CN108508011A - 用于表征发动机缸体镗孔表面的方法及其装置 - Google Patents

用于表征发动机缸体镗孔表面的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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。
发明内容
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法和装置有利地应用表面粗糙度、热喷涂涂层-镗孔表面粘合强度和定性光学散射效应之间的相关性，以提供用于制造应用的准确且快速的表征方法等。特别地，本文的方法和装置可以快速表征铝发动机缸体镗孔表面的表面粗糙度并且将其与镗孔表面和热喷涂涂层之间的潜在的粘合强度相关联。在一个实施例中，Sdr可以与粘合强度直接相关。
热喷涂涂层可以是钢合金，另一种金属或合金、陶瓷或适用于产品使用条件的任何其它热喷涂材料(例如发动机缸体汽缸套)，并且可以通过许多热喷涂工艺中的任何一种，例如等离子体、爆炸、电弧、火焰或适用于所用基材的HVOF。在一些实施例中，发动机缸体和/或镗孔表面包括铝。
图1示出了包括多个镗孔110的发动机缸体100的侧视图，每个镗孔110包括镗孔表面115。镗孔110可以包括缸膛，其中活塞可以在如上所述的内燃机(ICE)的操作期间移动。本领域技术人员将认识到，本公开内容与具有单个镗孔110的发动机缸体和多个镗孔110密切相关，并且镗孔110不限于配置成接收活塞的那些镗孔。镗孔110被描述为由于单个标识的镗孔表面115而具有圆形横截面，然而在一些实施例中，镗孔110可以包括各种形状的横截面。在横截面镗孔形状(例如正方形)需要多个镗孔表面的情况下，出于本公开的目的，可将集合镗孔表面视为“镗孔表面115”。在制造发动机缸体的过程中，可以将涂层施加到镗孔表面以实现各种设计目标。特别地，热喷涂涂层通常施加到镗孔表面，并且需要最小的表面粗糙度，以便在涂层和镗孔表面之间实现适当的粘附。本文提供了用于对镗孔的表面粗糙度(例如镗孔表面115)进行剖析的方法和装置。本文所述的方法和装置特别适用于在制造过程中剖析镗孔。
图2示出了用于对发动机缸体镗孔表面进行剖析的方法200，其包括利用定性光学器件(QlOD)对镗孔表面进行剖析210以确定镗孔表面的定性表面特性图并将该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用度。图3示出了对镗孔表面115进行剖析的QlOD 300的示意性图示。如图3所示，QlOD 300通常包括光源310，光源310被配置成以发射角315朝镗孔表面115发射光312。发射角315可以被定义为发射光312相对于法线(即90度)接触镗孔表面115的角度，并且与发射光312和镗孔表面115之间的入射角相同。发射角315可以是约15度至约5度，约12.5度至约7.5度或约10度。在一些实施例中，发射角315可以是大约45度至大约5度。光源310可以包括能够发光的任何光源。在一些实施例中，由光源310发射的光包括在约300nm至约3,000nm之间的波长。例如，在一个实施例中，光源310可以发射可见光(即，具有在约400nm至约750nm之间的波长的光)。在其他实施例中，光源310可以发射近红外光(即，波长在约750nm至约3,000nm之间的光)。光源可以包括金属蒸汽激光器和发光二极管(LED)。
QlOD 300还可以包括传感器阵列320，该传感器阵列320被配置成感测从镗孔表面115反射的散射光。光滑的镗孔表面115将以与发射角315相同或相似的角度反射光，而粗糙的镗孔表面115(例如，具有局部不均匀性的表面)将以偏离发射角的角度反射光315。传感器阵列320被配置成感测镜面反射光322，该镜面反射光322从镗孔表面115以约3度、约2度或约1度的发射角315内的镜面反射角323反射。在一些实施例中，传感器阵列320被配置成感测从大约发射角315处的镗孔表面115反射的镜面反射光322。传感器阵列320被进一步配置成感测散射光326，该散射光326以比发射角315大至少大约5度、至少大约7.5度或至少大约10度的散射角327的散射角327从镗孔表面115反射。传感器阵列320被进一步配置成感测散射光326，该散射光326以比发射角315大至少大约5度、至少大约7.5度或至少大约10度的散射角327的散射角327从镗孔表面115反射。在一些实施例中，传感器阵列320被进一步配置成感测散射光326，该散射光326以偏离发射角315至少约5度、至少约7.5度或者至少10度的散射角327感测从镗孔表面115反射。传感器阵列320可以包括单个传感器或多个传感器，诸如镜面传感器321和散射传感器325。在一些实施例中，传感器阵列320可以包括多个镜面传感器321和/或多个散射传感器325。传感器阵列320可以利用一个或多个传感器来定性地评估给定样本区域(即，发射的光聚焦在镗孔表面115上的位置)处的镗孔表面115的粗糙度。在一些实施例中，样本区域的直径可以是7.5mm至约2.5mm。在一个实施例中，样本区域的直径可以是大约5mm。在一些实施例中，样本区域的直径可小于约10mm、小于约7.5mm、小于约5mm或小于约2.5mm。
QlOD可以在多个样本区域处剖析镗孔表面115的粗糙度，以产生镗孔表面115的定性表面特性图。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。例如，定性表面特性图可以包括矢量场。因此，可以为镗孔表面115的一部分或整个镗孔表面115创建表面特性图。在一些实施例中，方法200包括利用多个QlODs 300同时在多个样本区域处剖析镗孔表面115的粗糙度。这样的方法可以使用包括多个QlODs 300的装置，诸如下面描述的装置400。
定性评估不能确定镗孔表面115的特定定量特征(例如，平均峰高度)。因此，方法200还包括将检测到的散射光26的量与校准值进行比较220，以确定镗孔表面115用于热喷涂粘合的适合度。校准值可以包括由散射传感器325检测到的最小光强度值，其中相对于校准值增加的光强度值表示镗孔表面115用于热喷涂粘合的增加的适合度。校准值可以包括由镜面传感器321检测到的最大光强度值，其中相对于校准值的光强度值减小表示镗孔表面115用于热喷涂粘合的增加的适合度。校准值可以包括反射率曲线，其中特定定量表面特性(例如，Sdr)或用于热喷涂粘合的镗孔表面115的适合度被定义为定性表面特性函数(例如，通过散射传感器325检测到的散射光326强度)。方法200可以在制造期间实施，并且允许在热喷涂涂层之前快速评估镗孔表面115。
图4示出了适用于定性评估发动机缸体镗孔表面的装置400。如上所述，装置400包括设置在本体410上或周围的多个QlODs 300。多个QlODs300被定位成从本体410径向向外发射光。装置400可以如图1所示，在一些实施例中，通过定位元件420设置在镗孔110内。定位元件420可以包括杆、链条或其他类似特征件。特别地，定位元件420能够相对于镗孔110的轴向高度111调节装置400的位置。附加地或替代地，定位元件420能够围绕中心圆柱形轴线旋转装置400。在一些实施例中，定位元件420能够操纵装置400在镗孔110内的位置，使得多个QlODs 300可以分别对一个或多个样本区域进行剖析。多个QlODs 300被隔开，使得从某个QlOD 300发射的光不被反射离开镗孔表面115并被不同的QlOD 300检测到。在一个实施例中，装置400包括相邻QlODs 300之间的至少90度的间隔角403。在一些实施例中，装置400可选地包括位于至少一对相邻QlODs 300之间的护罩430，使得从一个QlOD 300发射的光不被来自不同QlOD 300的传感器阵列感测到。如图4所示，在一些实施例中，装置400可以包括在所有相邻的QlODs 300之间的护罩430。
在一些实施例中，装置400还包括定量光学器件(QnOD)450。QnOD 450包括能够测量表面的定量特性或者提供与表面的三维形貌相关的数据的装置。定量特性可以包括与表面质量有关的数值，例如由ISO13565-2定义的数值，包括降低的峰高(Spk)、核心粗糙度深度(Sk)、减小的谷深度(Svk)、二维粗糙度(Ra)、平均三维粗糙度(Sa)和界面面积比(Sdr)、核心粗糙度上限(MR1)和核心粗糙度下限(MR2)。QnOD 450可以包括接触式和非接触式(例如光学)型装置。接触QnOD 450的一个实例是触针轮廓仪，其使设置在可移动臂上的触针或凿子移动跨过样本表面。相对于表面的触针移动被转换成后者的定量测量。非接触式QnOD450的一个实例是光学干涉仪，例如双光束干涉仪。非接触式QnOD 450的一个实例是共焦显微镜。非接触式QnOD 450的一个实例是结构化光源(SLS)3D相机。本领域技术人员将认识到，根据本公开内容可以适当地使用本文未明确公开的其他QnODs。
虽然QnODs可以提供高精度(例如，纳米)的定量表面轮廓特性，但是这样的装置可能是耗时的并且不适合在制造规模上使用。相应地，图5示出了用于对发动机缸体的镗孔(例如，发动机缸体100的镗孔110)进行剖析的方法500。方法500包括利用比如QnOD450之类的QnOD对镗孔表面115的第一样本区域进行剖析510以确定第一样本区域的定量表面特性，使用比如QlOD 300之类的QlOD对第一样本区域进行剖析520以确定第一样本区域的定性表面特性；利用QlOD对镗孔表面的一个或多个附加样本区域进行剖析520、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530以确定定量-定性相关性、将镗孔表面的一个或多个附加样本区域用QlOD剖析540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550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。例如，反射比第一样本区域更多散射光的镗孔表面指示更高的表面纹理，进而是比第一宽度区域更适合粘合的表面。
在一些实施例中，方法500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530后的第二样本区域的定性表面特性。在这样的实施例中，比较因此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。在一些实施例中，由方法500使用的QlOD和QnOD可以被组合在单个设备中，诸如装置400。方法500可以进一步利用多个QlOD，并且不需要由相同的QlOD来测量两个定性表面特性。
实例1：
使用反射计测量来自具有粗糙表面(具有大于50％的Sdr)和平滑表面(具有小于约20％的Sdr)的镗孔表面的反射光。该反射计包括红色激光光源和镜面接收器，该镜面接收器被配置成检测在激光器和镗孔表面的入射角的+/-2度内的镜面反射光。反射计还包括散射接收器，散射接收器被配置成以大于激光器和镗孔表面的入射角大约5-10度的角度来检测从镗孔表面反射的散射光。使用反射计来测量镗孔表面，并且在图6A中示出了来自顶面相对于镗孔位置的镜面反射信号强度。具有光滑表面的镗孔表面存在于距离顶面大约3英寸至大约6英寸的镗孔位置处，并且反射比来自大约0至3英寸的镗孔位置和大约6至7英寸的粗糙表面反射明显更多的镜面光。
将包含一种或多种合金钢(例如110、5130M和1080)的热喷涂剂施加到镗孔表面并使用划痕测试将其去除，以测量最小破坏负载，从而确定热喷涂的粘合强度。图6B示出了镗孔表面的测量的Sdr与最小破坏负载的关系，并表现出粘合强度和Sdr之间的线性相关性。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应该理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如之前所描述的，各个实施例的特征可以被组合以形成可能没有明确描述或示出的本发明的附加实施例。虽然可能已将各种实施例描述为提供优点或相对于一个或多个所需特性优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到一个或多个特征或特性可被折衷以实现所需整体系统属性，这取决于具体的应用和实现。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易于组装等。如此，被描述为相对于一个或多个特性不如其他实施例或现有技术实施方式合意的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是理想的。

Claims (10)

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。
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表面发射光，以及配置成感测从所述镗孔表面反射的散射光的传感器阵列；
将所述第一样本区域的所述定量表面特性与所述第一样本区域的所述定性表面特性进行比较以确定定量-定性相关性；
用所述定性光学器件对所述镗孔表面的一个或多个附加样本区域进行剖析以确定所述镗孔表面的定性表面特性图；以及
将所述定量-定性相关性应用于所述镗孔表面的所述定性表面特性图以确定所述镗孔表面对热喷涂沉积的所述适合度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述定性表面特性可以包括降低的峰高(Spk)、核心粗糙度深度(Sk)、减小的谷深度(Svk)、平均粗糙度(Sa)、界面面积比(Sdr)、核心粗糙度上限(MR1)和核心粗糙度下限(MR2)。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中所述定性光学器件的所述传感器阵列能够感测镜面反射光和散射光。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，还包括用所述定量光学器件对所述镗孔表面的第二样本区域进行剖析以确定所述第二样本区域的定量表面特性并且用所述定性光学器件对所述第二样本区域进行剖析以确定定性比较后的所述第二样本区域的表面特性。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中比较包括将所述第一样本区域的所述定量表面特性与所述第一样本区域的所述定性表面特性进行比较，并将所述第二样本区域的所述定量表面特性与所述第二样本区域的所述定性表面特性进行比较以确定定量-定性相关模型。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109974611B (zh) * 2019-03-23 2023-07-21 柳州阜民科技有限公司 深度检测系统及其支架和电子装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4440496A (en) * 1980-05-28 1984-04-03 Fiat Auto S.P.A. Process and device for inspecting and checking the internal surface of a hollow cylindrical workpiece which has undergone mechanical working
CN1563957A (zh) * 2004-04-09 2005-01-12 浙江大学 光滑表面疵病的自动化检测方法及其系统
CN101063663A (zh) * 2006-04-26 2007-10-31 西门子公司 光学传感器和以光学方式检查表面的方法
US20080123106A1 (en) * 2004-12-27 2008-05-29 Bc Cancer Agency Surface Roughness Measurement Methods and Apparatus
CN101379212A (zh) * 2006-02-02 2009-03-04 戴姆勒股份公司 用于热喷涂层的表面修整
US20090116697A1 (en) * 2007-10-26 2009-05-07 Ahmed Shalaby Method and Tool for Surface Texture Evaluation
CN102661956A (zh) * 2012-04-24 2012-09-12 浙江大学 超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法
CN104897698A (zh) * 2015-06-05 2015-09-09 南昌航空大学 一种涡轮叶片热障涂层层状结构微米ct成像三维表征方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4710642A (en) * 1985-08-20 1987-12-01 Mcneil John R Optical scatterometer having improved sensitivity and bandwidth
JP3126114B2 (ja) * 1997-11-12 2001-01-22 株式会社ミツトヨ 非接触表面粗さ測定装置
US20060192949A1 (en) * 2004-12-19 2006-08-31 Bills Richard E System and method for inspecting a workpiece surface by analyzing scattered light in a back quartersphere region above the workpiece
DE102013015237A1 (de) * 2013-09-13 2015-03-19 Blum-Novotest Gmbh Rauheits-Messinstrument zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine und Verfahren zur Rauheitsmessung in einer Werkzeugmaschine
JP6440009B2 (ja) * 2014-04-10 2018-12-19 株式会社リコー シート材判別装置及び画像形成装置
CN107636189A (zh) * 2015-06-19 2018-01-26 Ks华域铝技术有限责任公司 热喷涂方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4440496A (en) * 1980-05-28 1984-04-03 Fiat Auto S.P.A. Process and device for inspecting and checking the internal surface of a hollow cylindrical workpiece which has undergone mechanical working
CN1563957A (zh) * 2004-04-09 2005-01-12 浙江大学 光滑表面疵病的自动化检测方法及其系统
US20080123106A1 (en) * 2004-12-27 2008-05-29 Bc Cancer Agency Surface Roughness Measurement Methods and Apparatus
CN101379212A (zh) * 2006-02-02 2009-03-04 戴姆勒股份公司 用于热喷涂层的表面修整
CN101063663A (zh) * 2006-04-26 2007-10-31 西门子公司 光学传感器和以光学方式检查表面的方法
US20090116697A1 (en) * 2007-10-26 2009-05-07 Ahmed Shalaby Method and Tool for Surface Texture Evaluation
CN102661956A (zh) * 2012-04-24 2012-09-12 浙江大学 超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法
CN104897698A (zh) * 2015-06-05 2015-09-09 南昌航空大学 一种涡轮叶片热障涂层层状结构微米ct成像三维表征方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
魏秋兰 等: "汽车发动机气缸热喷涂涂层的现状与发展", 《车用发动机》 *

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