DE4317835A1 - Computertomograph - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Computertomographen zur zerstö­ rungsfreien Prüfung von langgestreckten Prüfobjekten nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Während Computertomographen im medizinischen Anwendungsbereich eine in der Abtastebene rotierend angetriebene Prüfkopfanordnung besitzen und die Patientenliege translatorisch senkrecht zur Prüfkopf-Abtast­ ebene verfahrbar, rotatorisch hingegen stillstehend angeordnet ist, wird bei bekannten industriellen Computertomographen der eingangs genannten Art dadurch ein wesentlich vereinfachter Prüfkopfan­ schluß erreicht, daß auf eine rotierende Lagerung der Prüfkopfanord­ nung verzichtet und stattdessen das Prüfobjekt aufrechtstehend auf einem um eine vertikale Drehachse rotierend angetriebenen Prüftisch montiert wird. Derartige Computertomographen sind in ihrer Anwendung auf kleinere, in sich starre Prüfobjekte beschränkt, ergeben jedoch bei der Prüfung von Objekten großer Baulänge und/oder Eigenelastizi­ tät, etwa Faserverbund-Hubschrauber-Rotorblättern mit einer Blatt­ länge von mehreren Metern, eine unzureichende Bildqualität, die ihre Ursache in einer instabilen Positionierung des Prüfobjektes bezüg­ lich der Rotationsachse des Prüftisches hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Computertomographen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß selbst Prüfobjekte mit nahezu be­ liebiger Baulänge problemlos und mit hoher Bildqualität zu untersu­ chen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Computertomographen gelöst.

Erfindungsgemäß wird infolge der besonderen Halterung und Prüftisch- Anordnung auch für langgestreckte Prüfobjekte geringer Eigenstabi­ lität auf baulich einfache Weise eine hochgradig rotationsstabile Prüfobjektabstützung und -fixierung bezüglich der Prüftisch-Dreh­ achse über die gesamte Prüflingslänge sichergestellt, so daß sich unabhängig von der Axialposition des jeweils gewählten Abtastquer­ schnitts eine gleichbleibend hohe Bildqualität erzielen läßt, mit dem weiteren, vor allem für die praktische industrielle Anwendung wesentlichen Effekt, daß die Prüfung ausgedehnterer Strukturen auf­ grund der horizontalen, translatorisch stationären Prüfobjektposi­ tionierung mit geringem Montage- und Demontageaufwand verbunden und in Prüfräumen mit relativ niedriger Raumhöhe und einer dem Prüfob­ jekt entsprechenden Raumlänge durchführbar ist. Die Erfindung eignet sich daher in hervorragender Weise zur Untersuchung von computerto­ mographisch schwierigen Bauteilen, insbesondere Hubschrauberkompo­ nenten aller Art, angefangen von Elastomerlagern in einer Größe von wenigen cm, die unmittelbar auf dem Drehtisch montiert werden, bis hin zu Faserverbund-Rotorblättern mit einer Blattlänge von mehr als 5 m.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung enthält die Prüfobjekthalterung gemäß Anspruch 2 vorzugsweise mehrere, in Rich­ tung der Horizontalachse versetzt zueinander angeordnete Drehlager­ stellen, wodurch eine baulich einfache, genaue Zentrierung der Ro­ tationsbewegung des Prüfobjektes auf die Drehtischachse erzielt wird. Im Hinblick auf eine feinfühlige Anpassung der Prüfobjekt- Drehlagerung ist dabei nach Anspruch 3 der gegenseitige Abstand be­ nachbarter Drehlagerstellen zweckmäßigerweise entsprechend der Prüf­ objektlänge in Richtung der Horizontalachse veränderlich einstell­ bar.

Eine unter dem Gesichtspunkt der Zentriergenauigkeit besonders be­ vorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht gemäß Anspruch 4 darin, daß der Drehtisch als Prüfobjekthalterung eine mehrteilige, das Prüfobjekt formgleich umschließende Tragschale besitzt. Aus Gründen einer fertigungs- und montagemäßig einfachen Gestaltung der Trag­ schale besteht diese gemäß Anspruch 5 vorzugsweise aus einer oberen und einer unteren, lösbar miteinander verbundenen und mit einer am Prüfobjekt anliegenden Schaumstoffschicht ausgefüllten Schalenhälf­ te. Nach Anspruch 5 ist die Tragschale zweckmäßigerweise aus Carbon­ faser-Verbundwerkstoff oder einem anderen, schwach strahlungsabsor­ bierenden und einfach formgebend zu verarbeitenden Material herge­ stellt.

Um eine Anpassung des Meßfeldes an unterschiedliche Prüfobjekte und zusätzlich zur rotatorischen auch eine translatorische Prüfobjektab­ tastung zu ermöglichen, ist die Prüfkopfanordnung nach Anspruch 7 zweckmäßigerweise vertikal positionierbar an einem in Richtung der Horizontalachse verfahrbaren Tragrahmen montiert und/oder nach An­ spruch B in der jeweiligen Abtastebene horizontal verstellbar ange­ ordnet, wodurch zugleich auch die Meßfeldgröße und die Ausrichtung des Meßfeldes bezüglich der horizontalen Rotationsachse veränderlich einstellbar sind. Dabei wird eine vor allem für unsymmetrische Prüf­ objekte besonders günstige Anpassungsmöglichkeit der Prüfkopfanord­ nung gemäß Anspruch 9 dadurch erreicht, daß der Sende- und der Em­ pfangsteil unabhängig voneinander in der jeweiligen Abtastebene ho­ rizontal verstellbar sind.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sende­ teil der Prüfkopfanordnung gemäß Anspruch 10 auswechselbar angeord­ net, so daß es je nach Beschaffenheit des Prüfobjektes möglich ist, die bisher für die industrielle Bauteilprüfung übliche Röntgenröhre, die mit einer Stromstärke in der Größenordnung von 600 mA arbeitet und einer Zwangskühlung bedarf, gegen eine herkömmlicherweise nur im medizinischen Bereich verwendete Röntgenröhre, die eine vergleichs­ weise niedrige Stromstärke von etwa 10 mA besitzt und keiner beson­ deren Kühlung bedarf, auszutauschen, aufbauend auf dem Gedanken, daß die Bauteilprüfzeiten durch Verwendung einer derartigen Schwach­ strom-Röntgenröhre für bestimmte Werkstücke, etwa solche aus Faser­ verbundwerkstoff, ganz erheblich verkürzt werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Ver­ bindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Computertomographen bei der Prüfung eines Hubschrauber-Rotorblattes;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1.

Der in den Figuren gezeigte Computertomograph dient zur serienmäßigen, zerstörungsfreien Prüfung verschiedenartiger, langgestreckter Hub­ schrauber-Komponenten, z. B. Faserverbund-Rotorblättern 2 mit einer Blattlänge von etwa 7,5 m, und besitzt als Hauptbestandteile eine Prüfkopfanordnung 4 und einen Drehtisch 6 einschließlich einer ins­ gesamt mit B bezeichneten Prüfobjekthalterung, die auf einer boden­ festen Grundplatte 10 montiert sind.

Der Drehtisch 6 enthält eine von einem Antrieb 12 rotierend ange­ triebene Spannscheibe 14, die an einer fest an der Grundplatte 10 verankerten Tragsäule 16 um eine horizontale Rotationsachse A-A drehbar gelagert ist.

Die Prüfobjekthalterung 8 besteht aus einer rohrförmigen, rotations­ fest mit der Spannscheibe 14 verbundenen, sich in Richtung der Hori­ zontalachse A erstreckenden Tragschale 18, die das Rotorblatt 2 um­ schließt und aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff, also einem hochstei­ fen und schwach strahlungsabsorbierenden Material hergestellt ist. Im Inneren ist die Tragschale 18 mit einer über die gesamte Blatt­ länge formgleich am Rotorblatt 2 anliegenden Schaumstoffüllung 20 versehen, durch die das Rotorblatt 2 sicher in der Tragschale 18 fixiert wird. Zum Einlegen und zur Entnahme des Rotorblatts 2 ist die Tragschale 18 einschließlich der Schaumstoffüllung 20 in zwei Halbschalen 18A, 18B unterteilt, die durch Spannringe 22 zusammen­ gehalten werden.

Ferner enthält die Prüfobjekthalterung 8 mehrere, in Achsrichtung A versetzt zueinander angeordnete Drehlagerstellen 24.1, 24.2, die die Tragschale 18 koaxial zur Horizontalachse A abstützen und jeweils einen an der Grundplatte 10 verankerten Lagerbock 26 enthalten, auf dem ein zweiteiliger, die Tragschale 18 umspannender Lagerring 28 über Lagerrollen 30 zentrisch zur Horizontalachse A drehbar angeord­ net ist. Zur Anpassung an unterschiedliche Tragschalen-Längen ist der gegenseitige Abstand der Drehlagerstellen 24 dadurch veränder­ bar, daß zumindest eine der Drehlagerstellen, 24.2, in Richtung der Horizontalachse A translatorisch einstellbar an der Grundplatte 10 geführt ist.

Die Prüfkopfanordnung 4, die aus einem Sendeteil 32 in Form einer Röntgenröhre und aus einem durch eine Detektorreihe gebildeten Em­ pfangsteil 34 besteht, ist mittels eines auf Führungsschienen 36 auf der Grundplatte 10 verfahrbaren Tragrahmens 38 in Richtung der Hori­ zontalachse A translatorisch beweglich angeordnet. Die Höhenlage des Sende- und Empfangsteils 32, 34 ist durch eine vertikal verstellbare Querstrebe 40 des Tragrahmens 38 regulierbar. Ferner sind die Trag­ arme 42 und 44, an denen der Sende- und der Empfangsteil 32 bzw. 34 befestigt sind, in Strebenlängsrichtung verschieblich an der Quer­ strebe 40 aufgehängt, so daß sich der Sende- und der Empfangsteil 32, 34 unabhängig voneinander quer zur Rotationsachse A horizontal veränderlich positionieren lassen.

Eine rasch auswechselbare Befestigung des Sendeteils 32 am Tragarm 42 ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Senderöhren für ver­ schiedenartige Prüflings-Werkstoffe. So wird für die Prüfung von Faserverbund-Prüflingen die in der industriellen Computertomographie sonst übliche Röntgenröhre, die eine hohe Stromstärke von bis zu 600 mA und eine Zwangskühlung besitzt, gegen eine Schwachstrom-Röntgen­ röhre ausgetauscht, die mit einer Stromstärke in der Größenordnung von 10 mA arbeitet und keiner besonderen Kühlung bedarf. Durch eine derartige prüflingsspezifische Anpassung des Sendeteils 32 lassen sich die Prüfzeiten ganz erheblich verkürzen.

Die Stellbewegungen der Prüfkopfanordnung 4 in Horizontal-, Verti­ kal- und Querrichtung werden von (nicht gezeigten) Stellantrieben ausgeführt und durch eine - ebenfalls nicht gezeigte - zentrale Steuereinheit miteinander und mit der Rotationsbewegung des Drehti­ sches 6 und der Prüfobjekthalterung B koordiniert. Durch die Längs­ positionierung der Prüfkopfanordnung 4 in Richtung der Rotations­ achse A zwischen den in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Endstel­ lungen wird die gewünschte Scanebene des Prüfobjektes 2 angefahren. Die Quer- und Höhenpositionierung der Prüfkopfanordnung 4 gestattet eine Anpassung des Meßfeldes an unterschiedlich geformte Prüfobjekte 2, eine kombinierte, translatorische und rotatorische Prüfobjekt-Ab­ tastung und eine Meßfeldbegrenzung auf einen Teilbereich des Prüf­ objektquerschnitts mit einer entsprechenden Vergrößerung des Abbil­ dungsmaßstabes.

Zur Prüfung anders geformter Prüfobjekte 2 wird die Prüfobjekthalte­ rung B und insbesondere die Schaumstoffüllung 20 ausgewechselt. Kleinere Prüfobjekte hoher Eigensteifigkeit, für die die Prüfobjekt­ halterung B nicht benötigt wird, können unmittelbar an der Spann­ scheibe 14 befestigt werden.

Claims (10)

1. Computertomograph zur zerstörungsfreien Prüfung von langge­ streckten Prüfobjekten, mit einer nicht-rotierenden, aus einem Sende- und einem Empfangsteil bestehenden Prüfkopfanordnung und einem relativ zu dieser quer zur Prüfkopf-Abtastebene verfahr­ baren, das Prüfobjekt endseitig fixierenden Drehtisch, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (6) eine am Prüfobjekt (2) längsseitig im wesent­ lichen über die gesamte Prüfobjektlänge zumindest stellenweise anliegende Halterung (8) enthält und um eine horizontale Achse (A) rotierend angetrieben und die Prüfkopfanordnung (4) in Richtung der horizontalen Drehtischachse (A) verfahrbar ist.

2. Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfobjekthalterung (8) mehrere, in Richtung der Horizon­ talachse (A) versetzt zueinander angeordnete Drehlagerstellen (24) enthält.

3. Computertomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand benachbarter Drehlagerstellen (24) entsprechend der Prüfobjektlänge in Richtung der Horizontal­ achse (A) veränderlich einstellbar ist.

4. Computertomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (6) als Prüfobjekthalterung (8) eine mehrteilige, das Prüfobjekt (2) formgleich umschließende Tragschale (18) enthält.

5. Computertomograph nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschale (18) aus oberen und unteren, lösbar miteinander verbundenen und mit einer formgleich am Prüfobjekt (2) anlie­ genden Schaumstoffschicht (20) ausgefüllten Schalenhälften (18A, 18B) besteht.

6. Computertomograph nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschale (18) aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff herge­ stellt ist.

7. Computertomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkopfanordnung (4) vertikal verstellbar an einem in Richtung der Horizontalachse (A) verfahrbaren Tragrahmen (38) montiert ist.

8. Computertomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkopfanordnung (4) in der jeweiligen Abtastebene hori­ zontal verstellbar angeordnet ist.

9. Computertomograph nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und der Empfangsteil (32, 34) der Prüfkopfanordnung (4) unabhängig voneinander in der jeweiligen Abtastebene hori­ zontal verstellbar angeordnet sind.

10. Computertomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeteil (32) aus einer hinsichtlich der Strahlungsinten­ sität auswechselbaren Strahlungsquelle besteht.