EP2016369A1 - Verfahren zum vermessen eines festkörpers - Google Patents

Verfahren zum vermessen eines festkörpers

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Publication number
EP2016369A1
EP2016369A1 EP07725121A EP07725121A EP2016369A1 EP 2016369 A1 EP2016369 A1 EP 2016369A1 EP 07725121 A EP07725121 A EP 07725121A EP 07725121 A EP07725121 A EP 07725121A EP 2016369 A1 EP2016369 A1 EP 2016369A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
solid
surveying
values
threshold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07725121A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Neumayer
Martin Stotz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Werth Messtechnik GmbH
Original Assignee
Werth Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Werth Messtechnik GmbH filed Critical Werth Messtechnik GmbH
Publication of EP2016369A1 publication Critical patent/EP2016369A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G06T11/005—Specific pre-processing for tomographic reconstruction, e.g. calibration, source positioning, rebinning, scatter correction, retrospective gating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/045—Investigating materials by wave or particle radiation combination of at least 2 measurements (transmission and scatter)

Definitions

  • the invention is in the field of surveying methods, by means of which the shape of solids can be detected multi-dimensionally.
  • test pieces for example in the manufacture of cast parts, in which the shape and dimensional accuracy of castings must be checked by three-dimensional measurement and compared with specifications. In this step, in addition to the external shape accuracy and the presence of voids or material distortions is checked. Overall, the actual geometry data is with
  • target data for example, from a CAD system.
  • a radiographic method for example an X-ray computer tomographic method.
  • a solid to be measured is successively irradiated from several different directions, wherein usually the x-ray source is fixed and the solid body is rotated about a fixed axis.
  • a detector for example as a two-dimensionally resolving detector in the form of a CCD matrix, which detects the X-rays after passing through the solid.
  • gray values which are calculated in a known manner, taking into account the between the individual
  • Measurements completed angle of rotation can be further processed.
  • consistency limits of the solid so for example, material or density limits or outer contours and boundaries of cavities can be determined.
  • the present invention has the object to increase the reliability and accuracy of the measurement of solids by combining different surveying.
  • the invention relates to a method for measuring a solid using a first surveying method (computed tomography method) radiating through the solid in conjunction with a second measuring method for measuring at least one point of at least one surface or at least one surface of the solid.
  • Such a method using the combination of two surveying methods is basically already known from the prior art.
  • Such is already in the patent Abstract of Japan, Pub. No. 2002071345 A describes a method in which so-called surveying paths are determined by means of a first measuring method for a solid, by means of which and along which the measurement takes place by means of a second measuring method.
  • DE 10 2004 026 357 A1 discloses a device which is used for measuring an object and has an X-ray sensor system and another tactile or optical sensor system, wherein both sensor systems deliver evaluatable data in a common coordinate system.
  • the X-ray sensor system is positioned according to the detection by the other sensor. Excellent points of the object to be measured are measured by means of the further sensor system and from this geometry features are determined which are used to calibrate the X-ray sensor system.
  • CT point cloud is generated and these data are corrected with the data acquired in another way.
  • the present invention has the object to improve the interaction of such different surveying methods in terms of the result and a facilitated and accelerated implementation.
  • the object is achieved by assigning a local segmentation threshold value for the evaluation of the data obtained by the first measurement method to points of the surface of the solid body by means of the measured values obtained by the second method.
  • these threshold values are each used as a basis for the determination of further local segmentation threshold values of the surroundings of the points.
  • the result of a computed tomography is normally in the form that intensity units or gray values are assigned to specific volume units (voxels) and that edges, surfaces or material boundaries of a solid body are represented by jumps in the gray value between the voxels.
  • Such jumps are not ideal and there are often blurred or gray scale transitions in real measurement results.
  • such a computed tomography image is evaluated by defining a threshold value of the gray values representing the boundary surfaces of the solid.
  • the concept of a global threshold is generally abandoned in favor of local thresholds. These are determined by local comparison of the data determined by the second measuring method with the data determined by the first measuring method. sets. That is, by means of the second assessment method, for example, an interface of the solid is detected at one point and it is determined where the local threshold value would have to lie so that the evaluation of the measured values determined by the first method would yield the correct result.
  • This threshold value is defined as a local threshold value and also serves as a threshold value in the immediate vicinity of said location, or at least the threshold value prevailing in the immediate vicinity is determined from the threshold value defined as described. This can also be done, for example, by interpolation of the threshold values at different locations.
  • measurements are carried out by means of the second measurement method at two spaced-apart locations, from which threshold values corresponding to threshold values determined by comparison with the first measuring method are determined and defined as local threshold values. Thereupon, at the positions lying between the two measuring points, further local threshold values are defined by interpolation, which serve for the further evaluation of the data obtained by the first measuring method.
  • Threshold values can also be determined, for example, in the interior region of the solid to be measured, where no measurement data can be acquired by the second measurement method, insofar as this is a surface measurement method, for example a strip projection method.
  • the combined evaluation of the data according to the invention is possible without any problems, as long as the surveying devices for the first and the second surveying methods remain in a defined position relative to one another or are moved against each other in a defined manner.
  • the method according to the invention is particularly advantageous if the first measuring method is an X-ray computer tomography method by means of which an intensity value is assigned to each of the individual volume units.
  • the method can be advantageously applied to other types of computed tomography, such as neutron beam computer tomography.
  • the local threshold is partly known by matching the measurements from the second surveying method.
  • the same threshold value can also be used in areas in the immediate vicinity by means of the measuring point measured in the second measuring method.
  • the measuring points which are measured by means of the second measuring method can thus be spatially less densely distributed than the measuring points of the first measuring method.
  • local threshold values are determined by interpolation between known local threshold values.
  • Determination of consistency limits of the solid can be done with an accuracy that exceeds the resolution given by volume units (voxels).
  • volume units voxels
  • a plurality of adjacent volume units (voxels), at least one of which has an intensity above the local threshold and at least one intensity below the local threshold value, the point at which the threshold value is exceeded is set approximately to a range smaller than one unit volume (subvoxel accurate).
  • the local threshold is initially often set only voxel exactly, a higher accuracy can be achieved by using an iterative method. For this purpose, for example, according to the subvoxelge- nauen Determination of the point at which a body boundary is again redefined by interpolation at exactly this point the threshold locally. After the renewed determination of the threshold value, in a further iteration step, the
  • the local threshold values for the volume units are determined individually and stored in a matrix.
  • this matrix corresponds in size to the matrix with the voxel data, in which an intensity value is assigned to each individual voxel.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that the local threshold values determined in each case for the same volume units are subtracted from the intensity values determined for the individual volume units (voxels) and that thereafter the segmentation is carried out by means of a global threshold value.
  • the last process step to perform the determination of the body boundaries by means of a global threshold corresponds to the previously common method.
  • the advantage of the invention is shown in the intermediate step, in which local, different threshold values are used. This improves the resolution and accuracy and reduces the susceptibility to errors.
  • a device according to the invention for carrying out the method according to the invention advantageously has a subtraction device which, after determining the local threshold values, reduces the individual elements of the matrix of intensity values from the first memory device by the local threshold values stored in the second memory device , The results are stored in a third memory device.
  • the data stored in the third memory device can now be used for global evaluation, ie for the entire solids constant, threshold value.
  • the nonuniformities and nonlinearities which are unavoidable when using the first measuring device are optimally calculated out in the data thus cleaned up in the third memory device. The evaluation of these data thus results in an adjusted three-dimensional image of the solid to be measured.
  • the second measuring method is a surface-resolution method, in particular a strip projection method.
  • a streak projection method a known pattern, for example, a straight, parallel stripe pattern or grid lines, is projected onto the surface of the solid to be measured by means of an optical image and the image formed on the surface of the solid is taken from an angle that is typically different from the angle of incidence , From the distortions of the ideally straight stripe pattern can be closed by triangulation on the shape of the surface.
  • a stiffener projection method is the ideal supplement to a transmission method, for example a computed tomography X-ray method, in order to achieve overall accurate and reliable data not only for the externally visible surface of a solid to be measured.
  • FIG. 1 shows a flow chart which represents the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a combined measuring device
  • FIG. 3 shows a two-dimensional arrangement of voxel data and the corresponding processes during the evaluation of the data.
  • FIG. 1 shows by way of example and schematically simplified three two-dimensional fluoroscopy images 1, 2, 3, which are recorded and stored on a radiographic screen by means of an X-ray tomography method at different transillumination angles with respect to the transilluminated object as transillumination images.
  • these transillumination images which represent the solid to be measured from different angles, can be converted into a three-dimensional image of the object. It is of course possible to use far more than three images for the calculation.
  • the three-dimensional image is in the form of gray values or intensity values in a three-dimensional voxel matrix 4. Each subvolume cube of this matrix 4 is assigned a separate intensity value.
  • this measurement can contain fewer measurement points than the measurement obtained by the first measurement method, but the individual measurement points are more accurate than the computed tomography method.
  • the measurement results 5 of the image obtained by the second measurement method are included in the matrix by setting threshold values for the evaluation of the computed tomography data at the points at which they are determined on the basis of the body boundaries defined by the second measurement method, namely as local, if appropriate locally different thresholds.
  • the local threshold values are determined by interpolation of the remaining, present threshold values.
  • the body boundaries of the solid to be measured can be calculated precisely.
  • the corresponding calculation result is shown symbolically in the matrix 7 and more clearly in the pyramid 8.
  • the advantage of the final measurement result 8 lies in the fact that on the one hand partially measured values are available with the high measurement accuracy of the second measurement method, but on the other hand also where these Measurements are not present, can be obtained by the first surveying reliable values whose accuracy has been increased by using the second measurement method.
  • cavities in the solid body for example, which are not detected by means of the second measuring method, insofar as it detects a surface measurement, can be detected precisely by means of a transmission method.
  • FIG. 2 shows by way of example a device for carrying out the method according to the invention, the individual elements being shown only schematically.
  • a movement device 10 is arranged for the solid 11 to be measured, with a drivable shaft 12, a motor 13 and a gear 14 and a turntable 15.
  • the solid is firmly positioned on the turntable 15 and can be driven by the drive about the vertical axis 16 in small steps, for example, of 0.9 °, rotated and stopped therebetween.
  • an X-ray source 17 for example in the form of a microfocus X-ray tube, which radiates the solid 16 to an X-ray screen 18, and a strip projection device 19 which radiates a geometric pattern onto the solid 11 and the distortions , which result from the shaping of the solid 11, detected.
  • stiffener projection device 19 instead of the stiffener projection device 19, it is also possible to provide another surface imaging device, for example a touch device or a distance measuring device, using running time measurements and an interferometric measuring device.
  • another surface imaging device for example a touch device or a distance measuring device, using running time measurements and an interferometric measuring device.
  • the data captured by the X-ray screen 18 is passed to a computing device 20 which also receives data from the drive means 12, 13, 14 receives about the angular position of the solid 11.
  • the computing device 20 also receives the measurement results of the stiffener projection device 19.
  • the computing device can perform the calculations shown in FIG. 1 and store and process the abovementioned three-dimensional matrices.
  • the computing device 20 determines a representation of the solid 11 in three dimensions, which is for example in different views on the screen 21 d3.rstellba.r.
  • FIG. 3 a simplified schematic two-dimensional example is used to illustrate how the results of the two surveying methods are computationally combined.
  • a global threshold value for determining the shapes of the solid body between the intensity 1 and the intensity 2 could be determined, for example.
  • Measurement errors in the computed tomography measurement can be compensated.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers (11) unter Verwendung eines den Festkörper durchstrahlenden ersten Vermessungsverfahrens (Computertomographieverfahren) in Verbindung mit einem zweiten Vermessungsverfahren zur Vermessung wenigstens einer Oberfläche des Festkörpers (11), ist zur verbesserten Ausnutzung beider Vermessungsverfahren und zur optimierten Verrechnung der Ergebnisse gemäß der Erfindung vorgesehen, dass mittels der durch das zweite Verfahren gewonnen Messwerte Punkten der Oberfläche des Festkörpers jeweils ein lokaler Segmentierungsschwellwert für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten zugeordnet wird. Diese Schwellwerte können jeweils als Grundlage für die Ermittlung von weiteren lokalen Segmentierungsschwellwerten in der Umgebung der Punkte herangezogen werden.

Description

Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vermessungs- verfahren, mittels deren die Gestalt von Festkörpern mehrdimensional erfasst werden kann.
Ein Anwendungsgebiet eines solchen Verfahrens ist die industrielle Qualitätskontrolle an Prüflingen, beispielsweise bei der Gussteilefertigung, bei der die Form und Maßhaltigkeit von Gussteilen durch dreidimensionale Vermessung überprüft und mit Vorgaben verglichen werden muss. Bei diesem Schritt wird außer der äußeren Formgenauigkeit auch das Vorhandensein von Lunkern bzw. Materialverwerfungen überprüft. Ins- gesamt sind die tatsächlichen Geometriedaten mit
Soll-Daten, beispielsweise aus einem CAD-System, zu vergleichen.
Insbesondere in dem Fall, dass auch interne Struktu- ren der zu prüfenden Körper mit erfasst werden sol- len, ist es notwendig, auch ein durchstrahlendes Verfahren, beispielsweise ein röntgen-computertomogra- phisches Verfahren, zu verwenden. Bei einem derartigen Verfahren wird ein zu vermessender Festkörper nacheinander aus mehreren verschiedenen Richtungen durchstrahlt, wobei meistens die Röntgenquelle feststehend angeordnet ist und der Festkörper um eine feststehende Achse gedreht wird. Von der Röntgenquelle aus gesehen hinter dem Festkörper liegt ein Detek- tor, beispielsweise als zweidimensional auflösender Detektor in Form einer CCD-Matrix, der die Röntgenstrahlung nach Passieren des Festkörpers nachweist. Je nach Lage des Festkörpers ergeben sich verschiedene Grauwerte, die in bekannter Weise durch Berechnung unter Berücksichtigung der zwischen den einzelnen
Messungen zurückgelegten Drehwinkel weiterverarbeitet werden können.
Dadurch sind einzelnen Volumenelementen, in die der Festkörper zur Berechnung aufgeteilt wird, sog. Vo- xeln, Intensitätswerte zuordenbar, die dem Absorptionsgrad der Röntgenstrahlung in dem jeweiligen Voxel entsprechen.
Aus dem Intensitätsgrad kann auf die Konsistenz des Festkörpers in der jeweiligen Volumeneinheit geschlossen werden. Hierdurch können Konsistenzgrenzen des Festkörpers, also beispielsweise Material- oder Dichtegrenzen oder Außenkonturen sowie Grenzen von Hohlräumen bestimmt werden.
Die Erfahrung zeigt, dass derartige Messungen unter Verwendung der Röntgencomputertomographie noch nicht die gewünschte Genauigkeit erreichen. Dies liegt ei- nerseits daran, dass die verwendeten Röntgenröhren polychromatische Strahlung emittieren, jedoch auch daran, dass die Wechselwirkung der Röntgenstrahlung beim Durchgang durch die Materie nicht nur von den Absorptionseigenschaften der jeweiligen Materie, sondern auch von der Wellenlänge der Röntgenstrahlung abhängt. Zudem ergeben sich Streustrahlungseffekte, Störungen durch Strahlaufhärtung und Nichtlinearitä- ten des Detektors, wodurch sich Artefakte, Verzeichnungen und sog. Cupping-Effekte einstellen, die die Bildqualität verschlechtern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Kombination verschiedener Vermessungsverfahren die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Vermessung von Festkörpern zu erhöhen. Die Erfindung be- zieht sich dabei auf ein Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers unter Verwendung eines den Festkörper durchstrahlenden ersten Vermessungsverfahrens (Computertomographieverfahren) in Verbindung mit einem zweiten Vermessungsverfahren zur Vermessung wenigs- tens einzelner Punkte wenigstens einer Oberfläche bzw. wenigstens einer Oberfläche des Festkörpers.
Ein derartiges Verfahren unter Verwendung der Kombination zweier Vermessungsverfahren ist grundsätzlich bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So ist bereits in dem Patent Abstract of Japan, Pub. No. 2002071345 A ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels eines ersten Vermessungsverfahrens für einen Festkörper sog. Vermessungspfade festgelegt werden, anhand deren und entlang denen die Vermessung mittels eines zweiten Vermessungsverfahrens stattfindet.
Aus der DE 103 31 419 Al ist bekannt, mittels zweier Vermessungsverfahren einen Festkörper derart zu ver- messen, dass zunächst mit dem ersten Vermessungsverfahren die Position des Festkörpers erfasst wird und dass dieser mittels einer Manipulationseinrichtung darauf in den Kernerfassungsbereich eines Messsystems zur Anwendung eines zweiten Vermessungsverfahrens bewegt wird.
Bei den genannten Vermessungsverfahren findet keine wirkliche Kopplung bei der Auswertung der mittels der verschiedenen Vermessungsverfahren erfassten Daten statt.
Aus der DE 10 2004 026 357 Al ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Messen eines Objekts dient und eine Röntgensensorik sowie eine weitere taktile oder optische Sensorik aufweist, wobei beide Sensoriken in ei- nem gemeinsamen Koordinatensystem auswertbare Daten liefern. Die Röntgensensorik wird entsprechend der Erfassung durch die andere Sensorik positioniert. Es werden ausgezeichnete Punkte des zu vermessenden Objektes mittels der weiteren Sensorik vermessen und daraus Geometriemerkmale ermittelt, die zur Kalibrierung der Röntgensensorik herangezogen werden.
Aus dem Sonderdruck „Quality Engineering 6," Juni 2005 (www.qe-online.de), ist ebenfalls bekannt, meh- rere Vermessungsverfahren miteinander zu kombinieren, um insbesondere Ungenauigkeiten bei einer röntgencom- putertomographischen Messung auszugleichen. Dort werden die mittels der verschiedenen Vermessungsverfahren gelieferten Messergebnisse aufeinander abgegli- chen und Messergebnisse des ungenaueren Sensors mit
Hilfe der genaueren Informationen korrigiert. Es wird dabei zuerst eine sog. CT-Punktwolke erzeugt und diese Daten werden mit den auf andere Weise erfassten Daten korrigiert . Die vorliegende Erfindung hat sich dagegen zur Aufgabe gemacht, das Zusammenwirken derartiger verschiedener Vermessungsverfahren im Hinblick auf das Ergebnis und eine erleichterte und beschleunigte Durchführung zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels der durch das zweite Verfahren gewonnenen Messwerte Punkten der Oberfläche des Festkörpers je- weils ein lokaler Segmentierungsschwellwert für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten zugeordnet wird. Vorteilhaft kann zusätzlich vorgesehen sein, dass diese Schwellwerte jeweils als Grundlage für die Ermittlung von weiteren lokalen Segmentierungsschwellwerten der Umgebung der Punkte herangezogen werden.
Das Ergebnis einer Computertomographie liegt normalerweise in der Form vor, dass bestimmten Volumenein- heiten (Voxeln) Intensitäts- bzw. Grauwerte zugeordnet sind und dass Kanten, Flächen bzw. Materialgrenzen eines Festkörpers durch Sprünge im Grauwert zwischen den Voxeln repräsentiert sind. Derartige Sprünge sind jedoch nicht ideal und es gibt bei realen Messergebnissen oft Unscharfen oder Grauwerteübergänge. Gemäß dem Stand der Technik wird ein derartiges Computertomographiebild dadurch ausgewertet, dass ein Schwellwert der Grauwerte festgelegt wird, der die Grenzflächen des Festkörpers repräsentiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Konzept eines globalen Schwellwertes grundsätzlich zugunsten von lokalen Schwellwerten aufgegeben. Diese werden durch lokalen Vergleich der durch das zweite Vermes- sungsverfahren ermittelten Daten mit den durch das erste Vermessungsverfahren ermittelten Daten festge- legt. D.h. mittels des zweiten Vertnessungsverfahrens wird beispielsweise eine Grenzfläche des Festkörpers an einer Stelle erfasst und es wird ermittelt, wo der lokale Schwellwert liegen müsste, damit die Auswer- tung der durch das erste Verfahren ermittelten Messwerte das richtige Ergebnis liefern würde. Dieser Schwellwert wird als lokaler Schwellwert definiert und dient auch in der unmittelbaren Umgebung der genannten Stelle als Schwellwert oder zumindest wird der in der unmittelbaren Umgebung geltende Schwell- wert aus dem wie beschrieben festgelegten Schwellwert ermittelt . Dies kann beispielsweise auch durch Interpolation der Schwellwerte an unterschiedlichen Stellen geschehen. Es werden dazu mittels des zweiten VermessungsVerfahrens an zwei voneinander beabstande- ten Stellen Messungen durchgeführt, aus denen durch Vergleich mit dem ersten Vermessungsverfahren entsprechenden Schwellwerte bestimmt und als lokale Schwellwerte festgelegt werden. Darauf werden an den zwischen den beiden Messstellen liegenden Positionen durch Interpolation weitere lokale Schwellwerte definiert, die der weiteren Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten dienen.
Durch dieses Verfahren können beispielsweise auch im Innenbereich des zu vermessenden Festkörpers Schwell- werte festgelegt werden, wo keine Messdaten durch das zweite Vermessungsverfahren erfasst werden können, soweit dies ein Oberflächenvermessungsverfahren, bei- spielsweise ein Steifenprojektionsverfahren, ist.
Zur Speicherung der Intensitätsmatrix wird vorteilhafterweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Speichereinrichtung verwendet, zur Speicherung der lokalen Schwellwerte eine zweite Spei- chereinrichtung gemäß der Erfindung.
Um die aus dem zweiten Vermessungsverfahren gewonnen Daten zur Verarbeitung der aus dem ersten Verfahren gewonnen Daten verwenden zu können, ist ein genauer Abgleich, d.h. eine Umrechnung auf ein gemeinsames Koordinatensystem, notwendig. Dies wird vorteilhaft dadurch realisiert, dass zur Kalibrierung der Vermessungsverfahren zunächst ein bekannter Körper mittels des ersten und des zweiten Vermessungsverfahrens vermessen wird und dass darauf eine Koordinationstransformation zur Umrechnung der durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnen Daten in das bei dem ersten Vermessungsverfahren benutzte Koordinatensystem oder umgekehrt bestimmt wird.
Danach ist bei bekannter Koordinationstransformation die erfindungsgemäß kombinierte Auswertung der Daten ohne Probleme möglich, solange die Vermessungsein- richtungen für das erste und das zweite Vermessungs- verfahren in definierter Position zueinander bleiben oder in definierter Art gegeneinander bewegt werden.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Ver- fahren dann zu verwenden, wenn das erste Vermessungs- verfahren ein Röntgencomputertomographieverfahren ist, mittels dessen einzelnen Volumeneinheiten jeweils ein Intensitätswert zugeordnet wird.
Es kann das Verfahren jedoch vorteilhaft auch bei anderen Arten von Computertomographie, wie beispielsweise bei einer Neutronenstrahlcomputertomographie, angewendet werden.
Dabei wird jeweils eine Konsistenzgrenze bei der Auswertung der Intensitätswerte durch Bestimmung der Stelle ermittelt, an der der mittels des ersten Vermessungsverfahrens zugeordnete Intensitätswert die vorher bestimmte lokale Schwelle überschreitet .
Dabei ist die lokale Schwelle wie oben beschrieben teilweise durch Abgleich der Messungen aus dem zweiten Vermessungsverfahren bekannt. Derselbe Schwellwert kann jedoch auch in Bereichen in unmittelbarer Umgebung mittels des im zweiten Vermessungsverfahren vermessenen Messpunktes eingesetzt werden. Die Messpunkte, die mittels des zweiten Vermessungsverfahrens vermessen werden, können somit räumlich weniger dicht verteilt sein als die Messpunkte des ersten Vermessungsverfahrens .
Es kann auch vorgesehen sein, dass lokale Schwellwerte durch Interpolation zwischen bekannten lokalen Schwellwerten bestimmt werden.
Die Bestimmung von Konsistenzgrenzen des Festkörpers kann mit einer Genauigkeit erfolgen, die die durch Einteilung in Volumeneinheiten (Voxel) gegebene Auflösung übersteigt. Hierzu ist vorgesehen, dass unter Heranziehung der Intensitätswerte mehrere benachbarte Volumeneinheiten (Voxel) , von denen wenigstens einer eine über dem lokalen Schwellwert liegende Intensität und wenigstens einer eine unter dem lokalen Schwell- wert liegende Intensität aufweist, die Stelle, an der der Schwellwert überschritten wird, näherungsweise auf einen Bereich festgelegt wird, der kleiner ist als eine Volumeneinheit (subvoxelgenau) .
Da der lokale Schwellwert zunächst oft nur voxelgenau festgelegt ist, kann eine höhere Genauigkeit durch Anwendung eines iterativen Verfahrens erreicht werden. Hierzu kann beispielsweise nach der subvoxelge- nauen Festlegung der Stelle, an der eine Körpergrenze liegt, nochmals durch Interpolation an genau dieser Stelle der Schwellwert lokal neu festgelegt werden. Nach der nochmaligen Festlegung des Schwellwertes kann dann in einem weiteren Iterationsschritt die
Stelle, an der der neu vorgelegte Schwellwert überschritten wird, neu bestimmt werden.
Mit jedem Iterationsschritt ergibt sich bei diesem Verfahren eine größere Genauigkeit.
Für die automatisierte Durchführung der Auswertung ist es vorteilhaft, wenn die lokalen Schwellwerte für die Volumeneinheiten jeweils einzeln bestimmt und in einer Matrix gespeichert werden. Diese Matrix entspricht im diesem Falle in der Größe der Matrix mit den Voxeldaten, in der jeweils jedem einzelnen Voxel ein Intensitätswert zugeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass von den für die einzelnen Volumeneinheiten (Voxeln) ermittelten Intensitätswerten die jeweils für dieselben Volumeneinheiten ermittelten lokalen Schwellwerte subtrahiert werden und dass danach die Segmentierung mittels eines globalen Schwellwertes vorgenommen wird.
Damit entspricht der letzte Prozessschritt, die Bestimmung der Körpergrenzen mittels eines globalen Schwellwertes durchzuführen, dem früher üblichen Verfahren. Der Vorteil der Erfindung zeigt sich in dem Zwischenschritt, bei dem lokale, unterschiedliche Schwellwerte verwendet werden. Hierdurch werden die Auflösung und die Genauigkeit verbessert und die Feh- leranfälligkeit verringert. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist hierzu vorteilhafterweise eine Subtraktionseinrichtung auf, die nach der Bestimmung der lokalen Schwellwerte die ein- zelnen Elemente der Matrix der Intensitätswerte aus der ersten Speichereinrichtung jeweils um die lokalen Schwellwerte, die in der zweiten Speichereinrichtung gespeichert sind, verringert. Die Ergebnisse werden in einer dritten Speichereinrichtung gespeichert. Auf die Daten, die in der dritten Speichereinrichtung gespeichert sind, kann nun ein globaler, d.h. für den ganzen Festkörper gleichbleibender, Schwellwert zur Auswertung angewendet werden. Die Ungleichmäßigkeiten und Nichtlinearitäten, die bei Verwendung der ersten Vermessungseinrichtung unvermeidlich sind, sind bei den so bereinigten Daten in der dritten Speichereinrichtung optimal herausgerechnet. Die Auswertung dieser Daten ergibt somit eine bereinigte dreidimensionale Abbildung des zu vermessenden Festkörpers.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, wenn das zweite Vermessungsverfahren ein flächig auflösendes Verfahren, insbesondere ein Steifenprojektionsverfahren ist. Bei einem Steifenprojektionsverfahren wird ein bekanntes Muster, beispielsweise ein gerades, paralleles Streifenmuster oder Gitterlinien, auf die Oberfläche des zu vermessenden Festkörpers mittels einer optischen Abbildung projiziert und die auf der Oberfläche des Festkörpers entstehende Abbildung aus einem Winkel, der typischerweise vom Einstrahlwinkel unterschiedlich ist, aufgenommen. Aus den Verzerrungen des idealerweise geraden Streifenmusters lässt sich durch Triangulation auf die Form der Oberfläche schließen. Ein solches Steifenprojektionsverfahren ist die ideale Ergänzung zu einem Durchstrahlverfahren, beispielsweise einem computertomographischen Röntgenverfahren, um insgesamt genaue und zuverlässige Daten nicht nur für die nach außen sichtbare Oberfläche eines zu vermessenden Festkörpers zu erreichen.
Der Aufwand für den mechanischen Aufbau einer entsprechenden Vermessungseinrichtung und die Genauig- keit und Zuverlässigkeit der gemessenen Daten ist optimiert, wenn für das erste und das zweite Vermessungsverfahren dieselbe Manipulationseinrichtung zur Bewegung des Festkörpers verwendet wird. Typischerweise wird während einer schrittweisen Drehung des zu vermessenden Festkörpers sowohl eine Anzahl von
Durchstrahlungsbildern als auch eine entsprechende Anzahl von Oberflächenvermessungsdatensätzen aufgenommen .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 gezeigt und nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt
Figur 1 ein Flussdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren wiedergibt,
Figur 2 eine kombinierte Vermessungseinrichtung,
Figur 3 eine zweidimensionale Anordnung von Voxelda- ten und die entsprechenden Vorgänge bei der Auswertung der Daten.
Figur 1 zeigt exemplarisch und schematisch vereinfacht drei zweidimensionale Durchleuchtungsbilder 1, 2, 3, die mittels eines Röntgentoraographieverfahrens unter unterschiedlichen Durchleuchtungswinkeln bezüglich des durchleuchteten Gegenstandes als Durchleuchtungsbilder auf einem Röntgenschirm aufgenommen und gespeichert sind. Mittels des bekannten Computertomographie-Rechenverfahrens können diese Durchleuchtungsbilder, die den zu vermessenden Festkörper aus unterschiedlichen Winkeln durchleuchtet darstellen, in eine dreidimensionale Abbildung des Gegenstandes umgerechnet werden. Dabei ist es selbstverständlich möglich, auch weitaus mehr als drei Aufnahmen zur Berechnung heranzuziehen.
Die dreidimensionale Abbildung liegt in Form von Grauwerten bzw. Intensitätswerten in einer dreidimensionalen Voxelmatrix 4 vor. Jedem Teilvolumenwürfel dieser Matrix 4 ist ein gesonderter Intensitätswert zugeordnet .
Auf der rechten Seite der Figur 1 ist beispielhaft eine Abbildung einer Pyramide 5 dargestellt, die mit einem Oberflächen-Vermessungsverfahren, dem zweiten Vermessungsverfahren, erzeugt worden ist. Diese Messung kann beispielsweise weniger Messpunkte enthalten als die Messung, die durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen ist, jedoch sind die einzelnen Mess- punkte gegenüber dem Computertomographieverfahren genauer .
Die Messergebnisse 5 des durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnen Abbildes werden in die Matrix eingerechnet, indem anhand der durch das zweite Vermessungsverfahren festliegenden Körpergrenzen an den Punkten, an denen diese festgelegt sind, Schwellwerte für die Auswertung der Computertomographiedaten festgelegt werden, und zwar als lokale, gegebenenfalls lokal unterschiedliche Schwellwerte.
Dort wo nicht mittels des zweiten Vermessungsverfahrens entsprechende Informationen vorliegen, werden die lokalen Schwellwerte durch Interpolation der übrigen, vorliegenden Schwellwerte ermittelt.
Damit liegen für die gesamte Matrix 4 mit gleicher Dichte wie die Intensitätswerte auch entsprechende lokale Schwellwerte vor, die in Form der Matrix 6 dargestellt sind.
Durch Anwendung der in der Matrix 6 gespeicherten Schwellwerte auf die in der Matrix 4 gespeicherten Intensitätswerte der Computertomographie können die Körpergrenzen des zu vermessenden Festkörpers genau berechnet werden. Das entsprechende Berechnungsergebnis ist symbolisch in der Matrix 7 dargestellt und anschaulicher in der Pyramide 8. Der Vorteil des end- gültigen Messergebnisses 8 liegt nun darin, dass einerseits teilweise Messwerte mit der hohen Messgenauigkeit des zweiten Messverfahrens vorliegen, dass andererseits aber auch dort, wo diese Messwerte nicht vorliegen, mittels des ersten Vermessungsverfahrens verlässliche Werte gewonnen werden können, deren Genauigkeit durch Heranziehung des zweiten Vermessungs- verfahrens erhöht worden ist. Dadurch können beispielsweise auch Hohlräume in dem Festkörper, die mittels des zweiten Vermessungsverfahrens, soweit dieses eine Oberflächenmessung erfasst, nicht nachgewiesen werden, mittels eines Durchstrahlungsverfahrens genau erfasst werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz im Qualitätssicherungsverfahren bei der Überprüfung von Gussteilen oder ähnlichem wichtig. Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die einzelnen Elemente nur schematisch dargestellt sind. Auf einer Grundplatte 9 ist eine Bewegungsvor- richtung 10 für den zu vermessenden Festkörper 11 angeordnet, mit einer antreibbaren Welle 12, einem Motor 13 und einem Getriebe 14 sowie einem Drehteller 15. Der Festkörper ist auf dem Drehteller 15 fest positioniert und kann durch den Antrieb um die senk- rechte Achse 16 in kleinen Schritten, beispielsweise von 0,9°, gedreht und dazwischen angehalten werden.
Auf der Grundplatte 9 sind außerdem zwei Strahlquellen fest montiert, eine Röntgenquelle 17, beispiels- weise in Form einer Mikrofokusröntgenröhre, die den Festkörper 16 zu einem Röntgenschirm 18 hin durchstrahlt sowie eine Steifenprojektionsvorrichtung 19, die ein geometrisches Muster auf den Festkörper 11 strahlt und die Verzerrungen, die sich durch die Formgebung des Festkörpers 11 ergeben, detektiert.
Anstelle der Steifenprojektionsvorrichtung 19 kann auch eine andere Oberflächenabbildungsvorrichtung, beispielsweise eine Tastvorrichtung oder eine Ab- Standsmessvorrichtung, unter Verwendung von LaufZeitmessungen sowie eine interferometrische Vermessungs- einrichtung vorgesehen sein.
Wichtig ist, dass die beiden Einrichtungen 17, 19 fest zueinander positioniert sind bzw. , wenn sie gegeneinander bewegt werden, diese Bewegung in dem gemeinsamen Koordinatensystem genau definiert ist.
Die Daten, die durch den Röntgenschirm 18 aufgenommen werden, werden an eine Recheneinrichtung 20 geleitet, die auch Daten von der Antriebseinrichtung 12, 13, 14 über die Winkelstellung des Festkörpers 11 erhält. Die Recheneinrichtung 20 erhält zusätzlich auch die Messergebnisse der Steifenprojektionseinrichtung 19. Somit kann die Recheneinrichtung die anhand der Figur 1 dargestellten Rechnungen durchführen und die erwähnten dreidimensionalen Matrizen speichern und verarbeiten.
Im Ergebnis ermittelt die Recheneinrichtung 20 eine Repräsentation des Festkörpers 11 in drei Dimensionen, die beispielsweise in verschiedenen Ansichten auf dem Bildschirm 21 d3.rstellba.r ist.
Anhand der Figur 3 soll an einem vereinfachten sche- matischen zweidimensionalen Beispiel dargestellt werden, wie die Ergebnisse der beiden Vermessungsverfahren rechnerisch kombiniert werden.
Zunächst ist in der Matrix 22 eine Menge von Pixeln dargestellt, denen Intensitätswerte in Form von Zahlen zugeordnet sind. Diese stellen ein Messergebnis der Computertomographie dar.
Außerdem sind an zwei Stellen Messungen der Körper- grenze des zu vermessenden Festkörpers eingezeichnet, in Form von Strichen 23, 24. Diese Daten wurden durch das Streifenprojektionsverfahren gewonnen.
Würde nun bei der Auswertung der Tomographiedaten das Ergebnis des zweiten Vermessungsverfahrens nicht berücksichtigt, so könnte beispielsweise ein globaler Schwellwert zur Ermittelung der Formen des Festkörpers zwischen der Intensität 1 und der Intensität 2 festgelegt werden. Entsprechend würde rechnerisch überprüft, an welchen Stellen in der zweidimensionalen Matrix (in Wirklichkeit in einer dreidimensiona- len Matrix) dieser Schwellwert überschritten wird. Es ergäbe sich eine Festkörpergrenze, die in der Figur 3 im rechten Teil in der Matrix 25 strichliniert dargestellt ist und die zwischen den Pixeln, die die In- tensität 1 darstellen und den jeweiligen benachbarten Pixeln, die die Intensität 2 darstellen, verläuft.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren genutzt, so werden lokale Schwellwerte anstelle eines einzigen glo- balen Schwellwertes ermittelt, dadurch dass alle vorliegenden Messergebnisse des zweiten VermessungsVerfahrens, dargestellt durch die beiden Striche 23, 24 in der Matrix 22, berücksichtigt werden. Dies führt zu dem Ergebnis, dass im linken Teil der Matrix der lokale Schwellwert zwischen 1 und 2 liegt, während dieser im rechten Teil der Matrix, d.h. in einem anderen Bereich des Festkörpers, zwischen 2 und 3 liegt. Es wird nun näherungsweise dieser lokale Schwellwert auf Nachbarbereiche ausgeweitet und erst danach mittels der nun für die gesamte Matrix bekannten Schwellwerte die entsprechende Festkörpergrenze ermittelt. Diese stellt sich im Ergebnis in der Matrix 26 dar. Es ergibt sich deutlich ein Unterschied zu dem Ergebnis aus der Matrix 25, das unter Anwen- düng eines einzigen globalen Schwellwertes entstanden ist.
Somit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ergebnisse beider Vermessungsverfahren der- art optimiert miteinander kombiniert werden, dass
Messfehler bei der Computertomographiemessung ausgeglichen werden können.

Claims

.Patentansprüche
1. Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers (11) unter Verwendung eines den Festkörper durchstrahlenden ersten Vermessungsverfahrens in Verbindung mit einem zweiten Vermessungsverfahren zur Vermessung wenigstens einzelner Punkte wenigstens einer Oberfläche des Festkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der durch das zweite Verfahren gewonnenen Messwerte (23, 24) Punkten der Oberfläche des Festkörpers (11) jeweils ein lokaler Segmentierungsschwellwert für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnenen Daten zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordneten Schwellwerte jeweils als Grundlage für die Ermittlung von weiteren lokalen Segmentierungs- schwellwerten der Umgebung der Punkte herangezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen verschiedenen Punkten des Festkörpers, für die jeweils durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnene Messwerte (23, 24) vorliegen, Segmentierungs- schwellwerte für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten durch
Interpolation gewonnen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der Vermessungsverfahren zunächst ein bekannter Körper mittels des ersten oder zweiten Vermessungsverfahrens vermessen wird und dass darauf eine Koordinationstransformation zur Umrechnung der durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnen Daten in das bei dem ersten Vermessungsverfahren benutzte Koordinatensystem oder umgekehrt bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vermessungsverfahren ein röntgencomputertomographisches Verfahren ist, mittels dessen einzelnen Volumeneinheiten (Voxeln) jeweils ein Intensi- tätswert zugeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Vermessungsverfahren ein computertomographisches Ver- fahren ist, das sich der Neutronenstrahlung bedient .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass Konsistenzgrenzen des Festkörpers bei der Auswertung der Intensi- tätswerte durch Bestimmung der Stellen ermittelt werden, an denen die mittels des ersten Vermessungsverfahrens zugeordneten Intensitätswerte die vorbestimmten lokalen Schwellwerte überschreiten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Heranziehung der Intensitätswerte mehrerer benachbarter Volumeneinheiten (Voxel) , von denen wenigstens eine eine über dem lokalen Schwellwert liegende Intensität und wenigstens eine eine unter dem lokalen Schwellwert liegende Intensität aufweist, die Stelle, an der der Schwellwert überschritten wird, näherungsweise auf einen Bereich festgelegt wird, der kleiner ist als eine Volumeneinheit (subvoxelgenau) .
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass nach der Festlegung der Stelle nochmals durch Interpolation an genau dieser Stelle der Schwellwert festgelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der nochmaligen Festlegung des Schwellwertes in einem weite- ren Iterationsschritt die Stelle, an der der neu festgelegte Schwellwert überschritten wird, neu bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Schwellwerte für jede Volumeneinheit (Voxel) bestimmt und in einer Matrix gespeichert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den für die Volumeneinheiten ermittelten Intensitätswerten die jeweils für dieselben Volumeneinheiten ermittelten lokalen Schwellwerte subtrahiert werden und dass danach die Segmentierung mittels eines glo- balen Schwellwertes vorgenommen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Vermes- sungsverfahren ein Steifenprojektionsverfahren ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste und das zweite Vermessungsverfahren dieselbe Manipulationseinrichtung (12, 13, 14) zur Bewegung des Festkörpers (11) verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des ersten oder zweiten Vermessungsverfahrens der Festkörper (11) in festgelegten Winkelschritten um wenigstens eine Achse gedreht wird.
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