轴尺寸精密在线智能检测系统

精密轴系在很多领域都有广泛应用：工业自动化、汽车传动、电动工具等，尤其在精密传动领域，精密电机的轴的更是轴系的核心，堪称中流砥柱，其轴的加工尺寸的误差将直接产生径向及轴向串动，导致传动的不稳定性，带来各种加工误差、降低产品的合格率及设备的损坏。所以轴尺寸的***测量是精密电机必不可少、重要的质量保障环节。

目前轴的精密加工可以利用高度自动化的多功能数控机床即加工中心(CNC，Computerized Numerical Control)来数字化完成加工。但是轴的尺寸检测在国内外，尤其在我国还是需要人工利用千分卡来逐个夹持目视读数来完成多个尺寸检测，检测的项数繁多：如轴不同直径处的外径、E型槽外径、不同轴径之间的定位尺寸、D型面外径、螺纹及倒角的结构等等。传统的人工检测方法的不足是：一是人类视觉主要表现为人类视觉是不稳定、主观性强，长时间检测会引起视觉疲劳，所以不同人会有不同的检测结果，甚至漏检。同时在现代工业化社会，讲究的是检测效率，如CNC加工一根轴的时间要快于人工检测，由此会影响到生产效率。再则当今各行各业利用物联网工业大数据促进产业发展，给每一根精密轴在加工过程中建立加工档案即工业大数据，可以直接溯源各环节缺陷产生的源头，改善轴的加工工艺，并且可以通过数据通信把轴的误差信息直接反馈至CNC微调整加工数据，实现加工与检测的工业互联，这是我国在十四五期间实现智能制造的重要目标。所以，“轴尺寸精密在线智能检测系统”的研发迫在眉睫，急需为轴系的精密智能化检测开拓新天地。

杭州晶耐科光电技术有限公司（网址：www.ZernikeOptics.com）多年来从事机器视觉外观缺陷工业化流水线检测。公司依靠多年的光电检测和图像处理的核心技术积累，研发了拥有自主知识产权“轴尺寸精密在线智能检测系统”如图1所示，图1（a）为系统外观，图1（b）为设备现场运行状态。

图 1  轴尺寸精密在线智能化检测系统外观（a）设备正面外观(b) 设备现场运行状态

轴尺寸在线智能化检测系统与加工的CNC实现无缝对接，整套系统采用了全自动化的上料、包括自动化的气动夹持和检测，在CNC加工轴类出料口直接进入设备后，设备带有轴的吹风功能，可以自动对轴上的切屑，冷却油等自动吹风从而保证轴的洁净度，避免对检测结果的影响。

机器视觉成像系统采用了那双远心光学成像的方式，实现了如轴不同直径处的外径、E型槽外径、不同轴径之间的定位尺寸、D型面外径、螺纹及倒角的结构高精度的检测成像，采集的清晰的图像便于实现轴尺寸的数据处理。 

系统配备了强大的图像处理软件，友好的便于人工操作的QT界面及全套自行研发的VC++编制的处理程序，可以自动识别螺纹螺牙间距、D形面的尺寸、不同轴径之间的长度尺寸等，轴径的检测精度可以达到1.5微米量级。图2 为检测完后的检测系统软件输出界面。可以清晰的显示检测结果的数据，各测量目标的***小***值，以及实际的轴尺寸的所处状态，所有结果一目了然。

检测完后可以自动识别轴结构尺寸的NG和OK,置于图1（b）的不同托盘处。检测结果可以跟机床联动，通过数据通信把轴的误差信息直接反馈至CNC微调整加工数据，实现加工与检测的工业互联，实现一个加工轴的闭环控制。

一根轴（较长轴）的检测效率可以控制在2-3分钟，短轴可以控制在一分钟完成。当然也可以根据客户需求来定制一些自动化的机构，实现更快速的在线检测。

图2 轴尺寸精密在线智能化检测系统软件输出界面

晶耐科光电技术有限公司研发的“轴尺寸精密在线智能化检测系统”采用机器视觉与人工智能的核心技术，具有快速、高精度和非接触无损检测的特点，提高了生产效率及质量管控，目前该设备已在外资企业测量应用，采用该技术将可以为相关企业在轴加工及检测的自动化领域提供巨大的竞争优势。