公斤組砝碼自動化檢定系統研究*

富 欣，賈 琨，王 倩

吉林省計量科學研究院（吉林省計量測試儀器與技術重點實驗室），吉林 長春 130103

公斤組準砝碼特別是20kg、10kg的檢定及校準是一項重復性勞動，對檢定人員的心理和體力都是極大的考驗，此外，人為因素對檢測數據也有較大影響。隨著自動化技術的不斷發展，檢定自動化是未來計量發展的方向。近幾年，國外主要質量比較儀生產廠家紛紛致力于研制毫克組、克組和公斤組砝碼的自動檢測機器人，以提高檢測效率和檢測精度，降低勞動強度，提高工作效率和測量的精度。

1 檢定過程中存在的問題及解決方法

在砝碼量值傳遞過程中，衡量儀器是主要配套設備。受衡量儀器自身計量特性的影響，砝碼放置的位置、放置的時間間隔產生的蠕變都會影響衡量儀器的讀數，故在砝碼檢定、校準過程中，應盡可能避免這類情況產生，從而減少衡量儀器引入的誤差。可采取以下方法解決檢定過程中存在的問題：（1）衡量儀器上放置砝碼的位置應盡量保持一致，或者設計自動歸中裝置；（2）放置標準砝碼和被檢砝碼的時間間隔應盡可能一致；（3）通過軟件直接讀取并記錄衡量儀器中的測量數值。

2 自動化系統的實現

此系統利用旋轉盤裝置和自動歸中裝置，通過軟件完成自動加載和卸載功能，并設定放置砝碼的時間間隔，使兩次加載的時間間隔一致，減少衡量儀器產生的誤差。此系統能采集衡量儀器測量的數值，通過軟件系統對數據進行自動化處理，自動生成標準版本的檢定證書和檢定記錄并上傳到院內業務管理系統中，并將其保存和智能化打印。在改造后的自動化檢定系統上進行公斤組砝碼的檢定工作，能夠滿足E1等級公斤組砝碼標準裝置的檢定技術要求，可提高公斤組砝碼檢定的工作效率，保證砝碼量值傳遞過程準確可靠。

3 自動化系統的組成

自動化檢定系統主要由機械系統、控制系統、軟件系統等組成。機械系統由基座、旋轉升降裝置、電動控制組成；控制系統由機位控制、精密運動模塊、PLC控制器組成；軟件系統由院業務系統、數據庫、人機操作系統組成。裝置具有先進的自動控制系統，系統組成如圖1所示。

圖1 控制系統框架示意圖

3.1 旋轉升降裝置

將公斤組標準砝碼與被檢砝碼放置在旋轉升降裝置上的相應位置，關閉防風罩，如圖2所示。應用觸摸感應屏可以控制托盤實現上升、下降和旋轉功能，全程不再打開防風罩和移動砝碼，減小人為因素、外界環境條件引起的誤差。檢定砝碼過程中，可以通過觸摸感應屏控制旋轉裝置，將相應砝碼平穩地放置在衡量儀器上，待衡量儀器穩定后，軟件進行讀數或數據采集。采用“ABBA”方式進行檢定時，通過軟件控制系統，控制標準砝碼和被檢砝碼平穩放置在衡量儀器上的時間間隔為一個定值，降低放置砝碼的時間間隔不同造成的衡量儀器產生的蠕變變化量不同的影響。若放置的砝碼未在衡量儀器的中心上，軟件通過砝碼偏載檢測系統和旋轉盤配合將砝碼放置到衡量儀器的中心。

圖2 旋轉升降裝置

3.2 砝碼偏載檢測系統

砝碼偏載檢測系統針對大質量砝碼加載很難居中的問題，采用自動歸中技術，將置于秤盤不同位置的砝碼或被測物，通過旋轉盤的升降，配合秤盤在重力作用下的擺動將偏載的砝碼移動到中心位置。其過程可分為三個步驟：（1）旋轉托盤下降；（2）砝碼落于秤盤上，在重力作用下秤盤向砝碼歸中方向偏轉，砝碼重心與旋轉盤中心距離減小；（3）旋轉盤上升，砝碼回到旋轉盤上，秤盤回正，砝碼重心與秤盤中心距離減小。自動重復以上步驟，直到砝碼偏載量在允許的范圍之內。砝碼偏載檢測系統如圖3所示。

圖3 砝碼偏載檢測系統

3.3 自動生成檢定記錄和檢定證書系統

自動生成檢定記錄系統是以Windows為操作平臺，應用JAVA語言為開發工具編制生成。該軟件是在衡量儀器上設定自動稱量過程完成后對稱量數據進行采集，采集的數據與預設定標準砝碼修正值參與完成一次“ABBA”的計算，從而得出被檢砝碼的修正值，最終生成word版本的檢定記錄。生成記錄的同時軟件將采集相關的信息和檢定數值，自動生成符合規程要求的word版的檢定證書。

按照相關規范要求，系統包含標準砝碼信息設置、被檢砝碼信息設置、砝碼最大允許誤差設置、檢測數據的采集、自動生成記錄和證書。

（1）標準砝碼信息設置。標準砝碼信息設置功能部分包含標準器的相關信息，包括標準器名稱、出廠編號、測量范圍、準確度等級、折算質量修正值、溯源證書編號和有效截止日期等內容，軟件中可以對相關信息進行修改和保存，為參與計算和自動生成檢定記錄和證書做好鋪墊。

（2）被檢砝碼信息設置。被檢砝碼信息設置中有記錄（證書）編號、委托單位、委托單位地址、被檢設備名稱、出廠編號、規格型號、材料、制造廠、準確度等級等，此項信息可以通過業務管理系統自動讀入自動化檢定系統中。

（3）砝碼最大允許誤差設置。按照相關規范要求，將不同等級的公斤組的最大允許誤差寫入軟件中，便于在檢定過程中及時發現超差砝碼，并對砝碼進行符合性判定。

（4）檢測數據的采集。通過旋轉平臺和比較儀相互配合完成一次“ABBA”檢定過程后，操作軟件可以提取4個平衡位置的讀數，并將讀取標準器中的折算質量修正值參加計算。

（5）自動生成記錄和證書。軟件將標準器信息、被檢砝碼信息、參與計算結果等進行采集，按照相關要求的格式進行整合和編輯，從而自動生成word版本的檢定記錄和檢定證書，并將相關信息傳輸到業務管理系統中，便于保存和打印證書。

4 結束語

此系統將智能化檢測應用到砝碼檢定中，通過旋轉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的偏載問題，實現數據采集智能化、自動化，自動生成檢定記錄和檢定證書，還可結合業務管理系統完成砝碼智能化檢定，并出具檢定證書。此外，還實現了檢定數據的自動采集與管理，避免了檢定員大量煩瑣的計算，減少了因檢定員粗心等引起的錯誤，提高了檢定結果的準確性和可靠性。此系統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境和工作狀態，能夠確保檢定結果的公正、科學、準確、高效，推動了質量量值傳遞技術的發展。