专利名称：外周为上下非对称形状的零件的方向检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测具有不对称的上下形状，例如锥形或偏心的曲面外部形状的零件的方向的装置和方法，所述零件例如是盘形、圆筒形、或环形零件，更具体地，所述零件是具有上下方向的发动机部件例如活塞环。
背景技术：
由于关系到全球环境问题，汽车发动机需要满足更好的燃油经济性和更高的性能要求。作为发动机部件，需要高性能的活塞环能够带来好的燃油经济性和低油耗。这种活塞环例如包括内环和偏心筒面环(eccentric barrel face ring，简称BF环)。
图5(a)和5(b)分别示出了内环1和偏心BF环2。
具有上下方向的活塞环例如这些内环1和偏心BF环2在它们的上下方向正确时，可实现它们的功能。也就是说，这些环被设计成只有当它们被以正确方向安装在活塞上时才能实现所需功能。例如，当内环1的内表面1a在如图5(a)所示的上面时，内环1可通过内环下面上的内周边1b使高压表面与环槽(未示出)的底面相接触而提供良好的密封，从而防止油通过环的后侧向上流入燃烧室。内环1被弯曲成板状，并安装在活塞槽中。形成为板状的状态可以防止燃气泄漏，增大压缩比并提供楔效应(wedge effect)，所述楔效应使得在燃烧室的侧面上燃油容易地散布在气缸的内壁上。换句话说，如果内表面1a位于下面上，就不能实现这些效果，并且会损害发动机的性能。
由于具有高功能性，目前市场上需要高精度的形状和尺寸的活塞环、气门挺杆、以及其它盘形圆柱形或环形零件。它们有时是这样的设计，即很难用肉眼判别上下方向，例如图5(b)中所示的偏心BF环。这些高精度活塞环经受复杂的处理，不但在提供用于识别上部和下部的标记等的加工步骤中，而且在制造过程的每个加工步骤中，必须识别这些零件的方向。在处理由于例如活塞环的非对称上下外部形状而具有方向的盘形、圆柱形或环形零件的过程中，必须在处理过程中保持零件的方向正确。
上面所述的对高功能性和高精度零件的需求使得需要一种识别具有非对称上下外部形状的盘形、圆柱形或环形零件，例如偏心BF环的上下方向的简单方法(其很难通过肉眼判别上部和下部)，使得这些零件在整个过程中始终定位正确。
发明内容
在现有技术中广泛使用可商业购买的通常具有小光斑(spot)尺寸的激光位移传感器作为方向识别技术。利用这种方法，激光在被测量的横截面上扫描，并且基于位移信号识别是顶面还是底面。
图6(a)和6(b)示出了使用位移传感器3识别活塞环4的方向的方法。
为了利用位移传感器3检测零件的上下方向，首先基于预先收集到的有关目标活塞环4的形状和尺寸的数据判别传感器3正在测量哪个部分，然后基于获得的位移数据识别方向。也就是说，活塞环4的上下方向通过图6(a)所示的测量位移1与图6(b)所示的测量位移2之间的不同来识别。这是因为位移传感器3利用小的光斑测量距离测量参考点的距离，而不测量活塞环4本身的形状。利用这种方法，位移传感器3或活塞环4必须移动以便扫描，因为测量时间长并且测量结果很容易受振动或温度的影响。对于很难用肉眼识别方向的产品例如偏心BF环或外锥形环，尤其很难利用这种方法实现精确和容易识别方向，因此这种方法也不是很有效。换句话说，如果活塞环4被图5(b)中所示的偏心BF环2替代，则上下面的检测就变得很困难。
零件方向识别的其它非接触方法包括使用LEDs或卤光灯的图像处理方法。这些方法通常涉及零件的照明部件，其提供识别方向的标记(例如在带有内环的情况下的内表面)，利用CCD相机俘获被照亮部件和其它部件之间的亮度区别的图像，并在一定亮度阈值下对图像进行二进制处理以便基于图像像素的面积或数量判别方向。这种方法增加了具有不同横截面形状的多种小批量产品的设置时间，根据每种产品必须改变最优照明和摄影位置以及图像处理的阈值。由于该方法的操作复杂，很可能出错。此外，除了由于在图像中的明显不均衡而被判别为工件存在缺陷的情况外，利用简单的二进制图像处理，即使工件在功能上没有问题，也有可能得出错误的结果，因此需要复杂的图像处理算法纠正这些错误的结果。这种算法必须严格检查是否对每一种产品都是最优的，并且对于新的产品，其设置需要很长时间。
其它方法包括使用杠杆指示表的接触式方向识别方法，其中将接触部分的位移转化为电信号，基于所述电信号进行判别。该方法使得可以简单地进行测量，但是由于其简单的原理，在使用中其包括很多与精度有关的系数。鉴于指示表的端部随着时间磨碎的问题，测量结果很容易受振动影响，并且对于每个方向识别的目标物，必须根据横截面形状、表面粗糙度以及其它特性来选择指示表端部的直径和材料，因此其也不实用。
综上所述，在生产或处理具有不对称上下外形例如盘形、圆筒形或环形的零件例如偏心BF环的过程中，必须识别零件的方向。在生产多种产品的情况下，对于每种不连续的产品，用于方向识别的传感器的最优设置位置和条件以及照明装置必须改变，这增加了操作者的负担，并降低了生产量。为了应对由于环境问题而引起的对高功能性环例如偏心BF环(其很难通过肉眼识别方向)的市场需求，需要一种技术能够在处理过程中对这些零件进行方向识别。
因此，本发明的一个目的是提供一种方向检测方法和装置，用于方便可靠地识别零件的上表面和下表面，而不需花费很多时间，从而能够稳定地处理肉眼很难识别方向的零件，例如盘形、圆筒形或环形的零件，通常为活塞环，同时提高操作效率和生产量。
根据本发明，一种检测零件方向的方法的特征在于包括以下步骤将具有非对称上、下外部形状的零件放置在具有基准块的基准面上；使放置在基准面上的零件的外周边部与基准块相接触；基于在零件的外周边部与基准块之间产生的间隙识别零件的上下方向。
此处，优选地，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分处具有锥部。
在本发明中，优选地，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分具有与零件的外周边部的部分或整个横截面形状相一致的形状。
在本发明中，优选地，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分具有镜面。
在本发明中，优选地，所述零件是盘形零件、圆筒形零件和环形零件中的任何一种。
此外优选地，所述零件是活塞环。
根据本发明，一种用于检测零件方向的装置，包括基准面，具有非对称上、下外部形状的零件被放置在其上；基准块，其与放置在基准面上的零件的外周边部相接触；横跨基准块彼此相对布置的光源用照明装置和检测摄像机。
在本发明中，“盘形零件”包括薄的锥形或非锥形板，例如具有有限滑动表面的垫片，“圆筒形零件”包括具有偏心筒形或非对称上下外部形状的气门挺杆，“环形零件”包括活塞环和阀片。
根据本发明，用短的时间就容易地在内部系统中识别具有不对称的上下形状的零件，例如具有方向的盘形、圆筒形、或环形零件(更具体地为偏心BF环)的上下方向，从而确保零件在正确的方向下被处理。
此外，根据本发明，可以可靠地防止零件在错误的方向下被处理而导致操作失误。
图1是本发明的用于偏心BF环的方向识别方法的一个实施例的侧视图，其中相关部件被去除；图2是图1的俯视图；图3(a)和3(b)是显示图1中的偏心BF环的方向如何被检测的相关部分的放大视图；图4(a)和4(b)是本发明的用于锥形环的方向识别方法的另一个实施例的相关部分的放大视图，图4(a)显示锥形环的顶面是如何被检测的，图4(b)显示锥形环的底面是如何被检测的。
图5(a)和5(b)是具有一定方向的活塞环示例的透视图，图5(a)示出内环的相关部分，图5(b)示出偏心BF环的相关部分；以及图6(a)和6(b)是解释使用激光光斑位移传感器的方向识别方法的一个示例的流程图，图6(a)显示测量位移1，图6(b)显示测量位移2。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1-3(b)示出了本发明的用于偏心BF环P的上下方向检测方法的一个实施例。
根据本实施例的方向检测装置10包括检查工作台11，其上形成有平面度为±0.05的基准面12，偏心BF环放置在该基准面上；带有支承件14的柱形基准块13，其设置在检查工作台11的一侧以便相对于基准面12成垂直+0.05°地直立；带有支承件17的光源用照明装置15，其安装在检查工作台11的一侧使得照明面16与基准块13相对；带有支承件20的CCD摄像机18，其安装在检查工作台11的一侧使得成像面19与光源用照明装置15的照明面16相对；基于CCD摄像机18的测量结果进行判别的判别装置21；以及用于显示来自CCD摄像机18的图像的监视器22。
在这种配置中，光源用照明装置15和CCD摄像机18沿着偏心BF环P的切线彼此相对地布置，使得CCD摄像机18可采集在基准块13和位于基准面12上的偏心BF环P的外周面Pa之间的接触部处的间隙的图像。因此，由CCD摄像机18采集的图像包含偏心BF环P和基准块13的阴影(黑色图像)和光源用照明装置15的背景光(白色图像)。这样，所获得的图像允许容易地测量伸出和抵靠在基准块13上的偏心BF环P的外周边部Pa的高度、宽度以及倾斜度。
更优选地，基准块13与偏心BF环P的外周边部Pa相接触的部分是一镜面。此处的镜面粗糙度为Rz0.1或更小。通过使基准块13与偏心BF环P的外周边部Pa相抵靠的部分为镜面，来自光源用照明装置15并穿过偏心BF环P的外周边部和基准块13之间的间隙的光被镜面反射或漫反射而增强，从而判别更加精确和容易。例如，当与偏心BF环P的外周边部相接触的基准块13具有镜面粗糙度为Rz0.1或更小的镜面时，在接触部处由图像处理呈现为光斑(blob)的漏光部的面积是相同的环P使用表面粗糙度Rz大于0.1的基准块13(其不是此处定义的镜面)测得的漏光部的1.8倍。
光源用照明装置15例如是LED。优选使用具有短波长或平行光照明的蓝色LED。
判别装置21使用图像分析电路对由CCD摄像机18俘获并被存放在图像存储器中的图像进行测量和分析从而识别偏心BF环P的上下方向。利用定量方法，基于图案匹配关系，或者接触部两侧上由图像处理呈现为光斑的漏光部的重心或面积进行判别。
下面描述根据该实施例的使用方向检测装置10检测偏心BF环P的上下方向的方法。
首先，偏心BF环P被放置在基准面12上，然后压靠基准块13，如图1和2所示。
接着，偏心BF环P由光源用照明装置15从其切向方向照亮。然后，横跨基准块13布置在发出光的对面的CCD摄像机18采集偏心BF环P的外周表面Pa和基准块13之间的接触部的图像。从光源用照明装置15朝向CCD摄像机18发射出的光通过由偏心BF环P和基准块13形成的间隙漏过。例如，如图3(a)和3(b)所示，CCD摄像机18采集上侧的漏光部25和下侧的漏光部26的图像，其通过判别装置21显示在监视器22上。由于图3(a)与图3(b)所示的示例相比，上侧漏光部25比下侧漏光部26大，因此可判断偏心BF环P的上表面在上侧。这种方向识别还可基于重心进行。显然，基于接触部相对于偏心BF环P位于上侧和下侧的宽度可识别方向。
如上所述，根据该实施例，偏心BF环P被放置在基准面12上，其外周表面Pa抵靠基准块13，并且光从光源用照明装置15朝向CCD摄像机18发出，从而基于穿过基准块13和偏心BF环P的外周表面Pa之间的接触部处的间隙泄漏的光识别方向。这种方法使得在各个处理步骤中很难对方向进行肉眼识别的偏心BF环P的方向判别变得很简单，消除了环被错误放置的可能性。当环在方向识别后被进行希望的处理时，确保了它们在正确的方向下处理，因此这种方法使得容易生产高功能性和高精度的偏心BF环P。
在本实施例中，基准块13通过支承件14被固定到检查工作台11上，基准块13还可被设计成可相对于放置在基准面12上的偏心BF环P的外周表面Pa可移动，其可使用通过自动或手动方式使其沿水平方向平行移动的装置，所述装置例如是致动器，例如气缸。在该实例中，基准块13朝向偏心BF环P与所述环的外周表面Pa相接触。
此外，基准块13通过支承件14被固定到检查工作台11上，基准块13还可被集成在指示表中，偏心BF环P被安装在指示表中使得环通过自身张力与基准块13相接触。在该实例中，基准块13应该以下述方式装入指示表中，即当偏心BF环P的外周表面Pa插入指示表中时与基准块相接触。
在本实施例中，基准块13是圆柱形，但这不是必须的，基准块13还可以是圆筒形或板状。简言之，只要与偏心BF环P的外周表面Pa相接触的表面或直线相对于基准面12是竖直的，则整个基准块13不需要相对于基准面12为竖直。
在本实施例中，CCD摄像机18的测量结果由判别装置21处理，来自CCD摄像机18的图像被显示在监视器22上，不过也可以利用示波器处理来自CCD摄像机18的信号来判别。
图4(a)和4(b)是用于锥形环T的本发明的上下方向识别方法的另一个实施例。本实施例与上述实施例的不同在于图1和2所示的基准块13形成有与锥形环T的锥部Ta一致的锥部13a。在本实施例中使用的方向检测装置基本具有与图1和2所示的装置10相同的结构，只是基准块13的外形不同，因此省略了参照附图对装置的描述。
在本实施例中，锥形环T也放置在方向检测装置10的基准面12上，并压靠基准块13。
接着，基于基准块13和锥形环T的锥部Ta之间的接触部处的间隙来识别锥形环T的方向。即，光由光源用照明装置15朝向CCD摄像机18发出，并且基于通过在锥形环T和基准块13之间形成的间隙泄漏的光的状态实现对方向的判别。例如，当锥形环1的顶面T1位于上面时，锥部Ta不与基准块13的锥部13a相匹配，如图4(a)所示。而当锥形环1的底面T2位于上面时，锥部Ta与基准块13的锥部13a相匹配，如图4(b)所示。因此，当锥形环T的顶面T1位于上面上时在锥形环T和基准块13之间的界面处的上侧漏光部27和下侧漏光部28之间的差与当底面T2位于上面上时不同，基于此可识别方向。也可以不在基准块13上设置锥部而是使基准面12形成与锥部Ta一致的斜面。
如上所述，根据本实施例，由于锥形环T的顶面和底面之间的间隙的差很明确，所以信噪比增大。
在本实施例中，基准块13形成有与锥形环T的锥部Ta一致的锥部13a，基准块13可具有与锥形环的整个或部分外周横截面形状相对应的形状。
在本实施例中，与前述实施例相同，与锥形环T的锥部Ta一致的基准块13的锥部13a应该优选具有镜面。
此外，本发明还可与图6(a)和6(b)所示的现有识别方法组合应用。这使得可以对具有复杂形状的产品进行可靠的方向识别。即，在对具有包括一定内表面和偏心BF形状的复杂形状的产品的活塞环进行处理时，图6(a)和6(b)所示的现有识别方法可识别内表面的方向，同时本发明的方法可识别偏心BF环的方向，从而可可靠地防止处理中的错误。
工业实用性本发明可有利地用于具有很难用肉眼识别方向的横截面形状的零件的方向识别，所述零件例如是具有上下方向的活塞环。
权利要求
1.一种检测零件方向的方法，包括以下步骤将具有非对称上、下外部形状的零件放置在具有基准块的基准面上；使放置在基准面上的零件的外周边部与基准块相接触；基于在零件的外周边部与基准块之间产生的间隙识别零件的上下方向。
2.根据权利要求1所述的检测零件方向的方法，其特征在于，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分处具有锥部。
3.根据权利要求1所述的检测零件方向的方法，其特征在于，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分具有与零件的外周边部的部分或整个横截面形状相一致的形状。
4.根据权利要求1-3中任一所述的检测零件方向的方法，其特征在于，所述基准块在抵靠零件的外周边部的部分具有镜面。
5.根据权利要求1-4中任一所述的检测零件方向的方法，其特征在于，所述零件是盘形零件、圆筒形零件和环形零件中的任何一种。
6.根据权利要求1-5中任一所述的检测零件方向的方法，其特征在于，所述零件是活塞环。
7.一种用于检测零件方向的装置，包括基准面，具有非对称上、下外部形状的零件被放置在其上；基准块，其与放置在基准面上的零件的外周边部相接触；横跨基准块彼此相对布置的光源用照明装置和检测摄像机。
全文摘要
本发明涉及一种识别具有非对称上、下外部形状的零件的上下表面的方法和装置，所述装置包括例如盘形、圆筒形或环形，更具体地具有方向的发动机部件例如活塞环。具体地，涉及具有很难用肉眼识别的上下表面的产品的方向识别方法和装置。将具有非对称上、下外部形状的盘形、圆筒形或环形零件放置在具有基准块的基准面上，使放置在基准面上的零件的外周边部与基准块相接触；基于在零件的外周边部与基准块之间产生的间隙在内部系统中识别零件的上下方向，使用横跨基准块彼此相对的光源用照明装置和检测摄像机。
文档编号F16J9/00GK1906461SQ200480040969
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月26日 优先权日2004年1月26日
发明者大矢裕之, 臼井良司, 田边大, 渡边孝荣, 福泽满保, 渡边修 申请人:株式会社理研, Ykk株式会社