用于评估曲轴的计算机程序和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于评估曲轴的计算机程序和方法。
【背景技术】
[0002]往复式发动机具有高速旋转的机加工曲轴，并且还具有随着机加工曲轴的每次旋转而上下摆动的活塞和连杆。这些部件称为发动机的旋转组件。机加工曲轴需要很好地被设计，以使得能量转换过程的效率最大化，并且还防止冲击载荷问题和疲劳衰坏。此外，机加工曲轴需要轻质化和小型化，以提供快速响应时间并且足够紧凑以装配在发动机缸壳内。
[0003]曲轴可以通过变形工艺而被制成，在该变形工艺中产品被压缩在一对模具之间，使用撞击压力或渐变压力以形成部件。经过一段时间，模具改变并在(相应的)曲轴之间导致潜在的改变。仅作为一个示例，当模具形成曲轴时，可能具有在该模具上留下的较薄的连结板，两个模具在该连结板处接触。由于薄的连结板的尺寸与在模具上的磨损程度相关，因而薄的连结板的尺寸对于不同的曲轴来说是不同的。
[0004]发动机设计员在关键区域中指定材料分布，以用于确保不超过机加工曲轴的机械材料限制。例如，机加工曲轴的销轴颈通过材料的连结板传输活塞的能量，该连结板将销轴颈连结到主轴颈。必须具有足够的材料，该材料合适地定位在连结板中用于防止其失效。在至少一些情况下，连结板和销轴颈已经被认为是机加工曲轴的最弱区域。不管连结板和销轴颈的重要性和潜在的弱点，该连结板和销轴颈仍然可能是倾向于出现缺陷的。用于形成曲轴的被加热钢在销轴颈区域中经受最高的流量和限制条件，在这些特定区域中导致模具磨损的更高可能性和不合适的模具填充的更高可能性。此外，销轴颈位于分模线上，上模具和下模具在锻造过程中在该分模线处连接到一起，引起通过模具相对于彼此移动或模具不完全地关闭而导致的错位材料。
[0005]一个制造方法是，针对涉及不合适的模具填充和错位材料的问题来视觉上检查每个曲轴；然而，该方法是劳动密集的并且易受人为误差影响。
【发明内容】
[0006]公开了一种用于评估曲轴的方法。该方法包括接收与曲轴的三维扫描相关的数据，基于该数据生成曲轴计算机模型，并且基于该曲轴计算机模型来确定该曲轴是否适合机加工成机加工曲轴。
【附图说明】
[0007]对附图的详细描述涉及以下附图，其中:
[0008]图1是示例性曲轴的透视图；
[0009]图2是一种用于评估曲轴的方法的示例；
[0010]图3是正视图，图示了曲轴计算机模型的与内界壳和外界壳轴向对准的外壳；以及
[0011]图4是图3的沿着线4-4截取的横截面，图示了曲轴计算机模型的与内界壳和外界壳径向对准的外壳。
[0012]在多个附图中，类似的附图标记指示类似的元件。
【具体实施方式】
[0013]图1示出了用在内燃机中的曲轴100的一个实施例，并且图2示出了用于评估曲轴100的方法200。尽管曲轴100被示出为是用于六缸式内燃机中的曲轴，但是方法200可以用于各种尺寸和类型的曲轴。曲轴100可以用于各种机械中，包括公路卡车、施工车辆、航海船舰、固定发电机、汽车、农业拖拉机、农业车辆和游艺车辆。
[0014]曲轴100包括主轴颈104，该主轴颈用作关于发动机的曲轴箱的枢转连接件。此夕卜，曲轴100包括曲柄销轴颈110，每个曲柄销轴颈都相对于主轴颈104移位并且每个曲柄销轴颈都与连杆连接，并且活塞联接到每个连杆，用于在汽缸中移动。曲柄销轴颈110定位在主轴颈104之间，并且通过臂108从主轴颈104移位，不仅确保该曲柄销轴颈的移位还确保主轴颈104和曲柄销轴颈110之间隔开。臂108包括平衡物106，平衡物106用于平衡由于主轴颈104和曲柄销轴颈110的质量的移位而导致的失衡。进一步地参照图1-2，在202处，处理单元130接收与曲轴100的三维扫描相关的数据。在示例性实施例中，处理单元130是执行指令序列的装置，该指令成计算机程序的形式并且被包含在存储器中。指令序列的执行导致处理单元130执行诸如生成控制信号的步骤。指令可以加载在随机存取存储器(RAM)中，用于从只读存储器(R0M)、大容量存储装置、或一些其它永久存储器中被处理单元130执行。在其它的实施例中，硬连线电路可以被使用以代替或结合软件指令以执行所述功能。例如，处理单元130可以被具体化为一个或多个专用集成电路(ASICs)的部件。除非以其他方式特别说明，否则处理单元130不受限于硬件电路和软件的任何特定的组合，也不受限于用于被处理单元130执行的指令的任何特定源。
[0015]在示例性实施例中，术语“计算机程序”表示一组指令的以任何语言、代码或符号进行的任何表示，该组指令旨在促使具有信息处理能力的系统直接地或在以下一项或两项之后执行特定功能:a)转换成另一语言、代码或符号；b)以不同的材料形式复制。例如，计算机程序可以包括，但是不受限于，子程序、功能、步骤、目标方法、目标实现方式、可执行应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共用程序库/动态载荷程序库和/或被设计用于由处理单元130执行的其它指令序列。
[0016]三维扫描可以通过扫描曲轴100的三维扫描器102而获取。三维扫描器102可以是用于分析目标和用于收集与该目标的形状相关的数据的装置。三维扫描器102可以产生目标的表面上的几何样品的点云，从而点然后可以用于推断目标的形状。三维扫描器102可以是非接触主动式扫描器，该种扫描器发出一些种类的辐射或光线并且然后检测其传输通过目标的辐射或反射。作为另一示例，三维扫描器102可以是非接触被动式扫描器，该种被动式扫描器不发出任何辐射，但是替代地依赖于检测反射的环境辐射。因为可见光是很容易地获得的环境辐射，因而该种类的一些扫描器检测可见光。非接触被动式扫描器的一个示例是立体视觉系统，该立体视觉系统使用两个彼此隔开的摄像机，以从不同的角度观察相同的场景。通过分析图像之间的微小差异，可以确定到每个点的距离，用于重建目标。
[0017]此外，在204处，处理单元130基于曲轴100的扫描来生成曲轴计算机模型300。模型300可以至少表示曲轴100的外壳332 (例如，曲轴100的形状)。在方法200的至少一些实施例中，模型300是三维阵列。该三维阵列可以由多个1和0制成，例如，其中1可以表示存在曲轴100的材料的位置，并且0表示不存在材料的位置。该多个值可以指示由曲轴100限定的形状。并且通过知晓形状并且假设曲轴100是同质的，方法200能够计算存在曲轴100的材料的所有位置，这与计算不存在曲轴100的材料的位置(例如，简单地围绕曲轴100的区域)的情况相反。因为模型300基于曲轴100，因而模制300可以包括模型化主轴颈304、模型化平衡物306、模型化臂308、模型化曲柄销轴颈310、模型化第一端部318和模型化第二端部320。
[0018]在206处，处理单元130可以将外壳332与内界壳430的对应部分轴向地对准，并且另外，处理单元130可以将外壳332与外界壳432的对应部分轴向地对准。内界壳430至少表示包括适当量的材料的曲轴和包括不足材料的曲轴之间的阈值。例如，内界壳430可以表示最小曲轴，该最小曲轴对于待机加工成机加工曲轴的曲轴100而言仍然足够大，能够满足与其相关的设计和使用要求。相反，外界壳432可以至少表示包括适当量的材料的曲轴和包括不希望材料的曲轴之间的阈值。例如，外界壳432可以表示最大曲轴，该最大曲轴不会潜在地导致(1)用于将曲轴100机加工成机加工曲轴的机械工具的损坏和(2)与其相关的过度机加工操作中的至少一种。
[0019]在206处，处理单元130可以将外壳332的切片326与内界壳430和外界壳432的对应切片426轴向地对准。例如，在206处，外壳332的限定曲轴100的表面的部分可以与内界壳430和外界壳432的限定例如相同表面的对应部分轴向地对准。该表面可以是第一端部118或第二端部120或曲轴100多个其它表面中的一个。作为另一示例，外壳332的限定曲轴100的一对表面的部分可以相对于内界壳430的限定相同的该对表面的对应部分定中，并且也相对于外界壳432的也限定相同的该对表面的对应部分定中。在任一情况下，模型300可以是三维阵列，并且内界壳430和外界壳432也可以是三维阵列，所述两个三维阵列可以彼此对准。尽管曲轴100的表面用于这些说明性实施例中，但是使用相同的通用方法，曲轴100的其它部分也可以被使用。
[0020]在208处，处理单元130可以将外壳332与内界壳430的对应部分径向地对准，并且此外，处理单元130也可以将外壳332与外界壳432的对应部分径向地对准。在方法200的一个实施例中，在208处，处理单元130可以将外壳332的切片326与内界壳430和外界壳432的对应切片426径向地对准。
[0021]在208处，径向对准可以包括使外壳332的限定一个或多个曲柄销轴颈110的