Verfahren und Gerät zur optischen Prüfung von Profilen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zur optischen Prüfung wenigstens eines Teils des Profils eines längliehen Objektes an einer bestimmten Stelle seiner Länge.
Es ist oft wünschenswert, das Profil eines Objektes derart zu prüfen, dass die Kontur seines Querschnittes an verschiedenen Punkten seiner Länge betrachtet werden kann, ohne dass das Objekt durchschnitten oder sonst beschädigt wird. Eine solche optische Kontrolle ist insbesondere bei Turbinensehaufeln wünschenswert, kann aber auch bei andern Objekten von Nutzen sein. Rein op- tisehe Verfahren für diesen Zweck haben den Vorteil, mechanische Fehler auszuschalten und zu vermeiden, dass das Objekt durch Berührung beschädigt wird. Auf diese Weise können somit auch leicht verletzbare Objekte, z. B. Wachsmuster, kontrolliert bzw. geprüft werden.
Wird ein konisches Objekt optisch auf eine hinter seinem kleineren Ende angeord- n, ete Ebene projiziert, wobei dieses kleinere Ende im Schatten liegt, und der übrige Teil des Objektes beleuchtet wird und durch eine scharfe Linie vom unbeleuchteten Objektteil getrennt ist, so kann das Objekt vom kleineren Ende aus betrachtet werden, so dass wenigstens ein Teil seines Querschnittes auf der Ebene als dunkler'Schatten gegen eine helle e Umgebung erscheint. Wird die beleuchtete mit der dunklen Zone vertauscht, so erscheint der Querschnitt hell gegen den umliegenden Schatten. Es könnten auch beide Zonen beleuchtet werden, aber mit unterschiedlicher Lichtintensität bzw. Farbe, so dass der Querschnitt in der einen Farbe erscheint, umgeben von der andern Farbe.
In jedem Fall erscheint der Querschnitt in'Silhouette gegen einen um- liegenden verschiedenen Hintergrnn. d.
Das optische Prüfgerät nach vorliegender Erfindung ist gekennzeichnet durch eine neben dem Objekt angeordnete Beleuchtangs- vorrichtung, um einen Teil der Qbjektlänge gegenüber dem restlichen Teil des Objektes bis zu einer bestimmten Grenzebene unterschiedlich zu beleuchten, wobei in der genann- ten Grenzebene die zwei verschiedenen Beleuehtungsarten scharf voneinander getrennt sind, so dass das Objekt als Silhouette gegen einen verschieden getonten Hintergrund sicht bar ist.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungs- gemässen Gerätes zur Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens sind in der. Zeich- nung dargestellt, und zwar zeigt :
Fig. 1 als erstes Beispiel ein Prüfgerät für allgemeine Zwecke,
Fig. 2 bis 6 Details desselben,
Fig. 7 als zweites Beispiel ein Werkbank- prüfgerät zum Untersuchen der Vorder-oder Eintrittskanten von Turbinenschaufeln und
Fig. 8 bis 10 Einzelheiten dieses zweiten Beispiels.
Das Gerät nach Fig. 1 bis 6 ist auf einem Tisch 1 montiert. Ein auf letzterem aufrecht angeordneter Halter 2 trägtt die Linse 3, z. B. eine achromatische Linse. Vor der Linse 3 ist eine ringförmige Metallplatte 5 auf einem Träger 4 angeordnet, die eine ebene, genau senkrecht zur optischen Achse der Linse 3 ste hende Fläehe 5a aufweist. Auf letzterer sind vier Beleuchtungskörper'6-6c verschiebbar montiert. Diese Platte 5 und die vier Beleueh- tungskörper sind in einem grösseren Massstab in Fig. 2 gezeigt, in der die Linie X-X die optische Achse der Linse 3 darstellt.
Der Be leuchtungskörper 6 wiederum ist in Fig. 3 in grösserem Massstab in einem Schnitt parallel zur Fläche 5a und in Fig. 4 im Aufriss nach der Achse X-X der Fig. 2 gezeigt.
Jeder Beleuchtungskörper besteht aus einem Gehäuse 7, enthaltend einen Lampenhalter 8, ein'e Glühlampe 9 und eine optische Vorrichtung, die ein Rohr 10, eine Blende 11, zwei Linsensätze 12 und eine Schrauben- feder 13 aufweist. Die Blende besitzt eine scharfe Kante 116 (Fig. 4), die, wenn das Gehäuse 7 sich in Stelllmg an der Platte 5 befindet, genau parallel zur Fläche 5α liegt, so dass das projizierte Licht scharf in einer Grenzebene abgeschnitten wird, die relativ zur Linse 3 genau festgelegt ist.
Somit wird eine zwischen dieser Ebene und der Linse 3 liegende Zone heller beleuchtet als die auf der andern Seite der Ebene befindliche Zone.
Die optische Einrichtung jeder Beleuchtungs- vorricht. lmg 66c liefert eine beträchtliche Tiefenschärfe, d. h. die scharf definierte Abtrennung wird auch auf einer von einer Be leuchtungsvorrichtnng belichteten Fläche erhalten, wenn der Abstand zwischen, dieser Vorrichtung und Fläche verändert wird. Dies ermöglicht ein Verschieben der Beleuehtungs- vorrichtungen 6-6c auf der Fläche 5a, ohne e dass sie genau in eine besondere Lage relativ zur Aehse XX oder von neuem eingestellt werden. müssen, wenn ein in Prüfung befindliches Objekt verschoben wird. Die Lampe 9 kann z.
B. eine von einer Stromquelle niederer Spannung gespiesene Autoseheinwerfer- birne oder eine kleine Projektionslampe sein.
Jedes Lampengehäuse 7 besitzt eine auf dem Innenrand der Platte 5 aufzusteckende und eine Stellschraube 15 tragende Feder- klammer 7a. Die Feder 7a drüekt die Spitze der Schraube 15 gegen die Rückseite der
Platte 5, so dass die Spitzen von drei vorein gestellten, am Gehäuse 7 montierten Justier schrauben 16 an der Fläche 5a anliegen. Die Klammern 7 üben genügend Reibung aus, um die vier Gehäuse 7 festzuhalten, wenn sie zwecks Einstellung über die Fläche 5a be wegt werd, en.
Anstatt die Lampengehäuse mittels Feder oder Sehraubenklammern oder einer Kombi nation derselben festzuhalten, könnten die Ge häuse auch eine flaelie Rückseite aus magne tischem Material aufweisen, die relativ zur Kante 114 der Blende 11 genau ausgerichtet ist und auf einer als magnetische Spannvor riclitung ausgebildeten Ringplatte 5 fest gehalten werden. Besteht letztere aus magne tischem Material, so könnte die ebene Rüek- seite der Gehäuse 7 auch von. den Polen eines
Dauer- bzw. Elektromagneten gebildet sein.
Am Tisch 1 sind Sehlittenführungen 1a vorgesehen. Zum Einstellen des Abstandes zwischen der Grenzebene der Beleuchtungs- einrichtung und der Linse 3 können der Lin senlialter 2 und der Träger 4 gegeneinander auf den Führungen la versehoben md dann festgeklemmt werd : en.
Vor der Ringplatte 5 auf dem Tisch 1 ist ein Prüfstückhalter 17 (Fig. 5, 6) verstellbar montiert, wie weiter unten besehrieben ist.
Fig. 5 zeigt. den Halter im Aufriss, gesehen von der Vorderseite des ganzen Apparats, während Fig. 6 einen Schnitt nach der Achse
XX oder parallel zu dieser durch die Hal termitte zeigt. Am Halter 17 ist eine untere
Backe 18 abnehmbar befestigt, und eine obere
Backe 19 ist auf einem in Ansät. zen des Hal ters getragenen Scharnierbolzen 20 sehwenk- bar gelagert. Die Backe 19 wird durch An schlag des Kopfes eines Bolzens 21 in der
Klemmstellung festgehalten. Der Bolzen 21 ist im Halter 17 gleitbar und wird von einer
Schraubenfeder 23 abwärtsgedrückt. Zwecks
Freigabe des Prüfstücks kann der Bolzen am Knopf 22 entgegen der Federwirkung angehoben werden.
Fig. 6 zeigt eine mit ihrer Tan nenbaumwurzel eingespannte Turbinenschau- fel 38,
Der Prüfstückhalter 17 besitzt einen Schaft 17a, der abnehmbar und schwenkbar auf dem Teil 24a eines Trägers 24 (Fig. 1) montiert ist. Letzterer kann mittels der übli- chen, über den Handgriff 25 gedrehten Leitspindel auf Vertikalführungen am Träger 26 gehoben und gesenkt werden. Der Träger 26 wiederum ist um eine Vertikalachse 27 am Querschlitten 28 schwenkbar. Letzterer kann auf Querführungen 29a des Hauptschlittens 29 durch Drehen des Griffes 30 verschoben werd, en.
Der Hauptschlitten 29 ist mittels des Handrades 31 auf den Längsführungen Ict verschiebbar. Zwecks Kippens des Halters 17 kann der Teil 24ss mittels des Knopfes 32 um eine Horizontalachse am Träger 24 ver sehwenkt werden, wobei der Verschwenkungs- winkel von einer Skala 33 abgelesen werden kann. Der Prüfstückhalter 17 ist somit auf einer Anzahl vonlSchlittJen montiert, die mittels separater Leitspindeln und Handgriffen ein Verstellen des Halters gegenüber der Linse 3 ermöglichen.
Über dem Prüfstückhalter 17 ist ein durchsichtiger Schirm 36 angeordnet. Der unter diesem befindliche Raum kann durch Vorhänge 37 vor Zutritt von unerwünschtem Fremdlicht abgeschirmt werden. Ein auf dem Tisch 1 hinter der Linse 3 auf einem Längs selilitten 34'montierter Reflektor 315 wirft das von der Linse 3 erhaltene Bild nach vorn auf den Schirm 36.'Zum Prüfen von Turbinenschaufeln bzw. Objekten gleicher Grossenord- nung soll das auf dem Schirm 36 erzeugte Bild mindestens zehnmal vergrössert sein.
Eine weitere gewünsehte örtliche Vergrösse- rung kann durch Verwenden eines Vergrö- sserungsglases vor dem Schirm 36 erhalten werden.
Zum Prüfen einer Turbinenschaufel38 wird diese mit der Wurzel in den Halter 17 eingespannt., so, dass die Schaufelspitze gegen die Linse 3 zeigt. Mittels der beiden Handgriffe 30, 25 und des Knopfes 32 wird der Halter verstellt, bis die Schaufel mehr oder weniger in der optischen Linsenachse X-X liegt. Die vier Lampengehäuse 7 werden über die Platte 5 verschoben, so, dass sie gleichweit von der Achse X-X und wenigstens annä hernd gleichweit voneinander abstehen. Dureh Verschieben des Halters 17 mittels des Handrades 31 wird die Schaufel gegen die Linse 3 geführt, bis ihre Spitze durch die Grenzebene der Lichtabtrennung tritt.
Der der Linse nächstgelegene Schaufelteil wird als beleuch tet gezeigt, während der Rest im. Schatten liegt. Eine Silhouette des Schaufelumrisses erscheint in Licht gegen einen dunkeln Hintergrund auf dem Schirm 36. Die Schaufel wird, zwecks Prfifens ihres Profils, über die ganze Schaufellänge fortlaufend gegen die Linse 3 vorgeschoben.
Die auf denSchirm.36 projizierten Profile können mit richtigen, auf Glas odier auf über den Schirm gestrecktes, durchscheinendes Papier, Film oder anderes Material gezeichneten Profilen verglichen werden. Diese Normalprofile können auf einem Rollvorhang angeordnet sein, der über den Sehirm 3l6 weg- gezogen werden kann. Die'Tiefedes Schattens um den Schaufelumriss soll nicht so gross sein, dass die'Zeichnungslinie nicht mehr sichtbar ist, wenn die Schaufel die Normalgrösse nicht erreicht. Werden die Blenden 11 in den Röhren um 180 verschwenkt, so beleuchten die Lampen dann nur einen Teil der Schaufel auf der von der Linse 3 abgekehrten Seite der Grenzebene.
Das Profil würde dann auf dem Schirm 36 im Schatten gegen einen hellen Hintergrund erscheinen. Auch in diesem Fall soll der'Schatten nicht so dunkel sein, dass die Zeiehmmgslinie nicht mehr sichtbar ist, wenn die Schaufel die Normalgrösse überschreitet.
Bis zu diesem Punkt der Beschreibung sind die Blenden 11 als undurchlässig angenommen worden aber sie könnten beispiels- weise gefärbte, durchsichtige Folien sein, so dass ein Teil der Schaufel, anstatt im Schatten, in einer vom Schaufelrest unterschied- lichen Färbe beleuchtet würde. Ein solches Vorgehen hat sich bis jetzt in der Praxis als nicht sehr vorteilhaft erwiesen. Die besten Ergebnisse wurden durch. eine Anordnung erhalten,die einen dunkeln Schatten auf einem hellen Hintergrund erzeugt, in Verbindung mit Hilfsmitteln zum Belichten des ganzen Schirmes 36, um den Schatten gerade genügend aufzuhellen, so dass die Zeich uungslinien sichtbar werden.
Bei einem für diesen Zweck bevorzugten bekannten Verfahren wird eine Lampe niedriger Leistung verwendet, um den Schirm 36 von rückwärts zu beleuchten, wodurch ein diffuses, farbiges Licht erhalten wird, das mittels eines bequem montierten Schalters gesteuert werden kann.
Weist das Objekt eine Oberfläche auf, die nicht genügend Licht reflektiert oder das Licht nicht genügend diffundiert, so kann diese mit einem weissen Überzug versehen wer- den, der entweder nicht dick genug ist, um das Profil nennenswert zu ändern, oder eine genau bekannte Dicke aufweist.
Die Einfachheit des beschriebenen Gerätes ermöglicht, falls erwünscht, eine Anordnung, bei der die Linse und Beleuchtungsvorrich- tween nebeneinander dupliziert sind, um so zwei Schaufeln oder andere Objekte in der richtigen gegenseitigen Lage zu tragen. Dies ermöglicht die Projektion zweier Bilder, nämlich eines vom Prüfstüekprofil und eines vom entsprechenden Profil eines Normmusters, auf einen in Quadrate eingeteilten Schirm doppelter Grösse, entweder nebenoder übereinander zu Vergleichszwecken.
Ist das zu untersuchende Objekt lang und zugespitzt, so liegt ein breites Lichtband am Objekt. So kann bei der gezeigten Anordnung der Blende 11 ein kleiner Schatten in der Mitte der Lichtsilhouette des Querschnitts erscheinen, der aber den Operateur nicht stört, da der Querschnitt immer noch in Silhouette und nicht als eine Linie erscheint.
Werden zum Vergleich Zeichnungen verwendet, so sind das gewöhnlich Querschnitte normal zur Schaufelachse. Wird ein dickes Objekt durch Kippen mittels des Knopfes 32 betrachtet, oder ist der Kippwinkel beträchtlich, so können beim Untersuchen des projizierten Profils besondere Hauptprofilzeichnungen verwendet werden, bei denen die Verdrehung des Profils beim Kippen durch einen vorbestimmten Winkel kompensiert ist. Bei einer Doppelanordnung können das Objekt und ein Hauptmuster durch den gleichen Winkel gekippt und miteinander verglichen werden. Das beschriebene Verfahren ermöglicht in einigen Fällen die Prüfung von Objekten mit an den Enden über das Profil vorstehenden Teilen, z. B.
Schaufeln mit Fuss-und Kopfplatten. Durch Kippen des Gegenstandes kann die Oberund dann die Unterseite des einen Schaufelendes von angenähert der Mitte bis zu dem der Linse abgekehrten Ende betrachtet werden, worauf dann das andere Ende beobach- tet werden kann, indem die Schaufel im Halter umgekehrt wird.
Ein solches Vorgehen ist besonders nütz lich beim Untersuchen der Ein-und Aus trittskanten von Turbinenschaufeln, da durch genügendes Kippen das eine Ende zur Pro jektionslinse und über deren Ebene hinaus bewegt werden kann. Die Linse kann somit eine kleine Brennweite aufweisen, die ganze Länge des Apparates verkürzt und die Schirmbeleuchtungsintensität ohne Verminderung der Vergrösserung verbessert werden.
Das ist das Prinzip des zweiten Beispiels nach Fig. 7 bis 10, bei dem überdies ein breites Lichtband nur auf einen Teil des Ob jektumfangs gerichtet wird, z. B. auf die Region einer Kante der Turbinenschaufel.
Beim Apparat nach Fig. 7 sind die Vor derhaube 39 mit den Vorhängen 37 und die wegnehmbare hintere Hülle 40 auf dem Tisch 41 angeordnet. Ein senkrecht auf dem Tisch stehender Halter 42 trägt die geneigte Linse 43, die eine kleine Brennweite aufweist. Vor der Linse und auf Füssen 44 auf dem Tisch 41 ruhend befindet sich die schräg in bezug auf die Horizontale angeordnete Metallring- platte 45, auf deren ebener Hinterseite 45a Beleuchtungsvorriehtungen 46 verschiebbar montiert sind.
Der Prüstückhalter 57 besteht aus einer Einspannvorriehtung nach den Fig. 5 und 6, die auf dem Tisch 41 gegen über der Linse 43 verschiebbar und gegen über der geneigten optischen Linsenachse um eine Achse quer zum Tisch kippbar ist, wie schon mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, aber die Bewegungen des Prüfstückhalters auf-und abwärts und über den Tisch sind nicht ausschlaggebend. Der auf dem Träger 54 auf dem Tisch 41 hinter der Linse montierte Reflektor 55 reflektiert das von der Linse erhaltene Bild auf den Schirm 56 vor dem Halter 57, und der Schirm kann durch die offene Vorderseite der Haube 39 betrach- tet werden.
Fig. 8 zeigt im Detail die Beleuchtungs- und optischen Mittel, ohne den Vorder sehirm 56 und den Halter 57. Zweeks klarerer Übersieht wurde der Linsenträger 42 von der Ringplatte 45 weggerückt. Fig. 9 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung in Richtung des Pfeils IX in Fig. 7 und 8, während Fig. 10 ein vergrössertes Detail der Blende zeigt.
Die Ringplatte 45 besitzt einen Bogensehlitz 45b, in welchem die Gewindebolzen 48a der Klammern 48 verstellt werden kön- nen. Letztere besitzen flache Hinterseiten, die an der Fläche 45a anliegen und können durch Anziehen der Muttern 49 auf den Bolzen 48a festgeklemmt werden. Die Beleuch- tungsvorrichtung 46 besteht aus dem Ge- häuse 47, das dem Gehäuse 7 des ersten Beispiels entspricht (aber ohne Klammern 7s), der rohrförmigen optischen Vorrichtung 50, deren Inhalt (Lampe und Linsen) gleich demjenigen im Gehäuse 7 und in der Röhre 1. der Fig. 3 ist.
Die Blende 51 besteht in diesem Beispiel, wie aus Fig. 10 ersichtlich, aus der Kappe am Ende der Röhre 50 und weist einen breiten Schlitz 51a auf, durch den ein breites Lichtband auf die zu untersuchende Turbinenschaufel fällt. Da nur die Region der einen Schaufelkante beleuchtet werden soll, genügen zwei Beleuchtungsvorriehtungen, die in Fig. 9 mit 46 und 46a bezeichnet sind. In einigen Fällen genügt eine einzige Beleuchtungsvorrichtung. Halls erwünscht, kann eine dritte zugeführt werden, da diese Vorrichtungen durch Lösen der
Muttern 49 leicht abgenommen werden kön- nen. In Fig. 8 ist eine Schaufel 38 ohne Hal ter gezeigt und das Lichtband ist auf dieser angedeutet.
Durch Verschieben des Haltes, wie bereits in bezug auf Fig. 1 beschrieben, kann die Schaufel fortschreitend durch die Ringplatte 45 gegen die Linse 43 bewegt werden, bis, falls erforderlich, die Schaufel- spitze unter der Linse ankommt. Das Bild auf dem Schirm 56 ist eine helle Silhouette der einen Schaufelkante gegen einen dunkle- ren Hintergrund oder umgekehrt.
Beim zweiten Beispiel ist die Beleuch- tung-Grenzebene durch die nächst der Fläche 45a gelegene Kante des Blendenschlitzes 51a bestimmt, und das kontrollierte Profil ist der äusserste Rand der hellen Silhouette. Ist der Schaufelwinkel zur optischen Achse genü- gend gross, so dass das Bild von der Kantenform auf eine Normalebene zur Schaufel- achse beträchtlich abweicht, so wird das Bild mit einer Zeichnung der Kante auf dem Schirm verglichen, wie sie auf der geneigten Ebene erscheinen sollte.