CN109047033A - 滚动体全表面缺陷检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚动体全表面缺陷检测方法，包括：滚动体滚动过程中，滚动体表面依次呈现在相机视场中，相机拍摄多帧图像，从而获取到滚动体三维表面全部信息；对各帧图像进行二值化处理，滚动体在图像中对应为白色，缺陷部分在图像中对应为黑色；进行连通域运算，通过连通域运算得到白色区域所在的位置，即滚动体位置；通过连通域运算和凸缺陷检测进行缺陷件识别，当缺陷位于滚动体内部，黑色区域形成闭合区域，设定面积阈值，若通过连通域运算检测到闭合区域的面积大于此面积阈值，判断存在滚动体内部缺陷；当缺陷位于滚动体边缘，影响滚动体轮廓形状，通过凸缺陷检测算法识别此类缺陷。

Description

滚动体全表面缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及一种滚动体全表面缺陷自动检测装置。
背景技术
滚动轴承被广泛使用在机械、电力、石化、冶金、航空航天以及军事工业等领域。滚动体是滚动轴承中的核心元件，由于它的存在，相对运动表面间才有滚动摩擦。滚动体的种类有球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针等。滚动体的质量对滚动轴承的精度、运动性能、使用寿命等有着至关重要的影响，对整机乃至整条生产线的运动状态都有着重大影响。而现有滚动体的加工一般要经过几十道工序，加工过程中会经常出现一些表面缺陷，这严重影响了轴承的质量及品质，必须予以控制。因此，在对滚动轴承进行自动化装配之前，需要首先对滚动体关键件的表面缺陷进行检测，以避免由于加工引起的表面缺陷，最终造成机械装置的严重损坏。
目前轴承生产厂家大多采用人工检查的方法进行滚动体表面缺陷检测，这种方法劳动强度大，工作效率低，成本大，且易受检测人员技术素质、经验、肉眼分辨能力和疲劳等因素的影响。红外探伤仪等一些检测方式，受外界环境或操作人的影响较大，检测效率低。超声波检测对超声波传感器到工件的距离，及传感器的定位都有较严格的要求，工厂环境下不易实现。为此，需要开发滚动体表面缺陷自动检测方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速可靠的滚动体全表面缺陷检测方法，实现滚动体的在线检测，从而提高生产效率，降低成本。技术方案如下：
一种滚动体全表面缺陷检测方法，所采用的检测装置包括相机、光源、传送机构和用来驱动传送机构移动的驱动机构，相机用于在光源的配合下拍摄滚动体滚动过程中的图像，其特征在于，在传送机构上沿待检滚动体前进方向开设有与待检滚动体的尺寸及位置相配合的至少一个孔槽通道，且传送机构置于固定不动的底板上。检测方法包括：
(1)滚动体滚动过程中，滚动体表面依次呈现在相机视场中，相机拍摄多帧图像，从而获取到滚动体三维表面全部信息；
(2)对各帧图像进行二值化处理，滚动体在图像中对应为白色，缺陷部分在图像中对应为黑色；
(3)进行连通域运算，通过连通域运算得到白色区域所在的位置，即滚动体位置；
(4)通过连通域运算和凸缺陷检测进行缺陷件识别，当缺陷位于滚动体内部，黑色区域形成闭合区域，设定面积阈值，若通过连通域运算检测到闭合区域的面积大于此面积阈值，判断存在滚动体内部缺陷；当缺陷位于滚动体边缘，影响滚动体轮廓形状，通过凸缺陷检测算法识别此类缺陷。
1.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述的待检滚动体为滚柱，所述的待检滚动体为滚柱，所述的驱动机构为电动滚筒，所述的传送机构为传送带，所述的每个孔槽通道上开设有多个与滚柱尺寸相匹配的孔槽，在电动滚筒带动传送带运动时，由于滚柱与底板之间存在的摩擦力，滚柱在孔槽内翻转。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
(1)本发明设计传送机构，利用滚动体与传送机构下方底板之间的摩擦力实现翻滚传动，通过实时采集处理图片即可获得滚动体全表面缺陷信息，能够实现高速可靠的自动化检测。
(2)本发明采用非接触检测手段，可在线实现检测，且不良品自动分拣。
(3)本发明装置结构简单，可实现低成本检测。
附图说明
图1是本发明所提到的滚动体全表面缺陷自动检测装置图。
图2是本发明所提到的滚动体全表面缺陷自动检测装置侧视图。
图3是滚动体为滚柱时的实施例所提到的孔槽阵列结构传送带示意图。
图4和图5均为滚动体为滚柱时的实施例传输中的孔槽阵列结构传送带的细部示意图。
图6是缺陷拍摄效果示意图。
图7是图像处理流程图。
图8和图9是本发明的自动剔除装置图。
图10是滚动体为滚珠的实施例的全表面缺陷自动检测装置图。
图11是滚动体为圆锥滚子的实施例的全表面缺陷自动检测装置图。
图中标号说明：1相机；2被检滚动体；3孔槽阵列结构传送带；4光源；5相机支架；6剔除装置；7装置底座；8滚柱收纳盒；9电动滚筒；10孔槽(中空)；11传送带；12底板；13电磁撞针；14开关板；15剔除槽；16固定环；17转盘；18电动转台
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
实施例1：滚动体为滚柱时的实施例
如图1所示，本实施例提供的轴承滚柱外圆全表面缺陷自动检测装置主要由相机1，孔槽阵列结构传送带3，光源4，剔除装置6和电动滚筒9组成。检测具体过程为：首先，该检测装置承接滚柱生产端，被检滚动体2为轴承滚柱。由给料机输送到孔槽阵列结构传送带3上，电动滚筒9带动孔槽阵列结构传送带，利用滚柱与传送带11下方底板12之间的摩擦力，使得滚柱在孔槽10内连续翻转通过相机下方，滚柱全表面图像经过被相机采集得到，再由计算机实时处理图片，得到滚柱外圆全表面相关缺陷信息，并后续控制剔除装置剔除掉缺陷件，实现轴承滚柱外圆全表面缺陷快速自动化检测。
滚动体滚动原理如图4和5所示，由于滚动体位于孔槽10内部，当装置传送带向右移动时，孔槽10侧壁带动滚动体移动，由于装置固定部分不动，因此滚动体相对固定部分发生滚动，在滚动过程中，滚动体表面依次呈现在相机视场中。在此期间，高速相机快速采集或普通相机在频闪光源的配合下不断拍照，获取到滚动体三维表面全部信息，图6为缺陷成像示意，①代表在滚动过程中位于滚柱中央的缺陷，②代表滚动过程中位于滚柱边缘的缺陷，③代表滚柱上的部分加工划伤，④代表滚柱上的圆周加工划伤。最后，通过后续图像处理及后续控制剔除装置剔除掉缺陷件，实现轴承滚柱外圆全表面缺陷快速自动化检测。
计算机图像处理流程如图7示：第一步首先将图像进行二值化处理，由于缺陷亮度往往较低，因此经过二值化处理后，滚动体在图像中对应为白色，缺陷部分在图像中对应为黑色。第二步，进行连通域运算，通过连通域运算得到白色区域所在的位置，即滚动体位置。第三步，通过连通域运算和凸缺陷检测进行缺陷件识别。当缺陷位于滚动体内部，由于该类缺陷可形成一闭合区域，因此可通过连通域运算检测工件内部是否存在该小面积闭合区域进行检测。当缺陷位于滚动体边缘，主要表现为影响滚动体轮廓形状，可通过凸缺陷检测算法识别该缺陷。
如图8和图9所示，本发明提供的滚动体自动剔除装置主要由电磁撞针13和开关板14组成。为剔除不合格滚动体，本发明在底板12远离上料端处开有相等通道数的剔除槽15，将剔除装置6由固定环16通过螺纹连接固定在底板下侧，剔除装置中电磁撞针13固定连接开关板14，L形开关板的上端矩形尺寸略小于剔除槽，且开关板的上端平面与底板平面重合，将其置于剔除槽并约束皮带传动方向外的其他自由度。
剔除具体过程为：首先，缺陷检测装置检测到含缺陷滚动体，并得到其像素坐标。然后，计算机通过滚动体像素坐标计算得到其实际坐标，并同时得到缺陷滚动体与剔除装置开关板之间的距离，结合传送带速度计算可得滚动体到达开关板的时刻。最后，等待滚动体随传送带到达开关板位置处，上位机发送指令控制电磁撞针弹出推动开关板，从而控制开关板打开，使缺陷件由于重力作用在开关板左侧落下，实现快速剔除。剔除缺陷滚动体后，开关板在自身弹簧拉力下瞬间回到初始关闭状态，传送带上后续合格滚动体通过开关板在其右侧由于重力作用自由落下，从而实现缺陷滚动体合格滚动体分拣。
实施例2：滚动体为滚珠时的实施例
如图10所示，本实施例提供的轴承滚珠全表面缺陷自动检测装置主要由相机1，孔槽阵列结构传送带3，光源4和电动滚筒9组成。为提高检测效率，传送带开四个S型槽通道。主动滚动直径大于从动滚动，使传送带具有一定斜坡。检测具体过程为：首先，该检测装置承接滚珠生产端，被检滚动体2为轴承滚珠。给料机控制滚珠每次一个输送到孔槽阵列结构传送带3上，电动滚筒9带动孔槽阵列结构传送带反转。滚珠利用重力在孔槽中自由滚落，滚筒反转配合滚珠与传送带下方底板之间的摩擦力，使得滚珠在孔槽10内连续翻转通过相机下方，滚珠全表面图像经过被相机采集得到，同样由计算机实时处理图片，得到滚珠外圆全表面相关缺陷信息，(滚珠的缺陷与滚柱的缺陷是类似的，当图像中的缺陷位于滚动体内部，该类缺陷也形成一闭合区域，当图像中的缺陷位于滚动体边缘，主要表现为影响滚动体轮廓形状，可通过凸缺陷检测算法识别缺陷)。后续控制剔除装置剔除掉缺陷件，实现轴承滚珠全表面缺陷快速自动化检测。
计算机图像处理流程与实施例1基本相同。剔除装置结构类似，但有别于滚柱的剔除，在限位挡板的作用下，滚珠从斜坡上滚落至固定位置，上位机记录第多少个是缺陷的滚珠，告诉剔除装置同样计数到该数目时剔除缺陷滚珠。
实施例3：滚动体为圆锥滚子时的实施例
如图11所示，本实施例提供的轴承圆锥滚子外圆表面缺陷自动检测装置主要由相机1，电动转台17、梯形孔槽阵列结构转盘16，光源4和底座12组成。基于圆锥滚子自身几何结构特点，设计锥形空槽环形转盘，通过转动的方式保证圆锥滚子匀速转动。检测具体过程为：首先，该检测装置承接圆锥滚子生产端，被检滚动体2为轴承圆锥滚子。给料机将圆锥滚子输送到梯形孔槽阵列结构转盘16上，电动转台17带动梯形孔槽阵列结构转盘16转动，利用圆锥滚子与转盘下方底板之间的摩擦力，使得圆锥滚子在孔槽内连续翻转通过相机下方，圆锥滚子外圆表面图像经过被相机采集得到后由计算机实时处理图片，得到圆锥滚子外圆全表面相关缺陷信息，并后续控制剔除装置剔除掉缺陷件，实现轴承圆锥滚子外圆全表面缺陷快速自动化检测。
计算机图像处理流程与实施例1相同，剔除装置和剔除过程与实施例1类似。在此不再赘述。
其他类型滚动体均可按此实例，通过修改定制传输传送带结构进行其全表面缺陷自动化检测。

Claims (2)

1.一种滚动体全表面缺陷检测方法，所采用的检测装置包括相机、光源、传送机构和用来驱动传送机构移动的驱动机构，相机用于在光源的配合下拍摄滚动体滚动过程中的图像，其特征在于，在传送机构上沿待检滚动体前进方向开设有与待检滚动体的尺寸及位置相配合的至少一个孔槽通道，且传送机构置于固定不动的底板上。检测方法包括：
(1)滚动体滚动过程中，滚动体表面依次呈现在相机视场中，相机拍摄多帧图像，从而获取到滚动体三维表面全部信息；
(2)对各帧图像进行二值化处理，滚动体在图像中对应为白色，缺陷部分在图像中对应为黑色；
(3)进行连通域运算，通过连通域运算得到白色区域所在的位置，即滚动体位置；
(4)通过连通域运算和凸缺陷检测进行缺陷件识别，当缺陷位于滚动体内部，黑色区域形成闭合区域，设定面积阈值，若通过连通域运算检测到闭合区域的面积大于此面积阈值，判断存在滚动体内部缺陷；当缺陷位于滚动体边缘，影响滚动体轮廓形状，通过凸缺陷检测算法识别此类缺陷。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述的待检滚动体为滚柱，所述的待检滚动体为滚柱，所述的驱动机构为电动滚筒，所述的传送机构为传送带，所述的每个孔槽通道上开设有多个与滚柱尺寸相匹配的孔槽，在电动滚筒带动传送带运动时，由于滚柱与底板之间存在的摩擦力，滚柱在孔槽内翻转。
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