缸筒内孔的局部选区处理方法以及处理装置

技术领域

本发明涉及一种缸筒内孔的局部选区处理方法以及处理装置。

背景技术

液压缸是工程机械领域重要的执行元件，在实际服役过程中，缸筒内孔表面一直与工作介质接触。有些液压缸的工作介质为乳化液或油气混合液，由于乳化液和空气中含有水分，易导致与其接触的缸筒内孔表面的局部区域发生锈蚀。因此在缸筒制造过程中，提升缸筒内孔的局部区域的服役性能对提升缸筒的整体可靠性具有重要意义。

另一方面，在缸筒的内孔加工过程中易出现拉伤、黑皮等缺陷，严重时将超出尺寸与公差要求，导致工件直接报废。而且在液压缸的往复运行过程中，由于导向套密封处进入硬质颗粒或液压系统污染，在长时间运行后，缸筒内孔表面会出现深沟状划痕等缺陷，因此通过对内孔表面的局部缺陷进行再制造修复对降低缸筒的制造成本、提升废旧件的循环利用率具有重要意义。

在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，并不必然构成现有技术。

发明内容

本发明提供一种缸筒内孔的局部选区处理方法以及处理装置，以提高缸筒内孔局部选区处理的加工精度。

本发明第一方面提供一种缸筒内孔的局部选区处理方法，包括如下步骤：

获取目标区域的位置，目标区域为缸筒内孔的局部区域，并根据目标区域的位置获取待处理区域的位置，待处理区域覆盖目标区域且待处理区域的面积大于目标区域的面积；

对待处理区域进行激光烧蚀预处理；

对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理以形成高速激光熔覆处理层；

直接对高速激光熔覆处理层进行珩磨加工。

在一些实施例中，目标区域包括缺陷区域，通过对缸筒内孔的表面检测以获取缺陷区域的位置。

在一些实施例中，通过对缸筒内孔的表面检测以获取目标区域的位置包括：利用激光三角测距探头获取缸筒内孔的表面上的多个点的高度坐标；并根据多个点的高度坐标、设定阈值、缸筒的旋转圈数以及激光三角测距探头的位置获取缺陷区域的位置。

在一些实施例中，处理方法还包括：当多个点中的至少部分点的高度坐标超出设定阈值时，发出报警。

在一些实施例中，在对覆盖目标区域的待处理区域进行激光烧蚀预处理之后且在对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理之前，处理方法还包括：对缺陷区域进行局部高速激光熔覆处理以对缺陷区域进行填充。

在一些实施例中，对缺陷区域进行局部高速激光熔覆处理以对缺陷区域进行填充包括：根据缺陷区域的深度最大值确定局部高速激光熔覆处理的熔覆厚度。

在一些实施例中，目标区域包括特定区域，特定区域包括缸筒内孔的靠近导向套一侧的局部区域；或者，特定区域包括缸筒内孔的与腐蚀工作介质接触的局部区域。

在一些实施例中，对覆盖目标区域的待处理区域进行激光烧蚀预处理包括：使高速激光熔覆喷嘴在正离焦模式下对待处理区域进行激光烧蚀预处理。

本发明第二方面提供一种缸筒内孔的局部选区处理装置，包括：

转台，用于承载缸筒，且被配置为使缸筒绕其轴线转动；

悬臂梁，被配置为沿缸筒的轴线可移动地设置；

工作头，设置于悬臂梁的端部，工作头用于对缸筒内孔的待处理区域进行处理的高速激光熔覆喷嘴，高速激光熔覆喷嘴可拆卸地连接在悬臂梁上，高速激光熔覆喷嘴用于对待处理区域进行激光烧蚀预处理并对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理；

控制器，控制器与悬臂梁、转台以及工作头信号连接，控制器被配置为执行上述处理方法。

在一些实施例中，局部选区处理装置还包括激光三角测距探头，激光三角测距探头和高速激光熔覆喷嘴可选择地连接在悬臂梁上。

基于本申请提供的技术方案，缸筒内孔的局部选区处理方法包括如下步骤：获取目标区域的位置，目标区域为缸筒内孔的局部区域，并根据目标区域的位置获取待处理区域的位置，待处理区域覆盖目标区域且待处理区域的面积大于目标区域的面积；对待处理区域进行激光烧蚀预处理；对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理以形成高速激光熔覆处理层；直接对高速激光熔覆处理层进行珩磨加工。本发明实施例的处理方法对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理能够直接在局部区域熔覆表面进行珩磨加工，而无需其他加工工序，提高了后处理的加工精度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的缸筒内孔的处理装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的处理装置对缺陷区域进行检测时的示意图。

图3为图2中的激光三角测距探头的结构示意图。

图4为本发明一些实施例的缸筒内孔的表面轮廓曲线。

图5和图6为本发明实施例的处理装置对缺陷区域进行局部高速激光熔覆的示意图。

图7为本发明实施例的处理装置对缸筒进行处理后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

目前，针对缸筒内孔表面局部区域的处理需求，采用堆焊、激光熔覆等工艺进行处理时，由于局部涂层无法进行后处理加工而限制了上述工艺的应用。而若采用整体表面处理工艺则存在成本高以及效率低的问题。而且堆焊、激光熔覆等工艺所制备的涂层表面成形精度较差、热影响区大、易产生变形，进而导致后处理加工成本较高。另一方面，目前的相关技术无法实现内孔表面状态的位置及尺寸检测，无法针对缸筒内孔表面进行精准高效处理。

激光具有高方向性、高亮度、单色性好等优点，广泛应用于机械加工、数据采集等领域。激光扫描技术检测速度快、精度高且可实现非接触测量，因此为内孔形貌采集与缺陷精准定位提高了解决措施。高速激光熔覆作为一种新型表面强化技术，通过改变激光能量分配，80％能量作用于粉末、20％能量作用于基体，进而实现在基体表面制备出各种耐磨、耐蚀等高性能涂层，其变形量、加工效率、生产成本等均显著于普通熔覆，涂层能够直接进行珩磨加工，本申请正是基于以上思路提出了一种缸筒内孔的局部选区处理装置和处理方法。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种缸筒内孔的处理装置。该缸筒内孔的处理装置包括转台110、悬臂梁130、工作头和控制器200。其中，转台110用于承载缸筒50，且缸筒50被配置为相对于转台110绕自身轴线可转动地设置。悬臂梁130被配置为沿缸筒50的轴线可移动地设置。工作头设置于悬臂梁130的端部。工作头包括高速激光熔覆喷嘴140，高速激光熔覆喷嘴140可拆卸地连接在悬臂梁130上。控制器200与悬臂梁130以及高速激光熔覆喷嘴140信号连接。控制器被配置为执行局部选区处理方法。

本发明实施例提供的缸筒内孔的局部选区处理方法包括如下步骤：

获取目标区域的位置，目标区域为缸筒内孔的局部区域，并根据目标区域的位置获取待处理区域的位置，待处理区域覆盖目标区域且待处理区域的面积大于目标区域的面积；

控制高速激光熔覆喷嘴140对待处理区域进行激光烧蚀预处理；

控制高速激光熔覆喷嘴140对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理以形成高速激光熔覆处理层。

直接对高速激光熔覆处理层进行珩磨加工。

本发明实施例的缸筒内孔的处理装置在对待处理区域所在的圆周方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理之前先对待处理区域进行激光烧蚀预处理，这样可避免待处理区域存在的缺陷、残留液压油等对高速激光熔覆层的质量产生不利影响，进而提高缸筒的质量。而且本发明实施例的缸筒内孔的处理装置在进行修复时，对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理，而并不是对缸筒内孔的局部区域进行熔覆处理，有利于减小熔覆导致的受热不均匀而变形的问题，提升内孔局部区域处理过程缸筒的受热均匀性，降低零件的加工变形。而且对待处理区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理能够直接在局部区域熔覆表面进行珩磨加工，而无需其他加工工序，提高了后处理的加工精度。

在此需要说明的是，在以上描述中，待处理区域所在的周向方向上的全部区域指的是与待处理区域处于相同轴向位置范围内的环形区域。该全部区域还是缸筒内孔的局部区域，并不是缸筒内孔的全部区域。

本发明实施例的处理方法首先获取目标区域的位置，在获得目标区域的位置后，对目标区域进行扩大以得到待处理区域，提高目标区域与其余区域之间的平滑性。

本发明实施例的缸筒内孔的处理装置和相应的处理方法既可用于对有缺陷的缸筒内孔进行处理，也可以用于对无缺陷但是需要内孔表面具有局部加强的缸筒进行处理。

下面将针对该两种不同的适用情况进行分别描述。

在一些实施例中，在缸筒内孔存在缺陷时，待处理区域包括缺陷区域。通过对缸筒内孔的表面检测以获取缺陷区域的位置。

由于液压缸内孔的内部空间较为狭窄，无法直接对内孔表面状态与缺陷位置进行肉眼观察。传统的CCD图像法受限于缸筒内孔空间亮度低、表面反光等原因，无法准确检测内孔表面状态，尤其一些小尺度缺陷无法检测，导致后续表面处理与缺陷修复缺少针对性。本发明实施例提出一种基于激光三角测距原理的内孔表面状态检测方法，通过检测内孔表面轮廓的变化进而判断是否存在缺陷。对缸筒内孔的表面检测以获取缺陷区域的位置包括：利用激光三角测距法对缸筒内孔的表面上的多个点的高度坐标进行检测以获取缺陷区域的位置。

对缸筒内孔的表面检测以获取缺陷区域的位置包括：利用激光三角测距探头获取缸筒内孔的表面上的多个点的高度坐标；并根据多个点的高度坐标、设定阈值、缸筒的旋转圈数以及激光三角测距探头的位置获取缺陷区域的位置。

如图2和图3所示，在具体实施例中，利用激光三角测距探头120对缸筒内孔表面进行检测。激光三角测距探头120固定于悬臂梁130上，测试过程中激光三角测距探头120发射的线激光与被测零件的轴线方向平行。在探测过程中，缸筒50按照一定的角速度ω

本实施例的处理装置通过激光三角测距探头120能够对缸筒内孔的表面状态进行检测而且在出现缺陷时能够准确判断缺陷的位置。

处理方法还包括：当多个点中的至少部分点的高度坐标超出设定阈值时，发出报警。

在一些实施例中，如图1所示，本发明实施例的处理装置还包括报警装置400。报警装置400与控制器200信号连接以根据控制器抓取的高度坐标值数据输出报警信号，例如当控制器200抓取的高度坐标值超过阈值时，报警装置400将发出警报声或发出警报光。

在液压缸筒的生产加工过程中，内表面会残留毛刺、油污等污染物；在往复运行过程中，由于与腐蚀介质接触，内表面会出现锈蚀等缺陷；缸筒内表面拉伤导致的细长沟槽内部容易残留液压油等工作介质。上述问题将会影响高速激光熔覆修复层质量，会导致界面结合处性能出现弱化、涂层内部杂质含量增加。

为了改善以上问题，本发明实施例提出一种正离焦方式的激光烧蚀预处理方法，就是使高速激光熔覆喷嘴在正离焦模式下对待处理区域进行激光烧蚀预处理，有利于增大作用在缸筒内孔表面的激光光斑直径，进而提升表面烧蚀预处理的加工效率。

如图5和图6所示，将高速激光熔覆喷嘴140固定安装于悬臂梁上，通过悬臂梁130带动高速激光熔覆喷嘴140沿轴线平移运动。基于上述控制器获取的缺陷区域的位置，通过机器人驱动悬臂梁130带动高速激光熔覆喷嘴140到达缺陷区域前端并向外偏移距离40-80mm。同时，激光烧蚀处理区域应超出缺陷区域后端40-80mm，以使得激光能对覆盖缺陷区域的待处理区域进行全覆盖烧蚀处理。进一步，调整高速激光熔覆喷嘴140与内孔表面的距离，使激光束到达内孔面为正离焦模式，缸筒内孔表面处激光光斑直径为d

V

在对缺陷区域进行激光烧蚀预处理之后且在对缺陷区域所在的周向方向上的全部区域进行高速激光熔覆处理之前，在一些实施例中，处理方法还包括：对缺陷区域进行局部高速激光熔覆处理以对缺陷区域进行填充。

在一些实施例中，对缺陷区域进行局部高速激光熔覆处理以对缺陷区域进行填充包括：根据缺陷区域的深度最大值确定局部高速激光熔覆处理的厚度。

激光烧蚀前处理完成后，采用高速激光熔覆技术对需要进行表面处理的位置进行加工。高速激光熔覆加工和激光烧蚀处理采用同一个高速激光熔覆喷嘴140，首先，根据内孔表面处理技术要求，选择适用的熔覆材料。其次，当对存在缺陷的内孔表面进行处理时，基于探测得到的缺陷位置，采用两步法高速激光熔覆材料工艺。第一步，高速激光熔覆层的厚度与缺陷深度最大值Z

高速激光熔覆涂层具有厚度均匀性高、加工余量可控性强等优点，因此本实施例直接采用珩磨对内孔表面高速熔覆涂层进行后处理。珩磨加工过程由于珩磨石具有退让性，能够有效抵消内孔零件的装夹误差。同时，珩磨石具有自调节能力，能够保证圆周方向涂层去除量的均匀性。珩磨头宽度应比熔覆层沿零件轴线方向的宽度值小50mm以上，转速为100-200r/min，往复运动移速为15-20m/min，往复运动行程范围比熔覆层的总宽度大40-80mm。当涂层珩磨加工至与两侧基体尺寸基本一致时，再调节珩磨头的往复运动行程范围，对内孔表面进行整体珩磨加工，进而保证内孔表面加工质量的一致性。

在该一些实施例中，利用本发明实施例的处理方法对缸筒内孔的表面进行局部的加强处理，而不是修复。要加强处理的特定区域是预先根据目标位置来确定的，例如在一些实施例中，特定区域包括缸筒内孔的靠近导向套一侧的部分区域。在另一些实施例中，特定区域包括油气混合结构液压缸中与气体工作介质接触的缸筒内壁区域。

下面对一个具体实施例的缸筒内壁的处理进行详细说明。缸筒的参数：外径为440mm、内径为380mm、长度为1200mm，在缸筒内孔表面上存在沟状划痕。针对此缺陷采用高速激光熔覆技术进行高效修复。将缸筒一端通过三爪卡盘固定、一端置于滚轮上，两者共同作用带动缸筒绕轴线做回转运动，运行过程中需保证同轴直线度。

首先，采用激光三角测距探头120对内孔缺陷进行扫描重构以确定具体缺陷尺寸及位置。将激光三角测距探头120固定在悬臂梁前端位置，通过悬臂梁带动扫描探头至缸筒内孔前部位置，调整探头与缸筒内孔距离，具体参数方面：扫描激光采用宽光斑，光斑长度为30mm，探头与内孔间距离为40mm，扫描线速度为10m/min。为保证对整个内孔面进行扫描、确定出所有缺陷位置，同时保证扫描效率，搭接率设置为10％，缸筒工件旋转角速度与探头前移线速度需保持一定线性关系。缸筒内孔表面高度值波动阈值设置为0.1mm，当检测到内孔表面高度值波动范围超过阈值时，记录此时缺陷位置。最终，通过对比分析发现距离定位端面210mm处存在260mm长、1mm宽、0.5mm深的缺陷。如图7所示，缺陷区域的轴向长度为L1。

将高速激光熔覆喷嘴140固定在悬臂梁前端，基于前述确定的缺陷位置，将熔覆头移动至缺陷前端即距离定位端面150mm位置，烧蚀过程激光功率为5000W，激光喷嘴与缸筒内孔表面采用正离焦方式，光斑直径5mm、扫描线速度为10m/min。参数设置完成后熔覆头向前移动约370mm。也就是说待处理区域的轴向长度L2大于缺陷区域的轴向长度L1。

预处理完成后，调节高速激光熔覆头与内孔表面之间的距离，具体熔覆参数方面：第一步，激光功率为4300W、光斑直径为2mm、扫描速度为15m/min、送粉量为50g/min、保护气压力为10L/min、搭接率为75％。熔覆头移动范围为距离定位端面210mm至470mm。第二步，激光功率为3500W、光斑直径为2mm、扫描速度为20m/min、送粉量为33g/min、保护气压力为10L/min、搭接率为75％，熔覆头移动范围为距离定位端面150mm至520mm。最终高速激光熔覆处理后如图6所示。

直接采用珩磨对内孔壁面进行后处理加工。珩磨参数设置方面，珩磨头宽度为200mm，珩磨头往复运动行程为420mm，按照熔覆层粗珩磨和精珩磨加工工艺参数分别进行加工。当熔覆层尺寸与两侧未熔覆区域相当时，将珩磨头的行程调整为零件内孔全长1200mm进行整体珩磨加工，进而保证内孔表面整体加工的完整性。本发明实施例的局部选区处理方法可直接采用珩磨后处理工艺，减少加工工序、提升加工效率，解决现有局部区域表面处理涂层无法后处理加工的问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。