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系统的制作方法
技术领域：
本发明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系统。
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，本发明的提出就具有一定的理论和工程应用价值。
发明内容
本发明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系统。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。本发明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系统包括上料机构、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。
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。本发明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(Xyyi)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(I)ej = x^+y^+Axj+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(X(l，y0)和直径D的大小，其计算公式如 _ 9] x0 = -jy0 = -jD = 2」x02 +y02 -C(3)为了测量轴承外圈外径和内径的变动量，在对轴承外圈进行特定位置的比较测量之后，再通过精密电动旋转台带动光学成像系统转动来实现轴承外圈轴向的全局测量，从而得到轴承外圈外径和内径的变动量，径向参数测量装置采用数字千分表比较测量法来测量沟槽直径的大小，首先计算以轴承外圈外径为定位基准，并采用V形块定位时轴承外圈的定位误差，再根据标准的轴承外圈来获取合格品轴承外圈的容许变动范围，在测量过程中，通过测量头上端半径和沟槽曲率半径相等的金属半球来测量沟槽直径的大小，当开始测量时，测量头首先通过Z方向移动单元下降至轴承外圈的内孔当中，并通过测量头滑轨带动测量头沿轴承外圈径向运动，当金属半球和沟槽相接触之后，再通过测量头旋转台带动位于台面中心的测量头滑轨匀速转动来进行沟槽直径及变动量的测量。分选原理PLC根据检测结果，最终通过合格品、返修品和报废品分选气缸分别将分选气爪中抓取的轴承外圈推送到各自对应的滑槽中，轴承外圈最终沿滑槽滑落至正下方的装料槽中，当装料槽装满零件时，再通过声光报警的形式进行报警。人机交互原理用户通过按钮来输入启动、停止和急停等指令,并通过人机交互界面显示器来输入标定后光学成像系统的光学参数、位置参数、像素标定参数以及零件预设的尺寸、形状和位置公差，同时通过人机交互界面显示器来输出光学成像系统的测量图像和测量区域。尺寸报表显示器通过控制图来显示数据库中存储的尺寸、形状和位置参数的测量结果，并同时显示相对应的工序能力指数和机器能力指数。与现有技术相比，本发明具有如下优点I)视觉比较测量和数字千分表比较测量相结合与全局视觉测量方法相比，采用视觉比较测量，在采用同等分辨率相机的前提下，系统硬件的测量精度可以得到成倍的提升，同时，采用比较测量的方法还能实现大尺寸零件的高精度测量。与此同时，通过和数字千分表比较测量相结合，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。
2)多参数自动测量该系统不仅实现了轴承外圈的上料、输送和分选的全自动化，而且可以实现对轴承外圈外径及变动量、内径及变动量、沟槽直径及变动量的自动测量，可以直接串联到生产线中进行轴承外圈的在线检测和全数检测，解决了采用人工检测时存在的劳动强度大和易引入人为误差等问题。3)对测量结果进行统计质量分析由于采用了工序能力指数、机器能力指数以及控制图等方法对轴承内套圈的测量 结果进行质量统计，可以实时地监视工序质量的波动情况，判断工序是否稳定。
图I是本发明总体结构的主视图；图2是本发明总体结构的俯视图；图3是本发明轴向参数测量装置的主视图和俯视图；图4是本发明径向参数测量装置的主视图和俯视图；图5是本发明分选机构的俯视图；图6是本发明的产品工作原理不意图；图7是本发明的产品工作程序流程图；图中1、输送带；2、往复滑动气缸；3、Y形上料装置；4、推送气缸；5、链传动动力滚筒；6、上料交流电机；7、推送V形块；8、轴承外圈；9、入料道；10、数字量输入模块；11、中央处理器(CPU) ; 12、数字量输出模块；13、PC机；14、输送链；15、挡板；16、夹紧定位气缸；
17、活动V形块；18、隔离板；19、镜头；20、相机；21、精密电动旋转台；22、三维工作台；23、Z方向移动单元；24、测量头；25、测量头滑轨；26、测量头旋转台；27、数字千分表；28、Y方向移动单元；29、分选气爪；30、光电传感器；31、报废品滑槽；32、报废品装料槽；33、输送伺服电机；34、支撑板；35、合格品滑槽；36、合格品装料槽；37、返修品滑槽；38、返修品装料槽；39、底板；40、报废品推送气缸；41、合格品推送气缸；42、返修品推送气缸。
具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进一步说明。本发明的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量系统的主视图和俯视图如图I和图2所示，该系统包括上料机构、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。所述的上料机构包括输送带(I)、往复滑动气缸(2)、Y形上料装置(3)、推送气缸
(4)、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(5)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(I)移动的挡板，并通过螺纹联接安装在推送气缸(4)的活塞上。所述的链式输送机构包括输送链(14)、挡板(15)、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。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
(21)和三维工作台(22)，其中相机(20)通过螺纹联接安装精密电动旋转台(21)的台面上，精密电动旋转台(21)安装在三维工作台(22)上。所述的径向参数测量装置包括Z方向移动单元(23)、测量头(24)、测量头滑轨(25)、测量头旋转台(26)和数字千分表(27)，其中测量头(24)和数字千分表(27)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(25)安装在测量头旋转台(26)台面的圆心处，数字千分表(27)安装在Z方向移动单元(23)上。所述的分选机构包括Y方向移动单兀(28)、分选气爪(29)、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(40)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(29)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(41)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(42)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(29)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。本发明的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量系统的轴向参数测量装置的主视图和俯视图如图3所示，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(21)和三维工作台(22)，其中精密电动旋转台包括旋转步进电机、、弹性联轴器、蜗轮蜗杆减速机构和旋转台面，旋转台面的中心开有通孔，且通孔的中心与旋转中心重合；相机(20)通过螺纹联接安装旋转台面的螺纹孔中，精密电动旋转台(21)通过支架安装在三维工作台(22)上，当相机捕获轴承外圈轴向某处的局部二维几何特征图像后，由精密电动旋转台带动相机旋转至下一测量工位,直至相机捕获轴承外圈所有轴向的二维几何特征图像。本发明的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量系统的径向参数测量装置的主视图和俯视图如图4所示，径向参数测量装置包括Z方向移动单元(23)、测量头(24)、测量头滑轨(25)、测量头旋转台(26)和数字千分表(27)，其中测量头(24)的上端装有和沟槽曲率半径相等的金属半球，当开始测量时，测量头(24)首先通过Z方向移动单元(23)下降至轴承外圈的内孔当中，并通过测量头滑轨(25)带动测量头(24)沿轴承外圈径向运动，当金属半球和沟槽相接触之后，再通过测量头旋转台(26)带动位于台面中心的测量头滑轨(25)匀速转动来进行沟槽直径及变动量的测量。本发明的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量系统的分选机构 的俯视图如图5所示，分选机构包括Y方向移动单元(28)、分选气爪(29)、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(40)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A相等，并且在分选前报废品推送气缸的活塞杆处于完全伸出状态，当报废品推送气缸(40)的活塞杆回缩时，可将分选气爪(29)中抓取的轴承外圈(8)推送到报废品滑槽(31)的正上方；合格品推送气缸(41)的推送行程为C，其通过安装在缸体上的磁性开关来完成合格品轴承外圈(8)的分选，其中缸体上两个磁性开关之间的距离和合格品滑槽(35)的入口与链式输送机构出口之间的距离B相等，当合格品推送气缸(41)活塞杆伸出距离B时，可将分选气爪(29)中抓取的轴承外圈(8)推送到合格品滑槽(35)的正上方；返修品推送气缸(42)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C相等，并且在分选前返修品推送气缸(42)的活塞杆处于回缩状态，当返修品推送气缸(42)的活塞杆完全伸出时，可将分选气爪(29)中抓取的轴承外圈(8)推送到返修品滑槽(37)的正上方。本发明的一种基于比较测量法的滚动轴承外圈多参数自动测量系统的工作原理示意图如图6所示，系统包括轴向参数测量装置、径向参数测量装置、位置传感器、PLC控制模块、动力系统、上位机控制模块和人机交互模块。所述的位置传感器包括接近开关、光电传感器和气缸磁性开关，其中接近开关用于检测轴承外圈是否到达指定的位置，光电传感器用于检测输送链走过的步数，气缸磁性开关用于检测气缸所处的位置。所述的动力系统包括电机系统和气动系统，电机系统包括驱动器、上料交流电机、输送伺服电机和电动旋转台电机，气动系统包括气源、过滤器、减压阀、电磁换向阀和气缸。所述的人机交互模块包括人机交互界面显示器、尺寸报表显示器、打印机、按钮和警示灯。PLC控制模块通过循环地检测位置传感器输出的信号来进行轴承外圈所处位置的判断，并通过和上位机控制模块进行通信，通过控制动力系统的运动来保证轴承外圈有序的完成上料、输送、测量和分选工作；上位机控制系统通过对轴向和径向参数测量装置输出的数据进行采集，并进行数据的预处理和特征提取，最后再计算出轴承外圈外径及变动量、内径及变动量和沟槽直径及变动量。人机交互模块用于用户通过按钮来输入启动、停止和急停等指令，并通过人机交互界面显示器来输入标定后光学成像系统的光学参数、位置参数、像素标定参数以及零件预设的合格公差，同时通过人机交互界面显示器来输出轴向测量相机的测量图像和测量区域。尺寸报表显示器通过控制图来显示数据库中存储的各个参数的测量结果，并同时显示相对应的工序能力指数和机器能力指数。警示灯在装料槽装满零件后，或者是在系统工作异常时通过声光报警的形式通知用户。本发明的工作程序流程图如图7所示，其步骤为S7. I程序初始化系统电源开启之后，PLC的中央处理器和PC机的上位机软件进行一系列的初始化工作，包括各个寄存器中状态变量和数值的初始化、标定参数、误差修正参数以及I/O 口的初始化工作。
S7. 2上料交流电机启动，输送带开始上料程序初始化之后，PLC开始循环的检测用户是否有指令输入，一旦检测到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。S7.3推送V形块推送轴承外圈至输送链中输送带上的轴承外圈通过往复滑动气缸来保证轴承外圈逐个有序的到达Y形上料装置的出口处，当输送链上有空位存在，并且输送链停止转动时，推送气缸带动推送V形块将轴承外圈推送至输送链中。S7. 4输送伺服电机启动,输送链送料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循环的转动使轴承外圈逐一到达指定参数的检测位置。S7.5活动V形块夹紧轴承外圈轴承外圈到达指定参数的检测位置之后，再通过夹紧气缸带动活动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。S7. 6系统标定和误差修正在测量之前，轴向参数测量装置的光学成像系统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，标定完成之后，记录下光学成像系统照明光源的电流和电压参数，并同时记录镜头的参数，最后再对测量的误差进行修正。S7. 7数据采集卡采集数据当PC机接收到定位结束信号之后，轴向参数测量装置的光学成像系统立即捕获轴承外圈轴向的局部二维几何特征图像，数字千分表通过Z方向移动单元和测量头滑轨的共同运动来采集轴承外圈沟槽直径的大小，其中光学成像系统通过精密电动旋转台带动光学成像系统旋转来捕获多幅二维几何特征图像，数字千分表通过测量头旋转台带动测量头转动来实现沟槽直径变动量的测量，数据最终通过数据采集卡传输到PC的存储器中。S7.8数据的预处理和特征提取通过对采集到的数据执行预处理和特征提取等各种算术运算，具体包括图像数据平滑处理、灰度图像二值化、边缘检测、Hough变换和亚像素细分，由于在测量之前已经完成了对光学成像系统的像素标定和误差修正，故根据标定和修正后得到的参照标准，便可直接测量出轴承外圈外径及变动量、内径及变动量以及沟槽直径及变动量，最后，PC机再根据预设的尺寸和容许的变动量将轴承外圈分成合格品、返修品和报废品三类，并通过串口将测量结果发送给PLC。S7.9测量结果的显示和报表的打印尺寸报表显示器通过控制图来显示数据库中存储的尺寸、形状和位置参数的测量结果，并同时显示相对应的工序能力指数和机器能力指数。S7. 10分选气缸带动分选气爪移动至对应的滑槽处PLC根据检测结果，最终通过合格品、返修品和报废品分选气缸分别将分选气爪 中抓取的轴承外圈推送到各自对应的滑槽中，轴承外圈最终沿滑槽滑落至正下方的装料槽中，当装料槽装满零件时，再通过声光报警的形式进行报警。
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系统包括上料机构、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I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系统，其特征在于所述的上料机构包括输送带(I)、往复滑动气缸(2)、Y形上料装置(3)、推送气缸(4)、链传动动力滚筒(5)、上料交流电机￠)、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(5)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(I)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I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系统，其特征在于所述的链式输送机构包括输送链(14)、挡板(15)、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I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系统，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(21)和三维工作台(22)，其中相机(20)通过螺纹联接安装精密电动旋转台(21)的台面上，精密电动旋转台(21)安装在三维工作台(22)上。
5.根据权利要求I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系统，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(24)、测量头滑轨(25)、测量头旋转台(26)和数字千分表(27)，其中测量头(24)和数字千分表(27)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(25)安装在测量头旋转台(26)台面的圆心处，数字千分表(27)安装在Z方向移动单元(23)上。
6.根据权利要求I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系统，其特征在于所述的分选机构包括Y方向移动单元(28)、分选气爪(29)、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(40)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(29)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(41)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(42)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(29)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。
全文摘要
本发明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系统，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，该测量系统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。本发明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G01B5/12GK102735178SQ20111008418
公开日2012年10月17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