Dimensional measurements from a limited set of X-ray projections

Abstract

V moderní nedestruktivní kontrole kvality ve výrobním procesu často využí- váme výpočetní tomografii z rentgenových snímků, což umožňuje měřit i obtížně dostupné rozměry. Bohužel, taková měření vyžadují stovky nebo i tisíce kalibro- vaných rentgenových projekcí, jejichž získávání je velmi pomalé a může zpomalo- vat celou kontrolu kvality. I v nejnovějších výzkumech je stále zapotřebí desítek nebo stovek projekcí. V této práci se zabýváme jednak fyzikou a technologiemi rentgenového zobrazování, jednak existujícími pracemi na toto téma, a dále na- vrhujeme zcela novou metodu pro nedestruktivní měření rozměrů z omezeného množství rentgenových projekcí. Naše metoda nevyužívá výpočetní tomografii, namísto toho formulujeme měření rozměrů jako minimalizační problém, v němž porovnáváme náš parametrický model vůči reálným snímkům. Kompletně navr- hujeme celý proces, včetně parametrizace měřených objektů, kalibrace materiálu, simulace a hierarchické optimalizace. Naši metodu jsme plně implementovali a její přesnost a opakovatelnost výsledků jsme ověřili na skutečných rentgenových snímcích skutečných objektů. K dosažení přesnosti v řádu desítek nebo stovek mi- krometrů, což je téměř porovnatelné s výpočetní tomografií, stačilo využít pouze dvě nebo tři referenční projekce. Takové výsledky jsou velmi významné pro kon-...

Modern non-destructive approaches for quality control in manufacturing often rely on X-ray computed tomography to measure even difficult-to-reach features. Unfortunately, such measurements require hundreds or thousands of calibrated X-ray projections, which is a time-consuming process and may cause bottlenecks. In the recent state-of-the-art research, tens and hundreds of projections are still required. In this thesis, we examine the radiography physics, technologies, and ex- isting solutions, and we propose a novel approach for non-destructive dimensional measurements from a limited number of projections. Instead of relying on com- puted tomography, we formulate the measurements as a minimization problem in which we compare our parametric model to reference radiographs. We propose the whole dimensional measurements pipeline, including object parametrizations, material calibrations, simulations, and hierarchical optimizations. We fully im- plemented the method and evaluated its accuracy and repeatability using real radiographs of real physical objects. We achieved accuracy in the range of tens or hundreds of micrometers, which is almost comparable to industrial computed tomography, but we only used two or three reference radiographs. These results are significant for industrial quality control. Acquiring...