CN106289493B - 一种高准确度大质量测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种高准确度大质量测量装置。本申请公开了一种用于测量砝码质量的测量装置，所述测量装置包括：机架；主梁，所述主梁被支撑在机架上并且包括平行设置的中刀和两个边刀；配衡系统，所述配衡系统加载于主梁的一端并且包括配衡砝码；称量系统，所述称量系统加载于主梁的另一端；砝码传送系统，所述砝码传送系统能够将标准砝码或待测砝码运送和加载到称量系统中以及从称量系统中卸载和运走；以及控制系统。中刀和两个边刀由金属材料以高温深冷循环工艺制成。中刀和两个边刀的平行度能够利用三坐标仪进行调节。控制系统能够控制配衡系统和称量系统，以实现配衡系统与称量系统的同步加载和卸载。

Description

一种高准确度大质量测量装置
技术领域
本申请涉及一种用于测量砝码质量的测量装置。
背景技术
现有技术中的大质量机械式天平的中刀、边刀和相应刀承的加工工艺简单，因此不能达到测量重型砝码质量应有的硬度和韧性。此外，现有技术中的大质量机械式天平的加载同步性以及主梁摆动与指示系统的一致性均较差，因此在加载过程中，中刀系统和边刀系统水平变动量无法减小，从而导致在重型砝码质量测量过程中，大质量机械式天平不能得到高准确度的测量结果。
基于上述原因，在现有技术中无法实现对于质量达到500kg的砝码的重复性为0.05g的测量、对于重量达到1000kg的砝码的重复性为0.5g的测量、以及对于质量达到2000kg的砝码的重复性为1g的测量。
发明内容
本申请的目的是解决现有技术中的质量比较仪或机械式天平不能得到高准确度的测量结果的问题。
本申请公开了一种用于测量砝码质量的测量装置，所述测量装置包括：机架；主梁，所述主梁被支撑在机架上并且包括平行设置的中刀和两个边刀；配衡系统，所述配衡系统加载于主梁的一端并且包括配衡砝码；称量系统，所述称量系统加载于主梁的另一端；砝码传送系统，所述砝码传送系统能够将标准砝码或待测砝码运送和加载到称量系统中以及从称量系统中卸载和运走；以及控制系统。中刀和两个边刀由金属材料以高温深冷循环工艺制成。中刀和两个边刀的平行度能够利用三坐标仪进行调节。控制系统能够控制配衡系统和称量系统，以实现配衡系统与称量系统的同步加载和卸载。这样做的优点是，能够通过三坐标仪调节实现中刀系统和边刀系统的高平行度，确保质量达到500kg的砝码重复性0.05g、重量达到1000kg的砝码重复性0.5g、质量达到2000kg的砝码重复性1g的精确测量。
根据本申请的可行实施方式，金属材料的成型原料为硬质合金粉末，在高温深冷循环工艺中，中刀和边刀依次经过预热、淬火、多次回火、深度冷却和最终回火的过程。这样做的优点是，能够同时实现金属材料的高硬度和高韧性。
根据本申请的可行实施方式，机架包括横截面形状为矩形的中刀承，中刀能够借助于中刀刃抵接中刀承的承载平面。配衡系统和称量系统均包括横截面形状与中刀承不同的边刀承，边刀承在顶面上设有边刀槽，边刀槽的横截面为梯形，边刀能够借助于边刀刃抵接边刀槽的承载平面。
根据本申请的可行实施方式，机架还包括能够将主梁升起或放下的主梁电机。控制系统能够控制主梁电机，以使得在主梁被升起或放下的过程中，中刀两侧的载荷能够同步加载和卸载。这样做的优点是，能够避免在主梁的加载和卸载的过程中由于中刀两端受力不均从而造成中刀破损。
根据本申请的可行实施方式，在预热的过程中，中刀和边刀以阶梯式加热的方式依次被加热到500～600℃、800～850℃和1200～1250℃。在淬火的过程中，中刀和边刀被淬火，随后通过空气冷却到室温。在多次回火和最终回火的过程中，中刀和边刀被回火到550～570℃，随后通过空气冷却到室温。在深度冷却的过程中，中刀和边刀以阶梯式冷却的方式被冷却到约-120℃，随后以阶梯式加热的方式被加热到室温。
根据本申请的可行实施方式，中刀刃的两侧夹角约为90°。中刀刃的母线的直线度小于或等于0.006mm。中刀刃的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。
根据本申请的可行实施方式，中刀承的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
根据本申请的可行实施方式，边刀刃的两侧夹角约为120°。边刀刃的母线的直线度小于或等于0.01mm。边刀刃的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。
根据本申请的可行实施方式，边刀槽的两侧夹角约为140°。边刀槽的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
根据本申请的可行实施方式，待测砝码的形状是立方体或柱体。
附图说明
为了更加透彻地理解本申请的目的和优点，应当结合附图阅读下文中的具体实施方式。在各附图中，相同的附图标记用于相同的部件。
图1是根据本申请的可行实施方式的测量装置的示意图；
图2是图1中的测量装置的机架的立体图；
图3是图1中的测量装置的主梁的立体图；
图4是图3中的主梁的中刀的横截面图；
图5是图3中的主梁的边刀的横截面图；
图6是图3中的主梁的中刀和边刀的热处理过程的示意图
图7是图1中的测量装置的配衡系统的立体图；
图8是图1中的测量装置的称量系统的立体图；
图9是图1中的测量装置的砝码传送系统的立体图；以及
图10是图1中的测量装置的控制系统的示意图。
具体实施方式
图1是根据本申请的可行实施方式的测量装置1的示意图。如图所示，测量装置1包括机架100、主梁200、配衡系统300、称量系统400、砝码传送系统500和控制系统600。机架100经由主梁200与配衡系统300和称量系统400连接。
图2是图1中的测量装置1的机架100的立体图。如图所示，机架100包括中刀承101和主梁电机102。中刀承101设置在机架100的顶部中央并且具有矩形的横截面形状。主梁电机102分别设置在中刀承101的左右两侧。如下文将会具体描述的，中刀承101的承载平面能够与中刀201的中刀刃201A抵接，机架100能够经由主梁电机102支撑主梁200并且将主梁200升起或放下。
图3是图1中的测量装置1的主梁200的立体图。如图所示，主梁200包括中刀201、两个边刀202，202’、支撑杆203和中刀承孔204。中刀201设置在主梁200的中央并且优选地沿垂直于主梁200的方向延伸。两个边刀202，202’设置在主梁200的端部并且与中刀201平行。中刀201和两个边刀202，202’的平行度能够利用三坐标仪(未示出)进行调节。支撑杆203优选地沿垂直于主梁200的方向从主梁200向外延伸。支撑杆203能够放置在主梁电机102上，以使得主梁200借助于主梁电机102支撑在机架100上。中刀承孔204部分地包围中刀201并且穿过主梁200。中刀承孔204能够容纳中刀承101，以使得中刀承101的承载平面能够在主梁200的加载状态下抵接中刀刃201A。如下文将会具体描述的，两个边刀202，202’中的每个能够借助于其边刀刃202A，202A’在配衡系统300和称量系统400的加载状态下抵接边刀承302，402的对应的边刀槽302A，402A，优选地抵接边刀槽302A，402A的承载平面。
图4是图3中的主梁200的中刀201的横截面图。为了能够清楚展示中刀201的特性，图4示出在主梁200的加载状态下的中刀201和中刀承101。在主梁200的加载状态下，中刀201借助于其中刀刃201A抵接中刀承101的刀承平面。为了在实现精确测量的同时尽可能地增加测量装置1的测量能力，中刀刃201A的两侧夹角约为90°。
在可行的实施方式中，中刀刃201A的母线的直线度小于或等于0.006mm。中刀刃201A的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。中刀承101的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
图5是图3中的主梁200的边刀202的横截面图。应当注意的是，边刀202和边刀202’相同，因此为了简洁起见，只示出边刀202。为了能够清楚展示边刀202的特性，图5示出在配衡系统300的加载状态下的边刀202和边刀承302。如图所示，边刀承302的横截面形状与中刀承101不同。为了防止边刀202，202’与对应的边刀承302，402在配衡系统300和称量系统400的加载过程中发生不受控制的相对位移，在边刀承302，402的顶面上设有边刀槽302A，402A。边刀槽302A，402A的横截面为梯形。在在配衡系统300的加载状态下，边刀202借助于其边刀刃202A抵接边刀槽302A的承载平面。边刀刃202A的两侧夹角约为120°。边刀槽302A的两侧夹角约为140°。
在可行的实施方式中，边刀刃202A的母线的直线度小于或等于0.01mm。边刀刃202A的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。边刀槽302A的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
图6是图3中的主梁200的中刀201和两个边刀202，202’的热处理过程的示意图。应当注意的是，中刀201和两个边刀202，202’的热处理过程相同，因此以同一示意图示出。为了突破传统金属材料的硬度和韧性互相矛盾的现象，选取硬质合金粉末作为中刀201和两个边刀202，202’的金属材料的成型原料。
中刀201和两个边刀202，202’以高温深冷循环工艺制成。在高温深冷循环工艺中，中刀201和两个边刀202，202’依次经过预热、淬火、多次回火、深度冷却和最终回火的过程。在预热的过程中，中刀201和两个边刀202，202’以阶梯式加热的方式依次被加热到500～600℃、800～850℃和1200～1250℃。在淬火的过程中，中刀201和两个边刀202，202’被淬火，随后通过空气冷却到室温。在多次回火和最终回火的过程中，中刀201和两个边刀202，202’被回火到550～570℃，随后通过空气冷却到室温。在深度冷却的过程中，中刀201和两个边刀202，202’以阶梯式冷却的方式被冷却到-120℃，随后以阶梯式加热的方式被加热到室温。应当注意的是，在阶梯式加热的过程中，中刀201和两个边刀202，202’在每个阶梯温度被冷却和被加热的时间基本相同。
通过以上高温深冷循环工艺，中刀201和两个边刀202，202’的金属材料内部的奥氏体被完全转化为马氏体，因此金属材料的硬度和韧性能够同时得到提升。在利用三坐标仪(未示出)调节中刀201和两个边刀202，202’的平行度的基础上结合中刀刃和边刀刃的圆弧加工技术和镜面精磨调整技术，能够确保安装在主梁200上的中刀201和两个边刀202，202’的平行度小于或等于0.02毫米。由此，能够保证测量装置1在测量过程中的精确性。
图7是图1中的测量装置1的配衡系统300的立体图。如图所示，配衡系统300包括边刀承302、边刀承连接件304、配衡砝码架305、配衡砝码301、配衡钩连装置306和配衡电机303。边刀承302接合到边刀承连接件304。边刀承连接件304的一端连接到配衡砝码架305的顶部。配衡砝码架305中设置有一个或多个配衡砝码301。配衡砝码架305的底部支撑在配衡电机303上。配衡电机303能够推动配衡砝码架305上下移动，从而推动配衡砝码架305上的边刀承连接件304上下移动，使得边刀承连接件304上的边刀承302与边刀202接合或脱离结合，从而能够实现配衡系统300的加载和卸载。配衡钩连装置306设置在配衡砝码架305中，用于钩起配衡砝码301，以使得配衡砝码架305的总质量改变，从而起到配衡作用。
图8是图1中的测量装置1的称量系统400的立体图。如图所示，称量系统400包括称量支架401、边刀承402、边刀承连接件404、称量电机403以及可拆除的砝码托架405，砝码托架405在顶部具有凹部。边刀承402接合到边刀承连接件404。边刀承连接件404的一端连接到称量支架401的顶部。称量支架401的底部支撑在称量电机403上。称量电机403能够推动称量支架401上下移动，由此称量支架401上的边刀承连接件404上下移动，以使得边刀承402与边刀202’接合或脱离结合，从而实现称量系统400的加载和卸载。砝码托架405能够根据需要安装在称量系统400中或从称量系统400中拆除，以适应不同形状的待测砝码。
图9是图1中的测量装置1的砝码传送系统500的立体图如图所示，砝码传送系统500包括传送导轨501、传送车502、标准砝码503和待测砝码504。待测砝码504的形状通常是立方体或柱体。
图10是图1中的测量装置1的控制系统600的示意图。如图所示，控制系统600包括光学传感器601、激光位移传感器602、控制单元603和显示器604。光学传感器601设置在机架100内部并且能够以图像处理(例如光学折射)的方式测定机架100的位移。激光位移传感器602与主梁200等距地设置在主梁200的两侧并且能够以激光位移定位的方式测定机架100的位移。
控制单元603与光学传感器601、激光位移传感器603、主梁电机102、配衡电机303和称量电机403电性连接。显示器604连接到控制单元603，用于显示光学传感器601和激光位移传感器602的输出以及测量装置1的其它参数。控制单元603能够控制主梁电机102、配衡电机303、称量电机403和传送车502。
为了避免在配衡系统300和称量系统400的加载和卸载的过程中，主梁200可能绕中刀刃从而影响测量精度，控制单元603采用同步控制算法，以实现配衡系统300和称量系统400在主梁200两端的同步加载和卸载。
为了避免在主梁200的加载和卸载的过程中由于中刀201两端受力不均从而造成中刀201破损，控制单元503采用力反馈控制算法，以精确控制主梁电机102、配衡电机303和称量电机403，以实现在主梁200落下过程中，中刀201两端的载荷(即，配衡系统300和称量系统400所产生的载荷)同步加载。
尽管本申请的实施方式已在上文中被展示和描述，然而，本申请的实施方式不限于所示的细节，因为将会被理解的是，各种省略、改型、替代、以及形式上的改变以及所展示的本申请的实施方式的细节和其操作能够由本领域中的技术人员在不以任何方式背离本申请的实施方式的精神的情况下做出。

Claims (10)

1.一种用于测量砝码质量的测量装置，所述测量装置包括：
机架，
主梁，所述主梁被支撑在机架上并且包括平行设置的中刀和两个边刀，
配衡系统，所述配衡系统加载于主梁的一端并且包括配衡砝码，
称量系统，所述称量系统加载于主梁的另一端，
砝码传送系统，所述砝码传送系统能够将标准砝码或待测砝码运送和加载到称量系统中以及从称量系统中卸载和运走，以及
控制系统，
其中，
中刀和两个边刀由金属材料以高温深冷循环工艺制成，
中刀和两个边刀的平行度能够利用三坐标仪进行调节，以及
控制系统能够控制配衡系统和称量系统，以实现配衡系统与称量系统的同步加载和卸载。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，
金属材料的成型原料为硬质合金粉末，在高温深冷循环工艺中，中刀和边刀依次经过预热、淬火、多次回火、深度冷却和最终回火的过程。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，
机架包括横截面形状为矩形的中刀承，中刀能够借助于中刀刃抵接中刀承的承载平面，以及
配衡系统和称量系统均包括横截面形状与中刀承不同的边刀承，边刀承在顶面上设有边刀槽，边刀槽的横截面为梯形，边刀能够借助于边刀刃抵接边刀槽的承载平面。
4.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，
机架还包括能够将主梁升起或放下的主梁电机，以及
控制系统能够控制主梁电机，以使得在主梁被升起或放下的过程中，
中刀两侧的载荷能够同步加载和卸载。
5.根据权利要求2所述的测量装置，其中，
在预热的过程中，中刀和边刀以阶梯式加热的方式依次被加热到500～600℃、800～850℃和1200～1250℃，
在淬火的过程中，中刀和边刀被淬火，随后通过空气冷却到室温，
在多次回火和最终回火的过程中，中刀和边刀被回火到550～570℃，
随后通过空气冷却到室温，以及
在深度冷却的过程中，中刀和边刀以阶梯式冷却的方式被冷却到约-120℃，随后以阶梯式加热的方式被加热到室温。
6.根据权利要求3所述的测量装置，其中，
中刀刃的两侧夹角约为90°，
中刀刃的母线的直线度小于或等于0.006mm，以及
中刀刃的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。
7.根据权利要求3所述的测量装置，其中，
中刀承的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
8.根据权利要求3所述的测量装置，其中，
边刀刃的两侧夹角约为120°，
边刀刃的母线的直线度小于或等于0.01mm，以及
边刀刃的承载接触圆角半径小于或等于0.2mm，表面粗糙度小于或等于0.025μm。
9.根据权利要求3所述的测量装置，其中，
边刀槽的两侧夹角约为140°，以及
边刀槽的承载平面的平面度小于或等于0.005mm。
10.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，
待测砝码的形状是立方体或柱体。
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