Verfahren und Einrichtung zum Anzeigen der Profile von Gegenständen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Anzeigen der Profile von Gegenständen.
Profilanzeigeeinrichtungen für das Messen der Form von Gegenständen, wie Turbinenschaufeln, sind wohl bekannt. Zum Beispiel sind Profilprojektoren im Gebrauch, bei welchen ein Fühler gezwungen wird, um das Profil eines zu messenden Gegenstandes zu wandern, wobei durch optische Mittel in vergrössertem Massstab ein Bild auf einen Schirm geworfen wird, welches Bild das Verhältnis der Lage des Fühlers zu einem Sehrenmessnetz zeigt, auf welchem die richtige Form des Gegenstandes markiert ist. Andere bekannte Profilprojektoren weisen Mittel auf, um ein Bild eines beleuchteten Teiles des Profils auf einen Schirm zu werfen und die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der letzteren Art. Bisher bestanden bei Profilprojektoren zum Erzeugen eines Bildes des Profils selbst auf einen Schirm optische Schwierigkeiten und das Bild war nicht scharf genug.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung vorzusehen, welche optisch einfach ist und ein scharfes Bild ergibt und erlaubt, Innenprofile von hohlen Gegenständen leichter zu messen. Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung zum Anzeigen der Profile von Gegenständen besteht darin, dass eine Flüssigkeitsoberfläche in Berührung mit dem Gegenstand an dem zu bestimmenden Profil erzeugt und dann ein optisches Bild der Berührungslinie der Flüssigkeitsoberfläche mit dem Gegenstand gebildet wird. Vorteilhaft ist die Flüssigkeit durchsichtig und das Licht für die Bildung des optischen Bildes wird durch die Flüssigkeit hindurch auf die Flüssigkeitsoberfläche übertragen. Jedoch kann gewünschtenfalls eine undurchsichtige Flüssigkeit, wie Quecksilber, verwendet werden, wobei dann die Einrichtung mit von der Flüssigkeitsoberfläche reflektiertem Licht arbeitet.
In jedem Fall kann ein scharfes Bild unmittelbar auf dem Schirm erzeugt werden.
Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.
Fig. 1 ist ein schematischer, senkrechter Schnitt durch das erste Beispiel der Einrichtung,
Fig. 2 ist ein gleicher Schnitt eines zweiten Beispiels und
Fig. 3 zeigt ein drittes Beispiel in demselben Schnitt.
Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung ist für die Prüfung der Form von Turbinenschaufeln bestimmt, welche innere Durchlässe für Kühlflüssigkeit besitzen.
Ein Behälter 11 ist vorgesehen, welcher gross genug ist, um eine zu prüfende Turbinenschaufel 12 aufzunehmen, und welcher eine aus Glas bestehende Seitenwand 13 hat. Der Behälter ist bis zu einer passenden Höhe mit einer Flüssigkeit 14 gefüllt, die eine hohe Brechungszahl hat, wie z. B. Benzol oder Chinolin.
Ausserhalb der Glaswand des Behälters befindet sich eine Lichtquelle 15 mit einem vor ihr befindlichen Kondensator 16, welcher ein horizontales Lichtbündel in die Flüssigkeit wirft.
Die Turbinenschaufeln 12 haben Füsse 17, und sie sind in Längsrichtung mit einer Mehrzahl von engen Durchlässen durchbohrt, von welchen nur einer bei 18 gezeigt ist. Diese können nur 2,5 mm Durchmesser haben und dennoch mit der vorliegenden Einrichtung nachgeprüft werden, was durch einen Fühler oder bekanntes optisches Verfahren unmöglich wäre. Die Durchlässe 18 haben normalerweise kurze Abschnitte 19 am Fussende, welche sich seitlich und wie gezeigt, durch die Seite des Fusses nach aussen erstrecken. Die Schaufeln 12 sind in die Flüssigkeit so eingetaucht, dass die Enden der seitlichen Teile 19 der Kühldurchlässe gegen die Lichtquelle gerichtet sind.
Das Licht wird durch den Kondensator 16 auf die Enden der seitlichen Teile 19 der Durchlässe konzentriert. Die Flüssigkeit tritt in die inneren Durchlässe 18, 19 ein und steigt darin auf eine Höhe, die der Flüssigkeitshöhe der Aussenseite entspricht, obschon sie infolge Kapillarwirkung etwas höher sein kann, jedoch kann dies zugelassen werden, so dass die Flüssigkeitshöhe in den Durchlässen bekannt ist. Die Hauptlängsrichtung der Durchlässe 18 ist vertikal.
Eine Projektionslinse 20 liegt in Linie mit den vertikalen Durchlässen und besitzt eine ziemlich grosse Brennweite. Oberhalb der Projektionslinse 20 befindet sich ein Spiegel 21, welcher das durch die Linse 20 hindurchgehende Licht auf einen Schirm 22 richtet und die Linse ist so eingestellt, dass sie auf dem Schirm ein vergrössertes Bild der Berührungslinie der flüssigen Oberfläche mit der Schaufel in dem Durchlass erzeugt. Wenn die Schaufel 12 dünn genug ist, kann die Projektionslinse auf dem Schirm auch ein Bild der Berührungslinie der Flüssigkeit mit der Aussenfläche der Schaufel erzeugen. Die Beziehungen der Aussen- und Innenflächen zueinander sind dann direkt ersichtlich.
In dem Fall von dicken oder verwundenen Schaufeln jedoch kann das äussere Bild nur teilweise oder mangelhaft bestimmt werden. In diesem Fall kann ein oder mehrere Fühler (nicht gezeigt) so angeordnet werden, dass sie sich um den äusseren Umriss bewegen und einen Anzeigeschlitten betätigen, der ein Lehrenmessnetz trägt, auf solche Weise, dass ein der Lage des Fühlers in bezug auf das Lehrenmessnetz entsprechender Punkt in richtiger Beziehung zum Bild des inneren Durchlasses auf den Schirm projiziert wird. Der Abstand des Durchlasses vom Aussenumfang der Schaufel kann somit beobachtet werden. Eine geeignete Fühlereinrichtung ist in der schweiz. Patentschrift 276446 beschrieben.
Es wurde gefunden, dass, je höher die Brechungszahl der Flüssigkeit im Behälter, um so besser die innere Reflexion in der Schaufel und um so heller das Bild auf dem Schirm bei einer gegebenen Helligkeit der Lichtquelle ist.
Es wurde auch gefunden, dass eine grosse Verstärkung des Lichtes, besonders beim Prüfen von kleinen Löchern auftritt, wenn der Prüfkörper in Wasser eingetaucht, herausgenommen und geschüttelt wird, um sehr kleine Wassertröpfchen an den Wandungen der Bohrung zu erhalten, und dann in die Prüfflüssigkeit eingetaucht wird, welche Benzol sein kann. Benzol besitzt eine viel höhere Brechungszahl (1, 5) als Wasser (1, 33), und augenscheinlich ergibt sich eine innere Reflexion an den Zwischenflächen der Wassertröpfchen und des Benzols, was das Licht längs der Bohrungswandungen verstärkt. Es können so kleine Löcher von 0,8 mm Durchmesser wirksam beleuchtet und auf diese Weise ihre Lage in bezug auf die Aussenwand des Prüfkörpers projiziert werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung ist ein Behälter 25 mit einem aus Glas bestehenden Boden 26 vorgesehen. Ein geneigter Spiegel 27 ist unter dem Behälter vorhanden und durch einen Kondensator 28 gerichtetes Licht von einer passenden Quelle 29 trifft auf den geneigten Spiegel auf und wird aufwärts durch die Flüssigkeit reflektiert. Über der Flüssigkeit befindet sich eine Projektionslinse 33, ein Spiegel 34 und ein Schirm 35, welche ähnlich wie die Teile 20, 21, 22 der Fig. 1 sind. Diese Einrichtung arbeitet zufriedenstellend, wenn die zu prüfenden Gegenstände innere Durchlässe haben, welche gerade durch sie hindurchgehen, oder wenn der äussere Umriss von passenden Prüfkörpern zu prüfen ist.
Der gezeigte Prüfliörper 30 ist hohl. Wenn, wie ersichtlich, der Hohlraum n 31 von grossem Durch- messer ist, ist es zweckmässig, in den Hohlraum von oben einen Hilfsreflektor in Form eines Füllstückes 32 einzusetzen, welches kleiner ist als der Hohlraum und von ungefähr gleicher Form und eine glänzende äussere reflektierende Fläche hat. Dies erhöht die innere Reflexion des Lichtes und verbessert die Helligkeit des Bildes.
Wenn anderseits das innere Glied 32 der Prüfkörper ist, der, wie gezeigt fest ist, kann er mit einem Körper 31 umgeben sein, welcher eine glänzende bearbeitete hohle Innenfläche hat, die mehr oder weniger parallel zum Prüfkörper ist, jedoch von ihm einen Abstand hat. um die Helligkeit des Bildes zu erhöhen. In jedem Fall wird das Bild, wie vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform der Einrichtung beschrieben ist, durch eine passende Projektionslinse auf den Schirm projiziert.
Fig. 3 zeigt einen Behälter 41, welcher eine undurchsichtige Flüssigkeit 42, wie Quecksilber, enthält, die eine glänzende reflektierende Oberfläche hat. Ein Prüfkörper 43 ist bis zur Tiefe eingetaucht, bei welcher eine Prüfung der Form seines Umrisses erforderlich ist. Licht von einer Quelle 44 geht durch einen Kondensator 45 hindurch und wird durch einen Spiegel 46 auf die Metalloberfläche reflektiert.
Der Spiegel 46 besitzt eine Öffnung in seiner Mitte oberhalb einer Projektionslinse 47, welche ein Lichtbündel auf einen Spiegel 48 und dann auf einen Schirm 49 wirft, auf welchem das Bild der Linie, wo die Flüssigkeit 42 den Prüfkörper 43 berührt, erzeugt wird.
Method and device for displaying the profiles of objects
The present invention relates to a method and apparatus for displaying the profiles of objects.
Profile indicators for measuring the shape of objects such as turbine blades are well known. For example, profile projectors are in use in which a feeler is forced to move around the profile of an object to be measured, an image being thrown onto a screen on a larger scale by optical means, which image shows the relationship of the position of the feeler to a vision measuring network shows on which the correct shape of the object is marked. Other known profile projectors have means for projecting an image of an illuminated part of the profile onto a screen, and the present invention relates to a device of the latter type. Heretofore, profile projectors for producing an image of the profile even on a screen have posed optical difficulties and the picture wasn't sharp enough.
It is an object of the present invention to provide a device which is optically simple and gives a sharp image and allows internal profiles of hollow objects to be measured more easily. The method according to the present invention for displaying the profiles of objects consists in generating a liquid surface in contact with the object on the profile to be determined and then forming an optical image of the line of contact of the liquid surface with the object. The liquid is advantageously transparent and the light for the formation of the optical image is transmitted through the liquid to the liquid surface. However, if desired, an opaque liquid such as mercury can be used, in which case the device will operate with light reflected from the liquid surface.
In either case, a sharp image can be produced directly on the screen.
The drawing shows three exemplary embodiments of the device for carrying out the method according to the invention.
Fig. 1 is a schematic, vertical section through the first example of the device,
Fig. 2 is a similar section of a second example and
Fig. 3 shows a third example in the same section.
The device shown in Fig. 1 is intended for testing the shape of turbine blades which have internal passages for cooling liquid.
A container 11 is provided which is large enough to accommodate a turbine blade 12 to be tested and which has a side wall 13 made of glass. The container is filled to a suitable height with a liquid 14 having a high index of refraction, such as e.g. B. benzene or quinoline.
Outside the glass wall of the container is a light source 15 with a condenser 16 in front of it, which throws a horizontal beam of light into the liquid.
The turbine blades 12 have roots 17 and are longitudinally pierced with a plurality of narrow passages, only one of which is shown at 18. These can only have a diameter of 2.5 mm and still be checked with the present device, which would be impossible with a probe or known optical method. The passages 18 normally have short sections 19 at the foot end which extend laterally and, as shown, through the side of the foot outwards. The blades 12 are immersed in the liquid in such a way that the ends of the lateral parts 19 of the cooling passages are directed towards the light source.
The light is concentrated by the condenser 16 onto the ends of the lateral parts 19 of the passages. The liquid enters the inner passages 18, 19 and rises therein to a height that corresponds to the liquid height on the outside, although it may be slightly higher due to capillary action, but this can be allowed so that the liquid height in the passages is known. The main longitudinal direction of the passages 18 is vertical.
A projection lens 20 is in line with the vertical ports and has a fairly long focal length. Above the projection lens 20 there is a mirror 21 which directs the light passing through the lens 20 onto a screen 22 and the lens is set so that it creates an enlarged image on the screen of the contact line of the liquid surface with the shovel in the passage . If the scoop 12 is thin enough, the projection lens can also produce an image on the screen of the line of contact of the liquid with the outer surface of the scoop. The relationships between the outer and inner surfaces can then be seen directly.
In the case of thick or twisted blades, however, the external appearance can only be partially or inadequately determined. In this case, one or more sensors (not shown) can be arranged to move around the outer contour and actuate a display carriage carrying a gauge measuring network in such a way that one corresponds to the position of the sensor in relation to the gauge measuring network Point is projected on the screen in proper relation to the image of the inner passage. The distance between the passage and the outer circumference of the blade can thus be observed. A suitable sensor device is in Switzerland. Patent 276446 described.
It has been found that the higher the refractive index of the liquid in the container, the better the internal reflection in the scoop and the brighter the image on the screen for a given brightness of the light source.
It has also been found that a great increase in light, especially when testing small holes, occurs when the test specimen is immersed in water, removed and shaken to get very small water droplets on the walls of the bore, and then immersed in the test liquid will be what benzene can be. Benzene has a much higher refractive index (1.5) than water (1.33) and it appears that there is an internal reflection at the interfaces between the water droplets and the benzene, which intensifies the light along the bore walls. Small holes with a diameter of 0.8 mm can thus be effectively illuminated and their position in relation to the outer wall of the test body can be projected in this way.
In the device shown in Fig. 2, a container 25 is provided with a bottom 26 made of glass. An inclined mirror 27 is provided below the container and light from a suitable source 29 directed through a condenser 28 impinges on the inclined mirror and is reflected upward through the liquid. A projection lens 33, a mirror 34 and a screen 35, which are similar to the parts 20, 21, 22 of FIG. 1, are located above the liquid. This device works satisfactorily when the objects to be tested have internal passages which just pass through them, or when the external contour of suitable test objects is to be tested.
The test body 30 shown is hollow. If, as can be seen, the cavity n 31 has a large diameter, it is advisable to insert an auxiliary reflector in the form of a filler piece 32 into the cavity from above, which is smaller than the cavity and of approximately the same shape and has a shiny outer reflective surface Has area. This increases the internal reflection of the light and improves the brightness of the picture.
On the other hand, if the inner member 32 is the specimen, which is solid as shown, it may be surrounded by a body 31 which has a shiny machined hollow interior surface that is more or less parallel to, but spaced from, the specimen. to increase the brightness of the picture. In any case, as described above in connection with the first embodiment of the device, the image is projected onto the screen through a suitable projection lens.
Figure 3 shows a container 41 which contains an opaque liquid 42, such as mercury, which has a glossy reflective surface. A test piece 43 is immersed to the depth at which an examination of the shape of its outline is required. Light from a source 44 passes through a condenser 45 and is reflected by a mirror 46 onto the metal surface.
The mirror 46 has an opening in its center above a projection lens 47, which throws a light beam onto a mirror 48 and then onto a screen 49 on which the image of the line where the liquid 42 touches the test body 43 is generated.