Appareil optique pour la vérification du contour d'une pièce mécanique
La présente invention a pour objet un appareil optique pour la vérification du contour d'une pièce mécanique, notamment d'une aube de turbine, comprenant une source lumineuse et un condensateur optique produisant un faisceau de lumière parallèle, un système optique de projection déplaçable transversalement par rapport au faisceau de lumière, un tâteur monté de façon à être déplaçable pour suivre le contour de ladite pièce et relié audit système optique de projection de telle façon que ce dernier suive exactement les mouvements du tâteur dans des directions transversales par rapport au faisceau de lumière,
des moyens permettant de disposer approximativement dans le plan focal du système optique de projection un contour représentant une section d'une pièce semblable à celle en contact avec le tâteur et de façon que ce contour soit empêché de se déplacer transversalement par rapport au faisceau lumineux, un écran sur lequel est projetée l'image agrandie dudit contour, une image dudit tâteur étant projetée ou représentée sur l'écran de façon à figurer le déplacement du tâteur en contact avec la pièce à vérifier.
Dans les appareils proposés jusqu'ici, le système optique de projection et le tâteur sont montés sur un organe mobile qui est guidé de telle manière qu'il puisse se déplacer de façon rectiligne dans deux directions à angle droit dans un plan transversal par rapport au faisceau lumineux, le tâteur étant monté sur un bras faisant saillie latéralement à partir de cet organe. Cette disposition présente l'inconvénient que, du fait de la présence du bras, le tâteur ne peut pas bien suivre la périphérie de n'importe quel contour donné d'un corps à trois dimensions, et également la précision peut être diminuée lorsque le côté du tâteur vient en contact avec le contour. Pour remédier au premier inconvénient mentionné, il a été proposé d'utiliser deux tâteurs séparés et deux projecteurs, mais ceci crée des complications et augmente le risque d'inexactitude.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et l'appareil qui en fait l'objet est caractérisé en ce que ladite pièce contre laquelle s'appuie le tâteur est montée dans un support rotatif autour d'un axe perpendiculaire aux plans du mouvement du tâteur, en ce que lesdits moyens sont montés dans un support rotatif autour d'un axe perpendiculaire aux plans du mouvement du système optique de projection, et en ce que des organes de liaison sont agencés pour faire tourner simultanément et suivant des angles égaux lesdits supports.
Ainsi, lorsque la pièce à vérifier est entraînée en rotation, l'image desdits moyens sur l'écran est entraînée en rotation de façon correspondante. Ceci permet de vérifier le contour du profil complet de la pièce dans n'importe quel plan transversal donné de celui-ci.
De préférence, le tâteur et le système optique de projection sont montés sur un support de commande à des distances égales d'un axe autour duquel est pivoté le support et qui est parallèle à l'axe optique dudit système optique de projection et perpendiculaire au plan du contour à vérifier.
La source lumineuse, le condensateur optique et lesdits moyens sont montés de préférence sur un sup port commun rotatif qui assure que, lorsque les moyens sont réglés, ils restent fixes par rapport au faisceau lumineux provenant du condensateur. Ledit support commun permet également de faire tourner ces moyens d'une façon -simple.
Pour que le contour d'une pièce dans différents plans transversaux puisse être vérifié simultanément, lesdits moyens peuvent comprendre des représentations différentes des contours à ces divers points (par exemple, des lignes en trait plein, en pointillé ou en mixte) et le tâteur peut être monté de telle manière qu'il puisse être réglé dans n'importe lequel de ces plans.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'appareil faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une vue schématique de la première forme d'exécution de cet appareil.
La fig. 2 est une vue partielle, en plan, de la fig. 1.
La fig. 3 est une représentation des images sur un écran.
La fig. 4 est une vue schématique, semblable à la fig. 1 de la deuxième forme d'exécution.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3, l'appareil comprend une plaque de base 10 dans laquelle sont montés trois paliers à bille 11, 12 et 13 pour trois axes verticaux espacés. Une manivelle 14 est montée dans le palier 11, un support rotatif 15 pour une aube 16 à vérifier est monté dans le palier 12 et le troisième palier 13 porte un dispositif rotatif d'éclairage 17 comprenant une ampoule 18, un condensateur optique 19 et un support réglable latéralement pour une plaquette transparente 20.
Cette plaquette peut présenter soit le contour d'une pièce de référence semblable à la pièce à vérifier soit le contour réel de la pièce à vérifier, la pièce contre laquelle se déplace le tâteur étant respectivement la pièce à vérifier ou la pièce de référence.
L'exactitude d'un contour peut donc être vérifiée en comparant sur un écran une image agrandie du contour sur la plaquette avec un dessin, agrandi à la même échelle, représentant le déplacement du tâteur sur un contour réel.
La plaquette 20 constitue un coulisseau de verre portant, tracées sur lui, des images du profil de contour d'une aube mère dans différents plans transversaux. Un de ces profils, par exemple, de la plateforme d'aube d'une aube mère correspondant à la plate-forme d'aube 21 de l'aube 16 à vérifier, constitue un profil repère ou de référence. La plaquette 20 est disposée de telle manière qu'elle s'étende approximativement dans le plan focal d'un système optique 22 de projection décrit plus en détail ciaprès. Le dispositif d'éclairage 17 comprend un ventilateur de refroidissement et un agencement à bague fendue (non représentés) pour fournir de l'électricité au filament de l'ampoule dans n'importe quelle position de rotation du dispositif qui comprend également des moyens de réglage, non représentés, pour centrer l'ampoule 18.
Les arbres 23, 24 et 25 montés dans les paliers
11, 12 et 13 font saillie au-dessous de la plaque 10 et chacun porte un disque 26, 27 et 28 respectivement. Chacun de ces disques porte un tourillon 29, 30 et 31 parallèle et excentré par rapport à l'axe de rotation des arbres 23, 24 et 25, tous d'une distance égale, ces tourillons pénétrant dans des paliers mé-- nagés dans une bielle commune 32 de sorte que tous les trois arbres sont entraînés en rotation lorsqu'on tourne la manivelle 14. Ainsi, en faisant tourner la manivelle 14 d'un angle donné, on fait tourner le support d'aube 15 ainsi que le dispositif d'éclairage 17 portant la plaquette 20 suivant des angles identiques.
Le support 15 est muni de moyens de fixation pour venir en prise avec le pied de l'aube et avec des butées 33 et 34 qui déterminent de façon exacte la position de l'aube par rapport à l'axe de rotation du support 15.
Un arbre vertical 35, qui constitue un pivot pour un support 36, est monté dans la plaque 10 en un point situé à égale distance entre les axes de rotation du support 15 et du dispositif 17, ce support 36 portant à la fois le projecteur 22 et un tâteur 37 qui suit le contour réel de l'aube 16. Le projecteur 22 et le tâteur 37 sont montés sur des bras radiaux du support 36 et sont disposés à des distances égales à partir de l'arbre 35. Ce support est sollicité par un ressort 38 de sorte que le tâteur 37 est légèrement pressé contre l'aube 16 à vérifier. Le tâteur 37 est monté de telle manière qu'il soit déplaçable verticalement dans ledit support 36 et puisse être maintenu dans. n'importe laquelle de plusieurs positions verticales déterminées au moyen de butées réglables 39, 40, ces positions correspondant aux divers profils transversaux qui doivent être vérifiés.
Le projecteur 22 est disposé dans le faisceau provenant de la source lumineuse du dispositif 17 et est déplacé transversalement à travers ce faisceau alors qu'il suit les mouvements du tâteur 37 sur le contour à vérifier. Un miroir incliné 41 est fixé au-dessus du projecteur, ce miroir réfléchissant le faisceau provenant du projecteur 22 sur des miroirs 42 à 44 qui, à leur tour, dirigent le faisceau sur un écran 45 vertical translucide placé en regard de l'observateur.
Cette disposition de miroirs, non seulement tourne le faisceau dans la direction désirée en regard de l'opérateur, mais fournit également dans un petit espace le parcours nécessaire de la lumière pour produire l'agrandissement requis sur l'écran.
Une seconde plaquette est fixée au projecteur 22 et disposée juste à proximité de la plaquette 20, de sorte qu'elle se trouve également approximativement dans le plan focal du système optique de projection.
Cette seconde plaquette transparente 46 porte une image du tâteur 37 ou d'une partie au moins de celuici qui vient effectivement en contact avec l'aube à vérifier. Par exemple, lorsque le tâteur est une roue, l'image peut être un arc de cercle de même rayon que la roue. L'image peut également comprendre des lignes de tolérance pour les dimensions en dessus et en dessous, espacées respectivement vers l'extérieur et vers l'intérieur de l'arc circulaire par des distances égales à ces tolérances.
Les mouvements du tâteur 37 sont reproduits par la plaquette 46 qui se déplace par-dessus la plaquette 20 et les images des deux plaquettes sont projetées sur l'écran comme représenté à la fig. 3, le profil 47 étant l'image de la plaquette 20 et l'arc 48 étant l'image de la plaquette 46. Si l'aube 16 à vérifier a un profil correct, une partie du contour sur la plaquette 46 s'étend verticalement au-dessus d'une partie correspondante du contour sur la plaquette 20 et leurs images sont celles représentées à la fig. 3. Si l'aube 16 à vérifier s'écarte du profil correct, une partie du contour sur la plaquette 46 s'écarte d'une partie correspondante du contour sur la plaquette 20 et l'image 47 ne touche plus l'image 48 mais est légèrement espacée de celle-ci ou la chevauche suivant que l'aube est sous-dimensionnée ou surdimensionnée.
L'image 47 se déplace d'un mouvement de translation sur l'écran, tandis que l'image 48 est pratiquement immobile car le tâteur est fixe par rapport au projecteur 22, tandis qu'il y a mouvement relatif entre le projecteur 22 et la plaquette 20. Le mouvement de rotation du projecteur 22 peut cependant être observé sur l'écran comme une rotation correspondante de l'image 47 de la plaquette 20.
Pour régler l'appareil, on prépare tout d'abord la plaquette 20 à partir d'une aube mère ou de référence, on monte cette plaquette et l'aube mère sur le dispositif d'éclairage 17 et sur le support d'aube 15 respectivement et l'on regle les positions relatives jusqu'à ce que les images sur l'écran du profil de la plaquette et du tâteur, lorsque celui-ci est en prise avec le même profil de l'aube mère, se touchent dans toutes les positions de rotation. La position de l'ampoule 18 dans le dispositif d'éclairage 17 est également réglée, si cela est nécessaire, pour centrer exactement le filament sur l'axe de rotation du dispositif 17. Lorsque les différents organes de l'appareil ont été correctement réglés et bloqués dans leur position réglée, l'appareil peut être utilisé pour vérifier d'autres aubes.
Chaque aube 16 est insérée dans le support 15 contre les butées de fixation 33 et 34 et serrée en place. Ensuite, en faisant tourner le volant 40, le tâteur 37 suit tout le contour de l'aube 16 dans le plan transversal particulier pour lequel le tâteur est réglé. Sur l'écran, l'arc 48 représentant le tâteur reste pratiquement fixe comme on l'a expliqué plus haut et l'image 47 de la plaquette 20 se déplace. Ce mouvement a deux composantes, la première est due aux mouvements du tâteur 37 du fait de la rotation du support 36 autour de l'axe 35. Ces mouvements étant très petits comparativement à la longueur du bras du support 36, ils apparaissent comme des mouvements de translation de l'image 47 sur l'écran. La seconde composante est due aux rotations de l'aube 16 et de la plaquette 20 autour des axes 24 et 25 respectivement.
Du fait de la position de l'axe 25 et de l'axe optique du système de projection, ces rotations apparaissent comme des mouvements de rotation de l'image 47 sur l'écran. Si le contour de l'aube se trouve dans la tolérance autorisée, sur le plan de vérification, la ligne représentant sur ce plan l'image 47 s'étend toujours entre les lignes de tolérance 49 et 49' de l'image de tâteur 48 où ces images se rencontrent pendant le cycle complet de mouvement de la première image 47. En outre, la surface de l'écran balayée par les points de rencontre des images est relativement petite et, dans certains cas, elle est pratiquement fixe.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, les parties semblables à celles de l'appareil représenté aux fig. 1 à 3 ont été désignées par les mêmes chiffres de référence.
Dans cette deuxième forme d'exécution, l'appareil comporte une lentille de collimation 50 fixe intercalée entre le système optique de projection 22 et le premier miroir 41, ce qui permet d'obtenir une image fixe du tâteur 37 sur l'écran. Ceci permet de suppri- mer la plaquette 46 des fig. 1 à 3, puisque l'image du tâteur avec ses lignes de tolérance peut être dessinée sur l'écran 45 ou sur une feuille transparente placée contre l'écran.
Un dispositif pour déterminer une erreur d'inclinaison de l'axe de l'aube par rapport à une perpendiculaire de référence est monté entre la plaquette 20 et le système optique de projection 22. Ce dispositif de vérification d'inclinaison comprend une lame 51 à faces parallèles montée sur un support à cardan 52, de sorte qu'elle peut être basculée dans n'importe quelle direction, l'angle de basculement dans deux directions à angle droit pouvant être mesuré. Lorsque le faisceau lumineux est perpendiculaire à cette lame, celle-ci n'a aucun effet de déviation sur le faisceau. D'autre part, si la lame est basculée, elle déplace le faisceau latéralement dans la direction de basculement sans déviation du faisceau angulairement.
Ainsi, dans le cas d'une aube de turbine, par exemple, l'amplitude suivant laquelle le dispositif de vérification d'inclinaison doit être basculé dans une direction pour une section transversale particulière de l'aube, en vue d'amener l'image du contour porté par la plaquette transparente en contact avec l'image représentant le tâteur, fournit une mesure de la distance suivant laquelle cette section transversale de l'aube est déplacée latéralement à partir de sa position correcte même Si son contour réel peut être correct. En. réalisant de telles mesures, en différents plans transversaux, l'erreur d'inclinaison, c'est-à-dire l'angle suivant lequel l'axe longitudinal de l'aube est décalé latéralement de la perpendiculaire exacte, peut être facilement vérifiée.
La position du dispositif de correction d'inclinaison est réglée au moyen de commandes manuelles 53 et 54 munies de graduations qui indiquent la valeur à laquelle ledit dispositif a été basculé dans chacune des deux directions à angle droit.
Le support d'aube 15 est monté de manière à être réglable angulairement sur une plate-forme 55 fixée à l'arbre. Ainsi, la position angulaire de l'aube 16 par rapport à la plaquette 20 peut être réglée pour permettre de déterminer une erreur de torsion dans l'aube 16. L'erreur de torsion d'une aube est déterminée par une torsion incorrecte autour de son axe longitudinal même si son contour réel peut être correct.