DE4317835C2 - Computertomograph - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Computertomographen zur zerstörungsfreien Prüfung von langgestreckten Prüfobjekten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Während Computertomographen und Röntgendiagnostikgeräte im medizinischen Anwendungsbereich, wie sie etwa aus der GB 14 75 303 oder der DE 36 04 955 A1 bekannt sind, eine in der Abtastebene rotierend angetriebene Prüfkopfanordnung und eine translatorisch senkrecht zur Prüfkopf-Abtastebene verfahrbare, rotatorisch hingegen stillstehende Patientenliege besitzen, wird bei bekannten industriellen Computertomographen der eingangs genannten Art dadurch ein wesentlich vereinfachter Prüfkopfanschluß erreicht, daß auf eine rotierende Lagerung des Prüfkopfes verzichtet und statt dessen das Prüfobjekt aufrecht stehend auf einem um eine vertikale Drehachse rotierend angetriebenen Prüftisch montiert wird. So enthält der aus JP-Abstr. 61-51 548(A) bekannte Computertomograph einen um eine vertikale Achse rotierende Aufnahmebehälter, in welchem das Prüfobjekt unter Zwischenlage nachgiebiger Endpolster angeordnet und durch einen in Behälterlängsrichtung auf- und abwärtsbeweglichen Prüfkopf abgetastet wird. Bei einem weiteren, aus der US 51 19 408 bekannten Computertomographen dieser Art mit einem ebenfalls um eine vertikale Achse rotierenden Prüftisch und einem höhenverschieblich, aber rotationsfest gelagerten Prüfkopf sind der Sende- und der Empfangsteil in der Abtastebene des Prüfkopfes relativ zueinander einstellbar, um dadurch den Prüfkopf an unterschiedlich breite Prüfobjekte anpassen zu können. Die bekannten industriellen Computertomographen sind in ihrer Anwendung jedoch auf kleinere, in sich starre Prüfobjekte beschränkt, ergeben aber bei der Prüfung von Objekten großer Baulänge und/oder Eigenelastizität, etwa Hubschrauber-Rotorblättern aus Faserverbundwerkstoff mit einer Blattlänge von mehreren Metern, eine unzureichende Bildqualität, die ihre Ursache in einer instabilen Positionierung des Prüfobjektes bezüglich der Rotationsachse des Prüftisches hat.

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

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

Erfindungsgemäß wird infolge der besonderen Prüfobjektlagerung in Verbindung mit der horizontalen Achsanordnung des Prüftisches auch für langgestreckte Prüfobjekte geringer Eigenstabilität auf baulich einfache Weise eine hochgradig rotationsstabile Prüfobjektabstützung und -fixierung bezüglich der Prüftisch-Drehachse über die gesamte Prüflingslänge sichergestellt, so daß sich unabhängig von der Axialposition des jeweils gewählten Abtastquerschnitts eine gleichbleibend hohe Bildqualität erzielen läßt und die für eine genaue Zentrierung der Rotationsbewegung des Prüfobjekts auf die Drehtischachse erforderlichen Drehlager mit geringem Bauaufwand unmittelbar am Bodenfundament des Prüfraums befestigt werden können, ohne daß hierfür eigens eine freistehende Tragkonstruktion hoher Eigensteifigkeit benötigt wird. Die Erfindung eignet sich daher in hervorragender Weise zur Untersuchung von computertomographisch schwierigen Bauteilen, insbesondere Hubschrauberkomponenten 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 sind die für die Prüfobjektabstützung erforderlichen Drehlagerstellen gemäß Anspruch 2 im Hinblick auf eine feinfühlige Anpassung der Prüfobjekt-Drehlagerung zweckmäßigerweise in Richtung der horizontalen Drehtischachse gegenseitig abstandsveränderlich einstellbar.

Eine unter dem Gesichtspunkt der Zentriergenauigkeit besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht gemäß Anspruch 3 darin, daß die Prüfobjektabstützung durch eine mehrteilige, das Prüfobjekt formgleich umschließende Tragschale erfolgt. Aus Gründen einer fertigungs- und montagemäßig einfachen Gestaltung der Tragschale besteht diese gemäß Anspruch 4 vorzugsweise aus einer oberen und einer unteren, lösbar miteinander verbundenen und mit einer am Prüfobjekt anliegenden Schaumstoffschicht ausgefüllten Schalenhälfte. Nach Anspruch 5 ist die Tragschale zweckmäßigerweise aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff oder einem anderen, schwach strahlungsabsorbierenden und einfach formgebend zu verarbeitenden Material hergestellt.

Um eine Anpassung des Meßfeldes an unterschiedliche Prüfobjekte und zusätzlich zur rotatorischen auch eine translatorische Prüfobjektabtastung zu ermöglichen, ist die Prüfkopfanordnung nach Anspruch 6 zweckmäßigerweise vertikal positionierbar an einem in Richtung der Horizontalachse verfahrbaren Tragrahmen montiert und/oder nach Anspruch 7 in der jeweiligen Abtastebene horizontal verstellbar angeordnet, wodurch zugleich auch die Meßfeldgröße und die Ausrichtung des Meßfeldes bezüglich der horizontalen Rotationsachse veränderlich einstellbar sind. Dabei wird eine vor allem für unsymmetrische Prüfobjekte besonders günstige Anpassungsmöglichkeit der Prüfkopfanordnung gemäß Anspruch 8 dadurch erreicht, daß der Sende- und der Empfangsteil unabhängig voneinander in der jeweiligen Abtastebene horizontal verstellbar sind.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sendeteil der Prüfkopfanordnung gemäß Anspruch 9 auswechselbar angeordnet, so daß es je nach Beschaffenheit des Prüfobjektes möglich ist, die unter dem Gesichtspunkt kurzer Bauteilprüfzeiten und kontrastreicher Prüfbilder jeweils günstigste Röntgenröhre einzusetzen.

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 8 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 mit Abstand 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 8 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 8 und insbesondere die Schaumstoffüllung 20 ausgewechselt. Kleinere Prüfobjekte hoher Eigensteifigkeit, für die die Prüfobjekt­ halterung 8 nicht benötigt wird, können unmittelbar an der Spann­ scheibe 14 befestigt werden.

Claims (9)

1. Computertomograph zur zerstörungsfreien Prüfung von langgestreckten Prüfobjekten, mit einem das Prüfobjekt endseitig fixierenden Drehtisch und einer aus einem Sende- und einem Empfangsteil bestehenden, nicht-rotierenden Prüfkopfanordnung, die quer zur Prüfkopf-Abtastebene in Richtung der Drehtischachse verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (6) um eine horizontrale Achse (A) rotierend angetrieben und zusätzlich zur drehtischseitigen Prüfobjekt-Lagerung (14, 16) eine am Prüfobjekt (2) über die gesamte Prüfobjektlänge anliegende und das Prüfobjekt auf die Drehtischachse fixierende, zumindest stellenweise drehgelagerte Abstützung (18, 20) vorgesehen ist.

2. Computertomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (18, 20) mehrere, in ihrem gegenseitigen Abstand entsprechend der Prüfobjektlänge in Richtung der horizontalen Drehtischachse (A) verstellbare Drehlagerstellen (24) aufweist.

3. Computertomograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (18, 20) eine mehrteilige, das Prüfobjekt (2) formgleich umschließende Tragschale (18) zur Aufnahme des Prüfobjekts (2) enthält.

4. Computertomograph nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschale (18) aus oberen und unteren, lösbar miteinander verbundenen und mit einer formgleich am Prüfobjekt (2) anliegenden Schaumstoffschicht (20) ausgefüllten Schalenhälften (18A, 18B) besteht.

5. Computertomograph nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschale (18) aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff hergestellt ist.

6. 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.

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

8. Computertomograph nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und der Empfangsteil (32, 34) der Prüfkopfanordnung (4) unabhängig voneinander in der jeweiligen Abtastebene horizontal verstellbar angeordnet sind.

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