RU5644U1

RU5644U1 - OPTOELECTRONIC SYSTEM FOR MEASURING THE PROFILE OF PRESS FORMS

Info

Publication number: RU5644U1
Application number: RU96111533/20U
Authority: RU
Inventors: Р.М. Галиулин; Ж.М. Бакиров; Д.Р. Богданов; К.О. Шулюпин
Original assignee: Галиулин Равиль Масгутович
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1997-12-16

Abstract

1. Оптоэлектронная система для измерения профиля пресс-форм, содержащая средство для съема информации и средство для отображения информации, отличающаяся тем, что средство для съема информации включает в себя оптомеханический модуль и электронный блок первичной обработки сигналов, а средство для отображения информации представляет собой блок анализа, обработки и представления информации, в качестве которого использован компьютер, причем оптомеханический модуль состоит из стола, выполненного с возможностью перемещения по двум взаимно перпендикулярным координатам x, y горизонтальной плоскости, для измерения которых он снабжен датчиками линейных перемещений, на поверхности стола выполнены пазы для закрепления оснастки для установки измеряемой прессформы, а на вертикальном кронштейне, жестко связанном с неподвижным основанием стола, закреплена оптоэлектронная головка, включающая в себя лазер, оптически связанные между собой объектив и интегральную многоэлементную фотоматрицу, выход которой связан с первым входом электронного блока первичной обработки сигналов, второй и третий входы которого соединены с датчиками линейных перемещений, а выход - с входом блока анализа, обработки и представления информации.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что оснастка для установки измеряемой пресс-формы состоит из двух полозьев, жестко закрепленных на поверхности стола, имеющих продольные пазы, в которые входят винты, с помощью которых к полозьям крепятся винтовые упоры и фиксирующий эксцентрик, а также двух винтовых упоров, закрепляемых в пазах на поверхности стола, причем один из них выполнен регулируемым, для чег1. An optoelectronic system for measuring the profile of molds containing means for acquiring information and means for displaying information, characterized in that the means for acquiring information includes an optomechanical module and an electronic unit for primary signal processing, and the means for displaying information is a unit analysis, processing and presentation of information, which is used as a computer, and the optomechanical module consists of a table made with the possibility of moving along two mutually perpendicular to the x, y coordinates of the horizontal plane, for the measurement of which it is equipped with linear displacement sensors, grooves are made on the surface of the table for fixing equipment for installing the measured mold, and an optoelectronic head including a laser is mounted on a vertical bracket rigidly connected to the stationary base of the table optically interconnected lens and integrated multi-element photomatrix, the output of which is connected to the first input of the electronic signal processing unit, the swarm and third inputs of which are connected to linear displacement sensors, and the output - to the input of the analysis, processing and presentation of information block. 2. The system according to claim 1, characterized in that the equipment for installing the measured mold consists of two runners, rigidly fixed to the table surface, having longitudinal grooves, which include screws, with which screw stops and a fixing eccentric are attached to the runners, and also two screw stops fixed in grooves on the surface of the table, and one of them is made adjustable for

Description

„ ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПРЕССФОРМ. Полезная модель относится к области бесконтактного оптического контроля профиля деталей сложной формы, например профиля прессформ для литья пера компрессорных и турбинных лопаток и др. В настоящее время на машиностроительных предприятиях проектирование прессформ осуществляется с помощью системы САПР CAD с последующим изготовлением их на станках с ЧПУ. После изготовления прессформы ее доводят вручную, контролируя геометрию поверхности с помощью шаблонов. Многократно проводя операцию измерения и ручной доводки добиваются соответствия профиля прессформы размерам, заданным по чертежу. При этом измерения производятся в заданных сечениях профиля, которые отмечаются с помощью сквозных отверстий на полках прессформы. Для каждого такого сечения необходимо изготовить шаблон, соответствующий идеальному профилю в данном сечении. Для периодической проверки шаблонов изготавливают контр-шаблоны. Степень несоответствия профиля прессформы чертежным размерам улавливают на глаз по просвету между прессформой и шаблоном 1. Недостатком измерения профиля прессформы с помощью шаблонов является низкая точность, обусловленная большим шагом между контролируемыми сечениями, а также субъективностью визуального способа съема информации. МПКб G 01 В 11/24“OPTOELECTRONIC SYSTEM FOR MEASURING THE PROFILE OF THE PRESSFORM. The utility model relates to the field of non-contact optical control of the profile of parts of complex shape, for example, the profile of molds for molding the feathers of compressor and turbine blades, etc. Currently, in engineering enterprises, mold design is carried out using the CAD CAD system, followed by their manufacture on CNC machines. After manufacturing the mold, it is finished manually, controlling the geometry of the surface using templates. Repeatedly carrying out the measurement operation and manual fine-tuning, they achieve compliance of the mold profile with the dimensions specified in the drawing. In this case, measurements are made in predetermined sections of the profile, which are marked with through holes on the shelves of the mold. For each such section, it is necessary to produce a template corresponding to the ideal profile in this section. For periodic checking of templates, counter-templates are made. The degree of mismatch of the mold profile to the drawing dimensions is detected by eye in the gap between the mold and the template 1. The disadvantage of measuring the mold profile using templates is the low accuracy due to the large step between the controlled sections, as well as the subjectivity of the visual method of acquiring information. MPKb G 01 V 11/24

Действительно, величина погрешности, которую может уловить контролер на глаз не может быть меньше 30-50 мкм. Такая точность измерения не соответствует современным требованиям, особенно в авиационной промьш1ленности. Другим недостатком является высокая трудоемкость изготовления дополнительной измерительной оснастки - шаблонов и контр-шаблонов, а также проведения измерительно-доводочных операций, на которых теряется весь выигрыш во времени и средствах, достигнутый за счет перехода на систему САПР и станки с ЧПУ. В результате время освоения новых изделий увеличивается до 7-9 месяцев.Indeed, the magnitude of the error that the controller can catch by eye cannot be less than 30-50 microns. Such measurement accuracy does not meet modern requirements, especially in the aviation industry. Another disadvantage is the high complexity of manufacturing additional measuring equipment - templates and counter-templates, as well as carrying out measuring and finishing operations, which lose all the gain in time and money achieved by switching to a CAD system and CNC machines. As a result, the development time of new products increases to 7-9 months.

Целью создания заявляемой полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков, а именно повьш1ение точности измерения при одновременном снижении трудоемкости и стоимости вспомогательной оснастки.The purpose of creating the claimed utility model is to eliminate the above drawbacks, namely, to increase the accuracy of the measurement while reducing the complexity and cost of auxiliary equipment.

Поставленная цель достигается тем, что в системе для измерения профиля прессформ, содержащей средство для съема информации и средство для отображения информации, средство для съема информации включает в себя оптомеханический модуль, электронный блок первичной обработки сигналов, а средство для отображения информации представляет собой блок анализа, обработки и представления информации в качестве которого использован компьютер, причем оптомеханический модуль состоит из стола, выполненного с возможностью перемещения по двум взаимно перпендикулярным координатам X, Y горизонтальной плоскости, для измерения которых он снабжен датчиками линейных перемещений, на верхней поверхности стола выполнены пазы для закрепления оснастки для установкиThis goal is achieved by the fact that in the system for measuring the profile of the molds containing means for acquiring information and means for displaying information, means for acquiring information includes an optomechanical module, an electronic unit for primary signal processing, and the means for displaying information is an analysis unit, processing and presenting information in which the computer is used, and the optomechanical module consists of a table made with the possibility of moving along two mutually To the perpendicular X, Y coordinates of the horizontal plane, for the measurement of which it is equipped with linear displacement sensors, grooves are made on the upper surface of the table to secure the equipment for installation

измеряемой прессформы, а на вертикальном кронштейне, жестко связанном с неподвижным основанием стола закреплена оптозлектронная головка, включающая в себя лазер, оптически связанные между собой объектив и интегральную многоэлементную фотоматрицу, выход которой связан с первым входом электронного блока первичной обработки сигналов, второй и третий входы которого соединены с датчиками линейных перемещений, а выход со входом блока анализа, обработки и представления информации.of the measured mold, and an optoelectronic head is mounted on a vertical bracket rigidly connected to the fixed base of the table, which includes a laser, an optically coupled lens and an integrated multi-element photomatrix, the output of which is connected to the first input of the electronic signal processing unit, the second and third inputs of which connected to linear displacement sensors, and the output with the input of the block analysis, processing and presentation of information.

Поставленная цель достигается также тем, что оснастка для установки измеряемой прессформы состоит из двух жестко закрепленных на поверхности стола полозьев, имеющих на своей поверхности продольные пазы, с помощью которых к полозьям крепятся упоры и фиксирующий эксцентрик, а также двух упоров, закрепляемых в пазах на поверхности стола, причем один из них выполнен регулируемым, для чего отверстия под крепежные винты представляют собой продольные сквозные пазы.This goal is also achieved by the fact that the equipment for installing the measured mold consists of two runners rigidly fixed to the table surface, having longitudinal grooves on their surface, with which stops and a fixing eccentric are attached to the runners, as well as two stops fixed in grooves on the surface table, and one of them is made adjustable, for which the holes for the mounting screws are longitudinal through grooves.

На фиг. 1 показан общий вид заявляемой оптоэлектронной системы; на фиг. 2 показана оснастка для закрепления прессформы при измерениях.In FIG. 1 shows a General view of the inventive optoelectronic system; in FIG. 2 shows a tool for securing the mold during measurements.

Заявляемая оптоэлектронная система для измерения профиля прессформ фиг.1 состоит из опто-механического модуля 1, электронного блока первичной обработки сигналов 2, блока обработки, анализа и представления информации 3, в качестве которого использован компьютер. Опто-механический модуль 1 состоит из двухкоординатного стола 4 с неподвижным основанием 5 иThe inventive optoelectronic system for measuring the profile of the molds of Fig. 1 consists of an opto-mechanical module 1, an electronic signal processing unit 2, a processing unit, an analysis and presentation of information 3, which is used as a computer. Opto-mechanical module 1 consists of a two-coordinate table 4 with a fixed base 5 and

связанным с ним кронштейном 6, на котором закреплена лазерная оптоэлектронная головка 7. Она включает в себя лазер 8, объектив 9 и интегральную многоэлементную фотоматрицу 10. Двухкоординатный стол 4 выполнен с возможностью перемещения по двум взаимно перпендикулярным координатам X,Y горизонтальной плоскости. Для этого стол снабжен двумя независимыми приводами не показаны, каждый из которых связан с датчиком линейных перемещений 11 и 12. На верхней поверхности стола 4 выполнены пазы 13 для установки вспомогательной оснастки для крепления измеряемой прессформы. Оснастка состоит из двух полозьев 14 жестко закрепленных с помощью винтов, входящих в пазы 13 поверхности стола 4. Полозья 14 снабжены продольными пазами 15, выполненными на их поверхности. В пазы 15 входят винты 16 с помощью которых к полозьям 14 крепятся упоры Y1, а также один фиксирующий эксцентрик 18. Упоры 17 и эксцентрик 18 фиксируют измеряемую прессформу 19 по оси X. По оси Y прессформа фиксируется с помощью упора 20, жестко закрепленного с помощью винтов, входящих в паз 13 на поверхности стола 4 и регулируемого винтового упора 21, отверстия под винты которого представляют собой продольные сквозные пазы 22. a bracket 6 connected to it, on which a laser optoelectronic head is mounted 7. It includes a laser 8, a lens 9, and an integrated multi-element photomatrix 10. A two-coordinate table 4 is arranged to move along two mutually perpendicular coordinates X, Y of the horizontal plane. For this, the table is equipped with two independent drives not shown, each of which is connected with a linear displacement sensor 11 and 12. On the upper surface of the table 4, grooves 13 are made for installing auxiliary equipment for attaching the measured mold. The tooling consists of two runners 14 rigidly fixed with screws entering the grooves 13 of the table surface 4. The runners 14 are provided with longitudinal grooves 15 made on their surface. The grooves 15 include screws 16 with which the stops Y1 are attached to the runners 14, as well as one fixing eccentric 18. The stops 17 and the eccentric 18 fix the measured mold 19 along the X axis. The Y axis is fixed using the stop 20, rigidly fixed with screws included in the groove 13 on the surface of the table 4 and an adjustable screw stop 21, the holes for the screws of which are longitudinal through grooves 22.

Электронный блок первичной обработки сигналов 2 содержит блок выделения и усиления видеосигнала 23, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоматрицы 10, а выход - со входом блока формирования информационного сигнала 24, второй вход которого соединен с первым выходом блока развертки 25, второй выход которого соединен со входомThe primary signal processing electronic unit 2 comprises a video signal extraction and amplification unit 23, the input of which is connected to the output of the integrated multi-element photomatrix 10, and the output is connected to the input of the information signal generating unit 24, the second input of which is connected to the first output of the scanner 25, the second output of which is connected with entrance

интегральной многоэлементной фотоматрицы 10. Выход блока формирования информационного сигнала 24 соединен с первым входом блока сопряжения 26, второй и третий входы которого соединены с датчиками линейных перемещений 11 и 12 стола 4, а выход соединен с блоком обработки, анализа и представления информации т.е. с компьютером 3.integral multi-element photomatrix 10. The output of the information signal generating unit 24 is connected to the first input of the interface unit 26, the second and third inputs of which are connected to the linear displacement sensors 11 and 12 of table 4, and the output is connected to the information processing, analysis and presentation unit i.e. with computer 3.

Работа заявляемой системы для измерения профиля прессформ основана на триангулярном способе измерения. На объект контроля - поверхность прессформы 19 направляют уз1сий луч от лазера 8. Изображение лазерного пятна, формируемого по диффузной составляющей отраженного лазерного луча, проецируется через объектив 9 на интегральную многоэлементную фотоматрицу 10. Электронный блок первичной обработки сигнала 2 обеспечивает развертку интегральной фотоматрицы 10 и соответствующую обработку видеосигнала, для выделения информации о положении центра проекции изображения пятна в требуемом динамическом диапазоне изменений интенсивности. Код центра положения пятна, соответствующий высоте профиля по координате Z вводится в компьютер 3. При изменении расстояния до объекта контроля 19, пропорционально меняется положение пятна на интегральной фотоматрице 10, от световой марки на объекте. По положению проекции пятна определяют дальность до объекта контроля по оси Z. Перемещая объект контроля прессформу 19 с помощью двухкоординатного стола 4 на определенный щаг, сканируют лазерным лучом соответствующее сечение. Далее, объект контроля вновь перемещается на определенный щаг и лазерный луч пробегает по следующемуThe operation of the inventive system for measuring the profile of molds is based on a triangular method of measurement. A narrow beam from the laser 8 is directed to the control object — the mold surface 19. The image of the laser spot formed by the diffuse component of the reflected laser beam is projected through the lens 9 onto the integrated multi-element photomatrix 10. The electronic signal processing unit 2 provides a scan of the integrated photomatrix 10 and the corresponding processing video signal to extract information about the position of the center of the projection of the image of the spot in the desired dynamic range of changes in intensity. The code of the center of the spot position corresponding to the height of the profile along the Z coordinate is entered into the computer 3. When the distance to the test object 19 changes, the position of the spot on the integrated photomatrix 10 proportionally changes from the light mark on the object. The distance to the test object along the Z axis is determined by the position of the projection of the spot. Moving the test object to the mold 19 using a two-coordinate table 4 to a specific pitch, the corresponding section is scanned with a laser beam. Further, the control object again moves to a certain step and the laser beam runs through the following

J //// JJ //// J

i сечению прессформы. Таким образом происходит измерение необходимого количества сечений прессформы с привязкой к координате стола, что позволяет получить в памяти компьютера полную информацию для восстановления профиля измеряемой поверхности. Организация взаимного движения прессформы и оптической головки может быть иной. Например, для проведения измерений по траектории окружности и др., движение координатного стола может осуществляться по двум координатам X и Y одновременно. Полученные данные анализируются, регистрируются и сравниваются с данными по чертежу размерами. Таким образом измеряется профиль одной стороны прессформы 19. В случае, если необходимо измерить геометрию двух половин одной прессформы, процесс измерения идет последовательно, путем установки второй половины на место первой. При этом, очень важно, чтобы установка обеих половин прессформы была одинаковой, т.е. системы координат прессформы для спинки и корыта лопатки должны совпасть. Этой цели и служит вспомогательная оснастка. Благодаря высокоточному, бесконтактному, скоростному методу измерения и современному методу обработки и отображения информации с помощью компьютера, в памяти которого записаны данные математической модели идеальной прессформы, заявляемая система позволяет резко повысить точность измерений, снизить их трудоемкость. В связи с тем, что шаг измерения профиля /шаг сканирования/ может быть неравномерным, в местах с большей кривизной задают более мелкий шаг и получают более достоверные результаты измерений, чем в прототипе. Кроме того.i section of the mold. Thus, the required number of mold sections is measured with reference to the table coordinate, which allows obtaining complete information in the computer memory to restore the profile of the measured surface. The organization of the mutual movement of the mold and the optical head may be different. For example, to take measurements along the trajectory of a circle, etc., the movement of the coordinate table can be carried out along two coordinates X and Y at the same time. The data obtained are analyzed, recorded and compared with the data according to the drawing dimensions. Thus, the profile of one side of the mold 19 is measured. If it is necessary to measure the geometry of two halves of one mold, the measurement process is carried out sequentially by installing the second half in place of the first. At the same time, it is very important that the installation of both halves of the mold is the same, i.e. coordinate systems of the mold for the back and trough of the scapula should match. This is the purpose of auxiliary equipment. Due to the high-precision, non-contact, high-speed measurement method and the modern method of processing and displaying information using a computer, in the memory of which data of the mathematical model of an ideal mold are recorded, the claimed system allows to sharply increase the accuracy of measurements and reduce their complexity. Due to the fact that the measurement step of the profile / scanning step / may be uneven, in places with greater curvature a smaller step is set and more reliable measurement results are obtained than in the prototype. Moreover.

устраняется погрешность, связанная с субъективным визуальным съемом информации. При использовании заявляемой системы отпадает необходимость изготовления большого числа шаблонов и контр-шаблонов, что само по себе является дорогостоящим и трудоемким процессом. Эффект от использования заявляемой системы многократно возрастает в случае перехода на современные методы изготовления и доводки прессформ с использованием станков с ЧПУ. В этом случае компьютер 3 объединяется в производственно - измерительный комплекс с компьютером, управляющим работой станка с ЧПУ. Это позволяет автоматически производить доводку профиля прессформы с образованием быстрой обратной связи.the error associated with subjective visual information retrieval is eliminated. When using the inventive system, there is no need to produce a large number of patterns and counter-patterns, which in itself is an expensive and time-consuming process. The effect of using the inventive system increases many times in the case of the transition to modern methods of manufacturing and fine-tuning molds using CNC machines. In this case, computer 3 is combined into a production and measuring complex with a computer that controls the operation of the CNC machine. This allows you to automatically fine-tune the mold profile with the formation of quick feedback.

Из вышесказанного видно, что применение заявляемой оптоэлектронной системы позволяет получить значительный экономический эффект при одновременном повьштении качества изготовления и снижении количества брака, а также сократить сроки освоения новых изделий до нескольких недель.From the foregoing, it can be seen that the use of the inventive optoelectronic system allows you to obtain significant economic benefits while improving the quality of production and reducing the number of defects, as well as reduce the development time of new products to several weeks.

Claims

1. An optoelectronic system for measuring the profile of molds containing means for acquiring information and means for displaying information, characterized in that the means for acquiring information includes an optomechanical module and an electronic unit for primary signal processing, and the means for displaying information is a unit analysis, processing and presentation of information, which is used as a computer, and the optomechanical module consists of a table made with the possibility of moving along two mutually perpendicular to the x, y coordinates of the horizontal plane, for the measurement of which it is equipped with linear displacement sensors, grooves are made on the surface of the table for fixing equipment for installing the measured mold, and an optoelectronic head including a laser is mounted on a vertical bracket rigidly connected to the stationary base of the table optically interconnected lens and integrated multi-element photomatrix, the output of which is connected to the first input of the electronic signal processing unit, the swarm and the third inputs of which are connected to linear displacement sensors, and the output - to the input of the analysis, processing and presentation of information block.

2. The system according to claim 1, characterized in that the equipment for installing the measured mold consists of two runners, rigidly fixed to the table surface, having longitudinal grooves, which include screws, with which screw stops and a locking eccentric are attached to the runners , as well as two screw stops fixed in grooves on the table surface, one of which is adjustable, for which the holes for the mounting screws are longitudinal through grooves.