閥座和聯接部分之間的間隙的測量的制作方法

專利名稱：閥座和聯接部分之間的間隙的測量的制作方法
技術領域：
本發明涉及間隙測量裝置，用于測量在發動機的排氣口中形成聯接部 分并將閥座壓配合在這些聯接部分中之后閥座和聯接部分之間形成的間 隙。本發明還涉及確定這些間隙的方法。
背景技術：
發動機的汽缸頭設有排氣口。這些排氣口通過進氣閥和排氣閥來打開 和閉合。直接與進氣閥和排氣閥接觸的構件稱為閥座。這些閥座必須耐用。 例如，可以使用鋼制閥座壓配合在鋁合金鑄件制成的汽缸頭中的結構。具體而言，容納闊座的聯接部分(以后稱為"聯接部分")通過切削形成 在汽缸頭中，而閥座則壓配合在該聯接部分中。如果壓配合不合適，則在 閥座和聯接部分之間形成間隙。優選是不形成這些間隙，但因為機械加工 的不均勻性，允許有一定程度(例如10(im)的這些間隙。在壓配合完成后，測量在閥座和聯接部分之間形成的間隙和確認該間 隙在允許范圍內是很重要的。優選是自動地確認該間隙，因為自動確認過程需要的時間較少。考慮 到這點，在過去該間隙利用如在日本專利公開公報7-286824號(JP 7-286824A)中所述的使用照相機和三角形棱鏡反光鏡的檢查裝置來檢查。現參照圖9A說明JP-7286824A的技術。如圖9A所示，檢查裝置100由以下部分構成三角形棱鏡反光鏡101; 獲取細長形被檢查部件的圖像的成像裝置102;將成像裝置102獲取的灰度 圖像二值化的二值化裝置103;用等價的橢圓替換二值化圖像的替換裝置 104;以及計算所得到的等價橢圓的短軸長度的計算裝置105。在將閥座109壓配合在設在汽缸頭107上的聯接部分108中后，使三 角形棱鏡反光鏡101面向聯接部分108和閥座109之間的間隙111，耳又其圖 像并使圖像二值化。得到圖9B所示的水平方向長的圖形D。另外，計算該水平方向長的圖形D的等價橢圓，得到等價橢圓E,該等價橢圓E的短軸長度為與所述間隙相當的值。如果該短軸長度等于或小于允許的間隙值，則該短軸長度是可以接受的；如果超過允許的間隙值，則該長度是不可接受的。當測試該檢查裝置100時，發明者發現，該水平方向長的圖形D的尺寸是不穩定的。結果，測量的短軸長度與間隙111的尺寸差別很大。因此，檢查結果不可靠。水平方向長的圖形D的尺寸不穩定的原因被認為在于以下方面。 如圖10A所示，間隙111形成在聯接部分108和閥座109之間。如圖IOB所示，當放大圖10A中的區域b時，在鑄件表面上可以看見多個切口的部分112。如圖10C所示，當》文大切口部分112時，可看見孩吏小的毛剌113。毛剌113形成的機理如下。在圖IOD所示的前序步驟中，圖10A所示 的汽缸頭107沿著切線(shearing wire) 115切削。當優先考慮材料的百分 數產量時，如圖10C所示的切口部分112是不可避免的。由于勞動量會增 大，所以實際上難以完全除去^f效小的毛剌113。在圖10C中，光被切口部分112反射和擴散，形成照亮的區域和陰影 區域。毛剌113也形成陰影區域，并且陰影區域構成類似間隙111的暗的區 域。結果，水平方向長的圖形的尺寸不穩定。因此，需要一種即使在存在切口部分和微小毛剌情況下也能夠精確測 量聯接部分和閥座之間的間隙的測量裝置。發明內容根據本發明的第一方面，提供一種間隙測量裝置，用于測量在發動機 的排氣口中形成聯接部分并將閥座壓配合在該聯接部分中后所述閥座和聯 接部分之間形成的間隙，其中所述裝置包括柱狀體；設在所述柱狀體的 一端的白色發光二極管，該白色發光二極管的照明軸線與所述柱狀體的軸 線垂直；設在所述柱狀體的一端、用于將光軸偏折卯。的反光鏡；設在所述 柱狀體的相反一端的CCD(電荷耦合裝置)照相機；和用于將所述CCD照相 機獲取的彩色圖像信息二值化的彩色圖像處理器，其中，所述彩色圖像處 理器通過利用色調、色度和亮度三個要素評價每一個象素的顏色，來執行 二值化。照明軸線與被成像的表面垂直。結果，切口部分不會成為暗區域，并 且微小的毛剌也不會形成暗區域。另外，使用白色發光二極管進行照明。 與紅色、藍色或綠色發光二極管比較，這些白色發光二極管具有較少出現 形成噪聲的暗區域的優點。通過評價色調，基本上可辨認材料；通過評價色度，可將間隙與其他 部分區別；通過評價亮度，可提高根據陰影的二值化精度。由于以上原因，可以提供一種即使在檢查包含切口部分或微小毛剌的 閥座附近情況下也能夠精確地觀'J量間隙的技術。優選，存在256個色調，包括添加在紅、橙、黃、綠黃、綠、藍綠、 藍、藍紫、紫和紫紅IO種顏色中的中間色，以紅色為第1,紫紅色為第256, 并且第100~200的范圍被作為色調評價范圍；色度評價范圍包括第10 50 的范圍，以最純凈的亮度為第l，色彩最豐富的亮度為第256;亮度評價范 圍包括第30及其以下，以黑色為第1,白色為第256;并且彩色圖像處理 器執行二值化處理，其中將數0賦予滿足所述色調評價范圍、色度評價范 圍和亮度評價范圍的三個條件的顏色，而將數1賦予所有其他顏色。當被檢查的表面用白色發光二極管照明時，當該表面為鐵或鋁時，得 到藍色圖像。第150基本上與藍色匹配，并且利用藍色作為基礎，將圖像 限制為藍綠色、藍色和藍紫色，從而可以排除其他材料。間隙的色度為第50或更低的模糊顏色。考慮到這點，將第10~50的范 圍設定為色度評價范圍，從而可辨認該間隙。如果將色度限制為第10-50后確定亮度，則間隙的亮度為第30或更低。執行二值化處理，將數0賦予滿足色調評價范圍在第100 200內、色 度評價范圍在第10-50內和亮度評價范圍為第30或以下三個條件的顏色， 并將數1賦予所有其他顏色。這樣，可以更高的精度測量壓配合在汽缸頭 中的閥座中的間隙。優選，所述柱狀體、白色發光二極管、反光鏡、和CCD照相機安裝在 機械手上。將所述柱狀體、白色發光二極管、反光鏡、和CCD照相機安裝在機械 手上，可以不需要手動地將柱狀體和其他零件插入排氣口中。這樣，測量 可以容易地實現自動化并且更快地進行。根據本發明的第二方面，提供一種測量在發動機的排氣口中形成聯接部分并將閥座壓配合在所述聯接部分中后閥座和耳關接部分之間形成的間隙，并確定這些間隙是否可容許的間隙測量方法，所述方法包括下列步驟在利用白色發光二極管照明閥座和聯接部分之間的間隙的情況下，利用CCD照相機拍攝所述間隙；根據色調、色度和亮度三個要素，利用彩色圖 像處理器評價每一個象素的顏色，將所得到的彩色圖像信息二值化；計算 由該二值化得到的白點象素的總數；和當所得到的白點象素的總數等于或 小于作為接受標準的象素總數時，確認閥座和聯接部分之間的間隙為可容 許的。與紅色、藍色或綠色發光二極管比較，白色發光二極管具有較少出現 形成噪聲的暗區域的優點。通過評價色調，可大致辨識材料；通過評價色度，可將間隙與其他部 分區別；和通過評價亮度，可提高根據陰影的二值化精度。由于上述原因，可以提供一種即使在^^測包含切口部分和微小毛刺的 閥座附近情況下也能夠精確地測量間隙的技術。


圖1為表示汽缸頭和根據本發明的測量聯接部分和閥座之間的間隙的裝置之間的關系的橫截面圖；圖2為表示圖1的間隙測量裝置的橫截面圖；圖3為沿圖2的箭頭3-3觀察到的側視圖；圖4為表示以比較的方式測試照明光的方法的示意圖；圖5為表示亮度和錯誤地檢測的象素數目之間的關系的圖形；圖6為表示確定間隙可接受性的判定標準的模式的流程圖；圖7為表示使用所述間隙測量裝置的生產線的透視圖；圖8為表示圖3的反光鏡為圓形的一種變型的示意圖；圖9A和9B為表示使用傳統間隙測量裝置的傳統間隙測量方法的示圖；和圖10A 10D為表示傳統間隙測量裝置的問題的示圖。
具體實施方式
如圖1所示，發動機的汽缸頭11倒轉，使得閥工作腔12處于底部，并且測量if關接部分和閥座之間的間隙的裝置20部分地插入進氣口 13和排 氣口 14中。然后，利用裝置20測量聯接部分和閥座之間間隙。通過切削 較靠近汽缸頭11的一側，使進氣口 13設有聯接部分15,并將閥座16壓配 合在該聯接部分中。對于排放口 14也同樣。如圖2所示，測量聯接部分和閥座之間的間隙的裝置20由柱狀體21; 橫截面基本上為三角形并設在柱狀體21的一端(圖中的下端)的反光鏡容納 腔22;設在反光鏡容納腔22的周邊周圍并與柱狀體的軸線24垂直的白色 發光二極管25;設在反光鏡容納腔22處并將光軸26彎折90。的反光鏡27; 設在柱狀體21的基部(圖中的上端)的CCD照相4幾28;以及將CCD照相才幾 28得到的彩色圖像信息二值化的彩色圖像處理器29構成。如圖3所示，在反光鏡容納腔22的周邊周圍固定多個白色發光二極管 25，以向著圖面發射白光。縮寫為LED的發光二極管為發射具有極好的直線傳播特性的光的電子 器件，實際中使用的有發射紅光、藍光、綠光和白光的二極管。在一個試驗中比較了這四種顏色的發光二極管，下面說明其結果。在由發射紅光、藍光、綠光和白光的二極管發光的情況下，進行比較 所發射的光的試驗。如圖4所示，間隙31基本上對準在中間，并拍攝閥座 16和汽缸頭11的一部分。這樣可得到特定尺寸的圖像33。圖像33具有 720000個象素。當放大圖像33時，在占據圖像大部分的底色部分34的中間出現一個 白色的帶35，在該白色帶35的上面可看見幾個白色的點36, 36(座圈范圍)； 和在該白色帶35的下面可看見無數的白點37(汽缸頭范圍)。將在白色帶35 和白點36， 36， 37上的象素數目制成表。這個制成表的值稱為白點象素的總數。其次，進行界定白色帶35的處理。將間隙范圍，座圈范圍和汽缸頭范 圍分開，以得到分開的圖像41、 42和43。頂部分割圖像41和底部分割圖像43表示不是間隙的區域。因此，頂 部分割圖像41中的白點36， 36和底部分割圖像43中的白點37, 37為錯 誤地;險測的，不是間隙。考慮到這點，將頂部分割圖像41中的白點36， 36 中和底部分割圖像43中的白點37， 37中的象素的數目制成表。這個制成 表的值稱為錯誤地檢測到的象素的數目。下表示出在保持其他條件固定不變的情況下，使用發射紅光、藍光、 綠光和白色光的二極管時得到的白點象素總數和錯誤地檢測到的象素數目 的結果。表試驗發光二極 管象素的 總數白點象素的 總數A錯誤地檢測到的 象素的數目B錯誤檢測 率C1紅光72x1047.0x1045.3x10476%2藍光72x1043.2x1041.4x10444%3綠光72x1042.3x1040.6x10426%4白光72x104L0x104440.4%在1號試驗中，使用紅色發光二極管。象素的總數為720000，白點象 素的總數為70000。錯誤地;險測到的象素的數目為53000。如用式子 (5.3/7)x 100=76計算得到的，錯誤檢測率為76%。同樣，在2號試驗中(使用藍色發光二極管)，錯誤檢測率為44%，而在 3號試驗中(使用綠色發光二極管)，錯誤檢測率為26%。鑄件表面上的切口部分和微小毛剌的不利影響在使用紅色發光二極管 的情況下更為嚴重。雖然藍色和綠色二極管有一些改善，但仍然存在切口 部分和微'J 、毛剌造成的不利影響。在4號試驗中使用白色發光二極管。象素的總數為720000，白點象素 的總數為10000。錯誤地檢測到的象素的數目很小，為44。由 (44/10000)x 100=0.44計算得到的錯誤檢測率為0.4%。可以確認，使用白色 發光二極管，可充分地消除切口部分和微小毛剌的影響。其次，利用白色發光二極管得到彩色圖像，并該彩色圖像在色調、色 度和亮度三個方面來4企測。閥座由鐵基材料制成并經過機械加工，使表面形成為類似鏡子的光滑 表面。汽缸頭由鋁合金鑄件制成，并且排氣口經過機械加工，但表面具有 切口部分和樣吏小毛剌。閥座和汽缸頭利用白色發光二極管照射，以得到彩色圖像，這樣該圖 像的色調類似"藍色"。如果拍攝的圖像為銅基材料，則色調類似"紅色"。在鐵基材料與鐵基材料組合，或者鐵基材料與鋁基材料組合的情況下， 色調類似"藍色"。在測量過程中，優選確認機械加工范圍和材料組合情況。在10種顏色一紅、橙、黃、黃綠、綠、藍綠、藍、藍紫、紫和紫紅中添加中間色，得到總共256個色調，將中間顏色加。紅色為第1,紫色為第 256,使用第100 200(藍綠、藍和藍紫)的范圍作為色調評價范圍，其中藍 色位于中心。接下來，觀察間隙部分發現間隙具有隱約的(dull )淺藍色(bluish color )。 多次測試色度，其中最純凈的亮度為第1，色彩最豐富的亮度為第256。結果，隱約的淺藍色處于第10 50的范圍。在第50以外，檢測到間隙外面C閥座或汽缸頭)的亮點的機會增大。考慮到這點，色度評價范圍為第10 50。使用第100~200的色調和第10 50的色度，如上所述一企驗亮度。為了發現出現錯誤地確定象素的條件，使用白色發光二極管，并改變 色調范圍設定為第100 200、色度范圍設定為第10 50的彩色圖像中的亮 度。結果表示在圖5中。對于亮度，黑色為第l,白色為第256。在圖5中，在亮度為第27或更小時，沒有發現錯誤的檢測。在亮度為 第40或更大時，錯誤地檢測的象素數目超過1000。在上表所示的試驗4中， 白色象素的總數為10000。因此，如果允許的錯誤檢測率為1%，則根據計 算10000x0.01=100，允許大約IOO個檢測出錯。曲線上垂直軸上的數目IOO相當于亮度第30。考慮到這點，亮度評價范圍為第30或更小，優選為第27或更小，更 優選為第25或更小。因此，可以消除錯誤檢測，使測量更可靠。以下說明生成測量是否可接受的確定基準的方法。圖6為生成根據本發明的可接受性標準的流程圖。在步驟No.(以后縮寫為ST)Ol中，提供間隙調節至5pm(圖4)， 10pm和 20(im的樣品(閥圈和汽缸頭)。在ST02中，拍攝樣品，以獲取彩色圖像。在ST03中，利用第100 200的色調、第10~50的色度水平和第30或 更小的亮度水平，將彩色圖像二值化。具體而言，將滿足這三個條件的象 素標記為"白色"，其他象素標記為"其他顏色"(圖4)。在ST04中，計算和獲取白點象素的總數。ST05:通過參考5pm間隙的白點象素的總H 10pm間隙的白點象素的總數和20(im間隙的白點象素的總數，確定10fxm間隙的白點象素的總數。 使用這個確定的白點象素的總數作為可接受性標準，等于或小于所確定的 白點象素總數的象素數目認為是可接受的；而超過所確定的白點象素 總數的象素數目認為是不可接受的。5pm間隙的白點象素的總數和20|im間隙的白點象素的總數用作確定 10 pm間隙的白點象素的總數的可能't生的輔助數據。以下說明在生產線上安裝測量聯接部分和閥座之間的間隙的裝置的一 個例子。如圖7所示，支線46安裝在傳送線45附近，機器人47和彩色圖像處 理器29設在支線46附近。機器人47的機械手48帶有多個柱狀體21等。柱狀體21的遠端插入如箭頭所示運動的汽缸頭11中，并測量間隙。 如果觀察彩色圖像處理器29的檢查者確認汽缸是不可接受的，則將不合格 的汽缸頭11運動至支線46上。通過利用彩色圖像處理器29確定可接受性， 可將生產線形成為無人管理的生產線。圖8中示出了圖3的另一個實施例。在圖3中，反光鏡容納腔22形成 為矩形棱鏡形狀，但在圖8中，反光鏡容納腔22形成為柱狀體形狀。如果 該腔為柱狀體形，則所有白色發光二極管25及其它元件可以配置成與反光 鏡27的中心相隔相等的距離，并可得到沒有不規則性的清楚的圖像。可以根據汽缸頭的材料和閥座的材料和尺寸，確定色調、色度和亮度 的評價范圍。本發明適合作為測量閥座和聯接部分之間的間隙的裝置，但也可用于 測量各種類型的任何形式的間隙。因此，本發明可以用于測量金屬件和不 是閥座的其他金屬件之間的間隙的裝置。工業上的應用性本發明適合于作為測量閥座和聯接部分之間的間隙的測量裝置。
權利要求
1.一種間隙測量裝置，用于測量在發動機的排氣口中形成聯接部分并將閥座壓配合在該聯接部分中后所述閥座和聯接部分之間形成的間隙，所述裝置包括柱狀體；設在所述柱狀體的一端的白色發光二極管，該白色發光二極管的照明軸線與所述柱狀體的軸線垂直；設在所述柱狀體的一端、用于將光軸偏折90°的反光鏡；設在所述柱狀體的相反一端的電荷耦合裝置照相機；和用于將所述電荷耦合裝置照相機獲取的彩色圖像信息二值化的彩色圖像處理器，其中，所述彩色圖像處理器通過利用色調、色度和亮度三個要素評價每一個象素的顏色，來執行二值化。
2. 如權利要求1所述的間隙測量裝置，其中，存在256個色調，包括 添加在紅、橙、黃、綠黃、綠、藍綠、藍、藍紫、紫和紫紅10種顏色中的 中間色，以紅色為第1，紫紅色為第256，并且第100 200的范圍被作為色 調評價范圍；色度評價范圍包括第10 50的范圍，以最純凈的亮度為第1,色彩最豐 富的亮度為第256;亮度評價范圍包括第30及其以下，以黑色為第1,白色為第256;并且彩色圖像處理器執行二值化處理，其中將數0賦予滿足所述色調評價 范圍、色度評價范圍和亮度評價范圍的三個條件的顏色，而將數1賦予所 有其他顏色。
3. 如權利要求1所述的間隙測量裝置，其中，所述柱狀體、白色發光 二極管、反光鏡、和電荷耦合裝置照相機安裝在機械手上。
4. 一種測量在發動機的排氣口中形成聯接部分并將閥座壓配合在所述 聯接部分中后閥座和聯接部分之間形成的間隙，并確定這些間隙是否可容 許的間隙測量方法，所述方法包括下列步驟在利用白色發光二極管照明閥座和聯接部分之間的間隙的情況下，利用電荷耦合裝置照相機拍攝所述間隙；根據色調、色度和亮度三個要素，利用彩色圖像處理器評價每一個象素的顏色，將所得到的彩色圖像信息二值化；計算由該二值化得到的白點象素的總數；和當所得到的白點象素的總數等于或小于作為接受標準的象素總數時， 確認閥座和聯接部分之間的間隙為可容許的。
5.如權利要求4所述的間隙測量方法，其中，存在256個色調，包括 添加在紅、橙、黃、綠黃、綠、藍綠、藍、藍紫、紫和紫紅10種顏色中的 中間色，以紅色為第1,紫紅色為第256,并且第100 200的范圍被作為色 調評價范圍；色度評價范圍包括第10 50的范圍，以最純凈的亮度為第i,色彩最豐 富的亮度為第256;亮度評價范圍包括第30及其以下，以黑色為第1，白色為第256;并且彩色圖像處理器執行二值化處理，其中將數0賦予滿足所述色調評價 范圍、色度評價范圍和亮度評價范圍的三個條件的顏色，而將數1賦予所 有其他顏色。
全文摘要
一種測量發動機的排氣口中的聯接部分(15)和設在該聯接部分上的閥座(16)之間形成的間隙的裝置。這個裝置包括位于柱狀體(21)的一端上的白色發光二極管(25)、用于垂直于柱狀體的縱軸線(24)發光的白色發光二極管(25)。來自發光二極管的光軸(26)被反光鏡(27)彎折90°。由設在柱狀體的另一端的CCD照相機(28)得到的彩色圖像，通過彩色圖像處理器(29)根據色調范圍、色度范圍和亮度范圍被二值化。
文檔編號G01B11/14GK101326344SQ20078000054
公開日2008年12月17日 申請日期2007年3月12日 優先權日2006年3月24日
發明者坪來光男, 蟹澤光浩 申請人:本田技研工業株式會社