WO2016055167A1 - Verfahren und vorrichtung zur computertomografie eines werkstücks - Google Patents

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WO2016055167A1
WO2016055167A1 PCT/EP2015/051925 EP2015051925W WO2016055167A1 WO 2016055167 A1 WO2016055167 A1 WO 2016055167A1 EP 2015051925 W EP2015051925 W EP 2015051925W WO 2016055167 A1 WO2016055167 A1 WO 2016055167A1
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workpiece
correction
measurement
ray
rotation
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PCT/EP2015/051925
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Ralf Christoph
Ingomar Schmidt
Michael Hammer
Henning Stoschus
Andreas Flechtmann
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Werth Messtechnik Gmbh
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    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • G—PHYSICS
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    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
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    • 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
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G06T2207/10081—Computed x-ray tomography [CT]
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component

Definitions

  • the invention relates to a method for drift correction in a computer tomography and to a device for computer tomographic measurement of dimensional features on a workpiece.
  • the measurement deviations in computed tomographic measurements are caused by changes in position (drift) of the components used for computed tomography measurement during X-ray source, X-ray detector and mechanical axis of rotation for rotation of the workpiece or rotation of source and detector relative to each other (tumbling movements) in the rotation of the measurement object or displacements between the X-ray tube, in particular the focal spot of the X-ray tube, and the X-ray detector and the workpiece).
  • WO 2005/119174 A1 discloses, for example, methods in which a drift body is permanently tomographed. However, this does not take into account the deviations from the calibration state.
  • WO 2010/094774 A1 discloses inter alia a method in which the drift in the actual measurement is to be recognized and corrected on the basis of previously recorded radiographic images of the workpiece in a limited number of rotary positions. Again, deviations from the calibration state are not taken into account. There are also no solutions when and how the drift correction should be performed for rotational positions for which there is no pre-radiation image.
  • An object of the present invention is to develop the methods for drift correction according to the prior art, in particular to correct the drift in relation to a calibration state.
  • a method for drift correction for a computed tomography wherein a workpiece to be measured is arranged between an X-ray emitting X-ray source and an X-ray receiving X-ray detector and transmissive images in several rotational positions (measuring rotational positions) between the workpiece and Computed tomography sensors, at least consisting of X-ray source and X-ray detector, are recorded, during the measurement occurring relative movements between the X-ray source, in particular the X-ray emitting focal spot of the X-ray source, and the X-ray detector and / or the workpiece are corrected by before and / or after the measurement, preferably before the measurement, in a reduced number of desired rotational positions (interpolation points), target radiographic images are taken, which are essentially characterized by the fact that in the target Rotational positions in the measurement taken radiographic images are compared with the target radiographic images and for each target rotational position (support point) from the positional deviation of at least
  • the desired rotational positions are rotational positions of the mechanical axis of rotation about the axis of rotation about which the rotatable part of the mechanical axis of rotation is rotatable.
  • the desired rotational positions are taken on the one hand before and / or after the measurement of the workpiece to be determined target radiographic images and again in the actual measurement of the workpiece, so the recording of the radiographic images, while also taking all other rotational positions used for measurement are, namely, lie between the desired rotational positions.
  • the inclusion of radiographic images in the desired rotational positions and target radiographic images in the desired rotational positions makes them comparable. If there is absolutely no drift and no other disturbances, they are identical.
  • a computer tomography in several hundred rotational positions (measurement revolutions), usually more than 100 to a little up to 1600 rotational positions, preferably equidistant in the rotation angle range from 0 ° to about 360 ° (plus the cone angle of the X-ray detected by the detector, for illustration here neglected) are distributed and are approached step by step, recorded radiographic images (measurement transmission images) for measuring a workpiece and then reconstructed or parallel to a voxel volume.
  • the number of target radiographic images is chosen to be significantly lower, for example 4 to 100 rotational positions (nominal rotational positions, also called interpolation points).
  • the target Transmitted radiation images For the recording of the target radiographic images, however, for the same recording time, for example, only in the reduced number of 36 set rotational positions (each 10 ° offset, ie at 0 °, 10 °, 20 °,..., 350 °) the target Transmitted radiation images, whereby the measuring time, and thus the occurring drift, is about one-tenth.
  • the reduced number is therefore to be chosen as much as possible in comparison to the number of rotational positions in the actual measurement of the workpiece, at least by a factor of 4, preferably at least by a factor of 10, as explained in the example.
  • a correction for a rotational position (measuring rotational position) which corresponds to a desired rotational position, for example 10 °
  • the corresponding interpolation correction vector for the desired rotational position 10 ° can be used directly for this purpose.
  • a correction for a rotational position between the nominal rotational positions, that is, for example, at the rotational position (measurement rotational position) 15 ° are determined, only interpolation correction vectors can be used, the temporally before and / or temporally associated subsequent rotational position assigned are.
  • Temporally preceding desired rotational positions denote desired rotational positions, which are more likely to be timed during the actual measurement of the workpiece and thus at a lower rotational angle, for example (the rotational angle can also be called vice versa, then it would be a larger rotational angle).
  • these are the target rotational positions 0 ° and 10 °.
  • laterally set rotational positions are those at 20 °, 30 °,..., 350 °.
  • the target rotational positions directly before and after are those at 10 ° and 20 °.
  • the reference to a time, rather than to an angle of rotation results from the goal that each correction should be calculated from information that has as far as possible the least changed drift state with respect to the current state, since the drift phenomena to be corrected here run in time.
  • the Stütztician- correction vector of the temporally lying directly in front of target rotational position 10 ° used or the two interpolation correction vectors of temporally directly before and after lying target rotational positions 10 ° and 20 °, for example, by averaging both.
  • a rotational position of 12 ° would be fiction, interpolate between the vertex correction vectors of the desired rotational positions 10 ° and 20 °.
  • a rotational position of 42 ° is an extrapolation using the Stütztician- Correction vectors of the desired rotational positions of 0 °, 10 °, 20 °, 30 ° and 40 ° makes sense.
  • a rotational position of, for example, 142 ° it would be preferable to no longer use all interpolation correction vectors that lie ahead of time, but only the desired rotational positions that lie ahead of time, for example at 110 °, 120 °, 130 ° and 140 ° , The same applies when using the interpolation.
  • the rotational position of 142 ° one would interpolate from the interpolation correction vectors of the desired rotational positions 130 °, 140 °, 150 ° and 160 °.
  • the correction vectors associated with the rotational positions can moreover be used not only for the displacement of the radiographic images, but alternatively also for consideration in the reconstruction or for shifting the position of the components X-ray source, X-ray detector or mechanical axis of rotation relative to one another, as will be explained in detail below ,
  • the goal of the displacement of these components is that as far as possible the same conditions as at the beginning of the measurement or as when measuring the position of the components X-ray source, X-ray detector or mechanical axis of rotation are maintained to each other.
  • magnification is defined as the ratio of the two distances "X-ray source-detector" and "X-ray source-mechanical axis of rotation" in the direction of the mean propagation direction of the X-radiation and is always greater than 1. Since it is the drift to be corrected here primarily to the drift of the focal spot of the X-ray tube, however, positional changes in the direction of magnification influencing direction are rather negligible. In the perpendicular to it However, in the direction of travel, the drift of the focal spot is multiplied by the magnification multiplied into the transmission image.
  • the interpolation vector is used as the respective correction vector, which is assigned to the interpolation point lying directly in front of the current rotary position, or the respective correction vector is assigned to interpolation points from at least two interpolation points located temporally in front of the current rotary position. Correction vectors extrapolated.
  • the corrected radiographic image is ready for the reconstruction very shortly after its recording, namely immediately after the correction of the recorded radiographic image has been carried out, which takes only fractions of a second.
  • the reconstruction takes place in modern reconstruction algorithms parallel to the recording of the radiographic images and is thus completed shortly after the last transmission image. This means that sub-operations of the reconstruction are carried out from the already recorded and optionally corrected radiographic images.
  • the invention is characterized in that is used as the respective correction vector of the interpolation correction vector, which is associated with the temporally or in relation to the rotation angle to the current rotational position nearest support point.
  • the nearest support point is the target rotational position, which was taken in the measurement of the workpiece with respect to the rotational position to be corrected, ie current rotational position, in the shortest time in order to ensure minimal drift phenomena.
  • time also means here in relation to the angle of rotation.
  • the respective correction vector is interpolated from at least one interpolation point correction vector assigned temporally before and from at least one interpolation point lying temporally after the respective rotational position.
  • the invention provides that a feature on the workpiece and / or on one of the used for adjusting the rotational positions mechanical Rotary axis outgoing drift body and / or used to hold the workpiece means for fastening the workpiece (jig) for the determination of the interpolation correction vectors is used.
  • the invention provides that one or more features for determining the displacement, so the interpolation correction vectors are used.
  • a single feature such as a circle or a straight line or the like is determined in its position in the radiographic image, or that several features such as circles and lines and their location or situation are examined, or that the entire workpiece For example, its outer contour or other contours present on the radiographic image or the gray values of the pixels are used.
  • an image shift ie the displacement
  • the one or more features may therefore also be the region of the radiographic image in which the workpiece is imaged, or the radiographic image itself.
  • auxiliary equipment may be used as an alternative to features on the workpiece.
  • This can be according to the invention used for receiving the workpiece jig.
  • the center of the circle is observed and evaluated in the radiographic image.
  • drift bodies as drift balls are also provided connected directly to the mechanical axis of rotation.
  • a holder for a drift ball is connected to this holder, wherein workpiece and drift ball overlap in the radiographic image in any of the plurality of rotational positions.
  • drift bodies can also be used for determining the drift in relation to a calibration state, as will be explained in detail below.
  • drift body If such a drift body is also used for the correction of the drift during the measurement described here, the drift body must be imaged in the rotational positions in which the interpolation points are recorded in the radiographic image.
  • a measuring range must be selected in which the workpiece and drift body can be detected in a radiographic image are.
  • the desired rotational positions of the measuring range can be changed, for example by the drift body are adjusted together with the mechanical axis of rotation and the workpiece.
  • a drift introduced in a defined position for example centrally to the axis of rotation, also offers the possibility of detecting tumbling movements of the mechanical axis of rotation during the rotation. This will also be described below.
  • the invention is also characterized in that a ball (drifting ball) or a body with a spherical section is used as the drift body.
  • the invention is characterized in that the target radiographic images of the workpiece to be measured and / or drift body are recorded in different desired rotational positions, the number of desired rotational positions is significantly lower, preferably 4 to 100, as the number of Measuring rotational positions, preferably more than 100 to 1,600.
  • the rotational axis is recognizable and can be additionally corrected, as can be seen in the prior art for the wobble correction of axes of rotation. This correction is preferably carried out on the basis of the measurements for recording the target radiographic images, since during the actual measurement of the workpiece the rotational axis wobble is superimposed by drift movements of the other components, such as X-ray source and detector.
  • the desired transmission images are recorded in time directly after or during the calibration of the relative position of the X-ray sensor, the X-ray detector and the mechanical axis of rotation.
  • the workpiece can be directly in this process already also arranged with and be imaged on the detector. This means during calibration.
  • the target radiographic images are recorded directly after the calibration, ie immediately after the calibration has been completed, the calibrated body is removed from the mechanical axis of rotation, the workpiece is arranged and the desired rotational positions are taken in succession.
  • relative movements between the X-ray source, in particular the X-ray emitting focal spot of the X-ray source, and the X-ray detector and / or the workpiece are corrected before the actual measurement with respect to a calibration state, by adjusting the starting position of a Drift body at or before the measurement of the relative position of the X-ray sensor, X-ray detector and mechanical axis of rotation is determined to each other and directly before the actual measurement of the workpiece, the position of the drift body is determined again and the change in position as a start correction vector additionally for the correction is used.
  • This second alternative embodiment according to the invention for taking into account the drift in relation to the calibration state is based on the separate determination of a separate correction in the form of a single start correction vector. This is used in addition to the drift occurring during the measurement and the thereby determined correction vectors for the correction of all rotational positions alike.
  • the target radiographic images are therefore not determined in the context of the calibration, but only immediately before the actual measurement of the workpiece.
  • the drift to the calibration state is thus not contained in the correction vectors determined therefrom and is therefore taken into account by the start correction vector.
  • the resulting total correction therefore consists of the start correction vector and the respective correction vector.
  • the two vectors can be combined together to form a correction.
  • a start correction vector and the respective correction vector are added for the correction.
  • the drift to the calibration state is automatically taken into account in the correction vectors and a start correction vector is not necessary.
  • the start correction vector is the difference of the starting position during or directly after the calibration and the position of the drift body determined directly before the actual measurement of the workpiece.
  • Starting position or position of the drift body determined before the measurement are respectively determined by preferably recording a radiographic image in the starting rotational position, that is to say the 0 ° rotational position, of the mechanical axis of rotation and determining the position of the drift body in this position.
  • the determination is also possible by means of a turnover measurement, wherein the positions consist of two positions offset by 180 ° from one another (eg 0 ° and 0 °) 180 ° position) are averaged. Other rotational positions are possible.
  • the same or the same (in envelope measurement) rotational positions for the determination of the starting position and the determination of the position is used shortly before the measurement.
  • the position determination can be carried out in any rotational position, even in different rotational positions for the starting position and the position immediately before the measurement, since the drift body then only changes its position when rotating the mechanical axis of rotation due to the drift to be determined , This also applies if the position of the drift body relative to the axis of rotation axis and the exact angle of rotation are known and from these values the position of the drift body are transformed into a common angle of rotation for the starting position and the position immediately before the measurement. In general, these two variants are too inaccurate.
  • a part of the jig of the workpiece or the workpiece itself may be used, inasmuch as the corresponding part or the workpiece during measuring or shortly thereafter already arranged and measured on the mechanical axis of rotation.
  • the radiographic images are shifted before a reconstruction by the respectively assigned correction vector or
  • the respective correction vector is taken into account in the reconstruction of the respective radiographic image, preferably by using the correction vector for adapting the geometric vectors assigned to the respective radiographic image, or
  • the relative position between the X-ray source and / or the X-ray detector and / or the workpiece is changed by positioning the respective component before the respective radiographic image is recorded by the respective correction component, wherein at the interpolation points before the positioning a radiographic image for determining the respective interpolation point Correction vector is recorded.
  • the three alternative ways of attaching the correction described here can each be used alone or in combination.
  • the corrections for individual spatial directions of the correction vector can be made by moving positioning axes, and for other spatial directions by image shifting or consideration during reconstruction, for example if no positioning axis is available for this spatial direction or if this permits slow or inaccurate movements, respectively.
  • a remaining deviation in the positioning can be eliminated by an image shift or consideration during the reconstruction.
  • the correction vector used for the positioning is the vertex correction vector, which, however, must first be determined. This is done according to the invention by recording a radiographic image before positioning, which is discarded after positioning. Only after the shift, the final radiographic image is recorded.
  • the consideration in the reconstruction means that the geometry vectors already assigned to each radiographic image, ie the vectors which describe the position of the radiographic image among other things with regard to the x-ray source and the mechanical axis of rotation, which enter into the reconstruction together with the radiographic images, are changed accordingly.
  • This has the advantage that shifting the radiographic images themselves, usually associated with time-consuming restocking and resampling to a common pixel grid, can be omitted.
  • the invention is characterized in that from the positional deviation of several features to each other or more sections of a feature to each other a change in size and / or rotation is determined, which is used to make a correction of the respective radiographic image by scaling and / or rotation and / or corresponding displacement of the components X-ray source, X-ray detector and workpiece to each other.
  • a rotation of the transmission image for example, due to a tilting of the mechanical axis of rotation detected and corrected.
  • a change in size for example triggered by a modified magnification due to the changed distance between the mechanical axis of rotation and X-ray tube or mechanical axis and X-ray detector, the image detected in the radiograph and corrected by appropriate scaling , In particular, in the second case, the correction of the image scale but also by appropriate positioning of the components to each other.
  • a method according to the invention is also characterized in that the position comparison is carried out by means of correlation methods or by determining the position, in particular the center of gravity or the center of the contour determined from the feature.
  • the similarity between two images is determined on the basis of a correlation coefficient that is shifted stepwise in both directions within the image plane.
  • the shifted images are superimposed, in particular the gray values are subtracted from one another pixel by pixel and the differences are added up quadratically and inverted in order to form the correlation coefficient.
  • the more similar the images the greater the correlation coefficient.
  • the displacement at which this coefficient becomes the largest is the positional shift sought, which represents the correction vector
  • the invention is also characterized in particular by the fact that the corrected radiographic images are converted into a uniform point raster by means of re-sampling methods.
  • the determined correction vectors are used to correct the relative position between the X-ray source and / or the X-ray detector and / or the workpiece during the measuring run by positioning the corresponding component and remaining deviation in this displacement for the displacement of the respective radiographic image or consideration in the reconstruction is used.
  • this procedure is particularly useful if the accuracy of the positioning axes used is not high enough.
  • a method for drift correction for a computer tomography wherein a workpiece to be measured between a X-ray emitting X-ray source and an X-ray receiving X-ray detector is arranged and transmission images in several rotational positions (measuring rotational positions) between the workpiece and Computed tomography sensors, at least consisting of X-ray source and X-ray detector are recorded, wherein during the measurement occurring relative movements between the X-ray source, in particular the X-ray emitting focal spot of the X-ray source, and the X-ray detector and / or the workpiece are corrected, which is characterized that the correction for the respective rotational position in time directly after the recording of the respective radiographic image, in particular before the recording of the respective next manstrahlungsbi Of the measurement is carried out and the corrected radiographic image of the reconstruction is supplied or the uncorrected radiographic image and the respective associated correction vector of the reconstruction are supplied, wherein target radiographic images are taken to calculate the correction
  • the correction for the respective rotational position takes place temporally directly after the acquisition of the radiographic image for the interpolation point located temporally after the respective rotational position, and then the corrected radiographic image is fed to the reconstruction or the uncorrected radiographic image and the associated correction Vector of the reconstruction are supplied, wherein target radiographic images are taken to calculate the correction before the measurement.
  • the reconstruction can also be completed shortly after the last radiograph was taken. Then, the correction must be made only for the temporally past rotational positions, which were taken after the last interpolation point.
  • the invention also provides that rotational positions can exist after the last interpolation point, so the last interpolation point is not the last rotational position, for these lying after the last interpolation rotational positions of the correction vector of the or the last Support point correction vector is determined, again for example by extrapolation or using the last node correction vector.
  • the start correction vector is determined directly before the measurement and the relative position between the x-ray source and / or the x-ray detector and / or the workpiece is determined by the start correction vector by positioning the corresponding component is changed and during the measurement the radiographic images are shifted before a reconstruction by the respectively assigned correction vector or
  • the respective correction vector is taken into account in the reconstruction of the respective radiographic image, preferably by using the correction vector for adapting the geometric vectors assigned to the respective radiographic image.
  • this preferred solution corrects the drift phenomena occurring between calibration and the actual measurement by positioning once before the measurement, whereby the start correction vector is determined, for example by recording a transmission image in the first rotational position, ie the 0 ° rotational position at one time immediately before the actual measurement. Drift phenomena occurring during the measurement are corrected exclusively by image shifting or consideration in the reconstruction, whereby a rapid measurement is realized.
  • the invention provides that the correction vectors and preferably the start correction vector are used in a post-measurement reconstruction, for example second offline reconstruction, of the transmission images.
  • the reconstruction can then be repeated at any time with the correction on the stored radiographic images or even later, ie after the workpiece has already been removed, for example, from the mechanical axis of rotation or further measurements on the workpiece or the evaluation of the first results has been made, even offline, so without occupancy of the meter done.
  • the invention provides that the method is used for a computed tomography sensor, which is part of a coordinate measuring machine, preferably integrated with other sensors such as tactile, optical, tactile-optical sensors integrated in a multi-sensor coordinate measuring machine.
  • a method for drift correction for a computed tomography wherein in a measurement, a workpiece to be measured between an X-ray emitting X-ray source and an X-ray receiving X-ray detector is arranged and radiographic images in several rotational positions (measuring rotational positions) between the workpiece and computed tomography sensors, at least consisting of X-ray source and X-ray detector, recorded before the actual measurement occurred or occurring during the actual measurement relative movements between the X-ray source, in particular the X-ray emitting focal spot of the X-ray source, and the X-ray detector and / or the workpiece be corrected with respect to a Einmessschreib that is characterized in that the starting position of a drift body or at time directly before or after the Einm eating the relative position of X-ray sensor, X-ray detector and mechanical axis of rotation is determined to each other and directly before the actual measurement of the workpiece, the position of the drift body is determined again and
  • the reconstruction of all subsequently taken in the measurement of the workpiece radiographic images taking into account the start correction vector, preferably by using the start correction vector to adapt the respective radiographic image associated geometry vectors, or
  • the relative position between the X-ray source and / or the X-ray detector and / or the workpiece is changed by the start correction vector by positioning the corresponding component.
  • the position of the drift body is additionally determined again in each rotational position of the measurement, preferably by the drift body is imaged together with the workpiece in the radiographic image, and the change in position of the drift body is determined to the starting position, and as correction vector the Difference between the change in position and the start correction vector is used in addition to the start correction vector for correction, preferably before the measurement, the relative position between the X-ray source and / or the X-ray detector and / or the workpiece about the start correction.
  • Vector is changed by positioning the corresponding component and during the measurement
  • the radiographic images are shifted before a reconstruction by the respectively assigned correction vector or
  • the respective correction vector is taken into account in the reconstruction of the respective radiographic image, preferably by using the correction vector for adapting the geometric vectors assigned to the respective radiographic image.
  • the invention is characterized in that the starting position or the position of the drift body determined again before the actual measurement of the workpiece is determined by determining the position in a transmission image in the starting rotational position of the mechanical axis of rotation or by averaging the positions which were determined in two by 180 ° to each other rotated positions of the mechanical axis recorded radiographic images.
  • the 180 ° offset measurements are an envelope method which increases the accuracy of determining the home position. According to the invention, it is also provided to carry out a corresponding turnover measurement in the new determination of the position of the drift body before the actual measurement of the workpiece.
  • the invention thus also relates to a device for computertomo graphical measurement of a workpiece, at least consisting of computed tomography sensors consisting of X-ray source and X-ray extensively extended X-ray source and X-ray detector arranged mechanical axis of rotation for receiving the workpiece and for rotating the workpiece to a Rotary axis, wherein the device is adapted to receive radiographic images of the workpiece in a plurality of rotational positions between the workpiece and computed tomography sensors around the axis of rotation and to reconstruct the radiographic images into a volume data set (voxel volume) and preferably to extract surface points from the volume data set for dimensional measurement of the workpiece, the is characterized in that a drift body emanates from the mechanical axis of rotation, which is preferably arranged within the axis of rotation, ie in the center of rotation axis, and on the detector Abb is ildbar, wherein preferably the drift body is part of the means for fixing the workpiece (jig).
  • the arrangement of the drift body in the center of the axis of rotation results in the advantage that the tumble of the axis of rotation can be easily determined. In addition, it can be ensured even at high imaging scales that the drift body is visible in the radiographic image. If it were located outside the center, it would tumble around the axis of rotation and possibly leave the area covered by the transmission image. In addition, the size of the image, so for example, the diameter of a ball would change in the different rotational positions. In addition, this would unnecessarily complicate the above-described correlation analysis. By accommodating the drift body in the jig for the workpiece this can be easily replaced for different types of workpieces and the corresponding different jigs.
  • a universal jig which is suitable for fastening different workpieces. In both cases, however, it is possible, by accommodating in the removable jig, if necessary, to carry out measurements without it in order to use the maximum measuring range.
  • tactile, tactile-optical, optical or computed tomography sensors are used.
  • these are operated in coordinate measuring machines (CMMs), sometimes also several sensors combined in one device (multi-sensor CMM).
  • CMMs coordinate measuring machines
  • multi-sensor CMM multi-sensor CMM
  • Computed tomography for the dimensional measurement of workpieces is to be understood as meaning that a reconstruction of the volume information (voxel data or voxel amplitudes in the form of gray values) for the volume detected by the detector is performed from the set of two-dimensional radiographic images recorded in a plurality of rotational positions of a workpiece by means of a planar detector , where the voxel data is a measure of the local attenuation coefficients, and measurement points or surface measurement points are generated at material boundaries by surface extraction methods from the voxel data. From these surface measuring points can Measurements on the workpiece or dimensions of features or structures are determined on the workpiece, so dimensional measurements take place.
  • the surface of the workpiece is represented for example by networking the surface points in the so-called STL (Standard Triangulation Language) format.
  • a computed tomography (CT) sensor system generally consists of a flat detector, a radiation source, preferably X-ray source, and a mechanical rotation axis (turntable) for rotation of the workpiece to be measured in the beam cone of the part detected by the detector of the radiation source emitted radiation.
  • CT computed tomography
  • mechanical axis of rotation serves merely to distinguish it from a mathematical axis of rotation, when a mechanical axis of rotation (also referred to as a turntable) always permits rotation about a mathematical axis of rotation.
  • rotational axis therefore refers to the mathematical axis of rotation associated with the mechanical axis of rotation, insofar as the context refers to a direction, and to the mechanical axis of rotation insofar as a device is meant.
  • the term mechanical axis of rotation denotes no restriction on the implemented within the axis of rotation guide principle between fixed and rotatable part of the mechanical axis of rotation. So it means both mechanically stored, as well as air-bearing, or otherwise such as hydraulically mounted, etc., mechanical axes of rotation.
  • the mathematical axis of rotation is also called the physical axis of rotation.
  • line detectors are also used as detectors. These have only a single detector line. For complete recording of radiographic information of a spatially extended workpiece workpiece and detector must be placed in several along the direction of the axis of rotation (mathematical axis of rotation) shifted positions. The resulting increased amount of time is through the use of area detectors avoided. Nevertheless, the present invention or the fiction, contemporary teachings can also be implemented for line detectors. Instead of processing radiographic images, ie 2D images, the information recorded with the respective detector line is processed and also referred to as radiographic images for the sake of simplicity.
  • Another independent invention relates to a method for drift correction in a computer tomographic measurement, in which the workpiece is rotated about a different axis of rotation from the physical axis of rotation of the turntable.
  • a further object of the present invention is, for computer tomographic methods, in which the workpiece is rotated about an axis of rotation different from the physical axis of rotation of the turntable, the influence of positioning deviations of the means used to realize the relative movement between workpiece and detector, such as measuring axes, and to reduce the influence of drift phenomena between the components focal spot of the X-ray source, detector and turntables on the measurement result, in particular the position to correct the radiographic images taken in several rotational positions to each other.
  • the invention therefore also relates to a method for determining geometric features and / or structures on a workpiece by means of a computer tomograph, at least consisting of X-ray source, planar X-ray detector and turntable, wherein the workpiece using a combination of rotational and translational relative movement between the workpiece and the X-ray detector is rotated about an axis of rotation different from the physical axis of rotation of the turntable and radiographic images are taken in several rotational positions with the X-ray detector, which are reconstructed into a volume data set from the surface points are determined, which are used to determine the features and / or structures of the workpiece.
  • a related method is characterized essentially by the fact that a fixed to the turntable drift body, such as ball, preferably mounted on the physical axis of rotation of the turntable drift body is mapped together with the workpiece in the radiographic images and from the deviation of the actual position of the drift body in the respective relative position between the workpiece and the X-ray detector is corrected and the radiographic image is taken again or / or the radiograph is shifted back by the deviation or the deviation is taken into account in the reconstruction.
  • the position of the drift body on the turntable (starting position) and the path on which the turntable or the detector will move during the measurement must be known.
  • the turntable moves in discrete positions on a circular path, wherein at each of the positions a radiographic image is taken in a predetermined rotational position of the turntable.
  • the region of the workpiece to be measured and the drift body are imaged onto the detector. This area is at least slightly outside the center of the turntable. If he were exactly in the middle, the turntable would not have to be moved on a circular path, but only rotated.
  • the drift body is preferably located in the center of the turntable, ie in the physical axis of rotation of the turntable and therefore moves at nominal positions perpendicular to the axis of rotation parallel to the detector plane on a line corresponding to the projected in the detector plane circular path of the turntable. If the detector moves in a direction that is perpendicular to the axis of rotation and in the detector plane, then the desired position of the drift body follows this movement. However, due to the movement of the turntable, which is always perpendicular to the detector plane, a movement of the drift body depicted in the detector plane is superimposed, which results from the changing magnification. This movement is known and included.
  • the movements of the drift body can assume more complicated trajectories, which are nevertheless always calculable.
  • the angle of rotation of the drift body about the physical axis of the turntable must be taken into account.
  • a special case is when the drift body is placed exactly in the axis about which the workpiece is rotated, ie in the axis of rotation different from the physical axis of rotation of the turntable. Then the nominal position of the drift body remains the same in all radiographic images.
  • drift body such as drift ball on the turntable, in particular in the physical axis of rotation of the turntable, reference is made by way of example to the figure 1 and the associated description.
  • the invention therefore provides that the desired positions of the drift body are determined from the predetermined relative movement between workpiece and X-ray detector and the starting position of the drift body on the turntable in a first rotational position, wherein the starting position by the position of the drift body is determined in a recorded in the first rotational position radiographic image.
  • the shifted radiographic images are converted by means of resampling into a common raster.
  • the rotational movement is the turning of the turntable about its physical axis and the translational movement is a displacement
  • the computer tomography sensor is operated integrated in a coordinate measuring machine, preferably in a multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or tactile-optical sensors is used.
  • the computer tomograph is integrated in a coordinate measuring machine, preferably integrated in a multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or tactile-optical sensors.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a device according to the Invention in a first embodiment and parts of the inventive method.
  • the device consists inter alia of an X-ray source 1, which emits X-rays in the cone la, from a flat X-ray detector 2, the attenuated by, inter alia, the workpiece 9 X-rays la receives, from a mechanical axis of rotation 3, which causes the rotation of the workpiece 9 by a rotatable part 4 of the mechanical axis of rotation 3 is rotatable to a fixed part 5 in the direction of arrow 3a about a rotation axis 3b, from a jig 6 and from a in this fixed drift ball 8.
  • FIG. 1 also shows the starting position 8a of the drifting ball 8, which was determined during calibration, and the position 8b of the drifting ball 8, which is determined directly before the measurement, in the detector plane, that is to say in the radiographic image.
  • the shift between the positions 8a and 8b results in a start correction vector 8c which is used for the drift correction according to the invention of the drift which has occurred between calibration and measurement of the workpiece.
  • the position of the drift ball 8 can also be evaluated during the measurement and used for drift correction of the drift occurring during the measurement.
  • FIG. 1 shows, for a selected rotational position, in this case a support point (desired rotational position), a feature 9b in the radiographic image recorded during the measurement, namely the outer contour of the imaging of the workpiece 9 on the detector 2.
  • a feature 9b in the radiographic image recorded during the measurement, namely the outer contour of the imaging of the workpiece 9 on the detector 2.
  • this feature is shown in the target radiographic image, which was taken at the same desired rotational position, but before the measurement of the workpiece in the recording of the reduced number of target radiographic images.
  • the displacement between 9a and 9b determined for example by correlation analysis, forms a vertex correction vector 9c for the selected rotational position.
  • the interpolation correction vectors are determined analogously.
  • the fulcrum correction vectors 9c and the start correction vector 8c are used according to the invention, either to shift the radiographic images or to be taken into account in the reconstruction or to shift the components X-ray source 1, detector 2 and mechanical axis of rotation 3 perform.
  • Corresponding positioning units for the displacement of the components X-ray source 1, detector 2 and mechanical axis of rotation 3 are present for example in coordinate measuring machines as so-called measuring axes, but not shown here.
  • a preferred solution for moving along the components of the vectors 8c and 9c, ie movements in directions within the plane of the detector 2 is that the mechanical axis of rotation 3 is displaced together with the workpiece 9 in the direction of the axis of rotation 3b and the detector 2 perpendicular thereto, ie along the direction perpendicular to the axis of rotation 3 and perpendicular to the central axis 7 of the X-ray la.
  • the detector 2 may be movable in both directions within the detector plane. The same applies to the axis of rotation 3.
  • the X-ray source 1 can be moved together with the detector to keep the Ke gelstrahl angle ratios constant.
  • the measurement should be for the determination of the position of the drift body which is changed with respect to the starting position, that is to say the determination of the start correction vector, or should the measurements be used for recording the target radiographs as starting point serve for the later determined during the actual measurement interpolation correction vectors, take place at a time interval from the beginning of the actual measurement of the workpiece, which is no longer than the actual measurement of the workpiece.
  • the time interval should preferably be less than 5 minutes, more preferably less than 1 minute.
  • the actual measurement is started immediately after the end of the recording of the desired transmission images or the determination of the start correction vector. A user intervention does not take place.
  • the measuring sequences follow each other directly software-controlled.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik aufgenommen werden. Um eine Driftkorrektur vorzunehmen, ist vorgesehen, dass in Soll-Drehstellungen bei der Messung aufgenommene Durchstrahlungsbilder mit den Soll-Durchstrahlungs-bildern verglichen werden und für jede Soll-Drehstellung aus der Lageabweichung zumindest eines Merkmals in den Durchstrahlungsbildern in Bezug auf die Lage dieses Merkmals im Soll-Durchstrahlungsbild jeweils eine Verschiebung bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Computertomografie eines Werkstücks
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Driftkorrektur bei einer Computertomografie und auf eine Vorrichtung zur computertomografischen Messung von dimensioneilen Merkmalen an einem Werkstück.
Die Messabweichungen bei computertomografischen Messungen werden durch während der Messung aber auch in Bezug auf einen Einmesszustand auftretende Positionsänderungen (Drift) der zur computertomografischen Messung eingesetzten Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und mechanische Drehachse zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Quelle und Detektor, relativ zueinander (Taumelbewegungen bei der Drehung des Messobjektes oder Verlagerungen zwischen der Röntgenröhre, insbesondere des Brennflecks der Röntgenröhre, und dem Röntgendetektor und dem Werkstück) beeinflusst.
Zur Korrektur der Drift sind beispielsweise aus der WO 2005/119174 AI Verfahren bekannt, bei denen ein Driftkörper dauerhaft mit tomografiert wird. Hierdurch werden jedoch die Abweichungen zum Einmesszustand nicht berücksichtigt.
Der WO 2010/094774 AI der Anmelderin ist unter anderem ein Verfahren zu entnehmen, bei dem anhand vorab aufgenommener Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in einer eingeschränkten Anzahl von Dreh Stellungen die Drift bei der eigentlichen Messung erkannt und korrigiert werden soll. Auch hierbei werden Abweichungen zum Einmesszustand nicht berücksichtigt. Zudem fehlen Lösungen, wann und wie die Driftkorrektur für Drehstellungen ausgeführt werden soll, für die kein Vorabdurchstrahlungsbild vorliegt.
Auch besteht Lösungsbedarf dafür, dass die Korrektur der Durchstrahlungsbilder möglichst ohne Zeitverzug erfolgt, also nicht erst nach der Messung aller Durchstrahlungsbilder.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verfahren zur Driftkorrektur nach dem Stand der Technik weiterzubilden, insbesondere die Drift in Bezug zu einem Einmesszustand zu korrigieren.
Zur Lösung zumindest von Teilaspekten wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem vor und/oder nach der Messung, bevorzugt vor der Messung, in einer reduzierten Anzahl von Soll-Drehstellungen (Stützstellen) Soll- Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, das sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass in den Soll-Drehstellungen bei der Messung aufgenommene Durchstrahlungsbilder mit den Soll-Durchstrahlungsbildern verglichen werden und für jede Soll-Drehstellung (Stützstelle) aus der Lageabweichung zumindest eines Merkmals in den Durchstrahlungsbildern in Bezug auf die Lage dieses Merkmals im Soll- Durchstrahlungsbild jeweils eine Verschiebung (Stützpunkt-Korrektur- Vektoren) bestimmt und der jeweiligen Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet wird, wobei aus einem oder mehreren Stützpunkt- Korrektur- Vektoren jeweils ein Korrektur- Vektor für jedes Durchstrahlungsbild berechnet wird, vorzugsweise der Korrektur- Vektor aus einem Stützpunkt-Korrektur- Vektor bestimmt wird, der der gleichen Drehstellung oder der zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet ist, besonders bevorzugt der Korrektur- Vektor aus den beiden Stützpunkt-Korrektur- Vektoren bestimmt wird, die zeitlich direkt vor und nach der aktuellen Drehstellung liegenden Soll-Drehstellungen (Stützstellen) zugeordnet sind.
Die Soll-Drehstellungen sind Drehstellungen der mechanischen Drehachse um die Drehachse, um die der drehbare Teil der mechanischen Drehachse drehbar ist. Die Soll- Drehstellungen werden zum einen eingenommen bei der vor und/oder nach der Messung des Werkstücks zu bestimmenden Soll-Durchstrahlungsbilder und noch einmal bei der eigentlichen Messung des Werkstücks, also der Aufnahme der Durchstrahlungsbilder, wobei dabei auch alle anderen zur Messung verwendeten Drehstellungen eingenommen werden, die nämlich zwischen den Soll-Drehstellungen liegen. Die Aufnahme von Durchstrahlungsbilder in den Soll-Drehstellungen und Soll- Durchstrahlungsbildern in den Soll-Drehstellungen macht diese erst vergleichbar. Liegt absolut keine Drift und auch sonst keine Störungen vor, sind diese dadurch jeweils identisch.
Typischerweise werden bei einer Computertomografie in mehreren hundert Drehstellungen (Messdrehstellungen), zumeist mehr als 100 bis etwas bis zu 1600 Drehstellungen, die bevorzugt äquidistant im Drehwinkelbereich von 0° bis etwa 360° (zzgl. des Kegelwinkels der vom Detektor erfassten Röntgenstrahlung, der zur Veranschaulichung hier vernachlässigt wird) verteilt sind und schrittweise nacheinander angefahren werden, Durchstrahlungsbilder (Messdurchstrahlungsbilder) zur Messung eines Werkstücks aufgenommen und anschließend bzw. parallel zu einem Voxelvolumen rekonstruiert. Die Anzahl der Soll-Durchstrahlungsbilder wird deutlich geringer gewählt, beispielhaft 4 bis zu 100 Drehstellungen (Soll-Drehstellungen, auch Stützstellen genannt). Diese sind ebenfalls bevorzugt äquidistant im Drehwinkelbereich von 0° bis 360° (bzw. wieder zzgl. des Kegelwinkels der erfassten Röntgenstrahlung) verteilt. Bei Aufnahmezeiten für ein Durchstrahlungsbild von etwa einer Sekunde, ohne Einschränkung der Allgemeinheit (Sondergeräte arbeiten auch mit Aufnahmezeiten im Millisekundenbereich und hochgenaue Messungen werden auch mit Aufnahmezeiten (Belichtungszeiten) von mehreren Sekunden, z. B. 2 oder 4 oder 8 Sekunden oder noch länger, durchgeführt.), ergeben sich für eine Werkstückmessung mit beispielhaft 360 Durchstrahlungsbildern (ein Grad Versatz je Bild, es ergeben sich also Drehstellungen von 0°, 1°, 2°, ... , 359°) daher Messzeiten von mehreren Minuten, im Beispiel 6 Minuten für die Bildaufnahme (Belichtung) zuzüglich der Zeiten für die Drehung der mechanischen Drehachse und nachlaufende Zeit für den Abschluss der Rekonstruktion (diese läuft teilweise schon parallel zur Bildaufnahme), also zum Beispiel 10-20 Minuten. Für die Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder werden bei gleicher Aufnahmezeit jedoch zum Beispiel nur in der reduzierten Anzahl von 36 Soll- Drehstellungen (je 10° Versatz also bei 0°, 10°, 20°, ... , 350°) die Soll- Durchstrahlungsbilder aufgenommen, wodurch die Messzeit, und damit auch die auftretende Drift, etwa nur ein Zehntel beträgt. Die reduzierte Anzahl ist also im Vergleich zur Anzahl der Drehstellungen bei der eigentlichen Messung des Werkstücks möglichst deutlich geringer zu wählen, mindestens um den Faktor 4 geringer, bevorzugt mindestens um den Faktor 10, wie im Beispiel erläutert.
Es ist demnach zu unterscheiden zwischen der eigentlichen Messung des Werkstücks, wobei in den Drehstellungen (mehr als 100 bis etwa 1600 Messdrehstellungen von 0° bis 360° äquidistant verteilt) die Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden, wobei dabei auch die Soll-Drehstellungen durchlaufen werden und diese Teil der Drehstellungen sind, und der Messung der Soll-Durchstrahlungsbilder, wobei vor und/oder nach der eigentlichen Messungen nur die Soll-Drehstellungen (4 bis 100 Drehstellungen von 0° bis 360° äquidistant verteilt) angefahren werden (mechanische Drehachse wird entsprechend gedreht) um diese aufzunehmen.
Direkt vergleichbar sind aufgenommene Durchstrahlungsbilder (aus der eigentlichen Messung des Werkstücks) und Soll-Durchstrahlungsbilder (aus der vor der eigentlichen Messung oder nach dieser durchgeführten Messung) nur bei gleicher Drehstellung, also ab den Soll-Drehstellungen. Zur Bestimmung der Stützpunkt-Korrektur- Vektoren müssen also im genannten Beispiel die Soll-Durchstrahlungsbilder aus den Drehstellungen 0°, 10°, ... , 350° mit den Durchstrahlungsbildern der Drehstellungen 0°, 10°, ... , 350° verglichen werden, genauer gesagt jeweils das Paar, das bei der selben Drehstellung (der Soll-Drehstellung) aufgenommen wurde. Es existieren dadurch Stützpunkt-Korrektur- Vektoren nur für die Soll-Drehstellungen (0°, 10°, ... , 350°). Soll eine Korrektur für eine Drehstellung (Messdrehstellung) bestimmt werden, die einer Soll-Drehstellung entspricht, zum Beispiel 10°, so kann hierfür direkt der entsprechende Stützpunkt- Korrektur- Vektor für die Soll-Drehstellung 10° verwendet werden. Soll nun aber eine Korrektur für eine Drehstellung zwischen den Soll-Drehstellungen, also beispielsweise bei der Drehstellung (Messdrehstellung) 15° bestimmt werden, können nur Stützpunkt-Korrektur- Vektoren verwendet werden, die zeitlich davor und/oder zeitlich danach liegenden Soll-Drehstellung zugeordnet sind.
Zeitlich davor liegende Soll-Drehstellungen bezeichnen Soll-Drehstellungen, die bei der eigentlichen Messung des Werkstücks zeitlich eher und damit bei einem zum Beispiel geringeren Drehwinkel (der Drehwinkel kann auch umgekehrt bezeichnet werden, dann wäre es ein größerer Drehwinkel) eingenommen werden. Im Beispiel sind diese die Soll-Drehstellungen 0° und 10°. Zeitlich danach liegende Soll-Drehstellungen sind im Beispiel diejenigen bei 20°, 30°, ... , 350°. Im Beispiel sind die zeitlich direkt davor und danach liegenden Soll-Drehstellungen diejenigen bei 10° und bei 20°. Der Bezug zu einer Zeit, anstatt zu einem Drehwinkel, resultiert aus dem Ziel, dass jede Korrektur berechnet werden soll aus Informationen, die möglichst den am wenigsten veränderten Driftzustand in Bezug auf den aktuellen Zustand aufweist, da die hier zu korrigierenden Drifterscheinungen zeitlich ablaufen.
Im Beispiel wird für die Korrektur in der Drehstellung 15° beispielhaft der Stützpunkt- Korrektur- Vektor der zeitlich direkt davor liegenden Soll-Drehstellung 10° verwendet oder die beiden Stützpunkt-Korrektur- Vektoren der zeitlich direkt davor und danach liegenden Soll-Drehstellungen 10° und 20°, zum Beispiel, indem der Mittelwert aus beiden gebildet wird. Für eine Drehstellung von 12° würde man erfindungs gemäß zwischen den Stützpunkt- Korrektur- Vektoren der Soll-Drehstellungen 10° und 20° interpolieren. Alternativ kann aus den Stützpunkt-Korrektur- Vektoren der Soll- Drehstellungen 0° und 10° auf die Drehstellung von 12° extrapoliert werden. Bei zeitlich später aufgenommenen Drehstellungen, vor denen also schon weitere Soll- Drehstellungen während der Messung eingenommen worden, beispielsweise einer Drehstellung von 42° ist eine Extrapolation unter Verwendung der Stützpunkt- Korrektur- Vektoren der Soll-Drehstellungen von 0°, 10°, 20°, 30° und 40° sinnvoll. Bei einer Drehstellung von beispielsweise 142° würde man bevorzugt nicht mehr alle zeitlich davor liegenden Stützpunkt-Korrektur- Vektoren verwenden, sondern nur noch die einiger zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellungen, zum Beispiel der bei 110°, 120°, 130° und 140°. Gleiches gilt bei Verwendung der Interpolation. Im Falle Drehstellung von 142° würde man aus den Stützpunkt-Korrektur- Vektoren der Soll- Drehstellungen 130°, 140°, 150° und 160° interpolieren.
Es bietet sich grundlegend der Vorteil, dass bei der Aufnahme der Soll- Durchstrahlungsbilder die Drift minimiert wird, da die Messung aufgrund der wenigeren Drehstellungen deutlich schneller abgeschlossen ist. Die Bestimmung von Stützpunkt-Korrektur- Vektoren erleichtert die Bestimmung der Korrektur- Vektoren für sämtliche Drehstellungen der eigentlichen Messung des Werkstücks. Die den Drehstellungen zugeordneten Korrektur- Vektoren können zudem nicht nur für die Verschiebung der Durchstrahlungsbilder verwendet werden, sondern alternativ auch zur Berücksichtigung in der Rekonstruktion oder zur Verschiebung der Position der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor bzw. mechanische Drehachse zueinander, wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird. Ziel der Verschiebung dieser Komponenten ist es, dass möglichst die gleichen Verhältnisse wie beim Beginn der Messung bzw. wie beim Einmessen der Position der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor bzw. mechanische Drehachse zueinander erhalten bleiben. Dies sicher die gleichbleibende Anordnung der Komponenten in den in der Ebene des Detektors verlaufenden Richtungen, aber auch senkrecht dazu, also in Richtung der mittleren Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, wobei die gleichbleibende Anordnung in der senkrechten Richtung einen gleichbleibenden Abbildungsmaßstab sichert. Der Abbildungsmaßstab ist dabei definiert als das Verhältnis der beiden Abstände „Röntgenquelle-Detektor" und„Röntgenquelle-mechanische Drehachse" in Richtung der mittleren Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung und ist stets größer als 1. Da es sich bei der hier zu korrigierende Drift vorrangig um die Drift des Brennflecks der Röntgenröhre handelt, sind Positionsänderungen in der den Abbildungsmaßstab beeinflussenden Richtung aber eher vernachlässigbar. In den senkrecht dazu verlaufenden Richtungen geht die Drift des Brennflecks jedoch mit dem Abbildungsmaßstab multipliziert in das Durchstrahlungsbild ein.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass als jeweiliger Korrektur- Vektor der Stützpunkt- Korrektur- Vektor verwendet wird, der der zeitlich direkt vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordnet ist oder der jeweilige Korrektur- Vektor aus mindestens zwei zeitlich vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstellen zugeordneten Stützpunkt-Korrektur- Vektoren extrapoliert wird.
Dies hat den Vorteil, dass die Korrektur des jeweils aufgenommenen Durchstrahlungsbildes direkt nach dessen Aufnahme erfolgen kann. Es muss also nicht abgewartet werden, bis die Drehstellung der nächsten Stützstelle eingenommen und der entsprechende Stützpunkt-Korrektur- Vektor ermittelt wurde, wie dies beispielsweise zur interpolierten Bestimmung des Korrektur- Vektors notwendig ist. Somit steht das korrigierte Durchstrahlungsbild schon sehr kurz nach seiner Aufnahme, nämlich sofort nachdem die Korrektur des aufgenommenen Durchstrahlungsbildes durchgeführt wurde, was nur wenige Sekundenbruchteile in Anspruch nimmt, für die Rekonstruktion bereit. Die Rekonstruktion erfolgt bei modernen Rekonstruktionsalgorithmen parallel zur Aufnahme der Durchstrahlungsbilder und ist dadurch kurz nach der Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes bereits abgeschlossen. Dies bedeutet, dass aus den jeweils schon aufgenommenen und gegebenenfalls korrigierten Durchstrahlungsbildern Teiloperationen der Rekonstruktion durchgeführt werden. Bei älteren Rekonstruktionsalgorithmen startete der gesamte Rekonstruktionsprozess erst nach Vorliegen aller Durchstrahlungsbilder. Mit dem hier beschriebenen Vorgehen verbunden kann jedoch eine Verringerung der Genauigkeit der Korrektur sein. Bevorzugt erfolgt daher die Extrapolation unter Berücksichtigung zeitlich davor liegender Stützpunkt- Korrektur- Vektoren.
Da die Durchstrahlungsbilder in den mehreren Drehstellungen zeitlich nacheinander in aufeinanderfolgenden Drehstellungen (Drehwinkeln) aufgenommen werden, bedeutet, zeitlich davor liegend, im Rahmen der vorliegenden Erfindung für diese Fälle auch, in Bezug auf die Drehstellung bzw. den Drehwinkel davor liegend. Analoges gilt für zeitlich danach liegend. Bei umgekehrter Winkelbezeichnung gilt natürlich entsprechend davor und danach vertauscht.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als jeweiliger Korrektur- Vektor der Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet wird, der der zeitlich oder in Bezug auf den Drehwinkel zur aktuellen Drehstellung am nächsten gelegenen Stützstelle zugeordnet ist.
Hierdurch wird eine einfach Korrektur bei Verwendung nur einer Stützstelle ermöglicht, wodurch die Genauigkeit der Korrektur optimiert wird, da die Drift zumeist zeitlich ansteigt. Wird ein zeitlich zuvor liegender Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet, ist die Korrektur sofort anwendbar und damit die Rekonstruktion fortsetzbar, wird ein zeitlich danach liegender Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet, wird die Korrektur und die Rekonstruktion im Anschluss an dessen Vorliegen sofort fortgesetzt. Hierdurch ergibt sich also auch eine verhältnismäßige schnelle Korrektur. Die am nächsten gelegene Stützstelle ist diejenige Soll-Drehstellung, die bei der Messung des Werkstücks in Bezug auf die zu korrigierende Drehstellung, also aktuelle Drehstellung, im zeitlich geringsten Abstand eingenommen wurde, um möglichst minimale Drifterscheinungen zu gewährleisten. Wie bereits erläutert bedeutet zeitlich hier auch in Bezug auf den Drehwinkel.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der jeweilige Korrektur- Vektor aus mindestens einem zeitlich vor und aus mindestens einem zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordneten Stützpunkt-Korrektur- Vektor interpoliert wird.
Bei dieser Alternative handelt es sich um die genaueste Korrektur, da die Drift zwischen den Stützstellen durch Interpolation geschätzt wird. Da die in die Interpolationsberechnung eingehenden Stützstellen abgewartet werden müssen, ist das Verfahren etwas langsamer, als die beiden zuvor beschriebenen alternativen Verfahren.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass ein Merkmal am Werkstück und/oder an einem von der zur Einstellung der Drehstellungen verwendeten mechanischen Drehachse ausgehenden Driftkörper und/oder an zur Aufnahme des Werkstücks verwendeten Mitteln zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) für die Bestimmung der Stützpunkt-Korrektur- Vektoren verwendet wird.
Grundlegend sieht die Erfindung vor, dass ein oder mehrere Merkmale zur Bestimmung der Verschiebung, also der Stützpunkt-Korrektur- Vektoren, verwendet werden. Dies bedeutet, dass ein einzelnes Merkmal wie beispielsweise ein Kreis oder eine Gerade oder ähnliches in ihrer Lage im Durchstrahlungsbild bestimmt wird, oder, dass mehrere Merkmale wie Kreise und Geraden und deren Lage bzw. Lage zueinander untersucht werden, oder aber, dass das gesamte Werkstück, beispielsweise dessen Außenkontur oder andere am Durchstrahlungsbild vorliegende Konturen oder die Grauwerte der Pixel herangezogen werden. Mittels Korrelation kann für Konturen, aber auch ohne Extraktion von Konturen eine Bildverschiebung, also die Verschiebung, ermittelt werden. Das oder die Merkmale kann also auch der Bereich des Durchstrahlungsbildes sein, in dem das Werkstück abgebildet ist, oder das Durchstrahlungsbild selbst.
Alternativ zu Merkmalen am Werkstück können jedoch auch Merkmale an Hilfseinrichtungen verwendet werden. Dies kann erfindungsgemäß die zur Aufnahme des Werkstücks verwendete Aufspannvorrichtung sein. An dieser kann beispielsweise eine Kugel befestigt sein, deren Kreismittelpunkt im Durchstrahlungsbild beobachtet und ausgewertet wird. Alternativ werden solche Driftkörper wie Driftkugeln auch direkt mit der mechanischen Drehachse verbunden vorgesehen. So geht erfindungs gemäß beispielsweise von der mechanischen Drehachse ein Halter für eine Driftkugel aus. Bevorzugt ist das Werkstück oder die Aufspannvorrichtung mit diesem Halter verbunden, wobei sich Werkstück und Driftkugel im Durchstrahlungsbild in keiner der mehreren Drehstellungen überlagern. Solche Driftkörper können erfindungs gemäß auch zur Bestimmung der Drift gegenüber einem Einmesszustand verwendet werden, wie dies weiter unten ausführlich erläutert wird. Wird ein solcher Driftkörper auch für die hier beschriebene Korrektur der Drift während der Messung verwendet, muss der Driftkörper in den Drehstellungen, an denen die Stützpunkte aufgenommen werden, mit im Durchstrahlungsbild abgebildet werden. Es muss also ein Messbereich gewählt werden, in dem Werkstück und Driftkörper in einem Durchstrahlungsbild erfassbar sind. Alternativ kann in den Soll-Drehstellungen der Messbereich verändert werden, beispielsweise indem der Driftkörper zusammen mit der mechanischen Drehachse und dem Werkstück verstellt werden. Dies ist jedoch zeitaufwändiger und führt zu weiteren Messabweichungen durch ungenaue Positionierung und zusätzliche Drifterscheinungen. Ein in definierter Lage eingebrachter Driftkörper, beispielsweise mittig zur Drehachse, bietet auch die Möglichkeit, Taumelbewegungen der mechanischen Drehachse während der Drehung zu erkennen. Dies wird ebenso weiter unten beschrieben.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass als Driftkörper eine Kugel (Driftkugel) oder ein Körper mit kugelförmigem Abschnitt verwendet wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Soll- Durchstrahlungsbilder vom zu messenden Werkstück und/oder vom Driftkörper in verschiedenen Soll-Drehstellungen aufgenommen werden, wobei die Anzahl der Soll- Drehstellungen deutlich geringer ist, bevorzugt 4 bis 100, als die Anzahl der Mess- Drehstellungen, bevorzugt mehr als 100 bis 1.600.
Hierdurch wird gewährleistet, dass Drifterscheinungen bei der Aufnahme der Soll- Durchstrahlungsbilder minimiert werden. Wird eine mittig angebrachte Driftkugel verwendet, ist der Drehachstaumel erkennbar und kann zusätzlich korrigiert werden, wie dies dem Stand der Technik zur Taumelkorrektur von Drehachsen entnommen werden kann. Diese Korrektur wird bevorzugt anhand der Messungen zur Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder durchgeführt, da während der eigentlichen Messung des Werkstücks der Drehachstaumel durch Driftbewegungen der anderen Komponenten wie Röntgenquelle und Detektor überlagert ist.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass die Soll- Durchstrahlungsbilder zeitlich direkt nach oder während dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander aufgenommen werden. Durch diese erste erfindungs gemäße alternative Ausgestaltung zur Berücksichtigung der Drift in Bezug auf den Einmesszustand wird gewährleistet, dass die Aufnahme der Soll- Durchstrahlungsbilder im idealen eingemessenen Zustand erfolgt. Erfolgt diese Aufnahme erst später, können bereits erste Drifterscheinungen aufgetreten sein, die separat zu berücksichtigen wären, wie dies die folgend erläuterte zweite alternative Ausgestaltung vorsieht. Die erste alternative Ausgestaltung berücksichtigt und korrigiert diese Drift jedoch mit. Zeitlich direkt nach oder während dem Einmessen bedeutet, dass der Zeitversatz zwischen dem Einmessen und der Aufnahme der Soll- Durchstrahlungsbilder maximal wenige Minuten beträgt, bevorzugt weniger als 10 Minuten. Da beim Einmessen schon diverse Drehstellungen mit der mechanischen Drehachse eingenommen werden, wobei dabei zumeist ein kalibrierter Körper, der auf der mechanischen Drehachse angeordnet ist, gemessen wird, kann das Werkstück direkt bei diesem Vorgang schon ebenfalls mit angeordnet sein und auf dem Detektor abgebildet werden. Dies bedeutet während dem Einmessen. Bevorzugt werden die Soll- Durchstrahlungsbilder aber direkt nach dem Einmessen aufgenommen, also direkt nachdem das Einmessen abgeschlossen ist, der kalibrierte Körper von der mechanischen Drehachse entfernt, das Werkstück angeordnet und die Soll-Drehstellungen nacheinander eingenommen.
Nach einem besonders hervorzuhebenden alternativen Vorschlag ist vorgesehen, dass vor der eigentlich Messung in Bezug auf einen Einmesszustand aufgetretene Relativ- Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur- Vektor zusätzlich für die Korrektur verwendet wird.
Diese zweite erfindungsgemäße alternative Ausgestaltung zur Berücksichtigung der Drift in Bezug auf den Einmesszustand basiert auf der getrennten Bestimmung einer gesonderten Korrektur in Form eines einzigen Start-Korrektur- Vektors. Dieser wird zusätzlich zur während der Messung auftretenden Drift und den dabei bestimmten Korrektur- Vektoren für die Korrektur aller Drehstellungen gleichermaßen verwendet. In diesem zweiten Fall werden die Soll-Durchstrahlungsbilder also nicht im Rahmen des Einmessens ermittelt, sondern erst unmittelbar vor der eigentlichen Messung des Werkstücks. Die Drift zum Einmesszustand ist in den daraus ermittelten Korrektur- Vektoren also nicht enthalten und wird deshalb durch den Start-Korrektur- Vektor berücksichtigt. Die resultierende Gesamt-Korrektur besteht deshalb aus dem Start- Korrektur- Vektor und dem jeweiligen Korrektur- Vektor. Die jeweils beiden Vektoren können dabei gemeinsam zu einer Korrektur zusammengefasst werden. Für jede Drehstellung wird für die Korrektur also der eine Start-Korrektur- Vektor und der jeweilige Korrektur- Vektor, der der entsprechenden Drehstellung zugeordnet ist bzw. für diese berechnet wird, addiert. Es ist aber auch möglich, die beiden Korrekturen getrennt anzubringen, beispielsweise, indem der Start-Korrektur- Vektor für eine einmalige Positionsverschiebung der Komponenten Röntgenröhre, Detektor und mechanische Drehachse zueinander verwendet wird und die Korrektur- Vektoren zur Bildverschiebung der Durchstrahlungsbilder bzw. zur Berücksichtigung in der Rekonstruktion vorgesehen werden.
Werden, wie in der ersten Alternative zuvor beschrieben, die Soll- Durchstrahlungsbilder beim Einmessen aufgenommen, ist die Drift zum Einmesszustand automatisch in den Korrektur- Vektoren berücksichtigt und eine Start- Korrektur- Vektor ist nicht notwendig.
Der Start-Korrektur- Vektor ist die Differenz der Ausgangsposition beim bzw. direkt nach dem Einmessen und der direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks ermittelten Position des Driftkörpers. Ausgangsposition bzw. vor der Messung bestimmte Position des Driftkörpers werden jeweils ermittelt, indem bevorzugt ein Durchstrahlungsbild in der Startdrehstellung, also der 0°-Drehstellung, der mechanischen Drehachse aufgenommen und in dieser die Lage des Driftkörpers bestimmt wird. Alternativ ist die Ermittlung auch mittels Umschlagmessung möglich, wobei die Positionen aus zwei 180° zueinander versetzten Positionen (z. B. 0°- und 180°-Stellung) gemittelt werden. Andere Drehstellungen sind möglich. Bevorzugt wird die selbe bzw. die selben (bei Umschlagsmessung) Drehstellungen für die Bestimmung der Ausgangsposition und die Bestimmung der Position kurz vor der Messung verwendet. Befindet sich der Driftkörper exakt in der Drehachsmitte kann die Positionsbestimmung in jeder beliebigen Drehstellung erfolgen, auch in unterschiedlichen Drehstellungen für die Ausgangsposition und die Position direkt vor der Messung, da der Driftkörper beim Drehen der mechanischen Drehachse seine Position dann nur aufgrund der zu ermittelnden Drift verändert. Dies gilt auch, wenn die Position des Driftkörpers zur Drehachsmitte und der exakte Drehwinkel bekannt sind und aus diesen Werten die Position des Driftkörpers in einen gemeinsamen Drehwinkel für die Ausgangsposition und die Position direkt vor der Messung transformiert werden. In der Regel sind diese beiden Varianten aber zu ungenau.
Als Driftkörper für diese Korrektur kann wiederum auch ein Teil der Aufspannvorrichtung des Werkstücks oder das Werkstück selbst verwendet werden, insofern der entsprechende Teil bzw. das Werkstück beim Einmessen oder kurz danach bereits an der mechanischen Drehachse angeordnet und gemessen wird.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Korrektur mittels der den Drehstellungen zugeordneten Korrektur- Vektoren erfolgt, indem
die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird oder
die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück vor der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes um den jeweiligen Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird, wobei an den Stützstellen vor dem Positionieren ein Durchstrahlungsbild zur Bestimmung des jeweiligen Stützpunkt-Korrektur- Vektors aufgenommen wird. Die hier beschriebenen drei alternativen Möglichkeiten zum Anbringen der Korrektur sind jeweils alleine aber auch in Kombination einsetzbar. So können beispielsweise die Korrekturen für einzelne Raumrichtungen des Korrektur- Vektors durch Bewegen von Positionierachsen erfolgen, und für andere Raumrichtungen durch Bildverschiebung bzw. Berücksichtigung bei der Rekonstruktion, beispielsweise wenn für diese Raumrichtung keine Positionierachse zur Verfügung steht oder diese zu langsame oder ungenaue Bewegungen zulässt, erfolgen. Auch kann anschließend an eine Positionierung mittels Achsen eine verbleibende Abweichung bei der Positionierung durch eine Bildverschiebung bzw. Berücksichtigung bei der Rekonstruktion behoben werden.
Werden die Komponenten zueinander positioniert, so muss bekannt sein, um welchen Betrag und in welche Richtung eine Verschiebung stattfinden soll. Dies ist nur im Fall der Extrapolation bzw. Verwendung des Korrektur- Vektors aus vorhergehenden Stützstellen möglich oder für den Fall, dass es sich um eine Stützstelle handelt. Im zweiten Fall wird als Korrektur- Vektor für die Positionierung der Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet, welcher jedoch erst bestimmt werden muss. Dies erfolgt erfindungsgemäß, indem vor dem Positionieren ein Durchstrahlungsbild aufgenommen wird, welches nach dem Positionieren verworfen wird. Erst nach der Verschiebung wird das endgültige Durchstrahlungsbild aufgenommen.
Die Berücksichtigung in der Rekonstruktion bedeutet, dass die ohnehin jedem Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren, also die Vektoren, die die Lage des Durchstrahlungsbildes unter anderem bezüglich Röntgenquelle und mechanischer Drehachse beschreiben, die zusammen mit den Durchstrahlungsbildern in die Rekonstruktion eingehen, entsprechend verändert werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Verschieben der Durchstrahlungsbilder selbst, meist verbunden mit zeitaufwändigem Umspeichern und Resampling auf ein gemeinsames Pixelraster, unterbleiben kann.
Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass aus der Lageabweichung mehrerer Merkmale zueinander oder mehrerer Abschnitte eines Merkmals zueinander eine Größenänderung und/oder Verdrehung bestimmt wird, die verwendet wird, um eine Korrektur des jeweiligen Durchstrahlungsbildes durch Skalierung und/oder Drehung und/oder entsprechende Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Werkstück zueinander vorzunehmen.
Aus der Lage mehrerer Merkmale wie beispielsweise Geradenabschnitten oder Kreismittelpunkten zueinander kann eine Verdrehung des Durchstrahlungsbildes, beispielsweise aufgrund eines Kippens der mechanischen Drehachse, erkannt und korrigiert werden. Aus dem Abstand zweier Merkmale wie beispielsweise Kreismittelpunkte oder dem Durchmesser eines Kreises kann eine Größenänderung, beispielsweise ausgelöst durch einen veränderten Abbildungsmaßstab aufgrund des veränderten Abstands zwischen mechanischer Drehachse und Röntgenröhre bzw. mechanischer Drehachse und Röntgendetektor, der Abbildung im Durchstrahlungsbild erkannt und durch entsprechendes Skalieren behoben werden. Insbesondere im zweiten Fall kann die Korrektur des Abbildungsmaßstabes aber auch durch entsprechendes Positionieren der Komponenten zueinander erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Lagevergleich durch Korrelationsmethoden oder durch Bestimmung der Lage insbesondere Schwerpunkt oder Mittelpunkt der aus dem Merkmal bestimmten Kontur erfolgt.
Bei Korrelationsmethoden wird die Ähnlichkeit zwischen zwei Bildern anhand eines Korrelationskoeffizienten bestimmt, die schrittweise in beiden Richtungen innerhalb der Bildebene zueinander verschoben werden. Die verschobenen Bilder werden überlagert, insbesondere die Grauwerte voneinander pixelweise abgezogen und die Differenzen quadratisch aufsummiert und invertiert, um den Korrelationskoeffizienten zu bilden. Je ähnlicher die Bilder, je größer ist der Korrelationskoeffizient. Die Verschiebung, bei der dieser Koeffizient am größten wird ist die gesuchte Lageverschiebung, die den Korrektur- Vektor darstellt Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die korrigierten Durchstrahlungsbilder mittels Re-Sampling- Verfahren in ein einheitliches Punkteraster überführt werden.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die ermittelten Korrektur- Vektoren verwendet werden, um die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück während des Messlaufes durch Positionieren der entsprechenden Komponente zu korrigieren und verbleibende Abweichung bei dieser Verschiebung für die Verschiebung des jeweiligen Durchstrahlungsbildes oder Berücksichtigung in der Rekonstruktion verwendet wird.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist dieses Vorgehen vor allem dann sinnvoll, wenn die Genauigkeit der verwendeten Positionierachsen nicht hoch genug ist.
Nach einer bevorzugten unabhängigen erfinderischen Idee ist ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie vorgesehen, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess- Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes, insbesondere vor der Aufnahme des jeweils nächsten Durchstrahlungsbildes der Messung, erfolgt und das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden Dieses Verfahren ist nur dann umsetzbar, wenn die Soll-Durchstrahlungsbilder zum Zeitpunkt der Messung schon vorliegen, also vor der eigentlichen Messung aufgenommen wurden, und wenn der jeweils zu verwendende Korrektur- Vektor aus vorherigen Stützpunkt-Korrektur- Vektoren berechnet wird, also beispielsweise der zuletzt ermittelte Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet wird oder aus mehreren zeitlich zurückliegend ermittelten Stützpunkt-Korrektur- Vektoren der Korrektur- Vektor durch Extrapolation festgelegt wird. Vorteil ist hier, dass die Rekonstruktion bereits kurz nach Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes abgeschlossen werden kann.
Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des Durchstrahlungsbildes für die zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle erfolgt, und anschließend das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden.
Bei dieser alternativen Lösung kann die Rekonstruktion auch kurz nach der Aufnahme des letzten Durchstrahlungsbildes abgeschlossen werden. Dann muss die Korrektur nämlich nur noch für die zeitlich zurückliegenden Drehstellungen erfolgen, die nach der letzten Stützstelle aufgenommen worden. In Abwandlung bzw. Erweiterung dieser Idee sieht die Erfindung auch vor, dass Drehstellungen nach der letzten Stützstelle existieren können, die letzte Stützstelle also nicht die letzte Drehstellung ist, wobei für diese nach der letzten Stützstelle liegenden Drehstellungen der Korrektur- Vektor aus dem oder den letzten Stützstellen-Korrektur- Vektor ermittelt wird, wiederum beispielsweise durch Extrapolation oder Verwendung des letzten Stützstellen-Korrektur- Vektors.
In einer weiteren bevorzugten Lösung ist vorgesehen, dass direkt vor der Messung der Start-Korrektur- Vektor bestimmt wird und die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start- Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird.
Diese bevorzugte Lösung korrigiert also die zwischen Einmessen und eigentlicher Messung aufgetretenen Drifterscheinungen durch einmaliges Positionieren zeitlich direkt vor der Messung, wobei der Start- Korrektur- Vektor bestimmt wird, beispielsweise durch Aufnahme eines Durchstrahlungsbildes in der ersten Drehstellung, also der 0° Drehstellung zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der eigentlichen Messung. Während der Messung auftretende Drifterscheinungen werden ausschließlich durch Bildverschiebung oder Berücksichtigung in der Rekonstruktion korrigiert, wodurch eine schnelle Messung realisiert wird.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Korrektur- Vektoren und vorzugsweise der Start-Korrektur- Vektor bei einer nach der Messung durchgeführten Rekonstruktion, beispielsweise zweiten Offline-Rekonstruktion, der Durchstrahlungsbilder angewendet werden.
Hierdurch ist es möglich, auch nach der Messung bestimmte bzw. neu bestimmte Korrektur- Vektoren zu berücksichtigen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bestimmung der Soll-Durchstrahlungsbilder nach der Messung erfolgt bzw. erneut erfolgt, weil zum Beispiel Zweifel an der Qualität der vor der Messung aufgenommenen Soll-Durchstrahlungsbilder aufgekommen ist. Auch kann nach der Messung das Einmessen wiederholt werden, wodurch der Start-Korrektur- Vektor erneut ermittelt, zum Beispiel überprüft werden kann. Auch ist der Fall denkbar, dass das Einmessen aus Zeitgründen oder anderen Gründen überhaupt erst nach der Messung stattfindet. Erfindungsgemäß kann die Rekonstruktion dann mit der Korrektur an den gespeicherten Durchstrahlungsbildern jederzeit wiederholt bzw. überhaupt erst später, also nachdem das Werkstück beispielsweise schon von der mechanischen Drehachse entfernt wurde oder weitere Messungen am Werkstück oder die Auswertung erster Ergebnisse vorgenommen wurde, auch offline, also ohne Belegung des Messgerätes, erfolgen.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das Verfahren für eine Computertomografie- Sensorik eingesetzt wird, die Teil eines Koordinatenmessgerätes ist, vorzugsweise mit weiteren Sensoren wie taktilen, optischen, taktil-optischen Sensoren in einem Multisensor-Koordinatenmessgerät integriert verwendet wird.
Nach einer weiteren bevorzugten unabhängigen erfinderischen Idee ist ein Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie vorgesehen, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess- Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur- Vektor für die Korrektur verwendet wird.
Diese Idee sieht also zunächst nur vor, die Drift zwischen Einmessen und Messung zu korrigieren, ist aber mit den zuvor beschriebenen Verfahren zur Driftkorrektur während der Messung kombinierbar. Insbesondere die zuvor beschriebenen Verfahren zur Umsetzung der Korrektur sind auch hier verwendbar. Insbesondere ist daher vorgesehen, dass die Korrektur mittels des Start-Korrektur- Vektors erfolgt, indem
alle nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder korrigiert werden, indem sie um den Start-Korrektur- Vektor verschoben werden, oder
die Rekonstruktion aller nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder unter Berücksichtigung des Start- Korrektur- Vektor erfolgt, vorzugsweise indem der Start-Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird, oder
die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird.
Auch ist deshalb bevorzugt vorgesehen, dass die Position des Driftkörpers in jeder Drehstellung der Messung zusätzlich erneut bestimmt wird, vorzugsweise indem der Driftkörper gemeinsam mit dem Werkstück im Durchstrahlungsbild abgebildet wird, und die Positionsänderung des Driftkörpers zur Ausgangsposition bestimmt wird, und als Korrektur- Vektor die Differenz zwischen der Positionsänderung und dem Start- Korrektur- Vektor zusätzlich zum Start-Korrektur- Vektor zur Korrektur verwendet wird, wobei vorzugsweise vor der Messung die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung
die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um die jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird. Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Ausgangsposition oder die vor der eigentlichen Messung des Werkstücks erneut ermittelte Position des Driftkörpers bestimmt wird, indem die Position in einem Durchstrahlungsbild in der Startdrehstellung der mechanischen Drehachse bestimmt wird oder indem die Positionen gemittelt werden, die in zwei um in 180° zueinander verdrehten Stellungen der mechanischen Drehachse aufgenommenen Durchstrahlungsbildern bestimmt wurden.
Bei den 180° versetzten Messungen handelt es sich um eine Umschlagmethode, wodurch die Genauigkeit für die Bestimmung der Ausgangsposition erhöht wird. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, eine entsprechende Umschlagsmessung bei der erneuten Bestimmung der Position des Driftkörpers vor der eigentlichen Messung des Werkstücks durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, für die verbesserten Verfahren zur Driftkorrektur entsprechende Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung bezieht sich somit auch auf eine Vorrichtung zur computertomo grafischen Messung eines Werkstücks, zumindest bestehend aus Computertomografie-Sensorik, bestehend aus Röntgenquelle und flächig ausgedehntem Röntgendetektor, und zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordneter mechanischen Drehachse zur Aufnahme des Werkstücks und zur Drehung des Werkstücks um eine Drehachse, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik um die Drehachse aufzunehmen und die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensioneilen Messung des Werkstücks zu extrahieren, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Driftkörper von der mechanischen Drehachse ausgeht, der vorzugsweise innerhalb der Drehachse, also in der Drehachsmitte, angeordnet ist, und auf den Detektor abbildbar ist, wobei vorzugsweise der Driftkörper Teil der Mittel zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) ist. Durch die Anordnung des Driftkörpers in der Drehachsmitte ergibt sich der Vorteil, dass der Taumel der Drehachse leicht ermittelt werden kann. Zudem kann auch bei hohen Abbildungsmaßstäben gesichert werden, dass der Driftkörper im Durchstrahlungsbild sichtbar ist. Würde er außerhalb der Mitte angeordnet werden, würde er um die Drehachse taumeln und möglicherweise dadurch den vom Durchstrahlungsbild erfassten Bereich verlassen. Zudem würde sich die Größe der Abbildung, also beispielsweise der Durchmesser einer Kugel, in den verschiedenen Drehstellungen verändern. Dies würde zusätzlich die oben beschriebene Korrelationsanalyse unnötigerweise erschweren. Durch die Unterbringung des Driftkörpers in der Aufspannvorrichtung für das Werkstück kann dieser leicht für verschiedene Werkstücktypen und den entsprechend unterschiedlichen Aufspannvorrichtungen ausgetauscht werden. Es kann jedoch auch eine universelle Aufspannvorrichtung vorgesehen sein, die zur Befestigung unterschiedlicher Werkstücke geeignet ist. In beiden Fällen ist es jedoch möglich, durch die Unterbringung in der abnehmbaren Aufspannvorrichtung, bei Bedarf auch Messungen ohne diese durchzuführen, um den maximalen Messbereich nutzen zu können.
Für die dimensionelle Messung komplexer Geometrien werden verschieden taktile, taktil-optische, optische oder computertomografische Sensoren (Computertomograf) verwendet. Bevorzugt werden diese in Koordinatenmessgeräten (KMGs) betrieben, teilweise auch mehrere Sensoren kombiniert in einem Gerät (Multisensor-KMG).
Unter Computertomografie zur dimensionellen Messung von Werkstücken ist zu verstehen, dass aus der Menge der meist mittels eines flächigen Detektors in mehreren Drehstellungen eines Werkstücks aufgenommenen zweidimensionalen Durchstrahlungsbildern eine Rekonstruktion der Volumeninformationen (Voxeldaten bzw. Voxelamplituden in Form von Grauwerten) für das vom Detektor erfasste Volumen erfolgt, wobei die Voxeldaten ein Maß für die lokalen Schwächungskoeffizienten sind, und an Materialgrenzen durch Oberflächenextraktionsverfahren aus den Voxeldaten Messpunkte bzw. Oberflächenmesspunkte erzeugt werden. Aus diesen Oberflächenmesspunkten können Maße am Werkstück bzw. Maße von Merkmalen bzw. Strukturen am Werkstück ermittelt werden, also dimensionelle Messungen erfolgen. Die Oberfläche des Werkstücks wird beispielsweise durch Vernetzung der Oberflächenpunkte im sogenannten STL-Format (STL - Standard Triangulation Language) dargestellt.
Ein Computertomograf bzw. eine Computertomografiesensorik (CT-Sensorik) besteht im Allgemeinen aus einem flächig ausgeprägten Detektor, einer Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, und einer mechanischen Drehachse (Drehtisch) zur Drehung des zu messenden Werkstücks im Strahlkegel des vom Detektor erfassten Teils der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung. In kinematischer Umkehr ist es jedoch auch möglich, das Werkstück fest anzuordnen und Detektor und Strahlungsquelle um das Werkstück rotieren zu lassen.
Der Begriff mechanische Drehachse dient lediglich der Unterscheidung zu einer mathematischen Drehachse, wenn gleich eine mechanische Drehachse (auch als Drehtisch bezeichnet) immer auch eine Drehung um eine mathematische Drehachse ermöglicht. Die Verwendung des Begriffes Drehachse bezieht sich daher auf die der mechanischen Drehachse zugeordnete mathematische Drehachse, insofern aus dem Zusammenhang eine Richtung gemeint ist, und auf die mechanische Drehachse, insofern eine Vorrichtung gemeint ist. Der Begriff mechanische Drehachse bezeichnet keine Einschränkung auf das innerhalb der Drehachse umgesetzte Führungsprinzip zwischen feststehendem und drehbarem Teil der mechanischen Drehachse. Es sind also sowohl mechanisch gelagerte, wie auch luftgelagerte, oder anderweitig wie hydraulisch gelagerte usw., mechanische Drehachsen gemeint. Die mathematische Drehachse wird auch als physikalische Drehachse bezeichnet.
Als Detektor werden neben flächig ausgeprägten Detektoren auch Zeilendetektoren eingesetzt. Diese besitzen nur eine einzige Detektorzeile. Zur vollständigen Aufnahme von Durchstrahlungsinformationen eines räumlich ausgedehnten Werkstücks müssen Werkstück und Detektor in mehrere entlang der Richtung der Drehachse (mathematischen Drehachse) verschobene Stellungen gebracht werden. Der sich dadurch ergebende erhöhte Zeitaufwand wird durch den Einsatz von Flächendetektoren vermieden. Dennoch ist die vorliegende Erfindung bzw. sind die erfindungs gemäßen Lehren auch für Zeilendetektoren umsetzbar. Anstatt der Verarbeitung von Durchstrahlungsbildern, also 2D-Bildern, werden die mit der jeweiligen Detektorzeile aufgenommenen Informationen verarbeiten und hier zur Vereinfachung ebenfalls als Durchstrahlungsbilder bezeichnet.
Eine weitere selbstständige Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Driftkorrektur bei einer computertomografischen Messung, bei der das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird.
Bei dem in der WO2010094774 beschriebenem computertomografischen Messverfahren, bei dem das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird, ist für die Genauigkeit der Messergebnisse entscheidend, dass die Relativbewegungen, insbesondere die translatorische Bewegung des Drehtisches (auch als mechanische Drehachse bezeichnet) mit hoher Genauigkeit auf der vorgegebenen Bahn, insbesondere Kreisbahn, und abgestimmt auf die Drehung des Werkstückes mittels des Drehtisches erfolgt. Positionierabweichungen der für die translatorische Bewegung eingesetzten Messachsen, beispielsweise eines Koordinatenmessgerätes, können die korrekte Lage der aufgenommenen Durchstrahlungsbilder in der Bildebene des Röntgendetektors zueinander beeinflussen. Aber auch Drifterscheinungen des die Röntgenstrahlung abgebenden Brennflecks der Röntgenquelle, des Detektors und des Drehtisches zueinander während der Messung können für eine verschobene Lage der Durchstrahlungsbilder zueinander sorgen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für computertomo grafische Verfahren, bei denen das Werkstück um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird, den Einfluss von Positionierabweichungen der zur Realisierung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Detektor eingesetzten Mittel, wie Messachsen, und den Einfluss von Drifterscheinungen zwischen den Komponenten Brennfleck der Röntgenquelle, Detektor und Drehtische auf das Messergebnis zu vermindern, insbesondere die Lage der in mehreren Drehstellungen aufgenommenen Durchstrahlungsbildern zueinander zu korrigieren.
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird und in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen des Werkstücks herangezogen werden.
Ein diesbezügliches Verfahren zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass ein am Drehtisch befestigter Driftkörper, wie Kugel, vorzugsweise auf der physikalischen Drehachse des Drehtisches befestigter Driftkörper, zusammen mit dem Werkstück in den Durchstrahlungsbildern abgebildet wird und aus der Abweichung der Ist-Position des Driftkörpers im jeweiligen Durchstrahlungsbild zur vorab bestimmten Soll-Position die Relativposition zwischen Werkstück und Röntgendetektor korrigiert wird und das Durchstrahlungsbild erneut aufgenommen wird oder/oder das Durchstrahlungsbild um die Abweichung zurück verschoben wird oder die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
Zur Bestimmung der Soll-Position des Driftkörpers in den Durchstrahlungsbildern müssen die Lage des Driftkörpers auf dem Drehtisch (Ausgangsposition) und die Bahn, auf der sich der Drehtisch bzw. der Detektor während der Messung bewegen wird, bekannt sein. Vorzugsweise bewegt sich der Drehtisch in diskreten Positionen auf einer Kreisbahn, wobei an jeder der Positionen ein Durchstrahlungsbild in einer vorgegebenen Drehstellung des Drehtisches aufgenommen wird. Dabei wird jeweils der zu messende Bereich des Werkstücks und der Driftkörper auf den Detektor abgebildet. Dieser Bereich befindet sich zumindest leicht außerhalb der Mitte des Drehtisches. Würde er sich genau in der Mitte befinden, müsste der Drehtisch nicht auf einer Kreisbahn bewegt, sondern nur gedreht werden. Der Driftkörper befindet sich jedoch bevorzugt in der Mitte des Drehtisches, also in der physikalischen Drehachse des Drehtisches und bewegt sich daher an Soll-Positionen senkrecht zur Drehachse parallel zur Detektorebene auf einer Linie, die der in die Detektorebene projizierten Kreisbahn des Drehtisches entspricht. Bewegt sich der Detektor in einer Richtung, die senkrecht zur Drehachse und in der Detektorebene verläuft, so folgt die Soll-Position des Driftkörpers dieser Bewegung. Durch die stets senkrecht zur Detektorebene vorliegende Bewegung des Drehtisches wird jedoch noch eine Bewegung des in die Detektorebene abgebildeten Driftkörpers überlagert, die sich aus dem ändernden Abbildungsmaßstab ergibt. Diese Bewegung ist jedoch bekannt und wird mit einberechnet. Für den Fall, dass der Driftkörper außerhalb der Drehachsmitte angeordnet ist, können die Bewegungen des Driftkörpers kompliziertere Trajektorien annehmen, die aber dennoch stets berechenbar sind. Hierbei muss neben dem Betrag der außermittigen Lage auch der Drehwinkel des Driftkörpers um die physikalische Achse des Drehtisches einberechnet werden. Ein Sonderfall liegt vor, wenn der Driftkörper genau in der Achse angeordnet wird, um die das Werkstück gedreht wird, also in der von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse. Dann bleibt die Soll-Position des Driftkörpers in allen Durchstrahlungsbildern gleich.
Als Ausführungsbeispiel für die Anordnung eines Driftkörpers wie Driftkugel am Drehtisch, insbesondere in der physikalischen Drehachse des Drehtisches, wird beispielhaft auf die Figur 1 und die dazu gehörige Beschreibung verwiesen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Soll-Positionen des Driftkörpers festgelegt werden aus der vorab festgelegten Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor und der Ausgangsposition des Driftkörpers auf dem Drehtisch in einer ersten Drehstellung, wobei die Ausgangsposition durch die Position des Driftkörpers in einem in der ersten Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbild festgelegt ist. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die verschobenen Durchstrahlungsbilder mittels Resampling in ein gemeinsames Raster überführt werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, indem der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordnete Geometrievektor um die Abweichung korrigiert wird
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass bei der Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor die rotatorische Bewegung das Drehen des Drehtisches um seine physikalische Achse ist und die translatorische Bewegung eine Verschiebung
des Drehtisches senkrecht zur Röntgendetektorebene und
des Drehtisches oder Röntgendetektors in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft,
ist.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Computertomografiesensor in einem Koordinatenmessgerät integriert betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, verwendet wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Computertomograf in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der einzigen Figur.
Es zeigt: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausgestaltung und Teile der erfindungsgemäßen Verfahren.
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur computertomo grafischen Messung eines Werkstücks 9. Die Vorrichtung besteht unter anderem aus einer Röntgenquelle 1, die Röntgenstrahlen im Kegel la abgibt, aus einem flächigen Röntgendetektor 2, der die durch unter anderem das Werkstück 9 abgeschwächte Röntgenstrahlen la empfängt, aus einer mechanischen Drehachse 3, die die Drehung des Werkstücks 9 bewirkt, indem ein drehbares Teil 4 der mechanischen Drehachse 3 zu einem feststehenden Teil 5 in Richtung des Pfeiles 3a um eine Drehachse 3b drehbar ist, aus einer Aufspannvorrichtung 6 und aus einer in dieser befestigten Driftkugel 8.
Die Figur 1 zeigt weiterhin die Ausgangsposition 8a der Driftkugel 8, die beim Einmessen bestimmt wurde, und die direkt vor der Messung bestimmte Position 8b der Driftkugel 8 in der Detektorebene, also im Durchstrahlungsbild. Aus der Verschiebung zwischen den Positionen 8a und 8b ergibt sich ein Start-Korrektur- Vektor 8c, der zur erfindungsgemäßen Driftkorrektur der zwischen Einmessen und Messung des Werkstücks aufgetretenen Drift verwendet wird. Erfindungsgemäß kann die Position der Driftkugel 8 auch während der Messung ausgewertet und zur Driftkorrektur der während der Messung auftretenden Drift verwendet werden.
Auch zeigt die Figur 1 für eine ausgewählte Drehstellung, in diesem Fall einen Stützpunkt (Soll-Drehstellung), ein Merkmal 9b im während der Messung aufgenommenen Durchstrahlungsbild, nämlich die Außenkontur der Abbildung des Werkstücks 9 auf dem Detektor 2. Mit dem Bezugszeichen 9a gekennzeichnet ist dieses Merkmal im Soll-Durchstrahlungsbild dargestellt, welches bei der selben Soll- Drehstellung, jedoch vor der Messung des Werkstücks bei der Aufnahme der reduzierten Anzahl von Soll-Durchstrahlungsbildern aufgenommen wurde. Die Verschiebung zwischen 9a und 9b, beispielsweise mittels Korrelationsanalyse ermittelt, bildet einen Stützpunkt-Korrektur- Vektor 9c für die ausgewählte Drehstellung. Für die weiteren Stützstellen werden die Stützpunkt-Korrektur- Vektoren analog bestimmt.
Zur Korrektur werden die Stützpunkt-Korrektur- Vektoren 9c bzw. der Start-Korrektur- Vektor 8c erfindungsgemäß verwendet, um entweder die Durchstrahlungsbilder zu verschieben oder um in der Rekonstruktion berücksichtigt zu werden oder um eine Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle 1, Detektor 2 und mechanische Drehachse 3 durchzuführen. Entsprechende Positioniereinheiten für die Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle 1, Detektor 2 und mechanische Drehachse 3 sind beispielsweise in Koordinatenmessgeräten als sogenannte Messachsen vorhanden, hier jedoch nicht dargestellt. Diesbezüglich wird auf die WO 2005/119174 AI Bezug genommen, insbesondere auf die Figuren 1 und 3. Danach besteht eine bevorzugte Lösung zur Bewegung entlang der Komponenten der Vektoren 8c und 9c, also Bewegungen in Richtungen innerhalb der Ebene des Detektors 2, darin, dass die mechanische Drehachse 3 zusammen mit dem Werkstück 9 in Richtung der Drehachse 3b verschoben wird und der Detektor 2 senkrecht dazu, also entlang der Richtung, die senkrecht zur Drehachse 3 und senkrecht zur Mittelachse 7 der Röntgenstrahlung la verläuft. Andere Lösungen sind ebenso einsetzbar. Der Detektor 2 kann beispielsweise in beiden Richtungen innerhalb der Detektorebene beweglich sein. Gleiches gilt für die Drehachse 3. Auch die Röntgenquelle 1 kann zusammen mit dem Detektor bewegt werden, um die Ke gelstrahl winkel Verhältnisse konstant zu halten.
Allgemein, jedoch nicht schutzeinschränkend, sollte die Messung zur Bestimmung der in Bezug auf die Ausgangsposition veränderten Position des Driftkörpers, anhand der also die Ermittlung des Start-Korrektur- Vektors erfolgt, bzw. sollten die Messungen zur Aufnahme der Soll-Durchstrahlungsbilder, die als Ausgangspunkt für die später bei der eigentlichen Messung ermittelten Stützpunkt-Korrektur- Vektoren dienen, in einem zeitlichen Abstand zum Beginn der eigentlichen Messung des Werkstücks erfolgen, der nicht länger als die eigentliche Messung des Werkstücks ist. Der zeitliche Abstand sollte bevorzugt weniger als 5 Min., besonders bevorzugt weniger als 1 Min., betragen. Insbesondere ist vorgesehen, dass nach Beendigung der Aufnahmen der Soll- Durchstrahlungsbilder bzw. der Bestimmung des Start-Korrektur- Vektors unmittelbar die eigentliche Messung gestartet wird. Ein Benutzereingriff erfolgt nicht. Die Messabläufe folgen unmittelbar aufeinander Software-gesteuert.

Claims

Patentansprüche Verfahren und Vorrichtung zur Computertomografie eines Werkstücks
1. Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem vor und/oder nach der Messung, bevorzugt vor der Messung, in einer reduzierten Anzahl von Soll-Drehstellungen (Stützstellen) Soll-Durchstrahlungsbilder aufgenommen werden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in den Soll-Drehstellungen bei der Messung aufgenommene Durchstrahlungsbilder mit den Soll-Durchstrahlungsbildern verglichen werden und für jede Soll-Drehstellung (Stützstelle) aus der Lageabweichung zumindest eines Merkmals in den Durchstrahlungsbildern in Bezug auf die Lage dieses Merkmals im Soll-Durchstrahlungsbild jeweils eine Verschiebung (Stützpunkt- Korrektur- Vektoren) bestimmt und der jeweiligen Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet wird, wobei aus einem oder mehreren Stützpunkt-Korrektur- Vektoren jeweils ein Korrektur- Vektor für jedes Durchstrahlungsbild berechnet wird, vorzugsweise der Korrektur- Vektor aus einem Stützpunkt-Korrektur- Vektor bestimmt wird, der der gleichen Drehstellung oder der zeitlich davor liegenden Soll-Drehstellung (Stützstelle) zugeordnet ist, besonders bevorzugt der Korrektur- Vektor aus den beiden Stützpunkt-Korrektur- Vektoren bestimmt wird, die zeitlich direkt vor und nach der aktuellen Drehstellung liegenden Soll- Drehstellungen (Stützstellen) zugeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass als jeweiliger Korrektur- Vektor der Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet wird, der der zeitlich direkt vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordnet ist oder der jeweilige Korrektur- Vektor aus mindestens zwei zeitlich vor der aktuellen Drehstellung liegenden Stützstellen zugeordneten Stützpunkt-Korrektur- Vektoren extrapoliert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass als jeweiliger Korrektur- Vektor der Stützpunkt-Korrektur- Vektor verwendet wird, der der zeitlich oder in Bezug auf den Drehwinkel zur aktuellen Drehstellung am nächsten gelegenen Stützstelle zugeordnet ist.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Korrektur- Vektor aus mindestens einem zeitlich vor und aus mindestens einem zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle zugeordneten Stützpunkt- Korrektur- Vektor interpoliert wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Merkmal am Werkstück und/oder an einem von der zur Einstellung der Drehstellungen verwendeten mechanischen Drehachse ausgehenden Driftkörper und/oder an zur Aufnahme des Werkstücks verwendeten Mitteln zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) für die Bestimmung der Stützpunkt- Korrektur- Vektoren verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass als Driftkörper eine Kugel (Driftkugel) oder ein Körper mit kugelförmigem Abschnitt verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Durchstrahlungsbilder vom zu messenden Werkstück und/oder vom Driftkörper in verschiedenen Soll-Drehstellungen aufgenommen werden, wobei die Anzahl der Soll-Drehstellungen deutlich geringer ist, bevorzugt 4 bis 100, als die Anzahl der Mess-Drehstellungen, bevorzugt mehr als 100 bis 1.600.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Durchstrahlungsbilder zeitlich direkt nach oder während dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander aufgenommen werden.
Verfahren nach vorzugsweise zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass vor der eigentlich Messung in Bezug auf einen Einmesszustand aufgetretene Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, indem die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur- Vektor zusätzlich für die Korrektur verwendet wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrektur mittels der den Drehstellungen zugeordneten Korrektur- Vektoren erfolgt, indem
die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird, oder
die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück vor der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes um den jeweiligen Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird, wobei an den Stützstellen vor dem Positionieren ein Durchstrahlungsbild zur Bestimmung des jeweiligen Stützpunkt-Korrektur- Vektors aufgenommen wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass aus der Lageabweichung mehrerer Merkmale zueinander oder mehrerer Abschnitte eines Merkmals zueinander eine Größenänderung und/oder Verdrehung bestimmt wird, die verwendet wird, um eine Korrektur des jeweiligen Durchstrahlungsbildes durch Skalierung und/oder Drehung und/oder entsprechende Verschiebung der Komponenten Röntgenquelle, Röntgendetektor und Werkstück zueinander vorzunehmen.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagevergleich durch Korrelationsmethoden oder durch Bestimmung der Lage insbesondere Schwerpunkt oder Mittelpunkt der aus dem Merkmal bestimmten Kontur erfolgt.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass die korrigierten Durchstrahlungsbilder mittels Re-Sampling-Verfahren in ein einheitliches Punkteraster überführt werden.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die ermittelten Korrektur- Vektoren verwendet werden, um die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück während des Messlaufes durch Positionieren der entsprechenden Komponente zu korrigieren und verbleibende Abweichung bei dieser Verschiebung für die Verschiebung des jeweiligen Durchstrahlungsbildes oder Berücksichtigung in der Rekonstruktion verwendet wird.
15. Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess-Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei während der Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück korrigiert werden, nach vorzugsweise Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des jeweiligen Durchstrahlungsbildes, insbesondere vor der Aufnahme des jeweils nächsten Durchstrahlungsbildes der Messung, erfolgt und das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrektur für die jeweilige Drehstellung zeitlich direkt nach der Aufnahme des Durchstrahlungsbildes für die zeitlich nach der jeweiligen Drehstellung liegenden Stützstelle erfolgt, und anschließend das korrigierte Durchstrahlungsbild der Rekonstruktion zugeführt wird oder das unkorrigierte Durchstrahlungsbild und der jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor der Rekonstruktion zugeführt werden, wobei Soll-Durchstrahlungsbilder zur Berechnung der Korrektur vor der Messung aufgenommen werden.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass direkt vor der Messung der Start-Korrektur- Vektor bestimmt wird und die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung
die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um den jeweils zugeordneten Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrektur- Vektoren und vorzugsweise der Start-Korrektur- Vektor bei einer nach der Messung durchgeführten Rekonstruktion, beispielsweise zweiten Offline-Rekonstruktion, der Durchstrahlungsbilder angewendet werden.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren für eine Computertomografie-Sensorik eingesetzt wird, die Teil eines Koordinatenmessgerätes ist, vorzugsweise mit weiteren Sensoren wie taktilen, optischen, taktil-optischen Sensoren in einem Multisensor- Koordinatenmessgerät integriert verwendet wird.
20. Verfahren zur Driftkorrektur für eine Computertomografie nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird und Durchstrahlungsbilder in mehreren Drehstellungen (Mess- Drehstellungen) zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik, zumindest bestehend aus Röntgenquelle und Röntgendetektor, aufgenommen werden, wobei vor der eigentlich Messung aufgetretene oder während der eigentlichen Messung auftretende Relativ-Bewegungen zwischen der Röntgenquelle, insbesondere dem Röntgenstrahlung emittierenden Brennfleck der Röntgenquelle, und dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück in Bezug auf einen Einmesszustand korrigiert werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangsposition eines Driftkörpers beim oder zeitlich direkt vor oder nach dem Einmessen der Relativlage von Röntgensensor, Röntgendetektor und mechanischer Drehachse zueinander bestimmt wird und direkt vor der eigentlichen Messung des Werkstücks die Position des Driftkörpers erneut bestimmt wird und die Positionsänderung als Start-Korrektur- Vektor für die Korrektur verwendet wird.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Korrektur mittels des Start-Korrektur- Vektors erfolgt, indem
alle nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder korrigiert werden, indem sie um den Start-Korrektur- Vektor verschoben werden, oder
die Rekonstruktion aller nachfolgend bei der Messung des Werkstücks aufgenommenen Durchstrahlungsbilder unter Berücksichtigung des Start- Korrektur- Vektor erfolgt, vorzugsweise indem der Start-Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird, oder
die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start-Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Position des Driftkörpers in jeder Drehstellung der Messung zusätzlich erneut bestimmt wird, vorzugsweise indem der Driftkörper gemeinsam mit dem Werkstück im Durchstrahlungsbild abgebildet wird, und die Positionsänderung des Driftkörpers zur Ausgangsposition bestimmt wird, und als Korrektur- Vektor die Differenz zwischen der Positionsänderung und dem Start-Korrektur- Vektor zusätzlich zum Start-Korrektur- Vektor zur Korrektur verwendet wird, wobei vorzugsweise vor der Messung die relative Position zwischen der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor und/oder dem Werkstück um den Start- Korrektur- Vektor durch Positionieren der entsprechenden Komponente verändert wird und während der Messung
die Durchstrahlungsbilder vor einer Rekonstruktion um die jeweils zugeordnete Korrektur- Vektor verschoben werden oder
der jeweilige Korrektur- Vektor bei der Rekonstruktion des jeweiligen Durchstrahlungsbildes berücksichtigt wird, vorzugsweise indem der Korrektur- Vektor zur Anpassung der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordneten Geometrievektoren verwendet wird.
23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Ausgangsposition oder die vor der eigentlichen Messung des Werkstücks erneut ermittelte Position des Driftkörpers bestimmt wird, indem die Position in einem Durchstrahlungsbild in der Startdrehstellung der mechanischen Drehachse bestimmt wird oder indem die Positionen gemittelt werden, die in zwei um in 180° zueinander verdrehten Stellungen der mechanischen Drehachse aufgenommenen Durchstrahlungsbildern bestimmt wurden.
24. Vorrichtung zur computertomografischen Messung eines Werkstücks (9), zumindest bestehend aus Computertomografie-Sensorik, bestehend aus Röntgenquelle (1) und flächig ausgedehntem Röntgendetektor (2), und zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordneter mechanischen Drehachse (3) zur Aufnahme des Werkstücks und zur Drehung des Werkstücks um eine Drehachse (3b), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, Durchstrahlungsbilder des Werkstücks in mehreren Drehstellungen zwischen Werkstück und Computertomografie-Sensorik um die Drehachse aufzunehmen und die Durchstrahlungsbilder zu einem Volumendatensatz (Voxelvolumen) zu rekonstruieren und vorzugsweise Oberflächenpunkte aus dem Volumendatensatz zur dimensioneilen Messung des Werkstücks zu extrahieren,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass ein Driftkörper (8) von der mechanischen Drehachse (3) ausgeht, der vorzugsweise innerhalb der Drehachse, also in der Drehachsmitte, angeordnet ist, und auf den Detektor (2) abbildbar ist, wobei vorzugsweise der Driftkörper Teil der Mittel zur Befestigung des Werkstücks (Aufspannvorrichtung) (6) ist.
25. Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Strukturen an einem Werkstück mittels eines Computertomografen, zumindest bestehend aus Röntgenquelle, flächigem Röntgendetektor und Drehtisch, wobei das Werkstück mithilfe einer Kombination aus rotatorischer und translatorischer Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor, um eine von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse gedreht wird und in mehreren Drehstellungen Durchstrahlungsbilder mit dem Röntgendetektor aufgenommen werden, die zu einem Volumendatensatz rekonstruiert werden, aus dem Oberflächenpunkte ermittelt werden, die zur Bestimmung der Merkmale und/oder Strukturen herangezogen werden dadurch gekennzeichnet,
dass ein am Drehtisch befestigter Driftkörper, wie Kugel, vorzugsweise auf der physikalischen Drehachse des Drehtisches befestigter Driftkörper, zusammen mit dem Werkstück in den Durchstrahlungsbildern abgebildet wird und aus der Abweichung der Ist-Position des Driftkörpers im jeweiligen Durchstrahlungsbild zur vorab bestimmten Soll-Position
die Relativposition zwischen Werkstück und Röntgendetektor korrigiert wird und das Durchstrahlungsbild erneut aufgenommen wird oder/oder das Durchstrahlungsbild um die Abweichung zurück verschoben wird oder die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Soll-Positionen des Driftkörpers festgelegt werden aus der vorab festgelegten Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor und der Ausgangsposition des Driftkörpers auf dem Drehtisch in einer ersten Drehstellung, wobei die Ausgangsposition durch die Position des Driftkörpers in einem in der ersten Drehstellung aufgenommenen Durchstrahlungsbild festgelegt ist.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die verschobenen Durchstrahlungsbilder mittels Resampling in ein gemeinsames Raster überführt werden.
28. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 25 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abweichung bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, indem der dem jeweiligen Durchstrahlungsbild zugeordnete Geometrievektor um die Abweichung korrigiert wird.
29. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 25 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Relativbewegung zwischen Werkstück und Röntgendetektor die rotatorische Bewegung das Drehen des Drehtisches um seine physikalische Achse ist und die translatorische Bewegung eine Verschiebung
des Drehtisches senkrecht zur Röntgendetektorebene und
des Drehtisches oder Röntgendetektors in der Richtung, die senkrecht zur Richtung der Drehachse des Drehtisches und parallel zur Röntgendetektorebene verläuft,
ist, wobei vorzugsweise der Drehtisch an diskrete Positionen auf einer Kreisbahn um die von der physikalischen Drehachse des Drehtisches verschiedenen Drehachse bewegt wird.
30. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Computertomografiesensor in einem Koordinatenmessgerät integriert betrieben wird, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil- optischen Sensoren, verwendet wird. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Computertomograf in einem Koordinatenmessgerät integriert ist, vorzugsweise in einem Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.
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