滚针轴承质量检测仪的设计

宋志平，星军华

(1.山西机电职业技术学院，山西长治 046011;2.青海省工业职业技术学校，青海西宁 810000)

滚针轴承质量检测仪的设计

宋志平1，星军华2

(1.山西机电职业技术学院，山西长治 046011;2.青海省工业职业技术学校，青海西宁 810000)

介绍一种具有自动分拣、自动计数、故障报警等综合功能的智能型轴承检测仪的设计原理、机械结构组成、单片机动态称重控制系统组成和软件设计。试验和生产实践均证明:该检测仪具有检测速度快、判断准确、稳定性高、操作简便的优点。

轴承检测;称重;分拣;单片机

受加工工艺的限制，微型滚针轴承在生产中难免产生误差 (有时在最后的冲压成形过程中产生漏针)，产生废品。一般是依靠人的肉眼逐一检查的方法来进行分拣，这样工作量很大，时间一长人的眼睛很容易疲劳，而且其准确率也无法保证。文中介绍一种具有自动分拣、自动计数、故障报警等综合功能的智能型轴承检测仪的设计与制造。

1 称重式检测方案的确定

经过对大量轴承样品的称重试验得知:轴承平均质量为0.716 3 g，废品平均质量为0.672 0 g，正品平均质量为0.716 4 g;正品轴承的质量范围为0.702～0.734 g;废品轴承的质量范围为0.643～0.686 g;轴承中单个滚针质量约30 mg。因此决定采用称重原理来进行设计。

2 工作原理及主要机构

该仪器的整体结构采用自上而下的设计原理。最上面加料，下面实现分拣。结构原理如图1所示。

具体工作过程是:在最上面的料斗内加要检测的轴承，由电机驱动料斗下面的自动排序机构的中盖，使要被检测的轴承按每3 s一个的速度逐一落到电子秤的秤盘上，电子称开始称量;称量完成之后，电子称串口输出称量结果，交由单片机进行判断，并控制电磁阀的开关;同时，由连接在中盖轴端的刷子把称量完成后的轴承刷到电子秤下面的导料管内，在导料管内完成正/废品的分拣。其中轴承排序机构、称重传感器和分拣机构是此仪器的几个主要机构。

图1 结构原理图

2.1 传感器的选择

该课题研究的基础是称重，称重的核心技术是称重传感器技术。经过市场调研和分析、试验和考察，选用沈阳龙腾电子有限公司生产的JD200系列电子秤，该电子称是电磁力反馈平衡原理称重装置，其传感器技术成熟、性能稳定，价格适度，比较适合在该课题中选用。

2.2 轴承排序机构

轴承排序机构如图1所示，其功能是将要检测的轴承顺次逐一地送到下面的秤盘上。其工作过程是:中盖在电机、带轮的驱动下匀速旋转，随着中盖的旋转，轴承逐一进入上盖边缘的缺口1中，当中盖上的φ10 mm的通孔转到和缺口1重合时，轴承自动跌落到中盖上的φ10 mm的通孔中;紧接着中盖带着轴承连续旋转，当中盖φ10 mm的通孔和下盖的通孔3重合时，轴承自动下落到下面的秤盘。

2.3 分拣机构

经电子秤称量、单片机鉴别的轴承，在通过分拣机构时，实现正品和废品的分离。分拣机构如图2所示，主要由电磁阀、旋转挡板、导料管等组成。其中的导料管和挡板材料均采用标准铝合金，标准铝合金具有较高的强度、良好的加工性能，材料容易获得。特别是作为挡板材料，铝合金具有一定的强度，并且轻便、易于加工、经济实用。

图2 分拣机构

3 硬件电路设计

该电子称重式轴承检测仪由单片机动态称重控制系统完成称重和选别控制，其组成如图3所示。它包括:DJ200系列电子称称重传感器，TL072放大器，LNE9904模数转换器，PIC16F877单片机应用系统，HD44780(KS0066U)的LCD及其他输入输出调理电路等。使用JD200型电子秤的RS232C串行数据I/O接口，实现单片机和电子秤的串口通信;单片机对得到的数据判断处理后，控制相应的硬件动作。硬件原理图如图3所示。

图3 系统电路原理图

4 软件设计

PIC16F87X是Microchip公司推出的一款特色鲜明的新产品，在众多的优点当中最重要的一点是，它可以实现在线调试和在线编程，这是MCS-51和MC68系列单片机所不具备的。为了开发方便和系统的扩展，选择Microchip公司生产的PIC16F877单片机。采用模块编程方法，具体的判断和计数功能由中断子程序完成。

4.1 主程序模块

软件主程序是系统的监控程序，主要包括以下两方面的内容:(1)各智能芯片的初始化以及PIC16F877工作状态的恢复;(2)中断的比较判别和功能散转表。主要工作流程是:系统在上电以后进入初始化状态，然后判断是否有中断产生，如有中断产生，则转到相应中断处理子程序。其主程序流程图如图4所示。

图4 主程序流程图

4.2 中断程序模块

当有中断发生时，系统响应中断，进入中断服务子程序模块。首先判断是定时器中断还是串口中断。当发生定时器中断时，判断仪器是否空转 (没有要检测的轴承落到秤盘上)，若是转到相应的故障处理子程序;但发生串口中断时，比较串口数据，根据串口数据是否大于等于0.700 g进行正/废品的判断鉴别，并进行相应的分拣处理，然后重新赋初值并返回主程序。

5 小结

这种微型轴承检测仪具有自动分拣和自动计数功能，工作性能稳定，使用安全可靠。自投入生产以来，经过大量的实践证明:其检测准确率可以达到99.5%以上，满足设计要求，有很高的实用价值。

［1］张玉凤.基于单片机的智能动态称重系统设计［J］.重庆科技学院学报:自然科学版，2007(4):61－63.

［2］谢秋云，韩晓茹，肖铁军.基于单片机的智能仪器前面板的设计实现［J］.微计算机信息，2008(2):102－104.

［3］张晓波，刘文耀，王兵振，等.汽车制动阀内底面质量检测仪的设计［J］.计算机测量与控制，2005(6):615－617.

［4］PARKER JM.A Robust Machine Vision System Design to Facilitate the Automation of Surface Appearance Inspections［C］//2001 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics，2001.

［5］孙立红，吴春瑜.智能工业控制器的设计与实现［J］.沈阳建筑大学学报:自然科学版，2004(4):341－344.

Design of the Quality Detector of Need le Roller Bearings

SONG Zhiping1，XING Junhua2
(1.Shanxi Institute of Mechanical＆ Electrical Engineering，Changzhi Shanxi046011，China;2.Qinghai Province Industrial Occupation Technical School，Xining Qinghai810000，China)

A kind of intelligent bearing detector was introduced which had comprehensive functions such as automatic sorting，automatic counting，failure warning.Its design principle，mechanical structure，singlechip dynamic weighing control system and the software design were illustrated.Experiment and practice prove the detector has following advantages:fast detection，accurate judgment，high stability，and simple operation.

Bearing detection;Weighing;Sorting;Singlechip

TH122

B

1001－3881(2014)10－197－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.060

2013－04－24

宋志平，男，副教授，主要研究方向为机械设计。E－mail:sxjdszp@163.com。