公斤組砝碼自動(dòng)化檢定系統(tǒng)研究*

富 欣，賈 琨，王 倩

吉林省計(jì)量科學(xué)研究院（吉林省計(jì)量測(cè)試儀器與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），吉林 長(zhǎng)春 130103

公斤組準(zhǔn)砝碼特別是20kg、10kg的檢定及校準(zhǔn)是一項(xiàng)重復(fù)性勞動(dòng)，對(duì)檢定人員的心理和體力都是極大的考驗(yàn)，此外，人為因素對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)也有較大影響。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，檢定自動(dòng)化是未來(lái)計(jì)量發(fā)展的方向。近幾年，國(guó)外主要質(zhì)量比較儀生產(chǎn)廠家紛紛致力于研制毫克組、克組和公斤組砝碼的自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器人，以提高檢測(cè)效率和檢測(cè)精度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和測(cè)量的精度。

1 檢定過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方法

在砝碼量值傳遞過(guò)程中，衡量?jī)x器是主要配套設(shè)備。受衡量?jī)x器自身計(jì)量特性的影響，砝碼放置的位置、放置的時(shí)間間隔產(chǎn)生的蠕變都會(huì)影響衡量?jī)x器的讀數(shù)，故在砝碼檢定、校準(zhǔn)過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免這類(lèi)情況產(chǎn)生，從而減少衡量?jī)x器引入的誤差?？刹扇∫韵路椒ń鉀Q檢定過(guò)程中存在的問(wèn)題：（1）衡量?jī)x器上放置砝碼的位置應(yīng)盡量保持一致，或者設(shè)計(jì)自動(dòng)歸中裝置；（2）放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼和被檢砝碼的時(shí)間間隔應(yīng)盡可能一致；（3）通過(guò)軟件直接讀取并記錄衡量?jī)x器中的測(cè)量數(shù)值。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

此系統(tǒng)利用旋轉(zhuǎn)盤(pán)裝置和自動(dòng)歸中裝置，通過(guò)軟件完成自動(dòng)加載和卸載功能，并設(shè)定放置砝碼的時(shí)間間隔，使兩次加載的時(shí)間間隔一致，減少衡量?jī)x器產(chǎn)生的誤差。此系統(tǒng)能采集衡量?jī)x器測(cè)量的數(shù)值，通過(guò)軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)版本的檢定證書(shū)和檢定記錄并上傳到院內(nèi)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中，并將其保存和智能化打印。在改造后的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)上進(jìn)行公斤組砝碼的檢定工作，能夠滿足E1等級(jí)公斤組砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的檢定技術(shù)要求，可提高公斤組砝碼檢定的工作效率，保證砝碼量值傳遞過(guò)程準(zhǔn)確可靠。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

自動(dòng)化檢定系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等組成。機(jī)械系統(tǒng)由基座、旋轉(zhuǎn)升降裝置、電動(dòng)控制組成；控制系統(tǒng)由機(jī)位控制、精密運(yùn)動(dòng)模塊、PLC控制器組成；軟件系統(tǒng)由院業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)操作系統(tǒng)組成。裝置具有先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)框架示意圖

3.1 旋轉(zhuǎn)升降裝置

將公斤組標(biāo)準(zhǔn)砝碼與被檢砝碼放置在旋轉(zhuǎn)升降裝置上的相應(yīng)位置，關(guān)閉防風(fēng)罩，如圖2所示。應(yīng)用觸摸感應(yīng)屏可以控制托盤(pán)實(shí)現(xiàn)上升、下降和旋轉(zhuǎn)功能，全程不再打開(kāi)防風(fēng)罩和移動(dòng)砝碼，減小人為因素、外界環(huán)境條件引起的誤差。檢定砝碼過(guò)程中，可以通過(guò)觸摸感應(yīng)屏控制旋轉(zhuǎn)裝置，將相應(yīng)砝碼平穩(wěn)地放置在衡量?jī)x器上，待衡量?jī)x器穩(wěn)定后，軟件進(jìn)行讀數(shù)或數(shù)據(jù)采集。采用“ABBA”方式進(jìn)行檢定時(shí)，通過(guò)軟件控制系統(tǒng)，控制標(biāo)準(zhǔn)砝碼和被檢砝碼平穩(wěn)放置在衡量?jī)x器上的時(shí)間間隔為一個(gè)定值，降低放置砝碼的時(shí)間間隔不同造成的衡量?jī)x器產(chǎn)生的蠕變變化量不同的影響。若放置的砝碼未在衡量?jī)x器的中心上，軟件通過(guò)砝碼偏載檢測(cè)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)盤(pán)配合將砝碼放置到衡量?jī)x器的中心。

圖2 旋轉(zhuǎn)升降裝置

3.2 砝碼偏載檢測(cè)系統(tǒng)

砝碼偏載檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)大質(zhì)量砝碼加載很難居中的問(wèn)題，采用自動(dòng)歸中技術(shù)，將置于秤盤(pán)不同位置的砝碼或被測(cè)物，通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的升降，配合秤盤(pán)在重力作用下的擺動(dòng)將偏載的砝碼移動(dòng)到中心位置。其過(guò)程可分為三個(gè)步驟：（1）旋轉(zhuǎn)托盤(pán)下降；（2）砝碼落于秤盤(pán)上，在重力作用下秤盤(pán)向砝碼歸中方向偏轉(zhuǎn)，砝碼重心與旋轉(zhuǎn)盤(pán)中心距離減?。唬?）旋轉(zhuǎn)盤(pán)上升，砝碼回到旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，秤盤(pán)回正，砝碼重心與秤盤(pán)中心距離減小。自動(dòng)重復(fù)以上步驟，直到砝碼偏載量在允許的范圍之內(nèi)。砝碼偏載檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 砝碼偏載檢測(cè)系統(tǒng)

3.3 自動(dòng)生成檢定記錄和檢定證書(shū)系統(tǒng)

自動(dòng)生成檢定記錄系統(tǒng)是以Windows為操作平臺(tái)，應(yīng)用JAVA語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具編制生成。該軟件是在衡量?jī)x器上設(shè)定自動(dòng)稱(chēng)量過(guò)程完成后對(duì)稱(chēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)砝碼修正值參與完成一次“ABBA”的計(jì)算，從而得出被檢砝碼的修正值，最終生成word版本的檢定記錄。生成記錄的同時(shí)軟件將采集相關(guān)的信息和檢定數(shù)值，自動(dòng)生成符合規(guī)程要求的word版的檢定證書(shū)。

按照相關(guān)規(guī)范要求，系統(tǒng)包含標(biāo)準(zhǔn)砝碼信息設(shè)置、被檢砝碼信息設(shè)置、砝碼最大允許誤差設(shè)置、檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、自動(dòng)生成記錄和證書(shū)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)砝碼信息設(shè)置。標(biāo)準(zhǔn)砝碼信息設(shè)置功能部分包含標(biāo)準(zhǔn)器的相關(guān)信息，包括標(biāo)準(zhǔn)器名稱(chēng)、出廠編號(hào)、測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度等級(jí)、折算質(zhì)量修正值、溯源證書(shū)編號(hào)和有效截止日期等內(nèi)容，軟件中可以對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行修改和保存，為參與計(jì)算和自動(dòng)生成檢定記錄和證書(shū)做好鋪墊。

（2）被檢砝碼信息設(shè)置。被檢砝碼信息設(shè)置中有記錄（證書(shū)）編號(hào)、委托單位、委托單位地址、被檢設(shè)備名稱(chēng)、出廠編號(hào)、規(guī)格型號(hào)、材料、制造廠、準(zhǔn)確度等級(jí)等，此項(xiàng)信息可以通過(guò)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)自動(dòng)讀入自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中。

（3）砝碼最大允許誤差設(shè)置。按照相關(guān)規(guī)范要求，將不同等級(jí)的公斤組的最大允許誤差寫(xiě)入軟件中，便于在檢定過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)超差砝碼，并對(duì)砝碼進(jìn)行符合性判定。

（4）檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集。通過(guò)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和比較儀相互配合完成一次“ABBA”檢定過(guò)程后，操作軟件可以提取4個(gè)平衡位置的讀數(shù)，并將讀取標(biāo)準(zhǔn)器中的折算質(zhì)量修正值參加計(jì)算。

（5）自動(dòng)生成記錄和證書(shū)。軟件將標(biāo)準(zhǔn)器信息、被檢砝碼信息、參與計(jì)算結(jié)果等進(jìn)行采集，按照相關(guān)要求的格式進(jìn)行整合和編輯，從而自動(dòng)生成word版本的檢定記錄和檢定證書(shū)，并將相關(guān)信息傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中，便于保存和打印證書(shū)。

4 結(jié)束語(yǔ)

此系統(tǒng)將智能化檢測(cè)應(yīng)用到砝碼檢定中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降裝置將砝碼放置在居中位置，有效解決了人為因素引發(fā)的偏載問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集智能化、自動(dòng)化，自動(dòng)生成檢定記錄和檢定證書(shū)，還可結(jié)合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)完成砝碼智能化檢定，并出具檢定證書(shū)。此外，還實(shí)現(xiàn)了檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與管理，避免了檢定員大量煩瑣的計(jì)算，減少了因檢定員粗心等引起的錯(cuò)誤，提高了檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。此系統(tǒng)提高了公斤組砝碼檢定工作的效率，改善了檢定員的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，能夠確保檢定結(jié)果的公正、科學(xué)、準(zhǔn)確、高效，推動(dòng)了質(zhì)量量值傳遞技術(shù)的發(fā)展。