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大量块智能化检定系统设计研究

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  • 发布时间:2014-09-15
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量块是长度的计量基矗用量块对计量仪器、量具等示值误差进行检定 ,可以使机械加工中各种尺寸溯源到长度基准,而拥有-套先进的量块检定系统是溯源准确的关键。目前,国内量块检定机构对小于100 1TLrI2的三等量块均能进行智能化检测,但大于 100 mm的只能使用人工读数检测。传统的大量块比较仪,测量结果直接从度盘指针上读取,这就很难保证读数精度,工作环境的微小变化都将对测量结果产生重要影响,并且操作也不方便。本文在传统的机械式测量方法上进行进-步的研究,拟采用高精度的位移传感器和计算机取代测长机的光学读数部分 ,利用传感器、测量支架、计算机、测长机组合成- 套能实现大量块长度检定智能化的测量系统。

1 设计思想及结构分析量块测量方法有直接测量法和比较测量法,对于工作用量块使用的是比较测量法。大量块测量的智能化检定系统 由位移传感器、计算机、专用测量支架、测长机等部分构成,采用比较测量法实现量块的检定。

本系统利用测量支架 ,把位移传感器安装到测长机的导轨上,利用计算机来实现数据处理,组成-套 100 1Tin2以上的三等量块智能测量系统。测量支架应是可调的,以方便把传感器调节到与测长机的尾管同轴,使测量轴线与测长机尾管测量轴线的同轴度不大于0.2 ITfn,将标准和被测大量块(1001 000 mm)安装在传感器和尾管测头之间,利用测长机的可调工作台把标准量块与被测量块分别与传感器接触,传感器对量块进行采样 ,并把数据存储到计算机,相应的软件对采样数据进行处理,处理完成后 自动编制检定记录。

1.1 传感器量块比较测量的特点是距离极小,但精度要求极高,特别是在高等级量块的比较测量中,传感器测量应用的 2个点间的距离(标准量块和被测量块之间的长度差)极校在 比较测量量块时,电感式传感器由溯源标准器(高等级量块)带来的误差可以比溯源标准器本身的不确定度小-两个数量级。由于电感式传感器的特点与检定量块工作的特点吻合,所以选用电感式位移传感器。通过对市面上电感式位移传感器的性能指标进行分析 ,结合柳州市计量所的实际情况,确定选择北京珍宝公司生产的 ZO.5-28P型位移传感器,性能指标如下:测量范围为 0.2 rnln,稳定性为 0.02 m,准确度为(O.020.05A)gm。

1.2 A/D转换器本文所论述的量块智能检定系统数据用 -7423 12位 16路光隔A/D转换板进行采集。-7423 A/D转换芯片采用高性能的 1764,具有 100 kHz转换速率,自带采样保持、参考电源等功能。外部模拟量信号经过 A/D转换后的数字量与计算机接130口之间采用光电隔离芯片,确保本板 D转换的高可靠性和对计算机的安全性。板上带有 DGDC隔离电源拈,用户无需从外部接入电源。-7423模拟量输入信号由25芯 D型孔头接入,可输入单端 16路模拟量信号,信号输入范围广,通过改变跳线器就可选择不同的电压范围。本板占用 4个 I/O端口地址,用查询或中断方式工作或外同步触发启动 A/D转换器工作。

1.3 测长机测长机是精密度较高的光学机械长度计量仪器,可对各种工件作内外尺寸直接测量和 比较测量 ,适用于厂矿企业、科研单位,国家各检定机关的计量部门和实验室。其用于直接测量精密量具,如千分尺校对杆,并可借助高-等级的量块以比较法检定低-等级的量块和测量其他精密零件。

1.4 专用支架专用支架主要用于安装传感器。 28 mm的孔用来安装位移传感器,支架的纵向运动依靠滑板沿底座导轨面滑动来实现,移动支架或测长机尾座可以调整传感器测头与尾管测头的距离 ,旋紧十字胶木螺钉 ,可将支架固紧在导轨任-位置上,实现不同尺寸量块的检定;转动手轮支架可作上下运动,旋转滚花螺母支架可作横 向运动,粗调传感器测头与尾管测头 同轴,借助尾管的螺钉调节可以使尾管测头与传感器测头准确同轴。

2 系统实现本智能化检定系统的控制核心是计算机,直接控制测头的工作,实时测量数据,并对数据进行存储、分析,判定量块的检定结果。本系统测量软件是基于 rland C集成开发环境开发的。

本系统测量软件具有系统设置、实时显示、校对、测量、存储、数据处理、打英历史查询 8个拈,功能强大,运行流畅。

各个拈功能如下 :(1)系统设置拈:设置标准量块和被测量块的类型和信息。(2)实时显示拈:能实时显示测头类型、位置及量块测量状态。(3)校对拈 :能根据数值输入标准量块,并能根据输入被检量块的数值或范围,自动提示标准量块按照输入校对次数进行校对。(4)测量拈:根据提示采集标准量块,然后依次采集被检量块的各个数据 ,可以按照设定的顺序依次检定每个 量块,也可 以选择性地对 某量块进行 测量。

(5)存储拈:保存量块的信息,包括标准量块的编号、制造厂、不确定度、检定有效期和被检量块的委托单位、制造厂、规格、编号、证书(记录)号、检定依据、检定员、检定环境温度 、湿度等信息。(6)数据处理拈:能显示量块定级评定的图标、数据等依据,其中数据依据可修改编辑 ,得到的测量结果包括量块标称值、长度、长度变动量、长度稳定性、平面度、研合性等,并对检定结果进行自动评定。(7)打印拈:能实时打开、保存文件,按模板生成证书,证书包括送检单位、证书号、标准量块和被检量块的基本信息、调入检测数据、检测环境温度、湿度、检定时间等信息,可添加证书内页、打印 Word格式的附件,可进行打印预览、重复编辑、打樱(8)历史查询拈:能对历史记录进行查询和显示。

3 实验分析在重复性条件下,依据国家计量检定规程 JJG146-2OlI《量块》的要求进行重复性实验。为了对比验证大量块检定系统的切实可行,使用本系统测量送 中国测试技术研究院检定 回来的量块,比较两者检定结果的-致性 ,进行比对实验。

3.1 重复性实验取 500 mm量块,置于比较仪上进行 1O次独立 的重复测量,测量值为:0.10 m,0.10 m,0.10 m,0.10 m,O.09 m,0.10 m,O.07 m,O.07 m,0.06 m,0.05 m。最大值与最小值之差为 0.05 m,计算其单次测量的标准差a(A1)-19.6 nm。二等量块装置检定三等量块时,500 mil量块测量不确定度分量为 107.2 nm。标准差 d(AI)-19.6 nm,小于 107.2 nm,测量重复性符合要求。

3.2 比对实验本次比对实验将中国测试技术研究院对三等准确度水平的量块中心长度报告检定结果(z)与本实验室对三等准确度水平的检定结果 (X)进行 比较,依据 JJG146-2011(量块》规定,遵循 GB/TI5483.1-1999《利用实验室间比对 的能力验证 》E值原则进行实验室三等量块的校准能力判定。当 E≤1时,判s ne.;vu Fen×-: 量坌堑定为合格;当E>1,则判定为不合格。

首先由本实验室对 125 mm和 500 mm量块进行测量,然后送中测院进行测量,得到的测量值为 0.08 m和 0.18 m,最后样品返回本实验室再次测量。检定结果取 2次测量的平均值,本实验室检定值分别 为 0.10肛m 和 0.09 m。遵循GB/T15483.1-1999《利用实验室间比对的能力验证》E 值原则,将本次测量结果与中国测试技术研究院结果进行不确定度比对,E 值均小于1,说明本测量系统方案切实可行。

4 结语伴随着计算机技术的发展,将量块 比较仪和计算机相结合,计算机大量块比较仪设计思想就应运而生。本系统着眼于量块的比较测量法,通过对测长机的功能扩展和改造,构建了柳州市计量所二等量块检定三等量块的装置。

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