1 引言

随着我国经济建设的发展和科学技术的进步,国内电子衡器的研制及生产使用发展迅速,电子衡器也越来越多地参与到数据处理和过程控制中来[1]。电子台秤,作为电子衡器的一份子,在贸易和经常需要移动的称量场所的应用越来越广泛,需求量也日益增大,近年来全国各地区部门生产和从国外引进的电子台秤数以万计,如何保证这些电子台秤的正规合法性及量值传递的可靠性,为国内众多计量检测机构带来了巨大的市场和挑战。

对于计量部门,为保障电子台秤的计量性能,需对电子台秤进行周期性的检定。根据检定规程,电子台秤的检定必须具有以下三个项目:称量测试、偏载测试、重复性测试。其中称量测试需加载到最大称量的砝码,重复性至少要用一半量程砝码加载3遍,这大大提高了工作强度和工作量。尤其大量程电子台秤的检测,其对人工的耗费是十分巨大的,因此开发一套智能化、现代化的电子台秤自动检测系统就显得尤为必要。

2 国内研究现状

当前国内电子台秤的检测依然是以人工检测为主,主要依靠人力搬运砝码来实现检测点的加卸载,同时由于主要依靠人工记录数据,所以其存在效率低、工作强度大、易受人为因素干扰、存在安全隐患、数据管理能力低等缺点。

近年来包括中航工业北京长城计量测试技术研究所、浙江省计量测试院、承德石油高等专科学校等科研原始都在电子台秤的自动化检测领域进行了一些初步的尝试,并取得了一定的成果,但仍存在一定的缺陷,比如检测对象单一、量程段小,自动化程度不高等。

3 自动检测系统方案设计

3.1 检测系统技术指标

本文设计的该检测系统针对市面上绝大多数(30～300)kg电子台秤,按照JJG 539-2016《数字指示秤检定规程》[2]确定相应设备参数和技术指标如表1所示。

表1 技术指标     下载原表

3.2 系统总体组成

该电子台秤自动检测系统由机架、移动工作台、测试标准砝码、工作台移动机构、砝码移动机构、砝码加载机构、图像数据采集系统等部分组成,结构设计图如图1所示。

图1 检测系统结构示意图   下载原图

3.3 标准砝码组设计

电子台秤检测主要包含称量检测、重复性检测、偏载检测三个部分,按照检定规程(30～300)kg常见电子台秤涉及砝码加载点如表2所示。

如表2所示,砝码加载点涉及点多、加载量大,同时考虑到称量检测和重复性检测只需在秤盘中心位置加载,偏载检测需要加秤盘四边区域加载,为了提高检测效率,减少砝码组合,降低砝码高度提高设备安全性,本设计将标准砝码分为称量测试砝码、偏载测试砝码两部分组成,由称量测试砝码来完成称量检测和重复性检测,偏载测试砝码来完成偏载检测。测试砝码组结构图如图2所示,由伺服电动缸、负荷传感器、标准砝码组成。砝码组中砝码高度和砝码质量成一定比例数学关系,测试砝码组运作时,初始状态下砝码组与负荷传感器完全受力,通过PLC控制器控制砝码组逐步下降[3],当负荷传感器受力改变时记录此高度为零点,控制砝码组继续下降高度以达到砝码加载量控制。

表2(30～300)kg电子台秤砝码加载点(单位:kg)     下载原表

图2 测试砝码组结构图   下载原图

3.4 工作原理

鉴于此系统主要是针对(30～300)kg电子台秤,我们将电子台秤台面尺寸大致分为30cm×40cm和40cm×60cm,这两种尺寸以进行偏载区域划分。如图3所示,开始检测时先通过二维码扫描或人工输入等方式录入被检电子台秤的基本信息,然后移动工作平台中心至称量砝码加载区域,根据已录入电子台秤信息选择砝码加载点,通过控制砝码串下降高度以达到砝码加载效果,砝码加载完毕后通过图像采集系统或者RS-232接口通讯采集电子台秤读数;完成电子台秤称量检测及重复性检测后进行偏载检测时,根据电子台秤尺寸大小分别移动电子台秤四边至偏载砝码加载区域,控制偏载砝码串下降加载以达到偏载检测的效果。

4 结论

苏州市计量测试院在借鉴国内外自动控制技术的基础上研发的本套电子台秤自动检测系统,集自动检测、数据采集、数据对接等功能于一体,针对(30～300)kg电子台秤完成其称量测试、重复性测试、偏载测试的自动化检测等功能。同时在该系统的进一步展望方面[4],后续该系统会本院数据管理系统尝试对接,实现基本信息的自动录入,检测原始记录的自动生成及出具报告,使检测人员从繁重的重复性劳动中解放出来,极大提高工作效率。

图3 系统工作流程图