基於機器視覺的鋼球表面展開裝置的製作方法

2023-10-29 22:46:07 2

本發明涉及鋼球分揀設備技術領域，尤其是涉及一種鋼球分揀設備的鋼球表面展開裝置。

背景技術：
機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷，機器視覺技術是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數位化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。基於機器視覺技術的軸承鋼球表面缺陷檢測是目前國內外科技工作者研究的熱點，其中鋼球的表面展開裝置是核心，也是一直以來國內外難以解決的技術問題。哈爾濱理工大學機械動力工程學院的王鵬、吳春亞等人提出了一種以LabView為軟體平臺結合IMAQVision函數庫的鋼球表面缺陷檢測方法，該方法通過鋼球在傳送帶上運動獲取圖像，然後利用缺陷區域紋理被破壞的特徵，完成鋼球表面缺陷的有無與類型判斷，不能確切計算缺陷的大小，也不能攝取到鋼球整個外表面的圖像。哈爾濱工業大學的潘洪平博士也提出了一種利用攝像機和計算機圖像處理與識別技術對鋼球表面進行自動檢測和識別分類的實驗裝置，該裝置是在捷克子午線展開輪的基礎上進行的研究，讓鋼球在自製的載物臺上滾動，以便攝取鋼球各個方位的圖像，實現了鋼球表面缺陷的自動檢測，但是無法保證鋼球在自製的載物臺上被完全展開，不能保證可以攝取到各個預設點的圖像。河南科技大學的宋曉霞提出了用於鋼球表面展開的實驗平臺，其根據檢測要求設計了兩條相互垂直的軌道，鋼球依靠自身重力在兩條垂直的軌道上滾動，以便攝取到整個鋼球表面的圖像，但是由於鋼球的二維機械運動使得獲取鋼球表面全覆蓋圖像具有隨機性和複雜性。中國專利(公告號CN102658266B)公開了一種基於機器視覺的鋼球分揀裝置和方法，其採用進給盤中的檢測腔承載鋼球以一定速度做轉動，鋼球的展開依靠底部摩擦盤周期的轉動和間歇的平動使鋼球做偏心運動，達到待檢測鋼球表面展開的效果，但是此種方法獲取圖像具有隨機性，並不能保證完全覆蓋鋼球表面，機構也比較複雜。中國專利(公告號CN102288620B)公開了一種基於多圖像傳感器的鋼球表面展開方法及裝置，該裝置利用鋼球的自身重力在一維軌道上滾動，其採用兩個對稱的圖像傳感器就可達到鋼球表面全面覆蓋，因而其展開機構的結構非常簡化，但是該裝置在實際使用過程中(參見專利公告號CN102735693B附圖1)，為提高分揀效率，該一維軌道上的鋼球呈連續排布，兩相鄰鋼球之間緊密接觸，如果兩相鄰鋼球接觸的表面具有凹坑或鏽斑等缺陷，在重力擠壓力作用下會影響其相對滾動，使得鋼球沿該一維軌道滑動，不能充分滾動展開，也不能攝取到完整的鋼球表面圖像而造成漏檢，其誤檢率較高為3～5‰，顯然不能適用於鋼球工業化批量分揀，因而有必要對其進行改進。

技術實現要素：
針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種基於機器視覺的鋼球分揀設備的鋼球表面展開裝置，其採用螺杆驅動鋼球被動滾動展開的技術手段，主要解決了兩相鄰鋼球因緊密接觸而導致的鋼球不能主動滾動展開的技術問題。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：一種基於機器視覺的鋼球表面展開裝置，包括用於承載鋼球的導軌、平行設置於導軌下方且與鋼球滾動配合的螺杆以及驅動螺杆轉動的驅動裝置；當鋼球經過所述螺杆上方的導軌時，鋼球在螺杆驅動和導軌導向的共同作用下相對導軌同時徑向滾動和橫向位移，且鋼球至少徑向滾動一個圓周。其中，所述螺杆長度大於M*N倍螺距，螺杆每轉動M周其帶動鋼球徑向滾動1/N圓周和橫向位移M倍螺距，其中M、N為整數，M≥1，N≥3。優選的，所述螺杆長度為5倍螺距，螺杆轉動1周其帶動鋼球被動滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距。優選的，所述螺杆長度為9倍螺距，螺杆轉動2周其帶動鋼球被動滾動1/4圓周和橫向位移兩倍螺距。其中，所述驅動裝置為伺服步進電機。所述導軌為設於鋼球兩旁側的相互平行的導向條，所述螺杆設於兩所述導向條正中的下方。一種基於機器視覺的鋼球表面展開裝置，包括用於承載鋼球的導軌、平行設置於導軌下方且與鋼球滾動配合的第一螺杆和第二螺杆以及驅動第一螺杆和第二螺杆轉動的驅動裝置；第一螺杆和第二螺杆沿所述導軌前後依序設置，當鋼球經過所述第一/第二螺杆上方的導軌時，鋼球在第一/第二螺杆驅動和導軌導向的共同作用下相對導軌同時徑向滾動和橫向位移，且鋼球分別至少徑向滾動一個圓周；第一螺杆與第二螺杆之間具有間隙，該間隙使得鋼球脫離第一螺杆和第二螺杆的驅動而相對導軌橫向滾動(2K-1)/4圓周，其中K為正整數。優選的，所述第一螺杆長度為5倍螺距，第一螺杆轉動1周其帶動鋼球被動滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距；所述第二螺杆長度為5倍螺距，第二螺杆轉動1周其帶動鋼球被動滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距。其中，第一螺杆與第二螺杆之間的所述間隙長度小於2倍鋼球的球徑。一種基於機器視覺的鋼球表面展開裝置展開鋼球表面的方法，鋼球沿所述導軌做一維方向運動，驅動裝置驅動所述第一螺杆和第二螺杆轉動，包括以下步驟：S1，鋼球經過所述第一螺杆上方的導軌，鋼球從第一螺杆的前端逐個進入螺旋槽，第一螺杆轉動帶動鋼球相對所述導軌徑向滾動和橫向位移，第一螺杆長度大於M*N倍螺距，鋼球球徑小於M倍螺距，螺杆每轉動M周其帶動鋼球徑向滾動1/N圓周和橫向位移M倍螺距，其中M、N為整數，M≥1，N≥3，鋼球從第一螺杆的後端逐個退出螺旋槽；S2，鋼球經過所述間隙上方的導軌，鋼球沿導軌橫向滾動(2K-1)/4圓周，其中K為正整數，使得第一螺杆驅動鋼球徑向滾動的徑向面與第二螺杆驅動鋼球徑向滾動的徑向面正交；S3，鋼球經過所述第二螺杆上方的導軌，鋼球從第二螺杆的前端逐個進入螺旋槽，第二螺杆轉動帶動鋼球相對所述導軌徑向滾動和橫向位移，第二螺杆長度大於M*N倍螺距，鋼球球徑小於M倍螺距，螺杆每轉動M周其帶動鋼球徑向滾動1/N圓周和橫向位移M倍螺距，其中M、N為整數，M≥1，N≥3，鋼球從第二螺杆的後端逐個退出螺旋槽。採用上述技術方案後，本發明和現有技術相比所具有的優點是：與現有技術相比，本發明包括導軌、螺杆及驅動裝置，鋼球在螺杆帶動下沿導軌做一維方向運動，其展開機構的結構簡單，圖像傳感器設置於鋼球的上方或旁側，對圖像傳感器的位置限定要求較低，因而便於圖像傳感器布設及調節(而背景技術所述的對稱設於一維軌道兩側的圖像傳感器，對圖像傳感器的角度及距離的要求非常嚴格，實際操作中難以布設和調節)，本發明採用螺杆驅動鋼球被動滾動從而使得鋼球表面充分展開，與現有技術的鋼球依靠自身重力在一維軌道上主動滾動展開相比，其採用螺杆驅動鋼球相對導軌徑向滾動和橫向位移，由於螺旋槽的螺距可將相鄰鋼球等間距隔離開，避免了相鄰鋼球因某些特殊情況(例如鋼球表面有凹坑或鏽斑等缺陷)導致鋼球不能充分滾動展開的情形，因而可攝取到鋼球完整的表面圖像，避免漏檢，降低誤檢率，誤檢率為萬分之1～2，分揀效率高，適用於鋼球工業化批量分揀。附圖說明下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為本發明實施例2的結構示意圖。圖3為本發明實施例3的結構示意圖。圖4為本發明實施例3的立體結構示意圖。。圖中，1：螺杆；11：第一螺杆；12：第二螺杆；2：導軌；3：鋼球。具體實施方式以下所述僅為本發明的較佳實施例，並不因此而限定本發明的保護範圍。實施例1，見圖1所示：一種基於機器視覺的鋼球表面展開裝置，本裝置為鋼球分揀機的重要組件，包括用於承載鋼球3的導軌2、設於導軌2下方且與鋼球3滾動配合的螺杆1以及驅動螺杆1轉動的驅動裝置(驅動裝置與螺杆1可採用齒輪、皮帶等連接結構，屬於公知技術，因而驅動裝置未圖示)，螺杆1設有與鋼球3底部相匹配的螺旋槽，螺旋槽的螺距相等，當鋼球3經過所述螺杆1上方的導軌2時，鋼球3在螺杆1驅動和導軌2導向的共同作用下相對導軌2同時徑向滾動和橫向位移，且鋼球3至少徑向滾動一個圓周。所述螺杆1長度大於M*N倍螺距，鋼球3球徑小於M倍螺距，螺杆1每轉動M周其帶動鋼球3徑向滾動1/N圓周和橫向位移M倍螺距，其中M、N為整數，M≥1，N≥3。其中，所述驅動裝置為伺服步進電機，所述導軌2為設於鋼球3兩旁側的相互平行的導向條，所述螺杆1設於所述兩導向條正中的下方，所述導軌2沿鋼球3行進方向向下傾斜，使得鋼球3在導軌2上依靠自身重力進入到螺杆1的螺旋槽內，所述螺旋槽的螺旋角為30～60度，優選45度，使得螺杆1驅動鋼球3被動滾動更平穩。本實施例以球徑為18mm鋼球3表面展開為例進行說明，其中螺杆1的長度為100mm，螺距的長度為20mm，即螺杆1的長度為5倍螺距，螺杆1轉動一周其帶動鋼球3相對導軌2徑向滾動1/4圓周和橫向位移1個螺距。本實施例中，圖像傳感器設於鋼球3的上方，若干鋼球3在自身重力下沿具有斜度的導軌2做一維方向運動，伺服步進電機驅動螺杆1轉動，步進電機控制螺杆1每轉動一周停頓一次，圖像傳感器在該停頓間隙時間內完成對鋼球3表面的圖像攝取，使得圖像傳感器攝取到的靜止狀態下的鋼球3的表面圖像其成像更清晰，有利於機器視覺的後期圖像處理。鋼球3從螺杆1的前端逐個進入螺旋槽，螺杆1在驅動裝置的驅動下轉動進而帶動鋼球3被動地徑向滾動，鋼球3每經過一個螺距的距離，鋼球3被動滾動1/4圓周，當鋼球3連續經過4個螺距的距離，鋼球3沿螺旋槽的切線方向被動地徑向滾動1周，即圖像傳感裝置獲取該4個螺距範圍內的鋼球3上端球冠的圖像就可以重構生成繞鋼球3一周的圖像，鋼球3從螺杆1的後端再逐個退出螺旋槽。本實施例中，鋼球3球徑小於螺杆1的1倍螺距，使得螺杆1可同時驅動4個鋼球3同步地徑向滾動和橫向位移，圖像傳感器每次可攝取包含有4個鋼球3的上端球冠表面的圖像，相當於4進程同步運行，以提高圖像攝取效率。採用螺杆1驅動鋼球3徑向滾動展開，可以使相鄰鋼球3分隔開，鋼球3與鋼球3之間互不幹擾，而且鋼球3是依靠外力驅動其展開的，因而鋼球3的表面可以充分滾動展開，解決了現有一維軌道的相鄰鋼球3因緊密接觸而導致的鋼球3不能主動滾動展開的問題。實施例2，見圖2所示：本實施例以球徑為36mm鋼球3表面展開為例進行說明，其中螺杆1的長度為180mm，螺距的長度為20mm，即螺杆1的長度為9倍螺距，螺杆1轉動2周其帶動鋼球3相對導軌2徑向滾動1/4圓周和橫向位移2個螺距。本實施例與實施例1的區別在於鋼球3的球徑大於螺杆1的1倍螺距而小於2倍螺距，由於鋼球3是從螺杆1前端的進入螺旋槽的，在導軌2的限位作用下，只有當螺杆1轉動2周後，下一個鋼球3才有空間再次從螺杆1的前端進入螺旋槽。本實施例表明：當鋼球3的球徑大於N倍螺距而小於N+1倍螺距時，N≥0，即驅動裝置驅動螺杆1轉動N+1轉後，下一個鋼球3可進入到螺杆1的螺旋槽，使得螺杆1上方導軌2的鋼球3始終保持，本實施例其餘內容與實施例1相同，不再贅述。實施例3，見圖3和圖4所示：實施例1和實施例2均採用一根螺杆1對鋼球3進行驅動，圖像傳感器只能攝取到一個滾動方向上繞鋼球3一周的圖像，而圖像傳感器在鋼球3的前後兩端具有視覺盲區，因此不能完整地攝取到整個鋼球3的表面圖像，為解決該問題，可在鋼球3從螺杆1前端位置和鋼球3從螺杆1後端退出位置增加兩幅攝取圖像，這兩個位置的鋼球3是沿著導軌2滾動的，與螺杆1的徑向滾動具有接近正交的夾角，因此圖像傳感器可以攝取六個位置的鋼球3圖像來重構生成完整的鋼球3表面的圖像。但是該方法所增加的兩幅攝取圖像仍存在一定的隨機性，會影響鋼球3的誤檢率。針對該問題，本實施例採用兩根前後依序設置的第一螺杆11和第二螺杆12分兩個階段鋼球3驅動進行徑向滾動展開，而且該兩徑向滾動的徑向面是正交的，因而通過兩根螺杆1分別對鋼球3驅動可使得鋼球3表面能夠充分完整地展開，以進一步降低誤檢率。具體地，一種基於機器視覺的鋼球3表面展開裝置，包括用於承載鋼球3的導軌2、平行設置於導軌2下方且與鋼球3滾動配合的第一螺杆11和第二螺杆12以及驅動第一螺杆11和第二螺杆12轉動的驅動裝置。第一螺杆11和第二螺杆12沿所述導軌2前後依序設置，當鋼球3經過所述第一/第二螺杆11、12上方的導軌2時，鋼球3在第一/第二螺杆11、12驅動和導軌2導向的共同作用下相對導軌2同時徑向滾動和橫向位移，且鋼球3分別至少徑向滾動一個圓周。第一螺杆11與第二螺杆12之間具有間隙，該間隙使得鋼球3脫離第一螺杆11和第二螺杆12的驅動而相對導軌2橫向滾動1/4圓周。優選的，所述第一螺杆11長度為5倍螺距，第一螺杆11轉動1周其帶動鋼球3被動滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距。所述第二螺杆12長度為5倍螺距，第二螺杆12轉動1周其帶動鋼球3被動滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距。其中，第一螺杆11與第二螺杆12之間的所述間隙長度小於2倍鋼球3的球徑，該間隙內只容納一個鋼球3，其沿導軌2滾動更平穩和順暢。一種基於機器視覺的鋼球3表面展開裝置展開鋼球3表面的方法，基於機器視覺的鋼球3表面展開裝置參見實施例3，鋼球3沿所述導軌2做一維方向運動，驅動裝置驅動所述第一螺杆11和第二螺杆12轉動，包括以下步驟：第一步，鋼球3經過所述第一螺杆11上方的導軌2，鋼球3從第一螺杆11的前端逐個進入螺旋槽，第一螺杆11轉動帶動鋼球3相對所述導軌2徑向滾動和橫向位移，第一螺杆11長度為5倍螺距，鋼球3球徑小於1倍螺距，螺杆1每轉動1周其帶動鋼球3徑向滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距，鋼球3從第一螺杆11的後端逐個退出螺旋槽。當鋼球3通過第一螺杆11上方的導軌2後，圖像傳感器攝取到繞鋼球3一周的表面圖像。第二步，鋼球3經過所述間隙上方的導軌2，鋼球3沿導軌2橫向滾動1/4圓周，使得第一螺杆11驅動鋼球3徑向滾動的徑向面與第二螺杆12驅動鋼球3徑向滾動的徑向面正交，該位置時圖像傳感器不獲取鋼球3表面圖像。第三步，鋼球3經過所述第二螺杆12上方的導軌2，鋼球3從第二螺杆12的前端逐個進入螺旋槽，第二螺杆12轉動帶動鋼球3相對所述導軌2徑向滾動和橫向位移，第二螺杆12長度為5倍螺距，鋼球3球徑小於1倍螺距，螺杆1每轉動1周其帶動鋼球3徑向滾動1/4圓周和橫向位移1倍螺距，鋼球3從第二螺杆12的後端逐個退出螺旋槽。當鋼球3通過第二螺杆12上方的導軌2後，圖像傳感器攝取到與第一步中所攝取到的圖像正交的繞鋼球3一周的表面圖像。以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發明專利申請範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均包括於本發明專利申請範圍內。