张丽娟，范佳慧

（石家庄科技职业学院，河北石家庄 052160）

0 引言

轴承是一种有着很高精度要求的零部件，通常和轴承座配合使用，一旦轴承和轴承座之间出现精度超过允许范围的误差，将会对轴承造成严重的磨损，进而影响到设备的使用寿命和运行安全。传统模式下对于轴承的检测与检验主要是依靠人工来完成，并且这种检测模式都是在生产完成之后对成品展开的检测，因而，一旦检测出来质量缺陷，都会产生严重的成本负担。自动化检测技术是一种基于智能化的仪器仪表设计出来的检测系统，相较于传统的人工参与检测，其具有检测精准度高、检测效率快等优点，因此被广泛应用于自动化生产。

1 整体框架

轴承直径自动化检测装置是以STM32 单片机为基础，采用一体式激光扫描仪来对检测装置框架结构开展设计的，其中主要包含激光检测装置、被测轴件送进机构、顶锥机构、旋转机构、输送带机构以及次品筛选机构等部分。它可以实现轴承检测过程中的自动上料、测量、自动分选以及自动下料等多种功能。由于一体化激光测径仪的激光是从装置中间发出的，这就导致了轴承要想实现在测量仪上进行旋转，就需要采用两端驱动的方式来避免因激光干涉造成测量出现误差。考虑到对轴承进行旋转测量需要一定的时间间隔，这就需要在对该装置进行设计时设置为两个不同的阶段，首先将被测轴承传送至测量仪上，等到测量仪对轴承测量完成之后，再将轴承传送至输送带上，且在该流程之中需要紧密无缝的配合，因此，这也成为自动化检测装置设计的一个难题[1]。而且，鉴于设计所检测的轴承对于精度有着较高的要求，设备对于精度的误差要求应控制在0.005 mm 之内，因此，高精度要求也成为设计的另一个难点。自动检测装置的系统框架如图1 所示。

图1 轴承直径自动化检测装置整体框架

2 硬件系统设计

2.1 单片机

单片机作为该检测系统的核心模块，其主要应用于对轴承旋转机构的控制，在单片机的选择方面，本着简单实用和低成本投入的原则，同时考虑到单片机需要同时对多个步进电机进行控制，而为了能够实现精准、稳定的控制效果，选择STM32 系列的F103 单片机。该型号的单片机具有运行稳定性高、功耗较低以及设计安装简单等诸多优点，其主要的性能参数见表1。

表1 STM32F103 单片机性能参数

2.2 激光扫描仪

系统设计选择的一体式激光扫描仪是型号为TLSM190，其是一种专业用于轴类零件直径检测的非接触式测量仪器，被广泛应用于光纤电缆、导柱、轴承以及钢筋的在线检测系统之中。TLSM190 型激光检测仪不仅能够做到对被测轴承的直径、存在偏差等数据值的实时显示，同时也可以依据检测需要来对具体的参数进行设定，并具有检测超限报警功能，因此，完全满足系统设计的需求。TLSM190 型激光测径仪主要是由V 形支撑块、激光设备、显示面板以及控制器等部分内容组成。其具体的技术指标见表2。

表2 TLSM190 型激光测径仪技术参数

TLSM190 型激光测径仪具有主副两个显示器，在正常的工作状态下，主显示器显示的为被测轴承的外径值，而副显示器显示的是被测轴承直径的偏差值，通常情况下系统默认允许的最大偏差为2 nm，超出该偏差值系统就会自动开启报警[2]。其具体的工作流程为：首先将被测量的轴承放置到测量仪的V 形块之上，然后选择对其直径进行检测，并同时对被测轴承的参考数据和偏差值进行设定，然后开始对其进行检测。由于该型号的激光测径仪具有手动和自动两种不同的测量模式，因而，即便是在没有安装自动进料设备的情况下，也可以通过采用手动模式来展开测量。

2.3 接近开关

接近开关是一种非接触、无压力、无火花并且能够快速发出指令，实现对设备进行精准控制的电子元器件，具有操作频率高、使用寿命长以及适应能力强等诸多优点，是一种理想的开关量传感器，因此，其被广泛的应用于各种高精度、高灵敏限位、计数以及保护系统之中[3]。其主要的工作原理为：在有金属装置接近接近开关时，其就可以感应到信号，并触发相应的动作。系统设计所选择的接近开关型号为E2E-X1R5E2，由欧姆龙公司生产。

2.4 顶锥机构

顶锥机构的主要作用是用于对轴承进行自动上料和卸料操作，主要是利用V 形折弯板来对被测轴承进行测量之前的定位，在系统之中，对顶锥机构进行设计时，采用了双导轨对被测轴承进行精准的定位导向，其具有的两个圆形气缸会分两次对被测轴承进行顶锥上料。设计的顶锥机构主要是由V 形折弯板、支架、滑轨、气缸以及液压缓冲器等部分构成。

2.5 轴承旋转机构

在自动检测系统之中，轴承旋转机构的作用是将顶锥机构顶到激光测径仪V 形块上来进行对被测件的旋转测量[4]。考虑到设计的自动检测系统激光测径仪的激光是从中间发射出来的，要想避免轴承旋转机构在工作过程中和激光测径仪之间相互干涉，系统在对轴承旋转机构进行设计时，采用从轴件两端进行夹紧和驱动的方式，这种设计方式很好的保证被测轴承在测量过程中的稳定性，而利用锥形销钉则可以有效的保证被测轴承的对心。

3 软件系统设计

3.1 系统控制流程设计

从整体上看，设计的基于单片机的轴承直径自动化检测装置包含有电机驱动模块、电气模块、数据采集模块等多个模块，其本身的控制系统也较为复杂，包含有电机驱动控制、联动控制、次品筛选机构电气控制等，其具体的系统控制流程如图2 所示。轴承直径自动检测装置的工作原理为：首先，启动检测程序，当光电传感器检测到待测轴承时，翻转分料机开始工作，将被测轴承传送至V形槽内，然后旋转电机运动至一定的角度后会自动停止，此时被测轴承从V 形槽内滑落至顶锥机构内，之后顶锥机构控制气缸的电磁阀开始工作，将被测轴承传送至激光测量仪的V 形块之上，在主显示器显示测量数据之后，轴件旋转机构会自动进行旋转进行全方位测量，待测量完成之后，旋转机构自动复位，并将测量数据记录在系统之中。此时气缸将被测轴承推出传送带，然后系统对所测轴承直径数据进行计算和分析，如果被测轴承为合格品，将其传送至合格品筐之中，如果被测轴承直径超出系统设定精度限制，将会出发传感器，输送带停止工作，而此时次品筛选机将会启动，将直径不合格的轴承传输至不合格品筐中待处理。

图2 系统控制流程

3.2 控制模式设计

在实际应用过程中，该装置主要用于对批量化的轴承直径进行检测，因此需要考虑到不同精度等级所对应的不同检测方式，以便充分发挥出自动检测装置的作用。针对被检测轴承精度的不同设计两种不同的检测模式，一种是对于精度要求较低的轴承直径进行测量，一种是对于精度要求较高的轴承直径进行测量。对于精度要求较低的轴承直径进行测量时，可以采取滚动式的测量模式，在这种模式下主要是由顶锥机构将被测轴承推送至激光测量仪之上进行测量，此时轴件旋转机构不参与检测，在对精度要求较高的轴承直径进行测量时，则需要在顶锥机构将被测轴承传送至激光测径仪上之后，此时的轴件旋转机构开始工作，带动被测轴承进行旋转，并在测量完成之后再由顶锥机将其推送至传送带上。

4 结束语

基于STM32 系列单片机，采用一体式激光测径仪对轴承直径的自动化检测装置进行设计，其主要是由顶锥机构、旋转测量机构、次品筛选机构等部分组成，可以实现对轴承直径的自动化检测工作，并且具有检测结果稳定可靠、工作效率较高的优点，能够满足自动化生产模式下对于轴承直径的检测需求。