DE1929377A1 - Vorrichtung zum Vermeiden einer Vignettierung in einem optischen Komparator - Google Patents

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY DR.-ING. W. STOCKMAIR₁Ae. E.ccalimnst.

PATENTANWÄLTE

8000 MGNOHEN 22 Moxlmlllanitrae· 43 T.l.fon 297100/2967U T«l«oramm· Monapat Mündi.ii T.l.x 05-28310

P 254-7 saassa

2o /kr

10. Juni 1969

Soc. p. Az. MICROTEGNICA fa Turin, Via Madama Cristina 147, (Italien)

Vorrichtung zum Vermeiden einer Vignettierung in einem optischen Komparator

Die Erfindung betrifft einen optischen Komparator, in dem ein Profil eines Prüflings durch ein Objektiv auf eine Projektionsfläche projiziert wird. Das projizierte Profil wird dadurch erhalten, daß der Prüfling von einer gedachten Ebene geschnitten wird, die einen dunklen Raum von einem anderen Raum trennt, der mit Lichtbändern oder Lichtstrahlen ausgeleuchtet ist, die von geeigneten Lichtquellen auf den Prüfling fallen.

Derartige optischen Komparatoren werden zu verschiedenen Zwecken verwendet, insbesondere zum Kontrollieren oder Prüfen der Schaufeln von strömungsdynamischen Maschinen, z. B. von Turbinen, Pumpen, Verdichtern und dergleichen. Zu diesem Zweck werden die projizierten Profile dieser Schaufeln mit den entsprechenden Sollprofilen ver-P glichen, die auf Zeichnungen dargestellt sind, die an der Projektionsfläche angebracht werden.

Besonders bei Schaufeln von strömungsdynamischen Maschinen kann es vorkommen, daß der Prüfling Torsionserscheinungen zeigt, d. h. daß jedes Profil gegenüber dem vorhergehenden etwas verdreht ist. In diesem Fall haben die Längsprofile des Prüflings eine bestimmte Neigung gegenüber der optischen Achse des ProjektionsObjektivs. Venn diese Neigung eine bestimmte Grenze überschreitet, die von den Eigenschaften des Objektivs, insbesondere seiner Apertur, abhängig ist, können zwischen dem projizierten Profil und dem Objektiv liegende Teile des Prüfkörpers einen Teil des zu prüfenden Profils abdecken, so daß dieser Teil nicht projiziert wird. Diese als Vignettierung bezeichnete Erscheinung kann in man-chen Fällen dadurch verhindert werden, daß die Apertur des Objektivs vergrößert bzw. dieses besonders ausgebildet wird. Die zu diesem Zweck vorzunehmenden Maßnahmen unterliegen jedoch technischen und wirtschaftlichen Begrenzungen.

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Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, in optischen Komparatoren der vorstehend angegebenen Art eine Vignettierung zu vermeiden, ohne daß dazu aufwendige und komplizierte Maßnahmen optischer Art erforderlich sind, sondern zu diesem Zweck eine rein mechanische Maßnahme heranzuziehen, durch welche die Kosten des Instruments nicht beträchtlich erhöht werden. Es wurde festgestellt, daß eine kleine Neigung, die dem projizierten Profil durch eine Drehung um eine geeignete Achse erteilt wird, in dem projizierten Bild nur zu einem sehr kleinen Fehler führt, der in dem Bereich der zulässigen Toleranzen liegt. Der Erfindungsgedanke besteht daher darin, daß der optische Komparator, insbesondere dessen Objekthalter, mit einer Einrichtung versehen ist, die eine begrenzte Verschwenkung des Prüflings um .eine Achse gestattet, welche die optische Achse des Objektivs schneidet und in derselben Ebene liegt wie das zu produzierende Profil und derart orientiert ist, daß beim Auftreten einer Vignettierung der Prüfling so weit verschwenkt werden kann, daß die Neigung seines Längsprofils so weit verkleinert wird, daß sie innerhalb des Bereichs liegt, in dem bei dem verwendeten Objektiv eine Projektion des ganzen zu prüfenden Profils möglich ist.

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Ein die Erfindung nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel derselben wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer stark verdrehten

!Turbinenschaufel unter Projektionsbedingungen,

Fig. 2 das auf die Projekt ions fläche projizierte Bild, wobei die Achse angegeben ist, um welche die Schaufel erfindungsgemäß verschwenkbar ist.

Fig. 3 stellt die geometische Beziehung zwischen dem projizierten Bild und dem zu prüfenden Profil bei geneigter Schaufel dar.

Fig. 4· zeigt im Längsschnitt einen Teil eines optischen Komparators, der erfindungsgemäß mit einer Einrichtung zum Neigen des Prüflings versehen ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine beträchtlich verdrehte Turbinenschaufel P so angeordnet, daß sich ihre Achse längs der optischen Achse o-o des Objektivs O eines optischen Komparators erstreckt und das Längsprofil, z. B. L, der Schaufel gegenüber der optischen Achse beträchtlich geneigt ist, so daß in manchen Fällen bei einem gegebenen Objektiv eine Vignettierung auftritt. Die Verdrehung der

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Schaufel P ist der größeren Deutlichkeit halber in der Zeichnung übertrieben dargestellt. Die Ebene 3-3 trennt einen in der Fig. 1 links angeordneten, dunklen Raum von einem. Raum, der mit Lichtstrahlen r ausgeleuchtet ist, die von geeigneten Lichtquellen zentripetal zu dem Prüfling hin ausgesendet werden· Das auf dieser Ebene s-s liegende Profil soll auf die Projektionsfläche im wesentlichen in der in Fig. 2 gezeigten Form projiziert werden. Es wird aber nicht richtig projiziert, weil ein Teil seines Umrisses unbestimmt ist.

Beim Auftreten einer Vignettierung wird erfindungsgemäß die Schaufel etwas um eine Achse a-a verschwenkt, die in der Ebene s-s liegt und die optische Achse 0-0 des Objektivs bei A schneidet. Gemäß Fig. 2 liegt die Achse a-a vorzugsweise parallel zu der geometrischen Ebene des Profils und schneidet dessen Mittelpunkt (geometrischen Schwerpunkt) G. Die vorstehend zur Definition der Achse a-a angegebenen Bedingungen brauchen in der Praxis nicht genau eingehalten zu werden, sondern sind mit sehr großen Toleranzen anwendbar.

Jetzt* sei ein Punkt B betrachtet, der in der Ebene s-s des Profils und auf dem Längsprofil L (lg· 5) liegt,

das unter einem Winkel e zu der optischen Achse o-o angeordnet ist. Wenn der Prüfling um die Achse A verschwenkt wird, die durch den Schnittpunkt von s-s oder o-o geht, und zwar im Ausmaß eines Winkels d, der so groß ist, daß die Neigung des Längsprofils L in den Bereich herabgesetzt

^ wird, in dem eine einwandfreie Projektion mit Hilfe des verwendeten Objektivs möglich ist, wird nicht der Punkt B, sondern der Punkt B¹ projiziert, dessen Abstand von der Achse A nicht y, sondern y¹ beträgt. Im allgemeinen ist y¹ verschieden von y, so daß durch den vorstehend angegebenen Vorgang ein Fehler in die Projektion eingeführt wird. Der Abstand y¹ kann jedoch als Funktion von y ausgedrückt werden. Unter Berücksichtigung der Annäherungen, die angesichts der sehr kleinen Winkel e und d (diese betragen nur wenige Grade) zulässig sind, kann man den folgenden Aus-

ψ druck erhalten:

cos d

-yed«y(1 + -^ -ed)

Wenn daher die Winkel e und d nur wenige Hunderstel eines Radians betragen, beträgt die Differenz zwischen y* und y nur wenige Promille, so daß die Annäherung durchaus zulassig ist. In dem vorliegenden Fall wurde ein sehr ungünstig gelegener Punkt betrachtet, so daß der Fehler relativ groß ist; er kann in Wirklichkeit viel kleiner sein. Fach der

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_ rp _

oben angegebenen Gleichung und Fig. 3 beträgt der Fehler innerhalb der Grenzen der Geradlinigkeit des Profils L tatsächlich Null, wenn man annimmt, daß d ■ 2e ist, was wenigstens annähernd zutrifft.

Der optische Komparator gemäß der Erfindung besitzt ein ortsfestes Traggestell 1, das die Lampengehäuse 2' trägt, die mit Objektiven 3 versehen sind und die Lichtstrahlen erzeugen, die in bekannter Weise zum Beleuchten der Schaufel P dienen. Die Schaufel P oder ein anderer Prüfling wird ebenfalls in an sich bekannter Weise von einer Einspann- und Einstellvorrichtung 4- getragen. Diese ist auf einem Schlitten 5 angeordnet, der auf einer Führung 6 gleitet. Die Führung wird von einem Träger 7 getragen und ist mit einem Balg 18 geschützt. In den bekannten Ausführungsformen ist der Träger 7 an dem Traggestell 1 befestigt oder mit ihm einstückig.

Dagegen ist der Träger 7 erfindungsgemäß mit Lappen 8 versehen und mit diesen und Lagerzapfen 9 schwenkbar in dem Traggestell 1 gelagert, so daß der Träger 7 gegenüber dem Traggestell 1 um die Achse A der Lagerzapfen 9 in der Richtung der Pfeile F schwenkbar ist. Die Achse A

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liegt annähernd in der von den Lichtstrahlen der Beleuchtungseinrichtungen 2, 3 bestimmten Ebene s-s des Prüflings und schneidet die optische Achse o-o des Projektionsobjektivs 0 oder kreuzt sie in geringem Abstand. Der Prüfling P wird dann auf seiner Einspannvorrichtung 4 derart angebracht, daß seine Achse mit der optischen Achse o-o wenigstens annähernd übereinstimmt und die mittlere Sehne seiner Profile zu der Schwenkachse A wenigstens annähernd parallel ist.

Damit je nach den Erfordernissen der Prüfling P unbeweglich gehalten oder um die Achse A verschwenkt werden kann, ist der schwenkbare Träger 7 mit einer beliebigen Betatigungs- und Klemmvorrichtung versehen. ' Als Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist eine Schraube 10 mit einem Handgriff 11 dargestellt. Diese Schraube ist in einen ortsfesten Ansatz 12 des ortsfesten Traggestells 1 eingeschraubt und wirkt mit einem verdickten Teil 13 des beweglichen Trägers 7 zusammen. Anstelle einer Schraube 10 kann man auch Nocken, Hebel andere mechanische Einrichtungen und Einrichtungen anderer Art verwenden, sofern sie selbsthemmend oder mit einer Feststelleinrichtung versehen sind.

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Wenn beim Prüfen der Profile ein Vignettierungseffekt auftritt, wird die Neigung des Prüflings P verändert, bis die Vignettierung längs des ganzen Umrisses verschwunden ist, sofern das möglich ist* Andernfalls kann jeder Teil des produzierten Profils einzeln geprüft werden, wobei jedesmal der Prüfling P eine solche Neigung erhält, daß die Vignettierung in dem betrachteten Teil des Profils verschwindet, auch wenn in anderen Teilen desselben Profils die Vignettierung bestehen bleibt oder sogar neu auftritt.

Wenn die vorstehend angegebenen Bedingungen bei der Wahl der Schwenkachse mit genügender Annäherung eingehalten werden, bewirkt die Verschwenkung des Prüflings keinerlei Verschiebung des auf die Projektionsfläche projizierten Bildes des Profils, sondern kann das Bild ohne weiteres mit der entsprechenden Zeichnung verglichen werden, die auf der Pro j ekti ons fläche angebracht ist.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. JO

   Patentansprüche

   Vorrichtung zum Vermeiden der Vignettierung in einem optischen Komparator, mit einem Traggestell, das eine Beleuö htungseinrichtung zum Erzeugen von Lichtbändern oder Lichtstrahlen trägt, die eine !Profilebene bestimmen, auf die ein Projektionsobjektiv scharf eingestellt ist, sowie mit einem Objekthalter, der zum Einspannen des Prüflings dient und auf einer Trag- und Führungseinrichtung derart verschiebbar ist, daß der Prüfling gegenüber der Profilebene verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag- und Führungseinrichtung (6,7) für den Objekthalter (4) mit dem Traggestell (1) durch Gelenke (8, 9) verbunden ist, die eine Schwenkachse (Jl, a-a) bestimmen, um die beim Auftreten einer Vignettierung der Prüfling (P) zusammen mit seiner Trageinrichtung (4-, 7) verschwenkt werden kann, bis die Vignettierung mindestens in dem jeweils betrachteten Teil des projizierten Profils entfernt ist.

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkachse (a-a) in der Schnittebene (s-s) liegt, die von den Lichtbändern oder Strahlen hestia&t wird, die von der Beleuchtungseinrichtung (2,3) zu dem Prüf ling (P) hin ausgesendet werden.

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   J.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß die Schwenkachse (a-a) die optische Achse (o-o) des Projektionsobjektivs (0) schneidet (im Punkt A)..

   4·.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (a-a) im wesentlichen parallel zu der mittleren Sehne der projezierten Profile des Prüfkörpers ist.

   5.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkachse in der Nähe des Mittelpunktes (C) des projezierten Teiles des Prüfkörpers (P) verläuft.

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger (7) für den Objekthalter (4·) mit seitlichen Lappen (8) versehen ist, die mit dem Traggestell (1) durch auf der Schwenkachse (A, a-a) liegende Lagerzapfen (9) verbunden ist.

   7·) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Betätigungseinrichtung (10, 11) besitzt, die dazu dient, dem Prüfling (P) eine gesteuerte Verschwenkung zu erteilen oder ihn festzuhalten.

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   8.) Vorrichtung nach Anspruch 7j dadurch ge k e η η. zeichnet , daß die Betätigungseinrichtung (10, 11) eine Schraube (10) besitzt, die in einen ortsfesten Ansatz (12) des Traggestells (1) eingeschraubt und mit Hilfe eineis Handgriffs (11) betätigbar ist.

   9.) Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung (10, 11) eine Nockenanordnung, einen Hebel oder dergleichen besitzt und gegebenenfalls mit einer Feststelleinrichtung versehen ist.

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