一種基于機器視覺的軸承尺寸分揀機構設計

郭天佑

摘 要：機器視覺技術廣泛應用于工業領域，極大提高了生產效率。在軸承生產制造中，要保證不同型號、不同尺寸的軸承分揀并進行打捆，針對這一問題，本文設計了一種軸承尺寸視覺分揀機構，根據軸承形狀特點對振動盤的上料機構進行改進。

關鍵詞：機器視覺;尺寸分揀;振動盤;分揀機構

中圖分類號：TH133.3;TP391文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）34-0080-03

A Kind of Bearing Size Sorting Mechanism Design Based on Machine Vision

GUO Tianyou

（School of mechanical， North China University of Water Resources and Hydropower，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： Machine vision technology is widely used in the industrial field， which greatly improves the production efficiency. In the production and manufacture of bearings， it is necessary to ensure the sorting and baling of bearings of different types and sizes. Aiming at this problem， a visual sorting mechanism of bearing size was designed in this paper. According to the characteristics of bearing shape， the feeding mechanism of vibration plate was improved.

Keywords： machine vision;size sorting;vibration plate;sorting mechanism

機器視覺技術是20世紀人類最偉大的技術之一。人們對外界事物的感知通常是由眼睛獲知的。機器視覺技術的一個分支是圖像處理，機器視覺圖像處理系統包含的信息量較為巨大。機器視覺技術在很大程度上提高了工業自動化中的信息獲取能力，信息不再是簡單的數據，而是廣域立體的海量數據，同時在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限。近年來，機器視覺技術在分揀機構領域得到了廣泛應用，其市場增速預計將保持在20%左右[1]。通常情況下，自動分揀系統由控制機構、分級機構、運輸機構和分揀機構組成。其中，分揀機構的作用是根據控制機構傳出的分揀指令進行零件的分揀[2]。分揀誤差取決于物品特征輸入系統的方法[3]，傳統的人工分揀，檢測誤差在3%以上[4]，但運用機器視覺技術，出錯率很小，基本不出錯[5]，并且能夠實現無人化分揀[6]。在“中國制造2025”戰略的帶領下，我國工業自動化程度越來越高，這要求對工業中常用的零件實現快速生產，快速分揀，軸承就是其中之一。當前，我國工業正處于高速發展的時期，對各種機械零部件的需要非常大，其中就包括軸承。因此，應用機器視覺技術設計一種軸承尺寸分揀機構就顯得尤為重要。

1 設計流程和結構

軸承尺寸分揀機構設計流程如圖1所示。出料機構選用改進的圓形振動盤進行軸承上料，軸承經過輸送帶被輸送到視覺檢測裝置處進行相關尺寸測量與缺陷檢測，將處理完后的信號傳遞給下位機PLC，然后控制電動推桿，將不同型號、尺寸的軸承推送到不同的收納裝置中進行打捆。

根據上述設計流程，本文利用SOLIDWORKS 2016繪圖軟件對設計的軸承尺寸分揀機構進行了整體繪制，其結構如圖2所示。從圖2可知，該分揀機構由輔助送料機構、主輸送機構、光學檢測尺寸機構、分揀氣動軸承機構、驅動電機、收集臺、轉彎輸送機構、攔截裝置等組成。

2 上料機構設計

目前，市面上針對小零件的上料機構大多為振動盤。本文針對所要分揀的軸承外圈結構、形狀，對振動盤進行改進。振動盤分為上下兩部分，底部通過電磁裝置使系統產生高頻振動，上部分為螺旋導軌，通過發出的振動使零件沿著導軌上移，在上移的過程中，為了保證有序出料，在出口處設計了擋板，如圖3所示。另外，為了防止軸承在上料過程中磨損，對振動盤內部進行噴塑處理。

3 輸送機構設計

輸送機構包括輸送帶和輸送帶動力裝置。其中，輸送帶為4條，包括1條主帶以及3條子帶，其結構如圖4所示。主帶總長為9 000 mm，帶寬為90 mm，帶高為100 mm。對于輸送帶動力裝置，設計為電機+減速器裝置，能實現輸送帶多級速度傳送。通過合理安裝電機與減速器，節省了大量空間，使整個分揀機構看起來更加緊湊。輸送帶動力裝置如圖5所示。

3條子帶進行90°轉彎設計，其結構如圖6所示。

在運行過程中，由于離心力的作用，軸承進入子輸送帶時容易發生打滑現象，為了避免這種現象的產生，設計輸送帶的輥筒為錐形輥筒，并進行包膠處理。由已知輸送帶的最大傳遞速度計算出離心力，根據離心力設計輥筒錐角。在設計過程中，轉彎內徑為150 mm，外徑為250 mm，預留的10 mm寬度保證了軸承能順利通過3條子輸送帶。

4 尺寸測量裝置

為了防止軸承損傷，采用非接觸方式進行尺寸測量。目前，非接觸式測量技術主要包括激光測量、氣動測量、電渦流測量及機器視覺測量。其中，激光測量成本高，氣動測量需要封閉的空間，對環境搭建要求高，電渦流測量需要被測物為金屬材質。機器視覺技術在零件尺寸檢測方面性能優越，搭建費用較低并且檢測精度較高，能達到微米級，滿足軸承尺寸的測量。由此，研究者設計了一種視覺測量裝置，軸承在主輸送帶上經過視覺檢測裝置下方時，系統能及時進行圖像采集，然后將尺寸信號顯示在顯示器上，并且將信號傳遞給分揀機構進行尺寸分揀。