专利名称：用于气门座间隙评估的系统和方法
技术领域：
本公开涉及内燃发动机组件，并且更特别地涉及在组装时评估发动机气门座间 隙。
背景技术：
本部分提供了涉及本公开但并不一定是现有技术的背景信息。发动机组件可包括被压入进气和排气气门端口的气门座插入件。该插入件可靠紧 在进气和排气端口的相应的气门座表面。但是在装配期间，一些插入件可能不能完全地安 置在端口内。结果，在插入件和由端口限定的气门座表面之间可能存在间隙。目前探测这 些间隙的方法费时且不可靠。
发明内容
发动机气门座间隙评估系统可包括热成像照相机组件，具有与热成像照相机组件 联接的第一端部的设备，以及联接于设备的与第一端部相对的第二端部的镜。热成像照相 机组件可包括红外传感器。镜可适合于设置在发动机端口内，以将来自气缸盖和气门座插 入件之间间隙的红外辐射弓I导至红外传感器。—种探测气门座插入件和气缸盖内的端口之间间隙的方法，可包括加热气门座插 入件和气缸盖，且在气门座插入件和气缸盖内容纳气门座插入件的相应端口之间的界面处 生成气门座插入件和气缸盖的热图像。可对该热图像进行评估以基于该气门座插入件和气 缸盖之间界面处的热图像来确定气门座插入件和气缸盖之间间隙的大小。该热图像可这样生成将联接到设备第一端部的镜定位在界面处的端口内，并且 将界面处的红外辐射反射到联接到设备第二端部的热成像照相机组件的红外传感器。由镜 反射的红外辐射可给热成像照相机组件提供界面的360°图像。进一步的适用范围将通过本文提供的描述而变得明显。本发明内容中的说明和具 体示例将仅仅用于举例的目的而不是为了限制本公开的范围。本发明还提供以下方案方案1. 一种发动机气门座间隙评估系统，包括热成像照相机组件，其包括红外传感器；设备，其具有联接到所述热成像照相机组件的第一端部；和镜，其联接到所述设备的与第一端部相对的第二端部，并且适于定位在发动机端 口内，以将来自气缸盖和气门座插入件之间间隙的红外辐射引导至所述红外传感器。方案2.如方案1所述的系统，其中镜形成为圆锥形，并提供所述气门座插入件和所述气缸盖之间的间隙的整个360度视野。方案3.如方案2所述的系统，其中所述镜在其顶点限定了至少90度的夹角。方案4.如方案1所述的系统，其中所述镜包括将红外辐射反射至所述红外传感器 的红外透明内部棱镜。方案5.如方案1所述的系统，其中所述镜包括将红外辐射反射至所述红外传感器的金属外部棱镜。方案6.如方案1所述的系统，其中所述设备对于红外辐射是透明的。方案7. —种探测气门座插入件和气缸盖中的端口之间的间隙的方法，包括加热所述气门座插入件和所述气缸盖；在所述气门座插入件和容纳所述气门座插入件的气缸盖的相应端口之间的界面 处产生所述气门座插入件和所述气缸盖的热图像；以及评估所述热图像，以基于所述气门座插入件和所述气缸盖之间的界面处的温度确 定所述气门座插入件和所述气缸盖之间的间隙的大小。方案8.如方案7所述的方法，还包括当所述热图像指示间隙区域与所述气门座插 入件和所述气缸盖中的一个之间的温度差时指示不可接受的间隙尺寸。方案9.如方案7所述的方法，其中产生所述热图像包括将联接到端口内的设备第 一端部的镜定位在界面处以及将界面处的红外辐射反射至联接到设备第二端部的热成像 照相机组件的红外传感器。方案10.如方案9所述的方法，其中由所述镜反射的红外辐射向所述热成像照相 机组件提供界面的360度图像。方案11.如方案10所述的方法，其中所述镜包括在其顶点限定了至少90度夹角 的圆锥形状，从而放大了所述界面的热图像。方案12.如方案9所述的方法，其中所述镜包括将界面处的红外辐射反射到所述 红外传感器的红外透明内部棱镜。方案13.如方案9所述的方法，其中所述镜包括将界面处的红外辐射反射到所述 红外传感器的金属外部棱镜。方案14.如方案9所述的方法，其中所述设备对于红外辐射是透明的。方案15.如方案7所述的方法，其中所述评估包括评估所述热图像的像素值以确 定间隙大小。方案16.如方案7所述的方法，还包括在加热之前将所述气门座插入件组装至所 述气缸盖。方案17.如方案16所述的方法，其中所述加热包括使所述气缸盖和气门座插入件 通过热冲洗台。方案18. —种探测气门座插入件和气缸盖内的端口之间的间隙的方法，包括加热所述气门座插入件和所述气缸盖；将联接到端口内的设备第一端部的镜定位在所述气门座插入件和容纳所述气门 座插入件的气缸盖相应端口之间的界面处，以及将所述界面的整个周边周围的红外辐射反 射至联接到设备第二端部的热成像照相机组件的红外传感器；经由所述热成像照相机组件产生所述界面的热图像；以及
评估所述热图像，以基于所述气门座插入件和所述气缸盖之间的界面处的温度确定所述气门座插入件和所述气缸盖之间的间隙的大小。方案19.如方案18所述的方法，还包括当所述热图像指示间隙区域与所述气门座 插入件和所述气缸盖中的一个之间的温度差时指示不可接受的间隙尺寸。方案20.如方案18所述的方法，还包括在加热之前将所述气门座插入件组装到所 述气缸盖，并且所述加热包括使所述气缸盖和气门座插入件通过热冲洗台。
本文描述的附图仅用于示例目的，并不旨在以任何方式对本公开的范围进行限定。图1是根据本公开的气缸盖的示意图。图2是根据本公开的图1中气缸盖的一部分、气门座插入件和热成像系统的示意 图；图3是根据本公开的图1中气缸盖的一部分、气门座插入件和用于热成像系统的 替代性镜的示意图；图4是气缸盖和气门座插入件之间能量传递的第一示意图；图5是气缸盖和气门座插入件之间能量传递的第二示意图；图6是利用图2中热成像系统的气缸盖和气门座插入件之间界面的热图像的示意 图；以及图7是根据本公开的自动的间隙探测流水线的示意图。
具体实施例方式下列描述实质上仅为示例性的而并不旨在限制本公开、应用或用途。应该理解，在 全部附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。如图1和2所示，发动机气缸盖10可包括进气端口 12和排气端口 14。下面的描 述同等地适用于进气端口和排气端口 12、14，从而为了简单起见，将参照进气端口 12进行 描述。如图2所示，进气端口 12可包括限定了阶梯区域18气门座16。阶梯区域18可包括 轴向端部表面20和内部径向表面22。气门座插入件24可包括位于阶梯区域18内的环形体26。环形体26可包括紧靠 气门座16的内部径向表面22的外部径向表面28和面向气门座16的轴向端部表面20的 第一轴向端部表面30。与第一轴向端部表面30相对的第二轴向端部表面32可为进气气门 (未示出)限定气门安置表面。在组装期间，气门座插入件24设置于气门座16内并且第一轴向端部表面30被推 向气门座16的轴向端部表面20。然而，在组装之后，第一轴向端部表面30可能从气门座 16的轴向端部表面20偏离。该偏离可形成第一轴向端部表面30和轴向端部表面20之间 的间隙G。该间隙G可用下面描述的红外(IR)热成像系统100探测。IR热成像系统100可包括联接到热成像照相机104的红外透明设备102。设备 102可包括固定到热成像照相机104的第一端部106和第二端部108，镜110固定到第二端 部108。设备102的第二端部108可具有比进气端口 12的直径(D2)小的直径(Dl)。因此，镜110可设置于进气端口 12内。图2示出的镜110为内部棱镜(或光学元件)。然而，如图3所示，外部棱镜210可用来取代内部棱镜110。本公开同等地适用于内部和外部棱镜。内部棱(内部反射)镜110可被制成是红外透明的，其使用的材料包括但不局限 于，蓝宝石、石英、NaCl, PtSi或Ge，这取决于IR探测器的波长选择(例如3到5微米或8 到12微米)。外部棱(外部反射)镜210可含有金属镜。金属外部棱镜210可插入与图2 所示设备102相似的红外透明设备202 (图3)内。金属外部棱镜210可由铝、铜、不锈钢或 其它金属材料制造。棱镜110、210可用于将从间隙G射出的辐射反射到IR传感器(或探测器)114。 如果IR传感器114的最小像素尺寸本身不足以分开间隙G内能量的强度，则棱镜110、210 的夹角α可被设计成对信号(或间隙G的宽度)进行放大使得在间隙G内包含至少一个像 素。作为非限制性示例，夹角α可大于90度。热成像照相机104包括设备102的第一端 部106处且与棱镜110、210对准的透镜112以及位于透镜112的焦点处的IR传感器114。在组装期间，气缸盖10和气门座插入件24均可被加热到预定温度。作为非限制性 示例，预定温度可在90至120华氏度之间。预定温度可提供来自气缸盖10和气门座插入件 24的可重复的IR辐射，为间隙G的探测提供参考。此外，气缸盖10和气门座插入件24可 由不同的材料制成。作为非限制性示例，气缸盖10可由铝形成而气门座插入件24可由钢 形成。因此，气缸盖10的辐射系数(ε head)可低于气门座插入件24的辐射系数(ε insert)。 更特别地，气缸盖10的辐射系数(ε head)可比气门座插入件24的辐射系数(ε insert)低一 个数量级。参见图4和5，气缸盖10和气门座插入件24可通过间隙G交换辐射(或热量)。 因为气缸盖10和气门座插入件24由不同的材料形成，从轴向端部表面20、30辐射出的辐 射能将彼此不同。气门座插入件24可辐射出能量(E1)而气缸盖10可辐射出能量(E2)。图 4和5示出从具有能量(E1)的气门座插入件24的第一轴向端部表面30开始的射线追迹 (ray trace)0射线36入射到气缸盖10的轴向端部表面20，在该辐射的一部分将被吸收而一部 分将被反射。被反射的射线将再次入射到第一轴向端部表面30，在该反射射线的一部分将 被再次反射而另外的部分将被吸收。该过程在两个表面之间穿过间隙G持续进行。因此， 在轴向端部表面20和30之间将发生无限次交换，致使间隙G的辐射系数(ε GAP)由于间隙 G处的入射能量的集中而接近1. 0。具有间隙G的平行的两个表面(图4)之间或具有间隙G并设置成一定角度的两 个表面(图5)之间的辐射的示意图示出了能量的集中。高间隙辐射系数(ε GAP)可在热成 像照相机104上相对于气缸盖10和气门座插入件24的间隙G处较高的表观温度。即使气 缸盖10和气门座插入件24的温度相同，轴向端部表面20、30也将由于气缸盖10和气门座 插入件24之间辐射系数的差异，在间隙G内穿过表面发射辐射。如上面论述的，在当前非 限制性示例中，由于材料的不同，气缸盖10的辐射系数要比气门座插入件24的辐射系数低 一个数量级。上面讨论的入射能量集中的增强将引起IR辐射的增加，从而在热成像照相机104 上提供温度增加(或较高像素值)的指示(即使温度也许和上面所述的预定温度相同)。 在机械视觉词汇中，“像素值”可用于代替将IR辐射转换为温度读数。就像数码相机，热图像通过许多单独的像素建立。所产生的像素的最小值取决于IR传感器114。例如，由钛酸 锶钡(BST)探测器产生的像素为50微米，而氧化钒或非晶硅探测器可产生小至15微米的像素。因此热成像照相机104可用来提供气缸盖10与气门座插入件24之间的界面34 的图像，以探测间隙G的尺寸。在当前的非限制性示例中，设备102、202可提供界面34的 360度视野。然而，本公开并不限于包括了镜110、210的应用。在替代配置中，可利用直接 光学方法(direct optics approach)，其中，使用不带有棱镜110、210的热成像照相机104 来提供界面34的部分图像，并且使热成像照相机104相对于界面34旋转以提供界面34完 整的360度视野。在运行期间，棱镜110、210可设置在进气端口 12内。棱镜110、210通过透镜112 将IR辐射反射到IR传感器114，在其中可形成如图6所示意性示出的图像。第一区域116 代表来自气门座插入件24的IR辐射，第二区域118代表在间隙G处的IR辐射并且第三区 域120代表来自气缸盖10的IR辐射。棱镜110、210的夹角α可提供增强的分辨率用于 间隙G的探测。由于由间隙辐射系数(ε eAP)引起的较高的表观温度，第二区域118可具有 不同于第一和第三区域116、120的像素值。在一种实施方式中，如图7所示，在装配线上工作台可位于气缸盖10的热冲洗器 之后，并且在气缸盖组装之前用IR热成像系统100监测气门座界面34。在气缸盖10穿过 热冲洗器之前，可将气门座插入件24固定到气缸盖10。热冲洗器可加热气缸盖10且气门 座插入件24可被加热至预定温度(二者可处于近似相同的温度)。替代性地，可采用不同 的热源来提供预定温度。可采用两个IR热成像系统100用于检查。气缸盖10可在IR热成像系统100下 面行进，或者IR热成像系统100可在气缸盖10上面行进，以查看每个气门座界面34。此 夕卜，IR热成像系统100可位于机械臂上以将棱镜110、210设置在气门座界面34处。在交错结构中，IR热成像系统100可位于传送装置的每侧。第一 IR热成像系统 100可检查进气端口 12，第二 IR热成像系统100可检查排气端口 14。IR热成像系统100 对于外部光源不敏感，不过可添加检查室以提供屏蔽区域，从而消除对测量的外部影响。此 夕卜，可通过跨动力辊式传送装置放置的一系列光电探测器来提供检查触发。当部件平移通 过检查室时，它可中断光电探测器，并因此触发特定的采集/检查。具有成像分析工具的IR软件可用于实时监测能力以评估像素值(温度)范围和 像素值(温度)测量区域以便收集并报警气门座间隙数据。由于零件在退出热冲洗器时可 能具有一些温度变化，还可另外包括图像校准。可采用标准的自动流水线将气缸盖10和气 门座插入件24组件传输至检查台和从检查台传输。图7中示出的系统可包括两个轴线，一个用于零件传送，一个用于扫描。该系统可 利用图像处理脚本，该图像处理脚本获得表面温度并通过其他自动操作装置(即，传送装 置、往复装置等)对气缸盖10和气门座插入件24组件进行相应的分类(sorts)。图像处理方法可包括采用图像处理软件脚本将表面上的像素值(温度)区域从实 际的零件特征分开。该脚本可包括将像素值(或温度)环形区域(在图6中示出)从剩余 的图像(即，表面)隔离的一系列成像算法。公差标准可基于气缸盖10和气门座插入件24 之间的界面34处的像素值差(或温度差)来定义。给定位置的间隙尺寸的可接受性可基于预定的像素值差(或温度差)来确定。
典型地，像素值的范围从图像纯黑时的0值到图像纯白时的像素值255。这产生了 像素值的2到其8次幂(2、4、8、16、32、64、128、256)。当处理热红外像(灰度色调)中的像 素值时可采用简单的阈值以消除一定像素值以下的全部图像。作为非限制性示例，IR热成 像系统100的分辨率可设置为使得界面34上的任何温度差都指示出不可接受的间隙尺寸。示例性的间隙检查过程可包括首先从IR热成像系统100采集原始图像以校准该 系统以便正确地定位IR热成像系统100。随后，特定的气门座可设置在IR传感器下。图2 中的适配器随后可插入对应的端口部分以采集在IR照相机下面看到的零件表面的发射的 辐射或图像。在感兴趣的预先选择区域中，随后可采用模式识别算法将已知的特征定位在 图像上，以建立所有相对于实际扫描表面的方位、比例因子和坐标系统。随后可按比例缩放 该图像，以适当地将像素分辨率设置到测量的实际工件间隙部分。这总体上提供了间隙G 在表面上的位置的限定，还为控制目的采用不同环形公差建立了特定区域备。这可通过建 立图像区域周围的感兴趣区域(ROI)来实现，针对该感兴趣区域执行对特定范围的像素值 的搜索。接下来，可相对于先前定义的坐标系统指定各感兴趣区域，如间隙G的独特的带状 公差要求。作为非限制性示例，如果将值为0至168的所有像素都在计算机软件中变成值0， 则如果存在间隙，产生的图像将刚好是间隙本身。由于间隙是图像中的最佳发射器，它将具 有可在值为172至255的范围内的最高像素值。随后计算机将所有的这些亮的像素改变为 一个值，如240。随后软件将值为240的像素相加，以确定间隙尺寸。虽然参照气缸盖10和气门座插入件24之间的间隙探测进行了讨论，应当理解的 是，本公开还可同等地用于任何其它多种发动机组件之间的间隙探测。而且，应当理解的 是，本公开具有除发动机组件之外的其它应用。
权利要求
一种发动机气门座间隙评估系统，包括热成像照相机组件，其包括红外传感器；设备，其具有联接到所述热成像照相机组件的第一端部；和镜，其联接到所述设备的与第一端部相对的第二端部，并且适于定位在发动机端口内，以将来自气缸盖和气门座插入件之间间隙的红外辐射引导至所述红外传感器。
2.如权利要求1所述的系统，其中镜形成为圆锥形，并提供所述气门座插入件和所述 气缸盖之间的间隙的整个360度视野。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述镜在其顶点限定了至少90度的夹角。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述镜包括将红外辐射反射至所述红外传感器的红 外透明内部棱镜。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述镜包括将红外辐射反射至所述红外传感器的金 属外部棱镜。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述设备对于红外辐射是透明的。
7.一种探测气门座插入件和气缸盖中的端口之间的间隙的方法，包括加热所述气门座插入件和所述气缸盖；在所述气门座插入件和容纳所述气门座插入件的气缸盖的相应端口之间的界面处产 生所述气门座插入件和所述气缸盖的热图像；以及评估所述热图像，以基于所述气门座插入件和所述气缸盖之间的界面处的温度确定所 述气门座插入件和所述气缸盖之间的间隙的大小。
8.如权利要求7所述的方法，还包括当所述热图像指示间隙区域与所述气门座插入件 和所述气缸盖中的一个之间的温度差时指示不可接受的间隙尺寸。
9.如权利要求7所述的方法，其中产生所述热图像包括将联接到端口内的设备第一端 部的镜定位在界面处以及将界面处的红外辐射反射至联接到设备第二端部的热成像照相 机组件的红外传感器。
10.一种探测气门座插入件和气缸盖内的端口之间的间隙的方法，包括加热所述气门座插入件和所述气缸盖；将联接到端口内的设备第一端部的镜定位在所述气门座插入件和容纳所述气门座插 入件的气缸盖相应端口之间的界面处，以及将所述界面的整个周边周围的红外辐射反射至 联接到设备第二端部的热成像照相机组件的红外传感器；经由所述热成像照相机组件产生所述界面的热图像；以及评估所述热图像，以基于所述气门座插入件和所述气缸盖之间的界面处的温度确定所 述气门座插入件和所述气缸盖之间的间隙的大小。
全文摘要
本发明涉及用于气门座间隙评估的系统和方法。具体公开了一种探测气门座插入件和气缸盖中的端口之间的间隙的方法，该方法可包括加热气门座插入件和气缸盖；在气门座插入件和容纳气门座插入件的气缸盖相应端口之间的界面处产生气门座插入件和气缸盖的热图像。该热图像可被评估，以基于气门座插入件和气缸盖之间的界面处的温度确定气门座插入件和气缸盖之间的间隙的大小。
文档编号G01B11/14GK101846501SQ20101017123
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者D·L·西蒙, J·S·阿加皮欧, L·B·穆宁 申请人:通用汽车环球科技运作公司