專利名稱：外周為上下非對稱形狀的零件的方向檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測具有不對稱的上下形狀，例如錐形或偏心的曲面外部形狀的零件的方向的裝置和方法，所述零件例如是盤形、圓筒形、或環(huán)形零件，更具體地，所述零件是具有上下方向的發(fā)動機(jī)部件例如活塞環(huán)。
背景技術(shù)：
由于關(guān)系到全球環(huán)境問題，汽車發(fā)動機(jī)需要滿足更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和更高的性能要求。作為發(fā)動機(jī)部件，需要高性能的活塞環(huán)能夠帶來好的燃油經(jīng)濟(jì)性和低油耗。這種活塞環(huán)例如包括內(nèi)環(huán)和偏心筒面環(huán)(eccentric barrel face ring，簡稱BF環(huán))。
圖5(a)和5(b)分別示出了內(nèi)環(huán)1和偏心BF環(huán)2。
具有上下方向的活塞環(huán)例如這些內(nèi)環(huán)1和偏心BF環(huán)2在它們的上下方向正確時，可實(shí)現(xiàn)它們的功能。也就是說，這些環(huán)被設(shè)計成只有當(dāng)它們被以正確方向安裝在活塞上時才能實(shí)現(xiàn)所需功能。例如，當(dāng)內(nèi)環(huán)1的內(nèi)表面1a在如圖5(a)所示的上面時，內(nèi)環(huán)1可通過內(nèi)環(huán)下面上的內(nèi)周邊1b使高壓表面與環(huán)槽(未示出)的底面相接觸而提供良好的密封，從而防止油通過環(huán)的后側(cè)向上流入燃燒室。內(nèi)環(huán)1被彎曲成板狀，并安裝在活塞槽中。形成為板狀的狀態(tài)可以防止燃?xì)庑孤龃髩嚎s比并提供楔效應(yīng)(wedge effect)，所述楔效應(yīng)使得在燃燒室的側(cè)面上燃油容易地散布在氣缸的內(nèi)壁上。換句話說，如果內(nèi)表面1a位于下面上，就不能實(shí)現(xiàn)這些效果，并且會損害發(fā)動機(jī)的性能。
由于具有高功能性，目前市場上需要高精度的形狀和尺寸的活塞環(huán)、氣門挺桿、以及其它盤形圓柱形或環(huán)形零件。它們有時是這樣的設(shè)計，即很難用肉眼判別上下方向，例如圖5(b)中所示的偏心BF環(huán)。這些高精度活塞環(huán)經(jīng)受復(fù)雜的處理，不但在提供用于識別上部和下部的標(biāo)記等的加工步驟中，而且在制造過程的每個加工步驟中，必須識別這些零件的方向。在處理由于例如活塞環(huán)的非對稱上下外部形狀而具有方向的盤形、圓柱形或環(huán)形零件的過程中，必須在處理過程中保持零件的方向正確。
上面所述的對高功能性和高精度零件的需求使得需要一種識別具有非對稱上下外部形狀的盤形、圓柱形或環(huán)形零件，例如偏心BF環(huán)的上下方向的簡單方法(其很難通過肉眼判別上部和下部)，使得這些零件在整個過程中始終定位正確。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用可商業(yè)購買的通常具有小光斑(spot)尺寸的激光位移傳感器作為方向識別技術(shù)。利用這種方法，激光在被測量的橫截面上掃描，并且基于位移信號識別是頂面還是底面。
圖6(a)和6(b)示出了使用位移傳感器3識別活塞環(huán)4的方向的方法。
為了利用位移傳感器3檢測零件的上下方向，首先基于預(yù)先收集到的有關(guān)目標(biāo)活塞環(huán)4的形狀和尺寸的數(shù)據(jù)判別傳感器3正在測量哪個部分，然后基于獲得的位移數(shù)據(jù)識別方向。也就是說，活塞環(huán)4的上下方向通過圖6(a)所示的測量位移1與圖6(b)所示的測量位移2之間的不同來識別。這是因?yàn)槲灰苽鞲衅?利用小的光斑測量距離測量參考點(diǎn)的距離，而不測量活塞環(huán)4本身的形狀。利用這種方法，位移傳感器3或活塞環(huán)4必須移動以便掃描，因?yàn)闇y量時間長并且測量結(jié)果很容易受振動或溫度的影響。對于很難用肉眼識別方向的產(chǎn)品例如偏心BF環(huán)或外錐形環(huán)，尤其很難利用這種方法實(shí)現(xiàn)精確和容易識別方向，因此這種方法也不是很有效。換句話說，如果活塞環(huán)4被圖5(b)中所示的偏心BF環(huán)2替代，則上下面的檢測就變得很困難。
零件方向識別的其它非接觸方法包括使用LEDs或鹵光燈的圖像處理方法。這些方法通常涉及零件的照明部件，其提供識別方向的標(biāo)記(例如在帶有內(nèi)環(huán)的情況下的內(nèi)表面)，利用CCD相機(jī)俘獲被照亮部件和其它部件之間的亮度區(qū)別的圖像，并在一定亮度閾值下對圖像進(jìn)行二進(jìn)制處理以便基于圖像像素的面積或數(shù)量判別方向。這種方法增加了具有不同橫截面形狀的多種小批量產(chǎn)品的設(shè)置時間，根據(jù)每種產(chǎn)品必須改變最優(yōu)照明和攝影位置以及圖像處理的閾值。由于該方法的操作復(fù)雜，很可能出錯。此外，除了由于在圖像中的明顯不均衡而被判別為工件存在缺陷的情況外，利用簡單的二進(jìn)制圖像處理，即使工件在功能上沒有問題，也有可能得出錯誤的結(jié)果，因此需要復(fù)雜的圖像處理算法糾正這些錯誤的結(jié)果。這種算法必須嚴(yán)格檢查是否對每一種產(chǎn)品都是最優(yōu)的，并且對于新的產(chǎn)品，其設(shè)置需要很長時間。
其它方法包括使用杠桿指示表的接觸式方向識別方法，其中將接觸部分的位移轉(zhuǎn)化為電信號，基于所述電信號進(jìn)行判別。該方法使得可以簡單地進(jìn)行測量，但是由于其簡單的原理，在使用中其包括很多與精度有關(guān)的系數(shù)。鑒于指示表的端部隨著時間磨碎的問題，測量結(jié)果很容易受振動影響，并且對于每個方向識別的目標(biāo)物，必須根據(jù)橫截面形狀、表面粗糙度以及其它特性來選擇指示表端部的直徑和材料，因此其也不實(shí)用。
綜上所述，在生產(chǎn)或處理具有不對稱上下外形例如盤形、圓筒形或環(huán)形的零件例如偏心BF環(huán)的過程中，必須識別零件的方向。在生產(chǎn)多種產(chǎn)品的情況下，對于每種不連續(xù)的產(chǎn)品，用于方向識別的傳感器的最優(yōu)設(shè)置位置和條件以及照明裝置必須改變，這增加了操作者的負(fù)擔(dān)，并降低了生產(chǎn)量。為了應(yīng)對由于環(huán)境問題而引起的對高功能性環(huán)例如偏心BF環(huán)(其很難通過肉眼識別方向)的市場需求，需要一種技術(shù)能夠在處理過程中對這些零件進(jìn)行方向識別。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種方向檢測方法和裝置，用于方便可靠地識別零件的上表面和下表面，而不需花費(fèi)很多時間，從而能夠穩(wěn)定地處理肉眼很難識別方向的零件，例如盤形、圓筒形或環(huán)形的零件，通常為活塞環(huán)，同時提高操作效率和生產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明，一種檢測零件方向的方法的特征在于包括以下步驟將具有非對稱上、下外部形狀的零件放置在具有基準(zhǔn)塊的基準(zhǔn)面上；使放置在基準(zhǔn)面上的零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊相接觸；基于在零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊之間產(chǎn)生的間隙識別零件的上下方向。
此處，優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分處具有錐部。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分具有與零件的外周邊部的部分或整個橫截面形狀相一致的形狀。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分具有鏡面。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述零件是盤形零件、圓筒形零件和環(huán)形零件中的任何一種。
此外優(yōu)選地，所述零件是活塞環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于檢測零件方向的裝置，包括基準(zhǔn)面，具有非對稱上、下外部形狀的零件被放置在其上；基準(zhǔn)塊，其與放置在基準(zhǔn)面上的零件的外周邊部相接觸；橫跨基準(zhǔn)塊彼此相對布置的光源用照明裝置和檢測攝像機(jī)。
在本發(fā)明中，“盤形零件”包括薄的錐形或非錐形板，例如具有有限滑動表面的墊片，“圓筒形零件”包括具有偏心筒形或非對稱上下外部形狀的氣門挺桿，“環(huán)形零件”包括活塞環(huán)和閥片。
根據(jù)本發(fā)明，用短的時間就容易地在內(nèi)部系統(tǒng)中識別具有不對稱的上下形狀的零件，例如具有方向的盤形、圓筒形、或環(huán)形零件(更具體地為偏心BF環(huán))的上下方向，從而確保零件在正確的方向下被處理。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以可靠地防止零件在錯誤的方向下被處理而導(dǎo)致操作失誤。


圖1是本發(fā)明的用于偏心BF環(huán)的方向識別方法的一個實(shí)施例的側(cè)視圖，其中相關(guān)部件被去除；圖2是圖1的俯視圖；圖3(a)和3(b)是顯示圖1中的偏心BF環(huán)的方向如何被檢測的相關(guān)部分的放大視圖；圖4(a)和4(b)是本發(fā)明的用于錐形環(huán)的方向識別方法的另一個實(shí)施例的相關(guān)部分的放大視圖，圖4(a)顯示錐形環(huán)的頂面是如何被檢測的，圖4(b)顯示錐形環(huán)的底面是如何被檢測的。
圖5(a)和5(b)是具有一定方向的活塞環(huán)示例的透視圖，圖5(a)示出內(nèi)環(huán)的相關(guān)部分，圖5(b)示出偏心BF環(huán)的相關(guān)部分；以及圖6(a)和6(b)是解釋使用激光光斑位移傳感器的方向識別方法的一個示例的流程圖，圖6(a)顯示測量位移1，圖6(b)顯示測量位移2。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1-3(b)示出了本發(fā)明的用于偏心BF環(huán)P的上下方向檢測方法的一個實(shí)施例。
根據(jù)本實(shí)施例的方向檢測裝置10包括檢查工作臺11，其上形成有平面度為±0.05的基準(zhǔn)面12，偏心BF環(huán)放置在該基準(zhǔn)面上；帶有支承件14的柱形基準(zhǔn)塊13，其設(shè)置在檢查工作臺11的一側(cè)以便相對于基準(zhǔn)面12成垂直+0.05°地直立；帶有支承件17的光源用照明裝置15，其安裝在檢查工作臺11的一側(cè)使得照明面16與基準(zhǔn)塊13相對；帶有支承件20的CCD攝像機(jī)18，其安裝在檢查工作臺11的一側(cè)使得成像面19與光源用照明裝置15的照明面16相對；基于CCD攝像機(jī)18的測量結(jié)果進(jìn)行判別的判別裝置21；以及用于顯示來自CCD攝像機(jī)18的圖像的監(jiān)視器22。
在這種配置中，光源用照明裝置15和CCD攝像機(jī)18沿著偏心BF環(huán)P的切線彼此相對地布置，使得CCD攝像機(jī)18可采集在基準(zhǔn)塊13和位于基準(zhǔn)面12上的偏心BF環(huán)P的外周面Pa之間的接觸部處的間隙的圖像。因此，由CCD攝像機(jī)18采集的圖像包含偏心BF環(huán)P和基準(zhǔn)塊13的陰影(黑色圖像)和光源用照明裝置15的背景光(白色圖像)。這樣，所獲得的圖像允許容易地測量伸出和抵靠在基準(zhǔn)塊13上的偏心BF環(huán)P的外周邊部Pa的高度、寬度以及傾斜度。
更優(yōu)選地，基準(zhǔn)塊13與偏心BF環(huán)P的外周邊部Pa相接觸的部分是一鏡面。此處的鏡面粗糙度為Rz0.1或更小。通過使基準(zhǔn)塊13與偏心BF環(huán)P的外周邊部Pa相抵靠的部分為鏡面，來自光源用照明裝置15并穿過偏心BF環(huán)P的外周邊部和基準(zhǔn)塊13之間的間隙的光被鏡面反射或漫反射而增強(qiáng)，從而判別更加精確和容易。例如，當(dāng)與偏心BF環(huán)P的外周邊部相接觸的基準(zhǔn)塊13具有鏡面粗糙度為Rz0.1或更小的鏡面時，在接觸部處由圖像處理呈現(xiàn)為光斑(blob)的漏光部的面積是相同的環(huán)P使用表面粗糙度Rz大于0.1的基準(zhǔn)塊13(其不是此處定義的鏡面)測得的漏光部的1.8倍。
光源用照明裝置15例如是LED。優(yōu)選使用具有短波長或平行光照明的藍(lán)色LED。
判別裝置21使用圖像分析電路對由CCD攝像機(jī)18俘獲并被存放在圖像存儲器中的圖像進(jìn)行測量和分析從而識別偏心BF環(huán)P的上下方向。利用定量方法，基于圖案匹配關(guān)系，或者接觸部兩側(cè)上由圖像處理呈現(xiàn)為光斑的漏光部的重心或面積進(jìn)行判別。
下面描述根據(jù)該實(shí)施例的使用方向檢測裝置10檢測偏心BF環(huán)P的上下方向的方法。
首先，偏心BF環(huán)P被放置在基準(zhǔn)面12上，然后壓靠基準(zhǔn)塊13，如圖1和2所示。
接著，偏心BF環(huán)P由光源用照明裝置15從其切向方向照亮。然后，橫跨基準(zhǔn)塊13布置在發(fā)出光的對面的CCD攝像機(jī)18采集偏心BF環(huán)P的外周表面Pa和基準(zhǔn)塊13之間的接觸部的圖像。從光源用照明裝置15朝向CCD攝像機(jī)18發(fā)射出的光通過由偏心BF環(huán)P和基準(zhǔn)塊13形成的間隙漏過。例如，如圖3(a)和3(b)所示，CCD攝像機(jī)18采集上側(cè)的漏光部25和下側(cè)的漏光部26的圖像，其通過判別裝置21顯示在監(jiān)視器22上。由于圖3(a)與圖3(b)所示的示例相比，上側(cè)漏光部25比下側(cè)漏光部26大，因此可判斷偏心BF環(huán)P的上表面在上側(cè)。這種方向識別還可基于重心進(jìn)行。顯然，基于接觸部相對于偏心BF環(huán)P位于上側(cè)和下側(cè)的寬度可識別方向。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，偏心BF環(huán)P被放置在基準(zhǔn)面12上，其外周表面Pa抵靠基準(zhǔn)塊13，并且光從光源用照明裝置15朝向CCD攝像機(jī)18發(fā)出，從而基于穿過基準(zhǔn)塊13和偏心BF環(huán)P的外周表面Pa之間的接觸部處的間隙泄漏的光識別方向。這種方法使得在各個處理步驟中很難對方向進(jìn)行肉眼識別的偏心BF環(huán)P的方向判別變得很簡單，消除了環(huán)被錯誤放置的可能性。當(dāng)環(huán)在方向識別后被進(jìn)行希望的處理時，確保了它們在正確的方向下處理，因此這種方法使得容易生產(chǎn)高功能性和高精度的偏心BF環(huán)P。
在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)塊13通過支承件14被固定到檢查工作臺11上，基準(zhǔn)塊13還可被設(shè)計成可相對于放置在基準(zhǔn)面12上的偏心BF環(huán)P的外周表面Pa可移動，其可使用通過自動或手動方式使其沿水平方向平行移動的裝置，所述裝置例如是致動器，例如氣缸。在該實(shí)例中，基準(zhǔn)塊13朝向偏心BF環(huán)P與所述環(huán)的外周表面Pa相接觸。
此外，基準(zhǔn)塊13通過支承件14被固定到檢查工作臺11上，基準(zhǔn)塊13還可被集成在指示表中，偏心BF環(huán)P被安裝在指示表中使得環(huán)通過自身張力與基準(zhǔn)塊13相接觸。在該實(shí)例中，基準(zhǔn)塊13應(yīng)該以下述方式裝入指示表中，即當(dāng)偏心BF環(huán)P的外周表面Pa插入指示表中時與基準(zhǔn)塊相接觸。
在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)塊13是圓柱形，但這不是必須的，基準(zhǔn)塊13還可以是圓筒形或板狀。簡言之，只要與偏心BF環(huán)P的外周表面Pa相接觸的表面或直線相對于基準(zhǔn)面12是豎直的，則整個基準(zhǔn)塊13不需要相對于基準(zhǔn)面12為豎直。
在本實(shí)施例中，CCD攝像機(jī)18的測量結(jié)果由判別裝置21處理，來自CCD攝像機(jī)18的圖像被顯示在監(jiān)視器22上，不過也可以利用示波器處理來自CCD攝像機(jī)18的信號來判別。
圖4(a)和4(b)是用于錐形環(huán)T的本發(fā)明的上下方向識別方法的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與上述實(shí)施例的不同在于圖1和2所示的基準(zhǔn)塊13形成有與錐形環(huán)T的錐部Ta一致的錐部13a。在本實(shí)施例中使用的方向檢測裝置基本具有與圖1和2所示的裝置10相同的結(jié)構(gòu)，只是基準(zhǔn)塊13的外形不同，因此省略了參照附圖對裝置的描述。
在本實(shí)施例中，錐形環(huán)T也放置在方向檢測裝置10的基準(zhǔn)面12上，并壓靠基準(zhǔn)塊13。
接著，基于基準(zhǔn)塊13和錐形環(huán)T的錐部Ta之間的接觸部處的間隙來識別錐形環(huán)T的方向。即，光由光源用照明裝置15朝向CCD攝像機(jī)18發(fā)出，并且基于通過在錐形環(huán)T和基準(zhǔn)塊13之間形成的間隙泄漏的光的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對方向的判別。例如，當(dāng)錐形環(huán)1的頂面T1位于上面時，錐部Ta不與基準(zhǔn)塊13的錐部13a相匹配，如圖4(a)所示。而當(dāng)錐形環(huán)1的底面T2位于上面時，錐部Ta與基準(zhǔn)塊13的錐部13a相匹配，如圖4(b)所示。因此，當(dāng)錐形環(huán)T的頂面T1位于上面上時在錐形環(huán)T和基準(zhǔn)塊13之間的界面處的上側(cè)漏光部27和下側(cè)漏光部28之間的差與當(dāng)?shù)酌鎀2位于上面上時不同，基于此可識別方向。也可以不在基準(zhǔn)塊13上設(shè)置錐部而是使基準(zhǔn)面12形成與錐部Ta一致的斜面。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于錐形環(huán)T的頂面和底面之間的間隙的差很明確，所以信噪比增大。
在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)塊13形成有與錐形環(huán)T的錐部Ta一致的錐部13a，基準(zhǔn)塊13可具有與錐形環(huán)的整個或部分外周橫截面形狀相對應(yīng)的形狀。
在本實(shí)施例中，與前述實(shí)施例相同，與錐形環(huán)T的錐部Ta一致的基準(zhǔn)塊13的錐部13a應(yīng)該優(yōu)選具有鏡面。
此外，本發(fā)明還可與圖6(a)和6(b)所示的現(xiàn)有識別方法組合應(yīng)用。這使得可以對具有復(fù)雜形狀的產(chǎn)品進(jìn)行可靠的方向識別。即，在對具有包括一定內(nèi)表面和偏心BF形狀的復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的活塞環(huán)進(jìn)行處理時，圖6(a)和6(b)所示的現(xiàn)有識別方法可識別內(nèi)表面的方向，同時本發(fā)明的方法可識別偏心BF環(huán)的方向，從而可可靠地防止處理中的錯誤。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可有利地用于具有很難用肉眼識別方向的橫截面形狀的零件的方向識別，所述零件例如是具有上下方向的活塞環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種檢測零件方向的方法，包括以下步驟將具有非對稱上、下外部形狀的零件放置在具有基準(zhǔn)塊的基準(zhǔn)面上；使放置在基準(zhǔn)面上的零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊相接觸；基于在零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊之間產(chǎn)生的間隙識別零件的上下方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測零件方向的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分處具有錐部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測零件方向的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分具有與零件的外周邊部的部分或整個橫截面形狀相一致的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的檢測零件方向的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)塊在抵靠零件的外周邊部的部分具有鏡面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的檢測零件方向的方法，其特征在于，所述零件是盤形零件、圓筒形零件和環(huán)形零件中的任何一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的檢測零件方向的方法，其特征在于，所述零件是活塞環(huán)。
7.一種用于檢測零件方向的裝置，包括基準(zhǔn)面，具有非對稱上、下外部形狀的零件被放置在其上；基準(zhǔn)塊，其與放置在基準(zhǔn)面上的零件的外周邊部相接觸；橫跨基準(zhǔn)塊彼此相對布置的光源用照明裝置和檢測攝像機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種識別具有非對稱上、下外部形狀的零件的上下表面的方法和裝置，所述裝置包括例如盤形、圓筒形或環(huán)形，更具體地具有方向的發(fā)動機(jī)部件例如活塞環(huán)。具體地，涉及具有很難用肉眼識別的上下表面的產(chǎn)品的方向識別方法和裝置。將具有非對稱上、下外部形狀的盤形、圓筒形或環(huán)形零件放置在具有基準(zhǔn)塊的基準(zhǔn)面上，使放置在基準(zhǔn)面上的零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊相接觸；基于在零件的外周邊部與基準(zhǔn)塊之間產(chǎn)生的間隙在內(nèi)部系統(tǒng)中識別零件的上下方向，使用橫跨基準(zhǔn)塊彼此相對的光源用照明裝置和檢測攝像機(jī)。
文檔編號F16J9/00GK1906461SQ200480040969
公開日2007年1月31日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日
發(fā)明者大矢裕之, 臼井良司, 田邊大, 渡邊孝榮, 福澤滿保, 渡邊修 申請人:株式會社理研, Ykk株式會社