CN104267039B - 一种钢球表面展开装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢球表面展开装置及方法，包括至少两根滚杠，两相邻滚杠之间形成有用于承载钢球的容置槽，并且钢球在自身重力的驱使下可从该容置槽的一端滚向另一端，该两相邻滚杠中至少有一根可转动的滚杠以用于驱动钢球在所述容置槽内与该滚杠同步滚动。该装置利用钢球自身重力驱使钢球在一个方向上滚动展开，同时借助滚杠驱动钢球在另一个方向上滚动展开，其解决了现有技术中钢球不能充分滚动展开而导致的误检率较高的技术问题，利用该方法能够以较少的图像摄取次数而构成完整的钢球表面图像，进而提高钢球表面图像摄取的效率，而且各摄取图像的重叠区域较小，能够减少图像处理的冗余数据，可缩短钢球表面缺陷的识别处理时间。

Description

一种钢球表面展开装置及方法

技术领域

本发明涉及基于机器视觉的钢球分拣设备技术领域，尤其是涉及一种采用摄像头获取钢球表面图像的分拣设备的钢球表面展开装置。

背景技术

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，机器视觉技术是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

基于机器视觉技术的轴承钢球表面缺陷检测是目前国内外科技工作者研究的热点，其中钢球的表面展开装置是核心，也是一直以来国内外难以解决的技术问题。哈尔滨理工大学机械动力工程学院的王鹏、吴春亚等人提出了一种以LabView为软件平台结合IMAQ Vision函数库的钢球表面缺陷检测方法，该方法通过钢球在传送带上运动获取图像，然后利用缺陷区域纹理被破坏的特征，完成钢球表面缺陷的有无与类型判断，不能确切计算缺陷的大小，也不能摄取到钢球整个外表面的图像。哈尔滨工业大学的潘洪平博士也提出了一种利用摄像机和计算机图像处理与识别技术对钢球表面进行自动检测和识别分类的实验装置，该装置是在捷克子午线展开轮的基础上进行的研究，让钢球在自制的载物台上滚动，以便摄取钢球各个方位的图像，实现了钢球表面缺陷的自动检测，但是无法保证钢球在自制的载物台上被完全展开，不能保证可以摄取到各个预设点的图像。河南科技大学的宋晓霞提出了用于钢球表面展开的实验平台，其根据检测要求设计了两条相互垂直的轨道，钢球依靠自身重力在两条垂直的轨道上滚动，以便摄取到整个钢球表面的图像，但是由于钢球的二维机械运动使得获取钢球表面全覆盖图像具有随机性和复杂性。中国专利(公告号CN102658266B)公开了一种基于机器视觉的钢球分拣装置和方法，其采用进给盘中的检测腔承载钢球以一定速度做转动，钢球的展开依靠底部摩擦盘周期的转动和间歇的平动使钢球做偏心运动，达到待检测钢球表面展开的效果，但是此种方法获取图像具有随机性，并不能保证完全覆盖钢球表面，机构也比较复杂。中国专利(公告号CN102288620B)公开了一种基于多图像传感器的钢球表面展开方法及装置，该装置利用钢球的自身重力在一维轨道上滚动，其采用两个对称的图像传感器就可达到钢球表面全面覆盖，因而其展开机构的结构非常简化，但是该装置在实际使用过程中(参见专利公告号CN102735693B附图1)，该一维轨道上的钢球呈连续排布，两相邻钢球之间紧密接触，如果两相邻钢球接触的表面具有凹坑或锈斑等缺陷，在重力挤压力作用下会影响其相对滚动，使得钢球沿该一维轨道滑动，不能充分滚动展开，导致不能摄取到完整的钢球表面图像而造成漏检，其误检率较高为3～5‰，显然不能适用于钢球工业化批量分拣，因而有必要对其进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种钢球表面展开装置及方法，该装置利用钢球自身重力驱使钢球在一个方向上滚动展开，同时借助滚杠驱动钢球在另一个方向上滚动展开，其解决了现有技术中钢球不能充分滚动展开而导致的误检率较高的技术问题。该方法利用上述装置驱使钢球在两个相互垂直的方向上分别滚动展开，能够以较少的图像摄取次数而构成完整的钢球表面图像，进而提高钢球表面图像摄取的效率，而且各摄取图像的重叠区域较小，能够减少图像处理的冗余数据，可缩短钢球表面缺陷的识别处理时间。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钢球表面展开装置，包括至少两根滚杠，两相邻滚杠之间形成有用于承载钢球的容置槽，并且钢球在自身重力的驱使下可从该容置槽的一端滚向另一端，该两相邻滚杠中至少有一根可转动的滚杠以用于驱动钢球在所述容置槽内与该滚杠同步滚动。

作为优选的方案，一种钢球表面展开装置，包括三根滚杠，该三根滚杠并排设置，并且形成有两条所述容置槽，该三根滚杠同向同步转动。

其中，本钢球表面展开装置，还包括底座及设于底座上的两块支撑板，两块支撑板相对设置，所述滚杠包括可转动地架设于两支撑板上的转轴及套设于该转轴上的滚套，滚套位于两支撑板之间。

作为另一优选的方案，一种钢球表面展开装置，所述滚杠的上方还设有挡块，该挡块开设有与所述容置槽相对应的限位挡槽，该限位挡槽为上下通槽结构，并且该限位挡槽位于所述容置槽的正上方。

进一步的，所述挡块为浅色的有机玻璃制成，并且所述挡块内沿着所述限位挡槽的槽壁装设有若干柔光灯珠。

更进一步的，所述容置槽的钢球滚出端还设有用于将钢球逐个释放的出球机构。

一种如上述的钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，将至少3颗钢球放置在两相邻滚杠之间的容置槽内，并且从容置槽的一端依次排布到另一端，钢球在自身重力的驱使下沿着容置槽滚动，每当容置槽的钢球滚出端释放出一颗钢球则阻止容置槽内的钢球继续沿着该容置槽滚动，并在容置槽的钢球进入端补入一颗钢球，接着转动滚杠以驱动钢球与滚杠同步滚动，当钢球随着滚杠同步滚动的线距离为钢球圆周长的1/3时，停止转动滚杠，然后在容置槽的钢球滚出端释放出下一颗钢球。

进一步的，两相邻滚杠同向同步滚动，以防止钢球随滚杠同步滚动时被卡死。

采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

现有技术中，钢球分拣设备的钢球表面展开装置主要包括转盘展开式和一维轨道方向滚动展开式，上述两种方式所存在的缺陷如背景技术所述，主要问题在于钢球表面不能充分展开，导致不能摄取到完整的钢球表面图像而造成漏检，误检率较高，通常为3～5‰，本发明所述的钢球表面展开装置与现有技术相比，在两个方向上分别驱使钢球滚动展开，钢球在自身重力的驱使下沿着容置槽方向滚动展开，另外钢球还在滚杠的驱动下随着滚杠的转动与滚杠同步滚动展开，该两个钢球滚动方向相互垂直，当钢球因某些表面缺陷而无法在一维方向上充分滚动展开时，通过改变钢球的滚动方向，使得钢球能够充分展开，避免漏检以降低误检率。

本发明还提供了一种优选的方案，可将多根滚杠并排设置，该多根滚杠同向同步转动，例如三根滚杠可配合形成两条容置槽，可同时检测和分拣两颗钢球，大幅提升检测和分拣效率。作为本优选方案的等效替换方案，还可以用四根滚杠配合形成三条容置槽，同时对三颗钢球进行检测和分拣，甚至可以用五根滚杠配合形成四条容置槽，同时对四颗钢球进行检测和分拣。而且相机设置在滚杠的上方从上至下对钢球进行图像摄取，因而该多条容置槽内的钢球可共用相机进行图像摄取，便于装设相机，还降低设备成本。

本发明还提供了另一种优选的方案，在滚杠的上方设有挡块，挡块开设有与容置槽相对应的限位挡槽，限位挡槽对容置槽内的钢球起到限位阻挡的作用，防止钢球从容置槽的两侧滚出，进一步的，该挡块采用浅白色的有机玻璃制成，有机玻璃可避免钢球撞伤，挡块内装还设有若干柔光灯珠，柔光灯珠发出光线从半透明的挡块的限位挡槽的槽壁透出，增加钢球上部区域的亮度，而且为无影式柔光，滚杠的滚套则为深色的有机玻璃制成，避免钢球下部区域光亮反射，可使摄取的图像更清晰。

本发明还提供了一种利用上述钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，该方法的主要特点是当钢球沿着容置槽方向滚动一个球径的距离后，再由滚杠驱动钢球随着滚杠同步滚动钢球圆周长的1/3，即πd/3，d为钢球的球径，也就是说钢球随着滚杠同步滚动的线距离与钢球的球径长度略相等，钢球在该两个方向上交替滚动展开，该展开方式能够以较小的钢球滚动次数将钢球表面充分展开，提高钢球表面图像摄取的效率，而且各摄取图像的重叠区域较小，能够减少图像处理的冗余数据，可缩短钢球表面缺陷的识别处理时间。摄取图像时，相机的视觉识别区域仅需覆盖容置槽内三颗以上连续的钢球所在区域即可，相机在每颗钢球位于该三颗连续的钢球所在的位置分别摄取两幅图像，即在三个位置上分别摄取滚杠转动前和滚杠转动后该钢球的图像，每颗钢球总共摄取六幅图像，然后由图像处理软件将该六幅图像重构生成完整的钢球表面图像并进行缺陷的识别。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明实施例1的立体结构示意图。

图2为本发明实施例2的立体结构示意图。

图3为本发明实施例2的使用状态结构示意图。

图4为本发明实施例3的立体结构示意图。

图5为本发明实施例3的俯视结构示意图。

图6为本发明所述出球机构的结构示意图。

图7为本发明另一所述出球机构的结构示意图。

图8为本发明又一所述出球机构的结构示意图。

图中，1：滚杠；2：滚套；3：转轴；4：容置槽；5：底座；6：支撑板；7：挡块；8：限位挡槽；9：柔光灯珠；10：拨轮；11：顶杆；12：凸轮；13：气缸。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

一种钢球表面展开装置，包括至少两根滚杠1，两相邻滚杠1之间形成有用于承载钢球的容置槽4，并且钢球在自身重力的驱使下可从该容置槽4的一端滚向另一端，该两相邻滚杠1中至少有一根可转动的滚杠1以用于驱动钢球在所述容置槽4内与该滚杠1同步滚动。

实施例1，见图1所示：

本实施例包括两根滚杠1，该两根滚杠1包括转轴3和滚套2，滚套2为长条圆柱状，其材质为有机玻璃，滚套2套设于转轴3上，钢球与有机玻璃制成的滚套2接触可防止钢球划伤或撞伤，而且还可减少钢球在该滚套2上滚动摩擦力。两根滚轴均可转动地架设于两相对设置的支撑板6上，滚套2则位于两支撑板6之间，该两块支撑板6固定设置于底座5上。

两根滚杠1均平行地并排设置，两滚杠1之间具有间隙，避免滚杠1转动时相互摩擦，而且两根滚杠1之间形成有用于承载钢球的容置槽4，钢球放置于该容置槽4内，并且由一端连续排布到另一端。滚杠1的一端略高于另一端，使得容置槽4内的钢球可以在自身重力的驱使下从该容置槽4的一端滚向另一端。

本实施例中，滚杠1的转轴3的一端设有皮带轮，驱动电机通过皮带与皮带轮传动连接，从而驱动滚杠1转动，通常驱动电机选用伺服电机，可以精确地控制电机的转数，进而起到精确控制滚杠1转动距离的作用。而滚杠1的转轴3另一端所架设的制成板上设有V型开口，该V型开口与容置槽4的钢球滚出端相对，钢球从该V型开口处逐一滚出。

本实施例中，两根滚杠1均同向同步转动，可使钢球随着滚杠1的同步滚动效果最佳，两根滚杠1相向转动则起不到带动钢球同步滚动的效果。当然也可只用一根滚杠1转动来带动钢球同步滚动，而另一根滚杠1则主要用于支撑钢球，当一根滚杠1转动时，带动钢球同步滚动的效果较差，但同样能实现带动钢球同滚杠1同步滚动的目的，需要注意的是，只有一根滚杠1转动时，该滚杠1的转动方向应该是相对另一静止的滚杠1向外侧转动，否则当遇到某些有表面缺陷的钢球时会将钢球卡死在容置槽4中。

本钢球表面展开装置可在两个方向上分别驱使钢球滚动展开，钢球在自身重力的驱使下沿着容置槽4方向滚动展开，另外钢球还在滚杠1的驱动下随着滚杠1的转动与滚杠1同步滚动展开，该两个钢球滚动方向相互垂直，当钢球因某些表面缺陷而无法在一维方向上充分滚动展开时，通过改变钢球的滚动方向，使得钢球能够充分展开，避免漏检以降低误检率。

实施例2，见图2和图3所示：

本实施例与实施例1的区别在于，本钢球表面展开装置包括三根滚杠1，该三根滚杠1并排设置，并且形成有两条所述容置槽4，该三根滚杠1同向同步转动。

使用相机摄取钢球表面图像时，相机是设置在滚杠1上方的，相机的视觉识别区域仅需覆盖容置槽4内三颗以上连续的钢球所在区域即可。通常相机的取景范围是呈圆形或矩形的，而容置槽4内的钢球则是成直线排布，因此在相机的取景范围内还有大量未利用的区域，本实施例三根滚杠1并排设置的主要目的是在不增加相机的情况下，充分利用一个相机的取景范围对更多的钢球进行图像摄取，例如本实施例就可同时检测和分拣两颗钢球，大幅提升检测和分拣效率。

作为本优选方案的等效替换方案，还可以用四根滚杠1配合形成三条容置槽4，同时对三颗钢球进行检测和分拣，甚至可以用五根滚杠1配合形成四条容置槽4，同时对四颗钢球进行检测和分拣。相机设置在滚杠1的上方从上至下对钢球进行图像摄取，因而该多条容置槽4内的钢球可共用相机进行图像摄取，便于装设相机，还降低设备成本。

本实施例中的底座5、支撑板6、转轴3及滚套2的装配结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3，见图4和图5所示：

本实施例以三根滚杠1并排设置的钢球表面展开装置为例进行说明，本实施例与实施例2的区别在于，滚杠1的上方还设有挡块7，挡块7的两端通过螺钉固定安装在两支撑板6上。该挡块7开设有与容置槽4相对应的限位挡槽8，限位挡槽8对容置槽4内的钢球起到限位阻挡的作用，防止钢球从容置槽4的两侧滚出。

该限位挡槽8为上下通槽结构，并且该限位挡槽8位于容置槽4的正上方，相机通过限位挡槽8摄取容置槽4内的钢球的上表面的图像。

挡块7为浅色的有机玻璃制成，并且挡块7内沿着限位挡槽8的槽壁装设有若干柔光灯珠9。柔光灯珠9发出光线从半透明的挡块7的限位挡槽8的槽壁透出，增加钢球上部区域的亮度，而且为无影式柔光，滚杠1的滚套2则为深色的有机玻璃制成，避免钢球下部区域光亮反射，可使摄取的图像更清晰。

进一步的，容置槽4的钢球滚出端还设有用于将钢球逐个释放的出球机构。

如图6所示，该出球机构包括设于容置槽4的钢球滚出端的拨轮10，该拨轮10的外周设有与钢球表面相适应的六个圆弧凹面，并且该拨轮10由步进电机驱动，拨轮10每转动60度停顿一次，并且向外拨出一颗钢球。

如图7所示，另一出球机构包括设于容置槽4的钢球滚出端的顶杆11，顶杆11的上端为楔形，顶杆11的下端与凸轮12相抵，凸轮12由电机驱动，凸轮12每转动一周就驱动顶杆11上下运动一次，顶杆11向上顶起时将容置槽4的钢球滚出端的钢球顶起，同时阻挡容置槽4内的其他钢球继续沿着容置槽4滚动，顶杆11将钢球顶起后，钢球沿着顶杆11上端的楔形斜面向下滚落。

如图8所示，又一出球机构包括设于容置槽4的钢球滚出端的顶杆11，顶杆11的上端为楔形，顶杆11的下端与气缸13的活塞杆连接，由气缸13的活塞杆驱动顶杆11上下运动。

一种如上述的钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，将至少3颗钢球放置在两相邻滚杠1之间的容置槽4内，并且从容置槽4的一端依次排布到另一端，钢球在自身重力的驱使下沿着容置槽4滚动，每当容置槽4的钢球滚出端释放出一颗钢球则阻止容置槽4内的钢球继续沿着该容置槽4滚动，并在容置槽4的钢球进入端补入一颗钢球，接着转动滚杠1以驱动钢球与滚杠1同步滚动，当钢球随着滚杠1同步滚动的线距离为钢球圆周长的1/3时，停止转动滚杠1，然后在容置槽4的钢球滚出端释放出下一颗钢球。两相邻滚杠1同向同步滚动，以防止钢球随滚杠1同步滚动时被卡死。

方法的主要特点是当钢球沿着容置槽4方向滚动一个球径的距离后，再由滚杠1驱动钢球随着滚杠1同步滚动钢球圆周长的1/3，即πd/3，d为钢球的球径，也就是说钢球随着滚杠1同步滚动的线距离与钢球的球径长度略相等，钢球在该两个方向上交替滚动展开，该展开方式能够以较小的钢球滚动次数将钢球表面充分展开，提高钢球表面图像摄取的效率，而且各摄取图像的重叠区域较小，能够减少图像处理的冗余数据，可缩短钢球表面缺陷的识别处理时间。摄取图像时，相机的视觉识别区域仅需覆盖容置槽4内三颗以上连续的钢球所在区域即可，相机在每颗钢球位于该三颗连续的钢球所在的位置分别摄取两幅图像，即在三个位置上分别摄取滚杠1转动前和滚杠1转动后该钢球的图像，每颗钢球总共摄取六幅图像，然后由图像处理软件将该六幅图像重构生成完整的钢球表面图像并进行缺陷的识别。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (2)

1.一种钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，所述钢球表面展开装置，包括至少两根滚杠(1)，两相邻滚杠(1)之间形成有用于承载钢球的容置槽(4)，并且钢球在自身重力的驱使下可从该容置槽(4)的一端滚向另一端，该两相邻滚杠(1)中至少有一根可转动的滚杠(1)以用于驱动钢球在所述容置槽(4)内与该滚杠(1)同步滚动；其特征在于：

将至少3颗钢球放置在两相邻滚杠(1)之间的容置槽(4)内，并且从容置槽(4)的一端依次排布到另一端，钢球在自身重力的驱使下沿着容置槽(4)滚动，每当容置槽(4)的钢球滚出端释放出一颗钢球则阻止容置槽(4)内的钢球继续沿着该容置槽(4)滚动，并在容置槽(4)的钢球进入端补入一颗钢球，接着转动滚杠(1)以驱动钢球与滚杠(1)同步滚动，当钢球随着滚杠(1)同步滚动的线距离为钢球圆周长的1/3时，停止转动滚杠(1)，然后在容置槽(4)的钢球滚出端释放出下一颗钢球。

2.根据权利要求1所述的钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，其特征在于：两相邻滚杠(1)同向同步滚动，以防止钢球随滚杠(1)同步滚动时被卡死。