精密球表面缺陷自動檢測控制系統設計

趙金鑫，郁 煒，徐 進

（衢州學院，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。在精密軸承工業中，精密球必需100%經過表面缺陷檢測。隨著機器視覺的發展，人眼主觀判斷的方法慢慢被CCD相機和計算機系統代替，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動作更加準確。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并監視運行狀態，并增加一套外部按鈕在觸摸屏失靈后使用。

1 系統組成

本系統由檢測定位、機械傳送、人機交互、光學檢測等組成，實現對精密球表面檢測運行控制，其系統組成結構如圖1所示。

圖1 系統組成結構圖

（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構，所以統一選擇大面積探測的電感性接近開關（金屬傳感器），設計中使用的是型號為蘊J30A3-15-Z的接近開關，檢測面的直徑為28mm，探頭部分長20mm，有效監測距離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：驅動放大電路和步進控制電路。本設計里的主動傳送滾筒在初步設計時為50mm，而傳送帶的厚度5mm，那么旋轉直徑可以假設為59mm。本設計中的步進電機步進角度為1.8°，為了保證精度，在該設計里選擇半雙工控制，在半雙工控制方式下步進電機每次運行角度為0.9°，在該設計中直徑為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角度為0.9°，與圓相差400倍的關系，因此可以得到每個步進下傳送帶前進的長度——0.4634mm。結合上訴得到的數據，每次傳送帶前進都需要將步進電機運動82次，即每次需要通過P蘊C的高速脈沖口給驅動器連續輸入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成10500HZ。將這些參數事先設置在P蘊C高速脈沖口初始化程序里。

（3）人機交互模塊。采用了昆侖通態觸摸屏和 MCGS組態軟件，一共設計了4個界面：主界面、監視界面和警報界面。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，監視界面主要完成當前實時數據采集顯示，警報界面用于系統出錯和故障原因查找。

圖2 人機交互主界面

（4）光學檢測控制模塊。此模塊主要完成球體表面缺陷的圖像采集的任務，設計中采用工業面陣相機在三個傳送位置上靜態拍照，其中設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 系統運行功能

當P蘊C在運行狀態時候，從觸摸屏或手動按鈕處給出啟動信號，各個步進電機運行，球體在傳送帶上運動，各個傳感器相互配合，對傳送帶進行啟停控制，同時啟動相應位置相機采集圖像。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視界面后，在該界面的顯示框內的合格率后面，數據顯示為被檢測球體顆粒數，這一結果和出料端傳感器檢測到的金屬數目相對應，符合計數要求，當按下該界面上的清零按鈕之后，這個數據變回為0。并且能夠自動計算顯示同一批次精密球的合格率，可以輔助判斷生產該批次產品的流水線是否需要保養或者維修。系統在故障后可以具備一定的自我判斷能力。

3 結語

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

參考文獻

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