专利名称：精磨球齿直径及高度自动检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及i业产品基本尺寸检测装置，特别是硬质合金精磨球齿的直径
及高度的自动检测装置。
背景技术：
硬质合金精磨球齿是矿山、铁路和公路施工中广泛使用的凿岩工具的主要
配件，且产品型号已系列化、标准化，如GFQ1015型号精磨球齿。近年来对各 类精磨球齿的需求量出现了较大幅度的增长，也给球齿出厂时的质量检测造成 了巨大压力。目前精磨球齿高度和直径检测皆为人工使用千分尺逐个检测，属 于简单重复性工作。由于对产品技术要求越来越高，如产品直径精度要求为士 0.003mm，加之产品单重小(小于几十克)，检测数量大，人工检测时间较长时， 易造成视力疲劳及手、颈部肌肉紧张， 一方面降低检测效率，另一方面易造成 漏检、错判现象。长期检测还易引起操作人员出现眼疾、手指麻木、颈椎病等。 因此迫切需要开发一种精磨球齿直径及高度的自动检测装置，提高检测效率， 以确保大批量生产时的产品质量，同时减轻操作人员的劳动强度，保护他们的 身体健康。
发明内容
本发明目的就是为了克服上述人工检测硬质合金精磨球齿直径及高度的弊 端，提供一种精磨球齿直径及高度自动检测装置，该装置采用机器视觉检测技 术，能在单台一体式检测设备上进行精磨球齿的直径检测、高度检测，并能对 分检出的不合格产品按不合格项分类，同时对合格品和各类不合格品分别统计 计数，适合大批量、标准规格尺寸硬质合金精磨球齿的检测。
为实现上述发明目的本发明采用如下技术方案-
本发明的精磨球齿直径及高度自动检测装置，包括固定安装于支撑平台上 的链挂式给料器，上端贴近链挂式给料器的出料调整口、下端与水平检测导轨衔接的下倾式进料导轨，在靠近进料导轨下端安装有按控制计算机的指令相互 配合动作、确保它们之间只有一粒待检球齿的气动阀门A和气动阀门B，在检 测导轨上与进料导轨相衔接部位依次安装有能使每一粒待检球齿都以同一方向
进入检测导轨检测区的可作180°旋转的反向机构和球齿止位机构，及把待检
球齿顶到止位机构处的推顶气缸，沿待检球齿推进方向依次安装在检测导轨正 上方安装导板上的方向检测数码照相机，高度检测数码照相机，直径检测数码
照相机A和直径检测数码照相机B，安装在检测导轨正下方的支撑平台上、分 别为高度检测数码照相机以及直径检测数码照相机A和直径检测数码照相机B 提供合适的背景光的背光器A、背光器B和背光器C，按照控制计算机发出的指 令将待检球齿沿检测导轨间歇式向前推进的拨叉机构，贴近于检测导轨轨端、 接受由拨叉机构输送来的已检测完毕的球齿的分选机构导板，支撑分选机构导 板的分选机构导轨，按照控制计算机发出的指令驱动分选机构导板在分选机构 导轨上做水平移动的第二步进电机，设有若干个相互独立的分拣槽、接受由分 选机构导板输送来的己检测完球齿的产品分拣盒，显示检测和控制信息的液晶 显示器，接收和处理各台检测数码照相机传输来的图像信息数据、并发出相应 控制动作指令的控制计算机。所述链挂式给料器包括用于盛装待检球齿的料槽， 将料槽中球齿一粒一粒连续提升到链挂式给料器上端出料调整口的挂链提升机 构及其驱动电机，在链挂式给料器的出料调整口与气动阀门A之间设置的用于 检测进料导轨上rf列的待检球齿数量的检测开关。所述安装四台数码照相机的 安装导板垂直安装在固定于支撑平台上的导轨上，并设有能使安装导板沿导轨 在垂直方向作上下移动以调整数码照相机焦距的手动调节器。所述拨叉机构包 括设有能同时拨^j处于四个不同检测工位上球齿的四个拨叉枝的拨叉件，推动 拨叉件作水平方向往复运动、并使四个拨叉枝叉住或脱离检测工位上球齿的汽 缸，安装汽缸的导板，支撑导板的导轨，推动导板在与拨叉件运动方向垂直的 方向上沿导轨作水平往复运动的步进电机。
实施本发明的优选方案是高度检测数码照相机为细分像素高分辨率黑白 型面阵式CCD数码照相机，直径检测数码照相机A和直径检测数码照相机B皆 为细分像素超高分辨率黑白型线阵式CCD数码照相机；高度检测数码照 机的背光器A，直径检测数码照相机A的背光器B和直径检测数码照相机B的背光 器C皆为LED高频光源。本发明实施时，不论选用何种规格和精度的高度、直 径数码照相机及其对应的背光器，控制计算机都优先选用由安装有亚象素级精 度的嵌入式机器视觉图像处理器的计算机和根据计算机处理图象信息后传输来 的数据发出控制指令的PLC组成。
本发明实施时，控制计算机还设有可自由切换的手动模式和自动模式控制 程序，以及参数,看和报警程序。
本发明实施时，检测开关优先选用光电脉冲开关。
本发明实施时，还可以安装一个电子千分尺，用于监控手动调节器调整数 码照相机焦距时的上下移动距离。
本发明的优点是能在一台检测设备上实现精磨球齿的直径检测、高度检测， 具有实时对合格品、各类不合格品进行分选并分别计数等功能，并且检测的数 据在电脑屏上实时直接显示。能在检测范围内自由设定不同规格产品的直径、 高度标准值及允许偏差值，并按设定的直径、高度标准值及允许偏差值进行自 动检测和分选，能自动分选出合格品及高度、直径超上限、超下限的各种不合 格品，并分类分开。采用PC-PLC相结合的方式构成控制系统，充分发挥了 PC (计算机)和PLC (可编程控制器)各自的优势，升级方便，性价比高，符合 现代控制系统发展方向。本发明装置的高度检测精度为士0.01mm,直径检测精 度为士0.003mm，检测速度大于等于30粒/分钟，适合大批量、标准规格尺寸硬 质合金精磨球齿质量的自动检测。
图1是本发明的整体结构主视示意图2是本发明的链挂式给料器(含其附近的其它零部件的局部)俯视示意
图3是本发明的整体结构右侧视示意图； 图4是本发明的拨叉机构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的实施例是用于检测直径为8. 0 12. 0腿，高度为10. 0 18. 0腿的 硬质合金精磨球齿直径及高度的装置。
本发明的精磨球齿直径及高度自动检测装置，包括链挂式给料器1，挂链 机构2及其驱动电机29，进料导轨3，气动阀门A(4)，气动阀门B (5)，方向 检测数码照相机6，高度检测数码照相机7，直径检测数码照相机A (8)，直径 检测数码照相机Bi(9)，背光器A (10)，背光器B (11)，背光器C (12)，拨叉 机构13，止位机构14，反向机构15，推顶气缸28，分选机构导轨16，分选机 构导板17，第二步进电机30，产品分拣盒18，液晶显示器19，控制计算机20， 支撑平台25。
链挂式给料器1安装于支撑平台25上，链挂式给料器1的主体为用于盛装 待检球齿的料槽，挂链机构2垂直安装于料槽内，它的下端靠近料槽槽底，"埋 在"待检球齿中，当它在驱动电机29带动下转动时，间隔一定距离均匀地设置 于挂链上的"小斗"连续不断地从料槽中将待检球齿21 —粒一粒地向上提升到 挂链的顶端，当挂链转过顶端后，"小斗"中的待检球齿滚落入设置在链挂式给 料器1料槽顶端侧壁上的出料调整口中，该出料调整口使挂链机构2提升上来 的球齿只能按球齿的轴向与进料导轨3的轴向相同的方向进入进料导轨3。进 料导轨3位于链挂式给料器1料槽顶端的侧壁外，进料导轨3的上端贴近链挂 式给料器1出料调整口的出口处，并有一定的向下倾斜度，它的两根平行导轨 间的距离小于最小的待检球齿直径，这样，就能使进入进料导轨3的待检球齿 在自重力的作用下，沿进料导轨3顺畅地向下滑行。进料导轨3下端与水平安 装在支撑平台25上的检测导轨136衔接，在进料导轨3上靠近其下端部的导轨 上方依次安装有气动阀门A (4)和气动阀门B (5)，它们在控制计算机20的控 制下相互配合动作，确保在气动阀门A (4)和气动阀门B (5)之间的进料导轨 上始终只有一粒待检球齿21。即气动阀门B之前有一粒待检球齿并关闭时，气 动阀门A也是关闭的；当气动阀门B开启，使该球齿向下滑向检测导轨136后 再次关闭时，气动阀门A开启，让排列在它前面的进料导轨3上的一粒待检球 齿滑向气动阀门B后并立即关闭。在链挂式给料器1出料调整口与气动阀门A (4)之间的进料导轨3上方安装一个检测开关26，用于检测排列在气动阀门A之前的该段进料导轨3上待检球齿21的数量，当它们达到一定数量(允许排列 的球齿数量取决于产品的大小)时，控制系统即切断驱动电机29的供电，停止 挂链机构2的运转，以防止待检球齿在进料导轨3上堆积。本实施例的检测开 关26采用光电脉冲开关，光电脉冲开关将检测到的从进料导轨3上滑过的待检 球齿粒数输入控制计算机20，当订留在气动阀门A (4)之前的进料导轨3上待 检球齿粒数达到预先设定的数量(本实施例为6至8粒)时，控制计算机20发 出指令停止挂链机构2的运转。
水平检测导轨136的两根平行导轨间的距离也小于最小的待检球齿直径， 在水平检测导轨136与下倾式进料导轨3相衔接的一端，沿待检球齿的推进方 向依次装有反向别构15和球齿止位机构14，以及推顶气缸28。止位机构14的 止位杆位于检测导轨136的两条导轨之间，由气缸驱动沿垂直方向上下运动， 当打开气动阀门B (5)，待检球齿21沿进料导轨3向下滑向检测导轨136上， 推顶气缸28的推动杆把待检球齿推到紧贴止位机构14的止位杆，停在位于反 向机构15上的检测导轨136上，且准确地处于检测导轨136上的第一检测工位， 即方向检测数码照，目机6对应的方向判别工位。方向检测数码照相机6检测判 别该待检球齿方向是否与设定方向(可设定为球齿的球冠在前，齿底在后；或 相反)一致，如果一致，控制计算机20发出指令，止位机构14的止位杆下移， 由拨叉机构13将该球齿拨到第二检测工位，即高度检测工位；如果不一致，则 由控制计算机20 i出指令，使反向机构15的驱动气缸动作，反向机构15在水 平方向上旋转180。，使位于反向机构15上的该球齿的方向变得与设定方向一 致，接着，止位机构14的止位杆下移，由拨叉机构13将该球齿拨到第二检测 工位，即高度检测工位。这样，推动汽缸28、反向机构15、球齿止位机构14 和方向检测数码照相机6相互配合，使待检球齿准确一致地按设定方向进入检 测导轨136的高,和直径检测区。
方向检测数码照相机6，高度检测数码照相机7，直径检测数码照相机A(8) 和直径检测数码照相机B (9)四台数码照相机沿待检球齿的推进方向依次安装 在安装导板24上，安装导板24设置在检测导轨136的正上方，使每台数码照 相机镜头正对检测导轨136上的四个检测工位，即方向判别工位，高度检测工位，球齿头部直径检测工位，球齿尾部直径检测工位。安装导板24垂直安装于
固定在支撑平台25上的导轨23上，通过手动调节器22的调节，能使安装导板 24沿导轨23在垂直方向作上下移动，以调整数码照相机的焦距。为直观地了 解调焦的状况，还可以设置一个电子千分尺27,监控手动调节器22调整数码 照相机焦距时的上下移动距离。方向检测数码照相机6检测判别位于方向判别 工位上的待检球齿方向是否与设定检测方向一致，确保后续的髙度和直径检测 顺利进行；高度检测数码照相机7测量位于高度检测工位上的待检球齿的高度， 它优先选用细分像素高分辨率黑白型面阵式CCD数码照相机；直径检测数码照 相机A (8)测量位于球齿头部直径检测工位上的待检球齿的头部直径，直径检 测数码照相机B (9)测量位于球齿尾部直径检测工位上的待检球齿的尾部直径， 它们都优先选用细分像素超高分辨率黑白型线阵式CCD数码照相机。采用两台 数码照相机分别测量球齿头部和尾部的直径， 一方面可以提高检测的准确度， 另一方面可以检测出存在"大小头"的不合格球齿。为了提高球齿高度和直径 的检测精度和可靠性，在检测导轨136正下方的支撑平台25上一一对应地安装 有分别为高度检测数码照相机7，直径检测数码照相机A (8)和直径检测数码 照相机B (9)提供合适的背景光的背光器A (10)、背光器B (11)和背光器C (12)，三个背光器都优先选用LED高频光源。同时，为提高背光器所发射背景 光的效果，在检M导轨136两条导轨正对背光器的轨面上都开有透光孔(见图 4)。
待检球齿在检测导轨136上的移动由拨叉机构13按照控制计算机20发出 的指令以一定的节奏完成。拨叉机构13包括拨叉件131，汽缸132，步进电机 133，导板134和导轨135。拨叉件131位于略高于检测导轨136上轨面的一个 水平面内，拨叉件131有四个拨叉枝，分别对应于待检球齿在检测导轨136上 的四个检测工位，即方向判别工位，高度检测工位，球齿头部直径检测工位， 球齿尾部直径检测工位。拨叉件131固接在汽缸132的活塞杆上，汽缸132带 动拨叉件131在位于检测导轨136上方的水平方向上作往复运动(即在与检测 导轨136垂直的^向上前后移动)，使拨叉件131的四个拨叉枝的拨叉能同时叉 住或脱离检测导轨136四个检测工位上的球齿。汽缸132安装在导板134上，导板134由导轨135支撑，并由步进电机133驱动，在与拨叉件131运动方向 垂直的方向上沿导轨135作水平往复运动(即在与检测导轨136平行的方向上 左右移动)。在检测过程中，按控制计算机20发出的指令，气缸132推动拨叉 件131前移，拨叉件131的四个拨叉枝同时叉住四个检测工位上的球齿，此时， 步进电机133带动拨叉件131右移一个工位(即前移一个检测工位)，然后气缸 132拉动拨叉件131后退复位，步进电机133再带动拨叉件131左移一个工位 复位。拨叉件131的每一个这样的运动循环，都使检测导轨136上的待检球齿 向前移动一个工位，进入下一道检测工序，并把位于最后检测工位，即球齿尾 部直径检测工位上已检测完的球齿推离检测导轨136，使球齿落到贴近检测导 轨136轨端的分选机构导板17上。同时，控制计算机20已将待检球齿的实际 测量数据与设定的产品公差标准进行比较、判断，结合编制的控制程序向第二 步进电机30发出不同的控制指令，第二步进电机30驱动分选机构导板17沿着 支撑它的分选机构导轨16水平移动，把已检测完的球齿导入产品分拣盒18不 同的分拣槽中。产品分拣盒18设有若干个相互独立的分拣槽，分别为合格产品 槽和不同性质的不合格品槽，比如高度超高或不足，直径过大或过小，直径 存在"大小头"等不合格品槽，分拣槽的数量根据检测实际需要配置。
本发明所指控制计算机20由安装有机器视觉图像处理器的计算机和根据 计算机处理图象信息后传输来的数据发出控制指令的PLC组成。各台数码照相 机都通过串行总线与控制计算机20中的计算机连接，数码照相机对待检球齿拍 摄图像并转换为数字电信号后传输到计算机(具体地说是方向检测数码照相 机6检测判别出,检球齿的方向；高度数码照相机7检测出待检球齿底边的边 缘坐标和顶部轮廓的边缘坐标；直径数码照相机A检测出待检球齿头部轮廓的 边缘坐标；直径数码照相机B检测出待检球齿尾部轮廓的边缘坐标)，计算机利 用图像处理软件査找灰度边缘的功能，快速地检测到球齿的边缘图像，该图像 同时在液晶显示器19上实时显示。经过计算机机器视觉图像处理软件的函数化 处理，得到球齿的方向、高度和直径数据信息，并输入PLC (可编程控制器)， PLC按照编写的ri序产生控制信号，并将控制信号转变为驱动信号，分别驱动 各执行机构协调动作，确保球齿检测和分选的整个过程顺利完成。机器视觉图像处理软件优先选用具有亚象素级精度的嵌入式图像处理软件，可提高检测精 度。控制计算机20的程序功能可设计为具有可自由切换的手动模式和自动模式 控制程序，以及参数査看和报警程序。通过手动界面可以显示系统运行的情况 和设定各项控制参数。通过自动界面可以监视系统运行的情况和修改自动控制 律的控制参数。通过参数界面可以查看系统运行的各个参数值。当系统运行不 正常时，报警界面给出报警信息，同时还可以在线消除一些故障。控制计算机
20的软件在管理功能方面具有数据储存和权限分级管理功能，系统设置了可以
将检测产品的数量，合格品及不合格品(分别为高度超高或不足，直径过大或 过小，直径存在大小头等)的数量等数据保存到计算机的指定文件中。 在整个检测过程中，所有的实时检测和控制信息都可以在设置的液晶显示
器19中显示，便于操作，能及时发现可能出现的问题并予以调整。
本发明装置中控制计算机20指令的执行机构(比如拨叉机构13，球齿 止位机构14，反向机构15，推顶气缸28，汽缸132等)的驱动气缸及其配套 的压力气源、控制阀等都采用常规产品，只需按照设计的工艺技术要求选用即 可。
权利要求
1、一种精磨球齿直径及高度自动检测装置，包括固定安装于支撑平台(25)上的链挂式给料器(1)，上端贴近链挂式给料器(1)的出料调整口、下端与水平检测导轨(136)衔接的下倾式进料导轨(3)，在靠近进料导轨(3)下端安装有按控制计算机(20)的指令相互配合动作、确保它们之间只有一粒待检球齿的气动阀门A(4)和气动阀门B(5)，在检测导轨(136)上与进料导轨(3)相衔接部位依次安装有能使每一粒待检球齿都以同一方向进入检测导轨(136)检测区的可作180°旋转的反向机构(15)和球齿止位机构(14)，及把待检球齿顶到止位机构(14)处的推顶气缸(28)，沿待检球齿推进方向依次安装在检测导轨(136)正上方安装导板(24)上的方向检测数码照相机(6)，高度检测数码照相机(7)，直径检测数码照相机A(8)和直径检测数码照相机B(9)，安装在检测导轨(136)正下方的支撑平台(25)上、分别为高度检测数码照相机(7)以及直径检测数码照相机A(8)和直径检测数码照相机B(9)提供合适的背景光的背光器A(10)、背光器B(11)和背光器C(12)，按照控制计算机(20)发出的指令将待检球齿沿检测导轨(136)间歇式向前推进的拨叉机构(13)，贴近于检测导轨(136)轨端、接受由拨叉机构(13)输送来的已检测完毕的球齿的分选机构导板(17)，支撑分选机构导板(17)的分选机构导轨(16)，按照控制计算机(20)发出的指令驱动分选机构导板(17)在分选机构导轨(16)上做水平移动的第二步进电机(30)，设有若干个相互独立的分拣槽、接受由分选机构导板(17)输送来的已检测完球齿的产品分拣盒(18)，显示检测和控制信息的液晶显示器(19)，接收和处理各台检测数码照相机传输来的图像信息数据、并发出相应控制动作指令的控制计算机(20)；所述链挂式给料器(1)包括用于盛装待检球齿的料槽，将料槽中球齿一粒一粒连续提升到链挂式给料器(1)上端出料调整口的挂链提升机构(2)及其驱动电机(29)，在链挂式给料器(1)的出料调整口与气动阀门A(4)之间设置的用于检测进料导轨(3)上排列的待检球齿数量的检测开关(26)；所述安装四台数码照相机的安装导板(24)垂直安装在固定于支撑平台(25)上的导轨(23)上，并设有能使安装导板(24)沿导轨(23)在垂直方向作上下移动以调整数码照相机焦距的手动调节器(22)；所述拨叉机构(13)包括设有能同时拨动处于四个不同检测工位上球齿的四个拨叉枝的拨叉件(131)，推动拨叉件(131)作水平方向往复运动、并使四个拨叉枝叉住或脱离检测工位上球齿的汽缸(132)，安装汽缸(132)的导板(134)，支撑导板(134)的导轨(135)，推动导板(134)在与拨叉件(131)运动方向垂直的方向上沿导轨(135)作水平往复运动的步进电机(133)。
2、 根据权利要求l所述的精磨球齿直径及高度自动检测装置，其特征在于 所述高度检测数码照相机(7)为细分像素高分辨率黑白型面阵式CCD数码照相 机，直径检测数码照相机A (8)和直径检测数码照相机B (9)皆为细分像素超 高分辨率黑白型线阵式CCD数码照相机；高度检测数码照相机(7)的背光器A(10)，直径检测数码照相机A (8)的背光器B (11)和直径检测数码照相机B (9)的背光器C (12)皆为LED高频光源。
3、 根据权利要求1或2所述的精磨球齿直径及高度自动检测装置，其特征 在于所述控制计算机(20)由安装有亚象素级精度的嵌入式机器视觉图像处理 器的计算机和根据计算机处理图象信息后传输来的数据发出控制指令的PLC组 成。
4、 根据权利i求3所述的精磨球齿直径及高度自动检测装置，其特征在于 所述控制计算机(20)还设有可自由切换的手动模式和自动模式控制程序，以 及参数查看和报警程序。
5、 根据权利婆求1或2所述的精磨球齿直径及高度自动检测装置，其特征 在于所述检测开关(26)为光电脉冲开关。
6、 根据权利要求1或2所述的精磨球齿直径及高度自动检测装置，其特征 在于还设有监控所述手动调节器(22)调整数码照相机焦距时上下移动距离的 电子千分尺(27)。
全文摘要
本发明公开了一种精磨球齿直径及高度自动检测装置，包括链挂式给料器，上端贴近链挂式给料器出料调整口、下端与检测导轨衔接的进料导轨，进料导轨下部安装的气动阀门A和B，检测导轨前端安装的反向机构、止位机构及推顶气缸，依次安装在检测导轨正上方的方向检测照相机，高度检测照相机，直径检测照相机A和B，分别为高度检测照相机、直径检测照相机A和B提供背景光的背光器A、B和C，将待检球齿沿检测导轨向前推进的拨叉机构，贴近检测导轨轨端的分选机构导板、导轨和第二步进电机，设有若干个分拣槽的产品分拣盒，液晶显示器，控制计算机。本发明高度检测精度±0.01mm，直径检测精度±0.003mm，检测速度≥30粒/分钟。
文档编号G01B11/02GK101614524SQ20091004394
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者彭谊辉, 马绍宏, 斌 龚 申请人:株洲硬质合金集团有限公司