KR101865434B1 - 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 x-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치 - Google Patents

조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 x-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치 Download PDF

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Abstract

조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치에 있어서, 절단 데이타 기록이 대상물의 체적 데이타 기록으로부터 결정되고, 절단 데이타 기록은 절단면에서 대상물을 나타낸다. 절단 데이타 기록은 이진화되어 이진 데이타 기록이 얻어지며, 이 이진 데이타 기록에서, 구조를 나타내는 구조 복셀(s) 및 대상물 표면을 나타내는 표면 복셀(f)이 결정된다. 위치를 결정하기 위해, 거리 데이타 기록(A)의 각 거리 복셀(a)이 표면 복셀(f)까지의 각 거리 복셀(a)의 최소 거리를 특성화하는 거리값(w)에 관련되도록 거리 데이타 기록(A)이 발생된다. 이어서, 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)이 결정되고 관련된 거리값(w)이 평가된다. 거리값(w)의 최소값을 결정함으로써, 예컨대 피스톤 표면까지의 냉각 통로의 치소 거리가 결정될 수 있다.

Description

조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치{METHOD AND EVALUATION DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF A STRUCTURE LOCATED IN AN OBJECT TO BE EXAMINED BY MEANS OF X-RAY COMPUTER TOMOGRAPHY}
본 발명은 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치에 관한 것이다.
품질 보장의 중요성 면에서 대상물 또는 부품을 X-선 컴퓨터 단층 촬영기를 사용하여 자동으로 또한 비파괴적으로 시험하는 것이 점차 증가하고 있다. 어려운 점은, 한편으로 예컨대 세공(pore) 또는 균열과 같은 재료 결함을 신뢰적으로 확인하는 것이다. 다른 한편으로는 부품의 치수 측정이 매우 중요하다라는 것이다. 하지만, 요구되는 제조 공차를 갖고 있는지의 여부를 확인하기 위한 부품의 이러한 측정은 어렵다. 원리적으로 예컨대 부품내에 있는 어떤 내부 구조의 위치를 결정하기 위해 선택된 두 점 사이의 거리는 조사될 부품의 체적 데이타 기록(X-선 컴퓨터 단층 촬영기에 의해 결정됨)으로부터 결정될 수 있지만, 이 거리 결정은 예컨대 노이즈, 산란된 방사선 또는 빔 경화와 같은 방해적인 영향으로 인해 더욱 어렵게 되는데, 이들 방해적인 영향는 체적 데이타 기록내 복셀(voxel)의 명암도(grey value)를 변화시키거나 틀리게 할 수 있기 때문이다. 더욱이, 부품의 치수 측정을 더욱 어렵게 만드는 명암도 훼손이 두개의 다른 매질(예컨대, 대상물의 재료와 내부 공동(cavity)내의 공기) 사이의 천이부에서 일어나게 된다.
본 발명의 목적은 조사될 대상물 또는 부품에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 간단하고 정확하며 자동적인 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 의 특징을 갖는 방법으로 달성된다. 먼저, X-선 단층 촬영기로 결정된 조사될 대상물 또는 부품의 투사 데이타 기록으로부터 체적 데이타 기록이 종래의 방식으로 복원된다. 다음, 공간적 위치에 대해 결정될 대상물 내의 구조를 통과하는 절단면이 정해진다. 이 구조는 예컨대 공동부(cavity)이다. 상기 절단면은 원리적으로 자유롭게 선택될 수 있으며 측정 작업으로 생성된다. 절단면에서 대상물을 이미지화하는 절단 데이타 기록이 상기 정해진 절단면의 도움으로 체적 데이타 기록으로부터 결정된다. 대상물의 표면에 대한 상기 구조의 위치를 쉽고 정확하게 결정하기 위해, 먼저 상기 절단 데이타 기록이 이진화되며, 그래서 이진 데이타 기록이 생성된다. 높은 정확도를 얻기 위해 이진화는 가능한 한 정확하게 일어나야 하며, 그래서 가능하다면 이진 데이타 기록의 복셀은 대상물에 부정확하게 할당되지 않거나 또는 대상물에 할당되지 않는다. 그러므로, 이진 데이타 기록은 대상물을 특성화하는 제 1 이진값을 갖는 복셀 및 그 대상물을 특성화하지 않는, 다시 말해, 위치에 대해 결정될 구조 주위에 있는 배경, 인공물 또는 관심 대상 외의 구조를 특성화하는 제 2 이진값을 갖는 복셀을 포함한다.
그리고, 관심 대상의 구조만 이미지화하는 복셀은 제 2 이진값을 갖는 이진 데이타 기록의 복셀로부터 결정된다. 이들 복셀을 구조 복셀이라고 한다. 이들 복셀은 예컨대, 서로의 옆에 있는 복셀들(균일하게 제 2 이진값을 가짐)이 그들의 형태, 크기, 위치 및/또는 주변에 대해 분석되도록 결정되며, 관심 대상의 구조 또는 대응하는 구조 복셀이 명확하게 결정될 수 있다. 대상물 표면에 대한 관심 대상 구조의 위치를 결정하기 위해, 대상물 표면을 이미지화하는 복셀들이 또한 이진 데이타 기록에서 결정된다. 이들 복셀을 표면 복셀이라고 한다. 대상물을 특성화하는 제 1 이진값을 갖는 복셀과 그 대상물을 특성화하지 않는 제 2 이진값을 갖는 복셀 사이의 천이부로부터 상기 표면 복셀이 이진 데이타 기록에서 생성된다. 이 천이부에 위치하며 제 1 이진값을 갖는 복셀이 표면 복셀이다.
다음, 거리 데이타 기록이 상기 결정된 표면 복셀의 도움으로 결정된다. 거리 데이타 기록의 복셀을 거리 복셀이라고 한다. 표면 복셀로부터의 각 거리 복셀의 최소 거리를 특성화하는 거리값이 각각의 거리 복셀에 할당된다. 그 최소 거리는 다른 계량, 예컨대 유클리드 계량(Euclidean metrics) 또는 맨하탄 계량 또는 시티블럭 계량에 따라 계산될 수 있다. 전체 복셀에 있는 표면 복셀로부터의 최소 거리를 특성화하는 거리값이 바람직하게 거리 복셀에 할당된다.
상기 구조 복셀에 대응하는 거리 복셀이 거리 데이타 기록 및 평가되는 그들의 거리값으로부터 선택됨으로써, 대상물 표면에 대한 상기 구조의 공간적 위치가 상기 거리 데이타 기록으로부터 쉽게 결정될 수 있다. 최소값이 예컨대 이들 거리값으로부터 결정되면, 이 최소값은 대상물 표면으로부터의 상기 구조의 최소 거리를 특성화한다. 이에 대응하여, 거리값의 최대값은 대상물 표면으로부터의 상기 구조의 최대 거리를 특성화한다.
본 발명에 따른 방법은 선택된 두 점 또는 복셀 사이의 거리를 결정하는 것에 기초하는 것이 아니고, 관심 대상 구조가 대상물 내에서 어떻게 배치되어 있는지에 상관 없이, 그 관심 대상 구조의 공간적 위치, 예컨대 대상물 표면으로부터의 최소 거리를 결정하는 것이다. 대상물에 있는 구조의 위치는 제조 공차 때문에 변할 수 있으므로, 통계적으로 또는 수동으로 선택된 두 점 또는 복셀의 거리 결정은 위치의 부정확한 결정을 초래할 수 있다. 이와는 대조적으로, 본 발명에 따른 방법에서는, 본 방법이 자동적으로 또한 위치에 관계 없이 원하는 거리값을 전달할 수 있으므로, 거리 데이타 기록의 계산 및 평가에 의해 관심 대상 구조의 위치를 간단하고 정확하게 또한 동적으로 결정할 수 있다. 알려져 있는 복셀 크기에 대한 오프셋팅으로 거리값이 길이 방향 계량 측정값으로 변환될 수 있으며, 그래서 제조 공차의 준수를 검사하기 위해 구조 데이타와의 직접적인 비교가 가능하게 된다.
청구항 2 에 따른 방법에 의하면, 표면 복셀의 방향에 기초하여 거리 데이타를 쉽게 결정할 수 있으므로 위치를 간단하고 정확하게 결정할 수 있다. 요구되는 계산 작업은 방향에 따라 라인 및/또는 열로 일어날 수 있다.
청구항 3 에 따른 방법에 의하면, 카르테시안 평가 좌표계에 대한 대상물의 위치 보정이 쉽게 가능하게 된다. 특히, 체적 데이타 기록의 보정 또는 변환에 의해, 어떤 원하는 절단면에서도 좌표계에 대한 대상물의 위치 보정이 가능하다. 따라서, 단지 하나의 변환으로 대상물은 어떤 원하는 절단면에서도 좌표계에 대해 정렬된다. 위치 보정을 위해, 체적 데이타 기록이 먼저 이진화된다. 이 이진화는 예컨대 문턱값 이진화로 일어나며, 이 이진화로 체적 데이타 기록의 복셀은 두 부류로 나누어지는데, 대상물에 속하지 않는 명암도로부터 대상물에 속하는 명암도를 분리하는 문턱값이 복셀에 속하는 명암도의 분포 함수로부터 계산된다. 그런 다음에, 체적 데이타 기록의 이진화가 상기 문턱값으로 수행된다. 좌표계에 대한 대상물의 위치를 알기 위해, 그 대상물을 통과하는 두개의 다른 보정 절단면이 먼저 정해진다. 이들 절단 보정면을 위해, 관련된 이진 보정 절단 데이타 기록(각각의 절단면에서 대상물을 이미지화함)이 이진 체적 데이타 기록으로부터 결정된다. 대상물 표면을 이미지화하는 표면 복셀의 한 좌표축에 대한 위치를 특성화하는 경사각이 각각의 보정 절단 데이타 기록으로부터 결정된다. 위치 보정에 사용되는 표면 복셀은 보정 절단면의 규정에 따라서는 거리 데이타 기록을 결정하는데 사용되는 표면 복셀과 다르며, 구별이 필요하다면 보정 표면 복셀이라고도 한다. 좌표계에 대한 대상물의 위치는 표면에 있는 보정 절단면의 교차점 및 상기 경사각으로부터 명확하게 결정된다. 체적 데이타 기록의 아핀(Affine) 변환이 상기 교차점과 경사각을 사용하여 이루어지며, 대상물 복셀에 의해 이미지화되는 대상물은 좌표계에 대한 회전 및 병진 이동으로 정렬된다.
청구항 4 에 따른 방법에 의하면, 절단 데이타 기록의 극히 정확한 이진화가 가능하게 된다. 먼저, 대상물의 가장자리가 검출되고 관련된 가장자리 복셀이 디지털 이미지 처리에서 알려져 있는 캐니(Canny) 알고리즘으로 결정된다. 결정된 가장자리로부터, 다르게 정렬되는 다수의 가상 직선들이 절단 데이타 기록의 각각의 복셀을 통과하도록 이진화가 일어나고 각각의 직선과 가장자리의 교차점의 수가 결정된다. 상기 직선의 대부분이 가장자리와의 홀수개 교차점을 가지면, 이진 데이타 기록에 있는 각각의 복셀은 대상물을 특성화하는 제 1 이진값을 받는다. 따라서, 상기 직선의 대부분이 가장자리와의 짝수개 교차점을 가지면, 이진 데이타 기록에 있는 각각의 복셀은 대상물을 특성화하지 않는 제 2 이진값을 받게 된다. 짝수는 영(zero)도 포함한다. 이 이진화 방법을 이하 캐니 이진화(Canny binarisation)라고도 할 것이다.
청구항 5 에 따른 방법에 의하면, 구조를 이미지화하는 구조 복셀의 결정이 쉽게 될 수 있다. 먼저, 이진 데이타 기록에 기초하여 연결 분석이 수행되며, 연결 영역은 그 이진 데이타 기록으로 결정되어 그렇게 정의된다. 연결 영역은 큰 이진 대상(블라브(blob))이라고도 한다. 이를 위해, 균일한 이진값을 갖는 연결된 또는 인접한 복셀들은 각각 일 영역에 할당되고 결정된 영역 및 관련된 복셀은 리스트에 표시된다. 그리고, 구조를 이미지화하는 영역을 명확히 확인하기 위해, 결정된 영역은 그들의 특성에 대해 평가를 받는다. 평가될 수 있는 전형적인 특성은 예컨대 형태, 크기, 위치 및/또는 영역의 주변이다. 이를 위해, 예컨대 일 영역에 할당되는 복셀의 수 및 그 영역의 높이와 폭이 평가된다. 평가된 특성을 사용하여 영역들이 분류되고, 따라서 구조를 이미지화하는 영역은 관련된 구조 복셀로 명확하게 결정된다.
청구항 6 에 따른 방법에 의하면, 거리 데이타 기록의 평가가 용이하게 되는데, 이는 구조 이진 데이타 기록에 대해 구조의 위치를 결정하기 위해 거리 데이타 기록을 쉽게 오프셋할 수 있기 때문이다.
청구항 7 에 따른 방법에 의하면, 결정된 구조의 상대 위치의 기준이 될 표면을 쉽게 결정할 수 있다. 표면을 이미지화하는 표면 복셀은, 이진 데이타 기록에 있는 복셀이 결정될 표면의 위치에 따라 각각의 통과 방향, 다시 말해 열 또는 라인으로 통과되도록 결정된다. 통과 방향으로 복셀을 통과할 때, 대상물에 할당되고 제 1 이진값을 갖는 복셀이 처음로 검출되고, 이 복셀이 표면 복셀이며 이에 상응하게 표시된다.
청구항 8 에 따른 방법에 의하면, 거리 데이타 기록의 계산이 간단하게 된다. 표면 이진 데이타 기록에서 표면 복셀만 제 1 이진값을 가지므로, 거리 데이타 기록의 계산을 위한 시작점이 쉽게 결정된다.
청구항 9 에 따른 방법에 의하면, 거리 데이타 기록이 쉽게 계산된다. 표면 복셀만이 제 1 이진값을 갖는 표면 이진 데이타 기록으로부터, 표면 복셀로부터의 각 복셀의 최소 거리를 특성화하는 거리값이 각 경우 다른 모든 복셀에 할당될수 있다. 표면 이진 데이타 기록은 이 할당에 의해 점진적으로 거리 데이타 기록으로 변환된다. 그러므로, 거리 데이타 기록은 영의 거리값을 갖는 표면 복셀 및 각각 할당된 거리값을 갖는 거리 복셀을 포함한다. 그러므로, 표면 이진 데이타 기록은 거리 변환에 의해 거리 데이타 기록으로 변환된다.
청구항 10 에 따른 방법에 의하면, 구조 복셀에 대응하는 거리 복셀을 쉽게 계산할 수 있다. 거리 데이타 기록에 구조 이진 데이타 기록이 곱해짐으로써, 구조 이진 데이타 기록에 의해 구조가 거리 데이타 기록으로부터 명확하게 나타난다.
청구항 11 에 따른 방법에 의하면, 제조 공차의 준수를 쉽게 검사할 수 있다. 특히, 최소값을 결정하여, 품질 보증에 특히 중요한 예컨대 최소 벽 두께를 결정할 수 있다.
청구항 12 에 따른 방법에 의하면, 환형 구조, 특히 환형 공동부 또는 통로를 검사할 수 있다. 위치의 결정은 공통 축선을 통과하는 중앙 컷(cut), 다시 말해 절단면의 도움으로 일어난다. 따라서, 미리 정해진 각거리(angular distance)에서 대상물내 구조의 위치가 결정될 수 있다. 이는 특히 위치가 검사될 환형 냉각 통로를 갖는 피스톤, 특히 실린더 피스톤에 유리하게 적용될 수 있다.
청구항 13 에 따른 방법에 의하면, 환형 구조를 따라 상기 결정된 극한값을 간단하고 정확하게 평가할 수 있다. 그 극한값은 절단면의 위치의 함수로 나타나므로, 위치 변화를 쉽게 확인할 수 있다. 상기 극한값을 재처리하여, 특히 측정 오차가 줄어든다. 상기 재처리는 예컨대 결정된 극한값이 평탄화되거나 또는 이에 기초하여 연속적인 곡선이 근사화되도록 일어난다. 또한, 계량 거리는 알려져 있는 복셀 크기에 의해 상기 결정된 극한값으로부터 계산될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 간단하고 정확하게 또한 자동적으로 결정하는 평가 장치를 제공하는 것이다.
위의 목적은 청구항 14 의 특징을 갖는 평가 장치로 달성된다. 본 발명에 따른 평가 장치의 이점은 이미 전술한 본 발명에 따른 방법의 이점에 상당한다. 특히, 평가 장치는 청구항 2 ∼ 13에 따라 또한 개량될 수 있다.
청구항 15 에 따른 X-선 컴퓨터 단층 촬영기는 조사될 대상물이 제조된 직후에 그 대상물을 시험할 수 있게 해주며, 따라서 인라인 시험이 이루어질 수 있다. 대응하는 인라인 시험 시스템은 예컨대 제조 장치 및 관련된 처리 장치를 가지며, 이 처리 장치에 의해, 제조된 대상물 또는 부품이 제조 장치에서 제거되어 X-선 컴퓨터 단층 촬영기에 이송된다. X-선 컴퓨터 단층 촬영기는 공지된 방식으로 대상물의 투사 데이타 기록을 생성하며, 이 데이타 기록으로부터 체적 데이타 기록이 복원된다. 복셀로 분할되고 각각의 관련된 명암도를 갖는 상기 체적 데이타 기록은 본 발명에 따른 방법의 기초가 된다. 체적 데이타 기록은 평가 장치에 공급되고, 이 평가 장치는 전술한 방식으로 시험 대상 구조의 위치를 결정하게 된다. 그리고, 결정된 거리값 또는 극한값을 평가하여, 상기 부품이 품질 요건에 부합하는지의 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 이점 및 상세점들은 일 실시 형태에 대한 이하의 설명으로부터 알 수 있을 것이다.
도 1 은 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 평가 장치를 갖는 X-선 컴퓨터 단층 촬영기를 구비하는 인라인 시험 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 냉각 통로로 된 구조를 갖는 피스톤으로 된 대상물을 절단면(S1)을 따라 잘라서 본 단면도를 나타낸다.
도 3 은 절단면(S1)에 속하는 피스톤의 절단 데이타 기록의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 절단면(S1)에 속하는 절단 데이타 기록의 개략도로, 피스톤이 평가 죄표계에 대해 정렬되어 있다.
도 5 는 피스톤의 표면에 대한 냉각 통로의 위치를 결정하기 위한 거리 데이타 기록의 개략도를 나타낸다.
인라인 시험 시스템(1)은 제조 장치(2), 처리 장치(3) 및 X-선 컴퓨터 단층 촬영기(4)를 갖는다. 상기 인라인 시험 시스템(1)은 피스톤 형태의 대상물(5) 또는 부품이 제조된 직후에 그 대상물 또는 부품을 시험하는데 사용된다. 피스톤(5)은 예컨대 실린더 피스톤이다. 제조 장치(2)에서 제조된 피스톤(5)은 처리 장치(3)에 의해 X-선 컴퓨터 단층 촬영기(4)에 이송될 수 있으며, 그 단층 촬영기는 제조된 피스톤(5)에 대한 시험을 수행한다.
상기 X-선 컴퓨터 단층 촬영기(4)는 X-선 발생원(6) 및 관련된 X-선 검출기(7)를 갖는다. 이들 X-선 발생원(6)과 X-선 검출기(7) 사이에는 대상물 캐리어(8)가 배치되며, 이 캐리어에 의해 상기 조사될 피스톤(5)이 위치될 수 있다.
상기 X-선 발생원(6)은 피스톤(5)의 방향으로 원추형으로 방출되는 X-방사 선(9)을 발생시키는데 사용된다. X-방사선(9)은 X-선 컴퓨터 단층 촬영기(4)의 길이 방향 중심 축선(10)에 대해 실질적으로 대칭적이다. X-선 발생원(6)은 예컨대 X-선 관 또는 선형 가속기로 되어 있으며, 이들의 구조는 알려져 있다.
상기 X-선 검출기(7)는 실질적으로 x-y 평면에 있으며, 이 평면은 x 방향 및 이에 수직인 y 방향에 의해 규정된다. 상기 길이 방향 중심 축선(10)은 z 방향을 규정하는데, 이 방향은 x-y 평면에 실질적으로 수직하다. X-선 검출기(7)는 x 및 y 방향으로 많은 수의 픽셀(pixel)(p)을 갖고 있으며, 이 픽셀은 자세하게는 p(x, y)로 표시되며, 여기서 x 는 1 ∼ nx 이고, y 는 1 ∼ ny 이다. X-선 검출기(7)는 예컨대 평면 상(image) 검출기로 되어 있는데, 이의 구조는 알려져 있다.
상기 대상물 캐리어(8)는 전기 구동 모터(11)에 의해 y 방향에 평행한 회전 축선(12)을 중심으로 회전될 수 있다. 대상물 캐리어(8) 및 그에 배치되어 있는 피스톤(5)의 회전 위치는 회전각(φ)으로 특성화되며, 이 회전각은 투사 방향을 규정한다.
상기 X-선 발생원(6), X-선 검출기(7) 및 구동 모터(11)는 신호 라인(13)에 의해 평가 장치(14)에 연결된다. 이 평가 장치(14)는 한편으로 X-선 발생원(6)과 구동 모터(11)를 제어하고 다른 한편으로는 X-선 검출기(7)에 의해 검출된 X-방사선(9)을 평가하는데 사용된다.
조사될 피스톤(5)은 피스톤 헤드(15) 및 이 피스톤 헤드에 있는 피스톤 샤프트(16)를 가지며, 이들은 유사하게 피스톤 중심 축선(17)에 대해 실질적으로 대칭적으로 형성되어 있다. 피스톤(5)은 환형 캐리어(19)를 갖고 있는데, 이 캐리어는 홈(18)에 배치되며 일반적으로 오스테나이트계 주철로 이루어진다. 피스톤(5)의 내부에는, 환형 주변 냉각 통로(20)의 형태로 된 내부 구조(20)가 형성되어 있다. 냉각 통로(20)는 피스톤 헤드(15)에 대해 경사져 배치될 수 있는데, 따라서 피스톤 헤드(15)에 대한 냉각 통로의 최소 거리(AB) 및 피스톤 샤프트(16)에 대한 냉각 통로 최소 거리(AS)는 일반적으로 냉각 통로(20)를 따라 변하게 된다. X-선 컴퓨터 단층 촬영기(4) 및 관련된 평가 장치(14)는, 피스톤 샤프트(16)에서의 냉각 통로(20)의 위치, 즉 상기 최소 거리(AB, AS)를 특히 둘레 방향 위치 또는 회전각(φ)의 함수로 결정하는데 사용된다.
이하, 피스톤(5)의 시험에 대해 설명한다. 피스톤(5)은 처리 장치(3)에 의해 제조 장치(2)로부터 제거되어 상기 대상물 캐리어(8) 상에 배치된다. 피스톤(5)은 종래의 방식으로 X-선 발생원(6)에 의해 X-방사선(9)으로 조사(irradiation)된다. X-선 검출기(7)는 그에 충돌하는 X-방사선(9)을 검출한다. 각각의 픽셀(p(x, y))에 대해, 검출된 X-방사선(9)은 대응하는 명암도로 변환된다. 명암도를 갖는 대응하는 투사 데이타 기록이 평가를 받기 위해 평가 장치(14)에 전달된다. 이 조사(irradiation) 과정은 많은 수의 회전각(φ)에 대해 반복된다. 평가 장치(14)에 의해 피스톤(5)의 체적 데이타 기록이 회전각(φ)에 대한 투사 데이타 기록으로부터 복원된다. 3차원 체적 데이타 기록은 피스톤(5)을 이미지화하고 많은 수의 체적 단위 지정 복셀(voxel)을 가지며, 이들 복셀은 각각의 명암도를 갖는다. 체적 데이타 기록은 냉각 통로(20)의 위치 결정을 위한 출발점이 된다.
먼저, 카르테시안(Cartesian) 평가 좌표계(K)에 대한 피스톤(5)의 위치 확인 및 위치 보정이 일어나며, 상기 평가 좌표계는 서로 수직인 좌표축으로 형성된다. 이들 좌표축은 아래에서 u, v 및 w로 표시될 것이다. 위치를 보정하기 위해, 피스톤 축선(17)에서 서로 교차하는 두개의 보정 절단면(S1, S2)이 규정된다. 이들 절단면(S1, S2)은 서로 수직이며 도 2 에 나타나 있다. 상기 체적 데이타 기록이 먼저 이진화되어(binarised) 이진 체적 데이타 기록을 형성한다. 이는 문턱값 이진화로 일어나는데, 이 이진화는 체적 데이타 기록의 복셀을 피스톤(5)에 할당하거나 그 피스톤(5)에 할당하지 않는다. 명암도를 신뢰적으로 이들 부류로 분리하는 문턱값이 체적 데이타 기록의 복셀에 대해 모든 명암도의 분포 함수로분터 계산된다. 그리고, 각각의 절단면(S1, S2)에서 피스톤(5)을 이미지화하는 두개의 보정 절단 데이타 기록이 이진 체적 데이타 기록에서 추출된다.
도 3 은 보정 절단면(S1)에 대한 보정 절단 데이타 기록을 나타내는데, 더 명확히 하기 위해 복셀이 피스톤(5)을 이미지화하는 대신에 피스톤(5) 자체가 이미지화되어 있다. 더 용이한 도시를 위해, 보정 절단 데이타 기록은 단지 작은 해상도, 즉 작은 수의 복셀을 갖고 있다. 보정 절단 데이타 기록에서, 피스톤(5)을 이미지화하는 복셀들은 제 1 이진값을 갖는다. 이들 복셀을 아래에서 대상물 복셀(o)이라고 할 것이다. 피스톤(5)을 이미지화하지 않는 복셀들, 다시 말해 배경과 냉각 통로(20)를 이미지화하는 복셀들은 제 2 이진값을 갖는다. 이들 복셀을 아래에서 배경 복셀(h)이라고 할 것이다. 더욱이, 피스톤(5)의 표면을 특성화하는 상기 대상물 복셀(o)을 표면 복셀(f)이라고 한다. 피스톤 헤드(15)의 표면 복셀(f)을 사용하여, u-좌표축에 대한 경사각(α)이 결정된다. 이에 따라, 절단면(S2)에 대한 보정 절단 데이타 기록에서 w-좌표축에 대한 경사각(α)이 결정된다. 상기 카르테시안 좌표계(K)에서의 피스톤(5)의 위치는 상기 경사각(α) 및 피스톤 헤드(15)의 중심점(M)으로부터 명확하게 결정된다. 상기 경사각(α) 및 중심점(M)의 도움으로 체적 데이타 기록을 아핀(affine) 변환시켜, 피스톤 헤드(15)의 표면 복셀(f)이 u-좌표축 및 w-좌표축에 평행하도록 체적 데이타 기록이 변환된다. 그러므로, 피스톤(5) 또는 이 피스톤(5)을 이미지화하는 대상물 복셀(o)은 평가 좌표계(K)에서 정렬된다. 이는 도 4 에 나타나 있다.
냉각 통로(20)의 위치를 결정하기 위해, 이제 많은 수의 중심 절단을 수행한다. 이를 위해, 절단면(S1 ∼ Sn)이 피스톤 축선(17)을 통과하여 미리 정해진 각거리에 위치된다. 예컨대, 절단면들은 1°의 각거리로 정해지며, 따라서 냉각 통로(20)를 시험하기 위해 360개의 절단면(S1 ∼ S360)이 생성된다. 그런 다음, 이 절단면(S1 ∼ Sn)에서 피스톤(5)을 이미지화하는 절단 데이타 기록이 각각의 절단면(S1 ∼ Sn)에 대해 위치 보정을 위해 변환된 체적 데이타 기록으로부터 결정되거나 추출된다. 절단면(S1)에 대한 절단 데이타 기록이 도 3 에 따른 도 4 에 나타나 있다.
먼저, 이 절단 데이타 기록이 이진화되어 이진 데이타 기록으로 된다. 가능한 한 정확한 이진화를 달성하기 위해, 절단 데이타 기록에서 피스톤(5)의 가장자리가 알려져 있는 캐니(Canny) 알고리즘으로 먼저 결정된다. 상기 가장자리는 실질적으로 피스톤(5)의 표면, 상기 홈(18) 안에 배치되는 철 링(19) 및 냉각 통로(20)로부터 생성된다. 피스톤(5)의 가장자리는 가장자리 복셀(더 자세히는 나타나 있지 않음)로 특성화된다. 상이하게 정렬된 다수의 직선(G1 ∼ G8)이 절단 데이타 기록의 각각의 복셀을 통과해 배치되며, 상기 직선(G1 ∼ G8)과 가장자리의 교차점의 수가 결정된다. 도 4 에서 이는 배경 복셀(h)과 대상물 복셀(o)에 대해 각 경우 8개의 직선(G1 ∼ G8)으로 도시되어 있다.
배경 복셀(h)에 속하는 직선(G1 ∼ G8)은 교차점을 갖지 않고/않거나 가장자리와의 짝수개 교차점을 갖는다. 이와 비교하여, 대상물 복셀(o)에 속하는 직선(G1 ∼ G8)은 각 경우 가장자리와의 홀수개 교차점을 갖는다. 결과적으로, 복셀은 피스톤(5)에 명확하게 할당되거나 또는 그 피스톤(5)에 할당되지 않을 수 있다. 상기 직선(G1 ∼ G8)의 대부분의 도움으로 결정이 이루어지므로, 가장자리 코스에서의 결함도 보상될 수 있다. 이진 데이타 기록에 있는 대상물 복셀(o)에 제 1 이진 값이 할당되고, 제 2 이진 값은 배경 복셀(h)에 할당된다.
그런 다음, 냉각 통로(20)를 이미지화하는 복셀이 이진 데이타 기록으로부터 결정된다. 이들 복셀을 아래에서 구조 복셀(s)이라고 한다. 이를 위해, 소위 연결 분석이 수행된다. 일정한 이진 값을 갖는 연결된 복셀들이 각 경우 일 영역에 할당된다. 이 영역은 또한 큰 이진 대상이라고도 한다. 상기 영역 및 관련된 복셀은 리스트에 표시된다. 그런 다음, 상기 영역은 그의 형태, 크기, 위치 및/또는 주변에 대해 평가를 받는다. 철 링(19) 및 피스톤(5) 주변의 배경 때문에, 전형적인 영역은 피스톤(5), 냉각 통로(20), 인공물이다. 이들 영역의 형태, 크기, 위치 및/또는 주변을 평가하여, 냉각 통로(20)에 속하는 구조 복셀(s)을 결정할 수 있다. 상기 영역을 평가하기 위해, 예컨대 피스톤 축선(17)의 좌측에 있는 피스톤(5)의 절반만 사용하고, 그래서 냉각 통로(20)로서 분류되는 단지 일 영역만 결정된다. 그리고, 이 영역에 대해 구조 이진 데이타 기록이 생성되는데, 여기서 구조 복셀(s)은 제 1 이진 값을 갖고 다른 모든 복셀은 제 2 이진 값을 갖는다.
그리고 피스톤(5)의 표면에 대한 표면 복셀(f)은 이진 데이타 기록으로부터 결정된다. 거리(AB, AS)가 결정될 것이므로, 한편으로 피스톤 헤드(15)의 표면 복셀(f) 및 다른 한편으로는 피스톤 샤프트(16)의 표면 복셀(f)이 결정되어야 한다. 피스톤 헤드(15)의 표면 복셀(f)을 결정하기 위해, 이진 데이타 기록이 u 좌표축의 반대측으로부터 진행하는 각각의 통과 방향으로 열로 통과된다. 통과되는 열들 중의 한 열에서 한 복셀이 처음으로 결정되면(이는 대상물 복셀(o)이고 그래서 피스톤(5)에 속한다), 이 대상물 복셀(o)은 동시에 표면 복셀(f)이 된다. 따라서, 피스톤 샤프트(16)의 표면을 결정하기 위해, 이진 데이타 기록은 v 좌표축으로부터 진행하는 라인으로 통과된다. 상기 열들 중의 한 열에서 한 복셀이 처음으로 결정되면(이는 대상물 복셀(o)이고 피스톤(5)에 속한다), 이 대상물 복셀(o)은 동시에 표면 복셀(f)이 된다. 결정된 각각의 표면에 대해 표면 이진 데이타 기록이 생성되고, 여기서 표면 복셀(f)은 제 1 이진 값을 가지며 다른 모든 복셀은 제 2 이진 값을 갖는다.
피스톤 샤프트(16)에 대한 표면 이진 데이타 기록으로부터 거리(AS)를 결정하는 것을 아래에서 설명한다. 따라서 피스톤 헤드(15)로부터의 거리(AB)는 피스톤 헤드(15)의 표면 복셀(f)에 대한 표면 이진 데이타 기록으로부터 결정된다.
표면 이진 데이타 기록으로부터, 거리 데이타 기록(A)은, 표면 복셀(f)로부터의 각 거리 복셀(a)의 최소 거리를 특성화하는 거리값(wi)(여기서, i = 1, 2, 3 등임)이 거리 데이타 기록(A)의 각각의 복셀 또는 각각의 거리 복셀(a)에 할당되도록 결정된다. 이 방법 단계를 거리 변환이라고 한다. 거리값(w)은 예컨대 유클리드 계량(Euclidean metrics) 또는 맨하탄 계량 또는 시티블럭 계량에 따라 계산될 수 있다. 도 5 는 도 3 및 4 와 비교하여 더 높은 해상도로 있는 피스톤 샤프트(16)의 표면 복셀(f)을 갖는 거리 데이타 기록(A)을 나타낸다. 상기 표면 복셀(f)로부터, 거리 복셀(a)은 거리값(w1, w2, w3 등)을 가지며, 이들 거리값은 전체 복셀에서 거리를 나타낸다. 냉각 통로(20)는 구조 복셀(s)(도 5 에도 나타나 있음)에 의해 이미지화된다. 구조 복셀(s)의 위치는 구조 이진 데이타 기록으로부터 알 수 있고, 따라서 관련된 거리값(w3 ∼ w5)이 구조 이진 데이타 기록의 도움으로 거리 데이타 기록(A)으로부터 쉽게 결정될 수 있다.
최소 거리값(w3)은 피스톤 샤프트(16)의 표면으로부터의 냉각 통로(20)의 거리(AS)의 척도이다. 상기 거리값(w3)에 복셀 크기를 곱하면, 최소 거리(AS)가 미터 단위로 얻어진다.
더 용이한 도시를 위해, 도 3 ∼ 5 에 나타나 있는 데이타 기록은 적은 수의 복셀만 갖고 있다. 데이타 기록의 복셀의 수가 많을 수록, 위치 결정의 정확도가 더 커지게 된다. 그리고 냉각 통로(20)는 많은 수의 구조 복셀(s)에 의해 이미지화되며, 이들 구조 복셀은 상이한 거리값(w)을 갖는다. 구조 복셀(s)은 관련된 거리값에 대해 전술한 방식으로 평가되어야 된다. 최소 거리(AS)를 결정하기 위해, 구조 복셀(s)에 속하는 거리값(w)으로부터 최소값이 결정되어야 한다.
전술한 평가는 모든 절단면(S1 ∼ Sn) 및 거리(AB, AS)에 대해 수행된다. 거리(AB 또는 AS)에 대한 결정된 최소값이 모든 절단면(S1 ∼ Sn)에서 점철되면, 각 경우 곡선이 생성되는데, 이 곡선은 여전히 수학적 방법으로 재처리될 수 있다. 예컨대, 가외치(outlier)인 개별적인 값들은 제거될 수 있고/있거나 연속적인 곡선이 최소값에 의해 근사화된다.
미리 정해진 두개의 점 또는 복셀 사이의 거리의 측정은 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 평가 장치를 사용해서 일어나지 않는다. 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 평가 장치는, 냉각 통로(20)가 피스톤(5)에 어떻게 배치되어 있는지에 상관 없이, 피스톤 헤드(15) 또는 피스톤 샤프트(16)의 표면으로부터 냉각 통로(20)의 최소 거리(AS 또는 AB)를 간단하고 정확하게 또한 자동으로 전달하는 것이다. 허용가능한 거리 밑으로 떨어지면, 각각의 피스톤(5)은 인라인 시험 시스템(1)에 의해 거절될 수 있다.

Claims (20)

  1. 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법으로서,
    - X-선 단층 촬영기로 결정된 상기 조사될 대상물(5)의 체적 데이타 기록을 제공하는 단계,
    - 공간적 위치에 대해 결정될 대상물(5) 내의 구조(20)를 통과하는 절단면(S1)을 정하는 단계,
    - 상기 절단면(S1)에서 대상물(5)을 이미지화하는 절단 데이타 기록을 상기 체적 데이타 기록으로부터 결정하는 단계,
    - 상기 절단 데이타 기록을 이진화하여 이진 데이타 기록을 얻는 단계,
    - 상기 이진 데이타 기록에서 상기 구조(20)를 이미지화하는 구조 복셀(structure voxel; s)을 결정하는 단계,
    - 상기 이진 데이타 기록에서 대상물(5)의 대상물 표면을 이미지화하는 표면 복셀(f)을 결정하는 단계,
    - 상기 표면 복셀(f)로부터의 각 거리 복셀(a)의 최소 거리를 특성화하는 거리값(w)이 거리 데이타 기록(A)의 각 거리 복셀(a)에 할당되도록 상기 거리 데이타 기록(A)을 결정하는 단계,
    - 상기 거리 데이타 기록(A)에서 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)을 결정하는 단계, 및
    - 상기 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)을 평가하는 단계를 포함하는, 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 거리 데이타 기록(A)의 결정 전에, 상기 표면 복셀(f) 중의 적어도 일부가 카르테시안 좌표계(K)의 좌표축(u, v, w)에 평행하게 정렬되도록 상기 체적 데이타 기록을 변환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 체적 데이타 기록은 다음과 같은 단계, 즉
    - 상기 체적 데이타 기록을 이진화하여 이진 체적 데이타 기록을 얻는 단계,
    - 대상물(5)을 통과하는 두개의 교차 보정 절단면(S1, S2)을 정하는 단계,
    - 각각의 절단면(S1, S2)에서 대상물(5)을 이미지화하는 두개의 보정 절단 데이타 기록을 상기 이진 체적 데이타 기록으로부터 결정하는 단계,
    - 대상물 표면을 이미지화하는 표면 복셀(f)의 카르테시안 좌표계(K)의 좌표축(u, v, w)에 대한 위치를 각기 특성화하는 두개의 경사각(α)을 상기 보정 절단 데이타 기록으로부터 결정하는 단계, 및
    - 상기 경사각(α)을 결정하는데 사용되는 표면 복셀(f)이 좌표축(u, v, w) 중의 하나에 각각 평행하게 되도록 상기 결정된 경사각(α)에 의해 상기 체적 데이타 기록을 변환시키는 단계에 의해 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    - 대상물(5)의 가장자리를 이미지화하는 가장자리 복셀이 상기 절단 데이타 기록에서 결정되고,
    - 상기 복셀을 통과하는 상이하게 정렬된 복수의 직선(G1 ∼ G8)과 상기 가장자리의 교차점의 수가 절단 데이타 기록에서 각각의 복셀에 대해 결정되는 가장자리 복셀의 도움으로 결정되며, 그리고
    - 상기 직선(G1 ∼ G8)의 과반수(majority)가 홀수개의 교차점을 가질 때 상기 이진 데이타 기록내의 각각의 복셀이 대상물(5)에 할당되고 또한 상기 직선(G1 ∼ G8)의 과반수가 짝수개의 교차점을 가질 때는 상기 대상물(5)에 할당되지 않도록,
    상기 절단 데이타 기록의 이진화가 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    - 균일한 이진값을 갖는 연결된 복셀들이 일 영역에 각각 할당되고,
    - 상기 영역들은 적어도 하나의 특성에 대해 평가를 받으며, 그리고
    - 상기 영역들 중의 하나는 관련된 구조 복셀(s)을 갖는 구조(20)로서 분류되도록,
    상기 이진 데이타 기록에서 구조 복셀(s)의 결정이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 구조 이진 데이타 기록이 생성되며, 이 구조 이진 데이타 기록에서 구조 복셀(s)은 제 1 이진값을 가지며 다른 모든 복셀은 제 2 이진값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 이진 데이타 기록에 있는 복셀이 일 통과 방향으로 통과되며, 그리고
    - 상기 이진 데이타 기록에 있는 복셀이 표면 복셀(f)로서 각각 결정되도록,
    상기 이진 데이타 기록에서 표면 복셀(f)의 결정이 일어나며,
    상기 표면 복셀은 대상물(5)에 할당될 때처럼 통과 방향으로의 통과 중에 처음으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 이진 데이타 기록에 있는 복셀이 일 통과 방향으로 열과 라인 중의 하나로 통과되며, 그리고
    - 상기 이진 데이타 기록에 있는 복셀이 표면 복셀(f)로서 각각 결정되도록,
    상기 이진 데이타 기록에서 표면 복셀(f)의 결정이 일어나며,
    상기 표면 복셀은 대상물(5)에 할당될 때처럼 통과 방향으로의 통과 중에 처음으로 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 표면 이진 데이타 기록이 생성되며, 이 표면 이진 데이타 기록에서 표면 복셀(f)은 제 1 이진값을 가지며 다른 모든 복셀은 제 2 이진값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 거리 데이타 기록(A)은 상기 표면 이진 데이타 기록으로부터 결정되며, 거리값(w)이 제 2 이진값이 제공된 복셀에 각각 할당되고, 상기 거리값(w)이 제공된 복셀은 거리 복셀(a)을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 결정은 구조 이진 데이타 기록에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)의 평가는 극한값이 결정되도록 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)의 평가는 최소값(w3)이 결정되도록 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 대상물(5)은 환형 구조(20)를 가지며, 상기 위치를 결정하기 위해, 복수의 절단면(S1 ∼ Sn)이 정해지며, 각각의 절단 데이타 기록이 상기 절단면(S1 ∼ Sn)에 대해 결정되어 평가를 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 환형 구조(20)는 환형 공동부인 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 절단면(S1 ∼ S2)은 공통 축선(17)을 통과하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 절단 데이타 기록에 속하는 거리 데이타 기록(A)에있는 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)의 평가는,
    - 극한값이 각각 결정되며,
    - 상기 극한값은 절단면(S1 ∼ Sn)의 함수로 나타나며, 그리고
    - 상기 극한값이 재처리되도록, 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 절단 데이타 기록에 속하는 거리 데이타 기록(A)에있는 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)의 평가는,
    - 최소값이 각각 결정되며,
    - 상기 최소값은 절단면(S1 ∼ Sn)의 함수로 나타나며, 그리고
    - 상기 최소값이 재처리되도록, 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 X-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 평가 장치로서,
    - 상기 X-선 단층 촬영기로 결정된 상기 조사될 대상물(5)의 체적 데이타 기록이 제공될 수 있고,
    - 공간적 위치에 대해 결정될 대상물(5) 내의 구조(20)를 통과하는 절단면(S1)이 정해질 수 있으며,
    - 절단면(S1)에서 대상물(5)을 이미지화하는 절단 데이타 기록이 상기 체적 데이타 기록으로부터 결정될 수 있고,
    - 상기 절단 데이타 기록이 이진화되어 이진 데이타 기록을 얻을 수 있으며,
    - 상기 구조(20)를 이미지화하는 구조 복셀(s)이 상기 이진 데이타 기록에서 결정될 수 있으며,
    - 대상물(5)의 대상물 표면을 이미지화하는 표면 복셀(f)이 상기 이진 데이타 기록에서 결정될 수 있고,
    - 상기 표면 복셀(f)로부터의 각 거리 복셀(a)의 최소 거리를 특성화하는 거리값(w)이 거리 데이타 기록(A)의 각 거리 복셀(a)에 할당되도록 상기 거리 데이타 기록(A)이 결정될 수 있으며,
    - 상기 거리 데이타 기록(A)에서 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)이 결정될 수 있고, 또한
    - 상기 구조 복셀(s)에 대응하는 거리 복셀(a)의 거리값(w)이 평가될 수 있도록,
    구성되어 있는 평가 장치.
  20. X-선 컴퓨터 단층 촬영기로서,
    - 복수의 투사 방향(φ)으로부터 X-방사선(9)을 조사될 대상물(5)에 조사(irradiation)하기 위한 X-선 발생원(6),
    - 상기 X-방사선(9)을 검출하는 X-선 검출기(7),
    - 상기 X-선 발생원(6)과 X-선 검출기(7) 사이에 대상물(5)을 위치시키는 대상물 캐리어(8), 및
    - 제 19 항에 따른 평가 장치(14)를 포함하는 X-선 컴퓨터 단층 촬영기.
KR1020137013930A 2010-11-02 2011-10-31 조사될 대상물에 있는 구조의 위치를 x-선 컴퓨터 단층 촬영기로 결정하는 방법 및 평가 장치 KR101865434B1 (ko)

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