婁盈豐，張良

(杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

一個(gè)成品輪胎是由十多個(gè)制品部件在成型機(jī)上貼合成型，通過(guò)硫化機(jī)在一定的時(shí)間內(nèi)施加一定的壓力和溫度制作而成。輪胎的質(zhì)量大小會(huì)直接影響輪胎使用中的油耗，組成輪胎的各個(gè)部件都有重量的要求，通過(guò)對(duì)單個(gè)制品部件的質(zhì)量控制，來(lái)保證輪胎產(chǎn)品重量的質(zhì)量控制要求。其中胎面制品部件的重量占整個(gè)輪胎重量三分之一，控制好胎面制品重量尤為重要，因此在胎面生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)線中均會(huì)配套安裝胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤。胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤能對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的胎面制品進(jìn)行稱量并進(jìn)行重量符合性的判斷。

胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤可以對(duì)連續(xù)生產(chǎn)中重量不相同的胎面制品進(jìn)行重量檢測(cè)，并按照設(shè)定的重量等級(jí)進(jìn)行自動(dòng)分類，分揀出重量不合格的胎面避免流入下一道工序。但是由于動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤是安裝在現(xiàn)場(chǎng)的胎面生產(chǎn)線中，胎面生產(chǎn)線的運(yùn)行速度、周邊環(huán)境的溫度變化、地面振動(dòng)、空氣氣流等一系列因素都會(huì)對(duì)胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤的稱量準(zhǔn)確度帶來(lái)負(fù)面影響。本文將以FCS-50型胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤作為研究對(duì)象，介紹動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤的對(duì)比校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)采用的標(biāo)準(zhǔn)器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理方法、以及測(cè)量結(jié)果的不確定度分析[1]。

1 校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器

胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤對(duì)比校準(zhǔn)主要采用了以下標(biāo)準(zhǔn)器：量程為30 kg的精度為萬(wàn)分之一的電子秤1臺(tái)，M1精度等級(jí)的（1 mg~2 kg）標(biāo)準(zhǔn)砝碼1組和單個(gè)重量5 kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼10個(gè)和20 kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼1個(gè)[2]。

同時(shí)配備自制標(biāo)準(zhǔn)胎面1條。用量程為30 kg精度為萬(wàn)分之一的電子秤對(duì)準(zhǔn)備的自制標(biāo)準(zhǔn)胎面進(jìn)行10次測(cè)量，10次測(cè)量結(jié)果的平均值為17.296 kg，將測(cè)量得到的平均值作為自制胎面重量的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法[3]

2.1 分選秤外觀和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性檢查

FCS-50秤體外形結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，長(zhǎng)L2=4 200 mm，寬W3=800 mm，高H2=850 mm。檢查上電后稱重控制顯示儀面板按鈕正常有效，測(cè)量顯示值正常，顯示屏上字體顯示無(wú)筆畫(huà)缺失。秤體外觀無(wú)變形、各類安全防護(hù)板完整齊全，電機(jī)運(yùn)行正常無(wú)異響，滾筒軸承處潤(rùn)滑充分，連續(xù)運(yùn)行30 min傳送帶無(wú)跑偏現(xiàn)象。

圖1 秤體外形結(jié)構(gòu)尺寸

2.2 分選秤靜態(tài)相對(duì)誤差測(cè)試

接通電源開(kāi)機(jī)上電，此時(shí)保持分選秤的皮帶保持靜止?fàn)顟B(tài)，稱重顯示儀表進(jìn)行自檢，自檢成功后，測(cè)試人員操作稱重顯示儀表面板的清零按鈕使儀表顯示零，觀察零位顯示穩(wěn)定后。采用陸續(xù)加載5 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼到滿量程，再陸續(xù)減少5 kg卸載到零的方法進(jìn)行秤臺(tái)的靜態(tài)稱量測(cè)定。按照加載和卸載的流程，分別在秤臺(tái)的兩側(cè)和居中位置點(diǎn)各測(cè)量3次。每一個(gè)位置點(diǎn)加載卸載測(cè)量所得的顯示值與放置的標(biāo)準(zhǔn)砝碼重量值作對(duì)比，以對(duì)比的差值不超過(guò)0.1%F·S作為靜態(tài)相對(duì)誤差是否符合的條件。

2.3 分選秤空秤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)零位波動(dòng)測(cè)試

分選秤正常運(yùn)行時(shí)，是由皮帶傳動(dòng)輸送胎面經(jīng)過(guò)分選秤，由于皮帶傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)影響稱重傳感器受力變化。該測(cè)試主要是判斷分選秤傳動(dòng)皮帶工作時(shí)，對(duì)分選秤測(cè)量值的影響是否超過(guò)允許的范圍。開(kāi)動(dòng)電機(jī)使皮帶傳送開(kāi)始工作，秤臺(tái)傳送皮帶平穩(wěn)運(yùn)行運(yùn)行3 min，運(yùn)行期間觀察空秤狀態(tài)下零位數(shù)值的波動(dòng)應(yīng)不超過(guò)2e。

2.4 分選秤測(cè)量時(shí)動(dòng)態(tài)均方誤差

用同一條自制標(biāo)準(zhǔn)重量的胎面作為標(biāo)準(zhǔn)器，胎面重量17.296 kg作為標(biāo)準(zhǔn)值，分選秤穩(wěn)定運(yùn)行在一定的輸送速度，通過(guò)對(duì)自制標(biāo)準(zhǔn)胎面在分選秤上進(jìn)行連續(xù)20次的重量檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)計(jì)算這20次測(cè)量值的均方誤差，動(dòng)態(tài)均方誤差不應(yīng)超過(guò)0.2%F·S，視為分選秤符合動(dòng)態(tài)稱量要求。

2.5 分選秤稱量穩(wěn)定性誤差

調(diào)好空秤零點(diǎn)之后，加上最大秤量的負(fù)荷50 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼并記錄顯示值，然后保持標(biāo)準(zhǔn)砝碼在秤臺(tái)傳送皮帶上保持靜壓30 min，每隔5 min觀測(cè)稱重顯示儀的顯示值并記錄，在30 min之內(nèi)，計(jì)算記錄的顯示值之差，其顯示值的最大變差應(yīng)不超過(guò)2e。間隔24 h后，重復(fù)以上過(guò)程，計(jì)算其本次顯示值與前一次相對(duì)應(yīng)的示值最大變差應(yīng)不大于2e。

以上各項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容是判斷分選秤稱量準(zhǔn)確性是否合格的必要條件，如未能達(dá)到以上規(guī)定測(cè)試內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，就無(wú)法基本保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。需要對(duì)分選秤進(jìn)行整體的問(wèn)題排查和解決處理[4]，解決問(wèn)題可以通過(guò)更換稱重傳感器、整理信號(hào)傳輸線路、對(duì)傳送皮帶的張緊力進(jìn)行調(diào)整、對(duì)秤體擺放水平度進(jìn)行測(cè)試調(diào)整、更換或調(diào)整傳動(dòng)部位機(jī)械連接件、更換或調(diào)整稱重傳感器與秤臺(tái)之間的連接件、重新對(duì)分選秤進(jìn)行標(biāo)定等等措施。通過(guò)逐一排查解決問(wèn)題后重新按照校準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試，保證分選秤的測(cè)量基本要求。

3 重量示值誤差數(shù)學(xué)模型

ΔE：胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤示值誤差；

m：胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤示值；

mt：標(biāo)準(zhǔn)胎面質(zhì)量值；

靈敏系數(shù)：cm=1，cmt=-1，

4 重量示值誤差不確定度分析

重量示值測(cè)得值的不確定度來(lái)源有以下三個(gè)方面。一是標(biāo)準(zhǔn)砝碼固有誤差引入的不確定度；二是分選秤示值引入的不確定度（示值誤差又從分辨力、重復(fù)性、偏載三方面引起）；三是環(huán)境因素引入的不確定度（分別由溫差影響、空氣對(duì)流影響引起）。接下來(lái)分別進(jìn)行介紹以上引入的不確定度。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的不確定度

分選秤的投入使用前標(biāo)定采用M1等級(jí)的20 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼。市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院根據(jù)JJG99-2006《砝碼檢定規(guī)程》方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定，給出M1等級(jí)的20 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定證書(shū)，檢定證書(shū)結(jié)果表示該標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度μ為1 g，通常包含因子k取2，則標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的不確定度為：

4.2 分選秤示值引入的不確定度

(1)稱重顯示儀分辨力引起的不確定度

分選秤的稱量結(jié)果是以數(shù)字的方式顯示，該分選秤稱重顯示儀的分辨力d=10 g，由分辨力引起的不確定度分量采用B類評(píng)定，假設(shè)可能值服從均勻分布，查表得按照J(rèn)JF1059.1-2012規(guī)定數(shù)字儀器分辯力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是二分之一分辨力除k，則分辨力引入的不確定度為：

(2)測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度

重復(fù)性是在盡量短的時(shí)間間隔內(nèi)完成重復(fù)的測(cè)量任務(wù)，重復(fù)測(cè)量主要是在保持標(biāo)準(zhǔn)器、人員、環(huán)境，操作方法都完全相同的條件下進(jìn)行，本次重復(fù)性測(cè)量以17.296 kg標(biāo)準(zhǔn)胎面作為被測(cè)量物，分選秤傳送皮帶穩(wěn)定在25 m/min的速度下，由同一位測(cè)試人員，在重復(fù)性條件下連續(xù)不間斷的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)胎面的重量6次，稱量所得數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)胎面重復(fù)性測(cè)試稱量值數(shù)據(jù) kg

該不確定度分量與分選秤的測(cè)量顯示值變動(dòng)有關(guān)，測(cè)量的重復(fù)性誤差為Δ=Imax-Imin，重復(fù)性引起的不確定度分量采用極差法公式計(jì)算獲得，則測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度為:

(3)偏載引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

胎面擠出生產(chǎn)線分選秤的外形尺寸是固定不變的，但因?yàn)楦鞣N胎面的外形尺寸是不一樣的，每一次的胎面規(guī)格不一樣，每一次胎面經(jīng)過(guò)在分選秤秤臺(tái)皮帶面的位置也是不一樣的，而且是隨機(jī)分布。為了模擬胎面在的不同位置的稱量值，稱量采用標(biāo)準(zhǔn)胎面作為標(biāo)準(zhǔn)器，用標(biāo)準(zhǔn)胎面從A-B的不同位置進(jìn)行測(cè)試，如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)胎面放置的不同位置

標(biāo)準(zhǔn)胎面在每一個(gè)位置分別稱量一次，分10次進(jìn)行稱量，稱量位置要在AB之間均勻分布，得到在不同位置的稱量值，稱量示值結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)胎面偏載測(cè)試稱量值數(shù)據(jù) kg

測(cè)量數(shù)據(jù)的平均偏差為：

采用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

則偏載引入的平均值標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 環(huán)境因素引入的不確定度

(1)溫度變化溫差引入的不確定度

分選秤作為胎面擠出生產(chǎn)線一個(gè)組成部分，胎面生產(chǎn)的車間里沒(méi)有恒溫恒濕的工藝條件要求，因此隨著一年里不同季節(jié)的氣溫變化和車間生產(chǎn)負(fù)荷的變化，生產(chǎn)車間環(huán)境溫度會(huì)有高低起伏的波動(dòng)，根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)溫的結(jié)果，四季中車間安裝分選秤的區(qū)域內(nèi)環(huán)境溫差最大可達(dá)到35 ℃，車間環(huán)境溫度的變化會(huì)影響稱重傳感器的輸出量，根據(jù)稱重傳感器靈敏度溫度系數(shù)不大于0.08%F·S/100 ℃的技術(shù)參數(shù)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)溫度影響為等概率地落在區(qū)間內(nèi)，即均勻分布，則溫差引入的不確定度為:

(2）空氣對(duì)流引入的不確定度

輪胎胎面部件制造的過(guò)程中，會(huì)有一定的煙氣產(chǎn)生彌漫在車間內(nèi)，為了保證生產(chǎn)車間的環(huán)境符合職業(yè)衛(wèi)生的標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對(duì)彌漫煙氣進(jìn)行收集和凈化處理，煙氣收集過(guò)程中會(huì)形成車間中的空氣對(duì)流，空氣對(duì)流過(guò)程中勢(shì)必對(duì)分選秤的秤臺(tái)面有風(fēng)壓的影響。分選秤在靜態(tài)狀態(tài)下，車間從不開(kāi)通排風(fēng)設(shè)施到開(kāi)通排風(fēng)設(shè)施的條件下，分選秤顯示的示值最大變化0.02 kg，則空氣對(duì)流引入的不確定度為:

以上各種分項(xiàng)不確定度互不相關(guān)，則胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤的合成不確定度為:

胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤的擴(kuò)展不確定度為:

5 結(jié)論

本文介紹的此類胎面動(dòng)態(tài)連續(xù)分選秤在輪胎制造企業(yè)被廣泛使用，但是由于其使用的工況相對(duì)比較復(fù)雜，如前面介紹的例子，影響因素較多，如果不對(duì)影響因素進(jìn)行分析并加以控制，所得的稱量顯示結(jié)果可能與實(shí)際重量值偏差較大。為了保證分選秤稱量的準(zhǔn)確性，一般需要縮短常規(guī)的校準(zhǔn)周期，校準(zhǔn)周期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況一般可以定在一周到一個(gè)月，這里介紹了一種比較簡(jiǎn)單實(shí)用可操作的校準(zhǔn)方法。同時(shí)對(duì)采用該種測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行了分析，分析結(jié)果供大家參考，從不確定度分析情況來(lái)看，應(yīng)考慮如何更好地去解決秤體自身運(yùn)行中振動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)要改善環(huán)境以便減少惡劣環(huán)境對(duì)分選秤運(yùn)行的影響。另外隨著輪胎企業(yè)智能制造工作的不斷推進(jìn)，為了穩(wěn)定的控制終端產(chǎn)品的質(zhì)量，需要通過(guò)對(duì)胎面制品進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，將實(shí)時(shí)測(cè)量得到的重量結(jié)果數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重量進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，對(duì)比的重量差異作為生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)參數(shù)去參與控制，實(shí)時(shí)的調(diào)整胎面生產(chǎn)線的壓出速度。以便得到符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重量的合格胎面制品。所以要求分選秤能有較高的保證能力為產(chǎn)品質(zhì)量控制提供精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。