Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Kalibrierung von Prüfkörpern für die Röntgen-Mikrocomputertomographie mit Digitalkameratheodoliten

Die automatisierte Kalibrierung von Prüfkörpern für die Röntgen-Mikrocomputertomographie gelingt mittels berührungsloser optischer Vermessung unter Rückgriff auf Computer Vision Verfahren.
Motivation und Ziele: 

Die Mikrocomputertomographie ist eine 3D-Röntgenbildgebung. Die Methode entspricht den in Kliniken eingesetzten CT-Scans, wobei die vergleichsweise kleineren Systeme der Mikrocomputertomographie eine stark erhöhte Auflösung aufweisen. Sie stellen die interne Struktur von Objekten zerstörungsfrei als dreidimensionales Bild mit sehr feiner Auflösung dar. Zur geometrischen Kalibrierung dieser Tomographen werden Prüfkörper, sogenannte Phantoms verwendet. Die Phantoms bestehen aus einem Kunststoffträger mit daran befestigten, spiegelnden, metallischen Kugeln. Relevant sind die Raumstrecken zwischen den Kugelmittelpunkten mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich und die Rückführbarkeit auf ein international genormtes Längennormal. Die berührungslose Bestimmung der Abstände der Kugelmittelpunkte gelingt mittels Industrietheodoliten nach dem Prinzip des Vorwärtsschneidens. Die bisher händisch durchgeführten Kalibrierungen der Phantoms werden erstmals vollständig durch modulare Digitalkameratheodolite auf Basis der Motortheodoliten Leica TM5100 automatisiert durchgeführt. Mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung werden auf den spiegelnden, metallischen Kugeln gezielte Reflexionen bzw. ihr virtuelles Bild, stützend auf der geometrischen Optik, hochgenau bestimmt.
 

Aktivitäten: 

Die modularen Digitalkameratheodolite werden durch exzentrisch am Fernrohr montierte LED-Leuchten erweitert. Diese gezielte Beleuchtung der Kugeln ermöglicht eine automatische Detektion und Zentrumsbestimmung. Das händische Anzielen der Kugelmittelpunkte ist nicht notwendig. Theodolitzielungen werden mit nur einem Template für die Bildzuordnung motorisiert in beiden Fernrohrlagen vorgenommen. Ein permanentes, softwareseitiges Tracking der Strichkreuzebene ermöglicht ein kontinuierliches Beibehalten höchster Anzielgenauigkeit.

Ergebnisse: 

Das 2016 von Kira Zschiesche M.Sc. ausführlich untersuchte Verfahren der automatisierten Kalibrierung von Prüfkörpern für Mikrocomputertomographen wird erfolgreich praktisch eingesetzt. Die Reflexionen der exzentrischen LEDs können genutzt werden um die optische Achse der Theodoliten zur Kugel automatisch zu bestimmen und somit die Kugelabstände. Während die ersten Messkampagnen ab 2013 noch weitgehend händisch durchgeführt werden mussten, wird Ende 2018 das Messverfahren vollständig und erfolgreich durch eine auf Computer Vision und Bildverarbeitungsalgorithmen beruhende Strategie ersetzt.

Eckdaten

Zeitraum:     01.10.2018 - 30.11.2018
  • – Arno Heidelberg
  • – Kira Zschiesche
Kooperation:
  • – Bruker-microCT, Kontich, Belgien
Titelbild:
  • Beispiel eines Phantoms, Foto: Margaritha Vogt
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