DE-102019004610-B4 - ABMESSUNGSMESSVERFAHREN UNTER VERWENDUNG EINES DURCH EINE RÖNTGEN-CT-VORRICHTUNG AUFGENOMMENEN PROJEKTIONSBILDS

Abstract

Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird, wobei das Abmessungsmessverfahren beim Messen einer Abmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts umfasst: Aufnehmen mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu messenden Objekts unter Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung und anschließende Erzeugung jeweiliger Projektionsbilder; Herbeiführen einer Deckung der Projektionsbilder mit bei der Gestaltung des zu messenden Objekts verwendeten CAD-Daten; Berechnen der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den in Deckung gebrachten CAD-Daten und den Projektionsbildern; Auswahl einer repräsentativen Projektionsbildgruppe zu den in Deckung gebrachten CAD-Daten; Ermittlung von Kombinationen sämtlicher Projektionswerte der repräsentativen Projektionsbildgruppe mit anhand der CAD-Daten geschätzten Durchstrahlungslängen; und Berechnung der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den ermittelten Projektionswerten und den geschätzten Durchstrahlungslängen.

Inventors

• Yutaka Ohtake
• Tasuku Ito
• Tomonori Goto
• Masato Kon

Assignees

• MITUTOYO CORPORATION
• THE UNIVERSITY OF TOKYO

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190701

Priority Date

20180704

Claims (11)

1. Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird, wobei das Abmessungsmessverfahren beim Messen einer Abmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts umfasst: Aufnehmen mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu messenden Objekts unter Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung und anschließende Erzeugung jeweiliger Projektionsbilder; Herbeiführen einer Deckung der Projektionsbilder mit bei der Gestaltung des zu messenden Objekts verwendeten CAD-Daten; Berechnen der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den in Deckung gebrachten CAD-Daten und den Projektionsbildern; Auswahl einer repräsentativen Projektionsbildgruppe zu den in Deckung gebrachten CAD-Daten; Ermittlung von Kombinationen sämtlicher Projektionswerte der repräsentativen Projektionsbildgruppe mit anhand der CAD-Daten geschätzten Durchstrahlungslängen; und Berechnung der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den ermittelten Projektionswerten und den geschätzten Durchstrahlungslängen.
2. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 1 , das ferner umfasst: derartige Bestimmung eines Abschwächungskoeffizienten der Röntgenstrahlen unter Verwendung der in Deckung gebrachten CAD-Daten, dass eine Differenz zwischen einer berechneten Stärke an einem Messpunkt mit einer bekannten Stärke und einem Konstruktionswert abnimmt; und Berechnung der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung des Abschwächungskoeffizienten.
3. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 1 , wobei die Projektionsbilder und die CAD-Daten in Deckung gebracht werden durch: Bestimmen der baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Berechnen einer dreidimensionalen baryzentrischen Position des zu messenden Objekts unter Verwendung der bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Bestimmen einer baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; Herbeiführen einer Deckung der anhand der jeweiligen Projektionsbilder bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts mit der baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; und derartiges Drehen der CAD-Daten, dass die Ausrichtung des zu messenden Objekts auf einem der Projektionsbilder mit der des zu messenden Objekts in den CAD-Daten übereinstimmt.
4. Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird, wobei das Abmessungsmessverfahren beim Messen einer Abmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts umfasst: Aufnehmen mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu messenden Objekts unter Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung und anschließende Erzeugung jeweiliger Projektionsbilder; Herbeiführen einer Deckung der Projektionsbilder mit bei der Gestaltung des zu messenden Objekts verwendeten CAD-Daten; Berechnen der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den in Deckung gebrachten CAD-Daten und den Projektionsbildern; wobei die Projektionsbilder und die CAD-Daten in Deckung gebracht werden durch: Bestimmen der baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Berechnen einer dreidimensionalen baryzentrischen Position des zu messenden Objekts unter Verwendung der bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Bestimmen einer baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; Herbeiführen einer Deckung der anhand der jeweiligen Projektionsbilder bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts mit der baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; und derartiges Drehen der CAD-Daten, dass die Ausrichtung des zu messenden Objekts auf einem der Projektionsbilder mit der des zu messenden Objekts in den CAD-Daten übereinstimmt; und wobei die baryzentrische Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten durch die Annahme eines Satzes dreieckiger Pyramiden mit einem gegebenen Punkt als Spitzen und den jeweiligen Dreiecken als Basis für sämtliche Netzdreiecke und Ermitteln eines gewichteten Mittelwerts der Volumen und der Baryzentren der jeweiligen dreieckigen Pyramiden bestimmt wird.
5. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 3 , wobei die baryzentrische Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten unter Verwendung einer Volumenmodell-3D-CAD-Software bestimmt wird.
6. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 3 , wobei die Orientierungsausrichtung durch Drehen der CAD-Daten durch Bestimmen der Ausrichtung um Achsen des Projektionsbilds durch Vergleichen des Trägheitsmoments bei einer Drehung der CAD-Daten um die Achsen ausgeführt wird.
7. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 6 , wobei die Achsen eine horizontale Achse und eine vertikale Achse sind.
8. Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird, wobei das Abmessungsmessverfahren beim Messen einer Abmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts umfasst: Aufnehmen mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu messenden Objekts unter Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung und anschließende Erzeugung jeweiliger Projektionsbilder; Herbeiführen einer Deckung der Projektionsbilder mit bei der Gestaltung des zu messenden Objekts verwendeten CAD-Daten; Berechnen der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den in Deckung gebrachten CAD-Daten und den Projektionsbildern; wobei die Projektionsbilder und die CAD-Daten in Deckung gebracht werden durch: Bestimmen der baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Berechnen einer dreidimensionalen baryzentrischen Position des zu messenden Objekts unter Verwendung der bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Bestimmen einer baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; Herbeiführen einer Deckung der anhand der jeweiligen Projektionsbilder bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts mit der baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; und derartiges Drehen der CAD-Daten, dass die Ausrichtung des zu messenden Objekts auf einem der Projektionsbilder mit der des zu messenden Objekts in den CAD-Daten übereinstimmt; und wobei die Orientierungsausrichtung durch Drehen der CAD-Daten durch derartiges Drehen der CAD-Daten ausgeführt wird, dass sich die Konturen decken.
9. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 8 , wobei die Deckung der Konturen anhand von R = Sa/Sb eines Verhältnisses R einer Überlagerungsfläche Sa zu einer Gesamtfläche Sb bestimmt wird.
10. Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird, wobei das Abmessungsmessverfahren beim Messen einer Abmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts umfasst: Aufnehmen mehrerer Durchstrahlungsbilder des zu messenden Objekts unter Verwendung der Röntgen-CT-Vorrichtung und anschließende Erzeugung jeweiliger Projektionsbilder; Herbeiführen einer Deckung der Projektionsbilder mit bei der Gestaltung des zu messenden Objekts verwendeten CAD-Daten; Berechnen der Abmessung des zu messenden Objekts unter Verwendung einer Beziehung zwischen den in Deckung gebrachten CAD-Daten und den Projektionsbildern; wobei die Projektionsbilder und die CAD-Daten in Deckung gebracht werden durch: Bestimmen der baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Berechnen einer dreidimensionalen baryzentrischen Position des zu messenden Objekts unter Verwendung der bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts in den jeweiligen Projektionsbildern; Bestimmen einer baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; Herbeiführen einer Deckung der anhand der jeweiligen Projektionsbilder bestimmten baryzentrischen Positionen des zu messenden Objekts mit der baryzentrischen Position des zu messenden Objekts in den CAD-Daten; und derartiges Drehen der CAD-Daten, dass die Ausrichtung des zu messenden Objekts auf einem der Projektionsbilder mit der des zu messenden Objekts in den CAD-Daten übereinstimmt; und wobei die Orientierungsausrichtung durch Drehen der CAD-Daten ausgeführt wird durch: anfängliches Bestimmen der Ausrichtung um die horizontale und die vertikale Achse des Projektionsbilds durch Vergleichen des Trägheitsmoments bei einer Drehung der CAD-Daten um die horizontale und die vertikale Achse, und anschließendes derartiges Drehen der CAD-Daten in einer Ebene des Projektionsbilds, dass sich die Konturen decken.
11. Abmessungsmessverfahren nach Anspruch 10 , wobei die Deckung der Konturen anhand von R = Sa/Sb eines Verhältnisses R einer Überlagerungsfläche Sa zu einer Gesamtfläche Sb bestimmt wird.

Description

QUERVERWEIS AUFF VERWANDTE ANMELDUNG Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-127917 einschließlich Beschreibung, Zeichnungen und Ansprüchen, eingereicht am 4. Juli 2018, ist in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Technischer Bereich Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abmessungsmessverfahren unter Verwendung eines durch eine Röntgen-CT-Vorrichtung aufgenommenen Projektionsbilds. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abmessungsmessverfahren, bei dem ein von einer Röntgen-CT-Vorrichtung erhaltenes Projektionsbild verwendet wird und durch das unter Verwendung mehrerer zehn Projektionsbilder und Konstruktionsinformationen ohne Ausführung einer CT-Rekonstruktion eine hoch präzise Abmessungsmessung eines aus einem einzigen Material gefertigten zu messenden Objekts erzielt werden kann. Technischer Hintergrund Medizinische Röntgen-CT-Vorrichtungen kommen in der Praxis seit den 70'ger Jahren des vergangenen Jahrhunderts zur Anwendung. Basierend auf derartigen Techniken kamen in den frühen 80'ger Jahren für industrielle Erzeugnisse gedachte Röntgen-CT-Vorrichtungen auf. Seither werden industrielle Röntgen-CT-Vorrichtungen zur Überwachung und Überprüfung von Gussteilen auf Hohlräume, Schweißteilen auf mangelhaftes Schweißen und Schaltungsmustern elektronischer Schaltungselemente auf Defekte eingesetzt, die anhand des Erscheinungsbilds schwer zu überprüfen sind. Nachdem in den jüngsten Jahren verbreitet 3D-Drucker eingesetzt werden, steigt der Bedarf nicht nur bei der Überwachung und Überprüfung des Inneren durch 3D-Drucker gefertigter Artikel, sondern auch bei der 3D-Abmessungsmessung innerer Strukturen und hinsichtlich einer höheren Präzision. Aufgrund der vorstehenden technischen Entwicklungen verbreitet sich der Einsatz von Röntgen-CT-Messvorrichtungen insbesondere in Deutschland (siehe die offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 2002-071345 und Nr. 2004-012407). Eine derartige Röntgen-CT-Messvorrichtung führt bei einer gleichzeitigen Drehung eines in der Mitte eines Drehtischs angeordneten zu messenden Objekts eine Röntgenbestrahlung aus. Die Druckschrift US 2008 / 0 212 734 A1 beschreibt ein Verfahren zur Online-Korrektur von Nichtlinearitäten im Bildgebungssystem bei der Datenerfassung in der industriellen Computertomographie. Es wird ein Verfahren zur Bereitstellung von korrigierten Projektionsdaten als verbesserte CT-Rekonstruktion beschrieben, bei dem Messstrahlen von einer die Probe passierenden Strahlungsquelle emittiert werden, deren Intensität von einem Detektor aufgenommen wird. Es sind folgende Schritte vorgesehen: eine erste Initialisierung, wobei eine erste Orientierung der Probe mit einer ersten schnellen Aufnahme nur grob bestimmt wird, eine Aufnahme, bei der die Position der Probe genauer bestimmt wird, insbesondere durch Merkmalspunktpaare, eine Bewegung, wobei nach erfolgreicher Aufnahme mehrerer Projektionen die Position der Probe für mindestens eine weitere Projektion berechnet wird, eine Simulation, wobei mit den Ergebnissen aus dem vorherigen Schritt eine virtuelle CT durchgeführt wird, Bereitstellen von Eingangsdaten für ein sich einstellendes Korrekturverfahren für die CT-Rekonstruktion, Durchführen einer Korrektur, wobei bei der Datenaufnahme durch den Detektor aus den Korrekturdaten Parameter ermittelt werden und dann eine Korrektur durchgeführt wird und die Rekonstruktion, wobei in der Periode am Ende der aufnahmeprozesskorrigierten Projektionsdaten als Datenaufnahme als CT-Rekonstruktion bereitgestellt werden. Die Druckschrift JP H09 - 5 262 A beschreibt eine Röntgenröhre. Die Röntgenröhre emittiert eine Fächerstrahl-Röntgenstrahlung auf einem Untersuchungsobjekt auf einem Probentisch und die dadurch transmittierten Röntgenstrahlen treten durch einen Kollimator und eine Detektorabschirmung in einen Detektor ein. Gelegentlich wird der Einfall aus allen Richtungen durch Drehen der Stufe, d. h. des Objekts, durchgeführt, um ein Fächerstrahl-Projektionsbild des Objekts zu erhalten. Ein Projektionsbild eines zu prüfenden Objekts wird auf die gleiche Weise erhalten und die jeweiligen Positionen von Schwerpunkten dieser Bilder bei jedem Projektionswinkel und die Trägheitsmomente um die Achsen der Positionen von Schwerpunkten werden als Merkmalsbeträge extrahiert. Die Druckschrift DE 10 2010 000 473 A1 beschreibt ein Verfahren zur Korrektur von Durchstrahlungsbildern bzw. Projektionsdaten für eine CT-Rekonstruktion, wobei bei einer Messung ein zu messendes Werkstück zwischen einer Röntgenstrahlung emittierenden Röntgenquelle und einem die Röntgenstrahlung empfangenden Röntgendetektor angeordnet wird. Weiter beschrieben ist ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern für eine Computertomographie mit Abbildungen auf einem Detektor anhand von vorab aufgenommenen Durchstrahlungsbildern sowie eine Anordnung zur Bestimmung von Strukturen und/oder Geometrie eines Objektes mittels eines Messsystems, vorzugsweise computertomographischen Messsys