專利名稱：一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量和測試領域，特別涉及一種基于比較測量法的滾動軸承外圈的多參數(shù)自動測量系統(tǒng)。
背景技術：
滾動軸承作為傳遞運動和承受載荷的基礎部件，其各個組成零件的加工和檢測精度直接影響滾動軸承的性能、壽命和可靠性。軸承外圈作為滾動軸承重要的組成零件，在經(jīng)過車加工或磨加工之后，需要對外徑、內(nèi)徑和溝槽直徑等參數(shù)進行高精度的檢測。目前，我國大多數(shù)的軸承生產(chǎn)廠家由于自動化檢測 水平不高，特別是在軸承外圈的檢測方面，基本上采用半自動化與手工相結合的檢測方式，軸承外圈的多參數(shù)檢測是在不同的測試平臺上采用專門的機械式、電子式、氣動式或光學式測量設備來進行檢測的，這種檢測方式需要大量的人力參與，普遍存在勞動強度大和易引入人為誤差等缺點，難以滿足大批量零件的高精度檢測，在這樣的技術背景下，本發(fā)明的提出就具有一定的理論和工程應用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為軸承外圈的在線檢測和全數(shù)檢測提供一種多參數(shù)的高精度測量系統(tǒng)。解決了采用人工檢測存在的勞動強度大和易引入人為誤差等問題，并通過采用視覺比較測量和數(shù)字千分表比較測量，解決了以往軸承外圈的多參數(shù)檢測需要分別采用專門的測量儀器來進行測量的瓶頸問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)包括上料機構、鏈式輸送機構、軸向參數(shù)測量裝置、徑向參數(shù)測量裝置、分選機構、PLC控制模塊、上位機控制模塊和人機交互模塊，其特征在于在底板的中部安裝有將軸承外圈輸送至軸向和徑向測量工位的的鏈式輸送機構，用于將軸承外圈逐個推送至鏈式輸送機構入口處的上料機構位于鏈式輸送機構入口處的一側，用于將軸承外圈按照合格品、返修品和報廢品進行分選歸類的分選機構位于鏈式輸送機構出口處的兩側，以標準的高精度軸承外圈作為基準件，以相機作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈外徑及變動量，內(nèi)徑及變動量的軸向參數(shù)測量裝置和以標準的高精度軸承外圈作為基準件，以數(shù)字千分表作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈溝槽直徑及變動量的徑向參數(shù)測量裝置均位于鏈式輸送機構的一側，其中上料機構出口的中線和鏈式輸送機構入口的中線在同一條直線上，鏈式輸送機構出口的中線和分選機構入口的中線在同一條直線上，軸向和徑向參數(shù)測量裝置均通過信號線和上位機控制模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡連接，用于采集位置傳感器輸入信號，并對伺服電機、電動旋轉臺、氣缸和氣爪的運動進行控制的PLC控制模塊通過串口和上位機控制模塊連接，所述的用于用戶輸入指令、標定參數(shù)以及預設公差，同時實時顯示捕獲圖像和測量結果，并通過應用軟件進行數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計分析的人機交互模塊分別和PLC控制模塊以及上位機控制系統(tǒng)連接。
所述的上料機構包括輸送帶、往復滑動氣缸、Y形上料裝置、推送氣缸、鏈傳動動力滾筒、上料交流電機、變頻器、推送V形塊、料道和接近開關，其中用于將軸承外圈進行整齊排列的往復滑動氣缸安裝在Y形上料裝置兩側對稱分布的斜邊上，對軸承外圈進行逐個推送的推送V形塊在靠近Y形上料裝置的一側裝有能夠阻擋軸承外圈沿輸送帶移動的擋板，并通過螺紋聯(lián)接安裝在推送氣缸的活塞上。所述的鏈式輸送機構包括輸送鏈、擋板、夾緊定位氣缸、活動V形塊、隔離板、光電傳感器、輸送伺服電機和支撐板，其中夾緊定位氣缸安裝在活動V形塊一側的后方，其活塞通過和活動V形塊聯(lián)接可以帶動V形塊夾緊位于測量工位的軸承外圈，用于支撐軸承外圈的支撐板通過支架安裝在底板上，且支撐板相對于底板的高度比輸送鏈上的隔離板相對于底板的高度低。所述的軸向參數(shù)測量裝置包括照明光源、鏡頭、相機、精密電動旋轉臺和三維工作臺，其中相機通過螺紋聯(lián)接安裝精密電動旋轉臺的臺面上，精密電動旋轉臺安裝在三維工 作臺上。所述的徑向參數(shù)測量裝置包括Z方向移動單元、測量頭、測量頭滑軌、測量頭旋轉臺和數(shù)字千分表，其中測量頭和數(shù)字千分表的量桿連接，測量頭上端固定有用于測量溝槽直徑的金屬半球，且測量頭的測量方向和活動V形塊的運動方向相同，測量頭滑軌安裝在測量頭旋轉臺臺面的圓心處，數(shù)字千分表安裝在Z方向移動單元上。所述的分選機構包括Y方向移動單元、分選氣爪、報廢品推送氣缸、報廢品滑槽、報廢品裝料槽、合格品推送氣缸、合格品滑槽、合格品裝料槽、返修品推送氣缸、返修品滑槽和返修品裝料槽，其中報廢品推送氣缸的推送行程和報廢品滑槽的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪中抓取的軸承外圈推送到報廢品滑槽的正上方，報廢品裝料槽通過支架傾斜的安裝在底板上，且位于報廢品滑槽的正下方；合格品推送氣缸的推送行程和返修品推送氣缸的推送行程相等，合格品裝料槽通過支架傾斜的安裝在底板上，且位于合格品滑槽的正下方；返修品推送氣缸的推送行程和返修品滑槽的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪中抓取的軸承外圈推送到返修品滑槽的正上方，返修品裝料槽通過支架傾斜的安裝在底板上，且位于返修品滑槽的正下方。本發(fā)明的工作流程主要分為上料、輸送、測量、分選和人機交互五個過程。各個過程的工作原理如下。上料原理用戶按下啟動按鈕之后，上料交流電機通過帶動輸送帶轉動來輸送待測的軸承外圈，并通過往復滑動氣缸和Y字型上料裝置來保證零件逐個有序的到達推送V形塊的前方，當輸送鏈上有空位存在，且處于停止狀態(tài)時，由推送氣缸帶動推送V形塊運動，將軸承外圈推送至輸送鏈入口處。送料原理輸送鏈通過光電傳感器來判斷所處的位置，并通過輸送伺服電機帶動輸送鏈上的附板進行循環(huán)的轉動來使得軸承外圈逐一到達指定參數(shù)的檢測位置，之后再通過夾緊定位氣缸帶動活動V形塊來夾緊定位軸承外圈。定位結束之后，PLC通過串口向PC機發(fā)送定位結束信號。測量原理在測量之前，軸向參數(shù)測量裝置首先通過三維工作臺來進行位置標定，并通過高精度的標準量塊來進行相機像素的標定。當PC機接收到定位結束信號之后，軸向參數(shù)測量裝置中的光學成像系統(tǒng)捕獲軸承外圈軸向的局部二維幾何特征圖像，PC機通過數(shù)據(jù)采集卡來采集圖像數(shù)據(jù)，之后對采集到的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預處理和特征提取等算術運算，包括圖像濾波、圖像增強、邊緣提取、細化和特征提取等，再根據(jù)標定和修正后得到的參照標準，便可直接測量出該處軸承外圈外徑和內(nèi)徑的大小，其中軸向參數(shù)測量裝置的測量原理如下軸向參數(shù)測量裝置采用最小二乘圓法來測量軸承外圈外徑及變動量、內(nèi)徑及變動量，圓的一般方程如公式⑴所示，對于圓曲線的擬合，測量點的坐標(Xyyi)與公式⑴會存在一定的殘差^，其計算公式如公式(2)所示。x2+y2+Ax+By+C = 0(I)ej = x^+y^+Axj+Byi+C (2)為了使殘差最小，按照最小二乘法逼近的原則，先求誤差的平方和，再令誤差的平方和最小來求解出參數(shù)A、B、C，最后再計算出圓心(X(l，y0)和直徑D的大小，其計算公式如 _ 9] x0 = -jy0 = -jD = 2」x02 +y02 -C(3)為了測量軸承外圈外徑和內(nèi)徑的變動量，在對軸承外圈進行特定位置的比較測量之后，再通過精密電動旋轉臺帶動光學成像系統(tǒng)轉動來實現(xiàn)軸承外圈軸向的全局測量，從而得到軸承外圈外徑和內(nèi)徑的變動量，徑向參數(shù)測量裝置采用數(shù)字千分表比較測量法來測量溝槽直徑的大小，首先計算以軸承外圈外徑為定位基準，并采用V形塊定位時軸承外圈的定位誤差，再根據(jù)標準的軸承外圈來獲取合格品軸承外圈的容許變動范圍，在測量過程中，通過測量頭上端半徑和溝槽曲率半徑相等的金屬半球來測量溝槽直徑的大小，當開始測量時，測量頭首先通過Z方向移動單元下降至軸承外圈的內(nèi)孔當中，并通過測量頭滑軌帶動測量頭沿軸承外圈徑向運動，當金屬半球和溝槽相接觸之后，再通過測量頭旋轉臺帶動位于臺面中心的測量頭滑軌勻速轉動來進行溝槽直徑及變動量的測量。分選原理PLC根據(jù)檢測結果，最終通過合格品、返修品和報廢品分選氣缸分別將分選氣爪中抓取的軸承外圈推送到各自對應的滑槽中，軸承外圈最終沿滑槽滑落至正下方的裝料槽中，當裝料槽裝滿零件時，再通過聲光報警的形式進行報警。人機交互原理用戶通過按鈕來輸入啟動、停止和急停等指令,并通過人機交互界面顯示器來輸入標定后光學成像系統(tǒng)的光學參數(shù)、位置參數(shù)、像素標定參數(shù)以及零件預設的尺寸、形狀和位置公差，同時通過人機交互界面顯示器來輸出光學成像系統(tǒng)的測量圖像和測量區(qū)域。尺寸報表顯示器通過控制圖來顯示數(shù)據(jù)庫中存儲的尺寸、形狀和位置參數(shù)的測量結果，并同時顯示相對應的工序能力指數(shù)和機器能力指數(shù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點I)視覺比較測量和數(shù)字千分表比較測量相結合與全局視覺測量方法相比，采用視覺比較測量，在采用同等分辨率相機的前提下，系統(tǒng)硬件的測量精度可以得到成倍的提升，同時，采用比較測量的方法還能實現(xiàn)大尺寸零件的高精度測量。與此同時，通過和數(shù)字千分表比較測量相結合，解決了以往軸承外圈的多參數(shù)檢測需要分別采用專門的測量儀器來進行測量的瓶頸問題。
2)多參數(shù)自動測量該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了軸承外圈的上料、輸送和分選的全自動化，而且可以實現(xiàn)對軸承外圈外徑及變動量、內(nèi)徑及變動量、溝槽直徑及變動量的自動測量，可以直接串聯(lián)到生產(chǎn)線中進行軸承外圈的在線檢測和全數(shù)檢測，解決了采用人工檢測時存在的勞動強度大和易引入人為誤差等問題。3)對測量結果進行統(tǒng)計質量分析由于采用了工序能力指數(shù)、機器能力指數(shù)以及控制圖等方法對軸承內(nèi)套圈的測量 結果進行質量統(tǒng)計，可以實時地監(jiān)視工序質量的波動情況，判斷工序是否穩(wěn)定。


圖I是本發(fā)明總體結構的主視圖；圖2是本發(fā)明總體結構的俯視圖；圖3是本發(fā)明軸向參數(shù)測量裝置的主視圖和俯視圖；圖4是本發(fā)明徑向參數(shù)測量裝置的主視圖和俯視圖；圖5是本發(fā)明分選機構的俯視圖；圖6是本發(fā)明的產(chǎn)品工作原理不意圖；圖7是本發(fā)明的產(chǎn)品工作程序流程圖；圖中1、輸送帶；2、往復滑動氣缸；3、Y形上料裝置；4、推送氣缸；5、鏈傳動動力滾筒；6、上料交流電機；7、推送V形塊；8、軸承外圈；9、入料道；10、數(shù)字量輸入模塊；11、中央處理器(CPU) ; 12、數(shù)字量輸出模塊；13、PC機；14、輸送鏈；15、擋板；16、夾緊定位氣缸；
17、活動V形塊；18、隔離板；19、鏡頭；20、相機；21、精密電動旋轉臺；22、三維工作臺；23、Z方向移動單元；24、測量頭；25、測量頭滑軌；26、測量頭旋轉臺；27、數(shù)字千分表；28、Y方向移動單元；29、分選氣爪；30、光電傳感器；31、報廢品滑槽；32、報廢品裝料槽；33、輸送伺服電機；34、支撐板；35、合格品滑槽；36、合格品裝料槽；37、返修品滑槽；38、返修品裝料槽；39、底板；40、報廢品推送氣缸；41、合格品推送氣缸；42、返修品推送氣缸。
具體實施例方式本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。本發(fā)明的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的主視圖和俯視圖如圖I和圖2所示，該系統(tǒng)包括上料機構、鏈式輸送機構、軸向參數(shù)測量裝置、徑向參數(shù)測量裝置、分選機構、PLC控制模塊、上位機控制模塊和人機交互模塊，其特征在于在底板
(39)的中部安裝有將軸承外圈(8)輸送至軸向和徑向測量工位的的鏈式輸送機構，用于將軸承外圈逐個推送至鏈式輸送機構入口處的上料機構位于鏈式輸送機構入口處的一側，用于將軸承外圈按照合格品、返修品和報廢品進行分選歸類的分選機構位于鏈式輸送機構出口處的兩側，以標準的高精度軸承外圈作為基準件，以相機作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈外徑及變動量，內(nèi)徑及變動量的軸向參數(shù)測量裝置和以標準的高精度軸承外圈作為基準件，以數(shù)字千分表作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈溝槽直徑及變動量的徑向參數(shù)測量裝置均位于鏈式輸送機構的一側，其中上料機構出口的中線和鏈式輸送機構入口的中線在同一條直線上，鏈式輸送機構出口的中線和分選機構入口的中線在同一條直線上，軸向和徑向參數(shù)測量裝置均通過信號線和上位機控制模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡連接，用于采集位置傳感器輸入信號，并對伺服電機、電動旋轉臺、氣缸和氣爪的運動進行控制的PLC控制模塊通過串口和上位機控制模塊連接，所述的用于用戶輸入指令、標定參數(shù)以及預設公差，同時實時顯示捕獲圖像和測量結果，并通過應用軟件進行數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計分析的人機交互模塊分別和PLC控制模塊以及上位機控制系統(tǒng)連接。所述的上料機構包括輸送帶(I)、往復滑動氣缸(2)、Y形上料裝置(3)、推送氣缸
(4)、鏈傳動動力滾筒(5)、上料交流電機(6)、變頻器、推送V形塊(7)、料道(9)和接近開關，其中用于將軸承外圈(8)進行整齊排列的往復滑動氣缸(5)安裝在Y形上料裝置(3)兩側對稱分布的斜邊上，對軸承外圈(8)進行逐個推送的推送V形塊(7)在靠近Y形上料裝置(3)的一側裝有能夠阻擋軸承外圈(8)沿輸送帶(I)移動的擋板，并通過螺紋聯(lián)接安裝在推送氣缸(4)的活塞上。所述的鏈式輸送機構包括輸送鏈(14)、擋板(15)、夾緊定位氣缸(16)、活動V形塊
(17)、隔離板(18)、光電傳感器(30)、輸送伺服電機(33)和支撐板(34)，其中夾緊定位氣缸(16)安裝在活動V形塊(17) —側的后方，其活塞通過和活動V形塊聯(lián)接可以帶動V形塊夾緊位于測量工位的軸承外圈(8)，用于支撐軸承外圈的支撐板(34)通過支架安裝在底板(39)上，且支撐板(34)相對于底板(39)的高度比輸送鏈上的隔離板(18)相對于底板
(39)的高度低。所述的軸向參數(shù)測量裝置包括照明光源、鏡頭(19)、相機(20)、精密電動旋轉臺
(21)和三維工作臺(22)，其中相機(20)通過螺紋聯(lián)接安裝精密電動旋轉臺(21)的臺面上，精密電動旋轉臺(21)安裝在三維工作臺(22)上。所述的徑向參數(shù)測量裝置包括Z方向移動單元(23)、測量頭(24)、測量頭滑軌(25)、測量頭旋轉臺(26)和數(shù)字千分表(27)，其中測量頭(24)和數(shù)字千分表(27)的量桿連接，測量頭上端固定有用于測量溝槽直徑的金屬半球，且測量頭的測量方向和活動V形塊的運動方向相同，測量頭滑軌(25)安裝在測量頭旋轉臺(26)臺面的圓心處，數(shù)字千分表(27)安裝在Z方向移動單元(23)上。所述的分選機構包括Y方向移動單兀(28)、分選氣爪(29)、報廢品推送氣缸(40)、報廢品滑槽(31)、報廢品裝料槽(32)、合格品推送氣缸(41)、合格品滑槽(35)、合格品裝料槽(36)、返修品推送氣缸(42)、返修品滑槽(37)和返修品裝料槽(38)，其中報廢品推送氣缸(40)的推送行程和報廢品滑槽(31)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到報廢品滑槽(31)的正上方，報廢品裝料槽(32)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于報廢品滑槽(31)的正下方；合格品推送氣缸(41)的推送行程和返修品推送氣缸的推送行程相等，合格品裝料槽(36)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于合格品滑槽(35)的正下方；返修品推送氣缸(42)的推送行程和返修品滑槽(37)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到返修品滑槽(37)的正上方，返修品裝料槽
(38)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于返修品滑槽(37)的正下方。本發(fā)明的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的軸向參數(shù)測量裝置的主視圖和俯視圖如圖3所示，軸向參數(shù)測量裝置包括照明光源、鏡頭(19)、相機
(20)、精密電動旋轉臺(21)和三維工作臺(22)，其中精密電動旋轉臺包括旋轉步進電機、、彈性聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿減速機構和旋轉臺面，旋轉臺面的中心開有通孔，且通孔的中心與旋轉中心重合；相機(20)通過螺紋聯(lián)接安裝旋轉臺面的螺紋孔中，精密電動旋轉臺(21)通過支架安裝在三維工作臺(22)上，當相機捕獲軸承外圈軸向某處的局部二維幾何特征圖像后，由精密電動旋轉臺帶動相機旋轉至下一測量工位,直至相機捕獲軸承外圈所有軸向的二維幾何特征圖像。本發(fā)明的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的徑向參數(shù)測量裝置的主視圖和俯視圖如圖4所示，徑向參數(shù)測量裝置包括Z方向移動單元(23)、測量頭(24)、測量頭滑軌(25)、測量頭旋轉臺(26)和數(shù)字千分表(27)，其中測量頭(24)的上端裝有和溝槽曲率半徑相等的金屬半球，當開始測量時，測量頭(24)首先通過Z方向移動單元(23)下降至軸承外圈的內(nèi)孔當中，并通過測量頭滑軌(25)帶動測量頭(24)沿軸承外圈徑向運動，當金屬半球和溝槽相接觸之后，再通過測量頭旋轉臺(26)帶動位于臺面中心的測量頭滑軌(25)勻速轉動來進行溝槽直徑及變動量的測量。本發(fā)明的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的分選機構 的俯視圖如圖5所示，分選機構包括Y方向移動單元(28)、分選氣爪(29)、報廢品推送氣缸(40)、報廢品滑槽(31)、報廢品裝料槽(32)、合格品推送氣缸(41)、合格品滑槽(35)、合格品裝料槽(36)、返修品推送氣缸(42)、返修品滑槽(37)和返修品裝料槽(38)，其中報廢品推送氣缸(40)的推送行程和報廢品滑槽(31)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離A相等，并且在分選前報廢品推送氣缸的活塞桿處于完全伸出狀態(tài)，當報廢品推送氣缸(40)的活塞桿回縮時，可將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到報廢品滑槽(31)的正上方；合格品推送氣缸(41)的推送行程為C，其通過安裝在缸體上的磁性開關來完成合格品軸承外圈(8)的分選，其中缸體上兩個磁性開關之間的距離和合格品滑槽(35)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離B相等，當合格品推送氣缸(41)活塞桿伸出距離B時，可將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到合格品滑槽(35)的正上方；返修品推送氣缸(42)的推送行程和返修品滑槽(37)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離C相等，并且在分選前返修品推送氣缸(42)的活塞桿處于回縮狀態(tài)，當返修品推送氣缸(42)的活塞桿完全伸出時，可將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到返修品滑槽(37)的正上方。本發(fā)明的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)的工作原理示意圖如圖6所示，系統(tǒng)包括軸向參數(shù)測量裝置、徑向參數(shù)測量裝置、位置傳感器、PLC控制模塊、動力系統(tǒng)、上位機控制模塊和人機交互模塊。所述的位置傳感器包括接近開關、光電傳感器和氣缸磁性開關，其中接近開關用于檢測軸承外圈是否到達指定的位置，光電傳感器用于檢測輸送鏈走過的步數(shù)，氣缸磁性開關用于檢測氣缸所處的位置。所述的動力系統(tǒng)包括電機系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)，電機系統(tǒng)包括驅動器、上料交流電機、輸送伺服電機和電動旋轉臺電機，氣動系統(tǒng)包括氣源、過濾器、減壓閥、電磁換向閥和氣缸。所述的人機交互模塊包括人機交互界面顯示器、尺寸報表顯示器、打印機、按鈕和警示燈。PLC控制模塊通過循環(huán)地檢測位置傳感器輸出的信號來進行軸承外圈所處位置的判斷，并通過和上位機控制模塊進行通信，通過控制動力系統(tǒng)的運動來保證軸承外圈有序的完成上料、輸送、測量和分選工作；上位機控制系統(tǒng)通過對軸向和徑向參數(shù)測量裝置輸出的數(shù)據(jù)進行采集，并進行數(shù)據(jù)的預處理和特征提取，最后再計算出軸承外圈外徑及變動量、內(nèi)徑及變動量和溝槽直徑及變動量。人機交互模塊用于用戶通過按鈕來輸入啟動、停止和急停等指令，并通過人機交互界面顯示器來輸入標定后光學成像系統(tǒng)的光學參數(shù)、位置參數(shù)、像素標定參數(shù)以及零件預設的合格公差，同時通過人機交互界面顯示器來輸出軸向測量相機的測量圖像和測量區(qū)域。尺寸報表顯示器通過控制圖來顯示數(shù)據(jù)庫中存儲的各個參數(shù)的測量結果，并同時顯示相對應的工序能力指數(shù)和機器能力指數(shù)。警示燈在裝料槽裝滿零件后，或者是在系統(tǒng)工作異常時通過聲光報警的形式通知用戶。本發(fā)明的工作程序流程圖如圖7所示，其步驟為S7. I程序初始化系統(tǒng)電源開啟之后，PLC的中央處理器和PC機的上位機軟件進行一系列的初始化工作，包括各個寄存器中狀態(tài)變量和數(shù)值的初始化、標定參數(shù)、誤差修正參數(shù)以及I/O 口的初始化工作。
S7. 2上料交流電機啟動，輸送帶開始上料程序初始化之后，PLC開始循環(huán)的檢測用戶是否有指令輸入，一旦檢測到用戶按下啟動按鈕之后，上料交流電機通過帶動輸送帶轉動來輸送待測的軸承外圈。S7.3推送V形塊推送軸承外圈至輸送鏈中輸送帶上的軸承外圈通過往復滑動氣缸來保證軸承外圈逐個有序的到達Y形上料裝置的出口處，當輸送鏈上有空位存在，并且輸送鏈停止轉動時，推送氣缸帶動推送V形塊將軸承外圈推送至輸送鏈中。S7. 4輸送伺服電機啟動,輸送鏈送料輸送鏈通過光電傳感器來判斷所處的位置，并通過輸送伺服電機帶動輸送鏈循環(huán)的轉動使軸承外圈逐一到達指定參數(shù)的檢測位置。S7.5活動V形塊夾緊軸承外圈軸承外圈到達指定參數(shù)的檢測位置之后，再通過夾緊氣缸帶動活動V形塊來夾緊定位軸承外圈，定位結束之后，PLC通過串口向PC機發(fā)送定位結束信號。S7. 6系統(tǒng)標定和誤差修正在測量之前，軸向參數(shù)測量裝置的光學成像系統(tǒng)首先通過三維工作臺來進行位置標定，并通過高精度的標準量塊來進行相機像素的標定，標定完成之后，記錄下光學成像系統(tǒng)照明光源的電流和電壓參數(shù)，并同時記錄鏡頭的參數(shù)，最后再對測量的誤差進行修正。S7. 7數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)當PC機接收到定位結束信號之后，軸向參數(shù)測量裝置的光學成像系統(tǒng)立即捕獲軸承外圈軸向的局部二維幾何特征圖像，數(shù)字千分表通過Z方向移動單元和測量頭滑軌的共同運動來采集軸承外圈溝槽直徑的大小，其中光學成像系統(tǒng)通過精密電動旋轉臺帶動光學成像系統(tǒng)旋轉來捕獲多幅二維幾何特征圖像，數(shù)字千分表通過測量頭旋轉臺帶動測量頭轉動來實現(xiàn)溝槽直徑變動量的測量，數(shù)據(jù)最終通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)絇C的存儲器中。S7.8數(shù)據(jù)的預處理和特征提取通過對采集到的數(shù)據(jù)執(zhí)行預處理和特征提取等各種算術運算，具體包括圖像數(shù)據(jù)平滑處理、灰度圖像二值化、邊緣檢測、Hough變換和亞像素細分，由于在測量之前已經(jīng)完成了對光學成像系統(tǒng)的像素標定和誤差修正，故根據(jù)標定和修正后得到的參照標準，便可直接測量出軸承外圈外徑及變動量、內(nèi)徑及變動量以及溝槽直徑及變動量，最后，PC機再根據(jù)預設的尺寸和容許的變動量將軸承外圈分成合格品、返修品和報廢品三類，并通過串口將測量結果發(fā)送給PLC。S7.9測量結果的顯示和報表的打印尺寸報表顯示器通過控制圖來顯示數(shù)據(jù)庫中存儲的尺寸、形狀和位置參數(shù)的測量結果，并同時顯示相對應的工序能力指數(shù)和機器能力指數(shù)。S7. 10分選氣缸帶動分選氣爪移動至對應的滑槽處PLC根據(jù)檢測結果，最終通過合格品、返修品和報廢品分選氣缸分別將分選氣爪 中抓取的軸承外圈推送到各自對應的滑槽中，軸承外圈最終沿滑槽滑落至正下方的裝料槽中，當裝料槽裝滿零件時，再通過聲光報警的形式進行報警。
權利要求
1.一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)包括上料機構、鏈式輸送機構、軸向參數(shù)測量裝置、徑向參數(shù)測量裝置、分選機構、PLC控制模塊、上位機控制模塊和人機交互模塊，其特征在于在底板(39)的中部安裝有將軸承外圈(8)輸送至軸向和徑向測量工位的的鏈式輸送機構，用于將軸承外圈逐個推送至鏈式輸送機構入口處的上料機構位于鏈式輸送機構入口處的一側，用于將軸承外圈按照合格品、返修品和報廢品進行分選歸類的分選機構位于鏈式輸送機構出口處的兩側，以標準軸承外圈作為基準件，以相機作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈外徑及其變動量，內(nèi)徑及其變動量的軸向參數(shù)測量裝置和以標準軸承外圈作為基準件，以數(shù)字千分表作為比較測量儀器，通過比較測量法測量軸承外圈溝槽直徑及其變動量的徑向參數(shù)測量裝置均位于鏈式輸送機構的一側，其中上料機構出口的中線和鏈式輸送機構入口的中線在同一條直線上，鏈式輸送機構出口的中線和分選機構入口的中線在同一條直線上，軸向和徑向參數(shù)測量裝置均通過信號線和上位機控制模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡連接，用于采集位置傳感器輸入信號，并對伺服電機、電動旋轉臺、氣缸和氣爪的運動進行控制的PLC控制模塊通過串口和上位機控制模塊連接，所述的用于用戶輸入指令、標定參數(shù)以及預設公差，同時實時顯示捕獲圖像和測量結果，并通過應用軟件進行數(shù)據(jù)存儲和統(tǒng)計分析的人機交互模塊分別和PLC控制模塊以及上位機控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的上料機構包括輸送帶(I)、往復滑動氣缸(2)、Y形上料裝置(3)、推送氣缸(4)、鏈傳動動力滾筒(5)、上料交流電機￠)、變頻器、推送V形塊(7)、料道(9)和接近開關，其中用于將軸承外圈(8)進行整齊排列的往復滑動氣缸(5)安裝在Y形上料裝置(3)兩側對稱分布的斜邊上，對軸承外圈(8)進行逐個推送的推送V形塊(7)在靠近Y形上料裝置(3)的一側裝有能夠阻擋軸承外圈(8)沿輸送帶(I)移動的擋板，并通過螺紋聯(lián)接安 裝在推送氣缸(4)的活塞上。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的鏈式輸送機構包括輸送鏈(14)、擋板(15)、夾緊定位氣缸(16)、活動V形塊(17)、隔離板(18)、光電傳感器(30)、輸送伺服電機(33)和支撐板(34)，其中夾緊定位氣缸(16)安裝在活動V形塊(17) —側的后方，其活塞通過和活動V形塊聯(lián)接可以帶動V形塊夾緊位于測量工位的軸承外圈(8)，用于支撐軸承外圈的支撐板(34)通過支架安裝在底板(39)上，且支撐板(34)相對于底板(39)的高度比輸送鏈上的隔離板(18)相對于底板(39)的高度低。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的軸向參數(shù)測量裝置包括照明光源、鏡頭(19)、相機(20)、精密電動旋轉臺(21)和三維工作臺(22)，其中相機(20)通過螺紋聯(lián)接安裝精密電動旋轉臺(21)的臺面上，精密電動旋轉臺(21)安裝在三維工作臺(22)上。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的徑向參數(shù)測量裝置包括Z方向移動單元(23)、測量頭(24)、測量頭滑軌(25)、測量頭旋轉臺(26)和數(shù)字千分表(27)，其中測量頭(24)和數(shù)字千分表(27)的量桿連接，且測量頭上端固定有用于測量溝槽直徑的金屬半球，測量頭滑軌(25)安裝在測量頭旋轉臺(26)臺面的圓心處，數(shù)字千分表(27)安裝在Z方向移動單元(23)上。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的分選機構包括Y方向移動單元(28)、分選氣爪(29)、報廢品推送氣缸(40)、報廢品滑槽(31)、報廢品裝料槽(32)、合格品推送氣缸(41)、合格品滑槽(35)、合格品裝料槽(36)、返修品推送氣缸(42)、返修品滑槽(37)和返修品裝料槽(38)，其中報廢品推送氣缸(40)的推送行程和報廢品滑槽(31)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到報廢品滑槽(31)的正上方，報廢品裝料槽(32)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于報廢品滑槽(31)的正下方；合格品推送氣缸(41)的推送行程和返修品推送氣缸的推送行程相等，合格品裝料槽(36)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于合格品滑槽(35)的正下方；返修品推送氣缸(42)的推送行程和返修品滑槽(37)的入口與鏈式輸送機構出口之間的距離相等，其活塞可以將分選氣爪(29)中抓取的軸承外圈(8)推送到返修品滑槽(37)的正上方，返修品裝料槽(38)通過支架傾斜的安裝在底板(39)上，且位于返修品滑槽(37)的正下方。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于比較測量法的滾動軸承外圈多參數(shù)自動測量系統(tǒng)，包括上料機構、鏈式輸送機構、軸向參數(shù)測量裝置、徑向參數(shù)測量裝置、分選機構、PLC控制模塊、上位機控制模塊和人機交互模塊，該測量系統(tǒng)以標準的高精度軸承內(nèi)圈作為基準件，以相機和數(shù)字千分表作為比較測量儀器，被測軸承外圈通過與基準件比較來進行合格品、返修品與報廢品的分選。本發(fā)明不僅實現(xiàn)了軸承外圈外徑及其變動量、內(nèi)徑及其變動量以及溝槽直徑及其變動量的全自動比較測量，而且解決了軸承外圈在高精度檢測和大尺寸檢測時對相機分辨率要求高而導致系統(tǒng)成本過高，以及以往軸承外圈的多參數(shù)檢測需要分別采用專門的測量儀器來進行測量的瓶頸問題。
文檔編號G01B5/12GK102735178SQ20111008418
公開日2012年10月17日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者余忠華, 夏嘉廷 申請人:浙江大學