DE3705423A1 - Verfahren zum ausrichten eines roentgenstrahlendetektors mit einem linearen feld - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Aus­ richten einer Röntgenstrahlenquelle und eines Röntgenstrahlen­ detektors und insbesondere auf ein Verfahren zum Ausrichten eines ein lineares Feld (Array) aufweisenden Röntgenstrahlen­ detektors in einem automatisierten, digitalen Röntgenstrahlen­ inspektionssystem zum prüfen von Gasturbinenschaufeln.

Die Fertigung von hochleistungsfähigen, brennstoffeffizienten Flugzeugturbinenschaufeln hat zu der Entwicklung von Turbinen­ schaufeln geführt, die komplexe Innenkanäle und Öffnungen zur Schaufeloberfläche zur Schaufelkühlung aufweisen. Leistungs­ fähigkeit und Lebensdauer der Schaufeln hängen von der Ferti­ gung dieser inneren Strukturen innerhalb von Spezifikationen ab. Es besteht eine große Wahrscheinlichkeit für Schaufelfehler durch Maschinenbeschädigungen, Unvollständigkeit der Mission und Gefahr für personen. Aus diesen Gründen ist eine 100%ige lnspektion der Turbinenschaufeln wichtig für die Öffentlichkeit und es besteht seit langem ein Bedürfnis für ein stärker auto­ matisiertes digitales Röntgenstrahlen-Insektionssystem.

Eine Röntgenstrahlen-Inspektionsstation zum Prüfen der Turbinen­ schaufeln weist eine Röntgenmaschine und ein Röntgenbildsystem auf. Die Röntgenmaschine enthält eine Röntgenstrahlenquelle zum Richten eines Röntgenstrahlenbündels, einen Röntgendetektor mit einem linearen Feld (Array) zum Empfangen der Strahlung und zum Erzeugen von die Strahlung darstellender elektrischer Signale, Manipulierungsteile und Mittel auf zum Steuern der Zuführung der Teile zu der Röntgenmaschine. Das Röntgenabbildungssystem ent­ hält Computer-Hardware und Software zum Erfassen von Röntgenda­ ten, Bilderzeugung, Speicherung, Anzeige, Durchführung von Rechnungen und Steuerung der Röntgenmaschine. Das System ist ein produktionsartiges, automatisiertes Inspektionsmodul, das interne Risse in einzelnen Turbinenschaufeln eines Strahltriebwerks de­ tektieren kann. Das Röntgeninspektionssystem ist geeignet für eine manuelle oder automatische Röntgen-Computertomographie (CT) oder digitale Durchleuchtungsinspektion von Gasturbinen­ schaufeln. Jede Schaufel wird in einen Greifer geladen und dann auf einem Transportband angeordnet. Die Schaufel und der Greifer werden dann automatisch zu einer Teile-Inspektionsstation trans­ portiert. Ein Teile-Manipulator bewegt die Schaufel und den Grei­ fer von dem Transportinspektionssystem und bewegt den Greifer und die Schaufel in das Röntgenstrahlenbündel. Der Teile-Manipu­ lator besitzt zwei Bewegungsachsen, die vertikale Translation senkrecht zu dem Röntgenstrahlenbündel und eine Drehbewegung um die senkrechte Achse. Der Teile-Manipulator bewegt die Schaufel geradlinig zum Erzeugen eines digitalen Durchleuchtungsbildes. Der Teile-Manipulator dreht die Schaufel in dem Röntgenstrahlen­ bündel zum Erzeugen eines Computertomographiebildes. Nachdem die Abtastung (Scan) abgeschlossen ist, wird die Schaufel auf die Transporteinrichtung zurückgebracht. Wenn die Schaufeln durch die Transporteinrichtung wegbewegt sind, werden sie zu einer Entnah­ mestation transportiert, wo sie von einem Operator abgenommen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ausrichten des ein lineares Feld aufweisenden Röntgendetektors mit dem gerich­ teten Bündel aus der Röntgenstrahlenquelle zu schaffen.

Das Röntgen-Inspektionssystem weist eine Röntgenstrahlenquelle zum Erzeugen eines gerichteten Röntgenstrahlungsbündels und einen Röntgendetektor mit einem linearen Feld von Detektorelementen auf zum Empfangen von Strahlung und zum Generieren elektrischer Signale, die die Strahlung darstellen. Für maximale Detektor­ elementsignale wird der Detektor mit dem gerichteten Röntgenstrah­ lungsbündel ausgerichtet. Das Verfahren beinhaltet, daß jedes Teil zwischen der Röntgenquelle und dem linearen Felddetektor beseitigt wird, ein Röntgenstrahlenbegrenzer geöffnet wird, der lineare Felddetektor für ein maximales Signal von jedem Detektor­ element positioniert wird, die Röntgenstrahlenbegrenzeröffnung verkleinert wird, das Signal von jedem Detektorelement ausgewer­ tet wird, der Röntgenstrahlenbegrenzer für maximale Detektor­ elementsignale bewegt wird, der Röntgenstrahlenbegrenzer befe­ stigt wird und der lineare Felddetektor für ein maximales Signal positioniert wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an­ hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 - zeigt die Hauptkomponenten des Röntgen-Inspektions­ systems.

Fig. 2 - zeigt eine Turbinenschaufel.

Fig. 3A-B - zeigen eine schematische Darstellung des Transport­ systems und der abgeschirmten Bleikammer.

Fig. 4 - zeigt die elektromechanische Einrichtung der Röntgen­ maschine.

Fig. 5 - zeigt eine Darstellung der Röntgenquelle, des Röntgen­ detektors und des Teilumrisses.

Fig. 6 - zeigt in einem Fließbild ein Verfahren zum Ausrichten des Detektors und der Röntgenstrahlenquelle.

Fig. 1 stellt die Hauptkomponenten des Röntgen-Inspektionssystems 2 dar. Das Röntgen-Inspektionssystem 2 weist eine Röntgenmaschi­ ne 4 und ein Röntgenbildsystem 6 auf. Die Röntgenmaschine 4 enthält eine Röntgenstrahlenquelle 12, einen Röntgendetektor 14, einen Teile-Manipulator 16, einen programmierbaren Regler 20, einen industriellen Regler 21, eine um sechs Achsen bewegbare Plattform 30 und ein Transportbandsystem 22. Das Röntgenbild­ system 6 enthält ein Datenerfassungssystem 24, ein Bildgenera­ tionssystem 26, ein Computersystem 28, eine Operator-Konsole 19, eine Operator-Anzeige 18, ein Tastenfeld 601, einen Anzeigepro­ zessor 23, eine Anzeige 32 mit hohem Auflösungsvermögen und einen Balkencodeleser 34.

Teile 8, wie beispielsweise Triebwerksschaufeln, werden durch das Transportbandsystem 22 in die Röntgenmaschine 4 eingeführt. Zwar wird die Erfindung unter Bezugnahme von Schaufeln näher be­ schrieben, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Einrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung auf zahlreiche andere ge­ fertigte Gegenstände angewendet werden können. Hierzu gehören beispielsweise Kompressor- oder Turbinenschaufeln, Leitschaufeln, Düsen, Thermoelemente usw. Fig. 2 zeigt eine typische Trieb­ werksschaufel. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 lädt ein Opera­ tor eine Schaufel 8 in einen Greifer 38, der auf dem Transport­ band 22 durch einen Träger 40 gehalten ist, der auf dem Trans­ portband 22 durch Rollen 42 abgestützt ist.

Der Operator informiert das Röntgen-Inspektionssystem 2 über die Teile-Nummer der Schaufel und die erforderliche Inspektionsart. Der Operator drückt gleichzeitig die Startknöpfe 41 und 43. Das Transportband 22 transportiert die Schaufel 8 in der durch den Pfeil gezeigten Richtung durch 18 Stationen oder positionen zu einer Inspektionsstation 44. Die Inspektionsstation 44 befindet sich innerhalb einer abgeschirmten Bleikammer (in Fig. 3 ge­ zeigt). Der numerisch gesteuerte Teile-Manipulator 16 nimmt den Greifer 38 mit der Schaufel 8 von dem Transportband 16 und posi­ tioniert sie in einer geeigneten Form in einem gerichteten Röntgenstrahlenbündel 36 zwischen der Röntgenquelle 12 und dem Röntgendetektor 16.

Das Röntgenbildsystem 6 erzeugt nach einem Schaufelinspektions­ plan ein digitales Durchleuchtungsbild oder ein Computertomo­ graphiebild. Für digitale Durchleuchtungsbilder wird die Schau­ fel 8 in einer konstanten Winkelstellung gehalten und durch den Teile-Manipulator 16 vertikal durch das Röntgenstrahlenbündel bewegt. Für Computertomographiebilder wird die Schaufel 8 in einer konstanten vertikalen Stellung gehalten und durch den Teile- Manipulator 16 bis zu 360° gedreht. Zu jedem sechzigsten Teil einer Sekunde wird die Intensität der durchgelassenen Röntgen­ strahlen von 636 horizontalen Detektorelementen des Röntgende­ tektors 14 durch das Datenerfassungssystem 24 gesammelt. Die ge­ sammelten Daten werden von dem Datenerfassungssystem 24 zum Bild­ erzeugungssystem 26 geleitet, wo sie normalisiert werden im Hin­ blick auf Änderungen in der Ausgangsgröße der Röntgenröhre, der Kanalverstärkung und Empfindlichkeitsänderungen. Die Daten wer­ den dann korrigiert für eine Bündelhärtung. Im Falle eines Durch­ leuchtungsbildes, bei dem die Schaufel 8 vertikal abgetastet wird, werden die Daten in einem Computersystem 28 gespeichert. Im Falle von Computertomographiebildern (CT-Bilder), bei denen das Teil gedreht wird, erfolgt eine weitere Bearbeitung durch Faltung und Rückprojektion zum Erhalten des CT-Bildes in dem Bild­ generator 26. Das CT-Bild wird dann zum Computersystem 28 zurück­ transportiert für eine Anzeige und Speicherung. Nachdem alle Durchleuchtungsbilder und CT-Bilder durch das Computersystem 28 gesammelt sind, transportiert der Teile-Manipulator 16 die Schau­ fel 8 zurück zum Transportband 22. Das Transportband 22 bewegt sich weiter, und eine Schaufel 8 tritt dann aus der Röntgenstrah­ lenkammer in die erste von drei Entnahmestationen 46,48 und 50 aus. Das Computersystem 28 analysiert das Durchleuchtungsbild oder das CT-Bild zum Identifizieren der Lage von unzulässigen Rissen in der Schaufel. Im manuellen Betrieb ermittelt der Opera­ tor die Risslage und mißt die Risse. Der Operator bestimmt dann die Disposition des Teils, oder/wenn eine weitere Analyse, bei­ spielsweise wenn ein CT-Bild erforderlich ist, ermittelt ein automatischer Rißanalyseprozeß, ob die Schaufel akzeptabel ist oder zurückgewiesen werden muß oder eine weitere Inspektion er­ fordert. Es wird ein Rißreport erzeugt, und Lichter auf der Entnahmestation werden aktiviert, um den Operator über die Schaufeldisposition zu informieren.

Das Röntgenbildsystem 6 steuert die Teilebewegung, Computerauf­ gabenkoordination, Operatorbestätigung und Protokollierung, Röntgenaufwärmung und Protokollierung, Schaufelabbildung, Daten­ erfassung, Rißabtastung, Qualitätsausführungsplan, Teilebild­ speicherung, Teilebewegungsanalyse und Teilereportgeneration. Im automatischen Betrieb führt das Röntgenbildsystem 6 eine auto­ matische Bildanalyse in Echtzeit durch. Die Bilddaten für eine Schaufel werden in Echtzeit erhalten, während die Schaufel ge­ handhabt bzw. manipuliert wird.

Fig. 3A-B zeigen eine schematische Darstellung der Transport­ einrichtung 22 und der abgeschirmten Bleikammer. Das Röntgen- Inspektionssystem verarbeitet Schaufeln in einer Reihenfolge, die durch das Teiletransportband 22 diktiert wird. Der Durchsatz des Röntgenbildsystems ist durch die Abtastzeit der Schaufel und die Bearbeitungszeit der Schaufel begrenzt. Die Schaufelabtast­ zeit ist eine Funktion der physikalischen Eigenschaften der Rönt­ genbestrahlung der Schaufel, des Datenerfassungssystems 24 der Größe der Schaufel und der Art der Abtastung (Durchleuchtung oder Computertomographie). Die Schaufelbearbeitungszeit ist eine Funk­ tion der Größe des Schaufelbildes, der Bearbeitung, die an dem Bild vorzunehmen ist, und der Anzahl von Bildern für die Schau­ fel. Das Röntgenbildsystem bearbeitet eine Schaufel während der Abtastzeit der Schaufel oder der nächsten Schaufel, um einen Echtzeitbetrieb zu erreichen.

Das Röntgen-Inspektionssystem arbeitet entweder in einem manuellen oder automatischen Betrieb. Im manuellen Betrieb gestattet das System dem Operator, ein Schaufelbild, eine Anzeige des Bildes, eine Schaufeldisposition zu machen und zu wiederholen, falls es erforderlich ist. Der automatische Betrieb führt automatische Rißdetektion, Rißanalyse und Schaufeldisposition durch.

Fig. 4 zeigt die elektromechanische Einrichtung der Röntgen­ maschine 4. Die Röntgenquelle enthält eine Röntgen-Steuereinheit 52, eine Röntgennetzeinspeisung 54, einen 75KV Aufwärtstransfor­ mator 56, zwei 210KV Hochspannungsgeneratoren 58 und 60, die Röntgenröhre 12 und einen Ölkühler (nicht gezeigt). Die Netzlei­ stung wird dem 75KV Aufwärtstransformator über die Röntgenein­ speisung 54 zugeführt. Jeder Hochspannungsgenerator 58, 60 wird aus dem 75KV Aufwärtstransformator 56 gespeist. Jeder Hochspan­ nungsgenerator legt seine Spannung an die Röhre an, um eine 420KV Spannung zu erzeugen. Die Anlegung von 210KV vom Generator 58 an die Röhre und von 210KV vom Generator 60 an die Röhr zum Erzeugen einer Beschleunigungsspannung von 420KV ist allgemein bekannt.

Der Röntgenregler 52 regelt den Strahlstrom, den Fadenstrom und die Fadenspannung. Der Röntgenregler 52 hat eine Sicherheitsver­ riegelungsschaltung zum Abschalten der Röntgenquelle 12, wenn Übertemperatur, Überleistung oder ein Öffnen der Röntgenmaschinen­ tür abgetastet wird. Im Grunde regelt der Röntgenregler 52 die Fadenspannung und -strom, überwacht die Temperatur und die Strö­ mung des Kühlöls, schaltet das System ab, wenn Temperatur oder Strom vorbestimmte Werte überschreiten, und überwacht das Öffnen der Zugangstür zur Röntgenmaschine. Der Ölkühler zieht die Wärme von dem Wolframtarget in der Röntgenröhre ab. Der Ölkühler ist ein Öl/Luft-Wärmetauscher.

Eine Hochspannung für die Röntgenröhre wird manuell oder durch den Röntgenregler 52 in der Röntgeneinspeisung 54 durch einen Digital/Analog-Wandler bei Befehlen von einem programmierbaren Regler 20 eingestellt. Die Spannung von dem Röntgenregler, pro­ portional zur Hochspannung, die von der Röntgenröhre gefordert wird, steuert ein Servosystem in der Röntgeneinspeisung 54. Das Servosystem steuert eine Rolle in der Einspeisung 54 auf einen entsprechenden Abzapfpunkt. Um eine konstante Spannung an der Röntgenröhre zu erhalten, wird ein Motorantrieb abgeschaltet, der die Rolle in der Leistungseinspeisung 54 bewegt. Das Motor­ antriebs-Servosystem ist abgeschaltet, während Daten empfangen werden. Das Servosystem hat eine sehr lange Zeitkonstante und ist ungedämpft. Bei sich ändernden Netzeingangsspannungen treten große Überkorrektur- und Unterkorrektur-Spannungsschwingungen am Eingang zur Röntgenröhre auf. Um diese Änderungen auf der Eingangsleistung möglichst klein zu halten, wird ein Netzstabili­ sierungstransformator 62 mit einem harmonischen Filter am Aus­ gang verwendet.Der Netzstabilisierungstransformator 62 minimiert Spannungsänderungen am Eingang zur Röntgenröhre. Diese Maßnahmen sorgen für eine konstante Spannung an den Röntgenröhren.

Da das Röntgen-Inspektionssystem für eine fabrikmäßige Benutzung entwickelt ist, ist der Durchsatz ein wesentlicher Faktor. Um mit Produktionsraten Schritt zu halten, wird ein Durchleuchtungs­ bild in jeweils 30 Sekunden erhalten. Für ein 1800 Zeilen auf­ weisendes Bild erfordert dies, daß jede Zeile des Bildes in ein sechzigstel Sekunden erhalten wird. Auf Wunsch gestattet das System eine Synchronisation der Datenerfassung durch die Netz­ frequenz, um die Wirkungen von Rauschen im System möglichst klein zu halten. Für die 420KV-Röntgenröhre, wie sie in diesem System verwendet wird, wird ein vernünftiges Signal/Rauschverhältnis in 1/60 Sekunde erreicht. Für bessere Ergebnisse können die Daten von mehr als einer Datenerfassung gemittelt werden.

In Fig. 4 ist auch die Abtasteinrichtung der Röntgenmaschine 4 gezeigt. Die Röntgenquelle 12 erzeugt ein gerichtetes Röntgen­ strahlenbündel entlang der Y-Achse durch einen Röntgenquellen­ begrenzer 65 auf einen Röntgendetektor 14. Der Röntgendetektor 14 weist einen Bündelkollimator 66 auf, der verhindert, daß Beu­ gungsstrahlung auf einen linearen Array-Detektor 64 auftrifft. Der Detektorkollimator 66 erstreckt sich von dem Detektor nach vorne, um möglichst viel Hintergrundstrahlung von der Röntgen­ quelle zu eliminieren. Der lineare Array-Detektor 64 weist 640 einzelne Detektorelemente auf, die entlang der horizontalen Y-Achse ausgerichtet sind. Der Detektor 14 besteht aus einem Ionisationskammer-Röntgendetektor, der einen aus parallelen Platten bestehenden Kondensator mit einem gasförmigen Dielek­ trikum zusammen mit einer Hochspannungseinspeisung und einer Ladungsmeßvorrichtung aufweist. Auftreffende Röntgenstrahlen ionisieren das dielektrische Material, und die gebildeten Ionen werden unter dem Einfluß eines angelegten elektrischen Feldes zu den Kollektorplatten geschwämmt. Der gemessene Strom ist pro­ portional zu dem auftreffenden Röntgenfluß und ist relativ unab­ hängig von der angelegten Spannung über einen breiten Spannungs­ bereich.

Der Detektor 14 wird sehr präzise zusammengebaut, um den Detek­ torkollimator und die Detektorelemente exakt mit der Röntgen­ bündelachse auszurichten.

Der Röntgendetektor besteht aus 600 Datenkanälen. Zusätzlich zu den 600 Datenkanälen in dem Röntgendetektor 64 sind 36 Referenz­ kanäle vorgesehen. Es gibt 18 Referenzkanäle auf jeder Seite des Hauptfeldes und von diesen durch 5,5 mm (220/1000 Zoll) ge­ trennt. Die Referenzdetektoren haben zwei Hauptfunktionen. Der erste ist, Intensitätsschwankungen in der Röntgenquelle zu be­ rücksichtigen. Zusätzlich sind die Referenzkanäle außerhalb des Teileumrisses und liegen somit in einer direkten Luftbahn zur Quelle. Das bedeutet, daß die Röntgenstrahlen auf die Referenzka­ näle auftreffen, ohne durch die Schaufel hindurchzutreten. Jede Signaländerung in diesen Kanälen steht in Beziehung zu Änderun­ gen in der Quellen-Intensität. Die Datenkanäle sind während je­ des Datenerfassungsintervalls auf den Mittelwert in dem Referenz­ kanal normiert.

In Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Röntgenquelle und den li­ nearen Array-Detektor 64 gezeigt. Der mit 470 bezeichnete Be­ reich wird durch ein Teil, beispielsweise eine Turbinenschaufel, eingenommen. Eine Bank von Referenzdetektoren 472 sampeln den Röntgenwert auf einer ersten Seite des Teileumrisses 74, um einen ersten Referenzpegel zu ermitteln. Eine andere Bank aus Referenz­ detektoren 474 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Teile­ umrisses angeordnet, um den Flußpegel der Röntgenquelle zu messen, um einen zweiten Referenzpegel zu ermitteln. Um die Datenkanal­ signale zu normieren, wird eine vorbestimmte Anzahl von Referenz­ detektorkanälen gemittelt und die Ergebnisse durch die Datenka­ nalwerte dividiert.

Die zweite Funktion der Referenzdetektoren besteht darin, kleine Unterschiede in dem Datenerfassungs-Intervall von Periode zu Periode zu berücksichtigen. Bei dem 6OHz-Netz als Referenztakt 68 ist dieser Effekt recht klein für den größten Teil, obwohl in einer Fabrikumgebung die Netzleistungsperiode um einige zehn Mikrosekunden von ihrer nominellen Rate abweichen kann. Änderun­ gen in der vertikalen Schrittgröße für eine Durchleuchtungs- Datenerfassung treten auf, wenn der 6OHz-Takt 68 verwendet wird. Dies hat variable Pixelgrößen im Bild zur Folge, die Schwierig­ keiten bei der Interpretation verursachen können. Obwohl dieser Effekt recht klein ist, wird es gelegentlich vorgezogen, sicher­ zustellen, daß die Schrittgröße für alle Schritte gleich ist (beispielsweise in Messungen mit vertikaler Auflösung). Die exak­ te Größe des Inkrements ist nicht wichtig. Wichtig dagegen ist die Tatsache, daß das Inkrement immer das gleiche ist. Deshalb ist es nützlich, eine andere Frequenzreferenz als die Netz­ frequenz 68 zu verwenden. Der Teile-Manipulator zum Positio­ nieren des Teils bewegt sich mit nahezu konstanter Geschwindig­ keit. Ein Codier-Impuls 70 wird durch den Teile-Manipulator immer dann generiert, wenn die Schaufel etwa 0,125 mm (5/1000 Zoll) bewegt wird. Der Codier-Impuls 70 wird dem programmierbaren Reg­ ler 20 zugeführt, der ein Codier-Taktsignal 72 generiert, das einem Schalter 74 zugeführt wird. Der Schalter 74 wird durch den industriellen Regler 21 gesteuert. Der Schalter 74 gestattet, daß entweder der Codier-Takt 72 oder der 60 Hz-Takt 68 an den Bildgenerator 26 angelegt wird, der das Taktsignal für das Daten­ erfassungssystem liefert. Wenn der Takt für das Datenerfassungs­ system von dem Codier-Takt 72 kommt, können ebenfalls leichte Änderungen in der Datenerfassungszeit auftreten. Dies hat selbst­ verständlich Änderungen in der Amplitude des Referenzsignals zur Folge. Diese Änderungen werden durch Normierung der Datenkanäle in dem Röntgendetektor mit den Referenzdetektoren berücksichtigt bzw. ausgeglichen. Somit kompensieren die Referenzdetektoren jede Änderung im Signalpegel von der Röntgenquelle und alle Änderungen, die durch Abweichungen entweder in dem 60 Hz-Takt 68 oder dem Codier-Takt 72 hervorgerufen werden.

Um eine räumliche Auflösung in der Größenordnung von 0,25 mm (10/1000 Zoll) zu erreichen, erfordert das Sampling-Theorem Messungen auf der Basis von 0,125 mm (5/1000 Zoll) Mittelab­ ständen. Da alle Daten über der Breite der Schaufel durch den linearen Array-Detektor gleichzeitig genommen werden, erfordert dies, daß die einzelnen Detektorelemente mit ihren Mittelpunkten im Abstand von 0,125 mm (5/1000 Zoll) angeordnet sind. Um eine vergleichbare Auflösung der vertikalen Auflösung des Durchleuch­ tungsbildes zu erreichen, ist wiederum eine Auflösung von 0,25 mm erforderlich, wobei die Daten in Schritten von 0,125 mm ent­ nommen werden. Die räumliche Auflösung wird durch den Bündel­ kollimator 66 erreicht, der zwei Wolframblöcke aufweist, die dick genug sind, um das auftreffende Bündel um einen Faktor von 1000 zu dämpfen, und sie sind im Abstand von 0,38 mm zueinander vor der Ionisationskammer angeordnet (vertikaler Abstand auf­ grund der Geometrie des Abbildungssystems). Die Platten des Kon­ densators, die den Detektor bilden, sind im Abstand zueinander angeordnet, um zu verhindern, daß Röntgenstrahlen direkt auf die Sammlerplatten auftreten. Dieser Abstand bestimmt die erforder­ liche Detektorspannung, um die gewünschte Detektoransprechzeit zu erreichen. Die Erfordernisse hinsichtlich der räumlichen Auf­ lösung bestimmen den Abstand der einzelnen Detektorelemente und die Größe des vertikalen Bewegungsinkrements.

Die maximale Schaufelgröße bestimmt die Gesamtabmessungen des Detektors 14, die erforderliche Anzahl einzelner Elemente und die Anzahl von Schritten bei der vertikalen Abtastung, um ein volles Durchleuchtungsbild zu erreichen. Eine übliche Turbinen­ schaufel paßt in einen Teileumriß 470, der etwa 7,5 cm breit und etwa 22,5 cm hoch ist. Bei einem 7,5 cm breiten Detektor mit Elementen, die im Abstand von jeweils 0,125 mm angeordnet sind, sind 600 Detektor-Elemente erforderlich.

Der Detektor 14 kann in jeder von sechs Achsen durch die Platt­ form 30 bewegt werden. Die Plattform 30 bewegt sich in üblicher Weise in den X-, Y- und Z-Richtungen oder dreht sich um eine der Achsen.

Bevor die Röntgenmaschine benutzt wird, wird der ein lineares Feld (Array) aufweisende Detektor 64 mit der Röntgenquelle 12 ausgerichtet. Der lineare Array-Detektor 64 weist 640 einzelne Detektor-Elemente auf, die entlang der horizontalen Achse X ausgerichtet sind. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel sind 600 Detektor-Elemente Datenkanäle, 36 Detektor-Elemente sind Referenzkanäle und 4 Kanäle sind reserviert. Das Signal von jedem Kanal wird der horizontalen Achse eines Oszilloskops zugeführt zur Anzeige der Intensität, die durch jeden Kanal von der Röntgenquelle empfangen wird. Die vertikale Achse auf dem Oszilloskop stellt die Intensität dar. Wenn jedes Detektor-Ele­ ment die gleiche Intensität von der Röntgenquelle mißt, er­ scheint ein konstanter Pegel auf dem Oszilloskop. Der Bündel­ begrenzer 65 weist zwei Wolframblöcke auf, die im Abstand zuein­ ander von etwa 1,25 bis 1,5 mm (50 bis 60/1000 Zoll) angeordnet ist. Eine Sechs-Achsen-Plattform 30 bewegt sich in den Z-, X- und Y-Richtungen und dreht sich um jede Achse, um den Array-De­ tektor 64 zu positionieren. Fig. 6 ist ein Fließbild und stellt das Verfahren zum Ausrichten des Röntgendetektors 14 dar.

Zunächst wird eine ungehinderte Bahn zwischen der Quelle und dem Detektor hergestellt (Kästchen 100). Um das Ausrichtverfahren zu beginnen, ist der Röntgenbündelbegrenzer 65 geöffnet, um eine Dämpfung auf dem Detektorfeld 64 zu verhindern (Kästchen 102). Die Sechs-Achsen-Plattform 30 positioniert dann den linearen Array-Detektor 64 für ein maximales Signal von jedem Detektor­ kanal, wobei versucht wird, daß das Detektorfeld so horizontal wie möglich ist (Kästchen 104). Wenn das maximale Signal von je­ dem Detektorkanal erhalten wird, wird die Öffnung des Röntgen­ bündelbegrenzers auf die Hälfte verkleinert (Kästchen 106). Wenn die Intensität der Röntgenquelle nicht abfällt, wird die Breite des Röntgenbündelbegrenzers 65 verkleinert, bis eine Einwirkung mit dem Signal durch den Begrenzer 65 von den Detektor-Elementen detektiert wird (Kästchen 108). Der Begrenzer 65 wird dann ver­ tikal bewegt und um die X-Achse verschoben, um eine Nichtein­ wirkung von dem Begrenzer 65 zu erreichen (Kästchen 110 und 112). Wenn der Begrenzer 65 nun unterschiedlich nach oben und unten bewegt wird für ein maximales Signal, dann wird der Begren­ zer 65 symmetrisch um das Röntgenstrahlenbündel zentriert. Die Aufgabe des Bündelbegrenzers 65 besteht darin, den Betrag an Fremdstrahlung zu verkleinern, die auf eine Schaufel auftrifft. Durch Verkleinern der Größe der auf die Schaufel auftreffenden Fremdstrahlung wird die Größe von Streustrahlung von der Schau­ fel vermindert, die in den Röntgendetektor 14 eintritt. Der Röntgenbündelbegrenzer 65 wird dann in dieser Position fixiert (Kästchen 114). Da der Detektorkollimator an dem Röntgendetektor 14 fest angebracht ist, bewegen sich der Kollimator 66 und der Detektor 14 als eine Einheit. Die Tiefe 67 des Kollimators 66 in der Y-Richtung beträgt etwa 1,8 cm (3/4 Zoll). Die Öffnung 69 beträgt etwa 0,3 mm (12/1000 Zoll). Diese Abmessungen ver­ kleinern die Größe von Streustrahlung, die in den Detektor 14 eintritt. Die Tiefe 67 und die Höhe 69 des Kollimators 66 ver­ kleinern den Winkel, durch den Streustrahlung ungedämpft in den Detektor eintreten kann. Das Verkleinern des Betrages an in den Detektor 14 eintretender Streustrahlung durch Vergrößern der Höhe des Kollimators 66 und durch Verkleinern der Öffnung 69 erzeugt ein Bild mit höherer Qualität als dies bisher möglich war. Das Vergrößern der Tiefe 67 und das Verkleinern der Öffnung 69 gestattet, daß nur Strahlung parallel zur Y-Achse in den De­ tektor eintritt. Der Detektor 14 und der Kollimator 66 werden durch die Sechs-Achsen-Plattform 30 bewegt, um ein maximales Signal zu erzeugen (Kästchen 116). Das Detektorfeld 64 und die Röntgenquelle 12 sind nun für ein maximales Signal ausgerichtet.

Einer der kritischsten Abschnitte beim Ausrichten des Detektors besteht darin, die Mitte des Detektorfeldes kollinear mit der geraden Linie zu machen, die zwischen dem Röntgenbrennpunkt durch die Achse der Drehung um die Z-Achse des Teile-Manipulatordorns gezogen wird. Diese Funktion wird dadurch ausgeführt, daß ein Greifer mit einem Verlängerungsflansch in dem Röntgenbündel gedreht wird. Fig. 4 zeigt einen Greifer 38 mit einem Verlän­ gerungsflansch. Dort ist die mittlere Drehachse des Greifers 38 die gleiche wie die mittlere Drehachse des Teile- Manipulatordorns 76. Der Greifer 38 ist sicher befestigt und zentriert auf dem Teile-Manipulatordorn 76 durch den Stößel 86, der in eine selbstzentrierende Kammer 90 gedrückt wird.

Die Oszilloskopspur wird so justiert, daß die Datendetektoren die gesamte Oszilloskopfläche überspannen. Der Greifer 38 wird auf dem Teile-Manipulatordorn 76 gehalten und gedreht, um den Ver­ längerungsflansch auf dem einen Rand des Detektorfeldes anzuord­ nen, und dann nach oben in das Röntgenstrahlenbündel 13 bewegt, damit nur der Verlängerungsflansch das Bündel 13 zwischen der Röntgenquelle 12 und dem Detektor 14 schneidet. Die Detektor­ kanäle, die durch den Schnitt des Flansches beeinflußt sind, erscheinen auf dem Oszilloskop mit einem verkleinerten Signalwert im Vergleich zur Mehrheit der anderen Elemente. Von dem Rand des Flansches wird ein erstes Randelement des Detektors von dem Oszilloskop genau ermittelt. Der Greifer 38 wird dann um 180° gedreht. Dann wird ein zweites Meßkanten-Detektorelement ermit­ telt. Der lineare Array-Detektor 64 wird entweder nach rechts oder nach links bewegt, damit die ersten und zweiten Randelemente des Detektors die gleiche relative Position von jedem Rand des Oszilloskopschirms haben. Dies wird durch Drehen des Greifers um 180° überprüft, wobei die Position des ersten Randdetektors notiert, der Greifer um 180° gedreht und die Position der zweiten Randdetektoren notiert wird. Auf diese iterative Weise wird der lineare Array-Detektor 64 so justiert, daß die Mitte des Detektor­ feldes nahezu koinzident mit der Drehachse um die Z-Achse des Teile-Manipulators ist.

Dann wird ein Präzisionszylinder aus Messing auf dem Greifer an­ geordnet. Der Messingzylinder bildet eine Oberfläche zum Messen des Abstandes von dem Brennpunkt der Röntgenquelle zur Mitte der Drehachse des Teile-Manipulators (Y 1) und des Abstandes zwischen dem linearen Array-Detektor 64 und der Mitte der Dreh­ achse des Teile-Manipulators (Y 2). Mit den Parametern Y 1 und Y 2 wird die Vergrößerung des Röntgensystems ermittelt. Die Vergrö­ ßerung beträgt (Y 1+Y2)/Y1. Das Ausrichten des Detektors ver­ hindert eine Verschlechterung der Röntgenbilder durch Streustrah­ lung, sorgt für ein Bild mit höherer Auflösung und verbessert das Signal/Rauschverhältnis.

Claims (1)

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Messen und prüfen von gefertigten Teilen mit einem Computer-gestützten System, wobei eine Röntgenquelle ein Bündel aus Rönt­ genstrahlen liefert, ein Bündelbegrenzer das Röntgen­ strahlenbündel richtet und ein ein lineares Feld (Array) aufweisender Röntgendetektor mit Detektor- Elementen empfangene Röntgenstrahlung in entsprechen­ de elektrische Signale umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) der Spalt des Bündelbegrenzers geöffnet wird zum Bestrahlen jedes Detektor-Elements,
   • b) der lineare Array-Detektor positioniert wird zum Erzeugen eines Signals von jedem Detektor-Element,
   • c) der Spalt des Bündelbegrenzers verkleinert wird,
   • d) das Signal von jedem Detektor-Element ausgewertet wird zum Herbeiführen eines maximalen Signals von jedem Detektor-Element, indem der Bündelbegrenzer in verschiedene Stellungen gebracht wird,
   • e) der lineare Array-Detektor positioniert wird zum Erzeugen eines maximalen Signals.