一种气象风速传感器智能检定系统及检定方法与流程

本发明属于气象计量检定技术领域，具体涉及一种气象风速传感器智能检定系统及检定方法。

背景技术：

气象风速检定的原理是将风速标准器及气象风速传感器同时置于风洞的试验段内，通过驱动风洞电机的方式对气流进行控制，使试验段风速流场品质均匀稳定，比较标准器与传感器在不同风速下的误差值，进而判定传感器能否继续使用。

现阶段，气象计量业务已实现人工全程参与到半人工半自动的转变，然而仅局限于自动采集和数据自动处理的检定系统已无法满足当前气象计量业务变化的需求。事实上，为保证试验段风速流场的稳定性和均匀性，目前的检定方法通常一个检定过程中只能完成一个风速传感器的检定，同时，检定过程中需要检定人员持续在现场监控，每次检定完毕后需人工更换待检传感器，效率大大受限。因此，如何结合人工智能技术与既有70m/s回路风洞，设计并实现一种风速传感器智能检定系统，从而进一步提高风速检定的自动化水平成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对传统的风速检定工作模式人员参与程度高，工作效率大大受限等问题，提供了一种气象风速传感器智能检定系统及检定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种气象风速传感器智能检定系统，包括：

测量度盘，所述测量度盘的底部连接有用于驱动测量度盘升降的升降转台；

用于与风速传感器相连的转接模块；所述测量度盘中心位置开设有用于安装转接模块的安装孔；

机械臂，所述机械臂上设置有用于夹持所述转接模块的夹具；

环形传送装置，所述环形传送装置设置有若干个做环形运动的工位座，所述工位座用于安装所述的转接模块；

上位机，所述上位机中设有控制系统，所述上位机分别与所述升降转台、转接模块、机械臂以及环形传送装置控制连接。

优选的，所述环形传送装置包括工作台，所述工作台的顶部连接有环形轨道，所述环形轨道的内侧设置有与环形轨道相适配的链条，所述链条连接有若干链轮，所述链轮使链条张紧呈环形状，其中一个链轮连接有驱动电机，所述上位机与所述驱动电机电性连接并实施控制；所述链条的外链板上连接有若干支撑板，所述支撑板底部与所述环形轨道滑动连接，所述支撑板在链条的带动下沿着所述环形轨道做环形运动；所述支撑板的顶部连接有所述的工位座。

优选的，所述环形轨道的侧壁上开设有环形滑道，所述支撑板的底部转动连接有滑轮，所述滑轮卡设在环形滑道中并沿环形滑道滑动。

优选的，所述支撑板的一侧还连接有定位板，所述定位板开设有定位槽口。

优选的，所述工作台上还设置有用于对所述定位板进行限位的定位机构，该定位机构包括转轴，所述转轴两端转动连接在所述工作台侧壁上；所述转轴连接有定位销，所述转轴还连接有连杆，所述工作台连接有气缸，所述气缸的活塞杆与所述连杆相铰接，所述上位机与所述气缸相连并实施控制；所述定位销与所述定位槽口相适配，定位销跟随转轴旋转而转动进而从定位槽口中移入或移出。

优选的，所述转接模块包括壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体相连接组成阶梯轴状结构，上壳体与下壳体内部具有通腔；上壳体与下壳体之间设置有夹持部；所述上壳体外壁沿周向开设有第一环形槽；所述下壳体外壁沿周向开设有第二环形槽；位于第二环形槽下方的下壳体部分呈锥形设置。

优选的，所述转接模块内部设有接线端子ⅰ以及接线端子ⅱ；所述安装孔中设置有与上位机电性连接的航空插头，所述接线端子ⅱ与航空插头相连接；接线端子ⅰ与风速传感器电性连接。

本发明还提出了一种气象风速传感器智能检定方法，采用上述的气象风速传感器智能检定系统，包括如下步骤：

s1:检定开始前，将风速传感器与转接模块相连，然后将转接模块放在环形传送装置的工位座上；

s2:上位机控制环形传送装置将其中一个工位座输送至机械臂抓取点位置；上位机控制升降转台动作，使测量度盘下降至指定高度；上位机控制机械臂启动，机械臂夹持该工位座上的转接模块，将已连接风速传感器的转接模块放于测量度盘中心处的安装孔中并完成转接模块与上位机之间的通信连接；

s3:上位机控制升降转台动作，使测量度盘上升至与回路风洞试验段底部一致的高度，然后上位机开始对风速传感器进行检定；

s4:检定结束后，上位机控制升降转台动作,测量度盘下降至指定高度，机械臂夹持转接模块放回至原工位座上；

s5:上位机控制环形传送装置启动，依次将剩余工位座输送至机械臂抓取点位置，重复上述步骤，直至所有的风速传感器完成检定。

优选的，步骤s2中环形传送装置将其中一个工位座输送至机械臂抓取点位置后，还包括对工位座进行限位，具体方法为：工位座到达机械臂抓取点后，上位机控制气缸动作，气缸拉动连杆转动，进而实现转轴的旋转，转轴旋转带动定位销转动，使定位销旋转卡设进入到定位槽口中，完成对定位板的限位，从而完成对工位座的限位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置转接模块、机械臂、环形传送装置以及具有升降转台的测量度盘，工作人员只需在检定前将待检风速传感器与转接模块相连，然后将转接模块安装在环形传送装置的工位座上，检定开始后，上位机中的控制系统自动控制，其过程(如测量度盘上升下降、机械臂动作、环形传送装置输送)全程无需人员参与，大大提高了工作效率。

2.转接模块包括壳体，壳体外壁上设置有夹持部，供机械臂夹持，防止机械臂直接夹持风速传感器造成仪器损坏，起到一定保护作用；壳体下端可固定连接在环形传送装置的工位座上或测量度盘上，实现便于安装的目的；壳体内部设置有接线端子ⅰ以及接线端子ⅱ，位于上部的接线端子ⅰ与风速传感器的航天插头相连接，可读取风速传感器的风速数据；位于下部的接线端子ⅱ可与测量度盘中心位置设置的航空插头相连，可向上位机发送传感器风速值。

3.本发明设置的环形传送装置，通过设置环形轨道，环形轨道上方滑动连接有支撑板，支撑板上方连接有工位座，支撑板连接在链条的外链板上，通过链条的旋转可实现工位座沿着环形轨道做环形运动，且环形轨道两侧设置有环形滑道，支撑板底部连接有与环形滑道相配合的滑轮，采用滚动摩擦的方式，工位座移动更加稳定和顺畅，方便实现风速传感器的上料和下料；另外，环形传送装置还设置有对定位机构，支撑板一侧连接有与定位机构相适配的定位板，定位板上开设有定位槽口，当工位座移动到机械臂指定抓取点后，上位机控制气缸动作，气缸拉动连杆转动，进而实现转轴的旋转，转轴旋转带动定位销转动，使定位销旋转卡设进入到定位槽口中，完成对定位板的限位，从而完成对工位座的限位。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明结构立体图。

图2是图1中d区域结构放大示意图。

图3是本发明俯视图。

图4是本发明主视图。

图5是本发明去除底座后的结构示意图。

图6是转接模块立体图。

图7是转接模块主视图。

图8是链轮局部放大结构示意图(省略链条)。

附图标记说明:

1测量度盘；2升降转台；3机械臂；4工作台；5环形轨道；51环形滑道；6工位座；61上壳体；611第一环形槽；62下壳体；621第二环形槽；63夹持部；64接线端子ⅰ；65接线端子ⅱ；7风速传感器；8转接模块；9夹具；10支撑板；11定位板；12定位槽口；13定位销；14转轴；15连杆；16气缸；17链轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1-8所示，本实施例提出了一种气象风速传感器7智能检定系统，包括：

测量度盘1，测量度盘1的底部连接有用于驱动测量度盘1升降的升降转台2，升降转台2内部设置有伺服电机，可采用常规的升降机构，比如齿轮齿条机构、丝杠及丝杠螺母机构等用来实现测量度盘的升降，这些均是现有技术中常见的结构，不再赘述；

用于与风速传感器7相连的转接模块8；测量度盘1中心位置开设有用于安装转接模块8的安装孔(图中未单独示出)；回路风洞试验段内部可生成指定风速的风场，测量度盘1设置在回路风洞试验段的底部的圆形区域处；回路风洞及其内部的标准器等附属设备是现有技术中通用的，不再阐述。

机械臂3，机械臂3上设置有用于夹持转接模块8的夹具9；

环形传送装置，环形传送装置设置有若干个做环形运动的工位座6，工位座6用于安装所述的转接模块8中；

上位机，上位机中设有控制系统及检定软件，上位机分别与升降转台2、转接模块8、机械臂3以及环形传送装置控制连接。

下面就系统的各部分组成作详细介绍：

环形传送装置包括工作台4，工作台4的底部安装有底座，工作台4的顶部连接有环形轨道5，环形轨道5的内侧设置有与环形轨道5相适配的链条，链条连接有若干链轮17，链轮17的数量可设置有4个，链轮17使链条张紧呈环形状，其中一个链轮17连接有驱动电机，在驱动电机的驱动下，链条可实现转动，为了便于控制，上位机与驱动电机电性连接并实施控制；链条的外链板上连接有若干支撑板10，支撑板10底部与环形轨道5滑动连接，支撑板10在链条的带动下沿着环形轨道5做环形运动；支撑板10的顶部连接有上述的工位座6，工位座6的数量不少于8个，这样每批次风速传感器7检定量不少于8个。在本实施例中，可设置有10个，并依次贴有阿拉伯数字标号。工位座6内部具有凹槽，转接模块8可放置在该凹槽中。

支撑板或者定位板上设置有与机械臂的夹具相适配的位置识别模块，通过位置识别模块，可实现机械臂的准确抓取。

为了方便移动同时提高工位座6的稳定性，在环形轨道5的侧壁上开设有环形滑道51，支撑板10的底部转动连接有滑轮，滑轮卡设在环形滑道51中并沿环形滑道51滑动，环形滑轨5采用两侧均开设环形滑道51的做法，这样通过滑轮可实现工位座6左右两侧的限位，提高在移动过程中的稳定性，同时滑轮为滚动摩擦，可减小摩擦力，保证顺利滑动，无卡滞。

各类风速传感器7规格尺寸均不同，但主流风速传感器7的通讯接口为标准的航空插头。设计风速传感器7转接模块8，模块一端连接风速传感器7的航空插头，另一端连接风洞读取传感器数据的信号线，其内部电路原理与智能手机的数据线接口类似，无需区分信号线接入的方向即可与转接模块8相连。同时，该转接模块8也是机械臂3移动风速传感器7时抓取的对象，机械臂3抓取与风速传感器7相连的转接模块8，放置在测量度盘1内的信号线接口处即可完成自动接线。基于上述思路，转接模块8包括壳体61，壳体61包括上壳体61和下壳体61，上壳体61与下壳体61相连接组成阶梯轴状结构，上壳体61与下壳体61内部具有通腔；上壳体61与下壳体61之间设置有夹持部63，夹持部63的设置可配合机械臂3进行夹持，保护风速传感器7不与夹具9直接接触，防止损坏仪器；上壳体61外壁沿周向开设有第一环形槽611；下壳体61外壁沿周向开设有第二环形槽621；位于第二环形槽621下方的下壳体61部分呈锥形设置，锥形结构的设置方便壳体61放入安装孔中或者工位座6中。

转接模块8内部设有接线端子ⅰ64以及接线端子ⅱ65；安装孔中设置有与上位机电性连接的航空插头，在转接模块8放入安装孔中后，接线端子ⅱ65与该航空插头相连接，即可完成自动接线，这样可向上位机检定软件发送传感器风速值；接线端子ⅰ64与风速传感器7电性连接，接线端子ⅰ64与风速传感器7的航空插头相适配插接。

另外，在安装孔中还可设置固定装置，固定装置用来夹持壳体61以提高稳定连接形，固定装置可采用常规的对夹式的弧形夹爪结构，弧形夹爪在夹爪开合气缸驱动下，实现对壳体61的夹持，在使用时，弧形夹爪可夹持在第二环形槽621中，便于夹持和定位；当然，固定装置还可以采用三角卡盘等结构，此结构为现有技术，不再赘述。固定装置与上位机之间通过信号线建立通讯连接，固定装置受上位机控制系统的控制。

本发明还提出了一种气象风速传感器7智能检定方法，采用上述的气象风速传感器7智能检定系统，包括如下步骤：

s1:检定开始前，将风速传感器7与转接模块8相连，将风速传感器7内部用于固定的螺栓上紧，然后将转接模块8放在环形传送装置的工位座6上；

s2:上位机控制环形传送装置将其中一个工位座6输送至机械臂3抓取点位置；上位机控制升降转台2动作，使洞体内的测量度盘1下降至指定高度；上位机控制机械臂3启动，机械臂3夹持该工位座6上的转接模块8，将已连接风速传感器7的转接模块8放于测量度盘1中心处的安装孔中并完成转接模块8与上位机之间的通信连接；需要说明的是，当机械臂3夹持转接模块8放入安装孔内后，上位机可控制固定装置将转接模块8抱死，保证稳定连接；

s3:上位机控制升降转台2动作，使测量度盘1上升至与回路风洞试验段底部一致的高度，然后上位机开始对风速传感器7进行检定；需要说明的是，上位机中的检定软件自动控制回路风洞按相关计量规程要求完成各点位的风速检定，检定软件可对检定数据进行自动处理和自动判断稳定状态，检定完毕后可自动生成检定证书；

s4:检定结束后，上位机控制升降转台2动作,测量度盘1下降至指定高度，机械臂3夹持转接模块8放回至原工位座6上；

s5:上位机控制环形传送装置启动，依次将剩余工位座6输送至机械臂3抓取点位置，重复上述步骤，直至所有的风速传感器7完成检定。

需要解释的是，开口式直路风洞试验段可操作性强，为自动化改造提供了较大的空间，机械臂易于伸入试验段内抓取和安装传感器；然而在不改变试验段流场品质的前提下，闭口式回路风洞的试验段仅有推拉门是可活动的机构，狭窄的空间使机械臂无法直接伸入试验段内夹持传感器。因此，利用机械臂实现闭口式回路风洞风速自动检定的实现方法与开口式直路风洞不同，使得回路风洞改造成为一个卡脖子难题，所以仅凭简单引入机械臂实现自动化夹取是无法完成的，基于此，本发明人采用升降转台带动测量度盘升降以配合机械臂在狭窄空间中完成风速传感器的夹取是一大关键点，且测量度盘开设有安装孔，安装孔中有与上位机相连的航空插头，同时，配合转接模块的通信连接、环形传送装置的输送，以上技术特征相互配合共同组成了本技术方案，这样才能实现在闭口式回路风洞狭窄的空间下，共同配合以实现风速传感器的自动化检定的目的。

补充说明：

系统设计思路：70m/s回路风洞试验段分为第一试验段(800mm*800mm)和第二试验段(1300mm*1300mm)，在第一试验段下方分别设置0.6m2机械臂3活动区域和2m2环形传送装置区域，在机械臂3工作区域内规划机械臂3安装位置、根据现场设备位置建立机械臂3动作时各点位的三维坐标，设计过程中利用solidworks仿真软件进行建模，主要解决风速传感器7的智能识别、起始位置识别、终止位置定位以及机械臂3最优运动路径规划等问题；采用环形输送带滚动运输风速传感器7的方式，实现传感器的上料和下料，每批次风速传感器7检定量不少于8个。

检定软件开发：70m/s回路风洞智能检定系统软件设计流程为定义数据交互接口—开发传感器状态监测功能—开发检定点设置、待检传感器数量设置等功能—实现人工检定功能。其开发过程主要包括：首先定义设计系统的数据接口，使该系统可接收计量业务平台发布的动作指令，并可将检定数据反馈至相关软件平台，实现温度智能检定系统与计量业务平台无缝对接；上位机软件开发包括传感器状态监测模块以及测试功能模块，实现环形传送带上的传感器待检、已检或正在检定等状态判定；测试功能模块指在测试状态下，检定人员可自主设置测试过程中的检定点及待检传感器数量等功能；最后开发检定软件的人工检定功能，即在脱离机械臂3或自动检定过程中机械臂3发生故障的状态下，由检定人员手动完成检定工作。

系统控制软件开发依据相关检定规程，按照既有风速检定标准器和风机设备的通信协议进行开发，控制整个系统完成检定任务。相关检定数据与统一数据库对接并在本地备份，通过调用相关数据表的方式自动生成检定证书。若网络异常，软件可调用本地数据库自动生成检定证书。控制软件具备可供检定人员自主定制测试流程的模式，主要包括测试模式下自定义检定点数值及顺序、自定义选择待检传感器数量等功能。

事实上，风洞控制程序与机械臂3控制的程序在执行各种功能和动作时分别独立运行，传统的软件开发方式使为两类独立接口设计数据接口，如果软件系统一旦出现故障，需要结合大量的源程序才能找到错误代码，增加软件维护成本。项目的系统集成方法采用交互式通信方法与传统的数据接口相结合。机械臂3部分软件指令包括移动、抓取、等待、急停及传送带移动等功能模块，风速检定部分软件指令包括检定点设置、风机转速控制、稳定状态判定、合格判定及生成证书等功能模块，为确保两类功能模块即能交叉运行，又能在故障时快速定位、快速排除，可为每个功能模块设计执行完毕后生成两类模块都可识别的交互命令，后续模块接收到上一模块的交互命令后再开始动作。

实施例二

继续参考附图1-8，在实施例一的基础上，本实施例提出了一种气象风速传感器7智能检定系统，还包括如下技术特征：支撑板10的一侧还连接有定位板11，定位板11开设有定位槽口12。

工作台4上还设置有用于对定位板11进行限位的定位机构，该定位机构包括转轴14，转轴14两端转动连接在工作台4侧壁上；转轴14连接有定位销13，转轴14还连接有连杆15，工作台4连接有气缸16，气缸16的活塞杆与连杆15相铰接，上位机与气缸16相连并实施控制；定位销13与定位槽口12相适配，定位销13跟随转轴14旋转而转动进而从定位槽口12中移入或移出。

本发明还提出了一种气象风速传感器7智能检定方法，采用本实施例中的气象风速传感器7智能检定系统，包括如下步骤：

s1:检定开始前，将风速传感器7与转接模块8相连，然后将转接模块8放在环形传送装置的工位座6上；

s2:上位机控制环形传送装置将其中一个工位座6输送至机械臂3抓取点位置；上位机控制升降转台2动作，使测量度盘1下降至指定高度；上位机控制机械臂3启动，机械臂3夹持该工位座6上的转接模块8，将已连接风速传感器7的转接模块8放于测量度盘1中心处的安装孔中并完成转接模块8与上位机之间的通信连接；

需要说明的是，当机械臂3夹持转接模块8放入安装孔内后，上位机可控制固定装置将转接模块8抱死，保证稳定连接；

还需要说明的是：环形传送装置将其中一个工位座6输送至机械臂3抓取点位置后，还包括对工位座6进行限位，具体方法为：工位座到达机械臂3抓取点后，上位机控制气缸16动作，气缸16拉动连杆15转动，进而实现转轴14的旋转，转轴14旋转带动定位销13转动，使定位销13旋转卡设进入到定位槽口12中，完成对定位板11的限位，从而完成对工位座6的限位。

s3:上位机控制升降转台2动作，使测量度盘1上升至与回路风洞试验段底部一致的高度，然后上位机开始对风速传感器7进行检定；需要说明的是，上位机中的检定软件自动控制回路风洞按相关计量规程要求完成各点位的风速检定，检定软件可对检定数据进行自动处理和自动判断稳定状态，检定完毕后可自动生成检定证书；

s4:检定结束后，上位机控制升降转台2动作,测量度盘1下降至指定高度，机械臂3夹持转接模块8放回至原工位座6上；

s5:上位机控制环形传送装置启动，依次将剩余工位座6输送至机械臂3抓取点位置，重复上述步骤，直至所有的风速传感器7完成检定。

通过以上实施例可以看出：

本发明通过设置转接模块8、机械臂3、环形传送装置以及具有升降转台2的测量度盘1，工作人员只需在检定前将待检风速传感器7与转接模块8相连，然后将转接模块8安装在环形传送装置的工位座6上，检定开始后，上位机中的控制系统自动控制，其过程(如测量度盘1上升下降、机械臂3动作、回路风洞内部标准风速控制、检定数据处理及检定证书自动生成)全程无需人员参与，大大提高了工作效率。

转接模块8包括壳体61，壳体61外壁上设置有夹持部63，供机械臂3夹持，防止机械臂3直接夹持风速传感器7造成仪器损坏，起到一定保护作用；壳体61下端可固定连接在环形传送装置的工位座6上或测量度盘1上，实现便于安装的目的；壳体61内部设置有接线端子ⅰ64以及接线端子ⅱ65，位于上部的接线端子ⅰ64与风速传感器7的航天插头相连接，可读取风速传感器7的风速数据；位于下部的接线端子ⅱ65可与测量度盘1中心位置设置的航空插头相连，可向上位机发送传感器风速值。

本发明设置的环形传送装置，通过设置环形轨道5，环形轨道5上方滑动连接有支撑板10，支撑板10上方连接有工位座6，支撑板10连接在链条的外链板上，通过链条的旋转可实现工位座6沿着环形轨道5做环形运动，且环形轨道5两侧设置有环形滑道51，支撑板10底部连接有与环形滑道51相配合的滑轮，采用滚动摩擦的方式，工位座6移动更加稳定和顺畅，方便实现风速传感器7的上料和下料；另外，环形传送装置还设置有对定位机构，支撑板10一侧连接有与定位机构相适配的定位板11，定位板11上开设有定位槽口12，当工位座移动到机械臂3指定抓取点后，上位机控制气缸16动作，气缸16拉动连杆15转动，进而实现转轴14的旋转，转轴14旋转带动定位销13转动，使定位销13旋转卡设进入到定位槽口12中，完成对定位板11的限位，从而完成对工位座6的限位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。