一種基于機(jī)器視覺的軸承尺寸分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭天佑

摘 要：機(jī)器視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，極大提高了生產(chǎn)效率。在軸承生產(chǎn)制造中，要保證不同型號、不同尺寸的軸承分揀并進(jìn)行打捆，針對這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種軸承尺寸視覺分揀機(jī)構(gòu)，根據(jù)軸承形狀特點(diǎn)對振動盤的上料機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;尺寸分揀;振動盤;分揀機(jī)構(gòu)

中圖分類號：TH133.3;TP391文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)器視覺技術(shù)是20世紀(jì)人類最偉大的技術(shù)之一。人們對外界事物的感知通常是由眼睛獲知的。機(jī)器視覺技術(shù)的一個(gè)分支是圖像處理，機(jī)器視覺圖像處理系統(tǒng)包含的信息量較為巨大。機(jī)器視覺技術(shù)在很大程度上提高了工業(yè)自動化中的信息獲取能力，信息不再是簡單的數(shù)據(jù)，而是廣域立體的海量數(shù)據(jù)，同時(shí)在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限。近年來，機(jī)器視覺技術(shù)在分揀機(jī)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其市場增速預(yù)計(jì)將保持在20%左右[1]。通常情況下，自動分揀系統(tǒng)由控制機(jī)構(gòu)、分級機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和分揀機(jī)構(gòu)組成。其中，分揀機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)控制機(jī)構(gòu)傳出的分揀指令進(jìn)行零件的分揀[2]。分揀誤差取決于物品特征輸入系統(tǒng)的方法[3]，傳統(tǒng)的人工分揀，檢測誤差在3%以上[4]，但運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)，出錯率很小，基本不出錯[5]，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無人化分揀[6]。在“中國制造2025”戰(zhàn)略的帶領(lǐng)下，我國工業(yè)自動化程度越來越高，這要求對工業(yè)中常用的零件實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)，快速分揀，軸承就是其中之一。當(dāng)前，我國工業(yè)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，對各種機(jī)械零部件的需要非常大，其中就包括軸承。因此，應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)一種軸承尺寸分揀機(jī)構(gòu)就顯得尤為重要。

1 設(shè)計(jì)流程和結(jié)構(gòu)

軸承尺寸分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。出料機(jī)構(gòu)選用改進(jìn)的圓形振動盤進(jìn)行軸承上料，軸承經(jīng)過輸送帶被輸送到視覺檢測裝置處進(jìn)行相關(guān)尺寸測量與缺陷檢測，將處理完后的信號傳遞給下位機(jī)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(jìn)行打捆。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)流程，本文利用SOLIDWORKS 2016繪圖軟件對設(shè)計(jì)的軸承尺寸分揀機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整體繪制，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2可知，該分揀機(jī)構(gòu)由輔助送料機(jī)構(gòu)、主輸送機(jī)構(gòu)、光學(xué)檢測尺寸機(jī)構(gòu)、分揀氣動軸承機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)、收集臺、轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)構(gòu)、攔截裝置等組成。

2 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，市面上針對小零件的上料機(jī)構(gòu)大多為振動盤。本文針對所要分揀的軸承外圈結(jié)構(gòu)、形狀，對振動盤進(jìn)行改進(jìn)。振動盤分為上下兩部分，底部通過電磁裝置使系統(tǒng)產(chǎn)生高頻振動，上部分為螺旋導(dǎo)軌，通過發(fā)出的振動使零件沿著導(dǎo)軌上移，在上移的過程中，為了保證有序出料，在出口處設(shè)計(jì)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(nèi)部進(jìn)行噴塑處理。

3 輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸送機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為電機(jī)+減速器裝置，能實(shí)現(xiàn)輸送帶多級速度傳送。通過合理安裝電機(jī)與減速器，節(jié)省了大量空間，使整個(gè)分揀機(jī)構(gòu)看起來更加緊湊。輸送帶動力裝置如圖5所示。

3條子帶進(jìn)行90°轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

在運(yùn)行過程中，由于離心力的作用，軸承進(jìn)入子輸送帶時(shí)容易發(fā)生打滑現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)輸送帶的輥筒為錐形輥筒，并進(jìn)行包膠處理。由已知輸送帶的最大傳遞速度計(jì)算出離心力，根據(jù)離心力設(shè)計(jì)輥筒錐角。在設(shè)計(jì)過程中，轉(zhuǎn)彎內(nèi)徑為150 mm，外徑為250 mm，預(yù)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(jìn)行尺寸測量。目前，非接觸式測量技術(shù)主要包括激光測量、氣動測量、電渦流測量及機(jī)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(huán)境搭建要求高，電渦流測量需要被測物為金屬材質(zhì)。機(jī)器視覺技術(shù)在零件尺寸檢測方面性能優(yōu)越，搭建費(fèi)用較低并且檢測精度較高，能達(dá)到微米級，滿足軸承尺寸的測量。由此，研究者設(shè)計(jì)了一種視覺測量裝置，軸承在主輸送帶上經(jīng)過視覺檢測裝置下方時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)進(jìn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸分揀。