電子天平(電子秤)自動檢定裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

駱旭，張澤光，李楠

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095)

0 引言

電子天平(秤)具有數(shù)字顯示直觀，分辨力強，體積小，安裝、校正簡單，反應(yīng)快，效率高等優(yōu)點。

《中華人民共和國計量法》中第九條“縣級以上人民政府計量行政部門對社會公用計量標準器具，部門和企業(yè)、事業(yè)單位使用的最高計量標準器具，以及用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面的列入強制檢定目錄的工作計量器具，實行強制檢定?！弊鳛榛痉Q量基本工作器具，需要檢定的電子天平(電子秤)的數(shù)量十分巨大。

目前，電子天平(電子秤)的檢定仍然以人力檢定為主。根據(jù)檢定規(guī)程，電子天平(電子秤)的檢定必須以下三個項目:線性(示值誤差)，偏載，重復性。其中線性和重復性都要用到最大稱量的砝碼，其中重復性至少要用最大稱量砝碼加載6遍，這大大的提高了工作強度和工作量。對于量程比較大的電子天平(電子秤)對于人工的耗費是十分巨大的。

因此研制低精度的電子天平和普通電子秤的自動檢定裝置是十分必要的。本文提出了自動化檢定低精度電子天平和普通電子秤裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，能夠有效的解決低精度電子天平和普通電子秤的自動檢定裝置的設(shè)計問題。

1 研究對象

目前主要研究低精度電子天平中的MAX=30 kg，d=1g和MAX=15 kg，d=0.5g/1g的兩種電子天平以及電子秤中MAX=30 kg，d=10 g和MAX=15 kg，d=5 g的電子秤。

上述電子天平和電子秤是用途最廣泛的產(chǎn)品，常見于各種銷售場所和工業(yè)生產(chǎn)車間。一般廠家命名為ACS-30，ACS-15，產(chǎn)品樣式如圖1。

圖1 電子天平(秤)整體及局部圖

這種產(chǎn)品國內(nèi)、國外均有生產(chǎn)，秤體樣式、秤盤大小基本一致，非常有利于標準化計量。

1.1 計量要求

根據(jù)JJG 1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》和JJG 539-1997《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》，電子天(電子秤)必須檢定重復性、偏載、示值誤差(線性)三大項，電子秤還需要檢定鑒別力。

1.2 重復性參數(shù)計量的自動化實現(xiàn)

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，重復性檢定必須用80%到100%的單個砝碼加載，不得少于6遍。

傳統(tǒng)的檢定方法是由人工加載砝碼，例如30 kg的電子天平(電子秤)需要加載30 kg砝碼6遍，15 kg電子天平(電子秤)需要加載15 kg砝碼6遍。

自動化檢定重復性項目依靠砝碼自動加載裝置實現(xiàn)，砝碼自動加載裝置在壓力砝碼自動加載裝置和測力機上都得到了成熟的應(yīng)用，如圖2為壓力砝碼自動加載裝置。

圖2 壓力砝碼自動加載裝置

測力機上力值砝碼的加載裝置可直接用于電子天平(電子秤)的自動檢定。力砝碼加載裝置如圖3。

該設(shè)備采用砝碼鉤式結(jié)構(gòu)加載砝碼也可用砝碼栓式結(jié)構(gòu)加載，如圖4所示。

第一種采用鉤環(huán)式結(jié)構(gòu)，如圖5。砝碼落于平臺時，落下的砝碼與上個砝碼掛鉤不接觸，再加載時，后一個砝碼落于前一個砝碼上，砝碼質(zhì)量為兩塊砝碼加兩個掛鉤質(zhì)量。

砝碼底部內(nèi)凹，配有圓形環(huán)與鉤子，如圖6，內(nèi)凹部分落下時和砝碼重合。

圖7、圖8為栓式結(jié)構(gòu)砝碼落下時砝碼栓與上個砝碼脫離。

規(guī)程規(guī)定用于檢定的砝碼的擴展不確定度(k=2)不得大于天平在該載荷下的最大允許誤差的1/3。所以根據(jù)研究對象，選取M1等級標準砝碼進行實驗。

做重復性檢測時砝碼落下的載荷為最大載荷，重復實驗6次，讀取讀數(shù)。

1.3 偏載參數(shù)的計量和自動化實現(xiàn)

根據(jù)規(guī)程規(guī)定偏載檢定必須用1/3(最大稱量+最大加法除皮效果)的砝碼，優(yōu)先選擇個數(shù)較少的砝碼，如果不是單個砝碼，允許疊放使用。

偏載所需檢定位置如圖9。

圖9 秤盤平面位置分區(qū)圖

對于本研究對象于30 kg電子秤(電子天平)應(yīng)該分別于位置1，2，3，4，5放置10 kg砝碼并且讀取讀數(shù)，對于15 kg電子秤(電子天平)選取5 kg砝碼。

該項目的自動化檢定采用機械臂完成應(yīng)用機械臂伸縮擺動加載，機械臂由控制程序動控制，由于秤盤大小固定，只要程序設(shè)定機械臂伸縮長度和擺動角度就可以控制砝碼的落點達到偏載自動檢定的效果。

圖10 可伸縮轉(zhuǎn)動裝置建模圖

將圖10設(shè)計為橫梁可移動，可左右旋轉(zhuǎn)45°，即可完成秤盤位置全覆蓋。以達到可以落到圖9的5個位置。

1.4 示值誤差參數(shù)計量和自動化實現(xiàn)

規(guī)程規(guī)定示值誤差從零點開始逐漸往上加載直到天平的最大稱量，然后逐漸的卸下載荷，直到零載荷為止。規(guī)程規(guī)定檢定示值誤差不得少于6個點。

根據(jù)本研究對象30 kg的天平(秤)檢定的點必須包含0，5，10，20，25，30 kg這6個點，其中必要點有零點0 kg，拐點兩個5 kg和20 kg，和最大量程30 kg，為滿足規(guī)程要求使線性更為流暢增加10 kg，25 kg兩點。

若換為15 kg的天平(秤)檢定的點必須包含0，2.5，5，7.5，10，15 kg。其中必要點零點0 kg，拐點2.5 kg和10 kg，最大稱量15 kg為滿足規(guī)程要求使得線性更為流暢增加5 kg和10 kg兩點。

所以考慮到通用性，砝碼設(shè)計為2.5 kg一塊，總共12塊采用鉤式結(jié)構(gòu)或者栓式結(jié)構(gòu)組合。檢定30 kg電子天平(秤)時12塊用滿，重復性全部落下實驗6次，偏載時5個位置每到一個位置落下4個砝碼讀數(shù)后移動到下一個位置，檢定示值誤差時移動到位置5，依據(jù)表1落下砝碼讀數(shù)。實現(xiàn)自動化檢定。檢定15 kg電子天平(秤)時用12塊中的6塊即可。重復性落下6塊砝碼計量6次，偏載5個位置每到一個位置落下2個砝碼然后移動到下個位置，檢定示值誤差時移動到位置5，依據(jù)表2落下砝碼讀數(shù)。即可完成自動化計量。

2 電子秤計量的不同和自動化實現(xiàn)

參考JJG 1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》和JJG 539-1997《數(shù)字指示稱檢定規(guī)程》，其中電子秤和電子天平的檢定方法大體相同，最大的不同在于電子秤由于精度較低需要人為的加1/10d的小砝碼做鑒別力測試以提高其精度。也就是說只要在以上加載砝碼的每一步都加1/10d的小砝碼使其跳變并且記錄下示值跳變之后加載的小砝碼的值即可。

把加載小砝碼做為選作模塊即可完成電子秤自動檢定的設(shè)計。根據(jù)實驗對象30 kg電子秤d=10 g應(yīng)該用1g的分辨砝碼，15 kg的電子秤的d=5 g應(yīng)該采用0.5g的分辨砝碼。本設(shè)計采用自動加載小砝碼的機械裝置實現(xiàn)分辨砝碼的加載問題，圖11由液壓裝控制伸縮置，自動控制程序控制下落高度，每次大塊砝碼落完后小砝碼一個個落下直到跳變。即可完成電子秤自動檢定。鏈碼如圖11。

圖11 鏈碼建模圖

自動采集數(shù)據(jù)可用攝像頭采集，該技術(shù)已經(jīng)用于大尺寸測量和硬度自動校準設(shè)備。

3 結(jié)語

該電子天平(電子秤)自動檢定裝置的出現(xiàn)能大大減少人為操作誤差和節(jié)約人力時間，具有較好的社會價值和經(jīng)濟價值。

［1］丁京安，黃堅.JJG 1036-2008電子天平檢定規(guī)程［S］.2008，(36):155026-2354.

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