垂直度检测尺校准装置改进设计及实验验证

武宏璋 / 西安计量技术研究院

垂直度检测尺校准装置改进设计及实验验证

武宏璋 / 西安计量技术研究院

从垂直度检测尺实际校准过程中发现的问题入手，对垂直度检测尺示值误差校准装置存在的问题进行了实验研究。依据垂直度检测尺校准原理和JJF 1110-2003《建筑工程质量检测器组校准规范》中对垂直度检测尺的校准要求，对校准装置中的垂直度检测尺悬挂装置进行了改进设计。该改进设计方案减少了校准误差的引入，提高了校准准确度，并完善了校准装置的功能。实验结果表明，对校准装置的改进设计是可行的，其为其他使用该校准装置的同行提供了一种解决方案。

建筑工程质量检测器组；垂直度检测尺；示值误差；校准装置；悬挂装置

0 引言

建筑工程质量检测器组中的垂直度检测尺（以下简称垂直度检测尺）是用于测量建筑安装工程中相邻两面之间垂直度的计量器具，其校准依据为JJF 1110-2003《建筑工程质量检测器组校准规范》。校准规范中介绍了一种垂直度检测尺示值误差的校准方法，但对其校准装置只做了相对简略的介绍。本文对垂直度检测尺校准过程中发现的问题进行原因分析，并提出解决方法，最后进行了实验验证。

1 校准原理

垂直度检测尺的示值反映的是，自然铅垂状态下垂直检测尺工作面偏离铅垂面的程度。校准规范建议，示值误差应不超过±0.5 mm/2 m。因此，垂直度检测尺示值误差的校准首先需要复现自然铅垂面标准，并对垂直度检测尺预置零位进行校准，然后再复现偏离铅垂面的标准值，并对其示值误差进行校准。

2 校准实验及分析

首先对垂直度检测尺进行校准，因为目前的校准装置为单向微动，只能校准左盘，得到的一组数据见表1。

表1 被检尺校准数据

通过表1可以发现以下两个问题：

1）由于单边微驱动，在悬挂被检尺使之处于自然铅垂的状态下，使用微动部分进行测量可得左盘数据，但是右盘的示值误差无法校准。另外，悬挂的孔轴之间是过大的间隙配合，且自由度没有进行完全约束，因而判断其是导致误差偏大的原因之一。

2）由表1数据以及通过对不同被检尺进行实验，其示值误差均存在超差或者临近建议值的情况。在悬挂被检尺于自然铅垂的状态下，使用经纬仪对其铅垂性进行观测，发现其悬挂角度与铅垂度有角度差，见图1。

由图1可得：S=Htanα

在悬挂完成后进一步对运动轨迹进行观测分析，发现存在以下情况，见图2。

图1 被检尺悬挂角度偏差示意图

图2 运动轨迹示意图

通过使用经纬仪观测被检尺悬挂装置的偏离角度α值，其测量值见表2。

通过观测角α可以计算出各位置点由于悬挂偏离引入的误差分量，见表3。

表2 被检尺悬挂角度测量值

表3 悬挂偏离引入的误差分量值

3 解决方法

1）对于被检尺悬挂偏离问题，在实际校准过程中需要限制垂直于运动方向其余自由度来复现自然铅垂状态。目前的校准装置仅仅提供了悬挂位置，而并未进行任何设置，因此需要减小或者消除轴向方向的偏移量。该装置采用花岗石材质，现场无法实现部件的打孔安装。改进设计前的悬挂部分见图3。

2）校准规范上要求被检样品需要将左盘、右盘全部进行校准，而目前仅能校准左盘显然不能满足使用要求。针对这个情况，考虑有两种方法可以实现。其一，在反向位置安装驱动进行右盘校准。但是基于花岗石基体现场无法实现二次加工的问题，此方法不易实现。其二，考虑将悬挂部分进行改进设计，使其旋转180°悬挂，以实现左盘和右盘分别校准，这样就达到了校准规范要求，完善了垂直度检测尺校准装置功能。改进设计后的悬挂部分见图4。

图3 改进设计前的悬挂部分

图4 改进设计后的悬挂部分

4 实验验证

悬挂装置改进设计后，将被检尺悬挂于铅垂状态下进行实验。实验数据见表4，改进后的校准装置见图5。

通过前后两组校准数据绘制的趋势线来进一步查看改进前后对校准结果的影响，见图6。可以发现，经过改进设计后被检尺在各校准点的示值误差均有不同程度减小。

表4 改进设计后被检尺实验数据

图5 改进设计后的校准装置

图6 改进前后各校准点位示值误差对比

6 结语

本文从垂直度检测尺实际校准过程中出现的问题入手，进行了实验结果分析，并提出了解决方案。从图6实验结果汇总数据对比可以看出，重新设计的装置在各校准点上的误差有明显减小，从而说明对原校准装置存在问题的分析是正确的。该改进装置和实验方法明显提高了垂直度检测尺的检测准确度，完善了校准装置的功能，改进的设计方案是可行的。校准装置的改进设计为其他使用该装置的同行提供了一种解决方案。

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[3]许景阳.直角尺垂直度的测量——对检定规程规定方法的探讨[J].上海计量测试，2002（03）：24-25.

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Improved design of the calibration device for verticality inspection rulers and experimental veri fi cation

Wu hongzhang
（Xi'an Institute of Metrology）

Starting from the problems found in the actual calibration process of verticality inspection rulers, the experimental research of the calibration device for indication errors is performed.According to the calibration principle of verticality inspection rulers and the calibration requirements of JJF 1110-2003C.S.for Construction Quality Tester Sets, the suspension gear of verticality inspection rulers in calibration device is transformed.The improved design scheme reduces the introduction of calibration errors, as well as improves the calibration accuracy and the function of calibration device.The experimental results show that the improved design is feasible, which provides a solusion for the counterparts who use the calibration device.

construction quality tester sets; verticality inspection ruler; indication error; calibration device; suspension gear