ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПРЕСС-ФОРМ

„ 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
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.
Целью создания заявляемой полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков, а именно повьш1ение точности измерения при одновременном снижении трудоемкости и стоимости вспомогательной оснастки.
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 установки
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.
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.
На фиг. 1 показан общий вид заявляемой оптоэлектронной системы; на фиг. 2 показана оснастка для закрепления прессформы при измерениях.
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 и
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.
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 входом
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.
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 следующему
J //// 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.
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.
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.