CN111122596A - 一种轴承滚子表面缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种轴承滚子表面缺陷检测系统，包括检测单元、传动单元、光源模块和机架，所述的检测单元包块相机模块和2个滚丝丝杠，所述的2个滚珠丝杠别设置在机架的两内侧，所述的相机模块设置在2个滚珠丝杠上，所述的传动单元包括双杆传动机构、步进电机、主齿轮和齿轮副，所述的双杆传动机构设置在机架下方的底板上，双杆传动机构上的工位正对相机模块。本发明可根据需求灵活调节以适应不同规格的检测对象。提高了轴承滚子的检测效率和检测精度，降低工人劳动强度，减少不必要的人力资源浪费，降低生产成本。

Description

一种轴承滚子表面缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及机械零件检测领域，特别涉及一种轴承滚子表面缺陷检测系。

背景技术

随着现代工业进程的高速发展，自动化装备已渗透到国民经济的各行各业。轴承作为当代机械设备中的关键性零部件，其种类繁多，应用极其广泛，其性能决定着机械装备的质量与可靠性，是机械设备赖以运转的基础。轴承的主要功能是支承旋转轴或支撑机械旋转体，引导移动或转动运动并承受由轴或轴上零件传递来的载荷，降低运动过程的摩擦系数，保证回转精度。广泛应用于农业(拖拉机、播种机、耕整机等农业机械)、工业(机床、电机、矿山、医疗、冶金、石化、工程、轻纺等机械及各类仪器仪表)、交通运输(汽车、铁路机车、飞机、船舶等)、国防(坦克、舰船、导弹、战机等)、航空航天(宇宙飞船、火箭、卫星等)、家用电器(吸尘器、电风扇、录像机、洗衣机等)、办公设备(电脑硬盘驱动器、复印机等)和高新科技(核反应堆、原子能等)等领域，与国计民生息息相关。预计到2020年，我国轴承产量有望达到225亿套，主营业务收入突破1920亿元，工业增加值达到535亿元，成为全球最大的轴承生产和销售基地。虽然，我国轴承行业取得了令人欣慰的成绩，却面I临着与整个装备制造业体系相似问题：大而不强。在体量上，我国已经和美国、欧盟和目本相当，可以称之为“轴承大国”，但仍旧不是轴承装备制造业的强国，与世界轴承工业强国相比，我国轴承业仍存在较大差距，主要表现为自主创新意识薄弱，研发设计水平较低，试验检测手段不足，关键共性技术缺失，产业结构分布不合理，高精度、高技术含量和高附加值产品比例偏低、产品寿命短、稳定性差、噪音高、可靠性低、振动大等，在高精度检测仪器、大型工程机械、高精度加工机床、风电机组设备、高速铁路机车等配套轴承产业上体现得尤为明显。我国滚子轴承及零配件数字化制造技术得到长足进步，但滚子轴承的滚动体检测试验技术却发展缓慢，成为制约滚子轴承生产效率和质量提升的核心因素。滚子作为滚动体是最重要也是最容易损坏的零件，直接决定了轴承的工作性能，甚至决定了轴承的使用寿命。目前轴承生产还在依照国家标准采用人工检测的方法在散光灯下目视检查表面有无裂纹、锈蚀，工作表面有无黑皮、麻点、磨伤等缺陷，且其检测比例为100％。每年将检测数以亿计的滚子，这对人力资源日益紧俏的中国制造业产生了巨大挑战。除此以外，检测效率低下，检测质量难得到保证，降低了滚子轴承的可靠性，同时，这种人工检测的方法还存以下问题，在强刺激性气味、强光照等恶劣环境下长时间工作，容易损害工人的视力、呼吸道、颈椎等，对工人健康造成极大伤害；人为因素影响判断结果，由于个人判断标准、技术水水平不同以及视觉疲劳、情绪、劳累程度等因素，都会对检测结果带来不可靠的影响，导致误检率高以及检测稳定性差；人力成本的增长，滚子检测作为检测环节人力消耗最多的节点，同时自动化程度低给企业增加了生产成本、管理成本，给中小型民营企业带来了巨大压力；市场对高品质产品的要求曰趋严格，人工灯检方法难以胜任高精度要求的滚子检测。特此开发了一种轴承滚子表面缺陷检测系。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术中出现的问题，提供一种轴承滚子表面缺陷检测系，该系统采用双螺杆、同步传送带作为轴承滚子柱面、端面检测传动机构的方案，整个系统的机械结构完成了实验平台的构建。对传动系统与视觉系统中的关键部件进行选型以及可行性分析，确保滚子传动的连续性及平稳性，增加结构的自由度，可根据需求灵活调节以适应不同规格的检测对象。提高了轴承滚子的检测效率和检测精度，降低工人劳动强度，减少不必要的人力资源浪费，降低生产成本；促进滚子产品的精深加工，促进高精度轴承滚子加工领域的技术进步。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种轴承滚子表面缺陷检测系统，包括检测单元、传动单元、光源模块和机架，所述的检测单元包块相机模块和2个滚丝丝杠，所述的2个滚珠丝杠别设置在机架的两内侧，所述的相机模块设置在2个滚珠丝杠上，所述的传动单元包括双杆传动机构、步进电机、主齿轮和齿轮副，所述的双杆传动机构设置在机架下方的底板上，双杆传动机构上的工位正对相机模块，所述的主齿轮设置在双杆传动机构的主杆一端，所述的齿轮副设置在双杆传动机构副杆一端，所述主齿轮和副齿轮啮合，所述的步进电机连接主齿轮；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的光源模块包括光源角度调整装置和光源，所述的光源设置在光源角度调整装置上，所述的光源角度调整装置设置在机架依次的滚珠丝杠上；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的双杆传动机构一侧还固定设置有光纤传感支架，所述双杆传动机构上方的光纤传感器支架端设置有光纤传感器，所示光纤传感器正对双杆传动机构工位；

进一步的，作为优选的技术方案，所述的相机模块包括相机倾斜调节装置和线阵相机，所述的相机倾斜调节装置包括2个滚珠丝杠平动滑台、粗调装置和水平位移架，所述的2个滚珠丝杠平动滑台通过旋转轴承设置在水平位移架两端，所述的线阵相机设置在水平位移架上，所述水平位移架一端设置粗调装置。

本发明所具有的有益效果：

本发明采用双螺杆、同步传送带作为轴承滚子柱面、端面检测传动机构的方案，整个系统的机械结构完成了实验平台的构建。对传动系统与视觉系统中的关键部件进行选型以及可行性分析，确保滚子传动的连续性及平稳性，增加结构的自由度，可根据需求灵活调节以适应不同规格的检测对象。提高了轴承滚子的检测效率和检测精度，降低工人劳动强度，减少不必要的人力资源浪费，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、机架；2、滚珠丝杠；3、滚珠丝杠平动滑台；4、水平位移架；5、线阵相机；6、光源角度调整装置；7、光源；8、主齿轮；9、主杆；10、步进电机；11、副齿轮；12、副杆；13、光纤传感器；14、光纤传感器支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种轴承滚子表面缺陷检测系统，包括检测单元、传动单元、光源模块和机架，所述的检测单元包块相机模块和2个滚丝丝杠，所述的2个滚珠丝杠别设置在机架的两内侧，所述的相机模块设置在2个滚珠丝杠上，所述的传动单元包括双杆传动机构、步进电机、主齿轮和齿轮副，所述的双杆传动机构设置在机架下方的底板上，双杆传动机构上的工位正对相机模块，所述的主齿轮设置在双杆传动机构的主杆一端，所述的齿轮副设置在双杆传动机构副杆一端，所述主齿轮和副齿轮啮合，所述的步进电机连接主齿轮；光源模块包括光源角度调整装置和光源，所述的光源设置在光源角度调整装置上，所述的光源角度调整装置设置在机架依次的滚珠丝杠上。

双杆传动机构一侧还固定设置有光纤传感支架，所述双杆传动机构上方的光纤传感器支架端设置有光纤传感器，所示光纤传感器正对双杆传动机构工位。

相机模块包括相机倾斜调节装置和线阵相机，所述的相机倾斜调节装置包括2个滚珠丝杠平动滑台、粗调装置和水平位移架，所述的2个滚珠丝杠平动滑台通过旋转轴承设置在水平位移架两端，所述的线阵相机设置在水平位移架上，所述水平位移架一端设置粗调装置。

工作时，首先线阵相机对工位槽进行拍照，通过图像分析计算出工位槽与图像中央的偏移距离，然后上位机将计算机的结果传回下位机，下位机通过控制步进电机运转校正双杆传送机构，以便后续图像的处理，同时也减少了因滚子拍照不全等引起的误检或者漏检情况。在检测过程中，被测滚子经过过渡装置传动至双杆传送机构，由步进电机驱动将滚子调整到合适的位置，下位机控制步进电机运转一定角度后使轴承滚子到达左右端面检测线阵相机的拍摄区域，如果该轴承滚子在柱面检测时被分析出有缺陷的存在，则不对其进行处理，否则下位机通过通讯协议发送命令帧至上位机系统，上位机系统采用协议控制面阵相机进行采图并对所获取的图像进行分析处理，判断滚子表面有无缺陷及缺陷类型识别，最后对滚子进行分拣。

有选的，轴承滚子端面缺陷系统还可以规划为由滚子传送系统、机器视觉系统、滚子位置调整系统、下位机和上位机系统所构成。其中滚子传送系统包含同步传送带、工位槽、带轮等机械部件与步进电机及电机驱动等电气部件，用于滚子的传送及流水线模式检测；机器视觉系统由左右端面视觉系统组成，包含左右端面面阵相机，相机镜头、环形光源及其控制器等，用于对轴承滚子左右端面采图；滚子位置校准系统主要由电磁推杆电机及其控制器组成，用于调整滚子在工位槽上的位置，使滚子置于面阵相机镜头景深范围之中；下位机系统优选由STM32F7系列微处理器及实时操作系统组成，主要用于步进电机，电磁推杆电机的控制，与上位机通讯，任务调度等；上位机系统由工控机、显示器、软件系统组成，工控机通过以太网与左右端面面阵相机相连，用于相机控制、图像传输，软件系统则主要负责图像处理。将其分置于两侧，更有利于光源打在轴承滚子表面所反射的光线被线阵相机所捕获，在一定程度上削弱了外部环境光对最终成像的噪声污染，提高了图像的信噪比。在双螺杆机构的另一侧增加了滚珠丝杆结构，该滚珠丝杆内置两个滑动平台，上端的平动滑台与旋转轴承机构相连，而旋转轴承则与线阵相机的安装件连接，实现对线阵相机的安装加固，增强结构的稳健性，同时原滚珠丝杆的滑动平台上安装有粗调转动装置，实现对相机的侧倾调节，相比之前的通过侧倾整个滚珠丝杆，提供了更大的调整角度，同时也简化了调整的难度。下端的平动滑台主要用于光源的安装，同时可以调节光源的上下位置，其上也安装了转动滑台，用于对圆锥滚子检测时光源的侧倾角度调整。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种轴承滚子表面缺陷检测系统，包括检测单元、传动单元、光源模块和机架，其特征在于，所述的检测单元包块相机模块和2个滚丝丝杠，所述的2个滚珠丝杠别设置在机架的两内侧，所述的相机模块设置在2个滚珠丝杠上，所述的传动单元包括双杆传动机构、步进电机、主齿轮和齿轮副，所述的双杆传动机构设置在机架下方的底板上，双杆传动机构上的工位正对相机模块，所述的主齿轮设置在双杆传动机构的主杆一端，所述的齿轮副设置在双杆传动机构副杆一端，所述主齿轮和副齿轮啮合，所述的步进电机连接主齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种轴承滚子表面缺陷检测系统，其特征在于，所述的光源模块包括光源角度调整装置和光源，所述的光源设置在光源角度调整装置上，所述的光源角度调整装置设置在机架依次的滚珠丝杠上。

3.根据权利要求1所述的一种轴承滚子表面缺陷检测系统，其特征在于，所述的双杆传动机构一侧还固定设置有光纤传感支架，所述双杆传动机构上方的光纤传感器支架端设置有光纤传感器，所示光纤传感器正对双杆传动机构工位。

4.根据权利要求1所述的一种轴承滚子表面缺陷检测系统，其特征在于，所述的相机模块包括相机倾斜调节装置和线阵相机，所述的相机倾斜调节装置包括2个滚珠丝杠平动滑台、粗调装置和水平位移架，所述的2个滚珠丝杠平动滑台通过旋转轴承设置在水平位移架两端，所述的线阵相机设置在水平位移架上，所述水平位移架一端设置粗调装置。

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