CN108896573A - 一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统 - Google Patents

一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，包括传动机构，展开机构，分选机构和检测系统，进料机构通过进料管道与丝杠入口端连接，丝杠两端固定在轴承上，经同步带由步进电机带动同步旋转，丝杠上设有螺距较大的螺纹，钢球落入两丝杠间的螺纹上，并与螺纹牙型有4个接触面，丝杠转动带动钢球做变轴线旋转运动，钢球展开面按照螺旋线的轨迹变化，丝杠的上方布有5个高速摄像机，镜头能交替捕捉展开的钢球待检测表面；丝杠末尾为阶梯型，检测完的钢球由此落入接料斗内，接料斗前后方向上有电磁铁，控制挡板绕轴转动使钢球经各自出料管落入储料盒。本发明所描述的检测系统可检测直径在一定范围内钢球的缺陷，具有较高的检测效率。

Description

一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统
技术领域
本发明涉及一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，尤其涉及一种快速高效的钢球表面完全展开装置，并根据高速摄像机检测反馈的信息控制电磁铁的通断实现缺陷钢球的分选。
背景技术
在高端钢球领域，例如动车、航天、高端汽车和高精密数控加工设备等行业所需的高精密型钢球，至今依然被具有先进生产工艺和检测技术的国家所垄断。如今一些加工生产钢球的企业，经过不断的技术革命升级，已具备制造高端钢球的实力，却因受制于较为落后的钢球展开机构和检测设备，而无法参与到高端钢球市场的竞争中。
钢球表面缺陷检测传感器采用机器视觉检测技术，即通过图像识别完成钢球表面缺陷的检测，所以表面结构的展开对后续缺陷的检测至关重要，采用机器视觉的检测精度可达0.04mm以上。
然而基于机器视觉的技术检测和设备，一次并不能将轴平面以上部分都检测到，钢球边缘区域效果很差，只有尽可能完整的将表面展开，才能进行后续的缺陷检测。因此对钢球表面展开非常必要，利用电涡流探头与子午线展开轮的配合对钢球进行探伤检测，检测精度较高，但是由于子午轮采用硬质合金制成，展开钢球时子午轮与钢球紧密摩擦，使得其寿命缩短，且价格昂贵，导致实际钢球生产中的应用和维护成本较高。钢球产量很大，但是现有技术对于钢球的展开和检测多是逐个进行的，这种检测方式不仅效率低，而且影响钢球的产量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其结构简单，检测准确度高，可以连续进行钢球检测分选。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统。其特征在于：它包括进料机构、进料通道、轴承、丝杠、高速摄像机、光电传感器、接料斗、电磁铁、挡板、中心轴、出料管、储料盒、L板、同步带、同步带轮、步进电机和支架；进料机构中的底面是倾斜的，钢球经进料通道落入两丝杠间的螺纹上，丝杠两端通过轴承固定于L板上，丝杠的上方有检测钢球缺陷的高速摄像机和计数的光电传感器；在丝杠的一端的下方有接料斗，接料斗前后的外表面上固定有电磁铁，通断电来控制接料斗内的挡板绕中心轴转动，检测完的钢球经出料管落入下方储料盒内，储料盒放置在L板上，步进电机固定在L板上，步进电机带动同步带轮转动，同步带轮通过同步带驱动丝杠转动，实现钢球在高速摄像机下的展开。
本发明的有益效果是：在本发明里，通过丝杠将钢球表面结构完全展开，螺纹区域较长，能将钢球表面充分展开，钢球与丝杠的接触为自然接触，减小了丝杠与钢球表面的接触应力对钢球和螺纹区的剧烈磨损，每一圈螺纹都可以加载一个钢球，该协调运动仅仅需要一个电机驱动，降低了设备的控制难度与制造成本，相较传统展开方式，其具有展开方便、完全、高效且成本低的特点。
展开装置结构简单，展开自动化程度高，降低了人力成本，摄像头所检测到的范围为待检钢球的球冠体部分，钢球被带动做变轴线旋转运动，至下一个待检区域处再次检测，如此往复，使得摄像头对待检钢球进行多个不同轴面检测，从S1区域依次至S5区域，从而确保摄像头对待检钢球整个球体的完全覆盖，无漏检发生，使检测结果的精度和可靠度提升，无昂贵的易损件，维护成本较低，可作为现有的基于机器视觉的钢球展开设备的升级替代产品。
使用同步带同步带轮，保证两丝杠在一定时间内转过相同的角度，通过控制两个电磁铁的通断，使挡板绕中心轴转动，正次品钢球分别落入相应的出料管内。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述的进料机构的底面有一定倾角，且进料通道内径是钢球直径的1至1.5倍。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以防止出现钢球堵塞进料通道，不下料的情况，且一次只能通过一颗钢球。
进一步，所述的丝杠表面具有螺距较大的螺纹，钢球落入两丝杠间，被带动做变轴线旋转运动，以实现钢球全表面展开和图像获取，在行进中将表面逐渐展开，钢球表面分成5个检测区域，钢球行进过程中依次被检测，上方的高速摄像机便可对行进中的钢球进行拍照处理，光电传感器完成计数功能。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过钢球表面分区，能够保证在检测过程中不会发生漏检，简化了钢球检测和展开机构，准确度大幅提升。
进一步，所述的同步带轮驱动同步带匀速转动，两丝杠在运动中始终同步，且角速度相同。
采用上述进一步方案的有益效果是：提升系统的稳定性，控制钢球旋转方向，前进速度。
进一步，所述的丝杠末端为阶梯轴，使其定位在轴承上，检测完的钢球可在两丝杠末端中间无螺纹的空隙处顺利落入接料斗内。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以大幅减少后续钢球分选所需的机械结构，降低成本。
进一步，所述的电磁铁安装在接料斗前后外表面偏上的位置，根据得到的检测信息控制电磁铁电流的通断，进而实现钢球的分选，电磁铁通电后挡板在磁铁吸引力的作用下立即绕中心轴转动。
采用上述进一步方案的有益效果是：挡板两端与接料斗无直接接触，彼此之间有一定的间隙，减小了摩擦阻力，可降低系统的反应时间，便于快速分选钢球。
附图说明
图1为本发明专利的主视图；
图2为本发明专利的轴测图；
图3为本发明专利的接料斗部件示意图；
图4为本发明专利的俯视图；
图5为本发明专利的A-A向剖视图；
图6为本发明专利的钢球展开区域示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、进料机构，2、进料通道，3、轴承，4、丝杠，5、高速摄像机，6、光电传感器，7、接料斗，8、电磁铁，9、挡板，10、中心轴，11、出料管，12、储料盒，13、L板，14、同步带，15、同步带轮，16、步进电机，17、支架
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，为本发明专利的主视图，支架的顶端是进料机构1，进料机构1中的底面是倾斜的，钢球经进料通道2落入两丝杠4间的螺纹上，两丝杠4的旋转方向相同，且处于同一水平面上，在旋转中，有着相同的角速度，传动机构中，步进电机16固定在L板13上，输出轴将转矩通过同步带14传递给同步带轮15，同步带轮15进而将运动传至丝杠4，使其转动。
如图2所示，为本发明专利的轴测图，丝杠4的两端通过轴承3固定于L板13上，在丝杠4转动的同时，钢球被带动做变轴线旋转运动，使表面待检测区域逐一展开，丝杠4的上方是检测系统，有检测钢球缺陷的高速摄像机5和用来计数的光电传感器6，高速摄像机5距离进料通道2较远，便于掉落钢球稳定之后，再对其检测。
如图3所示，为本发明专利的接料斗部件示意图，电磁铁8固定在接料斗7前后外表面的顶端，将检测所得的信息处理后，控制电磁铁8电流的通断，以通断电的形式控制接料斗7内的挡板9绕中心轴10转动，检测完的钢球顺着挡板9表面滑入预定通道，完成分选后，钢球经各自出料管11出球。
如图4所示，为本发明专利的俯视图，两丝杠4的公称直径之间有一定的距离，保证两丝杠4转动的同时，彼此互不干扰，每个钢球与两丝杠4共有4个接触面，钢球在左右两切点以下的部分的长度不能超过被测钢球直径的三分之一，使钢球在展开中运行平稳，不会被丝杠4夹住，检测完的钢球在挡板9的引导下，直接落入接料斗7。
如图5所示，为本发明专利的A-A向剖视图，钢球自出料管11出球，落入储料盒12内，储料盒12也相应的分为两部分，一部分存储合格的钢球，一部分存储不合格的钢球，储料盒12放置在L板13上，L板13固定在支架17上，使系统稳定。
如图6所示，为本发明专利的钢球展开区域示意图，每个钢球在展开中都要经历S1至S5阶段，在S1阶段，钢球的上半表面被检测，当钢球旋转至S2区域时，相应的将S2区域检测，而且把S1区域中的一些重合点，及斑点又重新检测了一遍，以此类推，最终直至整个钢球表面都被检测了至少一遍。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：它包括进料机构(1)、进料通道(2)、轴承(3)、丝杠(4)、高速摄像机(5)、光电传感器(6)、接料斗(7)、电磁铁(8)、挡板(9)、中心轴(10)、出料管(11)、储料盒(12)、L板(13)、同步带(14)、同步带轮(15)、步进电机(16)和支架(17)；进料机构(1)中的底面是倾斜的，钢球经进料通道(2)落入两丝杠(4)间的螺纹上，丝杠(4)两端通过轴承(3)固定于L板(13)上，丝杠(4)的上方有检测钢球缺陷的高速摄像机(5)和计数的光电传感器(6)；在丝杠(4)的一端的下方有接料斗(7)，接料斗(7)前后的外表面上固定有电磁铁(8)，通断电来控制接料斗(7)内的挡板(9)绕中心轴(10)转动，检测完的钢球经出料管(11)落入下方储料盒(12)内，储料盒(12)放置在L板(13)上，步进电机(16)固定在L板(13)上，步进电机(16)带动同步带轮(15)转动，同步带轮(15)通过同步带(14)驱动丝杠(4)转动，实现钢球在高速摄像机(5)下的展开。
2.根据权利要求1所述的一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：所述的进料机构(1)的底面有一定倾角，且进料通道(2)内径是钢球直径的1至1.5倍，可以防止钢球堵塞不下料，且一次只能通过一颗钢球。
3.根据权利要求1所述的一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：所述的丝杠(4)表面具有螺距较大的螺纹，钢球落入两丝杠(4)间，钢球与丝杠(4)的接触为自然接触，减小了表面的接触应力对钢球和螺纹区的剧烈磨损，钢球被带动做变轴线旋转运动，在行进中将钢球表面分成5个检测区域，钢球行进过程中依次被检测，并能够保证无漏检，上方的高速摄像机(5)便可对行进中的钢球进行拍照处理，光电传感器(6)完成计数功能。
4.根据权利要求1所述的一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：所述的同步带轮(15)带动同步带(14)匀速转动，两丝杠(4)在运动中始终同步，且角速度相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：所述的丝杠(4)末端为阶梯轴，其定位在轴承(3)上，检测完的钢球可在两丝杠(4)末端间的无螺纹空隙处顺利落入接料斗(7)内。
6.根据权利要求1所述的一种基于双螺纹展开法的钢球表面缺陷检测系统，其特征在于：所述的电磁铁(8)安装在接料斗(7)前后外表面偏上的位置，电磁铁(8)通电后挡板(9)在磁铁吸引力的作用下立即绕中心轴(10)转动，且挡板(9)两端与接料斗(7)无直接接触，彼此之间有一定的间隙，减小了摩擦阻力，可降低系统的反应时间，便于快速分选钢球。
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