Appareil optique pour la mesure et la verification de profils de sections planes d'un corps.
La présente invention a pour objet un appareil pour la mesure et la vérification de profils de sections planes d'un corps. Dans un appareil connu, on utilise un dispositif d'éclai- rage pour produire sur'la surface d'un corps à examiner une ligne qui définit le profil d'une section plane sur ce corps et un sys- tème optique de projection est prévu pour former une image de ce profil dans un plan d'image, par exemple, sur un écran de projection où il peut être mesuré avec exactitude ou comparé à un profil standard.
Dans l'appareil selon l'invention, chaque profil à vérifier est défini sur la surface du corps à examiner en mettant au point sur celui-ci une image d'un cache éclairé et fa eonné de telle manière que toutes les parties de limage du cache soient mises simultanément au point sur la surface du corps et dans lequel une image chidit profil est projetée par un dispositif optique de reproduction.
Théoriquement, la raie de lumière sur la surface du corps à examiner devrait ne présenter aucune épaisseur. Ceci est évidemment impossible à réaliser, et si'l'on utilise un cache muni d'une fente très étroite, il ne passera pas suffisamment de lumière pour projeter une image sur l'écran. Cette difficulté peut être évitée en utilisant un cache mwi d'vme . seule arête en lame de couteau au lieu d'une fente. On obtient cependant une grande surface lumineuse sur le corps a, examiner, ce qui tend à rendre indistincte l'image du bord de ladite surface lumineuse. On utilise, par con séquent, de préférence, deux arêtes en lame de couteau au moyen desquelles une bande étroite de lumière peut être projetée sur la surface du corps.
Le profil est ainsi défini par un bord de cette bande étroite de lumière, c'est-à-dire par une des deux arêtes en lame de couteau, mais ladite bande de lumière est suffisamment grande pour donner une bonne e illumination de l'image, mais suffisamment étroite pour obtenir une image nette.
L'appareil, objet de l'invention, est notamment, mais non exclusivement, destinée à l'examen de corps tels que des aubes de turbine pour lesquels il est désirable de mesurer ou de vérifier non seulement les formes et les dimensions des profils individuels de sections planes, mais également les positions de tels lys profils les uns par rapport aux autres.
L'appareil selon l'invention est caractérisé par au moins un châssis monté de façon amo- vible sur le socle de l'appareil et portant des caches correspondant à au moins deux profils parallèles de sections planes définis simulta- nément sur la surface du corps à examiner.
De préférence, deux caches sont prévus sur le châssis pour chaque profil de section, l'image de tels eaehes étant formée sur la sur- face du corps de chaque côté opposé de celuici, de sorte que le profil s'étende pratiquement autour du périmètre complet du corps.
Dans une variante, deux châssis peuvent être montés de façon détachable sur le socle, l'es
caches portés par l'un des châssis correspondant aux parties des profils sur un coté du corps, tandis que ceux portés par l'autre châssis correspondant aux parties restantes des profils sur le coté opposé du corps.
Pour éclairer les caches, il convient habituellement d'employer au moins deux unités d'éclairage associées respectivement aux profils, ou une unité séparée pour chaque cache. De façon semblable, bien qu'il puisse être parfois prati-
que d'utiliser un seul système de lentilles pour reproduire une image de plus d'un cache sur la surface du corps, il est habituellement préférable d'utiliser un système de lentilles sé- paré pour chaque cache.
L'appareil'est de préférence prévu de fagon que des corps de différentes dimensions et formes peuvent être examinés et il est clair qu'un châssis de caches différents sera néces- saire pour chaque forme et dimension du corps. Ainsi, par exemple, dans le cas d'au- bes de turbine, les profils des sections à examiner, seront de différentes formes et orientations, espacés le long de l'aube, au nombre de deux ou trois (ou davantage) et pour différentes dimensions d'aubes des espaces différents entre les plans de coupe seront re- quis.
Il sera habituellement nécessaire, par conséquent, de prévoir non seulement des châssis de cache différents pour les différentes formes et dimensions de l'aube, mais également de prévoir le réglage des parties de l'appareil pour tenir compte des différents espaces des plans de coupe.
L'espacement des caches peut différer sur les châssis selon l'espacement désiré des plans des profils de coupe. Dans un tel cas des moyens peuvent être prévus sur le socle pour régler les positions relatives des unités d'éelairage ou de parties de celles-ci pour adapter 1'espacement des caches sur le châssis. Bien que dans quelques cas il puisse être pratique d'utiliser un système de lentilles suffisam- ment grand pour couvrir la gamme des posi- tions possibles du cache corresponda. nt, il sera souvent préférable de prévoir des moyens sur le sosie pour régler les positions relatives des axes optiques des systèmes de lentilles pour s'adapter à l'espacement des caches sur le châssis.
Dans une variante, des réflecteurs peuvent être intercales entre le corps et les moyens pour former l'image des fentes des caches sur celui-ci, des moyens étant prévus sur le socle pour régler au moins un de ces réflecteurs ou des parties de ceux-ci, de sorte que l'espa- cement des plans des profils de coupe peut être modifié sans déplacer les moyens d'éclai- rage ou les moyens pour former l'image des fentes des caches sur la surface du corps, l'espacement des caches étant le même sur tous les châssis et indépendant de l'espacement des plans des profils de coupe.
Ainsi, par exemple, le ou chaque réflecteur réglable peut comprendre un prisme droit monté de telle façon que les rayons soient réfléchis deux fois sur les faces perpendiculaires de eelui-ei et sortent parallèles à leur direction d'inei- dence, mais dans le sens opposé.
Les caches peuvent être disposés de différentes manières, mais dans un arrangement convenable chaque cache comprend une fente formée entre deux arêtes en lame de couteau façonnées chacune de manière à se conformer de près à la forme de profil associé ou à une partie de celui-ci. Chaque arête en lame de couteau peut être formée en chanfreinant un bord d'un organe se conformant de près à la forme d'une partie du contour ou profil de la section a examiner sur un côté du plan de cette section. Les deux arêtes en lame de couteau peuvent être supportées par des vis de réglage dans un barillet porté par le châssis, de sorte qu'elles peuvent être orientées de telle manière que leur image se fasse sur la surface du corps.
Le cache peut consister en une ligne tracée sur une surface transparente incurvée suivant la même forme que le contour ou. profil de la section à examiner du corps, la ligne étant de préférence tracée à travers un revêtement opaque sur la surface transparente pour fournir une fente de lumière.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil faisant l'objet de la présente invention.
Les dispositifs représentes conviennent pour la vérification de l'exactitude de fabri- cation d'aubes de turbine de section à profil d'aile ou aérodynamique où il est nécessaire de vérifier non seulement, les formes de sections individuelles, mais également les positions angulaires relatives des sections espacées de l'aube. Dans ce but, il sera souvent suffisant, en pratique, d'examiner simultanément t les profils de deux sections respectivement au voisinage des deux extrémités de l'aube, tandis que pour un test plus sérieux, une troisième section au voisinage du milieu de l'aube peut également être examinée en même temps.
Alors que dans quelques cas, il peut être suf fisant d'examiner une face seulement de l'aube, il est habituellement important d'examiner les profils complets autour de tout le périmètre de l'aube. Les dispositifs représentés rendent cela possible et sont également tels qu'ils peuvent être facilement ajustés pour s'adapter aux différentes dimensions d'aube pour lesquelles un espacement différent entre les pla. ns de coupe est, requis.
La fig. 1 est une vue en plan schématique de l'appareil complet pour vérifier 1'exactitude des aubes de turbine.
Les fig. 2 et 3 représentent respectivement en plan et en élévation les moyens montrés dans le dispositif de la fig. 1 pour définir deux profils de section sur la surface de l'aube.
Les fig. 4, 5 et 6, respectivement montrent une coupe verticale et deux vues des faces opposées d'un des caches utilisé dans le dispositif des fig. 1 à 3.
Les fig. 7 et 8 sont des vues semblables à celles des fig. 4 et 5 montrant une variante cle cache.
La fig. 9 représente une modification dans laquelle une seule lampe d'éclairage est utili- sée pour les deux parties d'un profil de coupe sur deux cotés de l'aube.
Les fig. 10 et 11 sont des vues semblables s à celles des fig. 2 et 3 d'une autre disposition pour définir trois profils glir la surface de l'aube.
La fig. 12 montre des moyens pour régler des parties du dispositif des fig. 7 et 8 pour tenir compte des différentes dimensions de l'aube.
Les fig. 13 et 14 sont des vues semblables à celles des fig. 2 et 3 montrant une autre variante du dispositif pour définir deux profils sur la surface de l'aube.
La fig. 15 montre encore une autre variante d'un tel dispositif.
Les divers dispositifs concernent princi palement les moyens pour définir les profils sur la surface d'aube et divers dispositif, peuvent être utilisés pour la projection simulta- née d'images des profils sur un plan où elles peuvent être mesurées avec précision ou comparées à des profils standards.
Il est spécialement avantageux, comme représente à la fig. 1 d'utiliser dans ce but un appareil optique de projection dans lequel au moins un réflecteur B est associé à des profils individuels A1 de l'aube A et est placé de manière à amener des images réfléchies dans un plan unique d'objet à partir duquel un objectif C projette les images de tous les profils sur le plan C1, le plan d'objet coïncidant de préférence avec le plan du profil A le pifus éloigné duplan d'image C. 1, d, sorte que le nombre de réfleeteurs B utilisé est inférieur d'une unité au nombre de profils A1, A2.
Ijes réfleeteurs B sont de préférence partiellement transparents sur tout leur champ, leur transmittance étant graduée, de sorte que l'intensité du faisceau lu mineux traversant l'objectif C à partir d'un profil quelconque est pratiquement la même que celle provenant de tout autre profil.
Dans une disposition préférée, chaque réflecteur B partiellement transparent comprend une ouverture centrale façonnée de manière à se conformer à la périphérie de la section de l'aube A à examiner et est formée d'au moins deux parties qui peuvent être déplacées dans une monture en s'éloignant ou en se rapprochant l'une de l'autre dans une direction approxima- tivement perpendiculaire'à l'axe optique de l'objectif C, au moins une des montures étant réglable axialement pour s'adapter aux diffé- rents espacements entre les plans des profils.
Les aubes de turbine A à examiner sont montées de façon interchangeable à l'aide de leur pied A3 dans un mandrin ou autre dispositif D1 sur le socle fixe D de l'appareil.
Cette disposition étant telle que la section plane choisie A2 la plus près du pied A3 de l'aube occupe toujours le même plan par rapport au socle D, notamment le plan objet de l'appareil de projection D, quelle que soit la dimension de l'aube. La monture de réflecteur de l'appareil de projection est guidée sur une coulisse B1 sur le socle D, de sorte qu'elle peut être facilement réglée aux positions correetes dans lesquelles leurs profils associés seront mis au point sur le plan d'image C1 de l'appareil.
Il est habituellement désirable de revêtir la surface de l'aube d'un film blanc mat tel que, par exemple, un film d'oxyde de magnésium po, ur augmenter l'intensité lu- mineuse des rayons utilisés pour projeter les images des profils en coupe : Le socle D porte également les moyens pour définir les profils sur la surface d'aube et les divers dispositifs qui vont être décrits diffèrent, les uns des autres selon ces moyens.
Le premier dispositif représenté plus par ticulièrement aux fig. 2 et 3 est prévu pour définir deux profils A1, A2 sur la surfaee d'aube, chaque profil étant éclaire par-dessus et par-dessous de manière à être défini autour de la périphérie complète de l'aube A. Dans ce but, le dispositif utilise quatre systèmes de lentilles E, chacun reproduisant-, sur la sur- face de l'aube A, une image d'une fente F qui a la même forme que le profil de l'aube à examiner.
Les quatre fentes sont portées par un châssis ( ? monté de façon amovible dans deux coulisses verticales G1 sur le socle
D, et elles sont disposées en deux rangées, les deux fentes F dans la rangée supérieure cor- respondant aux moitiés supérieures des deux profils g A', A2, tandis gée inférieure correspondent aux moitiés inférieures de ceux-ci.
Les axes optiques des qua- tre systèmes de lentille ; s E s'étendent parallè- lement les uns aux autres conformément aux espacements des fentes sur le châssis G, et deux miroirs-plans Ei chacun ineliné à 45 sur la direction commune de ces axes optiques, sont prévus respectivement pour dévier les rayons de la série supérieure des lentilles E vers le bas sur la partie supérieure de la surface d'aube et pour dévier les rayons de la série inférieure de lentilles 7 ? vers le haut sur la partie inférieure de la surface d'aube.
Le système de lentilles jE* peut être prévu de différentes manières, mais donne de pré férence un rapport de grossissement d'environ 1 : 1. Un système spécialement approprié dans ce but comprend deux éléments di vergents composés en forme d ! e ménisque ayant leurs surfaces exposées à l'air concaves par rapport à un diaphragme disposé entre eux et placé entre deux éléments convergents simples, et deux lentilles eonvergentes E2, E3 qui encadrent ces éléments entre eux et sont disposées de telle manière que le système soit télécentrique,
c'est-à-dire que les rayons dans les espaces d'air extérieurs aux éléments exté- rieurs de l'objectif sont eollimatés. En pratique, les dimensions d'un tel système peuvent être choisies de manière que les lentilles *on- tales E2 puissent être placées entre l'aube A et le miroir incliné E1, l'espace d'air entre ces lentilles et les autres éléments servant à loger le miroir incliné Et.
Le châssis G portant les quatre fentes F est constitué par une plaque plane percée de quatre trous espacés, dans chacun desquels est logé un barillet t eire. ulaire F1 contena. nt un cache à fente (fig. 4 à 6), s'ajustant dans le trou ménagé dans la plaque G et maintenu en position dans celui-ci par une bride et par un écrou ys vissé sur l'extrémité de ce barillet opposé à la bride. Le barillet est muni sur un coté d'une cheville. Fs s'engageant dans une rainure G2 découpée dans la plaque G pour assurer l'orientation correcte du barillet Fi dans le trou.
Deux disques 1i'4 dans chacun desquels est découpée une fente centrale F5 sont ajustés dans les extrémités du barillet Fi (mn des disques étant représenté dans la fig : 1, eomme venu de fa. brieation avee le ba rillet Fi) et la fente elle-même est formée entre deux arêtes en lame de couteau sur les deux organes 6 loges dans le barillet F1 entre les deux disques 4. Ces deux organes P6 sont conformes (au moins au voisinage des arêtes en lame de couteau) de manière à correspondre à la. forme des parties correspon- dantes des cotés de l'aube A à éclairer et sont retenus en position exacte dans le barillet a.
u moyen de vis de réglage F7 dans les deux disques F4, d'autres vis 8 étant prévues dans le barillet F1 pour permettre de régler exactement la largeur de la fente entre les arêtes en lame de couteau. Les deux organes-F6 dans le barillet supérieur correspondant à um profil, sont identiques à ceux dans le barillet inférieur correspondant au même profil excepté que dans un barillet lesdites arêtes sont formées par chanfreinage des surfaces frontales des organes F6, tandis que dans l'autre barillet les arêtes sont formées par ehanfreinage des surfaces postérieures des organes.
La fente entre les arêtes en lame de couteau dans chaque barillet est naturellement alignée sur les fentes F5 ménagées dans les disques F4 et est orientée de façon précise dans le barillet par rapport à la cheville Pt3, de sorte qu'eUe sera dans la position correcte lorsque le barillet sera monté. sur la plaque de châssis ( ? et que eelle-ei sera en place sur le socle D de l'appareil. Il est important de maintenir la fente aussi étroite que possible pour que le profil soit défini de façon très nette.
On comprendra que la fentepeutêtre formée et montée dans le barillet de toute autre manière et il n'est même pas essentiel d'utili- ser une fente. Ainsi, on peut prévoir la variante représentée aux fig. 7 et 8 qui consiste à graver une fine ligne F9 sur la surface d'un corps To en verre ou en une matière plastique transparente, dont la, forme correspond à celle de la partie correspondante du : côté de l'aube à éclairer, ou en traçant une fine ligne à travers lm revêtement opaque prévu sur un tel corps.
Il est clair qu'un châssis sépare ( ? est né-
cessaire pour chaque dimension et forme
d'aube de turbine ; 1 à vérifier, les fentes F étant adaptées dans chaque cas aux profils désires et'les espacements entre les trous dans la plaque de châssis G étant prénl, s pour dif férentes grandeurs d'aube.
Dans l'exemple représenté aux fig. 1 à 3, chaque fente est éclairée par un dispositif d'éclairage séparé monté sur le socle D de l'appareil, ce dispositif comprenant une source de lumière H constituée, par exemple, par une lampe à vapeur de mercure associée à un eondensateur H1 et une lentille H2 pour mettre la source H au point sur la fente*.
Il a été dit que différents espacements étaient nécessaires entre les fentes F pour différentes dimensions d'aube A et il est clair, par conséquent, qu'il doit y avoir un réglage correspondant dans les autres parties des moyens pour définir les profils de coupe des aubes. Les positions des fentes F et des sys- tèmes de lentilles associes E, E2, E3 et les dispositifs d'. eclairage FI,. Hi, H2 correspon- dant aux profils A2 le plus près du pied de l'aube A sont fixes puisqu'un tel profil A2 s'étend dans le plan d'objet de l'appareil de projection C.
Dans la disposition représentée aux fig. 1 à 3, l'autre profil A, dont la position doit être réglée pour s'adapter à la dimension de l'aube A à vérifier, est défini au moyen d'un système de lentilles fixes E, E2 et E3 corrigé pour un champ angulaire suffisamment étendu pour couvrir toute la gamme désirée des positions de ce profil, la position du profil variant avec l'espacement entre les fentes dans le châssis G, comme défini sur la surface d'aube par projection optique à l'aide de ce système fixe de lentilles.
Les di, spositifs d'éelairage X, Et 2 pour les deux fentes F associées à ce profil
A1 sont cependant räglables sur des coulisses
H4 sur le socle fixe D, de sorte qu'ils peuvent être déplacés pour s'adapter à l'espacement des fentes du châssis, la position de réglage dans chaque cas étant déterminée au moyen d'une pièce d'espacement J ? s pour cha- que'châssis ( ?. Ainsi, dans cet exemple, les seuls changements, nécessités dans les moyens pour définir les profils sur la surface d'aube, pour différentes dimensions d'aube, sont la substitution du châssis approprié G et le dé- placement correspondant du dispositif d'éclai- rage s. ir les coulisses II4.
Dans les dispositifs déerits, un éclairage séparé est utilisé poup chaque fente. F, mais puisque les dispositifs d'éclairage supérieur et inférieur-pour un profil quelconque se dé- placent toujours exactement de la même distance pendant le réglage, il est possible, si on le désire, de les combiner ensemble et d'utili- ser une seule source de lumière F pour les deux dispositifs, comme représenté à la fig. 9, deux miroirs inclinés g6 étant prévcls respee- tivement. au-dessus et au-dessous de cette source pour dévier ses rayons à travers les deux jeux de lentil. lle5 1, E2
Au lieu d'utiliser.
des lentilles fixes ayant un champ suffisamment étendu pour couvrir la gamme de réglage, les différents espacements entre les profils de coupe peuvent être définis par un réglage latéral des systèmes de lentille. Les fig. 10 à 12 représentent une telle disposition qui est montrée, à titre d'exemple, comme étant prévue pour trois profils au lieu de deux, un profil A2 fixé à proximité du pied de l'aube.
A dans le plan de l'objet de l'appareil de projection C et les deux autres
Ai et A4 réglables de façon à être situés res- pectivement à proximité du sommet de l'aube et en un point intermédiaire de la longueur de l'aube. La fig. 12 montre la possibilité de réglage des parties, tandis que les fig 10 et 11 représentent les moyens optiques utilisés pour définir les trois profils de section sur la surface de 1'aube.
Dans cette disposition, le châssis inter cha. ngeable G comprend six fentes F qui peu- vent être chacune du type décrit en référence aux fig. 4 à 6 ou aux fig. 7 et 8, disposées dans deux rangées de trois, les trois fentes de la rangée supérieure correspondant auxmoitiéssupérieuresdesprofils, tandis que ceux de la ra.
ngée inférieure correspon- dent aux moitiés inférieures de Les six systèmes de lentilles E, E2 et E3 ont leurs axes optiques parallèles les uns aux autres et espacés des mêmes distances que les Íentes X du châssis G, mais puisque pour les dimensions plus petites d'aube, il n'y a pas suffi- samment de place pour lles lentilles E côte à eôte avec leurs axes espacés de la. même façon que les profils, les deux systèmes extérieurs de lentilles dans chaque rangée sont. chacun muni d'un prisine tra.
pézoïdal E4 entre les lentilles E et le miroir incliné Et pour dévier l'axe optique et l'amener plus près de celui du système central. Les dimensions optiques du sys- tème central sont un peu différentes de celles des deux systèmes extérieurs de manière à tenir compte de la différence de parcours du rayon produit par les prismes E4 et à permettre ainsi de placer toutes les fentes F suivant le même plan. Le faisceau de lumière qui passe à travers chacune des lentilles frontales
E2 étant relativement long et étroit, il est possible de couper les parties non utilisées en forme de segments de ces lentilles et, par conséquent, de les placer rapprochées les unes des autres pour se. conformer à l'espace relativement étroit entre les plans de coupe.
Les espaces des fentes X. dans les ehâssis inter- changeables G sont naturellement choisis pour tenir compte du déplacement des axes opti- ques par les prismes E4. Chaque fente F est éclairée par-Lin dispositif H, ffl, IT2 sembla- ble à celui décrit ci-dessus.
Les réglages nécessaires pour s'accorder aux différentes dimensions d'aubes sont effee- tués, comme représenté à la fig. l2. Le sys- tème de lentilles E, E2, E3 et E4 et l'appa- reil d'éclairage H, E1, H2 associé aux profils 12 le plus près du pied de l'aube A sont fixes en position, tandis que les autres systèmes de lentilles sont montés sur des coulisses5 E5 et les dispositifs d'éclairage correspondants sont montés de façon analogue sur les coulisses H4.
Bien que l'on puisse utiliser une seule coulisse pour les deux systèmes de lentilles et les deux dispositifs d'éclairage associés à un profil, il est habituellement plus satisfaisant d'utiliser des coulisses séparées, comme représenté et. des pi6ces-d'6cartement E6 et. H5 de dimensions exactes pour assurer le réglage correct des parties.
Les fig. 13 et 14 montrent une variante prévue pour deux profils de coupe dans laquelle les systèmes de lentilles E, E3 et les dispositifs d'éelairage E, E1, v2 eomprenant des lampes, sont tous fixes et l'espace entre les trous pour les ba. rillets à fentes Ft dans le châssis is G est le même pour tous les châssis quelle que soit la dimension de l'aube A à vérifier. Il est cependant encore néeess'aire de prévoir des châssis C sépares pour chaque forme différente d'aubes de. turbine en rai- son des différentes formes des fentes néces saires.Onpeutégalementprévoirdesbarillets à fentes interchangeables dans un. châssis fixe.
Dans cette disposition, le réglage néces- saire pour adapter les différents espaces entre les profils est obtenu entièrement par le mouvement de réflecteurs intercales entre les éléments principaux E des systèmes de lentilles et les miroirs inclinés E1. Dans ce but, chaque réflecteur consiste en un prisme droit .7,JdisposéducôtédumiroirinclinéJ? éloigné des éléments principaux 2 ? du sys- tème die lentilles, l'axe optique de ce système étant réfléchi deux fois intérieurement sur les surfaces du prisme J ou J1, de sorte qu'il retourne au miroir incliné E1 dans une direction parallèle à sa direction primitive.
Les deux prismes J associés aux profils A2 à proximité du pied ils de l'aube A sont fixes en position, mais les deux autres prismes J1 sont mobiles et peuvent s'écarter ou se rapproeher des prismes fixes J. Avec une telle disposition, il est clair qu'un mouvement de la paire de prismes Jl d'une position à l'au- tre a pour résultat un mouvement du profil . 11 deux fois plus grand et il est nécessaire, par conséquent, de prévoir un dépilacement des lentilles associées E2 égal à deux fois celui des prismes J\ Puisque la longueur axiale du parcours de rayons reste inchangée pendant les mouvements du prisme, 1'image reste correctement mise au point sur l'aube dans toutes les positions du prisme.
On mer tionnera que les miroirs inclinés Ex dans ce dispositif sont suffisamment courts pour ie pas gêner les faisceaux lumineux allant des éléments principaux E des systèmes de len- tilles aux prismes et sont inelinés à 450 da. ns la direction opposée à celle requise dans les dispositifs précédents. Les prismes mobiles J1 et leurs lentilles associées E2 peuvent être accouplées par un mécanisme de réglage donnant le rapport approprié entre leurs dépla cements, mais it est habituellement pllls simple de les monter sur des coulisses séparées
J2 et E7, comme représenté, en utilisant des pièces d'écartement J3 et E8 pour däterminer leurs positions.
Dans tous les dispositifs décrits, un seul châssis interchangeable ( ? a, été utilisé pour porter toutes les fentes F pour les deux cotés de l'aube pour tous'les profils. Ceei n'est cependant pas essentiel et, si on le préfère, on peut utiliser deux châssis 6*, l'un portant les fentes s pour les moitiés de tous les profils sur une face de l'aube A et l'autre portant les fentes F pour les moitiés die tous les profils sur la face opposée de l'aube.
Une disposition simple de ce genre représentée à la fig. 15, les moyens pour définir les profils de coupe étant divises en d'eux moitiés situées respectivement sur les côtés opposés de l'aube avec l'axe optique des systèmes de lentilles correspondant à un même profil et leurs dispositifs d'éclairage directement alignés l'es uns sur les autres. Cette disposition nécessite les mêmes réglages pour différentes dimensions d'aubes, comme déjà décrit pour les autres cas.
Il n'est également pas essentiel d'utiliser un système de lentilles séparé pour chaque fente ou une lampe d'éclairage séparée pour chaque fente ou paire de fentes. Les appa reils décrits, bien que s'appliquant particu- lièrement à l'examen d'aubes de turbine peuvent être utilisé pour examiner d'autres corps.
Optical device for the measurement and verification of profiles of plane sections of a body.
The present invention relates to an apparatus for the measurement and verification of profiles of plane sections of a body. In a known apparatus, a lighting device is used to produce on the surface of a body to be examined a line which defines the profile of a planar section on this body and an optical projection system is provided. to form an image of this profile in an image plane, for example, on a projection screen where it can be accurately measured or compared to a standard profile.
In the apparatus according to the invention, each profile to be verified is defined on the surface of the body to be examined by focusing thereon an image of an illuminated mask and shaped in such a way that all the parts of the image of the mask are simultaneously focused on the surface of the body and in which a chidit profile image is projected by an optical reproduction device.
Theoretically, the line of light on the surface of the body to be examined should not present any thickness. This is obviously impossible to achieve, and if a cover with a very narrow slit is used, enough light will not pass to project an image onto the screen. This difficulty can be avoided by using an mwi vme cache. single knife edge instead of a slit. However, a large luminous surface is obtained on the body a, examine, which tends to make the image of the edge of said luminous surface indistinct. Preferably, therefore, two knife-edge ridges are used by means of which a narrow band of light can be projected onto the surface of the body.
The profile is thus defined by an edge of this narrow band of light, that is to say by one of the two knife-edge edges, but said band of light is large enough to give good illumination of the image. , but narrow enough to get a sharp image.
The apparatus, object of the invention, is particularly, but not exclusively, intended for the examination of bodies such as turbine blades for which it is desirable to measure or verify not only the shapes and dimensions of the individual profiles. of plane sections, but also the positions of such profiled lilies with respect to each other.
The apparatus according to the invention is characterized by at least one frame mounted removably on the base of the apparatus and carrying covers corresponding to at least two parallel profiles of flat sections defined simultaneously on the surface of the body. to consider.
Preferably, two covers are provided on the frame for each section profile, the image of such eaehes being formed on the surface of the body on each opposite side thereof, so that the profile extends substantially around the perimeter. full body.
Alternatively, two frames can be detachably mounted on the base, the es
covers carried by one of the frames corresponding to the parts of the profiles on one side of the body, while those carried by the other frame corresponding to the remaining parts of the profiles on the opposite side of the body.
To illuminate the covers, it is usually appropriate to use at least two lighting units associated respectively with the profiles, or a separate unit for each cover. Similarly, although it can sometimes be practiced
than using a single lens system to reproduce an image of more than one mask on the body surface, it is usually preferable to use a separate lens system for each mask.
The apparatus is preferably provided so that bodies of different sizes and shapes can be examined and it is clear that a frame of different covers will be required for each shape and size of the body. Thus, for example, in the case of turbine blades, the profiles of the sections to be examined will be of different shapes and orientations, spaced along the blade, two or three (or more) in number and for different dimensions of blades and different spaces between the cutting planes will be required.
It will usually be necessary, therefore, not only to provide different cover frames for the different shapes and sizes of the blade, but also to provide for the adjustment of the parts of the apparatus to take account of the different spaces of the cutting planes. .
The spacing of the covers may differ on the frames depending on the desired spacing of the planes of the cutting profiles. In such a case means may be provided on the base for adjusting the relative positions of the lighting units or parts thereof to adapt the spacing of the covers on the frame. Although in some cases it may be practical to use a lens system large enough to cover the range of possible positions of the corresponding cover. nt, it will often be preferable to provide means on the double to adjust the relative positions of the optical axes of the lens systems to match the spacing of the covers on the frame.
In a variant, reflectors may be interposed between the body and the means for forming the image of the slits of the covers thereon, means being provided on the base for adjusting at least one of these reflectors or parts of them. ci, so that the spacing of the planes of the section profiles can be altered without moving the lighting means or the means for forming the image of the slots of the covers on the body surface, the spacing of the covers being the same on all frames and independent of the spacing between the planes of the cutting profiles.
Thus, for example, the or each adjustable reflector may comprise a straight prism mounted such that the rays are reflected twice on the perpendicular faces of the object and emerge parallel to their direction of inidence, but in the direction opposite.
The covers can be arranged in different ways, but in a suitable arrangement each cover includes a slot formed between two knife-edge ridges each shaped to closely conform to the associated profile shape or part thereof. . Each knife edge edge may be formed by chamfering an edge of a member closely conforming to the shape of a portion of the outline or profile of the section to be examined on one side of the plane of that section. The two knife-blade ridges can be supported by set screws in a barrel carried by the frame, so that they can be oriented such that their image is on the surface of the body.
The mask may consist of a line drawn on a transparent surface curved in the same shape as the outline or. profile of the section of the body to be examined, the line preferably being drawn through an opaque coating on the transparent surface to provide a slit of light.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the apparatus forming the subject of the present invention.
The devices shown are suitable for verifying the manufacturing accuracy of wing profile or aerodynamic section turbine blades where it is necessary to verify not only the shapes of individual sections, but also the relative angular positions. spaced sections of the dawn. For this purpose, it will often be sufficient, in practice, to simultaneously examine t the profiles of two sections respectively in the vicinity of the two ends of the blade, while for a more serious test, a third section in the vicinity of the middle of the blade. dawn can also be examined at the same time.
While in a few cases it may be sufficient to examine only one side of the vane, it is usually important to examine the complete profiles around the entire perimeter of the vane. The devices shown make this possible and are also such that they can be easily adjusted to accommodate different blade sizes for which different spacing between the plates. ns of cut is required.
Fig. 1 is a schematic plan view of the complete apparatus for verifying the accuracy of turbine blades.
Figs. 2 and 3 respectively represent in plan and in elevation the means shown in the device of FIG. 1 to define two section profiles on the surface of the blade.
Figs. 4, 5 and 6, respectively show a vertical section and two views of the opposite faces of one of the covers used in the device of FIGS. 1 to 3.
Figs. 7 and 8 are views similar to those of FIGS. 4 and 5 showing a hidden key variant.
Fig. 9 shows a modification in which a single illumination lamp is used for both parts of a section profile on two sides of the vane.
Figs. 10 and 11 are views similar to those of FIGS. 2 and 3 of another arrangement to define three profiles sliding the surface of the blade.
Fig. 12 shows means for adjusting parts of the device of FIGS. 7 and 8 to take into account the different dimensions of the blade.
Figs. 13 and 14 are views similar to those of FIGS. 2 and 3 showing another variant of the device for defining two profiles on the surface of the blade.
Fig. 15 shows yet another variant of such a device.
The various devices relate mainly to the means for defining the profiles on the blade surface and various devices, can be used for the simultaneous projection of images of the profiles onto a plane where they can be measured with precision or compared to standard profiles.
It is especially advantageous, as shown in FIG. 1 to use for this purpose an optical projection apparatus in which at least one reflector B is associated with individual profiles A1 of the vane A and is placed so as to bring images reflected in a single object plane from from which an objective C projects the images of all the profiles on the plane C1, the object plane preferably coinciding with the plane of the profile A the pifus far from the image plane C. 1, so that the number of reflectors B used is one unit less than the number of profiles A1, A2.
The reflectors B are preferably partially transparent over their entire field, their transmittance being graduated, so that the intensity of the light beam passing through the objective C from any profile is practically the same as that from any other. profile.
In a preferred arrangement, each partially transparent reflector B includes a central opening shaped to conform to the periphery of the section of the vane A to be examined and is formed of at least two parts which can be moved in a frame. moving away from or approaching each other in a direction approximately perpendicular to the optical axis of the objective C, at least one of the mounts being axially adjustable to accommodate the different spacings between the planes of the profiles.
The turbine blades A to be examined are mounted interchangeably using their foot A3 in a mandrel or other device D1 on the fixed base D of the apparatus.
This arrangement being such that the chosen planar section A2 closest to the root A3 of the blade always occupies the same plane relative to the base D, in particular the object plane of the projection apparatus D, whatever the dimension of the 'dawn. The reflector mount of the projection apparatus is guided on a slide B1 on the plinth D, so that it can be easily adjusted to the correct positions in which their associated profiles will be in focus on the image plane C1 of the device.
It is usually desirable to coat the surface of the blade with a matt white film such as, for example, a magnesium oxide film to increase the light intensity of the rays used to project the profile images. in section: The base D also carries the means for defining the profiles on the blade surface and the various devices which will be described differ from each other according to these means.
The first device shown more particularly in FIGS. 2 and 3 is provided to define two profiles A1, A2 on the blade surface, each profile being illuminated above and below so as to be defined around the complete periphery of the blade A. For this purpose, the device uses four systems of lenses E, each reproducing, on the surface of the blade A, an image of a slit F which has the same shape as the profile of the blade to be examined.
The four slots are carried by a frame (? Mounted removably in two vertical slides G1 on the base
D, and they are arranged in two rows, the two slots F in the upper row corresponding to the upper halves of the two profiles g A ', A2, while the lower half correspond to the lower halves of these.
The optical axes of the four lens systems; s E extend parallel to each other in accordance with the spacings of the slots on the frame G, and two plane mirrors Ei each inelined at 45 on the common direction of these optical axes, are respectively provided to deflect the rays of the upper series of lenses E down on the upper part of the blade surface and to deflect the spokes of the lower series of lenses 7? upward on the lower part of the blade surface.
The jE * lens system can be provided in various ways, but preferably gives a magnification ratio of about 1: 1. A system especially suitable for this purpose comprises two different d-shaped compound elements! e meniscus having their surfaces exposed to air concave with respect to a diaphragm arranged between them and placed between two simple converging elements, and two eonvergent lenses E2, E3 which surround these elements between them and are arranged in such a way that the system is telecentric,
that is, the rays in the air spaces outside the elements outside the lens are collimated. In practice, the dimensions of such a system can be chosen so that the on-facing lenses E2 can be placed between the vane A and the inclined mirror E1, the air space between these lenses and the other elements. used to house the inclined mirror And.
The frame G carrying the four slots F consists of a flat plate pierced with four spaced holes, in each of which is housed a cylinder t eire. ular F1 contena. nt a slot cover (fig. 4 to 6), fitting into the hole made in plate G and held in position therein by a flange and by a nut screwed onto the end of this barrel opposite to the flange. The barrel is provided on one side with a pin. Fs engaging in a groove G2 cut in the plate G to ensure the correct orientation of the barrel Fi in the hole.
Two discs 1i'4 in each of which a central slot F5 is cut are fitted in the ends of the barrel Fi (mn of the disks being shown in fig: 1, as come from manufacture with the bay rillet Fi) and the slot it - even is formed between two knife-blade edges on the two members 6 housed in the barrel F1 between the two discs 4. These two members P6 conform (at least in the vicinity of the knife-edge edges) so as to correspond to the. form the corresponding parts of the sides of the vane A to be illuminated and are retained in exact position in the barrel a.
u means of adjustment screws F7 in the two discs F4, other screws 8 being provided in the barrel F1 to enable the exact width of the slot between the knife-edge edges to be adjusted. The two members-F6 in the upper barrel corresponding to a profile, are identical to those in the lower barrel corresponding to the same profile except that in one barrel said ridges are formed by chamfering the front surfaces of the F6 members, while in the other barrel the ridges are formed by chamfering the posterior surfaces of the organs.
The slot between the knife-edge ridges in each barrel is naturally aligned with the F5 slots in the F4 discs and is precisely oriented in the barrel relative to the peg Pt3, so that eUe will be in the correct position when the barrel is mounted. on the chassis plate (? and that it will be in place on the base D of the device. It is important to keep the slot as narrow as possible so that the profile is defined very clearly.
It will be understood that the slot can be formed and mounted in the barrel in any other way and it is not even essential to use a slot. Thus, the variant shown in FIGS. 7 and 8 which consists in engraving a thin line F9 on the surface of a body To made of glass or of a transparent plastic material, the shape of which corresponds to that of the corresponding part of the side of the blade to be illuminated, or by drawing a thin line through the opaque coating provided on such a body.
It is clear that a frame separates (? Is born-
required for each size and shape
turbine blade; 1 to be checked, the slots F being adapted in each case to the desired profiles and the spacing between the holes in the frame plate G being taken for different blade sizes.
In the example shown in FIGS. 1 to 3, each slit is illuminated by a separate lighting device mounted on the base D of the apparatus, this device comprising a light source H constituted, for example, by a mercury vapor lamp associated with a capacitor H1 and an H2 lens to focus the H source on the slit *.
It has been said that different spacings are required between the slots F for different dimensions of vane A and it is clear, therefore, that there must be a corresponding adjustment in the other parts of the means for defining the cutting profiles of the blades. blades. The positions of the slots F and of the associated lens systems E, E2, E3 and the devices d '. FI lighting ,. Hi, H2 corresponding to the profiles A2 closest to the root of the blade A are fixed since such a profile A2 extends in the object plane of the projection apparatus C.
In the arrangement shown in FIGS. 1 to 3, the other profile A, whose position must be adjusted to adapt to the dimension of the blade A to be verified, is defined by means of a system of fixed lenses E, E2 and E3 corrected for a angular field sufficiently large to cover the entire desired range of positions of this profile, the position of the profile varying with the spacing between the slots in the frame G, as defined on the blade surface by optical projection using this fixed lens system.
The di, positive lighting X, And 2 for the two slots F associated with this profile
A1 are however adjustable on the slides
H4 on the fixed pedestal D, so that they can be moved to accommodate the spacing of the chassis slots, the adjustment position in each case being determined by means of a spacer J? s for each frame (?. Thus, in this example, the only changes, required in the means for defining the profiles on the blade surface, for different blade sizes, are the substitution of the appropriate frame G and the corresponding movement of the lighting device on the slides II4.
In deerited devices, separate lighting is used for each slot. F, but since the upper and lower lighting devices - for any profile always move exactly the same distance during adjustment, it is possible, if desired, to combine them together and use a single light source F for the two devices, as shown in FIG. 9, two inclined mirrors g6 being provided respectively. above and below this source to deflect its rays through the two sets of lenses. lle5 1, E2
Instead of using.
since fixed lenses have a sufficiently large field to cover the adjustment range, the different spacings between the cutting profiles can be defined by lateral adjustment of the lens systems. Figs. 10 to 12 represent such an arrangement which is shown, by way of example, as being provided for three profiles instead of two, a profile A2 fixed near the root of the blade.
A in the plane of the object of the projection apparatus C and the other two
Ai and A4 adjustable so as to be situated respectively near the top of the blade and at an intermediate point along the length of the blade. Fig. 12 shows the possibility of adjusting the parts, while Figs 10 and 11 show the optical means used to define the three section profiles on the surface of the blade.
In this arrangement, the inter cha chassis. ngeable G comprises six slots F which can each be of the type described with reference to FIGS. 4 to 6 or in fig. 7 and 8, arranged in two rows of three, the three slots in the upper row corresponding to the upper halves of the profiles, while those of the ra.
The six lens systems E, E2 and E3 have their optical axes parallel to each other and spaced the same distances as the X-ents of the frame G, but since for the smaller dimensions of blade, there is not enough room for the E lenses side by side with their axes spaced from the. same way as the profiles, the two outer lens systems in each row are. each with a tra.
Pezoidal E4 between the lenses E and the inclined mirror And to deflect the optical axis and bring it closer to that of the central system. The optical dimensions of the central system are a little different from those of the two external systems so as to take account of the difference in the path of the ray produced by the prisms E4 and thus to allow all the slits F to be placed in the same plane. The beam of light that passes through each of the front lenses
Since E2 is relatively long and narrow, it is possible to cut the unused parts in the form of segments of these lenses and, therefore, to place them close together for each other. conform to the relatively narrow space between the section planes.
The spaces of the slots X. in the interchangeable frames G are naturally chosen to take account of the displacement of the optical axes by the prisms E4. Each slot F is illuminated by the device H, ffl, IT2 similar to that described above.
The adjustments necessary to match the different blade dimensions are made, as shown in fig. l2. The lens system E, E2, E3 and E4 and the lighting apparatus H, E1, H2 associated with the profiles 12 closest to the root of the blade A are fixed in position, while the others Lens systems are mounted on E5 slides5 and the corresponding lighting devices are similarly mounted on H4 slides.
Although a single slide can be used for both lens systems and the two lighting devices associated with a profile, it is usually more satisfactory to use separate slides, as shown and. spacers E6 and. H5 of exact dimensions to ensure the correct adjustment of the parts.
Figs. 13 and 14 show a variant provided for two cutting profiles in which the lens systems E, E3 and the lighting devices E, E1, v2 eincluding lamps, are all fixed and the space between the holes for the ba. slotted rillets Ft in the frame is G is the same for all frames regardless of the dimension of vane A to be checked. However, it is still necessary to provide separate C frames for each different shape of vanes. turbine due to the different shapes of the slots required. Interchangeable slot barrels can also be included in one. fixed frame.
In this arrangement, the adjustment necessary to adapt the different spaces between the profiles is obtained entirely by the movement of interposed reflectors between the main elements E of the lens systems and the inclined mirrors E1. For this purpose, each reflector consists of a straight prism .7, Jdisposed side of the tilted mirrorJ? away from main elements 2? of the lens system, the optical axis of this system being reflected twice internally on the surfaces of the prism J or J1, so that it returns to the inclined mirror E1 in a direction parallel to its original direction.
The two prisms J associated with the profiles A2 near the root of the blade A are fixed in position, but the other two prisms J1 are mobile and can move away from or approach the fixed prisms J. With such an arrangement, it It is clear that movement of the pair of prisms J1 from one position to another results in movement of the profile. 11 twice as large and it is therefore necessary to provide a depilacement of the associated lenses E2 equal to twice that of the prisms J \ Since the axial length of the ray path remains unchanged during the movements of the prism, the image remains correctly focused on the vane in all prism positions.
It will be noted that the inclined mirrors Ex in this device are sufficiently short so as not to interfere with the light beams going from the main elements E of the lens systems to the prisms and are inelined at 450 da. ns the direction opposite to that required in the previous devices. The movable prisms J1 and their associated lenses E2 can be coupled by an adjustment mechanism giving the appropriate ratio between their displacements, but it is usually simple to mount them on separate slides.
J2 and E7, as shown, using spacers J3 and E8 to determine their positions.
In all the devices described, a single interchangeable frame (? A, has been used to carry all the slots F for both sides of the blade for all the profiles. This is however not essential and, if preferred, two frames 6 * can be used, one carrying the slots s for the halves of all the profiles on one side of the blade A and the other carrying the slots F for the halves of all the profiles on the opposite side of dawn.
A simple arrangement of this kind shown in FIG. 15, the means for defining the cutting profiles being divided into halves located respectively on the opposite sides of the blade with the optical axis of the lens systems corresponding to the same profile and their lighting devices directly aligned. 'are on top of each other. This arrangement requires the same settings for different dimensions of blades, as already described for the other cases.
It is also not essential to use a separate lens system for each slit or a separate illumination lamp for each slit or pair of slits. The apparatus described, although particularly applicable to the examination of turbine blades, can be used to examine other bodies.