淺談軸承套圈檢測方法研究及設(shè)計

尹凌鵬，殷小亮

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江衢州324000；2.嘉興學(xué)院，浙江嘉興314000）

1 引言

軸承是機(jī)械工業(yè)中的重要零件之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、航空、汽車等機(jī)械設(shè)備中。軸承的精度和質(zhì)量直接影響機(jī)械產(chǎn)品的性能和壽命，因此軸承的精度和質(zhì)量一直是企業(yè)最關(guān)心的問題之一。在軸承套圈加工中，車削加工是一個重要環(huán)節(jié)。車輛的質(zhì)量直接影響后續(xù)的加工。尤其是軸承套圈的加工，軸承加工過程中，由于各種不可控原因，某些工序漏掉加工或者加工不到位的情況時有發(fā)生，其中比較典型的情況是軸承的套圈外圓或軸承內(nèi)滾道的漏加工。這樣的產(chǎn)品不但會造成資源浪費(fèi)，還會對后續(xù)工序中的精加工設(shè)備造成損傷，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失[1]。

在浙江省，越來越多的裝備制造業(yè)可以利用自動化來實(shí)現(xiàn)省內(nèi)軸承零件的加工和檢測。然而，隨著自動化制造業(yè)的逐漸普及，同時也出現(xiàn)了可靠性低、檢測誤差大、效率低等問題。

據(jù)不完全統(tǒng)計，中國現(xiàn)有規(guī)模以上的軸承企業(yè)共1400多家，主要集中在遼寧的瓦房店、洛陽、浙江、江蘇、山東等地區(qū)，除瓦、哈、洛和萬向錢潮、浙江天馬、人本集團(tuán)等企業(yè)的主營業(yè)務(wù)收入超過10億元以上，其余的大部分為中小型軸承企業(yè)。它們大部分為中小型民營企業(yè)，大多開始引進(jìn)自動化加工設(shè)備和檢測設(shè)備。但在使用過程中頻繁出現(xiàn)精度低、效率低、檢測不穩(wěn)定等問題。軸承加工中涉及的問題較多。

2 檢測方法研究

現(xiàn)今國內(nèi)外軸承企業(yè)采用各種各樣的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。歸納起來主要有幾類：

①傳統(tǒng)方法。軸承成品檢驗(yàn)傳統(tǒng)的方法是運(yùn)用人工的方式來進(jìn)行檢驗(yàn)。這樣工作量很大，時間一長人的眼睛很容易疲勞，其準(zhǔn)確率也無法保證。

②振動診斷技術(shù)。采用振動診斷技術(shù)來對信號進(jìn)行接收和分析，以此來判斷軸承成品所存在的問題。但通常需要軸承在工作過程中檢測，操作煩瑣，且效率較差。

③機(jī)械靠模的方法。通過固定試塊和加工件相比較的方式進(jìn)行自動檢測，從而檢測出被加工件是否存在漏加工[2]。但只能針對軸承溝道檢測，存在其局限性。

④傳感器探測法，傳感器探測法一般是基于PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，通過接觸傳感器探測套圈的邊界位置，從位置信息來判斷是否存在溝道，從而準(zhǔn)確得到溝道的尺寸，但對定位系統(tǒng)的要求也比較高，檢測效率比較低，對倒角和密封槽的檢測依然不能適用。

綜上所述，目前的檢測方法存在著各種問題，無論在檢測速度還是在檢測的準(zhǔn)確性上都無法滿足大批量生產(chǎn)時的檢測需要。如果存在不合格的套圈流入市場，不僅用戶會受到經(jīng)濟(jì)損失，軸承生產(chǎn)廠家也會失去信譽(yù)。所以，尋求一種可靠的檢測手段，提高檢測效率、準(zhǔn)確性和通用性，降低對機(jī)械定位系統(tǒng)的要求，是當(dāng)前的發(fā)展需要[3]。

3 檢測方案設(shè)計

整個套圈檢測系統(tǒng)是一個循環(huán)檢測的工作過程。如圖所示，該過程包括軸承內(nèi)圈檢測和軸承外圈檢測。首先進(jìn)行外圈檢驗(yàn)，如果外圈檢測不合格，則排出。如果合格，則進(jìn)入下一個軸承內(nèi)圈的檢測環(huán)節(jié)。內(nèi)圈檢測不合格，則排出。如果合格，則該套圈精度達(dá)到要求，系統(tǒng)輸出合格標(biāo)識。然后進(jìn)入下一個檢測周期。

圖1 檢測系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)包含機(jī)械部分及圖形采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)與機(jī)械控制部分形成交互操作。系統(tǒng)原有的PLC控制設(shè)備加工及將套圈檢測件傳送到指定位置，同時接收來自計算機(jī)的分析結(jié)果，如為不合格品，則排除；同時計算機(jī)接受來自圖像采集系統(tǒng)發(fā)來的信息，進(jìn)行圖像分析及智能判斷，從而得出結(jié)論，將結(jié)果傳送給PLC控制系統(tǒng)，如此反復(fù)。

圖2 檢測系統(tǒng)整體組成

由系統(tǒng)對工藝及圖像信息采集過程要求，將整體檢測系統(tǒng)分析如下：接近開關(guān)檢測到有套圈到位時，CCD相機(jī)對其進(jìn)行拍照，圖像經(jīng)過圖像采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并把數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)，最后由計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可獲得軸承套圈的特征信息，對此信息進(jìn)行判斷可得到套圈是否存在漏工序問題，最后將結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的動作[4]。通過研究軸承套圈生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時的情況，得出以下對本文檢測方法的要求：

①采用圖像處理方法檢測軸承套圈是否存在漏車加工或加工未到位的情況；

②軸承套圈類型為角接觸、深溝球等；

③被檢測的軸承套圈包括內(nèi)圈和外圈，直徑范圍 20～300mm；

④自動記錄檢測個數(shù)；

⑤檢測的位置、形狀、參數(shù)閾值可預(yù)先調(diào)整。

圖3 檢測系統(tǒng)工作過程分析

4 結(jié)論與展望

通過機(jī)電控制研究與設(shè)計方法論述，該設(shè)計方案能夠順利完成軸承套圈的自動檢測，實(shí)現(xiàn)對軸承套圈的自動分揀，結(jié)合相應(yīng)的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)套圈的精度測量。同時該系統(tǒng)的研究也能夠有效利用機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)代替人工作業(yè)的效果，提高生產(chǎn)效率，減少了人為發(fā)生的錯誤。