摘要:介紹了一種適用于生產(chǎn)線的稱重傳感器自動檢測系統(tǒng).該系統(tǒng)使自動化檢測過程代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動操作檢測過程,提高了檢測效率.系統(tǒng)使用可編程控制器(plc)控制機械手完成壓力加載過程,利用工控機通過高精度采集卡采集32路傳感器的輸出電壓數(shù)據(jù),并開發(fā)了專用軟件用于自動判斷檢測結(jié)果.該自動檢測系統(tǒng)集高精度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、搬運機械手控制功能于一身,避免了人為誤差,實現(xiàn)了傳感器檢測流程的自動化.

　　　關鍵詞:稱重傳感器;高精度a/d采集卡;自動檢測

稱重傳感器是當前應用最為廣泛的稱量器件之一.隨著科技的發(fā)展,對工業(yè)衡量、稱量技術和器材的要求日漸提高,在稱重傳感器的生產(chǎn)過程中,其精確度的檢測變得越來越重要.傳統(tǒng)的檢測方法是使用高精度萬用表測量稱重傳感器的輸出電壓,再由人工記錄檢測數(shù)據(jù),操作復雜而且速度慢、誤差大.本文介紹的稱重傳感器高精度自動檢測系統(tǒng),使用可編程控制器(plc)控制機械手完成檢測過程中的壓力加載和卸載動作,并利用工控機通過高精度數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù),能高速檢測32路稱重傳感器的輸出電壓,實現(xiàn)了稱重傳感器檢測過程的自動化.

1高精度稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)設計原理

1.1稱重傳感器的測試原理
稱重傳感器的測試流程如圖1所示.稱重傳感器的電壓輸出范圍為0～30mv.檢測標準主要有:未受力的零點電壓u₀≤5mv;20min前后輸出電壓變化范圍和受力過程中最大電壓和最小電壓變化不超過0.006mv,即u_oe-u₀≤0.006mv,u_max-u_min≤0.006mv;受力過程中輸出電壓每間隔5min的變化不超過0.003mv.整個測試過程中所有輸出電壓符合以上測試標準,則說明傳感器精確度達到要求,性能良好;否則,傳感器不能準確反映出所受壓力,線性誤差大,傳感器不合格.

1.2稱重傳感器檢測數(shù)據(jù)分析
在傳統(tǒng)檢測中,通常使用高精度萬用表測量傳感器的輸出電壓,工作人員讀表記錄數(shù)據(jù).其最大缺點是每次只能讀取一支傳感器的數(shù)據(jù),而且每次切換測試機臺時,萬用表需要3s的穩(wěn)定時間才能讀數(shù),記錄數(shù)據(jù)需要1s時間.導致結(jié)果產(chǎn)生很大的時間誤差,進而影響了合格品的判定.例如當讀取u₅時,1號機臺讀取到的是1號傳感器5min時的精確值,而讀到32號機臺時,實際時間已經(jīng)進行到了(3s+1s)×32路+5min=422s,也就是說32號機臺上的傳感器的u5并不是5min時的電壓,而是422s的電壓.從第1路到第32路,產(chǎn)生了122s的時間誤差.稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)使用多路數(shù)據(jù)采集卡,可將每路輸出電壓的平均讀取時間降低到幾秒鐘之內(nèi),解決了傳統(tǒng)檢測中的時間誤差問題.


圖1稱重傳感器測試流程圖

由測試標準可以看出,稱重傳感器的輸出模擬信號變化范圍較小,模數(shù)轉(zhuǎn)換(a/d)精度較高,為1μv(10^-6v).因此,必須使用高精度及性能穩(wěn)定的a/d采集卡,a/d分辨率位數(shù)x由2^x≥1/10^-6解得x≥19.93.即采集卡的a/d分辨率位數(shù)要在20位以上.因此選用24位的高精度采集卡可滿足稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)的檢測需要.

1.3對稱重傳感器的加載壓力與卸載壓力過程
對傳感器加載和卸載壓力是整個檢測過程中必不可少的工作程序.如果使用人工施力和卸力,操作費時費力,而搬運機械手能模擬人手臂的部分動作,按照設定的程序?qū)来a進行抓取、搬運操作,不受砝碼重量的限制,能在短時間內(nèi)自動完成加載和卸載過程.機械手的移動使用電磁閥驅(qū)動氣缸來實現(xiàn),其操作是加載時將砝碼搬至傳感器測試機臺上,卸載時將砝碼搬回原處.搬運機械手加載壓力的工藝流程如圖2,圖中的小方塊代表各個方向的限位開關,當機械手移動時遇到限位開關停止當前的運動,進行下一步的運動.1)～8)是加載壓力過程中搬運機械手的運動步驟.卸載壓力過程的機械手運動類似.

圖2壓力加載流程示意圖

1.4檢測數(shù)據(jù)的處理
稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)能一次對32路機臺同時進行檢測,30min內(nèi)完成全部檢測過程,生產(chǎn)線統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,一天的檢測數(shù)據(jù)超過400個記錄,一年的檢測數(shù)據(jù)約10萬條.本系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理龐大的檢測數(shù)據(jù),可以對檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)組合查詢、合格率統(tǒng)計,或?qū)⒉樵兊慕Y(jié)果打印成報表輸出.

2稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)設計

2.1稱重傳感器檢測系統(tǒng)硬件選擇
工業(yè)現(xiàn)場比較容易存在粉塵、高溫、潮濕、噪聲、沖擊、振動、各種電磁信號干擾、輻射、腐蝕,要求計算機必須能長期、無故障地連續(xù)運行,一旦發(fā)生故障,能較快地修復.工控機能提供多個板卡插槽,其較高的防磁、防塵、防沖擊、抗干擾能力,滿足了工業(yè)生產(chǎn)對系統(tǒng)運行的高穩(wěn)定性的要求.因此本系統(tǒng)選用研華工控機作為自動檢測系統(tǒng)主機.

系統(tǒng)需同時檢測32路傳感器的輸出電壓,而高精度高分辨率采集卡的數(shù)據(jù)采樣通道一般為4路,系統(tǒng)選用8塊雙諾公司生產(chǎn)的pci總線系列a/d采集卡ac6040,該采