CN103990603B - 一种球体表面质量检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球体表面质量检测方法及装置，所述球体表面质量监测装置包括自动上料机、节拍控制机构、展成机构、视觉系统、分拣系统，所述节拍控制机构位于自动上料机的末端和展成机构之前，控制待测球体逐一进入所述展成机构，所述节拍控制机构包括两组阻挡机构，所述两组阻挡机构轮流活动控制待测球体的前进和移动。本球体表面质量检测装置的送料节拍可控，能够降低待测球体之间的干扰，同时展成运动全面，对待测球体的损耗降至最低。

Description

一种球体表面质量检测方法及装置

技术领域

本发明涉及缺陷检测领域。特别是设计一种基于视觉的自动球体表面缺陷检测装置。被检测球体为非抛光或抛光的钢球、陶瓷球、塑料球，尤其是滚珠轴承的球体。

背景技术

轴承在现代工业中具有不可替代的作用，而钢珠的质量直觉决定着轴承的精度、性能、使用寿命。根据轴承网统计：钢球造成的问题占轴承问题的85％，钢球造成轴承失效的比例高达78％，远高于国外的30％，其中65％是由钢珠表面质量造成的。

目前，国内的钢球生产企业大部分采用的检测方法是传统意义上的灯检，即人员用手拨动平铲中的钢球，在灯光下肉眼(或低倍放大镜)观察，手工剔出缺陷球。面对成批量的检测需求，灯检法不仅检测效率低、而且手工推挡无法保证完全展开球表面，易漏检或误检，同时对操作人员眼睛伤害极大。随着缺陷的检测技术的发展，如涡流探伤技术、超声波探伤技术、光电检测技术及视觉检测技术等，国内外开发了钢球表面缺陷检测设备，如捷克的涡流检测仪、日本的轴承钢球光电外观检测仪、美国轴承钢球涡流探伤仪。这些设备存在一种设备适应钢球种类少，易出现漏检与误判，并且设备价格昂贵等问题，不利于再生产中推广使用。

专利号为ZL200310109912.4的中国发明专利公开了一种基于视觉的钢球表面缺陷检测方法，进给盘上分布一圈通孔作为检测腔承载钢球以某一速度做转动，钢球下方由另一展开盘托住，展开盘做偏心旋转带动钢球转动实现钢球展开，展开装置置于煤油中。检测腔正上方的CCD相机采集钢球表面图像，计算机通过识别其表面缺陷给出评判结果，手动控制分拣。该方法的展开装置复杂，且展开具有随机性，不能保证球面完全展开；浸入液体对钢球自身造成一定污损，采集图像易存在杂质而影响评判，不仅需定期更换，而且增加后续清洗步骤；检测球范围是大中型钢球，不适合3mm以下的微型钢球。专利号为ZL200910040283.1的中国发明专利针对微型钢球发展了视觉小球缺陷检测设备和方法，但其检测位的球表面展开以不产生滑动为前提仍旧依靠托盘对其底部搓动，不能保证全面展开；分选机构采用磁吸方式剔除缺陷球易造成钢球磁化，后续还需增加消磁步骤；分选机构复杂，检测效率低。专利申请号为：201210134454.9及其相关专利提出采用震动盘上料、V型槽导轨传输、双视觉检测、启动分拣的钢球表面缺陷检测装置,但那存在送料不可控，检测钢球位置不固定视觉识别视野大精度小灯问题。

有鉴于此，本发明提出了一种具有自动控制上料节拍、原位展成运动、自动分拣的全自动化、无易损件、高效球体表面缺陷检测装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决的问题是：提供一种上料节拍可控、检测时对待测球体无损耗的球体表面缺陷检测方法。

一种球体表面质量检测装置，包括自动上料机、节拍控制机构、展成机构、视觉系统、分拣系统，所述节拍控制机构位于自动上料机的末端和展成机构之前，控制待测球体逐一进入所述展成机构，所述节拍控制机构包括两组阻挡机构，所述两组阻挡机构轮流活动控制待测球体的前进和移动。

优选地，所述节拍控制机构由第一阻挡机构和第二阻挡机构以及一个第一凹槽组成，所述第一阻挡机构包括第一气缸、第一连接件、第一螺旋微调整器和第一挡针，所述第二阻挡机构包括第二气缸、第二连接件、第二螺旋微调器和第二挡针，其中所述第一、第二气缸固定在地板上，所述第一、第二螺旋微调器分别连接于所述第一、第二气缸的上端，所述第一、第二螺旋微调器和所述第一、第二挡针分别通过所述第一、第二连接件连接。

优选地，所述第一挡针和第二挡针之间的距离为待测球体直径的1～1.5倍。

优选地，所述自动上料机的输出导轨为V型，且该输出导轨具有1°～5°的倾斜。

优选地，所述展成机构由气源、若干气嘴、一个第二凹槽、第三气缸、一个Z型连接件、一个位置调节器以及一个挡板组成，其中所述气嘴与所述气源相连且开设于所述第二凹槽上，所述位置调节器固定在地板上，位置调节器的输出端与所述第三气缸连接，所述第三气缸通过所述Z型连接件与所述挡板连接并带动挡板做上下运动，所述挡板位垂直于所述第二凹槽内。

优选地，所述气嘴包括底部气嘴和侧壁气嘴，所述底部气嘴开设在所述第二凹槽的底部，所述侧壁气嘴开设在第二凹槽的两侧槽壁上，且所述侧壁气嘴的轴心与所述第二凹槽构成10～80°的夹角。

优选地，所述视觉系统包括若干光源设备和一个锥形罩面，所述锥形罩面位于所述展成机构的上方，所述光源设备安装在所述锥形罩面的内部，所述锥形罩面上根据视觉效果的位置开设有多个检测孔。

优选地，所述视觉系统进一步包括相机、镜头、用于固定相机的龙门架以及数据处理机构，所述相机角度可调整，所述相机数量和所述检测孔的数量一致。

优选地，所述相机数量为3个，包括：第一相机、第二相机和第三相机，所述第一相机和第二相机、第二相机和第三相机之间的角度均为60°。

优选地，所述分拣系统包括摆动气缸、摆片、分料导轨和料盒，所述摆片位于分料导轨的入口处，所述摆动气缸固定在地板上，摆动气缸的输出端穿过所述分料导轨与所述摆片连接，所述料盒位于所述分料导轨的出口处，料盒数量与分料导轨的出口数量一致。

一种采用上述球体表面质量检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、设置功能参数；

S2、启动自动上料机；

S3、节拍控制机构控制待测球体一一进入展成机构；

S4、展成机构将待测球体表面展成；

S5、视觉系统采集图像并进行处理；

S6、图像采集完成后，待测球体继续向前运动；

S7、摆片分料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)送料节拍可控制，降低待测球体之间的干扰，保证每次检测时仅有一待测球体通过；

(2)送气使待测球体做原位旋转运动，确保球体展成全面完整，提高检测的精确度；

(3)对不同待测球体的尺寸大小具有较强的适应性；

(4)整个检测过程不会对待测球体产生损耗；

(5)检测过程全自动化，降低对作业人员的要求，提高检测精度和准确度。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为球体表面质量检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中节拍控制机构的结构示意图；

图3为本发明实施例中展成机构的结构示意图；

图4为图3中A部分的放大结构示意图；

图5为本发明实施例中视觉系统中相机设置位置与效果示意图；

图6为本发明实施例中视觉系统的结构示意图；

图7为本发明实施例中分拣系统的结构示意图；

图8为图7中B部分的放大结构示意图。

图9为本发明检测球体表面质量的检测步骤。

其中：

1、自动上料机；

2、节拍控制机构； 21、第一凹槽；221第一气缸；222、第二气缸； 231、第一连接件；232、第二连接件；241、第一螺旋微调整器；242、第二螺旋微调整器；251、第一挡针； 252、第二挡针；

3、展成机构；31、第二凹槽；32、第三气缸；33、Z型连接件；34、位置调节器；35、挡板；361、底部气嘴；362、侧壁气嘴；

4、视觉系统；41、锥形罩面；42、龙门架；43、相机；431、第一相机；432、第二相机；433、第三相机；

5、分拣系统；51、摆动气缸；52、分料导轨；53、料盒。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明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。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。

传统的检测方式无法兼顾球面的完全展开和待测球体无污损，且上料不可控。本发明针对现有技术中的不足，提供了一种球体表面质量检测装置，该球体表面质量监测装置包括自动上料机1、节拍控制机构2、展成机构3、视觉系统4、分拣系统5，其中节拍控制机构2位于自动上料机1的末端和展成机构3之前，所述展成机构3内设有气源和若干不同方位的气嘴，从所述气嘴喷出的气流将球体吹起并使球体做原位旋转，所述视觉系统4位于所述展成机构3的上方，所述分拣系统5位于所述展成机构3的末端。

如图1所示，上述自动上料机1的输出导轨为V型，且该输出导轨具有1～5°的倾斜，使得待测球体可依靠自身重力继续向前滑行。

如图1及图2所示，上述节拍控制机构2由第一阻挡机构和第二阻挡机构以及一个第一凹槽21组成。其中第一阻挡机构包括第一气缸221、第一连接件231、第一螺旋微调整器241和第一挡针251；第二阻挡机构包括第二气缸222、第二连接件232、第二螺旋微调整器242和第二挡针252。上述第一气缸221和第二气缸222固定在地板上，第一螺旋微调器241位于第一气缸221的上端，第二螺旋微调器242位于第二气缸222的上端，第一气缸221和第二气缸222将分别推动第一螺旋微调器241和第二螺旋微调器242进行上下运动。上述第一螺旋微调器241和第一挡针251之间通过第一连接件231连接，同理第二螺旋微调器242和第二挡针之252间通过第二连接件232连接，两个螺旋微调器可以带动两者对应的挡针做前后位置的微调。所述第一挡针251和第二挡针252之间的距离小于待测球体直径的1～1.5倍，优选地，第一挡针251和第二挡针252之间的距离为一个待测球体的直径。该节拍控制结构在工作时，第二挡针252先升起挡住待测球体，接着第一挡针251升起，由于两挡针之间的距离为一个待测球体的直径，因此第一挡针251升起后将紧密贴合待测球体，同时第一挡针251将阻挡后方从自动上料机1进入节拍控制机构2的下一个待测球体。然后第二挡针252下降，待测球体被释放，释放后第二挡针252再次升起，第一挡针251下降释放下一个待测球体到第二挡针252之前，待测球体到位后第一挡针251再次升起，如此反复实现待测球体的按节拍控制释放。将第一挡针251和第二挡针252之间的距离设计为待测球体直径的1～1.5倍，该距离可有效保证每次进入两个挡针之间的待测球体有且仅有一个，以实现控制节拍的目的。其中第一凹槽为U型、V型、梯形等多种形状中的一种，本发明实施例优选为V型凹槽，因为V型凹槽与待测球体的接触面积最小，动力及惯性的损失亦为最小。而U型槽、梯形槽在不影响本发明检测结果的前提下亦可采用，因此本发明对于第一凹槽的形状不做特殊限定。

上述展成机构如图3和图4所示，由气源、若干气嘴、一个第二凹槽31、第三气缸32、一个Z型连接件33、一个位置调节器34以及一个挡板35组成。其中气嘴与气源相连且开设于上述第二凹槽31上。气嘴又包括底部气嘴361和侧壁气嘴362，所述底部气嘴361开设在上述第二凹槽31的底部，气源开启后可垂直向上喷射气体；而侧壁气嘴362开设于上述第二凹槽31的两侧槽壁上，该侧壁气嘴362的轴心与第二凹槽31构成10～80°的夹角，保证气流能够吹到待测球体。上述底部气嘴361和和侧壁气嘴362配合使待测球体能够在上述挡板35前做原位的旋转运动，实现球面的展成。所述位置调节器34固定在地板上，位置调节器34的输出端与上述第三气缸32连接，该第三气缸32通过上述Z型连接件33与挡板35连接并带动挡板35做上下运动，进而控制不同尺寸的球体与气嘴之间的位置关系。所述V型挡板35位垂直于所述第二凹槽31内。展成机构中的第二凹槽31由节拍控制机构2中的第一凹槽21延伸而来。上述第二凹槽优选为V型槽，因为待测球体需在该第二凹槽内做原位的旋转运动，V型槽与待测球体之间的接触面最小，阻力最小，最不易妨碍待测球体的原位旋转。同样的，上述挡板优选为配合第二凹槽形状的挡板，因此挡板优选为V型挡板。

如图5和图6所示，所述视觉机构4包括若干光源设备和一个锥形罩面41。该锥形罩面41位于上述展成机构3的上方，待测球体的展成均在该锥形罩面41内实现，光源设备安装于锥形罩面41内部。锥形罩面41上根据视觉效果的位置开设有多个检测孔，使视觉系统能够检测到待测球体的表面。上述视觉系统还包括相机43、镜头、用于固定相机43的龙门架42以及数据处理机构。上述相机43的数量与上述检测孔的数量一致。本发明实施例优选相机的数量为3个，包括第一相机431、第二相机432和第三相机433，且第一相机431和第二相机432、第二相机432和第三光相机433之间的角度均优选为60°，实现如图4所示的球冠部分表面的拍摄。

如图7和图8所示，上述分拣系统5包括摆动气缸51、摆片54、分料导轨52和料盒53。其中摆片54位于分料导轨52的入口处，摆动气缸51固定在地板上，摆动气缸51的输出端穿过上述分料导轨52的底面与摆片54连接。上述料盒53位于分料导轨52的出口处，料盒53数量与分料导轨52的出口数量一致。本发明实施例优选倒Y型的分料导轨，该分料导轨52的入口处由摆片54阻挡，摆片54后分料导轨分52为两轨，一条为合格球体的导出轨，另一条为不合格球体的导出轨，球体根据检测结果进入对应的轨道并最终进入对应的料盒。

如图9所示，本发明在检测球体表面质量时，分为以下几个步骤：

S1、设置功能参数

包括设置挡针位置、气体压力、挡片位置、视觉参数等；

S2、启动自动上料机

待测球体通过自动上料机送达节拍控制机构；

S3、节拍控制机构控制待测球体一一进入展成机构

第二气缸运动，第二挡针升起，待测球体被第二挡针阻拦后，第一气缸运动使第一挡针升起，第二挡针下降释放待测球体，待测球体依靠自身重力进入展成机构；

S4、展成机构将待测球体表面展成

第三气缸运动，挡板下降阻挡待测球体继续前进，并使其位于展成机构内的检测位置。气源开启，底部气嘴和侧壁气嘴吹气，待测球体在原位做旋转运动；

S5、视觉系统采集图像并进行处理

相机对待测球体表面进行拍摄，由于待测球体做原位旋转运动，因此相机可以采集到待测球体整体表面的图像，视觉系统内的数据处理机构对采集到的图像进行分析，判断待测球体表面质量是否达到工艺要求；

S6、图像采集完成后，待测球体继续向前运动

采集完成后，第三气缸运动，挡板向上收回，待测球体在侧壁气嘴的气流的作用下继续向前运动；

S7、摆片分料

对待测球体表面图像数据分析完成后，根据判断结果决定是否需要启动摆动气缸。当待测球体表面质量满足工艺要求时，摆动气缸不动，摆片挡住不合格品的分料导轨入口；当待测球体表面质量不满足工艺要求时，摆动气缸启动，摆片挡住合格品的分料导轨入口。

本发明公开了一种传感器密封保护盒，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)送料节拍可控制，降低待测球体之间的干扰，保证每次检测时仅有一待测球体通过；

(2)送气使待测球体做原位旋转运动，确保球体展成全面完整，提高检测的精确度；

(3)对不同待测球体的尺寸大小具有较强的适应性；

(4)整个检测过程不会对待测球体产生损耗；

(5)检测过程全自动化，降低对作业人员的要求，提高检测精度和准确度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种球体表面质量检测装置，其特征在于：所述球体表面质量监测装置包括自动上料机、节拍控制机构、展成机构、视觉系统、分拣系统，所述节拍控制机构位于自动上料机的末端和展成机构之前，控制待测球体逐一进入所述展成机构，所述节拍控制机构包括两组阻挡机构，所述两组阻挡机构轮流活动控制待测球体的移动；所述展成机构由气源、若干气嘴、一个第二凹槽、第三气缸、一个Z型连接件、一个位置调节器以及一个挡板组成，其中所述气嘴与所述气源相连且开设于所述第二凹槽上，所述位置调节器固定在地板上，位置调节器的输出端与所述第三气缸连接，所述第三气缸通过所述Z型连接件与所述挡板连接并带动挡板做上下运动，所述挡板垂直于所述第二凹槽内；所述气嘴包括底部气嘴和侧壁气嘴，所述底部气嘴开设在所述第二凹槽的底部，所述侧壁气嘴开设在第二凹槽的两侧槽壁上，且所述侧壁气嘴的轴心与所述第二凹槽构成10～80°的夹角。

2.根据权利要求1所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述节拍控制机构由第一阻挡机构和第二阻挡机构以及一个第一凹槽组成，所述第一阻挡机构包括第一气缸、第一连接件、第一螺旋微调整器和第一挡针，所述第二阻挡机构包括第二气缸、第二连接件、第二螺旋微调器和第二挡针，其中所述第一、第二气缸固定在地板上，所述第一、第二螺旋微调器分别连接于所述第一、第二气缸的上端，所述第一、第二螺旋微调器和所述第一、第二挡针分别通过所述第一、第二连接件连接。

3.根据权利要求2述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述第一挡针和第二挡针之间的距离为待测球体直径的1～1.5倍。

4.根据权利要求1所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述自动上料机的输出导轨为V型，且该输出导轨具有1°～5°的倾斜。

5.根据权利要求1所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述视觉系统包括若干光源设备和一个锥形罩面，所述锥形罩面位于所述展成机构的上方，所述光源设备安装在所述锥形罩面的内部，所述锥形罩面上根据视觉效果的位置开设有多个检测孔。

6.根据权利要求5所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述视觉系统进一步包括相机、镜头、用于固定相机的龙门架以及数据处理机构，所述相机角度可调整，所述相机数量和所述检测孔的数量一致。

7.根据权利要求6所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述相机数量为3个，包括：第一相机、第二相机和第三相机，所述第一相机和第二相机、第二相机和第三相机之间的角度均为60°。

8.根据权利要求1所述球体表面质量检测装置，其特征在于：所述分拣系统包括摆动气缸、摆片、分料导轨和料盒，所述摆片位于分料导轨的入口处，所述摆动气缸固定在地板上，摆动气缸的输出端穿过所述分料导轨与所述摆片连接，所述料盒位于所述分料导轨的出口处，料盒数量与分料导轨的出口数量一致。

9.一种采用权利要求1所述的球体表面质量检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、设置功能参数；

S2、启动自动上料机；

S3、节拍控制机构控制待测球体一一进入展成机构；

S4、展成机构将待测球体表面展成；

S5、视觉系统采集图像并进行处理；

S6、图像采集完成后，待测球体继续向前运动；

S7、摆片分料。