(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源（１０）及びＸ線を検出する少なくとも１個のＸ線センサ（７）からなる第１の感知装置としてのＸ線感知装置並びに測定物に対して座標測定装置のｘ、ｙ及び／又はｚ方向に位置決めすることができる第２の感知装置としての触覚式及び／又は光学式感知装置（８、１１；９）を有する、測定物（３、１３６）の測定のための座標測定装置（１１０）であって、
該Ｘ線感知装置（７、１０）が前記第２の感知装置（８、１１；９）に対応して、該測定物に対して該座標測定装置のｘ，ｙ及び／又はｚ方向に位置決めすることができるとともに、該Ｘ線感知装置(７、１０)のための測定範囲の調整が該Ｘ線センサ（７）と該Ｘ線源（１０）の間隔の調整及び／又は該測定物（３）に対する該Ｘ線感知装置の相対的変位によって行われる座標測定装置において、
該測定物自体の測定点を触覚式及び／又は光学式感知装置で測定し、これから該測定物の幾何学的特徴としての該測定物の直径又は間隔を決定し、該Ｘ線感知装置で該幾何学的特徴を決定した後、該幾何学的特徴を該Ｘ線感知装置の校正のために利用するとともに、触覚式感知装置又は光学式感知装置と、Ｘ線感知装置で検出される該測定点を共通の座標系で評価することを特徴とする座標測定装置におけるＸ線感知装置の校正方法。
【請求項２】
触覚式及び／又は光学式感知装置により決定された測定点の測定結果を、該Ｘ線感知装置による断層撮影の測定で得られる３次元ボクセルデータから、しきい値法で生成された測定点図表の修正のために利用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
触覚式及び／又は光学式感知装置により決定された測定点の測定結果を、該Ｘ線（断層撮影）法の３次元再構成の計算の際に、考慮することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
該測定物の幾何学的特徴としての直径及び間隔を、Ｘ線感知装置、光学式感知装置又は触覚式感知装置で複合的に測定した点から計算することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
Ｘ線感知装置で検出した測定点及び／又は触覚的に検出した測定点及び／又は光学的に検出した測定点から、その後の評価のための共通の点図表を作成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源、Ｘ線を検出する少なくとも１個のＸ線センサ及びＸ線放射に対する遮蔽からなる第１の感知装置としてのＸ線感知装置並びに測定物に対して座標測定装置のｘ、ｙ及び／又はｚ方向に位置決めすることができる第２感知装置、例えば触覚式及び／又は光学式感知装置を有する、測定物の測定のための座標測定装置に関し、特に本発明は少なくとも１個のＸ線感知装置を有する座標測定装置におけるＸ線感知装置の校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工品の幾何学的形状の測定のために、種々のセンサを備えた座標測定装置が周知である。このようなセンサとして光学式及び触覚式センサが記載される（ドイツ刊行物：Die Bibliothek der Technik（技術ライブラリー）２４８巻）。また加工品の幾何学的形状、特に欠陥の決定のためのコンピュータ断層撮影装置が知られている。ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１０３３１４１９には２つの装置の組合せが記載される。この場合はコンピュータ断層撮影装置が座標測定装置の基本構造に不動に固定されている。また古典的な座標測定技術感知装置によって測定物の位置が決定され、続いてコンピュータ断層撮影装置の測定範囲内に位置決めされる。
【０００３】
上記の先行技術では種々の問題に考慮が払われていない。例えば測定物はコンピュータ断層撮影装置の測定範囲より大きなサイズを有することがあるという問題が未解決である。コンピュータ断層撮影装置は座標測定装置の基本構造に不動に固定されているから、複数のコンピュータ断層写真を組み合わせることは不可能である。
【０００４】
さらにコンピュータ断層撮影装置は通常１０ｎｍ以上の規模の比較的大きな測定誤差を有する。コンピュータ断層撮影装置による測定物の−ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１０３３１４１９に記載されているように−ただ１回の測定では、通常の設計品で幾何学的測定課題を完全に解決するには十分でない。もう一つの問題は、コンピュータ断層撮影装置の幾何学的校正を行うことである。断層撮影測定の性質は測定物自体の性質に大いに左右されるから、これを測定基準で大域的に行うのははなはだ困難である。
【０００５】
加工品の厚さの決定方法がドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１００４４１６９により周知である。その場合測定される部材を透過するＸ線が検出器に入射する。マニピュレータで部材を回転し、昇降することができる。部材を完全に照射した後、コンピュータ断層撮影装置のコンピュータは一群のグレースケール断面像を与える。三次元ボクセルデータレコードを得るために、これらの像を組み合わせる。次にこのデータレコードから部材の肉厚を計算する。
【０００６】
触覚式センサ、レーザセンサ及びビデオセンサを具備し、測定課題に従ってこれらのセンサの１つを使用する多センサ型スキャンシステムを有する座標測定装置がドイツ特許ＤＥ−Ｃ−３８０６６８６により周知である。欧州特許公開ＥＰ−Ａ−１３８９２６３はこれらのセンサの１つをコンピュータ断層撮影装置に置き換えることを定めている。
【０００７】
Ｘ線感知装置を使用する場合は、Ｘ線防護規則を満足するためにＸ線遮蔽のための広範な防護対策が必要である。その場合測定装置の外部のＸ線負荷が所定の限界値を超えないことを保証しなければならない。この要求を満たすために、測定装置の周囲に、これから独立に、例えば鉛又は鉛層を有する複合材料からなるＸ線防護外被を配置することが知られている。Ｘ線防護外被はコンピュータ断層撮影装置で発生するＸ線放射を吸収することが唯一の任務である。補助外被によって全装置がかさ高になる。望ましくない重量増加と高いコストがその他の結果である。
【０００８】
また周知のコンピュータ断層撮影装置の欠点は、測定速度が光学式センサを備えた座標測定装置で得られるものより劣っていることである。コンピュータ断層撮影装置が座標測定装置の基本構造に不動に固定されているので、測定のための使用可能性が限られていることも欠点である。
【０００９】
胴体内部でクレーンから張り出すＸ線源と胴体外部で同じくクレーンから張り出すセンサを具備する飛行機胴体の検査システムが米国特許公開ＵＳ−Ａ−２００３／００４３９６４により周知である。センサの位置を決定するために、三角法が利用される。
【００１０】
ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１０００１２３９による測定装置は位置検出器のほかに、支持部材により互いに剛結された非光学式測定系、例えばＡＦＭ（Atomic Force Microscope（原子間力顕微鏡））を備えている。
【００１１】
ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−４４４５３３１による多センサ型測定ヘッドは垂直軸を具備し、これに複数のセンサを取り付けることができる。
【００１２】
欧州特許公開ＥＰ−Ａ−０５０４６０９では測定ヘッドのほかに、ヒンジ付きフライスヘッドも使用される。
【００１３】
米国特許ＵＳ−Ａ−５，０３８，３７８によるＸ線検査装置では、Ｘ線検出器を互いに独立に３つの軸に沿って移動できるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、第１の感知装置としての少なくとも１個のＸ線感知装置及び例えば触覚式及び／又は光学式感知装置の形の第２の感知装置を有する測定物の測定のための方法及び座標測定装置を、大きなサイズの測定物も問題なく測定できるように改良することにある。さらに先行技術と比較して、より高い測定精度を得なければならない。またＸ線感知装置（コンピュータ断層撮影装置）の幾何学的校正が簡単にできなければならない。装置の構造がコンパクトであると同時に、Ｘ線放射に対する十分な遮蔽を保証しなければならない。簡単な処置と高い測定速度で高い測定密度を実現しなければならない。さらに解像度の改善と信号雑音比の減少を可能にしなければならない。Ｘ線放射に対して僅かなコントラストしか生じない測定物の測定を十分な精度で行うことができなければならない。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１５】
本発明の上記課題の解決のために、Ｘ線源及びＸ線を検出する少なくとも１個のＸ線センサからなる第１の感知装置としてのＸ線感知装置並びに測定物に対して座標測定装置のｘ、ｙ及び／又はｚ方向に位置決めすることができる第２の感知装置、例えば触覚式及び／又は光学式感知装置を有する、測定物の測定のための座標測定装置において、Ｘ線感知装置が第２の感知装置に対応して座標測定装置に位置決めされることを特徴とする座標測定装置を提案する。換言すれば、Ｘ線感知装置は座標測定装置に第２の感知装置と同等に配置されており、Ｘ線感知装置の位置決め及びその測定データの評価のために、原則として別の感知装置にも使用される同じ部品又はハード及びソフトウエアを使用することが原則として可能である。一方、第２の感知装置自体は２個以上のセンサからなることができる。
【００１６】
そこで本発明に基づきＸ線感知装置（コンピュータ断層撮影装置）を座標測定装置に不動に付設するのではなく、感知装置として座標測定装置に完全に組み込むようにした。そのためにコンピュータ断層撮影装置の送信器と受信器を、通常透過光照明及び画像処理センサで実現されるように、座標測定装置に配置した。Ｘ線受信器と画像処理センサ又は機械式探触子を共通の機械軸に移動可能に配置することができる。各センサごとに別個の軸を使用することも可能である。光及びＸ線放射のための各線源を当該のセンサに対置することができる。
【００１７】
本発明に基づく構造によって、測定物の複数の部分を周知の断層撮影法（部材の回転及び複数の透過像の撮影）によって逐次検出することが可能である。続いて、組み合わせた透過像の全体について３次元構成を行うことができる。こうして断層撮影装置の視野に制約されたものより大きな測定物を測定することが可能である。
【００１８】
本発明によれば座標測定装置又は測定装置の座標系を関連させて、複数の断層像が相接して配列される。
【００１９】
さらに測定物のより詳細に測定すべき特徴を多センサ型座標測定装置のセンサ（例えば触覚式−光学式）により伝統的方法で測定することが可能である。Ｘ線センサ及び画像処理センサ及び触覚式センサが多センサ型座標測定装置で慣用のように共通の座標系で測定するから、測定結果を直接相互に関連させることができる。
【００２０】
そこで、与えられた構造で測定の校正をＸ線感知装置により断層撮影の原理に従って測定物自体で直接行うことが可能である。こうして測定物の主要点が座標測定装置の触覚式及び光学式感知装置により周知の精度で測定される。コンピュータ断層撮影装置の３次元再構成の計算を評価するときに、この再構成プロセスの幾何学的校正を行うために、これらの点が考慮される。
【００２１】
コンパクトな構造でＸ線放射に対する十分な遮蔽を保証するために、本発明はとりわけ遮蔽又は少なくともその１つの区域が座標測定装置の必要な測定技術的構造のための機能部材として形成されるようにした。これは例えば機械軸の支承又は機械軸自体、台板、軸受装置等であるが、これによって本発明は限定されない。換言すれば、Ｘ線防護のために必要な遮蔽の全部又は一部を座標測定装置の測定技術的構造の機能部材が受け持つのである。
【００２２】
特に座標測定装置の台板及び少なくともハウジングの後壁を、必要な遮蔽が同時に得られるように設計し、又はそのような材料で作製することが可能である。また台板又は側部隔壁を同様に形成することもできる。そのために特に遮蔽に関連する部材は硬質岩石、例えば花崗岩からなる。他の材料、特に場合によっては適当なＸ線吸収材料を混合した人工石を使用することもできる。
【００２３】
本発明の強調すべき改良においては、座標測定装置の遮蔽又はこれを構成する部材、例えば隔壁が座標測定装置の機能部品の取付け場所であるように構成されている。その結果、遮蔽部材を同時に座標測定装置、特に使用されるコンピュータ断層撮影装置の機能部品の取付けのために使用することができる。その場合機能部品は機械軸又は移動軸及び／又はセンサ及び／又は線源又は光源である。
【００２４】
十分な遮蔽を保証するために、遮蔽に使われる部材を測定技術的又は静力学的観点から必要なものより厚手に設計することができる。
【００２５】
本発明に基づく提案によれば、測定物を貫く照射角が互いに異なる複数のセンサがＸ線源に配属され、特に測定物の測定のためにＸ線が同時に入射するｎ個のセンサがＸ線源に配属され、順次続く測定の間にＸ線源が測定物に対して基準角αだけ移動され、順次続くセンサがそれぞれ隣接のセンサに対して角α／ｎだけねじって配置されるように構成される。
【００２６】
本発明に基づく配列は、各検出器又はセンサにより様々な照射角でそれぞれ１つの透過像が撮影されるように配置されたｎ個のＸ線検出器を具備する。このため断層像の作成に必要な角位置を減少することが不可避である。
【００２７】
本発明によれば、Ｘ線センサは以下で明らかな相互の差角だけ調整される。線源と一方ではセンサの間、他方では測定物との間で使用されるステップ角の整数倍である基準角が使用される。その場合特に測定物はＸ線感知装置に対して回転可能な回転テーブル上にある。第２のセンサの角は値１／（センサの数）だけ増加され、第３のセンサの角は値２／（センサの数）だけ増加される。従ってｎ番目のセンサは（ｎ−１）／（センサの数）だけ増加される。こうして１回の回転でｕ倍の数の角位置を評価することが可能になる。ここにｕはｎ＝センサの数とｍ＝Ｘ線感知装置に対する測定物の位置決めの回数との積である。
【００２８】
本発明によればＸ線センサは回転テーブルのステップ角の整数倍だけ相互に調整され、その際それぞれの角位置での照射時間を短縮することができる。このことは別として、何倍もの数のセンサによって何倍ものＸ線量が記録されるから、信号雑音比が減少される。
【００２９】
本発明の独特な改良として、写真撮影又は画像伝送のときに、そのつどセンサの複数個の画素エレメントが１つの画素に統合され、適当に減少した画素数の像から計算した立体像でコンピュータ補間により元の解像度に到達し、又は超過するようにした。こうして断層撮影により２次元像を撮影した後、例えば隣接する画素から平均値を求めることによって、今ある２次元像を画素情報の少ない低解像度の像に換算することができる。次に種々の２次元透過像から３次元ボクセル像を得るために、解像度の低いこれらの像から３次元再構成が行われる。このボクセル像を決定した後、複数のボクセルの間で補間することによって、ボクセル像を元の解像度の像に逆算する。その場合所定のアルゴリズムを使用して同じ手法をさらに適用することにより補助ボクセルを計算して、ボクセル像のより高い解像度を得ることも可能である。
【００３０】
測定時に測定物が連続的に回転されるが、運動によるぶれを回避するために、例えば機械式又は電子式シャッタもしくは同様な効果の処置、例えば高周波変調によってＸ線源を何回も短時間開放するという思想も本発明独特のものである。
【００３１】
また、さらに発展させて、Ｘ線放射の種々のスペクトル領域を利用して、測定物から複数の断層像を作ることもできる。Ｘ線放射のスペクトル領域はＸ線放射装置の陰極電圧によって決まる。代表的には−但し単なる一例として−例えば測定物を５０ｋＶ及び９０ｋＶ及び１３０ｋＶの陰極電圧で断層撮影し、次に異なる陰極電圧、即ち異なるＸ線光色又はＸ線放射周波数での測定結果の差から系統的測定偏差、例えば人為結果を推定し、その上でこれを修正することができる。
【００３２】
測定物の複数の断層像を撮影することもでき、その際測定物を支える回転テーブルの回転軸とＸ線源及び所属のセンサとの間の角を機械式回転旋回軸により、又は複数の検出器を異なる角で使用することによって変化することができ、その際センサは特に回転テーブルの回転軸と平行な直線に沿って延びている。
【００３３】
断層像の解像度を高めるために、複数の写真を撮影し、その間にセンサ又は測定物をセンサの感覚素子の一辺の長さより小さな距離だけ移動する。
【００３４】
また本発明は、互いに平行なＸ線が測定物を貫くものとする。そのために適当な装置によってＸ線放射を平行化する。
【００３５】
さらに、又は代案として、測定物とＸ線源／センサの間の並進相対運動によってセンサの面より大きな区域を撮影することが可能である。
【００３６】
Ｘ線放射に対して僅かなコントラストしか示さない加工品も撮影するために、本発明は測定物自体より高い吸収を有する材料で測定物を取り囲むものとする。例えば小さな質量数の物質、例えばリチウムからなる測定物では、重い材料で測定物を型取りすることによって、断層撮影で検出される２次元透過像のコントラストを改善することができる。こうして測定物のめす型から、測定物の表示を可能にする十分にコントラストに富んだ像が得られる。
【００３７】
測定の最適化を得るために、種々のセンサで測定することができる。そのためにＸ線源及びこれに割り当てられたセンサのほかに、測定物の測定技術的検出のためのその他のセンサ、例えば機械式探触子、レーザスキャナ、画像処置センサを装置に設けた構成とする。場合によってはこれらのセンサは別個の移動軸に配置される。
【００３８】
また断層像の撮影に必要な、測定物の回転のための回転軸を移動軸上に配置することができる。それによって測定範囲が回転軸の方向に拡張される。換言すれば、測定物を回転軸の方向に移動することができる。
【００３９】
座標測定装置のＸ線感知装置の校正のための本発明特有な提案は、測定物の主要点を触覚式及び／又は光学式感知装置で測定し、これから幾何学的特徴、例えば直径又は間隔を決定し、同じ幾何学的特徴をＸ線感知装置で決定した後にＸ線感知装置の校正のために利用するものである。
【００４０】
こうして触覚式及び／又は光学式感知装置により主要点、例えば測定域の周縁区域について確かめた測定結果を、しきい値法で３次元ボクセルデータから生成された測定点図表の修正のために利用することができる。
【００４１】
断層撮影の後に使用したしきい値演算の結果、ＡＳＣＩフォーマット又はＳＴＬフォーマットで表示することができる３次元点図表が得られる。この点図表は触覚的又は光学的に検出した測定点の間で、触覚的及び／又は光学的測定と断層撮影測定の間の偏差が最小になるように修正される。この場合偏差の決定のために触覚的及び／又は光学的測定点の間で補間が行われる。
【００４２】
３次元再構成によりボクセルを計算するときは、断層撮影した測定物の物境界（測定域の周縁部）にあるボクセルの位置を、触覚式又は光学式対照測定で確かめた修正値だけ変更する。続いて測定された修正位置の間で補間することによって、再始動点の間にあるボクセル位置を修正する。このため３次元空間に不規則なボクセル格子が生じ、ボクセルスポットは測定物の実際の幾何学的形状に原ボクセル像よりよく対応する。このボクセル像を次に規則的な格子にリサンプリングすることが好ましい。これは、ボクセル像に対して基準格子を指定し、基準格子の各点ごとに、周囲にあるボクセル振幅から補間によって新しいボクセル振幅を計算することによって行うことができる。
【００４３】
高い測定精度を得、かつＸ線感知装置（コンピュータ断層撮影装置）の幾何学的校正が簡単に行えるようにするために、本発明は所定の倍率及び測定範囲の指定でＸ線源及びＸ線検出器の位置を１回の校正の後に当該の校正データと共に記憶し、次にソフトウエア制御に基づき別に再校正せずに次の測定のために任意に呼び出すことを提案する。
【００４４】
換言すれば、本発明に基づき所定の倍率又は所定の測定範囲による断層撮影に必要なすべての調整パラメータ−断層撮影装置又は座標測定装置の種々の軸の位置がこれに属する−及びこの位置に対応する倍率値及び当該の距離測定システムが与える位置測定値に関する軸位置の修正値を含むその他の校正データを座標測定装置の１回の校正操作で測定技術的に検出し、記憶する。この記憶された値を次に座標測定装置の通常の操作時に操作者がボタンを押すことにより、又はＣＮＣ（計算機数値制御）プログラムから呼び出すことにより呼び出し、機械を適当な位置に移動し、当該の校正データを次の測定プロセスで利用する。
【００４５】
特に、あらかじめ校正した倍率及び測定範囲設定が座標測定装置の測定プログラムによって自動的に呼び出され、装置の当該のハードウエア部品が位置決めされるようにした。
【００４６】
また倍率及び／又は測定範囲だけを変更するために、Ｘ線源とＸ線検出器を同期移動し、又は倍率及び／又は測定範囲を変更するために、Ｘ線源とＸ線検出器を互いに独立に移動することが可能である。
【００４７】
Ｘ線測定（断層撮影）に必要なすべての調整を事前に校正して記憶し、当該のＸ線測定操作、例えば断層撮影操作の際に校正操作がもはや必要でないことも可能である。
【００４８】
ソフトウエアで校正操作及び／又は回転中心のずれの適当な修正によって回転中心の調整を実現することができる。
【００４９】
さらに発展させて、断層撮影のための倍率及び／又はＸ線源及びＸ線検出器に対する回転中心の位置の決定が、少なくとも２個の球からなる基準によって決まるように構成する。特に基準は４個の球からなるものとする。
【００５０】
座標測定装置の回転中心の位置の決定方法は特に次の手順を特徴とする。
即ち
−長方形、例えば正方形の頂点に配置された４個の球からなり、球の相互間隔が既知又は校正済みである四球基準を回転軸上に位置決めし、
−張る平面が検出器と平行になるように、四球基準を回し、
−検出器の測定域で四球位置を測定し、
−測定された４つの球距離、基準球距離及び検出器の基準画素サイズから平均倍率Ｍ１を計算し、
−回転軸を１８０°回転し、
−像の４つの球位置を測定し、
−測定された４つの球距離、基準球距離及び検出器の基準画素サイズから平均倍率Ｍ２を計算する
のである。
【００５１】
回転の前後の４つの球位置に基づく回転中心のＹ位置の計算は次式
Pdyn=(Pkyn1*M2+Pkyn2*M1)/(M1+M2)
ここにPdynは球ｎに対する検出器上の回転軸のＹ位置、Pkyn1は回転角０°での球ｎのＹ位置、Pkyn2は回転角１８０°での球ｎのＹ位置、M1は回転角０°での平均倍率、M2は回転角１８０°での平均倍率
により行われる。
【００５２】
触覚式及び／又は光学式感知装置で測定を行うことができるように、Ｘ線感知装置（コンピュータ断層撮影装置）のほかに別のセンサを有する座標測定装置により測定物の測定を行うことも可能である。ここで特に触覚式−光学式測定に触れなければならない。Ｘ線感知装置又は断層撮影で測定した、測定物又はこれから計算した三角面要素の測定点図表の修正を、触覚的又は光学的に得た測定点によって行うことが可能である。その場合触覚的及び／又は光学的に測定された修正点の間で補間することができる。
【００５３】
触覚式及び／又は光学式感知装置で得た修正点の間で、Ｘ線測定、例えば断層撮影で得た点図表の機能曲線を考慮して補間し、及び／又は基準ＣＡＤ（計算機援用設計）モデルを考慮して補間することができる。
【００５４】
別の提案は、まず当該の種類の測定物の見本品をＸ線により（断層撮影法で）かつ触覚的及び／又は光学的に走査し、２つの測定の差から断層撮影測定値の修正のための網状修正図表を計算し、量産品の測定では１回だけ決定した修正値で断層撮影測定を修正するものである。
【００５５】
これに関する手法は、最初の測定操作で測定物の典型的な代表について多数の測定点をＸ線で断層撮影法により、かつ触覚的又は光学的に測定するというものである。この場合十分に密な網状修正図表を得るために、触覚式及び／又は光学式測定でも非常に多くの測定点が取り扱われる。次に断層撮影される測定物の各表面部位ごとに、この網状修正図表から当該の修正値を決定する。修正値は触覚的及び／又は光学的測定値と断層撮影による測定値の比較から得られる。この修正値は別の品物のその後の断層撮影の際に直接評価される。再度の触覚式又は光学式対照測定は不要である。
【００５６】
そこで測定物の校正品を断層撮影し、測定時の測定偏差から断層撮影測定値の修正のための網状修正図表を計算し、量産品の測定では断層撮影測定をあらかじめ調整した修正値で調整するようにした。
【００５７】
量産品の測定で光学的及び／又は触覚的に測定された個々の修正点を補足的に考慮することができる。
【００５８】
修正のために触覚的及び／又は光学的測定点を操作者が断層撮影により決定された点図表で図式的に確定し、その上で座標測定装置により自動的に測定することができる。
【００５９】
さらに発展させて、修正のために触覚的及び／又は光学的測定点を操作者が測定物の基礎をなすＣＡＤモデルで図式的に確定し、その上で座標測定装置が自動的に測定するものとする。その場合修正のために触覚的及び／又は光学的測定点が自動アルゴリズムにより、測定物の基礎をなすＣＡＤモデルの表面にほぼ均等に又は均等に分布し、座標測定装置によって自動的に測定することができる。また修正のために触覚的及び／又は光学的測定点を操作者がＣＡＤモデルで図式的に確定し、ＣＡＤモデルをロードした後に座標測定装置が自動的に測定することもできる。
【００６０】
また本発明によれば、断層撮影操作の際に原則として１個の基準体、特に球配列を共に断層撮影し、これから座標測定装置及び／又はＸ線源及び／又はＸ線センサに対する回転軸の相対位置を決定し、続いて数学的に修正する。その場合回転軸上の基準体の位置を光学式及び／又は触覚式センサで決定し、回転軸の位置の修正のために利用することができる。
【００６１】
但し特に基準体、例えば少なくとも２個の基準球は測定物のマウント、即ち回転テーブルでＸ線に対する吸収が小さい材料に内蔵されるようにした。こうして基準体により回転テーブルの回転中心の位置、即ち回転軸を確かめることができるから、基準体の検出によって測定物を回転テーブル上に位置決めすることができる。
【００６２】
本発明に基づきＸ線源及びＸ線検出器に対する回転軸の空間位置をＸ線感知装置及び／又は触覚式感知装置及び／又は光学式感知装置で測定技術的に決定し、測定物の断層撮影の際にこの位置偏差を数学的に修正することができる。
【００６３】
特に基準位置から偏る回転軸位置を２次元個別像の回転及び／又は並進及び／又はゆがみによって修正することができる。
【００６４】
また基準位置から偏る回転軸位置を再構成アルゴリズムで考慮することができる。
【００６５】
本発明のもう一つの提案は、触覚式及び／又は光学式センサ及び／又は断層撮影を使用することによって、測定装置の回転テーブル上の、即ち機械の座標系での測定物の位置を決定し、続いてＸ線センサの校正位置で２次元透過モードで画像処理法により測定するものである。
【００６６】
この処置によって、Ｘ線感知装置を組み込んだ本発明座標測定装置の別の利用原理が明らかになる。即ち２次元透過像で測定することが可能になる。測定物の現実の倍率は不明であるから、通常これは不可能である。Ｘ線光路上の測定物の位置は未知であるが、この位置が照射による倍率をおおむね決定するのである。そこで座標測定装置での測定物の位置を光学式及び／又は触覚式感知装置で正確に決定すれば、この位置から現在照射される測定物の倍率が分かり、画像処理法による２次元測定のためにＸ線感知装置を使用することが可能である。
【００６７】
Ｘ線検出器が本来の断層撮影操作時にＸ線源の放射円錐の中に位置決めされ、この時間以外では放射円錐の外で休止位置に置かれるように、Ｘ線検出器を装置ソフトウエアにより自動的に制御することができる。
【００６８】
この処置によってＸ線センサの放射負荷が最小化され、こうしてその寿命が延長される。
【００６９】
独自の発明として、多センサ型座標測定装置の画像処理感知装置及びＸ線感知装置は同じ画像処理ハードウエア及び同じ画像処理ソフトウエア又はその一部を備えている。その場合画像処理感知装置で周知の画像処理方法をＸ線感知装置にも適用することができる。
【００７０】
また本発明は再構成の前に２次元Ｘ線像にゆがみ修正及び／又は輝度修正及び／又は暗信号修正及び／又は数学的並進及び／又は数学的回転及び／又はリサンプリング法及び／又は線形特性修正及び／又は画像処理フィルタリングを施すことを定めている。
【００７１】
本発明の好ましい改良構成が独立請求項でも従属請求項でも明確にされている。
【００７２】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、図面に見られる好ましい実施例の下記の説明でも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
図１にＸ線感知装置並びに光学式及び触覚式感知装置の複合使用のための座標測定装置の概要が示されている。但し本発明の学説の基本的特徴は、コンピュータ断層撮影装置以外に補助感知装置を具備しない座標測定装置にも適している。
【００７４】
座標測定装置のＸ軸と平行な軸１８に回転テーブル２が配置されている。回転テーブル２の上に測定物３があり、従って回転軸１８の周りに回転し、軸１８によってＸ方向に移動させることもできる（二重矢印）。Ｙ軸と平行なスライド４の上にＺ軸と平行な２つの軸５、６が配置されている。機械軸５の上にＸ線センサ７及び画像処理センサ８がある。さらに機械軸６に触覚式センサ９がある。Ｘ線センサ７にＸ線源１０が対置され、Ｘ線源１０は選択に応じてＹ方向に移動可能に又は不動に取り付けることができる。画像処理センサ８に対して透過光源１１がある。座標測定装置のＸ、Ｙ又はＺ軸に沿って延びる機械軸又はスライドは、座標測定装置の中又は上に設置されたセンサがそれぞれ回転テーブル２の上の全測定範囲をカバーできるように設計されている。
【００７５】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を多センサ型座標測定装置に組み込むことによってまったく新規な可能性が作り出される。断層撮影による迅速、無故障の完全測定が触覚式又は光学式感知装置による機能サイズの高精度測定と統合される。その場合本発明に基づきＸ線感知装置（センサ、線源）が第２の感知装置（例えば画像処理センサ、透過又は反射光源もしくは触覚式センサと場合によっては所属の画像処理センサ）に対応して座標測定装置に位置決めされ、こうしてＸ線感知装置が第２の感知装置と同等に配置されるように構成されている。その場合Ｘ線感知装置を少なくとも触覚式感知装置及び／又は光学式感知装置と共に共通の機械軸に配置し、又は触覚式及び／又は光学式感知装置のための機械軸と同様に動作する別個の機械軸に配置することができる。
【００７６】
図２に基づき３次元コンピュータ断層撮影の機能原理を再度説明することにする。なお図１に見られる部材には同じ参照符号を使用する。
【００７７】
加工品３は回転テーブル２の上に据え付けられ、Ｘ線が照射される。例えば接合形検出器の形のセンサ７がＸ線像をその後の処理のためにデジタル２次元像に変換する。測定物３が３６０°回転され、複数の回転位置でＸ線像が撮影される。続いて２次元像に基づき測定点の３次元再構成が行われる。この３次元再構成は測定される加工品のすべての幾何学的形状を記述する。その他のセンサ８、９の１つ又は幾つかを組み入れることによって、コンピュータ断層撮影の使用範囲が拡張される。画像処理センサ８によってコントラストが極めて乏しい複雑な加工品の透過及び反射光による全自動測定が可能である。接触式スキャンシステムは光学的にアクセスできない特徴の高精度測定を可能にする。
【００７８】
センサ７とＸ線源１０を測定物３と同期して、即ち不変の相互間隔で移動することが可能である。これによって測定範囲を適応させることが可能であり、場合によってはこれを自動的に行うことができる。加工品の大きさ及び精度の要求への適応を可能にするために、代案としてセンサ７に対して測定物を移動することもできる。測定物３をセンサ７寄りに移動すれば低い倍率が生じ、これに対して測定物３をＸ線源１０寄りに移動すれば高い倍率が得られる。Ｘ線源１０を測定物３に対し定置して、センサを移動することもできる。
【００７９】
本発明においては特に次の利点をもたらす。
即ち
加工品のすべての標準及び自由形式幾何学的形状の１回の測定操作での完全な検出、
内部の幾何学的形状及びアクセス不能な特徴（例えば隠れた端縁、裏側の切り落とし）の測定、
多感知装置による断層撮影測定結果のフィードバック、
触覚式又は光学式感知装置による機能サイズの高精度測定、
断層撮影とその他のセンサによる１回の測定プロセスでの複合測定、
形状、寸法及び位置の２次元及び３次元測定、
Ｘ線像での２次元測定のための広範な機能、
３次元ＣＡＤモデルと比較した３次元偏差表示としての３次元目標実際比較、
得たＣＴデータからの３次元ＣＡＤデータの生成。
【００８０】
本発明を特徴づける別の方法を図６に基づいて説明しよう。これによって解像度の不利を背負い込まずにデータ圧縮が可能である。むしろ当該の学説によれば元の解像度を超えることさえ可能である。これを２次元像に基づき説明する。
【００８１】
図６の正方形は２次元像の画素を表す。今ある２次元像は、例えば隣接の画素から平均値を形成することによって、画素情報の少ない低解像度の像（画素を十字で示す）に換算される。次に３次元ボクセル像の計算のために、当該の低解像度の２次元透過像から３次元再構成を行う。このボクセル像を決定した後に、図６に見られる２次元表示で同じく十字でシミュレートしたボクセル像が複数のボクセル像の間の補間により元の解像度の像に逆算され、−同じく２次元表示で−再び正方形付きの像が生じる。またボクセル像の高い解像度を得るために、同じ手法をさらに適用して補助ボクセルを計算することが可能である。
【００８２】
こうして最終的に解像度の損失をこうむらずに、低い解像度をまず基礎とすることができ、むしろこれを超えることさえできるから、より迅速に計算することができる。
【００８３】
図７を参照して、断層像の解像度を高めることができる別の本発明方法を明らかにしよう。そのために複数の写真を撮影し、その間にセンサの感覚素子の一辺の長さより小さな距離だけセンサを測定物寄りに、又は測定物をセンサ寄りに移動する。図７では使用したＸ線検出器（センサ）の解像度を、正方形で表す画素で表示した。断層撮影の際に各回転位置で、正方形で示すＸ線検出器位置での像並びにＸを記した円で表すＸ線検出器位置、Ｙを記した円で表すＸ線検出器位置及びＺを記した円で示すＸ線検出器位置での像を撮影した。すべての像を１つの像にまとめ、全体として断層撮影再構成プロセスで考慮した。こうして検出器により物理的に与えられるものより高い解像度が得られる。
【００８４】
Ｘ線源１０又はセンサ７に関連して断層撮影の倍率及び／又は図１の回転テーブル２の回転中心を決定するために、図８の実施例で５０で示す基準を利用することができる。この原理図で支脚５２から支持材５４が出ている。支持材５４はＸ線に対する吸収が小さい材料からなる。Ｘ線をよく吸収する材料、例えば鋼材からなる少なくとも２個の球５６、５８が支持材５４に配置されている。次に基準５０を、図１の回転テーブル２に相当する断層撮影装置の回転テーブル６０の上に配置する。回転テーブル６０は、座標測定装置のＸ軸と一致する軸６２の周りに回転することができる。そこで球形基準の種々の回転位置でＸ線センサ７に対する球５６、５８の位置を測定することによって、座標測定装置内の断層撮影装置の回転軸６２の位置を決定する校正操作が決まる。  
【００８５】
倍率を決定しようとすれば、センサ７に対する２つの異なる距離で測定することが必要である。
【００８６】
より高い精度を得るために、基準５０は２つの別の球６４、６６を有することができる。  
【００８７】
次に、本例で正方形の頂点に配置された４個の球を備えた４球基準からなる基準により、Ｘ線源１０とセンサ７の間隔をいかにして決定するかを説明しよう。
【００８８】
球の間隔は既知（校正済み）である。
４球基準を回転軸上に配置する。
張る平面が検出器と平行になるように、４球基準を回す。
位置Ｚ１の像で４つの球位置を測定。
測定された４つの球間隔から平均倍率Ｍ１を計算。  
基準球間隔及び検出器の基準画素サイズ。
線源の方向への回転軸の（又は回転軸に垂直に線源及び検出器の）移動。
位置Ｚ２の像で４つの球位置の測定。
測定された４つの球間隔から平均倍率Ｍ２の計算。
基準球間隔及び検出器の基準画素サイズ。
次式による線源・検出器間隔の計算。
ＡＱＤ＝ｄＺ＊Ｍ１＊Ｍ２／（Ｍ２−Ｍ１）
ここに  ＡＤＱ：線源・検出器間隔
Ｍ１：位置Ｚ１での倍率
Ｍ２：位置Ｚ２での倍率
ｄＺ：位置Ｚ１及びＺ２の間隔
次式による線源とＺ１の間隔の計算
Ｄ１＝ｄＺ＊Ｍ２／（Ｍ１−Ｍ２）
次式による線源とＺ２の間隔の計算
Ｄ２＝Ｄ１＋ｄＺ＝ｄＺ＊Ｍ１／（Ｍ１＋Ｍ２）
次式による検出器上の円錐軸の位置の計算
Ｐｄ＝（Ｐｋｎ１＊Ｄ１−Ｐｋｎ２＊Ｄ２）／ｄＺ
ここに    Ｐｄ：検出器の中心からの円錐軸位置の偏差ベクトル
Ｐｋｎ１：位置Ｚ１の検出器上の球ｎの位置ベクトル
Ｐｋｎ２：位置Ｚ２の検出器上の球ｎの位置ベクトル
・各球位置ごとに４つの偏差ベクトルから平均偏差ベクトルの計算
【００８９】
同じく正方形の頂点に球を配置した４球基準に基づく回転軸中心のＹ位置の決定方法は次のように行われる。
即ち
球の間隔は既知（校正済み）である。
４球基準を回転軸上に配置する。
張る平面が検出器と平行になるように、４球基準を回す。
像で４つの球位置を測定。
測定された４つの球間隔から平均倍率Ｍ１を計算。  
基準球間隔及び検出器の基準画素サイズ。
回転軸を１８０°回転。
像で４つの球位置の測定。
測定された４つの球間隔から平均倍率Ｍ２の計算。
基準球間隔及び検出器の基準画素サイズ。
回転の前後の４つの球位置に基づく回転中心のＹ位置の次式による計算、
Ｐｄｙｎ＝（Ｐｋｙｎ１＊Ｍ２＋Ｐｋｙｎ２＊Ｍ１）／（Ｍ１＊Ｍ２）
ここに    Ｐｄｙｎ：球ｎに対する検出器上の回転軸のＹ位置
Ｐｋｙｎ１：回転角０°での球ｎのＹ位置
Ｐｋｙｎ２：回転角１８０°での球ｎのＹ位置
Ｍ１：回転角０°での平均倍率
Ｍ２：回転角１８０°での平均倍率
【００９０】
本発明のその他の特有の特徴は図３，図４及び５で明らかである。なお図３にはハウジング１１２を有する座標測定装置１１０の同じく純原理図が示されている。ハウジング１１２は台板１１４、後部隔壁１１６、側部隔壁１１８、１２０及び上部隔壁１２２からなり、上部隔壁１２２はカバープレートとも呼ばれる。
【００９１】
座標測定装置のｘ軸、ｙ軸及びz軸を図面に参照符号１２４、１２６及び１２８で表示した。ハウジング１１２の後部隔壁１１６の内側１３０に案内がｘ方向に延びており、これに沿って、即ちｘ方向に回転テーブル１３４のマウント１３２を移動することができる。回転テーブル１３４の上に測定物１３６が配置されている。換言すれば、ｘ軸１２４に回転テーブル１３４が配置されている。
【００９２】
ｙ軸１２６に沿って案内が延びており、これに沿って受座１３８を移動することができる。マウント１４０がｚ軸１２８に沿って移動可能に受座１３８から出ている。
【００９３】
また台板１１４からＸ線源１４２が出ており、そのＸ線放射は回転テーブル１３４の上に配置された測定物１３６を貫通する。一方、Ｘ線放射はＸ線放射に敏感な適当なセンサ、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）センサによって検出される。
【００９４】
またｚ軸１２８から、即ち本例ではマウント１４０からセンサ１４４が張り出すことが可能である。これは座標測定装置で慣用のセンサ、例えば触覚式又は光学式センサである。こうして断層撮影することも、例えば画像処理センサ、レーザ距離センサ等で触覚的は光学的に測定することもできる。
【００９５】
Ｘ線を使用することによって、座標測定装置を外部に対して十分に遮蔽することが必要である。そのために本発明に基づき支持部材の少なくとも幾つかは遮蔽機能を遂行するようになっている。例えば台板１１４及び／又は後壁１１６を必要な遮蔽機能が保証されるように設計又は形成することができる。
【００９６】
その場合当該の隔壁１１４、１１６は同時に測定技術的構造に必要な機能、即ち本例ではｘ及びｙ軸のための案内を遂行する。
【００９７】
十分な遮蔽効果を持たない隔壁の内面及び／又は外面に放射阻止層を設けることが差当り可能である。これは特に鉛板である。
【００９８】
支壁、特に遮蔽機能を遂行する隔壁については、硬質岩石、例えば花崗岩又は適当な材料を使用することが好ましい。またＸ線吸収材料、例えば磁鉄鉱等を必要な範囲で混合することができる人工硬質岩石、例えばポリマーコンクリートも考えられる。
【００９９】
本発明によれば座標測定装置１１０のハウジング１１２又はその一部は二重機能、即ち必要な遮蔽機能及び測定技術的構造の機能部材の機能を遂行する。こうしてコンパクトな構造が生まれる。
【０１００】
図４の図示によれば、高い測定密度を得るために、又は各測定位置で測定精度の損失が生じることなく僅かな放射時間で済ませられるように、複数の断層像を様々な放射角で同時に−即ち測定物１３６の各測定位置で−撮影するように構成されている。図４では図３の構成と同様に台板１１４から回転テーブル１３４が張り出し、図示しない測定物１１２がその上に配置される。Ｘ線放射装置１４８から来るＸ線放射が測定物１１２を透過する。本例では合計３個のＸ線センサ１５２、１５４、１５６によって放射が検出されるから、測定物の１つの測定位置で異なる放射方向に３つの断層像が生じる。各側定位置、即ち回転テーブル１３４の各角位置でセンサ１５２、１５４、１５６が読み出され、断層像のための投影像が得られる。その場合センサ１５２、１５４、１５６の角位置は、センサ１５２、１５４、１５６の間の角がコンピュータ断層撮影装置の操作時に使用される回転テーブル１３６のステップ角の整数倍だけそれぞれ異なるように設計されており、第２及び第３のセンサ１５４、１５６は先行の第１のセンサ１５２又は第２のセンサ１５４に対してステップ角の３分の１だけ回して配置されている。
【０１０１】
回転テーブル１５４の回転軸１５８とＸ線放射１５０の間の角を見掛け上変えて、測定物１３６の複数の断層像を撮影するために、図５の実施例では３個のセンサ１６０、１６２、１６４がＸ線源１４８の主放射方向に対して異なる角度で
配置され、それによって回転軸１５８に対するＸ線源の見掛けの旋回がシミュレートされる。
【０１０２】
図５に記載した二重矢印１６６は、回転テーブル１３４が回転軸１５８に沿ってｘ軸と平行に移動可能であることを表示するためのものである。
【０１０３】
図９に基づき原理的に明らかにされるように、断層撮影の際に原則としてとりわけ球３００、３０２の形の基準体を共に断層撮影することができ、それによって測定物１３６が配置された回転テーブル１３４の回転軸１５８の相対位置が明らかになる。球３００、３０２はＸ線に対して僅かな吸収を示す受座３０４に配置することができ、一方、球３００、３０２は吸収が大であり、例えば鋼材からなる。こうして断層撮影時に座標測定装置又はＸ線源１０又はセンサ７に対する回転軸１５８の位置を問題なく決定し、続いて数学的に校正することができる。
【０１０４】
本発明によれば座標測定装置で触覚式及び／又は光学式感知装置によって測定物で測定点が記録され、Ｘ線感知装置で検出された測定点の修正のために利用される。このことを図１１に基づいて明らかにしよう。当該の修正方法の原理がこの図で明らかである。図１１の（ａ）には測定物４００が示されており、その選ばれた点が触覚的及び／又は光学的に測定される。一例として当該の測定点を参照符号４０２、４０４、４０６で表示する。続いて同じ座標測定装置で行われる断層撮影で、断層撮影の典型的な誤差により変化した形状が断層撮影点図表４０８で得られる。これは例えば断層撮影特有の人為結果である。断層撮影した測定点の位置を、光学式及び／又は触覚式感知装置で正確に測定した利用可能な測定点に基づき修正する。この測定点を図１１の（ｂ）に再び記載した。その場合触覚的及び光学的に測定された測定点の間で補間することができる。その結果幾何学的に修正された、断層撮影測定による点図表４１０が得られる。これは測定物４００の形状に、断層像の原データよりもよく対応している。図１１の（ｂ）と（ｃ）の比較がこのことを示す。
【０１０５】
測定及び測定結果の評価を行うときに、透過光法−場合によっては反射光法−で可視光による測定のための画像処理感知装置を同じ画像処理評価ユニット又は同じ画像処理ボード、例えばＸ線感知装置と連結することができる。次にソフトウエア制御に基づき２つのセンサの間で切換えを行い、同じハードウエアでデジタル化し、計算することができる。その概要が図１０で明らかである。前述のように動作するために、図１０で画像処理感知装置５００とＸ線感知装置５０２が同じ画像処理ボード５０４に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】多センサ型座標測定装置の原理図を示す。
【図２】３次元コンピュータ断層撮影装置の機能図を示す。
【図３】座標測定装置の別の原理図を示す。
【図４】Ｘ線源と所属のセンサの第１の配列の原理図を示す。
【図５】Ｘ線源と所属のセンサの第２の配列の原理図を示す。
【図６】画像解析の原理図を示す。
【図７】断層像の解像度を高める方法の説明のための原理図を示す。
【図８】基準体の原理図を示す。
【図９】基準体を有する回転テーブルの原理図を示す。
【図１０】ブロック構成図を示す。
【図１１】修正方法の説明のための原理図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005408873.tif 000005
【図５】
0005408873.tif 000006
【図６】
0005408873.tif 000007
【図７】
0005408873.tif 000008
【図８】
0005408873.tif 000009
【図９】
0005408873.tif 000010
【図１０】
0005408873.tif 000011
【図１１】
0005408873.tif 000012