精密球表面缺陷自動檢測控制系統(tǒng)設(shè)計

趙金鑫，郁 煒，徐 進(jìn)

（衢州學(xué)院，浙江 衢州 324000）

精密軸承鋼球是用在軸承中作為滾動體起承載和傳遞作用，對軸承的工作性能影響最大。在精密軸承工業(yè)中，精密球必需100%經(jīng)過表面缺陷檢測。隨著機器視覺的發(fā)展，人眼主觀判斷的方法慢慢被CCD相機和計算機系統(tǒng)代替，但是精密球在檢測前后需要解決一系列的運行控制問題。

應(yīng)用P蘊C可以大大簡化控制線路，再加入一些檢測元件配合能讓系統(tǒng)動作更加準(zhǔn)確。利用通訊線建立P蘊C和嵌入式觸摸屏之間的通信，在觸摸屏上控制系統(tǒng)并監(jiān)視運行狀態(tài)，并增加一套外部按鈕在觸摸屏失靈后使用。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由檢測定位、機械傳送、人機交互、光學(xué)檢測等組成，實現(xiàn)對精密球表面檢測運行控制，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

（1）檢測定位模塊。由于檢測對象為金屬，而且需要安裝部位為非金屬結(jié)構(gòu)，所以統(tǒng)一選擇大面積探測的電感性接近開關(guān)（金屬傳感器），設(shè)計中使用的是型號為蘊J30A3-15-Z的接近開關(guān)，檢測面的直徑為28mm，探頭部分長20mm，有效監(jiān)測距離15mm，可以加緊在任何板子上。傳感器分別安裝在檢測前端、進(jìn)料端、出料端，每一通道都配有一組，共計12個傳感器。

（2）機械傳送模塊。包括兩部分：驅(qū)動放大電路和步進(jìn)控制電路。本設(shè)計里的主動傳送滾筒在初步設(shè)計時為50mm，而傳送帶的厚度5mm，那么旋轉(zhuǎn)直徑可以假設(shè)為59mm。本設(shè)計中的步進(jìn)電機步進(jìn)角度為1.8°，為了保證精度，在該設(shè)計里選擇半雙工控制，在半雙工控制方式下步進(jìn)電機每次運行角度為0.9°，在該設(shè)計中直徑為59mm，半徑為29.5mm，利用上訴公式得到x=185.354mm，因為圓的角度為360°，而電機在半雙工控制方式下每次的旋轉(zhuǎn)角度為0.9°，與圓相差400倍的關(guān)系，因此可以得到每個步進(jìn)下傳送帶前進(jìn)的長度——0.4634mm。結(jié)合上訴得到的數(shù)據(jù)，每次傳送帶前進(jìn)都需要將步進(jìn)電機運動82次，即每次需要通過P蘊C的高速脈沖口給驅(qū)動器連續(xù)輸入20992個脈沖信號，若這一動作要在2s左右完成，那么脈沖頻率可以設(shè)成10500HZ。將這些參數(shù)事先設(shè)置在P蘊C高速脈沖口初始化程序里。

（3）人機交互模塊。采用了昆侖通態(tài)觸摸屏和 MCGS組態(tài)軟件，一共設(shè)計了4個界面：主界面、監(jiān)視界面和警報界面。主界面如圖2所示，包括模擬的實際傳送線及輸入輸出等信號，監(jiān)視界面主要完成當(dāng)前實時數(shù)據(jù)采集顯示，警報界面用于系統(tǒng)出錯和故障原因查找。

圖2 人機交互主界面

（4）光學(xué)檢測控制模塊。此模塊主要完成球體表面缺陷的圖像采集的任務(wù)，設(shè)計中采用工業(yè)面陣相機在三個傳送位置上靜態(tài)拍照，其中設(shè)計到相機的拍照啟動控制和上位機的通訊控制，其中每次的相機拍照啟動控制采用定位傳感器的輸出信號。

2 系統(tǒng)運行功能

當(dāng)P蘊C在運行狀態(tài)時候，從觸摸屏或手動按鈕處給出啟動信號，各個步進(jìn)電機運行，球體在傳送帶上運動，各個傳感器相互配合，對傳送帶進(jìn)行啟?？刂?，同時啟動相應(yīng)位置相機采集圖像。此部分功能均可以在觸摸屏主界面上實時模擬顯示。

把界面從主界面切換到監(jiān)視界面后，在該界面的顯示框內(nèi)的合格率后面，數(shù)據(jù)顯示為被檢測球體顆粒數(shù)，這一結(jié)果和出料端傳感器檢測到的金屬數(shù)目相對應(yīng)，符合計數(shù)要求，當(dāng)按下該界面上的清零按鈕之后，這個數(shù)據(jù)變回為0。并且能夠自動計算顯示同一批次精密球的合格率，可以輔助判斷生產(chǎn)該批次產(chǎn)品的流水線是否需要保養(yǎng)或者維修。系統(tǒng)在故障后可以具備一定的自我判斷能力。

3 結(jié)語

本設(shè)計研究了一種非接觸式的精密球表面缺陷檢測方法，為實現(xiàn)軸承行業(yè)此工種的“機器換人”予以嘗試。本設(shè)計中涉及到步進(jìn)電機及相應(yīng)驅(qū)動、大量傳感器、外圍按鈕、傳送帶、P蘊C和觸摸屏使用。當(dāng)該設(shè)計完成后，操作人員可以通過觸摸屏控制系統(tǒng)運行并讀取系統(tǒng)狀態(tài)，如果觸摸屏失靈還可以通過外圍按鈕控制系統(tǒng)運行狀態(tài)，保證運行可靠性，大量節(jié)約了人力，保證檢測的客觀性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

［1］全燕鳴，朱國強，姜長城，等.小球表面缺陷自動檢測中的表面滾翻方法［J］.現(xiàn)代制造工程，2010，（9）：115-117.

［2］王阿根.西門子S7-200P蘊C編程實例精解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］梁森.歐陽三泰.自動檢測技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［4］梁恢來.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計實例教程：入門，提高，精通，求職［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.