滾針軸承質(zhì)量檢測儀的設計

宋志平，星軍華

(1.山西機電職業(yè)技術學院，山西長治 046011;2.青海省工業(yè)職業(yè)技術學校，青海西寧 810000)

滾針軸承質(zhì)量檢測儀的設計

宋志平1，星軍華2

(1.山西機電職業(yè)技術學院，山西長治 046011;2.青海省工業(yè)職業(yè)技術學校，青海西寧 810000)

介紹一種具有自動分揀、自動計數(shù)、故障報警等綜合功能的智能型軸承檢測儀的設計原理、機械結(jié)構(gòu)組成、單片機動態(tài)稱重控制系統(tǒng)組成和軟件設計。試驗和生產(chǎn)實踐均證明:該檢測儀具有檢測速度快、判斷準確、穩(wěn)定性高、操作簡便的優(yōu)點。

軸承檢測;稱重;分揀;單片機

受加工工藝的限制，微型滾針軸承在生產(chǎn)中難免產(chǎn)生誤差 (有時在最后的沖壓成形過程中產(chǎn)生漏針)，產(chǎn)生廢品。一般是依靠人的肉眼逐一檢查的方法來進行分揀，這樣工作量很大，時間一長人的眼睛很容易疲勞，而且其準確率也無法保證。文中介紹一種具有自動分揀、自動計數(shù)、故障報警等綜合功能的智能型軸承檢測儀的設計與制造。

1 稱重式檢測方案的確定

經(jīng)過對大量軸承樣品的稱重試驗得知:軸承平均質(zhì)量為0.716 3 g，廢品平均質(zhì)量為0.672 0 g，正品平均質(zhì)量為0.716 4 g;正品軸承的質(zhì)量范圍為0.702～0.734 g;廢品軸承的質(zhì)量范圍為0.643～0.686 g;軸承中單個滾針質(zhì)量約30 mg。因此決定采用稱重原理來進行設計。

2 工作原理及主要機構(gòu)

該儀器的整體結(jié)構(gòu)采用自上而下的設計原理。最上面加料，下面實現(xiàn)分揀。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

具體工作過程是:在最上面的料斗內(nèi)加要檢測的軸承，由電機驅(qū)動料斗下面的自動排序機構(gòu)的中蓋，使要被檢測的軸承按每3 s一個的速度逐一落到電子秤的秤盤上，電子稱開始稱量;稱量完成之后，電子稱串口輸出稱量結(jié)果，交由單片機進行判斷，并控制電磁閥的開關;同時，由連接在中蓋軸端的刷子把稱量完成后的軸承刷到電子秤下面的導料管內(nèi)，在導料管內(nèi)完成正/廢品的分揀。其中軸承排序機構(gòu)、稱重傳感器和分揀機構(gòu)是此儀器的幾個主要機構(gòu)。

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

2.1 傳感器的選擇

該課題研究的基礎是稱重，稱重的核心技術是稱重傳感器技術。經(jīng)過市場調(diào)研和分析、試驗和考察，選用沈陽龍騰電子有限公司生產(chǎn)的JD200系列電子秤，該電子稱是電磁力反饋平衡原理稱重裝置，其傳感器技術成熟、性能穩(wěn)定，價格適度，比較適合在該課題中選用。

2.2 軸承排序機構(gòu)

軸承排序機構(gòu)如圖1所示，其功能是將要檢測的軸承順次逐一地送到下面的秤盤上。其工作過程是:中蓋在電機、帶輪的驅(qū)動下勻速旋轉(zhuǎn)，隨著中蓋的旋轉(zhuǎn)，軸承逐一進入上蓋邊緣的缺口1中，當中蓋上的φ10 mm的通孔轉(zhuǎn)到和缺口1重合時，軸承自動跌落到中蓋上的φ10 mm的通孔中;緊接著中蓋帶著軸承連續(xù)旋轉(zhuǎn)，當中蓋φ10 mm的通孔和下蓋的通孔3重合時，軸承自動下落到下面的秤盤。

2.3 分揀機構(gòu)

經(jīng)電子秤稱量、單片機鑒別的軸承，在通過分揀機構(gòu)時，實現(xiàn)正品和廢品的分離。分揀機構(gòu)如圖2所示，主要由電磁閥、旋轉(zhuǎn)擋板、導料管等組成。其中的導料管和擋板材料均采用標準鋁合金，標準鋁合金具有較高的強度、良好的加工性能，材料容易獲得。特別是作為擋板材料，鋁合金具有一定的強度，并且輕便、易于加工、經(jīng)濟實用。

圖2 分揀機構(gòu)

3 硬件電路設計

該電子稱重式軸承檢測儀由單片機動態(tài)稱重控制系統(tǒng)完成稱重和選別控制，其組成如圖3所示。它包括:DJ200系列電子稱稱重傳感器，TL072放大器，LNE9904模數(shù)轉(zhuǎn)換器，PIC16F877單片機應用系統(tǒng)，HD44780(KS0066U)的LCD及其他輸入輸出調(diào)理電路等。使用JD200型電子秤的RS232C串行數(shù)據(jù)I/O接口，實現(xiàn)單片機和電子秤的串口通信;單片機對得到的數(shù)據(jù)判斷處理后，控制相應的硬件動作。硬件原理圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電路原理圖

4 軟件設計

PIC16F87X是Microchip公司推出的一款特色鮮明的新產(chǎn)品，在眾多的優(yōu)點當中最重要的一點是，它可以實現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程，這是MCS-51和MC68系列單片機所不具備的。為了開發(fā)方便和系統(tǒng)的擴展，選擇Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877單片機。采用模塊編程方法，具體的判斷和計數(shù)功能由中斷子程序完成。

4.1 主程序模塊

軟件主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，主要包括以下兩方面的內(nèi)容:(1)各智能芯片的初始化以及PIC16F877工作狀態(tài)的恢復;(2)中斷的比較判別和功能散轉(zhuǎn)表。主要工作流程是:系統(tǒng)在上電以后進入初始化狀態(tài)，然后判斷是否有中斷產(chǎn)生，如有中斷產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)到相應中斷處理子程序。其主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4.2 中斷程序模塊

當有中斷發(fā)生時，系統(tǒng)響應中斷，進入中斷服務子程序模塊。首先判斷是定時器中斷還是串口中斷。當發(fā)生定時器中斷時，判斷儀器是否空轉(zhuǎn) (沒有要檢測的軸承落到秤盤上)，若是轉(zhuǎn)到相應的故障處理子程序;但發(fā)生串口中斷時，比較串口數(shù)據(jù)，根據(jù)串口數(shù)據(jù)是否大于等于0.700 g進行正/廢品的判斷鑒別，并進行相應的分揀處理，然后重新賦初值并返回主程序。

5 小結(jié)

這種微型軸承檢測儀具有自動分揀和自動計數(shù)功能，工作性能穩(wěn)定，使用安全可靠。自投入生產(chǎn)以來，經(jīng)過大量的實踐證明:其檢測準確率可以達到99.5%以上，滿足設計要求，有很高的實用價值。

［1］張玉鳳.基于單片機的智能動態(tài)稱重系統(tǒng)設計［J］.重慶科技學院學報:自然科學版，2007(4):61－63.

［2］謝秋云，韓曉茹，肖鐵軍.基于單片機的智能儀器前面板的設計實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2008(2):102－104.

［3］張曉波，劉文耀，王兵振，等.汽車制動閥內(nèi)底面質(zhì)量檢測儀的設計［J］.計算機測量與控制，2005(6):615－617.

［4］PARKER JM.A Robust Machine Vision System Design to Facilitate the Automation of Surface Appearance Inspections［C］//2001 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics，2001.

［5］孫立紅，吳春瑜.智能工業(yè)控制器的設計與實現(xiàn)［J］.沈陽建筑大學學報:自然科學版，2004(4):341－344.

Design of the Quality Detector of Need le Roller Bearings

SONG Zhiping1，XING Junhua2
(1.Shanxi Institute of Mechanical＆ Electrical Engineering，Changzhi Shanxi046011，China;2.Qinghai Province Industrial Occupation Technical School，Xining Qinghai810000，China)

A kind of intelligent bearing detector was introduced which had comprehensive functions such as automatic sorting，automatic counting，failure warning.Its design principle，mechanical structure，singlechip dynamic weighing control system and the software design were illustrated.Experiment and practice prove the detector has following advantages:fast detection，accurate judgment，high stability，and simple operation.

Bearing detection;Weighing;Sorting;Singlechip

TH122

B

1001－3881(2014)10－197－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.060

2013－04－24

宋志平，男，副教授，主要研究方向為機械設計。E－mail:sxjdszp@163.com。