一种电子天平自动检定装置的制作方法

本发明涉及非自动衡器类设备计量检定领域，尤其涉及了一种电子天平自动检定装置。

背景技术：

电子天平主要用于物品质量的称重计量，广泛应用于贸易、环保、生物、化学、医疗等领域。电子天平的准确与否关系到上述领域相关应用的可信度和可靠性，因此必须对电子天平进行周期性的检定来保证电子天平的准确度水平。

目前，电子天平的检定基本都采用人工检定的形式，即电子天平检定员依据电子天平检定规程，用镊子夹取相应砝码，对电子天平进行示值误差、重复性误差、偏载误差的检定。但由于电子天平是一种量大面广的仪器，采用人工检定的方式给工作人员带来较大的工作量，同时由于人会疲劳，不同的人具有不同的工作方式，会给电子天平的检定带来较大的人为误差。因此，需要采用一种电子天平自动检定装置来代替人工检定，该电子天平自动检定装置可以对电子天平进行标准化的检定，在提高效率的同时，提高计量检定的准确性和一致性。

现有技术中，依据jjg1036《电子天平检定规程》用于电子天平全项目检定的自动化设备基本没有，但是有同属于非自动衡器的电子秤的自动化检定设备，如专利申请号为201420825003.4的专利。电子秤的自动化检定设备一般只能对单台电子秤的示值误差进行检定，其使用简单的加载结构，将首位相连的一串砝码，通过先接触先加载的方式把一串多个砝码依次加载到电子秤秤盘上面，对电子秤的示值进行检定。这种方式功能单一，砝码类型和加载方式固定，操作形式简单，不适用于电子天平的示值误差、偏载误差以及重复性误差的全项目检定。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中电子天平人工检定的工作繁复、非标准化，人为误差较大以及现有电子秤自动检定系统功能单一、加载方式固定的缺点，提供了一种电子天平自动检定装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种电子天平自动检定装置，包括机座、机械手和控制系统，机械手包括运动机构、爪夹和驱动装置，运动机构安装于机座上，爪夹安装于运动机构并通过运动机构的移动实现移动，驱动装置与爪夹连接并用于驱动爪夹实现夹持动作，控制系统与运动机构信号连接以用于控制运动机构运动，控制系统与驱动装置信号连接以用于控制驱动装置工作；

运动机构上还设有测距传感器和视觉系统，测距传感器与控制系统信号连接以用于检测爪夹与电子天平秤盘的距离，控制系统与视觉系统信号连接以用于电子天平识别定位以及计算电子天平检定所需参数。

机械手空间运动能力强，动作灵活，可以替代人工操作者，克服人工检定时由于人体疲劳或者不同操作者带来的人为误差。

作为优选，运动机构周向设置有操作平台，操作平台设置在机座上方，操作平台独立于机座和运动机构设置，操作平台上对应运动机构的位置设有开口，运动机构通过开口伸出操作平台。此时，当运动机构运动，操作平台不会受到运动机构和机座的影响，有助于保持放置在操作平台上的待检电子天平的平稳，减少误差。

操作平台具有能保证放置在其上的电子天平平稳、不受外界震动影响的重量、平面度和水平度，操作平台可以为大理石平台或金属平台。

作为优选，操作平台上还设有砝码支架和砝码，砝码放置在砝码支架上。

作为优选，砝码支架为多层阶梯结构，多层阶梯结构中每一层台阶均设有砝码放置槽，砝码放置槽用于放置砝码，砝码放置槽的直径大于砝码的外径，用于砝码的准确放置。

作为优选，砝码包括标准砝码或特殊砝码，标准砝码为根据标准生产的砝码，特殊砝码为根据爪夹夹持需要生产的砝码；特殊砝码为圆柱体，圆柱体一端设有凸块，圆柱体背离凸块的一端设有与凸块相配合的凹槽，一个特殊砝码的凹槽与另一个特殊砝码的凸块相配合，有利于特殊砝码叠合时的稳定，圆柱体侧壁设有环形凹槽，环形凹槽的截面为半圆形，便于爪夹夹持特殊砝码，不会滑落。

本发明采用视觉系统对电子天平进行识别定位，可以准确确定砝码在电子天平秤盘上的放置位置，从而可以适应多种不同型号，不同款式的多种电子天平。

作为优选，运动机构包括垂直多关节机械手或直角坐标式xyz桁架机械手。

作为优选，爪夹包括单爪夹、双爪夹或多爪夹，不同爪夹可以用于适应不同大小的砝码。

作为优选，驱动装置包括电机或气缸。

作为优选，视觉系统包括相机和光源，相机用于拍摄图像，光源用于提供相机拍摄时的照明，控制系统与相机信号连接以用于对相机拍摄的图像进行识别处理以及根据图像信息对电子天平检定所需参数进行计算，图像信息包括电子天平秤盘形状、位置及电子天平显示单元的读数信息。

电子天平检定所需参数包括，根据相机拍摄电子天平秤盘的形状，计算得到的电子天平进行重复性误差、示值误差以及偏载误差测试时，运动机构在电子天平秤盘上放置砝码的坐标位置信息。

控制系统还根据电子天平的相应型号规格、等级、量程以及分度值的信息，计算电子天平进行重复性误差、偏载误差、示值误差三个项目测试时应放置的砝码的质量和电子天平所属等级的三个项目测试所要求的误差限。

作为优选，测距传感器包括激光式测距传感器、雷达式测距传感器或位移式测距传感器，爪夹安装于运动机构并通过运动机构的移动实现移动，控制系统根据测距传感器反馈的高度信号自动控制运动机构，用于调节爪夹与电子天平秤盘的距离，以将砝码放置在电子天平秤盘上。

由于不同的电子天平秤盘高度不同，所以每次加载都要测量电子天平秤盘的高度。而砝码是放置在固定的位置的，高度固定，因此不用测量砝码的高度。

作为优选，还包括电气柜，控制系统设置在电气柜内。

作为优选，电气柜设置在机座内，电气柜作为配重，用于保持机械手运动时机座的平稳；或者电气柜与机座独立设置，机座作为配重，用于保持机械手运动时机座的平稳。

作为优选，控制系统包括机械手控制器、plc和工控机，机械手控制器、plc和工控机均设置在电气柜内；机械手控制器与运动机构信号连接以用于控制运动机构的运动；plc与驱动装置信号连接以用于控制驱动装置工作；plc与光源信号连接以用于控制光源的打开和关闭；工控机与相机信号连接以用于对相机拍摄的图像进行处理和计算；工控机与测距传感器信号连接，测距传感器检测爪夹与电子天平秤盘之间的高度，并将高度信号反馈到工控机，工控机根据反馈的高度信号自动定位电子天平秤盘位置；工控机内置工作流程以及视觉处理程序，用于检定电子天平的示值误差、重复性误差和偏载误差。

控制系统可以是基于桌面型电脑的控制系统，也可以是基于嵌入式的控制系统；控制系统依据电子天平检定规程控制机械手、视觉系统和测距传感器工作，对电子天平的示值误差、重复性误差、偏载误差进行检定。

本发明的工作原理如下：

将电子天平摆放到操作平台的指定工位上，在控制系统中通过外接人机接口输入电子天平的相应型号规格、等级、量程以及分度值的信息，控制系统通过上述信息计算电子天平进行重复性误差、偏载误差、示值误差三个项目测试时应放置的砝码的质量和电子天平所属等级的三个项目测试所要求的误差限。

计算完成后，运动机构运动到某一待检电子天平的正上方，本发明的电子天平自动检定装置通过测距传感器检测得到爪夹距离电子天平秤盘的高度，即放置砝码时相对于爪夹的落点高度；然后该装置通过相机拍摄电子天平秤盘的形状，并计算该形状的几何中心坐标和几何中心到秤盘边缘的距离。其中，几何中心，即为电子天平进行重复性误差、示值误差测试时，运动机构放置砝码的坐标位置；秤盘边缘距离几何中心二分之一处，即为进行偏载误差测试时，运动机构放置砝码的坐标位置，称为偏载位置。最后，本发明的电子天平自动检定装置进行相应的重复性误差、偏载误差和示值误差测试。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明采用机械手结合视觉系统对电子天平进行自动化检定，可以替代人工检定的方式，减少了工作量和人为误差，提高了工作效率和可靠性；此外，本发明的电子天平自动检定装置功能多样，可以依次对多台待检电子天平进行示值误差、重复性误差以及偏载误差全项目的自动化检定，满足了不同检定的需求。

相对于电子秤的检定方式，本发明的加载方式不固定，可以通过机械手灵活选择不同的砝码进行加载，而不是只能用一串固定的砝码进行加载；本发明采用不同质量的砝码组合，挑选符合检定规程要求的砝码对电子天平进行自动化检定，可以满足不同量程、不同准确度等级的电子天平的需要。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是砝码支架的结构示意图。

图3是特殊砝码的结构示意图。

图4是图3的a-a剖视图。

图5是机械手的结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—运动机构、2—电子天平、3—操作平台、4—机座、5—砝码、501—凸块、502—凹槽、503—环形凹槽、6—砝码支架、601—砝码放置槽、7—视觉系统、701—相机、702—光源、8—测距传感器、9—爪夹、10—电气柜、11—控制系统、12—驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种电子天平自动检定装置，如图1所示，包括机座4、机械手和控制系统11，机械手包括运动机构1、爪夹9和驱动装置12，运动机构1安装于机座4上，爪夹9安装于运动机构1并通过运动机构1的移动实现移动，驱动装置12与爪夹9连接并用于驱动爪夹9实现夹持动作，控制系统11与运动机构1信号连接以用于控制运动机构1运动，控制系统11与驱动装置12信号连接以用于控制驱动装置12工作；

运动机构1上还设有测距传感器8和视觉系统7，测距传感器8与控制系统11信号连接以用于检测爪夹9与电子天平2秤盘的距离，控制系统11与视觉系统7信号连接以用于电子天平2识别定位以及计算电子天平2检定所需参数。

机械手空间运动能力强，动作灵活，可以替代人工操作者，克服人工检定时由于人体疲劳或者不同操作者带来的人为误差。

运动机构1周向设置有操作平台3，操作平台3设置在机座4上方，操作平台3独立于机座4和运动机构1设置，操作平台3上对应运动机构1的位置设有开口，运动机构1通过开口伸出操作平台3。

此时，当运动机构运动，操作平台3不受运动机构1和机座4的影响，有助于保持放置在操作平台3上的待检电子天平2的平稳，减少误差。

操作平台3具有能保证放置在其上的电子天平2平稳、不受外界震动影响的重量、平面度和水平度，操作平台3可以为大理石平台或金属平台。

操作平台3上还设有砝码支架6和砝码5，砝码5放置在砝码支架6上。

如图2所示，砝码支架6为多层阶梯结构，多层阶梯结构中每一层台阶均设有砝码放置槽601，砝码放置槽601用于放置砝码5，砝码放置槽601的直径大于砝码5的外径，用于砝码5的准确放置。

如图3所示，砝码5为特殊砝码，特殊砝码为根据爪夹9夹持需要生产的砝码；特殊砝码为圆柱体，圆柱体一端设有凸块501，圆柱体背离凸块的一端设有与凸块501相配合的凹槽502，一个特殊砝码5的凹槽502与另一个特殊砝码5的凸块501相配合，有利于特殊砝码5叠合时的稳定，圆柱体侧壁设有环形凹槽503，环形凹槽503的截面为半圆形。

本实施例采用视觉系统7对电子天平2进行识别定位，可以准确确定砝码5在电子天平2秤盘上的放置位置，从而可以适应多种不同型号，不同款式的多种电子天平2。

如图5所示，运动机构1为垂直多关节机械手，具体型号为三菱rv-7f型7公斤负载的垂直6关节机械手；爪夹9为双爪夹。

驱动装置12为电机。

如图5所示，视觉系统7的具体型号为美国teledynedalsa工业视觉系统，觉系统7包括相机701和光源702，相机701用于拍摄图像，光源702用于提供相机701拍摄时的照明，控制系统11与相机701信号连接以用于对相机701拍摄的图像进行识别处理以及根据图像信息对电子天平2检定所需参数进行计算，图像信息包括电子天平2秤盘形状、位置及电子天平2显示单元的读数信息。

电子天平检定所需参数包括根据相机拍摄电子天平秤盘的形状，计算得到的电子天平进行重复性误差、示值误差以及偏载误差测试时，运动机构在电子天平秤盘上放置砝码的坐标位置信息。

控制系统11还根据电子天平2的相应型号规格、等级、量程以及分度值的信息，计算电子天平2进行重复性误差、偏载误差、示值误差三个项目测试时应放置的砝码5的质量和电子天平2所属等级的三个项目测试所要求的误差限。

测距传感器8为激光式测距传感器，具体型号为美国banner公司的高精度激光测距传感器，爪夹9安装于运动机构1并通过运动机构1的移动实现移动，控制系统11根据测距传感器8反馈的高度信号自动控制运动机构1，用于调节爪夹9与电子天平秤盘的距离，以将砝码5放置在电子天平秤盘上。

还包括电气柜10，控制系统11设置在电气柜10内。

电气柜10设置在机座4内，电气柜10作为配重，用于保持机械手运动时机座4的平稳。

控制系统11包括机械手控制器、plc和工控机，机械手控制器、plc和工控机均设置在电气柜10内；机械手控制器与运动机构1信号连接以用于控制运动机构1的运动；plc与驱动装置12信号连接以用于控制驱动装置12工作；plc与光源702信号连接以用于控制光源702的打开和关闭；工控机与相机701信号连接以用于对相机701拍摄的图像进行处理和计算；工控机与测距传感器8信号连接，测距传感器8检测爪夹9与电子天平2秤盘之间的高度，并将高度信号反馈到工控机，工控机根据反馈的高度信号自动定位电子天平2秤盘位置；工控机内置工作流程以及视觉处理程序，用于检定电子天平2的示值误差、重复性误差和偏载误差。

控制系统11可以是基于桌面型电脑的控制系统，也可以是基于嵌入式的控制系统；控制系统11依据电子天平检定规程控制机械手、视觉系统7和测距传感器8工作，对电子天平2的示值误差、重复性误差、偏载误差进行检定。

本实施例的工作原理如下：

将电子天平2摆放到操作平台3的指定工位上，在控制系统11中通过外接人机接口输入电子天平2的相应型号规格、等级、量程以及分度值的信息，控制系统11通过上述信息计算电子天平2进行重复性误差、偏载误差、示值误差三个项目测试时应放置的砝码质量和电子天平2所属等级的三个项目测试所要求的误差限。

计算完成后，运动机构1运动到某一待检电子天平2的正上方，本实施例的电子天平自动检定装置通过测距传感器8检测得到爪夹9距离电子天平2秤盘的高度，即放置砝码5时相对于爪夹9的落点高度；然后该装置通过相机701拍摄电子天平2秤盘的形状，并计算该形状的几何中心坐标和几何中心到秤盘边缘的距离。其中，几何中心，即为电子天平进行重复性误差、示值误差测试时运动机构放置砝码5的坐标位置；秤盘边缘距离几何中心二分之一处，即为进行偏载误差测试时，运动机构放置砝码5的坐标位置，称为偏载位置。

最后，本实施例的电子天平自动检定装置进行相应的重复性误差、偏载误差和示值误差测试：

(1)重复性误差测试：运动机构1根据计算得到的重复性误差测试时应放置的砝码5质量，移动到砝码支架6上方，用爪夹9夹取重复性误差测试所需的相应质量的砝码5，将砝码5放置到电子天平2秤盘的几何中心坐标处进行6次重复性测试；

(2)偏载误差测试：运动机构1根据计算得到的偏载误差测试时应放置的砝码5质量，移动到砝码支架6上方，用爪夹9夹取偏载误差测试所需的相应质量的砝码5，将砝码5放置到电子天平2秤盘的偏载位置坐标处进行5个位置的偏载测试；

(3)示值误差测试：运动机构1根据计算得到的示值误差测试时应放置的系列砝码质量，移动到砝码支架6上方，用爪夹9从小质量到大质量依次夹取系列砝码中的各个砝码5，将砝码5从低到高叠放到电子天平2秤盘的几何中心，叠放完成后，再依次把各个砝码从高到低取回至砝码支架6。测试到此结束，运动机构复位。

进行重复性误差测试、偏载误差测试、示值误差测试过程中，在爪夹9将砝码5放置到电子天平2秤盘相应位置后，电子天平2的显示区域会显示相应读数，待读数稳定后，相机701拍摄并记录测试值，同时存入控制系统，在测试结束后，判断测试值是否超差。如果有超差，则判断电子天平2不合格，反之，则合格。

实施例2

同实施例1，所不同的是，本实施例的运动机构1为直角坐标式xyz桁架机械手；测距传感器8为雷达式测距传感器。

实施例3

同实施例1，所不同的是，本实施例的爪夹9为多爪夹，砝码5为标准砝码，标准砝码为根据标准生产的砝码；测距传感器8为位移式测距传感器。

实施例4

同实施例1，所不同的是，本实施例的驱动装置12为气缸，爪夹9为单爪夹；机座4作为配重，用于保持运动机构运动时机座的平稳，电气柜10与机座4独立设置。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。