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Die Erfindung befasst sich mit einer Röntgenprüfvorrichtung mit einem Manipulator zur Fixierung und Drehung eines Prüfteils und mit einer Röntgenquelle sowie mit einem Röntgendetektor. Die Erfindung befasst sich auch noch mit einem Verfahren zur Bewegung der Fixiervorrichtungen einer solchen Röntgenprüfvorrichtung.
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Um die Bereiche von Prüfteilen - im Rahmen dieser Anmeldung werden als Prüfteile insbesondere alle Gegenstände angesehen, deren Außenkonturen kreisförmig sind, wie beispielsweise Räder für Kraftfahrzeuge, insbesondere Leichtmetallräder - zu prüfen, wird das Prüfteil über mindestens drei, häufig vier angetriebene Rollen von außen kraftschlüssig geklemmt und gedreht. Ist das Prüfteil positioniert, werden Teilbereiche - Segmente - des Prüfteils mittels einer Röntgendurchstrahlungsvorrichtung geprüft. Das zu prüfende Segment wird dabei so gewählt, dass sich die angetriebenen Rollen nicht im Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor der Röntgendurchstrahlungsvorrichtung befindet. Bei der Drehung des Prüfteils kann ein Schlupf zwischen dem Prüfteil und den angetriebene Rollen auftreten, dessen Größe exakt bestimmt werden muss, um korrekte Aussagen im Rahmen der Prüfung treffen zu können.
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Aus der
DE 101 53 379 A1 ist eine Röntgenprüfvorrichtung mit einem Manipulator zur Fixierung und Drehung eines Prüfteils um eine Rotationsachse bekannt. Die Röntgenprüfvorrichtung weist eine Röntgenquelle und einen Röntgendetektor auf. Zum Ein- und Ausfördern der Prüfteile in die Röntgenprüfvorrichtung sind vier Transportketten vorhanden, die während des Röntgendurchleuchtungsvorgangs mittels eines Steuerelements um 90° nach unten geschwenkt werden, so dass sie nicht im Strahlengang der Röntgenprüfvorrichtung liegen. An das Prüfteil können vier Kegelräder über linear bewegliche Greifer angepresst werden, um das Prüfteil um eine senkrechte Rotationsachse drehen zu können. Die Greifer können um eine horizontale Drehachse gedreht werden. Durch die Drehachse und die Rotationsachse in Verbindung mit der Drehung des Prüfteils mittels der Kegelräder kann jeder gewünschte Bereich des Prüfteils in den Strahlengang gebracht werden und dort mittels Röntgenstrahlung durchleuchtet werden.
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Aus der
DE10 2010 025 275 A1 ist ein Manipulator in der Form eines Hexapods mit mindestens fünf Stäben bekannt, die an ihrem einen Ende jeweils ein Fixierelemente zur Verbindung mit einem Prüfteil aufweisen. Diese Fixierelemente sind schwenkbar ausgebildet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgenprüfvorrichtung sowie ein Verfahren zur Bewegung der Fixiervorrichtungen einer solchen Röntgenprüfvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen während der Prüfung des Prüfteils kein Schlupf auftritt und sich kein Teil der Röntgenprüfvorrichtung im Strahlengang zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor befinden.
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Die Aufgabe wird durch einen Röntgenprüfvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Lösungsansatz besteht darin, dass der um seine Zentralachse rotierende Manipulator mit dem Prüfteil über einen Form- oder Kraftschluss, der über die Fixierelemente der Fixiervorrichtungen erfolgt, mitdreht, wobei die Fixiervorrichtung, die sich gerade in dem Bereich befindet, der von der Röntgenquelle durchstrahlt wird, um dieses Segment aufzunehmen, über eine Steuervorrichtung von ihrer Fixierposition, in der sie form- oder kraftschlüssig mit dem Prüfteil verbunden ist, in ihre Ausweichposition bewegt wird, in der sie außerhalb des Strahlengangs liegt. Mit Hilfe der mindestens noch drei anderen Fixiervorrichtungen, die sich noch in ihrer Fixierposition befinden, wird das Prüfteil ständig sicher fixiert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper ein Drehring ist und/oder die Steuervorrichtung ein Steuerring ist. Dadurch kann eine Stromversorgung für die Röntgenquelle beziehungsweise den Röntgendetektor, die beide nicht mit dem Manipulator und dem Prüfteil mitdrehen, sondern während der Untersuchung ortsfest sind, durch die jeweilige Mittelöffnung des Drehrings beziehungsweise des Steuerrings geführt werden.
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Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Steuervorrichtung Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder Elektromotoren aufweist, die jeweils einem Steuerelement zugeordnet sind und die dazu dienen, die jeweils zugeordnete Fixiervorrichtung zwischen ihrer Fixierposition und ihrer Ausweichposition zu bewegen. Solche Steuervorrichtungen sind Standardmittel, deren Betrieb gut kontrolliert werden kann. Dies führt zu einer sehr zuverlässigen Arbeitsweise der Vorrichtung.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Arme der Fixiervorrichtungen um eine Drehachse schwenkbar sind, die an einem am Grundkörper angeordneten Drehlager ausgebildet ist. Eine Schwenkbewegung der Fixiervorrichtungen ist mit mechanisch einfachen Mitteln realisierbar und kann zuverlässig durchgeführt werden. Anstatt einer Drehbewegung ist auch eine Linearbewegung der Arme - vergleichbar einem Schraubstock - möglich.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fixierelemente eine Form aufweisen, die invers zu der Form des Prüfteils an der Stelle ist, an der das Fixierelement in seiner Fixierposition mit dem Prüfteil verbunden ist. Durch diese Form ist eine bessere Zentrierung des Prüfteils möglich. Wenn es sich bei dem Prüfteil um ein Rad handelt, kann dessen Felgenhorn durch Fixierelemente, die rinnenförmig ausgebildet sind, sehr gut zentriert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fixiervorrichtungen so angeordnet sind, dass zwischen jeweils benachbarten Fixiervorrichtungen gleiche Winkel bezogen auf die Zentralachse vorliegen. Dadurch wird eine vorteilhafte symmetrische Fixierung des Prüfteils am Manipulator erreicht.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine gerade Anzahl von Fixiervorrichtungen vorhanden ist und die Steuervorrichtung so ausgestaltet ist, dass sich gegenüberliegende Fixiervorrichtungen in der gleichen Position bezüglich Fixierposition und Ausweichposition befinden. Dadurch, dass sich die Fixiervorrichtung, die der Fixiervorrichtung gegenüberliegt, die sich im Bereich der Röntgenquelle befindet und somit in ihrer Ausweichposition ist, auch in ihrer Ausweichposition befindet, wird vermieden, dass eine zusätzliche Verschiebekraft an dem Prüfteil entsteht. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Fixiervorrichtungen mindestens sechs, besonders bevorzugt zehn.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Mittels eines solchen Verfahrens werden die oben schon zu Patentanspruch 1 beschriebenen Vorteile erreicht. Selbst wenn die Röntgenquelle während der Prüfung eine Position einnimmt, die im Bewegungsraum der Fixiervorrichtungen während der Drehung des Manipulators liegt, kann die Prüfung durchgeführt werden, da immer diejenige Fixiervorrichtung, die mit der Röntgenquelle in diesem Bereich kollidieren würde, vorher in ihre Ausweichposition gebracht wurde.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Fixiervorrichtung beziehungsweise die Fixiervorrichtungen durch einen Steuerring, der mit den Steuerelementen der Fixiervorrichtungen zusammenwirkt, von dem Prüfteil wegbewegt beziehungsweise auf dieses zubewegt werden, insbesondere um die Drehachse geschwenkt werden. Dies kann durch eine einfache und zuverlässige Mechanik bewirkt werden.
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Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Fixiervorrichtung beziehungsweise die Fixiervorrichtungen durch eine Steuervorrichtung in der Form von Hydraulikzylindern, Pneumatikzylindern oder Elektromotoren von dem Prüfteil wegbewegt beziehungsweise auf dieses zubewegt werden, insbesondere um die Drehachse geschwenkt werden. Da Standardsteuervorrichtungen verwendet werden, führt dies zu einem gut kontrollierbaren Betrieb und einer sehr zuverlässigen Arbeitsweise der Vorrichtung.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt:
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenprüfvorrichtung.
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In der Figur ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenprüfvorrichtung dargestellt, mittels der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Schrägansicht eines Teils einer gesamten Röntgenprüfvorrichtung, bei der zum Zweck der besseren Erkennbarkeit der erfindungswesentlichen Merkmale unter anderem die Strahlenschutzkabine und die Vorrichtung zur Bewegung der bildgebenden Elemente sowie Antriebselemente des Manipulators, der ein Prüfteil 1 - hier ist exemplarisch ein Leichtmetallrad für ein Kraftfahrzeug dargestellt - bewegt, und Stromversorgungen samt anderer Leitungen weggelassen wurden.
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Das zu prüfende Prüfteil 1 ist an einem Manipulator festgelegt.
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Dieser Manipulator weist zehn Fixiervorrichtungen 2 auf, die an ihren oberen Enden jeweils ein Fixierelement 11 aufweist, das die inverse Form des Prüfteils 1 an der Stelle aufweist, an der es mit dem Prüfteil 1 zusammenwirkt. Dadurch wird das Fixierelement 11 an dem inneren Felgenhorn des Prüfteils 1 angepresst. An die Fixierelemente 11 schließt sich jeweils ein Arm 10 an, der an seinem unteren Ende in ein Steuerelement 12 übergeht.
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Am unteren Ende jedes Arms 10 ist die Fixiervorrichtung 2 über eine Drehachse 8 mit einem Drehlager 7 verbunden, wobei das Drehlager 7 fest mit einem Drehring 6 verbunden ist. Der Drehring 6 ist um eine Achse, seine Zentralachse 13, rotierbar. Die hierfür benötigte Antriebsvorrichtung ist dem Fachmann bekannt und wurde deshalb nicht dargestellt. Wenn der Drehring 6 rotiert wird, bewegt sich somit der gesamte Manipulator samt Prüfteil 1 um die Zentralachse.
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Die Arme 10 sind so am Drehring 6 angeordnet, dass zwischen benachbarten Armen 10 bezogen auf die Zentralachse 13 gleiche Winkel ausgebildet sind.
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Konzentrisch zum Drehring 6 ist außerhalb desselben eine Steuervorrichtung 9 in der Form eines Steuerrings 14 ausgebildet, dessen Oberfläche in axialer Richtung - bezogen auf die Zentralachse 13 - zwei verschiedene Ebenen aufweist, die über Schrägflächen 15 miteinander verbunden sind. Diese axiale Oberfläche steht mit den Steuerelementen 12 der Fixiervorrichtungen 2 ständig in Kontakt. Der Steuerring 14 ist ortsfest zur Röntgenprüfvorrichtung angeordnet.
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Um Röntgendurchleuchtungsbilder des Prüfteils 1 erstellen zu können, sind eine Röntgenquelle 4 und ein Röntgendetektor 3 vorhanden. Die Röntgenquelle 4 ist im Ausführungsbeispiel unterhalb des Prüfteils 1 und der Röntgendetektor 3 oberhalb desselben angeordnet. Prinzipiell ist auch eine entgegengesetzte Anordnung möglich, da der Röntgendetektor 3 jedoch regelmäßig mehr Platz benötigt als die Röntgenquelle 4, ist die dargestellte Lösung besser realisierbar. Weggelassen sind in der Darstellung alle elektrischen Leitungen, die mit Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 3 verbunden sind, beispielsweise Stromversorgungs- und Datenübertragungskabel. Ebenso ist die Bewegungsvorrichtung weggelassen, an der Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 3 angebracht sind, um verschiedene Durchleuchtungstrajektorien und Vergrößerungen einstellen zu können, um die benötigten Durchleuchtungsbilder des Prüfteils 1 erstellen zu können. Da alle diese weggelassenen Bestandteile dem Fachmann gut bekannt sind, wurde zur besseren Erkennbarkeit der wesentlichen Elemente der Erfindung auf deren Darstellung verzichtet.
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Um die Prüfung des Prüfteils 1 vollständig durchzuführen, müssen verschiedene Segmente des Prüfteils 1 unter verschiedenen Winkelstellungen - bezogen auf die Zentralachse 13 - des Prüfteils 1 aufgenommen werden; und zwar für verschiedene Bereiche des dargestellten Leichtmetallrades durch unterschiedliche Positionierung von Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 3 - diese beiden Komponenten sind das bildgebende System. In jeder dieser Positionierungen ist es nötig, das Prüfteil 1 über eine gesamte Umdrehung um die Zentralachse 13 zu drehen und somit so viele Segmente aufzunehmen, dass die gesamten 360° abgedeckt sind.
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Während der Aufnahme eines Bereichs und Drehung des Prüfteils 1 um 360° um die Zentralachse 13 bleibt die Position des bildgebenden Systems im Raum unverändert. Dies bedeutet in dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Felgenhörner und das Felgenbett als Ausschnitt des gesamten Leichtmetallrades untersucht wird, dass von einem Bereich des inneren Felgenhorns ein Durchleuchtungsbild angefertigt würde, in dem das Fixierelement 11 der Fixiervorrichtung 2 des Manipulators mitdurchleuchtet würde und dadurch zu einer - je nach Röntgendurchlässigkeit des für das Fixierelement 11 und den Arm 10 verwendeten Materials eine mehr oder weniger großen - Verfälschung des Ergebnisses führen würde. Außerdem kann es bei noch extremeren Positionen der Röntgenquelle 4, bei denen diese radial noch weiter von der Zentralachse 13 entfernt ist, während der Rotation des Manipulators zu Kollisionen der Röntgenquelle 4 mit den Armen 10 der Fixiervorrichtungen 2 kommen.
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Um solche Verfälschungen und Kollisionen zu verhindern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass derjenige Arm 10, dessen Fixierelement 11 gerade im Strahlengang des bildgebenden Systems ist, um die Drehachse 8 von seiner Fixierposition, in der die Rinne des Fixierelements 11 in Formschluss mit dem Felgenhorn des Prüfteils 1 ist, nach außen in seine Ausweichposition, in der kein Teil der Fixiervorrichtung 11 im Strahlengang ist und auch nicht mit der Röntgenquelle 4 kollidiert, gedreht wird.
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Diese Drehbewegung wird automatisch für den Arm 11 durchgeführt, der in den Winkelbereich rotiert wird, in dem sich die Röntgenquelle 4 befindet, indem das untere Ende der Fixiervorrichtung 2, das als Steuerelement 12 ausgebildet ist, bei der Rotation des Steuerrings 14 entlang der axialen Oberfläche gleitet und deren Höhenverlauf zu der Bewegung zwischen Fixierposition und Ausweichposition führt. Die axiale Oberfläche des Steuerrings 14 fungiert somit als Steuerung. Im Ausführungsbeispiel ist das Steuerelement 12 so ausgebildet, dass es von der axialen Oberfläche des Steuerrings 14 in die Fixierposition gedrückt wird, wenn es in Kontakt mit dem niedrigen Niveau ist, und in die Ausweichposition gedrückt wird, wenn es in Kontakt mit dem höheren Niveau ist. Der kontinuierliche Übergang findet über eine die beiden Niveaus verbindende Schrägfläche 15 statt. Um Toleranzen am Prüfteil 1 auszugleichen, ist ein ausgleichendes Element vor dem Fixierelement 11 vorhanden (nicht dargestellt). Dieses Element kann als Feder ausgeführt werden. Um den Verschleiß zwischen Steuerring 14 und Steuerelement 12 zu reduzieren, können entsprechende Reibpaarungen ausgewählt werden. Das Steuerelement 12 kann auch ein zusätzliches Element enthalten, welches, um die Reibung zu reduzieren, auf dem Steuerring 14 abrollt. Die konkrete Ausgestaltung von Steuerring 14, Steuerelement 12 und Anordnung der Drehachse 8, um diese erzwungene Bewegung zu erreichen, kann der Fachmann aus seinem Fachwissen vornehmen.
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Die nicht dargestellten Kabelverbindungen zur Röntgenquelle 4 sind durch die zentrale Öffnung des Drehrings 6 geführt, damit sie bei einer Drehung des Manipulators nicht mit den Armen 10 der Fixiervorrichtung kollidieren. Da im Winkelbereich der Röntgenquelle 4 in keiner Rotationsposition des Manipulators einer seiner Fixiervorrichtungen 2, insbesondere einer seiner Arme 2, formschlüssig mit dem Prüfteil 1 verbunden ist, könnten die Kabelverbindungen auch seitlich im Bereich der Winkelposition der Röntgenquelle 4 zwischen Drehring 6 und Prüfteil 1 - oberhalb des in seine Ausweichposition heruntergedrehten Arms 10 geführt werden.
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Damit durch das im Winkelbereich der Röntgenquelle 4 sich in seiner Ausweichposition befindliche und somit nicht mit dem Prüfteil formschlüssig verbundene Fixierelement 11 keine Verschiebekraft auftritt, ist der Steuerring 14 des Ausführungsbeispiels so ausgeführt, dass sich die gegenüberliegende Fixiervorrichtung 2 im Gleichlauf mit der im Winkelbereich der Röntgenquelle 4 befindlichen Fixiervorrichtung 2 zwischen Fixierposition und Ausweichposition bewegt.
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Aufgrund der formschlüssigen Fixierung des Prüfteils am sich drehenden Manipulator - im Gegensatz zu den Antriebsrollen des Stand des der Technik, der für die Rotation des Prüfteils 1 um die Zentralachse 13 sorgt, kann es hier zu keinen Schlupf zwischen Prüfteil 1 und Manipulator kommen. Außerdem wird - wie oben ausführlich beschrieben - in keinem Durchleuchtungsbild eine Verfälschung aufgrund von nicht zum Prüfteil 1 gehörigen Teilen erzeugt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfteil
- 2
- Fixiervorrichtung
- 3
- Röntgendetektor
- 4
- Röntgenquelle
- 5
- Grundkörper
- 6
- Drehring
- 7
- Drehlager
- 8
- Drehachse
- 9
- Steuervorrichtung
- 10
- Arm
- 11
- Fixierelement
- 12
- Steuerelement
- 13
- Zentralachse
- 14
- Steuerring
- 15
- Schrägfläche
