光照度計(jì)的自動檢定系統(tǒng)

蔡麗枝 / 福建省計(jì)量科學(xué)研究院

光照度計(jì)的自動檢定系統(tǒng)

蔡麗枝 / 福建省計(jì)量科學(xué)研究院

根據(jù)JJG 245-2005的要求，設(shè)計(jì)一條自動光學(xué)軌道和一套可同時安裝多臺被檢光照度計(jì)的自動工作轉(zhuǎn)臺，標(biāo)準(zhǔn)燈自動位移到各個照度值對應(yīng)的位置上，使光照度計(jì)接收到多個標(biāo)準(zhǔn)的光照度值，并由計(jì)算機(jī)控制自動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)光照度計(jì)檢定過程的自動控制和數(shù)據(jù)自動處理功能，提高了檢定效率。

光照度計(jì)；自動檢定； 自動轉(zhuǎn)臺；運(yùn)動控制器

0 引言

近年來，由于環(huán)境檢測要求的提高，光照度計(jì)大量地用來測量環(huán)境的照明情況，比如公共場所的室內(nèi)照明和學(xué)校教室的照明等。隨著光照度計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加，對光照度計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量控制要求也越來越高，因此光照度計(jì)送檢數(shù)量也越來越多。

光照度計(jì)檢定裝置通常采用手工操作，在檢定過程中，需要兩名檢定員進(jìn)行操作配合。先把發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈和被檢光照度計(jì)放在光學(xué)軌道上進(jìn)行調(diào)整定位，然后一人推動標(biāo)準(zhǔn)燈在光學(xué)軌道上移動，改變標(biāo)準(zhǔn)燈到被檢光照度計(jì)探頭之間的距離，使被檢光照度計(jì)測得不同的光照度值。另一人在探測器位置上讀取被檢光照度計(jì)的測量示值[1]，并人工記錄及處理數(shù)據(jù)，整個檢定過程耗時近1 h，檢定效率低。另外，由于發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈使用壽命的限制，如果在檢定周期內(nèi)其累計(jì)點(diǎn)燃的時間超過60 h，就應(yīng)該送檢觀察標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定性[2]，因此應(yīng)盡量減少標(biāo)準(zhǔn)燈點(diǎn)燃的時間，提高標(biāo)準(zhǔn)燈點(diǎn)燃時間的利用率。為了提高光照度計(jì)的檢定效率和標(biāo)準(zhǔn)燈的點(diǎn)燃時間利用率，設(shè)計(jì)一套光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光照度計(jì)檢定過程的自動化。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)JJG 245-2005《光照度計(jì)》的要求，設(shè)計(jì)一條自動光學(xué)軌道和一套可同時安裝多臺被檢光照度計(jì)的回轉(zhuǎn)工作臺，采用計(jì)算機(jī)自動測量與控制技術(shù)，自動回轉(zhuǎn)被檢光照度計(jì)工作臺，自動位移標(biāo)準(zhǔn)燈到多個照明距離位置，實(shí)現(xiàn)同時檢定多臺光照度計(jì)的自動檢定。

光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)主要由自動光學(xué)軌道和自動工作轉(zhuǎn)臺組成，主要部件包括直線導(dǎo)軌[3]、絲杠和絲杠傳動螺母、絲杠和導(dǎo)軌支撐系統(tǒng)、磁柵尺、滑行小車、防撞控制開關(guān)、多工位工作轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺升降及支撐系統(tǒng)、光照度計(jì)探頭夾具、燈絲和探測器定位調(diào)整裝置、伺服電機(jī)和減速器、自動控制系統(tǒng)等，自動檢定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路：當(dāng)伺服電機(jī)控制自動光學(xué)軌道上的標(biāo)準(zhǔn)燈移動到某個位置時，標(biāo)準(zhǔn)燈在轉(zhuǎn)臺上裝夾好的光照度計(jì)探頭測試面上產(chǎn)生一定的照度值，伺服電機(jī)控制自動轉(zhuǎn)臺的8個角度位置依次轉(zhuǎn)動，裝夾在轉(zhuǎn)臺上的光照度計(jì)1到光照度計(jì)8依次測得光照度值，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)；然后標(biāo)準(zhǔn)燈小車位移到下一位置，產(chǎn)生不同的光照度值，轉(zhuǎn)臺再依次轉(zhuǎn)動；標(biāo)準(zhǔn)燈在自動光學(xué)軌道可往返行走多個照明距離。系統(tǒng)可記錄每臺光照度計(jì)在每個位置往返兩輪的光照度測量值，以及標(biāo)準(zhǔn)燈滑車的位置，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成檢定記錄。

2 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、運(yùn)動控制器、伺服電機(jī)和減速機(jī)、電子手輪及配套軟件組成。采用IMAC-400多軸多功能運(yùn)動控制器作為主要的控制中心，完成計(jì)算機(jī)與終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即運(yùn)動部件與驅(qū)動器之間的通信，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動部件的運(yùn)動控制及信號采集[4]。運(yùn)動控制器的主要功能包括：控制4個電機(jī)驅(qū)動模塊、進(jìn)行磁柵尺傳感器信號采集和反饋控制、進(jìn)行限位開關(guān)限位信號采集和限位防撞控制，以及電子手輪的調(diào)節(jié)控制。控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 自動檢定系統(tǒng)的控制

自動控制系統(tǒng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動行走的標(biāo)準(zhǔn)燈滑車和大光闌滑車，通過磁柵尺反饋的參數(shù)來精確調(diào)節(jié)行走的標(biāo)準(zhǔn)燈滑車實(shí)際運(yùn)行距離，大光闌滑車的位置通過電機(jī)編碼器信號反饋來進(jìn)行控制。標(biāo)準(zhǔn)燈滑車與大光闌滑車可同時聯(lián)動，并設(shè)計(jì)有手動控制桿對光闌滑車的位置進(jìn)行微調(diào)控制。在標(biāo)準(zhǔn)燈滑車運(yùn)動到位后，光闌滑車還可由手動操縱桿進(jìn)行位置微調(diào)，使得光闌對雜散光的屏蔽效果達(dá)到最佳狀態(tài)。光闌滑車和標(biāo)準(zhǔn)燈滑車之間，以及兩部滑車和軌道兩端之間采取防碰撞措施，使用限位開關(guān)進(jìn)行防撞控制。工作轉(zhuǎn)臺的高度調(diào)節(jié)和8個工作工位的旋轉(zhuǎn)與定位也使用伺服電機(jī)來驅(qū)動。電子手輪的控制功能有：可選擇控制的部件是標(biāo)準(zhǔn)燈滑車、光闌滑車、工作轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)臺高度調(diào)節(jié)；具備運(yùn)動速度控制功能，可選擇慢速、中速、快速。

IMAC-400運(yùn)動控制器配置了專用的軟件PEWIN，可用來編寫各類運(yùn)動控制程序，實(shí)現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作[5]。采用VB開發(fā)了一套自動檢定軟件，檢定軟件能實(shí)現(xiàn)光照度計(jì)檢定過程的自動控制和數(shù)據(jù)處理功能，并生成符合國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可要求的原始記錄，實(shí)現(xiàn)自動檢定，提高檢定效率。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用測試

在光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)的安裝調(diào)試過程中使用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行安裝調(diào)整和測試，確保自動光學(xué)軌道的平直度；在系統(tǒng)安裝調(diào)試結(jié)束后，分別對軌道平直度、磁柵尺測量準(zhǔn)確度、滑車移動定位準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動控制定位準(zhǔn)確度進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明自動檢定系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)都滿足光照度計(jì)檢定規(guī)程的技術(shù)要求。采用自動檢定系統(tǒng)對各種型號的被檢對象進(jìn)行檢定，并把檢定結(jié)果與采用舊檢定裝置的檢定結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證自動檢定系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。

采用標(biāo)準(zhǔn)光照度計(jì)和一級光照度計(jì)作為被測對象，在自動檢定系統(tǒng)中進(jìn)行測量，測量結(jié)果與手動檢定裝置的測量結(jié)果進(jìn)行比較，分別見表1和表2所示。

由表1和表2的數(shù)據(jù)可以看出，兩套裝置對兩種類型光照度計(jì)的測量結(jié)果相對示值誤差差值均不大于0.2%，小于發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈不確定度（U=1.2%，k=2）的1/5，且差值中有正有負(fù)，隨機(jī)分布，沒有固定的方向，這說明差值是由測量過程中的隨機(jī)誤差，而不是測量系統(tǒng)存在的固定誤差引起的，也說明了自動檢定系統(tǒng)與原來的手動檢定裝置具有同樣的測量準(zhǔn)確度，兩套檢定裝置對被檢光照度計(jì)的檢定結(jié)果具有一致性。

表1 標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)測量比較

表2 一級照度計(jì)測量比較

4 結(jié)語

本文介紹了光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)和自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用IMAC-400運(yùn)動控制器完成整個控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)光照度計(jì)的自動檢定過程。經(jīng)測試，自動檢定系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了光照度計(jì)檢定規(guī)程的技術(shù)要求，采用自動檢定系統(tǒng)對兩種型號的光照度計(jì)進(jìn)行檢定，并把檢定結(jié)果與采用手動檢定裝置的檢定結(jié)果進(jìn)行比較，兩者的差值均不大于0.2%，說明自動檢定系統(tǒng)與原來的手動檢定裝置具有同樣的測量準(zhǔn)確度。本設(shè)計(jì)光照度計(jì)自動檢定系統(tǒng)可應(yīng)用于光照度計(jì)的檢定，能減輕檢定人員的勞動強(qiáng)度，提高發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈的點(diǎn)燃時間利用率。但該系統(tǒng)存在不足之處，比如發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面和被檢光照度計(jì)探頭測試面在光學(xué)軌道上起始位置的調(diào)整定位無法實(shí)現(xiàn)自動化，仍然由人工目視進(jìn)行調(diào)節(jié)，對此仍需繼續(xù)進(jìn)行研究探索。

[1] 全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會. JJG 245-2005[S].北京：中國計(jì)量出版社, 2005.

[2] 全國光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會.JJG 246-2005[S].北京：中國計(jì)量出版社, 2005.

[3] 徐起賀，孫健利. 滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能分析[J].機(jī)床與液壓，2002，03：107-109.

[4] 沈燦鋼，陳岳林，孫寧.基于PMAC和安川伺服電機(jī)的一維精密定位控制系統(tǒng)研究[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2005，09：4-5+16.

[5] 北京泰道控制系統(tǒng)設(shè)備有限公司.IMAC-400使用手冊[M].北京：北京泰道控制系統(tǒng)設(shè)備有限公司，2011.

Study on auto-testing system of illuminometer

Cai Lizhi
（Fujian Metrology Institute）

The purpose of this project is to develop a system for the automatic illuminometer testing according to the requirements of the JJG245-2005 Illuminometer verification. It should be a system with an automatic optic track and a set of rotary platform which can jacket many Illuminometer detectors. When the automatic optical track move the standard lamp to a certain position to provide the standard illumination values, The illuminometers receive the standard light values. The automatic platform will rotate controlled by the PC. This project realizes automatic verification of illumination and can handle the measurement datas automatically. It improves the efficiency of illuminometer veri fi cation..

illuminometer；auto-testing；automatic turntable；motion controller