DE69017857T2 - Röntgenanalysegerät mit einstellbarer Schlitzblende. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Röntgenanalysegerät mit einer Röntgenstrahlenquelle, einem einstellbaren Streuschlitz, einem Winkeleinstellmechanismus zur Verdrehung eines Objekts um eine θ-Achse und einem Röntgendetektor.
• Ein Röntgenanalysegerät dieser Art ist aus US 4.535.469 bekannt. In einem darin beschriebenen Gerät wird ein Eingangsschlitz von einer drehbaren Schlitzblende gebildet, wobei die Drehung der Blende mit der Drehung eines zu untersuchenden Objekts um eine θ-Achse gekoppelt ist. Hiermit wird bezweckt, die Abmessungen einer bestrahlten Objektfläche bei sich verändernder θ-Lage konstantzuhalten. Ein einstellbarer Streuschlitz dieser Art bietet zwar einen wesentlichen Vorteil, dabei tritt aber durchweg eine Zunahme der an den Begrenzungen der Blende entstehenden Streustrahlung auf. Ferner wird die Schlitzvorrichtung bei verhältnismäßig niedrigen Werten des θ-Winkels zu ungenau.
• Die Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu verringern; dazu ist das eingangs erwähnte Röntgenanalysegerät erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Streuschlitz zwei auf Zylindermantelteilen um Achsen parallel zur θ-Achse eines Goniometers drehbar angeordnete, Röntgenstahlung absorbierende Lamellen enthält.
• Die Konstruktion mit zwei drehbaren Lamellen ermöglicht eine genaue Einstellung auch für verhältnismäßig kleine θ-Werte und gleichzeitig eine wesentliche Verringerung der Streustrahlung.
• In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Lamellen einander gleiche Segmente von Zylindern, deren Achsen - von einem Strahlungsvektor zwischen einem Mittelpunkt der Strahlungsquelle und einem Mittelpunkt eines zu bestrahlenden Objekts gemessen - in einem dem Zylinderradius im wesentlichen gleichen Abstand liegen. Insbesondere sind die beiden Lamellen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehbar. Vorzugsweise ist dabei eine konvexe Seite einer außerhalb des vom Strahlungsvektor und vom Beugungsstrahlungsvektor umschlossenen Winkels angeordneten ersten Lamelle der Strahlungsquelle zugewandt und ist die konkave Seite einer innerhalb dieses Winkels angeordneten zweiten Lamelle der Strahlungsquelle zugewandt. Hierdurch wird die an der Begrenzung der erstgenannten Lamelle entstehende Streustrahlung im wesentlichen von der zweiten Lamelle abgefangen. An der zweiten Lamelle entstehende Streustrahlung verläuft überwiegend außerhalb einer Detektionsöffnung des Geräts, so daß von dieser keine signalstörende Wirkung ausgeht.
• Zur optimalen Anpassung an eine zu bestrahlende Fläche kann eine unabhängige Ansteuerung der beiden Drehungen vorteilhaft sein. Dann ist auch eine asymmetrische Anstrahlung des Objekts sowie die Korrektur eines über die Oberfläche des Objekts gemessenen Unterschieds im Abstand zur Strahlungsquelle möglich. Die Drehungen sind mit der θ-Drehung korreliert, vorzugsweise jedoch nicht mechanisch mit dieser gekoppelt.
• Die Konstruktion einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist derart, daß die Winkelgeschwindigkeit der Lamellen von der Einstellung des θ-Winkels unabhängig ist, und durch die Wahl des Radius der Lamellen kann erreicht werden, daß bei verhältnismäßig kleinen θ-Werten für eine Prüflingneigung von αº eine Lamellendrehung von beispielsweise 10 αº erforderlich ist. Diese Geometrie läßt sich dadurch erzielen, daß der Schlitz in dieser Ausrichtung auf eine minimale Breite eingestellt ist und die Drehung der Lamellen zur abschirmenden Lamellenbegrenzung vorwiegend in einer Verschiebung in der Strahlungsvektorrichtung resultiert.
• Wenn auch eine völlige Verschlußmöglichkeit erforderlich ist, können die Lamellen so konstruiert werden, daß sie sich radial überschneiden. Hierzu kann eine der Lamellen auch mit einer Aussparung und die Gegenlamelle mit einer passenden Erhöhung versehen sein. Im letzteren Fall muß die Drehung beider Lamellen über eine letzte Strecke synchron verlaufen.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Blende von zwei Lamellen gebildet, wovon eine erste Lamelle um eine zum Gehäuse feste Welle und eine zweite Lamelle um eine mit dieser federnd gekoppelten zweite Welle gelagert ist. Hierdurch kann eine geeignete Parallelität der beiden Wellen und ein genauer Abstand zueinander gewährleistet werden.
• Vorzugsweise werden die beiden Lamellen separat von einem kodierten Motor angetrieben, wobei eine etwaige Koppelung der beiden Antriebe über eine Kodierung erfolgt. Die Antriebsmotoren sind beispielsweise Schrittmotoren oder mit Kodierern versehene Gleichstrommotoren, die also nicht mechanisch gekoppelt sind, obwohl dies durchaus möglich ist. Die Antriebe können auf ähnliche Weise mit einem Antriebsmotor für das Objekt und demnach mit der θ-Winkeleinstellung und eventuell auch mit einem Antrieb für einen einstellbaren Ausgangsschlitz kodiert gekoppelt sein. Aufgrund der Möglichkeit eines verbesserten Streustrahlungsabfangs im Eingangsschlitz kann hierbei jedoch leichter auf einen Ausgangsschlitz verzichtet werden. Wo ein Ausgangsschlitz als Strahlenabschirmung fungiert, kann dieser einfacher, beispielsweise mit nur einem Antriebsmotor, konstruiert werden.
• Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in der Folge unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Darin sind:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgenanalysegeräts,
• Fig. 2 ein Beispiel für den Strahlengang durch einen einstellbaren Eingangsschlitz und
• Fig. 3 eine schematische Darstellung der Konstruktion einer einstellbaren Schlitzblende.
• Ein Röntgenanalysegerät gemäß Darstellung in Fig. 1 besteht aus einer Röntgenstrahlungsquelle 1, einem auf einem Geniometer 3 angebrachtem Objekt 5 und einem in diesem Fall mit einem Detektor-Eingangsschlitz 7 versehenen Röntgendetektor 9. Das Objekt ist mittels des Goniometers um eine θ-Achse 6 drehbar. Die Röntgenstrahlungsquelle 1 ist beispielsweise eine Röntgenröhre, das Objekt ein zu analysierender Prüfling oder ein Monochromatorkristall; der Röntgendetektor kann ein Szintillationsdetektor, ein Gasionisationsdetektor, eine Kombination hiervon oder eventuell ein lageempfindlicher Mehrkanal-Halbleiterdetektor sein.
• Zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 1 und dem Objekt 5 ist ein einstellbarer Streuschlitz 11 angeordnet, der erfindungsgemäß von einer um eine Welle 12 drehbaren Lamelle 13 und einer um eine Welle 14 drehbaren Lamelle 15 gebildet wird. Die Wellen 12 und 14 liegen parallel zueinander und parallel zur θ- Achse 6, demnach liegen sie senkrecht zu einem Strahlungsvektor 20 und parallel zu einer anzustrahlenden Objektfläche. Die Lamellen 13 und 15 bilden Teile von Zylindern, die beispielsweise mit einem Radius von ungefähr 5 mm und einer Länge von ungefähr 10 mm über beispielsweise 120º bis 180º um die Wellen 12 und 14 verlaufen. Die Lamellen bestehen vorzugsweise aus einem Material von hoher Röntgenabsorption, zum Beispiel aus Messing, Chrom, Wolfram und dergleichen. In der dargestellten Lage der Blende (siehe auch Fig. 2) wird ein Teil 19 eines von der Röntgenstrahlungsquelle 1 abzustrahlenden Röntgenstrahls 18 durchgelassen. Von einem Brennpunkt oder Primärstrahler 22 auf einer Anode 24 der Röntgenröhre ausgehend, ist der Röntgenstrahl hierbei im wesentlichen um den Strahlungsvektor 20 symmetrisch, der eine Brennpunktmitte mit einem Objektmittelpunkt verbindet. Der Strahl kann jedoch auch wesentlich von dieser Symmetrie abweichen. Der Brennpunkt und damit der Röntgenstrahl ist in der Praxis linear mit einer senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Längsachse.
• In Fig. 2 ist mit gestrichelten Linien ein Strahlenbündel für einen kleineren Einfallswinkel θ dargestellt, wobei die Blende zur Anstrahlung einer gleichen Oberfläche, in diesem Fall der gesamten angestrahlten Objektfläche, weiter geschlossen wurde, so daß durch eine engere Öffnung ein Strahl 19' durchgelassen wird.
• In der Figur sind die Antriebsmotoren 30 und 32 für die Blendenlamellen schematisch dargestellt, die beide mit je einem Kodierer 34 bzw. 36 versehen oder als Schrittmotoren konstruiert sind. Ein entsprechender Antriebsmotor 38 mit einem Kodierer 40 für die θ-Achse ist ebenfalls dargestellt. in einem Steuermechanismus 10 können die drei Motoren über die Kodierer gekoppelt und sowohl die Stellung als auch die Ansteuerung jedes der Motoren geregelt werden. Eine Steuerung dieser Art kann für jeden Motor entweder einzeln oder direkt gekoppelt erfolgen. In einer vereinfachten Ausführungsform können die Motoren beispielsweise mechanisch gekoppelt werden. In diesem Fall fungiert das Steuerungssystem 10 mehr oder weniger als Meßsystem zur Erfassung der Stellungen der Motoren. So ist in einem weniger starren System beispielsweise der Antriebsmotor für den θ-Winkel lediglich über Kodierung mit einem ersten Motor des Blendensystems gekoppelt, während ein zweiter Motor des Blendensystems mechanisch mit dem ersten Blendenmotor gekoppelt ist. In einem flexibleren System sind alle drei Motoren ausschließlich über Kodierung gekoppelt. Bei mechanisch gekoppelten Motoren kann auch ein einziger Motor für mehrere Antriebe verwendet werden. Wenn die Koppelung ausschließlich über Kodierung erfolgt, ist die Verwendung separater Motoren praktischer.
• Die Lamellen der beschriebenen Ausführungsform sind einander gleich. Es können jedoch auch voneinander verschiedene Lamellen verwendet werden, beispielsweise Lamellen mit verschiedenem Radius, wodurch sich eine Asymmetrie im Strahlengang, beispielsweise aufgrund eines Unterschieds im Abstand zwischen Vorderund Rückseite des Objekts in Richtung des Strahlengangs, kompensieren läßt.
• Eine Ausführungsform eines Blendensystems nach Darstellung in Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Konstruktion einer einstellbaren Schlitzblende mit deutlichkeitshalber als getrennte Teile dargestellter erster Lamelle 13 und zweiter Lamelle 15. Beide Lamellen bilden Mantelteile, zum Beispiel bis etwas weniger als 180º, von über Buchsen 50 und Kopplungsteile 52 jeweils um die Wellen 12 und 14 drehbaren Zylindern. Die Lamellen können mittels der Kopplungsteile 52 so in ein Blendengehäuse 55 eingebaut werden, daß die Drehachse 12 der Lamelle 13 mit der Mitte der Öffnungen 56 im Gehäuse zusammenfällt und daß die Drehachse 14 der Lamelle 15 mit der Mitte der Öffnungen 58 im Gehäuse zusammenfällt, wobei eine konkave Seite der Lamelle 13 und eine konvexe Seite der Lamelle 15 einem einfallenden Röntgenstrahl 19 zugewandt ist. Ein erster Antriebsmotor 30 ist über ein Kopplungsteil 60, ein Federglied 62 und einen Träger 64 axial mit der Drehwelle 12 gekoppelt, während ein zweiter Antriebsmotor 32 über ein Kopplungsteil 66, ein Federglied 68 und einen Träger 70 axial mit der Drehwelle 14 gekoppelt ist. Bei ausreichender Präzision der Konstruktionsteile kann auch auf die Federglieder 62 und 68 verzichtet werden. Die Welle 14 der Lamelle 15 ist starr mit dem Blendengehäuse 55 gekoppelt, während die Welle 12 der Lamelle 13 über federnde Lager 72 so mit dem Gehäuse gekoppelt ist, daß sie über einen streng definierten Abstand von der Lamelle 13 einstellbar parallel zu dieser montiert werden kann. Auf ähnliche Weise kann auch Lamelle 13 starr und Lamelle 15 federnd montiert werden. Das Gehäuse 55, die Federglieder 62 und 68 und die Träger 64 und 70 können starr im Analysegerät montiert werden; in der Praxis sind alle diese Elemente starr mit dem Gehäuse 55 verbunden und werden als eine Baueinheit ins Goniometergehäuse des Geräts eingebaut. Die Motoren als solche und damit die Antriebswellen für ihre Lamellen sind auf diese Weise über Federlager 74 und 76 mit dem Gehäuse gekoppelt, wodurch Nichtparallelität zur θ-Achse sowie Drehverschleiß vermieden werden; die Antriebswellen können jedoch auch starr gekoppelt werden.

Claims (10)

1. Röntgenanalysegerät mit einer Röntgenstrahlenquelle (1), einem einstellbaren Streuschlitz (11), einem Winkeleinstellmechanismus (3) zur Drehung eines Objekts um eine θ-Achse und einem Röntgendetektor (9), dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Streuschlitz zwei auf Zylindermantelteilen um Achsen parallel zur θ- Achse des Winkelverstellmechanismus drehbar angeordnete, Röntgenstahlung absorbierende Lamellen (13,14) enthält.

2. Röntgenanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen Segmente von Zylindern bilden, deren Achsen - von einem Strahlungsvektor zwischen einem Mittelpunkt der Strahlungsquelle und einem Mittelpunkt eines zu bestrahlenden Objekts gemessen - in einem dem Zylinderradius im wesentlichen gleichen Abstand liegen.

3. Röntgenanalysegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten drehbar sind.

4. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine konvexe Seite einer außerhalb des vom Strahlungsvektor und vom Beugungsstrahlungsvektor umschlossenen Winkels angeordneten ersten Lamelle der Strahlungsquelle zugewandt ist und daß eine konkave Seite einer innerhalb davon angeordneten zweiten Lamelle der Strahlungsquelle zugewandt ist.

5. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lamellendrehungen voneinander unabhängig einstellbar sind.

6. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenblende durch Wahl des Lamellenradius bei verhältnismäßig kleinen θ-Werten zwischen der Winkelgeschwindigkeit für die Drehung des Prüflings und die Lamellendrehung auf eine bis ungefahr 10-fache Beschleunigung einstellbar ist.

7. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lamellen mit einem axial verlaufenden Steg und die andere Lamelle mit einer mit diesem Steg zum völligen Verschluß zusammenwirkenden, axial verlaufenden Nut versehen ist und die Lamellendrehung über eine Endstrecke synchron verläuft.

8. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle einer ersten Lamelle der Lamellenblende in einem Lamellengehäuse starr montiert ist und eine Welle einer zweiten Lamelle darin zur ersten Welle federnd montiert ist.

9. Röntgenanalysegerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lamellenantriebsmotoren federnd an einem Lamellengehäuse montiert sind.

10. Röntgenanalysegerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Kopplungsglieder mit einem Schlitzfedersystem versehen sind.