孔 淼，彭 旭，晏 希

(中国兵器工业第五八研究所弹药中心，四川绵阳 621000)

枪弹的质量控制是枪弹装配生产中一个需要严格控制的环节。枪弹的装药精度、枪弹弹头弹壳加工质量、枪弹装配现场的洁净度等环节都会影响枪弹的最终质量。枪弹生产的质量失控，可能会造成炸膛、哑弹、弹道性能偏差等严重影响。因此必须对装配后的枪弹进行严格的重量检测。

目前国内枪弹称重检测采用8 杠杆机械天平结构生产模式，配重砝码必须随着每批次产品进行人工手动调节，且稳定时间长，生产最高效率只能达到80 发/min。该设备使用过程中存在效率低下，调节时间长，设备自动化程度低，无法统计和分析产品信息、设备维护性能差，误判率高等缺点。不能满足日益增长的枪弹大批量生产和产品信息化需求。

为了大幅度提高枪弹的生产效率，必须将枪弹高速物流与动态称重技术相结合，在线对枪弹质量进行跟踪、记录和分选。本项目利用电磁力平衡的原理和动态补偿技术，实现了枪弹生产中快速标定、高速高精度在线称量、自动分选、在线产品数据记录能功能，大幅度提高了枪弹实际生产能力和自动化水平。

1 电磁力平衡式称量原理

在电子式称量设备中，多采用应变片式或电磁感应式测量重力。应变片式称重传感器易受安装精度、温度、环境影响［1-3］，同时信号输出小受电磁干扰影响大，动态稳定时间较长，在一定的环境下，如静态称量时比较适用，但对于速度达到200 发/min 的高速在线称量，难以将称量精度控制在±0.1 g 以内。

因此考虑采用电磁力平衡式传感器技术，其原理是当称体受到外力作用时，称体向下偏移零点发生变化，为了补偿向下偏移量线圈切割磁力线形成反作用力将称体向上抬起。最终保持称的零点，传感器输出补偿反作用力所产生的电流，仪表显示重量值，工作原理如图1 所示。

图1 电磁力平衡式传感器工作原理

根据力的平衡原理:F=mg，F 为线圈切割磁力线形成的反作用力，为了保持力的平衡，F 值与物体重力一致。

根据安培定律，F 与线圈长度l，磁感应强度B 和线圈电流I 有关

由此推算出物体质量关系为

其中磁感应强度保持一致，I 的大小由电流计测得，由此可以换算出称体物体质量。

电磁力平衡式传感器采用“主动”测量方式，称量主体不变形，不易损坏，动态响应快，测量精度高。且在电磁力平衡式传感中采用温度采样和温度补偿记录库存技术，使传感器工作过程不受温度变化的影响，大大保证长时间生产的稳定性和精度。

2 关键技术

2.1 称重系统物流的传输速率、同步、平稳性和安全技术

为了保证称量精度的稳定性，结构上物流系统采用3 段分离式物流传输设计，分为输入段、动态称量段、输出端3段。分离式动态称重段通过减震设计避免了输入物流和输出物流对称量的震动干扰。输入端与称量段之间采用笔形辊筒结构作为过渡衔接，实现了微间隙调节，很好地减少了高速物流对称重单元的冲击。输入段和输出段采用3 自由度设计，称量段由于相对必须保证称量物流的稳定性，只具有高度调节和水平调节功能，整个系统的结构设计便于根据不同的产品运动特征方便人为校调。

为了完成精确的称量段定位和剔废段定位，采用全闭环全数字直流伺服驱动技术，精确控制3 个独立式传输机构的传输速度，并由CAN 总线将3 部分的速度信息反馈回中央控制器，由中央控制器对3 个部分的速度进行同步调节，实现各分离机构的平稳过渡和产品在检测段，剔废段的精确定位。

2.2 动态称量数据跟踪和软件滤波算法

动态称量过程中，进称量段和出称量段的测量值是一个震荡上升和一个震荡下降的过程，稳定称量段是一个波动在滤波通道内变化的一组检测值，工作原理如图2 所示。评估点可以取稳定测量段采样值的算术平均，并且使评估点的位置落于平稳采样段的接近中点，可以大大提高检测精度。

图2 动态称量工作原理

要保证动态测量的精度，必须保证使评估点落在称量平稳段上，因此对需要对称量起始段和称量终止段的采样数据进行边缘点分析，找出合理的拐点位置，由此判断出进称量段数据，出称量段数据和称量段数据，同时对称量段数据进行处理，得出合理的动态称量值。

先采用数字滤波对采样曲线平滑，保证采样数据的有效性，然后采用逐级缩小限幅滤波算法［4-8］，通过对进出段数据的稳定性进行分析，最后将数据跟踪目标锁定在满足精度变化的一组小的超调量变化的数据范围内，即稳定称量段数据。由此可以求出合理的动态称量值。限幅滤波的方程为

在进出称量段，由于前值后值的变化差值较大，接近稳定称量段，A 的幅值逐渐缩小，最后达到一个相对变化较小的区域值。在A 相对稳定时，此时开始记录正常称量数据。

根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值A(设为A)，每次检测到新值时应进行判断:如果本次值与上次值之差≤A，则本次值有效; 否则，本次值无效，放弃本次值，用上次值代替本次值。

2.3 称重系统可靠性技术

为了保证称量的可靠性，自动检重称的物流系统必须满足以下几个条件:最小间距、皮带传输速度与测量时间的匹配关系，自动称量工作示意图如图3 所示。

图3 产品自动称量示意图

1)产品最小间距计算

产品间距必须保证: 产品边缘A 即将出称量段，下一个产品边缘B 即将进入称量段。

由称量示意图知，为了保证称量的可靠性，2 发弹体之间的最小间距必须满足

式中:AA为称重段轴间距离(mm);r 为辊轴半径(mm)。

2)需要的皮带传输速度VB

式中:AA为称量段轴间距离(mm);r 为辊轴半径(mm);n 为通过量(个/min)。

3)自动检重称(Measuring time)的测量时间tM(ms):

式中:AA为称量段轴间距离(mm);LP为产品长度(mm); VB为皮带速度(m/min)。

3 应用效果

该动态称重技术现已成功应用于某枪弹自动装配线，枪弹称重和分选效率达到240 发/min，在该速度下动态称重精度达到±0.1 g，且具有速度调节，产品重量快速标定、生产参数查询等功能。极大地提高了枪弹生产的效率，降低了使用维护难度、具有较高的可靠性和先进性。

4 结束语

高速动态称重技术要达到稳定的称量效果，必须满足以下条件:

1)采用动态响应快，高灵敏高精度的测量方式;

2)保证传输工件输送的平稳性;

3)动态称重数据特征值提取的可靠性;

4)工件输送速度、间距和测量稳定时间的匹配。

采用电磁力平衡式三段式皮带传输动态称重技术，提高了系统的动态响应能力，保证了称量稳定，减少了称量的动态稳定时间，极大地适应了小口径枪弹的高效高速生产需求，提高了国内枪弹自动化生产水平。

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