Computertomographieanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung

Die Erfindung betrifft eine Computertomographieanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung.

Klassische Computertomographie (CT) basiert darauf, eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor auf Kreisbahnen um ein Prüfobjekt herum zu bewegen oder (äquivalent hierzu) bei fester Position von Röntgenquelle und Röntgendetektor das Prüfobjekt im Strahlengang z.B. auf einem Drehtisch zu drehen. Dies kann zu suboptimalen Rekonstruktionen führen. Beispielsweise können Strahlaufhärtung und Streustrahlung als Artefakte in der Rekonstruktion auftreten und je nach Position des Prüfobjekts können Feldkampartefakte auftreten. Außerdem können aufgrund einer zu großen Durchstrahlungslänge Probleme aufgrund einer nahezu vollständigen Absorption der Röntgenstrahlung auftreten („photon starvation“). All diese Artefakte hängen in der Regel stark von einer Pose, insbesondere einer Orientierung, des Prüfobjekts relativ zur Drehachse ab. Bei geänderter Pose des Prüfobjekts würden diese Artefakte entlang von anderen Durchstrahlungsrichtungen im Prüfobjekt auftreten.

Um Fe Id kam partefakte zu verringern, werden typischerweise statt Kreistrajektorien für die Röntgenquelle und den Röntgendetektor Helix-Trajektorien gewählt. Diese sind aber technisch schwerer umzusetzen und haben deutlich höhere Anforderungen an eine Genauigkeit einer zur Rekonstruktion benötigen Beschreibung einer Abbildungsgeometrie. Außerdem kann durch eine geeignete Objektverkippung der Einfluss von Feldkampartefakten stark reduziert werden.

Es existieren ferner auch Verfahren, um den Einfluss von Streustrahlung und Strahlaufhärtung zu verringern. Des Weiteren existieren Rekonstruktionen, die versuchen, mit sehr geringen Durchstrahlungslängen umgehen zu können, z.B. durch Modellierung einer Rauschstatistik.

All diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie versuchen, die Symptome zu bekämpfen. Speziell im Fall der „photon-starvation“ können sie jedoch nicht die Ursache beheben. Eine grundlegende Idee zur Behebung dieser Probleme ist, durch eine Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 geeignete Wahl einer von Kreisbahnen deutlich abweichenden Trajektorie nur diejenigen Projektionen bzw. Durchstrahlungsbilder des Prüfobjekts überhaupt zu verwenden, in denen die genannten Probleme (insbesondere hohe Durchstrahlungslängen aufgrund der Form des Prüfobjektes, viel kumuliertes eingeschlossenes dichtes Material (z.B. Metall) unter gewissen Durchstrahlungsrichtungen) gar nicht erst auftreten.

Ein Verfahren, bei dem eine von Kreisbahnen abweichende Trajektorie verwendet wird, ist beispielsweise aus P. Landstorfer et al., Investigation of Non-circular Scanning Trajectories in Robot-based Industrial X-ray Computed Tomography of Multi-material Objects, Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - Volume 2, ICINCO, ISBN 978-989-758-380-3, ISSN 2184- 2809, Seiten 518-522, DOI: 10.5220/0007966405180522, bekannt.

Vor allem mit klassischen Industrierobotern ergeben sich viele Möglichkeiten, solche Messungen zu realisieren. Beispiele hierfür finden sich in Jochen Hiller et al., Evaluation of the impact offaulty scanning trajectories in robot-based x-ray computed tomography, Meas. Sei. Technol. 32, 015401, 2021. Eine Variante, bei der nur das Prüfobjekt am Roboter bewegt wird, hat jedoch den Nachteil, dass einige Durchstrahlungsrichtungen unmöglich zu realisieren sind, ohne dass das Prüfobjekt erneut gegriffen wird. Außerdem muss ein Greifer immer spezifisch für das Prüfobjekt angepasst werden. Alle anderen Varianten haben den Nachteil, dass sie, allein um den nötigen Bewegungsraum zu ermöglichen, deutlich mehr Platz benötigen, als minimal notwendig wäre und teilweise selbst dann nur einen Teil der möglichen Trajektorien abdecken können. Bei allen Varianten ist ein weiterer Nachteil, dass die Messsysteme der Roboter zum Bestimmen der jeweiligen Pose nicht eine erforderliche Genauigkeit liefern. Dies führt dazu, dass eine Rekonstruktionsqualität leidet.

Aus der EP 3491 367 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Röntgensystems mit einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsdetektor bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erstellen eines kinematischen Modells für mindestens eine Position, Definieren von Startwerten und Kalibrieren und Lösen eines Gleichungssystems durch Minimierung. Das Gleichungssystem wird mittels des jeweils festgelegten kinematischen Modells für das Röntgensystem aufgebaut, wobei das Gleichungssystem entsprechende kinematische Parametersätze für jede Position und zu kalibrierende Parameter enthält, die typischerweise über alle Positionen gleich sind. Diese zu kalibrierenden Parameter Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 werden in dem Schritt definiert, der die Startwerte definiert, und basierend auf diesen wird im Schritt der Kalibrierung mittels Kalibrierkörpern mindestens ein Bild aufgenommen, sodass ein Vergleich der Messergebnisse mit den jeweiligen Referenzen ein Fehlermaß ergibt. Dieses Fehlermaß wird beim Lösen des Gleichungssystems minimiert.

Aus der US 10835 199 B2 ist eine optische Geometriekalibrierungsvorrichtung für die Röntgenbildgebung bekannt. Die optische Geometriekalibrierungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie mit einer zweidimensionalen (2D) Bildgebungsvorrichtung verbunden ist, um eine dreidimensionale (3D) Bildgebung durchzuführen. Die optische Geometriekalibrierungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere optische Kameras, die entweder an einer Röntgenquelle oder einem Röntgendetektor befestigt sind, eine oder mehrere Markierungen, die an dem Röntgendetektor oder der Röntgenquelle befestigt sind, wobei die eine oder die mehreren optischen Kameras dazu konfiguriert sind, um mindestens ein fotografisches Bild von einem oder mehreren entsprechenden optischen Markern zu erfassen, wenn jedes Röntgenbild des Objekts erfasst wird; und ein Bildverarbeitungssystem, das konfiguriert ist, um für jedes 2D-Projektionsbild Positionen der Röntgenquelle relativ zum Röntgendetektor basierend auf dem mindestens einen fotografischen Bild des einen oder der mehreren Marker zu berechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Computertomographieanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung zu schaffen, mit denen insbesondere ein Prüfobjekt flexibel erfasst werden kann sowie eine hohe Rekonstruktionsqualität erreicht werden kann und, darüber hinaus, insbesondere ein Bedarf an Bauraum möglichst gering ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Computertomographieanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, eine Computertomographieanordnung zu schaffen, die eine erste und eine zweite Positioniereinrichtung mit jeweils mindestens zwei Translationsachsen und mit jeweils mindestens einer Rotationsachse umfassen. Ferner umfasst die Computertomographieanordnung mindestens eine Posenerfassungseinrichtung. Zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern aus Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen werden eine Röntgenquelle und ein Röntgendetektor mittels der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung entlang von, insbesondere vorgegebenen, Quell- und Detektortrajektorien angeordnet. Die Posenerfassungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild jeweils eine Quellpose und eine Detektorpose zu erfassen und/oder zu bestimmen. Eine Rekonstruktion eines, insbesondere dreidimensionalen, Objektvolumens (welches auch als Volumenmodell bezeichnet werden kann) aus den erfassten Durchstrahlungsbildern erfolgt unter Berücksichtigung der jeweils erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen. Für jedes erfasste Durchstrahlungsbild lässt sich hierdurch eine Abbildungsgeometrie angeben. Dem liegt insbesondere auch der Gedanke zugrunde, dass hierbei auf eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Achsen verzichtet werden kann, wenn mittels der Posenerfassungseinrichtung beim Erfassen der Durchstrahlungsbilder jeweils eine Quellpose und eine Detektorpose relativ zum Prüfobjekt mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden kann.

Insbesondere wird eine Computertomographieanordnung geschaffen, umfassend eine Röntgenquelle, einen Röntgendetektor, eine erste Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse, eine zweite Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse, mindestens eine Posenerfassungseinrichtung, und eine Steuereinrichtung, wobei die Röntgenquelle an der ersten Positioniereinrichtung derart angeordnet ist, dass die Röntgenquelle mittels der ersten Positioniereinrichtung entlang der mindestens zwei Translationsachsen bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse gedreht werden kann, und wobei der Röntgendetektor an der zweiten Positioniereinrichtung derart angeordnet ist, dass der Röntgendetektor mittels der zweiten Positioniereinrichtung entlang der mindestens zwei Translationsachsen bewegt und um die mindestens eine Rotationsachse gedreht werden kann, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Quellposen der Röntgenquelle relativ zu einem Prüfobjekt und Detektorposen des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt zu erfassen und/oder zu bestimmen, wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung mindestens einen Trackingsensor aufweist, wobei der mindestens eine Trackingsensor dazu eingerichtet ist, auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker zu erfassen und wobei die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen auszuwerten, wobei die Steuereinrichtung dazu Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 eingerichtet ist, zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern des Prüfobjekts die Röntgenquelle durch Ansteuern der ersten Positioniereinrichtung entlang einer Quelltrajektorie anzuordnen und den Röntgendetektor durch Ansteuern der zweiten Positioniereinrichtung entlang einer Detektortrajektorie anzuordnen, und die jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen beim Rekonstruieren eines Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern zu berücksichtigen.

Ferner wird insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Computertomographieanordnung zur Verfügung gestellt, wobei eine Röntgenquelle mittels einer ersten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse entlang einer Quelltrajektorie angeordnet wird, wobei ein Röntgendetektor mittels einer zweiten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse entlang einer Detektortrajektorie angeordnet wird, wobei zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild eines Prüfobjekts jeweils eine Quellpose der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt und jeweils eine Detektorpose des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt mittels mindestens einer Posenerfassungseinrichtung erfasst und/oder bestimmt werden, wobei hierzu auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker mittels mindestens eines Trackingsensors der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen mittels der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung ausgewertet werden, und wobei die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei ein Rekonstruieren eines Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern unter Berücksichtigung der jeweils zu jedem erfassten Durchstrahlungsbild erfassten und/oder bestimmten Quellpose und der jeweils erfassten und/oder bestimmten Detektorpose durchgeführt wird.

Ein Vorteil der Computertomographieanordnung und des Verfahrens ist, dass eine geringe Positioniergenauigkeit (z.B. mehrere Millimeter bis Zentimeter bzw. einige Grad) der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung beim Rekonstruieren des Objektvolumens aus den erfassten Durchstrahlungsbildern nicht mehr zu Einbußen bei der Qualität des rekonstruierten Objektvolumens wie bei Industrierobotern führt, da die erfassten und/oder bestimmten Quellposen und Detektorposen der Rekonstruktion, Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 insbesondere zum Bestimmen einer jeweiligen Abbildungsgeometrie zwischen Röntgenquelle, Prüfobjekt und Röntgendetektor, zugrunde gelegt werden können. Die Qualität der Rekonstruktion kann hierdurch verbessert werden.

Ein weiterer Vorteil der Computertomographieanordnung und des Verfahrens ist, dass insbesondere ein benötigter Bauraum reduziert werden kann, da die mindestens zwei Translationsachsen und die mindestens eine Rotationsachse der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung äußerst kompakt und bauraumsparend ausgebildet sein können. Insbesondere die Kombination aus Translationsachsen und Rotationsachsen ist vorteilhaft gegenüber einer Verwendung von Roboterarmen, die beim Betrieb deutlich mehr Bauraum benötigen.

Die Computertomographieanordnung ist insbesondere eine

Computertomographieanordnung aus dem Bereich der industriellen Messtechnik. Ein Prüfobjekt ist insbesondere ein Werkstück.

Die erste und die zweite Positioniereinrichtung umfassen jeweils mindestens zwei Translationsachsen und mindestens eine Rotationsachse. Die Translationsachsen sind insbesondere als Linearachsen ausgebildet. Insbesondere ist eine kinematische Kette wie folgt ausgestaltet: T ranslationsachse-T ranslationsachse-Rotationsachse- Röntgenquelle/Röntgendetektor. Anders ausgedrückt kann die um die Rotationsachse dreh- oder schwenkbare Röntgenquelle (bzw. der Röntgendetektor) entlang einer der Translationsachsen verfahren werden, welche selbst zusammen mit der Rotationsachse und der Röntgenquelle (bzw. dem Röntgendetektor) entlang einer anderen der Translationsachsen verfahren werden kann. Mittels der mindestens zwei Translationsachsen und der mindestens einen Rotationsachse kann das Prüfobjekt insbesondere aus verschiedenen Richtungen mittels Röntgenstrahlung durchstrahlt werden. Ein Vorteil der Verwendung der mindestens zwei Translationsachsen zusammen mit der mindestens einen Rotationsachse ist insbesondere ein geringerer Bedarf an Bauraum.

Die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung sind innerhalb der Computertomographieanordnung insbesondere einander spiegelbildlich gegenüber angeordnet. Dies vereinfacht das Ausbilden eines Strahlengangs sowie das Anordnen des Prüfobjekts zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Insbesondere ist vorgesehen, dass die jeweiligen Translationsachsen zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweiligen Rotationsachsen zueinander orthogonal ausgerichtet sind.

Eine Pose umfasst insbesondere eine Position und eine Orientierung bzw. Ausrichtung, insbesondere in einem dreidimensionalen Koordinatensystem. Anders ausgedrückt bezeichnet eine Pose insbesondere eine räumliche Lage eines Objekts (Röntgenquelle, Röntgendetektor oder Prüfobjekt).

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung auch eine Objektpose erfasst und/oder bestimmt. Alternativ kann von einer bekannten Objektpose ausgegangen werden, die während der computertomographischen Messung konstant bleibt und zu der die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung kalibriert ist. Grundsätzlich muss eine Genauigkeit hierbei nur so groß sein, dass das Prüfobjekt oder ein zu erfassender Teilbereich des Prüfobjekts innerhalb des rekonstruierten Objektvolumens liegt (z.B. nur auf 10 mm genau).

Die mindestens eine Posenerfassungseinrichtung kann grundsätzlich nach jedem geeigneten Verfahren zum Erfassen und/oder Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose arbeiten. Beispielhaft genannte Verfahren sind: Photogrammmetrie, Lasertracking (z.B. mittels Leica AT-960), Triangulation mittels dreier Zeilenkameras (z.B. mittels Zeiss T-TRACK), Triangulation mittels (Flächen-)Kameras (z.B. Zeiss AlCell Trace) oder auch Kombinationen aus den genannten Verfahren. Bei allen Verfahren wird insbesondere angestrebt, Probleme mit Überdeckungen und „toten Winkeln“ zu vermeiden, sodass ein Erfassen und/oder Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose (und ggf. der Objektpose) zu jeder Zeit möglich ist.

Es kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die Posenerfassungseinrichtung zumindest teilweise an der Röntgenquelle und/oder dem Röntgendetektor angeordnet ist. Dies ermöglicht insbesondere eine sogenannte „inverse Navigation“ oder ein „Inside-Out- Tracking“ der Röntgenquelle und des Röntgendetektors.

Grundsätzlich können beim Bestimmen der Quellpose und der Detektorpose (und ggf. der Objektpose) Verfahren der Computer Vision, des Maschinenlernens und der Künstlichen Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Intelligenz zum Einsatz kommen. Beispielsweise können Mustererkennungsverfahren mittels trainierter Neuronaler Netze verwendet werden, um die Posen ausgehend von erfassten Sensordaten zu bestimmen.

Der mindestens eine Trackingsensor erfasst insbesondere einen Bereich, der sowohl die Röntgenquelle und das Prüfobjekt als auch den Röntgendetektor umfasst. Hierdurch kann der mindestens eine Trackingsensor zumindest einen Teil der Positionsmarker auf der Röntgenquelle und, zeitgleich, zumindest einen Teil der Positionsmarker auf dem Röntgendetektor erfassen. Durch das zeitgleiche Erfassen innerhalb desselben Erfassungsbereichs bzw. innerhalb derselben Erfassungsbereiche können die Quellpose und die Detektorpose verbessert bestimmt werden. Sind mehrere Trackingsensoren vorgesehen, so sind diese relativ zu der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor insbesondere derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass unabhängig von einer aktuellen Pose der Röntgenquelle und einer aktuellen Pose des Röntgendetektors zu jeder Zeit mindestens einer der Trackingsensoren sowohl zumindest einen Teil der Positionsmarker auf der Röntgenquelle als auch zumindest einen Teil der Positionsmarker auf dem Röntgendetektor zeitgleich erfassen kann. Die Trackingsensoren haben hierbei insbesondere unterschiedliche Erfassungsbereiche und erfassen die Röntgenquelle, das Prüfobjekt und den Röntgendetektor jeweils aus unterschiedlichen Richtungen. Anders ausgedrückt soll mindestens einer der Trackingsensoren für beliebige Quell- und Detektortrajektorien zu jedem Zeitpunkt sowohl die Röntgenquelle als auch den Röntgendetektor erfassen können. Bevorzugt soll dies sogar für mehr als einen der Trackingsensoren gelten. Der mindestens eine Trackingsensor, insbesondere die mehreren Trackingsensoren, sind hierzu insbesondere in einem vorgegebenen bzw. geeigneten Abstand zum Messbereich, in dem sich das Prüfobjekt befindet, angeordnet, sodass der Erfassungsbereich sowohl die Röntgenquelle (oder zumindest einen Teil von darauf angeordneten Positionsmarkern) als auch den Röntgendetektor (oder zumindest einen Teil von darauf angeordneten Positionsmarkern) umfasst. Ein solcher Abstand kann beispielsweise ausgehend von einem Öffnungswinkel und von einem möglichen Bewegungsbereich der Röntgenquelle und des Röntgendetektors bestimmt und/oder festgelegt werden.

Der mindestens eine Trackingsensor ist vorzugweise derart zu wählen bzw. zu konfigurieren und/oder zu betreiben, dass eine Erfassungsfrequenz mindestens so groß ist wie eine Erfassungsfrequenz des Röntgendetektors, damit eine Quellpose und eine Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Detektorpose für jedes vom Röntgendetektor erfasste Durchstrahlungsbild bestimmt werden kann. In der Praxis haben typische Röntgendetektoren Erfassungsraten von etwa 40 fps (frames per second, Bilder pro Sekunde). Der mindestens eine Trackingsensor (z.B. eine Kamera, siehe weiter unten) sollte idealerweise mindestens diese Erfassungsrate oder eine größere Erfassungsrate erreichen. Falls dies nicht der Fall ist, können die Quellpose und die Detektorpose durch Interpolation aus benachbarten Posen bestimmt werden.

Eine, insbesondere vorgegebene, Quelltrajektorie umfasst insbesondere eine Anzahl von Soll-Quellposen, in denen die Röntgenquelle innerhalb eines Koordinatensystems angeordnet und ausgerichtet werden soll. Eine solche Soll-Quellpose umfasst daher insbesondere eine dreidimensionale Position relativ zum Prüfobjekt und eine Orientierung bzw. Ausrichtung zum Prüfobjekt. Die Quelltrajektorie wird beispielsweise in Form von SOUV-Koordinaten beschrieben, das heißt in Koordinaten, die eine Quellpose und eine Detektorpose in einem Koordinatensystem des Prüfobjekts beschreiben.

Eine, insbesondere vorgegebene, Detektortrajektorie umfasst insbesondere eine Anzahl von Soll-Detektorposen, in denen der Röntgendetektor innerhalb eines Koordinatensystems angeordnet und ausgerichtet werden soll. Eine solche Soll- Detektorpose umfasst daher insbesondere eine dreidimensionale Position relativ zum Prüfobjekt und eine Orientierung bzw. Ausrichtung zum Prüfobjekt. An den jeweiligen Posen sind die Röntgenquelle und der Röntgendetektor insbesondere zueinander ausgerichtet. Die Detektortrajektorie wird beispielsweise in Form von SOUV-Koordinaten beschrieben, das heißt in Koordinaten, die eine Quellpose und eine Detektorpose in einem Koordinatensystem des Prüfobjekts beschreiben.

Die Quelltrajektorie und die Detektortrajektorie werden beispielsweise ausgehend von CAD-Daten des Prüfobjekts bestimmt und vorgegeben. Beim Bestimmen der Quelltrajektorie und der Detektortrajektorie können auch Optimierungsverfahren eingesetzt werden.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Positioniereinrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Röntgenquelle zumindest in einem Winkelbereich von 180° zuzüglich eines Öffnungswinkels (typischerweise 40°, z.B. bei der Röntgenquelle Comet MXR HP11) eines Strahlenkegels der mittels der Röntgenquelle emittierten Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Röntgenstrahlung um das Prüfobjekt herum angeordnet werden kann. Es ist insbesondere entsprechend vorgesehen, dass die zweite Positioniereinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Röntgendetektor zumindest in einem Winkelbereich von 180° zuzüglich eines Öffnungswinkels eines Strahlenkegels der mittels der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlung um das Prüfobjekt herum angeordnet werden kann, wobei die Positionen entsprechend um 180° den Positionen der ersten Positioniereinrichtung gegenüberliegen. Anders ausgedrückt soll mit den Positioniereinrichtungen zumindest ein „Short Scan“ möglich sein.

Bevorzugt umfassen die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung jeweils drei Translationsachsen und jeweils zwei Rotationsachsen. Hierdurch können beliebige Quell- und Detektortrajektorien ermöglicht werden. Die kinematische Kette ist hierbei insbesondere: T ranslationsachse-T ranslationsachse-T ranslationsachse- Rotationsachse-Rotationsachse-Röntgenquelle/Röntgendetekto r. Grundsätzlich sind aber auch andere kinematische Ketten möglich. Es können auch noch mehr Achsen vorgesehen sein, um weitere Freiheitsgrade zu gewinnen, die beispielsweise ein vorteilhaftes Umfahren von Störkonturen des Prüfobjekts ermöglichen.

Die Steuereinrichtung und die Posenerfassungseinrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung umfasst insbesondere mindestens eine Recheneinrichtung, z.B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und mindestens einen Speicher.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Positioniereinrichtung und/oder die zweite Positioniereinrichtung zusätzlich mindestens eine Teleskopachse umfassen. Hierdurch kann eine Flexibilität erhöht werden bei gleichzeitig kleinem Bedarf an Bauraum. Insbesondere umfassen sowohl die erste Positioniereinrichtung als auch die zweite Positioniereinrichtung mindestens eine Teleskopachse. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Positioniereinrichtung jeweils zwei Translationsachsen, jeweils eine Teleskopachse und jeweils eine Rotationsachse aufweisen. Eine kinematische Kette ist hierbei insbesondere wie folgt ausgebildet: Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

T ranslationsachse-T ranslationsachse-T eleskopachse-Rotationsachse- Röntgenquelle/Röntgendetektor. Besonders bevorzugt ist hierbei jeweils noch eine weitere Rotationsachse am Ende der kinematischen Ketten vorgesehen. Die mindestens eine Teleskopachse ist der Funktion nach insbesondere wie eine Translationsachse ausgebildet. Die mindestens eine Teleskopachse ist insbesondere orthogonal zu den jeweiligen Translationsachsen angeordnet.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Trackingsensor als Kamera ausgebildet ist, wobei die Positionsmarker als optische Positionsmarker ausgebildet sind. Die Positionsmarker sind hierbei insbesondere besonders gut zu erfassende, insbesondere besonders kontrastreiche, optische Muster, die auf der Röntgenquelle und auf dem Röntgendetektor angeordnet sind. Insbesondere sind jeweils mehrere Positionsmarker auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet (insbesondere jeweils mehrere Positionsmarker auf jeder Stirnseite). Die Kamera, insbesondere die mehreren Kameras, erfassen insbesondere jeweils Bereiche, die sowohl die Röntgenquelle und das Prüfobjekt als auch den Röntgendetektor umfassen. Die Kameras haben hierbei insbesondere unterschiedliche Erfassungsbereiche und Erfassen die Röntgenquelle, das Prüfobjekt und den Röntgendetektor jeweils aus unterschiedlichen Richtungen. Nach dem Erfassen der Positionsmarker werden die Positionsmarker in den erfassten Abbildungen identifiziert, beispielsweise mittels an sich bekannter Verfahren der Computer Vision und/oder der Mustererkennung und/oder des Maschinenlernens und/oder der Künstlichen Intelligenz. Mit Hilfe von bekannten (kalibrierten) Kameraposen (Position und Orientierung bzw. Ausrichtung) können dann die Quellpose und die Detektorpose bestimmt, insbesondere geschätzt, werden. Die Positionsmarker können beispielsweise passiv, das heißt, nicht aktiv leuchtende, Positionsmarker sein. Grundsätzlich können jedoch auch aktive, das heißt, aktiv leuchtende, Positionsmarker verwendet werden.

Es kann vorgesehen sein, dass während der Rekonstruktion eine Korrektur von Bewegungsunschärfe erfolgt. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, die bestimmten Quellposen und Detektorposen hinsichtlich einer Genauigkeit zu verbessern. Die Korrektur der Bewegungsunschärfe kann beispielsweise über iterative Rekonstruktionen erfolgen. In einer iterativen Rekonstruktion wird eine Fehlerfunktion definiert, die ausgehend von den Messdaten b (d.h. den erfassten Durchstrahlungsbildern), dem zu rekonstruierenden Volumen x, dem Operator für die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Bildentstehung A (z.B. Projektion gemäß der Radon-Transformation) und zusätzlichen Regularisierungstermen R(x) (die z.B. ein physikalisch sinnvolles Volumen erzwingen) derart gelöst wird, dass das Volumen x gesucht wird, was diese Fehlerfunktion minimiert: argmin(||Ax — b\\ + R(x))

Der Operator A enthält hierbei insbesondere auch eine Beschreibung der (projektiven) Abbildungsgeometrie für jedes erfasste Durchstrahlungsbild. Werden nun dessen Parameter

(= y) (z.B. eine Quellpose und eine Detektorpose) als freie Parameter der Optimierung zugelassen und werden zusätzlich die Messungen der Kameras der Posenerfassungseinrichtung als regularisierende Randbedingungen R ₂ für eingebracht, ergibt sich: argmin x,y

Die Lösung dieses Optimierungsproblems führt dann dazu, dass das Erzwingen der Konsistenz der Daten auch dazu führt, dass die bestimmten Quell- und Detektorposen y mit optimiert werden, was die Genauigkeit und eine Rekonstruktionsqualität erhöht.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Computertomographieanordnung mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung umfasst, die eingerichtet ist zum Anordnen des Prüfobjekts. Hierdurch kann eine Flexibilität beim Erfassen des Prüfobjekts weiter erhöht werden. Insbesondere kann eine Flexibilität bei der Wahl der Quell- und Detektortrajektorien hierdurch erhöht werden. Ferner kann hierdurch ein benötigter Bauraum noch weiter reduziert werden. Die Objektpositionierungseinrichtung kann beispielsweise ein Förderband umfassen, das eine Translationsbewegung des Prüfobjekts innerhalb der Computertomographieanordnung ermöglicht. Ein solches Förderband kann beim Überprüfen des Prüfobjekts auch einem An- und Abtransport des Prüfobjektes in bzw. aus der Computertomographieanordnung dienen. Ferner erlaubt eine Translationsbewegung, beispielsweise durch das Förderband, größere Prüfobjekte erfassen zu können, beispielsweise indem das Prüfobjekt abschnittsweise in einen Messbereich geschoben und erfasst wird. Ferner kann die Objektpositioniereinrichtung zusätzlich oder alternativ auch einen Drehtisch oder einen Dreh-Kipptisch umfassen, auf Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 dem das Prüfobjekt angeordnet werden kann. Grundsätzlich kann auch eine dritte Positioniereinrichtung vorgesehen sein, die mindestens zwei Translationsachsen und mindestens eine Rotationsachse aufweist, mit der das Prüfobjekt innerhalb der Computertomographieanordnung zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass das Objekt mittels der Objektpositionierungseinrichtung aktiv in Kombination mit den Positioniereinrichtungen bewegt wird, um insbesondere Bewegungen der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors zu minimieren. Zum Beispiel kann das Objekt mittels eines Drehtisches gedreht werden, sodass in der Folge mittels der Positioniereinrichtungen in einer Drehrichtung des Drehtisches nicht mehr um das Objekt herumgefahren werden muss, sondern nur eine hierzu orthogonale Drehung bzw. Bewegung ausgeführt werden muss.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle und den Röntgendetektor synchronisiert zueinander entlang der Quelltrajektorie und der Detektortrajektorie anzuordnen. Ein synchronisiertes Anordnen soll hierbei insbesondere bedeuten, dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor vor jedem Erfassen eines Durchstrahlungsbildes in die jeweils aktuelle Lage auf der jeweiligen Trajektorie gebracht werden, bevor ein Durchstrahlungsbild erfasst wird. Insbesondere werden die Trajektorien hierbei mit der gleichen Zeitbasis abgefahren. Hierdurch kann der Erfassungsvorgang verbessert werden, da beim Erfassen erreicht werden kann, dass die Röntgenquelle und der Röntgendetektor in den jeweiligen Lagen ruhen und während des Erfassens nicht bewegt werden. Hierdurch können ferner das Erfassen und/oder Bestimmen der jeweiligen Pose verbessert werden. Im Ergebnis kann hierdurch insbesondere die Qualität der Rekonstruktion verbessert werden.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle und den Röntgendetektor durch Ansteuern entlang einer Quelltrajektorie und einer Detektortrajektorie anzuordnen, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. Hierdurch kann das Erfassen verbessert werden, sodass eine Qualität der erfassten Durchstrahlungsbilder und ein hieraus rekonstruiertes Objektvolumen verbessert ist. Das Optimieren kann beispielsweise ebenfalls mittels der Steuereinrichtung erfolgen. Zum Optimieren können beispielsweise Computer Aided Design-(CAD)-Daten und/oder StereoLithographie / Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Standard Triangulation/Tesselation Language-(STL)-Daten und/oder Volumendaten des Prüfobjekts ausgewertet werden. Als Optimierungskriterium kann beispielsweise mindestens eines der folgenden verwendet werden:

- Minimierung einer materialabhängigen Durchstrahlungslänge,

- Optimierung bezüglich durchstrahlter Flächen (Tuy-Smith-Bedingung),

- Vermeidung von Kollisionen,

- Optimierung auf möglichst kurze Wege,

- Optimierung auf möglichst kurze Verfahrzeiten.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Achsen der ersten Positioniereinrichtung und/oder der zweiten Positioniereinrichtung dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal zumindest zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors zu erzeugen. Hierdurch kann zumindest für eine ausgezeichnete Achsposition ein Auslösesignal (Trigger) erzeugt und bereitgestellt werden, mit dem das Erfassen eines Durchstrahlungsbildes gezielt ausgelöst werden kann. Dies ermöglicht ein gezieltes Erfassen von Durchstrahlungsbildern an immer derselben Achsposition, wodurch ein reproduzierbares Erfassen bei immer der gleichen Achsposition ermöglicht wird. Bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten kann dies von Vorteil sein, beispielsweise bei einer Streustrahlenkorrektur.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung jeweils derart anzusteuern, dass das Prüfobjekt entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien und Detektortrajektorien vollständig erfasst wird. Insbesondere sollen sich die mindestens zwei Quelltrajektorien und die mindestens zwei Detektortrajektorien ausreichend voneinander unterscheiden. Hierdurch kann erreicht werden, dass aufgrund einer Form und/oder von Werkstoffeigenschaften nur schwer oder suboptimal durchstrahlbare Bereiche des Prüfobjekts aus mehreren Richtungen durchstrahlt werden können. Hierdurch werden beim Rekonstruieren auftretende Artefakte, die dieselbe Ursache haben, an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Objektvolumens angeordnet sein (z.B. an einem Ort A für ein erstes Trajektorienpaar aus Quell- und Detektortrajektorie und an einem Ort B für ein zweiten Trajektorienpaar aus Quell- und Detektortrajektorie). Es kann dann beispielsweise vorgesehen sein, mindestens zwei Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 getrennte Rekonstruktionen durchzuführen und von jeder nur den jeweils qualitativ hochwertigeren Teil zu verwenden. Als Qualitätsmaß kann beispielsweise eine gesamte Durchstrahlungslänge verwendet werden, die aus den Durchstrahlungsbildern abgeleitet werden kann. Alternativ oder zusätzlich können auch volumenbasierte Qualitätskennzahlen verwendet werden, wie beispielsweise eine lokale Entropie, ein Signal-zu-Rauschverhältnis und/oder eine lokale Variation von rekonstruierten Grauwerten. Auch eine ungefilterte Rückprojektion kann als volumenbasierte Qualitätskennzahl verwendet werden. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, eine gemeinsame Rekonstruktion (z.B. eine iterative Rekonstruktion) durchzuführen, worin über eine zu optimierende Fehlerfunktion automatisch die jeweils qualitativ hochwertigeren Bereiche priorisiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei einer Verwendung von jeweils mindestens zwei Trajektorien Abschnitte der Trajektorien, bei denen eine Durchstrahlungslänge durch das Prüfobjekt und/oder eine Abschwächung in zugehörigen Durchstrahlungsbildern einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, beim Rekonstruieren nicht berücksichtigt werden.

Weitere Merkmale zur Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen der Computertomographieanordnung. Die Vorteile des Verfahrens sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen der Computertomographieanordnung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung;

Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Computertomographieanordnung. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Computertomographieanordnung 1 gezeigt. Die Computertomographieanordnung 1 umfasst eine Röntgenquelle 2, einen Röntgendetektor 3, eine erste Positioniereinrichtung 4 mit zwei, insbesondere orthogonal zueinander angeordneten, Translationsachsen 4-1, 4-2 und zwei, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichteten, Rotationsachsen 4-3, 4-4, eine zweite Positioniereinrichtung 5 mit zwei, insbesondere orthogonal zueinander angeordneten, Translationsachsen 5-1, 5-2 und zwei, insbesondere orthogonal zueinander ausgerichteten, Rotationsachsen 5-3, 5-4, eine Posenerfassungseinrichtung 6, und eine Steuereinrichtung 7. Ferner umfasst die erste Positioniereinrichtung 4 eine, insbesondere zu den Translationsachsen 4-1, 4-2 orthogonal angeordnete, Teleskopachse 4-5. Auch die zweite Positioniereinrichtung 5 umfasst eine, insbesondere zu den Translationsachsen 5-1, 5-2 orthogonal angeordnete, Teleskopachse 5-5. Grundsätzlich können weitere Translations- und Rotationsachsen vorgesehen sein.

Die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5 sind einander gegenüber angeordnet, wobei ein zu erfassendes Prüfobjekt 10 zwischen der ersten Positioniereinrichtung 4 und der zweiten Positioniereinrichtung 5 in einem Messbereich 11 angeordnet ist oder angeordnet wird. Mittels der ersten Positioniereinrichtung 4 kann die Röntgenquelle 2 in einer nahezu beliebigen Lage um das Prüfobjekt 10 herum angeordnet werden. Jede Achse 4-x stellt einen Freiheitsgrad bereit, wobei die Röntgenquelle 2 mittels der Translationsachsen 4-1, 4-2 und der Teleskopachse 4-5 in alle drei Raumrichtungen bewegt werden kann. Zusätzlich kann die Röntgenquelle 2 um die Rotationsachsen 4-3, 4-4 herumgeschwenkt werden, sodass die Röntgenquelle 2 ausgerichtet werden kann, wodurch eine Richtung der emittierten Röntgenstrahlung 2-1 (d.h. des Röntgenstrahlenkegels) eingestellt werden kann. Lediglich eine der ersten Positioniereinrichtung 4 abgewandte Seite des Prüfobjektes 10 kann in der Regel nur unvollständig erreicht werden. Sind weitere Freiheitsgrade vorgesehen, so kann jedoch auch dies ermöglicht werden. Das Bewegen der Röntgenquelle 2 entlang der bzw. um die Achsen 4-x erfolgt insbesondere mittels hierfür vorgesehener Aktoren (nicht gezeigt).

Insbesondere komplementär hierzu kann der Röntgendetektor 3 mittels der zweiten Positioniereinrichtung 5 in eine nahezu beliebige Lage (bzw. Pose) um das Prüfobjekt 10 herum angeordnet werden. Jede Achse 5-x stellt einen Freiheitsgrad bereit, wobei die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Röntgenquelle 2 mittels der Translationsachsen 5-1, 5-2 und der Teleskopachse 5-5 in alle drei Raumrichtungen bewegt werden kann. Zusätzlich kann die Röntgenquelle 2 um die Rotationsachsen 5-3, 5-4 herumgeschwenkt werden, sodass der Röntgendetektor 3 ausgerichtet werden kann, wodurch sich insbesondere eine Ausrichtung einer aktiven Detektorfläche einstellen lässt. Lediglich eine der zweiten Positioniereinrichtung 5 abgewandte Seite des Prüfobjektes 10 kann in der Regel nur unvollständig erreicht werden. Sind weitere Freiheitsgrade vorgesehen, so kann jedoch auch dies ermöglicht werden. Das Bewegen des Röntgendetektors 3 entlang der bzw. um die Achsen 5-x erfolgt insbesondere mittels hierfür vorgesehener Aktoren (nicht gezeigt).

Die Posenerfassungseinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, Quellposen 12 der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt 10 und Detektorposen 13 des Röntgendetektors 3 relativ zum Prüfobjekt 10 zu erfassen und/oder zu bestimmen. Hierzu wird insbesondere auch eine Objektpose bestimmt.

Es ist vorgesehen, dass die Posenerfassungseinrichtung 6 Trackingsensoren 16 aufweist, wobei die Trackingsensoren 16 dazu eingerichtet sind, auf der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 angeordnete Positionsmarker (in der Darstellung in Fig. 1 nicht gezeigt, vgl. Fig. 2) zu erfassen, wobei die Posenerfassungseinrichtung 6 dazu eingerichtet ist, die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 auszuwerten (zu tracken).

Die Posenerfassungseinrichtung 6 umfasst in der gezeigten Ausführungsform als Trackingsensoren 16 beispielhaft acht (Flächen-)Kameras 6-x, welche in Ecken eines durch die Computertomographieanordnung 1 eingenommenen Quaders angeordnet sind und welche jeweils die Röntgenquelle 2, das Prüfobjekt 10 und den Röntgendetektor 3 erfassen. Eine Ausrichtung der Kameras 6-x ist hierbei insbesondere derart, dass ein jeweiliger Erfassungsbereich 14 (hier schematisch angedeutet durch einen kleineren Quader, vgl. auch Fig. 2) auf den Messbereich 11 in der Mitte des Quaders ausgerichtet ist, wobei der jeweilige Erfassungsbereich 14 den Messbereich 11 sowie die Röntgenquelle 2, das Prüfobjekt 10 und den Röntgendetektor 3 umfasst. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest eine der Kameras 6-x, bevorzugt auch mehr als eine der Kameras 6-x, zu jedem Zeitpunkt, sowohl die Röntgenquelle 2 und das Prüfobjekt 10 als auch den Röntgendetektor 3 erfassen kann. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Als Verfahren zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 (sowie insbesondere auch der Objektpose) kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Verfahren verwendet werden, wobei die Kameras 6-x je nach Verfahren durch eine andere, geeignete Sensorik ersetzt werden können: Photogrammmetrie, Lasertracking (z.B. mittels Leica AT-960), Triangulation mittels dreier Zeilenkameras (z.B. mittels Zeiss T-TRACK), Triangulation mittels (Flächen-)Kameras (z.B. Zeiss AlCell Trace) oder auch Kombinationen aus den genannten Verfahren. Insbesondere werden hierzu einzelne Punkte bzw. Positionen auf den Trajektorien nacheinander abgefahren.

Die Steuereinrichtung 7 kann einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung 7 umfasst insbesondere mindestens eine Recheneinrichtung (nicht gezeigt), z.B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und mindestens einen Speicher (nicht gezeigt).

Die Steuereinrichtung 7 steuert die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5. Die Steuereinrichtung 7 steuert ferner das Erfassen von Durchstrahlungsbildern 20 mittels des Röntgendetektors 3. Signalverbindungen zwischen der Steuereinrichtung 7 und der ersten Positioniereinrichtung 4, der zweiten Positioniereinrichtung 5, der Röntgenquelle 2, dem Röntgendetektor 3 und der Posenerfassungseinrichtung 6 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellt.

Die Steuereinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, zum Erfassen von Durchstrahlungsbildern 20 des Prüfobjekts 10 die Röntgenquelle 2 durch Ansteuern der ersten Positioniereinrichtung 4 entlang einer Quelltrajektorie 30 anzuordnen und den Röntgendetektor 3 durch Ansteuern der zweiten Positioniereinrichtung 5 entlang einer Detektortrajektorie 31 anzuordnen.

Ferner ist die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet, die jeweils bestimmten Quellposen 12 und Detektorposen 13 beim Rekonstruieren eines, insbesondere Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 dreidimensionalen, Objektvolumens 40 aus den erfassten Durchstrahlungsbildern 20 zu berücksichtigen.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Computertomographieanordnung 1 , welche im Wesentlichen einer Seitenansicht der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 entspricht. Gezeigt sind die Positionsmarker 17, die zum Bestimmen der Quellposen 12 und der Detektorposen 13 ausgewertet (getrackt) werden. Verdeutlicht ist auch ein Messbereich 11, der für die computertomographische Messung genutzt werden kann, sowie ein Erfassungsbereich 14 der Trackingsensoren 16. Der Erfassungsbereich 14 umfasst hierbei den Messbereich 11. Grundsätzlich können der Erfassungsbereich 14 bzw. die Erfassungsbereiche 14, sofern die Trackingsensoren 16 unterschiedliche Erfassungsbereiche 14 aufweisen, und der Messbereich 11 auch anders dimensioniert sein.

Insbesondere umfasst die Posenerfassungseinrichtung 6 acht Trackingsensoren 16 (nur vier davon sind in dieser Darstellung gezeigt, vgl. auch Fig. 1), welche im gezeigten Beispiel als Kameras 6-1, 6-3, 6-5, 6-7 ausgebildet sind. Die Positionsmarker 17 sind insbesondere optische Positionsmarker 17 und umfassen jeweils ein geometrisches Muster. Das geometrische Muster bildet insbesondere eine Kodierung aus, mit der jeder Positionsmarker 17 eindeutig identifiziert werden kann. Die Kameras 6-x erfassen Abbildungen des Erfassungsbereichs 14, in dem die Positionsmarker 17 enthalten sind. Mittels Verfahren der Computer Vision und/oder der Mustererkennung und/oder des Maschinenlernens und/oder der Künstlichen Intelligenz können die Positionsmarker 17 über die Muster bzw. über die jeweilige Kodierung erkannt werden. Hierüber wird die (aktuelle) Quellpose 12 und die (aktuelle) Detektorpose 13 bestimmt.

Insbesondere ist vorgesehen, die Positionsmarker 17 in größerer Anzahl auf der Röntgenquelle 2 und dem Röntgendetektor 3 anzuordnen. Beispielsweise sind diese auf allen (sechs) Stirnflächen der Röntgenquelle 2 und des Röntgendetektors 3 angeordnet (z.B. insgesamt 12 bis 20 Stück). In der Regel werden von den Trackingsensoren 16 bzw. von den Kameras 6-x nie alle Positionsmarker 17 gleichzeitig erfasst. Zum Bestimmen einer Position eines Positionsmarkers 17 ist es jedoch bereits ausreichend, wenn der Positionsmarker 17 von mindestens zwei (zueinander kalibrierten) Kameras 6-x gleichzeitig erfasst wird. Wird der Positionsmarker 17 von weiteren Kameras 6-x erfasst, Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 so erhöht dies die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Wenn mindestens drei auf der Röntgenquelle 2 oder dem Röntgendetektor 3 angeordnete Positionsmarker 17 erfasst werden, kann hieraus die Quellpose bzw. die Detektorpose bestimmt werden, da durch die Kodierung der Positionsmarker 17 (und eine vorherige Kalibrierung der Kameras 6-x zueinander) bestimmt werden kann, welche Positionsmarker 17 erfasst wurden. Die jeweilige Pose wird ausgehend von einer Anordnung der identifizierten Positionsmarker 17 bestimmt.

Es wird hierbei insbesondere davon ausgegangen, dass das Prüfobjekt während der gesamten Messung ruht und seine Objektpose nicht verändert. Es kann jedoch vorgesehen sein, auf die gleiche Weise auch eine Objektpose zu erfassen und/oder zu bestimmen. Dies kann entweder ebenfalls mittels an dem Prüfobjekt angeordneten Positionsmarkern 17 und/oder mittels einer sonstigen Mustererkennung am Prüfobjekt erfolgen.

Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform kann insbesondere auch zum Kalibrieren der Trackingsensoren 16 bzw. Kameras 6-x eingesetzt werden. Optische Positionsbestimmungsverfahren benötigen typischerweise eine Kalibrierung. Dies kann beispielsweise bei der Triangulation mit zwei oder mehr (Flächen-)Kameras 6-x (Photogrammmetrie) dadurch erfolgen, dass ein oder mehrere unkalibrierte, aber ortsfeste, rigide Objekte, bestehend aus mehreren zu verfolgenden Positionsmarker 17, in verschiedenen Positionen der Achsen 4-x, 5-x verfolgt werden. In der gezeigten Fig. 2 sind die zwei rigiden Objekte die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3, welche jeweils mit mehreren Positionsmarkern 17 beklebt sind. Typischerweise wird die Kalibrierung einmalig mit einer langen Referenzfahrt entlang aller Achsen 4-x, 5-x durchgeführt und aus allen erfassten Abbildungen der Kameras 6-x kann im Anschluss ein Geometriemodell der Positionsmarker 17 auf dem rigiden Objekt, der jeweiligen Posen der rigiden Objekte im Raum und der Posen der verschiedenen Kameras 6-x berechnet werden. Hierbei ist die einzige Anforderung, dass sich die Positionsmarker 17 innerhalb eines rigiden Objekts nicht bewegt haben. Das sich hieraus ergebende Geometriemodell ist bis auf einen Skalierungsfaktor eine eindeutige Beschreibung, z.B. der jeweiligen Posen der Kameras 6-x. Der Skalierungsfaktor muss einmalig bestimmt werden. Dies kann beispielsweise durch bekannte Abstände innerhalb des rigiden Objekts oder durch das Vermessen eines zusätzlichen Maßstabs erfolgen. Typischerweise wird eine komplette Kalibrierung nur selten durchgeführt (insbesondere nicht während des Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Erfassens von Durchstrahlungsbildern). Anschließend wird beim Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen angenommen, dass sich die Kameras 6-x nicht mehr bewegt haben.

In der in der Fig. 2 verdeutlichten Ausführungsform der Computertomographieanordnung ist insbesondere vorgesehen, dass die Kalibrierung auch während des Erfassens der Durchstrahlungsbilder parallel mitläuft. Dies hat den Vorteil, dass langfristige Änderungen der Abbildungsgeometrie (z.B. temperaturbedingte Positionsänderungen der Kameras 6-x im Raum) kompensiert werden können, da über die Dauer einer computertomographischen Messung die rigiden Objekte (Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3) in guter Näherung keine geometrischen Änderungen erfahren. Dies ist dadurch ermöglicht, dass durch das Bekleben von Röntgenquelle 2 und Röntgendetektor 3 der „Kalibrierkörper“ des Posenbestimmungsverfahrens immer im System vorhanden und sichtbar ist. Der verfahrensbedingt unbekannte Skalierungsfaktor kann in guter Näherung als konstant angesehen werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, eine oder mehrere kalibrierte und sehr temperaturstabile Objekte (z.B. einen Stab aus Invar [nicht gezeigt] mit mehreren Positionsmarkern 17) zusätzlich im System zu verbauen, welche zum Bestimmen des Skalierungsfaktors dienen.

Ein Vorteil der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist, dass passive (d.h. nicht selbst leuchtende) Positionsmarker 17 verwendet werden können (z.B. bei der Photogrammmetrie), bei der die Positionsmarker 17 direkt auf die zu verfolgenden rigiden Objekte geklebt werden können. Insbesondere können die Positionsmarker 17 auch direkt auf eine aktive Fläche des Röntgendetektors 3 geklebt sein, da die Positionsmarker 17 typischerweise aus einem röntgentransparentem Material bestehen und bei der Kalibrierung des Röntgendetektors 3 (insbesondere bei einer „Flatfield-Korrektur“) einfach korrigiert werden können, sodass diese keinen störenden Einfluss bei der Rekonstruktion haben.

Es kann vorgesehen sein, dass die Computertomographieanordnung 1 (Fig. 1) mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung 8 umfasst, die zum Anordnen des Prüfobjekts 10 eingerichtet ist. In der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Objektpositionierungseinrichtung 8 beispielsweise ein Förderband 8-1, auf dem das Prüfobjekt 10 in den Messbereich 11 hineingefahren und wieder aus diesem hinausgefahren werden kann. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 (Fig. 1) ferner dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle 2 und den Röntgendetektor 3 synchronisiert zueinander entlang der Quelltrajektorie 30 und der Detektortrajektorie 31 anzuordnen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle 2 und den Röntgendetektor 3 durch Ansteuern entlang einer Quelltrajektorie 30 und einer Detektortrajektorie 31 anzuordnen, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden. Das Optimieren kann beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 7 erfolgen.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der Achsen 4-x, 5-x der ersten Positioniereinrichtung 4 und/oder der zweiten Positioniereinrichtung 5 dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal 19 zumindest zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors 3 zu erzeugen. Beispielsweise kann das Auslösesignal mittels einer hierfür eingerichteten Sensorik 9 an der jeweiligen Achse 4-x, 5-x erzeugt und bereitgestellt werden, wobei die Steuereinrichtung 7 das Auslösesignal 19 auswertet und den Röntgendetektor 3 derart ansteuert, dass dieser ein Durchstrahlungsbild 20 erfasst.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 7 dazu eingerichtet ist, die erste Positioniereinrichtung 4 und die zweite Positioniereinrichtung 5 jeweils derart anzusteuern, dass das Prüfobjekt 10 entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien 30 und Detektortrajektorien 31 vollständig erfasst wird. Zwei Quelltrajektorien 30 und zwei Detektortrajektorien 31 sind beispielhaft in der Fig. 3 zur Verdeutlichung auf einer Kugeloberfläche 32 gezeigt, wobei das Prüfobjekt 10 im Mittelpunkt der Kugeloberfläche 32 angeordnet ist. Hierbei ist zu beachten, dass die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 in dem gezeigten Beispiel stets einander gegenüberstehen und daher die jeweiligen Trajektorien 30, 31 von den einzelnen Positionen bzw. Posen her gleich sind, wobei die Posen jeweils um einen Winkel von 180° entlang der Trajektorien 30, 31 versetzt sind.

In der Fig. 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Computertomographieanordnung gezeigt. Die Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Computertomographieanordnung ist beispielsweise wie die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ausgebildet.

In einer Maßnahme 100a wird eine Röntgenquelle mittels einer ersten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse in einer aktuellen Sollpose entlang einer vorgegebenen Quelltrajektorie angeordnet. Hierzu wird die erste Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert (oder geregelt).

In einer Maßnahme 100b wird ein Röntgendetektor mittels einer zweiten Positioniereinrichtung mit mindestens zwei Translationsachsen und mindestens einer Rotationsachse in einer aktuellen Sollpose entlang einer vorgegebenen Detektortrajektorie angeordnet. Hierzu wird die zweite Positioniereinrichtung mittels einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert (oder geregelt).

In einer Maßnahme 101 wird eine Quellpose der Röntgenquelle relativ zu dem Prüfobjekt und eine Detektorpose des Röntgendetektors relativ zum Prüfobjekt mittels mindestens einer Posenerfassungseinrichtung erfasst und/oder bestimmt, wobei hierzu auf der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnete Positionsmarker mittels mindestens eines Trackingsensors der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung erfasst werden, wobei die jeweils erfassten Positionsmarker zum Bestimmen der Quellposen und der Detektorposen mittels der mindestens einen Posenerfassungseinrichtung ausgewertet werden.

In einer Maßnahme 102 wird ein Durchstrahlungsbild mittels des Röntgendetektors erfasst.

In einer Maßnahme 103 wird überprüft, ob bereits alle Punkte bzw. Sollposen auf der Quelltrajektorie und auf der Detektortrajektorie abgefahren wurden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird mit Maßnahme 100a fortgefahren.

Ist dies hingegen der Fall, so wird mit Maßnahme 104 fortgefahren. In Maßnahme 104 wird ein dreidimensionales Objektvolumen aus den erfassten Durchstrahlungsbildern unter Berücksichtigung der jeweils bestimmten Quellposen und der jeweils erfassten Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022 und/oder bestimmten Detektorposen rekonstruiert. Das rekonstruierte Objektvolumen wird anschließend bereitgestellt, insbesondere in Form eines digitalen Datenpakets.

Es kann in einer Maßnahme 100c vorgesehen sein, dass auch das Prüfobjekt mittels mindestens einer Objektpositionierungseinrichtung angeordnet wird. Beispielsweise kann zum Anordnen ein Förderband verwendet werden, um das Prüfobjekt in einen Messbereich hinein zu transportieren und aus diesem wieder abzuführen. Ferner kann die mindestens eine Objektpositionierungseinrichtung auch weitere Aktoren mit Translationsachsen und/oder Rotationsachsen aufweisen, um das Prüfobjekt anzuordnen, das heißt, insbesondere dessen Pose (Position und eine Orientierung) festzulegen.

Es kann in den Maßnahmen 100a und 100b vorgesehen sein, dass die Röntgenquelle und den Röntgendetektor mittels der Steuereinrichtung entlang einer Quelltrajektorie und einer Detektortrajektorie angeordnet werden, die unter Berücksichtigung von mindestens einem Optimierungskriterium optimiert wurden.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der Achsen der ersten Positioniereinrichtung und/oder der zweiten Positioniereinrichtung dazu eingerichtet ist, an mindestens einer ausgezeichneten Achsposition ein Auslösesignal zum Auslösen des Erfassens mittels des Röntgendetektors zu erzeugen. Das Erfassen des Durchstrahlungsbilds wird in Maßnahme 102 dann für die mindestens eine ausgezeichnete Achsposition durch das erzeugte Auslösesignal ausgelöst.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Positioniereinrichtung und die zweite Positioniereinrichtung mittels der Steuereinrichtung jeweils derart angesteuert werden, dass das Prüfobjekt entlang von jeweils mindestens zwei unterschiedlichen Quelltrajektorien und Detektortrajektorien vollständig erfasst wird. Hierzu werden beispielsweise zwei vollständige Quelltrajektorien und zwei zugehörige vollständige Detektortrajektorien vorgegeben. Die Quelltrajektorien und die zugehörigen Detektortrajektorien können dann beispielsweise nacheinander ausgeführt bzw. abgefahren werden, sodass das Prüfobjekt zweimal vollständig, jedoch aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen erfasst wird. Anmelder: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Unser Zeichen: P17.744 WO / 2021 P00230 WO 21.06.2022

Bezugszeichenliste

1 Computertomographieanordnung

2 Röntgenquelle

2-1 Röntgenstrahlung

3 Röntgendetektor

4 erste Positioniereinrichtung

4-1 , 4-2 Translationsachse 4-3, 4-4 Rotationsachse

4-5 Teleskopachse

5-1 , 5-2 Translationsachse 5-3, 5-4 Rotationsachse

5-5 Teleskopachse 6 Posenerfassungseinrichtung

6-x Kamera

7 Steuereinrichtung

8 Objektpositionierungseinrichtung

8-1 Förderband

9 Sensorik

10 Prüfobjekt 11 Messbereich 12 Quellpose

13 Detektorpose

14 Erfassungsbereich 16 Trackingsensor 17 Positionsmarker

19 Auslösesignal

20 Durchstrahlungsbild

30 Quelltrajektorie

31 Detektortrajektorie

32 Kugeloberfläche 40 Objektvolumen

100-104 Maßnahmen des Verfahrens