摘要：砝码是复现质量单位的实物量具，在计量检定、校准机构作为计量标准使用，需定期进行检定保证砝码的量值可溯源至国家基准，准确度等级满足使用的要求。砝码检定过程中必需执行JJG99-2006《砝码检定规程》，为解决砝码检定工作量较大，检定结果易受人为因素影响的问题，此套全自动砝码检定装置通过采用一套自动加载装置匹配多台质量比较器实现砝码的全自动检定。实现了砝码从检定、到数据处理、出具检定记录等全过程的智能化操作，提高了砝码检定的准确性和检定效率。

关键词：砝码、自动检定、质量比较器

1 引言

砝码是统一质量单位的依据，砝码通过计量检定或校准的方式，将质量单位的量值，准确传递到天平、秤等自动、非自动衡器，是判定衡器准确与否的依据，也是调整衡器准确度的必要设备。其使用涵盖：科研、生产、检测、贸易等社会生产、生活的全部范围。是指导科研、生产、生活的重要计量器具，同时也是计量检测机构必备的计量标准器。

除国家质量基准外，砝码共分为E1等级～M3等级共9个等级，通过使用衡量仪器对标(基)准砝码与被检砝码进行比较的方式实现质量单位的量值传递。砝码检定依据JJG99-2006《砝码》检定规程，工作较为繁琐，检定工作量、数据运算量较大，检定结果易受到检定人员放置砝码位置、质量比较仪平衡点选择等因素的影响。目前部分技术机构采用对质量比较器进行改造、加装自动加载装置的方式实现了砝码的自动检定，但绝大多数采用的是使用一台质量比较器对应匹配一套自动加载装置的方式，这就造成检定准确度等级较高的砝码时，一套自动检定装置无法涵盖全套砝码检定的现象发上，而且购置质量比较器的成本较高。如：检定体套1g~500g的E2等级砝码时，检定1g~50g的砝码需使用分度值为1μg的质量比较器，检定100g~500g的砝码需使用分度值为0.01mg的质量比较器，如需在一套自动检定设备上实现自动检定，则需要配备等级较高的最大秤量大于500g，分度值为1μg的质量比较器，此类质量比较器价格昂贵。所以此套砝码全自动检定系统采用了一套自动加载设备匹配多台不同等级质量比较器的方式，实现砝码的全自动检定，有效降低了质量比较器的购置成本。

2、自动检定系统的基本结构

本套砝码全自动检定系统由质量比较仪、机械臂、砝码仓、经改造的质量比较器拖盘等组成，通过计算机控制机械臂完成自动加载，并自动采集质量比较仪的称量值完成砝码的自动检定。质量比较仪分局机械臂两侧，减小机械臂移动距离，缩短机械臂运行时间，提高检定效率。

1—配套使用的质量比较器;

2—放置标准砝码和被检砝码的砝码仓;

3—用于提取砝码的机械臂;

4—安装机械臂的支架;

5—放置质量比较器的防震实验台。

2.1质量比较器

砝码全自动检定系统配套的质量比较器根据砝码检定的实际需求可配套使用2台或多台。质量比较器通过232数据传输接口，或USB接口传输数据至计算机，通过计算机读取质量比较器测量数据。质量比较器配备齿状秤盘配合机械臂完成砝码的下放、上提。配合砝码立放、卧放，秤盘砝码放置部采用“凹槽”设计，防止砝码在秤盘上滑动、滚动。

2.2 砝码仓

砝码仓用于放置标准砝码和被检砝码，标准砝码和被检砝码分区域放置，可分为标准砝码放置部和被检砝码放置部，砝码放置采用“立放”或“卧放”的方式放置。标准砝码放置区由不锈钢材质的砝码托架和塑料挡板组成。砝码托架呈锯齿形，便于砝码的准确取放，锯齿前面有小凹槽，使得砝码稳固的横卧于托盘上。被检砝码放置部由不锈钢材质的砝码托架和塑料挡板组成，可根据用户的需要分为多个区，每个区放置一套被检砝码，实现多套砝码同时检测，提高检测效率。被检砝码每层放置的砝码其重量与标准砝码放置区同层放置的砝码重量相等，从上至下有序存放。本砝码放置区同样适用于多个相同质量的单个砝码存放，标准砝码部和被检砝码部合并，多个相同质量的被检砝码依次放置同层托盘上。

砝码仓顶部安装离子风机用于吹除砝码上的浮尘，并去除砝码可能存在的静电，进一步缩小砝码检定过程中的干扰因素。

2.3 提取砝码的机械臂

提取砝码的机械臂采用XYZ三轴龙门式设计如图5,采用双侧电机+丝杆的方式传动。机械臂采用伺服电机进行传动，实现设备平稳运行，提高设备运行准确度，定位准确度可达±0.05mm，可适用于被检砝码体积较小，齿状托盘齿间距较小的情况，适用性较强。如计划检定的砝码均为体积较大的砝码，可将丝杆传动改为同步带，虽然定位准确度略有下降，为±0.10mm，但运行速度较快，制造成本较低。

机械臂通过计算机控制，采用X、Y、Z三座标方式定位，计算机根据预先设置的测量模式控制机械臂，按顺序提取砝码仓内的砝码加载于指定的质量比较器上，通过比较固定仓位内标准砝码与被检砝码的质量差值，进行砝码的检定。计算机控制机械臂依据设定的X、Y、Z座标移动至砝码仓相应的砝码放置平台下部，再沿Z座标自下向上移动，提取砝码至机械臂砝码托盘。再根据X、Y座标移动至质量比较器秤盘上部指定位置，沿Z轴自上向下移动，将砝码加载于质量比较器上进行称量。例如计算机通过预定程序提取砝码仓内的砝码，此时加载装置与预提取砝码的砝码仓位置之间在X轴上的距离为x1，在Y轴上的距离为y1，在Z轴上的距离为z1，则驱动加载装置控制加载臂在X轴上运动x1长度、在Y轴上运动y1长度，在Z轴上运动z1长度，从而提取对应砝码仓内的砝码。而后，机械臂与质量比较仪秤盘上方指定位置关系为在X轴上的距离为x2，在Y轴上的距离为y2，在Z轴上的距离为z2，则驱动加载装置带动加载臂在X轴上运动x2长度、在Y轴上运动y2长度，在Z轴上运动z2长度，从而带动待托盘到达秤盘上方指定位置。此时托盘需下降到秤盘下方指定位置在Z轴上的距离为z3，则驱动加载装置带动加载臂在Z轴上运动z3长度，完成砝码的加载。

2.4 安装机械臂的支架

设置专用铝制支架用于安装机械臂，支架上设置放置砝码仓的平台，支架固定于地面，与质量比较器和放置质量比较器的防震台互不相连，避免因机械臂运行引起的震动，对质量比较器造成影响，引入测量误差。

2.5离子风机

在砝码仓正前方加装离子风机，通过离子风取出砝码表面静电，消除检定过程中静电干扰，进一步调高检定准确度。

3、砝码全自动检定设备的运行过程

3.1砝码全自动检定设备启动前的准备

1）通过砝码全自动检定设备配套的检测系统输入被检砝码信息，包括砝码规格、准确度等级及重复测量循环次数等。将标准砝码、被检砝码按规格放置于砝码仓指定位置，启动离子风机对砝码进行吹尘及去静电处理，完成吹尘和去静电后关闭离子风机；

2）机械臂提取一只砝码对质量比较仪进行预加载，每台质量比较仪预加载不少于6次（预加载次数提前设置）。

3）完成预加载后开始检定。规格1g~50g的砝码加载至最小分度值1μg的质量比较仪上，规格100g~500g的砝码加载至最小分度值0.01mg的质量比较仪上。

4）砝码检定依照ABBA测量循环测量，共测量2个循环。其中A为标准砝码，B为被检砝码。

6、结束语

砝码全自动检定设备可以应用于E2等级及以下等级砝码的检定，通过添加相应测量范围的质量比较仪可进一步扩大砝码的检定范围。砝码全自动检定设备的应用可以有效解决高等级砝码检定时间较长，占用检定人员的问题，实现空闲时间如：夜间、周末的充分利用，提高检定效率。同时自动化检定设备的使用可进一步减少检定过程中人员操作技能产生的测量偏差，消除如质量比较仪偏载、质量比较仪稳定时间等因素产生的不确定度。