尹凌鵬，殷小亮

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江衢州324000；2.嘉興學(xué)院，浙江嘉興314000）

1 引言

軸承是機(jī)械工業(yè)中的重要零件之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、航空、汽車等機(jī)械設(shè)備中。軸承的精度和質(zhì)量直接影響機(jī)械產(chǎn)品的性能和壽命，因此軸承的精度和質(zhì)量一直是企業(yè)最關(guān)心的問(wèn)題之一。在軸承套圈加工中，車削加工是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。車輛的質(zhì)量直接影響后續(xù)的加工。尤其是軸承套圈的加工，軸承加工過(guò)程中，由于各種不可控原因，某些工序漏掉加工或者加工不到位的情況時(shí)有發(fā)生，其中比較典型的情況是軸承的套圈外圓或軸承內(nèi)滾道的漏加工。這樣的產(chǎn)品不但會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)后續(xù)工序中的精加工設(shè)備造成損傷，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失[1]。

在浙江省，越來(lái)越多的裝備制造業(yè)可以利用自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)省內(nèi)軸承零件的加工和檢測(cè)。然而，隨著自動(dòng)化制造業(yè)的逐漸普及，同時(shí)也出現(xiàn)了可靠性低、檢測(cè)誤差大、效率低等問(wèn)題。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)現(xiàn)有規(guī)模以上的軸承企業(yè)共1400多家，主要集中在遼寧的瓦房店、洛陽(yáng)、浙江、江蘇、山東等地區(qū)，除瓦、哈、洛和萬(wàn)向錢潮、浙江天馬、人本集團(tuán)等企業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)收入超過(guò)10億元以上，其余的大部分為中小型軸承企業(yè)。它們大部分為中小型民營(yíng)企業(yè)，大多開(kāi)始引進(jìn)自動(dòng)化加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。但在使用過(guò)程中頻繁出現(xiàn)精度低、效率低、檢測(cè)不穩(wěn)定等問(wèn)題。軸承加工中涉及的問(wèn)題較多。

2 檢測(cè)方法研究

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外軸承企業(yè)采用各種各樣的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。歸納起來(lái)主要有幾類：

①傳統(tǒng)方法。軸承成品檢驗(yàn)傳統(tǒng)的方法是運(yùn)用人工的方式來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。這樣工作量很大，時(shí)間一長(zhǎng)人的眼睛很容易疲勞，其準(zhǔn)確率也無(wú)法保證。

②振動(dòng)診斷技術(shù)。采用振動(dòng)診斷技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收和分析，以此來(lái)判斷軸承成品所存在的問(wèn)題。但通常需要軸承在工作過(guò)程中檢測(cè)，操作煩瑣，且效率較差。

③機(jī)械靠模的方法。通過(guò)固定試塊和加工件相比較的方式進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，從而檢測(cè)出被加工件是否存在漏加工[2]。但只能針對(duì)軸承溝道檢測(cè)，存在其局限性。

④傳感器探測(cè)法，傳感器探測(cè)法一般是基于PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，通過(guò)接觸傳感器探測(cè)套圈的邊界位置，從位置信息來(lái)判斷是否存在溝道，從而準(zhǔn)確得到溝道的尺寸，但對(duì)定位系統(tǒng)的要求也比較高，檢測(cè)效率比較低，對(duì)倒角和密封槽的檢測(cè)依然不能適用。

綜上所述，目前的檢測(cè)方法存在著各種問(wèn)題，無(wú)論在檢測(cè)速度還是在檢測(cè)的準(zhǔn)確性上都無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)時(shí)的檢測(cè)需要。如果存在不合格的套圈流入市場(chǎng)，不僅用戶會(huì)受到經(jīng)濟(jì)損失，軸承生產(chǎn)廠家也會(huì)失去信譽(yù)。所以，尋求一種可靠的檢測(cè)手段，提高檢測(cè)效率、準(zhǔn)確性和通用性，降低對(duì)機(jī)械定位系統(tǒng)的要求，是當(dāng)前的發(fā)展需要[3]。

3 檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

整個(gè)套圈檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)檢測(cè)的工作過(guò)程。如圖所示，該過(guò)程包括軸承內(nèi)圈檢測(cè)和軸承外圈檢測(cè)。首先進(jìn)行外圈檢驗(yàn)，如果外圈檢測(cè)不合格，則排出。如果合格，則進(jìn)入下一個(gè)軸承內(nèi)圈的檢測(cè)環(huán)節(jié)。內(nèi)圈檢測(cè)不合格，則排出。如果合格，則該套圈精度達(dá)到要求，系統(tǒng)輸出合格標(biāo)識(shí)。然后進(jìn)入下一個(gè)檢測(cè)周期。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程

系統(tǒng)包含機(jī)械部分及圖形采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)與機(jī)械控制部分形成交互操作。系統(tǒng)原有的PLC控制設(shè)備加工及將套圈檢測(cè)件傳送到指定位置，同時(shí)接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的分析結(jié)果，如為不合格品，則排除；同時(shí)計(jì)算機(jī)接受來(lái)自圖像采集系統(tǒng)發(fā)來(lái)的信息，進(jìn)行圖像分析及智能判斷，從而得出結(jié)論，將結(jié)果傳送給PLC控制系統(tǒng)，如此反復(fù)。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)整體組成

由系統(tǒng)對(duì)工藝及圖像信息采集過(guò)程要求，將整體檢測(cè)系統(tǒng)分析如下：接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有套圈到位時(shí)，CCD相機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍照，圖像經(jīng)過(guò)圖像采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，最后由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可獲得軸承套圈的特征信息，對(duì)此信息進(jìn)行判斷可得到套圈是否存在漏工序問(wèn)題，最后將結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的動(dòng)作[4]。通過(guò)研究軸承套圈生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)的情況，得出以下對(duì)本文檢測(cè)方法的要求：

①采用圖像處理方法檢測(cè)軸承套圈是否存在漏車加工或加工未到位的情況；

②軸承套圈類型為角接觸、深溝球等；

③被檢測(cè)的軸承套圈包括內(nèi)圈和外圈，直徑范圍 20～300mm；

④自動(dòng)記錄檢測(cè)個(gè)數(shù)；

⑤檢測(cè)的位置、形狀、參數(shù)閾值可預(yù)先調(diào)整。

圖3 檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程分析

4 結(jié)論與展望

通過(guò)機(jī)電控制研究與設(shè)計(jì)方法論述，該設(shè)計(jì)方案能夠順利完成軸承套圈的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承套圈的自動(dòng)分揀，結(jié)合相應(yīng)的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)套圈的精度測(cè)量。同時(shí)該系統(tǒng)的研究也能夠有效利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)代替人工作業(yè)的效果，提高生產(chǎn)效率，減少了人為發(fā)生的錯(cuò)誤。