利用尺寸数据来表征表面的系统和方法
【专利说明】利用尺寸数据来表征表面的系统和方法
[0001]本申请要求于2013年7月9日提交的第61/844，169号美国临时申请的权益，该申请公开通过引用包含于此。
技术领域
[0002]本发明涉及一种利用尺寸数据来表征表面的系统和方法。
【背景技术】
[0003]频繁使用具有小的探针尖端半径和高数据密度的表面光洁度仪来测量制造产品的表面粗糙度。很多时候，根据审核依据(audit basis)来测量制造产品(例如，曲轴)的表面光洁度，即，并不是测量每个部件，而是仅检查统计样本。如果仅存在间歇性的制造问题，则可不检测具有不能接受的表面光洁度特性的产品。在曲轴抛光机未正确地执行功能的情况下可发现这样的一个示例。即使在表面光洁度测量的统计抽样期间检测到问题，也不能及时检测以免组件被装配到发动机或其他大的总成中。这在必须检修组件然后最终拆卸掉组件以更换有缺陷的组件时会导致额外的停机时间和费用。
[0004]与表面测量相比，对于大批量产品，对所制造的每个产品都进行某些类型的测量用于在线监测。例如，对于诸如曲轴的某些制造产品，可在多个位置对每个部件进行直径测量，以确保符合规范。当与审计(audit)表面粗糙度测量仪相比时，对于在线尺寸估计的这种测量通常利用大很多的探针尖端执行，且具有较小的数据密度。通常分析直径测量数据，然后一旦确定曲轴满足所要求的尺寸规范时便丢弃该数据。因为该数据适用于每个部件(这与表面粗糙度数据的统计采样子集相反)，期望使用该数据来指示其他产品参数(例如，表面光洁度特性)，例如，用来确定部件表面是否被恰当地精加工。
【发明内容】
[0005]本发明的至少一些实施例包括一种通过利用为进行尺寸估计而收集的数据来表征制造产品的表面的方法，所述数据可以是例如在制造过程中在线监测期间收集的数据。该方法包括获取多个尺寸测量(例如，制造产品的直径)的步骤。原始数据可以进行或者不进行例如滤波处理。然后原始数据或处理后的原始数据可称为“尺寸测量数据”。在被测量的尺寸是直径的情况下，该数据可称为“直径测量数据”。将直径测量数据从其时域转换到其他域，例如频域或波长域。这可通过使用例如快速傅里叶变换(FFT)执行。然后将转换后的直径测量数据中的至少一些与预定极限作比较，以表征制造产品的表面。例如，可将转换后的直径测量数据的某些振幅与已知具有可接受的表面特性的制造产品的相似数据的期望振幅进行比较。如果转换后的直径测量数据的振幅在与已知是“好”的部件相关联的极限内，则可表明制造产品具有指示合适的光洁度的表面光洁度特征。
[0006]本发明的至少一些实施例包括一种用于表征制造产品的表面光洁度的方法，包括以下步骤:将制造产品的基于频域或基于波长域的转换后的尺寸数据(例如，直径数据)的振幅与预定振幅极限作比较，以表征制造产品的表面。
[0007]本发明的至少一些实施例可包括一种用于表征表面的方法，包括:随时间获取制造产品的特征的尺寸测量，利用尺寸测量产生基于时域的尺寸测量数据，将基于时域的尺寸测量数据转换成基于频域的尺寸测量数据，将基于频域的尺寸测量数据中的至少一些与预定极限作比较，以表征特征的表面。
[0008]本发明的至少一些实施例可包括一种用于表征表面的方法，包括:随时间测量制造产品的特征的直径，利用直径测量产生由基于时域的直径测量数据组成的第一数据组。可将基于时域的直径测量数据转换成基于频域的直径测量数据，以产生由基于频域的直径测量数据组成的第二数据组，并且可将第二数据组的数据子集与预定极限作比较，以表征特征的表面。
[0009]本发明的至少一些实施例可包括用于表征表面的系统，所述系统包括控制系统，该控制系统具有至少一个控制器并被配置成接收与随时间获取的制造产品的特征的尺寸测量相关的信息，这可产生基于时域的尺寸测量数据。控制系统还可被配置成将基于时域的尺寸测量数据转换成基于频域的尺寸测量数据，并将基于频域的尺寸测量数据中的至少一些与预定极限作比较，以表征特征的表面。
【附图说明】
[0010]图1示出了作为可应用本发明的实施例的制造产品的示例的曲轴；
[0011]图2是示出了根据本发明的方法的实施例的基本步骤的流程图；
[0012]图3A和图3B分别示出了诸如图1所示的曲轴的曲轴的未抛光的钢销轴颈(steelpin journal)的原始数据和转换后的数据；
[0013]图4A和图4B分别示出了诸如图1所示的曲轴的曲轴的抛光后的钢销轴颈(steelpin journal)的原始数据和转换后的数据；
[0014]图5A和图5B分别示出了诸如图1所示的曲轴的曲轴的铸铁轴颈(cast-1ronjournal)的原始数据和转换后的数据，其中该轴颈已接受了阶段II的抛光而不是阶段I的抛光；
[0015]图6A和图6B分别示出了诸如图1所示的曲轴的曲轴的铸铁主轴颈的原始数据和转换后的数据，其中该主轴颈已接受了阶段II的抛光和阶段I的抛光；
[0016]图7示出了曲轴上完全抛光和部分抛光的主轴颈在第一频带中的峰值振幅之间的比较；
[0017]图8示出了曲轴上完全抛光和部分抛光的主轴颈在第二频带中的振幅的总和之间的比较；
[0018]图9示出了曲轴上完全抛光和部分抛光的销轴颈在第三频带中的振幅的总和之间的比较；
[0019]图10示出了曲轴上完全抛光和部分抛光的销轴颈在第三频带中的振幅的总和之间的比较；
[0020]图11A和图11B分别示出了诸如图1所示的曲轴的曲轴的销轴颈在被污染和未被污染的情况下的原始数据；
[0021]图12示出了针对在未被污染时五次重复的曲轴测量下的销轴颈与曲轴的在第一测量时被污染的相同销轴颈的滤波后的最大峰值和谷振幅之间的比较。
【具体实施方式】
[0022]根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，将理解的是，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式来实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。
[0023]图1示出了作为制造产品的示例的曲轴10，本发明的方法和系统可应用到该曲轴10。曲轴10包括多个圆柱特征，包括:主轴颈12、14、16和17 ;销轴颈18、20和22 ;油密封件24 ;止推壁26 ;立柱28。在产品制造期间，可测量一个或更多个这种圆柱特征以确保其直径在可接受的制造公差内。本发明的实施例可使用直径测量用于不仅仅获得尺寸信息，所测量的数据可用作表征这些特征的表面的手段。应注意，虽然在此提供的示例中通常使用直径测量，但是本发明的实施例并不限于此，其他尺寸测量(例如，厚度、宽度、长度等)可以是在此描述的表面表征的对象。
[0024]图2示出了流程图30，示出了根据本发明的实施例的方法的基本步骤。每个步骤都被引用在此，并在下面进行更详细地描述。在步骤32处，过程开始，在步骤34处，针对制造产品的给定特征，随时间进行尺寸测量(在本示例中为针对直径估计的测量)，例如，在图1中所示的曲轴10的主轴颈12旋转时对其进行尺寸测量。所获取的尺寸测量(即，原始数据)可以是尺寸特征(例如，直径)的直接测量，或者可以是尺寸从标称值得到的变型的测量，如下面更详细地解释；这将在下面参照用来测量直径的线性可变差动变压器(LVDT)进行描述。然后使用尺寸测量得到由基于时域的尺寸测量数据(在本示例中为直径测量数据)组成的第一数据组。在一些实施例中，可直接使用尺寸测量数据，即，尺寸测量数据是实际测量到的原始数据。在其他实施例中，还可例如通过对某些原始数据进行滤波来进一步处理原始数据，从而尺寸测量数据不是原始测量数据，而是通过使用原始数据创建的滤波后的数据组。
[0025]在步骤36处，计算多个参数。将所计算的值与极限比较，例如，可将直径测量数据与可接受的直径极限作比较。在步骤38处，如果超过了极限，则可采取行动，例如停止一个或更多个生产设备，以确定问题的原因，诸如在步骤40处所示。如果未超过极限，则数据处理将行进到步骤42。因此，至少一些实施例结合了传统的尺寸表征过程和在此描述的表面表征。
[0026]在步骤42处，将可以是直径测量数据的尺寸测量数据从例如基于时域转换到不同的域，例如基于频域。因为频率和波长直接相关，所以在此所讨论的利用产生频域的转换的示例可使用转换产生基于波长的域。类似地，如下面关于波段分析的解释，可使用频率而不使用波长。因此，出于在此描述的分析的目的，可认为频率和波长是等同物。
[0027]从时域到频域的转换产生由基于频域