技术领域

本发明属于一种保持架生产制造领域，具体涉及一种球笼保持架正反面的判别方法。

背景技术

球笼在轮式车辆上广泛应用。通常，球笼由外轮、内轮、若干钢球及保持架组成，内轮位于外轮内，保持架设置在内轮与外轮之间，保持架上开设有钢球孔。保持架部分地包裹全部或部分滚动体，并随之运动，用以隔离滚动体，引导滚动体并将其保持在轴承内。外轮的内圆柱面和内轮的外球面加工有相同数量的钢球滚道直槽。钢球置于外轮、内轮的滚道直槽内，同时它也在保持架的钢球内。对于在汽车传动装置等具有较高转速的设备上的保持架，对于尺寸精度的要求很高。保持架在生产过程中如果尺寸精度不达标，安装在车辆上面就会导致保持架的过度磨损，影响球笼使用寿命，或者行车安全等问题。本发明所提及的保持架是指经车削后形成的内外表面均为球面，在圆周方向上开有6个一定形状的类长方形直孔，两端为平面的金属构件。如图1所示，现有技术中，对保持架的检测一般是由人工对同一批次产品抽检，手工测量保持架的各个尺寸。一方面，抽检可能会出现漏检的情况，不能达到100％的检测率，因此，也就是无法保证每一产品的合格率，此外，随着人工成本的逐渐升高，这一方式越来越不经济。

目前国内现有的保持架自动检测专利有：

一种保持架自动检测装置(专利号：201310522733.7)：公开了一种包括机架、驱动、定位机构、检测机构、上料轨道、下料机构、测量探头的保持架自动检测装置。所述机架上设置有上料轨道、用于，相对于保持架作轴向和径向位移，在测量探头的自由端设置有一探针固定保持架以便于检测的定位机构、检测机构、下料轨道、一个测量探头，该测量探头在设定的测量位置时可在外力作用下相对于保持架作轴向和径向的位移，在测量探头的自由端设置有一探针，还包括驱动所述定位机构、检测机构及测量探头动作的动力装置，所述定位机构包括用于在设定的测量位置固定保持架外侧面的外定位机构和在设定的测量位置将测量探头定位于保持架中心轴线上的中心定位机构，所述检测机构为光栅尺测量元件。

一种风电轴承保持架检测仪(专利号：201120131863.4)：公开了一种由星形工作台、平垫板、测量摆臂、测量杆、带槽垫板构成的一种风电轴承保持架检测仪。在星形工作台的中心装有回转轴；测量摆臂上的回转中心孔与星形工作台上的回转轴通过轴承装配成钟摆结构；测量杆插入测量摆臂中并固定；测量表通过表扣装在测量杆上；在星形工作台上装有三个平垫板和两个带槽垫板，定位支柱固定在带槽垫板上并可在槽中移动。

一种球轴承保持架检测装置(专利号：201420044863.4)：公开了一种百分表固定柱固定安装在底板上，百分表安装在百分表固定柱上，定位座固定安装在底板上，定位座顶端制有定位短柱，定位短柱上放置待测保持架，待测保持架上面放置有固定压头，待测保持架的兜孔内放置有标准球；定位座上端中间处制有凸台，凸台与待测保持架中的标准球接触；加力杠杆固定座固定安装在底板上，加力杠杆固定座上安装制有加力杠杆；弹簧的一端通过调整螺母安装在加力杠杆上，另一端与加力杠杆固定座接触；加力杠杆固定座的水平方向和竖直方向上分别制造有条形槽。

由目前现有的这些专利可以看出，有关保持架检测的方法或装置有如下特点：

(1)通过机械式的测试装置和辅助机构对检测的保持架进行尺寸精度、圆度、圆柱度和多棱圆的测量，并与标准值进行对比，解决了保持架的测量问题。

(2)实现了保持架的在线全自动检测及合格品与次品的自动分拣，降低了人工劳动成本，机械结构简单，操作方便。

但在这些保持架检测的方法或装置有如下缺点：

(1)一般都为纯机械式的测量方法，在大批量的检测过程中，由于机械构件的磨损或者外界环境的不良因素会导致检测精度下降，不能保证检测精度的一致性。

(2)机械式的检测构件和工具，检测的时候需要一定的检测时间，并且容易受到机械振动摩擦等因素的影响，在生产中不能实现快速准确的测量。

为此设计出一种球笼保持架正反面的判别方法，该装置对保持架的检测都是以流水线的形式连续化进行，能适用于大批量、不同规格的保持架检测，检测中通过快速高像素摄像头对需要检测的保持架在其正上方进行图像拍摄，然后主控机对拍摄的图像进行处理，来判断保持架的正反面，检测迅速准确，避免了一般检测效率低、机械误差大等不良影响。全自动化的检测装置减少了人力劳动，提高了保持架的检测效率，能很好的适用于生产中。

发明内容

本发明的目的是提供一种球笼保持架正反面的判别方法，实现保持架的全自动在线判别，从而提高保持架的判别准确率，以解决现有的检测效率低，漏检等问题。

为了达到上述目的，本发明的所采用的技术方案是一种球笼保持架正反面的判别方法，包括如下步骤：

其包括系统选择判别的特征值步骤；消除外部因素的影响步骤；修正判断基准步骤：

所述系统选择判别的特征值是将保持架两端面各圆环的内外直径大小作为特征值进行判断或将保持架端面各圆环的面积大小作为特征值进行判断；

所述保持架两端面各圆环的内外直径大小作为特征值进行判断是系统通过圆拟合的方法得到保持架正反两个端平面圆环的内直径和外直径的大小，根据每个端面内外的差值大小判别出保持架的正反面；

所述两端面正端面命名为A面，反面命名为B面，并A面端平面圆环内直径的大小为d_A，外直径的大小为D_A，B面端平面圆环内直径的大小为d_B，外直径的大小为D_B；A面内外直径的差值ΔH_A＝|D_A-d_A|，B面内外直径的差值ΔH_B＝|D_B-d_B|；

所述保持架端面各圆环的面积大小作为特征值进行判断是系统通过对采集到的图像进行处理得到保持架正反两个端平面圆环的面积大小，通过这两个圆环面积的大小判别出保持架的正反面；

所述消除外部因素的影响是通过采用闭环控制的方式控制亮度，在亮度调整为与基准值一致的过程中，摄像头不停的拍，拍到抓之前稳定在一定亮度；

所述修正判断基准是将保持架正端面命名为A面，反面命名为B面，根据测得的特征值得到A面的面积大小为S_A，B面的面积大小为S_B；对n个保持架进行测量之后就可以得出A面的面积S_A与B面的面积S_B的离散度，所述离散度为Δ_S；这n个保持架进行测量之后得出A面的面积S_A与B面的面积S_B的符合正态分布，A面的面积S_A正态分布曲线的峰值为S_A'，B面的面积S_B正态分布曲线的峰值为S_B'；

则$$ S_A={S_A}^{\′}\±{\mathrm{\Δ}}_{S_A},S_B={S_B}^{\′}\±{\mathrm{\Δ}}_{S_B}$$

能判别出正反面的基准值为P，

(1)S_A＜S_B

即$$ {S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}<{S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}$$

判断基准值$$ P\&Element;({S_A}^{\&prime;}+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}}{2},{S_B}^{\&prime;}-\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}}{2}),$$

此时能准确的判断出保持架的正反面；

(2)S_A＞S_B

即$$ {S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}>{S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}$$

①$$ ({S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A})-({S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B})\&Element;(0,\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_S}{2}),$$Δ_s取和中较小的一个

若$$ {\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}<{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B},$$判断基准值$$ P={S_A}^{\&prime;}+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}}{2}$$

若$$ {\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}>{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B},$$判断基准值$$ P={S_B}^{\&prime;}-\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}}{2}$$

此时恰好能判断出保持架的正反面；

②$$ ({S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A})-({S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B})>\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_S}{2},$$Δ_s取和中较小的一个

判断基准值P无法确定

此时无法判断出保持架的正反面。

所述这n个保持架离散度通过如下式计算而得：

$$ {\mathrm{\&Delta;}}_S=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2}{n(n-1)}},\stackrel{\&OverBar;}{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{n}$$

其中，Δ_s表示保持架特征值的离散度，x_i表示第i个保持架的特征值，n表示保持架的个数。

所述通过采用闭环控制的方式控制亮度包括以下步骤：

(1)在机械手抓取工件前，摄像头读取下方图像的亮度，即灰度分布，此时读取的图像为原图像。

(2)把原图像与预先设定的基准图像进行对比，如果原图像比基准图像亮了就降低光源亮度，反之增强光源亮度。

(3)在光源亮度调节过程中摄像头不停的抓取图像，直到与基准图像亮度相同。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明采用摄像头对保持架正反面进行判别，在检测时，用摄像头对保持架进行拍照，通过读取保持架两端面圆环的直径差或者两圆环的面积大小判别保持架的正反面，检测机构简单，提高了自动化程度和生产效率。

2.在进一步的技术方案中消除了除摄像头本身因素之外的外界环境的影响，使摄像头成像更加稳定，保证了保持架正反面判别的准确性。

3.在保持架判断过程中，采用自修正的方法对保持架正反面基准值不断进行修正，使每一个保持架在正反面判断时的准确率更高，避免了因机构运行时间过长造成的基准不准确而发生误判。

附图说明

图1是本发明中保持架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

参见附图1所示，本发明中所提及的保持架1，是指经车削后形成的内、外表面均为球面，两端为平面的金属结构。

球笼保持架，在进行冲孔加工时要把其中一个端面作为加工时的基准面，但是由于在之前的加工过程中不需要基准面，加工完在进入冲孔工序时保持架不一定按一个同一个基准面方向进入，所以为保证保持架都为同一个方向进入冲孔工序，就要对每一个保持架进行判断，把呈反面的保持架进入冲孔工序之前翻个面。

判断的时候把保持架的两个端面作为判断依据，首先通过流水线的方式，让保持架一个个进入判别装置，进入之后定位装置对保持架定位，定位完成之后高像素摄像头把整个保持架的图拍下来，由于在有光照的情况下，保持架端面会反光成一个圆环，可通过判断圆环的环的大小来判断保持架的正反面。

一种球笼保持架正反面的判别方法，包括以下步骤：

(一)选择判别的特征值

1.把保持架两端面各圆环的内外直径大小作为特征值进行判断：

采用圆拟合的方法得到保持架正反两个端平面圆环的内直径和外直径的大小。

这里把保持架正端面命名为A面，反面命名为B面，并假设A面端平面圆环内直径的大小为d_A，外直径的大小为D_A，B面端平面圆环内直径的大小为d_B，外直径的大小为D_B。

A面内外直径的差值ΔH_A＝|D_A-d_A|，B面内外直径的差值ΔH_B＝|D_B-d_B|。

则根据这两个端面的差值就可以判别出保持架的正反面。

2.把保持架端面各圆环的面积作为特征值进行判断：

通过对采集到的图像进行处理得到保持架正反两个端平面圆环的面积大小。

这里把保持架正端面命名为A面，反面命名为B面，并假设得到A面面积的大小为S_A，B面面积的大小为S_B。

则可以通过这两个圆环的面积的大小直接判别出保持架的正反面。

可以选择上面其中一个特征值(直径或面积)作为判别保持架的正反面的判断依据，或者为了提高判别的准确性把两者都作为判断依据。

(二)消除外部因素的影响

正反面判别的过程中由于外界环境亮度、温度的变化以及其他外部因素的影响，摄像头拍摄的图像质量也会有变化。为了最大的消除外界环境影响，保证摄像头工作稳定，采用闭环控制的方式对亮度进行校正：

(1)在机械手抓取工件前，摄像头读取下方图像的亮度，即灰度分布，此时读取的图像为原图像。

(2)把原图像与预先设定的基准图像进行对比，假如原图像比基准图像亮了就降低光源亮度，反之增强光源亮度。

(3)在光源亮度调节过程中摄像头不停的抓取图像，直到与基准图像亮度相同。

在判断正反面的过程中一般为间隔一定时间做一次亮度校正，但是为了使摄像机读取的值尽可能保持一致，每个保持架判断之前都可做一次校正。

(三)修正判断基准

保持架每次进入判别设备之后，摄像头对保持架拍一张图，通过图像处理之后与基准值进行对比，从而判别正反面。以特征值选取保持架端面各圆环的面积大小为例，令基准值为P，保持架正端面面积为S_A反面面积为S_B，三者间的关系为S_A<P<S_B。经图像处理后获得的端面面积S小于P即为A面。因此基准值的设定是判别成功与否的关键，但是由于工件加工过程中的随机性，作为学习工件的样本空间不可能涵盖整个批次，因此本方法提供判断基准的修正方法，这样才能保持后续判断的准确性。

修正方法：

这里把保持架正端面命名为A面，反面命名为B面，根据测得的特征值得到A面的面积大小为S_A，B面的面积大小为S_B。

假设对n个保持架进行测量之后可得出A面的面积S_A与B面的面积S_B的离散度Δ_S。

这n个保持架离散度通过如下式计算而得：

$$ {\mathrm{\&Delta;}}_S=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^n{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2}{n(n-1)}},\stackrel{\&OverBar;}{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i}{n}$$

其中，Δ_s表示保持架特征值的离散度，x_i表示第i个保持架的特征值，n表示保持架的个数。

这n个保持架进行测量之后得出A面的面积S_A与B面的面积S_B的符合正态分布，假设A面的面积S_A正态分布曲线的峰值为S_A'，B面的面积S_B正态分布曲线的峰值为S_B'。

则$$ S_A={S_A}^{\&prime;}\&PlusMinus;{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A},S_B={S_B}^{\&prime;}\&PlusMinus;{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}$$

假设能判别出正反面的基准值为P，

(1)S_A＜S_B

即$$ {S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}<{S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}$$

判断基准值$$ P\&Element;({S_A}^{\&prime;}+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}}{2},{S_B}^{\&prime;}-\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}}{2}),$$

此时能准确的判断出保持架的正反面；

(2)S_A＞S_B

即$$ {S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}>{S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}$$

①$$ ({S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A})-({S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B})\&Element;(0,\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_S}{2}),$$Δ_s取和中较小的一个

若$$ {\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}<{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B},$$判断基准值$$ P={S_A}^{\&prime;}+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}}{2}$$

若$$ {\mathrm{\&Delta;}}_{S_A}>{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B},$$判断基准值$$ P={S_B}^{\&prime;}-\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B}}{2}$$

此时恰好能判断出保持架的正反面；

②$$ ({S_A}^{\&prime;}+{\mathrm{\&Delta;}}_{S_A})-({S_B}^{\&prime;}-{\mathrm{\&Delta;}}_{S_B})>\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_S}{2},$$Δ_s取和中较小的一个

判断基准值P无法确定

此时无法判断出保持架的正反面。

所以在摄像头判断的过程中通过一次次的修正当前的基准值P，使之稳定在一个可以准确判断出保持架正反面的范围内，这样就可以保证后续的判断准确无误判。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。