【正文】 微型軸承外表面缺陷自動檢測線設(shè)計 史永杰 機械科學與工程及自動化計算機工業(yè)圖象檢測技術(shù)畢業(yè)論文第一章 論述檢測技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一,是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展,許多傳統(tǒng)的檢測技術(shù)已不能滿足其需要,表現(xiàn)在:現(xiàn)代制造產(chǎn)品種類有很大的擴充,現(xiàn)代制造強調(diào)實時、在線、非接觸檢測,現(xiàn)代產(chǎn)品的制造精度大大提高?，F(xiàn)代制造業(yè)的進步需要研究新型的產(chǎn)品檢測技術(shù)。計算機工業(yè)圖象檢測是將計算機視覺應(yīng)用于工業(yè)檢測的一門交叉學科。計算機視覺,指的是利用計算機技術(shù)對景物的圖象進行識別],以實現(xiàn)對人視覺功能的擴展。利用這一技術(shù)可以解決許多工業(yè)圖象檢測環(huán)節(jié)的問題,以取代落后的人工檢測,提高檢測效率和工業(yè)自動化水平,構(gòu)成帶視覺環(huán)節(jié)的反饋控制系統(tǒng)。視覺檢測技術(shù)具有非接觸、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強等突出的優(yōu)點,能很好地滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求,在實際中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。視覺檢測技術(shù)是建立在計算機視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興檢測技術(shù),可用于工業(yè)領(lǐng)域的很多方面,如零件檢驗與尺寸測量、零件的缺陷檢查、零件裝配、機器人的引導(dǎo)和零件的識別等。軸承是機械行業(yè)的一個非常重要的零件,使用極其普遍且品種繁多,軸承的加工精度和質(zhì)量關(guān)系到機械產(chǎn)品的使用性能和質(zhì)量,因此對各種軸承的加工質(zhì)量檢測一直是軸承加工廠家關(guān)心的問題。 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀目前我國大部分軸承產(chǎn)品加工企業(yè)，特別是一些中小規(guī)模的生產(chǎn)單位，對產(chǎn)品感官指標的檢測還要借助于人的視覺和個人主觀判斷能力,因而占用了大量的人力,而且由于受到個人的視力、情緒、疲勞、光線等因素的影響,工作效率低,分選差異大。而且這種用肉眼檢測軸承接觸面的方法來測量齒面加工精度,這種檢測方法是不足以勝任的,因為檢測質(zhì)量的結(jié)果依據(jù)各個檢測員而不同。雖然座標檢測機能對齒面進行批量檢測,但目前市售測量機不能精確地檢測軸面周邊和不規(guī)則的表面,而且此類檢測機需要相當長的檢測時間。且該檢測機的自動化程度不高,檢測產(chǎn)品單一,且開發(fā)費用較高，與我國現(xiàn)有肉食品加工業(yè)的先進生產(chǎn)裝備水平極不相符,也制約了機械制造業(yè)的長足發(fā)展。 課題研究內(nèi)容基于機器視覺（圖像識別）的監(jiān)測技術(shù)在有些行業(yè)已經(jīng)得到較好的應(yīng)用，而且創(chuàng)造了極高的價值。針對目前軸承檢測過程中暴露出的問題, 為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，我們必須建立一種全新的檢測技術(shù)，用以替代落后的人工檢測。而采用基于計算機的視覺檢測和圖象處理技術(shù),設(shè)計一軸承外表的自動視覺檢測系統(tǒng),成為我們必然的選擇。本文根據(jù)我國目前的檢測系統(tǒng)的發(fā)展水平，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要求，發(fā)展現(xiàn)狀，今后的發(fā)展趨勢，對可以在企業(yè)內(nèi)部使用的基于圖像識別模式的檢測系統(tǒng)進行研究，采用同步帶做為輸送線，用兩個四自由度機械手代替人工操作，用CCD攝像機進行圖像采集，經(jīng)過處理后，用先進的單片機進行集中控制，實現(xiàn)了自動化，準確化檢測，提高了檢測系統(tǒng)的可靠性、準確性、實用性。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體技術(shù)分析基于圖像識別技術(shù)的軸承檢測系統(tǒng)是提高精確化，高速化，自動化檢測的重要方法，目前圖象檢測技術(shù)在諸如:液面和厚度的自動檢測、焊縫自動跟蹤、集成電路芯片焊點的自動定位、零件表面壞損的自動檢測、印刷電路板表面缺陷的自動檢測等領(lǐng)域都已有較好的應(yīng)用。因此通過光電技術(shù)、圖象識別處理技術(shù)及計算機控制技術(shù)等,對“對軸承的感官指標進行在線圖象檢測”的關(guān)鍵性技術(shù)進行研究應(yīng)該是可行的。這種采用CCD采集圖像的檢測技術(shù)主要有以下幾個優(yōu)點：①100%的檢測比例,這樣可以更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量,而許多人工檢驗是抽樣檢驗。②一致的檢驗效果,不存在疲勞問題。③可以降低檢測成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量的可信度。④可以面向所有的軸承產(chǎn)品,甚至其它的機械零部件；2．2 系統(tǒng)的工作原理軸承外表視覺檢測系統(tǒng),在線工作。生產(chǎn)流水線中被測軸承按照一定的節(jié)拍在輸送帶上運動,由機械手在特定的位置將其搬到戴檢測位置，然后由CCD攝像機進行圖像提取。圖象的獲取與軸承的運動同步進行。被測軸承的各檢測項目信息處于特定的背景中,通過圖象預(yù)處理將其從中提取出來,與設(shè)置的標準模板匹配,即對已有的模板與被檢測物體進行分析,對兩個圖形的相似程度進行度量,并返回圖形之間的相似度值,通過相似度值來判斷模板與被檢測物體是否相同或相似,同時將檢測結(jié)果及時報告或通訊給其它執(zhí)行系統(tǒng),從而實現(xiàn)對軸承加工質(zhì)量的正確分類(一定要求的正品和廢品)。因此,該視覺檢測系統(tǒng)由下列子系統(tǒng)組成:光源和光學成像系統(tǒng)。攝像與圖象處理系統(tǒng)。用于控制攝像、圖象處理、圖象分析的計算機系統(tǒng)。與生產(chǎn)線的同步通訊和運動控制系統(tǒng)。輸出檢測結(jié)果系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)。其一般過程如圖1所示。具體工作流程如下：1 當啟動檢測線，第一個軸承到位以后，經(jīng)過視覺傳感器，判斷目標是否到位，然后由控制機發(fā)出啟動機械手甲的指令，當甲手啟動到位的時候，要求那個軸承也恰好到位，此時，機械手可直接抓取目標；2 當機械手甲將目標放到檢測位置時，由傳感器2判斷目標到位情況，然后由控制機發(fā)出指令，啟動CCD，進行第一個目標檢測，經(jīng)過一系列的圖像處理，判斷圖形真?zhèn)?，然后傳給控制機；3 當為不合格的目標時，控制機發(fā)出指令，機械手乙動作，將目標放到廢品箱；4 如果不是廢品，則將目標放到生產(chǎn)線上。5 以后，每隔4秒鐘，CCD獲取圖像一次。而兩個機械手則實現(xiàn)放料，送料。計算機圖像采集卡CCD機械手甲廢品箱機械手乙XY機械控制箱 系統(tǒng)描述及關(guān)鍵問題分析軸承質(zhì)量的檢測方法,檢測系統(tǒng)，既要適應(yīng)檢測生產(chǎn)線工作方式的不同,又要適應(yīng)軸承換型的要求,必須對每一個軸承都進行檢測,這就要求圖像檢測、,:如果采用背光,有利于對圖像進行目標分割采用圖像處理方法,進行軸承質(zhì)量在線檢測,需要解決以下幾個關(guān)鍵問題:(1)　目標(軸承,下同)分割　軸承的合格與否,最終要歸于它所包含的每一個檢測小目標是否全部合格,所以能否把這些小目標全部并且正確地從圖像背景中分割提取出來,是整個檢測任務(wù)中的首要問題.(2)　攝像同步及目標定位　在獲取藥板圖像時,我們讓一幅圖像里只包含一個完整的軸承,每當開啟整個生產(chǎn)線后，一個軸承被傳送到圖1中A處時,必須由生產(chǎn)線即時給出表示該軸承已就位的同步信號,。目標定位與CCD圖像傳感器的工作原理,它按照普通電視制式工作而沒有外部觸發(fā)拍攝功能,。.因此,大多數(shù)情況下,同步信號周期不是40ms的整倍數(shù),這樣在軸承被傳送到CCD圖像傳感器視場中心位置的瞬間,生產(chǎn)線發(fā)出同步信號通知計算機試圖采集此時的視場景物圖像,然而大多數(shù)情況下此時的視場景物并不能被捕獲到,實際獲取到的圖像大多數(shù)都是在中心位置之前或之后一段時間(不大于40ms)拍攝到的,即實際獲取到的圖像與中心位置的圖像發(fā)生了錯位, ,這就需要把攝像區(qū)擴大,以使目標不會偏出,但也不能過分大,在實際檢測識別時就需要跟蹤這種錯位導(dǎo)致的抖動以捕獲到目標.（3）機械手跟生產(chǎn)線，CCD的同步問題。當?shù)匾粋€軸承到位以后，經(jīng)過傳感器的判斷，由控制機發(fā)出啟動機械手甲的指令，當甲手啟動到位的時候，要求那個軸承也恰好到位，此時，機械手可直接抓去；當機械手甲將目標放到檢測位置時，控制機發(fā)出指令，CCD動作。進行第一個目標檢測，以后，每隔一定時間，CCD獲取圖像一次。當有不合格的目標是，控制機發(fā)出指令，機械手乙動作，將目標放到廢品箱，如果沒有廢品，則將目標放到生產(chǎn)線上。（4）機械手的協(xié)調(diào)運動；要求機械手為四軸聯(lián)動，這樣，就對機械手的內(nèi)部構(gòu)造，動力系統(tǒng)的控制同步技術(shù)等提出了一定的要求； 軸承缺損檢測系統(tǒng)的組成基于機器視覺技術(shù)的軸承缺損檢測系統(tǒng)總體上由硬件和軟件兩大部分組成由圖1我們可以看出，硬件裝置包括傳送裝置，機械手。傳送裝置在機器中分為兩個區(qū)域:檢測區(qū)和分離區(qū)。在檢測區(qū),通過高速ＣＣＤ攝像機將傳送中連續(xù)的軸承圖像傳輸?shù)接嬎銠C中,計算機對記錄下的圖像進行分析,分辨出損壞軸承。當軸承進入分離區(qū)時,橫向機械操作手執(zhí)行剔除命令,使廢品落入廢品箱,而成品正常落入成品區(qū),從而實現(xiàn)成品和廢品的分離。軟件主要包括對機械手控制程序的設(shè)計，計算機圖像處理，控制機的指令設(shè)計。因此整個系統(tǒng)包括：傳送線、 機械手、CCD攝像機、一些傳感器、控制電路，上位機、下位機等。1 傳送帶的形式、速度、及其它參數(shù)；2 機械手的設(shè)計和工藝要求；3 為機械手各軸選擇電機和驅(qū)動機構(gòu)；4 電機的控制順序等；5 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計；；．設(shè)計工作量（1）設(shè)計圖量A0號4張： 其中： 總布置圖A0一張 部件裝配圖A0一張 零件圖折合A0一張 單片機控制原理圖A0一張（2）第三章 輸送線的設(shè)計而在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，材料的搬運，機床上下料，整機的裝配等實現(xiàn)自動化是十分必要的。自動上下料裝置使散亂的中小型工件毛胚經(jīng)過定向機構(gòu)，實現(xiàn)定向排列，然后順次的由上下料機構(gòu)把她送到工作位置中去，并把工件取走。我們的軸承在線檢測是大批量生產(chǎn)，要求檢測率高，機動工時短， 自動線的設(shè)計選用要點：1 按照生產(chǎn)批量或者生產(chǎn)率計算出所需的上料節(jié)拍，或者上料生產(chǎn)率，2 根據(jù)工件的類型，尺寸，形狀，從必要性和可能性綜合考慮合理的自動化程度，選用合理的送料、定向機構(gòu)。3 當上下料裝置的總體反感確定以后，應(yīng)作深入的分析和評價，一個好的輸送線應(yīng)該達到：1） 提高設(shè)備生產(chǎn)率，顯著減輕工人的勞動強度；2）工作穩(wěn)定可靠，運轉(zhuǎn)噪音小，不會損傷工件，使用壽命長；3）結(jié)構(gòu)緊湊簡單，最大限度地采用標準化零部件，通用性好，易于制造，易于維修，成本低；傳送線的方式有很多種，照工作原理，又摩擦傳動，齒形傳動，嚙合傳動，流體傳動，電力傳動等。而每一個傳動有很多類型，比如嚙合傳動中的鏈傳動：套筒輥子鏈，套筒鏈，齒形鏈等。經(jīng)過充分考慮，我們決定采用效率很高的同步帶作為我們的輸送線。 同步帶簡介一、同步帶傳動的特點及應(yīng)用同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。 同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力（見圖7–21），故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準確的傳動比。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體,這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動時的線速度可達50m/s，傳動比可達10，效率可達98％。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格。所以同步帶廣泛應(yīng)用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中，如家用電器、計算機、儀器及機床、化工、石油等機械。同步帶有單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱單面帶和雙面帶。雙面帶又有對稱齒型（DI）和交錯齒型（DII）之分（見圖7–21）。同步帶齒有梯形齒和弧形齒兩類。同步帶型號分為最輕型MXL、超輕型XXL、特輕型XL、輕型L、重型H、特重型XH、超重型XXH七種。梯形齒同步帶傳動已有標準（GB11361~11362–89）。在規(guī)定張緊力下，相鄰兩齒中心線的直線距離稱為節(jié)距，以p表示。節(jié)距是同步帶傳動最基本的參數(shù)。當同步帶垂直其底邊彎曲時，在帶中保持原長度不變的周線，稱為節(jié)線，節(jié)線長以LP表示。同步帶帶輪的齒形推薦采用漸開線齒形，可用范成法加工而成。也可以使用直邊齒形。以下是同步帶設(shè)計計算步鄹：計算項目單位公式及數(shù)據(jù)說明設(shè)計功率PdkWPd=(k0+k1+k2)Pk0—工況因數(shù)，見表13158k1—張緊輪影響因數(shù)，見表13159k2—增速傳動因數(shù)，見表13160P—傳動功率，kW節(jié)距Pbmm根據(jù)Pb和n1，由圖1318選取n1—小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min小帶輪齒數(shù)z1　z1≥zminzmin見表13161　小帶輪節(jié)圓直徑d1mm　帶速vm/s型號MXL，XXL，XLL，HXHXXHvmax40～5035～4025～30傳動比i　n2—大帶輪轉(zhuǎn)速，r/min大帶輪齒數(shù)z2　z2=iz1　大帶輪節(jié)圓直徑d2mm　初定中心距a0mm(d1+d2)＜a0＜2(d1+d2)　初定帶的節(jié)線長度Lop及其齒數(shù)zbmm按表13148，13149，13150，13151選取接近的Lp值及其齒數(shù)zb計算中心距ammα1—小帶輪包角小帶輪嚙合齒數(shù)zm　一般zm≥zm min=6額定功率P0kWTa—帶寬為bso的許用工作拉力，見表13164m—帶寬為bso的單位長度的質(zhì)量，kg/m，見表13164帶寬bsmm按表13147選定bso—選定型號的基準寬度，mm，見表13164kz—小帶輪嚙合齒數(shù)因數(shù)作用在軸上的力FrN　 同步帶的設(shè)計計算一 用作輸送帶（1）給出傳動要求1）傳遞名義功率： P = KW。2) 主動軸轉(zhuǎn)速=從動軸轉(zhuǎn)速 3) 原動機 異步電動機4）運轉(zhuǎn)時間 每天24小時5) 中心距要求： a= 1000mm（2）傳送帶的節(jié)距和型號1）計算設(shè)計功率a) 由表661查的載荷的修正系數(shù)b) 計算設(shè)計功率 2） 傳送帶型號和節(jié)距 由 。查圖69節(jié)距代號為H。對應(yīng)節(jié)距為 H ： s 40 3) 確定帶直徑和節(jié)線長1 由表669。H 形帶，帶輪轉(zhuǎn)速 最小齒數(shù) Z = I4 ，取Z=36小帶輪直徑2 選擇帶長 查表659，同步帶長GB1161689，取 3 傳動中心距： （4） 選擇標準帶寬1 確定基準額定功率Z= 36 ， 轉(zhuǎn)速。由表660，內(nèi)插法，H型帶基準額定功率 。2 確定額定功率A 嚙合齒數(shù) 則： B 帶寬系數(shù) （同步帶基準帶寬）C 確定額定P