CN117066156A - 基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于产品检测领域中的基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，包括物料传送总成、机械视觉检测总成、并联机械手总成；工作时，待检轴承通过进料传送带输送至顶部CCD线阵相机下方，相机对轴承上端面进行检测和定位；轴承表面缺陷检测合格后，并联机器手精准移动至轴承位置，电磁吸盘对轴承进行吸取，重力感应器判定抓取后，将轴承置于周向检测CCD面阵相机和底部CCD线阵相机，完成对轴承下端面及周向检测，随后并联机械手将检测合格的轴承放至合格品传送带，检测不合格放至次品传送带。利用机械视觉和并联机械手极大的提高轴承表面缺陷的检测效率和精度，该项技术的研发对产品检测行业具有重要意义。

Description

基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于产品检测等技术设备，尤其涉及一种基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置。

背景技术

轴承是机械设备中的重要零件之一，能将物体在相对转动中的直接摩擦转化为轴承的滚动摩擦或滑动摩擦，降低摩擦系数，从而保证机器长期平稳运行。其中深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承，与同尺寸的其它类型轴承相比，该类轴承具有摩擦系数小、极限转速高、结构简单、制造成本低、精度高、无需经常维护等优势，且其尺寸范围大、形式多，是应用最广的一类轴承，在制造、交通、航空航天等众多工业领域都能看到它的应用，因此也是轴承表面缺陷检测的重点。

在轴承的生产过程中，几乎每一个环节都能使轴承表面产生划痕、锈蚀、裂纹等表面缺陷，这些缺陷会严重降低轴承的抗腐蚀性、耐磨性和抗疲劳强度等性能，如果表面存在缺陷，将会导致机械设备产生振动和噪声，加快轴承的氧化与磨损，引起机器的损坏，严重时甚至会引起重大的安全事故。因此，轴承表面的缺陷检测成为各轴承生产企业在加工轴承过程中严格把控的重要环节。传统的检测方式如人工目测、磁粉探伤、涡流检测、超声波检测，在轴承工业现场中被广泛应用，但是其缺点制约着产品质量的提高，并且在检测过程中，往往需要人来进行结果判定，并且对检测的条件也有一定限制。而近几年机器视觉检测技术被应用在无损检测行业中，其非接触、无须人工判定结果的特点很好地弥补了传统检测方式的缺陷，在检测速度和精度上也较其他４种方式高，符合当前工业自动化的发展要求。

目前市面上的轴承表面缺陷检测装置都尚未有效的将机械视觉和并联机械手结合使用，轴承检测的效率和精度始终达不到较高的水平，因此，需要借助一种基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，满足柔性制造的标准，实现精准检测、快速分拣的目标，有效提高轴承表面的检测精度和效率，降低误判的概率。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决传统的人工检测轴承方法效率和准确率低下，且长时间检测对工人身体有一定损伤的问题，设计一种基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置。工作时，将待检轴承放置到送料传送带上，待检轴承通过送料传送带到达顶部面阵CCD相机正下方，顶部面阵CCD相机对轴承进行检测并定位，再由送料传送带将其送至待吸取位置。3个伺服电机带动各自摇杆旋转指定角度，使得电磁吸盘移至轴承正上方，电磁吸盘通电吸取轴承，重力传感器感应轴承抓取。当上端面检测不合格，伺服电机带动摇杆旋转，将轴承移动至次品传送带端口，将轴承放下，由次品传送带输送离开。当检测合格，伺服电机带动摇杆旋转，移至周向与下端面检测处停留，旋转置物台与周向线阵CCD相机旋转，对轴承的下端面和周向进行检测，若下端面和周向检测不合格，伺服电机带动摇杆旋转，将轴承移动至次品传送带端口，将轴承放下，由次品传送带输送离开；若检测合格，伺服电机带动摇杆旋转，将轴承移动至合格品传送带端口，将轴承放下，由合格品传送带输送离开，反复以往，实现对轴承表面缺陷的高精度检测和快速分拣。

根据检测轴承的类型、尺寸，通过人工更换对应待检轴承类型大小的电磁吸盘，完成对不同批次的轴承表面缺陷检测。

本发明的技术方案是：基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：该装置分为机械视觉检测总成、并联机械手总成、物料传送总成；所述机械视觉检测总成包括顶部条形光源、顶部面阵CCD相机、相机玻璃外壳、底板、旋转置物台、立柱、透光顶板、底部点光源、底部面阵CCD相机、周向线阵CCD相机；相机玻璃外壳和顶部条形光源、顶部面阵CCD相机之间通过螺栓相连，再安装在进料传送带两侧的滑槽，通过相机采集图像，完成轴承上端面缺陷检测和定位；透光顶板、底板与立柱之间通过螺栓固定，四根立柱共同支撑透光顶板、底板；置物台通过齿轮与其中心轴连接，底部点光源、底部面阵CCD相机固定在置物台的旋转轴中心，检测过程中不旋转；三个周向线阵CCD相机周向均匀安装在旋转置物台三角开口处；旋转置物台安装在底板上，由旋转置物台带动周向线阵CCD相机周向旋转，通过相机快速采集图像，完成轴承周向与下端面缺陷检测；

所述并联机械手总成包括机械手顶板、摇杆、伺服电机、长杆、球帽杆、吸盘连接件、电磁吸盘；电磁吸盘与吸盘连接件之间通过螺纹连接；长杆与吸盘连接件、摇杆之间都通过球帽杆连接，球帽杆在小范围内旋转，有效减弱伺服电机快速启动时的刚性冲击；摇杆与伺服电机通过花键连接，摇杆能在90°范围内旋转；伺服电机与机械手顶板通过螺栓固定；机械手顶板与透光顶板通过螺栓连接；3个伺服电机旋转指定角度，实现并联机械手总成在六自由度自由移动。

所述物料传送总成包括进料传送带、合格品传送带、次品传送带；进料传送带、合格品传送带、次品传送带实现轴承检测前后的输送，进料传送带分别与合格品传送带、次品传送带相互垂直放置，进料传送带、合格品传送带、次品传送带支撑钢架与底板紧贴；

所述的透光顶板保证光线强度，底部点光源、顶部条形光源根据所处工作环境自适应调整光源亮度和范围，保证打光范围能完全覆盖轴承整体，保证检测光源强度符合检测要求。

所述重力传感器能判定轴承抓取是否成功，并能立即将信号传输到控制器，若抓取成功，继续检测流程；若抓取失败，立刻停止进料传送带，人工排查机械故障，有效避免检测装置机械故障或人为失误而带来的经济损失。

当轴承经过顶部面阵CCD相机、底部面阵CCD相机、周向线阵CCD相机时，顶部面阵CCD相机、底部面阵CCD相机、周向线阵CCD相机分析并判定轴承位置和表面缺陷情况，再由图像处理中心将图像信号处理转换为电信号，带动3个伺服电机旋转各自的指定角度，从而达到指定位置，精准吸取、放下轴承。

本发明与现有技术比较，其具有以下有益效果：（1）既有效克服传统人工检测的不足，又有效避免长时间检测对工人身体有损伤的问题；（2）该装置具有高光谱、高灵敏度、高可靠性；（3）适配性高，通过更换不同型号的电磁吸盘，能完成对不同类型、不同尺寸的轴承进行检测；（4）满足柔性制造要求，实现轴承高效检测与快速分拣一体化，提高轴承合格品产出率。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的旋转置物台的轴测图；

图3为本发明的并联机械手的轴测图；

图4是本发明的操作流程图；

图5是本发明的机械视觉闭环控制的组成框图；

附图中零件名称：1-进料传送带、2-顶部线性光源、3-顶部面阵CCD相机、4-相机玻璃外壳、5-底板、6-旋转置物台、7-合格品传送带、8-立柱、9-透光顶板、10-次品传送带、11-底部线性光源、12-底部面阵CCD相机、13-周向线阵CCD相机、14-电磁吸盘、15-吸盘连接件、16-球帽杆、17-重力传感器、18-长杆、19-摇杆、20-伺服电机、21-机械手顶板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见附图1、附图2和附图3，本发明的技术方案是：基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：该装置分为机械视觉检测总成、并联机械手总成、物料传送总成；

所述机械视觉检测总成分为上端面检测单元和下端面及周向检测单元，上端面检测部分包括顶部条形光源2、顶部面阵CCD相机3、相机玻璃外壳4，下端面及周向检测部分包括底板5、旋转置物台6、立柱8、透光顶板9、底部点光源11、底部面阵CCD相机12、周向线阵CCD相机13；相机玻璃外壳4和顶部条形光源2、顶部面阵CCD相机3之间通过螺栓相连，相机玻璃外壳4通过其底部的滑轮安装在进料传送带1两侧的滑槽，通过相机采集图像，完成轴承上端面缺陷检测和定位；底部点光源11、底部面阵CCD相机12、安装在置物台旋转轴中心，三个周向线阵CCD相机13周向均匀安装在旋转置物台6三角开口处；旋转置物台6安装在底板上，旋转置物台6下侧电机旋转带动周向线阵CCD相机13周向旋转，通过相机快速采集图像并完成图像处理，完成轴承周向与下端面缺陷检测；

并联机械手总成包括电磁吸盘14，吸盘连接件15，球帽杆16，长杆18，摇杆19，伺服电机20，机械手顶板21；电磁吸盘14与吸盘连接件15之间通过螺纹连接；长杆18与吸盘连接件15、摇杆19之间都通过球帽杆16连接，球帽杆16在小范围内旋转，有效减弱伺服电机20快速启动时的刚性冲击；摇杆19与伺服电机20通过花键连接，摇杆19能在90°范围内旋转；伺服电机20与机械手顶板21通过螺栓固定；机械手顶板21与透光顶板9通过螺栓连接；3个伺服电机旋转指定角度，实现并联机械手总成六自由度移动；工作中，并联机械手根据预设程序完成运动；

所述物料传送总成包括进料传送带1、合格品传送带7、次品传送带10；所述物料传送部分，实现轴承表面缺陷检测前后的输送，进料传送带1分别与合格品传送带7、次品传送带10相互垂直放置，进料传送带1、合格品传送带7、次品传送带10支撑钢架与底板5紧贴，进料传送带1、合格品传送带7、次品传送带10通过滑轮自锁装置固定位置；

工作时，将待检轴承放在送料传送带上，待检轴承通过送料传送带1，输送至相机玻璃外壳4正下方，顶部线性光源2发光，根据轴承尺寸和类型调整光源强度，顶部面阵CCD相机3对轴承进行检测并定位。送料传送带1将其送至待吸取位置，同时，伺服电机20带动机械手臂的摇杆19旋转，再由摇杆19通过球帽杆16带动长杆18移动至待吸取位置，电磁吸盘14通电吸取轴承。重力传感器17判定轴承的抓取，抓取未成功则立即停止进料传送带1；抓取成功则继续检测流程。当上端面检测不合格，伺服电机20带动机械手臂的摇杆19旋转，摇杆19通过球帽杆16带动长杆18将轴承移动至次品传送带10端口3-5cm高处，电磁吸盘14断电，将轴承放下，由次品传送带10输送离开。当检测合格，伺服电机20带动机械手臂的摇杆19旋转，再由摇杆19通过球帽杆16带动长杆18将轴承移至周向与下端面检测处停留3-5s，底部线性光源11随即发光，旋转置物台6与周向线阵CCD相机13高速旋转三周，对轴承的下端面和周向进行检测，若下端面和周向检测不合格，伺服电机20带动机械手臂的摇杆19旋转，摇杆19再通过球帽杆16带动长杆18将轴承移动至次品传送带10端口3-5cm高处，电磁吸盘14断电，将轴承放下，由次品传送带10输送离开；若检测合格，伺服电机20带动机械手臂的摇杆19旋转，摇杆19通过球帽杆16带动长杆18将轴承移动至合格品传送带端口3-5cm高处，电磁吸盘19断电，将轴承放下，由合格品传送带7输送离开。如此往复完成对所有待检轴承的检测与分拣。

最后应说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：该装置分为机械视觉检测总成、并联机械手总成、物料传送总成；

所述机械视觉检测总成包括顶部条形光源（2）、顶部面阵CCD相机（3）、相机玻璃外壳（4）、底板（5）、旋转置物台（6）、立柱（8）、透光顶板（9）、底部点光源（11）、底部面阵CCD相机（12）、周向线阵CCD相机（13）；相机玻璃外壳（4）和顶部条形光源（2）、顶部面阵CCD相机（3）之间通过螺栓相连，再安装在进料传送带（1）两侧的滑槽，通过顶部CCD相机（3）采集图像，完成轴承上端面缺陷检测和定位；底部点光源（11）、底部面阵CCD相机（12）、安装在置物台旋转轴中心，三个周向线阵CCD相机（13）周向均匀安装在旋转置物台（6）三角开口处；旋转置物台（6）安装在底板上，工作时旋转置物台（6）带动周向线阵CCD相机（13）周向旋转，周向线阵CCD相机（13）快速采集图像，完成轴承周向与下端面缺陷检测；

并联机械手总成包括机械手顶板（21），伺服电机（20），摇杆（19），长杆（18），重力传感器（17），球帽杆（16），吸盘连接件（15）、电磁吸盘（14）；透光顶板（9）、机械手顶板（21）、伺服电机（20）依次通过螺栓相连；摇杆（19）与伺服电机（20）通过花键连接，使得伺服电机（19）能在一定角度内旋转；摇杆（19）、吸盘连接件（15）通过上下两侧球帽杆（16）与长杆（18）相连，球帽杆（16）能在小范围内自由转动；重力传感器（17）与吸盘连接件（15）通过螺栓固定，连接件（15）与电磁吸盘（14）通过螺纹连接，3个伺服电机（20）根据接收到的信号旋转不同角度，实现并联机械手总成的六自由度移动；

所述物料传送总成包括进料传送带（1）、合格品传送带（7）、次品传送带（10）；所述物料传送部分，实现轴承表面缺陷检测前后的输送，进料传送带（1）分别与合格品传送带（7）、次品传送带（10）垂直放置，进料传送带（1）、合格品传送带（7）、次品传送带（10）支撑钢架与底板（5）紧贴，进料传送带（1）、合格品传送带（7）、次品传送带（10）通过各自滑轮自锁装置固定位置。

2.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：当轴承经过顶部面阵CCD相机（3）、底部面阵CCD相机（12）、周向线阵CCD相机（13）时，顶部面阵CCD相机（3）、底部面阵CCD相机（12）、周向线阵CCD相机（13）判定轴承位置和表面缺陷情况并生产图像信号，再由图像处理中心处理转换为电信号，驱动伺服电机（20）旋转至指定角度，实现电磁吸盘（4）精准吸取与放下轴承。

3.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：透光顶板（9）四周开有透光圆孔，底部点光源（11）、顶部条形光源（2）根据所处工作环境自适应调整光源强度和范围，打光范围能够完全覆盖轴承，始终保证光源满足检测要求。

4.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：电磁吸盘（14）与吸盘连接件（15）通过螺纹连接，根据不同批次的待检轴承的类型、尺寸更换不同型号大小的电磁吸盘（14），完成不同类型、尺寸的轴承表面缺陷检测。

5.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，其特征在于：轴承到顶部条形光源（2）、顶部面阵CCD相机（3）正下方时停留，顶部面阵CCD相机（3）对轴承上端面进行检测，并对其位置精准定位。

6.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，检测轴承尺寸和类型的不同，检测时间长短有差异，顶部条形光源（2）强度自适应调整，顶部条形光源（2）、顶部面阵CCD相机（3）、相机玻璃外壳（4）在滑轨上的位置可通过人工进行调整，满足不同尺寸和类型的轴承表面缺陷检测，确保检测流程流畅。

7.根据权利要求1所述基于机械视觉的轴承表面缺陷检测装置，重力传感器（17）在抓取轴承时能感应重量变化，若成功抓取轴承，重力传感器（17）数据发生明显变化，继续进行后续检测流程，若因机械故障未能成功抓取轴承，重力传感器（17）数据未发生明显变化，进料传送带（1）立即停止运动，人工排查故障后，重新开始检测流程。