一种类滚动体全项检测分选仪设计

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Design of a kind of Detecting Sorter with Full Information for Similar Rolling ElementsZHANG Yong，ZHANG Jilei，SUN Jiang(Physical and Chemical Experiment Center，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China)Abstract：According to automatic detecting technical requirement of surface quality of similar roling elements，machinevision technology is used to desigen the whole mechanical structure，control system，optical interference system，and imageprocessing system，the machine and electricity were made together through the application of computers.Insert bearing wasused more and more frequently in modern war products，which require high quality for insert bearing.Steel hall，conicalroler，and cylindrical roller as the pieces that bearing load directly and have direct relationship with bearing dynamic charac-ters，are one of the key factors deciding bearing performance。

Key words：similar roiling elements，machine，control，image processing统计表明，在轴承的失效形式中 ，由于类滚动体表面缺陷而引起的裂纹 、裂缝 、划痕所造成的轴承失效达 60 ；因此 ，对类滚 动体 表面质量进行检测就显得尤为重要 。目前 ，国内类滚动体生产 厂家大多采用人工 目视结合标准量具的检测方法对其表面质量进行抽样检测，劳动强度大 ，工作效率低 ，且易受检查人员技术素质 、经验、眼睛分辨能力和疲劳程度等因素影响 ；所 以迫切需要-种类滚动体 自动检测装置。

1 类滚动体全项检测分选仪系统总体设计该系统主体由机械 、光学、电气、控制 4大部分组成。其机械部分主要是分选系统的机械机构 ，用于完成钢球的上料 、传送 、表面展开、出料等工作过程；图像采集部分主要 由矩形面激光器系统 、CCD传感器 、图像处理软件组成 ；电气部分 主要由电动机 、检测传感 器 、电 磁 控 制阀、继 电 器 等 组成 ；控制部分主要由可 编程 控 制 器和工控机等组成 ，如图 1所示。 图1 系统结构框图2 类滚动体全项检测分选仪机械部分机械设计部分主要完成整机外形、执行机构、展开机构、传动部分、出料部分的设计，展开机构的设计借鉴了捷克的子午线展开轮”设计技术，进-步降低 了展开轮对类滚动体表面的二次损伤，提高了展开轮的使用寿命 。

机械部分结构如图 2所示 ，主要由上料机构、分类旋转器、滑道、隔离进给器 、展开机构 、出料机构等部分构成。

上合格 不合格图 2 机械部分结构上料机构通过齿形带驱动搅拌凸轮，料箱 内类滚动体 由搅拌凸轮搅起来 ，通过料 口落到不 同直径分选的分类旋转器上。分类旋转器是 由 2个滚轮组《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究成 ，并且有-定 的倾斜度。类滚动体沿滚轮滑动 ，较小的落到后侧 ，较大的落到前侧 ，直到输入料道填满料 ，从料箱进给 自动停止。

待检件从输入料道进给到桥架，再 由分离器扇形断面逐个地拾起 ，被分 离的待检 件落入进 给器。

这个桥架机构紧接着进给器 ，而进给器与检测点相邻 ，分离器被 固定在 内桥架上，分离器 的运动 由电磁铁局部转动控制。

进给器把待检件进给到检测点 ，待检件 由展开轮和主动轮支承定位在检测点上 ，其运动驱动 由主动轮和展开轮共 同提供 。为保证待测件的全部表面均进行检测 ，展开轮 由-个特殊结构构成(见图 3)，主动轮从侧面支承待检件。

图 3 展 开 轮 设 计 框 图待检件被定位 在检测点 时，触 发激光器 开关 ，CCD拍摄干涉条纹。驱动轮转数传感器固定在外部的壳体上 ，如果待检件在锁定位置内滚动不正确 ，则该待检件被剔出并进行修复 。如果因同-原 因有连续 3个待检件被剔出 ，则机器便 自动停机。

检测完之后 ，主动轮定位松开 ，待检件在驱动盘离心力的作用下落到分漾构内，被引导到相应的出口，分选 系统由上位机控制。

展开轮设计采用子午线展开方式 ，机构的运动构件 由展开轮、被测件 和主动轮构成 。电动机带动主动轮高速转动，通过摩擦力，展开轮驱使待检件做变轴旋转，这里的摩擦力由滚动摩擦和滑动摩擦共同决定。

3 类滚动体全项检测分选仪控制部分控制部分 主要 由计算机和可 编程控制器等组成 。系统通过上位机对 PLC进行控制 ，利用 LAB～VIEw 的VISA仪器驱动技术实现计算机和 PLC的串口通信 ，实现上位机对控制 系统 的监控 。利用磁电传感器对驱动轮的转速进行测量，通过 PID控制实时调节展开轮的转速，提高了检测仪的控制精度 ，保证 了检测质量 。

控制部分主要 由可编程控制器 (采用西 门子公司生产 的 S7-200CPU224)和工控 机等组 成。其中，工控机作 为上位机 (见 图 4)，用 来进 行 图像 采集、图像处理、下位机信息处理，它通过 LABVIEW编程来控制图像采集卡 ，将 CCD采集来 的图像信息传到上位机 ，上位机通过相应的算法完成对待测件干涉图样 的处理 ，并做 出相应 的判断 ，发 出指令 ，通过 PLC来控制步过电动机完成出料分选 ，同时对各类缺陷进行统计 ，并 提供打 油存储功能。上位机通进串口接收由下位机传来的信息，对各部分电动机的状态进行监视 ，实现在线监测和故障诊断 。

图 4 控制 系统框 图下 位 机 采 用 西 门 子 公 司 生 产 的 S7～ 200CPU224作为控制核心，主要用来控制检测机械结构 ，实现待测件从上料到出料整个过程的全 自动化 ，并利用传感器采集各部分机构的电动机工作状态等信息 ，通过串口传给上位机 。

主机 PC机 与从 机 PLC之 间串行通信 采用 的是西门子 S7-200PI C与 PC机通信的 自由通信协议，按照通信协议，使用专用的九芯插头和 PC/PPI电缆 ，将 PC机的 COM 端 口与 S7-200 CPU224的1个通信 口直接连接 。

4 类滚动体全项检测分选仪光学干涉系统机器视觉部分摒弃 以往用 CCD进行类滚动体外观形貌拍摄和图像比对的方式，采用激光干涉原理拍摄类滚动体表面 的干涉条纹 ；再利用数字图形解算方法得到表面缺陷位置及 面积 。同时 ，求解类滚动体各项几何参数，判断产品质量 ，提高了检测精度 ，降低了算法难度 。

光学干涉系统原理如图 5所示 ，主要 由光源 、扩束镜、准直镜、分束镜、调焦透镜组成 。其 中，光源采用激光二极管 ，具有体积小 、耗 电低的特点 ，能有效提高光 电采集器内部空间利用率 。

激光具有光线准直性好 、单色性好 、亮度高的特点 ，产生的等厚干涉条纹细密稳定 ，能满足测量精度的要求 。

《新技术新工艺 设计计算与试验研究 I 73新技术新工艺 2013年 第 3期图 5 光学干涉 系统原理框 图激光经扩束 和准直后射 出，能够产生覆盖待测件的平行光束 。该平行光束经分束镜后分 为 2束 ，此 2束光满足相干光的基本要求，在 CCD处产生干涉条纹。调焦系统由透镜组构成，其作用是将产生的干涉条纹汇聚并清晰地透射到 CCD感光元件表面上，保证单次测量获得最大的条纹信息。由于采用干涉技术 ，得到的图像不仅有光强信息 ，配合高精度 CCD可使测量精度达到 1 m。

5 类滚动体全项检测分选仪图像处理系统图形处理系统由 CCD摄像系统、图像采集卡、A-D转换器、图像处理软件组成。CCD传感器是图像采集系统的核心组成部分 ，它将干涉 图样转化为二 维图像信 号。CCD传 感器具有抗 强光 、灵敏度高、体积孝寿命 长、抗振动 、畸变小 等优点 ，是机器视觉系统中应用最广泛的图像传感器，有线扫描、高灵敏度扫描和面扫描 3种类型 。

图像采集卡和 A-D转换器是将二维 图像 信号转化为二维数字信号的通道。图像处理软件专门用于处理数字信号 ，完成对标准图样的采集处理，对待测件干涉图像进行比对、分析，并记录和存储相应信息，产生分选信号 ，如图 6所示 。

图 6 图形处理 系统流程 图6 结语新 型类滚 动体无损检测仪是全 自动流水线检测，将待检件放入料箱后，起动该仪器，无需人员值守，仪器能自动顺序进行检测并区分合格和不合格产品。当料箱缺料时，仪器发出警报，提示加入待检件 ；如果未加入 ，则仪器 自动停机 。检测过程 中，对于检测结果为合格和不合格分别进行准确计数并实现分拣 ，可 自动存储检测数据，以备查阅或打屿测报告 。

和裂纹检测 ，测量相关尺寸规格参数 ，还能对待检件的材质 ，如钢球成形 中使用料头或热处理 中存在不合要求的钢球都能进行检测和区分。

该仪器采用工控机控制，检测灵敏度可调，可根据不同用途对待检件进行不同灵敏度的检测 。

该仪器不仅能定性检测 ，根据不同要求区别合格和不合格，还能进行定量分析，确定待检件缺陷性质、缺陷面积等参数，经标定后得到准确的缺陷数据。

该仪器的检测速度极高 ，设计速度为 3件/s，完全可以实现生产线 自动全检 ，而不用抽检 。检测不同大型形状的类滚动体只需更换不同的展开轮 ，操作简单 ，仪器设计重复检测精度为 90 ，仪器误检率和漏检率可达 0.1 以下。