本公开大体涉及用于定向局部镀层球体的设备，并且更具体涉及用于定向在燃料喷射器的制造中使用的局部镀层球体的设备。
背景技术：
为了改善耐磨损性和/或减少摩擦的目的而将涂层应用于燃料喷射器中的气门构件的关键磨损表面是已知的。典型燃料喷射器的气门构件元件是小型的并且需要非常紧密的公差，以控制燃料的准确流动。耐磨损涂层到气门构件的应用在制造工艺中存在挑战，尤其是在涉及焊接的情况下，因为涂层可以污染焊接。定向局部镀层的球状气门构件通常在焊接之前需要多次操纵来实现期望的定向，增加了制造时间和零件操纵。确保局部镀层的球状物体气门构件的快速且准确的定向对燃料喷射器的制造是至关重要的。
技术实现要素：
根据一个实施例，提供了一种用于定向局部镀层的球状物体的设备。该设备包括基座、摄像机和控制器。球状物体包含在球状物体的表面的一部分上的涂层，并且球状帽限定极轴。极轴经过球状物体的中心和球状帽的顶点两者。极轴定向为垂直于限定球状帽的基部的平面，其中平面与表面的相交限定边界线。基座保持球状物体并且围绕基座的纵向轴线选择性地旋转球状物体。摄像机采集球状物体在基座上的图像。控制器可操作为控制基座的旋转，检测图像中的边界线，以及确定基座何时已经将球状物体定位为引起边界线具有零曲率。
在另一实施例中，提供了一种定向局部镀层的球状物体的方法。方法包括提供球状物体、保持球状物体、旋转球状物体、采集图像、控制旋转、检测边界线、确定零曲率、确定极轴角度、确定高度、确定相关系数、转移所述球状物体以及焊接管状芯体的步骤。所述球状物体包含在所述球状物体的表面的一部分上的涂层。涂层限定球状帽，并且球状帽限定极轴，极轴经过球状物体的中心并且经过球状帽的顶点。极轴定向为垂直于限定球状帽的基部的平面，其中平面与表面的相交限定边界线。保持球状物体的步骤包括将球状物体保持在基座上。旋转球状物体的步骤包括使用基座来围绕基座的纵向轴线旋转球状物体。采集图像的步骤包括使用摄像机来采集球状物体在基座上的图像。控制旋转的步骤包括使用控制器来控制基座的旋转。检测边界线的步骤包括使用控制器来检测图像中的边界线。确定零曲率的步骤包括使用控制器来确定基座何时已经将球状物体定位为引起边界线具有零曲率。确定极轴角度的步骤包括使用控制器来确定相对于基座的纵向轴线的极轴角度。确定高度的步骤包括使用控制器来确定球状帽的高度，并且利用控制器进一步确定球状帽的高度是否在预定的范围内。确定相关系数的步骤包括使用控制器来确定边界线的直线性的相关系数，并且利用控制器进一步确定相关系数是否在预定的范围内。转移球状物体的步骤包括利用转移装置将球状物体防止到圆锥形夹具内，使得极轴经过圆锥形夹具顶点，并且球状物体的包含球状帽的半球体最靠近圆锥形夹具顶点定位。所述焊接管状芯体的步骤包括将管状芯体焊接到所述球状物体。在阅读优选实施例的以下详细描述后进一步的特征和优点将会更清楚地显现，所述优选实施例仅以非限制性示例的方式并且参照附图给出。
附图说明
本发明将以示例的方式参照附图进行描述，其中：
图1是包括可以通过根据本申请的设备和方法来定向的局部镀层的球状物体的燃料喷射器末端的图示；
图2是可以通过根据本申请的设备和方法来定向的局部镀层的球状物体的图示；
图3是用于定向根据一个实施例的图2的球状物体的根据本申请的设备的图示；
图4是根据本发明的图3的设备的图示；
图5是根据本发明的设备的圆锥形夹具的图示；以及
图6是示出了根据本发明的定向局部镀层的球状物体的方法的流程图。
具体实施方式
图1图示了用来将燃料喷射到内燃发动机内的燃料喷射器的喷射器末端10的非限制性示例。喷射器末端10包括用来控制燃料流动的气门座12和出口元件14，如本领域技术人员应认识到的。出口元件14包括附接到球状物体18的管状芯体16。球状物体18接触气门座12，产生磨损表面20。涂层22(图2)可以涂覆到气门座12和球状物体18，以改善气门座12和球状物体18两者的耐磨损性。
图2图示了图1的出口元件14的部件的球状物体18。球状物体18可以包括在球状物体18的表面24的一部分上面的涂层22，涂层22可以是用来减少摩擦的已知涂层22中的任一种，包括但不限于类金刚石碳(dlc)和/或碳化物形成的材料(包括选自钛、钨和硅的列表的材料)。涂层22可以在将球状物体18附接到管状芯体16之前通过已知沉积工艺中的任一种涂覆于球状物体18，包括但不限于化学气相沉积和/或物理气相沉积。
如在图2中图示的，涂层22限定球状帽26，并且球状帽26限定经过球状物体18的中心30和球状帽26的顶点32两者的极轴28。极轴28定向为垂直于限定球状帽26的基部34的平面，其中该平面与表面24的相交限定边界线36。边界线36以依据视角改变的曲率38为特征，如几何领域技术人员应理解的。
图3图示了用于定向局部镀层的球状物体18的设备40，所述局部镀层的球状物体18用于在未来的操作处附接到管状芯体16。球状物体18可以通过已知焊接工艺中的任一种附接到管状芯体16，包括但不限于激光焊接。如本领域技术人员应理解的，局部镀层的球状物体18的极轴28可以与管状芯体纵向轴线(未示出)对准，以便具有涂层22的磨损表面20在喷射器顶端10中正确地对准(图1)。此外，球状帽26可以定向为使得管状芯体可以接合在表面24上的与球状帽26的顶点32180°对置的位置处。
设备40包括基座42，该基座42保持球状物体18并且围绕基座42的纵向轴线46选择性地旋转44球状物体18。基座42可以包括产生旋转44的马达(未示出)，或可以通过到远程马达的机械联动装置来旋转44。基座42还可以包括实现基座42的旋转位置47(图3)的跟踪的编码装置(未示出)。基座42可以通过已知保持方法中的任一种保持球状物体18，包括但不限于磁力和/或真空。
设备40还包括采集球状物体18在基座42上的图像50的摄像机48。仅为了图示目的，示出了具有从基座42的侧面的视角的摄像机48。摄像机48优选地安装为使得视角面向图3的页面(阅读者的视角也是如此)，其中摄像机48的视线(未具体示出)经过球状物体18的中心30并且垂直于基座42的纵向轴线46。摄像机48的其它安装构造可以使用，并且可以通过摄像机48的校准来补偿。摄像机48可以是能够生成图像50的任何摄像机48，并且优选地视频类型的摄像机48，诸如来自位于美国马萨诸塞州纳提克的cognexcorporation的in-sight5000。
设备40还包括与基座42和摄像机48通信的控制器52。控制器52可以是能够与摄像机48和各种致动器、诸如基座42联系的已知机器控制器52中的任一种。控制器52可以包括处理器(未具体示出)，诸如微处理器或诸如模拟和/或数字控制电路的其它控制电路，包括用于处理数据的专用集成电路(asic)，这对于本领域技术人员将会是显而易见的。控制器52可以包括存储器(未示出)，包括非易失性存储器，诸如用于存储一个或多个程序、阈值和采集数据的电子可擦除可编程只读存储器(eeprom)。一个或多个程序可以由处理器执行，以执行用于检测涂层22并且基于由控制器52从如本文中描述的摄像机48和基座42接收的信号确定球状物体18的对准的步骤。
控制器52可操作为控制基座42的旋转44，并且使用图像分析54程序检测图像50中的边界线36。图像分析54程序可以是已知图像分析54程序中的任一种，诸如包括在来自位于美国马萨诸塞州纳提克的cognexcorporation的in-sightexplorersoftware中的那些。
控制器52可以进一步执行图像分析54程序，以确定基座42何时已经将球状物体18定位为引起在图像50中检测到的边界线36具有零曲率56，如在图4中图示的。边界线36的零曲率56是球状物体18和球
状帽26的几何形状的现象，并且限定为直线。在检测到零曲率56的情况下，边界线36将会具有两个旋转位置47，其中两个旋转位置47中的每一个以基座42旋转44的180°彼此对置。控制器52可以识别两个旋转位置47中的每一个，并且将它们存储在存储器中以帮助后续的转移过程，如将会在下面描述的。一旦确定零曲率56的位置，控制器就可以确定限定为球状物体18的极轴28与基座的纵向轴线46(图4)之间的角度的极轴角度58。控制器也可以将极轴角度58以及零曲率56的关联位置一起存储在存储器中以帮助后续转移过程，如将会在下面描述的。还应理解，在检测到帮助后续转移过程，如将会在下面描述的的情况下，极轴角度58将会具有两个角度。
控制器52还可以确定球状帽26的高度60，所述球状帽26的高度60限定为从基部34到顶点32的距离。高度60可以用来确定具有涂层22的表面24的覆盖是否满足用户限定的规格。球状帽26的高度60应当在组装到喷射器顶端10内时足以覆盖磨损表面20，但是还未大到以至于干扰管状芯体16的焊接操作。
控制器52还可以确定边界线36的直线性的相关系数62，并且进一步确定相关系数62是否在预定范围内。相关系数62是使用最小二乘拟合对检测到的组成边界线36的点有多接近直线的评估。1.0的相关系数62表示完美相关，即所有点都精确地位于直线上，其中相关系数62的更小值表示则更大的分散并且因此更不限定的边界线36。而且，相关系数62的符号(正或负)表示相关系数62的斜率。相关系数62的可接受的极限是用户限定的，并且可以设置为小于1.0的值，并且将会优选地大于0.9。具有小于用户限定的极限的相关系数62的球状物体18可以从进一步的处理中排除。考虑了曲线拟合的其它已知方法，但是未公开，包括但不限于卡方检验(chisquare)，如统计学方法领域技术人员应认识到的。
设备40可以还包括转移装置64(图4)，该转移装置64将球状物体18放置到圆锥形夹具66(图5)内，以使得管状芯体16能够焊接到球状物体18。控制器52基于极轴角度58控制转移装置64，以选择球状物体18的表面24的拾取点(未示出)，利用该拾取点保持球状物体18以便转移到圆锥形夹具66。如图5所示，转移装置64将球状物体18放置到圆锥形夹具66内，使得极轴28经过圆锥形夹具顶点68，并且球状物体18的包球状帽26的半球体70最靠近圆锥形夹具顶点68定位。转移装置64也可以将球状物体18放置到圆锥形夹具66内，使得局部镀层的球状物体18的极轴28可以与管状芯体纵向轴线(未示出)对准，以便在焊接之后磨损表面20在喷射器顶端10中正确地对准(图1)。此外，球状帽26可以定向为使得管状芯体可以接合在表面24上的优选地与球状帽26的顶点32成180°对置的位置处。转移装置64可以是适合于操纵球状物体18的任何已知转移装置64，可以包括机器人夹持器(未示出)、真空装置(未示出)和磁力装置(未示出)。圆锥形夹具66可以通过已知手段中的任一种保持球状物体，包括但不限于真空和磁力。
图6是示出定向局部镀层的球状物体18的方法100的流程图。
步骤102，提供球状物体，该步骤可以包括提供球状物体18，所述球状物体18包括在球状物体18的表面24的一部分上面的涂层22。
图1示出了用来将燃料喷射到内燃发动机内的燃料喷射器的喷射器末端10的非限制性示例。喷射器末端10包括用来控制燃料流动的气门座12和出口元件14，如本领域技术人员应认识到的。出口元件14包括附接到球状物体18的管状芯体16。球状物体18接触气门座12，产生磨损表面20。涂层22(图2)可以应用于气门座12和球状物体18，以改善气门座12和球状物体18两者的耐磨损性。
图2示出了是图1的出口元件14的部件的球状物体18。球状物体18可以包括在球状物体18的表面24的一部分上面的涂层22，该涂层22可以是用来减少摩擦的已知涂层22中的任一种，包括但不限于类金刚石碳(dlc)和/或碳化物形成的材料(包括选自钛、钨和硅的列表的材料)。涂层22可以在将球状物体18附接到管状芯体16之前通过已知沉积工艺中的任一种应用于球状物体18，包括但不限于化学气相沉积和/或物理气相沉积。
如图2所示，涂层22限定球状帽26，并且球状帽26限定经过球状物体18的中心30和球状帽26的顶点32两者的极轴28。极轴28定向为垂直于限定球状帽26的基部34的平面，其中平面与表面24的相交限定边界线36。边界线36以依据视角改变的曲率38为特征，如几何领域技术人员应理解的。
步骤104，保持球状物体，该步骤可以包括将球状物体18保持在基座42上。在图3中图示的设备40包括保持球状物体18的基座42。基座42可以通过已知保持方法中的任一种保持球状物体18，包括但不限于磁力和/或真空。
步骤106，旋转球状物体，该步骤可以包括使用基座42来围绕基座42的纵向轴线46旋转44球状物体18。在图3中示出的设备40包括基座42，该基座42保持球状物体18并且围绕基座42的纵向轴线46选择性地旋转44球状物体18。基座42可以包括产生旋转44的马达(未示出)，或可以通过到远程马达的机械联动装置来旋转44。基座42可以还包括实现基座42的旋转位置47的跟踪的编码装置(未示出)。
步骤108，采集图像，该步骤可以包括使用摄像机48采集球状物体18在基座42上的图像50。设备40还包括采集球状物体18在基座42上的图像50的摄像机48。仅为了图示目的，示出了具有从基座42的侧面的视角的摄像机48。摄像机48优选地安装为使得视角面向图3的页面(阅读者的视角也是如此)，其中摄像机48的视线(未具体示出)经过球状物体18的中心30并且垂直于基座42的纵向轴线46。也可以使用其他摄像机48的安装构造，并且可以通过摄像机48的校准来补偿。摄像机48可以是能够生成图像50的任何摄像机48，并且优选地视频类型的摄像机48，诸如来自位于美国马萨诸塞州纳提克的cognexcorporation的in-sight5000。
步骤110，控制旋转，该步骤可以包括使用控制器52来控制基座42的旋转44。设备40还包括与基座42和摄像机48通信的控制器52。控制器52可以是能够与摄像机48和各种致动器、诸如基座42联系的已知机器控制器52中的任一种。控制器52可以包括处理器(未具体示出)，诸如微处理器或诸如模拟和/或数字控制电路的其它控制电路，包括用于处理数据的专用集成电路(asic)，这对于本领域技术人员将会是显而易见的。控制器52可以包括存储器(未示出)，包括非易失性存储器，诸如用于存储一个或多个程序、阈值和采集数据的电子可擦除可编程只读存储器(eeprom)。一个或多个程序可以由处理器执行，以执行用于检测涂层22并且基于由控制器52从如本文中描述的摄像机48和基座42接收的信号确定球状物体18的对准的步骤。
步骤112，检测边界线，该步骤可以包括使用控制器52来检测图像50中的边界线36。控制器52可操作为控制基座42的旋转44，并且使用图像分析54程序检测图像50中的边界线36。图像分析54程序可以是已知图像分析54程序中的任一种，诸如包括在来自位于美国马萨诸塞州纳提克的cognexcorporation的in-sightexplorersoftware中的那些。
步骤114，确定零曲率，该步骤可以包括使用控制器52来确定基座42何时已经将球状物体18定位为使边界线36具有零曲率56。控制器52可以进一步执行图像分析54程序，以确定基座42何时已经将球状物体18定位为引起在图像50中检测的边界线36具有零曲率56，如图4所示。边界线36的零曲率56是球状物体18和球状帽26的几何形状的现象，并且限定为直线。在检测到零曲率56的情况下，边界线36将会具有两个旋转位置47，其中两个旋转位置47中的每一个以基座42旋转44的180°彼此对置。控制器52可以识别两个旋转位置47中的每一个，并且将它们存储在存储器中以帮助后续的转移过程，如将会在下面描述的。
步骤116，确定极轴角度，该步骤可以包括使用控制器52来确定相对于基座42的纵向轴线46的极轴角度58。一旦确定零曲率56的位置，控制器就可以确定限定为球状物体18的极轴28与基座42的纵向轴线46之间的角度的极轴角度58(图4)。控制器52也可以将极轴角度58与零曲率56的相关联的位置一起存储在存储器中以帮助后续的转移过程，如将会在下面描述的。还应理解，在检测到帮助后续的转移过程，如将会在下面描述的情况下，极轴角度58将会具有两个角度。
步骤118，确定高度，该步骤可以包括使用控制器52来确定球状帽26的高度60。控制器52还可以确定球状帽26的高度60，球状帽26的高度60限定为从基部34到顶点32的距离。控制器52可以进一步确定球状帽26的高度60是否在预定的范围内。高度60可以用来确定具有涂层22的表面24的覆盖是否满足用户限定的规格。球状帽26的高度60应当在组装到喷射器顶端10内时足以覆盖磨损表面20，但是还未大到以至于干扰管状芯体16的焊接操作。
步骤120，确定相关系数，该可以包括使用控制器52来确定边界线36的直线性的相关系数62。控制器52还可以确定边界线36的直线性的相关系数62，并且进一步确定相关系数62是否在预定范围内。相关系数62是使用最小二乘拟合对检测到的组成边界线36的点有多近似直线的评估。1.0的相关系数62表示完美相关，即所有点都精确地位于直线上，其中相关系数62的更小值表示更大的分散并且因此更不限定的边界线36。而且，相关系数62的符号(正或负)表示相关系数62的斜率。相关系数62的可接受的极限是用户限定的，并且可以设置为小于1.0的值，并且将会优选地大于0.9。具有小于用户限定的极限的相关系数62的球状物体18可以从进一步的处理中排除。考虑了曲线拟合的其它已知方法，但是未公开，包括但不限于卡方检验，如统计学方法领域技术人员应认识到的。
步骤122，转移球状物体，该步骤可以包括利用转移装置64将球状物体18放置到圆锥形夹具66内。设备40可以还包括转移装置64(图4)，所述转移装置64将球状物体18放置到圆锥形夹具66(图5)内以使得管状芯体16能够焊接到球状物体18。控制器52基于极轴角度58控制转移装置64，以选择球状物体18的表面24的拾取点(未示出)，利用所述拾取点保持球状物体18以便转移到圆锥形夹具66。如在图5中图示的，转移装置64将球状物体18放置到圆锥形夹具66内，使得极轴28经过圆锥形夹具顶点68，并且球状物体18的包球状帽26的半球体70最靠近圆锥形夹具顶点68定位。转移装置64也可以将球状物体18放置到圆锥形夹具66内，使得局部镀层的球状物体18的极轴28可以与管状芯体纵向轴线(未示出)对准，以便在焊接之后磨损表面20在喷射器顶端10中正确地对准(图1)。此外，球状帽26可以定向为使得管状芯体16可以接合在表面24上的优选地与球状帽26的顶点32成180°对置的位置处。转移装置64可以是适合于操纵球状物体18的任何已知转移装置64，并且可以包括机器人夹持器(未示出)、真空装置(未示出)和磁力装置(未示出)。圆锥形夹具66可以通过已知手段中的任一种保持球状物体18，包括但不限于真空和磁力。
步骤124，焊接管状芯体，该步骤可以包括将管状芯体16焊接到球状物体18。球状物体18可以通过已知焊接工艺中的任一种附接到管状芯体16，包括但不限于激光焊接。如本领域技术人员应理解的，局部镀层的球状物体18的极轴28可以与管状芯体纵向轴线(未示出)对准，以便在焊接之后具有涂层22的磨损表面20在喷射器顶端10中正确地对准(图1)。此外，球状帽26可以定向为使得管状芯体16可以接合在表面24上的优选地与球状帽26的顶点32成180°对置的位置处。
因此，提供了定向局部镀层的球状物体18的设备40、用于设备40的控制器52和方法100。设备40和方法100是有益的，因为它们确保了对燃料喷射器的制造至关重要的局部镀层的球状气门构件的适当定向。
虽然本发明已经根据其优选实施例进行描述，但是不旨在如此进行限制，而是仅旨在随后的权利要求书中阐述的范围。