光照度计的自动检定系统

蔡丽枝 / 福建省计量科学研究院

光照度计的自动检定系统

蔡丽枝 / 福建省计量科学研究院

根据JJG 245-2005的要求，设计一条自动光学轨道和一套可同时安装多台被检光照度计的自动工作转台，标准灯自动位移到各个照度值对应的位置上，使光照度计接收到多个标准的光照度值，并由计算机控制自动转台转动，实现光照度计检定过程的自动控制和数据自动处理功能，提高了检定效率。

光照度计；自动检定； 自动转台；运动控制器

0 引言

近年来，由于环境检测要求的提高，光照度计大量地用来测量环境的照明情况，比如公共场所的室内照明和学校教室的照明等。随着光照度计应用领域的不断增加，对光照度计的产品质量控制要求也越来越高，因此光照度计送检数量也越来越多。

光照度计检定装置通常采用手工操作，在检定过程中，需要两名检定员进行操作配合。先把发光强度标准灯和被检光照度计放在光学轨道上进行调整定位，然后一人推动标准灯在光学轨道上移动，改变标准灯到被检光照度计探头之间的距离，使被检光照度计测得不同的光照度值。另一人在探测器位置上读取被检光照度计的测量示值[1]，并人工记录及处理数据，整个检定过程耗时近1 h，检定效率低。另外，由于发光强度标准灯使用寿命的限制，如果在检定周期内其累计点燃的时间超过60 h，就应该送检观察标准灯的发光强度稳定性[2]，因此应尽量减少标准灯点燃的时间，提高标准灯点燃时间的利用率。为了提高光照度计的检定效率和标准灯的点燃时间利用率，设计一套光照度计自动检定系统，实现光照度计检定过程的自动化。

1 系统的设计

根据JJG 245-2005《光照度计》的要求，设计一条自动光学轨道和一套可同时安装多台被检光照度计的回转工作台，采用计算机自动测量与控制技术，自动回转被检光照度计工作台，自动位移标准灯到多个照明距离位置，实现同时检定多台光照度计的自动检定。

光照度计自动检定系统主要由自动光学轨道和自动工作转台组成，主要部件包括直线导轨[3]、丝杠和丝杠传动螺母、丝杠和导轨支撑系统、磁栅尺、滑行小车、防撞控制开关、多工位工作转台、转台升降及支撑系统、光照度计探头夹具、灯丝和探测器定位调整装置、伺服电机和减速器、自动控制系统等，自动检定系统结构如图1所示。

光照度计自动检定系统的基本设计思路：当伺服电机控制自动光学轨道上的标准灯移动到某个位置时，标准灯在转台上装夹好的光照度计探头测试面上产生一定的照度值，伺服电机控制自动转台的8个角度位置依次转动，装夹在转台上的光照度计1到光照度计8依次测得光照度值，转台回转；然后标准灯小车位移到下一位置，产生不同的光照度值，转台再依次转动；标准灯在自动光学轨道可往返行走多个照明距离。系统可记录每台光照度计在每个位置往返两轮的光照度测量值，以及标准灯滑车的位置，并进行数据处理，生成检定记录。

2 自动控制系统

自动控制系统由计算机、运动控制器、伺服电机和减速机、电子手轮及配套软件组成。采用IMAC-400多轴多功能运动控制器作为主要的控制中心，完成计算机与终端执行机构，即运动部件与驱动器之间的通信，实现各运动部件的运动控制及信号采集[4]。运动控制器的主要功能包括：控制4个电机驱动模块、进行磁栅尺传感器信号采集和反馈控制、进行限位开关限位信号采集和限位防撞控制，以及电子手轮的调节控制。控制系统如图2所示。

图1 光照度计自动检定系统结构

图2 自动检定系统的控制

自动控制系统采用伺服电机驱动行走的标准灯滑车和大光阑滑车，通过磁栅尺反馈的参数来精确调节行走的标准灯滑车实际运行距离，大光阑滑车的位置通过电机编码器信号反馈来进行控制。标准灯滑车与大光阑滑车可同时联动，并设计有手动控制杆对光阑滑车的位置进行微调控制。在标准灯滑车运动到位后，光阑滑车还可由手动操纵杆进行位置微调，使得光阑对杂散光的屏蔽效果达到最佳状态。光阑滑车和标准灯滑车之间，以及两部滑车和轨道两端之间采取防碰撞措施，使用限位开关进行防撞控制。工作转台的高度调节和8个工作工位的旋转与定位也使用伺服电机来驱动。电子手轮的控制功能有：可选择控制的部件是标准灯滑车、光阑滑车、工作转台转动或转台高度调节；具备运动速度控制功能，可选择慢速、中速、快速。

IMAC-400运动控制器配置了专用的软件PEWIN，可用来编写各类运动控制程序，实现整个控制系统的协调工作[5]。采用VB开发了一套自动检定软件，检定软件能实现光照度计检定过程的自动控制和数据处理功能，并生成符合国家实验室认可要求的原始记录，实现自动检定，提高检定效率。

3 系统的应用测试

在光照度计自动检定系统的安装调试过程中使用全站仪和水准仪进行安装调整和测试，确保自动光学轨道的平直度；在系统安装调试结束后，分别对轨道平直度、磁栅尺测量准确度、滑车移动定位准确度和转台转动控制定位准确度进行测试，测试结果表明自动检定系统各项指标都满足光照度计检定规程的技术要求。采用自动检定系统对各种型号的被检对象进行检定，并把检定结果与采用旧检定装置的检定结果进行比较，验证自动检定系统的可靠性和实用性。

采用标准光照度计和一级光照度计作为被测对象，在自动检定系统中进行测量，测量结果与手动检定装置的测量结果进行比较，分别见表1和表2所示。

由表1和表2的数据可以看出，两套装置对两种类型光照度计的测量结果相对示值误差差值均不大于0.2%，小于发光强度标准灯不确定度（U=1.2%，k=2）的1/5，且差值中有正有负，随机分布，没有固定的方向，这说明差值是由测量过程中的随机误差，而不是测量系统存在的固定误差引起的，也说明了自动检定系统与原来的手动检定装置具有同样的测量准确度，两套检定装置对被检光照度计的检定结果具有一致性。

表1 标准照度计测量比较

表2 一级照度计测量比较

4 结语

本文介绍了光照度计自动检定系统的机械构造设计和自动控制系统设计，采用IMAC-400运动控制器完成整个控制系统的协调工作，实现光照度计的自动检定过程。经测试，自动检定系统各项指标都满足了光照度计检定规程的技术要求，采用自动检定系统对两种型号的光照度计进行检定，并把检定结果与采用手动检定装置的检定结果进行比较，两者的差值均不大于0.2%，说明自动检定系统与原来的手动检定装置具有同样的测量准确度。本设计光照度计自动检定系统可应用于光照度计的检定，能减轻检定人员的劳动强度，提高发光强度标准灯的点燃时间利用率。但该系统存在不足之处，比如发光强度标准灯的灯丝平面和被检光照度计探头测试面在光学轨道上起始位置的调整定位无法实现自动化，仍然由人工目视进行调节，对此仍需继续进行研究探索。

[1] 全国光学计量技术委员会. JJG 245-2005[S].北京：中国计量出版社, 2005.

[2] 全国光学计量技术委员会.JJG 246-2005[S].北京：中国计量出版社, 2005.

[3] 徐起贺，孙健利. 滚动直线导轨副的结构特点与性能分析[J].机床与液压，2002，03：107-109.

[4] 沈灿钢，陈岳林，孙宁.基于PMAC和安川伺服电机的一维精密定位控制系统研究[J].计量与测试技术，2005，09：4-5+16.

[5] 北京泰道控制系统设备有限公司.IMAC-400使用手册[M].北京：北京泰道控制系统设备有限公司，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