滾針軸承質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

宋志平，星軍華

(1.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011;2.青海省工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，青海西寧 810000)

滾針軸承質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

宋志平1，星軍華2

(1.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011;2.青海省工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，青海西寧 810000)

介紹一種具有自動(dòng)分揀、自動(dòng)計(jì)數(shù)、故障報(bào)警等綜合功能的智能型軸承檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)組成、單片機(jī)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制系統(tǒng)組成和軟件設(shè)計(jì)。試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐均證明:該檢測(cè)儀具有檢測(cè)速度快、判斷準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

軸承檢測(cè);稱(chēng)重;分揀;單片機(jī)

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(shí)在最后的沖壓成形過(guò)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(lái)進(jìn)行分揀，這樣工作量很大，時(shí)間一長(zhǎng)人的眼睛很容易疲勞，而且其準(zhǔn)確率也無(wú)法保證。文中介紹一種具有自動(dòng)分揀、自動(dòng)計(jì)數(shù)、故障報(bào)警等綜合功能的智能型軸承檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制造。

1 稱(chēng)重式檢測(cè)方案的確定

經(jīng)過(guò)對(duì)大量軸承樣品的稱(chēng)重試驗(yàn)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(gè)滾針質(zhì)量約30 mg。因此決定采用稱(chēng)重原理來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 工作原理及主要機(jī)構(gòu)

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

具體工作過(guò)程是:在最上面的料斗內(nèi)加要檢測(cè)的軸承，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)料斗下面的自動(dòng)排序機(jī)構(gòu)的中蓋，使要被檢測(cè)的軸承按每3 s一個(gè)的速度逐一落到電子秤的秤盤(pán)上，電子稱(chēng)開(kāi)始稱(chēng)量;稱(chēng)量完成之后，電子稱(chēng)串口輸出稱(chēng)量結(jié)果，交由單片機(jī)進(jìn)行判斷，并控制電磁閥的開(kāi)關(guān);同時(shí)，由連接在中蓋軸端的刷子把稱(chēng)量完成后的軸承刷到電子秤下面的導(dǎo)料管內(nèi)，在導(dǎo)料管內(nèi)完成正/廢品的分揀。其中軸承排序機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重傳感器和分揀機(jī)構(gòu)是此儀器的幾個(gè)主要機(jī)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(chǔ)是稱(chēng)重，稱(chēng)重的核心技術(shù)是稱(chēng)重傳感器技術(shù)。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和分析、試驗(yàn)和考察，選用沈陽(yáng)龍騰電子有限公司生產(chǎn)的JD200系列電子秤，該電子稱(chēng)是電磁力反饋平衡原理稱(chēng)重裝置，其傳感器技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，價(jià)格適度，比較適合在該課題中選用。

2.2 軸承排序機(jī)構(gòu)

軸承排序機(jī)構(gòu)如圖1所示，其功能是將要檢測(cè)的軸承順次逐一地送到下面的秤盤(pán)上。其工作過(guò)程是:中蓋在電機(jī)、帶輪的驅(qū)動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)，隨著中蓋的旋轉(zhuǎn)，軸承逐一進(jìn)入上蓋邊緣的缺口1中，當(dāng)中蓋上的φ10 mm的通孔轉(zhuǎn)到和缺口1重合時(shí)，軸承自動(dòng)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(dāng)中蓋φ10 mm的通孔和下蓋的通孔3重合時(shí)，軸承自動(dòng)下落到下面的秤盤(pán)。

2.3 分揀機(jī)構(gòu)

經(jīng)電子秤稱(chēng)量、單片機(jī)鑒別的軸承，在通過(guò)分揀機(jī)構(gòu)時(shí)，實(shí)現(xiàn)正品和廢品的分離。分揀機(jī)構(gòu)如圖2所示，主要由電磁閥、旋轉(zhuǎn)擋板、導(dǎo)料管等組成。其中的導(dǎo)料管和擋板材料均采用標(biāo)準(zhǔn)鋁合金，標(biāo)準(zhǔn)鋁合金具有較高的強(qiáng)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(qiáng)度，并且輕便、易于加工、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

圖2 分揀機(jī)構(gòu)

3 硬件電路設(shè)計(jì)

該電子稱(chēng)重式軸承檢測(cè)儀由單片機(jī)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制系統(tǒng)完成稱(chēng)重和選別控制，其組成如圖3所示。它包括:DJ200系列電子稱(chēng)稱(chēng)重傳感器，TL072放大器，LNE9904模數(shù)轉(zhuǎn)換器，PIC16F877單片機(jī)應(yīng)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)和電子秤的串口通信;單片機(jī)對(duì)得到的數(shù)據(jù)判斷處理后，控制相應(yīng)的硬件動(dòng)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(shè)計(jì)

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(diǎn)當(dāng)中最重要的一點(diǎn)是，它可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)調(diào)試和在線(xiàn)編程，這是MCS-51和MC68系列單片機(jī)所不具備的。為了開(kāi)發(fā)方便和系統(tǒng)的擴(kuò)展，選擇Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877單片機(jī)。采用模塊編程方法，具體的判斷和計(jì)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(fù);(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(jìn)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(yīng)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(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序模塊。首先判斷是定時(shí)器中斷還是串口中斷。當(dāng)發(fā)生定時(shí)器中斷時(shí)，判斷儀器是否空轉(zhuǎn) (沒(méi)有要檢測(cè)的軸承落到秤盤(pán)上)，若是轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理子程序;但發(fā)生串口中斷時(shí)，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(jìn)行正/廢品的判斷鑒別，并進(jìn)行相應(yīng)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(cè)儀具有自動(dòng)分揀和自動(dòng)計(jì)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(lái)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明:其檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到99.5%以上，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，有很高的實(shí)用價(jià)值。

［1］張玉鳳.基于單片機(jī)的智能動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007(4):61－63.

［2］謝秋云，韓曉茹，肖鐵軍.基于單片機(jī)的智能儀器前面板的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008(2):102－104.

［3］張曉波，劉文耀，王兵振，等.汽車(chē)制動(dòng)閥內(nèi)底面質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)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?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。E－mail:sxjdszp@163.com。