专利名称：一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量和测试领域，特别涉及一种基于比较测量法的滚动轴承外圈的多参数自动测量设备。
背景技术：
滚动轴承作为传递运动和承受载荷的基础部件，其各个组成零件的加工和检测精度直接影响滚动轴承的性能、寿命和可靠性。轴承外圈作为滚动轴承重要的组成零件，在经过车加工或磨加工之后，需要对外径、内径和沟槽直径等参数进行高精度的检测。目前，我国大多数的轴承生产厂家由于自动化检测水平不高，特别是在轴承外圈的检测方面，基本上采用半自动化与手工相结合的检测方式，轴承外圈的多参数检测是在不同的测试平台上采用专门的机械式、电子式、气动式或光学式测量设备来进行检测的，这种检测方式需要大量的人力参与，普遍存在劳动强度大和易引入人为误差等缺点，难以满足大批量零件的高精度检测，在这样的技术背景下，本实用新型的提出就具有一定的理论和工程应用价值。
发明内容本实用新型的目的是为轴承外圈的在线检测和全数检测提供一种多参数的高精度测量设备。解决了采用人工检测存在的劳动强度大和易引入人为误差等问题，并通过采用视觉比较测量和数字千分表比较测量，解决了以往轴承外圈的多参数检测需要分别采用专门的测量仪器来进行测量的瓶颈问题。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备包括上料机构、链式输送机构、轴向参数测量装置、径向参数测量装置、分选机构、PLC控制模块、上位机控制模块和人机交互模块，其特征在于在底板的中部安装有将轴承外圈输送至轴向和径向测量工位的的链式输送机构，用于将轴承外圈逐个推送至链式输送机构入口处的上料机构位于链式输送机构入口处的一侧，用于将轴承外圈按照合格品、返修品和报废品进行分选归类的分选机构位于链式输送机构出口处的两侧，以标准的高精度轴承外圈作为基准件，以相机作为比较测量仪器，通过比较测量法测量轴承外圈外径及变动量，内径及变动量的轴向参数测量装置和以标准的高精度轴承外圈作为基准件，以数字千分表作为比较测量仪器，通过比较测量法测量轴承外圈沟槽直径及变动量的径向参数测量装置均位于链式输送机构的一侧，其中上料机构出口的中线和链式输送机构入口的中线在同一条直线上，链式输送机构出口的中线和分选机构入口的中线在同一条直线上，轴向和径向参数测量装置均通过信号线和上位机控制模块内的数据采集卡连接，用于采集位置传感器输入信号，并对伺服电机、电动旋转台、气缸和气爪的运动进行控制的PLC控制模块通过串口和上位机控制模块连接，所述的用于用户输入指令、标定参数以及预设公差，同时实时显示捕获图像和测量结果，并通过应用软件进行数据存储和统计分析的人机交互模块分别和PLC控制模块以及上位机控制系统连接。[0006]所述的上料机构包括输送带、往复滑动气缸、Y形上料装置、推送气缸、链传动动力滚筒、上料交流电机、变频器、推送V形块、料道和接近开关，其中用于将轴承外圈进行整齐排列的往复滑动气缸安装在Y形上料装置两侧对称分布的斜边上，对轴承外圈进行逐个推送的推送V形块在靠近Y形上料装置的一侧装有能够阻挡轴承外圈沿输送带移动的挡板， 并通过螺纹联接安装在推送气缸的活塞上。所述的链式输送机构包括输送链、挡板、夹紧定位气缸、活动V形块、隔离板、光电传感器、输送伺服电机和支撑板，其中夹紧定位气缸安装在活动V形块一侧的后方，其活塞通过和活动V形块联接可以带动V形块夹紧位于测量工位的轴承外圈，用于支撑轴承外圈的支撑板通过支架安装在底板上，且支撑板相对于底板的高度比输送链上的隔离板相对于底板的高度低。所述的轴向参数测量装置包括照明光源、镜头、相机、精密电动旋转台和三维工作台，其中相机通过螺纹联接安装精密电动旋转台的台面上，精密电动旋转台安装在三维工作台上。所述的径向参数测量装置包括Z方向移动单元、测量头、测量头滑轨、测量头旋转台和数字千分表，其中测量头和数字千分表的量杆连接，测量头上端固定有用于测量沟槽直径的金属半球，且测量头的测量方向和活动V形块的运动方向相同，测量头滑轨安装在测量头旋转台台面的圆心处，数字千分表安装在Z方向移动单元上。所述的分选机构包括Y方向移动单元、分选气爪、报废品推送气缸、报废品滑槽、 报废品装料槽、合格品推送气缸、合格品滑槽、合格品装料槽、返修品推送气缸、返修品滑槽和返修品装料槽，其中报废品推送气缸的推送行程和报废品滑槽的入口与链式输送机构出口之间的距离相等，其活塞可以将分选气爪中抓取的轴承外圈推送到报废品滑槽的正上方，报废品装料槽通过支架倾斜的安装在底板上，且位于报废品滑槽的正下方；合格品推送气缸的推送行程和返修品推送气缸的推送行程相等，合格品装料槽通过支架倾斜的安装在底板上，且位于合格品滑槽的正下方；返修品推送气缸的推送行程和返修品滑槽的入口与链式输送机构出口之间的距离相等，其活塞可以将分选气爪中抓取的轴承外圈推送到返修品滑槽的正上方，返修品装料槽通过支架倾斜的安装在底板上，且位于返修品滑槽的正下方。本实用新型的工作流程主要分为上料、输送、测量、分选和人机交互五个过程。各个过程的工作原理如下。上料原理用户按下启动按钮之后，上料交流电机通过带动输送带转动来输送待测的轴承外圈，并通过往复滑动气缸和Y字型上料装置来保证零件逐个有序的到达推送V 形块的前方，当输送链上有空位存在，且处于停止状态时，由推送气缸带动推送V形块运动，将轴承外圈推送至输送链入口处。送料原理输送链通过光电传感器来判断所处的位置，并通过输送伺服电机带动输送链上的附板进行循环的转动来使得轴承外圈逐一到达指定参数的检测位置，之后再通过夹紧定位气缸带动活动V形块来夹紧定位轴承外圈。定位结束之后，PLC通过串口向PC 机发送定位结束信号。测量原理在测量之前，轴向参数测量装置首先通过三维工作台来进行位置标定， 并通过高精度的标准量块来进行相机像素的标定。当PC机接收到定位结束信号之后，轴向参数测量装置中的光学成像系统捕获轴承外圈轴向的局部二维几何特征图像，PC机通过数据采集卡来采集图像数据，之后对采集到的图像数据执行预处理和特征提取等算术运算， 包括图像滤波、图像增强、边缘提取、细化和特征提取等，再根据标定和修正后得到的参照标准，便可直接测量出该处轴承外圈外径和内径的大小，其中轴向参数测量装置的测量原理如下轴向参数测量装置采用最小二乘圆法来测量轴承外圈外径及变动量、内径及变动量，圆的一般方程如公式⑴所示，对于圆曲线的拟合，测量点的坐标(Xi，yi)与公式⑴会存在一定的残差^，其计算公式如公式(2)所示。x2+y2+Ax+By+C = 0(1)ej = x^+y^+AXi+Byi+C (2)为了使残差最小，按照最小二乘法逼近的原则，先求误差的平方和，再令误差的平方和最小来求解出参数A、B、C，最后再计算出圆心( ，y0)和直径D的大小，其计算公式如公式⑶所示。
权利要求1.一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备包括上料机构、链式输送机构、轴向参数测量装置、径向参数测量装置、分选机构、PLC控制模块、上位机控制模块和人机交互模块，其特征在于在底板(39)的中部安装有将轴承外圈(8)输送至轴向和径向测量工位的的链式输送机构，用于将轴承外圈逐个推送至链式输送机构入口处的上料机构位于链式输送机构入口处的一侧，用于将轴承外圈按照合格品、返修品和报废品进行分选归类的分选机构位于链式输送机构出口处的两侧，以标准轴承外圈作为基准件，以相机作为比较测量仪器，通过比较测量法测量轴承外圈外径及其变动量，内径及其变动量的轴向参数测量装置和以标准轴承外圈作为基准件，以数字千分表作为比较测量仪器，通过比较测量法测量轴承外圈沟槽直径及其变动量的径向参数测量装置均位于链式输送机构的一侧， 其中上料机构出口的中线和链式输送机构入口的中线在同一条直线上，链式输送机构出口的中线和分选机构入口的中线在同一条直线上，轴向和径向参数测量装置均通过信号线和上位机控制模块内的数据采集卡连接，用于采集位置传感器输入信号，并对伺服电机、电动旋转台、气缸和气爪的运动进行控制的PLC控制模块通过串口和上位机控制模块连接，所述的用于用户输入指令、标定参数以及预设公差，同时实时显示捕获图像和测量结果，并通过应用软件进行数据存储和统计分析的人机交互模块分别和PLC控制模块以及上位机控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备， 其特征在于所述的上料机构包括输送带(1)、往复滑动气缸( 、Y形上料装置C3)、推送气缸G)、链传动动力滚筒(5)、上料交流电机(6)、变频器、推送V形块(7)、料道(9)和接近开关，其中用于将轴承外圈(8)进行整齐排列的往复滑动气缸( 安装在Y形上料装置(3) 两侧对称分布的斜边上，对轴承外圈(8)进行逐个推送的推送V形块(7)在靠近Y形上料装置(3)的一侧装有能够阻挡轴承外圈(8)沿输送带(1)移动的挡板，并通过螺纹联接安装在推送气缸(4)的活塞上。
3.根据权利要求1所述的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备， 其特征在于所述的链式输送机构包括输送链(14)、挡板(1 、夹紧定位气缸(16)、活动V形块(17)、隔离板(18)、光电传感器(30)、输送伺服电机(33)和支撑板(34)，其中夹紧定位气缸(16)安装在活动V形块(17) —侧的后方，其活塞通过和活动V形块联接可以带动V 形块夹紧位于测量工位的轴承外圈(8)，用于支撑轴承外圈的支撑板(34)通过支架安装在底板(39)上，且支撑板(34)相对于底板(39)的高度比输送链上的隔离板(18)相对于底板(39)的高度低。
4.根据权利要求1所述的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备， 其特征在于所述的轴向参数测量装置包括照明光源、镜头(19)、相机(20)、精密电动旋转台和三维工作台(22)，其中相机00)通过螺纹联接安装精密电动旋转台的台面上，精密电动旋转台安装在三维工作台02)上。
5.根据权利要求1所述的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备， 其特征在于所述的径向参数测量装置包括Z方向移动单元(23)、测量头(M)、测量头滑轨 (25)、测量头旋转台06)和数字千分表(27)，其中测量头(24)和数字千分表(JT)的量杆连接，且测量头上端固定有用于测量沟槽直径的金属半球，测量头滑轨0 安装在测量头旋转台06)台面的圆心处，数字千分表(XT)安装在Z方向移动单元上。
6.根据权利要求1所述的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备， 其特征在于所述的分选机构包括Y方向移动单元( )、分选气爪( )、报废品推送气缸 (40)、报废品滑槽(31)、报废品装料槽(32)、合格品推送气缸(41)、合格品滑槽(35)、合格品装料槽(36)、返修品推送气缸(42)、返修品滑槽(37)和返修品装料槽(38)，其中报废品推送气缸GO)的推送行程和报废品滑槽(31)的入口与链式输送机构出口之间的距离相等，其活塞可以将分选气爪09)中抓取的轴承外圈(8)推送到报废品滑槽(31)的正上方，报废品装料槽(32)通过支架倾斜的安装在底板(39)上，且位于报废品滑槽(31)的正下方；合格品推送气缸Gl)的推送行程和返修品推送气缸的推送行程相等，合格品装料槽 (36)通过支架倾斜的安装在底板(39)上，且位于合格品滑槽(35)的正下方；返修品推送气缸0 的推送行程和返修品滑槽(37)的入口与链式输送机构出口之间的距离相等，其活塞可以将分选气爪09)中抓取的轴承外圈(8)推送到返修品滑槽(37)的正上方，返修品装料槽(38)通过支架倾斜的安装在底板(39)上，且位于返修品滑槽(37)的正下方。
专利摘要本实用新型公开了一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量设备，包括上料机构、链式输送机构、轴向参数测量装置、径向参数测量装置、分选机构、PLC控制模块、上位机控制模块和人机交互模块，该测量设备以标准的高精度轴承内圈作为基准件，以相机和数字千分表作为比较测量仪器，被测轴承外圈通过与基准件比较来进行合格品、返修品与报废品的分选。本实用新型不仅实现了轴承外圈外径及其变动量、内径及其变动量以及沟槽直径及其变动量的全自动比较测量，而且解决了轴承外圈在高精度检测和大尺寸检测时对相机分辨率要求高而导致系统成本过高，以及以往轴承外圈的多参数检测需要分别采用专门的测量仪器来进行测量的瓶颈问题。
文档编号B65G25/02GK202002619SQ201120095380
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者余忠华, 夏嘉廷 申请人:浙江大学