Appareil optique de projection de profils
La présente invention a pour objet un appareil optique de projection de profils destiné avant tout à mesurer ou vérifier l'exactitude de profils de sections planes. Dans un appareil connu de ce type on utilise un dispositif d'éclairage pour produire sur la surface d'un corps à examiner une ligne de lumière qui définit le profil ou contour d'une section plane de celui-ci et un appareil optique de projection est prévu pour former une image de ce profil éclairé dans un plan, par exemple, sur un écran de projection, où il peut être mesuré de façon exacte ou comparé avec un profil standard.
Bien que l'invention ne soit pas limitée à un tel appareil, elle est plus spécialement destinée à être utilisée dans un appareil prévu pour l'examen de corps tels que des aubes de turbines pour lesquelles on désire mesurer ou vérifier non seulement les formes et les dimensions des profils de sections planes individuelles mais également les positions de tels profils les uns par rapport aux autres.
L'appareil optique selon l'invention est prévu pour projeter simultanément sur un seul plan des images des profils d'au moins deux sections planes d'un corps suivant des plans parallèles à ce plan de projection et situées à des distances différentes de celui-ci. L'appareil selon l'invention comprend un objectif projetant une image sur ledit plan à partir d'un plan objet, et un réflecteur plan correspondant à chaque profil individuel dont le plan ne coïncide pas avec ledit plan objet, ce réflecteur étant placé de telle manière qu'il produise dans le plan objet une image réfléchie du profil correspondant, de sorte que les images projetées des profils sont superposées dans ledit plan image.
Le plan objet peut, de préférence, coïncider avec le plan de coupe le plus éloigné de l'objectif, le nombre de réflecteurs étant inférieur d'une unité au nombre des profils de coupe.
Chaque réflecteur peut être opaque et façonné de telle manière qu'il permette aux rayons provenant du profil de coupe correspondant de passer à travers une zone particulière de l'objectif et en même temps arrête les rayons provenant d'autres profils. De telles zones peuvent être annulaires, le bord intérieur de chaque réflecteur étant espacé du corps à examiner de sorte que des rayons provenant du profil de coupe en question passent par une zone annulaire de l'objectif tandis que les rayons provenant de l'autre profil de coupe traversent l'espace prévu entre ce réflecteur et le corps vers une zone intérieure de l'objectif. Dans une variante, les zones peuvent avoir une forme générale de secteurs, chaque réflecteur étant formé d'une série d'éléments espacés angulairement.
Dans une autre disposition, les réflecteurs plans peuvent être partiellement transparents sur tout leur champ et dans un tel cas la transmittance des réflecteurs partiellement transparents est, de préférence, graduée d'un réflecteur à l'autre, de sorte que l'intensité du faisceau lumineux traversant l'objectif à partir d'un profil quelconque est pratiquement la même que celle pour tout autre profil.
Pour obtenir une luminosité adéquate de l'image et également pour permettre de projeter une image des profils complets de coupe autour de toute la périphérie du corps, il est désirable d'avoir pour chaque réflecteur une ouverture centrale façonnée de manière à se conformer au contour périphérique du corps dans la position à laquelle le réflecteur doit être monté.
Lorsque les corps à examiner ont une forme relativement compliquée, par exemple, dans le cas d'aubes de turbine, il peut être difficile de charger ou d'amener les corps en place dans le réflecteur sans être gêné par les réflecteurs. I1 est désirable habituellement de revêtir la surface du corps d'un film mat pour augmenter l'intensité de lumière des rayons utilisés pour projeter l'image et il est par conséquent spécialement important d'éviter tout frottement de la surface du corps contre les bords des ouvertures ménagées dans les réflecteurs. Dans quelques cas, la forme du corps peut être telle que cette difficulté puisse être surmontée en guidant de façon précise le mouvement de mise en place du corps et ceci suffit habituellement lorsqu'on utilise des réflecteurs opaques destinés à fournir une séparation de zone annulaire.
Dans le cas d'éléments radiaux espacés, la difficulté peut être éliminée en montant les éléments de chaque réflecteur de telle manière qu'ils puissent être déplacés dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif en les rapprochant et en les éloignant de cet axe.
Ainsi, les éléments peuvent être montés de façon à coulisser dans des guides approximativement radiaux sous la commande de cames portées par un anneau rotatif.
Dans le cas de réflecteurs partiellement transparents, il est habituellement désirable de former chaque réflecteur en au moins deux parties qui peuvent être rapprochées ou écartées l'une de l'autre dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de l'objectif en vue de fournir les jeux nécessaires pour le mouvement de mise en place du corps à examiner.
Dans une disposition préférée, pour réaliser le but ci-dessus, le montage de chaque réflecteur comprend une surface de guidage plane s'étendant exactement à angle droit par rapport à l'axe optique de l'objectif et des cadres mobiles qui peuvent coulisser sur cette surface de guidage contre laquelle ils sont pressés élastiquement, les parties de réflecteur étant montées respectivement dans les cadres de telle manière que leurs surfaces réfléchissantes s'étendent exactement parallèlement aux plans de contact des cadres avec la surface de guidage.
En pratique, il est désirable que l'appareil puisse permettre l'examen de corps de différentes dimensions et formes. Ceci peut être réalisé de façon satisfaisante en prévoyant un assemblage de réflecteurs différents pour chaque dimension et forme de corps pour l'examen desquels l'appareil doit être utilisé. Des moyens peuvent être prévus grâce auxquels les positions des réflecteurs peuvent être réglées dans la direction de l'axe optique de l'objectif pour s'adapter à différents écartements prévus entre les plans de coupe. Dans ce cas, lorsque les réflecteurs présentent des ouvertures centrales destinées à se conformer au contour du corps, chaque réflecteur fixé de façon amovible dans sa monture réglable axialement peut être remplacé par un autre réflecteur dont l'ouverture centrale est destinée à se conformer au contour du corps dans la position ajustée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil selon l'invention. Ces formes d'exécution sont destinées à la vérification de l'exactitude de fabrication des aubes de turbine de section aérodynamique ou plan à profil d'aile où il est nécessaire de vérifier non seulement les formes des coupes individuelles espacées de l'aube mais également les positions angulaires relatives de ces coupes. Dans ce but, il sera souvent suffisant dans la pratique d'examiner- simultanément les profils de deux coupes respectivement à proximité des deux extrémités de l'aube tandis que pour un test plus sérieux une troisième coupe au voisinage du milieu de l'aube peut également être examinée en même temps.
Alors que dans quelques cas il peut être suffisant d'examiner une seule face de l'aube, il est plus souvent important d'examiner les profils de coupe complets sur tout le pourtour de l'aube. Les dispositifs représentés permettent d'obtenir ceci et sont également tels qu'ils puissent être facilement réglés pour se conformer aux différentes dimensions de l'aube, un écartement différent étant bien entendu nécessaire entre les plans de coupe.
La fig. 1 est une vue générale d'un appareil auquel les dispositifs de réflecteur représentés dans les autres figures peuvent être appliqués, des parties étant représentées en coupe pour la clarté du dessin.
Les fig 2 et 3 représentent respectivement en coupe et en vue de face le dispositif réflecteur indiqué à la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe schématique partielle d'une variante utilisant un réflecteur partiellement transparent.
La fig. 5 est une coupe semblable à la fig. 4 appliquée à l'examen de trois profils de coupe au lieu de deux.
La fig. 6 est une coupe d'un réflecteur partiellement transparent.
La fig. 7 est une vue de face d'un des réflecteurs des fig. 4 à 6.
Les fig. 8 et 9 sont deux vues à angle droit d'un montage pratique pour un réflecteur partiellement transparent.
Les fig. 10, 11 et 12 sont des coupes respectivement par les lignes X-X et XI-XI de la fig. 8 et XII-XII de la fig. 9.
Les fig. 13 à 15 représentent une autre forme d'exécution utilisant un réflecteur divisé à réflexion totale, la fig. 13 montrant le réflecteur et son assemblage vus de face tandis que les fig. 14 et 15 sont des coupes transversales respectivement par les lignes XIV
XIV et XV-XV de la fig. 13.
Dans l'appareil représenté à la fig. 1, l'aube de turbine A à examiner est montée de façon amovible par son pied AI dans un mandrin ou autre support B monté sur une base fixe ou socle C de l'appareil, cette disposition étant telle que lorsque le support B a été correctement mis en place, la coupe plane choisie A2 le plus près du pied de l'aube A occupe toujours le même plan par rapport au socle C indépendamment de la dimension et de la forme de l'aube.
Le socle C porte également un dispositif d'éclairage pour définir les profils de coupe sur la surface de l'aube A, l'appareil représenté étant disposé de manière à fournir deux profils de coupe l'un A2 dans le plan fixe mentionné ci-dessus et l'autre A3 vers le sommet de l'aube. Le dispositif d'éclairage (qui ne fait pas partie de l'invention) peut être disposé de différentes manières, mais dans l'exemple représenté, il comprend quatre illuminateurs semblables D, D1, D2 et D3 dont deux D, D1 sera vent à définir le profil de coupe A2 à partir des faces opposées de l'aube tandis que les autres D2 et D3 définissent de façon semblable le profil de coupe A3.
Les quatre illuminateurs
D, D1, D2 et D3 sont portés respectivement par quatre bras E, E1, E2 et E3 montés coulissant dans des guides portés par le socle fixe C, les bras étant empêchés de tourner soit grâce à la forme de leur section transversale, soit par un clavetage. En pratique les bras E, EJ, E2 et E3 sont réglés dans leur coulisse pour se conformer à l'aube particulière A à vérifier, des pièces d'espacement E4,
E5, E3 et E7 étant utilisées pour l'ajustage précis, le bras étant serré en position lorsqu'il est correctement réglé.
Chaque illuminateur comprend une source de lumière Da avec des lentilles condensatrices D5, un cache D6 présentant une fente ou bord en couteau et une lentille D7 pour la mise au point d'une image du bord en couteau du cache D6 sur la surface de l'aube A ; la forme du bord en couteau étant telle que des parties de ce bord sont plus près de la lentille D7 que d'autres et qu'une image nette est ainsi obtenue sur la surface incurvée du corps. Pour augmenter l'intensité lumineuse des rayons utilisés pour projeter les images des profils de coupe ainsi définis, 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.
La présente invention concerne la projection simultanée des images des deux profils de coupe (ou davantage) sur un seul plan d'image où ces images peuvent être mesurées ou comparées à des profils standards. I1 a déjà été mentionné que le plan de coupe A2 le plus près du pied de l'aube A occupe toujours la même position par rapport au socle C et un tel plan est utilisé comme plan objet du système optique de projection F dont l'axe optique est perpendiculaire à ce plan objet. Des réflecteurs plans sont utilisés comme il sera décrit en détail plus loin, pour former l'image de l'autre profil de coupe A3 sur le même plan
A2 et il est clair que ceci permet à un objectif F de projection de mettre au point simultanément des images de ces deux profils de coupe de façon précise sur un seul plan d'image.
L'objectif F peut être disposé de manière à fournir des images agrandies des profils A2, A3 sur un écran F1 qui peut, si on le désire, porter des tracés de profils d'aubes standards pour la comparaison, ou dans une variante cet objectif F peut fournir une petite image destinée à être vue au microscope qui peut être pourvu d'un réticule portant les tracés standards.
Les multiples variantes diffèrent les unes des autres par la disposition des réflecteurs.
Dans tous les cas, puisque le profil de coupe A2 est projeté directement sans l'utilisation d'un réflecteur, le nombre des réflecteurs utilisés sera d'une unité inférieur au nombre des profils de coupe de sorte que s'il n'y a que deux profils à projeter, comme représenté, un seul réflecteur sera utilisé, tandis que s'il y a trois profils de coupe on utilisera deux réflecteurs, chaque réflecteur étant monté avec sa surface réfléchissante située dans un plan à midistance entre le plan du profil de coupe correspondant et le plan d'objet commun, toute proportion gardée de l'épaisseur du verre à travers lequel les rayons doivent passer.
Le réflecteur ou chaque réflecteur est porté sur un support C'monté coulissant sur une coulisse
C2 prévue sur le socle C pour lui permettre d'être réglé à la position correcte, une pièce d'espacement C3 étant de préférence utilisée pour le réglage précis.
Dans l'exemple de la fig. 1, et représenté à plus grande échelle aux fig. 2 et 3, le réflecteur (ou chaque réflecteur) est constitué par un miroir ordinaire opaque G mais avec surface de réflexion frontale. Ce réflecteur G correspond dans l'exemple représenté au profil de coupe A3 situé à proximité du sommet de l'aube et agit comme un écran pour couper une partie du faisceau provenant de l'autre profil
A2 de sorte que les profils de coupe correspondent à des zones annulaires de l'objectif de projection F.
L'ouverture du réflecteur G pourrait avoir pratiquement la même forme que le contour de l'aube A avec un léger jeu, sa zone réfléchissante étant située à l'intérieur et ayant des dimensions radiales relativement limitées de sorte que cette zone intérieure réfléchisse seule les rayons provenant du profil
A3 le plus près du sommet de l'aube et la zone extérieure transparente pourrait être traversée par les rayons provenant du profil A2 le plus près du pied de l'aube. I1 est toutefois habituellement préférable d'adopter la disposition inverse, comme représenté, le bord intérieur du réflecteur G étant écarté de l'aube pour permettre le passage des rayons provenant du profil A2 vers une zone intérieure de l'objectif, et les rayons provenant du profil A3 étant confinés à une zone extérieure.
Cette dernière disposition a l'avantage que l'ouverture centrale du réflecteur est habituellement suffisamment grande pour faciliter la mise en place de l'aube sans gêner le réflecteur, spécialement (comme représenté à la fig. 1) lorsque le support d'aube B est muni d'une rainure héli coïdale Bl coopérant avec une cheville fixe B2 de sorte que l'aube subira une rotation dans son mouvement axial vers la position de contrôle ou en s'éloignant de cette position. La dimension et la forme de l'ouverture centrale ménagée dans le réflecteur G (ou chaque réflecteur s'il y en a plus d'un) sont choisies de manière à donner des intensités lumineuses approximativement égales pour les images des profils de coupe individuels.
Une certaine marge est cependant permise et l'exactitude de la forme de l'ouverture centrale du réflecteur n'est pas très importante, de sorte qu'il est même possible d'utiliser le même réflecteur pour deux formes et dimensions d'aube légèrement différentes en réglant axialement le réflecteur (comme représenté à la fig. 1) lorsque l'aube est changée.
Au lieu d'utiliser un miroir opaque comme réflecteur, il est souvent préférable d'utiliser un réflecteur partiellement transparent consistant, par exemple, en une plaque de verre partiellement métallisée sur toute l'aire d'une face, de sorte qu'une partie de la lumière incidente sur la surface partiellement réfléchissante soit transmise à travers la surface et une partie réfléchie. Une telle disposition est représentée à la fig. 4 pour le cas d'un réflecteur
H tandis que la fig. 5 montre une disposition semblable avec deux réflecteurs H1 et H2 prévus pour trois profils de coupe, le troisième profil Aç étant un peu décalé par rapport au milieu de la distance séparant les deux profils
A2 et A3 de façon à être écarté du réflecteur H.
Ce réflecteur H ou chaque réflecteur
HI ou H2 est placé avec sa surface métallisée légèrement décalée de la position médiane entre le profil A2 fixe et son profil associé A3 ou A4 pour tenir compte de la petite différence dans les parcours des rayons du fait de l'épaisseur du verre.
I1 est désirable de graduer la transmittance des réflecteurs pour obtenir pratiquement la même intensité lumineuse dans les images des profils de coupe individuels. Ainsi, dans la disposition de la fig. 4, l'un des réflecteurs H aura 50 O/o de transmittance de sorte que les intensités des deux faisceaux émergeant des deux profils A2, A3 seront égaux l'un à l'autre. Dans la disposition de la fig. 5, le réflecteur H2 le plus près du plan de l'objet de l'objectif F aura 50 /o de transmittance de sorte que les faisceaux émergeant respectivement des profils A2 et A4 auront des intensités égales.
L'autre réflecteur Hl aura cependant 66 2/s 0/o de transmittance, de sorte que les intensités des faisceaux provenant des deux premiers profils A2, A4 déjà réduits de moitié au premier réflecteur H2 seront réduites d'un tiers de leur valeur d'origine lors de leur transmission à travers le second réflecteur H1 tandis que l'intensité du faisceau provenant du troisième profil A3 sera réduite de la même façon d'un tiers lors de sa réflexion au second réflecteur H1. S'il y avait un troisième réflecteur sa transmittance serait de 75 io, l'intensité de chaque faisceau étant réduite d'un quart de sa valeur primitive, etc.
La fig. 6 montre une forme préférée d'un réflecteur partiellement transparent comprenant deux plaques de verre H3, H4 en contact l'une avec l'autre, l'une des deux surfaces de contact étant munie d'un revêtement métallique. Cette disposition non seulement fournit une protection contre les détériorations du revêtement métallisé mais a également l'avantage d'égaliser les parcours des rayons transmis et réfléchis, de sorte que la surface métallisée doit être située exactement à mi-distance entre le profil de coupe correspondant et le plan de l'objectif F.
I1 est important que chaque réflecteur H (ou H1 ou H2 ou H3 ou H4) entoure l'aube A avec un aussi petit jeu que possible comme indiqué à la fig. 7. Ceci cependant conduit souvent à des difficultés pratiques dans la mise en place de l'aube à l'intérieur de l'assemblage du réflecteur du fait de la torsion de l'aube car il est important que pendant la mise en place de l'aube, celle-ci ne frotte pas contre le bord du trou central ménagé dans le réflecteur.
On comprendra, par conséquent, que ce n'est qu'avec certaines formes d'aubes de turbine qu'il est pratique de réaliser le réflecteur en une pièce. Dans un tel cas, il est important de prévoir un guide B1 de forme générale hélicoïdale approprié à la torsion de l'aube A de sorte que lorsque le support d'aube B est déplacé axialement dans sa position d'emploi il tourne automatiquement sur son axe de l'angle correct pour assurer que l'aube passe à travers l'ouverture centrale dans le réflecteur H (ou dans chaque réflecteur s'il y en a plus d'un) sans toucher le bord de celle-ci.
I1 est cependant, en général, préférable de diviser le réflecteur (ou chaque réflecteur) en deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de projection. Dans cette disposition, il est important de s'assurer que les deux parties du réflecteur soient placées avec précision dans leur position d'emploi et une disposition qui convient à cet effet (représenté aux fig. 8 à 12) comprend une plaque principale de support ajourée J présentant une surface plane exacte et montée de telle façon que cette surface s'étende exactement à angle droit par rapport à l'axe, et deux demi-cadres K, K' portés par la plaque J respectivement pour supporter les deux parties L, L1 du réflecteur.
Chacun de ces demi-cadres K, K1 est pressé élastiquement en contact avec la surface plane de la plaque J et présente une ouverture munie d'un épaulement K2 ou K3 exactement parallèle au plan de contact du cadre avec la plaque J, la partie du réflecteur L ou Ll étant fixée dans une telle ouverture en prise avec l'épaulement K2 ou K3. Les ouvertures ménagées dans les deux cadres K, K1 correspondent latéralement l'une avec l'autre de sorte que dans la position d'emploi, les deux parties de réflecteur L, L1 sont serrées ensemble et présentent une surface de réflexion pratiquement continue placée dans la position correcte.
Les deux cadres K, K1 sont pivotés ensemble à une extrémité, par exemple, au moyen d'un anneau J1 venant en prise avec une rainure circulaire K, K5 découpée dans les surfaces extérieures des cadres K, K1 à leurs bords contigus, cet anneau Jl étant fixé à la tête d'un pivot J2 qui passe entre les bords des cadres et traverse un trou ménagé dans la plaque de support J pour aboutir à une seconde tête J3 qui est écartée élastiquement de la plaque J, le ressort Ji constituant l'un des deux ressorts destinés à pousser les cadres
K, K1 en prise avec la surface plane de la plaque J. Le second ressort M est à l'autre extrémité des cadres et entoure de la même façon un pivot M1 traversant un trou ménagé dans la plaque J.
Une tête M2 prévue sur ce second pivot M1 présente des saillies M3 venant en prise entre les bords contigus K6, K7 des cadres K, K1 de sorte que lorsque la tête M2 est tournée, elle force les deux cadres en les séparant l'un de l'autre. Les deux cadres K,
K1 présentent des pattes K8, K0 portant les extrémités d'un ressort de traction K10 destiné à tirer les cadres l'un vers l'autre en prise avec les saillies M3 de la tête M2.
Ainsi dans la position d'utilisation, les bords des deux parties de réflecteur L, Ll s'étendent l'un contre l'autre et entourent l'aube
A en ne laissant qu'un petit jeu. Lorsque l'aube A doit être mise en position ou enlevée, la tête M2 prévue sur la cheville M1 est tournée de manière à forcer les cadres K, K1 en les écartant suffisamment pour permettre à l'aube A d'être insérée ou retirée axialement sans toucher les bords des parties de réflecteur L, L1. Un mouvement de séparation relativement petit des cadres suffit habituellement, pourvu que l'aube A dans son mouvement de mise en place soit guidée convenablement par une rainure hélicoïdale B1 de la manière décrite ci-dessus pour se conformer à sa torsion .
En pratique, il est désirable de prévoir un blocage pour empêcher un déplacement de l'aube jusqu'à ce que les parties de réflecteur
L, L1 aient été séparées. Par exemple, une telle séparation peut actionner un interrupteur électrique pour exciter une bobine commandant une détente venant en prise avec le support d'aube.
Une légère interruption dans la continuité du réflecteur L, L1 vers les bords de ses parties ne gêne, en pratique, que très peu la projection correcte de l'image du profil de coupe d'aube complet. Une telle interruption peut être prévue adjacente à n'importe quelle partie désirée de la coupe d'aube et n'est pas nécessairement adjacente aux bords d'attaque et de fuite de ladite aube.
I1 est habituellement désirable comme mentionné ci-dessus, que l'appareil soit facilement réglable pour pouvoir être utilisé avec différentes dimensions et formes d'aube. Si le nombre des dimensions et formes qui interviennent est petit, la disposition la plus simple est de faire un assemblage de réflecteur détachable du socle fixe et de prévoir une série d'assemblages interchangeables, un pour chaque dimension ou forme différente d'aube.
En général, il est préférable de faire les réflecteurs individuels ou parties de réflecteurs démontables de leurs assemblages, un jeu de réflecteurs interchangeables étant prévu selon la nécessité, et de prévoir un réglage axial des assemblages tel qu'indiqué à la fig. 1 pour convenir à différents écartements entre les plans des profils de coupe.
Les fig. 13 à 15 montrent une autre construction de réflecteur opaque, et dans laquelle le réflecteur est constitué par une série d'éléments radiaux réfléchissants N dont les extrémités intérieures présentent des bords convergeant radialement vers l'axe optique de l'appareil de projection F et séparés angulairement les uns des autres. Chaque élément N coulisse dans une rainure radiale ménagée dans un moyeu annulaire 01 prévu sur la monture O de réflecteur et est maintenu dans celle-ci par une plaque de recouvrement 02 fixée au moyeu 01. A son extrémité extérieure, chaque élément N porte une cheville N1 qui est pressée vers l'extérieur par un ressort N2 butant contre la surface extérieure du moyeu Cl.
Une plaque P fixée à un anneau rotatif PI logé dans une cavité extérieure ménagée dans la monture O présente une série de saillies ou cames p2 dirigées vers l'intérieur et coopérant chacune avec l'extrémité extérieure d'un des éléments réflecteurs N, les ressorts N2 servant à maintenir les éléments N en prise avec les cames p2. Un couvercle annulaire de retenue
Q fixé à la partie extérieure de la monture O sert à maintenir en place l'anneau rotatif pl.
Ce couvercle Q présente également un logement Q1 dans son bord intérieur, dans lequel s'engage une cheville P3 prévue sur l'anneau rotatif pl de sorte que les extrémités du logement Ql fournissent des butées pour limiter la rotation de l'anneau pl.
Avec cette disposition, les extrémités intérieures des éléments N sont pressées vers l'intérieur dans leur position d'utilisation par les cames P2 de manière à s'étendre jusqu'à proximité de la surface de l'aube A. Les éléments sont espacés angulairement de manière à occuper approximativement 50 O/o de la surface (en supposant qu'il n'y a qu'un réflecteur), de sorte que l'intensité du faisceau lumineux réfléchi par les éléments N à partir du profil A3 est approximativement égale à l'intensité du faisceau lumineux transmis à travers les jeux entre les éléments à partir du profil A2. Le dos de chaque élément N est chanfreiné à ses bords, comme représenté à la fig. 15, de manière à gêner le moins possible les rayons provenant de la section A2.
Lorsque l'aube A est mise en position ou retirée, l'anneau rotatif P1 est tourné de sorte que les chevilles P3 se placent à l'autre extrémité de la rainure Q1. Ceci fait tourner la plaque P de sorte que les éléments N sont déplacés vers l'extérieur par leurs ressorts N2 pour fournir le jeu adéquat pour le mouvement de l'aube A.
L'appareil décrit pourrait être utilisé pour examiner des profils de coupe d'autres corps que des aubes de turbine.
Optical profile projection device
The present invention relates to an optical device for projection of profiles intended above all to measure or verify the accuracy of profiles of plane sections. In a known apparatus of this type, a lighting device is used to produce on the surface of a body to be examined a line of light which defines the profile or contour of a planar section thereof and an optical projection apparatus. is intended to form an image of this illuminated profile in a plane, for example, on a projection screen, where it can be accurately measured or compared with a standard profile.
Although the invention is not limited to such an apparatus, it is more especially intended for use in an apparatus intended for the examination of bodies such as turbine blades for which it is desired to measure or verify not only the shapes and the dimensions of the profiles of individual planar sections but also the positions of such profiles with respect to each other.
The optical apparatus according to the invention is designed to project simultaneously onto a single plane images of the profiles of at least two plane sections of a body along planes parallel to this projection plane and located at different distances from it. this. The apparatus according to the invention comprises a lens projecting an image onto said plane from an object plane, and a plane reflector corresponding to each individual profile whose plane does not coincide with said object plane, this reflector being placed in such a way. so that it produces in the object plane a reflected image of the corresponding profile, so that the projected images of the profiles are superimposed in said image plane.
The object plane may preferably coincide with the cutting plane furthest from the objective, the number of reflectors being one less than the number of cutting profiles.
Each reflector can be opaque and shaped in such a way that it allows rays from the corresponding cut profile to pass through a particular area of the lens and at the same time stops rays from other profiles. Such areas may be annular, the inner edge of each reflector being spaced from the body to be examined so that rays from the section profile in question pass through one annular area of the lens while rays from the other profile. cutting pass through the space provided between this reflector and the body to an interior area of the lens. In a variant, the zones may have the general shape of sectors, each reflector being formed of a series of elements spaced apart angularly.
In another arrangement, the plane reflectors may be partially transparent over their entire field and in such a case the transmittance of the partially transparent reflectors is preferably graduated from one reflector to another, so that the intensity of the beam light passing through the lens from any profile is virtually the same as that for any other profile.
To obtain adequate brightness of the image and also to enable an image of the complete sectional profiles to be projected around the entire periphery of the body, it is desirable to have for each reflector a central opening shaped to conform to the contour. peripheral of the body in the position in which the reflector is to be mounted.
When the bodies to be examined have a relatively complicated shape, for example, in the case of turbine blades, it may be difficult to load or bring the bodies into place in the reflector without being hampered by the reflectors. It is usually desirable to coat the surface of the body with a matt film to increase the light intensity of the rays used to project the image and it is therefore especially important to avoid rubbing the surface of the body against the edges. openings in the reflectors. In some cases the shape of the body may be such that this difficulty can be overcome by accurately guiding the movement of setting up the body and this is usually sufficient when opaque reflectors are used to provide annular zone separation.
In the case of spaced radial elements, the difficulty can be eliminated by mounting the elements of each reflector in such a way that they can be moved in a plane perpendicular to the optical axis of the lens bringing them together and away. of this axis.
Thus, the elements can be mounted so as to slide in approximately radial guides under the control of cams carried by a rotating ring.
In the case of partially transparent reflectors, it is usually desirable to form each reflector in at least two parts which can be moved towards or apart from each other in a plane perpendicular to the optical axis of the objective for the purpose of provide the necessary clearances for the body building movement to be examined.
In a preferred arrangement, to achieve the above object, the mounting of each reflector comprises a planar guide surface extending exactly at right angles to the optical axis of the lens and movable frames which can slide on it. this guide surface against which they are resiliently pressed, the reflector parts being respectively mounted in the frames such that their reflecting surfaces extend exactly parallel to the contact planes of the frames with the guide surface.
In practice, it is desirable that the apparatus be able to allow examination of bodies of different sizes and shapes. This can be satisfactorily achieved by providing an assembly of different reflectors for each size and shape of body for which the apparatus is to be used. Means can be provided by which the positions of the reflectors can be adjusted in the direction of the optical axis of the lens to accommodate different spacings provided between the cutting planes. In this case, when the reflectors have central openings intended to conform to the contour of the body, each reflector fixed removably in its axially adjustable mount can be replaced by another reflector whose central opening is intended to conform to the contour. of the body in the adjusted position.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the apparatus according to the invention. These embodiments are intended for verifying the accuracy of manufacture of turbine blades of aerodynamic section or plane with wing profile where it is necessary to verify not only the shapes of the individual spaced sections of the blade but also the relative angular positions of these sections. For this purpose, it will often be sufficient in practice to examine simultaneously the profiles of two sections respectively near the two ends of the blade, while for a more serious test a third cut near the middle of the blade can also be examined at the same time.
While in some cases it may be sufficient to examine only one side of the vane, it is more often important to examine the complete section profiles all around the vane. The devices shown make it possible to achieve this and are also such that they can be easily adjusted to conform to the different dimensions of the vane, a different spacing being of course necessary between the cutting planes.
Fig. 1 is a general view of an apparatus to which the reflector devices shown in the other figures may be applied, parts being shown in section for clarity of the drawing.
FIGS. 2 and 3 represent respectively in section and in front view of the reflector device indicated in FIG. 1.
Fig. 4 is a partial schematic section of a variant using a partially transparent reflector.
Fig. 5 is a section similar to FIG. 4 applied to the examination of three section profiles instead of two.
Fig. 6 is a section through a partially transparent reflector.
Fig. 7 is a front view of one of the reflectors of FIGS. 4 to 6.
Figs. 8 and 9 are two conveniently mounted right angle views for a partially transparent reflector.
Figs. 10, 11 and 12 are sections respectively by the lines X-X and XI-XI of FIG. 8 and XII-XII of fig. 9.
Figs. 13 to 15 show another embodiment using a divided total reflection reflector, FIG. 13 showing the reflector and its assembly seen from the front while figs. 14 and 15 are cross sections respectively by lines XIV
XIV and XV-XV of fig. 13.
In the apparatus shown in FIG. 1, the turbine blade A to be examined is removably mounted by its foot AI in a mandrel or other support B mounted on a fixed base or plinth C of the apparatus, this arrangement being such that when the support B has been correctly positioned, the chosen plane section A2 closest to the root of the blade A always occupies the same plane with respect to the base C regardless of the size and shape of the blade.
The base C also carries a lighting device for defining the cutting profiles on the surface of the blade A, the apparatus shown being arranged so as to provide two cutting profiles, one A2 in the fixed plane mentioned above. above and the other A3 towards the top of the dawn. The lighting device (which is not part of the invention) can be arranged in different ways, but in the example shown, it comprises four similar illuminators D, D1, D2 and D3, two of which D, D1 will be wind at define the section profile A2 from the opposite faces of the blade while the other D2 and D3 similarly define the section profile A3.
The four illuminators
D, D1, D2 and D3 are carried respectively by four arms E, E1, E2 and E3 slidably mounted in guides carried by the fixed base C, the arms being prevented from rotating either by virtue of the shape of their cross section, or by keying. In practice, the arms E, EJ, E2 and E3 are adjusted in their slideway to conform to the particular blade A to be checked, spacers E4,
E5, E3 and E7 being used for fine tuning, the arm being clamped in position when properly adjusted.
Each illuminator includes a Da light source with condenser lenses D5, a cover D6 having a slit or knife edge, and a lens D7 for focusing an image of the knife edge of the cover D6 on the surface of the lens. vane A; the shape of the knife edge being such that parts of this edge are closer to the lens D7 than others and thus a sharp image is obtained on the curved surface of the body. To increase the light intensity of the rays used to project the images of the cut profiles thus defined, it is usually desirable to coat the surface of the blade with a matt white film such as, for example, an oxide film. magnesium.
The present invention relates to the simultaneous projection of the images of the two (or more) section profiles on a single image plane where these images can be measured or compared to standard profiles. It has already been mentioned that the section plane A2 closest to the root of the blade A always occupies the same position with respect to the base C and such a plane is used as the object plane of the projection optical system F whose axis optic is perpendicular to this object plane. Planar reflectors are used as will be described in detail later, to form the image of the other section profile A3 on the same plane
A2 and it is clear that this allows a projection lens F to simultaneously focus images of these two cutting profiles precisely on a single image plane.
The objective F can be arranged so as to provide enlarged images of the profiles A2, A3 on a screen F1 which can, if desired, carry plots of standard blade profiles for comparison, or in a variant this objective F can provide a small image for viewing under a microscope which may be provided with a reticle bearing the standard traces.
The multiple variants differ from each other in the arrangement of the reflectors.
In any case, since the A2 section profile is projected directly without the use of a reflector, the number of reflectors used will be one less than the number of section profiles so that if there is no that two profiles to be projected, as shown, a single reflector will be used, while if there are three cutting profiles we will use two reflectors, each reflector being mounted with its reflecting surface located in a plane midway between the plane of the profile of corresponding section and the common object plane, any kept proportion of the thickness of the glass through which the rays must pass.
The reflector or each reflector is carried on a support C 'mounted sliding on a slide
C2 provided on the base C to allow it to be adjusted to the correct position, a spacer C3 preferably being used for fine adjustment.
In the example of FIG. 1, and shown on a larger scale in FIGS. 2 and 3, the reflector (or each reflector) consists of an ordinary opaque mirror G but with a frontal reflection surface. This reflector G corresponds in the example shown to the section profile A3 located near the top of the blade and acts as a screen to cut part of the beam coming from the other profile
A2 so that the section profiles correspond to annular areas of the projection lens F.
The opening of the reflector G could have practically the same shape as the contour of the vane A with a slight play, its reflecting zone being located on the inside and having relatively limited radial dimensions so that this internal zone reflects only the elements. rays coming from the profile
A3 closest to the top of the blade and the transparent outer zone could be crossed by rays coming from profile A2 closest to the root of the blade. However, it is usually preferable to adopt the reverse arrangement, as shown, the inner edge of the reflector G being spaced from the vane to allow the passage of the rays coming from the profile A2 towards an inner zone of the lens, and the rays coming from of the A3 profile being confined to an external zone.
The latter arrangement has the advantage that the central opening of the reflector is usually large enough to facilitate the placement of the vane without hindering the reflector, especially (as shown in fig. 1) when the vane support B is provided with a helical groove B1 cooperating with a fixed pin B2 so that the blade will undergo a rotation in its axial movement towards the control position or away from this position. The size and shape of the central opening in the reflector G (or each reflector if there is more than one) are chosen so as to give approximately equal light intensities for the images of the individual section profiles.
A certain margin is however allowed and the correctness of the shape of the central opening of the reflector is not very important, so that it is even possible to use the same reflector for two shapes and sizes of vane slightly different by adjusting the reflector axially (as shown in fig. 1) when the vane is changed.
Instead of using an opaque mirror as a reflector, it is often preferable to use a partially transparent reflector consisting, for example, of a partially metallized glass plate over the entire area of one face, so that part light incident on the partially reflecting surface is transmitted through the surface and a reflected part. Such an arrangement is shown in FIG. 4 for the case of a reflector
H while fig. 5 shows a similar arrangement with two reflectors H1 and H2 provided for three cutting profiles, the third profile Aç being slightly offset from the middle of the distance separating the two profiles
A2 and A3 so as to be away from the reflector H.
This reflector H or each reflector
HI or H2 is placed with its metallized surface slightly offset from the middle position between the fixed A2 profile and its associated A3 or A4 profile to take into account the small difference in the ray paths due to the thickness of the glass.
It is desirable to graduate the transmittance of the reflectors to achieve substantially the same light intensity in the images of the individual section profiles. Thus, in the arrangement of FIG. 4, one of the reflectors H will have 50 O / o of transmittance so that the intensities of the two beams emerging from the two profiles A2, A3 will be equal to each other. In the arrangement of FIG. 5, the reflector H2 closest to the plane of the object of the objective F will have 50 / o of transmittance so that the beams emerging respectively from profiles A2 and A4 will have equal intensities.
The other reflector H1 will however have 66 2 / s 0 / o of transmittance, so that the intensities of the beams coming from the first two profiles A2, A4 already halved at the first reflector H2 will be reduced by a third of their value d 'origin during their transmission through the second reflector H1 while the intensity of the beam coming from the third profile A3 will be reduced in the same way by a third during its reflection at the second reflector H1. If there were a third reflector its transmittance would be 75%, the intensity of each beam being reduced by a quarter of its original value, etc.
Fig. 6 shows a preferred form of a partially transparent reflector comprising two glass plates H3, H4 in contact with each other, one of the two contact surfaces being provided with a metallic coating. This arrangement not only provides protection against deterioration of the metallized coating but also has the advantage of equalizing the paths of the transmitted and reflected rays, so that the metallized surface must be located exactly halfway between the corresponding cutting profile. and the plane of objective F.
It is important that each reflector H (or H1 or H2 or H3 or H4) surrounds the vane A with as little play as possible as shown in fig. 7. This however often leads to practical difficulties in the placement of the vane inside the reflector assembly due to the twisting of the vane as it is important that during the placement of the vane. blade, it does not rub against the edge of the central hole in the reflector.
It will be understood, therefore, that it is only with certain forms of turbine blades that it is practical to make the reflector in one piece. In such a case, it is important to provide a guide B1 of generally helical shape suitable for the twisting of the vane A so that when the vane support B is moved axially in its position of use it automatically rotates on its axis of the correct angle to ensure that the vane passes through the central opening in reflector H (or in each reflector if there is more than one) without touching the edge thereof.
It is, however, in general, preferable to divide the reflector (or each reflector) into two parts movable with respect to each other in a plane perpendicular to the optical axis of projection. In this arrangement, it is important to ensure that the two parts of the reflector are placed precisely in their position of use and a suitable arrangement for this purpose (shown in figs. 8 to 12) includes a main support plate. perforated J having an exact flat surface and mounted in such a way that this surface extends exactly at right angles to the axis, and two half-frames K, K 'carried by the plate J respectively to support the two parts L , L1 of the reflector.
Each of these half-frames K, K1 is elastically pressed into contact with the flat surface of the plate J and has an opening provided with a shoulder K2 or K3 exactly parallel to the plane of contact of the frame with the plate J, the part of the reflector L or L1 being fixed in such an opening in engagement with the shoulder K2 or K3. The openings in the two frames K, K1 correspond laterally with each other so that in the position of use the two reflector parts L, L1 are clamped together and have a substantially continuous reflecting surface placed in the correct position.
The two frames K, K1 are pivoted together at one end, for example, by means of a ring J1 engaging a circular groove K, K5 cut in the outer surfaces of the frames K, K1 at their contiguous edges, this ring Jl being fixed to the head of a pivot J2 which passes between the edges of the frames and passes through a hole made in the support plate J to end in a second head J3 which is elastically spaced from the plate J, the spring Ji constituting the '' one of the two springs intended to push the frames
K, K1 in engagement with the flat surface of the plate J. The second spring M is at the other end of the frames and in the same way surrounds a pivot M1 passing through a hole made in the plate J.
A head M2 provided on this second pivot M1 has projections M3 engaging between the contiguous edges K6, K7 of the frames K, K1 so that when the head M2 is rotated, it forces the two frames by separating them one of the two. the other. The two K frames,
K1 have tabs K8, K0 carrying the ends of a tension spring K10 intended to pull the frames towards each other in engagement with the projections M3 of the head M2.
Thus in the position of use, the edges of the two reflector parts L, Ll extend against each other and surround the blade.
A leaving only a small clearance. When the vane A must be put in position or removed, the head M2 provided on the peg M1 is turned so as to force the frames K, K1 by moving them apart enough to allow the vane A to be inserted or withdrawn axially without touching the edges of the reflector parts L, L1. A relatively small separation movement of the frames is usually sufficient, provided that the vane A in its setting movement is suitably guided by a helical groove B1 in the manner described above to conform to its twist.
In practice, it is desirable to provide a blocking to prevent movement of the vane until the reflector portions
L, L1 have been separated. For example, such a separation can actuate an electrical switch to energize a coil controlling a detent engaging the blade support.
A slight interruption in the continuity of the reflector L, L1 towards the edges of its parts does not interfere, in practice, very little with the correct projection of the image of the complete blade section profile. Such an interruption can be provided adjacent to any desired portion of the blade cut and is not necessarily adjacent to the leading and trailing edges of said blade.
As mentioned above, it is usually desirable that the apparatus be easily adjustable so that it can be used with different sizes and shapes of vane. If the number of dimensions and shapes involved is small, the simplest arrangement is to make a reflector assembly detachable from the fixed base and provide a series of interchangeable assemblies, one for each different dimension or shape of the vane.
In general, it is preferable to make the individual reflectors or parts of reflectors removable from their assemblies, a set of interchangeable reflectors being provided as necessary, and to provide axial adjustment of the assemblies as shown in FIG. 1 to suit different spacings between the planes of the cutting profiles.
Figs. 13 to 15 show another construction of an opaque reflector, and in which the reflector is formed by a series of radial reflecting elements N whose inner ends have edges converging radially towards the optical axis of the projection apparatus F and separated angularly from each other. Each element N slides in a radial groove made in an annular hub 01 provided on the reflector mount O and is held therein by a cover plate 02 fixed to the hub 01. At its outer end, each element N carries a pin N1 which is pressed outwards by a spring N2 abutting against the outer surface of the hub Cl.
A plate P fixed to a rotating ring PI housed in an external cavity formed in the frame O has a series of projections or cams p2 directed inward and each cooperating with the external end of one of the reflecting elements N, the springs N2 used to keep the elements N in engagement with the cams p2. A retaining ring cover
Q attached to the outer part of the O-frame serves to hold the rotating ring pl in place.
This cover Q also has a housing Q1 in its inner edge, in which engages a pin P3 provided on the rotary ring pl so that the ends of the housing Ql provide stops to limit the rotation of the ring pl.
With this arrangement, the inner ends of the N elements are pressed inwardly into their position of use by the cams P2 so as to extend to near the surface of the vane A. The elements are angularly spaced. so as to occupy approximately 50 O / o of the surface (assuming there is only one reflector), so that the intensity of the light beam reflected by the N elements from profile A3 is approximately equal to the intensity of the light beam transmitted through the clearances between the elements from profile A2. The back of each element N is chamfered at its edges, as shown in fig. 15, so as to interfere as little as possible with the rays coming from section A2.
When vane A is put into position or withdrawn, the rotating ring P1 is rotated so that the pegs P3 are placed at the other end of the groove Q1. This rotates the plate P so that the N elements are moved outward by their N2 springs to provide adequate clearance for the movement of the vane A.
The apparatus described could be used to examine sectional profiles of other bodies than turbine blades.