abkürzungen gelesen werden.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Berechnung einer Korrektur (Mess-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Mess-unkorr) vor, wobei die Messdaten die vom Werkstück aus mehreren unterschiedlichen Blickwinkeln bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen,
    wobei für die Korrektur Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Sim-korr) berechnet und/oder verwendet werden, wobei Simulationsdaten in Form von aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Durchstrahlungsbildern und/oder Volumendaten und/oder Grenzflächenpunkte verwendet werden,
    wobei als Eingangsdaten für die Simulationen Nominal-Daten, Ist-Daten oder aus Nominal- und/oder Ist-Daten berechnete Daten des Werkstücks in Form von Durchstrahlungsbilddaten, vorzugsweise Durchstrahlungslängenbildern, und/oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten, und/oder Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks verwendet werden, dass sich durch die folgenden Schritte auszeichnet,
    • - Berechnung einer Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real), die die Simulationsdaten mit und/oder ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-unkorr und/oder Sim-korr), und/oder die simulierten Artefakte (Sim-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) abbildet, und/oder Berechnung einer inversen jener Transformationsvorschrift (Transformation-Real-Sim), die die Messdaten (Mess-unkorr) auf die Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) abbildet, und
    • - Anwendung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) auf Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr) und/oder auf aus Simulationsdaten und/oder invers transformierten (Transformation-Real-Sim) Messdaten (Mess-unkorr-T-1) berechnete vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt), und
    • - Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) aus mit der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten (Sim-korr-T) und/oder transformierten vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt-T=Mess-Artefakt) und/oder Messdaten.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Korrekturdaten (Mess-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) angewendet wird.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Berechnung der vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr), vorzugsweise durch Subtraktion, und die Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) durch Anwendung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) erfolgt.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) aus den mit der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-unkorr-T) und transformierten Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr-T), vorzugsweise durch Subtraktion der transformierten Simulationsdaten mit und ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, erfolgt.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) durch Transformation der Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-korr) mittels der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) erfolgt.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) auch durch eine Kombination aus inverser Transformation (Transformation-Real-Sim) der Messdaten (Mess-unkorr), anschließender Korrektur der Messdaten, vorzugsweise durch die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), und Transformation (Transformation-Sim-Real) dieser invers transformierten korrigierten Messdaten (Mess-korr-T-1) gewonnen werden können.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass mehrere aus der folgenden Aufzählung durchgeführten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten und/oder den jeweiligen Volumendaten und/oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen:
    • - Berechnung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real),
    • - Berechnung der inversen Transformationsvorschrift (Transformation-Real-Sim)
    • - Anwendung der inversen Transformationsvorschrift auf die Messdaten (Messunkor)
    • - Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den Simulationsdaten (Sim-unkorr) und (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung,
    • - Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den invers transformierten Messdaten und Simulationsdaten (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung,
    • - Anwendung der Transformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
    • - Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-unkorr) und/oder (Sim-korr),
    • - Differenzbildung zwischen den transformierten Simulationsdaten (Sim-unkorr-T) und (Sim-korr-T),
    • - Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Mess-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr)
    und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Sim-korr-T) als korrigierte Messdaten (Mess-korr).
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation, vorzugsweise mit Artefakten (Sim-unkorr) und/oder ohne Artefakte (Sim-korr) und/oder den vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) ortsabhängig zuordnet, bzw. die inverse Transformationsvorschrift die Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) denen der Simulation (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT) und/oder eines Vektorfeldes, vorzugsweise Deformationsvektorfeldes, wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Deformationsvektorfeldes je einem Voxel ein Vektor zuordnet, wobei der Vektor den Zielort definiert, an den das Voxel verschoben werden muss oder auf den Ort zeigt, dessen Wert das Voxel annehmen soll, wobei der Ort vorzugsweise zwischen Voxeln liegt und der neue Wert des Voxels aus den umgebenden Voxeln, vorzugsweise durch trilineare Interpolation, berechnet wird.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Transformationsvorschrift durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht und/oder durch Anwendung einer empirischen und/oder analytischen Vorschrift, bestimmt wird.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Mess-korr) zur Bestimmung von Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensionellen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Computertomograf (CT) und ein Verfahren zur Datenaufbereitung von mit diesem erzeugter CT-Daten, insbesondere zur Rauschreduktion für Anwendungen mit Computertomografie.
  • Bei der Computertomografie wird das zu untersuchende Objekt zwischen einer Strahlungsquelle, zumeist Röntgenstrahlenquelle, und einem Strahlungsdetektor, zumeist Röntgendetektor, angeordnet, sodass Durchstrahlungsbilder (CT-Projektionsdatensatz) mit dem Detektor in unterschiedlichen Drehstellungen des Objekts in Bezug auf Quelle und Detektor aufgenommen und zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen, CT-Volumendaten) rekonstruiert werden können. Im Folgenden wird der Begriff CT-Datensatz als Synonym sowohl für CT-Volumendaten, als auch CT-Projektionsdaten verwendet. In der Regel wird ein zu tomografierendes Objekt auf einem Drehtisch angeordnet, um die unterschiedlichen Drehstellungen durch Drehen um eine Drehachse zu realisieren.
  • Alternativ steht das zu tomografierende Objekt fest und Quelle und Detektor drehen sich um das Objekt um eine Drehachse.
  • Der zur Erfassung der 2D-Durchstrahlungsbilder verwendete Detektor ist meist flächig, also als 2D-Detektor ausgeführt. Zumeist eingesetzt werden Detektoren mit einer Szintillatorschicht, in der die Röntgenstrahlung in Licht umgewandelt wird, in Strahlungsrichtung dahinter befindlichen röhrenförmigen Lichtkanälen, die ein Übersprechen unterschiedlicher Detektorbereiche verringern, und einer direkt dahinter fest angeordneten Pixelmatrix, also einer flächigen Matrix-Kamera, wie CCD- oder CMOS-Kamera. Alternativ sind auch entsprechend ausgeführte Zeilendetektoren mit einer oder wenigen Zeilen bekannt. Die Erfindung kann gleichermaßen auf Daten, die mit flächigen Detektoren gemessen wurden, oder auf solche von Zeilendetektoren angewendet werden.
  • Um mittels Computertomografie genau messen zu können, ist eine der notwendigen Bedingungen, dass eine hohe Auflösung der Strukturen des Messobjekts (Strukturauflösung) im Ortsbereich gewährleistet wird. Hierbei überlagern sich, neben verschiedenen anderen, zwei dominante Effekte, die Brennfleckgröße des die Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks (Fokus) der Röntgenröhre und die Pixelauflösung des eingesetzten Detektors. Die Strukturauflösung ist in der Objektebene bzw. -lage zu betrachten und wird hier als wirksame Strukturauflösung bezeichnet, kann aber unter Berücksichtigung der CT-Geometrie (Lage von Quelle, Objekt bzw. Drehachse und Detektor zueinander), insbesondere des geometrischen Abbildungsmaßstabs A, der sich aus dem Verhältnis FDD (focus to detector distance) zu FOD (focus to object distance), also der Lage des Objekts zwischen Quelle und Detektor, genauer zwischen dem die Messstrahlung abgebenden Brennfleck (Fokus) der Quelle und dem Detektor, ergibt, auch in die Detektorebene transformiert und betrachtet werden und umgekehrt.
  • Mit Strukturauflösung ist hier die dimensionelle Größe (Abmessung) der kleinsten auflösbaren Struktur gemeint. Dabei bezieht sich der Auflösungsbegriff also auf einen Zahlenwert, beispielsweise einer mit einem Symbol bezeichneten Abmessung. Wird hier ganz allgemein von guter oder auch hoher Auflösung ohne Bezug zu einem Zahlenwert oder Symbol gesprochen, ist damit ein geringer Zahlenwert für die Auflösung bzw. Strukturauflösung gemeint.
  • Eine weitere Bedingung für genaue Messungen ist die Berücksichtigung und Korrektur von bei der Durchstrahlung des Objekts auftretenden physikalischen Effekten, die als Artefakte bezeichnet werden. Beispielhafte Artefakte sind Strahlaufhärtungsartefakte, Streustrahlung, Kegelstrahlartefakte oder Nachleuchteffekte. Strahlaufhärtungsartefakte rühren von der polychromatischen Natur der Röntgenstrahlung her. Sie können reduziert werden, indem man Vorfilter einsetzt, die einen Großteil der niederenergetischen Photonen absorbieren und das Spektrum also weniger polychromatisch machen. Dies wirkt sich allerdings negativ, sowohl auf das Nutzsignal, als auch auf den gemessenen Kontrast aus.
  • Besonders starke Artefakte treten bei großer Absorption im Objekt auf, also bei großen Durchstrahlungslängen und stark absorbierenden Materialien. Durch die starke Absorption steht zudem ein geringes Messsignal für den Detektor zur Verfügung. Hierdurch steigt das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) am Detektor. Um ausreichend starke Signale zu erreichen, muss zumeist lange belichtet werden, wodurch die Messzeit ansteigt. Alternativ kann bis zu einem gewissen Grad die Röhrenleistung erhöht werden, was wiederum mit Nachteilen verbunden ist, da dies mit einem größeren Brennfleck und daher im Allgemeinen mit negativen Auswirkungen auf die erreichbare Strukturauflösung einhergeht.
  • Eine Möglichkeit diese Artefakte (hauptsächlich Strahlaufhärtung) zu verringern liefert eine Linearkombination von Volumendaten, die mit unterschiedlichen Röntgenspektren (also anderer Röhrenspannung und/oder anderer Vorfilterung) aufgenommen wurden. Diese Methode erfordert also zwei Messungen und wird im Bereich industrieller Messtechnik bei Werth Messtechnik verwendet und ist unter dem Namen MSP-CT („Mehr-Spektren-CT“) bekannt. Eine Alternative Kombination zur Reduktion von Strahlaufhärtungsartefakten ist eine polynomielle Kombination der spektralen Daten im Projektionsraum. Eine anschließende Rekonstruktion der so fusionierten Projektionsdaten liefert ein sogenanntes VMI („Virtual Monochromatic Image“). Jede dieser Artefaktkorrekturmethoden ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass das Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR) sinkt, was ein unerwünschter Effekt dieser Kombinationen ist.
  • Es ist jedoch auch möglich, spektrale Daten so zu kombinieren, dass der Fusionsdatensatz ein erhöhtes SNR bzw. CNR aufweist. Im Allgemeinen ist dies aber unerwünscht, da diese CNR-optimierten Daten häufig einen sehr starken Artefaktgehalt haben.
  • Eine neuartige Detektortechnologie auf Halbleiterbasis („Photon Counting CT (PCCT)“) erlaubt es, Energieschwellwerte zu setzen und gemessene Photonen energetisch zu unterscheiden. Dadurch ist die Aufnahme eines spektralen Datensatzes in einer einzelnen Messung möglich. Die angesprochenen Korrekturalgorithmen ändern sich bei PCCT aber nur geringfügig und die erwähnten Probleme bleiben bestehen. Die Technologie von PCCT ist momentan noch in der experimentellen Phase und kein kommerzielles CT-System ist mit einer solchen Detektortechnologie ausgestattet.
  • Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, das die Vorteile zweier Datensätze (wie z.B. der beiden oben genannten Kombinationsmethoden) verbinden kann und einen scharfen, rauschreduzierten Datensatz erzeugt. Die Erfindung sieht hierfür die Verwendung eines kantenerhaltenden gesteuerten Bilateralfilters vor. Der gesteuerte Bilateralfilter ist mathematisch ausgedrückt eine Verknüpfung zweier (oder mehr) Filterkerne, wobei einer den räumlichen Abstand eines Pixels bzw. Voxels (kurz für Volumetric Pixel) zum betrachteten Pixel bzw. Voxel auswertet (der sogenannte Domain-Kern D), und der andere den Intensitätsunterschied jenes Pixels bzw. Voxels zum betrachteten Pixel bzw. Voxel (der sogenannte Range-Kern R). Weitere Filterkerne sind Variationen des Range-Kerns, bei denen z.B. Intenstitätsunterschiede an anderen Daten ausgewertet werden.
  • Die folgenden Formeln beschreiben das Wirken eines Bilateralfilters auf den Datensatz f(r), der vom Datensatz f1(r) gesteuert wird (1), bzw. das Wirken eines Bilateralfilters auf den Datensatz f(r), der von den Datensätzen fi(r) gesteuert wird (2): ƒ ( r ) ∝ ∑ ρ ∈ R ƒ ( ρ ) ⋅ D ( ρ − r ) ⋅ R ( | ƒ 1 ( ρ ) − ƒ 1 ( r ) | )
    Figure DE102022103888A1_0001
     ƒ ( r ) ∝ ∑ ρ ∈ R ƒ ( ρ ) ⋅ D ( ρ − r ) ⋅ ∏ i = 1 1   R ( | ƒ i ( ρ ) − ƒ i ( r ) | )
    Figure DE102022103888A1_0002
    Man sieht, dass der Domain-Kern hierbei als Tiefpassfilter im Ortsraum r wirkt, der die erwünschte Rauschreduktion herbeiführt. Der Range-Kern hingegen sorgt für die Kantenerhaltung, da bei großen Intensitätsunterschieden, was bei CT-Projektionsdaten bzw. im CT-Volumen Grauwertunterschieden entspricht, also im Allgemeinen Materialübergängen und Kanten, keine Filterung stattfindet. Mögliche Gewichtungen, Filterparameter und Funktionsformen sind hierbei implizit in den Filterfunktionen D(.) bzw. R(.) enthalten. Die Besonderheit am gesteuerten Bilateralfilter ist, dass der kantenerhaltende Range-Kern nicht zwingend am zu filternden Datensatz selbst (dies entspricht dem nicht ausgeschlossene Fall, wenn fi(r) = f(r)), sondern möglicherweise an einem anderen Datensatz ausgewertet wird. Typischerweise ist dies ein ausgerichteter CT-Datensatz des gleichen Messobjekts mit hohem Kontrast-Rausch-Verhältnis, sowie guter Struktur- und Kantenauflösung. Es ist hierbei festzuhalten, dass der in (1) und (2) beschriebene Filter, sowohl auf CT-Projektionsdaten vor der Volumenrekonstruktion, als auch auf CT-Volumendaten nach dieser und auch auf beide Datensätze nacheinander uneingeschränkt anwendbar ist.
  • Nach derzeitigem Stand der Technik ist die Verwendung eines Bilateralfilters zur Rauschreduktion in Niedrig-Dosis-CT [1], sowie die Verwendung eines gesteuerten Bilateralfilters im Rahmen von Rauschreduktion bei klinischer Dual-Energy-CT (was in der klinischen CT zwei CT-Messungen mit unterschiedlichem Spektrum entspricht) [2], sowie experimenteller Untersuchungen an photonenzählenden Detektoren bekannt [3,4]:
    • [1]: Manduca et al., „Projection space denoising with bilateral filtering and CT noise modeling for dose reduction in CT“ Med Phys., vol. 36, no. 11, pp. 4911-4919, 2009
    • [2]: Yang et al., „Dual-energy CT Reconstruction using Guided Image Filtering“ IEEE Nuclear Science Symposium, 2016
    • [3]: Manhart et al., „Guided Noise Reduction for Spectral CT with Energy-Selective Photon Counting Detectors“, CT-Meeting Conference Proceedings, pp. 91-94, 2014
    • [4] Müller et al., „Towards Material Decomposition on Large Field-of-View Flat Panel Photon-Counting Detectors - First in-vivo Results“, CT-Meeting Conference Proceedings, pp. 479-482, 2016
  • Die Filteroperation wird hier aber jeweils nur an den Einzeldatensätzen ausgeführt. Die Möglichkeit artefaktreduzierte Kombinationen der spektralen Datensätze zu optimieren und den Filter durch anderweitig kombinierte und optimierte Datensätze zu steuern wird nicht ausgearbeitet. Des Weiteren wird die Möglichkeit nicht behandelt, abseits klinischer Protokolle gezielte CT-Messungen mit für die gesteuerte Filteroperation variierten bzw. optimalen Messparametern durchzuführen. Diese optimalen Messparameter können solche sein, die den SNR und/oder CNR und/oder Auflösung optimieren. Der Grund hierfür ist wohl, dass zusätzliche CT-Messungen in der medizinischen Bildgebung aufgrund zusätzlicher Strahlendosis nicht zu rechtfertigen sind. Diese Einschränkung gilt für industrielle, insbesondere dimensionelle CT zur Werkstückprüfung und/oder Koordinatenmesstechnik nicht und stellt deshalb einen Teil der Erfindung dar. Außerdem soll im Rahmen der Erfindung eine weitere Information verwendet werden, die im Rahmen industrieller CT häufig vorzufinden ist, nämlich die des Soll-Objekts, das z.B. durch ein CAD-Modell des Objekts gegeben ist. Dieses kann dazu verwendet werden, den Filter zu steuern. Ein weiteres ungelöstes Problem besteht darin, dass CT-Daten nach der Bearbeitung durch einige Korrekturmethoden für Artefakte, wie z.B. Streustrahlkorrekturen durch Monte-Carlo-Simulationen, ein geringeres Signal aufweisen, was dazu führt, dass das Volumen zwar artefaktreduziert ist, aber stärker verrauscht als das verartefaktete Originalvolumen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur kantenerhaltenden Rauschreduktion bei CT-Messungen anzugeben. Insbesondere sollen Möglichkeiten zur Fusionierung von Vorteilen verschiedener gemessener bzw. simulierter CT-Datensätze angegeben werden. Ein Aspekt ist hierbei eine verbesserte, rauschreduzierte Korrektur von Artefakten bei der Computertomografie. Außerdem sollen Auflösungsinformationen aus anderen CT-Messungen oder gegebenen Soll-Objektinformationen genutzt werden, um hochaufgelöste, rauschreduzierte Daten zu erhalten.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass ein kantenerhaltender gesteuerter Bilateralfilter zur Rauschreduktion von CT-Datensätzen eingesetzt wird. Hierbei soll der gesteuerte Bilateralfilter bei spektralen Daten die in den Daten enthaltenen Informationen so kombinieren, dass ein hochaufgelöster Datensatz mit reduziertem Artefaktgehalt bei verringertem Rauschen entsteht. Dazu wird ein artefaktreduzierter Datensatz mittels Formel (2) gefiltert, wobei in den Range-Kern verschiedene CT-Datensätze einfließen können, die das Ergebnis positiv beeinflussen können, also eine maximale Rauschunterdrückung bei gleichzeitig höchster Auflösung und geringstem Artefaktgehalt garantieren. Abgesehen von spektralen Datensätzen sieht die Erfindung vor, beliebige gemessene CT-Datensätze (nicht-spektral) mittels gesteuertem Bilateralfilter zu prozessieren. Hierbei dienen entweder das CT-Volumen des Soll-Objekts (z.B. aus CAD-Modell) und/oder die CT-Projektionsdaten des Soll-Objekts, vorzugsweise erzeugt durch Vorwärtsprojektion des Soll-Objekts, und/oder ein simulierter CT-Datensatz, und/oder ein gemessener CT-Datensatz mit alternativen bzw. optimierten Aufnahmeparametern als Steuerelemente im Range-Kern des Filters aus Formel (2).
  • Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Rauschreduktion und/oder Auflösungsverbesserung von computertomografischen Datensätzen wie CT-Volumen und/oder CT-Projektionendaten mittels kantenerhaltendem Bilateralfilter vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Bilateralfilter angewendet wird auf ein artefaktreduziertes CT-Kombinationsvolumen, vorzugsweise erzeugt durch MSP-CT, und/oder einen artefaktreduzierten CT-Projektionsdatensatz und/oder eine artefaktkorrigierte CT-Messung und/oder dass der Bilateralfilter geführt bzw. gesteuert wird.
  • Es umfasst die Verwendung eines gesteuerten Bilateralfilters auf CT-Volumendaten und/oder CT-Projektionsdaten, und zeichnet sich auch dadurch aus, dass die zu filternden Daten durch ein artefaktreduziertes CT-Kombinationsvolumen, vorzugsweise durch MSP-CT, und/oder einen artefaktreduzierten CT-Projektionsdatensatz gegeben sind, wobei der Filter vorzugsweise nach Formel (2) gesteuert wird durch eine CNR und/oder SNR optimierende Kombination, und/oder einem einzelnen der Datensätze, aus dem das artefaktreduzierte CT-Kombinationsvolumen bzw. der artefaktreduzierte CT-Projektionsdatensatz erzeugt wurde, und/oder das Kombinationsvolumen selbst, und/oder ein oder mehrere simulierte Volumen, und/oder das Volumen des/der Soll-Objekte und/oder einem oder mehreren alternativen CT-Volumen des Objekts, beispielsweise aus weiteren Messungen und/oder einem oder mehreren anderen spektralen Datensatz eines photonenzählenden Detektors, vorzugsweise mit besserem CNR, und/oder besserem SNR, und/oder besserer Auflösung, vorzugsweise durch Messung mit kleinerem Röhrenbrennfleck, z.B. durch geringere Röhrenleistung, und/oder Messung mit höherer Detektorauflösung, z.B. durch geringeres Detektorbinning, und/oder der Aufnahmegeometrie, beispielsweise durch Aufnahme einer region-of-interest (ROI)-Tomografie.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Filter gesteuert wird, vorzugsweise nach Formel (2), durch
    • - einem oder mehreren CNR und/oder SNR variierenden, vorzugsweise optimierenden, Kombinationen von CT-Datensätzen, und/oder
    • - einem einzelnen oder mehreren einzelnen von den CT-Datensätzen, aus dem das artefaktreduzierte CT-Kombinationsvolumen bzw. der artefaktreduzierte CT-Projektionsdatensatz erzeugt wurde, und/oder
    • - das Kombinationsvolumen bzw. der kombinierte CT-Projektionsdatensatz selbst, und/oder
    • - ein oder mehrere simulierte Volumen bzw. CT-Projektionsdatensätze, und/oder
    • - das Volumen bzw. CT-Projektiondatensatz des/der Soll-Objekte und/oder einem oder mehreren alternativen CT-Volumen bzw. CT-Projektionsdatensätzen des Objekts, beispielsweise aus weiteren Messungen und/oder
    • - einem oder mehreren anderen spektralen Datensätzen aufgenommen mit einem photonenzählenden Detektor, vorzugsweise mit besserem CNR und/oder besserem SNR und/oder besserer Auflösung, und/oder
    • - durch Messung mit kleinerem Röhrenbrennfleck, z.B. durch geringere Röhrenleistung, und/oder Messung mit höherer Detektorauflösung, beispielsweise durch geringeres Detektorbinning, und/oder geänderter Aufnahmegeometrie, beispielsweise durch Aufnahme einer region-of-interest (ROI)- Tomografie.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Erfindung die Verwendung eines gesteuerten Bilateralfilters auf CT-Volumendaten und/oder CT-Projektionsdaten einer CT-Messung vorsieht, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass zum Steuern des Filters nach Formel (2) ein oder mehrere alternative Datensätze verwendet werden, die extra gemessen werden, und/oder einem oder mehreren anderen spektralen Datensätzen eines photonenzählenden Detektors entsprechen, und/oder die durch Simulation am gemessenen Ausgangsdatensatz und/oder dem/den Soll-Objekt(en) erzeugt werden, und/oder die CT-Volumen- bzw. CT-Projektionsdaten des/der Soll-Objekte entsprechen, und die CNR und/oder SNR variieren, vorzugsweise optimieren, vorzugsweise durch Veränderung des Röhrenstroms, und/oder der Röhrenspannung, und/oder der Vorfilterung, und/oder des Detektor-Energiethresholds und/oder der Aufnahmegeometrie, und/oder die die Auflösung variieren, vorzugsweise optimieren, vorzugsweise durch Veränderung der Röhrenleistung, und/oder Detektorbinning, und/oder der Aufnahmegeometrie, beispielsweise durch Aufnahme einer ROI-Tomografie.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die die zu filternden Daten gebildet werden durch eine artefaktkorrigierte CT-Messung, vorzugsweise korrigiert durch Streustrahlkorrekturen, wie beispielsweise Monte-Carlo-Simulation(en), Deep- Learningbasierte Streustrahlsimulation(en), empirische Streustrahlkorrektur(en), Messung(en) mit Modulator(en) oder Anti-Scatter-Grid(s) (Schlitzblendenmessung(en)) oder kollimierte Messung(en)), Messung(en) mit großer Air-Gap, oder Kombinationen aus zuvor genannten, wobei der Filter gesteuert wird, vorzugsweise nach Formel (1), und der Steuerdatensatz dem nicht korrigierten und weniger verrauschten CT-Datensatz entspricht oder die Steuerdatensätze nach Formel (2) sowohl dem nicht korrigierten und weniger verrauschten CT-Datensatz, als auch dem artefaktkorrigierten CT-Datensatz entspricht und/oder weiteren CT-Datensätzen mit anderen Artefaktkorrekturen entspricht
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Verfahren Anwendung findet auf computertomografische Datensätze von Werkstücken und vorzugsweise die gefilterten CT-Datensätze hinsichtlich der Bestimmung von dimensionalen Merkmalen an dem Werkstück ausgewertet werden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerät mit einem Computertomografiesensor, zum Erstellen eines Mess- und oder Auswerteprogramms für einen Computertomografiesensor, sowie eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens bzw. des Programmes.
  • Bei der Computertomografie wird das zu untersuchende Werkstück zwischen einer Strahlungsquelle, meist Röntgenquelle, und einem Strahlungsdetektor angeordnet, sodass Durchstrahlungsbilder mit dem Detektor in unterschiedlichen Drehstellungen des Werkstücks in Bezug auf Quelle und Detektor aufgenommen und zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) rekonstruiert werden können. In der Regel wird das Werkstück auf einem Drehtisch angeordnet, um die unterschiedlichen Drehstellungen durch Drehen um eine Drehachse zu realisieren. Alternativ steht das Werkstück fest und Quelle und Detektor drehen sich um das Werkstück um eine Drehachse. Als Computertomografiesensor wird die Einheit aus Quelle, Detektor und Drehtisch bezeichnet.
  • Der zur Erfassung der 2D-Durchstrahlungsbilder verwendete Detektor ist meist flächig, also als 2D-Detektor ausgeführt und besteht aus einer Szintillatorschicht, in der die Röntgenstrahlung in Licht umgewandelt wird, in Strahlungsrichtung dahinter befindlichen röhrenförmigen Lichtkanälen, die ein Übersprechen unterschiedlicher Detektorbereiche verringern, und einer direkt dahinter fest angeordneten Pixelmatrix, also einer flächigen Matrix-Kamera, wie CCD- oder CMOS-Kamera. Alternativ sind auch entsprechend ausgeführte Zeilendetektoren mit einer oder wenigen Zeilen bekannt. Um große Messbereiche zu erfassen, muss das Werkstück jedoch zeitaufwändig quer zur Zeilenrichtung verschoben, mehrfach durchstrahlt werden. Hier werden einzelne Schichten auch separat rekonstruiert. Vorteilhaft geht die Erfindung daher von flächigen Detektoren bzw. Detektoren mit flächiger Detektionsfläche wie flächiger Szintillatorschicht aus.
  • Um dimensionell messen zu können, werden aus den Volumendaten Grenzflächenpunkte bzw. Oberflächen(mess)punkte, beispielsweise im STL-Format (STL - Standard Triangulation Language) erzeugt und zu geometrischen Eigenschaften und Maßen verknüpft. Der Computertomograf bzw. Computertomografiesensor ist dann als Koordinatenmessgerät bzw. Koordinatenmesssystem ausgebildet.
  • Nach dem Stand der Technik bekannt sind Programme zur Simulation einer Messung mit einem Computertomografiesensor, z.B. das Programm Artist der BAM Berlin, Programme zur numerischen Messunsicherheitsbestimmung von Messungen mit Computertomografiesensoren, Simulationen zur Korrektur von Artefaktkorrekturverfahren (beispielsweise in der vorliegenden Schrift und den darin zitierten Schriften der Anmelderin), und Programme zur Optimierung von Einstellparametern von Computertomografiesensoren (beispielsweise die Messsoftware TomoAssist der Anmelderin).
  • Nachteilig ist jedoch, dass es sich um separate Software-Pakete für das Betreiben eines Koordinatenmessgerätes (bzw. allgemein eines Koordinatenmesssystems) mit Computertomografiesensor und für die Simulation der Computertomografie handelt. Beispielsweise erfolgt die Simulation von Durchstrahlungsbildern mit der Software Artist, die Rekonstruktion mit einem weiteren Softwaretool (z.B. der frei verfügbaren Astra-Rekonstruktion) und die Auswertung dimensioneller Merkmale an Werkstückgeometrien durch eine dritte Software. Die Steuerung des Koordinatenmessgerätes mit dem Computertomografiesensor erfordert eine weitere Software, wobei diese den zuletzt genannten Schritt der dimensionellen Auswertung oftmals bereits umfasst (z.B. die Messsoftware WinWerth der Anmelderin), deshalb hier allgemein als Messsoftware bezeichnet. Dadurch existiert keine durchgehende Bedienung und es ist keine Automatisierung der gesamten Messung inkl. einer Simulation möglich. Zudem fehlt der Simulations-Software der Zugriff auf konkrete Koordinatenmessgeräte-Parameter. Es ist dadurch kein Regelkreis, beispielsweise für das Training der als KI-Funktionen ausgeprägten Simulations-Teilfunktionen realisierbar.
  • Des Weiteren fehlt dem Stand der Technik die Möglichkeit des vollständigen Offline-Einlemens von Computertomografiemessungen und die Auswertung der ermittelten Messdaten, ggf. unter Berücksichtigung von Effekten, welche zu systematischen und/oder zufälligen Messabweichungen führen, und/oder ggf. unter Berücksichtigung des Einmesszustand des zu simulierenden Geräts bzw. Sensors (Computertomografiesensors).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher auch, ein Verfahren, eine Messsoftware und eine Vorrichtung anzugeben, die geeignet ist, eine durchgehende, gemeinsame Bedienung einer Computertomografie-Simulationssoftware und einer Steuerung eines Koordinatenmessgerätes mit Computertomografiesensor innerhalb einer Software (Messsoftware) zu realisieren. Mit dieser soll also auch das Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder das Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder das Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten realisiert werden.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsfunktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufnahme aufweist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Simulationsfunktion vollständig in die Messsoftware eines Koordinatenmessgerätes mit Computertomografiesensor integriert ist und insbesondere folgende Funktionen realisiert:
    • i) Virtuell Gerät bestücken (Auch Mehrfachmessungen, inklusive Bestückung eines Werkstückhalters, Positionierung der Werkstückhalter auf den Manipulatoren)
    • ii) Einstellparameter wie Projektionsgeometrie, Spannung, Leistung, Vorfilter, Integrationszeit, Bildmittelungszahl einstellen
    • iii) Intensitätsbildaufnahme simulieren
    • iv) Rekonstruktion der simulierten Intensitätsbilder durchführen
    • v) Grenzflächenpunkte aus rekonstruiertem Volumen berechnen
    • vi) Regelgeometrieelemente berechnen
    • vii) Geometrische Eigenschaften berechnen
    • viii) Inspektionsaufgaben durchführen
    und somit Offline-Einlernen des kompletten Messprozesses ermöglicht.
  • Als eine besondere, eigenständige Lösung sieht die Erfindung auch die Vervielfältigung eines Modells an n Positionen, vorzugsweise an durch CAD-Elemente definierten Positionen und/oder an berechneten Positionen und/oder an manuellen definierten Positionen vor.
  • Nach jeweils besonders bevorzugten Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Messsoftware bzw. die zur Ausführung genutzte Vorrichtung eine oder mehrere der folgenden weiteren Funktionen auf:
    • 1.1. Berücksichtigung von Eigenschaften des zu simulierenden Geräts
      • 1.1.1. Achssystems
        • 1.1.1.1. Kinematik des Achssystems
        • 1.1.1.2. Projektionsgeometrie in Abhängigkeit der Positionen der Achsen
      • 1.1.2. Röntgenröhre
        • 1.1.2.1. Minimale und maximale Spannung
        • 1.1.2.2. Minimale und maximale Leistung
        • 1.1.2.3. Brennfleckverteilung vorzugsweise Brennfleckgröße in Abhängigkeit von den eingestellten Parametern und den Eigenschaften der Komponenten der Röntgenröhre
        • 1.1.2.4. Targeteigenschaften
          • 1.1.2.4.1. Targetmaterial
          • 1.1.2.4.2. Targetgeometrie
            • 1.1.2.4.2.1. Targetdicke und/oder Winkel
        • 1.1.2.5. Spektrum in Abhängigkeit von Targeteigenschaften und eingestellten Parametern wie Spannung, Leistung, Fokussierstrom, Zentrierstrom, Filamentstrom
      • 1.1.3. Drehachse
        • 1.1.3.1. Geometriefehler
      • 1.1.4. Detektor
        • 1.1.4.1. Geometriefehler
          • 1.1.4.1.1. Verzeichnung
          • 1.1.4.1.2. Verkippung, Rotation
          • 1.1.4.1.3. Pixeldefekte
            • 1.1.4.1.3.1. Empfindlichkeit
            • 1.1.4.1.3.2. Tote Pixel
            • 1.1.4.1.3.3. Blinkende Pixel
            • 1.1.4.1.3.4. Hot Pixel
        • 1.1.4.2. Detektoreigenschaften
          • 1.1.4.2.1. Indirekt konvertierend
            • 1.1.4.2.1.1. Szintillatormaterial
            • 1.1.4.2.1.2. Szintillatordicke
          • 1.1.4.2.2. Direkt konvertierend
      • 1.1.5. Eingemessener Zustand des Geräts
        • 1.1.5.1. Eingerichtete Vergrößerungen
      • 1.1.6. Konfiguration der Messsoftware
        • 1.1.6.1. Einstellungen der Benutzeroberfläche
        • 1.1.6.2. Einstellungen der Algorithmen
      • 1.1.7. Auswahl des zu simulierenden Geräts in der Messsoftware
      • 1.1.8. Manuelle und / oder automatische Synchronisation der Konfiguration und des Einmesszustandes der zu simulierenden Geräte
      • 1.1.9. Zur Berücksichtigende Einflussgrößen ein und ausschaltbar
        • 1.1.9.1. Monochromatische Strahlung statt polychromatische Strahlung
    • 1.2. Einladen und / oder Erzeugung eines Modells der Geometrie eines oder mehrerer Werkstücke und/oder Baugruppen
      • 1.2.1. Einladen eines Modells
        • 1.2.1.1. CAD-Modell
        • 1.2.1.2. STL-Punktwolke
      • 1.2.2. Konstruktion innerhalb der Messsoftware
        • 1.2.2.1. CAD-Modell
          • 1.2.2.1.1. Aus berechneten Regelgeometrieelementen
            • 1.2.2.1.1.1. Boolsche Verknüpfung mehrerer Regelgeometrieelemente
      • 1.2.3. Berechnung eines Modells aus einem anderem
        • 1.2.3.1. STL-Punktwolke aus CAD-Modell
    • 1.3. Berücksichtigung des Materials des einen oder mehrerer Werkstücke und/oder der Baugruppen
      • 1.3.1. Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten Röntgenstrahlung mit Material
        • 1.3.1.1. Rayleigh-Streuung
        • 1.3.1.2. Photoelektrischer-Effekt
        • 1.3.1.3. Compton-Effekt
      • 1.3.2. Eigenschaften des Materials beschrieben durch
        • 1.3.2.1. Und/oder Dichte
        • 1.3.2.2. Und/oder chemische Summenformel
      • 1.3.3. Multimaterial
      • 1.3.4. Hinzufügen von Materialien zu einer Materialbibliothek über die Benutzeroberfläche der Messsoftware
      • 1.3.5. Auswahl der Materialien der Werkstücke und/oder Baugruppen über die Benutzeroberfläche der Messsoftware
      • 1.3.6. Vervielfältigung eines Modells an n Positionen
        • 1.3.6.1. An durch CAD-Elemente definierten Positionen
        • 1.3.6.2. An berechneten Positionen
        • 1.3.6.3. An manuellen definierten Positionen
    • 1.4. Einladen und / oder Erzeugung eines Werkstückträgers und/oder einer Baugruppe
      • 1.4.1. Einladen eines Modells
        • 1.4.1.1. CAD-Modell
        • 1.4.1.2. STL-Punktwolke
      • 1.4.2. Konstruktion innerhalb der Messsoftware
        • 1.4.2.1. CAD-Modell
          • 1.4.2.1.1. Aus Regelgeomtrielementen
            • 1.4.2.1.1.1. Boolsche Verknüpfung mehrerer Regelgeometrielemente
        • 1.4.3. Berechnung eines Modells aus einem anderem
          • 1.4.3.1. STL-Punktwolke aus CAD-Modell
    • 1.5. Virtuelle Bestückung eines oder mehrerer Werkstückträger mit Werkstücken
      • 1.5.1. Manuelle Positionierung der Werkstücke
        • 1.5.1.1. Mittels eines Manipulators zur Translation, Rotation
        • 1.5.1.2. Durch Eingabe numerischer Werte
      • 1.5.2. Automatische Positionierung der Werkstücke im Werkstückträger
      • 1.5.3. Würfeln der Werkstückausrichtung innerhalb der Kammern eines Werkstückträgers
        • 1.5.3.1. Würfeln mit definierten Freiheitsgraden
    • 1.6. Positionierung der Werkstücke und/oder eines oder mehrerer Werkstückträger auf einem oder mehreren Manipulatoren.
      • 1.6.1. Durch manuelles Verschieben
      • 1.6.2. Automatische Positionierung und Ausrichtung
    • 1.7. Einstellen der Projektionsgeometrie anhand einer Visualisierung des Geräts und / oder des Messbereich
      • 1.7.1. Visualisierung des maximalen Messbereichs in Abhängigkeit von den Positionen der Achsen des Geräts
        • 1.7.1.1. Im-Bild
          • 1.7.1.1.1. Halbseite
        • 1.7.1.2. Am-Bild
          • 1.7.1.2.1. und/oder Rastern
          • 1.7.1.2.2. und/oder ROI-Tomografie
          • 1.7.1.2.3. und/oder Exzentrische Tomografie
      • 1.7.2. Visualisierung des Messbereichs
        • 1.7.2.1. Maximaler Messbereich
        • 1.7.2.2. Messbereich definiert durch Messfenster
        • 1.7.2.3. Benötigter Messbereich
      • 1.7.3. Visualisierung der maximal zulässigen Objektgröße
      • 1.7.4. Visualisierung von Teilen oder des gesamten Geräts
        • 1.7.4.1. Vorzugsweise zumindest Röntgenröhre
        • 1.7.4.2. Vorzugsweise zumindest Drehachse
        • 1.7.4.3. Vorzugsweise zumindest Drehtisch
        • 1.7.4.4. Vorzugsweise zumindest Röntgendetektor
        • 1.7.4.5. Vorzugsweise zumindest Gehäuse
    • 1.8. Einstellen von Einstellparametern
      • 1.8.1. Röhrenparameter wie Spannung, Leistung
      • 1.8.2. Vorfilter wie Material und Dicke
      • 1.8.3. Detektorparameter wie Integrationszeit, Bildmittelungsanzahl
      • 1.8.4. Tomografieparameter wie Drehschrittanzahl, Rekonstruktionsfilter
      • 1.8.5. Automatische Optimierung von Einstellparametern
    • 1.9. Simulation eines einzelnen Intensitätsbilds
      • 1.9.1. Bedienung in Messsoftware
        • 1.9.1.1. Auf Knopfdruck
        • 1.9.1.2. Mit Verzögerung
        • 1.9.1.3. In Echtzeit
          • 1.9.1.3.1. Aktualisierung bei Verfahren der virtuellen Achsen
          • 1.9.1.3.2. Aktualisierung nach Ablauf der virtuellen Integrationszeit
          • 1.9.1.3.3. Bei jeder Änderung
      • 1.9.2. Simulation
        • 1.9.2.1. Vorzugsweise Raytracing
        • 1.9.2.2. Vorzugsweise Monte-Carlo
        • 1.9.2.3. Vorzugsweise auslesen der Schwächungskoeffzienten aus in Tabellen hinterlegten Werten empirisch bestimmter Schwächungskoeffizienten in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften
    • 1.10. Messung im simulierten Durchstrahlungsbild
    • 1.11. Simulation von Intensitätsbildern aus verschiedenen Blickwinkeln und speichern mit zugehörigen Projektionsgeometrie
    • 1.12. Berechnung von Projektionsbildern aus den Intensitätsbildern
    • 1.13. Rekonstruktion eines Volumens linearer Abschwächungskoeffzienten aus den Projektionsbildern
      • 1.13.1. Vorzugsweise mittels gefilterter Rückprojektion
      • 1.13.2. Vorzugsweise zur Simulation der Intensitätsbilder
      • 1.13.3. Vorzugsweise in Echtzeit
    • 1.14. Digitale Verarbeitung der resultierenden Volumendaten
      • 1.14.1. Erzeugung von Schnitten durch die Volumendaten
      • 1.14.2. Erzeugung von Visualisierungen der Volumendaten wie Volumenrenderings
      • 1.14.3. Verarbeitung der Volumendaten mit 3D-Bildverarbeitung
    • 1.15. Berechnung von Grenzflächenpunkte aus den Volumendaten
      • 1.15.1. Unter Verwendung von Vorabinformation über das Werkstück wie CAD-Daten
      • 1.15.2. Ohne Verwendung von Vorabinformation
      • 1.15.3. Aus Schnitten durch das Volumen
    • 1.16. Berechnung oder Laden von Grenzflächenpunkte und Verwendung als Ergebnis der Tomografie
      • 1.16.1. Aus Vorabmessung
      • 1.16.2. Aus CAD-Modell
    • 1.17. Einpassung der simulierten Ist-Punktwolke in ein Modell der Soll-Geometrie
      • 1.17.1. Soll-Geometrie ist gemessenes oder berechnetes Modell wie Soll-Punktwolke
      • 1.17.2. Soll-Geometrie ist konstruiertes Modell wie CAD-Modell
    • 1.18. Messtechnische Auswertung
      • 1.18.1. Regelgeometrieelemente
      • 1.18.2. Geometrische Eigenschaften
    • 1.19. Abschätzung der Messunsicherheit
      • 1.19.1. Von Einzelpunkten
      • 1.19.2. Von Geometrischen Eigenschaften
    • 1.20. Visuelle Darstellung Messtechnischer Auswertungen
      • 1.20.1. Maßfähnchen
      • 1.20.2. Messprotokoll
      • 1.20.3. Farbcodierte Abweichungsdarstellung
    • 1.21. Korrektur von systematischen Messabweichungen
      • 1.21.1. Durch Korrektur der Intensitätsbilder
      • 1.21.2. Durch Korrektur der Projektionsbilder
        • 1.21.2.1. Empirische Artefaktkorrektur
      • 1.21.3. Durch Korrektur der Volumendaten
        • 1.21.3.1. Verzerrung und Korrektur Volumen nach VAK
      • 1.21.4. Durch Korrektur der Grenzflächenpunkte
        • 1.21.4.1. Abweichungselemente aus VAK
        • 1.21.4.2. Trianguliert
    • 1.22. Anwendung der Korrekturdaten auf gemessene oder simulierten Daten 1.22.1. Intensitätsbilder
      • 1.22.2. Projektionsbilder
      • 1.22.3. Volumen
      • 1.22.4. Grenzflächenpunkte
        • 1.22.4.1. trianguliert
    • 1.23. Gemeinsame Visuelle Darstellung Messtechnische Auswertung
    • 1.24. Exportieren von erzeugten Daten
      • 1.24.1. Intensitätsbilder + Projektionsgeometrie
      • 1.24.2. Projektionsbilder + Projektionsgeometrie
      • 1.24.3. Volumen
      • 1.24.4. Grenzflächenpunkte
    • 1.25. Verwendung zum Offline-Einlernen des gesamten Messprozesses
      • 1.25.1. Insbesondere genannte Anwendungsfälle
      • 1.25.2. für spätere Online-Durchführung
    • 1.26. Verwendung zum Editieren eines bereits online- oder offline eingelernten Messprozesses
      • 1.26.1. Insbesondere genannte Anwendungsfälle
    • 1.27. Verwendung zur Bewertung verschiedener Parametersätze
      • 1.27.1. Geräteparameter
      • 1.27.2. Parameter von Algorithmen
    • 1.28. Automatische Auswahl des besten Parametersatzes
      • 1.28.1. Geräteparameter
      • 1.28.2. Parameter von Algorithmen
    • 1.29. Verwendung zum Offline-Abarbeitung von offline oder online eingelernten Online-Messprozessen
      • 1.29.1. Insbesondere Simulation der Erzeugung von Intensitätsbildern anstelle Messung von Intensitätsbildern
    • 1.30. Zuordnung der erzeugten Programme zu zu messenden Werkstücken und/oder Werkstückgruppen und automatische Anwendung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Bestimmung von Abbildungseigenschaften beim Einsatz der Computertomografie, insbesondere der Röntgencomputertomografie unter Verwendung von Volumendaten. Das Verfahren bezieht sich bevorzugt auf den Einsatz zur dimensionellen Messung und Untersuchung des Inneren von Messobjekten wie Werkstücken, insbesondere mit einem Koordinatenmessgerät mit zumindest einem Computertomografiesensor.
  • 1. Begriffsdefinitionen und Erläuterungen
  • 1.1 Abbildungs- und Übertragungsfunktionen
  • 1.1.1 Abbildungsfunktionen des Röntgentomografiesensors
    1. 1. PSF3D Abbildung eines massebehafteten Punktes durch die Tomografie. Entspricht der dreidimensionalen δ-Distribution (Dirac-Stoß).
    2. 2. LSF3D Abbildung einer massebehafteten Gerade durch die Tomografie. Entspricht einer zweidimensionalen δ-Distribution (Dirac-Stoß) orthogonal zu der im dreidimensionalen Raum definierten Gerade.
    3. 3. P1SF Abbildung einer massebehafteten Ebene durch die Tomografie. Entspricht einer eindimensionalen δ-Distribution (Dirac-Stoß) orthogonal zu der im dreidimensionalen Raum definierten Ebene.
    4. 4. ESF3D Abbildung des Einheitssprunges (Heaviside-Funktion) orthogonal auf einer Ebene im dreidimensionalen Raum durch die Tomografie.
  • 1.1.2 Übertragungsfunktionen des Röntgentomografiesensors
    1. 1. MTF3D Frequenzabhängiger Amplitudengang auf eine sinusförmige Anregung des Röntgentomografiesensors.
    2. 2. CTF3D Frequenzabhängiger Amplitudengang auf eine rechteckförmige Anregung des Röntgentomografiesensors.
  • 1.1.3 Abbildungsfunktionen des Radiografiesensors
    1. 1. PSF2D Abbildung eines massebehafteten Punktes durch den Radiografiesensor. Entspricht der zweidimensionalen δ-Distribution (Dirac-Stoß).
    2. 2. LSF2D Abbildung einer massebehafteten Gerade durch den Radiografiesensor. Entspricht einer eindimensionalen δ-Distribution (Dirac-Stoß) orthogonal zu der definierten Gerade.
    3. 3. ESF2D Abbildung des Einheitssprunges (Heaviside-Funktion) orthogonal auf einer Gerade durch den Radiografiesensor.
  • 1.1.4 Übertragungsfunktionen des Radiografiesensors
    1. 1. MTF2D Frequenzabhängiger Amplitudengang auf eine sinusförmige Anregung des Radiografiesensors.
    2. 2. CTF2D Frequenzabhängiger Amplitudengang auf eine rechteckförmige Anregung des Radiografiesensors. (Linienpaarmuster, bekanntestes Beispiel: JIMA-Maske)
  • 1.1.5 Zusammenhang der Abbildungs- und Übertragungsfunktionen
    • • PSF3D, LSF3D, und PISF können in dieser Reihenfolge im anisotropen Fall durch die Radontransformation, im isotropen Fall für die Abeltransformation ineinander über- führt werden. (Bzw. in umgekehrter Reihenfolge durch die jeweilige Inversion dieser Integraltransformation)
    • • Bei einer idealen Tomografie sind im isotropen Fall PISF und LSF2D identisch
    • • Bei einer idealen Tomografie sind im isotropen Fall LSF3D und PSF2D identisch
    • • durch Differentiation erhält man
      • - aus der ESF2D die LSF2D
      • - aus der ESF3D die P1SF
    • • Durch (entsprechende 3-, 2-, oder eindimensionale) Fouriertransformation ergibt sich aus PSF3D, LSF3D und PlSF die MTF3D
    • • Durch (entsprechende 2- oder eindimensionale) Fouriertransformation ergibt sich aus PSF2D und LSF2D die MTF2D
    • • Die CTF lässt sich aus der jeweiligen MTF durch Reihenentwicklung berechnen und umgekehrt
  • 1.2 Weitere Begriffe
  • 1.2.1 Kontrast
  • Bei einem Kantenübergang in den Volumendaten der rekonstruierten Abschwächungskoeffizienten wird die (scheinbar lokale) Differenz zwischen den Abschwächungskoeffizienten der beiden Materialien als hier als Kontrast bezeichnet. Bei einer idealen Tomografie ist dieser Kontrast überall identisch (also nur von der Frequenz der Röntgenstrahlung und der jeweiligen Materialkombination abhängig).
  • 1.2.2 Signal-Rausch-Verhältnis
  • Verhältnis von Kontrast zu Rauschen auf Bilderwerte. Über die Abbildungsfunktion kann auf die Fortpflanzung des Bildrauschens auf das Rauschen der ermittelten Kantenorte geschlossen werden (Einzelpunktsicherheit). Wird der Wert auf den Kontrast und ein Steuerungsmaß der Abbildungsfunktion normiert, ergibt sich eine dimensionslose Kennzahl.
  • 2. Stand der Technik auf dem Gebiet der Erfindung
  • 2.1 Strukturauflösungsbestimmung
    • • Strukturauflösungsbestimmung erfolgt üblicherweise am Durchstrahlungsbild, wobei mehrere Möglichkeiten bestehen:
      • - Direkte Bestimmung von Stützstellen der CTF mit Linienmustern(JIMA-Maske)
      • - Bestimmung der ESF durch eine Kantenmessung (PTW-Maske)
  • 2.2 Bestimmung des ortsabhängigen Rauschens der Bildwerte
    • • Zur Bestimmung mehrere Verfahren möglich
      • - Wiederholmessung (aufwändig)
      • - Analyse homogener Bereiche im Volumen (ohne Kante)
      • - Diskrete Simulation (z.B. Monte Carlo)
      • - Analytische Simulation (z.B. Raytracing)
  • 2.3 Bestimmung Kontrast am Kantenort
    • • Zwischen zwei Materialien mit Abschwächungskoeffizienten µa und µb ist der Kontrast im einfachsten Fall durch die Differenz dieser Abschwächungskoeffizienten gegeben.
    • • Zur Bestimmung des Kontrasts am Kantenort sind mehrere Verfahren möglich
      • - Analyse der Abschwächungskoeffizienten in der lokaler Umgebung am Kantenort
      • - Für einzelne Frequenz a-priori bekannt für Materialkombination am Kantenort (hieraus auch Abschätzung für reale Spektren möglich)
      • - Mit Simulation aus Spektrum und Objektgeometrie und Materialinformation ermittelbar
  • 2.4 Integrierte Betrachtung Signal-Rausch-Verhältnis und Kontrast
  • Aus Strukturauflösung, Rauschen der Abschwächungskoeffizienten und dem Kontrast lässt sich auf die Präzision der ermittelten Kantenorte schließen. Das kommt in dieser Form im Softwarepaket „TomoAssist“ der Anmelderin zum Einsatz.
  • Folgende Probleme bleiben nach dem Stand der Technik ungelöst:
    1. 1. Bei der Bestimmung im Durchstrahlungsbild werden Einflüsse auf die Strukturauflösung, die erst bei der Rekonstruktion oder nachgelagerten Prozessen wirken, nicht erfasst, z. B. Rekonstruktionsverfahren und dessen Parameter (verwendeter Filterkern) oder Artefaktkorrektur.
    2. 2. Wenn sich die Strukturauflösung in rekonstruiertem Volumen und Durchstrahlungsbild wesentlich unterscheiden, stellt dies ein Problem für Verfahren dar, die diese Information verwenden, z.B. zur Minimierung der Einzelpunktunsicherheit.
    3. 3. Für die Bestimmung der Strukturauflösung im Durchstrahlungsbild sind spezielle Vorrichtungen und Aufnahmen notwendig (z.B. JIMA-Maske, Kantenmessung o.Ä.). Diese Vorrichtungen unterscheiden sich im Allgemeinen von den dreidimensionalen Prüfkörpern und Normalen, mit denen z.B. die Geometrie eingemessen oder die Antastabweichung bestimmt wird.
    4. 4. Bei der Bestimmung der Strukturauflösung im Durchstrahlungsbild oder an dreidimensionalen Normalen sind eigene Messungen notwendig. Das Verfahren findet getrennt von der Durchführung einer eigentlichen Messung eines Messobjektes statt. Damit ist prinzipiell nur die Strukturauflösung einer vergleichbaren Messung ermittelt worden, nicht aber der Messung selbst. (Das System verändert sich über die Zeit und das Messobjekt kann einen Einfluss auf die Abbildungseigenschaften haben.)
    5. 5. Die in der Praxis eingesetzten Kantenfindungsoperatoren berücksichtigen die in den Daten vorliegende Strukturauflösung, das Kontrast-Rauschverhältnis, den Kontrast oder andere Abbildungseigenschaften nicht oder nur eingeschränkt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der lokalen bzw. globalen Ermittlung folgender Daten aus den rekonstruierten Volumendaten einer Messung eines beliebigen Messobjekts:
    • - Rauschens
    • - Kontrasts
    • - Strukturauflösung
    • - Grenzflächenpunkte
  • Auch ist das Einmessen folgender Systemeigenschaften für verschiedene Betriebsparameter Aufgabe der Erfindung:
    • - Strukturauflösung im Volumen
    • - Abbildungseigenschaften des Detektors
    • - Abbildungseigenschaften des Brennflecks
    • - Einfluss von Rekonstruktion und Postprocessing auf die Strukturauflösung
  • Unter Postprocessing ist zu verstehen: Filterung und Korrektur von Intensitäts- und Projektionsbildern oder Volumendaten, wie beispielsweise:
    • - Kegelstrahlartefaktkorrektur,
    • - Strahlaufhärtungsartefaktkorrektur, (EAK/VAK)
    • - Geometrie- oder Driftkorrektur
    • - Binning
    • - Median-Filterung oder Glättung
  • Zur Lösung sieht die Erfindung insbesondere folgendes vor:
    • • Das analoge Vorgehen zur Kantenmessung im Durchstrahlungsbild wir auf der Ebene der Volumendaten durchgeführt.
    • • Statt einer 2D-Kante wird eine 3D-Kante (technische Oberfläche) mit dem Tomografiesensor gemessen.
    • • Die Abtastung erfolgt durch Projektion von Abschwächungskoeffizienten in eindimensionalen Raum orthogonal zu einer Grenzfläche.
    • • Bei der Abtastung der Kantenübergänge im Volumen können weiter Maße lokal und global ermittelt werden, nämlich insbesondere:
      • - Rauschen der Bildwerte
      • - Kontrast
      • - Kontrastrauschverhältnis
      • - Grenzflächenpunkte.
  • Die ermittelten Werte können für nachgelagerte Verfahren benutzt werden.
  • Weitere Lösungen und detaillierte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den nachfolgenden Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Optimierung von Abbildungseigenschaften und/oder hiervon abhängiger Größen beim Einsatz eines Computertomografie-Sensors, insbesondere Röntgencomputertomografie-Sensors, vorzugweise beim Einsatz zur dimensionellen Messung und Untersuchung des Inneren von Werkstücken, insbesondere mit einem Koordinatenmessgerät mit Computertomografiesensor vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Abbildungseigenschaften unter Verwendung von Intensitätsbildern und/oder Transmissionsbildern und/oder Projektionsbildern und/oder Volumendaten bestimmt werden, wobei vorzugsweise zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften Bildwerte und deren Position orthogonal zur Grenzfläche zwischen zwei Materialien erfasst und ausgewertet werden.
  • Volumendaten, Intensitätswerte, Transmissionswerte und Projektionswerte werden auch verallgemeinert Bildwerte genannt. Wenn in den folgenden Ausprägungen des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem dieser Bildwerte die Rede ist, sieht die Erfindung auch die Anwendung alternativ oder in Kombination mit den anderen Bildwerten vor.
  • Das hier zuvor und die in den folgenden Ausprägungen zur Lösung für einen Computertomografie-Sensor beschrieben Verfahren sind analog auch für die Bestimmung von Abbildungseigenschaften beim Einsatz eines Radiografie-Sensors einsetzbar. Die vorliegende Erfindung umfasst damit also auch die Anwendung aller hier beschriebenen Ausprägungen für die Anwendung auf Radiografie-Sensoren.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Bestimmung des ortsabhängigen Kontrastes und/oder Rauschens und/oder Kontrastrauschverhältnisses und/oder Strukturauflösung und/oder Einzelpunktunsicherheit und/oder von Einzelpunkten Volumendaten herangezogen werden, wobei vorzugsweise zur Bestimmung in einer lokalen Umgebung die Positionen orthogonal zur Oberfläche und die jeweiligen Bildwerte ermittelt und ausgewertet werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass mindestens eine der folgenden Abbildungseigenschaften bestimmt wird:
    • • PSF3D
    • • LSF3D
    • • P1SF
    • • ESF3D
    • • MTF3D
    • • CTF3D
    • • Rauschen, vorzugsweise Rauschen in Intensitätsbildern oder Volumen
    • • Halbwertsbreiten der PSF3D
    • • Standardabweichung der PSF3D
    • • Halbwertsbreiten der PISF
    • • Standardabweichung der PISF
    • • Halbwertsbreiten der LSF3D
    • • Standardabweichung der LSF3D
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Abbildungseigenschaften des Systems aus anderen Abbildungseigenschaften bestimmt werden z. B. durch die entsprechenden Integraltransformationen.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass dass die zu bestimmenden Größen aus einer lokalen Überlagerung der Positionen in der Umgebung um den Kantenübergang, vorzugsweise orthogonalen Positionen zum Kantenübergang und den Positionen zugeordneten Bildwerten ermittelt werden, wobei vorzugsweise eine höhere Abtastung des Kantenverlaufes als das Bildraster (z.B. Voxelgitter) vorliegt.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die orthogonale Position zur Oberfläche durch eine geeignete Metrik definiert ist.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die Metrik durch den orthogonalen Abstand von einem auf die Daten eingepassten Modells (CAD) definiert ist.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Metrik durch den orthogonalen Abstand des nächstgelegenen oder eines nahegelegenen Punktes eines Oberflächenmodells, dass aus den Daten selbst ermittelt wurde (z.B. triangulierte Punktewolke bzw. STL), definiert ist.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die lokale Abtastung und Metrik durch einen Suchstrahl definiert wird, dessen Ursprung sich auf einem (zumindest vorläufig) ermittelten Oberflächenpunkt oder auf der Oberfläche eines auf die Volumendaten und/oder Intensitätswerte eingepassten Modells (CAD) befindet, und dessen Normalenvektor in geeigneter Weise definiert ist.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Normalenvektor des Suchstrahls durch den Gradienten der Bilddaten an dieser Stelle oder der lokalen Umgebung definiert ist.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der Normalenvektor des Suchstrahls durch den Normalenvektor eines Oberflächenmodells definiert ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass zunächst für einzelne Suchstrahlen oder die überlagerte Abtastung aus lokalen Umgebungen die Auswertung erfolgt.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass anschließend die Einzelergebnisse zu einem Gesamtergebnis zusammengeführt werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass durch geeignete Verfahren lokale Bereiche von der Auswertung ausgeschlossen werden, wenn deren Qualität beeinträchtigt ist, beispielsweise durch Artefakte.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Qualität durch die Abweichung eines lokal ermittelten Wertes von der Verteilung dieses Wertes in der Gesamtheit oder einer Teilmenge der untersuchten lokalen Umgebungen oder eines global ermittelten Wertes definiert wird.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass es sich bei dem ermittelten Wert um einen der folgenden handelt:
    • • Halbwertsbreite der PISF,
    • • Kurtosis der PISF
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass es sich bei dem ermittelten Wert um die Abweichung von einer eingepassten Kantenansatzfunktion handelt.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass es sich bei dem ermittelten Wert um einen aus einer Abbildungs- oder Übertragungsfunktion abgeleiteten skalaren Wert handelt.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die zu ermittelten Werte für jeden Materialübergang (im Sinne von Materialkombination) getrennt ermittelt werden.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Ergebnisse je Materialübergang nach geeigneter Normierung (auf den Einheitskontrast) superponiert werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass in den lokal ermittelten Kantenverlauf eine Kantenansatzfunktion eingepasstwird.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Kantenansatzfunktion aus der global ermittelten ESF abgeleitet wird.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass es sich bei der Kantenansatzfunktion um eine an den Kantenort verschobenen und mit dem Kontrast der beteiligten Materialien skalierten ESF handelt, vorzugsweise wobei die Ansatzfunktion drei Parameter, nämlich den Kantenort, µa, µb aufweist, wobei µa und µb die Abschwächungskoeffizienten der beteiligten Materialien darstellen.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass bei Materialübergängen zu Luft die Kantenansatzfunktion analog zum zuvor genannten Vorgehen gebildet wird, jedoch der Abschwächungskoeffizient µa zu 0 festgesetzt wird, wobei vorzugsweise die Ansatzfunktion 2Paramater aufweist.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Kantenansatzfunktion durch eine sigmoide Ansatzfunktion mit 4 Parametern beschrieben ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Kantenansatzfunktion bei Materialübergängen zu Luft durch eine sigmoide Ansatzfunktion mit 3 Parametern beschrieben ist, sowie die Randbedingung, dass der Grenzwert auf der entsprechenden Seite zu 0 festgesetzt wird.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass bei Volumendaten und/oder Messungen, bei denen der Einfluss des Detektors auf das Abbildungssystem dominant ist, eine auf den Kontrast skalierte und an den Kantenort verschobene ESF2D des Detektors verwendet wird, vorzugsweise wobei die Ansatzfunktion 3 Parameter aufweist.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass bei Volumendaten und/oder Messungen, bei denen der Einfluss des Detektors auf das Abbildungssystem dominant ist, an Materialübergängen zu Luft eine auf den Kontrast skalierte und an den Kantenort verschobene ESF2D des Detektors verwendet wird, wobei der Grenzwert auf der entsprechenden Seite zu 0 festgesetzt wird, vorzugsweise wobei die Ansatzfunktion 2 Parameter aufweist.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die ESF2D des Detektors an einem geeigneten Durchstrahlungsbild bestimmt wurde.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die ESF2D des Detektors aus der Pixelgröße und/oder sonstigen Detektoreigenschaften geschätzt wird.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Einpassung der Kantenansatzfunktion in den abgetasteten Kantenverlauf nach der Methode der kleinsten Quadrate erfolgt.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass das ortsabhängige Rauschen der Bildwerte aus der Standardabweichung des abgetasteten Kantenverlaufs von der eingepassten Kantenansatzfunktion bestimmt wird.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das ortsabhängige Rauschen und oder die Unsicherheit des Kantenortes aus der Gewichtsmatrix (Kovarianzmatrix) bestimmt wird, welche bei der Einpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate (z.B. mit einem Gauß-Newton-Verfahren o.Ä.) entsteht.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass bei der Einpassung der Kantenansatzfunktion eine ortsabhängige Gewichtung vorgenommen wird, welche sich aus einer Abbildungsfunktion berechnet, vorzugsweise wobei hierdurch die Unsicherheiten der ausgeglichenen Parameter der Kantenansatzfunktion minimiert werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die Gewichtung proportional zur global bestimmten PISF ist.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die durch die Einpassung der KantenansatzfunktionimplizitbestimmtenGrenzflächenpunkte verwendet werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung auch aus durch ein Verfahren zur Bestimmung des Einflusses der Rekonstruktion auf die Strukturauflösung beim Einsatz eines Computertomografie-Sensors, insbesondere Röntgencomputertomografie-Sensors, wobei die Strukturauflösung oder sonstige Abbildungseigenschaft beim Einsatz eines Radiografiesensors mit der Strukturauflösung oder sonstigen Abbildungseigenschaft des Computertomografiesensors verglichen wird, wobei letztere mit einem zuvor genannten Verfahren bestimmt wird.
  • Die Erfindung sieht als besondere Lösung, die im Zusammenhang aber auch losgelöst von den zuvor genannten Verfahren vorgesehen ist, vor, ein Verfahren zur Bestimmung des Einflusses von Postprocessing-Algorithmen wie beispielsweise Filterung und/oder Korrektur von Intensitäts- und/oder Projektionsbildern und/oder Volumendaten, für eine Computertomografie, wobei die Strukturauflösung im Volumen mit und ohne die Verwendung des zu untersuchenden Algorithmus verglichen wird.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren ein Verfahren zum Einmessen der Strukturauflösung oder sonstiger Abbildungseigenschaften für beliebige Betriebsparameter des Computertomografiesensors, wobei die Strukturauflösung für verschiedene Betriebsparameter mit einem der zuvor genannten Verfahren bestimmt wird.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Ermittlung der Abbildungseigenschaften eines Radiografiesensors am Durchstrahlungsbild desselben Messobjektes erfolgt, mit welchem auch die Abbildungseigenschaften des Computertomografiesensors ermittelt werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, dass die Geometrie der verwendeten Oberfläche an Bilddaten, vorzugsweise Pixelraster oder Voxelraster, so ausgerichtet wird, dass mit dem Fällen der Bildinformation orthogonal zur Oberfläche durch die Struktur der Bilddaten, vorzugsweise durch Ermittlung von Randwerten der Zeilen- bzw. Spalten, Größen zur Beschreibung der Abbildungseigenschaften und/oder hiervon abhängige Größen bestimmt werden.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass es sich um ein rotationssymmetrisches Messobjekt handelt oder das verwendete Segment des Messobjektes rotationssymmetrisch ist.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass es sich bei dem Messobjekt um eine Kugel oder ein Kugelsegment handelt.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass im Durchstrahlungsbild eine Symmetrie-Achse oder Symmetriepunkt ermittelt wird, eine inverse Abeltransformation oder andere symmetrische Integraltransformation bezüglich dieses Symmetrieelementes durchgeführt wird, und die Auswertung der Abbildungseigenschaften aus dem transformierten Bild erfolgt, beispielsweise in Analogie zu einem der vorhergehenden Ansprüche.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein Messobjekt, dass mehrere Kugeln oder Kugelsegmente aufweist, verwendet wird, und dass für die Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Radiografiesensors ein Durchstrahlungsbild gewählt wird, bei dem mindestens eine Kugel oder ein Kugelsegmentes isoliert auf dem Detektor abgebildet wird, vorzugsweise nicht durch ein anderes Kugelsegment verdeckt wird.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass alle isoliert abgebildeten Kugeln oder Kugelsegmente analog zu den zuvor genannten Verfahren ausgewertet werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren ein Verfahren zur Abschätzung der Strukturauflösung oder sonstigen Abbildungseigenschaften für beliebige Betriebsparameter, indem zwischen Stützstellen, vorzugsweise ermittelt mit einem der zuvor genannten Verfahren, interpoliert wird.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zur Abschätzung der Strukturauflösung oder sonstigen Abbildungseigenschaften für beliebige Betriebsparameter, indem aus Stützstellen, vorzugsweise ermittelt mit einem der zuvor genannten Verfahren, extrapoliert wird.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist auch vorgesehen ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Optimierung der Brennfleckgröße oder Brennfleckform oder Abbildungseigenschaften des Brennflecks oder daraus abgeleiteten Größen, der im Computertomografiesensor und/oder Radiografiesensor enthaltenen Strahlungsquelle wie Röntgenstrahlenquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die eingemessene Strukturauflösung, bestimmt mit einem zuvor genannten Verfahren, für eine Vergrößerung bestimmt wird, bei der der Einfluss des Detektors auf die Strukturauflösung vernachlässigbar klein ist.
  • Besonders hervorzuheben ist ein Verfahren zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften des im Computertomografiesensor und/oder Radiografiesensor enthaltenen Detektors, dass sich dadurch auszeichnet, dass die eingemessene Strukturauflösung, bestimmt mit einem der zuvor genannten Verfahren, für eine Vergrößerung bestimmt wird, bei der der Einfluss des Brennfleckes auf die Strukturauflösung vernachlässigbar klein ist.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung auch aus durch ein Verfahren zur Erkennung von nachteiligen Betriebszuständen einer Vorrichtung zur Durchführung einer Röntgencomputertomografie und/oder Radiografie, dass sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Abbildungseigenschaft nach zumindest einem der vorhergehenden Verfahren bestimmt wird, und einer Zeitreihenanalyse unterzogen wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung von Qualitätskennwerten für Daten, die mit einem Computertomografen bestimmt oder durch Simulation einer Computertomografie erzeugt wurden.
  • Nach dem Stand der Technik, beispielsweise der EP3195258 der Firma Volume Graphics GmbH, werden Qualitätskennwerte lediglich den Einzelpunkten mittels Computertomografie gemessener Messdaten zugeordnet. Es handelt sich hierbei grundlegend um das bereits in der EP1861822B1 der Anmelderin beschriebene Verfahren, bei dem in der Umgebung der Oberfläche eines Werkstücks in den mittels des Computertomografiesensors ermittelten Volumendaten, die Voxelgrauwerte ausgewertet werden, insbesondere der Verlauf der Voxelgrauwerte über die Kanten beurteilt wird. In der EP3195258 werden entsprechende Qualitätskennwerte nun auch auf dem Bildschirm dargestellt, jedoch einerseits begrenzt auf gemessene Computertomografiedaten, und andererseits begrenzt auf Einzelpunkte der ermittelten Oberfläche des Werkstücks.
  • Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund der als Resultat einer Computertomografie vorliegenden großen Anzahl von Einzelpunkten die grafische Darstellung der Qualitätskennwerte auf einem Bildschirm unübersichtlich ist oder nur für wenige ausgewählte Messpunkte sinnvoll realisiert werden kann. Zudem ist für den Anwender interessanter, welche Qualitätskennwerte den Regelgeometrieelementen und/oder geometrischen Eigenschaften, welche aus diesen Einzelpunkten berechnet werden können, auszugeben und darzustellen. Zudem fehlt die Möglichkeit, Qualitätskennwerte aus simulierten Computertomografiedaten zu ermitteln.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher den Stand der Technik dahingehend weiter zu bilden, dass zum einen auch Qualitätskennwerte für Regelgeometrieelemente und geometrische Eigenschaften von Werkstücken zur Verfügung gestellt werden. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, die Bestimmung von Qualitätskennwerten anhand von simulierten Computertomografiedaten zu ermöglichen.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass entsprechende Qualitätskennwerte für Regelgeometrieelemente und/oder geometrische Eigenschaften aus den Qualitätskennwerten für Einzelpunkte berechnet werden. Zudem sieht die Erfindung vor, diese Qualitätskennwerte für die Regelgeometrieelemente und/oder geometrischen Eigenschaften auszugeben, insbesondere grafisch darzustellen. Auch löst die Erfindung die Aufgabe, durch Simulation bestimmte Computertomografie-Messdaten für die Berechnung von Qualitätskennwerten heranzuziehen, in dem diese gleich behandelt werden wie gemessene Computertomografiedaten.
  • Zur Lösung einer erfindungsgemäßen Aufgaben sieht die Erfindung also auch ein Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, vorzugsweise eines Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem als Computertomografen ausgeprägten Sensor, und/oder Verfahren zum Auswerten von Computertomografiedaten eines Werkstücks, vor, wobei den Computertomografiedaten Qualitätskennwerte zugeordnet werden, das sich dadurch auszeichnet, dass die Qualitätskennwerte berechnet werden aus Computertomografiedaten, die durch Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen ermittelt wurden (Mess-Daten) und/oder die mittels Simulation der Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen ermittelt wurden (SimulationsDaten).
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Qualitätskennwerte mittels einer Recheneinheit berechnet und/oder auf einem Ausgabemedium wie Datei oder Protokoll ausgegeben und/oder auf einem Anzeigemedium wie Bildschirm grafisch dargestellt und/oder für die weitere Auswertung zur Verfügung gestellt werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Qualitätskennwerte Einzelpunkten (Oberflächenmesspunkten), welche aus rekonstruierten Mess- und/oder Simulation-Daten (Volumendaten) bestimmt werden, und/oder aus Einzelpunkten berechneten Regelgeometrieelementen und/oder geometrischen Eigenschaften zugeordnet sind.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Qualitätskennwerte für Geometrieelemente und/oder geometrische Eigenschaften aus den Qualitätskennwerten der einzelnen Oberflächenmesspunkte berechnet werden.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Qualitätskennwerte für die einzelnen Oberflächenmesspunkte aus simulierten Volumendaten, insbesondere den simulierten Eigenschaften (Voxelgrauwerte) der Voxel in der Umgebung des Einzelpunktes, insbesondere den Voxelgrauwerten durch die Werkstückkante (Kantenverläufe), insbesondere senkrecht durch die Werkstückkante, berechnet werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die aus den simulierten Daten berechneten Qualitätskennwerte der einzelnen Oberflächenmesspunkte für einzelne oder mehrere Oberflächenmesspunkte ausgegeben und/oder grafisch angezeigt werden.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Qualitätskennwert die Einzelpunktstreuung eines oder mehrerer Oberflächenmesspunkte bestimmt und/oder ausgegeben, insbesondere grafisch angezeigt wird, wobei die Einzelpunktstreuung bevorzugt aus Kantenparametern bestimmt werden, die aus gemessenen oder simulierten Volumendaten berechnet werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Einzelpunktstreuungen der einzelnen Oberflächenmesspunkte verwendet werden, um die Qualitätskennwerte für die Regelgeometrieelemente und/oder geometrischen Eigenschaften zu berechnen.
  • Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung und Korrektur geometrischer Abweichungen der Drehachse eines Drehtisches.
  • Drehtische werden nach dem Stand der Technik in der Koordinatenmesstechnik unter anderem für die Drehung eines zu messenden Werkstücks eingesetzt. Abweichungen bei der Drehung, beispielsweise Abweichungen durch Taumel oder andere Drehachsfehler, von der idealen Drehachse, führen zu Messabweichungen. Dies betrifft zum einen den Einsatz des Drehtisches in einem Computertomografen, bei dem das auf dem Drehtisch angeordnete Werkstück zwischen einer Strahlenquelle wir Röntgenröhre (Quelle) und einem Strahlendetektor wie flächigen Röntgendetektor (Detektor) angeordnet, in mehreren Drehstellungen durchstrahlt wird, und die daraus gewonnenen Durchstrahlungsbilder vorverarbeitet und mittels Rekonstruktion in ein 3D-Voxelvolumen (Volumendaten) überführt werden, aus dem dann Oberflächenmesspunkte (Messpunkte) und aus diesen geometrische Merkmale und diesen zugeordnete Maße bestimmt werden. Abweichungen der realen Drehachse des Drehtisches von der idealen Drehachse beeinflussen das Ergebnis der Tomografie. Drehwinkelabhängige Bewegungen der Drehachse rechtwinklig zur Achsrichtung (hier in Y-Richtung und damit der Zeilenrichtung des Detektors) führen zu einer Unschärfe in den Volumendaten in der gleichen Größenordnung. Aktuell verwendete Drehtische haben Abweichungen in der Größenordnung von 1 µm bis 3 µm. Dies ist jedoch unzureichend, wenn Auflösungen von z. B. 1 µm in den Volumendaten erreicht werden sollen.
  • Zum anderen ist auch die Messung eines auf einem beliebig orientierten Drehtisch in einem klassischen Koordinatenmessgerät (KMG) mit taktiler, optischer, taktil-optischer o.ä. Sensorik angeordneten Werkstücks betroffen. Auch hier resultieren Messabweichungen aufgrund der Abweichungen der Drehachse des Drehtischs.
  • Um diese Messabweichungen möglichst gering zu halten, werden hochgenaue, insbesondere luftgelagerte Drehtische eingesetzt. Wie oben erläutert, reichen die Eigenschaften dieser Drehtische jedoch nicht aus, um die benötigten höchsten Anforderungen zu erfüllen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Abweichungen der Drehachse beim Drehen eines Drehtisches zu bestimmen und zu korrigieren.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Positionsänderungen eines Prüfkörpers (z. B. Dorn oder Kugel mit einer Rundheit deutlich kleiner als die zu erreichende Restabweichung nach der Korrektur) bei der Drehung des Drehtischs bestimmt werden, insbesondere im Durchstrahlungsbild bzw. Intensitätsbild des Detektors eines Computertomografen, und daraus Korrektur-Werte für die Lage der Drehachse bestimmt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt die Aufnahme der Positionsänderungen des Prüfkörpers über einen Winkelbereich von mindestens 360°, vorzugsweise etwa 362° bis etwa 370°, bevorzugt in Winkelschritten von einem Grad bis ca. 5°. Die Bestimmung der Korrektur-Werte für Winkel-Zwischenschritte erfolgt durch Interpolation. Zur Erhöhung der Stabilität der Korrektur ist eine Mittelung über mehrere Messungen, beispielsweise 3 bis 10 Messungen vorgesehen. Auch vorgesehen ist eine Überprüfung mit identischem Verfahren nach Anwendung der Korrektur, um die Größe der unkorrigierten Abweichungen zu ermitteln. Diese können, abhängig von der verwendeten Auflösung für die Positionsbestimmung des Prüfkörpers, insbesondere der Detektorauflösung, im Bereich kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 0,5 µm betragen.
  • Ist der Prüfkörper nicht exakt mittig auf dem Drehtisch, also in der Drehachse angeordnet, ergeben sich zusätzliche Positionsänderungen. In der Überlagerung der gemessenen Positionsänderungen ist daher mindestens eine Komponente der Positionsänderung aus der Exzentrizität des Prüfkörpers relativ zur Drehachse des Drehtischs enthalten, und damit der Position des Prüfkörpers in der Projektionsgeometrie der Computertomografie, also der Anordnung der Komponenten Quelle, Detektor und Drehtisch-Drehachse (auch als Aufnahmegeometrie bezeichnet und mit sog. SOUV-Vektoren beschrieben) zueinander.
  • Diese „erste Oberwelle“ wird durch Einpassen (Fit) bestimmt, vorzugsweise durch Einpassen einer Sinus- oder Cosinus-Funktion, und vom gemessenen Verlauf der Positionsänderungen des Prüfkörpers abgezogen, wodurch die reine Abweichung der Drehachse resultiert. Dieser Schritt kann entfallen, wie das Prüfobjekt ausreichend zentrisch auf dem Drehtisch ausgerichtet ist, also eine geringere Exzentrizität aufweist, als die nach der Korrektur zulässigen Restabweichungen. Die ermittelten Abweichungen, die zur Korrektur herangezogen werden, enthalten höcherfrequente Anteile, im Vergleich zur eingepassten Fitfunktion.
  • Die Abweichung der Lage der Drehachse wird dann korrigiert, indem sie in der Geräte-Ist-Position der kartesischen Achsen zur Positionierungen der Komponenten Drehtisch, Quelle und Detektor bzw. Drehtisch zu Kamera zueinander berücksichtigt wird und/oder indem die kartesischen Achsen entsprechend nachpositioniert werden und/oder indem sie bei der Rekonstruktion bzw. Datenauswertung mit der Kamera berücksichtigt wird.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung daher auch ein Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Abweichungen der Lage der Drehachse eines Drehtisches bei der Drehung des Drehtisches vor, wobei der Drehtisch zur Drehung eines Werkstücks oder zur Drehung der Quelle und des Detektors in einem Computertomografen eingesetzt wird, oder wobei der Drehtisch zur Drehung eines Werkstücks in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest einer Kamera als Detektor eingesetzt wird, wobei zur Bestimmung der vom Drehwinkel des Drehtischs abhängigen Lage der Drehachse des Drehtischs Bilder (Ist-Bilder), vorzugsweise Intensitätsbilder, mit einem Detektor, vorzugsweise Röntgendetektor oder Kamera, zumindest eines auf dem Drehtisch angeordneten Prüfobjekts in mehreren Drehwinkeln des Drehtischs aufgenommen werden, und eine Position des Prüfobjekts (Ist-Position) in den Bildern bestimmt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass mittels einer mathematischen Vorschrift aus den Ist-Positionen zumindest erste Korrekturwerte bestimmt werden, die zur Korrektur bei der Messung eines Werkstücks in mehreren Drehstellungen des Drehtischs herangezogen werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die mathematische Vorschrift umfasst:
    • - das Einpassen einer Funktion (Ist-Funktion) in den Verlauf der Ist-Positionen, die vom Drehwinkel abhängig ist, vorzugsweise einer Sinus- oder Cosinus-Funktion, und
    • - dass aus der Ist-Funktion und den Ist-Positionen, vorzugsweise durch Differenzbildung je Ist-Position, die ersten oder weitere Korrekturwerte bestimmt werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Korrekturwerte der jeweiligen Drehstellung des Drehtischs zugeordnet werden, und vorzugsweise Korrekturwerte für Zwischen-Drehstellungen interpoliert werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Korrektur bei der Messung eines Werkstücks angewandt wird, indem die Korrekturwerte bei der entsprechenden Drehstellung berücksichtigt werden, und vorzugsweise Korrekturwerte für Zwischen-Drehstellungen interpoliert werden.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Berücksichtigung bei der jeweiligen Drehstellung erfolgt, indem die entsprechend verschobenen Achspositionen der kartesischen Achsen zur Positionierung der Komponenten Drehtisch, Quelle und Detektor zueinander bzw. der Komponenten Drehtisch und Kamera zueinander bei der weiteren Verarbeitung verwendet wird, und/oder indem die kartesischen Achsen entsprechend nachpositioniert werden und/oder indem die Korrektur bei der Rekonstruktion bzw. Datenauswertung mit der Kamera berücksichtigt wird.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Berücksichtigung bei der Rekonstruktion erfolgt, indem die die Aufnahmegeometrie beschreibenden SOUV-Vektoren entsprechend korrigiert werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die Korrekturwerte lediglich einen Versatz rechtwinklig zur idealen Richtung der Drehachse des Drehtischs beinhalten, wobei der Versatz vorzugsweise in Richtung der Drehachse unterschiedlich groß ist, also eine Schrägstellung der Drehachse berücksichtigt wird.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Prüfobjekt rotationssymmetrische ist und vorzugsweise eine Rundheitsabweichung aufweist, die geringer ist, als die zu erreichende Restabweichung nach der Korrektur der Lage der Drehachse.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise in einem als Computertomograf ausgeprägten Koordinatenmessgerät mit Kegelstrahlgeometrie oder einem klassischen Koordinatenmessgerät mit taktiler, optischer, taktil-optischer oder ähnlicher Sensorik oder einem Multisensor-Koordinatenmessgerät, vorzugsweise zur dimensionellen Messung von Werkstücken, besonders bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest einer Drehachse zur Drehung des zu messenden Werkstücks, eingesetzt wird.
  • Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Bildaufnahme-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben dieser in einem optischen, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors (BV-Sensor) oder computertomografischen Sensors (CT-Sensor) in einem Koordinatenmessgerät (KMG).
  • Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik auf dem Gebiet der Computertomografie und optischen wie Bildverarbeitungssensorik arbeiten mit Detektoren, die für die kontinuierliche Bildaufnahme einmal konfiguriert und dann in einem gleichbleibenden Modus betrieben werden. Erfasstes Bildfeld und dabei verwendete Integrationszeit sind damit für die Messung festgelegt und unveränderlich.
  • Solche Bildaufnahme-Sensoren werden in Koordinatenmessgeräten für verschiedene Computertomografie-Verfahren (CT-Verfahren) und optische, beispielsweise Bildverarbeitungsverfahren (BV-Verfahren) eingesetzt. CT-Verfahren sind beispielsweise die sog. IM-Bild-Tomografie, bei der das gesamte Werkstück in allen Drehstellungen vollständig auf dem Detektor abgebildet wird. Hierbei können auch mehrere Werkstücke gleichzeitig abgebildet und erfasst werden. Da aber nicht in sämtlichen Bereichen des Detektors tatsächlich interessante, also die benötigten Informationen der interessierenden, also zu messenden Werkstückbereiche abgebildeten werden, sondern zum Beispiel Zwischenbereiche zwischen den mehreren Werkstücken oder nicht interessierende Bereiche eine Werkstücks, werden Bilddaten aufgenommen, die für die weitere Verarbeitung nicht von Interesse sind und nur unnötig Speicherplatz belegen und Rechenzeit in Anspruch nehmen.
  • Gleiches gilt für die sogenannte ROI-Tomografie bzw. (Multi-)ROI-Tomografie, bei der eine erste Im-Bild-Tomografie des gesamten Werkstücks durchgeführt wird, deren Bilddaten mit den Bilddaten einer ROI-Tomografie oder mehrerer ROI-Tomografien (Multi-ROI-Tomografie) kombiniert werden, wobei die ROI-Tomografie(n) vorzugsweise mit einem vergrößerten Abbildungsmaßstab durchgeführt wird/werden. Auch hier werden Teile (Pixel) des Detektors unter Umständen nicht genutzt. Auch die Anzahl der ROI-Tomografien ist unter Umständen hoch, wenn mehrere voneinander separierte WerkstückBereiche separat erfasst werden sollen. Zudem besteht bei der ROI-Tomografie das Problem, dass die interessierenden Bereiche des Werkstücks nur in einigen der Drehstellungen des Werkstücks überhaupt auf dem Detektor abgebildet werden bzw. die Abbildung auf dem Detektor wandert. Bislang musste deshalb stets ein großer Bereich oder der gesamte Detektor in jeder Drehstellung belichtet und ausgelesen werden.
  • Auch gleiches gilt für BV-Verfahren, wenn beispielsweise mehrere, voneinander räumlich separierte Werkstückbereiche erfasst werden sollen. Dazwischenliegende auf den Detektor abgebildete Bereiche sind hier nicht von Interesse.
  • Grundlegend sind in den zuvor beschriebenen Verfahren sogenannte Messfenster bekannt, die den für die Messung interessierenden Bereich in den aufgenommenen Bilddaten kennzeichnen. Die Messfenster werden entweder durch den Bediener gesetzt, oder automatisch anhand der Soll-Daten wie CAD- oder PMI-Daten des Werkstücks.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Bildaufnahme-Verfahren des Standes der Technik dahingehend weiterzubilden, dass Zeit- und Speicherplatzbedarf für die Erfassung und/oder Messung von Werkstücken reduziert werden.
  • Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass sog. AOIs (AOI - Area of interest) während der Bildaufnahme gesetzt werden. Die AOIs können hierbei direkt in der Bildaufnahme-Hardware, also dem Detektor gesetzt werden (Hardware - AOI) oder mittels Software auf die aufgenommenen Bilddaten realisiert werden (Software - AOI). Auch eine Mischung beider Verfahren ist vorgesehen, wobei aus Hardware - AOIs stammende Bilddaten nochmals einem Software - AOI unterzogen werden, um die Bilddatenmenge nochmals zu reduzieren. Besonders bevorzugt können die AOIs und/oder Messfenster dynamisch gesetzt werden, so dass beispielsweise die interessierenden Bereiche des Werkstück bzw. deren Abbildung auf dem Detektor mit entsprechenden AOIs und darin gesetzten Messfenstern verfolgt werden können, damit jeweils nur der benötigte Bereich der Bilddaten erfasst (Hardware - AOI) und/oder zumindest ausgewertet (Software - AOI) wird. Hierdurch werden die Bilddatenaufnahme- und Bilddatenübermittlungszeit und der belegte Speicherplatz deutlich reduziert, da nur noch die benötigten Bilddaten aufgenommen und/oder weiterverarbeitet werden. Das dynamische Setzen von AOIs, also das Umschalten der AOIs bzgl. der dem AOI zugeordneten Pixel, insbesondere deren Lage (Position), Anzahl und Anordnung (Form wie beispielsweise Breite, Höhe und Orientierung) innerhalb der Detektionsfläche und ggf. weiterer Parameter wie Stufe des Pixel-Binnings, Integrationszeit, Anzahl der je Pixel zu überlagernden aufeinanderfolgend aufgenommenen Belichtungen oder Sampling-Frequenz (also Bildaufnahmefrequenz in fps - frames per second) zur Laufzeit, also während des Betriebs des Detektors, insbesondere während der kontinuierlichen Bildaufnahme, ohne dass ein Neustart bzw. Neuinitialisierung des Detektors notwendig ist, wird durch moderne Bildaufnahmesensoren wie den CMOS-Sensoren der Generation 4 oder 5 realisiert.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung daher auch eine Bildaufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme von Bilddaten eines Werkstücks vor, wobei die Bildaufnahme-Vorrichtung eine flächige Detektionsfläche mit mehreren Teilflächen (Pixeln) aufweist, besonders bevorzugt Bildaufnahme-Vorrichtung Teil eines optischen, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors (BV-Sensor) oder computertomografischen Sensors (CT-Sensor) in einem Koordinatenmessgerät (KMG) ist, die sich dadurch auszeichnet, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung dazu ausgebildet ist, aus der vollständigen Detektionsfläche ein oder mehrere, jeweils mehrere zusammenhängende Pixel umfassende, AOIs (AOI - Area of interest) für die Aufnahme der Bilddaten (Bilddatensatz) auszuwählen (Hardware - AOI) und/oder dass eine der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist,
    • - aus den aufgenommenen Bilddaten der vollständigen Detektionsfläche (Software - AOI) oder
    • - aus den aufgenommenen Bilddaten des einen oder der mehreren AOIs (Hardware - AOI und Software - AOI)
    ein oder mehrere Bereiche (Messfenster) für die Weiterverarbeitung der Bilddaten auszuwählen.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass AOI und/oder Messfenster mehrere in einem rechteckförmigen Bereich zusammenhängend angeordnete Pixel aufweist.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Detektor der Bildaufnahme-Vorrichtung so konfigurierbar ist, dass nur die dem einen oder der mehreren AOIs zugeordneten Bilddaten aufgenommen und/oder ausgegeben werden (Hardware - AOI), insbesondere nur die Bilddaten der den AOIs zugeordneten Pixel an die Auswerteeinheit ausgegeben werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass für den oder die AOIs
    • - dem AOI zugeordnete Pixel, insbesondere Breite, Höhe, Orientierung und Lage (Position) des AOI innerhalb der Detektionsfläche,
    • - Stufen des Pixel-Binnings (2x2, 3x3, 4x4 usw., 2x1, 1x2, 3x1, 1x3 usw., 2x3, 3x2, 4x2, 2x4, 4x3, 3x4 usw.),
    • - Anzahl der je Pixel zu überlagernden aufeinanderfolgend aufgenommenen Belichtungen,
    • - Integrationszeit je Belichtung und/oder
    • - Sampling-Frequenz
    einstellbar sind, vorzugsweise je AOI separat einstellbar sind.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Einstellungen der AOIs nach zuvor genanntem Absatz und/oder die Breite, Höhe, Orientierung und Lage der Messfenster während des Betriebs des Detektors umschaltbar sind, vorzugsweise während der kontinuierlichen Bildaufnahme, ohne dass ein Neustart bzw. Neuinitialisierung des Detektors notwendig ist.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass mehrere AOIs innerhalb der Detektionsfläche einstellbar sind und/oder dass mehrere Messfenster innerhalb der Detektionsfläche oder innerhalb eines AOIs einstellbar sind.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit konfiguriert ist, zumindest eine der zuvor genannten Hardware - AOI - Funktionen durch eine Software auszuführen, indem die aufgenommenen Bilddaten nachbearbeitet werden, beispielsweise zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Pixel-Amplituden addiert werden, um Integrationszeit und Anzahl der zu überlagernden Belichtungen anzupassen, und/oder Pixel-Amplituden örtlich nebeneinanderliegender Pixel addiert werden, um die Stufen des Pixel-Binnings anzupassen, und/oder AOIs aus den Bilddaten durch Auswahl der entsprechenden zusammenhängenden Pixelbereiche erzeugt werden.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Koordinatenmessgerät eine Positioniervorrichtung, vorzugsweise Messachsen, aufweist, mit der Werkstück und Bildaufnahme-Vorrichtung so relativ zueinander positionierbar sind (Soll-Positionen), dass einer oder mehrere zuvor definierte Bereiche des Werkstücks in den Aufnahmebereich der Bildaufnahme-Vorrichtung und/oder in die AOIs verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Die Erfindung sieht auch vor, dass eine entsprechende Nachführung durchführbar ist, beispielsweise bei BV-Verfahren, wenn Werkstück und Bildaufnahme- Vorrichtung während der Messung des Werkstücks lateral zueinander positioniert werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der oder die Messfenster so einstellbar sind, dass der eine oder die mehreren zuvor definierten Bereiche des Werkstücks in die Messfenster verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der oder die AOIs so einstellbar sind, dass der eine oder die mehreren zuvor definierten Bereiche des Werkstücks in die AOIs verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Verschiebung bzw. Positionierung und/oder die Konfiguration der AOIs derart ausführbar ist, dass AOIs Randbereich vordefinierter Mindestgröße aufweisen, in dem Werkstückbereiche nicht abgebildet sind, vorzugsweise so dass ein jeweiligen Werkstückbereich umfassendes Messfenster einen Mindestabstand zum Rand des jeweiligen AOIs aufweist.
  • Durch das Vorhalten von Randbereichen kann das Nachführen prozesssicher erfolgen, da das Eindringen der Abbildung des interessierenden Werkstückbereichs in den Randbereich als Indikator für die Notwendigkeit des Nachführens verwendet werden kann. Hier ist also eine entsprechende Regelung vorgesehen. Die Regelung kann aber auch anhand der Verfolgung der Lage eines Merkmals am Werkstück wie Kante und/oder durch Korrelationsverfahren erfolgen.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Vorrichtung einen Drehtisch zur Relativdrehung des Werkstücks zur Bildaufnahme- Vorrichtung aufweist, wobei die Drehung im Start-Stopp-Betrieb oder im kontinuierlichen Betrieb einstellbar ist.
  • Die Drehung ist vorgesehen für das CT-Verfahren, aber auch für optische, wie das BV-Verfahren.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung der Detektor eines CT-Sensors ist, und vorzugsweise zusammen mit der Strahlungsquelle wie Röntgenröhre und dem Drehtisch zur Relativdrehung des Werkstücks zu Strahlungsquelle und Detektor in einem Koordinatenmessgerät angeordnet ist oder dieses bildet.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass der Detektor ein Flatpanel-Detektor oder ein photonenzählender Detektor oder ein sog. Spiegeldetektor mit separater Szintillatorschicht, Abbildungsoptik und lichtempfindlichem Empfänger ist, wobei vorzugsweise Detektor ausgebildet ist für das Einstellen eines oder mehrerer Hardware - AOIs.
  • Besonders bevorzugt ist der CT-Detektor für das Einstellen eines oder mehrerer Hardware - AOIs ausgebildet durch den Einsatz eines CMOS-Sensors der Generation 4 oder 5. Es ist aber auch vorgesehen, entsprechenden Detektor für den optischen wie BV-Sensor einzusetzen.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung der Detektor wie Kamera, insbesondere CCD- oder CMOS-Kamera eines BV-Sensors ist, und vorzugsweise zusammen mit zumindest einer Lichtquelle in einem Koordinatenmessgerät angeordnet ist.
  • Die Erfindung sieht zur Lösung auch ein Verfahren zur Aufnahme und/oder Verarbeitung von Bilddaten mit der zuvor genannten Bildaufnahme-Vorrichtung vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung so konfiguriert wird, dass aus der vollständigen Detektionsfläche ein oder mehrere, jeweils mehrere zusammenhängende Pixel umfassende, AOIs (AOI - Area of interest) für die Aufnahme der Bilddaten (Bilddatensatz) ausgewählt werden (Hardware - AOI) und/oder dass eine der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit so konfiguriert wird, dass
    • - aus den aufgenommenen Bilddaten der vollständigen Detektionsfläche (Software - AOI) oder
    • - aus den aufgenommenen Bilddaten des einen oder der mehreren AOIs (Hardware - AOI und Software - AOI)
    ein oder mehrere Bereiche (Messfenster) für die Weiterverarbeitung der Bilddaten ausgewählt werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als AOI und/oder als Messfenster mehrere in einem rechteckförmigen Bereich zusammenhängend angeordnete Pixel aus der Detektionsfläche ausgewählt werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Detektor der Bildaufnahme-Vorrichtung so konfiguriert wird, dass nur die dem einen oder der mehreren AOIs zugeordneten Bilddaten aufgenommen und/oder ausgegeben werden (Hardware - AOI), insbesondere nur die Bilddaten der den AOIs zugeordneten Pixel an die Auswerteeinheit ausgegeben werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass für den oder die AOIs
    • - dem AOI zugeordnete Pixel, insbesondere Breite, Höhe, Orientierung und Lage (Position) des AOI innerhalb der Detektionsfläche,
    • - Stufen des Pixel-Binnings (2x2, 3x3, 4x4 usw., 2x1, 1x2, 3x1, 1x3 usw., 2x3, 3x2, 4x2, 2x4, 4x3, 3x4 usw.),
    • - Anzahl der je Pixel zu überlagernden aufeinanderfolgend aufgenommenen Belichtungen,
    • - Integrationszeit je Belichtung und/oder
    • - Sampling-Frequenz
    eingestellt werden, vorzugsweise je AOI separat eingestellt werden, besonders bevorzugt so eingestellt werden, dass einer oder mehrere zuvor definierte Bereiche des Werkstücks durch die AOIs, vorzugsweise innerhalb eines vordefinierten Bereichs der Pixel-Amplituden, erfasst werden und/oder erfasst bleiben, also AOIs gegebenenfalls nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Einstellungen der AOIs entsprechend zuvor genanntem und/oder die Breite, Höhe, Orientierung und Lage der Messfenster während des Betriebs des Detektors umgeschaltet werden, vorzugsweise während der kontinuierlichen Bildaufnahme, ohne dass ein Neustart bzw. Neuinitialisierung des Detektors notwendig ist.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass mehrere AOIs innerhalb der Detektionsfläche eingestellt werden und/oder dass mehrere Messfenster innerhalb der Detektionsfläche oder innerhalb eines AOIs eingestellt werden, so dass mehrere Werkstückbereiche erfasst werden und ggf. erfasst bleiben.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit so konfiguriert wird, dass zumindest eine der zuvor genannten Hardware - AOI - Funktionen durch eine Software ausgeführt wird, indem die aufgenommenen Bilddaten nachbearbeitet werden.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Nachbearbeitung der Bilddaten erfolgt, indem
    • - zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Pixel-Amplituden addiert werden, um Integrationszeit und Anzahl der zu überlagernden Belichtungen anzupassen, und/oder
    • - Pixel-Amplituden örtlich nebeneinanderliegender Pixel addiert werden, um die Stufen des Pixel-Binnings anzupassen, und/oder
    • - AOIs aus den Bilddaten durch Auswahl der entsprechenden zusammenhängenden Pixelbereiche erzeugt werden.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mit der Positioniervorrichtung des Koordinatenmessgeräts, vorzugsweise dessen Messachsen, Werkstück und Bildaufnahme- Vorrichtung so relativ zueinander positioniert werden (Soll-Positionen), dass einer oder mehrere zuvor definierte Bereiche des Werkstücks in den Aufnahmebereich der Bildaufnahme-Vorrichtung und/oder in die AOIs verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der oder die Messfenster so einstellt werden, dass der eine oder die mehreren zuvor definierten Bereiche des Werkstücks in die Messfenster verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der oder die AOIs so eingestellt werden, dass der eine oder die mehreren zuvor definierten Bereiche des Werkstücks in die AOIs verschoben werden und/oder positioniert bleiben, also nachgeführt werden, vorzugsweise während das Werkstück und die Bildaufnahme-Vorrichtung mittels eines Drehtisch zueinander gedreht werden.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Verschiebung bzw. Positionierung und/oder die Konfiguration der AOIs derart ausgeführt wird, dass AOIs Randbereich vordefinierter Mindestgröße aufweisen, in dem Werkstückbereiche nicht abgebildet sind, vorzugsweise so dass ein jeweiligen Werkstückbereich umfassendes Messfenster einen Mindestabstand zum Rand des jeweiligen AOIs aufweist.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Berechnung der Position und der Form eines Messfensters aus den letzten n zuvor aufgenommenen Bildern des Bilddatensatzes unter Berücksichtigung der anzufahrenden Soll-Positionen erfolgt.
  • „n“ ist hier eine natürliche Zahl > 0 und verdeutlicht, dass aus den zuvor aufgenommenen Bilddaten der letzten 1, 2, 3 oder mehr Bildaufnahmen bestimmt und ggf. extrapoliert wird, wie das Messfenster für die jeweils nächste Bildaufnahme gesetzt werden muss, damit der jeweils interessierende Bereich des Werkstücks erfasst wird und bleibt.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die Berechnung der Position und der Form eines Messfensters aus
    • - einer Vorabsimulation einer Messung, wie Tomografie, Schnelltomografie (beispielsweise mit verringerter Anzahl von Drehstellungen) und/oder
    • - einer Vorabdurchführung einer Messung wie Tomografie, vorzugsweise Schnelltomografie (beispielsweise mit verringerter Anzahl von Drehstellungen) und/oder
    • - den Soll-Daten wie PMI-Daten des Werkstücks
    erfolgt.
  • Hierdurch kann die Lage der interessierenden Werkstückbereiche zumindest grob, also ungenau bestimmt werden und damit die Position und Form (inkl. Größe) der Messfenster vorab festgelegt werden.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass für ein Messfenster Bilddaten mit mehreren unterschiedlichen Integrationszeiten bestimmt werden, vorzugsweise durch stückweises Aufaddieren von zeitlich nacheinander aufgenommenen Bilddaten und/oder durch mehrfache Aufnahme der Bilddaten mit unterschiedlichen Integrationszeiten des Detektor, wobei besonders bevorzugt ein HDR-Bild (HDR - high dynamic range) berechnet wird.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass innerhalb eines Messfensters zumindest ein weiteres, kleineres Messfenster erzeugt wird, für welches eine abweichende Integrationszeit und/oder Pixelgröße berechnet wird und/oder durch Anpassung eines AOIs eingestellt wird.
  • Die Anpassung der Pixelgröße kann beispielsweise durch Software-Binning erfolgen, indem also Amplituden benachbarter Pixel addiert werden. Die Anpassung der Integrationszeit kann erfolgen, indem zeitlich nacheinander aufgenommene Bilddaten gleitend addiert werden (ähnlich eines gleitenden Mittelwert-Filters, nur ohne Normierung).
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass eine Computertomografie durchgeführt wird, indem Bilddaten in mehreren mittels des Drehtisch eingestellten Drehstellungen des Werkstücks zur Bildaufnahme-Vorrichtung aufgenommen und zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, wobei vorzugsweise aus den Volumendaten Oberflächenmesspunkte berechnet und zur Ermittlung von Dimensionen bzw. Geometrien der Werkstücks herangezogen werden oder wobei aus den Volumendaten innenliegende Merkmale wie Lunker, Einschlüsse, Faserorientierungen o.ä. des Werkstücks bestimmt werden.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass eine sog. Im-Bild-Tomografie durchgeführt wird, bei der das gesamte Werkstück in allen Drehstellungen vollständig auf dem Detektor abgebildet wird, wobei vorzugsweise mehrerer Werkstücke erfasst werden, besonders bevorzugt wobei die Abbildung jedes Werkstück und/oder jedes zuvor festgelegte Bereichs eines Werkstücks jeweils innerhalb der Bilddaten mit einem oder mehreren Messfenstern erfasst und mit fortschreitender Aufnahme der Bilddaten während der Drehung verfolgt wird.
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass eine sog. (Multi-)ROI-Tomografie durchgeführt wird, bei der eine erste Im-Bild-Tomografie des gesamten Werkstücks durchgeführt wird, vorzugsweise mit den zuvor genannten verfolgenden Messfenstern, besonders bevorzugt mit durch Binning vergrößerten Pixeln, deren Bilddaten mit den Bilddaten einer ROI-Tomografie oder mehrerer ROI-Tomografien (Multi-ROI-Tomografie) kombiniert werden, wobei die ROI-Tomografie(n) vorzugsweise mit einem vergrößerten Abbildungsmaßstab durchgeführt wird/werden, und wobei bei der/den ROI-Tomografie(n) jeweils die zuvor definierten Werkstückbereiche erfassende und verfolgende Messfenster eingestellt werden.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass eine sog. (Multi-)ROI-Tomografie durchgeführt wird, bei der eine erste Im-Bild-Tomografie des gesamten Werkstücks durchgeführt wird, vorzugsweise mit den zuvor genannten verfolgenden Messfenstern, besonders bevorzugt mit durch Binning vergrößerten Pixeln, deren Bilddaten mit den Bilddaten einer ROI-Tomografie oder mehrerer ROI-Tomografien (Multi-ROI-Tomografie) kombiniert werden, wobei die ROI-Tomografie(n) vorzugsweise mit einem vergrößerten Abbildungsmaßstab durchgeführt wird/werden, und wobei bei der/den ROI-Tomografie(n) eines oder mehrere die zuvor definierten Werkstückbereiche erfassende und verfolgende Messfenster eingestellt werden, wobei vorzugsweise mehrere kleine Messfenster mit verringerter Pixelgröße in einem Messfenster eingestellt werden.
  • Besonders hervorzuheben ist, dass die Bildaufnahme im Start-Stopp-Betrieb oder während der kontinuierlichen Drehung des Drehtischs und/oder Werkstücks erfolgt.
  • Erfindungsgemäß ist die Messung des Werkstücks mit einem CT vorgesehen, bei dem das Werkstück auf dem Drehtisch angeordnet ist und mit dem drehbaren Teil des Drehtisch zusammen gedreht wird. Die Erfindung sieht aber auch vor, dass Werkstücke mit einem optischen wie Bildverarbeitungssensor in mehreren Drehstellungen gemessen werden, beispielsweise zur Erfassung von Parametern an Werkzeugen, wie der Hüllkontur, insbesondere des Schneidenverlaufs in Projektion, oder des Schneidenverlaufs im Raum.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Detektor ein Flatpanel-Detektor oder ein photonenzählender Detektor oder ein sog. Spiegeldetektor mit separater Szintillatorschicht, Abbildungsoptik und lichtempfindlichem Empfänger eingesetzt wird, vorzugsweise Detektor mit CMOS-Sensor, vorzugsweise der Gen4 oder Gen5, wobei vorzugsweise am Detektor eines oder mehrerer Hardware - AOIs eingestellt werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Messung des Werkstücks mit einem CT vorgesehen, bei dem ein entsprechender Sensor eingesetzt wird. Die Erfindung sieht aber auch vor, dass Werkstücke mit einem optischen wie Bildverarbeitungssensor gemessen werden, wobei der Bildverarbeitungssensor einen entsprechend ausgebildeten Bilderfassungssensor wie CMOS-Sensor aufweist.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Detektor der Bildaufnahme-Vorrichtung eine Kamera, insbesondere CCD- oder CMOS-Kamera eines BV-Sensors eingesetzt wird, und vorzugsweise zusammen mit zumindest einer Lichtquelle in einem Koordinatenmessgerät betrieben wird.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Bilddaten für ein Fokusvariationsverfahren verwendet werden, indem diese in unterschiedlichen Fokussierungszuständen, wie Entfernungen, zwischen Bildaufnahme-Vorrichtung und Werkstück aufgenommen werden und mit einem Fokuskriterium, wie beispielsweise maximaler Kontrast oder maximale Helligkeit, ausgewertet werden, um zumindest einen Oberflächenmesspunkt auf und/oder eine Höhenkarte der Werkstückoberfläche zu bestimmen.
  • Hervorzuheben ist des Weiteren, dass Bilddaten aus mehreren Messfenstern verwendet werden, wobei für jedes Messfenster genau ein Oberflächenmesspunkt ermittelt wird (Multi-Fenster-Autofokus).
  • Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass Bilddaten aus einem oder mehreren Messfenstern verwendet werden, wobei je Messfenster mehrere Oberflächenmesspunkte ermittelt werden (3D-Patch bzw. Multi-Fenster-3D-Patch).
  • Als 3D-Patch wird hier die Bestimmung von mehreren Oberflächenmesspunkten in einem Messfenster bezeichnet, indem das Messfenster in kleine Sub-Fenster unterteilt wird, wobei die Subfenster zueinander verschoben sind, sich aber zumindest teilweise überlagern können. Innerhalb der Subfenster wird dann jeweils der Kontrast berechnet und über die Fokussierungszustände mit dem Fokussierungskriterium untersucht, um die Lage des Oberflächenmesspunktes zu bestimmen.
  • Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass als Bilddaten die zuvor genannten HDR-Bilddaten verwendet werden (Multi-Fenster-HDR-Autofokus, HDR-3D-Patch bzw. Multi-Fenster-HDR-3D-Patch).
  • Die HDR-Bilddaten können also verwendet werden für die Fokusvariationsverfahren Multi-Fenster-Autofokus (dann als Multi-Fenster-HDR-Autofokus bezeichnet), 3D-Patch (HDR-3D-Patch) und Multi-Fenster-3D-Patch (Multi-Fenster-HDR-3D-Patch).
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie,
    • 2 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines alternativen erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie,
    • 3 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines alternativen verkürzten erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie und
    • 4 einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf für computertomografische Daten nach Anspruch 1 und
    • 5 eine Beispielabbildung für die Wirkung des Bilateralfilters anhand beispielhafter CT-Volumendaten.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Prinzipdarstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie. Als Eingangsdaten 500 für Simulationen 501, 502 der computertomografischen Messung eines Werkstücks dienen die Nominaldaten in Form von CAD-Daten oder Oberflächendaten im STL-Format des Werkstücks aus beispielsweise einer Meisterteilmessung oder Volumendaten des Werkstücks. Die Simulation 501 erfolgt ohne Berücksichtigung von Artefakten 503 und liefert die Simulationsdaten Ideal-Vol. Die Simulation 502 erfolgt unter Berücksichtigung von ausgewählten Artefakten 503 und liefert die Simulationsdaten Sim-Vol. Bei der Simulation handelt es sich um die Berechnung von Durchstrahlungsbilddaten des Werkstücks mittels Vorwärtsprojektion wobei die Parameter des jeweiligen Computertomografen wie beispielsweise Brennfleckgröße, Spektrum und Leistung der abgegebenen Messstrahlung der Strahlungsquelle, Größe, Pixelgröße, Pixelanzahl, Pixelabstand des Detektors und Lage der Komponenten Strahlungsquelle, Detektor und Werkstück, sowie Lage der Drehachse des Drehtischs zur Drehung des Werkstücks, zueinander, berücksichtigt werden. Beispielhaft werden die simulierten Durchstrahlungsbilddaten jeweils zunächst zu Volumendaten rekonstruiert, so dass hier mit Ideal-Vol und Sim-Vol Volumendaten bezeichnet sind. Diese werden dann voneinander abgezogen, also die Grauwerte der jeweils einander räumlich entsprechenden Voxel der Volumendaten werden voneinander abgezogen, um das simulierten Artefakt-Volumen zu bilden, dass die vorläufigen Korrekturdaten Sim-Artefakt 504 bildet. Aus der realen Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen liegen zudem die aus den ausgenommenen Durchstrahlungsbildern rekonstruierten Volumendaten Real-Vol vor. Aus Real-Vol und den Volumendaten Sim-Vol aus der Simulation 502 unter Berücksichtigung der Artefakte 503 wird die Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP) 505 bestimmt, die Sim-Vol auf Real-Vol abbildet. Die Transformationsvorschrift 505 wird anschließend auf das Artefakt-Volumen Sim-Artefakt 504 (vorläufige Korrekturdaten) angewendet, um die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 zu bilden. Die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 werden von den Volumendaten der Messung Real-Vol abgezogen, also jeweils die Grauwerte der zugeordneten Voxel subtrahiert, um die korrigierten Volumendaten Korr-Vol zu bestimmen. Diese korrigierten Messdaten werden im Volumenbereich ausgewertet, um Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich werden aus den korrigierten Volumendaten Korr-Vol Oberflächenpunktdaten mittels Oberflächenextraktionsverfahren bzw. Segmentierung bestimmt, aus denen dimensionelle Maße des Werkstücks bestimmt werden.
  • In der 2 wird ein alternatives Vorgehen zur 1 dargestellt, wobei die simulierten Volumendaten Ideal-Vol und Sim-Vol durch Anwendung der Transformationsvorschrift 505 in die korrigierten Volumendaten Ideal-Vol-K und Sim-Vol-K überführt werden, deren Differenz gebildet wird, um die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 zu bilden. Anzumerken hierbei ist, dass die Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Sim-Vol dazu führt, dass die korrigierten simulierten Volumendaten Sim-Vol-K mit den Messdaten Real-Vol übereinstimmen. In der Folge entsprechen die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 daher der Differenz aus den Messdaten Real-Vol und den korrigierten simulierten Volumendaten Sim-Vol-K wodurch sich ergibt, dass die korrigierten Volumendaten der Messung Korr-Vol genau den korrigierten Volumendaten Sim-Vol-K entsprechen. Die Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Sim-Vol kann also unterbleiben und die korrigierten Volumendaten der Messung Korr-Vol werden direkt durch Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Ideal-Vol gewonnen, wie dies in der 3 dargestellt ist.
  • Anhand der 4 und 5 wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft dargestellt. Eine CT-Messung liefert nach einem nicht spezifizierten Korrekturvorgang einen artefaktreduzierten Datensatz, der aber verrauscht ist und einen geringeren Kontrast aufweist (1 oben, 2 links). Ein weiterer Datensatz, der ein besseren SNR/CNR bzw. eine bessere Auflösung aufweist (1 rechts, 2 mitte-links), wird nun als Steuerelement für den Range-Kern des Bilateralfilters (Formel (1), 1 Mitte) verwendet. Der Filter liefert nun ein Ergebnis mit stark unterdrücktem Bildrauschen bei immer noch scharfen Kanten und verringerten Artefakten (1 unten, 2 mitterechts).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • EP 3195258 [0136]
    • EP 1861822 B1 [0136]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Berechnung und Anwendung einer Korrektur (Real-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Real-Vol), wobei die Messdaten die von zu messendem Werkstück in mehreren Drehstellungen bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur zunächst Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) berechnet werden, wobei als Eingangsdaten (CAD/STL\Volumen) für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten verwendet werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Berechnung einer Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP), die die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol) abbildet, und - A) Anwendung der Transformationsvorschrift ◯ auf vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt) zur Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt), wobei die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) gebildet werden durch Differenzbildung zwischen Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol), oder ◯ auf die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und auf die Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K), und Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) durch Differenzbildung zwischen (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K), und Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol) oder - B) Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol).
  2. Verfahren zur Berechnung einer Korrektur (Mess-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Mess-unkorr), wobei die Messdaten die vom Werkstück aus mehreren unterschiedlichen Blickwinkeln bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Sim-korr) berechnet und/oder verwendet werden, wobei Simulationsdaten in Form von aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Durchstrahlungsbildern und/oder Volumendaten und/oder Grenzflächenpunkte verwendet werden, wobei als Eingangsdaten für die Simulationen Nominal-Daten, Ist-Daten oder aus Nominal- und/oder Ist-Daten berechnete Daten des Werkstücks in Form von Durchstrahlungsbilddaten, vorzugsweise Durchstrahlungslängenbildern, und/oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten, und/oder Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks verwendet werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Berechnung einer Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real), die die Simulationsdaten mit und/oder ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte, (Sim-unkorr und/oder Sim-korr), und/oder die simulierten Artefakte (Sim-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) abbildet, und/oder Berechnung einer inversen jener Transformationsvorschrift (Transformation-Real-Sim), die die Messdaten (Mess-unkorr) auf die Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) abbildet, und - Anwendung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) auf Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr) und/oder auf aus Simulationsdaten und/oder invers transformierten (Transformation-Real-Sim) Messdaten (Mess-unkorr-T-1) berechnete vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt), und - Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) aus mit der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten (Sim-unkorr-T und/oder Sim-korr-T) und/oder transformierten vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt-T) und/oder Messdaten.
  3. Verfahren zur Rauschreduktion und/oder Auflösungsverbesserung von computertomografischen Datensätzen wie CT-Volumen und/oder CT-Projektionendaten mittels kantenerhaltendem Bilateralfilter, dadurch gekennzeichnet, dass der Bilateralfilter angewendet wird auf ein artefaktreduziertes CT-Kombinationsvolumen, vorzugsweise erzeugt durch MSP-CT, und/oder einen artefaktreduzierten CT-Projektionsdatensatz und/oder eine artefaktkorrigierte CT-Messung und/oder dass der Bilateralfilter geführt bzw. gesteuert wird.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten mit einer Messsoftware, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsfunktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung aufweist, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufnahme aufweist.
  5. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten mit einer Messsoftware, dadurch gekennzeichnet, dass Messsoftware eine Funktion zur Vervielfältigung eines Modells an n Positionen, vorzugsweise an durch CAD-Elemente definierten Positionen und/oder an berechneten Positionen und/oder an manuellen definierten Positionen aufweist.
  6. Verfahren nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Korrektur von systematischen Messabweichungen der Messergebnisse des Computertomografiesensors beinhaltet, vorzugsweise durch - Korrektur der Intensitätsbilder und/oder Korrektur der Projektionsbilder, vorzugsweise empirische Artefaktkorrektur und/oder - Korrektur der Volumendaten, vorzugsweise Verzerrung und Korrektur des Volumens mit VAK-Methoden (VAK-Virtuelle Artefaktkorrektur), und/oder - Korrektur der Grenzflächenpunkte, vorzugsweise anhand der Abweichungselemente aus der VAK und/oder durch Triangulation.
  7. Messsoftware ausgelegt zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsfunktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung aufweist, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufnahme aufweist.
  8. Messsoftware nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware ausgelegt ist zur Ausführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6.
  9. Vorrichtung umfassend eine Recheneinheit zur Ausführung einer Simulationsfunktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6.
  10. Verfahren zur Bestimmung und/oder Optimierung von Abbildungseigenschaften und/oder hiervon abhängiger Größen beim Einsatz eines ComputertomografieSensors, insbesondere Röntgencomputertomografie-Sensors, vorzugweise beim Einsatz zur dimensionellen Messung und Untersuchung des Inneren von Werkstücken, insbesondere mit einem Koordinatenmessgerät mit Computertomografiesensor, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseigenschaften unter Verwendung von Intensitätsbildern und/oder Transmissionsbildern und/oder Projektionsbildern und/oder Volumendaten bestimmt werden, wobei vorzugsweise zur Bestimmung der Abbildungseigenschaften Bildwerte und deren Position orthogonal zur Grenzfläche zwischen zwei Materialien erfasst und ausgewertet werden.
  11. Verfahren zur Bestimmung des Einflusses von Postprocessing-Algorithmen wie beispielsweise Filterung und/oder Korrektur von Intensitäts- und/oder Projektionsbildern und/oder Volumendaten, für eine Computertomografie, wobei die Strukturauflösung im Volumen mit und ohne die Verwendung des zu untersuchenden Algorithmus verglichen wird.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der verwendeten Oberfläche an Bilddaten, vorzugsweise Pixelraster oder Voxelraster, so ausgerichtet wird, dass mit dem Fällen der Bildinformation orthogonal zur Oberfläche durch die Struktur der Bilddaten, vorzugsweise durch Ermittlung von Randwerten der Zeilen- bzw. Spalten, Größen zur Beschreibung der Abbildungseigenschaften und/oder hiervon abhängige Größen bestimmt werden.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Computertomografen, vorzugsweise eines Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem als Computertomografen ausgeprägten Sensor, und/oder Verfahren zum Auswerten von Computertomografiedaten eines Werkstücks, wobei den Computertomografiedaten Qualitätskennwerte zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskennwerte berechnet werden aus Computertomografiedaten, die durch Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen ermittelt wurden (Mess-Daten) und/oder die mittels Simulation der Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen ermittelt wurden (Simulations-Daten).
  14. Verfahren zur Bestimmung und Korrektur der Abweichungen der Lage der Drehachse eines Drehtisches bei der Drehung des Drehtisches, wobei der Drehtisch zur Drehung eines Werkstücks oder zur Drehung der Quelle und des Detektors in einem Computertomografen eingesetzt wird, oder wobei der Drehtisch zur Drehung eines Werkstücks in einem Koordinatenmessgerät mit zumindest einer Kamera als Detektor eingesetzt wird, wobei zur Bestimmung der vom Drehwinkel des Drehtischs abhängigen Lage der Drehachse des Drehtischs Bilder (Ist-Bilder), vorzugsweise Intensitätsbilder, mit einem Detektor, vorzugsweise Röntgendetektor oder Kamera, zumindest eines auf dem Drehtisch angeordneten Prüfobjekts in mehreren Drehwinkeln des Drehtischs aufgenommen werden, und eine Position des Prüfobjekts (Ist-Position) in den Bildern bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer mathematischen Vorschrift aus den Ist-Positionen zumindest erste Korrekturwerte bestimmt werden, die zur Korrektur bei der Messung eines Werkstücks in mehreren Drehstellungen des Drehtischs herangezogen werden.
  15. Bildaufnahme-Vorrichtung zur Aufnahme von Bilddaten eines Werkstücks, wobei die Bildaufnahme-Vorrichtung eine flächige Detektionsfläche mit mehreren Teilflächen (Pixeln) aufweist, besonders bevorzugt Bildaufnahme-Vorrichtung Teil eines optischen, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors (BV-Sensor) oder computertomografischen Sensors (CT-Sensor) in einem Koordinatenmessgerät (KMG) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung dazu ausgebildet ist, aus der vollständigen Detektionsfläche ein oder mehrere, jeweils mehrere zusammenhängende Pixel umfassende, AOIs (AOI - Area of interest) für die Aufnahme der Bilddaten (Bilddatensatz) auszuwählen (Hardware - AOI) und/oder dass eine der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, - aus den aufgenommenen Bilddaten der vollständigen Detektionsfläche (Software - AOI) oder - aus den aufgenommenen Bilddaten des einen oder der mehreren AOIs (Hardware - AOI und Software - AOI) ein oder mehrere Bereiche (Messfenster) für die Weiterverarbeitung der Bilddaten auszuwählen.
  16. Verfahren zur Aufnahme und/oder Verarbeitung von Bilddaten mit einer Bildaufnahme-Vorrichtung nach zumindest Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme-Vorrichtung so konfiguriert wird, dass aus der vollständigen Detektionsfläche ein oder mehrere, jeweils mehrere zusammenhängende Pixel umfassende, AOIs (AOI - Area of interest) für die Aufnahme der Bilddaten (Bilddatensatz) ausgewählt werden (Hardware - AOI) und/oder dass eine der Bildaufnahme-Vorrichtung zugeordnete Auswerteeinheit so konfiguriert wird, dass - aus den aufgenommenen Bilddaten der vollständigen Detektionsfläche (Software - AOI) oder - aus den aufgenommenen Bilddaten des einen oder der mehreren AOIs (Hardware - AOI und Software - AOI) ein oder mehrere Bereiche (Messfenster) für die Weiterverarbeitung der Bilddaten ausgewählt werden.
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