X射线计算机断层扫描测量的不确定性模拟检测

X射线计算机断层扫描测量的不确定性模拟检测

总结
在评估的质量的测量结果和测量结果的比较,特别是不同的工具,来确定结果的可信性的关键参数的不确定性。测量不确定度的测定是专为复杂的光学方法,如X射线计算机断层扫描 - 难,因为在测量过程中不能被描述分析。因此,仿真已经开发出来,允许,模拟和真实数据的基础上,借助各种复杂的模型偏差,特定任务的测量不确定度的估计。第一结果确认在此过程中的基本操作。因为直接的解决方案,仿真的应用仍局限于“简单”的特点,未来扩张也将允许复杂性状的测量不确定度的决心。

关键词:X射线计算机体层摄影术,Koordinatenmesstechik,不确定性,模拟

1引言
的测定结果的不确定性(例如,圆的直径)的参数表达的质量和量化的可信度。为了获得这样的结果,是利用光学技术,例如X射线计算机断层扫描[1],,当然许多单个的点,或“触摸”,充满了不确定性。从这些各个点的替换元素 - 可能链接的元素, - 用于确定所计算出的测试特性。其结果是,的识别和定量任务的特定的测量不确定性的测试光学测量方法的任务是非常有限的是未能分析的测量过程中的一个封闭的模型的帮助,,因为各种因素,需要以被映射和特别是数值,迭代均衡算法被不以分析模型可以被检测到。

2测量结果作为质量标准的不确定性
测量不确定度是根据“指南”测量不确定度的表达(GUM)“定义为测量结果可以合理地归因于该地区。它导致的不完善有关测量过程的知识。这意味着诸多因素的影响,具有一定规模的测量仪器读会造成测量误差。显示的值是不是等于被测量真值。
2.1定义的不确定性
在实践中,这意味着考虑测量不确定度在合格评定。由于不确定性U是一个区间[恩,T + U]的上限或下限的规范限制±t无该措施是否符合或超出公差表。这只会是减少了测量的不确定性,如通过减少干扰的影响,在测量过程中,或可能通过更准确的压力表。允许的规格范围是减少2U。的过高估计的不确定性,导致减少在指定的范围内(参见图1),这是显而易见的。根据“黄金法则根据贝恩特1/51/10公差的测量不确定度的测量技术”应该是。一个更大的不确定性会导致不必要的限制,在规格范围,从而以更高的生产成本,因为生产仍然只有一个容差范围内的t-2U。在制造过程中会具有因为一个所谓劣势的能力高的不确定性。然而,一个非常小的不确定性,相关的测试成本高,所以,高效的实际应用

图1:匹配区域的大小的不确定性的影响。
2.2选择的测量不确定度的决心
按照ISO 14253测量符合决策的不确定性的代价是强制性的。确定特定任务的测量不确定度的方法有很多种:
设立预算的不确定性,根据GUM方法
测量不确定度的实验测定,ISO 15530-3,VDI / VDE 2617-8
模拟,看牙龈补充1,VDI / VDE 2617-7
测定测量不确定度的不确定性预算VDI / VDE 2617-11
设立的测量过程的分析模型是非常困难的,由于高复杂度的光学技术,例如X射线计算机。特别是,在建模的补偿算法,如那些用于替换的几何元素的计算方法,该方法遇到了它的极限。通过测量校准工件测量不确定度的实验测定被认为是当前唯一可行的方法用于确定特定任务的测量不确定度。在这里,只有很少的了解在测量过程中通常是已经进行充分评价,但是,由于大量的时间重复测量的高数量。 ,例如,可以在[3]中找到。可能要考虑的因素,请参阅VDI / VDE 2630-1.3的,非常复杂的,一个小的不确定性模拟实现许多虚拟实验需要大量的计算时间,分别是由于大量的CT测量过程的模拟。随着不确定性的预算可以与先验知识的帮助,例如帮助从设备的规范,将于期望的测量不确定性。然而,这只能在很窄的限制,即单点,不相关的因素,该应用程序中的高斯回归分析中,有足够的测量点的数量,请参阅VDI / VDE 2617-11。

3测量不确定度的使用基于单个点的模拟估算
一种新的方法测量不确定度测量的单个点的基础上,使用Monte Carlo模拟的估计,见图2这些可从实际测量或模拟。 S新点云计算的各个点是“噪音”基于这些点。这n个点云 - 作为输出数据集 - 自动化测量评估计划的帮助下,使得对每个记录的每个功能的测定结果。这将使用同样的评价分析,以避免额外的不确定性的影响。因此,测定和评价,使用任何脚本程序,操作者只需要,以确保每n个点云可以被顺序地加载和评估。这些结果的统计分析是第一平均值和标准偏差。您还可以测试分布,例如正态分布,共同提高。可以跟进的通过比较的模拟结果与测得的输出数据集,例如,以确定系统的评价的效果。最后,完整的测量结果,确定每个功能:
扩展不确定度U不计算标准不确定度u乘以不断扩大因子k,但测量结果计算的95%分位数。因此,U是从下面积的分布,其中有95%的每个功能的模拟值。
 
由于分布的形状被认为是不知道的,必须让权力在根据式(3)计算正确的覆盖因子k [4]:

图2:测量不确定度的模拟示意图。
3.1模拟
为这个即将到来的偏差模型的应用可以选择不同的复杂。最简单的选项是默认的分配形式,与其相关的半宽度,即(正常,平等,...)间隔内可以分散的各个点。这可以为例如来自制造商的测量不确定度。一个复杂的阶段是在此模型中的扩展的空间依赖性的单点的散射。当使用X射线CT中的坐标测量这些变化作为引起的锥形束几何结构或偏离中心定位的测量对象。对于三个轴中的每个轴有不同的分布的Einzelpunktkoordinate月,我能确定一个位置相关的的的内容dO-EP/K2,来自测量点的距离,从原点到注册表包括一个恒定分量K1和
为了提高误差模型,即为更好地了解实际存在的单点偏差,提供了模型的对校准试样精炼的测量的基础上。 - 孔或球板进行测量定位在测量范围内,在不同的地点,在不同的位置 - ISO 10360和VDI / VDE第二千六百一十七的基于在模拟期间,选择的模型的偏差影响的必要的计算时间。相对较快而简单的模型来计算的各个点的基础上,一个复杂的偏差字段的评价需要更多的时间,因为必须考虑到空间方向上的每一个点确定分布的半宽。 ,因此,总是考虑是否必要的计算时间是在合理的比例,盈利的质量和增加知识。
3.2应用程序的模拟
在应用程序中的模拟 - 除了偏差模型的选择 - 第一个问题有许多模拟运行需要获得可使用的模拟结果。据“的大数定律”的结果是,当一个足够大的模拟数Ñ应接近极限,从而使随机结果方法的概率的相对频度。要确定一个合理的为即将到来的应用程序仿真运行次数,从一个单一的CT数据点的目标直径为3.4毫米的圆,趴在被提取。患有偏差的形状数据作为起始数据为模拟,模拟运行的数量逐渐增加从2到500。图3示出的圆的直径作为一个函数的仿真运行各种评价标准的评价。

据发现,当评价的结果根据高斯快速收敛,因为单点的偏差的平均值超过总的模制元件,分布尽可能大。在其他Auswertekritierien - 这里是最小的圆圈所示的一个例子 - 但个别极值点更明显。您确定所固有的确定的圆的直径。因此,迭代的次数应当选择相应的高。然而,由于计算时间和精​​力是有限的,在实际使用中,在150-200的模拟运行。

4结果
对于第一测试,使用了一个记录功能,(标称值的球体20毫米的中心之间的距离)是球栏断层扫描。 125模拟运行使用正态分布为5-250微米的单点散射计算。将嵌合两个Gaußkugeln评价数据,然后将测定的球心点间距。图4示出了125特定距离左,右,球1的直径为所选择的单点传播的功能。正如预期的那样,使较大的分散体中的球体直径比球间距明显得多,因为后者是球体中心的确定。因此,球体的直径的距离无关。自己的间隔再次正常分布,以及个别点本身正态分布假设。计算出的平均值为25微米的单点传播19.8675毫米,得到的距离的标准偏差为0.6。的光学坐标测量的偏差为2.2微米,2.5微米的参考测量的不确定性范围内,这是与一个参考测量的比较。由于日益增加的多样化,观察到的偏差平均值增加的距离为2微米的参考值可达25微米,球体的直径偏差增加从1微米到40微米,这是由图中的语句确认。的灵敏度的单点直径大于的距离变化。经验表明,不确定性会很容易地估计过低的基础上所观察到的标准偏差,这可以解释很简单的区别模型。为了更准确的信息,所以它是建议设置单点传播不太低或太复杂的模型偏差领域。

图4:噪声对单点球心的距离和球直径。

5总结和展望
估计已开发工作的基础上,采用蒙特卡洛方法的测量或模拟的点云与X射线CT模拟测量的不确定性。通过“嘈杂”的点云数据的统计分析,它是可能的 - 在一定限度内 - 估计每个功能的测量不确定度。初步的结果显示了该方法的效率。为了提高结果的质量,应根据实验确定的偏差与CT传感器的坐标测量机领域,模拟,进行必要的测量目前正在开展。这是为了确保一个有意义的和测量的不确定性的估算与其他方法相媲美。最后,进一步的仿真的验证是必要的,这是通过实验确定的与校准元件的模拟结果的不确定性的比较。

致谢
基础工作(CRC)协作研究中心694“集成电子元件的移动系统中的”德国研究基金会(DFG)资助。

证书
[1] A.唤醒,P.钱德勒制造计量,应用计算机断层扫描技术展览会:TM 76卷第7-8,第340-346页,2009年。
[2] A.唤醒,A.迈尔迪特尔,不确定性知道 - 管理风险,诉讼第四会议的不确定性“的不确定性确定实际”(12.13.11.2008,爱尔福特) - ISBN 978-3-98-12624-1-4。
[3] M. BARTSCHER U. HILPERT,D.菲德勒。确定上面的例子中的气缸盖的计算层析X射线摄影测量的不确定性。 TM - Technisches MESSEN的。 2008年3月,第二卷。 75,第3期,第178-186页。
[4] F.哈蒂格,M. Krystek正确的治疗系统误差的测量不确定度的评价,第九届国际研讨会上的测量技术和智能系统ISMTII(29.06.-02.07.2009,俄罗斯圣彼得堡)


TAG:

在线客服

技术支持
点击这里给我发消息
产品咨询
点击这里给我发消息