張麗娟，范佳慧

（石家莊科技職業(yè)學(xué)院，河北石家莊 052160）

0 引言

軸承是一種有著很高精度要求的零部件，通常和軸承座配合使用，一旦軸承和軸承座之間出現(xiàn)精度超過允許范圍的誤差，將會對軸承造成嚴重的磨損，進而影響到設(shè)備的使用壽命和運行安全。傳統(tǒng)模式下對于軸承的檢測與檢驗主要是依靠人工來完成，并且這種檢測模式都是在生產(chǎn)完成之后對成品展開的檢測，因而，一旦檢測出來質(zhì)量缺陷，都會產(chǎn)生嚴重的成本負擔。自動化檢測技術(shù)是一種基于智能化的儀器儀表設(shè)計出來的檢測系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的人工參與檢測，其具有檢測精準度高、檢測效率快等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)。

1 整體框架

軸承直徑自動化檢測裝置是以STM32 單片機為基礎(chǔ)，采用一體式激光掃描儀來對檢測裝置框架結(jié)構(gòu)開展設(shè)計的，其中主要包含激光檢測裝置、被測軸件送進機構(gòu)、頂錐機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、輸送帶機構(gòu)以及次品篩選機構(gòu)等部分。它可以實現(xiàn)軸承檢測過程中的自動上料、測量、自動分選以及自動下料等多種功能。由于一體化激光測徑儀的激光是從裝置中間發(fā)出的，這就導(dǎo)致了軸承要想實現(xiàn)在測量儀上進行旋轉(zhuǎn)，就需要采用兩端驅(qū)動的方式來避免因激光干涉造成測量出現(xiàn)誤差。考慮到對軸承進行旋轉(zhuǎn)測量需要一定的時間間隔，這就需要在對該裝置進行設(shè)計時設(shè)置為兩個不同的階段，首先將被測軸承傳送至測量儀上，等到測量儀對軸承測量完成之后，再將軸承傳送至輸送帶上，且在該流程之中需要緊密無縫的配合，因此，這也成為自動化檢測裝置設(shè)計的一個難題[1]。而且，鑒于設(shè)計所檢測的軸承對于精度有著較高的要求，設(shè)備對于精度的誤差要求應(yīng)控制在0.005 mm 之內(nèi)，因此，高精度要求也成為設(shè)計的另一個難點。自動檢測裝置的系統(tǒng)框架如圖1 所示。

圖1 軸承直徑自動化檢測裝置整體框架

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 單片機

單片機作為該檢測系統(tǒng)的核心模塊，其主要應(yīng)用于對軸承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的控制，在單片機的選擇方面，本著簡單實用和低成本投入的原則，同時考慮到單片機需要同時對多個步進電機進行控制，而為了能夠?qū)崿F(xiàn)精準、穩(wěn)定的控制效果，選擇STM32 系列的F103 單片機。該型號的單片機具有運行穩(wěn)定性高、功耗較低以及設(shè)計安裝簡單等諸多優(yōu)點，其主要的性能參數(shù)見表1。

表1 STM32F103 單片機性能參數(shù)

2.2 激光掃描儀

系統(tǒng)設(shè)計選擇的一體式激光掃描儀是型號為TLSM190，其是一種專業(yè)用于軸類零件直徑檢測的非接觸式測量儀器，被廣泛應(yīng)用于光纖電纜、導(dǎo)柱、軸承以及鋼筋的在線檢測系統(tǒng)之中。TLSM190 型激光檢測儀不僅能夠做到對被測軸承的直徑、存在偏差等數(shù)據(jù)值的實時顯示，同時也可以依據(jù)檢測需要來對具體的參數(shù)進行設(shè)定，并具有檢測超限報警功能，因此，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求。TLSM190 型激光測徑儀主要是由V 形支撐塊、激光設(shè)備、顯示面板以及控制器等部分內(nèi)容組成。其具體的技術(shù)指標見表2。

表2 TLSM190 型激光測徑儀技術(shù)參數(shù)

TLSM190 型激光測徑儀具有主副兩個顯示器，在正常的工作狀態(tài)下，主顯示器顯示的為被測軸承的外徑值，而副顯示器顯示的是被測軸承直徑的偏差值，通常情況下系統(tǒng)默認允許的最大偏差為2 nm，超出該偏差值系統(tǒng)就會自動開啟報警[2]。其具體的工作流程為：首先將被測量的軸承放置到測量儀的V 形塊之上，然后選擇對其直徑進行檢測，并同時對被測軸承的參考數(shù)據(jù)和偏差值進行設(shè)定，然后開始對其進行檢測。由于該型號的激光測徑儀具有手動和自動兩種不同的測量模式，因而，即便是在沒有安裝自動進料設(shè)備的情況下，也可以通過采用手動模式來展開測量。

2.3 接近開關(guān)

接近開關(guān)是一種非接觸、無壓力、無火花并且能夠快速發(fā)出指令，實現(xiàn)對設(shè)備進行精準控制的電子元器件，具有操作頻率高、使用壽命長以及適應(yīng)能力強等諸多優(yōu)點，是一種理想的開關(guān)量傳感器，因此，其被廣泛的應(yīng)用于各種高精度、高靈敏限位、計數(shù)以及保護系統(tǒng)之中[3]。其主要的工作原理為：在有金屬裝置接近接近開關(guān)時，其就可以感應(yīng)到信號，并觸發(fā)相應(yīng)的動作。系統(tǒng)設(shè)計所選擇的接近開關(guān)型號為E2E-X1R5E2，由歐姆龍公司生產(chǎn)。

2.4 頂錐機構(gòu)

頂錐機構(gòu)的主要作用是用于對軸承進行自動上料和卸料操作，主要是利用V 形折彎板來對被測軸承進行測量之前的定位，在系統(tǒng)之中，對頂錐機構(gòu)進行設(shè)計時，采用了雙導(dǎo)軌對被測軸承進行精準的定位導(dǎo)向，其具有的兩個圓形氣缸會分兩次對被測軸承進行頂錐上料。設(shè)計的頂錐機構(gòu)主要是由V 形折彎板、支架、滑軌、氣缸以及液壓緩沖器等部分構(gòu)成。

2.5 軸承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

在自動檢測系統(tǒng)之中，軸承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的作用是將頂錐機構(gòu)頂?shù)郊す鉁y徑儀V 形塊上來進行對被測件的旋轉(zhuǎn)測量[4]?？紤]到設(shè)計的自動檢測系統(tǒng)激光測徑儀的激光是從中間發(fā)射出來的，要想避免軸承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在工作過程中和激光測徑儀之間相互干涉，系統(tǒng)在對軸承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行設(shè)計時，采用從軸件兩端進行夾緊和驅(qū)動的方式，這種設(shè)計方式很好的保證被測軸承在測量過程中的穩(wěn)定性，而利用錐形銷釘則可以有效的保證被測軸承的對心。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)控制流程設(shè)計

從整體上看，設(shè)計的基于單片機的軸承直徑自動化檢測裝置包含有電機驅(qū)動模塊、電氣模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等多個模塊，其本身的控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜，包含有電機驅(qū)動控制、聯(lián)動控制、次品篩選機構(gòu)電氣控制等，其具體的系統(tǒng)控制流程如圖2 所示。軸承直徑自動檢測裝置的工作原理為：首先，啟動檢測程序，當光電傳感器檢測到待測軸承時，翻轉(zhuǎn)分料機開始工作，將被測軸承傳送至V形槽內(nèi)，然后旋轉(zhuǎn)電機運動至一定的角度后會自動停止，此時被測軸承從V 形槽內(nèi)滑落至頂錐機構(gòu)內(nèi)，之后頂錐機構(gòu)控制氣缸的電磁閥開始工作，將被測軸承傳送至激光測量儀的V 形塊之上，在主顯示器顯示測量數(shù)據(jù)之后，軸件旋轉(zhuǎn)機構(gòu)會自動進行旋轉(zhuǎn)進行全方位測量，待測量完成之后，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)自動復(fù)位，并將測量數(shù)據(jù)記錄在系統(tǒng)之中。此時氣缸將被測軸承推出傳送帶，然后系統(tǒng)對所測軸承直徑數(shù)據(jù)進行計算和分析，如果被測軸承為合格品，將其傳送至合格品筐之中，如果被測軸承直徑超出系統(tǒng)設(shè)定精度限制，將會出發(fā)傳感器，輸送帶停止工作，而此時次品篩選機將會啟動，將直徑不合格的軸承傳輸至不合格品筐中待處理。

圖2 系統(tǒng)控制流程

3.2 控制模式設(shè)計

在實際應(yīng)用過程中，該裝置主要用于對批量化的軸承直徑進行檢測，因此需要考慮到不同精度等級所對應(yīng)的不同檢測方式，以便充分發(fā)揮出自動檢測裝置的作用。針對被檢測軸承精度的不同設(shè)計兩種不同的檢測模式，一種是對于精度要求較低的軸承直徑進行測量，一種是對于精度要求較高的軸承直徑進行測量。對于精度要求較低的軸承直徑進行測量時，可以采取滾動式的測量模式，在這種模式下主要是由頂錐機構(gòu)將被測軸承推送至激光測量儀之上進行測量，此時軸件旋轉(zhuǎn)機構(gòu)不參與檢測，在對精度要求較高的軸承直徑進行測量時，則需要在頂錐機構(gòu)將被測軸承傳送至激光測徑儀上之后，此時的軸件旋轉(zhuǎn)機構(gòu)開始工作，帶動被測軸承進行旋轉(zhuǎn)，并在測量完成之后再由頂錐機將其推送至傳送帶上。

4 結(jié)束語

基于STM32 系列單片機，采用一體式激光測徑儀對軸承直徑的自動化檢測裝置進行設(shè)計，其主要是由頂錐機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)測量機構(gòu)、次品篩選機構(gòu)等部分組成，可以實現(xiàn)對軸承直徑的自動化檢測工作，并且具有檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠、工作效率較高的優(yōu)點，能夠滿足自動化生產(chǎn)模式下對于軸承直徑的檢測需求。