RU2369835C1 - Лазерный профилометр - Google Patents
Лазерный профилометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369835C1 RU2369835C1 RU2008107966/28A RU2008107966A RU2369835C1 RU 2369835 C1 RU2369835 C1 RU 2369835C1 RU 2008107966/28 A RU2008107966/28 A RU 2008107966/28A RU 2008107966 A RU2008107966 A RU 2008107966A RU 2369835 C1 RU2369835 C1 RU 2369835C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- axis
- lens
- camera
- collimator lens
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Использование: для бесконтактного контроля профиля изделий сложной формы. Сущность заключается в том, что лазерный профилометр содержит механизмы крепления и продольного перемещения лопатки, лазерные источники щелевой подсветки лопатки, расположенные симметрично относительно лопатки с ее противоположных сторон и формирующие плоские световые пучки в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопатки, телекамеру и компьютер для вычисления параметров контролируемого сечения, при этом он дополнительно содержит коллиматорный объектив, ось которого совпадает с продольной осью лопатки и параллельна оптической оси объектива телекамеры, а передний его фокус совпадает с точкой пересечения продольной оси лопатки с плоскостью распространения лазерных источников щелевой подсветки лопатки, между коллиматорным объективом и объективом телекамеры расположена перископическая система, состоящая из зеркала и светоделителя, отражающие поверхности которых параллельны друг другу и расположены в плоскостях, перпендикулярных плоскости, образованной оптической осью коллиматорного объектива и осями лазерных источников щелевой подсветки лопатки, и установлены под углом 45° к оси коллиматорного объектива симметрично относительно этой оси, центры зеркала и светоделителя расположены на оси, перпендикулярной оси объектива телекамеры, параллельно осям лазерных источников щелевой подсветки и проходящей через точку пересечения оси объектива телекамеры с центром светоделителя. Технический результат - повышение метрологических характеристик. 3 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для бесконтактного контроля профиля изделий сложной формы, например лопаток для газотурбинных двигателей, винтов, проката и т.п.
Известно устройство для контроля профиля лопаток методом светового сечения, содержащее механизм крепления лопатки, оптическая ось объектива которого совпадает с продольной осью контролируемой лопатки, источники щелевой подсветки лопатки в плоскости, перпендикулярной ее продольной оси и формирующие из ее поверхности в заданном сечении тонкий световой поясок, очерчивающий контур этого сечения, который проектируется на экран, а также механизм перемещения лопатки вдоль ее продольной оси [1].
Недостаток устройства - невозможность получения контура лопаток сложной формы, например, с двойной кривизной и/или с устройством крепления их в роторе из-за эффекта экранирования контура этими элементами.
Известен лазерный профилометр, содержащий лазерные источники щелевой подсветки изделия в плоскости, перпендикулярной продольной оси объекта, телевизионную камеру и симметричные оптические системы, расположенные с различных сторон изделия для формирования изображений отдельных участков контура сечения, соединенных в одно изображение оптическим способом в плоскости ПЗС-матрицы камеры [2].
Недостаток устройства - сложность конструкции, высокая I стоимость, невысокие метрологические характеристики из-за неидентичности оптических характеристик каналов.
Цель изобретения - устранение недостатков.
Для этого в устройство, содержащее механизм крепления лопатки и ее перемещения вдоль ее продольной оси, лазерные источники щелевой подсветки лопатки в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопатки, телевизионную камеру с объективом и оптическую систему сведения изображений сечений элементов контура, дополнительно введен коллиматорный объектив диаметром Dk и с фокусным расстоянием fk, оптическая ось которого совпадает с продольной осью лопатки и параллельна оптической оси объектива телекамеры, а передний его фокус совпадает с точкой пересечения продольной оси лопатки с плоскостью распространения лазерных источников щелевой подсветки, диаметр объектива определяется выражением Dk≥fk·tgα, где - угол между оптической осью объектива и направлением визирования контролируемого сечения, при котором отсутствует его экранирование элементами лопатки высотой t′, расположенными на расстоянии Δ от контролируемого сечения, между коллиматорным объективом и объективом телекамеры расположена перископическая система, состоящая из зеркала и светоделителя, отражающие поверхности которых параллельны друг другу и расположены в плоскостях, перпендикулярных плоскости, образованной оптической осью коллиматорного объектива и осями лазерных источников щелевой подсветки лопатки, и установлены под углом 45° к оси коллиматорного объектива симметрично относительно этой оси, центры зеркала и светоделителя расположены на оси, перпендикулярной оси объектива телекамеры, параллельной осям лазерных источников щелевой подсветки и проходящей через точку пересечения оси объектива телекамеры с центром светоделителя, расстояние L между центрами зеркала и светоделителя выбирается из соотношения L<Dk, фокурное расстояние коллиматорного объектива выбирают из соотношения максимальная высота контролируемого сечения, f0 - фокусное расстояние объектива телекамеры, d - размер ПЗС-матрицы телекамеры, k=(0,8÷0,9) - коэффициент запаса, размер S стороны светоделительного кубика выбирается из соотношения S≥D0, где D0 - диаметр объектива телекамеры, а размеры зеркала А×В выбираются из соотношений A≥D0 и
Схема устройства показана на фиг.1-3.
Профилометр состоит из углов 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, формируемые 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.
В плоскости, образованной продольной осью лопатки и осями лазеров, расположена совпадающая с продольной осью лопатки оптическая ось коллиматорного объектива 6 диаметром Dk и фокусным расстоянием fk. Фокусы объективов 6 совмещены с точкой пересечения осей лазеров с продольной осью лопаток.
Перед коллиматорным объективом 6 на его оптической оси последовательно установлены светоделитель 8 и телекамера, содержащая объектив 9 с фокусным расстоянием f0 и диаметром D0 и ПЗС-матрицу размером d×d, установленную в фокальной плоскости объектива 9. Изображение профиля лопатки наблюдают на видеомониторе 11.
Светоделитель 8 выполнен в виде призмы-куба со сторонами S, полупрозрачная отражающая поверхность которого совпадает с диагональной плоскостью призмы-куба, ориентированной под углом 45° к оси объектива 9 и перпендикулярной плоскости расположения оптических осей лазеров и коллиматорного объектива 6.
Расстояние t между объективами 6 и 9 выбирается из соотношения t≥S·p, где р=(1,2÷1,3) - конструктивный допуск на установочный размер призмы-куба 8.
Центр зеркала 7 перископа, размером А×В, установлен на расстоянии L от центра светоделителя на оси, проходящей через точку его пересечения с осью объектива 9 перпендикулярно к ней, в плоскости, образованной осью объектива 9 и осями лазеров.
Устройство работает следующим образом.
При продольном перемещении лопатки вдоль ее оси у двух лазерных щелевых осветителей формируются изображения тонких световых полосок, точно отображающих профиль поперечного сечения лопатки в заданной плоскости.
Коллиматорный объектив 6 формирует параллельные пучки лучей, которые пространственно совмещаются отражателем 7, и светоделителем 8, и объективом 9 и фокусируются на поверхности ПЗС-матрицы 10, образуя изображения профиля лопатки, состоящие из двух оптически совмещенных частей (фиг.3). При настройке оптической системы профилометра точное совмещение этих раздельных изображений производится котировочными разворотами отражателя 7 с помощью соответствующих механизмов, не показанных на схеме в силу общеизвестности [3].
Необходимость наблюдения различных сторон лопатки с помощью двух объективов, расположенных под углом к продольной оси лопатки, обусловлена наличием на передних кромках современных лопаток крепления для установки в корпусах турбин и/или двойной кривизны лопатки, что приводит к экранированию сечений, расположенных в непосредственной близости от этих элементов (фиг.2). Выбор угла α производится из очевидного соотношения α>arctg(t/Δ), где t' - высота экранирующего элемента, Δ - расстояние от него до контролируемого сечения.
Поскольку фокальная плоскость коллиматорного объектива 6 совпадает с плоскостью объекта, на его выходе формируются параллельные пучки, которые затем фокусируются объективом 9, формируя в плоскости изображения ПЗС-матрицы 10 изображение светового контура лопатки в выбранном сечении.
При этом, по свойству телескопических систем с параллельным ходом лучей между компонентами [3], различие оптических лучей между объективами 6 и объективом 9 не приводит к изменению масштабов изображений, формируемых этими элементами оптической системы.
Масштаб изображения сечения в плоскости ПЗС-матрицы для оптической системы с параллельным ходом лучей между I компонентами, как известно, равен m=f0/fk [3].
При этом изображение Н сечения лопатки максимального размера не должно выходить за пределы приемной площадки ПЗС-матрицы размером d с учетом допуска на возможные смещения этого изображения за счет вариации размеров лопаток и различных технологических факторов (фиг.2). Т.к. , то условие выбора фокусного расстояния дополнительных объективов можно записать в виде , где k=(0,6÷0,9) - конструктивный коэффициент запаса, учитывающий случайные смещения изображения.
Для точного измерения размеров сечений производится предварительная калибровка профилометра по тест-образцам известного размера. Калибровка производится для двух взаимно перпендикулярных направлений с целью исключения влияния на результаты измерения ракурсных искажений, обусловленных тем, что размер сечения в направлении, перпендикулярном оси объективов (Нα), связан с истинной его величиной Н очевидным соотношением Нα=Н cos α.
Соответствующие поправки автоматически учитываются компьютером, входящим в состав профилометра.
Существенно, что изображения сечений противоположных сторон лопатки деформируются одним и тем же объективом. Это обеспечивает высокие метрологические характеристики оптической системы профилометра. Перископ может быть выполнен в виде компактного моноблока из двух склеенных призм (при этом вместо зеркала 7 используется прямоугольная призма полного внутреннего отражения). Учитывая высокую точность оптической технологии (допуск на углы призм составляет 1″÷2″ угл. сек) это позволит дополнительно повысить точность и стабильность работы профилометра.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рабинович А.Н. Приборы и системы автоматического контроля размеров деталей машин. Киев. Техника, 1970, 206 с.
2. Патент RU 2 285 234 С2. Лазерный профилометр.
3. Справочник конструктора оптико-механических приборов. / Под ред. Кругера М.Я. М.: Машиностроение, 1980, 742 с.
Claims (1)
- Лазерный профилометр для контроля профиля сложной формы типа лопаток газотурбинных двигателей методом светового сечения, содержащий механизмы крепления и продольного перемещения лопатки, лазерные источники щелевой подсветки лопатки, расположенные симметрично относительно лопатки с ее противоположных сторон и формирующие плоские световые пучки в плоскости, перпендикулярной продольной оси лопатки, телекамеру и компьютер для вычисления параметров контролируемого сечения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коллиматорный объектив с фокусным расстоянием fk, ось которого совпадает с продольной осью лопатки и параллельна оптической оси объектива телекамеры, а передний его фокус совпадает с точкой пересечения продольной оси лопатки с плоскостью распространения лазерных источников щелевой подсветки лопатки, диаметр коллиматорного объектива определяется выражением Dk≥2fk·tgα, где - угол между оптической осью коллиматорного объектива и направлением визирования контролируемого сечения, при котором отсутствует его экранирование элементами лопатки высотой t′, расположенными на расстоянии Δ от контролируемого сечения, между коллиматорным объективом и объективом телекамеры расположена перископическая система, состоящая из зеркала и светоделителя, отражающие поверхности которых параллельны друг другу и расположены в плоскостях, перпендикулярных плоскости, образованной оптической осью коллиматорного объектива и осями лазерных источников щелевой подсветки лопатки и установлены под углом 45° к оси коллиматорного объектива симметрично относительно этой оси, центры зеркала и светоделителя расположены на оси, перпендикулярной оси объектива телекамеры, параллельно осям лазерных источников щелевой подсветки и проходящей через точку пересечения оси объектива телекамеры с центром светоделителя, расстояние L между центрами зеркала и светоделителя выбирается из соотношения L≤Dk, фокусное расстояние коллиматорного объектива выбирают из соотношения где Н - максимальная высота контролируемого сечения, f0 - фокусное расстояние объектива телекамеры, d -размер ПЗС- матрицы телекамеры, k=(0,8÷0,9) - коэффициент запаса, размер S стороны светоделительного кубика выбирается из соотношения S≥D0, где D0 - диаметр объектива телекамеры, а размеры зеркала А×В выбираются из соотношений A≥D0 и
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107966/28A RU2369835C1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Лазерный профилометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008107966/28A RU2369835C1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Лазерный профилометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2369835C1 true RU2369835C1 (ru) | 2009-10-10 |
Family
ID=41261007
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008107966/28A RU2369835C1 (ru) | 2008-03-04 | 2008-03-04 | Лазерный профилометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2369835C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542633C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Лазерный толщиномер и способ его калибровки |
RU2807464C1 (ru) * | 2022-12-01 | 2023-11-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Лазерное устройство для формирования 3D изображения |
-
2008
- 2008-03-04 RU RU2008107966/28A patent/RU2369835C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542633C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Лазерный толщиномер и способ его калибровки |
RU2807464C1 (ru) * | 2022-12-01 | 2023-11-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Лазерное устройство для формирования 3D изображения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210025697A1 (en) | Optical assembly, method for producing data in the same, and method for manufacturing structure | |
CN100451540C (zh) | 采用热靶技术对大型光电测控设备三轴平行性检测的装置 | |
CN110207588B (zh) | 一种角锥棱镜光学顶点瞄准装置的装调方法 | |
US3652167A (en) | Optical image splitting systems | |
CN105784335A (zh) | 一种标定基准镜法线方向的辅助光校装置及方法 | |
CN103116209B (zh) | 一种多光轴成像仪的光轴平行性调校方法 | |
CN108168468B (zh) | 一种内设激光瞄准器的可调焦式光电自准直仪及瞄准方法 | |
CN109358435B (zh) | 一种双远心镜头垂直度的调整装置和调整方法 | |
CN111664803B (zh) | 一种离轴抛物面反射镜快速检测方法及装置 | |
CN105758333B (zh) | 一种长程光学表面面形检测仪 | |
RU2369835C1 (ru) | Лазерный профилометр | |
RU2697436C1 (ru) | Способ измерений угловых параметров уголкового отражателя и устройство для его осуществления | |
CN105737758B (zh) | 一种长程面形测量仪 | |
CN105092212B (zh) | 阵列角反射器指向精度测量***及方法 | |
RU2612918C1 (ru) | Устройство для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали (варианты) | |
US6219146B1 (en) | Laser reflector alignment | |
CN106643798B (zh) | 一种可见光目标模拟*** | |
CN114838916A (zh) | 衍射光波导的测试***、方法及装置 | |
US20180080754A1 (en) | Interferometer for measuring qualities of large size objects | |
US3347130A (en) | Optical measuring instruments | |
RU2285234C2 (ru) | Лазерный профилометр | |
CN205505989U (zh) | 一种长程光学表面面形检测*** | |
CN105674913A (zh) | 一种长程光学表面面形检测*** | |
RU67249U1 (ru) | Устройство для контроля перпендикулярности визирной оси оптических приборов установочной плоскости | |
RU2362118C2 (ru) | Лазерный профилометр |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110305 |