VDI VDE 2630 Blatt 1 1-2016 Computed tomography in dimensional measurement - Fundamentals and definitions.pdf

1、ICS 01.040.19, 01.040.35, 19.100, 35.240.99 VDI/VDE-RICHTLINIEN November 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik Grundlagen und Definitionen Computed tomography in dimensional measurement Fundamen

2、tals and definitions VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as au-thoritative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-

3、Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Fertigungsmesstechnik VDI/VDE-Handbuch Fertigungsmesstechnik VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: Betriebsmittel Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internaluse

4、notpermittedFrhereAusgaben:07.09;10.14Entwurf,deutschFormereditions:07/09;10/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2

5、1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 3 2.1 Allgemeine Begriffe . 4 2.2 Strahlenquellen 9 2.3 Strahlendetektoren . 12 2.4 Aufnahmeparameter . 14 2.5 Bildrekonstruktion . 17 2.6 Artefakte 19 2.7 Dimensionelles Messen 21 Anhang A Verfahrenbeschreibung einer Computertomografie-Messung . 25 Anhang B Begrif

6、fe zur Auflsung . 26 Schrifttum 26 Benennungsindex Deutsch . 27 Benennungsindex Englisch 30 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 3 2.1 General terms and definitions 4 2.2 Radiation sources . 9 2.3 Radiation detectors 12 2.4 Scan parameters . 14 2.5 Image reconstruc

7、tion . 17 2.6 Artefacts . 19 2.7 Dimensional measuring . 21 Annex A Method description of a computed tomography measurement 25 Annex B Terms of resolution 26 Bibliography 26 Term index German . 27 Term index English 30 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC

8、1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle R

9、echte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die

10、 in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All ri

11、ghts are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www

12、vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Im Fachausschuss Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik der VDI/VDE-Gesell-schaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) erarbeiten Fachleute V

13、DI/VDE-Richtlinien. Diese beschreiben den Stand der Technik im Bereich der dimensionellen Messung mit Computertomografen im industriellen Umfeld. Es werden dabei Rah-menbedingungen und Verfahren festgelegt, die die Vergleichbarkeit und die Rckfhrbarkeit von Messungen gewhrleisten. Zur Richtlinienrei

14、he VDI/VDE 2630 sind nachfol-gende Themenblcke und Bltter geplant oder in Arbeit: Grundlagen Blatt 1.1 Grundlagen und Definitionen Blatt 1.2 Einflussgren auf das Messergebnis und Empfehlungen fr dimensionelle Computertomografie-Messungen Blatt 1.3 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 fr Koor

15、dinatenmessgerte mit CT-Sensoren Blatt 1.4 Gegenberstellung verschiedener di-mensioneller Messverfahren Unsicherheit/Prozesseignung/Kalibrierung Blatt 2.1 Bestimmung der Messunsicherheit und der Prfprozesseignung von Koordina-tenmessgerten mit CT-Sensoren An- und Abnahme Softwaresysteme Eine Liste d

16、er aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2630. Introduction Experts taking part in the technical committee Computed Tomography in Dimensional Metrolo-gy, at the VDI/VDE Society for Metrology and Automation Engineering (GMA), are drawing up VDI/VD

17、E standards. These standards describe the state of the art in the field of dimensional mea-surement using computed tomography in industrial environments. In the process outline conditions and methods are established that ensure the compa-rability and traceability of measurements. The following thema

18、tic blocks and parts associated with the series of standards VDI/VDE 2630 are planned or currently in preparation: Fundamentals Part 1.1 Fundamentals and definitions Part 1.2 Influencing variables on measurement results and recommendations for com-puted-tomography dimensional meas-urements Part 1.3

19、Guideline for the application of DIN EN ISO 10360 for coordinate measur-ing machines with CT-sensors Part 1.4 Measurement procedure and compara-bility Uncertainty/process suitability/calibration Part 2.1 Determination of the uncertainty of measurement and the test process suita-bility of coordinate

20、measurement sys-tems with CT sensors Acceptance and certification Software systems A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2630. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST Beuth

21、StandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 3 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt Grundlagen und defi-niert Begriffe, die fr den Einsatz von Computer-tomografen zur dimensionellen Messung im in-

22、dustriellen Umfeld bentigt werden. Sie regelt eine einheitliche Ausdrucksweise auch im berbetrieb-lichen Umfeld. 1 Scope This standard describes the fundamentals and de-fines terms needed when using computed tomogra-phy for dimensional measurements in industrial environments. It regulates a uniform

23、terminology, including in the industry-wide environment. 2 Begriffe Es werden Begriffe definiert, die ein Computerto-mografiesystem (CT-System) kennzeichnen. Eine Zuordnung erfolgt entsprechend Bild 1. Die beschriebenen Begriffe sind zur einfachen Zuordnung in nachfolgende Themenbereiche und Unterab

24、schnitte gegliedert: allgemeine Begriffe ionisierende Strahlung Verfahren Kontrast Auflsung 2 Terms and definitions Terms that characterise a computed tomography system (CT system) are defined. The classification follows the scheme shown in Figure 1. The described terms and definitions are broken do

25、wn into the following topics and subsections for simple classification: general terms and definitions ionising radiation methods contrast resolution Bild 1. Prinzipbild einer CT-Anlage 1 Strahlenquelle 2 Rotationsachse 3 Hhenverstellung 4 Translationsachse 5 Abstand Strahlenquelle Drehmittelpunkt 6

26、Abstand Quelle Detektor 7 Detektor 8 Szintillatordicke 9 Pixelhhe 10 Pixelbreite Figure 1. Schematic diagram of a CT system 1 radiation source 2 rotational axis 3 vertical axis 4 translation axis 5 source-to-object distance 6 source-to-detector distance 7 detector 8 thickness of scintillator 9 heigh

27、t of a pixel 10 width of a pixel B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Strahlenquellen Arte

28、n Bestandteile Eigenschaften und Messgren Strahlendetektoren Arten Bestandteile Eigenschaften und Messgren Aufnahmeparameter Anlagengeometrie Abtastgeometrie Bildrekonstruktion Artefakte Auswertung und dimensionelles Messen radiation sources types components properties and dimensions ray detectors t

29、ypes components properties and dimensions recording parameters system geometry sampling geometry image reconstruction artefacts analysis and dimensional measurements 2.1 Allgemeine Begriffe 2.1.1 Ionisierende Strahlung 2.1.1.1 Absorption Prozess, bei dem die einfallenden Photonen hin-sichtlich ihrer

30、 Zahl verringert werden, wenn sie Materie durchdringen 2.1.1.2 Bremsstrahlung Rntgenstrahlung (2.1.1.7), die durch Wechselwir-kung geladener Teilchen im coulombschen Feld von Atomkernen entsteht 2.1.1.3 Charakteristische Strahlung (Eigenstrahlung, Fluoreszenzstrahlung) Rntgenstrahlung (2.1.1.7), die

31、 in der Atomhlle entsteht, wenn Atome, die in einer inneren Elek-tronenschale angeregt sind, in einen Zustand klei-nerer Energie bergehen 2.1.1.4 CT-Zahl (Computertomografie-Zahl, Hounsfield-Zahl) Zahl, die zur Darstellung der mit jedem elemen-taren Bereich (Voxel, 2.1.4.17) des CT-Bilds ver-bundene

32、n mittleren Rntgenstrahlenschwchung verwendet wird Anmerkung: Die CT-Zahl wird im medizinischen Bereich in Hounsfield-Einheiten (2.1.1.7) angegeben. 2.1.1.5 Emission Prozess, bei dem Teilchen (Photonen, Elektronen, Positronen usw.) ausgesendet werden 2.1.1.6 Gammastrahlung ionisierende elektromagnet

33、ische Strahlung, welche als Folge radioaktiver Kernumwandlungen (Abga- 2.1 General terms and definitions 2.1.1 Ionising radiation 2.1.1.1 Absorption process in which the incident photons are reduced in number when they penetrate matter 2.1.1.2 Bremsstrahlung X-rays (2.1.1.7) created by the interacti

34、on of charged particles in the electrostatic field of the atom nucleus 2.1.1.3 Fluorescent X-radiation X-rays (2.1.1.7) created in the atoms shell when atoms that are excited in an inner electron shell change to a state of lower energy 2.1.1.4 CT number (computed tomography number, Hounsfield number

35、) number used to describe the mean X-ray attenua-tion associated with each elementary region (voxel, 2.1.4.17) of the CT image Note: The CT number is for medical applications quoted in Hounsfield units (2.1.1.7). 2.1.1.5 Emission process in which particles (photons, electrons, positrons, etc.) are e

36、mitted 2.1.1.6 Gamma rays ionizing electromagnetic radiation resulting from radioactive nuclear conversion processes (emission B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher

37、 Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 5 be der Anregungsenergie des Tochternuklids) oder bei der Paarvernichtung entsteht Anmerkung: Das Spektrum der von Atomkernen emittierten Gammastrahlen ist ein Linienspektrum mit Photonenenergien, die fr das betreffende Nuklid chara

38、kteristisch sind. 2.1.1.7 Hounsfield-Einheit auf den Schwchungskoeffizienten von Wasser bezogene Einheit der CT-Zahl (2.1.1.4): CT-ZahlMaterial= 1000 (Material Wasser)/Wasser Dabei ist Absorption 2.1.1.8 Linearer Schwchungskoeffizient () Materialeigenschaft, die durch den Exponenten in der Gleichung

39、 I = I0 exbeschrieben wird Dabei ist I Intensitt I0Anfangsintensitt x durchstrahlte Weglnge im Material in Strahlrichtung Anmerkung: Der lineare Schwchungskoeffizient ist abhn-gig von der Wellenlnge der Strahlung. 2.1.1.9 Massenschwchungskoeffizient linearer Schwchungskoeffizient , dividiert durch d

40、ie mittlere Dichte (/) 2.1.1.10 Rntgenstrahlung ionisierende, elektromagnetische Strahlung im Energiespektrum oberhalb des ultravioletten Lichts 2.1.1.11 Schwchung Verringerung der Strahlenintensitt in einem Me-dium durch Energieumwandlung innerhalb des Mediums 2.1.1.12 Streustrahlung durch ein durc

41、hstrahltes Objekt elastisch oder inelastisch gestreute Strahlung 2.1.1.13 Synchrotronstrahlung elektromagnetische Strahlung, die tangential zur Bewegungsrichtung von geladenen, relativistischen Teilchen (blicherweise Elektronen oder Positro-nen) austreten, wenn sie durch ein Magnetfeld abgelenkt wer

42、den of the excitation energy of the daughter-nuclide) or from pair annihilation Note: The spectrum of the gamma rays emitted by atomic nuclei is a line spectrum with photon energies that are charac-teristic of the nuclide involved. 2.1.1.7 Hounsfield unit (HU) a unit of the CT number (2.1.1.4) relat

43、ed to the attenuation coefficient of water: CT numberMaterial= 1000 (Material Water)/Waterwhere absorption 2.1.1.8 Linear attenuation coefficient () material property described by the exponent, , in the equation I = I0 exwhere I intensity I0initial intensity x path length in the material irradiated

44、in beam direction Note: The linear attenuation coefficient is dependent on the wavelength of the radiation. 2.1.1.9 Mass absorption coefficient linear attenuation coefficient, , divided by the averaged density, (/) 2.1.1.10 X-rays ionizing, electromagnetic radiation with energies above ultraviolet r

45、adiation 2.1.1.11 Attenuation decrease in radiation intensity in a medium as a result of energy conversion within the medium 2.1.1.12 Scattered radiation radiation scattered elastically or non-elastically by the irradiated object 2.1.1.13 Synchrotron radiation electromagnetic radiation that exit tan

46、gentially to the direction of motion of charged relativistic par-ticles (usually electrons or positrons) when they are deflected by a magnetic field 2.1.2 Verfahren 2.1.2.1 Absorptionskontrasttomografie Tomografie, die auf der Abbildung von Absorp-tionsunterschieden im Objekt beruht 2.1.2 Methods 2.

47、1.2.1 Absorption contrast tomography tomography that relies on the imaging of absorp-tion differences in the object B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 6 VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 / Part 1.1 Alle Recht

48、e vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 2.1.2.2 Axiale Computertomografie (Computerised Axial Tomography, CAT) Technik, bei der ein Bild eines Details in einer gewhlten Ebene, senkrecht zur Achse des Probe-krpers, aus einer groen Zahl von Rntgenstrahl-absorptionsmessungen bere

49、chnet wird, die aus vielen Richtungen senkrecht zu derselben Achse durchgefhrt wurden 2.1.2.3 Computertomografie (CT) bildgebendes Verfahren, bei dem das Objekt unter verschiedenen Richtungen durchstrahlt wird und mittels mathematischer Algorithmen die Vertei-lung der fr das spezifische tomografische Verfah-ren charakteristischen Materialeigenschaften des Objekts im Volumen bestim