一种基于机器视觉的气吸式球体表面瑕疵检测系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的气吸式球体表面瑕疵检测系统。


背景技术：

[0002]
滚珠轴承是应用及其广泛的通用机械产品，其中滚珠为球体，需求量极大，其表面质量的优劣直接影响轴承的使用寿命。目前滚珠轴承中的滚珠一般为钢球或陶瓷球，目前国内轴承球体生产厂商针对轴承球体的表面瑕疵检测还停留在人工目检阶段，该手段检测结果的好坏受人主观因素影响较大。随着无接触瑕疵检测技术的发展，机器视觉越来越多的应用于工业产品瑕疵检测中。
[0003]
在机器视觉瑕疵检测领域，球体表面瑕疵检测一直是业内存在的难题，由于轴承球体一般都有高亮高反光特性，人工检测误差大，目前还没有一种成熟的技术手段能将整个球体表面全部检测到，尤其是小直径轴承球体的表面瑕疵检测。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种基于机器视觉的气吸式球体表面瑕疵检测系统，完成球体表面瑕疵自动检测，安全可靠、瑕疵检测精度高，避免人工检测造成出厂球体质量参差不齐。
[0005]
实现本实用新型目的技术方案是：
[0006]
一种基于机器视觉的气吸式球体表面瑕疵检测系统，包括基座，固定安装在基座上的总控模块，与总控模块电连接的自动进球模块、自动送球模块、球体球面展开模块、自动分类出球模块、以及固定安装在球体球面展开模块上的光学拍摄模块；所述基座上固定安装有检测台；所述球体球面展开模块适于将经进球模块和送球模块的待测球体进行球体表面展开，所述光学拍摄模块对待测球体表面进行拍摄并通过所述总控模块将拍摄画面进行图像处理和分析判断，通过所述分类出球模块将好球和坏球送出。
[0007]
进一步地，所述自动进球模块包括固定安装在基座上的接球槽，设于接球槽上方的倒球装置以及设于接球槽内的进球漏斗和旋转进球装置；所述倒球装置适于将待测球体倒入进球漏斗中，所述进球漏斗的出口连通旋转进球装置的入口。
[0008]
进一步地，所述倒球装置包括固定安装在接球槽两侧的第一支撑板，固定安装在一侧第一支撑板外侧的第二支撑板，固定安装在第二支撑板上的第一驱动器，以及转动安装在第一支撑板之间的装球斗，所述装球斗的转轴通过联轴器与第一驱动器输出轴固定连接。
[0009]
进一步地，所述装球斗上设有挡板，所述挡板的一侧设有第一通槽，当装球斗转动一定角度时，其内球体通过所述第一通槽落入下方漏斗中，防止球体大量倒出，造成漏斗中球体积压，影响球体顺利通过漏斗出口进入旋转进球装置中。
[0010]
进一步地，所述漏斗远离装球斗的一侧设有沿竖直方向的第一侧板，第一侧板的
左右两端倾斜对称设有第二侧板，所述两块第二侧板之间倾斜设有第三侧板，所述第一侧板的下部设有第二通槽和第一缺口，所述第二通槽设于第一缺口的上方，所述第三侧板的下部设有第二缺口，所述第一缺口、第二缺口和第二侧板的下端汇聚形成漏斗的出口。
[0011]
进一步地，所述旋转进球装置包括固定安装在检测台下方的第二驱动装置，固定安装在接球槽内的进球转盘壳体，转动安装在进球转盘壳体内的进球转盘，以及转动安装在进球转盘壳体上端面的拨盘；所述第二驱动装置适于驱动进球转盘和拨盘转动；所述拨盘适于穿过第二通槽拨动漏斗出口处的球体，防止球体堵塞出口；所述进球转盘壳体上端面和外周面分别设有入口和出口；所述入口连通漏斗的出口。
[0012]
进一步地，所述进球转盘的外周面上均匀设有多个容纳球体的弧形第一齿槽，球体通过进球转盘壳体上的入口进入弧形第一齿槽，并随着进球转盘运转至进球转盘壳体出口。
[0013]
进一步地，所述自动送球模块包括固定安装在接球槽内的螺旋升球装置以及与螺旋升球装置相连设置的旋转送球装置；所述旋转送球装置固定安装在检测台上；所述螺旋升球装置适于将旋转进球装置内的待测球体传送至旋转送球装置。
[0014]
进一步地，所述螺旋升球装置包括固定安装在接球槽内的空心立柱，设于空心立柱内腔的螺旋柱、驱动螺旋柱转动的第三驱动装置以及分别设于空心立柱两端并与螺旋柱连通的进球块和出球块，所述进球块固定安装在接球槽内，所述出球块固定安装在检测台上。
[0015]
进一步地，所述进球块内设有倾斜设置的第一进球通道，所述第一进球通道的入口高于第一进球通道的出口并连通进球转盘壳体的出口；所述出球块内设有倾斜设置的第一出球通道，所述第一出球通道的入口高于第一出球通道的出口。
[0016]
进一步地，所述旋转送球装置包括固定安装在检测台上的送球底盘以及转动安装在送球底盘上的送球转盘，所述第二驱动装置驱动送球转盘转动。
[0017]
进一步地，所述送球转盘的外周面上均匀设有多个适于容纳球体的弧形第二齿槽；所述送球底盘上对称设有环绕送球转盘外周的弧形挡圈，所述送球底盘上设有分别连通第一出球通道的出口和球体球面展开模块的第二进球通道和第二出球通道。
[0018]
进一步地，所述球体球面展开模块包括安装在检测台上的x轴球体展开装置、y轴球体展开装置，以及安装在检测台下方的球体检测工位升降装置；所述球体球面展开模块还包括驱动x轴球体展开装置和y轴球体展开装置动作的第四驱动装置；所述检测台设有检测口，所述球体检测工位升降装置设于检测口的正下方；所述x轴球体展开装置和y轴球体展开装置适于吸附检测口的待测球体并实现待测球体的原地展开动作。
[0019]
进一步地，所述球体检测工位升降装置包括与第二驱动装置固定相连的凸轮、沿凸轮外周面滚动设置的升降机构以及固定安装升降机构顶端的升降台。
[0020]
进一步地，所述升降机构包括升降杆、直线轴承、弹簧和滚轮；所述滚轮转动安装在升降杆的底部，所述升降杆的下部设有第一圆台，所述直线轴承套设在升降杆上并设有第二圆台，所述弹簧套设在升降杆和直线轴承上并设于第一圆台和第二圆台之间。
[0021]
进一步地，所述x轴球体展开装置和y轴球体展开装置的结构相同，包括固定安装在检测台上的空心轴以及分别固定安装在空心轴一端的吸嘴；所述空心轴的另一端适于通过旋转接头和气管连接外部气动元件；所述第四驱动装置适于驱动所述空心轴沿长度方向
做旋转运动。
[0022]
进一步地，所述自动分类出球模块包括固定安装在检测台下方并与球体检测工位升降装置相连设置的出球盒以及与出球盒相连设置的分球装置。
[0023]
进一步地，所述分球装置包括分球盒以及插入分球盒内的分球机构；所述分球机构包括推拉式电磁铁以及固定安装在推拉式电磁铁输出轴上的分球挡块；所述分球挡块上设有第一通孔和第二通孔；所述分球盒的一侧设有与出球盒相连通的第三进球通道，所述分球盒的另一侧设有好球出球通道和坏球出球通道，所述分球机构适于将进入分球盒内的球体分别传送到好球出球通道和坏球出球通道。
[0024]
进一步地，所述光学拍摄模块包括固定安装在检测台上的穹顶光源以及插入穹顶光源内并设于检测口正上方的相机。
[0025]
采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：
[0026]
(1)本实用新型通过设置自动进球模块和自动送球模块将待测球体运送至球体球面展开模块，利用光学拍摄模块对球体表面进行拍摄并通过总控模块将拍摄画面进行图像处理和分析判断，通过分类出球模块将好球和坏球分别送出，完成球体表面瑕疵自动检测，安全可靠、瑕疵检测精度高，避免人工检测造成出厂球体质量参差不齐。
[0027]
(2)本实用新型自动进球模块通过设置安装在接球槽上方的倒球装置以及设于接球槽内的进球漏斗和旋转进球装置，接球槽内装入酒精，倒球装置内的待测球体能自动倒入接球槽内的进球漏斗中，酒精用于清除球体表面异物，然后通过进球漏斗的出口进入进球装置内。
[0028]
(3)本实用新型自动送球模块包括螺旋升球装置和旋转送球装置，通过螺旋升球装置将旋转进球装置传送过来的球体运送至旋转送球装置，球体在旋转进球装置内部上升的过程中，球体表面的酒精自然挥发掉，便于后续检测。
[0029]
(4)本实用新型球体球面展开模块通过x轴球体展开装置和y轴球体展开装置吸附检测口的待测球体并带动球体自转实现球体表面原地展开，避免球体球面展开过程中的摩擦，解决了微小型球体球面摩擦式原地展开容易留下细微划痕问题。当待测球体到达检测口时，检测台下方的球体检测工位升降装置升到最高点，为待测球体提供支撑平台，便于球体展开装置吸附待测球体；当待测球体检测完成后，球体检测工位升降装置下降到最低点，待测球体自动落在球体检测工位升降装置上并滚落至自动分类出球模块。
[0030]
(5)本实用新型自动分类出球模块通过设置与球体检测工位升降装置相连的出球盒以及与出球盒相连设置的分球装置，根据待测球体的检测结果，分球装置能自动分类好球和坏球。
[0031]
(6)本实用新型分球装置通过设置分球盒和分球机构，分球机构设置推拉式电磁铁以及固定安装在推拉式电磁铁输出轴上的分球挡块，结构设计巧妙，能够自动将好球和坏球分到分球盒的好球出球通道和坏球出球通道。
[0032]
(7)本实用新型光学拍摄模块设有穹顶光源，提高反射区域内的球体表面瑕疵对比度。
附图说明
[0033]
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附
图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：
[0034]
图1为本实用新型的结构示意图；
[0035]
图2为本实用新型的俯视图(图中穹顶光源和相机未示出)；
[0036]
图3为本实用新型进球漏斗和旋转进球装置安装后的结构示意图；
[0037]
图4为本实用新型进球转盘和拨盘安装后结构示意图；
[0038]
图5为本实用新型螺旋升球装置结构示意图(图中空心立柱未示出)；
[0039]
图6为本实用新型球体检测工位升降装置结构示意图；
[0040]
图7为本实用新型自动分类出球模块结构示意图；
[0041]
图8为本实用新型分球机构结构示意图；
[0042]
图9为本实用新型分好球时自动分类出球模块状态示意图；
[0043]
图10为本实用新型分坏球时自动分类出球模块状态示意图。
[0044]
附图中的标号为：
[0045]
基座1、检测台2、检测口2-1、接球槽3、进球漏斗4、第一侧板4-1、第二通槽4
-ꢀ
1-1、第一缺口4-1-2、第二侧板4-2、第三侧板4-3、第二缺口4-3-1、第一支撑板5、第一驱动器6、装球斗7、挡板7-1、第一通槽7-1-1、第二驱动装置8、进球转盘壳体9、进球转盘10、第一齿槽10-1、拨盘11、空心立柱12、螺旋柱13、第三驱动装置14、进球块15、第一进球通道15-1、出球块16、第一出球通道16-1、送球底盘17、弧形挡圈 17-1、第二进球通道17-2、第二出球通道17-3、送球转盘18、第二齿槽18-1、第四驱动装置19、凸轮20、升降台21、升降杆22、第一圆台22-1、直线轴承23、第二圆台23
-ꢀ
1、弹簧24、滚轮25、空心轴26、吸嘴27、出球盒28、分球盒29、第三进球通道29
-ꢀ
1、好球出球通道29-2、坏球出球通道29-3、推拉式电磁铁30、分球挡块31、第一通孔 31-1、第二通孔31-2、穹顶光源32、相机33。
具体实施方式
[0046]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0047]
(实施例1)
[0048]
见图1至图10，本实施例的基于机器视觉的气吸式球体表面瑕疵检测系统，包括基座1，固定安装在基座上的总控模块，与总控模块电连接的自动进球模块、自动送球模块、球体球面展开模块、自动分类出球模块、以及固定安装在球体球面展开模块上的光学拍摄模块。总控模块完成对整个系统的运动控制、图像处理分析和相关指令发送。基座1上固定安装有检测台2，检测台2的中心位置设有检测口2-1。
[0049]
自动进球模块包括固定安装在基座1上的接球槽3，设于接球槽3上方的倒球装置以及设于接球槽3内的进球漏斗4和旋转进球装置。接球槽3内装有酒精，用于清除球体表面异物。倒球装置包括固定安装在接球槽3两侧的第一支撑板5，固定安装在一侧第一支撑板5外侧的第二支撑板，固定安装在第二支撑板上的第一驱动器6，以及转动安装在第一支撑板5之间的装球斗7，装球斗7的转轴通过联轴器与第一驱动器6的输出轴固定连接，本实施例中第一驱动器6采用电机。
[0050]
装球斗7上设有挡板7-1，挡板7-1的一侧设有第一通槽7-1-1，当装球斗7转动一定角度时，其内球体通过第一通槽7-1-1落入下方进球漏斗4中，防止球体大量倒出，造成进球
漏斗4中球体积压，影响球体顺利通过进球漏斗4出口进入旋转进球装置中。
[0051]
进球漏斗4包括第一侧板4-1、第二侧板4-2和第三侧板4-3。第一侧板4-1固定安装在远离装球斗7的一侧并沿竖直方向设置，第二侧板4-2倾斜对称设置在第一侧板4
-ꢀ
1的左右两端，第三侧板4-3倾斜设置在两块第二侧板之间。第一侧板4-1的下部设有第二通槽4-1-1和第一缺口4-1-2，第二通槽4-1-1设于第一缺口4-1-2的上方。第三侧板4-3的下部设有第二缺口4-3-1，第一缺口4-1-2、第二缺口4-3-1和第二侧板4-2的下端汇聚形成进球漏斗4的出口。
[0052]
旋转进球装置包括固定安装在检测台2下方的第二驱动装置8，固定安装在接球槽 3内的进球转盘壳体9，转动安装在进球转盘壳体9内的进球转盘10，以及转动安装在进球转盘壳体9上端面的拨盘11。第二驱动装置8包括电机以及与电机输出轴固定相连的伞齿传动机构，进球转盘10和拨盘11固定安装在同一转动轴上，从而实现第二驱动装置8驱动进球转盘10和拨盘11同时转动。拨盘11穿过第二通槽5-1-1，拨动进球漏斗4出口处的球体，防止球体堵塞出口。进球转盘壳体9上端面和外周面分别设有入口和出口，入口连通进球漏斗4的出口。
[0053]
进球转盘10的外周面上均匀设有多个容纳球体的弧形第一齿槽10-1，球体通过进球转盘壳体9上的入口进入弧形第一齿槽10-1，并随着进球转盘10的转动运转至进球转盘壳体9出口。
[0054]
自动送球模块包括固定安装在接球槽3内的螺旋升球装置以及与螺旋升球装置相连设置的旋转送球装置。旋转送球装置固定安装在检测台2上，螺旋升球装置将旋转进球装置内的待测球体传送至旋转送球装置。
[0055]
螺旋升球装置包括固定安装在接球槽3内的空心立柱12，设于空心立柱12内腔的螺旋柱13、驱动螺旋柱13转动的第三驱动装置14以及分别设于空心立柱12两端并与螺旋柱13连通的进球块15和出球块16。螺旋柱13的外周与空心立柱12的内周共同形成螺旋通道，待测球体沿通道向上传送。进球块15固定安装在接球槽3内，出球块 16固定安装在检测台2上。
[0056]
进球块15内设有倾斜设置的第一进球通道15-1，第一进球通道15-1的入口高于第一进球通道15-1的出口并连通进球转盘壳体9的出口。出球块16内设有倾斜设置的第一出球通道16-1，第一出球通道16-1的入口高于第一出球通道16-1的出口。
[0057]
旋转送球装置包括固定安装在检测台2上的送球底盘17以及转动安装在送球底盘 17上的送球转盘18，第二驱动装置8的电机通过伞齿轮传动机构驱动送球转盘18的转动轴转动，送球转盘18的转动轴和进球转盘10的转动轴同轴固定连接，从而实现第二驱动装置8同时驱动进球转盘10、拨盘11和送球转盘18。
[0058]
送球转盘18的外周面上均匀设有多个适于容纳球体的弧形第二齿槽18-1。送球底盘17上对称设有环绕送球转盘18外周的弧形挡圈17-1，防止待测球体从弧形第二齿槽18-1滚落。送球底盘17上设有分别连通第一出球通道16-1的出口和球体球面展开模块的第二进球通道17-2和第二出球通道17-3。
[0059]
球体球面展开模块包括安装在检测台2上的x轴球体展开装置、y轴球体展开装置，以及安装在检测台2下方的球体检测工位升降装置。球体球面展开模块还包括驱动 x轴球体展开装置和y轴球体展开装置动作的第四驱动装置19。球体检测工位升降装置设于检测
口2-1的正下方，x轴球体展开装置和y轴球体展开装置用于吸附检测口2
-ꢀ
1处的待测球体并实现待测球体的原地展开动作。
[0060]
球体检测工位升降装置包括与第二驱动装置8固定相连的凸轮20、沿凸轮20外周面滚动设置的升降机构以及固定安装升降机构顶端的升降台21，升降台21的顶端为斜面。
[0061]
升降机构包括升降杆22、直线轴承23、弹簧24和滚轮25。滚轮25转动安装在升降杆22的底部，升降杆22的下部设有第一圆台22-1。直线轴承23套设在升降杆22上并设有第二圆台23-1。弹簧24套设在升降杆22和直线轴承23上并设于第一圆台22-1 和第二圆台23-1之间。
[0062]
本实施例第二驱动装置8同时驱动进球转盘10、拨盘11、送球转盘18和凸轮20 转动，通过设置各伞齿轮传动机构的传动比，确保各动作之间保持协同配合。凸轮20带动升降机构做升降运动的同时，进球转盘10和拨盘11带动待测球体进入螺旋升球装置，送球转盘18带动待测球体进入检测口。当球体进入检测口2-1时，升降台21刚好位于最高点，便于球体被x轴球体展开装置和y轴球体展开装置吸附。当球体检测完成后，升降台21刚好位于最低点，球体掉落在升降台21上并沿着升降台21顶端的斜面滚落至自动分类出球模块。
[0063]
x轴球体展开装置和y轴球体展开装置的结构相同，包括固定安装在检测台2上的空心轴26以及分别固定安装在空心轴26一端的吸嘴27，空心轴26的另一端通过旋转接头和气管连接外部气动元件。第四驱动装置19包括固定安装在检测台2一侧的电机以及三组伞齿轮传动机构，实现第四驱动装置19驱动x轴球体展开装置和y轴球体展开装置的空心轴26沿长度方向同时做旋转运动。
[0064]
自动分类出球模块包括固定安装在检测台2下方并与球体检测工位升降装置相连设置的出球盒28以及与出球盒28相连设置的分球装置。
[0065]
分球装置包括分球盒29以及插入分球盒29内的分球机构。分球机构包括推拉式电磁铁30以及固定安装在推拉式电磁铁30输出轴上的分球挡块31。分球挡块31上设有第一通孔31-1和第二通孔31-2。分球盒29的一侧设有与出球盒28相连通的第三进球通道29-1，分球盒29的另一侧设有好球出球通道29-2和坏球出球通道29-3。当球体检测为好球时，第一通孔31-1的两端分别与第三进球通道29-1和好球出球通道29-2对齐，好球进入好球出球通道29-2；当球体检测为坏球时，推拉式电磁铁30向下移动，第二通孔31-2的两端分别与第三进球通道29-1和坏球出球通道29-3对齐，坏球进入坏球出球通道29-3。从而实现分球机构将进入分球盒29内的球体分别传送到好球出球通道29-2和坏球出球通道29-3。
[0066]
光学拍摄模块包括固定安装在检测台2上的穹顶光源32以及插入穹顶光源32内并设于检测口2正上方的相机33，本实施例相机33为工业相机并配有可变倍显微镜头，可垂直拍摄待测球体，检测瑕疵分辨率达到5um。
[0067]
本实施例的工作原理：装球斗7在第一驱动器6的作用下翻转一定角度，其内的待测球体从第一通槽7-1-1落入下方接球槽3的进球漏斗4中，接球槽3内装有一定量的酒精，用于清洁待测球体表面。待测球体通过进球漏斗4的出口进入进球转盘10的弧形第一齿槽10-1中，随着进球转盘10的转动进入进球块15中，沿着倾斜的第一进球通道15-1进入螺旋升球装置，在螺旋柱13的旋转作用下，待测球体上升至出球块16，同时待测球体表面的酒精自然挥发掉。
[0068]
待测球体沿着出球块16内倾斜设置的第一出球通道16-1进入送球转盘18的弧形
第二齿槽18-1，在送球转盘18的转动下，带球球体进入检测口2-1，此时滚轮25沿凸轮20外周面转动至最高点，升降台21在升降机构的作用下刚好位于最高点，此时待测球体被x轴球体展开装置和y轴球体展开装置吸附并转动，完成球体表面原地展开。在此过程中，相机33对展开的球体表面进行拍摄，并通过总控模块完成图像处理和分析，从而判断出好球和坏球，并发出对应指令给自动分类出球模块。当球体检测完成后，滚轮25沿凸轮20外周面转动至最低点，升降台21在升降机构的作用下刚好位于最低点，球体掉落在升降台21上并沿着升降台21顶端的斜面滚落至出球盒28。
[0069]
出球盒28与分球盒29相连通，当球体检测为好球时，第一通孔31-1的两端分别与第三进球通道29-1和好球出球通道29-2对齐，好球进入好球出球通道29-2；当球体检测为坏球时，推拉式电磁铁30向下移动，第二通孔31-2的两端分别与第三进球通道 29-1和坏球出球通道29-3对齐，坏球进入坏球出球通道29-3。从而实现分球机构将进入分球盒29内的球体分别传送到好球出球通道29-2和坏球出球通道29-3，再通过管道传送至不同的球盒内。
[0070]
本实施例通过自动进球模块和自动送球模块将待测球体运送至球体球面展开模块，利用光学拍摄模块对球体表面进行拍摄并通过总控模块将拍摄画面进行图像处理和分析判断，通过分类出球模块将好球和坏球分别送出，完成球体表面瑕疵自动检测，安全可靠、瑕疵检测精度高，避免人工检测造成出厂球体质量参差不齐。
[0071]
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。