用于表征发动机缸体镗孔表面的方法及其装置制造方法及图纸

提供了用于对发动机缸体的镗孔进行剖析的方法。该方法可以包括用定性光学器件(QlOD)对镗孔表面进行剖析以确定镗孔表面的定性表面特性图，其中所述QlOD包括被配置成以发射角朝向镗孔表面发射光的光源以及被配置成感测从镗孔表面反射的散射光的传感器阵列，并将定性表面特性图与校准值进行比较以确定镗孔表面用于热喷涂沉积的适合度。该方法可以进一步包括用定量光学器件(QnOD)对镗孔表面进行剖析以确定定量表面特性，并且确定定量‑定性相关性。该方法可以进一步包括利用QlOD对镗孔表面的附加样本区域进行剖析，以确定镗孔表面的定性表面特性图并将该相关性应用于该图。

Method and device for characterizing the surface of an engine cylinder bore

A method for analyzing the boring of engine block is provided. The method may include using a qualitative optical device (QlOD) to analyze the boring surface to determine a qualitative surface characteristic diagram of the boring surface, wherein QlOD includes a light source configured to emit light at an emission angle toward the boring surface and a sensor array configured to sense scattered light reflected from the boring surface, and a qualitative table. The surface special map is compared with the calibration value to determine the suitability of the boring surface for thermal spray deposition. The method can further include quantitative optical device (QnOD) analysis of the boring surface to determine the quantitative surface characteristics, and to determine the quantitative and qualitative correlation. The method can further include the use of QlOD to analyze the additional sample area of the boring surface to determine the qualitative surface characteristic diagram of the boring surface and apply the correlation to the diagram.

【技术实现步骤摘要】
用于表征发动机缸体镗孔表面的方法及其装置引言在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物被提供给ICE的发动机缸体内的汽缸。压缩和/或点燃并燃烧空气/燃料混合物以经由位于汽缸内的活塞提供输出扭矩。当活塞在汽缸内移动时，活塞和汽缸之间的摩擦以及燃料的存在会磨损和老化汽缸表面。另外，燃烧压力和活塞侧负载可对缸膛施加相当大的应力。历来，ICE采用汽缸套来防止发动机缸体磨损或损坏。汽缸套可以包括诸如包含钢的热喷涂组合物。热喷涂是一种涂覆工艺，其通过经由例如燃烧或电等离子体或电弧来加热并且任选地熔化材料而将材料施加到基板上。该工艺能够相对于诸如电镀、溅射和物理气相沉积等其他涂覆工艺在大面积上快速施加相对厚的涂层。将热喷涂组合物施加到缸膛需要足够的镗孔表面粗糙度以确保热喷涂和缸膛表面之间的适当粘附。特别是在制造环境中表征缸膛表面粗糙度仍然是一个挑战。
技术实现思路
根据示例性实施例的一个方面，提供了一种在制造过程中对发动机缸体的镗孔表面进行剖析的方法。该方法包括用定性光学器件(QlOD)对镗孔表面进行剖析以确定镗孔表面的定性表面特性图，并将定性表面特性图与校准值进行比较以确定镗孔表面对热喷涂沉积的适合度。QlOD可以包括被配置成以发射角朝向镗孔表面发射光的光源以及被配置成感测从镗孔表面反射的散射光的传感器阵列。光源可以被配置成以约45度至约5度之间的发射角朝向镗孔表面发射光。散射光可以包括以比发射角大至少大约5度的散射角从镗孔表面反射的光。根据示例性实施例的一个方面，提供了一种对发动机缸体的镗孔进行剖析的方法。该方法可以包括：用定量光学器件(QnOD)对镗孔表面的第一样本区域进行剖析以确定第一样本区域的定量表面特性；用定性光学器件(QlOD)对第一样本区域进行剖析以确定第一样本区域的定性表面特性；将第一样本区域的定量表面特性与第一样本区域的定性表面特性进行比较以确定定量-定性相关性；用QlOD对镗孔表面的一个或多个附加样本区域进行剖析以确定镗孔表面的定性表面特性图；并且将定量-定性相关性应用于镗孔表面的定性表面特性图以确定镗孔表面对热喷涂沉积的适合性。QlOD可以包括被配置成以发射角朝向镗孔表面发射光的光源以及被配置成感测从镗孔表面反射的散射光的传感器阵列。QlOD的传感器阵列能够感测镜面反射光和散射光。定性表面特性图可以包括一个或多个定性表面粗糙度评估，其中每个评估与相对于镗孔表面的位置相关联。光源可以被配置成以约15度至约5度之间的发射角朝向镗孔表面发射光。QnOD可以是触针轮廓仪、光学干涉仪、共焦显微镜或结构光源(SLS)3D相机。第一样本区域可以包括小于约10毫米的直径。该方法可以进一步包括用QnOD对镗孔表面的第二样本区域进行剖析以确定第二样本区域的定量表面特性并且用QlOD对第二样本区域进行剖析以确定定性比较后的第二样本区域的定性表面特性。比较还可以包括将第一样本区域的定量表面特性与第一样本区域的定性表面特性进行比较，并将第二样本区域的定量表面特性与第二样本区域的定性表面特性进行比较以确定定量-定性相关模型。根据示例性实施例的一个方面，提供了一种对发动机缸体的镗孔进行剖析的方法。该装置可以包括本体和定量光学器件(QnOD)以及设置在其上的多个定性光学器件(QlOD)，其中每个QlOD包括光源，该光源被配置成从本体径向向外发射光并以发射角朝向镗孔表面，以及被配置成感测从镗孔表面反射的散射光的传感器阵列。该设备可以包括定位元件，该定位元件能够相对于孔的轴向高度调整发动机缸体镗孔内的测量装置的位置。该装置可以在相邻的QlOD之间包括至少90度的间隔角。QnOD可以是触针轮廓仪、光学干涉仪、共焦显微镜或结构光源(SLS)3D相机。该装置可以进一步包括多个在相邻的QlOD之间从该装置径向向外延伸的护罩。尽管本文中的许多实施例描述了用于对发动机缸体镗孔表面的表面进行剖析的方法和装置，特别是在制造期间使用的方法和装置，但是本文提供的方法和装置通常适用于对其他表面进行剖析以及用于制造之外的应用。从示例性实施例的以下详细描述和附图中，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加显而易见。附图说明图1示出了根据一个或多个实施例的发动机缸体的侧视图；图2示出了根据一个或多个实施例的用于对发动机缸体镗孔表面进行剖析的方法；图3示出了根据一个或多个实施例的对镗孔表面进行剖析的定性光学器件的示意性图示；图4示出了根据一个或多个实施例的用于定性评估发动机缸体镗孔表面的装置；图5示出了根据一个或多个实施例的用于对发动机缸体的镗孔进行剖析的方法。图6A示出了根据一个或多个实施例的镜面反射信号强度与来自用于镗孔表面的顶面数据的镗孔位置的关系。图6B示出了根据一个或多个实施例的镗孔表面的测量的Sdr与施加到镗孔表面的热喷涂的最小破坏负载的关系。具体实施方式本文描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是实例，而其他实施例可以采取各种替代形式。所述附图并不是按比例尺绘制的；一些特征可能被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。这里所公开的具体结构和功能细节不是限制性的，而是仅作为向本领域技术人员说明不同实施方式的代表性原则。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征件组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施方式可能是理想的。本公开提供了用于对发动机缸体的镗孔表面进行剖析的方法和装置。具体而言，本文公开的方法和装置适合用于在制造期间以及在将热喷涂涂层沉积到一个或多个镗孔表面上之前对发动机缸体的镗孔表面进行剖析。已经确定，高表面粗糙度有利于热喷涂与镗孔表面的适当粘附，例如通过热喷涂涂层和镗孔表面之间的增加的粘合强度以及减少或消除的分层和/或开裂的热喷涂涂层。在热喷涂之前对镗孔表面进行剖析允许评估表面粗糙度，进而是评估涂层的随后的粘合强度、坚固性和耐久性。表面纹理或粗糙度可以通过诸如平均二维粗糙度(Ra)、平均三维粗糙度(Sa)和显现的界面面积比(Sdr)等参数来定义。可以用公式(1)计算Sa：Sa＝∫∫aZ|(x，y)|dxdy(1)可以使用下面的等式(2)来计算以百分比表示的Sdr：在一些情况下，增加Sdr可以与增加热喷涂粘合强度线性相关。其中x、y和z是在三个正交轴线上的测量值。应该理解的是，这些测量结果都是三维的，并且表面纹理(例如由Sdr和Sa表示的纹理)可以被认为是或者被考虑是分形的，即具有在不同的规格上自相似的永不终止的图案的表面。据认为，这样的表面纹理通过提供具有多个尺寸或从亚微观到微观的规格的纹理化表面和热喷涂涂层之间的连接来增强热喷涂涂层的粘附。例如，在一个实施例中，发动机缸体镗孔的合适的Ra可以在约4μm至约25μm之间。在一个实施例中的另一个实例中，发动机缸体镗孔的合适的Sdr可以大于约100％。在一个实施例中的另一个实例中，发动机缸体镗孔的合适的Sa可以在约7μm至约18μm之间，或者约9μm至约15μm之间。已经确定可以通过定性分析方法确定和/或得当地剖析表面粗糙度，以便确定热喷涂沉积表面的适合性。本文公开的定性表面剖析方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在制造期间对发动机缸体镗孔表面进行剖析的方法，所述方法包括：用定性光学器件(QlOD)对所述镗孔表面进行剖析以确定所述镗孔表面的定性表面特性图，其中所述定性光学器件包括被配置成以发射角向所述镗孔表面发射光的光源以及被配置成感测从所述镗孔表面反射的散射光的传感器阵列；以及将所述定性表面特性图与校准值进行比较以确定所述镗孔表面用于热喷涂沉积的适合度。

【技术特征摘要】
2017.02.24 US 15/4420911.一种用于在制造期间对发动机缸体镗孔表面进行剖析的方法，所述方法包括：用定性光学器件(QlOD)对所述镗孔表面进行剖析以确定所述镗孔表面的定性表面特性图，其中所述定性光学器件包括被配置成以发射角向所述镗孔表面发射光的光源以及被配置成感测从所述镗孔表面反射的散射光的传感器阵列；以及将所述定性表面特性图与校准值进行比较以确定所述镗孔表面用于热喷涂沉积的适合度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光源被配置成以约45度至约5度之间的发射角朝向所述镗孔表面发射光。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中散射光包括以至少比所述发射角大大约5度的散射角从所述镗孔表面反射的光。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述传感器阵列进一步被配置成感测镜面反射光。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述校准值包括所述镗孔表面适于热喷涂粘合的最小散射光强度值。6.一种用于剖析发动机缸体的镗孔的方法，所述方法包括：用定量光学器件(QnOD)对所述镗孔表面的第一样本区域进行剖析以确定所述第一样本区域的定量表面特性；用定性光学器件(QlOD)对所述第一样本区域进行剖析以确定所述第一样本区域的定性表面特性，其中所述定性光学器件包括光源，所述光源被配置成以发射角朝向所述镗孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·克雷默，李喆，Y·王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US