WO2022179947A1 - Vorrichtung und verfahren zur computertomografie - Google Patents

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WO2022179947A1
WO2022179947A1 PCT/EP2022/054084 EP2022054084W WO2022179947A1 WO 2022179947 A1 WO2022179947 A1 WO 2022179947A1 EP 2022054084 W EP2022054084 W EP 2022054084W WO 2022179947 A1 WO2022179947 A1 WO 2022179947A1
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Ralf Christoph
Raoul CHRISTOPH
Michael Hammer
Manfred Voss
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Werth Messtechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a coordinate measuring system such as a coordinate measuring machine with a computed tomography sensor, for creating a measurement and/or evaluation program for a computed tomography sensor, and a device for executing the method or the program.
  • a coordinate measuring system such as a coordinate measuring machine with a computed tomography sensor, for creating a measurement and/or evaluation program for a computed tomography sensor, and a device for executing the method or the program.
  • the workpiece to be examined is placed between a radiation source, usually an X-ray source, and a radiation detector, so that radiographic images can be recorded with the detector in different rotational positions of the workpiece in relation to the source and detector and can be reconstructed into a volume data set (voxel volume).
  • a radiation source usually an X-ray source
  • a radiation detector so that radiographic images can be recorded with the detector in different rotational positions of the workpiece in relation to the source and detector and can be reconstructed into a volume data set (voxel volume).
  • the workpiece is arranged on a turntable in order to realize the different rotary positions by turning about a rotary axis.
  • the workpiece is stationary and the source and detector rotate about the workpiece about an axis of rotation.
  • the unit consisting of the source, detector and turntable is referred to as a computed tomography sensor.
  • the detector used to capture the 2D radiographs is mostly flat, i.e.
  • a 2D detector designed as a 2D detector, and consists of a scintillator layer, in which the X-rays are converted into light, tubular light channels located behind it in the direction of radiation, which reduce crosstalk between different detector areas, and one directly behind it, a fixed pixel matrix, i.e. a flat matrix camera, such as a CCD or CMOS camera.
  • a fixed pixel matrix i.e. a flat matrix camera, such as a CCD or CMOS camera.
  • line detectors with one or a few lines are also known. In order to record large measuring ranges, however, the workpiece has to be shifted across the line direction, which is time-consuming, and irradiated several times. Here, individual layers are also reconstructed separately.
  • the invention is therefore advantageously based on flat detectors or detectors with a flat detection surface such as a flat scintillator layer.
  • boundary surface points or surface (measuring) points are generated from the volume data, for example in STL format (STL—Standard Triangulation Language) and linked to geometric properties and dimensions.
  • STL Standard Triangulation Language
  • the computer tomograph or computer tomography sensor is then designed as a coordinate measuring device or coordinate measuring system.
  • programs for simulating a measurement with a computer tomography sensor are known, e.g. the Artist program from BAM Berlin, programs for numerical measurement uncertainty determination of measurements with computer tomography sensors, simulations for correcting artifact correction methods (for example in the present document and the documents cited therein by Applicant), and programs for optimizing setting parameters of computed tomography sensors (for example the Applicant's TomoAssist measurement software).
  • the disadvantage is that there are separate software packages for operating a coordinate measuring device (or generally a coordinate measuring system) with a computed tomography sensor and for simulating computed tomography.
  • the simulation of radiographic images is carried out with the Artist software, the reconstruction with another software tool (e.g. the freely available Astra reconstruction) and the evaluation of dimensional features of workpiece geometries with a third software.
  • Controlling the coordinate measuring machine with the computed tomography sensor requires additional software, which often already includes the last-mentioned step of dimensional evaluation (e.g. the applicant's WinWerth measuring software), which is why it is generally referred to here as measuring software.
  • the prior art lacks the possibility of completely offline learning of computed tomography measurements and the evaluation of the measurement data determined, possibly taking into account effects which lead to systematic and/or result in random measurement deviations, and/or possibly taking into account the calibration status of the device or sensor to be simulated (computed tomography sensor).
  • the object of the present invention is therefore also to specify a method, measurement software and a device that is suitable for realizing continuous, joint operation of computed tomography simulation software and control of a coordinate measuring machine with computed tomography sensor within one piece of software (measuring software).
  • This should also be used to operate a coordinate measuring system such as a coordinate measuring machine with at least one computed tomography sensor and/or to create a program for controlling the computed tomography sensor and/or to create a program for evaluating data determined with a computed tomography sensor.
  • the invention provides that the measurement software has a function for simulating (simulation function) at least one step of a computed tomography measurement, preferably at least the step of recording the intensity image.
  • the simulation function is fully integrated into the measuring software of a coordinate measuring machine with a computed tomography sensor and in particular that the following functions are implemented: i) virtual equipping of the device (also multiple measurements, including equipping of a workpiece holder, positioning of the workpiece holder on the manipulators) ii) setting parameters such as projection geometry , voltage, power, pre-filter, integration time, set image averaging number iii) Simulate intensity image acquisition iv) Perform reconstruction of the simulated intensity images v) Calculate interface points from the reconstructed volume vi) Calculate regular geometry elements vii) Calculate geometric properties viii) Carry out inspection tasks and thus learn the entire measurement process offline allows.
  • the invention also sees the duplication of a model at n positions, preferably at positions defined by CAD elements, as a special, independent solution positions and/or at calculated positions and/or at manually defined positions.
  • Focal spot distribution preferably focal spot size depending on the set parameters and the properties of the components of the X-ray tube
  • Tube parameters such as voltage, power
  • Detector parameters such as integration time, image averaging number
  • the attenuation coefficients are preferably read out from values of empirically determined attenuation coefficients stored in tables as a function of the
  • Target geometry is a measured or calculated model such as a target point cloud
  • Target geometry is a constructed model such as a CAD model
  • the present invention also relates to a computed tomography method in which physical effects such as artefacts when passing through a workpiece are corrected using simulation methods.
  • Correction methods known from the prior art for measured data from computed tomography, which work by means of simulation, are named in the applicant's WO2013167616 and DE102013107745.
  • the correction data are determined by forming the difference between a simulation that takes the artifacts into account and a simulation that does not take artifacts into account (generally referred to as effects, mostly physical properties during transmission).
  • Data representing the shape or dimensions of the workpiece are required as input data for the forward projection within the framework of the simulation of radiographic image data.
  • the nominal data of the workpiece such as CAD data or STL data (i.e. surface point data in STL format, Standard Triangulation Language) from an already performed measurement of the workpiece (master part measurement) are used for this purpose.
  • the calculation and application of the correction takes place selectively or mixed in the radiographic image data, the volume data reconstructed therefrom or the surface point data determined from the volume data. This means that the differences of the simulations are formed, for example, in the transmission image data and are then also applied directly to the transmission image data of the real measurement.
  • the differences in the transmission image data can first be reconstructed and then subtracted from the volume data of the measurement.
  • the nominal data or STL data do not match the actual dimensions of the workpiece (real workpiece shape) sufficiently to allow an exact simulation of the artifacts and thus an exact correction guarantee.
  • Another problem is that at particular strong artefact-laden measurement data STL data, i.e.
  • a first solution is offered by the subsequently published invention DE 102020130442.0, going back to the applicant's DE102019135686.5. All contents of these writings are explicitly included here.
  • the applicant's DE102020130442.0 also proposes using nominal data of the workpiece as input data for the simulations, ie surface data, preferably in the form of CAD data, or STL data of a master part measurement of the workpiece.
  • nominal data of the workpiece ie surface data, preferably in the form of CAD data, or STL data of a master part measurement of the workpiece.
  • This data may not or not yet be available in the data processing or already have discrepancies that are undesirable.
  • a further object of the present invention is therefore to avoid or at least reduce deviations that occur when determining a correction for measurement data from computed tomography by simulating effects, mostly physical effects such as artifacts (caused by any influences on the CT measurement, such as e.g. geometric or partial volume effects) can occur, in particular those occurring when determining the correction by forming the difference between a simulation taking account of the artefacts and a simulation without taking these artefacts into account, even without nominal data such as CAD data or STL data of a measurement of the workpiece being mandatory for which simulations must be used. Deviations to be expected in the simulation due to deviations in the input data from the workpiece shape that is actually present should be reduced or avoided.
  • volume data can now also be used as input data for the simulations, for example volume data of a master part measurement of the Workpiece or otherwise generated volume data, for example volume data determined from CAD data.
  • a master piece measurement is a calibrated measurement according to a different method, for example with a different measuring device, or a computed tomography method, for example with higher accuracy, is provided.
  • the solution also provides for the well-known correction, referred to here as a preliminary correction (Sim-Artifacts), which usually results from the difference between a simulation with (Sim-Vol) and a simulation without (Ideal-Vol) taking into account the effects to be corrected physical effects such as artefacts, by applying a transformation rule (distortion M AP) to a final correction (real artefact) for the measurement data (real volume) is adjusted.
  • a preliminary correction Sim-Artifacts
  • disortion M AP transformation rule
  • the transformation rule is the mapping of the simulation data, taking into account the physical effects (Sim-Vol) onto the measurement data (Real-Vol).
  • the part of the deviations of the simulation data taking into account the artifacts, from the actually measured artifact-prone measurement data, which results from the deviation of the input data for the simulations from the real workpiece shape, is recorded and used to calculate the simulation data (Sim-Vol) and (Ideal - Vol) or the provisional correction from the difference between the two simulation data (Sim-Vol) and (Ideal-Vol) or in the case of the shortened procedure only the simulation data (Ideal-Vol) to be adjusted accordingly.
  • the correction is particularly preferably carried out on the basis of the volume data.
  • measurement data are also present in the form of volume data if they are affected by artifacts in such a way that surface data (STL data) cannot be calculated, or if they show large deviations from the actual workpiece shape.
  • the invention also provides fundamentally, the correction based on To realize transmission image data or the surface point data or mixed, as previously explained to the applicant's writings from the prior art.
  • the correction is applied in the same way as described above or below.
  • the application is readily possible since radiographic image data is already before the
  • volume data always available.
  • a prerequisite for the application of the method according to the invention based on the surface data is that these can be formed from the volume data.
  • the following explanations are given by way of example for the case of determining and applying the correction from or to the volume data.
  • the simulation taking into account artefacts (referred to below as Sim-Vol), is initially based on input data in the form of nominal data such as CAD data of the workpiece. If available, surface data (STL data) from a measurement of the corresponding workpiece can also be used. Another alternative is to use existing volume data for the simulation. These can be obtained during the workpiece measurement or from the CAD model. The simulation is then also carried out on the identical input data without taking the artefacts into account.
  • the simulations each take the form of a so-called forward projection, with simulated radiographic image data being calculated and reconstructed into simulated volume data.
  • the transformation rule is determined, which maps the artifact-afflicted simulation data in volume data format (Sim-Vol) to the measured volume data (Real-Vol) reconstructed from the measured radiographic image data.
  • the transformation specification works on the basis of the gray values of the voxels of the volume data (or on the basis of the gray values of the radiographic images, if this is to be corrected) and reassigns the gray values in such a way that, by means of affine and/or non-affine transformations, the differences between the simulation data and the measurement data in relation to the position shift between the gray value transitions. These gray value transitions are later representative of the surface data to be determined. In this way, the dimensional deviations between the simulation data and the actually measured data in the area of the volume data are recorded in order to subsequently use this information to calculate a more precise To enable correction of the measured volume data. If the surface data is corrected, the positions of the surface points are transformed accordingly instead of the gray values.
  • a sim artifact is an artifact volume that is formed by calculation, in particular difference formation from the simulation with and the simulation without considering the artifacts.
  • this artefact volume is adapted to the actual workpiece shape by applying the transformation rule, or the simulation volume data without (ideal volume) taking into account the artefacts and possibly also the
  • Simulation volume data with (Sim-Vol) consideration of the artifacts themselves are adjusted to the correct workpiece geometry (to Ideal-Vol-K or Sim-Vol-K) by applying the transformation rule, which means that the simulation data corrected with the transformation rule (Ideal-Vol-K) directly to the corrected measurement volume data (Corr-Vol) or the difference between (Sim-Vol-K)
  • the transformation rule results, so to speak, in a scaling, rotation, translation, shearing and thus shifting of the gray values in the artifact volume (Sim-Artifact) or the simulation volume data (Ideal-Vol) and possibly (Sim-Vol) in such a way that the deviations in the edge locations ( Gray value transitions) between simulation data and measured data are corrected or generally simulation data and measured data are adjusted.
  • the mentioned reassignment of the gray values is not necessarily source-free, especially in the case of scaling operations, i.e. the sum of the gray values of a volume can be changed by the transformation rule.
  • the final correction data for correcting the volume data of the real measurement (Real - Vol) applied, preferably by subtraction or addition of the gray values of the final correction data (real artifact).
  • the surface data i.e Determines surface measuring points, which are preferably used to determine dimensional dimensions on the workpiece.
  • the finally corrected volume data can also be used to determine internal features such as inclusions or blowholes of the workpiece.
  • the invention provides a method for calculating and applying a correction (real artifact) for measurement data (real-vol) determined by means of computed tomography, the measurement data preferably being those of the workpiece to be measured in several rotational positions when irradiated by a radiation source (source).
  • X-ray source measurement radiation emitted, radiographic image data recorded by means of a detector, preferably a 2D X-ray detector, and/or volume data reconstructed from the radiographic image data and/or surface point data determined from the volume data, with simulation data initially being used for the correction, taking into account the physical effects to be corrected, such as artifacts computed tomography (Sim-Vol) and simulation data without these effects (Ideal-Vol) are calculated using as input data
  • Sim-Vol artifacts computed tomography
  • Ideal-Vol simulation data without these effects
  • CAD/STL/volume nominal data of the workpiece in the form of surface data, preferably CAD data, or STL data of a master part measurement of the workpiece, or volume data of the workpiece, for example a master part measurement or generated from the CAD data, are used for the simulations, characterized by the following steps:
  • a transformation rule that maps the simulation data to the measurement data (Real-Vol) taking into account the effects, such as physical effects (Sim-Vol), and -
  • Simulation data without these effects (Ideal-Vol), or o on the simulation data taking into account the effects to be corrected, such as physical effects (Sim-Vol) for determining corrected simulation data (Sim-Vol-K) and on the simulation data without these effects (Ideal-Vol) to determine corrected simulation data (Ideal-Vol-K), and determination of the final correction data (real artifact) by taking the difference between (Sim-Vol-K) and (Ideal-Vol-K ), and application of the final correction data (Real Artifact) to the measurement data (Real-Vol) to determine the corrected measurement data (Corr-Vol) or
  • the invention is characterized in that all the steps listed below are performed on the respective radiographic image data or the respective volume data or the respective surface point data:
  • the transformation rule corresponds to the gray values of the volume data of the simulation with artifacts (Sim-Vol), gray values of the volume data of the Assigns measurement data (Real-Vol) depending on the location and preferably changes it, for example in the form of an affine mapping and/or non-affine mapping and/or a look-up table (LUT), with the transformation rule preferably shifting the surface transitions by rearranging the gray values associated gray value gradients.
  • Sim-Vol gray values of the volume data of the simulation with artifacts
  • Real-Vol gray values of the volume data of the Assigns measurement data
  • LUT look-up table
  • the invention is characterized in that the transformation rule is determined by optimizing a cost function, this cost function consisting of a number of individual terms, such as equality metrics and/or functions thereof and/or restricting boundary conditions.
  • the invention is also characterized in that the finally corrected measurement data from computed tomography (Korr-Vol) are used to determine features inside the workpiece, such as inclusions or cavities, by evaluating the finally corrected volume data and/or for determining dimensional measurements of the workpiece are used by evaluating the surface point data.
  • Korr-Vol computed tomography
  • the method is used in a computer tomograph designed as a coordinate measuring machine, which is designed to determine dimensions on workpieces from the surface point data, ie to link surface points to dimensions.
  • the method will be applied iteratively. This means that the corrected measurement data (Corr-Vol) is used as input data for a simulation and the correction procedure described above is repeated to perform an improved correction.
  • Corr-Vol measurement corr (measurement data without artefact)
  • Sim-Vol Sim-uncorr (simulation data with artefacts)
  • Ideal-Vol Sim-unkorr-T (simulation data transformed with artifacts)
  • Sim-Vol-K Sim-korr (simulation data without artifact)
  • Ideal-Vol-K Sim-korr-T (simulation data transformed without artefacts)
  • Real artefact Sim-artefact-T (transformed simulated artefact)
  • Measurement-uncorr-T -1 measured data with artefacts inversely transformed
  • the invention provides a method for calculating a correction (measurement artifact) for measurement data determined by means of computed tomography (measurement inaccurate), the measurement data being of the workpiece from a number of different viewing angles when irradiated by a radiation source (source), preferably an X-ray source, emitted measurement radiation, radiographic image data recorded by means of a detector, preferably a 2D X-ray detector, and/or volume data reconstructed from the radiographic image data and/or surface point data determined from the volume data, with simulation data taking into account the physical effects to be corrected, such as artefacts in computed tomography ( Sim-uncorr) and simulation data without these effects (Sim-corr) are calculated and/or used, with simulation data in the form of radiographic images taken from different perspectives and/or volume data and/or sizes surface points are used the input data for
  • a radiation source preferably an X-ray source, emitted measurement radiation
  • radiographic image data recorded by means of a detector preferably a 2D
  • X-ray image data preferably X-ray length images, and/or volume data of the workpiece, for example a master part measurement or generated from the CAD data, and/or surface data, preferably CAD data, or STL data of a master part measurement of the workpiece are used, which are reflected in the following steps awards,
  • Transformation-Sim-Real which the simulation data with and/or without taking into account the disturbing effects, such as physical effects (Sim-uncorr and/or Sim-corr), and/or the simulated artefacts (Sim- artifact) onto the measurement data (measuring uncorr) and/or calculation of an inverse transformation rule (transformation-real-sim) that maps the measurement data (measurement uncorr) onto the simulation data (sim-uncorr and/or sim-corr and /or Sim Artifact), and
  • the invention is characterized in that the correction data (measurement artifact) is applied to the measurement data (measurement uncorr) to determine the corrected measurement data (measurement corr). It is preferably provided that the calculation of the provisional correction data (sim artifact) from simulation data taking into account the disturbing effects (sim uncorr) and simulation data without the disturbing effects (sim corr), preferably by subtraction, and the calculation of the correction data (meas -Artifact) by application the transformation rule (Transformation-Sim-Real) to the provisional correction data (Sim artifact).
  • the invention is also distinguished by the fact that the corrected measurement data (measurement corr) is calculated by transforming the simulation data without taking into account the disruptive effects (sim corr) using the transformation rule (transformation sim real).
  • the calculation of the corrected measurement data can also be carried out using a combination of inverse transformation (Transformation-Real-Sim) of the measurement data (Mess-unkorr), subsequent correction of the measurement data, preferably using the provisional correction data (Sim -Artifact), and transformation (Transformation-Sim-Real) of this inversely transformed corrected measurement data (Messkorr-T -1 ) can be obtained.
  • the invention is characterized in that the transformation rule the gray values of the volume data of the simulation, preferably with artifacts (sim uncorr) and / or without artifacts (sim corr) and / or the preliminary correction data (sim artifact), gray values of assigns the volume data of the measurement data (measuring uncorr) location-dependent, or the inverse transformation rule assigns the gray values of the volume data of the measurement data (measurement uncorr) to those of the simulation (sim-uncorr and/or sim-corr and/or sim-artefact) depending on the location, and preferably changed, for example in the form of an affine mapping and/or non-affine mapping and/or a look-up table (LUT) and/or a vector field,
  • LUT look-up table
  • the transformation rule can be achieved by optimizing a cost function, with this cost function consisting of several Individual terms such as equality metrics and/or functions thereof and/or restricting boundary conditions and/or is determined by applying an empirical and/or analytical rule.
  • the invention is characterized in that the finally corrected measurement data from computed tomography (measurement correction) are used to determine features inside the workpiece, such as inclusions or cavities, by evaluating the finally corrected volume data and/or to determine dimensional parts dimensions of the workpiece are used by evaluating the surface point data.
  • the invention is also characterized in that the method is used in a computer tomograph designed as a coordinate measuring machine, which is designed to determine dimensions on workpieces from the surface point data, ie to link surface points to dimensions.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the process of an inventive
  • flight 3 shows a schematic representation of the sequence of an alternative, shortened correction method according to the invention for artifacts in computed tomography.
  • FIG. 1 shows an exemplary basic representation of the sequence of a correction method according to the invention for artifacts in computed tomography.
  • the nominal data in the form of CAD data or surface data in STL format of the workpiece from, for example, a master part measurement or volume data of the workpiece are used for simulations 501, 502 of the computed tomographic measurement of a workpiece.
  • the simulation 501 takes place without taking artifacts 503 into account and supplies the simulation data Ideal-Vol.
  • the simulation 502 takes place taking into account selected artifacts 503 and supplies the simulation data Sim-Vol.
  • the simulation involves the calculation of transmission image data of the workpiece by means of forward projection, with the parameters of the respective computer tomograph such as focal spot size, spectrum and power of the measurement radiation emitted by the radiation source, size, pixel size, number of pixels, pixel spacing of the detector and position of the components of the radiation source, Detector and workpiece, as well as the position of the axis of rotation of the rotary table for rotating the workpiece, are taken into account in relation to one another.
  • the simulated radiographic image data are each first reconstructed into volume data, so that volume data are denoted here by Ideal-Vol and Sim-Vol.
  • the Real-Vol volume data reconstructed from the radiographs taken are also available from the real measurement of the workpiece with the computer tomograph.
  • the transformation rule (distortion MAP) 505 that maps Sim-Vol to Real-Vol is determined from Real-Vol and the volume data Sim-Vol from the simulation 502, taking into account the artifacts 503.
  • the transformation rule 505 is then applied to the artifact volume sim artifact 504 (preliminary correction data) in order to form the final correction data real artifact 506 .
  • the final correction data Real Artifact 506 are subtracted from the volume data of the Real-Vol measurement, that is to say the respective gray values of the associated voxels are subtracted in order to determine the corrected volume data Corr-Vol.
  • This corrected measurement data is evaluated in the volume range in order to determine features inside the workpiece, such as inclusions or cavities.
  • surface point data are determined from the corrected volume data Corr-Vol using surface extraction methods or segmentation, from which dimensional dimensions of the workpiece are determined.
  • FIG. 2 shows an alternative procedure to FIG. 1, with the simulated
  • volume data Ideal-Vol and Sim-Vol are converted into the corrected volume data Ideal-Vol-K and Sim-Vol-K by applying the transformation rule 505 , the difference between which is formed in order to form the final correction data Real Artifact 506 .
  • the application of the transformation rule 505 to the simulated volume data Sim-Vol results in the corrected simulated volume data Sim-Vol-K matching the measurement data Real-Vol.
  • the final correction data Real-Artifact 506 therefore correspond to the difference between the measurement data Real-Vol and the corrected simulated volume data Sim-Vol-K, which means that the corrected volume data of the measurement Korr-Vol exactly match the corrected volume data Sim-Vol -K match.
  • the application of the transformation rule 505 to the simulated volume data Sim-Vol can therefore be omitted and the corrected volume data of the measurement Korr-Vol are obtained directly by applying the transformation rule 505 to the simulated volume data Ideal-Vol, as shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit dem Computertomografiesensor ermittelten Daten mit einer Messsoftware die eine Funktion zur Simulation zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung aufweist.

Description

Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Computertomografie
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerät mit einem Computertomografiesensor, zum Erstellen eines Mess- und oder Auswerteprogramms für einen Computertomografiesensor, sowie eine Vorrichtung zum Ausfuhren des Verfahrens bzw. des Programmes.
Bei der Computertomografie wird das zu untersuchende Werkstück zwischen einer Strahlungsquelle, meist Röntgenquelle, und einem Strahlungsdetektor angeordnet, sodass Durchstrahlungsbilder mit dem Detektor in unterschiedlichen Drehstellungen des Werkstücks in Bezug auf Quelle und Detektor aufgenommen und zu einem V olumendatensatz (Voxel volumen) rekonstruiert werden können. In der Regel wird das Werkstück auf einem Drehtisch angeordnet, um die unterschiedlichen Drehstellungen durch Drehen um eine Drehachse zu realisieren. Alternativ steht das Werkstück fest und Quelle und Detektor drehen sich um das Werkstück um eine Drehachse. Als Computertomografiesensor wird die Einheit aus Quelle, Detektor und Drehtisch bezeichnet. Der zur Erfassung der 2D-Durchstrahlungsbilder verwendete Detektor ist meist flächig, also als 2D-Detektor ausgeführt und besteht aus einer Szintillatorschicht, in der die Röntgenstrahlung in Licht umgewandelt wird, in Strahlungsrichtung dahinter befindlichen röhrenförmigen Lichtkanälen, die ein Übersprechen unterschiedlicher Detektorbereiche verringern, und einer direkt dahinter fest angeordneten Pixelmatrix, also einer flächigen Matrix-Kamera, wie CCD- oder CMOS-Kamera. Alternativ sind auch entsprechend ausgeführte Zeilendetektoren mit einer oder wenigen Zeilen bekannt. Um große Messbereiche zu erfassen, muss das Werkstück jedoch zeitaufwändig quer zur Zeilenrichtung verschoben, mehrfach durchstrahlt werden. Hier werden einzelne Schichten auch separat rekonstruiert. Vorteilhaft geht die Erfindung daher von flächigen Detektoren bzw. Detektoren mit flächiger Detektionsfläche wie flächiger Szintillatorschicht aus. Um dimensioneil messen zu können, werden aus den Volumendaten Grenzfl ächenpunkte bzw. Oberflächen(mess)punkte, beispielsweise im STL-Format (STL - Standard Triangulation Language) erzeugt und zu geometrischen Eigenschaften und Maßen verknüpft. Der Computertomograf bzw. Computertomografiesensor ist dann als Koordinatenmessgerät bzw. Koordinatenmesssystem ausgebildet.
Nach dem Stand der Technik bekannt sind Programme zur Simulation einer Messung mit einem Computertomografiesensor, z.B. das Programm Artist der BAM Berlin, Programme zur numerischen Messunsicherheitsbestimmung von Messungen mit Computertomografiesensoren, Simulationen zur Korrektur von Artefaktkorrekturverfahren (beispielsweise in der vorliegenden Schrift und den darin zitierten Schriften der Anmelderin), und Programme zur Optimierung von Einstellparametem von Computertomografiesensoren (beispielsweise die Messsoftware TomoAssist der Anmelderin).
Nachteilig ist jedoch, dass es sich um separate Software-Pakete für das Betreiben eines Koordinatenmessgerätes (bzw. allgemein eines Koordinatenmesssystems) mit Computertomografiesensor und für die Simulation der Computertomografie handelt. Beispielsweise erfolgt die Simulation von Durchstrahlungsbildem mit der Software Artist, die Rekonstruktion mit einem weiteren Softwaretool (z.B. der frei verfügbaren Astra- Rekonstruktion) und die Auswertung dimensioneller Merkmale an W erkstückgeometrien durch eine dritte Software. Die Steuerung des Koordinatenmessgerätes mit dem Computertomografiesensor erfordert eine weitere Software, wobei diese den zuletzt genannten Schritt der dimensionellen Auswertung oftmals bereits umfasst (z.B. die Messsoftware WinWerth der Anmelderin), deshalb hier allgemein als Messsoftware bezeichnet. Dadurch existiert keine durchgehende Bedienung und es ist keine Automatisierung der gesamten Messung inkl. einer Simulation möglich. Zudem fehlt der Simulations-Software der Zugriff auf konkrete Koordinatenmessgeräte-Parameter. Es ist dadurch kein Regelkreis, beispielsweise für das Training der als KI-Funktionen ausgeprägten Simulations-Teilfunktionen realisierbar.
Des Weiteren fehlt dem Stand der Technik die Möglichkeit des vollständigen Offline- Einlemens von Computertomografiemessungen und die Auswertung der ermittelten Messdaten, ggf. unter B erücksichtigung von Effekten, welche zu systematischen und/oder zufälligen Messabweichungen führen, und/oder ggf. unter B erücksichtigung des Einmesszustand des zu simulierenden Geräts bzw. Sensors (Computertomografiesensors) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher auch, ein Verfahren, eine Messsoftware und eine Vorrichtung anzugeben, die geeignet ist, eine durchgehende, gemeinsame Bedienung einer Computertomografie-Simulationssoftware und einer Steuerung eines Koordinatenmessgerätes mit Computertomografiesensor innerhalb einer Software (Messsoftware) zu realisieren. Mit dieser soll also auch das Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder das Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder das Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten realisiert werden.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsfunktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufhahme aufweist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Simulationsfunktion vollständig in die Messsoftware eines Koordinatenmessgerätes mit Computertomografiesensor integriert ist und insbesondere folgende Funktionen realisiert: i) Virtuell Gerät bestücken (Auch Mehrfachmessungen, inklusive Bestückung eines Werkstückhalters, Positionierung der Werkstückhalter auf den Manipulatoren) ii) Einstellparameter wie Projektionsgeometrie, Spannung, Leistung, Vorfilter, Integrationszeit, Bildmittelungszahl einstellen iii) Intensitätsbildaufhahme simulieren iv) Rekonstruktion der simulierten Intensitätsbilder durchführen v) Grenzflächenpunkte aus rekonstruiertem Volumen berechnen vi) Regelgeometrieelemente berechnen vii) Geometrische Eigenschaften berechnen viii) Inspektionsaufgaben durchführen und somit Offline-Einlemen des kompletten Messprozesses ermöglicht.
Als eine besondere, eigenständige Lösung sieht die Erfindung auch die Vervielfältigung eines Modells an n Positionen, vorzugsweise an durch CAD-Elemente definierten Positionen und/oder an berechneten Positionen und/oder an manuellen definierten Positionen vor.
Nach jeweils besonders bevorzugten Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Verfahren bzw, die entsprechende Messsoftware bzw. die zur Ausführung genutzte
Vorrichtung eine oder mehrere der folgenden weiteren Funktionen auf:
1.1. Berücksichtigung von Eigenschaften des zu simulierenden Geräts
1.1.1. Achssystems
1.1.1.1. Kinematik des Achssystems
1.1.1.2. Proj ektionsgeometrie in Abhängigkeit der Positionen der Achsen
1.1.2. Röntgenröhre
1.1.2.1. Minimale und maximale Spannung
1.1.2.2. Minimale und maximale Leistung
1.1.2.3. Brennfleckverteilung vorzugsweise Brennfleckgröße in Abhängigkeit von den eingestellten Parametern und den Eigenschaften der Komponenten der Röntgenröhre
1.1.2.4. Targeteigenschaften
1.1.2.4.1. Targetmaterial
1.1.2.4.2. Targetgeometrie
1.1.2.4.2.1. Targetdicke und/oder Winkel
1.1.2.5. Spektrum in Abhängigkeit von Targeteigenschaften und eingestellten Parametern wie Spannung, Leistung, Fokussierstrom, Zentrierstrom, Filamentstrom
1.1.3. Drehachse
1.1.3.1. Geometriefehler
1.1.4. Detektor
1.1.4.1. Geometriefehler
1.1.4.1.1. Verzeichnung
Ll.4.1.2. Verkippung, Rotation
1.1.4.1.3. Pixeldefekte
1.1.4.1.3.1. Empfindlichkeit
1.1.4.1.3.2. Tote Pixel
1.1.4.1.3.3. Blinkende Pixel
1.1.4.1.3.4. Hot Pixel
1.1.4.2. Detektoreigenschaften
1.1.4.2.1. Indirekt konvertierend
1.1.4.2.1.1. Szintillatormaterial
1.1.4.2.1.2. Szintillatordicke
1.1.4.2.2. Direkt konvertierend
1.1.5. Eingemessener Zustand des Geräts
1.1.5.1. Eingerichtete Vergrößerungen
1.1.6. Konfiguration der Messsoftware 1.1.6.1. Einstellungen der Benutzeroberfläche
1.1.6.2. Einstellungen der Algorithmen
1.1.7. Auswahl des zu simulierenden Geräts in der Messsoftware
1.1.8. Manuelle und / oder automatische Synchronisation der Konfiguration und des Einmesszustandes der zu simulierenden Geräte
1.1.9. Zur Berücksichtigende Einflussgrößen ein und ausschaltbar
1.1.9.1. Monochromatische Strahlung statt polychromatische Strahlung Einladen und / oder Erzeugung eines Modells der Geometrie eines oder mehrerer Werkstücke und/oder Baugruppen .2.1. Einladen eines Modells
1.2.1.1. CAD-Modell
1.2.1.2. STL-Punktwolke .2.2. Konstruktion innerhalb der Messsoftware
1.2.2.1. CAD-Modell
1.2.2.1.1. Aus berechneten Regelgeometrieelementen
1.2.2.1.1.1. Boolsche Verknüpfung mehrerer Regelgeometrieelemente .2.3. Berechnung eines Modells aus einem anderem
1.2.3.1. STL-Punktwolke aus CAD-Modell Berücksichtigung des Materials des einen oder mehrerer Werkstücke und/oder der Baugruppen .3.1. W echsel Wirkungswahrscheinlichkeiten Röntgenstrahlung mit Material
1.3.1.1. Rayleigh-Streuung
1.3.1.2. Photoelektrischer-Effekt
1.3.1.3. Compton-Effekt .3.2. Eigenschaften des Materials beschrieben durch
1.3.2.1. Und/oder Dichte
1.3.2.2. Und/oder chemische Summenformel .3.3. Multimaterial .3.4. Hinzufügen von Materialien zu einer Materialbibliothek über die Benutzeroberfläche der Messsoftware .3.5. Auswahl der Materialien der Werkstücke und/oder Baugruppen über die Benutzeroberfläche der Messsoftware .3.6. Vervielfältigung eines Modells an n Positionen
1.3.6.1. An durch CAD-Elemente definierten Positionen
1.3.6.2. An berechneten Positionen
1.3.6.3. An manuellen definierten Positionen Einladen und / oder Erzeugung eines Werkstückträgers und/oder einer Baugruppe.4.1. Einladen eines Modells 1.4.1.1, CAD-Modell
1.4.1.2. STL-Punktwolke
1.4.2. Konstruktion innerhalb der Messsoftware
1.4.2.1. CAD-Modell 1.4.2.1.1. Aus Regelgeomtrielementen
1.4.2.1.1.1. Boolsche Verknüpfung mehrerer
Regelgeometrielemente
1.4.3. Berechnung eines Modells aus einem anderem
1.4.3.1. STL-Punktwolke aus CAD-Modell
1.5. Virtuelle Bestückung eines oder mehrerer Werkstückträger mit Werkstücken
1.5.1. Manuelle Positionierung der Werkstücke
1.5.1.1. Mittels eines Manipulators zur Translation, Rotation
1.5.1.2. Durch Eingabe numerischer Werte 1.5.2. Automatische Positionierung der Werkstücke im Werkstückträger
1.5.3. Würfeln der W erkstückausrichtung innerhalb der Kammern eines Werkstückträgers
1.5.3.1. Würfeln mit definierten Freiheitsgraden 1.6. Positionierung der Werkstücke und/oder eines oder mehrerer Werkstückträger auf einem oder mehreren Manipulatoren.
1.6.1. Durch manuelles Verschieben
1.6.2. Automatische Positionierung und Ausrichtung 1.7. Einstellen der Proj ektionsgeometrie anhand einer Visualisierung des Geräts und / oder des Messbereich
1.7.1. Visualisierung des maximalen Messbereichs in Abhängigkeit von den Positionen der Achsen des Geräts
1.7.1.1. Im-Bild 1.7.1.1.1. Halbseite
1.7.1.2. Am-Bild
1.7.1.2.1. und/oder Rastern
1.7.1.2.2. und/oder ROI-Tomografie
1.7.1.2.3. und/oder Exzentrische Tomografie 1.7.2. Visualisierung des Messbereichs
1.7.2.1. Maximaler Messbereich
1.7.2.2. Messbereich definiert durch Messfenster
1.7.2.3. Benötigter Messbereich
1.7.3. Visualisierung der maximal zulässigen Objektgröße 1.7.4. Visualisierung von Teilen oder des gesamten Geräts
1.7.4.1. Vorzugsweise zumindest Röntgenröhre
1.7.4.2. Vorzugsweise zumindest Drehachse
1.7.4.3. Vorzugsweise zumindest Drehtisch 1.7.4.4. Vorzugsweise zumindest Röntgendetektor
1.7.4.5. Vorzugsweise zumindest Gehäuse
1.8. Einstellen von Einstellparametem 1.8.1. Röhrenparameter wie Spannung, Leistung
1.8.2. Vorfilter wie Material und Dicke
1.8.3. Detektorparameter wie Integrationszeit, Bildmittelungsanzahl
1.8.4. Tomografieparameter wie Drehschrittanzahl, Rekonstruktionsfilter
1.8.5. Automatische Optimierung von Einstellparametem
1.9. Simulation eines einzelnen Intensitätsbilds
1.9.1. Bedienung in Messsoftware
1.9.1.1. Auf Knopfdruck
1.9.1.2. Mit Verzögerung
1.9.1.3. In Echtzeit
1.9.1.3.1. Aktualisierung bei V erfahren der virtuellen Achsen
1.9.1.3.2. Aktualisierung nach Ablauf der virtuellen Integrationszeit
1.9.1.3.3. Bei jeder Änderung
1.9.2. Simulation
1.9.2.1. Vorzugsweise Raytracing
1.9.2.2. Vorzugsweise Monte-Carlo
1.9.2.3. Vorzugsweise auslesen der Schwächungskoeffzienten aus in Tabellen hinterlegten Werten empirisch bestimmter Schwächungskoeffizienten in Abhängigkeit von den
Materialeigenschaften
1.10. Messung im simulierten Durchstrahlungsbild
1.11. Simulation von Intensitätsbildem aus verschiedenen Blickwinkeln und speichern mit zugehörigen Proj ektionsgeometrie
1.12. Berechnung von Proj ektionsbildem aus den Intensitätsbildem
1.13. Rekonstruktion eines Volumens linearer Abschwächungskoeffzienten aus den Proj ektionsbildem
1.13.1. Vorzugsweise mittels gefilterter Rückprojektion
1.13.2. Vorzugsweise zur Simulation der Intensitätsbilder
1.13.3. Vorzugsweise in Echtzeit 1.14. Digitale Verarbeitung der resultierenden Volumendaten
1.14.1. Erzeugung von Schnitten durch die Volumendaten
1.14.2. Erzeugung von Visualisierungen der Volumendaten wie Volumenrenderings 1.14.3. Verarbeitung der Volumendaten mit 3D-Bildverarbeitung
1.15. Berechnung von Grenzflächenpunkte aus den Volumendaten
1.15.1. Unter Verwendung von V orabinformation über das Werkstück wie CAD- Daten
1.15.2. Ohne Verwendung von V orabinformation
1.15.3. Aus Schnitten durch das Volumen
1.16. Berechnung oder Laden von Grenzflächenpunkte und Verwendung als Ergebnis der Tomografie
1.16.1. Aus Vorabmessung
1.16.2. Aus CAD-Modell 1.17. Einpassung der simulierten Ist-Punktwolke in ein Modell der Soll-
Geometrie
1.17.1. Soll-Geometrie ist gemessenes oder berechnetes Modell wie Soll- Punktwolke
1.17.2. Soll-Geometrie ist konstruiertes Modell wie CAD-Modell
1.18. Messtechnische Auswertung
1.18.1. Regelgeometrieelemente
1.18.2. Geometrische Eigenschaften 1.19. Abschätzung der Messunsicherheit
1.19.1. Von Einzelpunkten
1.19.2. Von Geometrischen Eigenschaften
1.20. Visuelle Darstellung Messtechnischer Auswertungen 1.20.1. Maßfahnchen
1.20.2. Messprotokoll
1.20.3. Farbcodierte Abweichungsdarstellung
1.21. Korrektur von systematischen Messabweichungen 1.21.1. Durch Korrektur der Intensitätsbilder
1.21.2. Durch Korrektur der Proj ektionsbilder
1.21.2.1. Empirische Artefaktkorrektur
1.21.3. Durch Korrektur der Volumendaten
1.21.3.1. Verzerrung und Korrektur Volumen nach VAK 1.21.4. Durch Korrektur der Grenzflächenpunkte
1.21.4.1. Abweichungselemente aus VAK
1.21.4.2. Trianguliert 1.22. Anwendung der Korrekturdaten auf gemessene oder simulierten Daten
1.22.1. Intensitätsbilder
1.22.2. Projektionsbilder
1.22.3. Volumen
1.22.4. Grenzflächenpunkte
1.22.4.1. trianguliert
1.23. Gemeinsame Visuelle Darstellung Messtechnische Auswertung
1.24. Exportieren von erzeugten Daten
1.24.1. Intensitätsbilder + Projektionsgeometrie
1.24.2. Proj ektionsbilder + Projektionsgeometrie
1.24.3. Volumen
1.24.4. Grenzflächenpunkte
1.25. Verwendung zum Offline-Einlemen des gesamten Messprozesses
1.25.1. Insbesondere genannte Anwendungsfalle
1.25.2. für spätere Online-Durchführung
1.26. Verwendung zum Editieren eines bereits online- oder offline eingelernten Messprozesses
1.26.1. Insbesondere genannte Anwendungsfälle
1.27. Verwendung zur Bewertung verschiedener Parametersätze
1.27.1. Geräteparameter
1.27.2. Parameter von Algorithmen
1.28. Automatische Auswahl des besten Parametersatzes
1.28.1. Geräteparameter
1.28.2. Parameter von Algorithmen
1.29. Verwendung zum Offline-Abarbeitung von offline oder online eingelemten Online-Messprozessen
1.29.1. Insbesondere Simulation der Erzeugung von Intensitätsbildem anstelle Messung von Intensitätsbildem
1.30. Zuordnung der erzeugten Programme zu zu messenden Werkstücken und/oder Werkstückgruppen und automatische Anwendung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Computertomografieverfahren, bei dem physikalische Effekte wie Artefakte bei der Durchstrahlung eines Werkstücks mittels Simulationsmethoden korrigiert werden. Nach dem Stand der Technik bekannte Korrekturverfahren für Messdaten einer Computertomografie, die mittels Simulation arbeiten, sind in der WO2013167616 und DE102013107745 der Anmelderin benannt. Hierbei erfolgt die Bestimmung der Korrekturdaten durch die Differenzbildung einer Simulation unter Berücksichtigung der Artefakte und einer Simulation ohne Berücksichtigung von Artefakten (verallgemeinert als Effekte bezeichnet, meist physikalische Eigenschaften bei der Durchstrahlung). Als Eingangsdaten für die V orwärtsproj ektion im Rahmen der Simulation von Durchstrahlungsbilddaten werden Daten benötigt, die die Gestalt bzw. Maße des Werkstücks repräsentieren. In beiden Schriften werden hierzu die Nominaldaten des Werkstücks wie CAD-Daten oder STL-Daten (also Oberflächenpunktdaten im STL- Format, Standard Triangulation Language) einer bereits erfolgten Messung des Werkstücks (Meisterteilmessung) verwendet. Die Berechnung und Anwendung der Korrektur erfolgt dabei wahlweise bzw. auch gemischt in den Durchstrahlungsbilddaten, den daraus rekonstruierten Volumendaten oder den aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten. Das bedeutet, dass die Differenzen der Simulationen beispielsweise in den Durchstrahlungsbilddaten gebildet werden und dann auch direkt auf die Durchstrahlungsbilddaten der realen Messung angewandt werden. Alternativ können die Differenzen in den Durchstrahlungsbilddaten zunächst rekonstruiert werden und dann von den Volumendaten der Messung abgezogen werden. Auch vorgesehen ist, die Differenzen der Simulationen erst in den aus den simulierten Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten zu bilden und dann entweder damit die Volumendaten der Messung zu korrigieren oder daraus zunächst Oberflächendaten zu bestimmen und die Oberflächendaten der Messung zu korrigieren. Auf die hier genannten Schriften der Anmelderin wird hier vollständig Bezug genommen. Bei der Anwendung der in den zuvor genannten Schriften beschriebenen Korrekturverfahren hat sich jedoch herausgestellt, dass die Nominaldaten oder STL-Daten mit den real vorliegenden Abmessungen des Werkstücks (reale Werkstückgestalt) nicht ausreichend übereinstimmen, um eine exakte Simulation der Artefakte und damit eine exakte Korrektur zu gewährleisten. Ein weiteres Problem ist, dass bei insbesondere stark artefaktbehafteten Messdaten STL-Daten, also eine Oberflächenpunktdarstellung, aus den Volumendaten erst gar nicht ermittelt werden kann, wodurch diese für die Simulationen nicht zur Verfügung stehen und zwangsläufig auf die CAD-Daten als Eingangsdaten zurückgegriffen werden muss, oder die STL-Daten ebenso zu große Abweichungen zur realen Werkstückgestalt aufweisen, was jeweils zum zuvor genanntem Nachteil führt.
Eine erste Lösung bietet die nachveröffentlichten Erfindung DE 102020130442.0, zurückgehend auf die DE102019135686.5 der Anmelderin. Sämtliche Inhalte dieser Schriften gelten hier explizit als mit aufgenommen. In der DE102020130442.0 der Anmelderin wird weiterhin vorgeschlagen, als Eingangsdaten für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks zu verwenden, also Oberflächendaten, vorzugsweise in Form von CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks. Dabei ist nachteilig, da diese Daten möglicherweise in der Datenverarbeitung nicht bzw. noch nicht vorliegen oder bereits Abweichungen aufweisen, die unerwünscht sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, Abweichungen zu vermeiden oder zumindest zu verringern, die bei der Bestimmung einer Korrektur für Messdaten einer Computertomografie durch Simulationen von Effekten, meist physikalischen Effekten wie Artefakten (entstanden durch beliebige Einflüsse auf die CT- Messung, wie beispielsweise geometrische oder Partialvolumeneffekte) auftreten können, insbesondere die bei der Bestimmung der Korrektur durch Differenzbildung einer Simulation unter Berücksichtigung der Artefakte und einer Simulation ohne Berücksichtigung dieser Artefakte auftretenden, auch ohne dass Nominaldaten, wie CAD- Daten oder STL-Daten einer Messung des Werkstücks zwingend für die Simulationen verwendet werden müssen. Zu erwartende Abweichungen der Simulation aufgrund der Abweichungen der Eingangsdaten von der tatsächlich vorliegenden Werkstückgestalt sollen verringert oder vermieden werden.
Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass als Eingangsdaten für die Simulationen neben den Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, wie beispielsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, nun auch Volumendaten verwendet werden können, beispielsweise Volumendaten einer Meisterteilmessung des Werkstücks oder anderweitig erzeugte Volumendaten, beispielsweise aus CAD-Daten bestimmte Volumendaten. Als Meisterteilmessung ist eine kalibrierte Messung nach einem anderen Verfahren, beispielsweise mit einem anderen Messgerät, oder einem Computertomografieverfahren, beispielsweise mit höherer Genauigkeit, vorgesehen. Die Lösung sieht weiterhin vor die bekannte Korrektur, hier als vorläufige Korrektur (Sim- Artefakte) bezeichnet, die sich aus der Differenz einer Simulation mit (Sim-Vol) und einer Simulation ohne (Ideal- Vol) B erücksichtigung der zu korrigierenden Effekten, meist physikalischen Effekte wie Artefakte, durch Anwendung einer Transformationsvorschrift ( V erzeichnungs-M AP) zu einer endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) für die Messdaten (Real- Vol) angepasst wird. Alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, die
Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal- Vol) anzuwenden und die Differenz zwischen den sich daraus ergebenden korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und (Ideal- Vol-K) für die Bestimmung der endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) zu verwenden. Da sich hieraus jedoch ergibt, dass die Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Ideal- Vol) ohne
Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte direkt zu den korrigierten Messdaten (Koor-Vol) führt, ist auch ein entsprechend verkürztes Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen. Die Transformationsvorschrift ist erfindungsgemäß die Abbildung der Simulationsdaten mit B erücksichtigung der physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol). Durch dieses Vorgehen wird der Teil der Abweichungen der Simulationsdaten mit Berücksichtigung der Artefakte zu den real gemessenen artefaktbehafteten Messdaten erfasst, der aus der Abweichung der Eingangsdaten für die Simulationen zur realen Werkstückgestalt resultiert, und verwendet, um die Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal- Vol) oder die vorläufige Korrektur aus der Differenzbildung der beiden Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol) oder im Falle des verkürzten Verfahrens nur die Simulationsdaten (Ideal-Vol) entsprechend anzupassen. Besonders bevorzugt erfolgt die Korrektur auf der Basis der Volumendaten. Vorteilhaft ist hierbei, dass Messdaten in Form von Volumendaten auch darin vorliegen, wenn diese derart artefaktbehaftet sind, dass Oberflächendaten (STL-Daten) nicht berechnet werden können, oder große Abweichungen zur tatsächlichen Werkstückgestalt aufweisen. Die Erfindung sieht aber grundlegend auch vor, die Korrektur auf Basis der Durchstrahlungsbilddaten oder der Oberflächenpunktdaten zu realisieren oder gemischt, wie zuvor zu den Schriften der Anmelderin aus dem Stand der Technik erläutert. Die
Anwendung der Korrektur erfolgt dabei auf die gleiche zuvor bzw. nachfolgende beschriebene Art und Weise. Im Fall der Korrektur auf Basis der Durchstrahlungsbilddaten ist die Anwendung ohne weiteres möglich, da Durchstrahlungsbilddaten bereits vor den
Volumendaten immer vorliegen. Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der Oberflächendaten ist es, dass diese aus den Volumendaten gebildet werden können. Beispielhaft erfolgen die folgenden Erläuterungen für den Fall der Bestimmung und Anwendung der Korrektur aus bzw. auf die Volumendaten. Die Simulation unter Berücksichtigung von Artefakten (im Weiteren als Sim-Vol bezeichnet) erfolgt zunächst anhand von Eingangsdaten in Form von Nominal daten wie CAD - Daten des Werkstücks. Sofern vorhanden können auch Oberflächendaten (STL-Daten) einer Messung des entsprechenden Werkstücks verwendet werden. Eine weitere Alternative ist die Nutzung bereits vorhandener Volumendaten für die Simulation. Diese können während der W erkstückmessung gewonnen werden oder aus dem CAD-Modell. An den identischen Eingangsdaten wird dann auch die Simulation ohne Berücksichtigung der Artefakte durchgeführt. Die Simulationen erfolgen jeweils in Form einer sogenannten V orwärtsprojektion, wobei simulierte Durchstrahlungsbilddaten berechnet werden, die zu simulierten Volumendaten rekonstruiert werden. Im nächsten Schritt wird die Transformationsvorschrift ermittelt, die die artefaktbehafteten Simulationsdaten im Volumendatenformat (Sim-Vol) auf die, aus den gemessenen Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten gemessenen Volumendaten (Real-Vol) abgebildet.
Die Transformationsvorschrift arbeitet auf Basis der Grauwerte der Voxel der Volumendaten (bzw. auf Basis der Grauwerte der Durchstrahlungsbilder, sofern diese korrigiert werden soll) und nimmt eine Neuzuordnung der Grauwerte so vor, dass mittels affiner und/oder nicht affiner Transformationen die Unterschiede zwischen den Simulationsdaten und den Messdaten in Bezug auf die Lageverschiebung zwischen den Grauwertübergängen minimiert werden. Diese Grauwertübergänge sind später repräsentativ für die zu bestimmenden Oberflächendaten. Hierdurch werden also die dimensionellen Abweichungen zwischen Simulationsdaten und real gemessenen Daten im Bereich der Volumendaten erfasst, um mit dieser Information anschließend eine exaktere Korrektur der gemessenen Volumendaten zu ermöglichen. Im Falle der Korrektur der Oberflächendaten werden anstatt der Grauwerte die Lagen der Oberflächenpunkte entsprechend transformiert. Sim-Artefakt ist für den Fall der Korrektur auf Basis der Volumendaten ein Artefaktvolumen, das durch Berechnung, insbesondere Differenzbildung aus der Simulation mit und der Simulation ohne Berücksichtigung der Artefakte gebildet wird. Entweder wird dieses Artefaktvolumen durch Anwendung der Transformationsvorschrift an die tatsächliche Werkstückform angepasst, oder die Simulationsvolumendaten ohne (Ideal- Vol) Berücksichtigung der Artefakte und gegebenenfalls auch die
Simulationsvolumendaten mit (Sim-Vol) Berücksichtigung der Artefakte selbst werden durch Anwendung der T ransformationsvorschrift auf die richtige W erkstückgeometrie (zu Ideal- Vol-K bzw. Sim-Vol-K) ahgeglichen, was dazu führt, dass die mit der Transformationsvorschrift korrigierten Simulationsdaten (Ideal- Vol-K) direkt zu den korrigierten Messvolumendaten (Korr- Vol) bzw. die Differenzbildung zwischen (Sim-Vol-
K) und (Ideal- Vol-K) direkt zu den endgültigen Korrekturdaten (Real -Artefakt) führt. Durch die Transformationsvorschrift erfolgt sozusagen eine Skalierung, Rotation, Translation, Scherung und damit Verschiebung der Grauwerte im Artefaktvolumen (Sim- Artefakt) bzw. den Simulationsvolumendaten (Ideal- Vol) und gegebenenfalls (Sim-Vol) derart, dass die Abweichungen in den Kantenorten (Grauwertübergängen) zwischen Simulationsdaten und gemessenen Daten korrigiert werden bzw. allgemein Simulationsdaten und gemessene Daten angeglichen werden. Die angesprochene Neuzuordnung der Grauwerte ist insbesondere bei Skalierungsoperationen nicht unbedingt quellenfrei, d.h. die Summe der Grauwerte eines Volumens kann durch die Transformationsvorschrift verändert werden.
Für den Fall, dass nicht die korrigierten Simulationsdaten (Ideal- Vol-K) direkt als korrigierte Messvolumendaten (Korr- Vol) verwendet werden sollen, werden im nächsten Schritt die endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) zur Korrektur der Volumendaten der realen Messung (Real- Vol) angewandt, vorzugsweise durch Differenzbildung oder Addition der Grauwerte der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt).
Aus den so endgültig korrigierten Volumendaten (Korr-Vol) werden dann mittels Oberflächenbestimmung (auch als Segmentierung bezeichnet) die Oberflächendaten, also Oberflächenmesspunkte bestimmt, die vorzugsweise zur Bestimmung dimensioneller Maße am Werkstück verwendet werden. Die endgültig korrigierten Volumendaten können ebenso zur Bestimmung innenliegender Merkmale wie Einschlüsse oder Lunker des Werkstücks verwendet werden.
Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Berechnung und Anwendung einer Korrektur (Real-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Real- Vol), wobei die Messdaten die von zu messendem Werkstück in mehreren Drehstellungen bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur zunächst Simulationsdaten mit B erücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal- Vol) berechnet werden, wobei als Eingangsdaten
(CAD/STL/Volumen) für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten verwendet werden, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:
- Berechnung einer Transformationsvorschrift (Verzeichnungs-MAP), die die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol) abbildet, und - A) Anwendung der Transformationsvorschrift o auf vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt) zur Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt), wobei die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) gebildet werden durch Differenzbildung zwischen Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) und
Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol), oder o auf die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und auf die Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Ideal- Vol-K), und Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) durch Differenzbildung zwischen (Sim- Vol-K) und (Ideal-Vol-K), und Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr- Vol) oder
B) Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol).
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass alle aus der folgenden Aufzählung durchgeführten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten oder den jeweiligen Volumendaten oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen:
Berechnung der Transformationsvorschrift (V erzeichnungs-MAP),
- Differenzbildung zwischen den Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol),
- Anwendung der T ransformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-Vol) und/oder (Ideal-Vol),
Differenzbildung zwischen den korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K),
- Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol) und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K) als korrigierte Messdaten (Korr-Vol).
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Anwendung der endgültigen Korrektur (Real- Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) durch Abziehen oder Dazuaddieren der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) erfolgt.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation mit Artefakten (Sim-Vol), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Real-Vol) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT), wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Transformationsvorschrift bestimmt wird durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Korr-Vol) zur Bestimmung von Merkmalen im W erkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensionellen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
Es ist auch vorgesehen, dass das Verfahren iterativ angewendet wird. Das bedeutet, dass die korrigierten Messdaten (Korr-Vol) als Eingangsdaten für eine Simulation verwendet werden und das zuvor beschriebene Korrekturverfahren wiederholt wird, um eine verbesserte Korrektur durchzuführen.
Im Folgenden werden bereits verwendete und neue Abkürzungen folgendermaßen als Synonyme verwendet. In Klammem dahinter ist eine Bedeutung aufgeführt, die jedoch nicht einschränkend ist.
- Real-Artefakt = Mess- Artefakt (Daten die Einfluss des realen Artefakts beschreiben) Sim-Artefakt, bleibt unverändert (Daten die Einfluss des simulierten Artefakts beschreiben)
Real-Vol = Mess-unkorr (Messdaten mit Artefakten)
Korr-Vol = Mess-korr (Messdaten ohne Artefakt)
V erzeichnungs-M AP = Transformation-Sim-Real (Transformationsvorschrift) Inverse Verzeichnungs-MAP = Transformation-Real-Sim (inverse Transformationsvorschrift)
Sim-Vol = Sim-unkorr (Simulationsdaten mit Artefakten)
Ideal- Vol = Sim-unkorr-T (Simulationsdaten mit Artefakten transformiert) Sim-Vol-K = Sim-korr ( Simulationsdaten ohne Artefakt)
Ideal-Vol-K = Sim-korr-T (Simulationsdaten ohne Artefakte transformiert) Real-Artefakt = Sim-Artefakt-T (transformiertes simuliertes Artefakt) Mess-unkorr-T-1 (Messdaten mit Artefakten invers transformiert)
Mess-korr-T-1 (Messdaten ohne Artefakten invers transformiert)
Die in dieser Schrift zuvor genannten Abkürzungen und die Beschreibungen zu den Figuren 1 bis 3 können auch mit den hier neu eingefügten synonymen Abkürzungen gelesen werden. Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Berechnung einer Korrektur (Mess- Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Mess-unkorr) vor, wobei die Messdaten die vom Werkstück aus mehreren unterschiedlichen Blickwinkeln bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Sim-korr) berechnet und/oder verwendet werden, wobei Simulationsdaten in Form von aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Durchstrahlungsbildem und/oder Volumendaten und/oder Grenzflächenpunkte verwendet werden, wobei als Eingangsdaten für die Simulationen Nominal-Daten, Ist-Daten oder aus Nominal- und/oder Ist-Daten berechnete Daten des Werkstücks in Form von
Durchstrahlungsbilddaten, vorzugsweise Durchstrahlungslängenbildem, und/oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten, und/oder Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks verwendet werden, dass sich durch die folgenden Schritte auszeichnet,
- Berechnung einer Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real), die die Simulationsdaten mit und/oder ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-unkorr und/oder Sim- korr), und/oder die simulierten Artefakte (Sim-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) abbildet, und/oder Berechnung einer inversen jener Transformationsvorschrift (Transformation-Real-Sim), die die Messdaten (Mess-unkorr) auf die Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) abbildet, und
- Anwendung der T ransformations Vorschrift (T ransformation- Sim-Real) auf Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr) und/oder auf aus Simulationsdaten und/oder invers transformierten (Transformation-Real-Sim) Messdaten (Mess-unkorr-T-1) berechnete vorläufige Korrekturdaten (Sim- Artefakt) , und
- Berechnung der Korrekturdaten (Mess- Artefakt) aus mit der
Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten (Sim-korr-T) und/oder transformierten vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt-T=Mess- Artefakt) und/oder Messdaten.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Korrekturdaten (Mess- Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) angewendet wird. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Berechnung der vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim- unkorr) und Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr), vorzugsweise durch Subtraktion, und die Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) durch Anwendung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim- Artefakt) erfolgt.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) aus den mit der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-unkorr-T) und transformierten Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr-T), vorzugsweise durch Subtraktion der transformierten Simulationsdaten mit und ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, erfolgt.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) durch Transformation der Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-korr) mittels der Transformationsvorschrift (Transformation- Sim-Real) erfolgt.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess- korr) auch durch eine Kombination aus inverser Transformation (Transformation-Real- Sim) der Messdaten (Mess-unkorr), anschließender Korrektur der Messdaten, vorzugsweise durch die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), und Transformation (Transformation-Sim-Real) dieser invers transformierten korrigierten Messdaten (Mess- korr-T-1) gewonnen werden können.
Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass mehrere aus der folgenden Aufzählung durchgefuhrten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten und/oder den jeweiligen Volumendaten und/oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen:
- Berechnung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real),
- Berechnung der inversen Transformationsvorschrift (Transformation-Real-Sim)
- Anwendung der inversen Transformationsvorschrift auf die Messdaten (Mess- unkor)
- Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den Simulationsdaten (Sim- unkorr) und (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung, - Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den invers transformierten Messdaten und Simulationsdaten (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung,
- Anwendung der Transformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
- Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim- unkorr) und/oder (Sim-korr),
- Differenzbildung zwischen den transformierten Simulationsdaten (Sim-unkorr- T) und (Sim-korr-T), - Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Mess- Artefakt) auf die Messdaten
(Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Sim-korr-T) als korrigierte Messdaten (Mess-korr). Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation, vorzugsweise mit Artefakten (Sim- unkorr) und/oder ohne Artefakte (Sim-korr) und/oder den vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) ortsabhängig zuordnet, bzw. die inverse Transformationsvorschrift die Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) denen der Simulation (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT) und/oder eines Vektorfeldes, vorzugsweise Deformationsvektorfeldes, wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Deformationsvektorfeldes je einem Voxel ein Vektor zuordnet, wobei der Vektor den Zielort definiert, an den das Voxel verschoben werden muss oder auf den Ort zeigt, dessen Wert das Voxel annehmen soll, wobei der Ort vorzugsweise zwischen Voxeln liegt und der neue Wert des Voxels aus den umgebenden Voxeln, vorzugsweise durch trilineare Interpolation, berechnet wird.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Transformationsvorschrift durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht und/oder durch Anwendung einer empirischen und/oder analytischen Vorschrift, bestimmt wird.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Mess-korr) zur Bestimmung von Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensioneilen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen
Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines alternativen erfindungsgemäßen
Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie und
Flg. 3 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs eines alternativen verkürzten erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie.
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Prinzipdarstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens für Artefakte bei einer Computertomografie. Als Eingangsdaten 500 für Simulationen 501, 502 der computertomografischen Messung eines Werkstücks dienen die Nominaldaten in Form von CAD-Daten oder Oberflächendaten im STL-Format des Werkstücks aus beispielsweise einer Meisterteilmessung oder Volumendaten des Werkstücks. Die Simulation 501 erfolgt ohne Berücksichtigung von Artefakten 503 und liefert die Simulationsdaten Ideal-Vol. Die Simulation 502 erfolgt unter B erücksichtigung von ausgewählten Artefakten 503 und liefert die Simulationsdaten Sim-Vol. Bei der Simulation handelt es sich um die Berechnung von Durchstrahlungsbilddaten des Werkstücks mittels Vorwärtsproj ektion wobei die Parameter des jeweiligen Computertomografen wie beispielsweise Brennfleckgröße, Spektrum und Leistung der abgegebenen Messstrahlung der Strahlungsquelle, Größe, Pixelgröße, Pixelanzahl, Pixelabstand des Detektors und Lage der Komponenten Strahlungsquelle, Detektor und Werkstück, sowie Lage der Drehachse des Drehtischs zur Drehung des Werkstücks, zueinander, berücksichtigt werden. Beispielhaft werden die simulierten Durchstrahlungsbilddaten jeweils zunächst zu Volumendaten rekonstruiert, so dass hier mit Ideal-Vol und Sim-Vol Volumendaten bezeichnet sind. Diese werden dann voneinander abgezogen, also die Grauwerte der jeweils einander räumlich entsprechenden Voxel der Volumendaten werden voneinander abgezogen, um das simulierten Artefakt-Volumen zu bilden, dass die vorläufigen Korrekturdaten Sim-Artefakt 504 bildet. Aus der realen Messung des Werkstücks mit dem Computertomografen liegen zudem die aus den ausgenommenen Durchstrahlungsbildern rekonstruierten Volumendaten Real-Vol vor. Aus Real-Vol und den Volumendaten Sim-Vol aus der Simulation 502 unter Berücksichtigung der Artefakte 503 wird die Transformationsvorschrift ( V erzeichnungs-MAP) 505 bestimmt, die Sim-Vol auf Real-Vol abbildet. Die Transformationsvorschrift 505 wird anschließend auf das Artefakt- Volumen Sim-Artefakt 504 (vorläufige Korrekturdaten) angewendet, um die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 zu bilden. Die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 werden von den Volumendaten der Messung Real-Vol abgezogen, also jeweils die Grauwerte der zugeordneten Voxel subtrahiert, um die korrigierten Volumendaten Korr-Vol zu bestimmen. Diese korrigierten Messdaten werden im Volumenbereich ausgewertet, um Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich werden aus den korrigierten Volumendaten Korr-Vol Oberflächenpunktdaten mittels Oberflächenextraktionsverfahren bzw. Segmentierung bestimmt, aus denen dimensionelle Maße des Werkstücks bestimmt werden. In der Figur 2 wird ein alternatives Vorgehen zur Figur 1 dargestellt, wobei die simulierten
Volumendaten Ideal- Vol und Sim-Vol durch Anwendung der Transformationsvorschrift 505 in die korrigierten Volumendaten Ideal- Vol-K und Sim-Vol-K überfuhrt werden, deren Differenz gebildet wird, um die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 zu bilden. Anzumerken hierbei ist, dass die Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Sim-Vol dazu führt, dass die korrigierten simulierten Volumendaten Sim-Vol-K mit den Messdaten Real- Vol übereinstimmen. In der Folge entsprechen die endgültigen Korrekturdaten Real-Artefakt 506 daher der Differenz aus den Messdaten Real-Vol und den korrigierten simulierten Volumendaten Sim-Vol-K wodurch sich ergibt, dass die korrigierten Volumendaten der Messung Korr- Vol genau den korrigierten Volumendaten Sim-Vol-K entsprechen. Die Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Sim-Vol kann also unterbleiben und die korrigierten Volumendaten der Messung Korr-Vol werden direkt durch Anwendung der Transformationsvorschrift 505 auf die simulierten Volumendaten Ideal- Vol gewonnen, wie dies in der Figur 3 dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung und Verfahren zur Computertomografie
1. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem
Computertomografiesensor ermittelter Daten mit einer Messsoftware, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsfimktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung aufweist, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufnahme aufweist.
2. V erfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Simulationsfunktion zum Betreiben eines Computertomografiesensors und/oder zur Erstellen eines Programmes zur
Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zur Auswertung der durch die Computertomografie ermittelten Daten herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen aufweist: Steuerung des Koordinatenmessgerätes, insbesondere der Messachsen,
- Korrektur von Geometrieabweichungen des Koordinatenmessgerätes, insbesondere der Messachsen, - Steuerung des Computertomografiesensors und/oder weiterer im
Koordinatenmessgerät enthaltener Sensoren,
- Bestimmung von Grenzflächenpunkten bzw. Oberflächemesspunkten aus den mit dem Computertomografiesensor ermittelten Messdaten wie Volumendaten,
- Bestimmung von Geometrieelementen aus den Oberflächemesspunkten, - Bestimmung geometrischer Eigenschaften der Geometrieelemente
- Durchführen von Soll -Ist- Vergleichen zwischen Solldaten und Messdaten (Ist- Daten),
- Erstellung von Messprogrammen anhand von Solldaten wie CAD-Daten - Offline - Betrieb ohne Nutzung der direkten Verbindung zum
Koordinatenmessgerät.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften des zu simulierenden Computertomografiesensors in der Simulationsfunktion Berücksichtigung finden: Achssystems, insbesondere Kinematik des Achssystems und/oder Projektionsgeometrie in Abhängigkeit der Positionen der Achsen,
- Röntgenröhre, insbesondere Minimale und maximale Spannung und/oder Minimale und maximale Leistung und/oder Brennfleckverteilung vorzugsweise Brennfleckgröße in Abhängigkeit von den eingestellten Parametern und den Eigenschaften der Komponenten der Röntgenröhre, und/oder
Targeteigenschaften, insbesondere Targetmaterial und/oder Targetgeometrie, vorzugsweise Targetdicke und/oder Winkel, Spektrum in Abhängigkeit von Targeteigenschaften und eingestellten Parametern wie Spannung, Leistung, Fokussierstrom, Zentrierstrom, Filamentstrom,
Drehachse, insbesondere Geometriefehler der Drehachse,
Detektor, insbesondere Geometriefehler wie Verzeichnung, Verkippung, Rotation und/oder Pixeldefekte wie Empfindlichkeit, Tote Pixel, Blinkende Pixel, Hot Pixel, und/oder Detektoreigenschaften wie Indirekt konvertierend, vorzugsweise Szintillatormaterial und/oder Szintillatordicke, und/oder Direkt konvertierend,
Eingemessener Zustand des Geräts, vorzugsweise eingerichtete Vergrößerungen,
Konfiguration der Messsoftware, vorzugsweise Einstellungen der Benutzeroberfläche und/oder Einstellungen der Algorithmen,
Auswahl des zu simulierenden Geräts in der Messsoftware,
Manuelle und / oder automatische Synchronisation der Konfiguration und des Einmesszustanden der zu simulierenden Geräte, zu Berücksichtigende Einflussgrößen ein und ausschaltbar, vorzugsweise Monochromatische Strahlung statt polychromatische Strahlung.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zum Einladen und/oder Erzeugung eines Modells der Geometrie eines oder mehrerer Werkstücke und/oder Baugruppen beinhaltet:
Einladen eines Modells, vorzugsweise CAD-Modell und/oder STL- Punktewolke,
- Konstruktion innerhalb der Messsoftware, vorzugsweise CAD-Modell, bevorzugt aus berechneten Regelgeomtrielementen wie Boolsche Verknüpfung mehrerer Regelgeometrielemente,
Berechnung eines Modells aus einem anderem Modell, vorzugsweise STL- Punktwolke aus CAD- Modell.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen unter Berücksichtigung des Materials des einen oder mehrerer Werkstücke und/oder der
Baugruppen beinhaltet:
Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten Röntgenstrahlung mit Material, vorzugsweise Rayleigh-Streuung und/oder Photoelektrischer-Effekt und/oder Compton-Effekt, - Eigenschaften des Materials beschrieben durch Dichte und/oder chemische
Summenformel,
- Multimaterial,
Hinzufügen von Materialien zu einer Materialbibliothek über die Benutzeroberfläche der Messsoftware, - Auswahl der Materialien der Werkstücke und/oder Baugruppen über die
Benutzeroberfläche der Messsoftware,
Vervielfältigung eines Modells an n Positionen, vorzugsweise an durch CAD- Elemente definierten Positionen und/oder an berechneten Positionen und/oder an manuellen definierten Positionen. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten mit einer Messsoftware, dadurch gekennzeichnet, dass Messsoftware eine Funktion zur Vervielfältigung eines Modells an n Positionen, vorzugsweise an durch CAD-Elemente definierten Positionen und/oder an berechneten Positionen und/oder an manuellen definierten Positionen aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zum Einladen und/oder Erzeugung eines Werkstückträgers und/oder Baugruppen beinhaltet:
Einladen eines Modells, vorzugsweise CAD-Modell und/oder STL- Punktewolke,
- Konstruktion innerhalb der Messsoftware, vorzugsweise CAD-Modell, bevorzugt aus berechneten Regelgeomtrielementen wie Boolsche Verknüpfung mehrerer Regelgeometrielemente,
- Berechnung eines Modells aus einem anderem Modell, vorzugsweise STL- Punktwolke aus CAD- Modell.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur virtuellen Bestückung eines oder mehrerer W erkstücktr äger mit Werkstücken beinhaltet:
- Manuelle Positionierung der Werkstücke, vorzugsweise mittels eines Manipulators zur Translation, Rotation und/oder durch Eingabe numerischer Werte,
- Automatische Positionierung der Werkstücke im Werkstückträger,
- Würfeln der Werkstückausrichtung innerhalb der Kammern eines
Werkstückträgers, vorzugsweise Würfeln mit definierten Freiheitsgraden.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Positionierung der Werkstücke und/oder eines oder mehrerer Werkstückträger auf einem oder mehreren Manipulatoren beinhaltet:
- Positionierung durch manuelles Verschieben,
- Automatische Positionierung und Ausrichtung.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzei chnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zum Einstellen der Projektionsgeometrie anhand einer Visualisierung des Geräts und/oder des Messbereich beinhaltet:
- Visualisierung des maximalen Messbereichs in Abhängigkeit von den Positionen der Achsen des Geräts, vorzugsweise für Im-Bild Messungen, besonders bevorzugt Halbseiten- Tomografie, und/oder Raster- Tomografie und/oder ROI-Tomografie (ROI-Region of Interest) und/oder exzentrische Tomografie,
- Visualisierung des Messbereichs, vorzugsweise maximaler Messbereich und/oder Messbereich definiert durch Messfenster und/oder benötigter Messbereich,
- Visualisierung der maximal zulässigen Objektgröße,
- Visualisierung von Teilen oder des gesamten Geräts, vorzugsweise Röntgenröhre und/oder Drehachse und/oder Drehtisch und/oder Röntgendetektor und/oder Gehäuse.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine oder mehrere der folgenden Funktionen zum Einstellen der Einstellparameter beinhaltet:
- Röhrenparameter wie Spannung, Leistung,
- Vorfilter wie Material und Dicke,
- Detektorparameter wie Integrationszeit, Bildmittelungsanzahl,
- Tomografieparameter wie Drehschrittanzahl, Rekonstruktionsfilter, - Automatische Optimierung von Einstellparametem. und/oder dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsftmktion eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Simulation eines einzelnen Intensitätsbilds beinhaltet:
- Bedienung in Messsoftware, vorzugsweise auf Knopfdruck und/oder mit Verzögerung und/oder in Echtzeit, besonders bevorzugt Aktualisierung bei Verfahren der virtuellen Achsen und/oder Aktualisierung nach Ablauf der virtuellen Integrationszeit und/oder bei jeder Änderung,
- Simulation durch Raytracing und/oder Monte-Carlo- Verfahren und/oder Auslesen der Schwächungskoeffzienten aus in Tabellen hinterlegten Werten empirisch bestimmter Schwächungskoeffizienten in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware die Messung im simulierten Durchstrahlungsbild beinhaltet.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsftmktion die Simulation von Intensitätsbildem aus verschiedenen Blickwinkeln und Speichern mit zugehörigen Proj ektionsgeometrie beinhaltet.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsfunktion die Berechnung von Proj ektionsbildem aus den Intensitätsbildem beinhaltet.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsftmktion eine Funktion zur Rekonstruktion eines Volumens linearer Abschwächungskoeffzienten aus den Projektionsbildem beinhaltet, vorzugsweise mittels gefilterter Rückprojektion und/oder zur Simulation der Intensitätsbilder und/oder in Echtzeit ausfuhrend.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsfunktion eine Funktion zur digitale Verarbeitung der resultierenden Volumendaten beinhaltet, vorzugsweise Erzeugung von Schnitten durch die Volumendaten und/oder Erzeugung von Visualisierungen der Volumendaten wie V olumenrenderings und/oder Verarbeitung der Volumendaten mit 3D-Bildverarbeitung.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Berechnung von Grenzflächenpunkte (Oberflächenmesspunkten) aus den Volumendaten beinhaltet, vorzugsweise unter Verwendung von V orabinformation über das Werkstück wie CAD -Daten und/oder ohne Verwendung von V orabinformation und/oder aus Schnitten durch das Volumen.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Berechnung oder Laden von Grenzflächenpunkte und Verwendung als Ergebnis der Tomografie beinhaltet, vorzugsweise aus einer vorab durchgeführten Messung und/oder aus Soll-Daten wie einem CAD-Modell.
20. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Einpassung der simulierten Ist- Punktwolke in ein Modell der Soll-Geometrie beinhaltet, vorzugsweise wobei die Soll-Geometrie ein gemessenes oder berechnetes Modell ist wie Soll -Punktwolke und/oder wobei die Soll-Geometrie ein konstruiertes Modell wie CAD-Modell ist.
21. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware Funktionen zur messtechnischen Auswertung beinhaltet, vorzugsweise zur Ermittlung von Regelgeometrieelemente und/oder geometrische Eigenschaften.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware Funktionen zur Abschätzung der Messunsicherheit beinhaltet, vorzugsweise von Einzelpunkten und/oder von Geometrischen Eigenschaften.
23. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware Funktionen zur visuellen Darstellung messtechnischer Auswertungen beinhaltet, vorzugsweise Maßfahnchen und/oder Messprotokolle und/oder farbcodierte Abweichungsdarstellung.
Verfahren nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Korrektur von systematischen Messabweichungen der Messergebnisse des Computertomografiesensors beinhaltet, vorzugsweise durch
Korrektur der Intensitätsbilder und/oder Korrektur der Proj ektionsbilder, vorzugsweise empirische Artefaktkorrektur und/oder
Korrektur der Volumendaten, vorzugsweise Verzerrung und Korrektur des Volumens mit VAK-Methoden (VAK- Virtuelle Artefaktkorrektur), und/oder Korrektur der Grenzflächenpunkte, vorzugsweise anhand der Abweichungselemente aus der VAK und/oder durch Triangulation.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Anwendung der Korrekturdaten auf gemessene oder simulierten Daten beinhaltet, vorzugsweise auf die Intensitätsbilder und/oder Grenzflächenpunkte (Oberflächenmesspunkte), insbesondere triangulierte Grenzflächenpunkte.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur gemeinsamen visuelle Darstellung der messtechnischen Auswertungen mit der Simulationsfunktion beinhaltet.
18 Februar 9099 - - A
27. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware, insbesondere die Simulationsfunktion eine Funktion zum Exportieren von erzeugten Daten beinhaltet, vorzugsweise zum Export von Intensitätsbildem und Proj ektionsgeometrie und/oder Proj ektionsbildem und Projektionsgeometrie und/oder Volumen und/oder Grenzflächenpunkte (Oberflächenmesspunkte).
28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zum Offline-Einlemen des gesamten Messprozesses beinhaltet, insbesondere der Anwendungsfalle nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei bevorzugt das offline eingelemte Programm später online ausgeführt wird.
29. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zum Editieren eines bereits online- oder offline eingelemten Messprozesses beinhaltet, insbesondere der Anwendungsfälle nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche.
30. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Bewertung verschiedener Parametersätze beinhaltet, vorzugsweise Geräteparameter und/oder Parameter von Algorithmen.
31. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur automatischen Auswahl des besten Parametersatzes beinhaltet, vorzugsweise der Geräteparameter und/oder Parameter von Algorithmen.
32. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zum Offline- Abarbeitung von offline oder online eingelemten Online-Messprozessen beinhaltet, insbesondere Simulation der Erzeugung von Intensitätsbildem anstelle Messung von Intensitätsbildem.
33. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Zuordnung der erzeugten Programme zu zu messenden Werkstücken und/oder Werkstückgruppen und vorzugsweise automatische Anwendung beinhaltet.
34. Messsoftware ausgelegt zum Betreiben eines Koordinatenmesssystems wie Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Steuerung des Computertomografiesensors und/oder zum Erstellen eines Programmes zur Auswertung von mit einem Computertomografiesensor ermittelter Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware eine Funktion zur Simulation (Simulationsftmktion) zumindest eines Schrittes einer Computertomografiemessung aufweist, vorzugsweise zumindest des Schrittes der Intensitätsbildaufnahme aufweist.
35. Messsoftware nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsoftware ausgelegt ist zur Ausführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 33.
36. Vorrichtung umfassend eine Recheneinheit zur Ausführung einer Simulationsfunktion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 33. 37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit zur Verbindung mit einer Vorrichtung zur Steuerung eines
Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor ausgebildet ist.
38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit mit einer Vorrichtung zur Steuerung eines Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem Computertomografiesensor verbunden ist.
39. Verfahren zur Berechnung und Anwendung einer Korrektur (Real-Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Real-Vol), wobei die Messdaten die von zu messendem Werkstück in mehreren Drehstellungen bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur zunächst Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) berechnet werden, wobei als Eingangsdaten (CAD/STLWolumen) für die Simulationen Nominaldaten des Werkstücks in Form von Oberflächendaten, vorzugsweise CAD-Daten, oder STL- Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks, oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD- Daten verwendet werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Berechnung einer Transformationsvorschrift ( V erzeichnungs-MAP), die die Simulationsdaten mit B erücksichti gung der Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) auf die Messdaten (Real-Vol) abbildet, und
- A) Anwendung der Transformationsvorschrift o auf vorläufige Korrekturdaten (Sim-Artefakt) zur Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real- Artefakt), wobei die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) gebildet werden durch Differenzbildung zwischen Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol), oder o auf die Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Sim-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und auf die Simulationsdaten ohne diese Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung von korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K), und Bestimmung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) durch Differenzbildung zwischen (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K), und Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr- Vol) oder
- B) Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der zu korrigierenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte (Ideal-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol).
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass alle aus der folgenden Aufzählung durchgeführten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten oder den jeweiligen Volumendaten oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen:
Berechnung der Transformationsvorschrift ( V erzeichnungs-M AP),
- Differenzbildung zwischen den Simulationsdaten (Sim-Vol) und (Ideal-Vol),
- Anwendung der Transformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
- Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim-Vol) und/oder (Ideal-Vol),
- Differenzbildung zwischen den korrigierten Simulationsdaten (Sim-Vol-K) und (Ideal-Vol-K),
- Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Korr-Vol) und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Ideal-Vol-K) als korrigierte Messdaten (Korr-Vol).
1« Februar 9W9 - - A
41. Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung der endgültigen Korrektur (Real-Artefakt) auf die Messdaten (Real-Vol) durch Abziehen oder Dazuaddieren der endgültigen Korrekturdaten (Real-Artefakt) erfolgt.
42. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation mit Artefakten (Sim-Vol), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Real-Vol) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT), wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
43. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorschrift bestimmt wird durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht.
44. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Korr-Vol) zur Bestimmung von Merkmalen im W erkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensionellen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
45. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten
Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
46. Verfahren zur Berechnung einer Korrektur (Mess- Artefakt) für mittels Computertomografie ermittelter Messdaten (Mess-unkorr), wobei die Messdaten die vom Werkstück aus mehreren unterschiedlichen Blickwinkeln bei Durchstrahlung von einer Strahlungsquelle (Quelle), vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, abgegebenen Messstrahlung, mittels eines Detektors, vorzugsweise 2D-Röntgendetektors, aufgenommenen Durchstrahlungsbilddaten und/oder aus den Durchstrahlungsbilddaten rekonstruierten Volumendaten und/oder aus den Volumendaten bestimmten Oberflächenpunktdaten umfassen, wobei für die Korrektur Simulationsdaten mit Berücksichtigung der zu korrigierenden physikalischen Effekte wie Artefakten bei der Computertomografie (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne diese Effekte (Sim-korr) berechnet und/oder verwendet werden, wobei Simulationsdaten in Form von aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Durchstrahlungsbildem und/oder Volumendaten und/oder Grenzflächenpunkte verwendet werden, wobei als Eingangsdaten für die Simulationen Nominal-Daten, Ist-Daten oder aus Nominal- und/oder Ist-Daten berechnete Daten des Werkstücks in Form von Durchstrahlungsbilddaten, vorzugsweise Durchstrahlungslängenbildem, und/oder Volumendaten des Werkstücks, beispielsweise einer Meisterteilmessung oder erzeugt aus den CAD-Daten, und/oder Oberflächendaten, vorzugsweise CAD- Daten, oder STL-Daten einer Meisterteilmessung des Werkstücks verwendet werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Berechnung einer Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real), die die Simulationsdaten mit und/oder ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, wie beispielsweise physikalischen Effekte, (Sim-unkorr und/oder Sim- korr), und/oder die simulierten Artefakte (Sim-Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) abbildet, und/oder Berechnung einer inversen jener Transformationsvorschrift (T ransformation-Real- Sim) , die die Messdaten (Mess-unkorr) auf die Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) abbildet, und
- Anwendung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) auf Simulationsdaten (Sim-unkorr und/oder Sim-korr) und/oder auf aus Simulationsdaten und/oder invers transformierten (Transformation-Real-Sim)
Messdaten (Mess-unkorr-T-1) berechnete vorläufige Korrekturdaten (Sim- Artefakt), und
- Berechnung der Korrekturdaten (Mess- Artefakt) aus mit der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten (Sim-unkorr-T und/oder Sim-korr-T) und/oder transformierten vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt-T) und/oder Messdaten.
47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturdaten (Mess- Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) angewendet wird.
48. Verfahren nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-unkorr) und Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr), vorzugsweise durch Subtraktion, und die Berechnung der Korrekturdaten (Mess-Artefakt) durch Anwendung der Transformationsvorschrift (T ransformation- Sim-Real) auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt) erfolgt.
49. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Korrekturdaten (Mess- Artefakt) aus den mit der
Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) transformierten Simulationsdaten mit Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-unkorr-T) und transformierten Simulationsdaten ohne die störenden Effekte (Sim-korr-T), vorzugsweise durch Subtraktion der transformierten Simulationsdaten mit und ohne Berücksichtigung der störenden Effekte, erfolgt.
50. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) durch Transformation der Simulationsdaten ohne Berücksichtigung der störenden Effekte (Sim-korr) mittels der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real) erfolgt. 51. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) auch durch eine Kombination aus inverser Transformation (Transformation-Real-Sim) der Messdaten (Mess-unkorr), anschließender Korrektur der transformierten Messdaten, vorzugsweise mittels der vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), und Transformation (Transformation-Sim-Real) dieser invers transformierten korrigierten Messdaten (Mess-korr-T-1) gewonnen werden können.
52. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise alle aus der folgenden Aufzählung durchgeführten Schritte an den jeweiligen Durchstrahlungsbilddaten und/oder den jeweiligen Volumendaten und/oder den jeweiligen Oberflächenpunktdaten erfolgen: Berechnung der Transformationsvorschrift (Transformation-Sim-Real), - Berechnung der inversen Transformationsvorschrift (Transformation-Real-
Sim),
- Anwendung der inversen Transformationsvorschrift auf die Messdaten (Mess- unkor),
- Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den Simulationsdaten (Sim- unkorr) und (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung,
Berechnung der Korrekturdaten (Sim-Artefakt) aus den invers transformierten Messdaten und Simulationsdaten (Sim-korr), vorzugsweise durch Differenzbildung, - Anwendung der Transformationsvorschrift auf die vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt),
- Anwendung der Transformationsvorschrift auf die Simulationsdaten (Sim- unkorr) und/oder (Sim-korr), - Differenzbildung zwischen den transformierten Simulationsdaten (Sim-unkorr-
T) und (Sim-korr-T),
- Anwendung der endgültigen Korrekturdaten (Mess- Artefakt) auf die Messdaten (Mess-unkorr) zur Bestimmung der korrigierten Messdaten (Mess-korr) und vorzugsweise Verwendung der korrigierten Simulationsdaten (Sim-korr-T) als korrigierte Messdaten (Mess-korr).
53. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorschrift den Grauwerten der Volumendaten der Simulation, vorzugsweise mit Artefakten (Sim-unkorr) und/oder ohne Artefakten (Sim-korr) und/oder den vorläufigen Korrekturdaten (Sim-Artefakt), Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) ortsabhängig zuordnet, beziehungsweise die inverse Transformationsvorschrift die Grauwerte der Volumendaten der Messdaten (Mess-unkorr) denen der Simulation (Sim-unkorr und/oder Sim-korr und/oder Sim-Artefakt) ortsabhängig zuordnet, und vorzugsweise verändert, beispielsweise in Form einer affinen Abbildung und/oder nicht affinen Abbildung und/oder eines Look up tables (LUT) und/oder eines Vektorfeldes, vorzugsweise Deformationsvektorfeldes, wobei bevorzugterweise die Transformationsvorschrift durch die Umordnung der Grauwerte die Verlagerung der den Oberflächenübergängen zugeordneten Grauwertverläufen abbildet.
54. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationsvektorfeldes je einem Voxel ein Vektor zuordnet, wobei der Vektor den Zielort definiert, an den das Voxel verschoben werden muss oder auf den Ort zeigt, dessen Wert das Voxel annehmen soll, wobei der Ort vorzugsweise zwischen Voxeln liegt und der neue Wert des Voxels aus den umgebenden Voxeln, vorzugsweise durch trilineare Interpolation, berechnet wird.
55. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorschrift durch die Optimierung einer Kostenfunktion, wobei diese Kostenfunktion aus mehreren Einzeltermen, wie Gleichheitsmetriken und/oder Funktionen davon und/oder einengenden Randbedingungen besteht und/oder durch Anwendung einer empirischen und/oder analytischen Vorschrift, bestimmt wird.
56. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die endgültig korrigierten Messdaten der Computertomografie (Mess-korr) zur Bestimmung von Merkmalen im Werkstückinneren des Werkstücks, wie Einschlüssen oder Lunkern verwendet werden, indem die endgültig korrigierten Volumendaten ausgewertet werden und/oder zur Bestimmung von dimensioneilen Maßen des Werkstücks verwendet werden, indem die Oberflächenpunktdaten ausgewertet werden.
57. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 46 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem als Koordinatenmessgerät ausgebildeten Computertomografen angewendet wird, der ausgebildet ist, Dimensionen an Werkstücken aus den Oberflächenpunktdaten zu bestimmen, also Oberflächenpunkte zu Maßen zu verknüpfen.
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