基于机器视觉的钢球表面展开装置的制作方法

本发明涉及钢球分拣设备技术领域，尤其是涉及一种钢球分拣设备的钢球表面展开装置。

背景技术：
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，机器视觉技术是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。基于机器视觉技术的轴承钢球表面缺陷检测是目前国内外科技工作者研究的热点，其中钢球的表面展开装置是核心，也是一直以来国内外难以解决的技术问题。哈尔滨理工大学机械动力工程学院的王鹏、吴春亚等人提出了一种以LabView为软件平台结合IMAQVision函数库的钢球表面缺陷检测方法，该方法通过钢球在传送带上运动获取图像，然后利用缺陷区域纹理被破坏的特征，完成钢球表面缺陷的有无与类型判断，不能确切计算缺陷的大小，也不能摄取到钢球整个外表面的图像。哈尔滨工业大学的潘洪平博士也提出了一种利用摄像机和计算机图像处理与识别技术对钢球表面进行自动检测和识别分类的实验装置，该装置是在捷克子午线展开轮的基础上进行的研究，让钢球在自制的载物台上滚动，以便摄取钢球各个方位的图像，实现了钢球表面缺陷的自动检测，但是无法保证钢球在自制的载物台上被完全展开，不能保证可以摄取到各个预设点的图像。河南科技大学的宋晓霞提出了用于钢球表面展开的实验平台，其根据检测要求设计了两条相互垂直的轨道，钢球依靠自身重力在两条垂直的轨道上滚动，以便摄取到整个钢球表面的图像，但是由于钢球的二维机械运动使得获取钢球表面全覆盖图像具有随机性和复杂性。中国专利(公告号CN102658266B)公开了一种基于机器视觉的钢球分拣装置和方法，其采用进给盘中的检测腔承载钢球以一定速度做转动，钢球的展开依靠底部摩擦盘周期的转动和间歇的平动使钢球做偏心运动，达到待检测钢球表面展开的效果，但是此种方法获取图像具有随机性，并不能保证完全覆盖钢球表面，机构也比较复杂。中国专利(公告号CN102288620B)公开了一种基于多图像传感器的钢球表面展开方法及装置，该装置利用钢球的自身重力在一维轨道上滚动，其采用两个对称的图像传感器就可达到钢球表面全面覆盖，因而其展开机构的结构非常简化，但是该装置在实际使用过程中(参见专利公告号CN102735693B附图1)，为提高分拣效率，该一维轨道上的钢球呈连续排布，两相邻钢球之间紧密接触，如果两相邻钢球接触的表面具有凹坑或锈斑等缺陷，在重力挤压力作用下会影响其相对滚动，使得钢球沿该一维轨道滑动，不能充分滚动展开，也不能摄取到完整的钢球表面图像而造成漏检，其误检率较高为3～5‰，显然不能适用于钢球工业化批量分拣，因而有必要对其进行改进。

技术实现要素：
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于机器视觉的钢球分拣设备的钢球表面展开装置，其采用螺杆驱动钢球被动滚动展开的技术手段，主要解决了两相邻钢球因紧密接触而导致的钢球不能主动滚动展开的技术问题。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于机器视觉的钢球表面展开装置，包括用于承载钢球的导轨、平行设置于导轨下方且与钢球滚动配合的螺杆以及驱动螺杆转动的驱动装置；当钢球经过所述螺杆上方的导轨时，钢球在螺杆驱动和导轨导向的共同作用下相对导轨同时径向滚动和横向位移，且钢球至少径向滚动一个圆周。其中，所述螺杆长度大于M*N倍螺距，螺杆每转动M周其带动钢球径向滚动1/N圆周和横向位移M倍螺距，其中M、N为整数，M≥1，N≥3。优选的，所述螺杆长度为5倍螺距，螺杆转动1周其带动钢球被动滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距。优选的，所述螺杆长度为9倍螺距，螺杆转动2周其带动钢球被动滚动1/4圆周和横向位移两倍螺距。其中，所述驱动装置为伺服步进电机。所述导轨为设于钢球两旁侧的相互平行的导向条，所述螺杆设于两所述导向条正中的下方。一种基于机器视觉的钢球表面展开装置，包括用于承载钢球的导轨、平行设置于导轨下方且与钢球滚动配合的第一螺杆和第二螺杆以及驱动第一螺杆和第二螺杆转动的驱动装置；第一螺杆和第二螺杆沿所述导轨前后依序设置，当钢球经过所述第一/第二螺杆上方的导轨时，钢球在第一/第二螺杆驱动和导轨导向的共同作用下相对导轨同时径向滚动和横向位移，且钢球分别至少径向滚动一个圆周；第一螺杆与第二螺杆之间具有间隙，该间隙使得钢球脱离第一螺杆和第二螺杆的驱动而相对导轨横向滚动(2K-1)/4圆周，其中K为正整数。优选的，所述第一螺杆长度为5倍螺距，第一螺杆转动1周其带动钢球被动滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距；所述第二螺杆长度为5倍螺距，第二螺杆转动1周其带动钢球被动滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距。其中，第一螺杆与第二螺杆之间的所述间隙长度小于2倍钢球的球径。一种基于机器视觉的钢球表面展开装置展开钢球表面的方法，钢球沿所述导轨做一维方向运动，驱动装置驱动所述第一螺杆和第二螺杆转动，包括以下步骤：S1，钢球经过所述第一螺杆上方的导轨，钢球从第一螺杆的前端逐个进入螺旋槽，第一螺杆转动带动钢球相对所述导轨径向滚动和横向位移，第一螺杆长度大于M*N倍螺距，钢球球径小于M倍螺距，螺杆每转动M周其带动钢球径向滚动1/N圆周和横向位移M倍螺距，其中M、N为整数，M≥1，N≥3，钢球从第一螺杆的后端逐个退出螺旋槽；S2，钢球经过所述间隙上方的导轨，钢球沿导轨横向滚动(2K-1)/4圆周，其中K为正整数，使得第一螺杆驱动钢球径向滚动的径向面与第二螺杆驱动钢球径向滚动的径向面正交；S3，钢球经过所述第二螺杆上方的导轨，钢球从第二螺杆的前端逐个进入螺旋槽，第二螺杆转动带动钢球相对所述导轨径向滚动和横向位移，第二螺杆长度大于M*N倍螺距，钢球球径小于M倍螺距，螺杆每转动M周其带动钢球径向滚动1/N圆周和横向位移M倍螺距，其中M、N为整数，M≥1，N≥3，钢球从第二螺杆的后端逐个退出螺旋槽。采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：与现有技术相比，本发明包括导轨、螺杆及驱动装置，钢球在螺杆带动下沿导轨做一维方向运动，其展开机构的结构简单，图像传感器设置于钢球的上方或旁侧，对图像传感器的位置限定要求较低，因而便于图像传感器布设及调节(而背景技术所述的对称设于一维轨道两侧的图像传感器，对图像传感器的角度及距离的要求非常严格，实际操作中难以布设和调节)，本发明采用螺杆驱动钢球被动滚动从而使得钢球表面充分展开，与现有技术的钢球依靠自身重力在一维轨道上主动滚动展开相比，其采用螺杆驱动钢球相对导轨径向滚动和横向位移，由于螺旋槽的螺距可将相邻钢球等间距隔离开，避免了相邻钢球因某些特殊情况(例如钢球表面有凹坑或锈斑等缺陷)导致钢球不能充分滚动展开的情形，因而可摄取到钢球完整的表面图像，避免漏检，降低误检率，误检率为万分之1～2，分拣效率高，适用于钢球工业化批量分拣。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为本发明实施例2的结构示意图。图3为本发明实施例3的结构示意图。图4为本发明实施例3的立体结构示意图。。图中，1：螺杆；11：第一螺杆；12：第二螺杆；2：导轨；3：钢球。具体实施方式以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。实施例1，见图1所示：一种基于机器视觉的钢球表面展开装置，本装置为钢球分拣机的重要组件，包括用于承载钢球3的导轨2、设于导轨2下方且与钢球3滚动配合的螺杆1以及驱动螺杆1转动的驱动装置(驱动装置与螺杆1可采用齿轮、皮带等连接结构，属于公知技术，因而驱动装置未图示)，螺杆1设有与钢球3底部相匹配的螺旋槽，螺旋槽的螺距相等，当钢球3经过所述螺杆1上方的导轨2时，钢球3在螺杆1驱动和导轨2导向的共同作用下相对导轨2同时径向滚动和横向位移，且钢球3至少径向滚动一个圆周。所述螺杆1长度大于M*N倍螺距，钢球3球径小于M倍螺距，螺杆1每转动M周其带动钢球3径向滚动1/N圆周和横向位移M倍螺距，其中M、N为整数，M≥1，N≥3。其中，所述驱动装置为伺服步进电机，所述导轨2为设于钢球3两旁侧的相互平行的导向条，所述螺杆1设于所述两导向条正中的下方，所述导轨2沿钢球3行进方向向下倾斜，使得钢球3在导轨2上依靠自身重力进入到螺杆1的螺旋槽内，所述螺旋槽的螺旋角为30～60度，优选45度，使得螺杆1驱动钢球3被动滚动更平稳。本实施例以球径为18mm钢球3表面展开为例进行说明，其中螺杆1的长度为100mm，螺距的长度为20mm，即螺杆1的长度为5倍螺距，螺杆1转动一周其带动钢球3相对导轨2径向滚动1/4圆周和横向位移1个螺距。本实施例中，图像传感器设于钢球3的上方，若干钢球3在自身重力下沿具有斜度的导轨2做一维方向运动，伺服步进电机驱动螺杆1转动，步进电机控制螺杆1每转动一周停顿一次，图像传感器在该停顿间隙时间内完成对钢球3表面的图像摄取，使得图像传感器摄取到的静止状态下的钢球3的表面图像其成像更清晰，有利于机器视觉的后期图像处理。钢球3从螺杆1的前端逐个进入螺旋槽，螺杆1在驱动装置的驱动下转动进而带动钢球3被动地径向滚动，钢球3每经过一个螺距的距离，钢球3被动滚动1/4圆周，当钢球3连续经过4个螺距的距离，钢球3沿螺旋槽的切线方向被动地径向滚动1周，即图像传感装置获取该4个螺距范围内的钢球3上端球冠的图像就可以重构生成绕钢球3一周的图像，钢球3从螺杆1的后端再逐个退出螺旋槽。本实施例中，钢球3球径小于螺杆1的1倍螺距，使得螺杆1可同时驱动4个钢球3同步地径向滚动和横向位移，图像传感器每次可摄取包含有4个钢球3的上端球冠表面的图像，相当于4进程同步运行，以提高图像摄取效率。采用螺杆1驱动钢球3径向滚动展开，可以使相邻钢球3分隔开，钢球3与钢球3之间互不干扰，而且钢球3是依靠外力驱动其展开的，因而钢球3的表面可以充分滚动展开，解决了现有一维轨道的相邻钢球3因紧密接触而导致的钢球3不能主动滚动展开的问题。实施例2，见图2所示：本实施例以球径为36mm钢球3表面展开为例进行说明，其中螺杆1的长度为180mm，螺距的长度为20mm，即螺杆1的长度为9倍螺距，螺杆1转动2周其带动钢球3相对导轨2径向滚动1/4圆周和横向位移2个螺距。本实施例与实施例1的区别在于钢球3的球径大于螺杆1的1倍螺距而小于2倍螺距，由于钢球3是从螺杆1前端的进入螺旋槽的，在导轨2的限位作用下，只有当螺杆1转动2周后，下一个钢球3才有空间再次从螺杆1的前端进入螺旋槽。本实施例表明：当钢球3的球径大于N倍螺距而小于N+1倍螺距时，N≥0，即驱动装置驱动螺杆1转动N+1转后，下一个钢球3可进入到螺杆1的螺旋槽，使得螺杆1上方导轨2的钢球3始终保持，本实施例其余内容与实施例1相同，不再赘述。实施例3，见图3和图4所示：实施例1和实施例2均采用一根螺杆1对钢球3进行驱动，图像传感器只能摄取到一个滚动方向上绕钢球3一周的图像，而图像传感器在钢球3的前后两端具有视觉盲区，因此不能完整地摄取到整个钢球3的表面图像，为解决该问题，可在钢球3从螺杆1前端位置和钢球3从螺杆1后端退出位置增加两幅摄取图像，这两个位置的钢球3是沿着导轨2滚动的，与螺杆1的径向滚动具有接近正交的夹角，因此图像传感器可以摄取六个位置的钢球3图像来重构生成完整的钢球3表面的图像。但是该方法所增加的两幅摄取图像仍存在一定的随机性，会影响钢球3的误检率。针对该问题，本实施例采用两根前后依序设置的第一螺杆11和第二螺杆12分两个阶段钢球3驱动进行径向滚动展开，而且该两径向滚动的径向面是正交的，因而通过两根螺杆1分别对钢球3驱动可使得钢球3表面能够充分完整地展开，以进一步降低误检率。具体地，一种基于机器视觉的钢球3表面展开装置，包括用于承载钢球3的导轨2、平行设置于导轨2下方且与钢球3滚动配合的第一螺杆11和第二螺杆12以及驱动第一螺杆11和第二螺杆12转动的驱动装置。第一螺杆11和第二螺杆12沿所述导轨2前后依序设置，当钢球3经过所述第一/第二螺杆11、12上方的导轨2时，钢球3在第一/第二螺杆11、12驱动和导轨2导向的共同作用下相对导轨2同时径向滚动和横向位移，且钢球3分别至少径向滚动一个圆周。第一螺杆11与第二螺杆12之间具有间隙，该间隙使得钢球3脱离第一螺杆11和第二螺杆12的驱动而相对导轨2横向滚动1/4圆周。优选的，所述第一螺杆11长度为5倍螺距，第一螺杆11转动1周其带动钢球3被动滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距。所述第二螺杆12长度为5倍螺距，第二螺杆12转动1周其带动钢球3被动滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距。其中，第一螺杆11与第二螺杆12之间的所述间隙长度小于2倍钢球3的球径，该间隙内只容纳一个钢球3，其沿导轨2滚动更平稳和顺畅。一种基于机器视觉的钢球3表面展开装置展开钢球3表面的方法，基于机器视觉的钢球3表面展开装置参见实施例3，钢球3沿所述导轨2做一维方向运动，驱动装置驱动所述第一螺杆11和第二螺杆12转动，包括以下步骤：第一步，钢球3经过所述第一螺杆11上方的导轨2，钢球3从第一螺杆11的前端逐个进入螺旋槽，第一螺杆11转动带动钢球3相对所述导轨2径向滚动和横向位移，第一螺杆11长度为5倍螺距，钢球3球径小于1倍螺距，螺杆1每转动1周其带动钢球3径向滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距，钢球3从第一螺杆11的后端逐个退出螺旋槽。当钢球3通过第一螺杆11上方的导轨2后，图像传感器摄取到绕钢球3一周的表面图像。第二步，钢球3经过所述间隙上方的导轨2，钢球3沿导轨2横向滚动1/4圆周，使得第一螺杆11驱动钢球3径向滚动的径向面与第二螺杆12驱动钢球3径向滚动的径向面正交，该位置时图像传感器不获取钢球3表面图像。第三步，钢球3经过所述第二螺杆12上方的导轨2，钢球3从第二螺杆12的前端逐个进入螺旋槽，第二螺杆12转动带动钢球3相对所述导轨2径向滚动和横向位移，第二螺杆12长度为5倍螺距，钢球3球径小于1倍螺距，螺杆1每转动1周其带动钢球3径向滚动1/4圆周和横向位移1倍螺距，钢球3从第二螺杆12的后端逐个退出螺旋槽。当钢球3通过第二螺杆12上方的导轨2后，图像传感器摄取到与第一步中所摄取到的图像正交的绕钢球3一周的表面图像。以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。