CN108787414A - 一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明涉及一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，钢球分选单元包括平行设置的两个分选辊，两个分选辊均为阶梯型；电涡流检测单元包括电连接的电涡流传感器、电容三点式振荡器、检测电路及MCU微处理器；电涡流传感器设置有两组，成对设置在两个分选辊的两端，而且电涡流传感器的轴心与两个分选辊的轴心处在同一个平面上，钢球的球形误差0.08μm,效率可达到每小时15000粒，分选效率更高，钢球的直径误差率更准确。

Description

一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置

技术领域

本发明涉及一种钢球的分选装置，具体地说，涉及一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，属于机械领域。

背景技术

抛光后的钢球需要按大小进行分选，把各个型号的钢球进行归类，方便进一步的检测。传统工艺流程中，钢球的分选需要依靠工人的经验来调节分选辊的距离，工人需要进行专门的培训，并且容易受到主观因素的影响，钢球的品质难以保证，标准化程度低。采用人工调节分选辊间距的方式使得钢球分选的精度低，而且设备需要反复的调试，分选效率低，设备的自适应化程度低。

发明内容

本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种基于电涡流检测的钢球自

适应分选装置。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，其特征在于，包括：

钢球分选单元，包括平行设置的两个分选辊，两个分选辊均为阶梯型。

进一步地，两个分选辊的两端分别设置有万向轴承，万向轴承设置在分选辊支撑座上。

进一步地，还包括：

驱动单元，包括分别设置在两个分选辊的左端部的同步带轮，通过同步带与分选辊驱动步进电机传动连接。

进一步地，还包括：

分选辊间隙微调单元，包括分别设置在两个分选辊两端部的导轨、丝杠，导轨上具有滑块，分选辊支撑座设置在滑块上。

进一步地，两个分选辊的分选辊支撑座上分别设有丝杠螺母，两个丝杠螺母与丝杠通过螺纹传动。

进一步地，与两个丝杠螺母配合的丝杠表面具有等长旋向相反的螺纹，丝杠前端的联轴器上连接有间距微调步进电机。

进一步地，还包括：

电涡流检测单元，包括电连接的电涡流传感器、电容三点式振荡器、检测电路及MCU微处理器；

电涡流传感器设置有两组，成对设置在两个分选辊的两端，而且电涡流传感器的轴心与两个分选辊的轴心处在同一个平面上。

进一步地，检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、三极管BG1、三极管BG2和电感L1，其中BG1、C1、C2、C3组成电容三点式振荡器。

进一步地，还包括：

钢球收集单元，包括设置在支撑板上的接料斗和收料屉，接料斗的进料口设置在两个分选辊底部，收料屉设置在接料斗的出料口下部。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：

1.通过4个电涡流传感器直接测量其与分选辊的距离，通过前辊间距微调步进电机、后辊间距微调步进电机驱动滚珠丝杠微调分选辊的间距，间接测量出所需要的两根分选辊的间距，此时的间距即为要分选的钢球外径尺寸，比较传统人工分选、人工调节设备分选，其具有分选效率高、分选成本低的优点。

2.分选装置中，前辊间距微调步进电机、后辊间距微调步进电机和4个电涡流传感器构成了闭环监控系统，实现了钢球的自适应分选，总体结构简单可靠，降低了工人的劳动强度，提高了分选装置的检测精度。

3.采用本发明技术方案，钢球的球形误差0.08μm,效率可达到每小时15000粒，分选效率更高，钢球的直径误差率更准确。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中钢球自适应分选装置的结构示意图；

附图2是本发明实施例中分选辊间隙微调单元的结构示意图；

附图3是附图1的左视图；

附图4是本发明实施例中电涡流检测单元的闭环调节系统示意图；

附图5是本发明电涡流检测单元的原理图；

附图6是本发明实施例中模糊PID控制器结构；

附图7是本发明实施例中分选辊的阶梯型结构；

其中，

1-前辊间距微调步进电机，2-联轴器，3-同步带，4-电涡流传感器，5-同步带轮，6-左分选辊，7-万向轴承，8-收料屉，9-接料斗，10-电涡流传感器支撑架，11-支撑板，12-轴承，13-轴承座，14-丝杠，15-丝杠螺母，16-分选辊支撑座，17-轴套，18-螺钉，19-导轨，20-滑块，22-左分选辊驱动步进电机，24-右分选辊驱动步进电机，25-后辊间距微调步进电机，28-检测电路，61-右分选辊。

具体实施方式

实施例1，提供一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，自适应化程度高、分选精确、分选效率高。

以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

如图1至图7所示，一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，包括钢球分选单元、分选辊间隙微调单元、驱动单元、电涡流检测单元和钢球收集单元；

钢球分选单元：

包括平行设置的左分选辊6和右分选辊61，左分选辊6和右分选辊61均为阶梯型，左分选辊6和右分选辊61的两端分别设置有万向轴承7，万向轴承7设置在分选辊支撑座16上，左分选辊6和右分选辊61的左端部分别与驱动单元传动连接。

驱动单元：

包括分别设置在左分选辊6和右分选辊61的左端部的同步带轮5，左分选辊6左端部的同步带轮5通过同步带3与左分选辊驱动步进电机22传动连接，右分选辊61左端部的同步带轮5通过另一条同步带3与右分选辊驱动步进电机24传动连接。

使用万向轴承调节分选辊的角度，保证了分选辊两端的间隙和分选辊间隙微调单元相匹配，通过同步带驱动保证了两根分选辊转速一致。

分选辊间隙微调单元：

包括分别设置在左分选辊6和右分选辊61两端部的导轨19、丝杠14，导轨19设置在支撑板11上，导轨19上具有滑块20，分选辊支撑座16设置在滑块20上，左分选辊6和右分选辊61的分选辊支撑座16上分别设有丝杠螺母15，两个丝杠螺母15与丝杠14通过螺纹传动，与两个丝杠螺母15配合的丝杠14表面具有等长旋向相反的螺纹，丝杠14两端通过轴承座13、螺钉18固定在支撑板11上，轴承座13上设有联轴器2、轴承12、轴套17，前端的联轴器2上连接有前辊间距微调步进电机1，后端的联轴器2上连接有后辊间距微调步进电机25。

为了提高分选辊间隙微调单元里滚珠丝杠工作的平稳性，所以丝杠14安装有轴承12、轴套17和轴承座13。

电涡流检测单元：

包括电连接的电涡流传感器4、电容三点式振荡器、检测电路28及MCU微处理器，电涡流传感器4通过电涡流传感器支撑架10安装在支撑板11上，电涡流传感器4设置有两组，并且性能一致，成对设置在两个分选辊的两端，而且电涡流传感器4的轴心与两个分选辊的轴心处在同一个平面上；

检测电路28，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、三极管BG1、三极管BG2和电感L1，其中BG1、C1、C2、C3组成电容三点式振荡器，产生频率为f的正弦载波信号。在测量时，如果电缆位置变化引起分布电容几个微法的变化，将使振荡回路的频率改变几千赫，这将严重地影响测量结果。为此，常把并联电容和电涡流传感器的线圈组装在一起，这样把电缆分布电容并联到大电容C2、C3上就可大大地减小分布电容对振荡器频率的影响。

BG1、C1、C2、C3的数值直接决定着振荡电路的起振情况以及振荡电路的频率值，而频率值又直接影响着整个电路的线性度和灵敏度。C2/C3的数值既不能太大，也不能太小，需要通过调试来确定。在电路中影响最大的因素还是在电路中作为电感出现的传感器的探头线圈，若取C2和C3均为1μF，探头线圈在0.040mH左右变化0.001mH时，电路的频率值就会变化十几KHz，所以在绕制线圈和选择线圈时，为保证前后辊电涡流传感器的一致性，提高检测结果的线性度和灵敏度，应尽量选择参数一致的探头线圈。

对变频调幅式电涡流传感器的调试工作也是集中于提高传感器的线性度和灵敏度方面。在电压调节电路中，R1和R2的比值直接影响着振荡输出电压的峰-峰值，此比值取得过大和过小都会严重影响到传感器的灵敏度，这就需要进行实验调试，既不能使输出电压过高，出现饱和现象，又不能使输出电压过低，影响电压的变化梯度。

对于双路位移检测电路，最终的差动输出电压在0.45～0.95mm的线性范围内为4～9V，且线性中点值为6.5V，因此，径向电路差动后的灵敏度达到10V/mm。调节R1,R2,R3,R4使输出电压在线性范围内的输出值达到4～9V，这时每一路的输出灵敏度均达到5V/mm。

电涡流传感器4、电容三点式振荡器串联在检测电路28的输入端，电涡流传感器4作为电感，当电涡流传感器4所测的参数(电涡流传感器4与被测分选辊6的间距)变化时，引起传感器线圈的电感量或阻抗发生变化，从而改变振荡器的频率，用频率值来表达参数的变化，该频率输出至A/D进行模数转换，数字信号由MCU微处理器处理后由LCD显示屏显示。

钢球收集单元：

包括设置在支撑板11上的接料斗9和收料屉8，接料斗9的进料口设置在两个分选辊底部，收料屉8设置在接料斗9的出料口下部。

给后续的钢球检测提供了方便，在检测过程中，驱动单元驱动钢球分选单元的两根分选辊旋转(方向如图3所示)，分选辊间隙微调单元微动调节钢球分选单元分选辊支撑座16，电涡流检测单元处于检测状态。

装置开始工作时，首先接通电源，电涡流传感器4工作，在PC上位机软件界面上显示此刻两个分选辊6间的位移L1、L2，根据本批次待检钢球的直径，上位机计算出两个分选辊前后端的最佳间距L1’、L2’，如果L1’＝L1和L2’＝L2，则左、右分选辊驱动步进电机按照设定的分选辊转速转动，方向按照图3所示，之后钢球平缓的依次落在两个分选辊上，靠近同步带轮5的一侧，两个分选辊之间的间隙为小间距L1’，另一端两个分选辊之间的间隙为大间距L2’，满足本批次要求的钢球在分选辊中间落入收料屉8，完成分选；如果L1’≠L1和L2’≠L2，可以分成四种情况，如果L1’>L1和L2’>L2,采用图7中的模糊PID控制器结构，实现前、后间距微调步进电机右转，达到L1’＝L1和L2’＝L2的目的；如果L1’<L1和L2’<L2,采用图7中的模糊PID控制器结构，实现前、后间距微调步进电机左转，达到L1’＝L1和L2’＝L2的目的；如果L1’>L1和L2’<L2,采用图7中的模糊PID控制器结构，实现前间距微调步进电机右转，后间距微调步进电机左转，达到L1’＝L1和L2’＝L2的目的；如果L1’<L1和L2’>L2,采用图7中的模糊PID控制器结构，实现前间距微调步进电机左转，后间距微调步进电机右转，达到L1’＝L1和L2’＝L2的目的。重复上述分选过程。

本发明尤其适用于具有电涡流传感器进行测距，分选效率更高更准确。

现有的钢球分选装置的球形误差0.13μm,最大效率是每小时8000粒,而采用本发明，钢球的球形误差0.08μm,效率可达到每小时15000粒。代替了传统的人工分选，分选效率更高，钢球的直径误差率更准确。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，如模糊PID控制器也可以采用其他方式，只要能够实现本发明所述功能，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电涡流检测的钢球自适应分选装置，其特征在于，包括：

钢球分选单元，包括平行设置的两个分选辊，两个分选辊均为阶梯型。

2.如权利要求1所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，两个分选辊的两端分别设置有万向轴承(7)，万向轴承(7)设置在分选辊支撑座(16)上。

3.如权利要求1所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，还包括：

驱动单元，包括分别设置在两个分选辊的左端部的同步带轮(5)，通过同步带(3)与分选辊驱动步进电机传动连接。

4.如权利要求1所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，还包括：

分选辊间隙微调单元，包括分别设置在两个分选辊两端部的导轨(19)、丝杠(14)，导轨(19)上具有滑块(20)，分选辊支撑座(16)设置在滑块(20)上。

5.如权利要求4所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，两个分选辊的分选辊支撑座(16)上分别设有丝杠螺母(15)，两个丝杠螺母(15)与丝杠(14)通过螺纹传动。

6.如权利要求5所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，与两个丝杠螺母(15)配合的丝杠(14)表面具有等长旋向相反的螺纹，丝杠(14)前端的联轴器(2)上连接有间距微调步进电机。

7.如权利要求1所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，还包括：

电涡流检测单元，包括电连接的电涡流传感器(4)、电容三点式振荡器、检测电路(28)及MCU微处理器；

电涡流传感器(4)设置有两组，成对设置在两个分选辊的两端，而且电涡流传感器(4)的轴心与两个分选辊的轴心处在同一个平面上。

8.如权利要求7所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，检测电路(28)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、三极管BG1、三极管BG2和电感L1，其中BG1、C1、C2、C3组成电容三点式振荡器。

9.如权利要求1所述的钢球自适应分选装置，其特征在于，还包括：

钢球收集单元，包括设置在支撑板(11)上的接料斗(9)和收料屉(8)，接料斗(9)的进料口设置在两个分选辊底部，收料屉(8)设置在接料斗(9)的出料口下部。