CN104614374B - 一种钢球表面缺陷检测展开装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢球表面缺陷检测展开装置，包括检测台、第一同步带和第二同步带，第一同步带与第二同步带纵横相交地设置于检测台上，第一同步带上等间距地设置有若干展开板，展开板上设有用于容置待检钢球的展开孔；展开板在第一同步带的带动下从第二同步带的上表面经过，第一同步带与第二同步带交替运动驱使待检钢球在展开孔内展开。本发明能适用于不同球径的钢球进行钢球表面展开，可有效解决图像摄取时钢球球面反光问题，而且检测效率更高。

Description

一种钢球表面缺陷检测展开装置

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，尤其是涉及一种钢球表面缺陷检测展开装置。

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IMAQVision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。还可参见中国专利(公告号CN102680490A)公开的一种钢球表面缺陷检测自动分拣装置，现有的钢球分拣设备或装置并未充分考虑钢球加工的实际情况，导致钢球分拣设备的功能单一，仅仅是对理想状态下的钢球进行表面缺陷的检测和自动分拣。然而在实际的钢球加工行业中，钢球从磨床加工成型后，钢球不能长时间与空气接触，需要放置在煤油中避免氧化生锈，因而钢球分拣设备需要将钢球放置在煤油中进行图像摄取和分拣；钢球从磨床加工成型后，钢球表面还带有油污，油污会造成钢球分拣设备误检，导致误检率较高，因而在钢球进入分拣设备检测前需要清洗钢球表面，现有的钢球分拣设备均不具有对钢球表面进行清洗的功能，目前还依靠手工清洗钢球表面，效率低下，而且在清洗时还容易损伤钢球表面；除此之外现有的钢球表面缺陷检测分拣设备还不具有对钢球尺寸大小进行分拣的功能，钢球至少经过两台设备分拣后才能进行浸涂防锈油处理；当钢球分拣完成后从煤油中取出时，钢球表面还残留有部分煤油，会影响钢球表面浸涂防锈油，导致钢球表面的防锈效果不佳。

本申请人为解决上述问题于2014年8月15日提交了“一种钢球表面缺陷检测分拣设备”的专利申请文件(专利申请号201410402925.9)，其钢球表面展开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，其特点是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。但是在实际检测过程中，由于钢球是连续排布的，与专利公告号CN102735693B附图1中的一维轨道钢球排布类似，在图像摄取时，光源会在两相邻钢球的球面反射形成光斑，需要根据不同球径的钢球来设置光源以避免形成球面反射光斑，而且其对光源的设置要求也非常高，对检测操作带来不便，影响检测效率。

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缺陷检测展开装置，能适用于不同球径的钢球进行钢球表面展开，可有效解决图像摄取时钢球球面反光问题，而且检测效率更高。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钢球表面缺陷检测展开装置，包括检测台、第一同步带和第二同步带，第一同步带与第二同步带纵横相交地设置于检测台上，第一同步带上等间距地设置有若干展开板，展开板上设有用于容置待检钢球的展开孔；展开板在第一同步带的带动下从第二同步带的上表面经过，第一同步带与第二同步带交替运动驱使待检钢球在展开孔内展开。

优选的方案，检测台上还设有与第一同步带相适应的滑轨，展开板通过滑块与第一同步带固定连接，滑块通过滑轮滑动设置于滑轨上。具体地，滑轨的截面为六边形，滑轨的内外两侧分别具有向外凸起的锥面，每个滑块上均设有两个与滑轨内侧锥面相配合的滑轮和两个与滑轨外侧锥面相配合的滑轮，滑块内侧通过铆钉与第一同步带外侧固定连接，展开板可拆卸式地连接于滑块外侧。滑块与滑轨的配合结构可使展开板随第一同步带的转动更加平稳，更有利于待检钢球在展开板的展开孔内有序且完整地展开。

其中，第一同步带由带轮驱动，第一同步带的内侧均布有带齿，带轮设有与带齿相匹配的驱动齿，第二同步带由辊轴驱动，第二同步带的上表面与检测台的台面相平。带轮和辊轴均由伺服电机控制转动，带轮的驱动齿与第一同步带的带齿配合有利于控制展开板的位移精度，第二同步带的上表面与检测台的台面相平有利于展开板的展开孔内的待检钢球在第二同步带上与检测台之间无阻碍过渡。

进一步的方案，检测台上还设有灯条，灯条的设置位置位于展开板在第二同步带上运动轨迹的内侧和/或外侧，展开板为透光性有机玻璃制成。灯条为LED灯条，其作用是为图像摄取提供照射光源，展开板为透光性有机玻璃材质，其作用一是可避免钢球与之碰撞造成损伤，其作用二是使灯条所发出光在展开板内均匀透射，为展开板的展开孔内的待检钢球提供均匀的光照环境，有利于图像摄取。在展开板的内外两侧均设置灯条，可使展开板的两侧形成对射的透射光源，光照效果更好，而且灯条还能对展开板的位移起到限位作用，有利于待检钢球在展开板的展开孔内有序且完整地展开。其中，检测台和第二同步带均为聚氨酯制成，防止钢球在检测过程中碰撞损伤。

更进一步的方案，检测台上还设有与展开板上的展开孔相对应的出球孔，检测台的下部还设有与出球孔相接的分球机构，待检钢球利用设置在检测台上的出球孔可方便地进入分球机构进行分拣，其结构简单易于实施。

一种基于机器视觉的钢球表面缺陷检测设备，包括钢球表面展开装置、工业相机、图像处理模块及控制模块，所述钢球表面展开装置为上述的钢球表面缺陷检测展开装置的任一种，所述工业相机的设置位置位于所述展开板在所述第二同步带上运动轨迹的上方。上述钢球表面缺陷检测展开装置的第一同步带为长条形的环状，可在其两侧设置检测工位，即两个工业相机对称地设置在第一同步带两侧的第二同步带上方位置，在两侧检测工位前端的展开板的位置设置钢球上料机构，将待检钢球依序装入展开板的展开孔内，再在第一同步带与第二同步带交替运动驱使下使待检钢球在展开板的展开孔内有序且完整地展开，以便于工业相机进行图像摄取，然后由图像处理模块进行图像分析处理，并由控制模块分拣出有缺陷的待检钢球。

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：

本发明所述的钢球表面缺陷检测展开装置，其主要特点在于：第一同步带与第二同步带交替运动驱使待检钢球在展开板的展开孔内有序且完整地展开，第一同步带转动带动展开板在第二同步带上沿横向(X轴)方向移动，由于待检钢球可滚动地装设在展开板的展开孔内，因而当展开板在第二同步带上沿横向(X轴)方向移动时，待检钢球在展开孔的孔壁驱使下沿横向(X轴)方向滚动，使得待检钢球可在横向(X轴)方向上展开；当展开板位于第二同步带上方时，钢球在重力作用下其底部与第二同步带的上表面接触，因此第二同步带转动可驱使待检钢球在展开孔朝纵向(Y轴)方向滚动，由于展开孔的孔壁的限位作用，待检钢球实际上是在展开孔内朝纵向(Y轴)方向自转，使得待检钢球可在纵向(Y轴)方向上展开。从上述钢球在横纵(X轴Y轴)两个方向展开原理可知，第一同步带与第二同步带交替地步进式位移即可使待检钢球在展开孔内有序且完整地展开，按此展开方式只需摄取五个以上连续的步进位置的图像即可覆盖整个待检钢球的球面。本发明所述的钢球表面缺陷检测展开装置优点在于：可在展开板上较为集中地设置多个展开孔，而且该多个展开孔内的待检钢球均能同步展开，有利于图像同步摄取，与现有的单轨式或转盘式展开装置相比，钢球的展开效率可提升数倍；可预先定制多种展开孔孔径的展开板，仅需更换展开板即可轻松适用于不同球径的钢球表面展开，大小球径的钢球均能检测，实用性更强；展开板上的展开孔是相互隔离开的，不存在钢球表面反光相互干扰的问题，有效降低误检率。

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为本发明所述的钢球表面缺陷检测展开装置的结构示意图。

图2为本发明所述的钢球表面缺陷检测展开装置的局部结构示意图。

图3为本发明所述的滑轨与滑轮配合的剖视结构示意图。

图中，1：检测台；2：带轮；3：第一同步带；4：辊轴；5：第二同步带；6：滑轨；7：滑块；8：展开板；9：滑轮；10：灯条；11：分球机构；12：展开孔；13：出球孔；14：工业相机。

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。

实施例，见图1至图3所示：

一种钢球表面缺陷检测展开装置，包括检测台1、由带轮2驱动的第一同步带3和由辊轴4驱动第二同步带5，第一同步带3与第二同步带5纵横相交地设置于检测台1上，第一同步带3的内侧均布有若干带齿，带轮2设有与带齿相匹配的驱动齿，带轮2的驱动齿与第一同步带3的带齿配合有利于控制展开板8的位移精度，带轮2和辊轴4均由伺服电机控制实现交替步进式转动，第二同步带5的上表面与检测台1的台面相平，有利于展开板8的展开孔12内的待检钢球在第二同步带5上与检测台1之间无阻碍过渡。检测台1和第二同步带5均为聚氨酯制成，防止钢球在检测过程中碰撞损伤。

第一同步带3上等间距地设置有若干展开板8，展开板8上设有用于容置待检钢球的展开孔12；展开板8在第一同步带3的带动下从第二同步带5的上表面经过，第一同步带3与第二同步带5交替运动驱使待检钢球在展开孔12内展开。

第一同步带3转动带动展开板8在第二同步带5上沿横向(X轴)方向移动，由于待检钢球可滚动地装设在展开板8的展开孔12内，因而当展开板8在第二同步带5上沿横向(X轴)方向移动时，待检钢球在展开孔12的孔壁驱使下沿横向(X轴)方向滚动，使得待检钢球可在横向(X轴)方向上展开。

当展开板8位于第二同步带5上方时，钢球在重力作用下其底部与第二同步带5的上表面接触，因此第二同步带5转动可驱使待检钢球在展开孔12朝纵向(Y轴)方向滚动，由于展开孔12的孔壁的限位作用，待检钢球实际上是在展开孔12内朝纵向(Y轴)方向自转，使得待检钢球可在纵向(Y轴)方向上展开。

第一同步带3与第二同步带5交替地步进式位移即可使待检钢球在展开孔12内有序且完整地展开，按此展开方式只需摄取五个以上连续的步进位置的图像即可覆盖整个待检钢球的球面。

本钢球表面缺陷检测展开装置的优点在于：展开板8上可较为集中地设置多个展开孔12，而且该多个展开孔12内的待检钢球均能同步展开，有利于图像同步摄取，与现有的单轨式或转盘式展开装置相比，钢球的展开效率可提升数倍；可预先定制多种展开孔12孔径的展开板8，仅需更换展开板8即可轻松适用于不同球径的钢球表面展开，大小球径的钢球均能检测，实用性更强；展开板8上的展开孔12是相互隔离开的，不存在钢球表面反光相互干扰的问题，有效降低误检率。

检测台1上还设有与第一同步带3相适应的滑轨6，展开板8通过滑块7与第一同步带3固定连接，滑块7通过滑轮9滑动设置于滑轨6上，滑轨6上还均布有与滑块7配合的定位孔，当滑块7停止时，滑轨6上的定位孔对滑块7起到限位作用，以使滑块7能在滑轨6上停止时精确定位，可进一步保证展开板8步进位移的精度。滑块7与滑轨6的配合解决了展开板8在检测台1和第二同步带5上步进移动时平稳以及停止时精确定位的问题。具体地，如图3所示，滑轨6的截面为六边形，滑轨6的内外两侧分别具有向外凸起的锥面，每个滑块7上均设有两个与滑轨6内侧锥面相配合的滑轮9和两个与滑轨6外侧锥面相配合的滑轮9，滑块7内侧通过铆钉与第一同步带3外侧固定连接，展开板8可拆卸式地连接于滑块7外侧。滑块7与滑轨6的配合结构可使展开板8随第一同步带3的转动更加平稳，更有利于待检钢球在展开板8的展开孔12内有序且完整地展开。本实施例中，滑轨6的形状为与第一同步带3相适应的长条状环形，其两侧为直线轨道，两端为半圆形轨道，在直线轨道与半圆形轨道的连接处(图2中A处所指)为切变的连接轨道，其作用是使滑块7的四个滑轮9始终保持与滑轨6的紧密贴合，以保障滑块7在滑轨6上运动的平稳性。

检测台1上还设有灯条10，灯条10的设置位置位于展开板8在第二同步带5上运动轨迹的内侧和/或外侧，展开板8为透光性有机玻璃制成。灯条10为LED灯条10，其作用是为图像摄取提供照射光源，展开板8为透光性有机玻璃材质，其作用一是可避免钢球与之碰撞造成损伤，其作用二是使灯条10所发出光在展开板8内均匀透射，为展开板8的展开孔12内的待检钢球提供均匀的光照环境，有利于图像摄取。在展开板8的内外两侧均设置灯条10，可使展开板8的两侧形成对射的透射光源，光照效果更好，而且灯条10还能对展开板8的位移起到限位作用，有利于待检钢球在展开板8的展开孔12内有序且完整地展开。

检测台1上还设有与展开板8上的展开孔12相对应的出球孔13，检测台1的下部还设有与出球孔13相接的分球机构11，待检钢球利用设置在检测台1上的出球孔13可方便地进入分球机构11进行分拣，其结构简单易于实施。

一种基于机器视觉的钢球表面缺陷检测设备，包括钢球表面展开装置、工业相机14、图像处理模块及控制模块，所述钢球表面展开装置为上述的钢球表面缺陷检测展开装置的任一种，所述工业相机14的设置位置位于所述展开板8在所述第二同步带5上运动轨迹的上方。上述钢球表面缺陷检测展开装置的第一同步带3为长条形的环状，可在其两侧设置检测工位，即两个工业相机14对称地设置在第一同步带3两侧的第二同步带5上方位置，在两侧检测工位前端的展开板8的位置设置钢球上料机构，将待检钢球依序装入展开板8的展开孔12内，再在第一同步带3与第二同步带5交替运动驱使下使待检钢球在展开板8的展开孔12内有序且完整地展开，以便于工业相机14进行图像摄取，然后由图像处理模块进行图像分析处理，并由控制模块分拣出有缺陷的待检钢球。需要注意的是，两相邻展开板8之间的两展开孔12的孔间距应当与同一展开板8上的两相邻展开孔12的孔间距一致，以使工业相机14可以持续地进行图像摄取。

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 (5)

1.一种钢球表面缺陷检测展开装置，其特征在于：包括检测台（1）、第一同步带（3）和第二同步带（5），第一同步带（3）与第二同步带（5）纵横相交地设置于检测台（1）上，第一同步带（3）上等间距地设置有若干展开板（8），展开板（8）上设有用于容置待检钢球的展开孔（12）；展开板（8）在第一同步带（3）的带动下从第二同步带（5）的上表面经过，第一同步带（3）与第二同步带（5）交替运动驱使待检钢球在展开孔（12）内展开；检测台（1）上还设有与第一同步带（3）相适应的滑轨（6），展开板（8）通过滑块（7）与第一同步带（3）固定连接，滑块（7）通过滑轮（9）滑动设置于滑轨（6）上；滑轨（6）的截面为六边形，滑轨（6）的内外两侧分别具有向外凸起的锥面，每个滑块（7）上均设有两个与滑轨（6）内侧锥面相配合的滑轮（9）和两个与滑轨（6）外侧锥面相配合的滑轮（9），滑块（7）内侧通过铆钉与第一同步带（3）外侧固定连接，展开板（8）可拆卸式地连接于滑块（7）外侧；第一同步带（3）由带轮（2）驱动，第一同步带（3）的内侧均布有带齿，带轮（2）设有与带齿相匹配的驱动齿，第二同步带（5）由辊轴（4）驱动，第二同步带（5）的上表面与检测台（1）的台面相平。

2.根据权利要求1所述的钢球表面缺陷检测展开装置，其特征在于：检测台（1）上还设有灯条（10），灯条（10）的设置位置位于展开板（8）在第二同步带（5）上的运动轨迹的内侧和/或外侧，展开板（8）为透光性有机玻璃制成。

3.根据权利要求2所述的钢球表面缺陷检测展开装置，其特征在于：检测台（1）上还设有与展开板（8）上的展开孔（12）相对应的出球孔（13），检测台（1）的下部还设有与出球孔（13）相接的分球机构（11）。

4.根据权利要求1所述的钢球表面缺陷检测展开装置，其特征在于：检测台（1）和第二同步带（5）均为聚氨酯制成。

5.一种基于机器视觉的钢球表面缺陷检测设备，包括钢球表面展开装置、工业相机（14）、图像处理模块及控制模块，其特征在于：所述钢球表面展开装置为权利要求1-4任一所述的钢球表面缺陷检测展开装置，所述工业相机（14）的设置位置位于所述展开板（8）在所述第二同步带（5）上的运动轨迹的上方。