CN105301014B - 球体表面展开装置及应用该装置的球体表面缺陷检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球体表面展开装置及应用该装置的球体表面缺陷检测设备，该展开装置包括检测盘（1）、检测槽（3）、摩擦盘（2）、侧边摩擦传动机构、检测盘驱动电机（6）、摩擦盘驱动电机（7）、安装板（8），检测盘（1）是一个外圆周均布检测槽（3）的齿形圆盘，摩擦盘（2）同轴线安置在检测盘（1）下方，所述的检测盘（1）嵌入在侧摩擦装置中自由转动，所述的检测盘（1）、摩擦盘（2）、衬板（5）、检测盘驱动电机（6）、摩擦盘驱动电机（7）固定在倾斜放置的安装板（8）上。该缺陷检测设备不仅包括所述的球体表面展开装置，还包括入球机构、出球机构和检测单元。通过改变球体底部和侧面的摩擦方向，使球体表面完全展开，提升检测质量。

Description

球体表面展开装置及应用该装置的球体表面缺陷检测设备

技术领域

本发明涉及一种球体表面展开的机械装置及应用该装置的检测设备，主要用于对轴承钢球、陶瓷球、玻璃球、塑料球等产品的质量检测。

背景技术

生产和生活中有大量的球体，为了保证产品的质量，通常需要对球体表面进行缺陷检测。不同于平面目标，球体表面分布于三维空间中。通常把球面分解为多个曲面的组合，然后对每个曲面单独检测。检测过程中，检测单元一般固定不动，通过多次转动球体，将球面的每个曲面都呈现到检测区。这个过程也被称之为“展开”，如果展开之后的面积等于球体表面积，则称之为“完全展开”。以往，球体的表面展开依赖于人力。由检测人员将球体多次翻转，效率低下，不利于大批量产品检测。以轴承钢球行业为例，钢球产量极其庞大，钢球在加工、运输、储存过程中，难以避免会产生表面撞伤、划痕、凹陷、锈斑、污渍等缺陷。这些缺陷对于轴承是致命的，极大地损害了产品质量。要求球面每一个点都被检测到，必须保证球面被“完全展开”，仅依靠人力是极不可靠的。

国内已经有部分企业开始采用自动化仪器，批次展开并检测钢球质量。

专利1（申请号CN201520225765.5）采用非对称布置的左右展开轮、支撑轮和主动轮实现球面展开。检测过程中，需要将每一颗钢球单独放置于展开轮、主动轮和支撑轮之间，然后由主动轮搓动钢球翻转，将钢球表面每一个缺陷呈现于检测区。左右展开轮分别具有锥面，相对连接轴非对称布置，使得贴合的球体做变轴线转动，能保证“完全展开”。但是成本高，易损耗，并且每次只能检测一颗球，检测速度慢。

专利2（申请号CN201420650461.9）采用一个圆形的检测盘，检测盘外圆周均布圆锥形通孔。检测盘的一侧，有一个平行安装的圆形展开盘，展开盘的一部分伸展到检测盘下方。检测过程，球体落入检测盘的圆锥形通孔中，底部与展开盘接触。展开盘在凸轮连杆机构驱动下做圆周运动的同时不停做直线往复运动。由于展开盘运动的随机性，导致球体表面“不完全展开”，有部分曲面上的点无法被检测到，会出现一定比例的“漏检”。

发明内容

为了解决现有技术中球体表面缺陷检测设备中存在的展开不完全、漏检、结构复杂、效率低、速度慢、精度低等问题，本发明提供一种高效、准确、结构简单的球体表面展开装置及应用该装置的球体表面缺陷检测设备。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种球体表面展开装置，包括检测盘、检测槽、摩擦盘、侧边摩擦传动机构、检测盘驱动电机、摩擦盘驱动电机、安装板，所述的检测盘是一个齿形的圆盘，所述的检测槽均布于检测盘的外圆柱上，所述的摩擦盘是一个圆盘，位于所述的检测盘下方，且两者同轴线；所述的侧边摩擦传动机构平行于检测盘安装，所述的检测盘嵌入在侧边摩擦传动机构中能够自由转动；所述的检测盘、摩擦盘、侧边摩擦传动机构、检测盘驱动电机、摩擦盘驱动电机安装在安装板上，所述的安装板倾斜放置。

所述的检测槽是贯穿检测盘的方形槽，长、宽、深比待检测球体直径大0.5mm-2mm，待检测球体放置在检测槽中恰好能自由转动；检测过程中，球体底部与摩擦盘接触，侧面与侧边摩擦传动机构接触。

所述的检测盘采用耐磨擦的自润滑材料加工，所述的检测槽内壁光滑，相对45#钢摩擦系数小于0.25。

所述的检测盘驱动电机采用步进电机或伺服电机，检测盘驱动电机的传动轴垂直于检测盘中心。

所述的摩擦盘驱动电机采用步进电机或伺服电机，摩擦盘驱动电机通过传动机构与摩擦盘相接。所述的传动机构是同步带和同步轮。

所述的检测盘和摩擦盘直径相同，两者之间存在间隙，间隙宽度小于待检测球体直径，检测盘和摩擦盘平行，彼此能够相互独立地自由转动。

所述的侧边摩擦传动机构包括衬板和摩擦条，所述的衬板中心有一个比检测盘直径大的通孔，所述的摩擦条沿检测盘外圆周安装于衬板中心通孔的内壁，所述检测盘能够刚好嵌入到通孔中自由转动，摩擦条与检测盘最外侧之间的间隙宽度小于待检测球体直径。

所述的摩擦条高度与衬板厚度相同，衬板厚度大于等于检测盘厚度。

所述的摩擦盘上表面采用低磨耗的防滑材料制作，相对45#钢摩擦系数大于0.4；所述的侧边摩擦传动机构中的摩擦条采用低磨耗的防滑材料制作，相对45#钢摩擦系数大于0.4。

所述的安装板相对水平面倾斜15-50度放置。

所述的展开装置通过调整检测盘与摩擦盘之间的转速差，改变球体滚动方向，实现球体表面的完全展开。

为了将所述的展开装置应用在球体表面检测领域，采用了如下的技术方案。

一种球体表面缺陷检测设备，包括如上所述的展开装置、入球机构、检测单元、出球机构，所述的入球机构包括储球仓、入球通道、升降台、升降电机、入球管；所述的入球通道采用V形轨道，并与储球仓的出球孔相接；所述的升降台与入球通道垂直；所述的入球管位于升降台一侧，紧贴升降台；入球管的下端与展开装置中最高点的检测槽对齐；所述的出球机构包括出球通道、分流盘、分流电机、双孔漏斗；所述的出球通道位于侧边摩擦传动机构的侧方位，检测盘中的待检测球体能够转动到出球通道的入口；所述的分流盘位于出球通道下方；所述的双孔漏斗位于分流盘下方。

所述的储球仓相对水平面倾斜放置。

所述的入球通道与储球仓最低处的出球孔相接。

所述的升降台截面是与入球通道一致的V形截面，升降台在升降电机驱动下能够上下移动，最低点与入球通道下端平齐，最高点与入球管上端开口平齐。

所述的入球管下端安装于展开装置的顶部，入球管末端对准最高位的检测槽。入球管出口与检测盘上平面齐平，管内径比球体尺寸路大，管壁光滑，待检测球体沿入球管滑落到检测盘的检测槽中。随着检测盘的转动，每次仅有一颗球落入下方的检测槽。

所述的展开装置中的检测盘向着出球通道方向旋转。

所述的检测单元是图像传感器、涡流传感器、光学传感器的任意一种或任意组合，数量为一个或多个。

所述的出球通道是贯穿于衬板的凹槽，凹槽的开口朝向检测盘的圆心，开口宽度大于检测槽宽度，开口中心点与检测盘圆心的连线和衬板的中垂线所成的夹角范围为45至75度；由检测盘将待检测球体转动到出球通道入口，球体受重力滑出检测槽，落入出球通道。

所述分流盘采用2个扇形分流叶片，每片叶片中各有一个比球体直径大的通孔，这两个通孔位于不同的半径，其中一个通孔靠近分流盘的轴心，另一个通孔靠近分流盘外边缘；分流盘转动1个扇区，能够使球落入不同的出球孔。

所述的双孔漏斗中每个孔各对应于分流盘一片叶片上的通孔，漏斗的末端连接有出球管。

所述的分流电机采用双向旋转电磁铁，响应时间短，速度快。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

一、采用电机数字控制技术，模拟人手的翻转，从两个不同方向，相互组合地翻转球体，能够根据不同球体尺寸，精确控制球体的转动方位，保证球面的完全展开，不存在“缺陷”没有被翻转到检测区域的弊端。

二、相比其他方法，仅用两个电机就能实现高效精准的展开，同时实现自动入球和出球。

三、检测过程中，检测盘不需要停止转动，极大地提升了检测效率。

四、入球机构采用V形入球通道配合升降台，控制入球数量，避免入料口堵塞，挤伤待检测球体。

五、分流电机采用高速双向旋转电磁铁，配合限位机构限定转动角度，能够快速地将合格品和不合格品分开。

附图说明

图1是包括球体表面展开装置的检测设备的结构示意图。

图2是球体表面展开装置沿转动轴的俯视图。

图3是分流盘俯视图。

图4是分流盘左叶片的剖面图。

图5是分流盘右叶片的剖面图。

图中，1-检测盘、2-摩擦盘、3-检测槽、4-摩擦条、5-衬板、6-检测盘驱动电机、7-摩擦盘驱动电机、8-安装板、9-检测单元、10-入球管、11-出球通道、12-分流盘、13-双孔漏斗、14-分流电机、15-传动机构、16-升降电机、17-升降台、18-入球通道、19-储球仓、20-底座。

具体实施方式

实施例1：

一种球体表面展开装置，如图1-2所示，包括检测盘1、检测槽3、摩擦盘2、摩擦条4、衬板5、检测盘驱动电机6、摩擦盘驱动电机7、传动机构15、安装板8、底座20。

所述的检测盘1是一个齿形的圆盘，可以采用低磨耗的自润滑材料。检测槽3是均布于检测盘1外圆柱上的方形槽，其内壁相对45#钢摩擦系数小于0.25。优选地，检测盘采用相对45#钢摩擦系数小于0.25的材料，然后沿外圆周加工检测槽。所述的检测槽长、宽、深比待检测球体直径大0.5mm-2mm，待检测球体放置在检测槽3中能自由转动。检测盘1中心有安装孔，其通过传动轴与安装于检测盘1上方的检测盘驱动电机6同轴相连。所述的检测盘驱动电机6可以采用步进电机或者伺服电机。

所述的摩擦盘2是一个上表面粗糙的圆盘，可以采用低磨耗、相对45#钢摩擦系数大于0.4的防滑材料制作，优选地，摩擦盘2可以采用双层复合圆盘，上层为粗糙防滑的摩擦面，下层为支撑盘。所述的摩擦盘2位于检测盘1下方，摩擦盘2与检测盘1同轴线，相互平行，但是并不接触，两者之间的间隙小于待检测球体直径；所述的摩擦盘2直径与检测盘1外圆直径相同。所述的摩擦盘2通过传动机构15与摩擦盘驱动电机7相连，使得摩擦盘能够相对检测盘独立转动。所述的传动机构15可以采用同步带和同步轮，通过传动轴垂直连接摩擦盘2中心，传动轴位于摩擦盘2下方。所述的摩擦盘驱动电机7可以采用步进电机或者伺服电机。

所述的摩擦条4和衬板5构成侧边摩擦传动机构。所述的衬板5平行于检测盘1，其中心有一个比检测盘1大且与检测盘1同轴线的圆形通孔，使得检测盘1能够刚好嵌入到通孔中自由转动；衬板5的厚度大于等于检测盘1的厚度，衬板5的上表面与检测盘1上表面齐平。所述的摩擦条4为圆弧形，紧贴衬板5的中心通孔的内壁安装，摩擦条4的高度等于衬板厚度。摩擦条4内侧与检测盘1外侧之间的间隙宽度小于待检测球体直径；摩擦条4可以

采用低磨耗、相对45#钢摩擦系数大于0.4的防滑材料制作。

所述的检测盘1、摩擦盘2、衬板5、检测盘驱动电机6、摩擦盘驱动电机7和传动机构15通过固定支架安装在安装板8上。所述的安装板8倾斜地安装在底座20上，与水平面之间形成锐角，优选地，该锐角可以是15-50度。

在检测过程中，球体底部与摩擦盘2接触，侧面与侧边摩擦传动机构接触。检测盘1在检测过程中不停地匀速向一个方向转动，摩擦盘2在检测过程中不停地改变速度，并沿与检测盘1相同的方向转动。通过调整检测盘1与摩擦盘2之间的转速差，改变球体滚动方向，从而实现球体表面的完全展开。

实施例2：

本发明还实现了一种球体表面缺陷检测装置，如图1-3所示，包括入球机构、球体表面展开装置、检测单元9以及出球机构，所述的入球机构包括储球仓19、入球通道18、升降台17、升降电机16、入球管10；出球机构包括出球通道11、分流盘12、分流电机14、双孔漏斗13。

所述的储球仓19为倾斜放置的方形容器，其最低处的出球孔与入球通道18的上端相接，入球通道18的下端与升降台17垂直连接，所述的入球通道18采用V形轨道，而所述的升降台17上表面采用与入球通道18相一致的V形。

升降台17在升降电机16的驱动下能够进行上下往复运动，最低点能与入球通道18下端平齐，最高点能与入球管10上端开口平齐；所述的升降电机16通过凸轮和连杆与升降台17相连；所述的入球管10紧贴升降台17，其内径比球体尺寸大，且管壁光滑。入球管10的下端与所述展开装置中检测盘1最上缘齐平。

在球体的检测过程中，当升降台17位于最低点时，球体从入球通道18滑入升降台17，然后升降台17提升球体至入球管10入口的高度，待检测球体滑落到入球管10中，由于入球管10的下端与检测盘1最上缘齐平，因而可以使得球体滑落到检测盘1最高位的检测槽3中。

球体在检测盘1的带动下将转动到检测单元9下方，使得球体表面呈现于检测区域。所述的检测单元9可以是图像传感器、涡流传感器、光学传感器等检测器件中的一种或多种，并且数量可能不止一个。检测过程中，由于展开装置倾斜放置，球体底部与展开装置中的摩擦盘2接触，侧面与展开装置中的摩擦条4接触。通过调整检测盘和摩擦盘的转速差，将球体表面完全展开。检测单元9获得待检测球体各个角度的检测数据，输出检测结果。

随着检测盘1的转动，球体受重力滑出检测槽3，落入出球通道11。所述的出球通道11位于展开装置中衬板5的侧方位。所述的出球通道11是贯穿于衬板5的凹槽，凹槽的开口朝向检测盘1的圆心，开口宽度大于检测槽3宽度，开口中心点与检测盘1圆心的连线和衬板5的中垂线所成的夹角范围为40至75度。

所述的分流盘12位于出球通道11下方。所述的分流电机14通过传动轴直接与分流盘12末端相连。所述的双孔漏斗13位于分流盘12下方。如图3、图4、图5所示，所述分流盘12包括左右2个扇形分流叶片，两片叶片沿轴线向相反的方向弯曲，每片叶片中各有一个比球体直径大的通孔。如图4所示，左叶片的通孔靠近分流盘12轴心。如图5所示，右叶片的通孔靠近分流盘12外边缘。所述的双孔漏斗13有两个漏斗孔，每个漏斗孔分别对应于分流盘12的一个通孔。待检测球体从出球通道11坠落，根据检测结果，分流电机14转动分流盘12，使得仅有一片叶片位于出球通道11和双孔漏斗13之前。仅有一个漏斗孔位于叶片的通孔下方，另一个漏斗孔被叶片遮挡。待检测球体落在叶片上，经过叶片的通孔流向双孔漏斗13，使得球体恰好穿过叶片进入下方的漏斗孔。漏斗13的末端连接有出球管。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种球体表面展开装置，包括检测盘、检测槽、摩擦盘、侧边摩擦传动机构、检测盘驱动电机、摩擦盘驱动电机、安装板，所述的检测盘是一个齿形的圆盘，所述的检测槽均布于检测盘的外圆柱上，所述的摩擦盘是一个圆盘，平行安装于所述的检测盘下方，且两者同轴线；所述的侧边摩擦传动机构包括一个具有贯穿圆孔的衬板和紧贴圆孔内壁的摩擦条，并且平行于检测盘安装；所述的检测盘嵌入在侧边摩擦传动机构中能够自由转动；所述的检测盘、摩擦盘、侧边摩擦传动机构、检测盘驱动电机、摩擦盘驱动电机安装在安装板上，所述的安装板倾斜放置。

2.根据权利要求1所述的球体表面展开装置，其特征是：所述的检测槽是方形槽，待检测球体放置在检测槽中能自由转动；检测过程中，球体底部与摩擦盘接触，侧面与侧边摩擦传动机构接触；检测槽内壁相对45#钢摩擦系数小于0.25。

3.根据权利要求1或2所述的球体表面展开装置，其特征是：所述的检测盘驱动电机和摩擦盘驱动电机采用步进电机或伺服电机。

4.根据权利要求1或2所述的球体表面展开装置，其特征是：所述的检测盘和摩擦盘之间存在间隙，间隙宽度小于待检测球体直径，检测盘和摩擦盘能够相互独立地自由转动。

5.根据权利要求1或2所述的球体表面展开装置，其特征是：所述的侧边摩擦传动机构包括衬板和摩擦条，所述的摩擦条沿检测盘外圆周安装于衬板中心通孔的内壁，摩擦条与检测盘最外侧之间的间隙宽度小于待检测球体直径。

6.根据权利要求5所述的球体表面展开装置，其特征是：所述的摩擦盘上表面采用低磨耗的防滑材料制作，所述的侧边摩擦传动机构中的摩擦条采用低磨耗的防滑材料制作。

7.根据权利要求1或2所述的球体表面展开装置，其特征是：通过调整检测盘与摩擦盘之间的转速差，改变球体滚动方向，实现球体表面的完全展开。

8.一种球体表面缺陷检测设备，包括权利要求1-7中任一项所述的展开装置、入球机构、检测单元、出球机构，所述的入球机构包括储球仓、入球通道、升降台、升降电机、入球管；所述的入球通道采用V形轨道，并与储球仓的出球孔相接；所述的升降台与入球通道垂直；所述的入球管位于升降台一侧，紧贴升降台；入球管的下端与展开装置中最高点的检测槽对齐；所述的出球机构包括出球通道、分流盘、分流电机、双孔漏斗；所述的出球通道位于侧边摩擦传动机构的侧方位，检测盘中的待检测球体能够转动到出球通道的入口；所述的分流盘位于出球通道下方；所述的双孔漏斗位于分流盘下方。

9.根据权利要求8所述的球体表面缺陷检测设备，其特征是：所述的升降台截面是与入球通道一致的V形截面，升降台在升降电机驱动下能够上下移动，最低点与入球通道平齐，最高点与入球管上端开口平齐。

10.根据权利要求8或9所述的球体表面缺陷检测设备，其特征是：所述的出球通道是贯穿于侧边摩擦传动机构的凹槽，位于侧边摩擦传动机构的侧方位，凹槽的开口朝向检测盘圆心，开口宽度大于检测槽宽度；所述分流盘包括2个扇形分流叶片，每片叶片中各有一个比球体直径大的通孔，其中一个通孔靠近分流盘的轴心，另一个通孔靠近分流盘外边缘；所述的双孔漏斗中每个孔各对应于分流盘一片叶片上的通孔；所述的漏斗孔末端各连接有一根出球管。