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Die Erfindung betrifft ein Spannungsmeßgoniometer für die Bauteilprüfung,
mit einer Röntgenröhre und einem Detektor, die an einem halbkreisförmigen Führungsbogen
in Umfangsrichtung verschiebbar geführt sind und einem den Führungsbogen tragenden
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Halter, der an einer mehrere Stützfüße aufweisenden Tragvorrichtung
mittels einer sich senkrecht zur Achse des Führungsbogens und senkrecht zu den die
beiden Enden des Führungsbogens verbindenden Durchmesser erstreckenden Schlittenführung
und einer Justierschraube gegenüber der Tragvorrichtung justierbar ist.
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Ein Spannungsmeßgoniometer dient zur quantitativen zerstörungsfreien
Spannungsanalyse von Bauteilen.
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Mittels eines röntgenografischen Verfahrens können in den oberflächennahen
Zonen des Bauteils die Absolutspannungen ermittelt werden. Zur meßtechnischen Durchführung
der röntgenografischen Spannungsmessung, die heute fast ausnahmslos nach dem sin2
q-Verfahren erfolgt, wird überwiegend das Zählrohrgoniometerverfahren angewandt
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist ein Spannungsmeßgoniometer der eingangs erwähnten
Art bekannt (Spannungsmeßgoniometer der Firma Siemens, Best-Nr. 176 185 - Betriebsanleitung
Eg4A406/ld) besteht die Tragvorrichtung im wesentlichen aus einem sehr stabilen
Stativ, welches aus einer schweren Grundplatte und einer sich senkrecht hierzu erstreckenden
Stativsäule besteht Die Grundplatte weist vier Stützfüße auf, die mittels Schraubenspindeln
höheneinstellbar sind. Auf diese Weise kann die Grundplatte in einem kleinen Bereich
gegenüber einer Unterlage justiert werden. Auf der Stativsäule ist drehbar und mittels
Klemmschrauben feststellbar ein Rohr angeordnet welches unter Zwischenschaltung
weiterer Tragelemente die Führungen trägt, an denen der Halter des Führungsbogens
verschiebbar und mittels einer Justierschraube einstellbar gelagert ist Auf der
Grundplatte ist ferner ein Präparatträger vorgesehen, der zur Aufnahme des zu untersuchenden
Bauteiles dient Der Präparatträger kann mittels Justiervorrichtungen gegenüber dem
Führungsbogen so justiert werden, daß die Achse des Führungsbogens genau mit der
Oberfläche des zu untersuchenden Bauteiles zusammenfällt Auf dem Präparatträger
können jedoch nur verhältnismäßig kleine Bauteile angeordnet werden.
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Sollen ausgedehnte Bauteile, z. B. im Eisenbahn-, Brücken-, Behälter-,
Fahrzeug- und Flugzeugbau, untersucht werden, so muß das Spannungsmeßgoniometer
neben dem zu untersuchenden Bauteil aufgestellt werden. Hierbei ergeben sich jedoch
erhebliche Schwierigkeiten, denn die Meßstelle des Bauteiles befindet sich in der
Regel in einem Abstand vom Fußboden, der größer ist als die Stativhöhe des Spannungsmeßgoniometers.
Es muß deshalb in der Regel neben dem zu untersuchenden Bauteil eine Plattform aufgebaut
werden, auf der dann die Grundplatte des Goniometers aufgestellt wird. Als nächstes
ergibt sich dann die Schwierigkeit der genauen Justierung des Goniometers gegenüber
der Meßstelle.
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Diese muß auf Bruchteile von Millimetern genau erfolgen. Da jedoch
bei dem bekannten Spannungsmeßgoniometer eine Justierung des Führungsbogens nur
in einer Richtung vorgesehen ist und eine hilfsweise Justierung mittels der an den
Stützfüßen vorgesehenen Stellschrauben umständlich und zeitraubend ist, erfordert
die Justierung des Goniometers gegenüber der Meßstelle einen erheblichen Zeitaufwand
und kann auch nicht mit der erforderlichen Genauigkeit erfolgen.
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Jede vorgenommene Justierung ist jedoch dadurch in Frage gestellt,
daß Relativbewegungen zwischen dem Bauteil und dem Goniometer eintreten können,
z. B.
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durch Erschütterung der Plattform oder durch Bewegung des Bauteiles
selbst Messungen sind damit
ungenau oder überhaupt nicht möglich. Schließlich weist
das bekannte Spannungsmeßgoniometer auch ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf,
welches die Handhabung bei mobilen Einsätzen erschwert. Das Gewicht ist so groß,
daß das Spannungsmeßgoniometer zum Transport in mehrere Einzelteile zerlegt werden
muß, wenn nicht spezielle Hebezeuge zur Verfügung stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannungsmeßgoniometer
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches für die Untersuchung von ausgedehnten
Bauteilen geeignet ist, sich gegenüber dem Bauteil einfach und genau justieren läßt
und bei dem die eingestellte Justierung zum Bauteil während der gesamten Messung
unverändert erhalten bleibt Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Halter mittels zweier weiterer, sich jeweils senkrecht zueinander und senkrecht
zu der ersten Schlittenführung erstreckender Schlittenführungen mit entsprechenden
Justierschrauben in drei zueinander senkrechten Richtungen (Raumkoordinaten) gegenüber
der Tragvorrichtung justierbar ist, daß die Stützfüße gelenkig beweglich sind und
Hafteinrichtungen aufweisen, mittels denen sie lösbar und relativ starr mit dem
zu untersuchenden Bauteil verbindbar sind, und daß Anordnungen zur Kontrolle der
Feinjustierung des Gerätes bezüglich des Meßpunktes des Bauteiles in der X-, Y-
und Z-Richtung und bezüglich der Parallelität der Achse des Führungsbogens zur Meß-
bzw. Tangentialebene des Bauteils vorhanden sind, die in eine Meßstellung bringbar
und mit Tastern ausgestattet sind.
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Dank dieser Hafteinrichtungen, die als Elektromagnete oder auch als
an eine Vakuumquelle angeschlossene Saugköpfe ausgebildet sein können, läßt sich
das erfindungsgemäße Spannungsmeßgoniometer fest mit dem zu untersuchenden Bauteil
verbinden. Es entfällt hierdurch nicht nur die Errichtung einer Plattform, sondern
es wird auch jede Relativbewegung zwischen Bauteil und Goniometer vermieden. Außerdem
weist das erfindungsgemäße Spannungsmeßgoniometer ein geringeres Gewicht auf, denn
es entfällt die schwere Grundplatte, die zu einer standsicheren Aufstellung des
bekannten Spannungsmeßgoniometers erforderlich war. Mittels der sich nunmehr in
drei zueinander senkrechten Raumkoordinaten erstreckenden Schlittenführungen und
der entsprechenden Justierschrauben kann das erfindungsgemäße Spannungsmeßgoniometer
rasch und mit großer Genauigkeit gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche eingestellt
werden. Diese genaue Justierung bleibt dann auch infolge der festen Verbindung zwischen
Bauteil und Goniometer während der gesamten Messung erhalten.
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Das neue Spannungsmeßgoniometer wurde speziell für den mobilen Einsatz
zur Untersuchung ausgedehnter Bauteile entwickelt Hierbei kommt es darauf an, daß
das Spannungsmeßgoniometer ein möglichst geringes Gewicht aufweist.
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Dieses Gewicht und auch die Abmessungen des gesamten Gerätes können
noch dadurch verringert werden, daß die Röntgenröhre und der Detektor radial außerhalb
der Erzeugenden des halbkreisförmigen Führungsbogens angeordnet sind und daß der
Halter an derjenigen Seite des Führungsbogens angeordnet ist, an der auch die Innenseite
desselben liegt. Hierdurch wird erreicht, daß der Führungsbogen und die an ihm geführten
Schlitten wesentlich kleinere Abmessungen und damit auch ein geringeres Gewicht
aufweisen.
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Durch die Anordnung der Röntgenröhre und des Detektors radial außerhalb
der Erzeugenden des halbkreisförmigen Führungsbogens wurde erreicht, daß sich der
Röhrenbrennfleck und die Eintrittsblende des Detektors auf einem Kreis mit größerem
Durchmesser als dem des Führungsbogens bewegen. Dieser Kreis, auf dem sich der Röhrenbrennfleck
und die Eintrittsblende bewegen, weist denselben Durchmesser auf wie bei bekannten
Geräten. Dies hat die Folge, daß die Genauigkeit der Winkelauflösung bei der Interferenzlinienregistrierung
gegenüber bekannten Geräten trotz wesentlich kleinerer Bauabmessungen nicht verringert
wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet Die Erfindung ist in folgendem anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigt Fig.1 eine Seitenansicht des Spannungsmeßgoniometers, teilweise
im Schnitt, F i g. 2 eine Draufsicht auf dasselbe unter Weglassung des Führungsbogens,
der Röntgenröhre und des Detektors, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III
der F i g. 2, F i g. 4 Einzelheiten des Führungsbogens und der mit ihm verbundenen
Teile, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 4, F i g. 6 einen weiteren
Schnitt nach der Linie VI-VI derFig.4, F i g. 7 eine Draufsicht in Richtung VII
der F i g. 4.
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In der Zeichnung ist mit 1 eine längliche und im wesentlichen rechteckige
Trägerplatte bezeichnet, die eine erste V-Führung 2 aufweist, die sich parallel
zu den Längsseiten 3 der Trägerplatte 1 erstreckt In dieser ersten V-Führung 2 ist
ein Halter 4 in X-Richtung verschiebbar gelagert. Zur Feinjustierung dieses Halters
4 dient die Justierschraube 5, welche über einen Winkeltrieb 6 mittels des Handgriffes
7 drehbar ist. An jeder Querseite der Trägerplatte list ein Kreuzschlitten 8 angeordnet.
Dieser Kreuzschlitten weist eine parallel zur Querseite der Trägerplatte 1 verlaufende
zweite V-Führung 9 auf, an welcher die Trägerplatte 1 in Y-Richtung verschiebbar
und mittels der Justierschraube 10 fein justierbar ist. Der Kreuzschlitten 8 besitzt
an seiner Außenseite eine senkrecht zu der Trägerplatte 1 verlaufende dritte V-Führung
11, mit welcher der Kreuzschlitten 8 an der Tragvorrichtung 12 in ZRichtung geführt
ist Justierschrauben 13 dienen zur genauen Justierung.
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Jede der Tragvorrichtungen 12 ist mit zwei nach Art einer Rohrschelle
ausgebildeten Klemmeinrichtungen 14 versehen, wobei in jeder Klemmeinrichtung 14
ein Tragrohr 15 um seine Achse drehbar und mittels der Klemmschrauben 16 feststellbar
ist. Jedes der Tragrohre 15 weist an seinem äußeren Ende eine weitere Klemmeinrichtung
17 mit Klemmschraube 18 auf. In dieser weiteren Klemmeinrichtung 17 ist je ein Stützbein
19 verschiebbar und feststellbar geführt Das Stützbein 19 erstreckt sich im wesentlichen
senkrecht zu dem Tragrohr 15, also in Richtung. Mit dem unteren Ende jedes Stützbeines
19 ist ein Stützfuß 20 gelenkig verbunden, wobei zweckmäßig anstelle der gezeichneten
Drehgelenke 21 Kugelgelenke vorgesehen sind.
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Jeder Stützfuß 20 ist mit einer Hafteinrichtung 22 ausgerüstet, mittels
der er lösbar mit dem zu untersuchenden Bauteil B verbindbar ist Als derartige Hafteinrichtung
kann beispielsweise ein Elektromagnet
oder auch ein an eine Vakuumquelle angeschlossener
Saugkopf vorgesehen sein.
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An dem plattenartigen Halter 4 ist ein halbkreisförmiger Führungsbogen
23 mit seinen beiden Enden 23a so befestigt, daß die Achse a-a des Führungsbogens
in der erwähnten Y-Richtung verläuft An dem Führungsbogen 23 ist ein Unterschlitten
24 mit V-Führungen 25 in Umfangsrichtung des Bogens geführt. Die entsprechenden
Führungsflächen 26 des Führungsbogens 23 sind zweckmäßig an dessen beiden Stirnseiten
angeordnet, da sie hier leicht zu bearbeiten sind. Der Unterschlitten 24 ist im
wesentlichen am Außenumfang des Führungsbogens 23 angeordnet Er trägt die Halterungen
27 und 28 für die in F i g. 6 gestrichelt eingezeichnete Röntgenröhre 29, die in
den übrigen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen ist Zum Antrieb
des Unterschlittens dient eine Schnecke 30, die über ein Winkelgetriebe 31 mittels
eines Handrades 32 antreibbar ist und in ein Schneckenradsegment 33 eingreift.
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An dem Unterschlitten ist in einer ebenfalls in Umfangsrichtung des
Führungsbogens 23 verlaufenden V-Führung 34 der Oberschlitten 35 verschiebbar geführt,
der mit einem Schneckenradsegment 36 fest verbunden ist Ein mit dem Unterschlitten
24 verbundener Getriebemotor 37 treibt die Schnecke 38 und bewegt dabei den Oberschlitten
35 relativ zum Unterschlitten 24 in bekannter Weise. Der Oberschlitten 35 trägt
ferner eine Halterung 39 für den in F i g. 5 gestrichelt eingezeichneten Detektor
(Zählrohr) 40, der aus Gründen der Übersichtlichkeit in den übrigen Figuren ebenfalls
weggelassen worden ist. Die Röntgenröhre 29 und der Detektor 40 sind also radial
außerhalb der Erzeugenden des halbkreisförmigen Führungsbogens 23 angeordnet Dies
hat zur Folge, daß der Brennfleck der Röntgenröhre 29 und die Eintrittsblende des
Detektors 40 auf einem Kreis mit größerem Durchmesser als der Führungsbogen 23 bewegt
werden, so daß die Winkelauflösung bei der Interferenzlinienregistrierung gegenüber
bekannten Konstruktionen trotz wesentlich kleinerer Baumaße voll erhalten bleibt.
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Zur Kontrolle der Justierung des gesamten Gerätes gegenüber dem Bauteil
B ist ferner eine Meßuhr 41 vorgesehen. Diese Meßuhr ist am vorderen Ende einer
Stange 42 angeordnet, die ihrerseits in einem Führungsstück 43 verschiebbar und
drehbar gelagert ist Das Führungsstück 43 ist mit dem Unterschlitten 24 verbunden
und zweckmäßig innerhalb des Führungsbogens 23 angeordnet. An der Stange 42 ist
ein Arretierungsstift 44 vorgesehen, der wechselweise in eine entsprechende Aussparung
45 des Führungsstückes 43 oder in eine Aussparung 46 der Haltezunge 47 eingreifen
kann. In F i g. 5 befindet sich die Meßuhr in ihrer Meßstellung, die sie während
der Justierung des Spannungsmeßgoniometers gegenüber dem Bauteil B einnimmt Ist
diese Justierung beendet, so wird die Stange 42 in Richtung A geschoben und gedreht,
so daß dann der Arretierungsstift 44 in die Aussparung 46 der Haltezunge 47 einrasten
kann.
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Sollen die an einem bestimmten Punkt Pdes Bauteiles B, beispielsweise
eines Rohres oder eines Behälters vorhandenen Spannungen untersucht werden, so wird
das Spannungsmeßgoniometer zunächst in einer Grobeinstellung gegenüber dem Bauteil
ausgerichtet Zu diesem Zweck können die Klemmeinrichtungen 14, 16 bzw. 17, 18 gelöst
und die Tragrohre 15 sowie die Stützbeine 19 entsprechend gedreht oder verschoben
werden. Ist diese Grobeinstellung vorgenommen, so
werden die Klemmschrauben
16, 18 angezogen. Die Elektromagnete 22 oder evtL auch Saugköpfe sorgen für eine
feste Verbindung des Spannungsmeßgoniometers mit dem zu untersuchenden Bauteil.
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Es wird dann die Feinjustierung in X-, Y- und Z-Richtung mittels
der Justierschrauben 5, 10, 13 vorgenommen. Zu diesem Zweck wird die Meßuhr 41 in
ihre in Fig.5 dargestellte Meßstellung gebracht. Die Meßuhr ist so gegenüber dem
Goniometer justiert, daß sie den Wert 0 anzeigt, wenn sich ihre Tasterspitze auf
dem Schnittpunkt der Achse a-a des Führungsbogens 23 mit dem von der Röntgenröhre
ausgehenden Strahl verbindet Dieser Schnittpunkt wird als »Goniometermittelpunkt«
bezeichnet Damit das Goniometer gegenüber dem zu untersuchenden Bauteil richtig
justiert ist, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: 1. Der zu untersuchende
Punkt P muß mit dem Goniometermittelpunkt zusammenfallen; 2. die Meßebene - bei
ebenen Bauteilen die zu untersuchende Oberfläche bzw. bei gekrümmten Bauteilen die
Tangentialebene des zu untersuchenden Punktes P - muß parallel zu der durch die
beiden Verschieberichtungen X und Y des Halters 4 hindurchgehenden Ebene verlaufen.
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Die Kontrolle der Justierung erfolgt mechanisch mittels der in Betriebsstellung
gebrachten Meßuhr 41.
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Stützt sich die Tasterspitze auf dem Meßpunkt P ab, so kann man durch
Verstellung der Kreuzschlitten 8 mittels der Justierschrauben 13 zunächst den senkrechten
Abstand in Z-Richtung so einstellen, daß die Meßuhr 0 anzeigt Goniometermittelpunkt
und Meßpunkt würden damit zusammenfallen. Es ist jedoch noch nicht
sichergestellt,
daß auch der Halter 4 parallel zur Meßebene verläuft Der parallele Sitz des Halters
4 zur Meßebene in X-Richtung wird ebenfalls über die Meßuhr kontrolliert, indem
der Halter 4 in seiner V-Führung 2 verschoben wird. Bleibt die Meßuhr bei dieser
Verschiebung auf 0, so ist der parallele Sitz erreicht, der durch getrennte Betätigung
der Justierschrauben 13 eingestellt werden kann. Zusätzlich kann man die Justierung
noch dadurch kontrollieren, daß man den Unterschlitten 24 mit der Meßuhr 41 an dem
Führungsbogen 23 um dessen Achse a-a verschwenkt. Nur wenn die Meßuhr hierbei auf
0 bleibt ist der Halter 4 parallel zur Meßebene und der Goniometermittelpunkt fällt
mit dem Meßpunkt zusammen.
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Damit ist jedoch noch nicht sichergestellt, daß die Verschieberichtung
Ydes Halters 4 bzw. die Achse a-a des Führungsbogens parallel zur Meßebene bzw.
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Tangentialebene verläuft. Um auch diese Justierung zu kontrollieren
ist der Taster 50 vorgesehen. Dieser ist mit dem Unterschlitten in genau vorbestimmter
Lage lösbar verbunden. Er weist zwei Tastspitzen 51, 52 auf, die mit gleichem Abstand
von dem Schnittpunkt (Goniometermittelpunkt) des Röntgenstrahles R mit der Achse
a-a des Führungsbogens 23 auf dieser Achse angeordnet sind. Befindet sich der Meßpunkt
P in der Mitte zwischen beiden Tastspitzen und berühren beide Tastspitzen die Oberfläche
des zu untersuchenden Bauteiles B, so ist gewährleistet, daß die Achse a-a des Führungsbogens
23 parallel zur Bauteiloberfläche bzw.
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tangential zu dieser durch den Meßpunkt verläuft.