吳海軍，丁 斌，劉蘊(yùn)婧

（南通市計(jì)量檢定測(cè)試所，江蘇南通 226000）

0 引言

電子臺(tái)秤為我們生活、生產(chǎn)中不可或缺的計(jì)量器具，它廣泛應(yīng)用于集貿(mào)市場(chǎng)、工廠的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和企業(yè)的對(duì)外貿(mào)易結(jié)算中。我國(guó)《計(jì)量法》規(guī)定電子臺(tái)秤為法律規(guī)定的強(qiáng)制檢定計(jì)量器具。

根據(jù)《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》（JJG539—2015）要求，電子臺(tái)秤須要進(jìn)行外觀檢查、置零準(zhǔn)確度、稱量示值誤差、除皮準(zhǔn)確度、除皮后的稱量示值誤差、重復(fù)性測(cè)試、偏載測(cè)試、鑒別力測(cè)試等十幾項(xiàng)的檢定［1］。根據(jù)每一臺(tái)電子臺(tái)秤的最大稱量，砝碼的選取通常為1、2、5、10、20、50 kg的不同組合，并且每一臺(tái)電子臺(tái)秤檢定都須要上百次的砝碼選取和放下工作。砝碼的組合選取判斷工作須要人腦計(jì)算，砝碼的拎取工作須要人力，而且比較危險(xiǎn)。其次，電子臺(tái)秤的臺(tái)件數(shù)巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)僅南通市就有三百多萬(wàn)件，而且現(xiàn)在的人員數(shù)量完全達(dá)不到電子臺(tái)秤的檢定工作需求。由于其檢定工作相對(duì)單一，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易造成檢驗(yàn)人員疲勞，從而可能影響到檢測(cè)的客觀準(zhǔn)確性。

針對(duì)這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化智能檢測(cè)裝置可完美解決。該裝置結(jié)合了計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)、成像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、砝碼自動(dòng)加卸載系統(tǒng)、感量砝碼自動(dòng)加卸載系統(tǒng)、鑒別閾砝碼自動(dòng)加卸載系統(tǒng)、自動(dòng)移位偏載測(cè)試系統(tǒng)等多種模塊于一體，能自動(dòng)智能完成電子臺(tái)秤檢定所需的上百次的砝碼提取和放下工作，以及后續(xù)的證書記錄的自動(dòng)生成，以期待實(shí)現(xiàn)檢測(cè)行業(yè)的自動(dòng)智能化（智能檢定），解放人力，提高工作效率，降低檢定錯(cuò)誤率，避免一些可能由人力操作帶來(lái)的安全隱患，并能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)的電子臺(tái)秤設(shè)備檢定工作主要還是靠人工搬運(yùn)砝碼為主，少有機(jī)械設(shè)備的研制成功，目前這一塊在市場(chǎng)上還有很大的空白，當(dāng)然也有不少同行及測(cè)試院在此領(lǐng)域進(jìn)行過(guò)一些初步嘗試。朱浩等［2］介紹了一種電子臺(tái)秤自動(dòng)檢測(cè)裝置，但結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)人工智能檢測(cè)及檢測(cè)報(bào)告的自動(dòng)化出具，實(shí)用性大打折扣；王成福［3］介紹了一種采用PLC編程的程序軟件控制系統(tǒng)，但操作性相對(duì)復(fù)雜，真正運(yùn)行起來(lái)機(jī)器容易疲勞，容易發(fā)生故障，使用起來(lái)也不方便；陳桂蘭等［4］改用PC機(jī)、單片機(jī)和傳感器組合代替原來(lái)的PLC控制，但也未從根本上解決疲勞問(wèn)題，且無(wú)法做到人工智能識(shí)別的程度。綜上，還有其他很多人也相繼在此領(lǐng)域做出一些努力，取得了一定的進(jìn)展，但結(jié)果都有一定的缺陷，無(wú)法真正意義上實(shí)現(xiàn)人工智能檢定，自動(dòng)化程度也有待提高。

2 研究思路分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)（制造）方案

本機(jī)采用直接加載載荷方式，即直接利用專用高精度砝碼的來(lái)復(fù)現(xiàn)質(zhì)量。整個(gè)裝置由機(jī)架、反向架機(jī)構(gòu)、砝碼組、砝碼升降機(jī)構(gòu)、偏載移動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制柜等組成，其整體外觀如圖1所示。其操作由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制，自動(dòng)完成檢測(cè)全部過(guò)程，自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)表及圖形曲線。

2.2 功能部分組成

（1）本機(jī)的測(cè)量由二圈靜重砝碼和一組感量砝碼實(shí)現(xiàn)。每組砝碼既可單獨(dú)動(dòng)作完成力值測(cè)量，也可通過(guò)砝碼組合機(jī)構(gòu)相互組合完成測(cè)量。

（2）砝碼升降機(jī)構(gòu)是由二組獨(dú)立的升降平臺(tái)組成，完成內(nèi)圈砝碼組和外圈砝碼組的單獨(dú)或組合掛載，通過(guò)升降平臺(tái)的升降實(shí)現(xiàn)所需質(zhì)量的加載和卸載。感量砝碼組由單獨(dú)的升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)感量砝碼的加載和卸載。

（3）自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由計(jì)算機(jī)軟件編程完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程。即根據(jù)要求通過(guò)砝碼組合機(jī)構(gòu)掛載砝碼，然后選擇需要測(cè)量的量程子程序即可由計(jì)算機(jī)控制整個(gè)測(cè)量過(guò)程。

（4）反向架機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)拉力測(cè)量，該機(jī)構(gòu)由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)，計(jì)算機(jī)控制其上梁上下移動(dòng)，滿足被檢傳感器的測(cè)量空間要求。該機(jī)構(gòu)無(wú)論是對(duì)壓力傳感器還是拉力傳感器均可由計(jì)算機(jī)控制其測(cè)量空間的位移要求。

電子臺(tái)秤自動(dòng)檢定裝置的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖2—6所示，砝碼升降平臺(tái)包括反向架、偏載移動(dòng)均靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)。砝碼結(jié)構(gòu)是由一大串砝碼空心嵌套為一個(gè)整體，通過(guò)下降高度的控制來(lái)達(dá)到所需要的砝碼稱量。電子臺(tái)秤的鑒別力測(cè)試主要是通過(guò)感量砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，它是由一串單獨(dú)的砝碼置于電子臺(tái)秤平臺(tái)上方由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制其升降過(guò)程。

此外，圖中不含成像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，它是由一顆高清攝像頭固定于電子臺(tái)秤顯示屏前方，用于讀取顯示數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)將讀取到的設(shè)備信息自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)中，從而大大提高工作效率。

3 軟件開發(fā)介紹

該機(jī)軟件采用美國(guó)國(guó)家儀器的LABVIEW軟件編寫，并按照數(shù)字臺(tái)稱檢定規(guī)程JJG539—2016的要求，通過(guò)PC機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集、處理、保存、打印等實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化檢測(cè)，也可進(jìn)行手動(dòng)控制，并配有自動(dòng)故障判斷停機(jī)系統(tǒng)及人為緊急停止裝置。

圖1 產(chǎn)品總體外觀圖2 砝碼升降平臺(tái)

圖3 砝碼結(jié)構(gòu)

圖4 感量砝碼

圖5 反向架、偏載移動(dòng)及平臺(tái)上升下降裝置

圖6 反向架提升及感量砝碼加載

電路系統(tǒng)采用數(shù)字集中控制器，方便維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，故障率大大降低。

3.1 軟件特點(diǎn)

（1）采用美國(guó)國(guó)家儀器的控制系統(tǒng)，該公司的LABVIEW系統(tǒng)具有良好的操控性及卓越的穩(wěn)定性，且控制界面友好，試驗(yàn)時(shí)全部是人性化的圖形界面可以減少人為誤操作，是目前全世界最高端的工業(yè)控制系統(tǒng)，并被廣泛應(yīng)用在國(guó)防航天航空等的自動(dòng)軌跡控制等領(lǐng)域。

（2）采樣率高，最高可以達(dá)到10 MHz的采樣率，并有良好的濾波能力和智能通信系統(tǒng)，可以方便地采集各種型號(hào)的儀表數(shù)據(jù)，并直接在計(jì)算機(jī)上顯示，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)。

（3）計(jì)算機(jī)自動(dòng)伺服控制試驗(yàn)過(guò)程，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集和處理、打印，并可人為任意設(shè)置加卸載及測(cè)試方案，測(cè)試數(shù)據(jù)符合GB/T7551—2007的要求及處理方式，自動(dòng)生成原始測(cè)試記錄，并按照客戶要求生成自己固定格式的校準(zhǔn)報(bào)告。軟件界面展示如圖7—8所示。

4.2 控制方式

（1）手動(dòng)控制。通過(guò)計(jì)算機(jī)可進(jìn)行手動(dòng)加、卸載控制。

（2）自動(dòng)控制。主要由計(jì)算機(jī)先前編好的程序自動(dòng)控制，其控制過(guò)程主要分為4步。①測(cè)試過(guò)程管理：根據(jù)需要選擇合適的測(cè)試程序；②測(cè)試參數(shù)采集：測(cè)試過(guò)程中計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)；③測(cè)試參數(shù)處理：根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)判別結(jié)果合格與否及誤差等級(jí)等參數(shù)；④打印輸出：可按用戶提供樣本及格式打印生成報(bào)告。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前市場(chǎng)上對(duì)電子臺(tái)秤智能檢定方面的空白，介紹了一種基于圖像識(shí)別技術(shù)電子臺(tái)秤自動(dòng)智能檢定裝置，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)中只能由人工搬運(yùn)的問(wèn)題，完美地實(shí)現(xiàn)了各種檢定過(guò)程中的稱量測(cè)試、偏載測(cè)試、重復(fù)性測(cè)試、鑒別力測(cè)試等過(guò)程，解決了檢定過(guò)程中可能遇到的其他困難，并且該系統(tǒng)能與本所數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)基本信息自動(dòng)錄入，從而自動(dòng)生成原始記錄及證書報(bào)告，將檢測(cè)人員從繁瑣的重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)，大大地提高了工作效率，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了人工智能檢定。

圖7 檢定界面

圖8 報(bào)告處理界面