[发明专利]一种基于数字全息干涉的发动机气缸内壁检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于数字全息干涉的发动机气缸内壁检测装置及方法，该装置包括双频激光器、扩束/准直光路、分光板、移相器、锥面反射镜及扫描运动装置、CCD相机以及上位机，其光学原理、器件、光路布置与泰曼‑格林干涉仪类似，不过引入了90°圆锥反射镜，将直线射入的光束变成辐向光束。该辐向测量光束照射在待测发动机内壁，形成环形光带，该光带即是参与干涉的待测面。通过引入扫描运动装置带动圆锥反射镜直线运动，从而完成整个内壁的检测。本发明测量精度高、实时性好，满足在线检测高效率的要求。本发明属于非接触测量，避免触头对内壁造成的刮擦划痕；面型测量，测量范围大、测量信息多等优点。

技术领域

本发明属于数字全息干涉测量领域，特别涉及一种基于数字全息干涉的发动机气缸内壁检测装置及方法。

背景技术

目前，乘用汽车发动机大多由铝合金缸体和铸铁缸套装配而成，以兼顾发动机重量和汽缸内壁耐磨性。为了进一步降低发动机总重以及降低气缸与活塞的摩擦损耗，研究者们提出了一种新的气缸加工工艺：内壁喷涂技术【1-4】。即将融化的铸铁喷涂在铝合金缸体的内表面，并将涂层镗削为最终的气缸内壁。采用内壁喷涂技术得到的铸铁涂层厚度大致为100微米～200微米，并且密布尺度在10微米左右的孔洞【4】。涂层厚度分布以及多孔性是两项十分重要的指标，需要进行精确的检测以判断工件是否合格以及为进一步镗削提供参数。由于气缸涂层的特性，对其厚度和多孔性的检测要求测量系统达到1微米或更高的分辨率，并且拥有全场非接触测量等特性。但目前工业界并无能够满足需求的适用于气缸内表面的高精度全场三维测量系统，这也是制约内壁喷涂技术大规模工业应用的重要因素之一。

在深孔内表面三维测量领域，国内外研究者们已经进行了多年的研究，并研发了多种实用的检测技术。日本岛根大学的Wakayama【5】、东南大学张广军院士【6】、美国密西根大学的Hong【7】均研发了基于激光三角法的内壁测量系统，巴西圣卡塔琳大学的Albertazz【8】研究了将条纹投影技术应用于内壁三维检测。但由于原理限制，这些系统只能达到20微米左右的测量精度，无法满足气缸内壁测量和气缸喷涂过程检测的精度要求。

激光全息干涉技术可以做到最高的分辨率和最高的测量精度(远优于激光波长)【9～12】，满足内壁喷涂过程检测的需求。但气缸内表面有着封闭和空间狭小(直径小于120mm)等特点，无法将结构复杂的激光干涉系统放入其中。而传统的激光全息干涉系统生成的检测光束为近似平行光，如果系统放置在气缸外则无法照射到气缸内壁，因此并不适用于环形内三维表面的检测。为了解决这个矛盾，本发明设计一种新的激光全息干涉系统，使其结构能够适应内表面的检测。

参考文献：

1.Barbezat,Gérard.Advanced thermal spray technology and coating forlightweight engine blocks for the automotive industry.Surface and CoatingsTechnology 200.5(2005):1990-1993.

2.Gérard,Barbezat.Application of thermal spraying in the automobileindustry.Surface and Coatings Technology 201.5(2006):2028-2031.

3.Bobzin,K.,et al.Thermal spraying of cylinder bores with the PlasmaTransferred Wire Arc process.Surface and Coatings Technology 202.18(2008):4438-4443.