RU2362118C2 - Laser profile metre - Google Patents
Laser profile metre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362118C2 RU2362118C2 RU2006141490/28A RU2006141490A RU2362118C2 RU 2362118 C2 RU2362118 C2 RU 2362118C2 RU 2006141490/28 A RU2006141490/28 A RU 2006141490/28A RU 2006141490 A RU2006141490 A RU 2006141490A RU 2362118 C2 RU2362118 C2 RU 2362118C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- lenses
- axes
- blade
- additional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для бесконтактного контроля профиля изделий сложной формы, например лопаток турбин и т.п.The invention relates to non-destructive testing and can be used for non-contact control of the profile of products of complex shape, such as turbine blades, etc.
Известен лазерный профилометр для контроля профиля изделий сложной формыKnown laser profilometer to control the profile of products of complex shape
[1]. Сущность его заключается в том, что известный лазерный профилометр содержит два дополнительных объектива, оптические оси которых находятся в плоскости, образованной осями лазеров и продольной осью лопатки, и расположены симметрично под углами α к продольной оси лопатки, оптическая ось объектива телекамеры совпадает с осью первого дополнительного объектива, между этими объективами установлен светоделитель, на пересечении оптической оси второго дополнительного объектива с перпендикуляром, восстановленным из точки пересечения отражающей грани светоделителя с осью объектива телекамеры, в плоскости расположения оптических осей объективов перпендикулярно этой плоскости установлен отражатель, точки фокусов дополнительных объективов совпадают друг с другом и с точкой пересечения осей лазеров и продольной осью лопатки.[one]. Its essence lies in the fact that the known laser profilometer contains two additional lenses, the optical axes of which are located in the plane formed by the laser axes and the longitudinal axis of the blade, and are located symmetrically at angles α to the longitudinal axis of the blade, the optical axis of the camera lens coincides with the axis of the first additional lens, between these lenses a beam splitter is installed, at the intersection of the optical axis of the second additional lens with a perpendicular restored from the intersection point, I reflect a face of the beam splitter with the axis of the camera lens, a reflector is installed in the plane of the optical axes of the lenses perpendicular to this plane, the focal points of the additional lenses coincide with each other and with the intersection point of the laser axes and the longitudinal axis of the scapula.
Предложено в лазерный профилометр для контроля профиля изделий сложной формы типа лопаток турбин методом светового сечения, содержащий механизм крепления и продольного перемещения лопатки, два лазера с цилиндрическими линзами для щелевой подсветки лопатки, расположенные симметрично относительно лопатки с ее противоположных сторон и формирующие плоские световые пучки в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопатки, телекамеру, компьютер для вычисления параметров контролируемого сечения, два объектива, оптические оси которых находятся в плоскости, образованной осями лазеров и продольной осью лопатки, расположенных симметрично под углами α к продольной оси лопатки, светоделитель, расположенный между первым дополнительным объективом и объективом телекамеры на его оптической оси, совпадающей с осью первого дополнительного объектива, а также отражатель, расположенный в плоскости, образованной осями объективов в точке пересечения оптической оси второго дополнительного объектива с перпендикуляром к оси объектива телекамеры, проведенным через точку ее пересечения с отражающей гранью светоделителя в плоскости, образованной осями дополнительных объективов под углом β=(90°-2α)/2 к оси второго дополнительного объектива, причем точки фокусов дополнительных объективов совпадают друг с другом и с точкой пересечения осей лазеров с продольной осью лопатки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены две оптические прозрачные плоскопараллельные пластинки из материала, максимум спектра пропускания которого соответствует длине волны излучении лазеров, а спектральная прозрачность вне этого участка длин минимальна в диапазоне спектральной чувствительности телекамеры, пластинки установлены перед входными зрачками дополнительных объективов с возможностью вращения относительно взаимно перпендикулярных осей, проходящих через оптические оси дополнительных объективов, ось вращения первой плостинки параллельна вертикальному диаметру входного зрачка первого дополнительного объектива, а ось вращения второй пластинки параллельна горизонтальному диаметру входного зрачка второго дополнительного объектива, толщина пластинок Вмм, показатель преломления n выбираются из соотношенияIt is proposed in a laser profilometer to control the profile of products of complex shape such as turbine blades by the light section method, containing a mechanism for fastening and longitudinal movement of the blade, two lasers with cylindrical lenses for slit illumination of the blade, located symmetrically relative to the blade from its opposite sides and forming flat light beams in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the scapula, a camera, a computer for calculating the parameters of the controlled section, two lenses, the optical axis of which are located in the plane formed by the axes of the lasers and the longitudinal axis of the blade, located symmetrically at angles α to the longitudinal axis of the blade, a beam splitter located between the first additional lens and the camera lens on its optical axis coinciding with the axis of the first additional lens, and also a reflector located in the plane formed by the axes of the lenses at the point of intersection of the optical axis of the second additional lens with a perpendicular to the axis of the camera lens, drawn through the intersection point with a reflecting face of the beam splitter in the plane formed by the axes of the additional lenses at an angle β = (90 ° -2α) / 2 to the axis of the second additional lens, the focal points of the additional lenses coincide with each other and with the intersection point of the laser axes with the longitudinal axis of the blade, characterized in that two additional transparent transparent plane-parallel plates of material are introduced into it, the maximum transmission spectrum of which corresponds to the wavelength of the laser radiation, and the spectral transparency outside this region and the lengths are minimal in the spectral sensitivity range of the camera, the plates are mounted in front of the entrance pupils of additional lenses with the possibility of rotation relative to mutually perpendicular axes passing through the optical axes of the additional lenses, the axis of rotation of the first plate is parallel to the vertical diameter of the entrance pupil of the first additional lens, and the axis of rotation of the second plate is parallel the horizontal diameter of the entrance pupil of the second additional lens, the plate thickness In mm , refractive index n are selected from the relation
, ,
где - константа материала пластинки, Δ (мм) - требуемая минимальная величина смещения изображений световых профилей в плоскости объектов, γ(радиан) - угол поворота пластинки, соответствующий этому смещению, а диаметры Dn пластинок отвечают условиюWhere is the constant of the plate material, Δ (mm) is the required minimum displacement of the images of light profiles in the plane of the objects, γ (radian) is the angle of rotation of the plate corresponding to this displacement, and the diameters D n of the plates meet the condition
Dn≥DК, где DК - диаметры входных зрачков дополнительных объективов.D n ≥D K , where D K are the diameters of the entrance pupils of additional lenses.
Изобретение поясняется фиг.1-3.The invention is illustrated in figures 1-3.
Профилометр состоит из узлов крепления 2 и продольного перемещения 3 лопатки 1 вдоль ее продольной оси, двух симметрично расположенных по обе стороны лопатки лазерных щелевых осветителей, состоящих из лазеров 4 и 4' и цилиндрических линз 5 и 5', формирующих на боковых поверхностях лопатки узкие световые полоски, визуализирующие профиль лопатки в заданном сечении. Плоские световые лучи, формирующиеся лазерными осветителями, лежат в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси лопатки. Оптические оси лазеров 4 и 4' лежат на одной прямой, проходящей через точку пересечения продольной оси лопатки с плоскостью распространения плоских лазерных лучей.The profilometer consists of
В плоскости, образованной продольной осью лопатки и осями лазеров, расположены под углами α к продольной оси лопатки оптические оси двух дополнительных объективов 6 и 6' диаметром Dк с фокусными расстояниями . Фокусы объективов 5 и 5' совмещены с точкой пересечения осей лазеров с продольной осью лопатки.In the plane formed by the longitudinal axis of the blade and the axes of the lasers, the optical axes of two
Перед первым дополнительным объективом 6 на его оптической оси последовательно установлены светоделитель 8 и цветная телекамера, содержащая объектив 9 с фокусным расстоянием и диаметром D0 и ПЗС-матрицу размером d×d1, установленную в фокальной плоскости объектива 9.In front of the first
Светоделитель 8 выполнен в виде призмы-куба, полупрозрачная отражающая поверхность которого, совпадающая с диагональной плоскостью призмы-куба, ориентирована под углом 45° к оси объектива 9 и перпендикулярна плоскости расположения оптических осей дополнительных объективов 6 и 6'. На пересечении оптической оси второго дополнительного объектива 6' и перпендикуляра, восстановленного из точки пересечения отражающей поверхности призмы-куба с осью объектива 9, в плоскости расположения оптических осей объективов 6 и 6' перпендикулярно этой плоскости установлен отражатель 7, нормаль к которому расположена под углом к оптической оси второго дополнительного объектива 6'.The
Диаметры Dк объективов 6 и 6' выбираются из условия Dк≤D0 в соответствии с требованиями к допустимой величине геометрического преобразования изображения светового сечения объекта с максимальной величиной H.The diameters D to the lenses 6 and 6 'are selected from the condition D to ≤D 0 in accordance with the requirements for the allowable value of the geometric transformation of the image of the light section of the object with a maximum value of H.
Обработка результатов измерений производится с помощью компьютера 11 с дисплеем 12.Processing of the measurement results is carried out using a computer 11 with a display 12.
Плоскопараллельные пластинки 13 и 13' установлены перед входными зрачками объективов 6 и 6'.Plane-parallel plates 13 and 13 'are installed in front of the entrance pupils of the
Поскольку фокальные плоскости объективов 6 и 6' совпадают с плоскостью объекта, на их выходе формируются параллельные пучки, которые затем фокусируются объективом 9, формируя в плоскости изображения ПЗС-матрицы 10 изображения светового контура лопатки в выбранном сечении. При этом, по свойству телескопических систем с параллельным ходом лучей между компонентами [2], различия оптических путей между объективами 6 и 6' и объективом 9 не приводят к изменению резкости и масштабов изображений, формируемых этими элементами оптической системы.Since the focal planes of the
Для точного измерения размеров сечений производится предварительная калибровка профилометра по тест-объекту. Калибровка производится для двух взаимно перпендикулярных направлений с целью исключения влияния на результаты измерений ракурсных искажений, обусловленных тем, что размер сечения в направлении, перпендикулярном оси объективов (Hα), связан с истинной его величиной H очевидным соотношением Hα=H·cosα.For accurate measurement of cross-sectional dimensions, the profilometer is pre-calibrated according to the test object. Calibration is performed for two mutually perpendicular directions in order to exclude the influence of angle distortion on the measurement results due to the fact that the cross-sectional dimension in the direction perpendicular to the lens axis (Hα) is related to its true value H by the obvious relation Hα = H · cosα.
Соответствующие поправки автоматически учитываются компьютером, входящим в состав профилометра.Corresponding corrections are automatically taken into account by the computer included in the profilometer.
Плоскопараллельные пластинки 13 и 13' установлены перед объективами 6 и 6' перпендикулярно их оптическим осям с возможностью угловых разворотов относительно взаимно перпендикулярных осей. Для первой пластинки 13 ось вращения перпендикулярна плоскости, образованной оптическими осями объективов 6 и 6', и параллельна вертикальному диаметру входного зрачка объектива 6. Ось вращения второй пластинки 13' лежит в плоскости, образованной осями объективов 6 и 6', и параллельна горизонтальному диаметру входного зрачка объектива 6. Механизмы разворотов на фиг.1 не показаны в силу общеизвестности технического решения [2].Plane-parallel plates 13 and 13 'are mounted in front of the
Юстировка, т.е. совмещение световых сечений противоположных сторон лопатки 1, производится в следующей последовательности.Adjustment i.e. the combination of the light sections of the opposite sides of the blade 1 is made in the following sequence.
Сначала разворотами отражателя 7 производится предварительное светоделение изображений. Затем разворотом одной из пластинок, например 13, производится совмещение сечений по вертикали (фиг.2,а). После этого производится совмещение изображений по горизонтали разворотами второй пластинки 13' (фиг.2,б) до полного их слияния (фиг.2,в). Контроль совмещения производится оператором по изображению сечения на дисплее 12 с точностью ΔB (по вертикали) и ΔГ (по горизонтали). ОбычноFirst, the turns of the reflector 7 is a preliminary beam-splitting of images. Then, by turning one of the plates, for example 13, the vertical sections are aligned (Fig. 2, a). After that, the image is horizontally aligned with the turns of the second plate 13 '(Fig.2, b) until they are completely merged (Fig.2, c). Combining control by the operator of the image on the display section 12 to within Δ B (vertical) and delta T (horizontal). Usually
ΔВ=ΔГ.Δ B = Δ G.
Рассмотрим численный пример действия предлагаемого механизма совмещения элементов светового сечения лопатки.Consider a numerical example of the proposed mechanism for combining elements of the light section of the scapula.
В пилотном образце профилометра использованы пластинки из красного стекла марки КС-19, светопропускание которого на длине волны излучения лазеров 4 и 4' (λ=0,63 мкм) не менее τ=0,8 при толщине пластинки B=2 мм, и равно τ≤0,1 длин волн, меньших λ≤0,63 мкм (фиг.3), т.к. в спектре фонового излучения (солнце, лампы дневного света и т.п.) в основном присутствует излучение в диапазоне длин волн 0,4÷0,6 мкм. Они эффективно селектируются стеклом пластинок, что обеспечивает высокий контраст изображения светового сечения независимо от колебаний интенсивности излучения фона.In the pilot sample of the profilometer, KS-19 brand red glass plates were used, the light transmission of which at the radiation wavelength of lasers 4 and 4 '(λ = 0.63 μm) is not less than τ = 0.8 with the plate thickness B = 2 mm, and is equal to τ≤0,1 wavelengths less than λ≤0,63 μm (figure 3), because the spectrum of background radiation (sun, fluorescent lamps, etc.) mainly contains radiation in the wavelength range of 0.4 ÷ 0.6 μm. They are effectively selected by glass of plates, which provides a high contrast image of the light section regardless of fluctuations in the intensity of background radiation.
Таким образом, пластинки 13 и 13' выполняют две функции - фильтрацию фонового излучения и тонкое юстировочное смещение фрагментов светового сечения.Thus, the plates 13 and 13 'perform two functions - filtering the background radiation and fine alignment shift of fragments of the light section.
Как известно, смещение изображения в плоскости объектов при повороте пластинки толщиной B на угол γ определяется соотношениемAs is known, the image shift in the plane of objects when rotating a plate of thickness B by an angle γ is determined by the relation
, ,
где n - показатель преломления материала пластинки.where n is the refractive index of the plate material.
Реально требуемая точность совмещения изображений в плоскости объекта равна Δ=±0,01 мм. В то же время для уверенного выполнения операции совмещения фрагментов изображения угол поворота пластинки γ, соответствующий данной величине Δ, должен быть порядка γ≥2÷3° и γ=0,04÷0,06 радиан, что обусловлено как эргономическими требованиями, так и требованиями к радиационной точности изготовления механизма поворота пластинок.The actual required accuracy of image alignment in the plane of the object is Δ = ± 0.01 mm. At the same time, in order to confidently perform the operation of combining image fragments, the rotation angle of the plate γ corresponding to a given Δ value should be of the order of γ≥2 ÷ 3 ° and γ = 0.04 ÷ 0.06 radians, which is due to both ergonomic requirements and requirements for radiation accuracy of manufacturing the mechanism of rotation of the plates.
Поэтому толщина пластинки должна выбираться с учетом соотношения, получаемого из вышеприведенной формулы , здесь - константа материала пластинки (для стекла КС-19 n≅1,50 и K≅3,0). Для Δ=0,01 мм, K=0,3 и γ=0,02 рад имеем , что практически вполне приемлемо.Therefore, the thickness of the plate should be selected taking into account the ratio obtained from the above formula , here is the constant of the plate material (for KS-19 glass n≅1.50 and K≅3.0). For Δ = 0.01 mm, K = 0.3 and γ = 0.02 rad, we have which is almost completely acceptable.
Данный пример иллюстрирует чувствительность механизма совмещения.This example illustrates the sensitivity of the alignment mechanism.
Отметим, что при использовании в качестве юстировочного элемента отражателя 7 необходимая величина его углового смещения для обеспечения той же точности совмещения Δ=0,01 мм составляет Δβ=0,0001 рад, что делает практически невыполнимыми требования к точности изготовления соответствующего механизма его поворотов.Note that when using reflector 7 as an adjustment element, the required value of its angular displacement to ensure the same alignment accuracy Δ = 0.01 mm is Δβ = 0.0001 rad, which makes the requirements for the accuracy of manufacturing of the corresponding mechanism of its rotation practically impossible.
Реально величина рассогласования фрагментов светового сечения при предварительной юстировке с помощью отражателя 7 составляет ±0,1÷0,3 мм в плоскости объекта. Диапазон поворотов пластинок для ночного совмещения фрагментов при вышеуказанных параметрах пластинок (B≈1,5 мм, n=1,50) составляет γ≅0,6÷0,8 рад, или γ≈±10°, что также практически приемлемо и не вызывает заметных аберраций в изображениях фрагментов сечения.Actually, the value of the mismatch of the fragments of the light section during preliminary alignment using the reflector 7 is ± 0.1 ÷ 0.3 mm in the plane of the object. The rotation range of the plates for night alignment of fragments with the above parameters of the plates (B≈1.5 mm, n = 1.50) is γ≅0.6 ÷ 0.8 rad, or γ≈ ± 10 °, which is also practically acceptable and not causes noticeable aberrations in images of sectional fragments.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Лазерный профилометр. Решение о выдаче патента по заявке 2004131383/28, от 28.10.2004 г. МПК G01В 11/24 (2006.01).1. Laser profilometer. The decision to grant a patent on the application 2004131383/28, dated 28.10.2004, IPC G01B 11/24 (2006.01).
2. Справочник конструктора оптико-механических приборов, под ред. Кругера М.Я., Машиностроение, 1980. 742 с.2. Handbook of the designer of optical-mechanical devices, ed. Kruger M.Ya., Mechanical Engineering, 1980.742 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006141490/28A RU2362118C2 (en) | 2006-11-24 | 2006-11-24 | Laser profile metre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006141490/28A RU2362118C2 (en) | 2006-11-24 | 2006-11-24 | Laser profile metre |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006141490A RU2006141490A (en) | 2008-05-27 |
RU2362118C2 true RU2362118C2 (en) | 2009-07-20 |
Family
ID=39586355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006141490/28A RU2362118C2 (en) | 2006-11-24 | 2006-11-24 | Laser profile metre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2362118C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110141724B (en) * | 2019-06-04 | 2024-08-30 | 苏州慧尔生医疗科技有限公司 | Drip speed monitoring device of infusion apparatus drip cup |
-
2006
- 2006-11-24 RU RU2006141490/28A patent/RU2362118C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006141490A (en) | 2008-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI656705B (en) | Semiconductor detection and metrology system using a laser pulse multiplier | |
CN100552378C (en) | Laser emission axle and mechanical reference surface method for measuring coaxiality based on angle prism | |
EP2813801B1 (en) | Interferometer system and method to generate an interference signal of a surface of a sample | |
US9239237B2 (en) | Optical alignment apparatus and methodology for a video based metrology tool | |
US20140340691A1 (en) | Enhancements to integrated optical assembly | |
US12000752B2 (en) | Deflectometry measurement system | |
CN109358435B (en) | Device and method for adjusting perpendicularity of double telecentric lenses | |
US8767200B2 (en) | Luminous flux branching element and mask defect inspection apparatus | |
JP2002098591A (en) | Spectral oval polarimeter provided with refractive lighting optical system | |
RU2697436C1 (en) | Method for angular reflector angular parameters measurement and device for its implementation | |
RU2362118C2 (en) | Laser profile metre | |
CN105758333B (en) | A kind of long-range Optical Surface detector | |
EP0128183B1 (en) | Inspection apparatus and method | |
CN104880832A (en) | Spectrum reconstruction system for focusing measurement | |
CN102539120B (en) | Measuring method for spectral reflectance of off-axis R-C system | |
CN111220094B (en) | Three-dimensional attitude measurement method based on photoelectric autocollimator | |
RU2369835C1 (en) | Laser profilometre | |
RU2361175C2 (en) | Laser profilometre | |
RU2179789C2 (en) | Laser centering mount for x-ray radiator | |
JPH01143906A (en) | Measuring instrument for parallelism between front and rear surfaces of opaque body | |
Tsvetkov et al. | Measurement of optical characteristics of catadioptric retroreflectors | |
RU2295712C2 (en) | Method of measuring coefficients of spherical aberration | |
US20240219699A1 (en) | High-performance euv microscope device with free-form illumination system structure | |
US20240045338A1 (en) | High-performance euv microscope device with free-form illumination system structure having elliptical mirror | |
RU2280963C1 (en) | Laser localizer for x-ray emitter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091125 |