一种球体球面展开装置的制作方法

本实用新型涉及检测设备技术领域，具体是一种用于自动化机器视觉检测系统中的球体球面展开装置。

背景技术：

滚珠轴承是应用及其广泛的通用机械产品，其中滚珠为球体，其需求量极大，而其表面质量直接影响轴承质量。目前轴承所用滚珠大多选用钢球，相较于钢球，氮化硅陶瓷轴承球具有热膨胀系数小，摩擦系数小、无油自润滑、转数高、寿命长、绝缘等特性，在未来一段时间里必将在航空、航天等领域有广泛的应用前景。然而由于陶瓷材料的脆性，在陶瓷球制造和加工的各个阶段都有可能产生表面缺陷，处于表面和次表面的缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。因此在生产过程中对陶瓷球的表面质量检测十分重要。

目前我国轴承滚珠生产企业在钢球或陶瓷球的表面质量检测时，基本上都是采用人工目检方式对球体表面进行检测，即利用显微镜，借助环境光拨动球体从而观察球体表面情况，当发现有缺陷瑕疵球后，人工剔选出来。这种利用人眼检测的方式有以下两个缺点：一、钢球或陶瓷球等抛光球体，表面高亮高反光，容易刺激眼睛，因而人的眼睛在显微镜下观察极易疲劳；二、通过人工手动拨动的方式检测，无法保证观察到的待测球体的表面为全部表面，因此准确性难以保证。

随着科学技术的发展，自动化机器视觉检测系统越来越多的应用于工业检测中，利用机器代替人眼来做测量和判断，为了对球体进行全部扫描，因此需要对球体进行球面展开的装置。现有的自动化机器视觉检测系统通常由球面展开装置和显微图像检测装置两部分构成。其中的球面展开装置大多存在结构复杂，不能实现连续作业的问题；而显微图像检测装置中的显微镜需要配备相应的驱动装置来调节其拍摄位置和角度，不仅增加了成本，而且效率较低。球体在检测过程中被相应的夹具夹紧固定，易造成球体损坏。而且球体直径越小，固定就越困难。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单，能连续检测的用于自动化机器视觉检测系统中的球体球面展开装置。

实现本实用新型目的的基本技术方案是：一种球体球面展开装置，其结构特点是：包括摩擦盘、摩擦盘驱动装置、球体托盘组件和底板。球体托盘组件包括球体位移转盘，球体位移转盘转动设置在摩擦盘的上方。球体位移转盘上设有贯穿其上下的球体限位孔，球体限位孔的孔径与球体的直径相对应。球体中部相应部位位于球体限位孔中，球体下部相应部位与摩擦盘相接触。位移转盘用于改变球体在水平面中的位移以变换工位，球体在球体限位孔中能自由转动。摩擦盘驱动装置设置在底板上，由摩擦盘驱动装置驱动摩擦盘在同一水平面中运动。由摩擦盘通过摩擦力使球体在球体限位孔中原地自由转动。

以上述基本技术方案为基础的技术方案是：摩擦盘表面采用聚氨酯材料制成。

以上述相应技术方案为基础的技术方案是：摩擦盘的后部设有贯穿其上下的开口向后的出料缺口。出料缺口中设有可以开合的活动板，活动板左端铰接连接在摩擦盘上，将摩擦盘的出料缺口封住，由气缸驱动活动板实现翻转开合。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：活动板上设有导料槽。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：摩擦盘驱动装置包括X轴驱动组件和Y轴驱动组件。X轴驱动组件设置在底板上，Y轴驱动组件设置在X轴组件的X轴移动座上，由X轴驱动组件和Y轴驱动组件实现摩擦盘在同一水平面中沿X轴Y轴运动。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：X轴驱动组件还包括X轴步进电机、X轴丝杆、X轴滚珠丝杆螺母、X轴丝杆螺母座和X轴直线滑动单元。X轴步进电机由其电机壳通过相应的X轴电机安装座固定设在底板的后部右侧上，其电机轴向左伸出。X轴丝杆通过相应的丝杆轴承座沿左右向转动设置在底板的后部上。X轴丝杆的右端通过联轴器与X轴步进电机的电机轴传动连接。X轴滚珠丝杆螺母设置在X轴丝杆上。X轴丝杆螺母座固定设置在X轴滚珠丝杆螺母上。X轴直线滑动单元有2组，2组X轴直线滑动单元均采用SBR圆导轨。2组X轴直线滑动单元从前至后相互平行设置在底板上。X轴直线滑动单元的底座固定设在底板上。X轴移动座固定设置在2组X轴直线滑动单元的滑块上。X轴移动座与X轴丝杆螺母座固定连接，从而由X轴步进电机驱动X轴移动座沿X轴直线滑动单元左右运动。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：Y轴驱动组件包括Y轴步进电机、Y轴丝杆、Y轴滚珠丝杆螺母、Y轴丝杆螺母座、Y轴移动座、Y轴直线滑动单元和Y轴安装板。Y轴安装板固定设置在X轴驱动组件的X轴移动座的上侧上。Y轴步进电机由其电机壳通过相应的Y轴电机安装座固定设在Y轴安装板的后部右侧上，其电机轴向前伸出。Y轴丝杆通过相应的丝杆轴承座沿前后向转动设置在Y轴安装板的左部上。Y轴丝杆的后端通过联轴器与Y轴步进电机的电机轴传动连接。Y轴滚珠丝杆螺母设置在Y轴丝杆上。Y轴丝杆螺母座固定设置在Y轴滚珠丝杆螺母上。Y轴直线滑动单元有2组，2组Y轴直线滑动单元均采用SBR圆导轨。2组Y轴直线滑动单元从左至右相互平行设置在Y轴安装板上。Y轴直线滑动单元的底座固定设在X轴移动座上。Y轴移动座固定设置在2组Y轴直线滑动单元的滑块上。Y轴移动座与Y轴丝杆螺母座固定连接，从而由Y轴步进电机驱动Y轴移动座沿Y轴直线滑动单元前后运动。摩擦盘固定设置在Y轴移动座的上侧上。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：球体托盘组件还包括旋转步进电机和转盘安装轴。摩擦盘为正方形，摩擦盘的边长大于球体位移转盘的直径与待测球体的2倍大圆周长之和。旋转步进电机的电机轴朝向下方设置。转盘安装轴通过连轴器传动连接在旋转步进电机的电机轴上。球体位移转盘可拆卸同轴固定设置在转盘安装轴的下端上。球体位移转盘沿其周向等间隔角度设有一组贯穿其上下的球体限位孔。球体的球心位于球体限位孔中。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：球体托盘组件的球体位移转盘的球体限位孔的上侧设有导向座，导向座设有贯穿其上下的中央通孔，中央通孔的直径与球体限位孔的直径相同，且中央通孔与球体限位孔同轴设置。导向座的内孔壁上端设有倒圆角。

以上述各相应技术方案为基础的技术方案是：球体托盘组件的球体位移转盘的球体限位孔的孔径大于球体的直径0.1毫米至2.0毫米。

球体限位孔的深度为1.0毫米至3.0毫米。导向座向上高出球体位移转盘的上表面的距离0.5毫米至1.5毫米。

本实用新型具有以下的有益效果：(1)本实用新型的球体球面展开装置结构简单，可以适用于不同直径的球体球面展开，实现了钢球或陶瓷球等球体的连续检测，大大提高了检测效率。本实用新型实现了球体的原地球面展开，单球展开进行检测的能够对每一粒球进行全方位的检测，检测过程中显微图像检测装置的显微镜检保持固定，大大提高了测精度高，降低了误检率，同时有利于减小整体设备的体积。

(2)本实用新型的球体球面展开装置检测过程为单个检测，解决了目前批量检测结果误差大等缺点。

(3)本实用新型的球体托盘组件的球体位移转盘可以根据待检测球的直径大小进行跟换，适应能力强，应用范围广。

(4)本实用新型工作原理简单明了，由较少的模块组成完整的球面展开系统，球体球面展开装置的摩擦盘驱动装置由X轴驱动组件和Y轴驱动组件组成，机械结构简单可靠，整个检测操作过程可控，维护成本低。摩擦盘表面采用聚氨酯材料制成，既能保证球体实现自转，又不会对球体落入时造成损坏。

(5)本实用新型的球体球面展开装置的球体通过球体位移转盘的球体限位孔进行限位，依靠摩擦力实现自转，避免了传统夹具对球体造成损伤，而且解决了直径较小的球体难以固定的问题。

(6)本实用新型的球体球面展开装置的球体的球心位于球体限位孔中，既能避免球体从球体限位孔中脱出，又能尽可能多的留出检测拍摄表面，提高检测质量。

(7)本实用新型的球体球面展开装置的球体位移转盘的球体限位孔的上侧设有导向座，导向座的内孔壁上端设有倒圆角，便于球体快速准确落入球体限位孔中，即不影响检测拍摄表面的范围，又能避免球体从球体限位孔中脱出。

(8)本实用新型的球体球面展开装置设有活动板，活动板上设有导料槽，便于球体检测完成后出料，出料快速，便于导向归集且不会损坏球体。

附图说明

图1为本实用新型的球体球面展开装置的结构示意图；

图2为图1的左视示意图；

图3为图1的右视示意图；

图4为图1的后视示意图；

图5为图1的俯视示意图；

图6为从图1的左前上方观察时的示意图；

图7为从图1的右前上方观察时的示意图；

图8为从图1的右前下方观察时的示意图；

图9为从图1的左前上方观察时球体托盘组件的示意图；

图10为从图1的左前下方观察时球体托盘组件的示意图。

附图中的标号为：

摩擦盘1，活动板11，导料槽11-1，

摩擦盘驱动装置2，

X轴驱动组件21，X轴步进电机21-1，X轴丝杆21-2，X轴滚珠丝杆螺母21-3，X轴丝杆螺母座21-4，X轴移动座21-5，X轴直线滑动单元21-6，

Y轴驱动组件22，Y轴步进电机22-1，Y轴丝杆22-2，Y轴滚珠丝杆螺母22-3，Y轴丝杆螺母座22-4，Y轴移动座22-5，Y轴直线滑动单元22-6，Y轴安装板22-7，

球体托盘组件3，旋转步进电机31，球体位移转盘32，球体限位孔32-1，导向座32-2，转盘安装轴33，

底板4，球体10。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的方位的描述按照图1所示的方位进行，也即图1所示的上下左右方向即为描述的上下左右方向，图1所朝的一方为前方，背离图1的一方为后方。以左右方向为X轴方向，以前后方向为Y轴方向。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系是基于附图所述的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型或简化描述，而不是指示必须具有的特定的方位。

(实施例1)

见图1至图10，本实用新型的用于自动化机器视觉检测系统中的球体球面展开装置包括摩擦盘1、摩擦盘驱动装置2、球体托盘组件3和底板4。

见图1至图8，摩擦盘1为正方形，摩擦盘1表面采用聚氨酯材料制成。摩擦盘1的后部设有贯穿其上下的开口向后的出料缺口。出料缺口中设有可以开合的活动板11，活动板11左端铰接连接在摩擦盘1上，将摩擦盘1的出料缺口封住，由气缸驱动活动板11实现翻转开合(图中气缸为画出)。活动板11后部上设有前大后小的导料槽11-1。当检测完成的球10(钢球或陶瓷球)位于活动板11上的导向槽中时，活动板11向下翻转打开，球体10可从导料槽11-1滚落至自动化机器视觉检测系统中相应的判断模块中。

见图1至图8，摩擦盘驱动装置2包括X轴驱动组件21和Y轴驱动组件22。

见图1至图8，X轴驱动组件21包括X轴步进电机21-1、X轴丝杆21-2、X轴滚珠丝杆螺母21-3、X轴丝杆螺母座21-4、X轴移动座21-5和X轴直线滑动单元21-6。X轴步进电机21-1由其电机壳通过相应的X轴电机安装座固定设在底板4的后部右侧上(所述X轴电机安装座在附图中未画出)，其电机轴向左伸出。X轴丝杆21-2通过相应的丝杆轴承座沿左右向转动设置在底板4的后部上。X轴丝杆21-2的右端通过联轴器与X轴步进电机21-1的电机轴传动连接。X轴滚珠丝杆螺母21-3设置在X轴丝杆21-2上。X轴丝杆螺母座21-4固定设置在X轴滚珠丝杆螺母21-3上。X轴直线滑动单元21-6有2组，2组X轴直线滑动单元21-6均采用SBR圆导轨，SBR圆导轨包括光轴、滑块和底座。2组X轴直线滑动单元21-6从前至后相互平行设置在底板4上。X轴直线滑动单元21-6的底座固定设在底板4上。X轴移动座21-5固定设置在2组X轴直线滑动单元21-6的滑块上。X轴移动座21-5与X轴丝杆螺母座21-4固定连接，从而由X轴步进电机21-1驱动X轴移动座21-5沿X轴直线滑动单元21-6左右运动。

见图1至图8，Y轴驱动组件22包括Y轴步进电机22-1、Y轴丝杆22-2、Y轴滚珠丝杆螺母22-3、Y轴丝杆螺母座22-4、Y轴移动座22-5、Y轴直线滑动单元22-6和Y轴安装板22-7。Y轴安装板22-7固定设置在X轴驱动组件21的X轴移动座21-5的上侧上。Y轴步进电机22-1由其电机壳通过相应的Y轴电机安装座固定设在Y轴安装板22-7的后部右侧上(所述Y轴电机安装座在附图中未画出)，其电机轴向前伸出。Y轴丝杆22-2通过相应的丝杆轴承座沿前后向转动设置在Y轴安装板22-7的左部上。Y轴丝杆22-2的后端通过联轴器与Y轴步进电机22-1的电机轴传动连接。Y轴滚珠丝杆螺母22-3设置在Y轴丝杆22-2上。Y轴丝杆螺母座22-4固定设置在Y轴滚珠丝杆螺母22-3上。Y轴直线滑动单元22-6有2组，2组Y轴直线滑动单元22-6均采用SBR圆导轨，SBR圆导轨包括光轴、滑块和底座。2组Y轴直线滑动单元22-6从左至右相互平行设置在Y轴安装板22-7上。Y轴直线滑动单元22-6的底座固定设在X轴移动座21-5上。Y轴移动座22-5固定设置在2组Y轴直线滑动单元22-6的滑块上。Y轴移动座22-5与Y轴丝杆螺母座22-4固定连接，从而由Y轴步进电机22-1驱动Y轴移动座22-5沿Y轴直线滑动单元22-6前后运动。摩擦盘1固定设置在Y轴移动座22-5的上侧上。

见图1至图10，球体托盘组件3包括旋转步进电机31、球体位移转盘32和转盘安装轴33。旋转步进电机31由其电机壳固定设置在相应的安装座(图中安装座未画出)上，所述安装座固定在建筑物上或相应的自动化机器视觉检测系统中的固定机架上。旋转步进电机31的电机轴朝向下方。转盘安装轴33通过连轴器传动连接在旋转步进电机31的电机轴上。球体位移转盘32可拆卸同轴固定设置在转盘安装轴33的下端上。球体位移转盘32位于摩擦盘1的上方。球体位移转盘32沿其周向等间隔角度设有一组贯穿其上下的球体限位孔32-1。本实施例的一组球体限位孔32-1有12个。球体10的球心位于球体限位孔32-1中。

摩擦盘1的边长大于球体位移转盘32的直径与待测球体10的2倍大圆周长之和。

球体限位孔32-1的孔径大于球体10的直径0.1毫米至2.0毫米，本实施例球体限位孔32-1的孔径大于球体10的直径1.0毫米。球体限位孔32-1的深度为1.0毫米至3.0毫米，本实施例为1.0毫米。

球体限位孔32-1的上侧设有导向座32-2，导向座32-2设有贯穿其上下的中央通孔，中央通孔的直径与球体限位孔32-1的直径相同，且中央通孔与球体限位孔32-1同轴设置。导向座32-2向上高出球体位移转盘32的上表面的距离0.5毫米至1.5毫米，本实施例为1.0毫米。导向座32-2的内孔壁上端设有倒圆角。

本实用新型的球体球面展开装置使用时：每个球体限位孔32-1所在位置对应相应一个工位，以图5中所示的球体10所在位置的工位为检测工位，活动板11的导向槽上方对应的一个球体限位孔32-1所在的工位为出料工位，球体位移转盘32逆时针方向转动。由工人和自动的球体10送料装置将待检测的球体10依次连续送入检测工位之前的球体限位孔32-1中。

1、将自动化机器视觉检测系统中的显微图像检测装置的显微镜对准待检测球体10所在的检测工位；由旋转步进电机31通过转盘安装轴33驱动球体位移转盘32逆时针转动将待检测的球体10送至检测工位。然后球体位移转盘32保持不动。

2、由摩擦盘驱动装置2的X轴驱动组件21和Y轴驱动组件22驱动实现摩擦盘1在水平面中沿X轴Y轴移动，由于摩擦力作用，球体10在球体位移转盘32的球体限位孔32-1中自转，球体10随着摩擦盘1沿X轴Y轴运动的同时，球体表面也沿着X轴Y轴展开，自动化机器视觉检测系统中的显微图像检测装置对球体10进行拍摄检测。

摩擦盘1的移动方式采用如下方式：步进电机在检测球体时，X轴Y轴分别正向移动一个圆周距离(根据所检测球体直径大小设定)，然后X轴Y轴再分别做逆向移动一个圆周距离，回到原点。

3、当检测完一个球体10后，摩擦盘1停止运动，保持静止。由旋转步进电机31通过转盘安装轴33驱动球体位移转盘32逆时针转动一个工位，将下一个待检测的球体10送至检测工位进行检测。

4、当第一个检测完的球体10被球体位移转盘32送至活动板11上方相应的出料工位上时，相应的气缸驱动活动板11向下翻转打开，球体10沿导料槽11-1滚落至自动化机器视觉检测系统中相应的判断模块中，随后活动板11恢复原位将摩擦盘1的出料缺口封住。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。