Asymmetrische Schlitzblende sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben |
|||||||
申请号 | EP09178329.0 | 申请日 | 2009-12-08 | 公开(公告)号 | EP2333786A1 | 公开(公告)日 | 2011-06-15 |
申请人 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung; | 发明人 | Osterloh, Kurt, Dr. rer. nat.; Zscherpel, Uwe, Dr. rer. nat.; Ewert, Uwe, Prof. Dr.; | ||||
摘要 | Die Erfindung betrifft eine Schlitzblende (50, 70, 90), insbesondere für eine bildgebende Einrichtung (100), welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (102) ausgehende, insbesondere hoch-energetische, Strahlung (104) zu begrenzen und entlang einer optischen Achse (x) nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich (106) zu richten, wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein erstes Absorptionselement (52, 72) umfasst, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche (54) aufweist, von der zumindest ein Teilbereich auf einer Regelfläche liegt, deren gaußsche Krümmung in dem Teilbereich nirgends verschwindet, wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein zweites Absorptionselement (56, 76) umfasst, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche (58) aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche (54) des ersten Absorptionselements (52, 72) geformt ist, und wobei die beiden Absorptionselemente (52, 72; 56, 76) derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen (54, 58) ein Spalt (60, 80, 92) vorhanden ist. Der Abstand in einer Richtung (y) senkrecht zu der optischen Achse (x) zwischen den Erzeugenden der Regelfläche verringert sich zum Abbildungsbereich (106) hin. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Schlitzblende, wobei eine erste Rotationsbewegung, eine zweite Rotationsbewegung und eine Translationsbewegung miteinander gekoppelt sind. | ||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft eine Schlitzblende, insbesondere eine asymmetrische Schlitzblende mit erweitertem Öffnungswinkel zur Abbildung strahlender und rückstreuender Objekte, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 8 und 13. Häufig stellt sich das Problem, die Form verdeckter Quellen hochenergetischer, insbesondere ionisierender Strahlung jenseits des optischen Spektrums (insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung mit Photonenenergien über 20keV) mit unbekannter Struktur beziehungsweise räumlichem Aufbau zu ermitteln. Bei der Strahlenquelle kann es sich beispielsweise um den effektiven Brennfleck auf der Anode einer Röntgenröhre oder um flächig verteiltes strahlendes Material handeln. Letzteres können über einen Raum verteilte radioaktive Abfälle in einer Sammeltonne sein, wobei vermeintliche Diskrepanzen zwischen Deklarierung und tatsächlichem Inhalt zu klären sind. Weitere Beispiele für Strahlenquellen, deren Gestalt man abbilden möchte, sind Lagerstätten mit uranhaltigen Erzen oder kerntechnische Anlagen, bei denen es oftmals von Belang ist, nicht nur die Natur der Strahlung zu ermitteln, sondern auch die räumliche Struktur der Strahlenquellen zu bestimmen. Neben den genannten Quellen, welche die hochenergetische Strahlung direkt erzeugen, sind auch solche zu nennen, welche diese durch Röntgen- bzw. Gammarückstreuung erzeugen. Mit Hilfe der Abbildung rückgestreuter Strahlung können beispielsweise auch Objekte radiographisch untersucht werden, zu denen nur ein einseitiger Zugang möglich ist. Um die Gestalt solcher Strahlenquellen abzubilden, ist es naheliegend, das Prinzip einer Fotokamera anzuwenden. Es können dabei recht unterschiedliche Flächendetektoren eingesetzt werden: Filmmaterial, Speicherplatten, Speicherfolien, Halbleiter-Flachdetektoren, Vidicams, Bildverstärker oder Konverterfolien. Da solche Aufnahmen auch und vor allem in Umgebungen anfallen können, in die sich nach Möglichkeit Personen nicht hineinbegeben sollten, muss eine möglichst einfache Bedienbarkeit sichergestellt werden. Die einfachste Funktionalität und Handhabung wäre ein fernbedientes Platzieren eines entsprechenden Gerätes mit einer Rückholung nach der Expositionszeit ohne jegliche Betätigung irgendwelcher Bedienungselemente. Es ist bekannt, bei der Abbildung mit Hilfe energiereicher Strahlung das Lochkameraprinzip zu benutzen. Bei einer Lochkamera oder Camera obscura erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche ein Abbild von angestrahlten oder strahlenden Gegenständen. Dabei beschränkt der kleine Durchmesser der Blende die einfallenden Strahlenbündel auf einen kleinen Öffnungswinkel und verhindert so die vollständige Überlappung der Strahlen in der Abbildungsfläche. Strahlen von einem oberen Bereich eines strahlenden Körpers fallen auf den unteren Rand der Projektionsfläche, während umgekehrt Strahlen vom unteren Bereich auf den oberen Rand der Projektionsfläche abgebildet werden. Somit wird jeder Punkt des Gegenstandes als Scheibchen auf der Projektionsfläche abgebildet, so dass die Überlagerung der Scheibchenbilder ein Bild des strahlenden Körpers liefert, dessen Auflösung vom Abstand des strahlenden Körpers und der Form der Blende abhängt. Bei hochenergetischer Strahlung tritt das Problem auf, dass wegen ihres hohen Durchdringungsvermögens die Dicke des Materials für die Lochblende groß, das heißt im Verhältnis zur Halbwertsdicke der Intensität der zur Abbildung benutzten Strahlung gewählt werden muss. Deshalb wird die erreichbare Abbildungsgüte im Wesentlichen durch Blendendurchmesser und Materialdicke und -dichte bestimmt. Oft erhält man daher bestenfalls ein Schattenbild der eigentlichen Lochblende, wobei die Lochblende, die zur Abbildung dienen soll, aufgrund der Wanddicke zum Kollimator wird, der nur ein gradliniges Strahlenbündel passieren lässt. Deshalb wird oftmals die Blende in den Lochkameras trompetenförmig mit der engen Stelle zur Strahlenquelle gestaltet, um die abbildenden Eigenschaften nicht vollends zu verlieren. Bei energiereicher Strahlung liegt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufgrund der erforderlichen Materialdicke eine erhebliche Abweichung vom idealen Lochkameraprinzip vor. In der Patentschrift Nachteilig ist an dieser Blende, dass der Kameraaufbau unhandlich und schwer ist; einschließlich der Abschirmung hat der Kameraaufbau typischerweise ein Gewicht von 200 bis 300 kg. Ein weiterer Nachteil liegt in der langen Expositionszeit; insbesondere bei der Abbildung rückstreuender Objekte kann aufgrund der geringen Intensität der Rückstreustrahlung eine Expositionszeit von mehr als einer halber Stunde erforderlich sein. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schlitzblende für eine Lochkamera anzugeben, welche gegenüber der in der Patentschrift Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels einer Schlitzblende, insbesondere einer asymmetrischen Schlitzblende mit erweitertem Öffnungswinkel zur Abbildung strahlender und rückstreuender Objekte, mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Unter einem Absorptionselement ist hier ein Element zu verstehen, das zumindest einen Bereich aufweist, welcher die Strahlung zumindest teilweise absorbiert. Unter einem Spalt ist ein die Strahlung gering absorbierender Bereich zu verstehen. Er kann mit Luft oder einem anderen geeigneten Material gefüllt sein, welches die Strahlung weniger absorbiert als die die Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Bereiche der Absorptionselemente, wobei das Material in Form eines separaten Einsatzstückes oder einer auf mindestens eine der nicht-ebenen Oberflächen aufgebrachten Beschichtung vorliegen kann. Unter einer Regelfläche (engl.: ruled surface) ist eine Fläche zu verstehen, bei der zu jedem Punkt auf der Fläche eine Gerade existiert, die vollständig in der Fläche liegt. Diese vollständig in der Fläche liegenden Geraden werden als die Erzeugenden der Regelfläche bezeichnet. Die gaußsche Krümmung einer Fläche in einem Punkt ist das Produkt ihrer beiden Hauptkrümmungen in dem Punkt; die Hauptkrümmungen der Fläche in einem Punkt sind der minimale Wert und der maximale Wert der Krümmungen aller Kurven, die sich durch Schneiden der Fläche mit einer die Flächennormale auf dem Punkt enthaltenden Ebene ergeben. Ein Beispiel einer Regelfläche ist die in der Patentschrift und ist somit auf der gesamten Fläche von Null verschieden. Um zu bestimmen, welche Regelflächen für eine Weiterentwicklung der in der Patentschrift Als Bedingung für das Zustandekommen einer zweidimensionalen Abbildung ergibt sich somit, dass die Richtungsänderung beim Durchlaufen der Erzeugendenschar und die Richtungsänderung beim Drehen der Erzeugenden in der Tangentialebene voneinander linear unabhängig sein müssen; nur in diesem Fall führen diese beiden Richtungsänderungen zu einer zweidimensionalen Mannigfaltigkeit ungehindert oder nahezu ungehindert durchgelassener Strahlenbündel. Aus der Differentialgeometrie ist bekannt, dass die gaußsche Krümmung einer Regelfläche in einem Punkt genau dann verschwindet, wenn die Ableitung des Richtungsvektors der Erzeugenden und die auf der Erzeugenden senkrechte Tangente kolinear sind. Es folgt, dass genau dann eine zweidimensionale Abbildung erzeugt wird, wenn die gaußsche Krümmung der Regelfläche in dem verwendeten Teilbereich der Regelfläche nirgends verschwindet. Aus der Patentschrift Um die Intensität auf der Abbildungsfläche zu erhöhen, ist der Kameraaufbau näher an das Objekt heranzuführen. Sowohl die Verkleinerung des Kameragehäuses als auch das nähere Heranbringen an das Objekt erfordern eine Vergrößerung des Blickwinkels. Dies wird umso mehr notwendig, wenn kleinflächige Flachdetektoren auf Halbleiterbasis eingesetzt werden sollen. Diese besitzen den Vorteil, nicht nur das Abbild direkt in digitale Signale zu wandeln, sondern auch mit sehr hoher Empfindlichkeit zur Verfügung zu stehen. Die Vergrößerung des Blickwinkels erfordert eine entsprechende Anpassung der Blendengeometrie, um eine fächerförmige Strahlenführung zu erreichen. Eine fächerförmige Strahlenführung wurde auch bei der in der Offenlegungsschrift Wie die in der Patentschrift Die erfindungsgemäße Blende ist darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse zwischen den Erzeugenden der Regelfläche sich zum Abbildungsbereich hin verringert. Dadurch wird erreicht, dass die ungefähr entlang der Erzeugenden der Regelfläche einfallenden Strahlenbündel, die nahezu ungehindert durch die Blende treten, hinter der Blende konvergieren und in möglichst geringem Abstand von der Blende auf einen Abbildungsbereich treffen, der deutlich kleiner als der Blendenkörper sein kann. Bevorzugt ist, dass sich zumindest in einem Teilbereich der ersten nicht-ebenen Außenfläche der Abstand zwischen den Erzeugenden der Regelfläche zum Abbildungsbereich hin in jeder Richtung senkrecht zu der optischen Achse verringert. Dadurch wird erreicht, dass die ungefähr entlang der Erzeugenden der Regelfläche einfallenden Strahlenbündel besonders stark zum Abbildungsbereich hin konvergieren. In bevorzugter Ausführung der Erfindung existiert eine Zentralachse, die jede der Erzeugenden der Regelfläche schneidet. Dadurch vereinfacht sich die Abbildungsvorschrift, und bei geeigneter Lage des Blendenkörpers kann der Bereich um die Zentralachse als Abbildungsbereich verwendet werden. Zum anderen wird dadurch erreicht, dass die Blende mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9 bzw. eines Verfahrens gemäß Anspruch 14 hergestellt werden kann. Besonders bevorzugt ist, dass die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in linearem Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen. Dadurch wird erreicht, dass die Abbildungsvorschrift näherungsweise linear ist und die Blende mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 bzw. eines Verfahrens gemäß Anspruch 15 hergestellt werden kann. Unter einem linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse ist dabei ein linearer Zusammenhang mit dem Abstand des Schnittpunkts der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse von einem beliebigen festen Punkt auf der Zentralachse zu verstehen. Wenn die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in einem solchen linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen und dieser lineare Zusammenhang jeweils kein konstanter Zusammenhang ist, d.h. beide Polarwinkel mit dem Schnittpunkt variieren, dann verschwindet die gaußsche Krümmung der Regelfläche nirgends. Somit ist die Menge aller Regelflächen, bei denen die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in nicht konstantem linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen, eine Teilmenge der Regelflächen, deren gaußsche Krümmung nirgends verschwindet; d.h. das Merkmal, dass die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in nicht konstantem linearem Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen, führt zu einer erfindungsgemäßen Schlitzblende, ohne dass zusätzlich gefordert werden muss, dass die gaußsche Krümmung der Regelfläche nirgends verschwindet. In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung liegt die Zentralachse außerhalb des Blendenkörpers. Dadurch wird erreicht, dass der Detektor in der Nähe der Zentralachse angeordnet werden kann, so dass sich auf möglichst kleiner Fläche ein Bild aufnehmen lässt. In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung weisen die Absorptionselemente einen trapezförmigen Grundriss auf, der sich zur Strahlungsquelle hin erweitert. Dadurch wird erreicht, dass die Außenform der Absorptionselemente dem für die fächerförmige Strahlenführung verwendeten Bereich entspricht. In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist die Öffnung des Spalts auf der der Strahlungsquelle zugewandten Seite der Schlitzblende größer als die Öffnung des Spalts auf der dem Abbildungsbereich zugewandten Seite der Schlitzblende. Dadurch wird erreicht, dass die durch den Spalt tretenden Strahlenbündel auch in der Richtung senkrecht zum Spalt konvergieren. In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung umfasst die Schlitzblende zusätzlich zu dem einen Spalt mindestens einen weiteren Spalt, dessen Form jeweils im Wesentlichen durch eine affine Abbildung aus der Form des einen Spalts hervorgeht, wie in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen In der europäischen Patentanmeldung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Schlitzblende gemäß den in Anspruch 8 bzw. Anspruch 13 genannten Merkmalen gelöst. Wie die in der europäischen Patentanmeldung Diese Lehre wird durch die vorliegende Erfindung dahingehend weiterentwickelt, dass die Mittel ferner geeignet sind, gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Halteelements und der ersten Drehachse um eine zweite Drehachse zu bewirken, und die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Halteelements gekoppelt sind. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand in Richtung der ersten Drehachse zwischen den geschnittenen Strahlengängen sich in der Richtung senkrecht zu den ersten und zweiten Drehachsen verringert. Vorzugsweise weisen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. Dadurch wird erreicht, dass die mittels der Vorrichtung hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 aufweist. Besonders bevorzugt ist, dass die zweite Drehachse senkrecht zur Schneidrichtung des Schneidwerkzeugs und senkrecht zur ersten Drehachse verläuft. Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Translationsbewegung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt sind und die Translationsbewegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt sind. Eine solche lineare Kopplung ist mit besonders einfachen technischen Mitteln zu bewerkstelligen. Ferner wird dadurch erreicht, dass die mittels der Vorrichtung hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 aufweist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schneidwerkzeug unbeweglich angeordnet ist. Bevorzugt ist somit, dass das Schneidwerkzeug feststehend ist und das Werkstück daran herumgeführt wird. Ausgangspunkt dieser bevorzugten Ausführung ist, das Werkstück nicht in eine feste Halterung einzuspannen und das Werkzeug zu führen, sondern es umgekehrt kontrolliert beweglich um eine Fräse bzw. einen Schneidstrahl herumzuführen. Die Mittel können eine erste, eine zweite und eine dritte Gewindewelle umfassen, wobei die erste Gewindewelle parallel zu der ersten Drehachse verläuft, die zweite Gewindewelle auf der ersten Drehachse liegt und die dritte Gewindewelle auf der zweiten Drehachse liegt. Eine Rotationsbewegung der drei Gewindewellen kann durch ein Zahnradsystem gekoppelt sein. Die erste Gewindewelle kann einen Bereich umfassen, welcher als Schneckenwelle ausgeformt ist, durch welchen ein Haltearm, mit welchem die zweite Gewindewelle verbunden ist, entlang der ersten Drehachse bewegbar ist. Wie in dem in der europäischen Patentanmeldung Diese Lehre wird durch die vorliegende Erfindung dahingehend weiterentwickelt, dass gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Werkstücks und der ersten Drehachse um eine zweite Drehachse ausgeführt wird und die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Werkstücks gekoppelt werden. Vorzugsweise weisen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. Dadurch wird erreicht, dass die mittels des Verfahrens hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 aufweist. Besonders bevorzugt ist, dass die zweite Drehachse senkrecht zur Schneidrichtung des Schneidwerkzeugs und senkrecht zur ersten Drehachse verläuft. Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Translationsbewegung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt werden und die Translationsbewegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt werden. Eine solche lineare Kopplung ist mit besonders einfachen technischen Mitteln zu bewerkstelligen. Ferner wird dadurch erreicht, dass die mittels des Verfahrens hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 aufweist. Zum Schneiden des Schlitzes kann ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren verwendet werden, darunter beispielsweise Fräsen, Feinfräsen, Präzisionsfräsen, Strahlen, Strahlfräsen oder Sägen. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Zur Beschreibung der ersten nicht-ebenen Außenfläche 54 ist in Die Höhe h1 der Öffnung des Spalts 60 an der Vorderseite der Blende 50 ist größer als die Höhe h2 der Öffnung des Spalts 60 an der Rückseite der Blende 50. Beispielsweise kann die Höhe h1 3 mm betragen und die Höhe h2 1mm. Die hintere Öffnung des Spalts verläuft aufgrund der fächerförmigen Strahlenführung steiler als die vordere Öffnung des Spalts. Die Breite d der Vorderseite einer seitlichen Halterung kann beispielsweise 10 bis 25 mm betragen. Wie bei der Schlitzblende des ersten Ausführungsbeispiels weisen die Absorptionselemente der Schlitzblende des zweiten Ausführungsbeispiels einen trapezförmigen Grundriss auf. Die Schnittlinien der Spalte mit den äußeren Grenzflächen der jeweiligen Schlitzblende sind eingezeichnet, nämlich jeweils die beiden äußersten Erzeugenden E3 und E4 bzw. E3' und E4', die Öffnung des Spalts auf der der Strahlungsquelle zugewandten Seite der Schlitzblende, O1 bzw. O1', und die Öffnung des Spalts auf der dem Abbildungsbereich zugewandten Seite der Schlitzblende, O2 bzw. O2'. Die Erzeugenden der Regelfläche, auf der die erste nicht-ebene Außenfläche des ersten Absorptionselements der Schlitzblende des zweiten Ausführungsbeispiels liegt, laufen in y-Richtung, d.h. in Richtung der Zentralachse, aufeinander zu. Auch ihre z-Koordinaten nähern sich im Bereich x < 0, in dem die erste nicht-ebene Außenfläche liegt, einander an. In diesem Ausführungsbeispiel verringert sich somit auf der gesamten ersten nicht-ebenen Außenfläche der Abstand zwischen den Erzeugenden der Regelfläche zum Abbildungsbereich hin in jeder Richtung senkrecht zu der optischen Achse. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die y-Achse außerhalb des Blendenkörpers. Dadurch kann in der Nähe der y-Achse in geringem Abstand von der Schlitzblende auf besonders kleiner Fläche der Detektor angeordnet werden. Eine solche asymmetrische Gestaltung des Blendenkörpers wurde bereits in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen Mittels eines Motors (nicht gezeigt) wird eine erste Gewindewelle 16 angetrieben, welche parallel zur y-Achse verläuft. Die erste Gewindewelle 16 weist einen Bereich 18 auf, der als Schneckenwelle ausgeformt ist. Durch mechanische Wechselwirkung mit dem Bereich 18 wird ein parallel zur z-Achse angeordneter Haltearm 20 in einer Richtung parallel zur y-Achse fortbewegt, wodurch eine mit dem Haltearm 20 verbundene, entlang der y-Achse angeordnete zweite Gewindewelle 22 und das darauf angeordnete Werkstück 10 linear entlang der y-Achse bewegt wird. Ferner umfasst die Vorrichtung eine dritte Gewindewelle 40, welche entlang der z-Achse verläuft. Die Rotation der drei Gewindewellen 16, 22 und 40 erfolgt synchronisiert, wobei die mechanische Übertragung über ein Zahnradsystem 24 bewerkstelligt wird. Das Zahnradsystem 24 besteht aus drei Zahnrädern (Stirnoder Kegelzahnräder) 26, 28 und 42, welche auf den drei Gewindewellen 16, 22 und 40 gelagert sind, einer senkrecht zur y-Achse angeordneten Schneckenwelle 30 sowie einer weiteren Gewindewelle 44, die einen Bereich 46 aufweist, der als Schneckenwelle ausgeformt ist. Auf der Schneckenwelle 30 ist ein weiteres Zahnrad 32 gelagert, und auf der Gewindewelle 44 ist ein weiteres Zahnrad 38 gelagert. Die Schneckenwelle 30 treibt das Zahnrad 28 auf der zweiten Gewindewelle 22 an, während ebenfalls eine Übertragung der Drehbewegung zwischen den zueinander senkrecht angeordneten Zahnrädern 26, 32 erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt an dieser Stelle eine Untersetzung der Geschwindigkeit von 2:1. Dadurch wird die Drehbewegung auf das Werkstück 10 übertragen, welches mittels einer Halterung 36a, 36b auf der zweiten Gewindewelle 22 angeordnet ist. Aufgrund der gleichzeitig ausgeführten linearen Abwärtsbewegung (entlang der y-Achse) muss die Achse der zweiten Gewindewelle 22 mit der Halterung 36a, 36b des Werkstückes teleskopartig mit einem Rohr 34 so verbunden sein, dass die Drehung übertragen, die entlang der y-Achse gerichtete Abwärtsbewegung gleichzeitig aber nicht behindert wird. Um einen Öffnungswinkel von γ= 60° zu überstreichen, während das Werkstück 10 über die Distanz d nach unten bewegt wird, muss bei dieser Anordnung das Zahnrad 28 einen Radius r von 3d/2π aufweisen, also von rund d/2. Ferner treibt die Gewindewelle 44 über den als Schneckenwelle ausgeformten Teil 46 das Zahnrad 42 auf der dritten Gewindewelle 40 an, während ebenfalls eine Übertragung der Drehbewegung zwischen den beiden Zahnrädern 26, 38 erfolgt. Die dritte Gewindewelle 40 ist raumfest gelagert, und die gesamte Vorrichtung einschließlich der ersten und zweiten Gewindewelle ist so gelagert, dass sie sich bei einer Drehung der dritten Gewindewelle 40 um diese dreht. Da das eingezeichnete Koordinatensystem als körperfest auf das Werkstück 10 bezogenes aufzufassen ist, liegen die erste Gewindewelle 16 und die zweite Gewindewelle 22 nach einer Drehung um die dritte Gewindewelle 40 weiterhin parallel zur y-Achse. Während der Rotationsbewegung des Werkstücks 10 um die zweite Gewindewelle 22 und die dritte Gewindewelle 40 und der gleichzeitig ausgeführten Translationsbewegung entlang der y-Achse wird durch einen Schneidstrahl 12 ein Schlitz in das Werkstück 10 gefräst. Der Schneidstrahl 12 verläuft in der dargestellten Lage des Werkstücks parallel zur x-Achse und behält diese Richtung während des gesamten Fräsvorganges raumfest bei, nimmt also nicht an der Drehung des Werkstücks 10 und des auf dieses bezogenen körperfesten Koordinatensystems teil. Er folgt dabei dem Strahlengang durch die herzustellende Blende. In der Darstellung ist das Werkstück 10 symmetrisch in die Halterung 36a, 36b eingesetzt, um die in Das Werkstück 10 besteht aus einem geeigneten Kollimatormaterial, beispielsweise Densimet als mechanisch verarbeitbare Wolframlegierung. Für Röntgenstrahlung, insbesondere rückgestreute Röntgenstrahlung, ist Blei prinzipiell auch geeignet, aber nur schwer mechanisch verarbeitbar. Denkbar wäre die Herstellung im Gussverfahren. Eine Form hierzu könnte mit einem Rohling aus einem anderen geeigneten Material gefertigt werden. Dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, eine erfindungsgemäße Schlitzblende herzustellen, wird am Beispiel der Vorrichtung gemäß Anspruch 9, insbesondere gemäß Anspruch 10, des Verfahrens gemäß Anspruch 14, insbesondere gemäß Anspruch 15, und der Schlitzblende gemäß Anspruch 2, insbesondere gemäß Anspruch 3, gezeigt. Die durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 9 und das Verfahren gemäß Anspruch 14 geschnittenen Strahlengänge werden in dem oben eingeführten körperfesten, d.h. mit dem Werkstück fest verbundenen kartesischen Koordinatensystem beschrieben. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in dem gemeinsamen Schnittpunkt der beiden Drehachsen und der Schnittlinie des Schneidwerkzeugs, und die y-Achse zeigt entlang der ersten Drehachse. Die x-Achse und die z-Achse liegen so, dass sie in der in Da die erste Drehachse sich mit dem Werkstück mitdreht und somit in dem körperfesten Koordinatensystem eine feste Richtung aufweist, während die zweite Drehachse bei einer Drehung um die erste Drehachse ihre Richtung in dem körperfesten Koordinatensystem ändert, ist zunächst die Drehung um die zweite Drehachse anzuwenden und dann erst die Drehung um die körperfeste erste Drehachse und die Verschiebung entlang derselben. Eine Drehung um einen Winkel ϑ um die in der Ausgangslage in z-Richtung liegende zweite Drehachse ergibt Eine Drehung um einen Winkel ϕ um die körperfest in y-Richtung liegende erste Drehachse ergibt dann und eine Verschiebung um eine Strecke y0 entlang der körperfest in y-Richtung liegenden ersten Drehachse führt schließlich auf Die hergestellte Schlitzblende hat also in der y-Achse eine Zentralachse, durch die alle Schnittlinien verlaufen, und weist somit das zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 auf. Werden die beiden Rotationsbewegungen und die Translationsbewegung linear gekoppelt, so besteht zwischen der Strecke y0, die die Lage des Schnittpunkts der Schnittlinie mit der Zentralachse angibt, und den Winkeln ϑ und ϕ, die die Polarwinkel des Richtungsvektors (cosϑ cosϕ,sinϑ,cosϑ sinϕ) bezüglich der y-Achse sind, ein linearer Zusammenhang. Somit weist in diesem Fall die hergestellte Schlitzblende das zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 auf. Der Richtungsvektor der Schnittlinie bildet mit der y-Achse den Winkel π/2-ϑ. Da dieser Winkel in linearem Zusammenhang mit der y-koordinate des Schnittpunkts mit der Zentralachse steht, nimmt (bei geeigneter Wahl des Drehsinns) der Abstand in y-Richtung der Schnittlinien zum Abbildungsbereich hin ab. Somit weist die solchermaßen hergestellte Schlitzblende auch das Kennzeichen des Anspruchs 1 auf. Als gaußsche Krümmung der Regelfläche der solchermaßen hergestellten Schlitzblende ergibt sich ein Bruch mit dem Zähler-ϕ̇ cos2 ϑ, wobei ϕ̇ die konstante Rate ist, mit der sich der Winkel ϕ entlang der Zentralachse linear ändert. Die Winkel ϑ=±π/2, bei denen diese Krümmung verschwindet, werden nicht verwendet, da der Strahlengang in diesem Fall entlang der Zentralachse verlaufen und nicht in Richtung des Abbildungsbereichs führen würde. Bei von Null verschiedener Änderungsrate ϕ̇ des Winkels ϕ verschwindet somit die gaußsche Krümmung nirgends in dem für die Abbildung verwendeten Teilbereich der Regelfläche.
|