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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten mindestens eines Werkstücks.
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Bei der Computertomographie, insbesondere im Bereich einer Werkstückanalyse oder Werkstücküberprüfung, wird ein zu untersuchendes Werkstück zwischen eine Röntgenstrahlungsquelle und einen Röntgendetektor eines Computertomographen angeordnet. Üblicherweise erfolgt dies auf einem drehbaren Drehtisch, sodass das zu untersuchende Werkstück gedreht und unter unterschiedlichen Drehwinkeln durchstrahlt und erfasst werden kann.
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Um ein zu untersuchendes Werkstück auf einem Drehtisch eines Computertomographen zu positionieren und zu fixieren, sind Schaumblöcke aus Polystyrol-Schaum, PolyurethanSchaum oder ähnlichem bekannt. In solche Schaumblöcke können die Werkstücke manuell eingepasst (d.h. hineingedrückt) und aufgespannt werden, sodass die Werkstücke während einer Untersuchung im Computertomographen fixiert sind.
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Ferner sind regalartige Haltevorrichtungen bekannt, bei denen Werkstücke auf unterschiedlichen, übereinander angeordneten Böden angeordnet werden können, sodass die Werkstücke zeitgleich durchstrahlt und untersucht werden können.
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Aus der
DE 20 2013 003 922 U1 ist eine solche regalartige Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück bekannt, wobei die Haltevorrichtung eine erste Werkstückauflage für das erste Werkstück und eine zweite Werkstückauflage für das zweite Werkstück aufweist, wobei die erste Werkstückauflage und die zweite Werkstückauflage über mindestens ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, und wobei die zweite Werkstückauflage oberhalb der ersten Werkstückauflage in einem Abstand zur ersten Werkstückauflage angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück zu schaffen, bei der das Anordnen und Fixieren eines Werkstücks verbessert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist einer der Grundgedanken der Erfindung, einen Haltekörper mit einer individuell für ein zu untersuchendes Werkstück maßgeschneiderten werkstückindividuellen Werkstückaufnahme in Form einer Aussparung auszubilden. Das Ausbilden der Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme erfolgt erfindungsgemäß auf Grundlage eines dreidimensionalen Oberflächenmodells des zu untersuchenden Werkstücks. Hierdurch entsteht ein „maßgeschneiderter“ Haltekörper, in den das zu untersuchende Werkstück eingelegt bzw. angeordnet werden kann. Die Aussparung wird insbesondere an einer Oberseite und/oder einer Seite des Haltekörpers ausgebildet, sodass das Werkstück von einer Oberseite aus und/oder seitlich in den Haltekörper eingelegt bzw. eingepasst werden kann. Nach dem Einlegen bzw. Einpassen ist das zu untersuchende Werkstück fixiert und kann in dem Computertomographen untersucht werden.
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Die geschaffene werkstückindividuelle Werkstückaufnahme ermöglicht es, das Werkstück präzise anzuordnen und bereits vor der Messung außerhalb des Computertomographen für eine Messung im Computertomographen vorzubereiten. Insbesondere kann mit Hilfe einer solchen werkstückindividuellen Werkstückaufnahme ein Erfassen von Durchstrahlungsbildern zu einem späteren Zeitpunkt auf gleiche Weise, das heißt in gleicher Anordnung, für das gleiche und/oder andere gleichartige Werkstücke wiederholt werden. Dies verbessert eine Vergleichbarkeit von Durchstrahlungsbildern und/oder rekonstruierten Objektvolumina einzelner gleichartiger Werkstücke. Eine Qualität beim Herstellen und/oder Überprüfen der Werkstücke kann hierdurch gesteigert werden. Da Messungen für ein Werkstück stets auf gleiche Weise wiederholt werden können, erlaubt die Erfindung über eine Archivierung der Haltevorrichtung bzw. einzelner Haltekörper auch, Messungen unter gleichen Bedingungen zu einem späteren Zeitpunkt zu wiederholen oder unter gleichen Bedingungen an anderen Werkstücken durchzuführen.
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Insbesondere wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück geschaffen, umfassend eine Steuereinrichtung und mindestens eine Bearbeitungseinrichtung, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, ein dreidimensionales Oberflächenmodell des Werkstücks zu empfangen und auf Grundlage des empfangenen dreidimensionalen Oberflächenmodells Steuerdaten für die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung zu berechnen und bereitzustellen, wobei die Steuerdaten die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung derart ansteuern, dass ein Haltekörper mit mindestens einer werkstückindividuellen Werkstückaufnahme in Form einer Aussparung zum Aufnehmen des mindestens einen Werkstücks in den Haltekörper ausgebildet wird.
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Mittels der Vorrichtung kann eine Haltevorrichtung zum Halten mindestens eines Werkstücks für einen Computertomographen geschaffen werden, umfassend mindestens einen Haltekörper, wobei der mindestens eine Haltekörper mindestens eine werkstückindividuelle Werkstückaufnahme in Form einer Aussparung zum Aufnehmen des mindestens einen Werkstückes aufweist.
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Insbesondere führt die Vorrichtung ein Verfahren zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück aus, umfassend die Schritte jeweils für das mindestens eine Werkstück:
- - Empfangen eines dreidimensionalen Oberflächenmodells des Werkstücks,
- - Ausbilden eines Haltekörpers mit einer werkstückindividuellen Werkstückaufnahme in Form einer Aussparung zum Aufnehmen des mindestens einen Werkstücks in den Haltekörper auf Grundlage des empfangenen dreidimensionalen Oberflächenmodells.
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Das dreidimensionale Oberflächenmodell kann beispielsweise auf Grundlage von Computer Aided Design-(CAD)-Daten des zu untersuchenden Werkstücks berechnet und/oder bereitgestellt werden. Da es sich bei den zu untersuchenden Werkstücken in der Regel um maschinell auf Grundlage von CAD-Daten hergestellte Werkstücke handelt, stehen CAD-Daten üblicherweise bereits zur Verfügung. Es kann prinzipiell jedoch auch vorgesehen sein, das dreidimensionale Oberflächenmodell auf Grundlage von StereoLithographie-(STL)-Daten, Daten in Form von mit Koordinaten eines Koordinatensystems versehenen Punktewolken, Daten zu Volumenoberflächen oder vergleichbaren Daten bereitzustellen.
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Auf Grundlage des dreidimensionalen Oberflächenmodells wird insbesondere eine Oberfläche bzw. eine Außenkontur des zu untersuchenden Werkstücks ermittelt, wobei ein Oberflächenverlauf bzw. eine Oberflächenkontur der Aussparung auf Grundlage der aus dem dreidimensionalen Oberflächenmodell ermittelten Außenkontur des Werkstücks abgeleitet wird. Hierbei muss nicht die gesamte Außenkontur des zu untersuchenden Werkstücks berücksichtigt werden, es können lediglich die Teile berücksichtigt werden, die bei einer Anordnung des zu untersuchenden Werkstücks in der Aussparung innerhalb der Aussparung angeordnet sind.
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Insbesondere ist vorgesehen, zum Ableiten des Oberflächenverlaufs bzw. der Oberflächenkontur der Aussparung eine Einhüllende, insbesondere eine konvexe Hülle, des zu untersuchenden Werkstücks, insbesondere mittels der Steuereinrichtung, zu berechnen. Die konvexe Hülle ist hierbei insbesondere frei von konkaven Vertiefungen, welche durch das zu untersuchende Werkstück bzw. dessen CAD-Daten definiert sein könnten, da diese für das Einpassen und Anordnen des zu untersuchenden Werkstücks nicht notwendig oder sogar hinderlich wären. Beim Berechnen der Einhüllenden wird insbesondere eine Einsteckrichtung des zu untersuchenden Werkstücks in die Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme berücksichtigt. Die Steuereinrichtung erzeugt anschließend Steuerdaten für die Bearbeitungseinrichtung, beispielsweise in Form von STL- oder „Standard for the exchange of product model data“-(STEP)-Daten, und führt die erzeugten Steuerdaten der Bearbeitungseinrichtung zu.
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Das Ausbilden des Haltekörpers erfolgt insbesondere maschinell, das heißt ohne oder überwiegend ohne manuelle Fertigungsschritte. Insbesondere wird der Haltekörper hierbei automatisiert gefertigt. Hierdurch kann eine hohe Präzision und Reproduzierbarkeit erreicht werden.
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Die Steuereinrichtung kann als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Ein Haltekörper ist bzw. wird insbesondere als Volumenkörper ausgebildet. Ein Werkstoff des Haltekörpers wird oder ist derart gewählt, dass eine durch den Werkstoff des Haltekörpers verursachte Intensitätsabschwächung einer Röntgenstrahlung geringer ist als die durch das zu untersuchende Werkstück verursachte Intensitätsabschwächung, sodass ein deutlicher Kontrast in erfassten Durchstrahlungsbildern ausgebildet wird und eine Trennung des Haltekörpers von dem zu untersuchenden Werkstück möglich ist. Andererseits wird oder ist der Werkstoff des Haltekörpers derart gewählt, dass das Werkstück sicher und mechanisch stabil gehalten werden kann. Ein Werkstoff des Haltekörpers ist insbesondere aufgeschäumt, das heißt er umfasst eine Vielzahl von gasförmigen Bläschen, die von Wänden aus festem Werkstoff eingeschlossen sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Haltekörper einen Werkstoff aufweist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, welche umfasst: Aluminium, Polystyrol, Polyurethan, Phenolplast, Balsaholz, Zellulose.
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Beim Anordnen des Werkstücks in der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme kann vorgesehen sein, dass das Werkstück nicht vollständig von der Aussparung umschlossen ist, sondern dass ein Überstand verbleibt. Dies ermöglicht eine einfachere Handhabung, da ein Teil des Werkstücks auch nach dessen Anordnung in der Aussparung weiterhin greifbar bleibt.
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Es kann vorgesehen sein, dass in dem Haltekörper weitere Aussparungen zum Aufnehmen weiterer zu untersuchender Werkstücke ausgebildet sind oder ausgebildet werden. Die Werkstücke können hierbei gleichartig sein. Die Werkstücke können prinzipiell aber auch unterschiedlich ausgebildet sein, insbesondere können die Werkstücke eine unterschiedliche Form aufweisen. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass die Werkstücke jeweils den kleinstmöglichen Abstand zueinander aufweisen, um insgesamt das kleinstmögliche Volumen zu umfassen, denn dies ermöglicht die bestmögliche Auflösung bzw. die kleinstmögliche Voxelgröße im Computertomographen. Die Abstände zwischen den Werkstücken müssen jedoch derart gewählt sein oder gewählt werden, dass die Werkstücke bei einer Rekonstruktion des Objektvolumens noch voneinander getrennt werden können.
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Bei einer seitlichen Anordnung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen bzw. der Aussparungen für mehrere zu untersuchende Werkstücke ist insbesondere vorgesehen, dass die Aussparungen gleichmäßig über eine Höhe des Haltekörpers verteilt werden, um einen kegelförmigen Strahlengang des Computertomographen optimal auszunutzen. Hierdurch entsteht insbesondere eine wendelförmige Anordnung der Aussparungen um eine Längsachse des Haltekörpers.
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Die Haltevorrichtung kann weitere Haltekörper mit einer oder mehreren werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen umfassen. Auf diese Weise können mehrere gleichartige und/oder unterschiedliche Werkstücke gleichzeitig in einem Computertomographen untersucht werden. Ferner ist es auch möglich, die Werkstücke zeitlich nacheinander zu untersuchen, ohne dass eine Beladetür eines Computertomographen geöffnet werden muss. Hierzu wird lediglich eine vertikale Position einer Haltevorrichtung für die Werkstücke variiert.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme derart ausgebildet wird oder ausgebildet ist, dass das Werkstück nach Anordnen in der mindestens einen werkstückindividuellen Werkstückaufnahme eine vorgegebene Position und Orientierung relativ zum Haltekörper aufweist. Die vorgegebene Position und die vorgegebene Orientierung können beispielsweise auf Grundlage von Erfahrungswerten und/oder früheren Messdaten und -analysen gewählt sein oder werden. Insbesondere bei Vorhandensein von mehreren in einem Haltekörper angeordneten zu untersuchenden Werkstücken kann eine Anordnung bzw. eine Position und/oder Orientierung der mehreren Werkstücke auch in Abhängigkeit von den jeweils anderen Werkstücken gewählt werden.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorgegebene Position und die vorgegebene Orientierung derart gewählt werden oder gewählt sind, dass Störeffekte, insbesondere Strahlungsaufhärtungseffekte und/oder Streueffekte, beim Erfassen eines Durchstrahlungsbildes des mindestens einen Werkstücks minimiert sind. Um eine hinsichtlich einer Minimierung der Störeffekte optimierte vorgegebene Position und vorgegebene Orientierung für ein zu untersuchendes Werkstück zu bestimmen, kann beispielsweise auf Grundlage von CAD-Daten des zu untersuchenden Werkstücks eine Simulation von aus unterschiedlichen Drehrichtungen und Erfassungsrichtungen erfassten Durchstrahlungsbildern unter Berücksichtigung der zugrundeliegenden Röntgenphysik durchgeführt werden. Hierbei werden bekannte Streumodelle und/oder Strahlungsaufhärtungsmodelle bzw. sonstige Störmodelle berücksichtigt. Die Kombination aus Position und Orientierung, bei der die simulierten Durchstrahlungsbilder die geringsten Störeffekte zeigen, wird anschließend als optimale Kombination für die vorgegebene Position und die vorgegebene Orientierung verwendet.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine zum Bestimmen der optimalen Position und Orientierung durchgeführte Simulation ebenfalls eine Mittenposition des Haltekörpers bzw. der Haltevorrichtung auf einem Drehtisch des Computertomographen liefert. Diese Mittenposition kann beim Rekonstruieren eines Objektvolumens im Computertomographen berücksichtigt werden. Weiter können auch Koordinaten für eine optimale Position eines Drehtisches des Computertomographen aus der Simulation abgeleitet und bereitgestellt werden. Die Koordinaten können bei einer nachfolgenden und/oder einer wiederholten Messung ein Konfigurieren des Computertomographen erleichtern und beschleunigen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Haltekörper an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist oder diese ausgebildet werden, wobei der Haltekörper an einer Unterseite komplementäre Anordnungsmittel aufweist oder diese ausgebildet werden, sodass der mindestens eine Haltekörper mit gleichartigen Haltekörpern aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass Haltekörper der Haltevorrichtung insbesondere übereinandergestapelt werden können. Hierdurch können Werkstücke auf einfache Weise in einem Computertomographen angeordnet werden. Ein zeitsparendes Be- und Entladen des Computertomographen mit zu untersuchenden Werkstücken kann hierdurch mit wenigen Schritten erfolgen, sodass Umrüstzeiten verringert werden können. Auch eine Lagerung bereits individualisierter Haltekörper bzw. Haltevorrichtungen wird durch die Anordnungsmittel vereinfacht, da Haltekörper aufeinandergestapelt und platzsparend mechanisch fixiert werden können.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnungsmittel ist eine hierdurch geschaffene Modularität der Haltevorrichtung, da die Haltevorrichtung je nach Bedarf aus einzelnen Haltekörpern zusammengestellt werden kann. Hierdurch ist es möglich, geplante Messungen vorzubereiten, indem die zu untersuchenden Werkstücke bereits vor der Messung in die jeweiligen Haltekörper angeordnet und positioniert werden. Dies kann eine Umrüstzeit von Computertomographen deutlich verringern, wodurch Kosten und Aufwand eingespart werden können.
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Bei einer Anordnung eines Werkstücks an einer Oberseite des Haltekörpers kann vorgesehen sein, dass ein Überstand des Werkstücks in einem darüber angeordneten Haltekörper kompensiert wird, indem an einer Unterseite des darüber angeordneten Haltekörpers eine entsprechende Aussparung ausgebildet ist oder wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Haltekörper eine zylindrische Form aufweist oder diese ausgebildet wird. Bei Anordnung des Haltekörpers bzw. der Haltevorrichtung auf einem Drehtisch des Computertomographen entspricht eine Zylinderachse dann insbesondere einer Drehachse des Drehtisches. Dies hat den Vorteil, dass ein Einfluss des Haltekörpers auf erfasste Durchstrahlungsbilder minimiert werden kann, da ein Durchmesser des Haltekörpers bei allen Drehrichtungen außer im Bereich der Aussparung(en) gleich ist und eine Durchstrahlungslänge bzw. eine Intensitätsabschwächung durch den Haltekörper daher weitgehend gleichbleibt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Ausbilden des Haltekörpers ein Haltekörperrohling bereitgestellt wird und die Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme in dem bereitgestellten Haltekörperrohling mittels eines subtraktiven Herstellungsverfahrens ausgebildet wird. Das subtraktive Herstellungsverfahren kann insbesondere ein Fräsverfahren umfassen, beispielsweise auf Grundlage eines Computerized Numerical Control-(CNC)-Fräsverfahrens. Zugehörige Steuerdaten bzw. CAD-Daten zum Steuern einer CNC-Fräse werden von der Steuereinrichtung berechnet und bereitgestellt. Die Steuerdaten umfassen insbesondere Angaben über die aus dem Haltekörperrohling auszufräsende Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme.
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Entsprechend hierzu kann ein Haltekörperrohling ausgebildet werden, wobei der Haltekörperrohling an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist, und wobei der Haltekörperrohling an einer Unterseite komplementäre Anordnungsmittel aufweist, sodass der Haltekörperrohling mit gleichartigen Haltekörperrohlingen und/oder Haltekörpern aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden. Der Haltekörperrohling dient insbesondere zum Ausbilden eines Haltekörpers für eine Haltevorrichtung gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Haltekörper und die Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme mittels eines additiven Herstellungsverfahrens ausgebildet werden. Das additive Herstellungsverfahren kann insbesondere ein dreidimensionales Druckverfahren umfassen. Steuerdaten für einen 3D-Drucker werden dann von der Steuereinrichtung berechnet und dem 3D-Drucker zugeführt. Der 3D-Drucker druckt anschließend schichtweise den mindestens einen Haltekörper mit der oder den Aussparung(en) für die mindestens eine werkstückindividuelle Werkstückaufnahme.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung einen Sockelkörper aufweist oder ein solcher ausgebildet wird, wobei der Sockelkörper an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist, sodass der mindestens eine Haltekörper auf dem Sockelkörper angeordnet werden kann, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden können, und wobei der Sockelkörper an einer Unterseite Verbindungsmittel aufweist, mit denen der Sockelkörper mit einem Drehtisch des Computertomographen verbunden werden kann. Der Sockelkörper ermöglicht das Ausbilden einer mechanischen Schnittstelle zwischen dem Drehtisch eines Computertomographen und den Haltekörpern. Auf der Unterseite des Sockelkörpers ist der Sockelkörper mit dem Drehtisch mechanisch verbunden. Diese mechanische Verbindung kann auf einfach lösbare Weise ausgebildet sein, beispielsweise im Wege einer Steckverbindung. Alternativ kann die mechanische Verbindung auch fixiert ausgebildet sein, beispielsweise kann es sich um eine Schraub-, Klemm- oder Rastverbindung handeln. Insbesondere ermöglicht der Sockelkörper eine einfache, sichere und vor allem zentrierte Befestigung auf einem Drehtisch des Computertomographen.
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Entsprechend hierzu kann ein Sockelkörper ausgebildet werden, wobei der Sockelkörper an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist, sodass mindestens ein Haltekörper einer Haltevorrichtung gemäß einer der beschriebenen Ausgestaltungen auf dem Sockelkörper angeordnet werden kann, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden, und wobei der Sockelkörper an einer Unterseite Verbindungsmittel aufweist, mit denen der Sockelkörper mit einem Drehtisch eines Computertomographen verbunden werden kann.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel komplementär zueinander mindestens einen Ring und mindestens eine Ringnut umfassen oder solche ausgebildet werden. Beispielsweise können die Anordnungsmittel jeweils an einer Oberseite eines zylindrischen Haltekörpers bzw. eines zylindrischen Sockelkörpers eine um einen Rand herumlaufende Ringnut aufweisen. Komplementär hierzu weist eine Unterseite des zylindrischen Haltekörpers dann einen umlaufenden Rand auf. Zwei dieser Haltekörper können dann übereinander angeordnet werden, wobei der umlaufende Rand des oberen der beiden Haltekörper in die umlaufende Ringnut des unteren der beiden Haltekörper angeordnet wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Haltekörper derart ausgebildet wird oder ausgebildet ist, dass die Anordnungsmittel eine Vielzahl von Ringen mit dazwischenliegenden Ringnuten umfassen. Insbesondere wird bzw. ist die Vielzahl der Ringe mit den dazwischenliegenden Ringnuten in einer regelmäßigen Struktur angeordnet. Abmessungen und Abstände der Ringe und der Ringnuten innerhalb der regelmäßigen Struktur werden bzw. sind hierbei insbesondere auf Abmessungen und Abstände bzw. Radien der komplementären Anordnungsmittel der Haltekörper und/oder der Adapterkörper abgestimmt, sodass Haltekörper mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere mit unterschiedlichen Durchmessern, aufeinander angeordnet werden können. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass ein Ring eines komplementären Anordnungsmittels eines Haltekörpers, der auf einem anderen (an einer Oberseite mit einer Vielzahl von Ringen und Ringnuten versehenen) Haltekörper angeordnet werden soll, zwischen zwei Ringe in eine dazwischenliegende Ringnut eingreift und hierdurch in seiner Position auf dem anderen Haltekörper fixiert werden kann. Durch die Vielzahl von Ringen mit dazwischenliegenden Ringnuten, das heißt insbesondere durch die regelmäßige Struktur aus Ringen und Ringnuten, kann eine Flexibilität beim Anordnen der Haltekörper und/oder der Adapterkörper innerhalb der Haltevorrichtung erhöht werden, da Haltekörper und/oder Adapterkörper mit unterschiedlichen Durchmessern aufeinander angeordnet und fixiert werden können. Hierdurch kann eine Art „Baukastensystem“ für die Haltekörper geschaffen werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Ring und/oder die mindestens eine Ringnut oder zumindest ein Teil der Vielzahl von Ringen mit den dazwischenliegenden Ringnuten derart ausgebildet werden oder ausgebildet sind, dass diese mindestens einen Durchbruch aufweisen, wobei der mindestens eine Durchbruch derart ausgebildet wird oder ausgebildet ist, dass dieser mit der mindestens einen werkstückindividuellen Werkstückaufnahme derart korrespondiert, dass sich ein in der mindestens einen werkstückindividuellen Werkstückaufnahme angeordnetes Werkstück durch den mindestens einen Durchbruch hindurch erstrecken kann. Hierdurch ist es möglich, einen Haltekörper zu verkleinern, da ein zu untersuchendes Werkstück nicht vollständig von dem Haltekörper umschlossen werden muss. Sind mehrere Durchbrüche vorhanden, so wird hierdurch insbesondere eine säulenartige Ringsegmentstruktur ausgebildet. Insbesondere kann hierdurch Material für den Haltekörper eingespart werden. Ferner kann hierdurch zumindest für einen herausragenden Teil des Werkstücks ein besserer Materialkontrast in erfassten Durchstrahlungsbildern erzielt werden, da ein Material des Haltekörpers diesen Teil nicht umschließt und daher den Materialkontrast nicht beeinflusst. Eine Position und eine Größe des mindestens einen Durchbruchs werden insbesondere mittels des dreidimensionalen Oberflächenmodells bestimmt und festgelegt. Insbesondere kann ein solcher Durchbruch sowohl an einer an einer Oberseite des Haltkörpers angeordneten Ringnut als auch an einem an einer Unterseite eines anderen, oberhalb des Haltekörpers mit dem betrachteten Werkstück angeordneten oder anzuordnenden, Haltekörpers angeordneten Rings ausgebildet werden bzw. ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel komplementär zueinander mindestens einen Vorsprung und mindestens eine Vorsprungaufnahme aufweisen oder diese ausgebildet werden, mit denen eine Drehposition des mindestens einen Haltekörpers in Bezug auf eine Drehachse festlegt werden kann. Insbesondere kann hierdurch eine Drehposition eines in einer werkstückindividuellen Werkstückaufnahme angeordneten Werkstücks relativ zu anderen Haltekörpern bzw. einem Sockelkörper eindeutig festgelegt werden. Bei Messungen kann hierdurch erreicht werden, dass eine Drehposition immer die gleiche ist. Dies ermöglicht eine Wiederholung von Messungen, bei denen ein zu untersuchendes Werkstück immer unter den gleichen Messbedingungen, das heißt bei immer der gleichen Drehposition bzw. unter den gleichen Drehwinkeln untersucht werden kann. Erfasste Durchstrahlungsbilder und daraus abgeleitete rekonstruierte Objektvolumina von untersuchten gleichartigen Werkstücken können verbessert miteinander verglichen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Haltekörper und/oder der Sockelkörper mindestens eine, insbesondere vertikal verlaufende, Positioniermarkierung aufweisen oder diese ausgebildet wird, mit der eine Anordnung des mindestens einen Haltekörpers und/oder des Sockelkörpers eingestellt und/oder überprüft werden kann. Dies erleichtert ein Anordnen eines Haltekörpers auf einem anderen Haltekörper oder auf dem Sockelkörper. Die Positioniermarkierung kann beispielsweise in Form einer oder mehrerer vertikal entlang einer Außenseite des Haltekörpers verlaufenden Nut ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Haltekörper derart ausgebildet wird oder ausgebildet ist, dass an der Unterseite mindestens ein werkstückindividuelles Fixierungselement ausgebildet ist. Das mindestens eine Fixierungselement wird bzw. ist insbesondere auf Grundlage des oder eines empfangenen dreidimensionalen Oberflächenmodells ausgebildet. Beispielsweise kann das mindestens eine Fixierungselement die Form einer Ausstülpung an der Unterseite des Haltekörpers aufweisen, welche bei Anordnung oberhalb des zu untersuchenden Werkstücks ein Element dieses Werkstücks durch Krafteinwirkung fixiert und/oder positioniert. Hierdurch ist es möglich, ein zu untersuchendes Werkstück, dass in einem Haltekörper unterhalb des betrachteten Haltekörpers mit dem Fixierungselement angeordnet ist, mittels des Fixierungselements in einer bestimmten Position zu fixieren. Insbesondere können hierdurch einzelne Teile des Werkstücks fixiert und/oder positioniert werden. Dies ist von Vorteil, wenn Werkstücke elastische Elemente aufweisen, die in einer vorgegebenen Position untersucht werden sollen, die in einem nicht fixierten Zustand aber eine andere als die vorgegebene Position aufweisen. Beispielsweise können flexible Elemente nach unten gehalten werden, wenn der betrachtete Haltekörper mit dem Fixierungselement auf den Haltekörper mit dem zu untersuchenden Werkstück angeordnet wird. Neben dem dreidimensionalen Oberflächenmodell des zu untersuchenden Werkstücks kann zusätzlich eine Fixierungs- und/oder Positionierungsinformation beim Ausbilden des mindestens einen Fixierungselements berücksichtigt werden. Eine solche Fixierungs- und/oder Positionierungsinformation gibt insbesondere an, auf welche Weise das Werkstück bzw. ein Teil hiervon fixiert werden soll.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine zugehörige Aussparung der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme hierbei nicht die vollständige konvexe Hülle des zu positionierenden bzw. zu fixierenden Werkstücks berücksichtigt, sondern eine auf dem dreidimensionalen Oberflächenmodell (z.B. CAD-Modell) des zu untersuchenden Werkstücks basierende, an vorgegebenen Positionen genau angepasste Struktur, die dem mindestens einen Fixierungselement als Gegenlager dient.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung mindestens einen Adapterkörper umfasst, wobei der mindestens eine Adapterkörper an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist und wobei der mindestens eine Adapterkörper an einer Unterseite komplementäre Anordnungsmittel aufweist, wobei die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel unterschiedliche Maße aufweisen, sodass der mindestens eine Adapterkörper an der Oberseite mit einem Haltekörper einer Haltevorrichtung eines ersten Maßes aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden, und wobei der mindestens eine Adapterkörper an der Unterseite mit einem Haltekörper eines zweiten Maßes oder einem Sockelkörper eines zweiten Maßes aneinander stapelbar ist.
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Entsprechend kann ein Adapterkörper ausgebildet werden, wobei der Adapterkörper an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist und wobei der Adapterkörper an einer Unterseite komplementäre Anordnungsmittel aufweist, wobei die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel unterschiedliche Maße aufweisen, sodass der Adapterkörper an der Oberseite mit einem Haltekörper einer Haltevorrichtung gemäß einer der beschriebenen Ausgestaltungen eines ersten Maßes aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden, und wobei der Adapterkörper an der Unterseite mit einem Haltekörper eines zweiten Maßes oder einem Sockelkörper eines zweiten Maßes gemäß der beschriebenen Ausgestaltungen aneinander stapelbar ist.
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Ein Adapterkörper ist bzw. wird insbesondere als Volumenkörper ausgebildet. Ein Werkstoff des Adapterkörpers ist insbesondere aufgeschäumt, das heißt er umfasst eine Vielzahl von gasförmigen Bläschen, die von Wänden aus festem Werkstoff eingeschlossen sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Adapterkörper einen Werkstoff aufweist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, welche umfasst: Aluminium, Polystyrol, Polyurethan, Phenolplast, Balsaholz, Zellulose.
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Der Adapterkörper ermöglicht es, Haltekörper unterschiedlicher Maße, bei einer zylindrischen Form insbesondere unterschiedlicher Durchmesser, aufeinander anzuordnen. Die Haltevorrichtung kann hierdurch sehr viel flexibler eingesetzt werden, insbesondere, wenn Werkstücke mit zueinander unterschiedlichen Abmessungen in jeweils zugehörigen und auf das jeweilige Werkstück abgestimmten Haltekörpern gemeinsam in einem Computertomographen untersucht werden sollen. Durch die Möglichkeit, auch bei unterschiedlichen Maßen der Haltekörper gemeinsame, zeitgleiche Messungen durchzuführen, kann Messzeit eingespart werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Adapterkörper einen mittels eines umlaufenden Ringes der komplementären Anordnungsmittel oder auf sonstige Weise an einer Unterseite ausgebildeten Hohlraum aufweist oder ein solcher ausgebildet wird. Hierdurch kann der Adapterkörper derart auf einem Haltekörper angeordnet werden, dass der gebildete Hohlraum einen über eine Oberseite des Haltekörpers aus der Aussparung hinausragenden Teil eines zu untersuchenden Werkstücks aufnehmen kann. Dies erleichtert das Stapeln von mehreren Haltekörpern übereinander. Beispielsweise können Adapterkörper mit Hohlräumen unterschiedlicher Höhe vorgesehen sein, wobei ein jeweils geeigneter Adapterkörper mit einem ausreichend großen Hohlraum dann beim Anordnen von mehreren Haltekörpern übereinander nach Bedarf ausgewählt wird. Eine Flexibilität beim Anordnen zu prüfender Werkstücke kann hierdurch weiter erhöht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass beim Herstellen des Adapterkörpers ein Überstand eines Werkstücks, das in einem darunter anzuordnenden Haltekörper angeordnet werden soll, bestimmt wird. Anschließend wird auf Grundlage des bestimmten Überstands eine Höhe des Rings des Adapterkörpers festgelegt und der Adapterkörper entsprechend hergestellt oder ausgewählt.
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In gleicher Weise kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass mindestens einer der Haltekörper einen mittels eines umlaufenden Ringes der komplementären Anordnungsmittel oder auf sonstige Weise an einer Unterseite ausgebildeten Hohlraum aufweist. Der Hohlraum wird beim Herstellen des jeweiligen Haltekörpers ausgebildet.
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In einer Ausgestaltung des Adapterkörpers ist vorgesehen, dass die Anordnungsmittel mindestens eines der Adapterkörper eine Vielzahl von Ringen mit dazwischenliegenden Ringnuten umfassen oder diese ausgebildet wird. Die Anordnungsmittel können hierbei insbesondere eine Ausgestaltung aufweisen, wie diese bereits voranstehend für Anordnungsmittel des Haltekörpers beschrieben wurden.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Adapterkörper derart ausgebildet ist oder ausgebildet wird, dass an der Unterseite mindestens ein werkstückindividuelles Fixierungselement ausgebildet ist. Hierdurch können bewegliche Elemente eines Werkstücks - wie bereits voranstehend für einen Haltekörper beschrieben - in einer vorgegebenen Position fixiert werden. Das mindestens eine werkstückindividuelle Fixierungselement kann hierbei insbesondere eine Ausgestaltung aufweisen, wie diese bereits voranstehend für ein Fixierungselement des Haltekörpers beschrieben wurde.
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Um einen individualisierten Haltekörper, beispielsweise für eine Lagerung oder Archivierung des Haltekörpers, eindeutig zu kennzeichnen, kann eine individuelle Seriennummer vorgesehen sein, mit der der Haltekörper eindeutig markiert ist bzw. markiert wird. Hierdurch kann ein Auffinden bei späterer Wiederverwendung vereinfacht werden. Die Seriennummer kann auch als maschinenlesbarer Code, beispielsweise in Form eines Barcodes oder eines Radio-Frequency Identification-(RFID)-Tags ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine automatisierte Lagerung von individualisierten Haltekörper.
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Ferner können in gleicher Weise auch Angaben zur optimalen Positionierung des (individualisierten) Haltekörpers auf einem Drehtisch eines Computertomographen, gegebenenfalls für unterschiedliche Typen von Computertomographen oder für Computertomographen unterschiedlicher Hersteller, auf dem Haltekörper angebracht werden. Die optimale Positionierung kann beispielsweise ebenfalls von der Steuereinrichtung bestimmt und/oder bereitgestellt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit zwei Haltekörpern bei einer Verwendung in einem Computertomographen;
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Haltekörpers einer Haltevorrichtung zum Halten von zwei Werkstücken;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Haltekörpers einer Haltevorrichtung zum Halten von einer Vielzahl von Werkstücken;
- 5a eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Sockelkörpers von einer Oberseite aus betrachtet;
- 5b eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Sockelkörpers von einer Unterseite aus betrachtet;
- 5c eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Sockelkörpers von einer Unterseite aus betrachtet;
- 6 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Adapterkörpers;
- 7 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Haltekörperrohlings;
- 8 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung des mittels der Vorrichtung ausgeführten Verfahrens zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück;
- 9 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des Haltekörpers von einer Oberseite aus betrachtet;
- 10a eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des Adapterkörpers von einer Oberseite aus betrachtet;
- 10b eine schematische perspektivische Darstellung der in der 10a gezeigten Ausgestaltung des Adapterkörpers von einer Unterseite aus betrachtet;
- 11 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausgestaltung der Haltevorrichtung zur Verdeutlichung der in den 10a und 10b gezeigten Ausgestaltung des Adapterkörpers.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Herstellen einer Haltevorrichtung 10 für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück gezeigt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2 und eine Bearbeitungseinrichtung 3. Die Steuereinrichtung 2 ist beispielsweise als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Die Steuereinrichtung 2 ist derart ausgebildet, ein dreidimensionales Oberflächenmodell 20 des Werkstücks 40, beispielsweise in Form von CAD-Daten, zu empfangen und auf Grundlage des empfangenen dreidimensionalen Oberflächenmodells 20 Steuerdaten 4 für die mindestens eine Bearbeitungseinrichtung 3 zu berechnen und bereitzustellen.
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Auf Grundlage des dreidimensionalen Oberflächenmodells 20 ermittelt die Steuereinrichtung 2 hierzu eine Außenkontur des zu untersuchenden Werkstücks 40, wobei ein Oberflächenverlauf bzw. eine Oberflächenkontur der Aussparung 13 auf Grundlage der aus dem dreidimensionalen Oberflächenmodell 20 ermittelten Außenkontur des Werkstücks 40 abgeleitet wird. Hierbei muss nicht die gesamte Außenkontur des zu untersuchenden Werkstücks 40 berücksichtigt werden, es können lediglich die Teile berücksichtigt werden, die bei einer Anordnung des zu untersuchenden Werkstücks 40 in der Aussparung 13 angeordnet sind.
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Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 2 zum Ableiten des Oberflächenverlaufs bzw. der Oberflächenkontur der Aussparung 13 eine Einhüllende des zu untersuchenden Werkstücks 40 berechnet.
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Sind die Steuerdaten 4 berechnet, so werden diese der Bearbeitungseinrichtung 3 zugeführt. Die Steuerdaten 4 werden beispielsweise als digitales Datenpaket in Form von STL-Daten oder STEP-Daten bereitgestellt. Die Steuerdaten 4 steuern die Bearbeitungseinrichtung 3 derart an, dass ein Haltekörper 11 mit zwei werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen 12 in Form von jeweils einer Aussparung 13 zum Aufnehmen von jeweils einem Werkstück in dem Haltekörper 11 ausgebildet wird. Der Haltekörper 11 bildet dann, gegebenenfalls zusammen mit weiteren Haltekörpern, die Haltevorrichtung 10 aus.
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Die Bearbeitungseinrichtung 3 kann prinzipiell sowohl nach einem additiven Herstellungsverfahren arbeiten als auch nach einem subtraktiven Herstellungsverfahren.
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Im ersten Fall ist die Bearbeitungseinrichtung 3 beispielsweise ein 3D-Drucker, der gesteuert durch die von der Steuereinrichtung 2 bereitgestellten Steuerdaten 4 den Haltekörper 11 mitsamt der Aussparungen 13 schichtweise druckt. Im letzteren Fall ist die Bearbeitungseinrichtung 3 beispielsweise eine CNC-Fräse, die gesteuert durch die Steuerdaten 4 aus einem Haltekörperrohling die Aussparungen 13 ausfräst.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Aussparung 13 der werkstückindividuellen Werkstückaufnahme 12 derart ausgebildet wird, dass das Werkstück 40 nach Anordnen in der mindestens einen werkstückindividuellen Werkstückaufnahme 12 eine vorgegebene Position und Orientierung relativ zum Haltekörper 11 aufweist.
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Im einfachsten Fall werden der Steuereinrichtung 2 die Position des Werkstücks 40 mittels Positionsdaten 5 und die Orientierung des Werkstücks 40 mittels Orientierungsdaten 6 manuell vorgegeben, und die Steuereinrichtung 2 berechnet die Steuerdaten 4 unter Berücksichtigung der vorgegebenen Positionsdaten 5 und der vorgegebenen Orientierungsdaten 6.
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Es kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass die vorgegebenen Positionsdaten 5 und die vorgegebenen Orientierungsdaten 6 derart gewählt werden oder gewählt sind, dass Störeffekte, insbesondere Strahlungsaufhärtungseffekte und/oder Streueffekte, beim Erfassen eines Durchstrahlungsbildes des Werkstücks 40 minimiert sind.
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Um eine hinsichtlich einer Minimierung der Störeffekte optimierte vorgegebene Position und vorgegebene Orientierung für ein zu untersuchendes Werkstück 40 zu bestimmen, kann beispielsweise auf Grundlage von CAD-Daten des zu untersuchenden Werkstücks 40 eine Simulation von aus unterschiedlichen Drehrichtungen und Erfassungsrichtungen erfassten Durchstrahlungsbildern durchgeführt werden. Hierbei werden bekannte Strahlungsaufhärtungsmodelle und/oder Streumodelle und/oder sonstige Störmodelle berücksichtigt. Auf Grundlage der simulierten Durchstrahlungsbilder wird dann eine hinsichtlich einer Minimierung der Störeffekte optimale Position und Orientierung für das Werkstück 40 bestimmt und die zugehörigen Positionsdaten 5 und Orientierungsdaten 6 der Steuereinrichtung 2 zugeführt. Die Simulation kann beispielsweise in einer Simulationseinrichtung 30 durchgeführt werden, die auch als Teil der Steuereinrichtung 2 ausgebildet sein kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Haltekörper 11 an einer Oberseite Anordnungsmittel aufweist oder diese ausgebildet werden, wobei der Haltekörper 11 an einer Unterseite komplementäre Anordnungsmittel aufweist oder diese ausgebildet werden, sodass der mindestens eine Haltekörper 11 mit gleichartigen Haltekörpern aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Anordnungsmittel ebenfalls mittels der Bearbeitungseinrichtung 3 hergestellt werden. Die Steuereinrichtung 2 berechnet dann zusätzlich Steuerdaten 4 zum Ausbilden des Anordnungsmittels und des komplementären Anordnungsmittels und stellt diese der Bearbeitungseinrichtung 3 bereit.
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Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel komplementär zueinander mindestens einen Ring und mindestens eine Ringnut umfassen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anordnungsmittel und die komplementären Anordnungsmittel komplementär zueinander mindestens einen Vorsprung und mindestens eine Vorsprungaufnahme aufweisen, mit denen eine Drehposition des mindestens einen Haltekörpers 11 in Bezug auf eine Drehachse festgelegt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der Drehtisch 102 mittels einer Linearstelleinrichtung auch vertikal verlagerbar sein kann.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Haltevorrichtung 10 nach einer Anordnung in einem Computertomographen 100 gezeigt. Der Computertomograph 100 umfasst eine Röntgenstrahlungsquelle 101, einen Drehtisch 102 auf einer Linearstelleinrichtung 103, welche den Drehtisch 102 horizontal in zwei Dimensionen verstellen kann, und einen Röntgendetektor 104.
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Die Haltevorrichtung 10 zum Halten von zu untersuchenden Werkstücken ist in einem Strahlengang 105 des Computertomographen 100 auf dem Drehtisch 102 angeordnet. Die Haltevorrichtung 10 umfasst zwei Haltekörper 11 und einen Sockelkörper 14. Die Haltekörper 11 und der Sockelkörper 14 sind übereinandergestapelt, wobei jeweils Anordnungsmittel und komplementäre Anordnungsmittel miteinander in Eingriff gebracht sind. Der Sockelkörper 14 weist an einer Unterseite Verbindungsmittel auf, über die der Sockelkörper 14 mit dem Drehtisch 102 des Computertomographen 100 verbunden ist. Hierbei können die Verbindungsmittel beispielsweise Rastmittel und/oder Klemmmittel aufweisen, mit denen der Sockelkörper 14 auf dem Drehtisch 102 fixiert werden kann. Alternativ kann der Sockelkörper 14 auch über eine magnetische Verbindung mit dem Drehtisch 102 mechanisch verbunden sein.
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Zum Messen werden zu untersuchende Werkstücke in Aussparungen von jeweils zugehörigen werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen der Haltekörper 11 angeordnet (nicht gezeigt). Dies kann bereits erfolgen, bevor die Haltekörper 11 auf dem Sockelkörper 14 angeordnet werden, beispielsweise vor der Messung und außerhalb des Strahlengangs 105 des Computertomographen. Nach dem Anordnen der Werkstücke in die werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen werden die Haltekörper 11 aufeinander angeordnet und zusammen auf dem Sockelkörper 14 angeordnet. Anschließend können Durchstrahlungsbilder in unterschiedlichen Drehposition des Drehtisches 102 erfasst werden, wobei die Haltevorrichtung 10 hierzu mitsamt den zu untersuchenden Werkstücken auf dem Drehtisch 102 gedreht wird. Nach dem Erfassen der Durchstrahlungsbilder werden die Haltekörper 11 wieder vom Sockelkörper 14 entfernt und eine weitere Messung mit anderen Haltekörpern, die „maßgeschneidert“ für andere Werkstücke sind, kann auf gleiche Weise durchgeführt werden.
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Die Haltevorrichtung 10 bzw. die Haltekörper 11 ermöglichen eine Vorbereitung einer Messung mit dem Computertomographen 100, indem Werkstücke bereits vor der eigentlichen Messung in zugehörigen, individualisierten Haltekörpern 11 angeordnet werden. Da mehrere Haltevorrichtungen 10 bzw. mehrere Haltekörper 11 unabhängig voneinander und insbesondere außerhalb des Computertomographen 100 mit Werkstücken bestückt werden können, kann eine Messzeit in einem Computertomographen 100 optimal ausgefüllt und ausgenutzt werden, da lange Umrüstzeiten bei inaktivem Computertomographen 100 minimiert werden können. Der Sockelkörper 14 kann hierbei im Computertomographen 100 verbleiben und muss nicht bei jedem Umrüstvorgang neu angeordnet und positioniert werden.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Haltekörpers 11 einer Haltevorrichtung zum Halten von zwei Werkstücken 40 (nur ein Werkstück 40 ist dargestellt) gezeigt.
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Der Haltekörper 11 umfasst zwei werkstückindividuelle Werkstückaufnahmen 12 in Form von Aussparungen 13. Die beiden Aussparungen 13 öffnen sich im gezeigten Beispiel zu einer Oberseite 15 des Haltekörpers 11 hin. Die Aussparungen 13 sind im Hinblick auf einen Oberflächenverlauf bzw. eine Oberflächenkontur derart ausgebildet, dass die Werkstücke 40 nach einem Anordnen in die werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen 12 eine vorgegebene Position und eine vorgegebene Orientierung aufweisen.
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Ferner weist der Haltekörper 11 an einer Oberseite 15 Anordnungsmittel 16 auf, welche in Form einer am Rand umlaufenden Ringnut 17 ausgebildet sind. Entsprechend weist der Haltekörper 11 an einer Unterseite 18 komplementäre Anordnungsmittel 19 in Form eines umlaufenden Rings 21 auf. Der Ring 21 kann mit einer Ringnut 17 eines gleichartigen Haltekörpers oder eines Sockelkörpers (vgl. 5a) in Eingriff gebracht werden, sodass der Haltekörper 11 auf einem anderen gleichartigen Haltekörper oder dem Sockelkörper angeordnet werden kann.
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Ferner umfassen die Anordnungsmittel 16 und die komplementären Anordnungsmittel 19 des Haltekörpers 11 komplementär zueinander einen Vorsprung 22 und eine Vorsprungaufnahme 23, mit denen eine Drehposition 24 des Haltekörpers 11 in Bezug auf eine Drehachse 25 des Haltekörpers 11 relativ zu einem anderen Haltekörper oder einem Sockelkörper festlegt werden kann.
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Um den individualisierten Haltekörper 11, beispielsweise für eine Lagerung oder Archivierung des Haltekörpers 11, eindeutig zu kennzeichnen, kann eine individuelle Seriennummer 26 vorgesehen sein, mit der der Haltekörper 11 eindeutig markiert ist. Hierdurch kann ein Auffinden bei späterer Wiederverwendung vereinfacht werden. Die Seriennummer 26 kann auch als maschinenlesbarer Code, beispielsweise in Form eines Barcodes oder eines RFID-Tags ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine automatisierte Lagerung von individualisierten Haltekörpern 11.
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Der Haltekörper 11 weist vertikal verlaufende Positioniermarkierungen 28 auf, mit der eine Anordnung des Haltekörpers 11 in Bezug auf die Drehachse 25 relativ zu einem darunter angeordneten Haltekörper oder einem Sockelkörper oder einem Drehtisch eines Computertomographen eingestellt und/oder überprüft werden kann.
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In 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Haltekörpers 11 einer Haltevorrichtung zum Halten einer Vielzahl von Werkstücken 40 (nur ein Werkstück 40 ist dargestellt) gezeigt. Der Haltekörper 11 ist prinzipiell wie der Haltekörper 11 in der in der 3 gezeigten Ausgestaltung ausgebildet, gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Merkmale und Begriffe.
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Im Gegensatz zu der in der 3 gezeigten Ausgestaltung weist der Haltekörper 11 mehrere werkstückindividuelle Werkstückaufnahmen 12 in Form von Aussparungen 13 statt an einer Oberseite 15 an einer Außenseite 27 des Haltekörpers 11 auf. Die Aussparungen 13 der werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen 12 sind an der Außenseite 27 wendelförmig versetzt in übereinanderliegenden Ebenen angeordnet. Es ist daher möglich, bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung 16 gleichartige Werkstücke 40 zeitgleich in einem einzigen Messdurchlauf im Strahlengang eines Computertomographen zu vermessen.
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Die 5a bis 5c zeigen schematische Darstellungen einer Ausgestaltung des Sockelkörpers 14. 5a zeigt eine Oberseite 15 des Sockelkörpers 14 in einer Draufsicht, die 5b und 5c zeigen in jeweils perspektivischer Darstellung verschiedene Ausgestaltungen einer Unterseite 18 des Sockelkörpers 14.
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Der Sockelkörper 14 weist an der Oberseite 15 Anordnungsmittel 16 in Form von mehreren Ringnuten 17 unterschiedlichen Durchmessers auf (5a). Da die Ringnuten 17 unterschiedliche Durchmesser aufweisen, lassen sich Haltekörper unterschiedlichen Durchmessers auf dem Sockelkörper 14 anordnen.
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Durch alle Ringnuten 17 hindurch verläuft ein radial verlaufender Steg 29, der eine Anordnung eines Haltekörpers auf dem Sockelkörper 14 hinsichtlich eines Drehwinkels bestimmt und erleichtert. Der Steg 29 bildet für jede mögliche Größe eines Haltekörpers einen Vorsprung 22, der jeweils in eine Vorsprungaufnahme 23 des jeweiligen Haltekörpers angeordnet werden kann (vgl. auch 3).
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In den in den 5b und 5c gezeigten Ausgestaltungen der Unterseite 18 des Sockelkörpers 14 sind Verbindungsmittel 31 in Form jeweils einer Magnetaussparung 32 ausgebildet. In die Magnetaussparung 32 wird jeweils ein Permanentmagnet oder eine ferromagnetische Stahlplatte angeordnet und fixiert. Der Sockelkörper 14 kann anschließend mit Hilfe des Permanentmagneten oder der ferromagnetischen Stahlplatte auf einem Drehtisch eines Computertomographen mechanisch fixiert werden. Ein Anordnen und Entfernen des Sockelkörpers 14 vom Drehtisch des Computertomographen wird hierdurch erleichtert und kommt ohne eine Schraub-, Klemm- oder Rastverbindung aus. In der in der 5b gezeigten Ausgestaltung ist die Magnetaussparung 31 kreisförmig, in der in der 5c gezeigten Ausgestaltung hingegen quadratisch ausgebildet. Ferner weist der Sockelkörper 14 Positioniermarkierungen 28 auf.
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In 6 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Adapterkörpers 50 gezeigt. Der Adapterkörper 50 weist an einer Oberseite 15 Anordnungsmittel 16 in Form einer Ringnut 17 auf. An einer Unterseite 18 weist der Adapterkörper 50 komplementäre Anordnungsmittel 19 in Form eines umlaufenden Rings 21 auf.
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Die Anordnungsmittel 16 und die komplementären Anordnungsmittel 19 weisen unterschiedliche Maße auf, sodass der Adapterkörper 50 an der Oberseite 15 mit einem Haltekörper einer Haltevorrichtung eines ersten Maßes aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel 16 des Adapterkörpers 50 und die komplementären Anordnungsmittel des Haltekörpers miteinander in Eingriff gebracht werden. An der Unterseite 18 kann der Adapterkörper 50 mit einem Haltekörper eines zweiten Maßes oder einem Sockelkörper eines zweiten Maßes aneinander gestapelt werden, indem die Anordnungsmittel des Haltekörpers oder des Sockelkörpers mit den komplementären Anordnungsmitteln des Adapterkörpers 50 miteinander in Eingriff gebracht werden. Hierdurch können Haltekörper mit unterschiedlichen Maßen gleichzeitig bei einer Messung in einem Computertomographen verwendet werden.
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Auch der Adapterkörper 50 kann Positioniermarkierungen 28 sowie einen Vorsprung 22 in Form eines Stegs 29 und eine Vorsprungaufnahme 23 aufweisen.
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In 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Haltekörperrohlings 60 gezeigt, der beispielsweise als Grundlage zum Ausbilden der in der 3 gezeigten Ausgestaltung des Haltekörpers 11 dienen kann. Der Haltekörperrohling 60 weist an einer Oberseite 15 Anordnungsmittel 16 in Form einer Ringnut 17 auf. An einer Unterseite 18 weist der Haltekörperrohling 60 komplementäre Anordnungsmittel 19 in Form eines umlaufenden Rings 21 auf, sodass der Haltekörperrohling 60 mit gleichartigen Haltekörperrohlingen 60 und/oder Haltekörpern 11 aneinander stapelbar ist, indem die Anordnungsmittel 16, 19 miteinander in Eingriff gebracht werden.
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Der Haltekörperrohling 60 kann ferner einen Vorsprung 22 und eine Vorsprungaufnahme 23 aufweisen. Diese müssen dann bei einer späteren Bearbeitung zum Ausbilden der werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen nicht mehr gesondert hergestellt werden. Weiter kann der Haltekörperrohling 60 auch vertikal verlaufende Positioniermarkierungen 28 aufweisen.
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In 8 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung des mittels der Vorrichtung ausgeführten Verfahrens zum Herstellen einer Haltevorrichtung für einen Computertomographen zum Halten von mindestens einem Werkstück gezeigt.
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In einem Verfahrensschritt 200 wird von einem Werkstück ein dreidimensionales Oberflächenmodell mittels einer Steuereinrichtung empfangen. Sollen mehrere Werkstücke in einem Haltekörper der Haltevorrichtung angeordnet werden, so werden zusätzlich dreidimensionale Oberflächenmodelle dieser Werkstücke empfangen. Das dreidimensionale Oberflächenmodell kann beispielsweise ein CAD-Modell sein, welches als Datenpaket zur Verfügung gestellt und von der Steuereinrichtung empfangen wird.
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In einem Verfahrensschritt 201 werden für unterschiedliche Positionen und Orientierungen des Werkstücks in dem Haltekörper mittels der Steuereinrichtung oder einer Simulationseinrichtung Simulationen durchgeführt, welche simulierte Durchstrahlungsbilder des in dem Haltekörper angeordneten, das heißt positionierten und orientierten, Werkstücks erzeugen. Unter Berücksichtigung weiterer Eigenschaften des Werkstücks, wie beispielsweise einem Werkstoff des Werkstücks, werden bei der Simulation auch Störeffekte, insbesondere Strahlungsaufhärtungseffekte und/oder Streueffekte, über an sich bekannte Modelle in den simulierten Durchstrahlungsbildern erzeugt. Die Position und die Orientierung des zu untersuchenden Werkstücks werden dann iterativ solange verändert, bis eine Position und eine Orientierung des zu untersuchenden Werkstücks gefunden ist, bei denen die Störeffekte minimiert sind. Der Verfahrensschritt 201 ist jedoch optional, da für unterschiedliche Positionen und Orientierungen des Werkstückes auch Schätzungen zugrunde gelegt werden können.
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In einem Verfahrensschritt 202 werden auf Grundlage des empfangenen dreidimensionalen Oberflächenmodells des Werkstücks, der im Rahmen der Simulation bestimmten vorgegebenen Position und vorgegebenen Orientierung und der dreidimensionalen CAD-Daten eines noch nicht individualisierten Haltekörpers mittels der Steuereinrichtung Steuerdaten für eine Bearbeitungseinrichtung erzeugt und bereitgestellt. Hierzu erzeugt die Steuereinrichtung beispielsweise ein dreidimensionales Modell in Form von CAD-Daten, welches den Haltekörper mit einer werkstückindividuellen Werkstückaufnahme in Form einer Aussparung modelliert. Eine Oberflächenkontur bzw. ein Oberflächenverlauf der Aussparung wird hierbei auf Grundlage einer Einhüllenden einer Außenkontur des zu untersuchenden Werkstücks mittels der Steuereinrichtung ermittelt.
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In einem Verfahrensschritt 203 werden die Steuerdaten der Bearbeitungseinrichtung zugeführt. Diese stellt anschließend den Haltekörper mit der oder den werkstückindividuellen Werkstückaufnahme(n) her. Dies kann in einem Verfahrensschritt 204 sowohl durch ein additives Herstellungsverfahren erfolgen, beispielsweise im Wege eines 3D-Drucks, oder auch in einem Verfahrensschritt 206 durch ein subtraktives Herstellungsverfahren. Hierzu kann in einem vorangehenden Verfahrensschritt 205 ein Haltekörperrohling (vgl. 7) bereitgestellt werden, der im Verfahrensschritt 206 beispielsweise mittels einer CNC-Fräse auf Grundlage der bereitgestellten Steuerdaten bearbeitet wird.
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In 9 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des Haltekörpers 11, von einer Oberseite 15 aus betrachtet, gezeigt. In der gezeigten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Anordnungsmittel 16 des Haltekörpers 11 eine Vielzahl von Ringen 21 mit dazwischenliegenden Ringnuten 17 umfasst (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem eigenen Bezugszeichen versehen). Die Ringe 21 mit den dazwischenliegenden Ringnuten 17 sind in einer regelmäßigen Struktur ausgebildet bzw. angeordnet. Hierdurch kann ein umlaufender Ring eines komplementären Anordnungsmittels eines weiteren Haltekörpers, der auf dem Haltekörper 11 angeordnet werden soll, auf der regelmäßigen Struktur angeordnet und positioniert werden. Da Abstände und Größen der Ringe 21 und der Ringnuten 17 auf die umlaufenden Ringe der komplementären Anordnungsmittel abgestimmt sind, können umlaufende Ringe der komplementären Anordnungsmittel mit unterschiedlichem Durchmesser auf der regelmäßigen Struktur angeordnet werden, indem der umlaufende Ring in eine passende Ringnut 17 eingreift.
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An einer Unterseite weist der Haltekörper 11 komplementäre Anordnungsmittel (nicht gezeigt) in Form eines umlaufenden Rings (nicht gezeigt) auf.
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Die gezeigte Ausgestaltung ermöglicht ein flexibles Anordnen von Haltekörpern mit unterschiedlichen Durchmessern aufeinander.
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Der Haltekörper 11 weist ferner Positioniermarkierungen 28 und einen Vorsprung 22 in Form eines Stegs 29 auf, welche voranstehend bereits im Zusammenhang mit anderen Ausgestaltung beschrieben wurden.
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Die gezeigte regelmäßige Struktur an der Oberseite 15 kann in gleicher Weise auf einem Adapterkörper (vgl. 6) ausgebildet werden bzw. ausgebildet sein.
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Die 10a und 10b zeigen jeweils schematische perspektivische Darstellungen einer Ausgestaltung des Adapterkörpers 50 von einer Oberseite 15 (10a) und von einer Unterseite 18 (10b) aus betrachtet.
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In der gezeigten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Anordnungsmittel 16 auf der Oberseite 15 des Adapterkörpers 50 eine Vielzahl von Ringen 21 mit dazwischenliegenden Ringnuten 17 umfassen (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle mit einem eigenen Bezugszeichen versehen). Die Ringe 21 mit den dazwischenliegenden Ringnuten 17 sind in einer regelmäßigen Struktur ausgebildet bzw. angeordnet. Prinzipiell können die Anordnungsmittel 16 des Adapterkörpers 50 jedoch auch nur eine einzige Ringnut 17 umfassen.
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Ferner ist vorgesehen, dass der Adapterkörper 50 einen mittels eines umlaufenden Ringes 21 der komplementären Anordnungsmittel 19 an der Unterseite 18 ausgebildeten Hohlraum 70 (10b) aufweist. Hierdurch kann der Adapterkörper 50 derart auf einem Haltekörper angeordnet werden, dass der gebildete Hohlraum 70 einen über eine Oberseite des Haltekörpers aus der Aussparung hinausragenden Teil eines zu untersuchenden Werkstücks aufnehmen kann. Dies erleichtert das Stapeln von mehreren Haltekörpern übereinander.
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Dies ist schematisch in der 11 gezeigt. Gezeigt ist eine Ausgestaltung der Haltevorrichtung 10 in einer Schnittdarstellung. Auf einem Sockelkörper 14 der Haltevorrichtung 10 sind aufeinander gestapelt zwei Haltekörper 11 jeweils mit einer werkstückindividuellen Werkstückaufnahme 12 und ein Adapterkörper 50 angeordnet. Umlaufende Ringe 21 greifen hierzu jeweils in Ringnuten 17 ein.
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In den werkstückindividuellen Werkstückaufnahmen 12 der Haltekörper 11 sind jeweils darin angeordnete Werkstücke 40 zur Verdeutlichung gezeigt, wobei die Werkstücke nur in einer Schnittebene dargestellt sind. Unterhalb des Adapterkörpers 50 ist ein Hohlraum 70 ausgebildet, der einen überstehenden Teil 71 des Werkstücks 40 aufnehmen kann. Der Hohlraum 70 hat in der gezeigten Ausgestaltung in der Schnittdarstellung eine rechteckige Kontur, kann prinzipiell jedoch auch eine andere geeignete Kontur aufweisen, solange ein hierdurch gebildeter Hohlraum 70 den überstehenden Teil 71 des Werkstücks aufnehmen kann.
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In gleicher Weise können auch die Haltekörper 11 mit einem derartigen Hohlraum 70 versehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Bearbeitungseinrichtung
- 4
- Steuerdaten
- 5
- Positionsdaten
- 6
- Orientierungsdaten
- 10
- Haltevorrichtung
- 11
- Haltekörper
- 12
- werkstückindividuelle Werkstückaufnahme
- 13
- Aussparung
- 14
- Sockelkörper
- 15
- Oberseite
- 16
- Anordnungsmittel
- 17
- Ringnut
- 18
- Unterseite
- 19
- komplementäre Anordnungsmittel
- 20
- dreidimensionales Oberflächenmodell
- 21
- umlaufender Ring
- 22
- Vorsprung
- 23
- Vorsprungaufnahme
- 24
- Drehposition
- 25
- Drehachse
- 26
- Seriennummer
- 27
- Außenseite
- 28
- Positioniermarkierung
- 29
- Steg
- 30
- Simulationseinrichtung
- 31
- Verbindungsmittel
- 32
- Magnetaussparung
- 40
- Werkstück
- 50
- Adapterkörper
- 60
- Haltekörperrohling
- 70
- Hohlraum
- 71
- überstehender Teil des Werkstücks
- 100
- Computertomograph
- 101
- Röntgenstrahlungsquelle
- 102
- Drehtisch
- 103
- Linearstelleinrichtung
- 104
- Röntgendetektor
- 105
- Strahlengang
- 200-206
- Verfahrensschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013003922 U1 [0005]
