用於零部件尤其是活塞式發動機的活塞的測量方法和系統的製作方法

2023-10-08 05:58:59

專利名稱：用於零部件尤其是活塞式發動機的活塞的測量方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明處於測量技術的領域中並且涉及旋轉部件的測量，具體 來講，涉及用於內燃機和其它活塞式發動機的活塞的測量。對於這些 測量來說，重要的是要快速且儘可能少耗時地確定精確的、通常較為 複雜的測量結果。例如，可以這樣評定用於特定應用的活塞或其它旋 轉部件的適用性或者可以在零部件生產期間進行質量監督。
在本案中，涉及鑲鑄部件或零部件中的類似結構的接合的無損
測量和效能評定，尤其涉及用於內燃機的活塞中的鑲鑄部件的金屬接 合的確定。對於這種測量而言，對基礎材料與鑲鑄或以其它方式接合 的材料之間沿著限定區域進行的接合的效能和完全度進行評定是個 棘手的問題，例如，評定零部件的質量或它對特定應用的適用性或者 對生產工藝(鑄造、製造)進行質量監督。
背景技術：
前述類型的測量可以藉助超聲波測量方法來實施。在批量生產 部件的自動測量中經常方便地使用液浸法中的所謂超聲波測量。另 夕卜，會用到所謂接觸技術中的方法。
這些測量系統通常包括以下組成部分
*至少一個超聲波裝置，視情況而定，該超聲波裝置具有多個 測試通道，所述超聲波裝置可以適當地控制超聲波的產生和這些超聲 波的接收，並且可以適當地估算聲音傳播時間，可以視情況而用一個 單獨的估算計算機進行估算；
*一個或多個探針("測試頭")，這些探針適合於產生、傳 送/發射和接收特徵聲波，所述探針在各種情況下都與超聲波裝置耦
接；*用於測試頭的一個或多個適當的機械定位裝置，視情況而定，
能夠沿著軸線移動和/或控制所述機械定位裝置；
*在使用液浸法的情況下，包括可以裝滿液體介質的容器槽， 該容器槽具有用來固定所要測試零部件的裝置，並且該容器槽包含測
試頭；
*用於所要測試零部件的適當的、視情況而定可移動的安裝座。
在測量過程中，藉助適合於測試問題的探針或者利用多個探針 產生適當波長、聲束直徑和傳播特性的適當超聲波，並且經由所要測 試的零部件浸沒於其中的液體傳遞介質將所述超聲波傳導到零部件 中。穿過該零部件的聲波一部分在與鑲鑄部件的分界面上被反射並且 一部分得以向前傳播。這樣反射的波或者透射的波包含與零部件內部 有關的信息，即，具體來說是與接合狀態有關的信息，並且可以藉助 適當的接收器針對這些波的振幅來對它們進行評定，所述接收器根據 實際情況可以整合到發射器中。將歸屬於特定傳播時間或傳播周期的 振幅分量評估為與零部件中給出的相關深度位置或相對位置相對應， 這個位置就是要加以選擇的位置。通過使探針相對於所要觀測的零部 件連同所要觀測的接合區域一起進行適當的相對運動，尤其是通過使 零部件和/或探針相對於彼此進行旋轉，這樣會產生被反射和/或透 射的超聲波的特徵振幅信號曲線。
相對振幅信號曲線受到諸多因素的影響，測量段上的絕對振幅 高度也是如此。非窮舉地講，這些因素是例如零部件和鑲鑄部件的幾 何形狀、零部件或鑲鑄部件的結構或材料的影響、零部件表面或與鑲 鑄部件的結合面的粗糙度，不過還有一些參數，比如零部件彼此之間 的幾何排列方式以及超聲波(它們的強度、傳播特性、其它聲場變量... 等)。在多個部件的測試過程中，這些影響經常無系統地改變，即使 在幾分鐘的短時期內也會發生無系統改變，這稱為所謂的幹擾影響或 幹擾變量。除了這麼多相互疊加的幹擾影響不說，單單就振幅曲線而 言，也取決於接合的性質和性能，即，取決於這樣的屬性該屬性是 要按照測量方法確定的實際情況。
對於較為複雜的零部件，目前市場上可以買到的系統僅僅能夠非常不充分地認定和補償這些幹擾影響。例如，認定和補償例如是通 過這樣的行為來進行的藉助一個或多個參照部件，並且通常是藉助 多個合格的系列零部件，確定和調整振幅的基準量級(通過放大調 整)，並且利用部分或完全不合格的接合來推定出動態和變化範圍。 所謂的極限值或閾值可以由這些值來定義，即，在隨後的一系列測試 中，當達到所述的這些值時使用這些值來認定不合格的零部件。這些 閾值是針對大多數部件選擇的並且在整個測量段上和/或在多個零 部件的測試期間的較長時間段內是固定的，且僅僅滿足很簡單的動態 要求，從而無法令人滿意的避免前述問題和前述較長消耗時間。
所有這些方法的缺陷是，有的時候重新設定測量系統需要花費 相當長的時間，系統的檢查和校準必須要在很短的時間間隙內進行， 以及即使進行了最佳調節，幹擾影響還是會造成錯誤的測量結果和不 正確的評估結果，而且零部件屬性相互之間的非嚴格性變化也會造成 錯誤的測量結果和不正確的評估結果，嚴重的情況下會造成無法識別 出不合格產品或者廢棄合格的部件。
從所述現有技術出發，本發明的任務一方面著眼於減少設定過 程所花費的時間，另一方面著眼於找出一種使針對各次單一測量的幹 擾影響最小並且對影響振幅的參數變化具有魯棒性的通用方法。打算 這樣將評估的質量和這些測量結果的可靠性提升到市場上可以買到 的現有系統目前還無法企及的程度。

發明內容
本發明追求的目標是提供用於對零部件的內部狀態進行的快速 和可靠的、大部分自動的評價的系統和方法，尤其是零部件中鑲鑄部
件的金屬接合的效用評價，尤其是在諸如活塞之類的旋轉部件中的鑲 鑄部件的金屬接合的效用評價。
按照本發明，這個問題理論上是通過這樣行為來解決的對借 助適當設計的超聲波測量方法推定的振幅值進行多級確定處理，該確 定處理普遍地並且針對各次單件測量使系統中固有的出現在超聲波 測量過程中的幹擾因素最小。按照本發明，為了這一目的使用了超聲波方法，其中期望的結 果是藉助專門的確定處理來推定的。按照本發明設計的系統使在使用 (尤其是設定/調節)這一測量方法時中出現的系統固有的誤差影響 以及由於幾何公差偏差或所要測量的多個零部件之間的差異或者由 於材料和結構組成成分的差異以及其它幹擾影響造成的執行這一測 試過程中的測量誤差和不正確評價最小。藉助專門的確定處理，該方 法的校準和調節的主要部分是完全自動地並且以自調節方式來進行 的，尤其是針對各個單一零部件單獨進行的。除了減少操作人員和誤 差影響之外，該方法與按照現有技術的測量方案相比因此還保證了設 定時間消耗的大幅減少。
因此不需要使用多個設定和系列零部件，並且不需要進行特殊 的調節過程(粗調就足夠了)且不需要必須以相對較短的時間間隔有 規律重複進行的校準，就實現了零部件在接合特性方面的效用評價的 高度可靠性。這意味著可以認定、定量確定並且然後除去那些認為有 不合格接合或不可靠接合的零部件。
藉助按照本發明的方法，對諸如在零部件間不可避免地各有不 同並且會歪曲測量結果的零部件幾何結構和其他影響之類的容差進 行了補償。因此實現了測量處理可靠性的大幅提高，比如採用現有的 方法至今都不能實現的高可靠性，並且明顯減少了不正確評價的比 例。
按照本發明的方法的優點大部分可以簡單地藉助幾個數值表現 出來。這樣，利用按照現有技術運轉的方法，就不合格品所需要的重 新評價而言，1000個零部件需要大約IO分鐘的再校準時間。當使用 按照本發明的方法時，只要零部件類型不變，不再存在這一時間消耗。 就測量處理可靠性和不正確評價(所謂的"虛假廢品")的比例而言， 髙費用的勘測提供了證據證明，通過使用按照本發明的方法，相關廢
品限額相對於所生產的系列部件的總量能夠實現至少0.5% (按絕對
值計算)的減少。在不利基礎條件的情況下，比如零部件幾何結構發 生變化，也能夠實現更高的減少量。
在權利要求中可以發現本發明的細節；下面將詳細介紹本發明實施方式的例子。


將結合附圖詳細介紹採用旋轉對稱零部件的實施方式的例子。 在附圖中
圖1表示能夠通過商業手段買到的比如那些也可以用於本發明 的測量系統的示意圖2a表示對於按照本發明的方法的應用作為典型零部件的內燃 機的活塞的截面圖2b表示圖2a中所示的活塞的平面圖3a表示在所推定的振幅值的範圍內的"理想測量值曲線"； 圖3b表示由長波疊加造成歪曲的在所推定振幅值的範圍之內的 實際曲線；
圖4a表示實際無缺陷的部件的曲線，但是該部件是按照現有技 術進行測量的並且被認為有缺陷而遭到拋棄；
圖4b表示實際有缺陷的部件的曲線，但是該部件是按照現有技 術進行測量的並且因此被標註為無缺陷；
圖5a表示圖4a中所示的同一 (無缺陷)部件的曲線，不過該 部件是使用按照本發明的方法測量出來的並且被正確地認為是無缺 陷的；
圖5b表示圖4b中所示的同一 (有缺陷)部件的曲線，不過該 部件是使用按照本發明的方法測量出來的並且已經被正確地認為是 有缺陷的；
圖6以流程圖方式表示按照本發明的方法。
具體實施例方式
圖1表示可以通過商業手段買到的測量系統的示意圖。主要組 成部分為
*超聲波裝置，該超聲波裝置能夠控制超聲波的產生以及它們 的接收並且能夠測算聲音傳播時間；*電子處理和評估計算機(例如，可通過商業手段買到的PC)， 它能夠評估和顯示所要測試的零部件的接合區域上屬於預定超聲波 傳播階段的振幅信號；
*超聲波探針("測試頭")，該超聲波探針與超聲波裝置相 連，所述探針能夠發出和接收典型超聲波；
*用於超聲波探針的可橫向移動的支架；
*裝有液體介質的浸沒容器槽；和
*安裝在浸沒容器槽內的電機驅動的可旋轉的安裝座(在這個 例子中採用的是這種安裝座)，這裡是旋轉臺，用於安裝所要測試零 部件。
應當指出的是，本領域技術人員將會發現，圖示並非是按比例 畫出的，也不是完整畫出的，而是僅僅用來幫助解釋說明本發明。
處於安裝裝置(這裡是電機驅動的旋轉臺)上的所要測試的零 部件(這裡示意性地表示為用於內燃機活塞)位於裝滿了適當介質(這 裡是水)的浸沒容器槽內。而且在浸沒容器槽還安置了用於超聲波探 針的可調節支架，該超聲波探針指向所要測試的活塞接合區域。這個 支架當然也可以安置在浸沒容器槽外部和/或可以採用多個探針。當 活塞被旋轉時，接合區域穿過探針的聲波範圍。探針與超聲波裝置連 接，該超聲波裝置能夠實現探針的激勵和控制並且還可以處理探針的 輸出信號。超聲波裝置的輸出端又與評估計算機連接，該評估計算機 進行推定值的處理。評估計算機可以是安裝有適當程序的可釆用商業 手段買到的PC。
活塞內部所要測試的接合的對準和"掃描"是在旋轉臺上進行 的，在圖2中，將所述活塞更為明確地表示為典型零部件並且將結合 這一附圖對此加以介紹。將這個大體上旋轉對稱的零部件安放並充分 固定在旋轉臺上。這個探針(或者這些探針)在活塞旋轉期間處於固 定位置上並且典型地位於浸沒容器槽中離開零部件表面幾釐米的位 置上。該位置是這樣選擇的所發射聲音可以穿過零部件擊中所要測 試的與鑲鑄材料的交界面(見圖1和2)。
圖2a表示作為用於內燃機的例子選擇的具有用於上活塞環的鑲鑄部件的活塞的橫截面。這樣的活塞用於柴油發動機和大載荷汽油發 動機。要藉助超聲波探針測試鑲鑄部件(通常是鐵合金)與活塞(通 常是鋁合金)的交界面處的接合。在圖2a和2b中沒有示出浸沒容器 槽。
圖2b表示與圖2a相同的活塞，但是圖2b是平面圖。將所要測 試的與鑲鑄部件的交界面表示為陰影部分。以固定方式調節的超聲波 探針在活塞圍繞著它的中心軸旋轉的同時對這個交界面進行掃描。
由超聲波探針，即，由同一個"測試頭"，接收在零部件表面 以及交界面處部分反射回來的聲音，就是說，這裡釆用的是反射法。 如果使用透射法或穿透法作為替代方法，則可以由另一個測試頭或超 聲波接收器拾取穿過交界面的超聲波。這兩種方法對所拾取的值進行 的進一步處理大體上相同，對於所拾取的信號當然也是一樣。
通過傳播時間的測算，確定出在離開零部件表面相關距離處記 錄下來的振幅。隨著旋轉臺以恆定轉速帶動物體旋轉，命中交界面的 聲束沿著外周移動。沿著外周，即，沿著測量段，描繪出在交界面位 置處迴轉的波的振幅。該描繪過程是與線性掃描同步進行的。
對於光學描繪而言，對振幅高度進行這樣的縮放對於完好無 缺的接合，反射部分的記錄佔據例如屏幕高度的大約10%到30%，在 評估透射部分的情況下，佔據屏幕高度的大約90%到70%。
按照本發明，要對這樣獲得的圖形進行多級判定處理
在起始點測量振幅函數AF (測量點)。測量值對應于振幅最大 值，該振幅最大值來源於分配到交界面附近的波束。在旋轉對稱零部 件的情況下，測量點指的是探針相對於零部件的外周點，這有助於將 其描述為探針相對於零部件的角坐標。不過，在探針相對於零部件進 行恆定的相對旋轉並且由此得到等距的角分割的情況下，為了簡化的 目的，測量點也可以由連續編號的下標來代替。在線性掃描的情況下， 也可以以類似方式使用這些連續編號的下標。
AF (測量點)一AF (編號4…n)
已經證明，在旋轉部件的直徑最大為大約200mra的情況下，在 部件外周上拾取至少1000個測量值(n=1000)效果較好。在零部件較大和/或希望有較高解析度的情況下，可能需要在 零部件的外周或長度上拾取更多測量值。
圖3a、 3b到5a、 5b中描繪出的曲線是用反射法在零部件(這 裡是活塞)外周上測得的振幅函數值AF(測量點)。為了描繪，以使 得本發明的原理更加清晰的方式對它們進行了簡化。具體來說，為了 簡明，描繪出的是因形狀特徵而變化的闊值。在振幅信號以類似的方 式因它們的形狀而改變的時候，和在線性閾值與按照現有技術發揮作 用的方法中一樣精確地發揮作用的時候，會獲得同樣的效果。
圖3a以舉例的方式表示沿著圓周推定的振幅值的理想曲線，比 如是例如在不存在接合缺陷、正確對準了活塞並且不存在其它幹擾源 的時候利用所介紹的測試過程推定的。
與此對照，圖3b表示針對圖3a中的同一活塞推定的振幅值的
曲線，但是現在有典型的低頻疊加，比如可能是例如由於夾緊裝置中 的零部件發生軸向偏移而發生的低頻疊加。
圖4a表示針對圖3b中畫出的曲線使用按照現有技術的恆定閾 值或極限值的情況。超過了設定極限值50%，結果造成將該零部件標 為不合格產品並且因此將其錯誤地視為廢品。
另一方面，圖4b表示具有接合缺陷的活塞，在這種情況下接合 缺陷也與低頻幹擾一起出現，並且不幸地是出現在這一幹擾的波谷 中。如圖所示，利用按照現有技術的恆定閾值或極限值沒有檢測到接 合缺陷，因為沒有超過設定極限值50%。
圖5a和5b圖解說明按照本發明的方法的效果。通過使用"形 狀可變閾值"，將被測零部件成功地正確分類為無缺陷產品(圖5a) 和有缺陷產品(圖5b)。
如果在零部件的入射表面上存在著與不影響聲音折射的平面幾 何結構不同的結構，則在振幅曲線中忽略這些結構可能是合理的，甚 至是必須的。為此，可以定義單個屏蔽段或多個屏蔽段。這些屏蔽的 識別和定位可以是人工進行的；不過藉助適當算法進行"半自動"屏 蔽更為可取，後面將對此進行介紹。
具體來說，這是指從AF(l…n)中定義出一個或多個屏蔽帶，這些屏蔽帶在各種情況下可以通過屏蔽值的起始號和結尾號來加以 區分。由於在這種情況下牽涉到零部件上的可從外觀上相對容易檢測 和認定的區域，因此容易實現這些帶的人工確定。這可以通過採用振 幅函數來進行，因為通過函數AF的顯著變化，零部件表面上的幾何 結構不規則通常會變得顯而易見。
然後對AF (1…n)進行下述第一次修正處理由線性內插值代
替位於要被屏蔽的起始號與相應結尾號之間的區域。
令所關注的屏蔽帶開始於點ul並且結束於點u2。然後按照下式
計算已修正振幅函數
在多個屏蔽帶的情況下照此運用多次。結果得到了這樣獲得的 經過簡單修正的振幅函數AFkl (1…n)。
在零部件至少在被測平面內不具有任何不連續或者其它不均一
性的時候，顯然可以省略剛剛介紹過的第一次修正步驟。不過，在活
塞用於內燃機和類似應用(壓縮機，泵)的情況下除外。於是最簡單
的辦法是簡單地跳過第一次修正步驟並且從第二次修正步驟開始。 在本文開頭已經提到過的其它幹擾影響可能會導致振幅函數與
較長波分量的疊加。第二次修正處理的任務是消除這些幹擾影響。 在理想情況下，這一消除是通過使用髙斯濾波器來進行的。不
過，為了簡便並且通過逼近的方式，修正處理也可以代之以藉助雙平
均值濾波器來進行，這種濾波器的特徵在於具有非常簡單的分析適用
性和可實現性。
針對變換處理，由振幅函數計算出下列輔助函數
"+丄/-L
並且在第二個步驟中
其中這種濾波器的最佳限制波長為L二9100/n，其中n是測量值的個數。可能需要針對測試的問題修改這一限制波長並且為L選擇修 改值。
藉助下列公式由輔助函數H2 (i)計算出振幅函數 爿FA2(/)=雖l(,〕 一 //2(/)
在下遊的真實性檢查中證實了這裡提到的用於消除幹擾影響的 修正處理的確切能力。前面介紹的第二次修正處理實際上會導致這樣 的情形不僅消除了對振幅曲線有作用的幹擾影響，而且也消除了起 源於接合缺陷的影響。
已經發現，來源於接合缺陷的影響會導致這樣的情形與修正
AFkl(i)的初期階段相比，結果得到的振幅函數AFk2(i)的無序度或
"熵"會增大。
作為前述無序度或熵的簡單衡量，進行這樣的判斷各個振幅 函數的總體值曲線在縱坐標段上是如何分布的。可以例如將縱坐標段
分為振幅高度從O到100%的IO個段。根據實際情況產生測量值的一
種直方圖函數，並且對這些直方圖函數彼此進行比較。
該比較過程是按照下述迭代過程來進行的在函數AFkl(i)所
"佔據"的縱坐標段的個數小於函數AFk2(i)所佔據的縱坐標段的個 數的情況下，這表明無序度或熵的增加，為此再次逆向進行所進行的 第二次修正處理。若且唯若所有測量值中有最小數量的測量值位於相 應段中的時候，才認為該段被佔據。在這裡介紹的例子中，在一個將 被劃分為"被佔據"的段中必須出現所有測量值的0.5%。
藉助這種迭代過程，經由修正函數AFkl(i)和AFk2(i)，最終由 原始測量值AF(i)得了新的已修正振幅函數AFneu(i)。
在這三次所進行的修正處理之後，進行實際確定處理，即，對 零部件上不合格的接合部分的認定。
為此，藉助下面介紹的過程計算出閾值，在這些點上(在反射 法中)超出了該閾值的大小為振幅值AFneu(i)或(在透射法中)不 足該閾值的大小為振幅值AFneu(i)表示了在點/數值i (即，可以這 樣確定的測量點)上不合格的接合。
針對閾值的確定處理的第一階段是計算所有AFneu(i)的平均值，但是沒有考慮前述的屏蔽帶Ul到U2 (和視情況而定的其它的屏 蔽帶)。
為了簡明，下面假設僅僅存在一個屏蔽帶。在存在多個屏蔽帶 的情況下，可以非常簡單地對下列公式進行擴展。
計算下列特徵量 1
formula see original document page 18iQ是對AFneu(iQ)大於所有剩餘AFneu(i)的80%以及小於所有
剩餘AFneu(i)的80%的所有測量點。這指的是，在針對s2的求和中
不考慮最大和最小振幅值的對應共用。由此計算下面的特徵量 —5l <7a 1,5 "2<3,0、
formula see original document page 18這些值可以是由可允許的有用/幹擾信號比的信號理論判斷得 出的，不過也可以是根據經驗斷定的。這些值幾乎與測試問題無關並 且是普遍有效的；不過在個別情況下可以適當進行修改可能會更加合 乎需求。
藉助這些特徵量，最終可以認定出代表不合格接合的振幅值。 在使用反射法的情況下，這些不合格接合點是使得下式成立的所有圓 周點i:
formula see original document page 18
由此，在使用透射法的情況下，這些不合格接合點是使得下式 成立的所有圓周點i:formula see original document page 18
可以適當表達這樣認定出的點，尤其是針對它們的長度來進行表達，類似於按照現有技術運作的方法。針對這種測量重新使用這種 方法，根據可能出現的情況，可以以非常通用的方式重新使用各個測 試頭和函數。
為了方便起見，作為藉助程序進行的計算操作，在可採用商業 手段買到的PC或其它計算機上進行該方法的各個步驟。不言自明， 這樣的計算機必須滿足容量方面的要求。程序可以以本身公知的方式
存儲在適當的介質中或者使其可以經由網絡得到並且將其以適當形 式輸送到PC中。於是這樣的程序還包含所介紹的迭代過程，該迭代 過程當然可以快速且低成本地在計算機上進行。
顯然，藉助這種方法幾乎完全排除或補償了幹擾影響(以及由 於操作人員的疏忽、缺乏資質或者機械不精密造成的誤差)。這還會 得到比使用在先方法高得多的測量結果可再生能力，尤其是測量處理 的優良長期穩定性。此外，會有這樣的事實由於該方法具有普適性， 可以由軟體自動地正常顧及對己經發生變化的測量要求的適應和/ 或所測量的旋轉部件的設計，並且只有在使用完全不同的零部件的情 況下，可以快速且通常非常經濟地採用對軟體的改變。
按照本發明的方法顯然並不局限於具有相對固定的探針和旋轉 測量對象的系統，而是也可以應用於其它藉助超聲波確定接合狀態 的、以其它方式產生探針與測量對象之間的相對運動的系統。
恰恰由於它相對簡單，按照本發明的原理也適用於基於與本例 中介紹的針對活塞進行的測量類似的假設的旋轉部件的測量。本領域 的技術人員在以所述方式對針對活塞(即，旋轉零部件)介紹的實施 方式的例子進行改造的過程中不會有任何困難使它變得適合於針對 其它主體(包括比如需要對細長接合區域進行接合測試的主體)進行 的類似測量，並且實現與所介紹的申請相同的優點。
權利要求
1. 一種在反射或透射法中使用超聲波從而藉助測試頭與零部件間的旋轉或平移相對運動來對零部件進行無損測量和效用評價的方法，尤其用於測試旋轉零部件中鑲鑄部件的接合，例如，測試用於內燃機和其它活塞式發送機的活塞，所述方法的特徵在於按照下列步驟對在測量過程中用實測值AF(1...n)推定的取決於位置和/或取決於角度的振幅函數AF1(i)進行確定處理，其中AF代表值本身並且i＝1...n代表測量這個值時所處的位置，所述步驟為A. 在第一次修正處理中，為了屏蔽或內插零部件的一個或多個屏蔽帶的實測值，推定出經過一次修正的振幅函數AFk1(i)，其中在所述零部件的一個或多個屏蔽帶處出現了表面不均一性尤其是出現了不連續，由此各個屏蔽帶是由所述帶的第一位置值—起始數值u1、和第二位置值—對應的結尾數值u2來定義的，B. 在第二次修正處理中，通過使用高斯濾波器消除由長波分量的疊加造成的幹擾影響，並且這樣推定出經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)；C. 藉助迭代過程，推定出經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)的熵相對於經過一次修正的振幅函數AFk1(i)的變化，並且在第二次修正處理結果得到的熵增大的情況下使所述熵的變化反向，在此之後形成新的已修正振幅函數AFneu(i)，該新的已修正振幅函數AFneu(i)包括經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)或經過一次修正的振幅函數AFk1(i)之一，這取決於這兩個函數中的哪一個函數總體上表現出較小的熵；D. 計算出閾值S，在這些點上(在反射法中)超出了閾值S的大小為振幅值AFneu(i)或(在透射法中)不足閾值S的大小為振幅值AFneu(i)表示了在點/數值i上不合格的接合，這個閾值是由下列實際情況決定的(I)計算出整個AFneu(i)的平均值m，不考慮位置值u1和u2之間的屏蔽帶以及視情況可能有的其它屏蔽帶(II)推定出下列的特徵量s1和s2其中iQ代表AFneu(iQ)大於所有剩餘AFneu(i)的第一預設百分比而小於所有剩餘AFneu(i)的第二預設百分比的所有測量點，和(III)按照下列公式由此推定出閾值S其中a、b、c和d取決於所要測量的零部件並且是針對所勘測的接合而選擇的值；以及E. 藉助閾值S和平均值m特徵量，認定出代表不合格接合的振幅值，其中在反射法中，這些具體是使得AFneu(i)>m+xS成立的點/數值i，而在透射法中，這些具體是使得AFneu(i)<m-yS成立的點/數值i。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於 在均質零部件的情況下，目卩，在零部件的表面不具有不均一性 尤其是不具有不連續，因此不具有屏蔽帶的情況下，跳過第一次修正處理。
3.按照權利要求l或2所述的方法，其特徵在於 取代藉助高斯濾波器進行的第二次修正處理，而藉助雙平均值濾波器以下述方式進行修正處理由己修正的振幅函數AFkl(i)推定出第一輔助函數formula see original document page 4在第二個步驟中由此推定出第二輔助函數 formula see original document page 4並且由這兩個輔助函數推定出經過兩次修正的振幅函數 formula see original document page 4。
4.按照權利要求1到3中至少一項所述的方法，其特徵在於 在各個段中進行推定出熵變化的迭代過程，並且在這個熵在一 個段內增大的情況下，針對這個段內的所有值逆向進行第二次修正處 理，在此之後由熵減小的段內的經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)和 由熵增大的段內的經過一次修正的振幅函數AFkl(i)形成新的已修 正振幅函數AFneu(i)。
5.按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於 閾值Sformula see original document page 4是利用下列a、 b、 c和d的值推定的 -a的值介於l和2之間，最好是1.5; -b的值介於2和4之間，最好是b^2a二3. 0; -c的值介於l和3之間，最好是2.0; -d的值介於5和20之間，最好是7. 0。
6. 按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於 係數x和y是等量選擇的，即py。
7. 按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於 係數x和/或y包含介於5和15之間的值，最好等於10。
8. 按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於 每個零部件確定至少500個，最好1000到3000個實測值AF( 1…n)。
9. 按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於 用於推定經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)的高斯濾波器具有有限波長L，該波長適合於測試問題並且取決於測量值的個數n。
10. 按照權利要求9所述的方法，其特徵在於 用於推定經過兩次修正的振幅函數AFk2(i)的高斯濾波器具有有限波長L=8000/n到12000/n，最好L = 9100/n，其中n是測量值 的個數。
11. 按照前述權利要求中的一項或多項所述的方法，其特徵在於在第一次修正處理中，經過一次修正的振幅函數AFkl(i)的確定 是通過所述帶的第一位置值ul與第二位置值u2之間的空白帶的實測值的線性內插來進行的。
12. —種用於執行按照權利要求1到11中的至少一項的方法的 裝置，其特徵在於-用於安裝零部件的裝置，-至少一個測量探針，尤其是超聲波探針，用於通過零部件相對 於測量探針的相對運動，尤其是通過零部件相對於測量探針的旋轉運動，來對零部件進行掃描，-一個裝置，其用於對測量探針與零部件之間的位置，尤其是角 度進行確定，其中在零部件相對於測量探針進行的運動或旋轉的恆定 速度被給定時，也可以將這個裝置設計成定時器，-評估計算機，-該評估計算機包含用於保存測量值和程序的存儲構件，或 者與這樣的存儲構件相連，並且-該評估計算機可以與所述測量探針和所述用於位置或角 度確定的裝置相連，以拾取與位置相關的或者與角度相關 的實測值，-和輸出或顯示裝置，用於顯示或評估按照該方法推定的結果。
13. 按照權利要求12所述的裝置， 其特徵在於-安裝用於將旋轉部件安裝在底板(8)上的裝置，從而使其能 夠旋轉並且最好是固定的，所述底板是剛性的，即，是相對於測量探 針是不可位移的。
14. 按照權利要求12或13所述的裝置， 其特徵在於-測量探針是藉助可調節的支撐裝置以零部件的掃描能夠在至 少兩個平面上進行的方式安裝的。
15. —種在反射或透射法中使用超聲波從而藉助測試頭與零部件間的旋轉或平移相對運動來對零部件進行無損測量和效用評價的 電腦程式，尤其用於測試旋轉零部件中鑲鑄部件的接合，例如，測試用於內燃機和其它活塞式發動機的活塞，所述電腦程式的特徵在於當在計算機上執行該程序時，實施權利要求1到11中的一項或 多項中定義的方法。
16. —種在反射或透射法中使用超聲波從而藉助測試頭與零部 件間的旋轉或平移相對運動來對零部件進行無損測量和效用評價的 電腦程式產品，尤其是一種存儲介質，尤其用於測試旋轉零部件中 鑲鑄部件的接合，例如，測試用於內燃機和其它活塞式發動機的活塞， 所述電腦程式產品的特徵在於當在計算機上執行該程序時，實施權利要求1到11中的一項或 多項中定義的方法。
17. —種信息技術系統，其特徵在於 在其上執行按照權利要求15的電腦程式。
全文摘要
本發明涉及零部件的無損測量，尤其是例如用於內燃機的活塞中的鑲鑄部件的接合的效用評價。通過這樣的測量或效用評價，解決了評定基礎材料與鑲鑄或其它形式連接的材料之間的接合的功能與完整性的問題。這樣可以評定零部件的質量或者它對特殊用途的適用性和/或可以例如在鑄造過程中或生產期間進行生產過程的質量監督。按照本發明，這個目的是通過多級修正過程來實現的，其中對藉助適當設計的裝置和方法(例如使用超聲波)推定的測量值進行多級確定處理，該確定處理普遍地並且針對各次單件測量使系統中固有的出現在測量過程中的幹擾因素最小並且由此推定期望的結果。相應設計的系統使進行(尤其是設定/調節)這一測量過程中出現的誤差影響以及由於幾何公差偏差或所要測量的多個零部件之間的差異或者由於材料或結構組成成分的差異以及其它幹擾影響造成的測量進行過程中的測量誤差和不正確評價最小。
文檔編號G01N29/44GK101416051SQ200680054086
公開日2009年4月22日 申請日期2006年11月17日 優先權日2006年3月30日
發明者霍爾格·施內爾 申請人:馬勒國際公司