1 000 Nm参考式扭矩校准装置

2018-11-19上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2018年5期

/ 上海市计量测试技术研究院

0 引言

近年来，伴随着现代制造业的发展以及产品质量的提升，一些物理参数在过程化控制中扮演着越来越重要的角色。随着大量扭矩测量仪的投入使用，扭矩这一参数的计量也越来越受到从业人员的重视。为了验证各种各样扭矩测量仪的准确性和可靠性，上海市计量测试技术研究院研制了一款参考式扭矩校准装置。

尽管参考式扭矩校准装置的构造大同小异，但可以通过软件的控制，使其操作更便捷，使用更简单，检测过程更具效率。经由多功能模块输出一个恒定的标准扭矩，结合PLC控制电路识别扭矩的加载状态，并判断是否对扭矩进行加载或保持；同时，通过图像处理软件实现装置的自动对中功能，从而克服人工对中的困难和降低由此产生的不准确性。

1 技术指标

测量范围：50～1 000 Nm；不确定度：0.3%。

2 装置的构成

本装置由主体框架和控制系统组成。

2.1 主体框架

装置框架的主要部分如图1所示。

为防止实验过程中装置变形，以及确保整体结构的安全性和高强度，装置的所有部分包括平台、横梁、导轨、立柱、丝杠和气阀等，都应经过周密的设计计算和仔细的筛选。

2.2 控制系统

控制系统包括专用软件、电脑、手动编码器、触摸屏、多通道信号采集装置、标准方形分度盘、工业摄像头与PC摄像头。其中，工业摄像头与PC摄像头用以控制图像的计算。所有加载的过程和位置的计算都有专业的软件自动准确地完成。运用这套控制系统，装置的操作过程变得更为方便有效。

图1 装置框架的主要部分

2.3 对扭矩信号的分析和处理

扭矩信号的分析和处理过程如图2所示。

在额定的工作激励电压下，对应变式扭矩传感器施加一个额定的扭矩值，会输出一个相应的模拟信号，精密的A-D转换器会将其转换为数字信号。高速信号采集卡和特殊的数据管理卡会采集信号并增强其分辨力，并通过特定的转换和计算，将相应的扭矩值传达给控制系统。同时，数据处理软件会根据传感器的线性进行相应的调整和补偿，并通过PID(比例积分微分法)强化对当前输出扭矩和设置扭矩值的比较计算。最终，通过交互协议直接反馈至加载的驱动电机，从而达到持续加载直至目标扭矩值。

图2 扭矩信号的分析和处理过程

3 关键技术

3.1 原理

装置工作原理见图3。

3.2 对中的图像处理程序

结合安装于测量轴系中的300万像素工业摄像头、由LABVIEW编译的软件以及其他图像处理技术，该装置可以扫描标准方块标度盘（对中心配件）的位置，调整连接件的空间角度，继而对目标进行对焦。由于加载夹头与标度盘的间隙仅有0.02 mm，并且系统有可能忽略因转矩产生的轴倾角对系统的影响，系统将作为目标的2×2 mm的方形区域等分成2 236×2 236个部分进行控制，因此即使不作数据上的调整和人为操控，装置仍可保持在1μm以下的极高的定位精度。