一種基于微位移檢測的PLC控制某軸承零件尺寸分揀裝置

李思成 季錦程 辛 毅 張 浩 管建峰 高 飛

國內(nèi)軸承廠和科研院所針對軸承零件的測量已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究。現(xiàn)有基于機(jī)器視覺的測量方法，采用六點(diǎn)法對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定[1]，同時結(jié)合圖像處理技術(shù)，對滾動軸承圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)軸承尺寸的無接觸、無損傷測量。另有文獻(xiàn)[2]，設(shè)計(jì)了一套軸承內(nèi)外圈尺寸檢測和分類系統(tǒng)，替代人工綜檢分類。但這些方法檢測精度不高，達(dá)不到一些企業(yè)的要求。激光掃描、CCD影像法[3]等方法，測量范圍小，精度也不高。

1 總體技術(shù)方案

常熟慧登機(jī)械有限公司生產(chǎn)的某軸承零件，外徑25，內(nèi)徑15，長度20，其中內(nèi)徑與一端面有過渡圓弧連接的軸承內(nèi)圈零件，針對其過渡圓弧半徑的檢測要求和日檢測10000件的節(jié)拍要求，設(shè)計(jì)了一種特殊的軸承內(nèi)圈端面圓弧半徑自動化檢測分揀裝置（如圖1所示），該裝置通過料斗自動投送零件，通過自動輸送線將零件運(yùn)送到檢測工位，通過檢測工位的判別信號將檢測后的工件分揀到不同的料箱中，實(shí)現(xiàn)自動化分揀。

圖1 自動測量分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

采用一種基于微位移傳感器的PLC控制自動測量智能化分揀裝置，運(yùn)用了微位移傳感器這種智能化檢測設(shè)備來最大化提高精度，而且運(yùn)用一種簡便實(shí)用的方法檢測軸承內(nèi)徑，并且在控制系統(tǒng)方面，選擇更穩(wěn)定高效的PLC電子編程控制系統(tǒng)。

第一檢測工位和第二檢測工位分別設(shè)有檢測裝置，檢測裝置包括立柱、檢測球和位移傳感器，檢測球和位移傳感器可上下移動，置于立柱，檢測球設(shè)置于位移傳感器下方，位移傳感器用于檢測被測球的移動距離；夾持機(jī)構(gòu)（如圖2所示），用于夾持預(yù)定位置的待檢測軸承，并移送至第一檢測位和第二檢測位；機(jī)臺，用于安裝送料機(jī)構(gòu)、檢測裝置（如圖3所示）和夾持機(jī)構(gòu)，機(jī)臺在第一檢測位和第二檢測位設(shè)有用于篩選不合格產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)氣缸和剔除孔。

圖2 夾持機(jī)構(gòu)簡圖

圖3 檢測裝置結(jié)構(gòu)簡圖

2 具體實(shí)施方案

送料開始時，送料機(jī)構(gòu)設(shè)置于機(jī)臺的一側(cè)，送料機(jī)構(gòu)包括振動料盤、傳送帶和推送裝置。傳送帶設(shè)置于振動料盤的出料口，用于傳送待檢測軸承，推送裝置設(shè)置于傳送帶的一側(cè)，用于將傳送帶上的待檢測軸承推送至機(jī)臺的預(yù)定位置。推送裝置為推送氣缸，推送氣缸的氣缸桿伸縮方向與傳送帶的傳送方向垂直。

推送到預(yù)定位置后，傳送帶的末端設(shè)有第一擋板，預(yù)定位置的一側(cè)設(shè)有第二擋板，推送裝置將待檢測軸承推送至第二擋板處。

機(jī)臺設(shè)有供夾持機(jī)構(gòu)移動的軌道，夾持機(jī)構(gòu)包括機(jī)架和夾持臺，夾持臺設(shè)有轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和抱夾機(jī)構(gòu)，抱夾機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)連接用于翻轉(zhuǎn)待檢測軸承。翻轉(zhuǎn)后，機(jī)架設(shè)有絲杠運(yùn)動副，夾持臺與絲杠運(yùn)動副連接進(jìn)行上下移動。移動到夾持臺，夾持臺設(shè)有伸縮裝置，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于伸縮裝置的前端。檢測裝置開始檢測，剔除孔設(shè)有活動擋板，檢測裝置檢測出不合格產(chǎn)品時，翻轉(zhuǎn)氣缸啟動。如圖1所示，零件由右面的震動帶震動使軸承零件有序排列一排，由輸送帶輸送到氣缸處，氣缸得到信號，啟動氣缸，彈出一個零件到平臺上的小擋板中，由夾持機(jī)構(gòu)一夾持旋轉(zhuǎn)，將零件放到檢測工位一下，啟動檢測工位一，輔助檢測裝置和微位移傳感器向下移動，抵觸檢測。若檢測結(jié)果顯示為不合格，則啟動檢測機(jī)構(gòu)一下的翻轉(zhuǎn)氣缸，將零件漏下，若檢測結(jié)果為合格，則啟動夾持機(jī)構(gòu)二，夾持零件并翻轉(zhuǎn)至檢測工位二上，利用同樣的方法進(jìn)行檢測，若顯示不合格，啟動檢測裝置下的翻轉(zhuǎn)氣缸，將零件漏下，若檢測合格，啟動夾持三，夾持零件至左邊合格槽中。下一步，將再次啟動氣缸，進(jìn)行下一個零件的檢測。

3 裝置分析

3.1 平臺精度分析

對于零件輸送采用夾持裝置定位。對于檢測運(yùn)用微位移傳感器這一種智能化設(shè)備來最大化提高檢測精度。而且運(yùn)用一種簡便實(shí)用的方法去檢測軸承內(nèi)徑，通過檢測小剛球的高度來確定零件是否合格，簡單方便并且提高了效率。

3.2 關(guān)鍵關(guān)節(jié)部位的精度分析

使用的微位移傳感器檢測探頭的形狀為方形，當(dāng)夾持裝置將零件放置于檢測位下方時，若產(chǎn)生相對偏差，微位移傳感器探頭也能精確測定高度從而不會產(chǎn)生偏差，進(jìn)一步保證了測量的精度。

4 裝置的選型

4.1 微位移傳感器的選型

GT2系列高精度接觸式數(shù)字傳感器運(yùn)用高速取樣的刻度脈沖系統(tǒng)，檢查耐久度可達(dá)2000萬次。采用IP67防護(hù)外殼，運(yùn)用GT2延長主軸式氣缸。裝置電纜負(fù)載為250g,彎曲半徑為50mm，彎曲速率為30次/分鐘。傳感器頭GT2-H12K精確范圍為12mm，可達(dá)到0.1μm的分辨率、1μm的精度。

4.2 PLC選型與編程

PLC型號選用西門子S7-200PLC224XPCN（14輸入，10輸出），擴(kuò)展模塊為1個32位輸入模塊，1個32位輸出模塊。控制流程如圖4所示。

5 結(jié)語

圖4 控制流程圖

基于微位移檢測的PLC控制某軸承零件尺寸分揀裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)，極大地提高了檢測的可靠性與檢測效率，具有極大的推廣價(jià)值。

[1]徐海利，張海杰，周海波，等.基于機(jī)器視覺的軸承尺寸測量技術(shù)[J].智能制造，2013（1）：49-50.

[2]范帥，湯綺婷，盧滿懷.基于機(jī)器視覺的軸承內(nèi)外圈尺寸檢測及分類[J].自動化儀表，2016，（11）：77-80.

[3]劉建都.嵌入式系統(tǒng)的在線自測試技術(shù)[J].微電子技術(shù)，2000，（6）：46-50.