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Komparator Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Komparator.
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Es ist bekannt, auf einen Schirm einen Lichtpunkt oder das Bild eines
Zeichens zu projizieren, dessen Lage derjenigen eines Formteiles, z.B. einer Turbinenschaufel,
entspricht, dessen Form überprüft werden soll. wobei der Lichtpunkt oder das Zeichen
derart zu einem Vergleichszeichen bewegt wird, daß Abweichungen der normalen Form
des Gegenstandes von der gewünschten durch Abweichungen des projizierten Bildes
von dem Vergleichszeichen angezeigt werden. Eine derartige Vorrichtung ist z. B.
in dem britischen Patent 694 950 beschrieben. Obgleich derartige Vorrichtungen genau
den Umriß eines Formteiles und seine Abweichungen von der gewünschten Form anzeigen,
eignen sie sich doch nicht dazu, die Abmessungen oder die Lage seines einen Teiles
oder Abschnittes zu seinem anderen zu bestimmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu lieseitigen, bei
optischen Komparatoren zum Prüfen der Umrißlinie unregelmäßiger Prüflinge mit zu
Abtasten des Priiflings dienenden, in zwei Richtungen beweglichen Fühlern, von denen
jeder mit einem sich mit ihm bewegenden Zeiger verbunden ist, der einem Prüfzeichen
zugeordnet ist, und mit Mitteln zum Projizieren des Zeigerbildes in vergrößertem
Maßstal> auf einem Schirm.
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Gelöst wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
dadurch, daß jeder Fühler mit zwei winklig aneinanderstoßenden Tastfiächen ausgerüstet
wird zum Anlegen nach zwei Richtungen gegen die Kante des Prüflings und Anzeigen
der geklauen I(antenlage mit Hilfe des Prüfzeichenbildes und des Zeigers. Der gemäß
der Erfindung mit zwei winklig zueinander stehenden Tastflächen ausgerüstete Fühler
berührt das Werkstück in zwei Richtungen und ist gegen Abrutschen gesichert. Dieser
Fühler ist ferner in einem Schlitten angeordnet, der in den beiden Richtungen verstellbar
ist und ein Prüfzeichen trägt, dessen Bild durch ein optisches System in vergrößertem
Maßstab auf einen Schirm geworfen wird.
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Auf diesem Schirm befindet sich ein Vergleicht zeichen, mit dessen
Hilfe die genaue Lage des Fühlers und damit des Werkstückes überprüft werden kann.
Abweichend hiervon kann der Fühler die Linse bewegen, während das Prüfzeichen feststeht.
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Bei Verwendung von zwei Fühlern zum Abtasten der Kanten oder anderer
Begrenzungsteile des Werkstückes ist jeder mit einem Prüfzeichen verbunden und hat
ein Merkzeichen auf dem Schirm. Die Lage der beiden Begrenzungsflächen des Werkstückes
kann gleichzeitig geprüft werden. Dadurch erfolgt eine Anzeige der Lage jeder Begrenzungsfläche,
also der Entfernung zwischen ihnen, d. h. der Größe des Werk-
stückes und ein Vergleich
ihrer Winkelstellung zueinander, mit der gewünschten Winkelstellung.
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Durch Messungen an anderen Stellen oder Abschnitten in Werkstückslängsrichtung,
d. h. in der dritten Richtung, können nicht nur die Abmessungen des Werkstückes
in jedem Abschnitt, sondern auch die I age dieser einzelnen Abschnitte zueinander
überprfift werden. So läßt sich dadurch z.B. bei einer Turbinenschaufd nicht nur
feststellen, ob sie überall die richtigen Abmessungen hat, sondern auch, ob sie
gegenüber ihrem Fuß nach vorn oder rückwärts verdreht ist und um wieviel.
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Vorteilhaft sind die Fühler zusammen mit ihren Prüfzeichen in einem
Gerät vereinigt, das auch Mittel zum Überprüfen der Umrißform hat, wie es z. B.
in der vorstehend genannten Patentschrift 694 950 beschriebell ist. Die darin beschriebenen
Fühler tasten denselben Umriß oder Abschnitt der Schaufel oder eines anderen Werkstückes
ab wie die Fühler gemäß der Erfindung, so daß eine Prüfung der genauen Form und
Stärke der Abschnitte zu derjenigen ihrer Lage und Richtung hinzukommt.
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In der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Turbinenschaufd-Meßvorrichtung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Wiedergabe einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Maschine, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine schaubildliche Wiedergabe
der Hauptteile, die ihre Zusammenarbeit erkennen läßt,
v Fig. 3
in schematischer Darstellung das optische System, das mit den Positionsanzeigern
verbunden ist, Fig. 4 eine ähnliche Darstellung des optischen Systems in Verbindung
mit den Fühlern, die zum Abtasten der Umrisse dienen, Fig. 5 einen Teil eines Zapfens,
der zum Einstellen des Instruments dient, und Fig. 6 eine Seitenansicht der Positionsanzeiger.
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Der Apparat besteht aus einem Bett 11, das eine Längsführung 12 aufweist,
die zur Führung eines verschiebbaren Schlittens 13 dient. Dieser Schlitten ist mit
T-förmigen Längsnuten 14 versehen (Fig. 2). Auf dem Schlitten ist ein Schaufeltragkopf
15 befestigt, der eine senkrechte Führung 16 aufweist, die zum Führen eines mittels
eines Handrades 18 senkrecht beweglichen Schlittens 17 dient. Dieser Schlitten 17
trägt wiederum einen Querschlitten 19, der mittels eines Handrades 20 verstellbar
ist. Beide Schlitten 17, 19 sitzen in einer drehbaren Hülse 21, die einen Flansch
aufweist, der am Umfang mit einer Gradeinteilung versehen ist, welche mit einem
Merkstrich 22 zusammenarbeitet, der auf dem Schaufelträgerkopf 15 angebracht ist.
Die drehbare Hülse kann um ihre Achse, welche horizontal und parallel der Führung
des Schlittens 13 verläuft, über ein durch ein Handrad 23 betätigtes Schnecken-
oder Kegel rädergetriebe verstellt werden. Der Querschlitten. 19 hat einen Halter
24 für das Werkstück 25. Jedes in dem Halter sitzende Werkstück kann gegenüber dem
Schlitten 13 in der Höhe und auch quer verstellt werden. Es kann ferner um die Achse
der Hülse 21 gedreht werden.
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Für die Prüfung von Turbinenschaufeln ist der Werkstückhalter 24 so
gestaltet, daß er die Schaufelfüße aufnehmen kann, wobei die zu prüfende Schaufel
leicht zwecks Prüfung in den Halter geschoben oder auch, wie in Fig. 2 erkennbar,
herausgenommen werden kann. Die in dem Halter 24 sitzende Schaufel 25 erstreckt
sich mehr oder weniger in w aagerechter Richtung parallel der Führung des Schlittens
13.
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Ferner ist ein Prüfstück26 (Fig. 5) vorgesehen, das einen Fuß 27
hat, der in dem Halter sitzt. Dieses Prüfstück 26 ragt nach vorn aus dem Halter
heraus und weist zwei Anschlagstifte 28, 29 auf, deren Lage der gewünschten Stellung
eines Teiles der in dem Halter sitzenden Turbinenschaufel entspricht.
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Hinter der Führung 12 ist in dem Bett eine zweite Führung 30, die
zur Längsbewegung eines Fühlerschlittenträgers 31 dient, der eine senkrechte Vorderfläche
mit einer senkrechten Führung 32 aufweist, in der Schlitten 33, 34 verschiebbar
sind, welche waagerecht verschiebbare Schlitten 35, 36 aufweisen, die Fühlerhalter
37, 38 tragen, vorgesehen.
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Die waagerecht verfahrbaren Schlitten 35, 36 können dadurch in zwei
Richtungen bewegt werden, nämlich senkrecht und quer. Die Fühlerhalter 37, 38 sind
mit vertikalen Schlitzen an ihren Enden versehen, die zur Aufnahme der Schäfte 41,
42 (Fig. 6) von Fühlern 39, 40 dienen.
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Die waagerecht verschiebbaren Schlitten 35, 36 tragen Halter 45,
46 für die Prüfzeichen 43, 44. Diese können durch Verstellen der Halter 45, 46 gegenüber
den Schlitten 35, 36 verstellt werden. Die aus Glas bestehenden Prüfzeichen haben
Punkte, die durch Verstellen der Halter 45, 46 und der Schäfte der Fühler 41, 42
gegenüber den Fühlern vertikal und horizontal verstellbar sind. Jeder Fühler 39,
40 hat eine V-förmige Nut. Die V-förmige Nut des unteren Fühlers 39 zeigt nach oben
und die des oberen Fühlers 40 nach unten. Die Fühler werden durch Verschieben der
Schlitten 35, 36 in waagerechter und der
Schlitten 33, 34 in senkrechter Richtung
gegen die Längskanten der Turbinenschaufel 25 gebracht und hierdurch in ihrer endgültigen
Stellung gesichert. Die Halter 37, 38 sind so abgebogen, daß, wie ersichtlich, die
Fühler 39, 40 in einer Ebene liegen, die nicht durch die Schlitten 35, 36 behindert
ist, so daß die Fühler in derselben Ebene wie die noch zu beschreibenden Umrißfühler
50, 51 arbeiten können. Die Fühler 39, 40 können gleichzeitig gegen die Zapfen 28,
29 des Prüfstückes 26 (Fig. 5) in Stellung gebracht werden, wenn letzteres in seine
Lage zu der Maschine gebracht worden ist. Wenn die Fühler zu dem Prüfstück in der
richtigen Lage sind, dann können die Prüfzeichen 43, 44 und damit die darauf befindlichen
Punkte mittels der Schäfte 41, 42 der Fühler und der Schäfte der Halter 45, 46 verstellt
werden, bis sie in einer solchen Lage sind, daß sie beim Projizieren auf den Schirm
mit dem darauf befindlichen Merkzeichen zusammenfallen. Die Prüfzeichen sind in
Fig. 3 zusammen mit einem Spiegelsystem gezeigt, durch das das Bild der Punkte auf
ein Merkzeichen 48 projiziert wird.
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Vor jedem Prüfzeichen 43, 44 befindet sich je eine Projektionslinse
53, 54. Ferner sind geeignete Beleuchtungsmittel 55, 56 und Kondensatoren 57, 58
vorgesehen. Ein Spiegelsystem ist so angeordnet, daß ein Bild des Prüfzeichens auf
einenProjektionsschirm 49 geworfen wird.
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Das Spiegelsystem enthält zwei Spiegel 59, 60, die unter einem Winkel
von 450 zu dem Lichtstrahl liegen, der von den Projektionslinsen 53, 54 kommt bzw.
so angeordnet sind, daß sie die beiden Lichtstrahlen gegeneinander ablenken und
die Mitte des Bildes auf die Verlängerung eines Spiegels 61 werfen, der rechtwinklig
ausgeführt ist, so daß die Bildstrahlen der mittleren Punkte der Prüfzeichen zusammenfallen
und als ein einziger Strahl auf einen Spiegel 62 und von da durch die Spiegel 63,
65 auf den Schirm 49 geworfen werden. Auf diese Weise fallen die Bilder der Punkte
auf dem Schirm 49 zu sammen, wenn die Fühler 39, 40 zu den Zapfen des Prüfstückes
26 und zu den Punkten des Prüfzeichens genau eingestellt worden sind. Wenn die zu
untersuchende Schaufel eine solche Form hat, daß sie genau dem Modell entspricht,
dann decken sich die Punkte auf dem Schirm, wenn die Fühler die Schaufel hew rühren.
Wenn aber die Schaufel von dieser Form abweicht, dann werden die beiden Punkte auf
dem Schirm 49 voneinander getrennt sichtbar, auf dem, falls erwünscht, Toleranzlinien
66, 67 vorgesehen sein können.
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Jedes Prüfzeichen 43, 44 kann verschiedene Punkte enthalten, die
den verschiedenen Stellungen der Fühler entlang der Schaufel entsprechen. Dabei
soll ein Punkt einer, ein anderer einer zweiten und ein dritter einer dritten Meßstellung
auf der Schaufel entsprechen. Bei genauer Anordnung der Punkte auf den Prüfzeichen
und richtiger Schaufelform fallen die Punktbilder bei allen Stellungen mit den Merkzeichen
zusammen. Jede Abweichung des Werkstückes von der normalen Gestalt wird durch die
Abweichung der projizierten Bilder der Punkte von dem Merkzeichen angezeigt.
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Eine andere Schlittenführung 68, die sich hinter der Schlittenführung
31 befindet, trägt einen Schlitten 69) der zwei Fühlerschlitten 70, 71 enthält,
welche die Umrißfühler tragen, die in waagerechter Richtung gegenüber dem Vertikalschlitten
verschiebbar sind und die beiden sich gegenüberliegenden Fühler 50, 51 aufweisen.
Außerdem tragen sie an ihrem anderen
Ende zwei Projektionslinsen
72, 73. Der hinter dem Schlitten 70 liegende Schlitten 71 trägt. wie es Fig. 2 erkennen
läßt, die Linse 72, vor der sich ein in dem vorderen Schlitten 70 hefindlicher Schlitz
74 befindet.
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Die am Schlitten 70 sitzende Linse 73 liegt normalerweise hinter dem
Schlitten 71, so daß ein Schlitz nicht erforderlich ist. Vor den Projektionslinsen
liegt ein Halter 75, der mehrere Prüfzeichen 76 aufweist, auf denen die Umrisse
77, 78 des genauen Schaufelquerschnittes für verschiedene Meßpunkte enthalten sind.
Wenn einer der Umrißfühlerschlitten 70, 71 so verschoben wird, daß sein Fühler gegen
eine Fläche der Turhinenschaufel 25 trifft, dann gelangt die entsprechende Projektionslinse
72 oder 73 vor eines der Prüfzeichen und projiziert ein Bild eines Teiles des P
rüfzeichens auf einen größeren Projektionsschirm 80. Wenn der Fühler um die Turbinenschaufel
herumgeführt wird, dann bewegt sich auch die Projektionslinse um den Prüfzeichenumriß
77 oder 78, so daß jede Abweichung der Turhinenschaufel von der gewünschten Form
sich durch die Abweichung des Umrißbildes auf dem Schirm 80 von einem dort befindlichen
Prüfkreis 81 anzeigt. Die Fühlerschlitten 70 und 71 und ihre Linsen können gleichzeitig
benutzt werden. Die Einstellung wird durch eine große Kollimationslinse 79 unterstützt.
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Das optische System ist in Fig. 4 wiedergegeben.
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Hiernach sendet die Lampe 82 die Lichtstrahlen durch eine Kollimationslinse
83 und das Prüfzeichen 76 zu den beiden Projektionslinsen 72, 73. Die der Prüflinie
77 gegenüberliegende Linse 72 projiziert ein Bild dieser Linie mittels der Spiegel
84, 85, 86 auf den Schirm 80, wo es als Linie 87 in erheblich vergrößertem Maßstab
erscheint. In ähnlicher Weise wirft die Linse 73 das Bild der Prüflinie 78 über
dieselben Spiegel auf den Schirm 80, wo es als Linie 88 erscheint. Auf der Außen-
und der Innenseite der Prüflinie 81 sind auf dem Schirm Toleranzkreise 89, 90 gezeichnet.
Die Linien 87, 88 müssen bei allen Schaufeln, deren Form richtig ist, zwischen den
Toleranzkreisen liegen.
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In Fig. list das Spiegelsystem, das die Linsen 53, 54 und die Spiegel
59 bis 62 aufweist, in einem Gehäuse 91 untergebracht. Einige der anderen Spiegel
liegen im Bett 11 der Maschine. Die Lampe 82 und die KolLimationslinse 83 liegen
in einem Lampengehäuse 92. Der Prüfzeichenhalter 75, der mehrere Prüfzeichen hat
und um eine waagerechte Achse drehbar ist, liegt in einem Gehäuse93, das eine t)ffnmlg
94 für den Durchgang des von dem Lampengehäuse 92 ausgesandten Lichtes durch die
im Gehäuse liegenden Pitifzeichen hat.
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Falls erforderlich, können die Bewegungen der verschiedenen Schlitten
33 bis 36, 70, 71 und auch diejenigen entlang der Schlittenführungen 13 und 31 automatisch
mit Hilfe kleiner pneumatischer oder hydraulischer Motore erfolgen, die durch in
einem Schaltgehäuse 95 befindliche Druckknopfsteuerungen betätigt werden, Dieser
Aufbau entspricht im wesentlichen demjenigen nach dem weiter vorn genannten Patent
694 950.
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Bei der Benutzung der Einrichtung wird das Vergleichsstück 26, das
die Anschlagstifte 28, 29 trägt, in den Werkstückhalter 24 eingeführt. Die beiden
mit V-förmigen Nuten versehenen Fühler 39, 40, welche in den Kreuzschlitten sitzen,
die von der Schlittenführung 31 gehalten werden, werden gegen die Anschlagstifte
28, 29 gebracht. Dann werden die Fühler 39, 40 in senkrechter Richtung verstellt.
Hierauf werden die Prüfzeichen 43, 44 in waagerechter Richtung
verstellt, bis die
mittleren Punkte jedes Zeichens mit dem Merkzeichen 48 auf dem Projektionsschirm
zusammenfallen. Damit ist das Maß eingestellt. Hierauf wird die zu messende Turhinenschaufel
25 in den Halter 24 eingesetzt. Wenn zuerst das Ende der Turbinenschaufel geprüft
werden soll, dann wird der Schlitten 13 so verstellt daß sich die Fühler gegen den
entsprechenden Teil des Schaufelendes legen.
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Wenn die Schaufel die richtige Form hat und die drei Punkte auf je
dem der Prüfzeichen 43, 44 genau hezeichnet worden sind, dann fällt das Bild eines
Punktes jedes Zeichens mit dem Merkzeichen 48 auf dem Projektionsschirm zusammen.
Wenn die Schaufel zu groß ist, dann sind die Bilder weiter weg von dem Merkzeichen.
Wenn sie eine rückwärtige Krümmung hat, dann liegen die Bilder auf einer Seite.
Bei einer Krümmung nach vorwärts liegen sie auf der anderen Seite. Wenn die Schaufel
gegenüber der üblichen Form verdreht ist, liegen die Bilder unter einem Winkel zu
der Linie, die zwei Prüfzeichen verbindet.
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Ist die Schaufel in diesen Beziehungen in Ordnung, dann wandern die
beiden Umrißfühler 50, 51 in Schaufellängsrichtung und überprüfen die gesamte Umrißform
und Stärke.
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Die Überprüfungen der Abmessungen und des Um risses werden in einem
anderen und dann noch einmal in einem dritten Abschnitt der Turhinenschaufel wiederholt.
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Der Halter, an dem die Prüfzeichen sitzen, auf denen die Umrisse
der verschiedenen Turbinenschaufelabschnitte verzeichnet sind, hat sechs solcher
Zeichen, von denen je eines von dreien eine Umrißlinie enthält, und ist so angeordnet,
daß er zu den Befestigungsmitteln in drei verschiedenen Lagen in bezug auf die Linsen
72, 73, die auf den Umrißfühlerschlitten 70, 71 sitzen, gedreht werden kann. In
der ersten Stellung werden die Umrisse, die für den ersten Abschnitt der Turbinenschaufel
bestimmt sind, vor die Linsen gebracht. Bei der zweiten Stellung gelangt der zweite
Umriß, der dem Mittelabschnitt der Schaufel zugeordnet ist, vor die Linsen und in
der dritten Stellung der dritte Umriß. Die anderen Prüfzeichen können zum Prüfen
einer anderen Schaufel dienen.
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Wenn die Fühler anzeigen, daß die Schaufel in irgendeiner der Stellungen
nicht die richtige Größe hat oder verdreht ist oder aber eine andere Gestalt hat
und diese Unterschiede so groß sind, daß sie außerhalb der Toleranzlinien liegen,
dann können die Handräder 18, 20 und 23 verstellt werden, wodurch der Schaufelabschnitt
näher herangebracht wird.
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Durch entsprechendes Einstellen kann in den Fällen, wo die Abweichungen
nicht zu groß sind, die Schaufel in eine Lage gebracht werden, in der die Toleranzen
noch in jedem Falle ausreichend sind.
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Die Winkelbewegung und die seitlichen oder senkrechten Bewegungen,
die für diese Verstellungen notwendig sind, können durch den Bedienungsmann notiert
werden und zeigen in seiner Aufzeichnung das Ausmaß des Fehlers, der durch Korrektur
der Schaufelbefestigung beim Gebrauch beseitigt werden kann.
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Manche Schaufeln, welche sonst zurückgewiesen werden müßten, können
auf diese Art gerettet werden.
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Wenn die drei Punkte auf jedem Prüfzeichen zu nahe beieinander liegen,
so daß sie gleichzeitig auf dem Schirm erscheinen und Verwirrung entsteht, dann
kann eine einzige als Tangente dienende Marke verwendet werden. Sie kann mit Hilfe
eines Nockens, der am Schlitten sitzt, verstellt werden. Abweichend hiervon kann
das Bild einer solchen Marke durch Bewegen
der Linse oder eines
Prismas oder eines Spiegels mit Hilfe eines derartigen Nockens verstellt werden.
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PATENTANSPR8CHE: 1. Optischer Komparator zum Prüfen der Umrißlinie
unregelmäßiger Prüflinge mit zum Abtasten des Prüflings dienenden, in zwei Richtungen
beweglichen Fühlern, von denen jeder mit einen, sich mit ihm bewegenden Zeiger verbunden
ist, der einem Prüfzeichen zugeordnet ist, und mit Mitteln zum Projizieren des Zeigerbildes
im vergrößerten Maßstabe auf einen Schirm, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fühler
(39 bzw. 40) zwei winkelig aneinanderstoßende Tastfiächen hat.