CN103630234B - 光照度计自动检测系统 - Google Patents

Abstract

光照度计自动检测系统，涉及光照度计。设有机械装置平台和运动控制系统；所述机械装置平台设有回转工作台、光照度计夹具、直线导轨、光阑小车、标准灯小车、传动丝杆、底座和步进电机；所述回转工作台上设有8个均布的用于固定光照度计的光照度计夹具；所述光照度计夹具上设有开阖固定端、开阖自由端、预紧弹簧、内圆环、外圆环、夹持头、销、夹持头自由端和夹持头固定端；所述光阑小车和标准灯小车设在直线导轨上；所述运动控制系统设有霍尔限位开关、光栅传感器、步进电机驱动器、PMAC运动控制卡、计算机和工作台步进电机。代替人工操作方法，省时省力，能够精确控制标准灯小车位置。方便检定人员安装光照度计，同时提高检定效率。

Description

光照度计自动检测系统

技术领域

本发明涉及光照度计，尤其是涉及一种光照度计自动检测系统。

背景技术

光照度是光学度量中一个重要单位，用来表示被摄物体表面单位面积上受到的光通量，是衡量拍摄环境的一个重要指标。随着国民经济的发展，工业农业和民用建筑的兴起，特别是近几年来房地产的迅速发展，大量光照度计被用来测量建筑的照明情况，使得光照度计的使用量激增。

目前，全国各地计量部门仍采用人工检定方法来检定光照度计，即靠人为移动光阑小车和标准灯小车位置来定位，不仅误差大而且耗时，并且每次只能检定一个照度计，要检定新的照度计就要重复相同的检定步骤，效率极低，容易产生人工疲劳，为此，开发一套新型全自动光照度计检定系统势在必行。

光照度计检测属于边缘领域，有关报道较少，有报道，通过自动定位光照度计的位置进行检测，但是具体怎样进行位置控制原理和方法都只是抽象概括性的提及，也没有引入位移反馈环节，并不能达到精确定位的要求，其方案实施困难。又如中国专利200620072505.X只是设计了一种光照度计夹具，使光照度计安装和卸下方便，仍然需要人为进行光照度计的定位，效率并没有真正意义上的提高。至今，光照度计检测领域还未见有真正高精度、高效率、实用化、灵敏可靠又使用简单的光照度计自动检测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光照度计自动检测系统。

本发明设有机械装置平台和运动控制系统；

所述机械装置平台设有回转工作台、光照度计夹具、直线导轨、光阑小车、标准灯小车、传动丝杆、底座和步进电机；

所述回转工作台上设有8个均布的用于固定光照度计的光照度计夹具，回转工作台由步进电机驱动，回转工作台的转动角度为45°的整数倍；所述光照度计夹具上设有开阖固定端、开阖自由端、预紧弹簧、内圆环、外圆环、夹持头、销、夹持头自由端和夹持头固定端；开阖固定端的一端固定在外圆环上，开阖自由端的一端固定在内圆环的背面上，对称分布的3个预紧弹簧的两端分别固定在内圆环和外圆环的背面上，内圆环与外圆环同轴心；3个对称分布的夹持头分别由销安装在内圆环的正面上，3个对称分布的夹持头的夹持头固定端分别固定在外圆环的正面上，3个对称分别的夹持头的夹持头自由端集中于内圆环和外圆环的轴心周围；

所述光阑小车和标准灯小车设在直线导轨上，光阑小车和标准灯小车分别同传动丝杆与步进电机传动连接，直线导轨设在底座上；

所述运动控制系统设有霍尔限位开关、光栅传感器、步进电机驱动器、PMAC运动控制卡、计算机和工作台步进电机；所述PMAC运动控制卡分别与霍尔限位开关、光栅传感器、步进电机驱动器和计算机连接，步进电机驱动器与步进电机和工作台步进电机连接，工作台步进电机设在回转工作台底部，霍尔限位开关设在直线导轨一侧靠近传动丝杆与步进电机的连接处，光栅传感器由长直光栅和光栅读数头组成，长直光栅安装在直线导轨旁边，光栅读数头安装在标准灯小车上。

本发明具有以下突出优点：

1）本发明采用计算机全自动控制手段代替人工操作方法，省时省力，能一次检定8个照度计，检定时间不超过10min；而采用传统人工手动操作检定方法一次只能检定1个照度计，而且耗时至少20min；另外，本发明能够精确控制标准灯小车位置，控制精度是光栅尺的分度值5μm，这是传统检定系统无法企及的精度。

2）本发明设计了光照度计检定的工作回转平台以及夹具结构，方便检定人员安装光照度计，同时提高检定效率。

3）本发明采用软硬件结合方式控制，测量检定参数可以利用计算机软件自由设计并保存下来，检定结果由软件做出数据分析，并能生成报表，极大方便了检定工作人员。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成示意图。

图2是本发明实施例的光照度计夹具背面结构组成示意图。

图3是本发明实施例的光照度计夹具正面结构组成示意图。

图4是本发明实施例的控制系统示意图。

图5是本发明实施例的上位机软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

根据国家光照度计检定规程（JJG245-2005）每只照度计需要检定14个不同量程的光照度值，也就是用一个标准灯，改变标准灯灯丝面到光照度计探头之间的距离，分别产生14个距离，根据照度与距离平方反比定律计算出14个标准的光照度值，用照度计的测得值与标准值进行比较，从而对照度计进行检定。在光照度计测量中，影响光照度计精确度的主要因素是标准灯灯丝面到光照度计探头之间的距离，为了精确定位，本发明采用了光栅位移传感器作为定位装置，用以控制标准灯灯丝面到光照度计探头之间的距离。

参见图1～5，本发明实施例设有机械装置平台和运动控制系统；

所述机械装置平台设有回转工作台1、光照度计夹具2、直线导轨3、光阑小车4、标准灯小车5、传动丝杆6、底座7和步进电机8。

所述回转工作台1上设有8个均布的用于固定光照度计的光照度计夹具2，回转工作台1由步进电机8驱动，回转工作台1的转动角度为45°的整数倍；所述光照度计夹具2上设有开阖固定端21、开阖自由端22、预紧弹簧23、内圆环24、外圆环25、夹持头26、销27、夹持头自由端28和夹持头固定端29。开阖固定端21的一端固定在外圆环25上，开阖自由端22的一端固定在内圆环24的背面上，对称分布的3个预紧弹簧23的两端分别固定在内圆环24和外圆环25的背面上，内圆环24与外圆环25同轴心；3个对称分布的夹持头26分别由销27安装在内圆环24的正面上，3个对称分布的夹持头26的夹持头固定端29分别固定在外圆环25的正面上，3个对称分布的夹持头26的夹持头自由端28集中于内圆环24和外圆环25的轴心周围。所述光阑小车4和标准灯小车5设在直线导轨3上，光阑小车4和标准灯小车5分别通传动丝杆6与步进电机8传动连接，直线导轨3设在底座7上。

所述运动控制系统设有霍尔限位开关11、光栅传感器12、步进电机驱动器13、PMAC运动控制卡14、计算机15和工作台步进电机16；所述PMAC运动控制卡14分别与霍尔限位开关11、光栅传感器12、步进电机驱动器13和计算机15连接，步进电机驱动器13与步进电机8和工作台步进电机16连接，工作台步进电机16设在回转工作台1底部，霍尔限位开关11设在直线导轨3一侧靠近传动丝杆6与步进电机8的连接处，光栅传感器由长直光栅121和光栅读数头122组成，长直光栅121安装在直线导轨3旁边，光栅读数头122安装在标准灯小车5上。

光栅传感器的长直光栅121安装在直线导轨下方，光栅读数头122则装在标准灯小车上。

光阑小车4和标准灯小车5位移由运动控制卡决定，为了保证在移动过程两辆小车不会碰撞，要求标准灯靠近光照度计时，光阑小车的速度要略大于标准灯小车，而当标准灯小车远离光照度计时，光阑小车的速度要小于标准灯小车。为避免意外，在两辆小车之间各装有一个限位开关，进一步保证两辆小车不会发生碰撞，导致机械结构变形，产生不必要的误差，另外在起始端和终点端也各安装一个霍尔限位开关11，防止小车超出量程。这四个限位开关都选用霍尔开关作为外部触发信号接入PMAC卡，PMAC卡接收相应的限位信号后，控制步进电机8停止转动。

光阑和标准灯小车的速度位移控制选用美国Delta Tau公司推出的开放式多轴运动控制器PMAC运动控制卡14，它提供了运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能，是工业现场运动控制主要选择产品之一。它可以为多轴分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。在光照度计检定系统中，为了精确定位标准灯小车位置，采用光栅编码反馈形式，具体过程描述如下：

标准灯的位移由用户给定输入，利用PMAC卡API函数库由计算机15发给运动控制卡，PMAC运动控制卡14根据步进电机8的脉冲当量，将此位移信息转换成脉冲个数，发送给步进电机驱动器13，由步进电机驱动器带动控制标准灯位移的步进电机转动。同时，安装在标准灯小车底下的光栅读数头122就开始不断采集长直光栅121位移信号，也是矩形脉冲形式，反馈给PMAC运动控制卡14，直到标准灯小车到达预定位置。这时检定人员就可以得到在该位置时的光照度计检测到的光照度值。通过控制工作台步进电机16，使回转工作台1转动角度为45°的整数倍，确保每个被检定照度计在检定时与标准灯和光阑处于同一直线上，从而保证检定结果重复性，同时提高作业效率。

此外，上位机软件功能简化了用户操作，能够将检测参数和检测数据保存下来，自动分析生成报表。

回转工作台上均匀分布8个光照度计夹具2，用以固定照度计，整个工作平台靠一个驱动步进电机带动，转动角度是45°的整数倍，由运动控制卡设定，这样确保每个被检定照度计在检定时与标准灯和光阑处于同一直线上，从而保证检定结果重复性。

光照度计夹具如图2和3所示，由内圆环24、外圆环25、三个夹持头自由端28、开阖固定端21、开阖自由端22构成，同轴圆环的外圆环25固定，内圆环24可以转动，夹持头一端固定在外圆环的夹持头固定端29，夹持头另一端为夹持头自由端28，用来固定照度计，中间被镂空出一个矩形槽，通过销27与内圆环24连接在一起，当内圆环24顺时针转动时，通过销27带动夹持头实现张开。为实现预紧，内圆环24的背面通过预紧弹簧23与外圆环25连接在一起，内圆环24转动时，带动预紧弹簧23拉伸，利用预紧弹簧23的伸缩力阻止内圆环24的转动，从而实现夹紧功能。

控制光阑小车4和标准灯小车5位置的传动机构由两根传动丝杆6、两个驱动步进电机8、直线导轨3以及长直光栅121构成。两个传动丝杆6分别用来带动光阑和标准灯小车在直线导轨上运动，长直光栅121安装在直线导轨旁边，光栅读数头122则装在标准灯小车上，用来精确定位标准灯小车的位置。

运动控制部分由PMAC卡和上位机软件组成，上位机软件流程图如图5，控制核心为PMAC卡，利用PMAC卡提供的API函数库，由上位机软件发送光阑小车4、标准灯小车5的位移指令和回转工作台1角度指令给PMAC运动控制卡14。固化在PMAC中的运动控制程序接收上位机发来的位移角度信息，控制三轴步进电机平稳运动，带动传动丝杆6及丝杆上小车运动，利用光栅反馈环节使目标小车最终达到指定位置，利用限位开关起到小车防撞报警作用。

光照度计自动检测系统采用PMAC运动卡完成回转工作台定位控制，光阑小车和标准灯小车的位移控制、启停控制及防撞报警控制，适用于全国各地计量部门在光照度计检测上运用。

Claims (1)

1.光照度计自动检测系统，设有机械装置平台和运动控制系统；其特征在于，

所述机械装置平台设有回转工作台、光照度计夹具、直线导轨、光阑小车、标准灯小车、传动丝杆、底座和步进电机；

所述回转工作台上设有8个均布的用于固定光照度计的光照度计夹具，回转工作台由步进电机驱动，回转工作台的转动角度为45°的整数倍；所述光照度计夹具上设有开阖固定端、开阖自由端、预紧弹簧、内圆环、外圆环、夹持头、销、夹持头自由端和夹持头固定端；开阖固定端的一端固定在外圆环上，开阖自由端的一端固定在内圆环的背面上，对称分布的3个预紧弹簧的两端分别固定在内圆环和外圆环的背面上，内圆环与外圆环同轴心；3个对称分布的夹持头分别由销安装在内圆环的正面上，3个对称分布的夹持头的夹持头固定端分别固定在外圆环的正面上，3个对称分别的夹持头的夹持头自由端集中于内圆环和外圆环的轴心周围；

所述光阑小车和标准灯小车设在直线导轨上，光阑小车和标准灯小车分别同传动丝杆与步进电机传动连接，直线导轨设在底座上；

所述运动控制系统设有霍尔限位开关、光栅传感器、步进电机驱动器、PMAC运动控制卡、计算机和工作台步进电机；所述PMAC运动控制卡分别与霍尔限位开关、光栅传感器、步进电机驱动器和计算机连接，步进电机驱动器与步进电机和工作台步进电机连接，工作台步进电机设在回转工作台底部，霍尔限位开关设在直线导轨一侧靠近传动丝杆与步进电机的连接处，光栅传感器由长直光栅和光栅读数头组成，长直光栅安装在直线导轨旁边，光栅读数头安装在标准灯小车上。