CN119000095B - 基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法及系统，涉及微型内燃机中心摆密封技术领域，本发明通过在中心摆的密封面上设置若干组H分形结构，不仅显著提高了中心摆的密封性能，还不额外增加零部件，更加有利于系统的长时间运行，也降低了额外的材料成本，同时，本发明通过设置红外测距试验，对中心摆的凹槽深度进行精确测量，通过构建波动矩阵和计算波动系数，分别评估了中心摆在加工过程中关于凹槽深度的短期加工均匀性和长期加工均匀性，不仅确保了加工质量，还实现了工艺参数的优化，提高了加工效率和经济效益。

Description

基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法及系统

技术领域

本发明涉及微型内燃机中心摆密封技术领域，具体为一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法及系统。

背景技术

微型摆式内燃机作为微型动力装置之一，其结构尺寸缩小后，相应燃烧室体积变小，在相同密封条件下，燃烧室质量泄漏迅速增加，这使得燃烧压力难以保持，甚至不能正常点火运行，导致燃烧室热效率明显降低，从而使微型摆式内燃机热效率极低，且工作可靠性变差。目前微型摆式内燃机中心摆与燃烧室的缸体之间的径向密封通常采用光滑间隙密封来实现，当密封间隙过大，质量泄漏增加较多，这样无法保证燃烧压力；当密封间隙过小时，中心摆容易受热膨胀并与缸体产生摩擦、磨损以及胶合现象。

现有技术中的，公开号为CN204284432U公开了一种新型转子顶端处密封件，包括滚针型密封件，密封柱以及波形弹簧片；滚针型密封件，密封柱，波形弹簧片从上到下依次装配；密封柱上沿轴向设有弧形凹槽，滚针型密封件置于所述弧形凹槽内；密封柱下方设有波形弹簧片，所述波形弹簧片置于转子弧形槽内。其中滚针型密封件是以其与内燃机缸体内壁之间相互滚动的密封形式，代替原密封件与内燃机缸体内壁之间相互滑动的密封形式，这种密封形式无疑增加了零部件数量。对于微机械产品结构简化原则而言，增加系统零部件会对产品装配和更换带来更多困难，而且接触密封功耗损失较大，不利于微系统长时间运行，且其在加工过程中，弧形凹槽的深度均匀性也会影响密封效果，但在生产过程中也难以进行检测和评估，因此，多种因素的作用下导致其适用性较差，不利于进行大规模推广。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，具体步骤包括：

S1：采集中心摆的尺寸数据，根据中心摆的尺寸数据在中心摆的密封面上均匀设置H分形结构并进行试加工，所述中心摆的密封面为曲面，H分形结构在中心摆的密封面上以凹槽结构进行设置；

S2：对试加工完成后的中心摆分别在周向和轴向进行红外测距试验，分别采集H分形结构在轴向和周向上的凹槽深度，根据两个方向上的凹槽深度生成对应的槽深变化曲线，对槽深变化曲线进行图像叠加，基于阈值判断的方法得到周向深度数据和轴向深度数据；

S3：根据周向波动矩阵和轴向波动矩阵评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性，调整试加工的工艺参数，重复步骤S1～S2直至中心摆的短期加工均匀性合格；

S4：:连续对至少3个中心摆进行H分形结构试加工，并基于每个中心摆的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数。

优选的，所述中心摆的尺寸数据包括厚度D、外径R、密封截面弧长L，所述H分形结构包括一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形。

优选的，所述一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形均在中心摆的密封面均匀分布，所述二级H分形设置在四个一阶H分形之间，三阶H分形设置在四个二阶H分形之间，四阶H分形设置在四个三阶H分形之间，且一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形的槽宽d和槽深h均相等。

优选的，红外测距试验采用红外测距仪进行，具体方法为：

S201：以位于中心摆密封面左上方的H分形结构作为参考，将该H分形结构的横向对称轴与密封面左侧边界的交点作为第一测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第一测距起始点之间的连线垂直向上；

S202：红外测距仪顺时针匀速转动预设的转动角度，转动完成后静止3秒，再以相同速度反向匀速转动相同的转动角度，得到一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线，根据一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线得到对应的周向深度数据；

S203：统计步骤S202的执行次数，使红外测距仪沿轴向以预设的间隔距离进行运动，反复执行步骤S202并更新步骤S202的执行次数，得到所有H分形结构的周向深度数据，当步骤S202的执行次数等于H分形结构的行数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置；

S204：以位于中心摆密封面左上方H分形结构作为参考，将该H分形结构的左侧底部中线与密封面上侧边界的交点作为第二测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第二测距起始点之间的连线垂直向上；

S205：红外测距仪沿轴向匀速移动预设的移动距离，移动距离与中心摆的厚度相同，移动完成后静止3秒，相同速度反向匀速移动相同的移动距离，得到一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线，根据一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线得到对应的轴向深度数据；

S206：统计步骤S205的执行次数，根据执行次数使红外测距仪选择对应且预设的间隔角度进行转动，反复执行步骤S205并更新步骤S205的执行次数，得到所有H分形结构的轴向深度数据，当步骤S205的执行次数等于H分形结构的2倍列数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置。

优选的，将H分形结构的轴向长度标定为l_i，周向长度标定为w_i，轴向间隔标定为σ1_i，周向间隔标定为σ2_i，下标i表示H分形结构的阶数，i＝1,2,3,4，转动角度以弧度进行表示，标定为θ_z,且θ_z＝L/R，间隔距离标定为δ_g，v_g＝l_i+σ1_i，移动距离标定为δ_y，δ_y＝D；

间隔角度以弧度进行表示，包括第一间隔角度θ1_g和第二间隔角度θ2_g，当步骤S205的执行次数为奇数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第一间隔角度θ1_g进行转动，当步骤S205的执行次数为偶数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第二间隔角度θ2_g进行转动，其中θ1_g＝(w_i-d)/R，θ2_g＝(σ2_i+d)/R。

优选的，生成所有H分形结构周向波动系数和轴向波动系数的方法为：

根据H分形结构的槽深生成判断阈值d_yz和波动区间d_bd，判断阈值d_yz＝k₁d，波动区间d_bd＝[-k₂d,k₂d]，其中k₁、k₂分别表示第一波动系数和第二波动系数，且1＞k₂＞k₁＞0；

根据判断阈值和波动区间的上下限生成三条平行线，并与中心摆在周向和轴向上的槽深变化曲线进行叠加，将槽深变化曲线位于判断阈值上方的部分定义为若干个有效值段，并对槽深变化曲线的有效值段进行分析；

分析中心摆在周向上的槽深变化曲线时，槽深变化曲线的每个有效值段均与H分形结构一一对应，统计每个有效值段与判断阈值构成的图形的总面积，和有效值段位于波动区间上下限之间的图形的有效面积，将有效面积和总面积的比值定义为周向波动系数，并标定为式中上标j表示连续试加工的中心摆的编号，j＝1,2,3,…,J，(x,y)表示与第x列第y行的H分形结构对应，x＝1,2,3,…,M，y＝1,2,3,…,N；

分析中心摆在轴向上的槽深变化曲线时，按照步骤S205的执行次数对所有中心摆在轴向上的槽深变化曲线依次进行两两分组，并分别对每组槽深变化曲线进行分析，每组槽深变化曲线中，执行次数为奇数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的左侧一一对应，执行次数为偶数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的右侧一一对应，分别计算每组的槽深变化曲线中，有效值段的有效面积和总面积的比值，再取均值并定义为轴向波动系数，并标定为

优选的，周向波动矩阵表示为：

轴向波动矩阵表示为：

分别计算周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和当满足和均小于S_y时，认为该中心摆的短期加工均匀性合格，其中S_y表示预设的短期阈值。

优选的，将编号为1～p的中心摆的周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和分别划分为集合B1_p和B2_p，p∈[3,J]，且p为整数；

分别计算集合B1_p和B2_p的标准差S1_i′和S2_i′，并将S1_i′、S2_i′与预设的长期阈值区间进行比对，遍历p所有取值，得到所有满足S1_i′,S2_i′∈[-S_y′,S_y′]时p的取值，并将其中最大的p值认为推荐连续加工数，其中-S_y′、S_y′分别表示长期阈值区间的下限和上限。

本发明另外还提供一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估系统，所述评估系统用于执行上述的评估方法，包包括：

数据采集模块，所述数据采集模块与数据分析模块电性连接，用于采集中心摆的尺寸数据；

加工模块，所述加工模块与数据分析模块电性连接，用于根据用户预设的工艺参数对中心摆的密封面进行加工，生成H分形结构；

测距模块，所述测距模块包括测量单元和驱动单元，二者均与数据分析模块电性连接，用于对中心摆进行红外测距试验，测量中心摆密封面的深度变化，得到对应的周向和轴向的槽深变化曲线；

数据分析模块，所述数据分析模块与综合处理模块电性连接，用于根据中心摆的尺寸数据和H分形结构的工艺参数生成红外测距试验时红外测距仪的运动轨迹并发送到测距模块的驱动单元，还用于构建周向波动矩阵和轴向波动矩阵并评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性；

综合处理模块，所述综合处理模块用于根据中心摆凹槽深度的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在中心摆的密封面上设置若干组H分形结构，不仅显著提高了中心摆的密封性能，还不额外增加零部件，更加有利于系统的长时间运行，也降低了额外的材料成本，同时，本发明通过设置红外测距试验，对中心摆的凹槽深度进行精确测量，通过构建波动矩阵和计算波动系数，分别评估了中心摆在加工过程中关于凹槽深度的短期加工均匀性和长期加工均匀性，不仅确保了加工质量，还实现了工艺参数的优化，提高了加工效率和经济效益。

附图说明

图1为本发明整体方法流程示意图；

图2为本发明设有H分形结构中心摆的示意图；

图3为本发明中心摆密封面的俯视图；

图4为现有技术中心摆与内燃机缸体的连接示意图；

图5为本发明中心摆与内燃机缸体的连接示意图；

图6为本发明的模块结构示意图。

图中：10、本发明中的中心摆；11、一阶H分形；12、二阶H分形；13、三阶H分形；14、四阶H分形；20、内燃机缸体；30、现有技术中的中心摆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例：

请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：

一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，具体步骤包括：

S1：采集中心摆的尺寸数据，根据中心摆的尺寸数据在中心摆的密封面上均匀设置H分形结构并进行试加工，所述中心摆的密封面为曲面，H分形结构在中心摆的密封面上以凹槽结构进行设置；

所述中心摆的尺寸数据包括厚度D、外径R、密封截面弧长L，所述H分形结构包括一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形，所述一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形均在中心摆的密封面均匀分布，所述二级H分形设置在四个一阶H分形之间，三阶H分形设置在四个二阶H分形之间，四阶H分形设置在四个三阶H分形之间，且一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形的槽宽d和槽深h均相等。

在这一步中，设置H分形机构的目的是利用湍流效应改善中心摆密封面的密封性能，比起现有技术中的滚针型密封件，以其与内燃机缸体内壁之间相互滚动的密封形式，代替原密封件与内燃机缸体内壁之间相互滑动的密封形式，本发明通过换回密封面与内燃机缸体内壁之间相互滑动的密封形式，并设置H分形机构，能够在密封面与内燃机缸体内壁之间设置较小的间隙，不必担心中心摆受热膨胀与缸体内壁产生摩擦、磨损以及胶合现象，也不必担心较大的间隙导致质量泄漏增加较多降低燃烧压力，因此在提高密封效果的基础上，不额外增加零部件，更加有利于系统的长时间运行，也降低了额外的材料成本。通过分别对不设置H分形结构的中心摆，和设置H分形结构的中心摆进行仿真建模，利用spacec laim软件抽取出两种中心摆的左侧燃烧室与对应排气口之间的流体区域，再在流体区域的中心截面处建立压力截面监测，最后通过F l uent软件的运算求解后得出：不设置H分形结构的中心摆流体区域的中心截面压力为548160.76pa，而设置H分形结构的中心摆流体区域中心截面压力为383450.3pa，有效减小了164710.46pa，远高于目前主流的迷宫结构或蜂窝结构(这两种最多减少100000pa)，从而证明了H分形结构的有效性。

在本实施例中，假设一阶H分形的数量为8*8个，那么对应的，二阶H分形的数量为4*4个，三阶H分形的数量为2*2，四阶H分形的数量为1个。

S2：对试加工完成后的中心摆分别在周向和轴向进行红外测距试验，分别得到H分形结构在轴向和周向上的凹槽深度，根据两个方向上的凹槽深度生成对应的槽深变化曲线，对槽深变化曲线进行图像叠加，基于阈值判断的方法得到周向深度数据和轴向深度数据。

红外测距试验采用红外测距仪进行，具体方法为：

S201：以位于中心摆密封面左上方的H分形结构作为参考，将该H分形结构的横向对称轴与密封面左侧边界的交点作为第一测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第一测距起始点之间的连线垂直向上；

S202：红外测距仪顺时针匀速转动预设的转动角度，转动完成后静止3秒，再以相同速度反向匀速转动相同的转动角度，得到一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线，根据一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线得到对应的周向深度数据；

S203：统计步骤S202的执行次数，使红外测距仪沿轴向以预设的间隔距离进行运动，反复执行步骤S202并更新步骤S202的执行次数，得到所有H分形结构的周向深度数据，当步骤S202的执行次数等于H分形结构的行数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置；

S204：以位于中心摆密封面左上方H分形结构作为参考，将该H分形结构的左侧底部中线与密封面上侧边界的交点作为第二测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第二测距起始点之间的连线垂直向上；

S205：红外测距仪沿轴向匀速移动预设的移动距离，移动距离与中心摆的厚度相同，移动完成后静止3秒，相同速度反向匀速移动相同的移动距离，得到一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线，根据一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线得到对应的轴向深度数据；

S206：统计步骤S205的执行次数，根据执行次数使红外测距仪选择对应且预设的间隔角度进行转动，反复执行步骤S205并更新步骤S205的执行次数，得到所有H分形结构的轴向深度数据，当步骤S205的执行次数等于H分形结构的2倍列数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置。

在红外测距试验中，由于H分形结构在中心摆的密封面上为均匀居中的阵列分布，也就是说在阶数相等的前提下，相邻两列H分形结构之间的间距相等，相邻两排H分形结构之间的间距也相等，最上排H分形结构和最下排分形结构与密封面的上下边缘间距相等，最左排H分形结构和最右排分形结构与密封面的左右边缘间距也相等，且这些间距参数均由用户预设的工艺参数所控制，因此H分形结构的横向对称轴，和左侧底部中线都可以通过工艺参数所得到。同时，可以理解的是，H分析结构在横向方向上只需要检测中部“-”的深度，但在纵向方向上就需要分别检测两边的“丨”的深度，因此在步骤S202中，中心摆转动一定角度后，红外测距仪就能够将一排H分形结构的中部深度全部检测到，而在步骤S205中，中心摆轴向运动一定距离后，红外测距仪只能检测到一列H分形结构的其中一侧，在步骤S205执行第一次时，检测到的是左边第一列H分形结构的左侧，在步骤S205执行第二次时，检测到的是左边第一列H分形结构的右侧。以此类推，在步骤S205执行第2k-1次时，检测到的是左边第k列H分形结构的左侧，在步骤S205执行第2k次时，检测到的是左边第k列H分形结构的右侧。同时，红外测距仪的轴向移动或周向转动，可以通过固定在轴上利用电机驱动的方式实现，也可以通过固定在机床上以PLC控制的方式实现，实现的手段多样且均为现有技术，因此不做限定。

将H分形结构的轴向长度标定为l_i，周向长度标定为w_i，轴向间隔标定为σ1_i，周向间隔标定为σ2_i，下标i表示H分形结构的阶数，i＝1,2,3,4，转动角度以弧度进行表示，标定为θ_z,且θ_z＝L/R，间隔距离标定为δ_g，δ_g＝l_i+σ1_i，移动距离标定为δ_y，δ_y＝D；

间隔角度以弧度进行表示，包括第一间隔角度θ1_g和第二间隔角度θ2_g，当步骤S205的执行次数为奇数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第一间隔角度θ1_g进行转动，当步骤S205的执行次数为偶数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第二间隔角度θ2_g进行转动，其中θ1_g＝(w_i-d)/R，θ2_g＝(σ2_i+d)/R。

生成所有H分形结构周向波动系数和轴向波动系数的方法为：

根据H分形结构的槽深生成判断阈值d_yz和波动区间d_bd，判断阈值d_yz＝k₁d，波动区间d_bd＝[-k₂d,k₂d]，其中k₁、k₂分别表示第一波动系数和第二波动系数，且考虑到H分形结构在加工时，内壁可能会存在一定的拔模角度，或者内壁边缘两侧存在细微的粉尘残留，因此比起中部深度可能偏小，因此将第一波动系数取的较小，1＞k₂＞k₁＞0；

根据判断阈值和波动区间的上下限生成三条平行线，并与中心摆在周向和轴向上的槽深变化曲线进行叠加，将槽深变化曲线位于判断阈值上方的部分定义为若干个有效值段，并对槽深变化曲线的有效值段进行分析；

分析中心摆在周向上的槽深变化曲线时，槽深变化曲线的每个有效值段均与H分形结构一一对应，统计每个有效值段与判断阈值构成的图形的总面积，和有效值段位于波动区间上下限之间的图形的有效面积，将有效面积和总面积的比值定义为周向波动系数，并标定为式中上标j表示连续试加工的中心摆的编号，j＝1,2,3,…,J，(x,y)表示与第x列第y行的H分形结构对应，x＝1,2,3,…,M，y＝1,2,3,…,N；

分析中心摆在轴向上的槽深变化曲线时，按照步骤S205的执行次数对所有中心摆在轴向上的槽深变化曲线依次进行两两分组，并分别对每组槽深变化曲线进行分析，每组槽深变化曲线中，执行次数为奇数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的左侧一一对应，执行次数为偶数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的右侧一一对应，分别计算每组的槽深变化曲线中，有效值段的有效面积和总面积的比值，再取均值并定义为轴向波动系数，并标定为

在对槽深变化曲线进行分析时，以中心摆的密封面作为参考，当红外测距仪的探测光束从密封面进入到向下凹陷的H分形结构时，槽深变化曲线会产生一个对应的上升区域，也就是有效值段，离开H分形结构回到密封面时上升区域结束，有效值段内槽深变化曲线的波动情况也就反映了H分形结构凹槽的深度均匀性。换句话说，有效值段的有效面积和总面积的比值越大，对应的H分形结构的凹槽深度越均匀。

周向波动矩阵表示为：

轴向波动矩阵表示为：

S3：根据周向波动矩阵和轴向波动矩阵评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性，调整试加工的工艺参数，重复步骤S1～S2直至中心摆的短期加工均匀性合格。

分别计算周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和当满足和均小于S_y时，认为该中心摆的短期加工均匀性合格，其中S_y表示预设的短期阈值。

这里周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和也就是表示的在这个中心摆密封面上，所有H分形结构在轴向和轴向上凹槽深度均匀性的离散程度，离散程度越低，凹槽深度均匀性也就越好，表示这个中心摆密封面上H分形结构在加工过程中凹槽深度基本一致，反之离散程度越高，凹槽深度均匀性也就越差，表示这个中心摆密封面上H分形结构在加工过程中凹槽深度具有较大的变化。

S4：:连续对至少3个中心摆进行H分形结构试加工，并基于每个中心摆的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数。

将编号为1～p的中心摆的周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和分别划分为集合B1_p和B2_p，p∈[3,J]，且p为整数；

分别计算集合B1_p和B2_p的标准差S1_i′和S2_i′，并将S1_i′、S2_i′与预设的长期阈值区间进行比对，遍历p所有取值，得到所有满足S1_i′,S2_i′∈[-S_y′,S_y′]时p的取值，并将其中最大的p值认为推荐连续加工数，其中-S_y′、S_y′分别表示长期阈值区间的下限和上限。

在这一步中，周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和分别表示单个中心摆密封面上H分形结构的凹槽深度均匀性，集合B1_p和B2_p的标准差S1_i′和S2_i′，则表示连续加工的p个中心摆整体的凹槽深度均匀性，当整体的凹槽深度均匀性满足需求时，选出最大的p值认为推荐连续加工数，以在满足加工精度的前提下提高加工效率，起到降低加工周期，提高经济效益的作用。

请参阅图6，本发明另外还提供一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估系统，所述评估系统用于执行上述的评估方法，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块与数据分析模块电性连接，用于采集中心摆的尺寸数据；

加工模块，所述加工模块与数据分析模块电性连接，用于根据用户预设的工艺参数对中心摆的密封面进行加工，生成H分形结构；

测距模块，所述测距模块包括测量单元和驱动单元，二者均与数据分析模块电性连接，用于对中心摆进行红外测距试验，测量中心摆密封面的深度变化，得到对应的周向和轴向的槽深变化曲线；

数据分析模块，所述数据分析模块与综合处理模块电性连接，用于根据中心摆的尺寸数据和H分形结构的工艺参数生成红外测距试验时中心摆的运动轨迹并发送到测距模块的驱动单元，构建周向波动矩阵和轴向波动矩阵并评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性；

综合处理模块，所述综合处理模块用于根据中心摆凹槽深度的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够通过电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方法来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1：采集中心摆的尺寸数据，根据中心摆的尺寸数据在中心摆的密封面上均匀设置H分形结构并进行试加工，所述中心摆的密封面为曲面，H分形结构在中心摆的密封面上以凹槽结构进行设置；

所述中心摆的尺寸数据包括厚度D、外径R、密封截面弧长L，所述H分形结构包括一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形；

所述一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形均在中心摆的密封面均匀分布，所述二阶H分形设置在四个一阶H分形之间，三阶H分形设置在四个二阶H分形之间，四阶H分形设置在四个三阶H分形之间，且一阶H分形、二阶H分形、三阶H分形、四阶H分形的槽宽d和槽深h均相等；

S2：对试加工完成后的中心摆分别在周向和轴向进行红外测距试验，分别采集H分形结构在轴向和周向上的凹槽深度，根据两个方向上的凹槽深度生成对应的槽深变化曲线，对槽深变化曲线进行图像叠加，基于阈值判断的方法得到周向深度数据和轴向深度数据；

S3：根据周向深度数据和轴向深度数据生成周向波动系数和轴向波动系数，并构建对应的周向波动矩阵和轴向波动矩阵，再根据周向波动矩阵和轴向波动矩阵评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性，调整试加工的工艺参数，重复步骤S1～S2直至中心摆的短期加工均匀性合格；

生成所有H分形结构周向波动系数和轴向波动系数的方法为：

根据H分形结构的槽深生成判断阈值d_yz和波动区间d_bd，判断阈值d_yz＝k₁d，波动区间d_bd＝[-k₂d,k₂d]，其中k₁、k₂分别表示第一波动系数和第二波动系数，且1＞k₂＞k₁＞0；

根据判断阈值和波动区间的上下限生成三条平行线，并与中心摆在周向和轴向上的槽深变化曲线进行叠加，将槽深变化曲线位于判断阈值上方的部分定义为若干个有效值段，并对槽深变化曲线的有效值段进行分析；

分析中心摆在周向上的槽深变化曲线时，槽深变化曲线的每个有效值段均与H分形结构一一对应，统计每个有效值段与判断阈值构成的图形的总面积，和有效值段位于波动区间上下限之间的图形的有效面积，将有效面积和总面积的比值定义为周向波动系数，并标定为式中上标j表示连续试加工的中心摆的编号，j＝1,2,3,…,J，(x,y)表示与第x列第y行的H分形结构对应，x＝1,2,3,…,M，y＝1,2,3,…,N；

分析中心摆在轴向上的槽深变化曲线时，对所有中心摆在轴向上的槽深变化曲线依次进行两两分组，并分别对每组槽深变化曲线进行分析，每组槽深变化曲线中，执行次数为奇数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的左侧一一对应，执行次数为偶数次的槽深变化曲线的每个有效值段，与每个H分形结构的右侧一一对应，分别计算每组的槽深变化曲线中，有效值段的有效面积和总面积的比值，再取均值并定义为轴向波动系数，并标定为

S4：连续对至少3个中心摆进行H分形结构试加工，并基于每个中心摆的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数。

2.根据权利要求1所述的一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，其特征在于：红外测距试验采用红外测距仪进行，具体方法为：

S201：以位于中心摆密封面左上方的H分形结构作为参考，将该H分形结构的横向对称轴与密封面左侧边界的交点作为第一测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第一测距起始点之间的连线垂直向上；

S202：红外测距仪顺时针匀速转动预设的转动角度，转动完成后静止3秒，再以相同速度反向匀速转动相同的转动角度，得到一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线，根据一排H分形结构在周向上的槽深变化曲线得到对应的周向深度数据；

S203：统计步骤S202的执行次数，使红外测距仪沿轴向以预设的间隔距离进行运动，反复执行步骤S202并更新步骤S202的执行次数，得到所有H分形结构的周向深度数据，当步骤S202的执行次数等于H分形结构的行数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置；

S204：以位于中心摆密封面左上方H分形结构作为参考，将该H分形结构的左侧底部中线与密封面上侧边界的交点作为第二测距起始点，红外测距仪的测试方向垂直向下，中心摆轴心与第二测距起始点之间的连线垂直向上；

S205：红外测距仪沿轴向匀速移动预设的移动距离，移动距离与中心摆的厚度相同，移动完成后静止3秒，相同速度反向匀速移动相同的移动距离，得到一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线，根据一列H分形结构在轴向的槽深变化曲线得到对应的轴向深度数据；

S206：统计步骤S205的执行次数，根据执行次数使红外测距仪选择对应且预设的间隔角度进行转动，反复执行步骤S205并更新步骤S205的执行次数，得到所有H分形结构的轴向深度数据，当步骤S205的执行次数等于H分形结构的2倍列数时认为执行完成，红外测距仪回到初始位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，其特征在于：将H分形结构的轴向长度标定为l_i，周向长度标定为w_i，轴向间隔标定为σ1_i，周向间隔标定为σ2_i，下标i表示H分形结构的阶数，i＝1,2,3,4，转动角度以弧度进行表示，标定为θ_z，且θ_z＝L/R，间隔距离标定为δ_g，δ_g＝l_i+σ1_i，移动距离标定为δ_y，δ_y＝D；

间隔角度以弧度进行表示，包括第一间隔角度θ1_g和第二间隔角度θ2_g，当步骤S205的执行次数为奇数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第一间隔角度θ1_g进行转动，当步骤S205的执行次数为偶数时，在步骤S206中，红外测距仪选择第二间隔角度θ2_g进行转动，其中θ1_g＝(w_i-d)/R，θ2_g＝(σ2_i+d)/R。

4.根据权利要求2所述的一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，其特征在于：周向波动矩阵表示为：

轴向波动矩阵表示为：

分别计算周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和当满足和均小于S_y时，认为该中心摆的短期加工均匀性合格，其中S_y表示预设的短期阈值。

5.根据权利要求4所述的一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估方法，其特征在于：将编号为1～p的中心摆的周向波动矩阵和轴向波动矩阵的标准差和分别划分为集合B1_p和B2_p，p∈[3，J]，且p为整数；

分别计算集合B1_p和B2_p的标准差S1_i′和S2_i′，并将S1_i′、S2_i′与预设的长期阈值区间进行比对，遍历p所有取值，得到所有满足S1_i′，S2_i′∈[-S_y′，S_y′]时p的取值，并将其中最大的p值认为推荐连续加工数，其中-S_y′、S_y′分别表示长期阈值区间的下限和上限。

6.一种基于深度计量的中心摆密封面凹槽均匀性评估系统，其特征在于：所述评估系统用于执行权利要求1-5任一项所述的评估方法，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块与数据分析模块电性连接，用于采集中心摆的尺寸数据；

加工模块，所述加工模块与数据分析模块电性连接，用于根据用户预设的工艺参数对中心摆的密封面进行加工，生成H分形结构；

测距模块，所述测距模块包括测量单元和驱动单元，二者均与数据分析模块电性连接，用于对中心摆进行红外测距试验，测量中心摆密封面的深度变化，得到对应的周向和轴向的槽深变化曲线；

数据分析模块，所述数据分析模块与综合处理模块电性连接，用于根据中心摆的尺寸数据和H分形结构的工艺参数生成红外测距试验时红外测距仪的运动轨迹并发送到测距模块的驱动单元，还用于构建周向波动矩阵和轴向波动矩阵并评估中心摆凹槽深度的短期加工均匀性；

综合处理模块，所述综合处理模块用于根据中心摆凹槽深度的短期加工均匀性评估长期加工均匀性，并根据长期加工均匀性生成推荐连续加工数。