用于借助计算机层析x射线摄影术确定结构的几何形状的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助计算机层析X射线摄影术确定物体、如工件或工具的结构的几何形状的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在坐标测量技术中，利用计算机层析X射线摄影术掌握工件的三维研究，具有以下目标:在两个材料之间的界面上、例如在表面、即工件和空气之间的过渡上确定测量点的位置。对此，要测量的工件被测量辐射穿透，其中测量辐射的衰减根据被透射的长度和被透射的材料而出现。在工件后边出射的辐射被辐射探测器检测。该辐射探测器大多平面地来实施，以便同时检测工件的尽可能大的区域。从在旋转台(机械的旋转轴)上布置的工件的几百或几千旋转位置中所拍摄的透视图像中，借助数学的重建方法首先获得体积信息，所述体积信息包含工件的局部衰减信息。从这些信息中，随后大多借助阈值过程算出测量点。
[0003]为了调节也被称为机械旋转轴的旋转台的旋转位置，该旋转台由固定的和可旋转的部分组成。只要涉及机械旋转轴的旋转或旋转位置，下面就总是意指可旋转的部分。可旋转的部分在此围绕着下面简称为“旋转轴”的数学轴来旋转。该旋转轴、即例如一个点在空间中的定向、即方向和地点也被称为旋转轴的地点。只要谈及机械旋转轴的方向，也就因此意指(数学)旋转轴的方向。而空间中的以下位置也被称为机械旋转轴的位置，即在所述位置处布置有整个机械旋转轴、即固定的和可旋转的部分。如果机械旋转轴的位置改变，例如在三个旁侧的、例如相互成直角的方向X、y和Z之一上改变，那么(数学)旋转轴的地点也必然变化，然而仅仅在旋转轴平行位移的情况下其定向因此不变化。
[0004]由于轻易的可透射性和更可能小的精确性要求，利用计算机层析X射线摄影术大多测量塑料件或轻金属件。然而，如果应该测量钢件、如柴油或汽油发动机的喷油嘴，那么由于在钢中较强出现的散射发展和其他的效应而增多地出现认为伤害进而测量误差。此夕卜，这样的部件、诸如喷油孔的特征大多具有很小的几微米范围内的公差。因此必须采取特别的措施，以便达到高的精确性。对此，经常附加地通过测量标准部件来确定或校准额定尺寸或额定几何形状。
【发明内容】
[0005]本发明的任务是，避免现有技术的缺点，特别是在测量能够困难透射的工件时实现高的精确性。另外的任务是，保证快速并且精确的批量测量。
[0006]因为利用计算机层析X射线摄影术产生大量的表面点，所述表面点大多分布地位于工件的大的区域上进而覆盖多个特征或不同特征之间的区域，所以特别重要的是，分别检测与特征相关联的测量点。如果不属于特征的相邻点为了确定几何元素被共同考虑，那么此外得出测量偏差。
[0007]在W02008/128978 A2中所描述的方法以关键词计算机辅助设计补丁(CAD-Patches)提供用于该任务的初步的并且十分特别的解决方案。在此选择用于确定特征的测量点，所述测量点能够与工件的CAD元素相关联。然而，为此首先需要调整CAD模型。此外，用于多个工件、例如用于喷油嘴的相应的3D模型不总是存在。对于所述多个工件大多仅存在2D图纸或表格，从所述2D图纸或表格中根据本发明推导出所谓的参数集或参数文件，例如具有喷射孔的角位置和直径变化，即仅针对工件的细节。
[0008]因此本发明的任务也是，利用任意的额定几何形状、特别是在CAD模型没必要存在的情况下来选择为了确定几何形状特征要使用的表面测量点。
[0009]这通过以下方式解决本发明的一个方面，即选择表面点，所述表面点根据可预先给定的规则被分配给要确定的几何形状特征，特别是位于距额定几何形状最大可预先给定的间距之内，其中优选地借助额定几何形状的方向信息、即表面向量来确定内侧或外侧并且这被用于选择表面点。
[0010]可预先给定的规则在此由操作者定义。操作者在此例如选择，应该使用哪种类型的几何元素、即例如圆柱或平面或球等，以便确定要确定的几何形状特征的额定几何形状。
[0011]同样，操作者或者通过输入用于几何元素的相应的参数或者必要时借助计算机程序来确定额定几何形状在空间中的地点和定向。
[0012]根据本发明，于是使用额定几何形状，以便确定到表面点的间距。在此，为每个表面点例如确定到额定几何形状的最小的垂直的间距。在考虑针对该间距的通过操作者预先给定的最大值的情况下，该最大值例如为ΙΟΟμπκ优选地为50 μπι，此后为了确定几何形状特征仅选择以下表面点，所述表面点的间距小于最大值。最大值由操作者作为关于要测量的特征的图纸公差的经验值来确定。
[0013]因此本发明所基于的任务基本上通过一种用于至少应用计算机层析X射线摄影术传感装置来确定物体、如工件或工具上的结构的几何形状的方法来解决，该计算机层析X射线摄影术传感装置至少由辐射源、机械旋转轴和探测器、优选地面探测器组成，其中通过所述计算机层析X射线摄影术传感装置优选地在材料过渡的区域中通过以下方式生成表面测量点，即为了确定几何形状特征使用以下表面测量点，所述表面测量点基于可预先给定的规则被分配给要确定的几何形状特征。
[0014]特别有意义的是喷油嘴的测量，因为针对所述喷油嘴经常不存在CAD模型并且此外到大多部分旋转对称的构型的调整不是明确可以的。因此，本发明的独立的任务是喷油嘴、特别是其喷射孔的测量。在此，例如各个喷射孔的仰角、方位角或空间中的地点、直径、直径变化或粗糙度被确定。根据本发明，所述工件的测量结果也可以利用其他的传感器、诸如光学的、触觉的或触觉光学的传感器来确定，如其在坐标测量技术的领域上已知的那样。不同传感器的测量结果也被组合。
[0015]在一种独特创造性的构思中，因此在至少应用计算机层析X射线摄影术传感装置的情况下进行物体、如工件或工具上的结构的几何形状的确定，该计算机层析X射线摄影术传感装置至少由辐射源、机械旋转轴和探测器、优选地面探测器组成，其中通过计算机层析X射线摄影术传感装置优选地在材料过渡的区域中通过以下方式生成表面测量点，即一个或多个相互倾斜地位于空间中的特征、如钻孔被测量，优选地关于物体的对称轴来测量。
[0016]空间中的倾斜在此意味着，特征的定向、例如圆柱的圆柱轴、即空间中可分配给特征的方向是不同的。这例如在喷油嘴的圆柱形或近似圆柱形的喷射孔时是该情况。
[0017]为了描绘额定几何形状，该额定几何形状必须由几何基础元素构成或组成。这例如是直线、直线片段、圆、圆片段、球、球片段、圆柱、圆柱片段、圆锥、圆锥片段、环面、环面片段。由所述基础元素或组合的基础元素可以随后产生一个或多个所谓的CAD元素，所述CAD元素具有相同的数据格式、如CAD模型，由此可以使用存在的基于CAD数据的测量程序。但是，所述CAD元素不是事先已知的、如例如从工件的3D模型中推导出的CAD模型。在此所指的CAD元素是由实际测量的测量点例如通过几何补偿元素的计算或最佳拟合调整、或通过输入参数、例如由操作者通过从2D图纸或表格、所谓的参数集中读数而得到。所述参数集例如为了定义喷射孔几何形状或一个或多个喷射孔的地点由三个空间坐标(x，y，z)和至少一个角位置(phi，theta)或轴位置(dx，dy，dz)或者由平面(x，y，z作为点信息并且dx，dy，dz作为平面法向量)并且必要时由其他在空间中定义的并且优选地在其延展上受限的几何元素组成。利用所述额定数据、如角位置、位置和直径或直径变化于是也产生所谓的手动元素。
[0018]CAD元素或手动元素定义额定几何形状或所述额定几何形状的一部分。不需要规定常规的CAD模型，本发明的要强调的特征与现有技术相反。
[0019]额定几何形状的另一个重要的方面是在内侧和外侧之间的区分。这是必需的，因为几何基础元素仅确定空间上定义的区域的包络。因此圆柱元素例如可以是实心的圆柱，但是也可以是钻孔。因此，额定几何形状通过添加方向向量、如表面向量才完全被定义。因此能够实现，区分内部和外部并且与此相应地与额定几何形状的表面点相关联。
[0020]也可以实行迭代的方式以用于确定整个当前测量点的属于特征的测量点。在此，额定几何形状首先粗略地被定义。这意味着，操作者基于其原有知识通过当前的特征来确定几何元素类型和例如当前的定向和大小、例如圆柱的直径，该当前的特征例如具有圆柱形状、圆锥形状和平面形状。在此，辅助工具可供操作者使用。例如可以通过操作者来选择能够肯定地被分配给有关特征的各个点，以便借助计算机程序的辅助计算补偿元素。该补偿元素于是可以被用作粗略定义的额定几何形状。操作者也可以在工件的已知的、例如校准的地点的情况下使用由关于工件的2D图纸或表格式地当前的信息组成的额定数据，以便手动地产生额定几何元素。校准在此包括例如在坐标测量设备中的工件的地点关于传感器的确定。对此，工件大多包含明确可分配的几何形状特征。在至少部分旋转对称的喷油嘴的情况下，设置标记、例如激光标记线或类似的或大多外部的凹槽或偏心的钻孔，以便能够在夹紧设备中确定定向或旋转地点。操作者此外按照相邻的特征、例如通道钻孔中的限制圆柱的平面定向。
[0021]即使不利用所有属于相邻特征的测量点来计算，所述相邻特征也能够足够准确地被计算，以便确定实际要测量的特征的限制。该要测量的特征因此例如被削减。几何元素的交集的形成也可能是有意义的，以便确定粗略确定的额定几何形状或粗略确定的几何元素。因此圆柱元素可以通过与圆锥元素的交集形成而在其长度上被限制到圆柱片段上。在下个步骤中，借助粗略确定的几何元素从测量数据中选择暂时的表面点并且由所述表面点计算大多与粗略确定的几何元素相同类型的几何补偿元素。该几何补偿元素还是不准确的，因为不是所有并且也不仅仅只有被分配给特征的测量点被选择。但是，该补偿元素的位置、定向和大小现在比事先粗略确定的几何元素更准确。所述参数现在被用于表面点的重新选择。实际上，对此事先粗略确定的几何元素被适配于平衡元素，即例如在其位置上位移并且定向和大小、例如圆柱的直径相应地被改变。这是有意义的，因为手动粗略确定的几何元素如已经提及地已经能够被修改、例如削减。由通过重新选择所选择的表面点计算准确的测量结果、例如代替几何元素或补偿元素的形状偏差或直径。该过程也可以多次地重复，更准确确定的几何元素因此重新被用于选择，等等。
[0022]为了测量点选择所需的额定