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Dokumentenidentifikation DE102006022103A1 22.11.2007
Titel Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE
Erfinder Neumayer, Dirk, Dipl.-Phys., 69121 Heidelberg, DE;
Stotz, Martin, Dipl.-Math., 73525 Schwäbisch Gmünd, DE
Vertreter PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 80339 München
DE-Anmeldedatum 11.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006022103
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse G01B 21/20(2006.01)A, F, I, 20060511, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01B 15/04(2006.01)A, L, I, 20060511, B, H, DE   A61B 6/03(2006.01)A, L, I, 20060511, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers (11) unter Verwendung eines den Festkörper durchstrahlenden ersten Vermessungsverfahrens (Computertomographieverfahren) in Verbindung mit einem zweiten Vermessungsverfahren zur Vermessung wenigstens einer Oberfläche des Festkörpers (11) ist zur verbesserten Ausnutzung beider Vermessungsverfahren und zur optimierten Verrechnung der Ergebnisse gemäß der Erfindung vorgesehen, dass mittels der durch das zweite Verfahren gewonnenen Messwerte Punkten der Oberfläche des Festkörpers jeweils ein lokaler Segmentierungsschwellwert für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnenen Daten zugeordnet wird. Diese Schwellwerte können jeweils als Grundlage für die Ermittlung von weiteren lokalen Segmentierungsschwellwerten in der Umgebung der Punkte herangezogen werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vermessungsverfahren, mittels deren die Gestalt von Festkörpern mehrdimensional erfasst werden kann.

Ein Anwendungsgebiet eines solchen Verfahrens ist die industrielle Qualitätskontrolle an Prüflingen, beispielsweise bei der Gussteilefertigung, bei der die Form und Maßhaltigkeit von Gussteilen durch dreidimensionale Vermessung überprüft und mit Vorgaben verglichen werden muss. Bei diesem Schritt wird außer der äußeren Formgenauigkeit auch das Vorhandensein von Lunkern bzw. Materialverwerfungen überprüft. Insgesamt sind die tatsächlichen Geometriedaten mit Soll-Daten, beispielsweise aus einem CAD-System, zu vergleichen.

Insbesondere in dem Fall, dass auch interne Strukturen der zu prüfenden Körper mit erfasst werden sollen, ist es notwendig, auch ein durchstrahlendes Verfahren, beispielsweise ein röntgen-computertomographisches Verfahren, zu verwenden. Bei einem derartigen Verfahren wird ein zu vermessender Festkörper nacheinander aus mehreren verschiedenen Richtungen durchstrahlt, wobei meistens die Röntgenquelle feststehend angeordnet ist und der Festkörper um eine feststehende Achse gedreht wird. Von der Röntgenquelle aus gesehen hinter dem Festkörper liegt ein Detektor, beispielsweise als zweidimensional auflösender Detektor in Form einer CCD-Matrix, der die Röntgenstrahlung nach Passieren des Festkörpers nachweist. Je nach Lage des Festkörpers ergeben sich verschiedene Grauwerte, die in bekannter Weise durch Berechnung unter Berücksichtigung der zwischen den einzelnen Messungen zurückgelegten Drehwinkel weiterverarbeitet werden können.

Dadurch sind einzelnen Volumenelementen, in die der Festkörper zur Berechnung aufgeteilt wird, sog. Voxeln, Intensitätswerte zuordenbar, die dem Absorptionsgrad der Röntgenstrahlung in dem jeweiligen Voxel entsprechen.

Aus dem Intensitätsgrad kann auf die Konsistenz des Festkörpers in der jeweiligen Volumeneinheit geschlossen werden. Hierdurch können Konsistenzgrenzen des Festkörpers, also beispielsweise Material- oder Dichtegrenzen oder Außenkonturen sowie Grenzen von Hohlräumen bestimmt werden.

Die Erfahrung zeigt, dass derartige Messungen unter Verwendung der Röntgencomputertomographie noch nicht die gewünschte Genauigkeit erreichen. Dies liegt einerseits daran, dass die verwendeten Röntgenröhren polychromatische Strahlung emittieren, jedoch auch daran, dass die Wechselwirkung der Röntgenstrahlung beim Durchgang durch die Materie nicht nur von den Absorptionseigenschaften der jeweiligen Materie, sondern auch von der Wellenlänge der Röntgenstrahlung abhängt. Zudem ergeben sich Streustrahlungseffekte, Störungen durch Strahlaufhärtung und Nichtlinearitäten des Detektors, wodurch sich Artefakte, Verzeichnungen und sog. Cupping-Effekte einstellen, die die Bildqualität verschlechtern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Kombination verschiedener Vermessungsverfahren die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Vermessung von Festkörpern zu erhöhen. Die Erfindung bezieht sich dabei auf ein Verfahren zum Vermessen eines Festkörpers unter Verwendung eines den Festkörper durchstrahlenden ersten Vermessungsverfahrens (Computertomographieverfahren) in Verbindung mit einem zweiten Vermessungsverfahren zur Vermessung wenigstens einzelner Punkte wenigstens einer Oberfläche bzw. wenigstens einer Oberfläche des Festkörpers.

Ein derartiges Verfahren unter Verwendung der Kombination zweier Vermessungsverfahren ist grundsätzlich bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So ist bereits in dem Patent Abstract of Japan, Pub. No. 2002071345 A ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels eines ersten Vermessungsverfahrens für einen Festkörper sog. Vermessungspfade festgelegt werden, anhand deren und entlang denen die Vermessung mittels eines zweiten Vermessungsverfahrens stattfindet.

Aus der DE 103 31 419 A1 ist bekannt, mittels zweier Vermessungsverfahren einen Festkörper derart zu vermessen, dass zunächst mit dem ersten Vermessungsverfahren die Position des Festkörpers erfasst wird und dass dieser mittels einer Manipulationseinrichtung darauf in den Kernerfassungsbereich eines Messsystems zur Anwendung eines zweiten Vermessungsverfahrens bewegt wird.

Bei den genannten Vermessungsverfahren findet keine wirkliche Kopplung bei der Auswertung der mittels der verschiedenen Vermessungsverfahren erfassten Daten statt.

Aus der DE 10 2004 026 357 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Messen eines Objekts dient und eine Röntgensensorik sowie eine weitere taktile oder optische Sensorik aufweist, wobei beide Sensoriken in einem gemeinsamen Koordinatensystem auswertbare Daten liefern. Die Röntgensensorik wird entsprechend der Erfassung durch die andere Sensorik positioniert. Es werden ausgezeichnete Punkte des zu vermessenden Objektes mittels der weiteren Sensorik vermessen und daraus Geometriemerkmale ermittelt, die zur Kalibrierung der Röntgensensorik herangezogen werden.

Aus dem Sonderdruck „Quality Engineering 6," Juni 2005 (www.qe-online.de), ist ebenfalls bekannt, mehrere Vermessungsverfahren miteinander zu kombinieren, um insbesondere Ungenauigkeiten bei einer röntgencomputertomographischen Messung auszugleichen. Dort werden die mittels der verschiedenen Vermessungsverfahren gelieferten Messergebnisse aufeinander abgeglichen und Messergebnisse des ungenaueren Sensors mit Hilfe der genaueren Informationen korrigiert. Es wird dabei zuerst eine sog. CT-Punktwolke erzeugt und diese Daten werden mit den auf andere Weise erfassten Daten korrigiert.

Die vorliegende Erfindung hat sich dagegen zur Aufgabe gemacht, das Zusammenwirken derartiger verschiedener Vermessungsverfahren im Hinblick auf das Ergebnis und eine erleichterte und beschleunigte Durchführung zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels der durch das zweite Verfahren gewonnenen Messwerte Punkten der Oberfläche des Festkörpers jeweils ein lokaler Segmentierungsschwellwert für die Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten zugeordnet wird. Vorteilhaft kann zusätzlich vorgesehen sein, dass diese Schwellwerte jeweils als Grundlage für die Ermittlung von weiteren lokalen Segmentierungsschwellwerten der Umgebung der Punkte herangezogen werden.

Das Ergebnis einer Computertomographie liegt normalerweise in der Form vor, dass bestimmten Volumeneinheiten (Voxeln) Intensitäts- bzw. Grauwerte zugeordnet sind und dass Kanten, Flächen bzw. Materialgrenzen eines Festkörpers durch Sprünge im Grauwert zwischen den Voxeln repräsentiert sind. Derartige Sprünge sind jedoch nicht ideal und es gibt bei realen Messergebnissen oft Unschärfen oder Grauwerteübergänge. Gemäß dem Stand der Technik wird ein derartiges Computertomographiebild dadurch ausgewertet, dass ein Schwellwert der Grauwerte festgelegt wird, der die Grenzflächen des Festkörpers repräsentiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Konzept eines globalen Schwellwertes grundsätzlich zugunsten von lokalen Schwellwerten aufgegeben. Diese werden durch lokalen Vergleich der durch das zweite Vermessungsverfahren ermittelten Daten mit den durch das erste Vermessungsverfahren ermittelten Daten festgelegt. D.h. mittels des zweiten Vermessungsverfahrens wird beispielsweise eine Grenzfläche des Festkörpers an einer Stelle erfasst und es wird ermittelt, wo der lokale Schwellwert liegen müsste, damit die Auswertung der durch das erste Verfahren ermittelten Messwerte das richtige Ergebnis liefern würde. Dieser Schwellwert wird als lokaler Schwellwert definiert und dient auch in der unmittelbaren Umgebung der genannten Stelle als Schwellwert oder zumindest wird der in der unmittelbaren Umgebung geltende Schwellwert aus dem wie beschrieben festgelegten Schwellwert ermittelt. Dies kann beispielsweise auch durch Interpolation der Schwellwerte an unterschiedlichen Stellen geschehen. Es werden dazu mittels des zweiten Vermessungsverfahrens an zwei voneinander beabstandeten Stellen Messungen durchgeführt, aus denen durch Vergleich mit dem ersten Vermessungsverfahren entsprechenden Schwellwerte bestimmt und als lokale Schwellwerte festgelegt werden. Darauf werden an den zwischen den beiden Messstellen liegenden Positionen durch Interpolation weitere lokale Schwellwerte definiert, die der weiteren Auswertung der durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen Daten dienen.

Durch dieses Verfahren können beispielsweise auch im Innenbereich des zu vermessenden Festkörpers Schwellwerte festgelegt werden, wo keine Messdaten durch das zweite Vermessungsverfahren erfasst werden können, soweit dies ein Oberflächenvermessungsverfahren, beispielsweise ein Steifenprojektionsverfahren, ist.

Zur Speicherung der Intensitätsmatrix wird vorteilhafterweise in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erste Speichereinrichtung verwendet, zur Speicherung der lokalen Schwellwerte eine zweite Speichereinrichtung gemäß der Erfindung.

Um die aus dem zweiten Vermessungsverfahren gewonnen Daten zur Verarbeitung der aus dem ersten Verfahren gewonnen Daten verwenden zu können, ist ein genauer Abgleich, d.h. eine Umrechnung auf ein gemeinsames Koordinatensystem, notwendig. Dies wird vorteilhaft dadurch realisiert, dass zur Kalibrierung der Vermessungsverfahren zunächst ein bekannter Körper mittels des ersten und des zweiten Vermessungsverfahrens vermessen wird und dass darauf eine Koordinationstransformation zur Umrechnung der durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnen Daten in das bei dem ersten Vermessungsverfahren benutzte Koordinatensystem oder umgekehrt bestimmt wird.

Danach ist bei bekannter Koordinationstransformation die erfindungsgemäß kombinierte Auswertung der Daten ohne Probleme möglich, solange die Vermessungseinrichtungen für das erste und das zweite Vermessungsverfahren in definierter Position zueinander bleiben oder in definierter Art gegeneinander bewegt werden.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dann zu verwenden, wenn das erste Vermessungsverfahren ein Röntgencomputertomographieverfahren ist, mittels dessen einzelnen Volumeneinheiten jeweils ein Intensitätswert zugeordnet wird.

Es kann das Verfahren jedoch vorteilhaft auch bei anderen Arten von Computertomographie, wie beispielsweise bei einer Neutronenstrahlcomputertomographie, angewendet werden.

Dabei wird jeweils eine Konsistenzgrenze bei der Auswertung der Intensitätswerte durch Bestimmung der Stelle ermittelt, an der der mittels des ersten Vermessungsverfahrens zugeordnete Intensitätswert die vorher bestimmte lokale Schwelle überschreitet.

Dabei ist die lokale Schwelle wie oben beschrieben teilweise durch Abgleich der Messungen aus dem zweiten Vermessungsverfahren bekannt. Derselbe Schwellwert kann jedoch auch in Bereichen in unmittelbarer Umgebung mittels des im zweiten Vermessungsverfahren vermessenen Messpunktes eingesetzt werden. Die Messpunkte, die mittels des zweiten Vermessungsverfahrens vermessen werden, können somit räumlich weniger dicht verteilt sein als die Messpunkte des ersten Vermessungsverfahrens.

Es kann auch vorgesehen sein, dass lokale Schwellwerte durch Interpolation zwischen bekannten lokalen Schwellwerten bestimmt werden.

Die Bestimmung von Konsistenzgrenzen des Festkörpers kann mit einer Genauigkeit erfolgen, die die durch Einteilung in Volumeneinheiten (Voxel) gegebene Auflösung übersteigt. Hierzu ist vorgesehen, dass unter Heranziehung der Intensitätswerte mehrere benachbarte Volumeneinheiten (Voxel), von denen wenigstens einer eine über dem lokalen Schwellwert liegende Intensität und wenigstens einer eine unter dem lokalen Schwellwert liegende Intensität aufweist, die Stelle, an der der Schwellwert überschritten wird, näherungsweise auf einen Bereich festgelegt wird, der kleiner ist als eine Volumeneinheit (subvoxelgenau).

Da der lokale Schwellwert zunächst oft nur voxelgenau festgelegt ist, kann eine höhere Genauigkeit durch Anwendung eines iterativen Verfahrens erreicht werden. Hierzu kann beispielsweise nach der subvoxelgenauen Festlegung der Stelle, an der eine Körpergrenze liegt, nochmals durch Interpolation an genau dieser Stelle der Schwellwert lokal neu festgelegt werden. Nach der nochmaligen Festlegung des Schwellwertes kann dann in einem weiteren Iterationsschritt die Stelle, an der der neu vorgelegte Schwellwert überschritten wird, neu bestimmt werden.

Mit jedem Iterationsschritt ergibt sich bei diesem Verfahren eine größere Genauigkeit.

Für die automatisierte Durchführung der Auswertung ist es vorteilhaft, wenn die lokalen Schwellwerte für die Volumeneinheiten jeweils einzeln bestimmt und in einer Matrix gespeichert werden. Diese Matrix entspricht im diesem Falle in der Größe der Matrix mit den Voxeldaten, in der jeweils jedem einzelnen Voxel ein Intensitätswert zugeordnet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass von den für die einzelnen Volumeneinheiten (Voxeln) ermittelten Intensitätswerten die jeweils für dieselben Volumeneinheiten ermittelten lokalen Schwellwerte subtrahiert werden und dass danach die Segmentierung mittels eines globalen Schwellwertes vorgenommen wird.

Damit entspricht der letzte Prozessschritt, die Bestimmung der Körpergrenzen mittels eines globalen Schwellwertes durchzuführen, dem früher üblichen Verfahren. Der Vorteil der Erfindung zeigt sich in dem Zwischenschritt, bei dem lokale, unterschiedliche Schwellwerte verwendet werden. Hierdurch werden die Auflösung und die Genauigkeit verbessert und die Fehleranfälligkeit verringert.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist hierzu vorteilhafterweise eine Subtraktionseinrichtung auf, die nach der Bestimmung der lokalen Schwellwerte die einzelnen Elemente der Matrix der Intensitätswerte aus der ersten Speichereinrichtung jeweils um die lokalen Schwellwerte, die in der zweiten Speichereinrichtung gespeichert sind, verringert. Die Ergebnisse werden in einer dritten Speichereinrichtung gespeichert. Auf die Daten, die in der dritten Speichereinrichtung gespeichert sind, kann nun ein globaler, d.h. für den ganzen Festkörper gleichbleibender, Schwellwert zur Auswertung angewendet werden. Die Ungleichmäßigkeiten und Nichtlinearitäten, die bei Verwendung der ersten Vermessungseinrichtung unvermeidlich sind, sind bei den so bereinigten Daten in der dritten Speichereinrichtung optimal herausgerechnet. Die Auswertung dieser Daten ergibt somit eine bereinigte dreidimensionale Abbildung des zu vermessenden Festkörpers.

Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, wenn das zweite Vermessungsverfahren ein flächig auflösendes Verfahren, insbesondere ein Steifenprojektionsverfahren ist. Bei einem Steifenprojektionsverfahren wird ein bekanntes Muster, beispielsweise ein gerades, paralleles Streifenmuster oder Gitterlinien, auf die Oberfläche des zu vermessenden Festkörpers mittels einer optischen Abbildung projiziert und die auf der Oberfläche des Festkörpers entstehende. Abbildung aus einem Winkel, der typischerweise vom Einstrahlwinkel unterschiedlich ist, aufgenommen. Aus den Verzerrungen des idealerweise geraden Streifenmusters lässt sich durch Triangulation auf die Form der Oberfläche schließen.

Ein solches Steifenprojektionsverfahren ist die ideale Ergänzung zu einem Durchstrahlverfahren, beispielsweise einem computertomographischen Röntgenverfahren, um insgesamt genaue und zuverlässige Daten nicht nur für die nach außen sichtbare Oberfläche eines zu vermessenden Festkörpers zu erreichen.

Der Aufwand für den mechanischen Aufbau einer entsprechenden Vermessungseinrichtung und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der gemessenen Daten ist optimiert, wenn für das erste und das zweite Vermessungsverfahren dieselbe Manipulationseinrichtung zur Bewegung des Festkörpers verwendet wird. Typischerweise wird während einer schrittweisen Drehung des zu vermessenden Festkörpers sowohl eine Anzahl von Durchstrahlungsbildern als auch eine entsprechende Anzahl von Oberflächenvermessungsdatensätzen aufgenommen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 gezeigt und nachfolgend beschrieben.

Dabei zeigt

1 ein Flussdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren wiedergibt,

2 eine kombinierte Vermessungseinrichtung,

3 eine zweidimensionale Anordnung von Voxeldaten und die entsprechenden Vorgänge bei der Auswertung der Daten.

1 zeigt exemplarisch und schematisch vereinfacht drei zweidimensionale Durchleuchtungsbilder 1, 2, 3, die mittels eines Röntgentomographieverfahrens unter unterschiedlichen Durchleuchtungswinkeln bezüglich des durchleuchteten Gegenstandes als Durchleuchtungsbilder auf einem Röntgenschirm aufgenommen und gespeichert sind. Mittels des bekannten Computertomographie-Rechenverfahrens können diese Durchleuchtungsbilder, die den zu vermessenden Festkörper aus unterschiedlichen Winkeln durchleuchtet darstellen, in eine dreidimensionale Abbildung des Gegenstandes umgerechnet werden. Dabei ist es selbstverständlich möglich, auch weitaus mehr als drei Aufnahmen zur Berechnung heranzuziehen.

Die dreidimensionale Abbildung liegt in Form von Grauwerten bzw. Intensitätswerten in einer dreidimensionalen Voxelmatrix 4 vor. Jedem Teilvolumenwürfel dieser Matrix 4 ist ein gesonderter Intensitätswert zugeordnet.

Auf der rechten Seite der 1 ist beispielhaft eine Abbildung einer Pyramide 5 dargestellt, die mit einem Oberflächen-Vermessungsverfahren, dem zweiten Vermessungsverfahren, erzeugt worden ist. Diese Messung kann beispielsweise weniger Messpunkte enthalten als die Messung, die durch das erste Vermessungsverfahren gewonnen ist, jedoch sind die einzelnen Messpunkte gegenüber dem Computertomographieverfahren genauer.

Die Messergebnisse 5 des durch das zweite Vermessungsverfahren gewonnen Abbildes werden in die Matrix eingerechnet, indem anhand der durch das zweite Vermessungsverfahren festliegenden Körpergrenzen an den Punkten, an denen diese festgelegt sind, Schwellwerte für die Auswertung der Computertomographiedaten festgelegt werden, und zwar als lokale, gegebenenfalls lokal unterschiedliche Schwellwerte.

Dort wo nicht mittels des zweiten Vermessungsverfahrens entsprechende Informationen vorliegen, werden die lokalen Schwellwerte durch Interpolation der übrigen, vorliegenden Schwellwerte ermittelt.

Damit liegen für die gesamte Matrix 4 mit gleicher Dichte wie die Intensitätswerte auch entsprechende lokale Schwellwerte vor, die in Form der Matrix 6 dargestellt sind.

Durch Anwendung der in der Matrix 6 gespeicherten Schwellwerte auf die in der Matrix 4 gespeicherten Intensitätswerte der Computertomographie können die Körpergrenzen des zu vermessenden Festkörpers genau berechnet werden. Das entsprechende Berechnungsergebnis ist symbolisch in der Matrix 7 dargestellt und anschaulicher in der Pyramide 8. Der Vorteil des endgültigen Messergebnisses 8 liegt nun darin, dass einerseits teilweise Messwerte mit der hohen Messgenauigkeit des zweiten Messverfahrens vorliegen, dass andererseits aber auch dort, wo diese Messwerte nicht vorliegen, mittels des ersten Vermessungsverfahrens verlässliche Werte gewonnen werden können, deren Genauigkeit durch Heranziehung des zweiten Vermessungsverfahrens erhöht worden ist. Dadurch können beispielsweise auch Hohlräume in dem Festkörper, die mittels des zweiten Vermessungsverfahrens, soweit dieses eine Oberflächenmessung erfasst, nicht nachgewiesen werden, mittels eines Durchstrahlungsverfahrens genau erfasst werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz im Qualitätssicherungsverfahren bei der Überprüfung von Gussteilen oder ähnlichem wichtig.

Die 2 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die einzelnen Elemente nur schematisch dargestellt sind. Auf einer Grundplatte 9 ist eine Bewegungsvorrichtung 10 für den zu vermessenden Festkörper 11 angeordnet, mit einer antreibbaren Welle 12, einem Motor 13 und einem Getriebe 14 sowie einem Drehteller 15. Der Festkörper ist auf dem Drehteller 15 fest positioniert und kann durch den Antrieb um die senkrechte Achse 16 in kleinen Schritten, beispielsweise von 0,9°, gedreht und dazwischen angehalten werden.

Auf der Grundplatte 9 sind außerdem zwei Strahlquellen fest montiert, eine Röntgenquelle 17, beispielsweise in Form einer Mikrofokusröntgenröhre, die den Festkörper 16 zu einem Röntgenschirm 18 hin durchstrahlt sowie eine Steifenprojektionsvorrichtung 19, die ein geometrisches Muster auf den Festkörper 11 strahlt und die Verzerrungen, die sich durch die Formgebung des Festkörpers 11 ergeben, detektiert.

Anstelle der Steifenprojektionsvorrichtung 19 kann auch eine andere Oberflächenabbildungsvorrichtung, beispielsweise eine Tastvorrichtung oder eine Abstandsmessvorrichtung, unter Verwendung von Laufzeitmessungen sowie eine interferometrische Vermessungseinrichtung vorgesehen sein.

Wichtig ist, dass die beiden Einrichtungen 17, 19 fest zueinander positioniert sind bzw., wenn sie gegeneinander bewegt werden, diese Bewegung in dem gemeinsamen Koordinatensystem genau definiert ist.

Die Daten, die durch den Röntgenschirm 18 aufgenommen werden, werden an eine Recheneinrichtung 20 geleitet, die auch Daten von der Antriebseinrichtung 12, 13, 14über die Winkelstellung des Festkörpers 11 erhält. Die Recheneinrichtung 20 erhält zusätzlich auch die Messergebnisse der Steifenprojektionseinrichtung 19. Somit kann die Recheneinrichtung die anhand der 1 dargestellten Rechnungen durchführen und die erwähnten dreidimensionalen Matrizen speichern und verarbeiten.

Im Ergebnis ermittelt die Recheneinrichtung 20 eine Repräsentation des Festkörpers 11 in drei Dimensionen, die beispielsweise in verschiedenen Ansichten auf dem Bildschirm 21 darstellbar ist.

Anhand der 3 soll an einem vereinfachten schematischen zweidimensionalen Beispiel dargestellt werden, wie die Ergebnisse der beiden Vermessungsverfahren rechnerisch kombiniert werden.

Zunächst ist in der Matrix 22 eine Menge von Pixeln dargestellt, denen Intensitätswerte in Form von Zahlen zugeordnet sind. Diese stellen ein Messergebnis der Computertomographie dar.

Außerdem sind an zwei Stellen Messungen der Körpergrenze des zu vermessenden Festkörpers eingezeichnet, in Form von Strichen 23, 24. Diese Daten wurden durch das Streifenprojektionsverfahren gewonnen.

Würde nun bei der Auswertung der Tomographiedaten das Ergebnis des zweiten Vermessungsverfahrens nicht berücksichtigt, so könnte beispielsweise ein globaler Schwellwert zur Ermittelung der Formen des Festkörpers zwischen der Intensität 1 und der Intensität 2 festgelegt werden. Entsprechend würde rechnerisch überprüft, an welchen Stellen in der zweidimensionalen Matrix (in Wirklichkeit in einer dreidimensionalen Matrix) dieser Schwellwert überschritten wird. Es ergäbe sich eine Festkörpergrenze, die in der 3 im rechten Teil in der Matrix 25 strichliniert dargestellt ist und die zwischen den Pixeln, die die Intensität 1 darstellen und den jeweiligen benachbarten Pixeln, die die Intensität 2 darstellen, verläuft.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren genutzt, so werden lokale Schwellwerte anstelle eines einzigen globalen Schwellwertes ermittelt, dadurch dass alle vorliegenden Messergebnisse des zweiten Vermessungsverfahrens, dargestellt durch die beiden Striche 23, 24 in der Matrix 22, berücksichtigt werden. Dies führt zu dem Ergebnis, dass im linken Teil der Matrix der lokale Schwellwert zwischen 1 und 2 liegt, während dieser im rechten Teil der Matrix, d.h. in einem anderen Bereich des Festkörpers, zwischen 2 und 3 liegt. Es wird nun näherungsweise dieser lokale Schwellwert auf Nachbarbereiche ausgeweitet und erst danach mittels der nun für die gesamte Matrix bekannten Schwellwerte die entsprechende Festkörpergrenze ermittelt. Diese stellt sich im Ergebnis in der Matrix 26 dar. Es ergibt sich deutlich ein Unterschied zu dem Ergebnis aus der Matrix 25, das unter Anwendung eines einzigen globalen Schwellwertes entstanden ist.

Somit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ergebnisse beider Vermessungsverfahren derart optimiert miteinander kombiniert werden, dass Messfehler bei der Computertomographiemessung ausgeglichen werden können.


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






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