淺談軸承套圈檢測方法研究及設計
2018-08-07尹凌鵬 殷小亮
（1.衢州職業技術學院；2.嘉興學院）
（1.衢州職業技術學院；2.嘉興學院）
【摘 要】軸承套圈的加工過程中會出現一些不合格品，如何實現不合格品的自動分揀一直是一個值得研究的課題，論文從設計的角度提出機器視覺檢測軸承套圈的過程及方法，為進一步實現機器視覺下的軸承套圈檢測提供了技術方法的依據。
【關鍵詞】軸承；套圈；檢測；機器視覺；圖像采集
1 引言
軸承是機械工業中的重要零件之一，廣泛應用于機床、航空、汽車等機械設備中。軸承的精度和質量直接影響機械產品的性能和壽命，因此軸承的精度和質量一直是企業Z關心的問題之一。在軸承套圈加工中，車削加工是一個重要環節。車輛的質量直接影響后續的加工。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生，其中比較典型的情況是軸承的套圈外圓或軸承內滾道的漏加工。這樣的產品不但會造成資源浪費，還會對后續工序中的精加工設備造成損傷，給企業造成經濟損失[1]。
在浙江省，越來越多的裝備制造業可以利用自動化來實現省內軸承零件的加工和檢測。然而，隨著自動化制造業的逐漸普及，同時也出現了可靠性低、檢測誤差大、效率低等問題。
據不完全統計，中國現有規模以上的軸承企業共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，除瓦、哈、洛和萬向錢潮、浙江天馬、人本集團等企業的主營業務收入超過10億元以上，其余的大部分為中小型軸承企業。它們大部分為中小型民營企業，大多開始引進自動化加工設備和檢測設備。但在使用過程中頻繁出現精度低、效率低、檢測不穩定等問題。軸承加工中涉及的問題較多。
2 檢測方法研究
現今國內外軸承企業采用各種各樣的方法進行檢驗。歸納起來主要有幾類：
①傳統方法。軸承成品檢驗傳統的方法是運用人工的方式來進行檢驗。這樣工作量很大，時間一長人的眼睛很容易疲勞，其準確率也無法保證。
②振動診斷技術。采用振動診斷技術來對信號進行接收和分析，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機械靠模的方法。通過固定試塊和加工件相比較的方式進行自動檢測，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實現的控制系統，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，從而準確得到溝道的尺寸，但對定位系統的要求也比較高，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確性上都無法滿足大批量生產時的檢測需要。如果存在不合格的套圈流入市場，不僅用戶會受到經濟損失，軸承生產廠家也會失去信譽。所以，尋求一種可靠的檢測手段，提高檢測效率、準確性和通用性，降低對機械定位系統的要求，是當前的發展需要[3]。
3 檢測方案設計
整個套圈檢測系統是一個循環檢測的工作過程。該過程包括軸承內圈檢測和軸承外圈檢測。首先進行外圈檢驗，如果外圈檢測不合格，則排出。如果合格，則進入下一個軸承內圈的檢測環節。內圈檢測不合格，則排出。如果合格，則該套圈精度達到要求，系統輸出合格標識。然后進入下一個檢測周期。
系統包含機械部分及圖形采集系統，采集系統與機械控制部分形成交互操作。系統原有的PLC控制設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的分析結果，如為不合格品，則排除；同時計算機接受來自圖像采集系統發來的信息，進行圖像分析及智能判斷，從而得出結論，將結果傳送給PLC控制系統，如此反復。
由系統對工藝及圖像信息采集過程要求，將整體檢測系統分析如下：接近開關檢測到有套圈到位時，CCD 相機對其進行拍照，圖像經過圖像采集卡將模擬信號轉換成數字信號并把數據傳輸給計算機，Z后由計算機對數據進行處理可獲得軸承套圈的特征信息，對此信息進行判斷可得到套圈是否存在漏工序問題，Z后將結果傳送給控制系統，由控制系統做出相應的動作[4]。通過研究軸承套圈生產廠家在生產時的情況，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圈和外圈，直徑范圍 20～300mm；
④自動記錄檢測個數；
⑤檢測的位置、形狀、參數閾值可預先調整。
4 結論與展望
通過機電控制研究與設計方法論述，該設計方案能夠順利完成軸承套圈的自動檢測，實現對軸承套圈的自動分揀，結合相應的優化算法，實現套圈的精度測量。同時該系統的研究也能夠有效利用機器視覺技術在工業領域的應用，從而實現代替人工作業的效果，提高生產效率，減少了人為發生的錯誤。
【參考文獻】
【1】盧滿懷，范帥，湯綺婷.基于機器視覺的軸承套圈檢測系統[J].軸承， 2017（5）：39-44.
【2】王啟東，陳於學，楊曙年.圓錐滾子軸承內組件收口質量數字化在線檢測儀[J].軸承，2013（01）：39-42.
【3】宋志平，星軍華.滾針軸承質量檢測儀的設計[J].機床與液壓，2014（42）：10-11.
【4】仲維暢.中國無損檢測簡史[J].無損檢測，2012（01）：52-56.
軸承是機械工業中的重要零件之一，廣泛應用于機床、航空、汽車等機械設備中。軸承的精度和質量直接影響機械產品的性能和壽命，因此軸承的精度和質量一直是企業Z關心的問題之一。在軸承套圈加工中，車削加工是一個重要環節。車輛的質量直接影響后續的加工。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生，其中比較典型的情況是軸承的套圈外圓或軸承內滾道的漏加工。這樣的產品不但會造成資源浪費，還會對后續工序中的精加工設備造成損傷，給企業造成經濟損失[1]。
在浙江省，越來越多的裝備制造業可以利用自動化來實現省內軸承零件的加工和檢測。然而，隨著自動化制造業的逐漸普及，同時也出現了可靠性低、檢測誤差大、效率低等問題。
據不完全統計，中國現有規模以上的軸承企業共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，除瓦、哈、洛和萬向錢潮、浙江天馬、人本集團等企業的主營業務收入超過10億元以上，其余的大部分為中小型軸承企業。它們大部分為中小型民營企業，大多開始引進自動化加工設備和檢測設備。但在使用過程中頻繁出現精度低、效率低、檢測不穩定等問題。軸承加工中涉及的問題較多。
2 檢測方法研究
現今國內外軸承企業采用各種各樣的方法進行檢驗。歸納起來主要有幾類：
①傳統方法。軸承成品檢驗傳統的方法是運用人工的方式來進行檢驗。這樣工作量很大，時間一長人的眼睛很容易疲勞，其準確率也無法保證。
②振動診斷技術。采用振動診斷技術來對信號進行接收和分析，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機械靠模的方法。通過固定試塊和加工件相比較的方式進行自動檢測，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實現的控制系統，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，從而準確得到溝道的尺寸，但對定位系統的要求也比較高，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確性上都無法滿足大批量生產時的檢測需要。如果存在不合格的套圈流入市場，不僅用戶會受到經濟損失，軸承生產廠家也會失去信譽。所以，尋求一種可靠的檢測手段，提高檢測效率、準確性和通用性，降低對機械定位系統的要求，是當前的發展需要[3]。
3 檢測方案設計
整個套圈檢測系統是一個循環檢測的工作過程。該過程包括軸承內圈檢測和軸承外圈檢測。首先進行外圈檢驗，如果外圈檢測不合格，則排出。如果合格，則進入下一個軸承內圈的檢測環節。內圈檢測不合格，則排出。如果合格，則該套圈精度達到要求，系統輸出合格標識。然后進入下一個檢測周期。
系統包含機械部分及圖形采集系統，采集系統與機械控制部分形成交互操作。系統原有的PLC控制設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的分析結果，如為不合格品，則排除；同時計算機接受來自圖像采集系統發來的信息，進行圖像分析及智能判斷，從而得出結論，將結果傳送給PLC控制系統，如此反復。
由系統對工藝及圖像信息采集過程要求，將整體檢測系統分析如下：接近開關檢測到有套圈到位時，CCD 相機對其進行拍照，圖像經過圖像采集卡將模擬信號轉換成數字信號并把數據傳輸給計算機，Z后由計算機對數據進行處理可獲得軸承套圈的特征信息，對此信息進行判斷可得到套圈是否存在漏工序問題，Z后將結果傳送給控制系統，由控制系統做出相應的動作[4]。通過研究軸承套圈生產廠家在生產時的情況，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圈和外圈，直徑范圍 20～300mm；
④自動記錄檢測個數；
⑤檢測的位置、形狀、參數閾值可預先調整。
4 結論與展望
通過機電控制研究與設計方法論述，該設計方案能夠順利完成軸承套圈的自動檢測，實現對軸承套圈的自動分揀，結合相應的優化算法，實現套圈的精度測量。同時該系統的研究也能夠有效利用機器視覺技術在工業領域的應用，從而實現代替人工作業的效果，提高生產效率，減少了人為發生的錯誤。
【參考文獻】
【1】盧滿懷，范帥，湯綺婷.基于機器視覺的軸承套圈檢測系統[J].軸承， 2017（5）：39-44.
【2】王啟東，陳於學，楊曙年.圓錐滾子軸承內組件收口質量數字化在線檢測儀[J].軸承，2013（01）：39-42.
【3】宋志平，星軍華.滾針軸承質量檢測儀的設計[J].機床與液壓，2014（42）：10-11.
【4】仲維暢.中國無損檢測簡史[J].無損檢測，2012（01）：52-56.
來源：《中小企業管理與科技·上旬刊》2018年3期