公斤组砝码自动化检定系统研究*

富 欣，贾 琨，王 倩

吉林省计量科学研究院（吉林省计量测试仪器与技术重点实验室），吉林 长春 130103

公斤组准砝码特别是20kg、10kg的检定及校准是一项重复性劳动，对检定人员的心理和体力都是极大的考验，此外，人为因素对检测数据也有较大影响。随着自动化技术的不断发展，检定自动化是未来计量发展的方向。近几年，国外主要质量比较仪生产厂家纷纷致力于研制毫克组、克组和公斤组砝码的自动检测机器人，以提高检测效率和检测精度，降低劳动强度，提高工作效率和测量的精度。

1 检定过程中存在的问题及解决方法

在砝码量值传递过程中，衡量仪器是主要配套设备。受衡量仪器自身计量特性的影响，砝码放置的位置、放置的时间间隔产生的蠕变都会影响衡量仪器的读数，故在砝码检定、校准过程中，应尽可能避免这类情况产生，从而减少衡量仪器引入的误差。可采取以下方法解决检定过程中存在的问题：（1）衡量仪器上放置砝码的位置应尽量保持一致，或者设计自动归中装置；（2）放置标准砝码和被检砝码的时间间隔应尽可能一致；（3）通过软件直接读取并记录衡量仪器中的测量数值。

2 自动化系统的实现

此系统利用旋转盘装置和自动归中装置，通过软件完成自动加载和卸载功能，并设定放置砝码的时间间隔，使两次加载的时间间隔一致，减少衡量仪器产生的误差。此系统能采集衡量仪器测量的数值，通过软件系统对数据进行自动化处理，自动生成标准版本的检定证书和检定记录并上传到院内业务管理系统中，并将其保存和智能化打印。在改造后的自动化检定系统上进行公斤组砝码的检定工作，能够满足E1等级公斤组砝码标准装置的检定技术要求，可提高公斤组砝码检定的工作效率，保证砝码量值传递过程准确可靠。

3 自动化系统的组成

自动化检定系统主要由机械系统、控制系统、软件系统等组成。机械系统由基座、旋转升降装置、电动控制组成；控制系统由机位控制、精密运动模块、PLC控制器组成；软件系统由院业务系统、数据库、人机操作系统组成。装置具有先进的自动控制系统，系统组成如图1所示。

图1 控制系统框架示意图

3.1 旋转升降装置

将公斤组标准砝码与被检砝码放置在旋转升降装置上的相应位置，关闭防风罩，如图2所示。应用触摸感应屏可以控制托盘实现上升、下降和旋转功能，全程不再打开防风罩和移动砝码，减小人为因素、外界环境条件引起的误差。检定砝码过程中，可以通过触摸感应屏控制旋转装置，将相应砝码平稳地放置在衡量仪器上，待衡量仪器稳定后，软件进行读数或数据采集。采用“ABBA”方式进行检定时，通过软件控制系统，控制标准砝码和被检砝码平稳放置在衡量仪器上的时间间隔为一个定值，降低放置砝码的时间间隔不同造成的衡量仪器产生的蠕变变化量不同的影响。若放置的砝码未在衡量仪器的中心上，软件通过砝码偏载检测系统和旋转盘配合将砝码放置到衡量仪器的中心。

图2 旋转升降装置

3.2 砝码偏载检测系统

砝码偏载检测系统针对大质量砝码加载很难居中的问题，采用自动归中技术，将置于秤盘不同位置的砝码或被测物，通过旋转盘的升降，配合秤盘在重力作用下的摆动将偏载的砝码移动到中心位置。其过程可分为三个步骤：（1）旋转托盘下降；（2）砝码落于秤盘上，在重力作用下秤盘向砝码归中方向偏转，砝码重心与旋转盘中心距离减小；（3）旋转盘上升，砝码回到旋转盘上，秤盘回正，砝码重心与秤盘中心距离减小。自动重复以上步骤，直到砝码偏载量在允许的范围之内。砝码偏载检测系统如图3所示。

图3 砝码偏载检测系统

3.3 自动生成检定记录和检定证书系统

自动生成检定记录系统是以Windows为操作平台，应用JAVA语言为开发工具编制生成。该软件是在衡量仪器上设定自动称量过程完成后对称量数据进行采集，采集的数据与预设定标准砝码修正值参与完成一次“ABBA”的计算，从而得出被检砝码的修正值，最终生成word版本的检定记录。生成记录的同时软件将采集相关的信息和检定数值，自动生成符合规程要求的word版的检定证书。

按照相关规范要求，系统包含标准砝码信息设置、被检砝码信息设置、砝码最大允许误差设置、检测数据的采集、自动生成记录和证书。

（1）标准砝码信息设置。标准砝码信息设置功能部分包含标准器的相关信息，包括标准器名称、出厂编号、测量范围、准确度等级、折算质量修正值、溯源证书编号和有效截止日期等内容，软件中可以对相关信息进行修改和保存，为参与计算和自动生成检定记录和证书做好铺垫。

（2）被检砝码信息设置。被检砝码信息设置中有记录（证书）编号、委托单位、委托单位地址、被检设备名称、出厂编号、规格型号、材料、制造厂、准确度等级等，此项信息可以通过业务管理系统自动读入自动化检定系统中。

（3）砝码最大允许误差设置。按照相关规范要求，将不同等级的公斤组的最大允许误差写入软件中，便于在检定过程中及时发现超差砝码，并对砝码进行符合性判定。

（4）检测数据的采集。通过旋转平台和比较仪相互配合完成一次“ABBA”检定过程后，操作软件可以提取4个平衡位置的读数，并将读取标准器中的折算质量修正值参加计算。

（5）自动生成记录和证书。软件将标准器信息、被检砝码信息、参与计算结果等进行采集，按照相关要求的格式进行整合和编辑，从而自动生成word版本的检定记录和检定证书，并将相关信息传输到业务管理系统中，便于保存和打印证书。

4 结束语

此系统将智能化检测应用到砝码检定中，通过旋转升降装置将砝码放置在居中位置，有效解决了人为因素引发的偏载问题，实现数据采集智能化、自动化，自动生成检定记录和检定证书，还可结合业务管理系统完成砝码智能化检定，并出具检定证书。此外，还实现了检定数据的自动采集与管理，避免了检定员大量烦琐的计算，减少了因检定员粗心等引起的错误，提高了检定结果的准确性和可靠性。此系统提高了公斤组砝码检定工作的效率，改善了检定员的工作环境和工作状态，能够确保检定结果的公正、科学、准确、高效，推动了质量量值传递技术的发展。