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摘 要：目前，钢卷尺作为测量长度的测量工具，在实际中是应用较多的测量装置。然而，常用钢卷尺在应用中还存在着进一步提升的空间，使其测量更加准确、使用更加方便。我国经过吸收多领域研究技术手段，对钢卷尺进行智能化改造，成立专业研究项目，以期实现钢卷尺装置的升级。本文将从钢卷尺发展现状、改造主要解决的问题、新设计主要增加的机构、装置的主要技术创新点以及改造前后效果分析几个方面进行探讨，简要介绍智能化钢卷尺标准装置改造思路，希望能为钢卷尺智能化改造提供有效参考。

关键词：智能化;钢卷尺;标准装置

引 言

当前，我国几何量控制意识逐渐向世界先进水平发展，为了规范计量产品出台了相应标准，对计量工具钢卷尺制定了检测章程的标准，为使钢卷尺符合标准以及产品提升起到有效作用。钢卷尺测量精准度非常重要，对于后续进行相关产品设计提供准确参数，若钢卷尺测量数据不准确，就会使设计出的产品存在误差，导致民众对消费品不满意或是生产设备产品不正常运行。因此，保证钢卷尺测量数值真实有效具有重要意义。钢卷尺检定是将标准钢卷尺与被检测钢卷尺零刻度互相对齐，通过在显微镜下用手移动钢卷尺，将两个钢卷尺刻度进行对比，然后写出具体数据在进行对比，从而确定钢卷尺读数实际误差。目前检定钢卷尺方法较为耗时耗力，操作过程较为复杂，由于过程中需要人工进行读数、记录数据，难免会出现操作不当造成检定偏差，影响出具检验报告的可靠性，不利于获取后续证书。鉴于现阶段钢卷尺检定方法有待改善，需要以先进科技替代人工操作，运用高科技设备仪器，提升检定方式精确度。随着5G时代来临，智能化设备进一步发展，钢卷尺标准装置改造也需要进行升级，全面走向智能化。

一、钢卷尺检定装置的发展现状

钢卷尺检定装置可分为三种类型，分别为手动检定型、半自动检定型和全自动检定型。手动检定型装置就是全部过程由两位检测人员相互配合，以人工方式放置钢卷尺、调配检定设备、观察数据、写入数据、收回钢卷尺带、增减砝码伸缩尺带、计算显示数值偏差，其中零值误差需要专门仪器进行检验。半自动检定型装置除了由人工进行一部分操作之外，还引入了某些先进检测仪器，如通过光测计检测信息源，形成图像排列，通过胶片或干板进行记录，然后由检定人员对于图像排列进行解析，也可由解析设备自主完成，这种方式主要是在计算数据和出具检定报告方面实现自动化，图像识别环节能够自动检测尺带具体示值误差。采用以上装置可以有效降低人工检定工作强度，但目前还无法实现自动增减砝码张紧尺带与自动收卷钢卷尺带，以及零值误差检定自动化。

二、智能化装置改造解决的问题

将钢卷尺标准装置进行智能化改造主要解决以下几方面问题：

第一，将人工读数改进为采用光栅尺检测、液晶屏数据自动显示，将分辨率从0.1mm提升至0.01mm。

第二，改造装置增设了砝码加力构件，能够实现自动增加砝码重量和撤除转换，使检测方法具有便捷性，简化人力操作，并且保证不会发生砝码掉落的情况。

第三，改造装置增设了砝码自动升降构件，在工作人员不在现场时，也可以简便的按钮控制，使砝码被稳定收入托盘里，并撤销了设置于标准钢卷尺上的张紧力，维护标准器使用性能。

第四，对于较大长度钢卷尺，改造装置增设了卷尺收卷和稳固装置。未经过改造大尺寸钢卷尺伸出检定的尺带散落在外，不便于进行收卷，会发生打结等现象，使现场工作环境杂乱;检定之后，工作人员要手动将散落在外尺子收卷到钢卷尺盒中，比较繁琐耗时。改造后装置，只需要点击电动按钮，就能实现自动地将散落在外卷尺平整地收卷在特殊设计的转轮上，不仅方便简洁，还有保护检定量具的作用;完成检定之后，再使用自动按钮控制，又可以平稳地将钢卷尺收回卷尺盒中。

三、智能化改造增设的装置

钢卷尺标准装置智能化改造主要增设以下六个装置：一是电控系统装置，该系统设有自动与手动两个控制选项，防止由于断电导致无法进行控制，通过切换手动状态同样完成操作。此外，还增设了紧急停止按钮，在危险情况下动作。二是增设了光栅尺数显示装置。三是增加了砝码升降构件。在进行钢卷尺检定时，砝码放于托盘中时，托盘就会下降，砝码重力分别施加于标准钢卷尺和被测钢卷尺上，进行标准检测;检定工作完成后，托盘自动升起，支撑起砝码，撤除张紧力，防止由于长时间承受砝码重力产生装置偏差。三是增设了直线导轨、滑线构件。四是增设收放尺带轮盘装置。五是增设了稳固尺盒、加减砝码装置。主要用于稳固被检定钢卷尺盒，增加或撤除砝码重量。

四、改造装置的技术创新性

改造标准装置属于独立研发成果，其独创特点体现在以下方面：

第一，新型复合型检定仪器，完全需要人工操作，由仪器自主进行示值误差检测。该装置通过自主研发的机械、数字、显像处理等前沿技术，创造了对三种常用钢卷尺自动化测量仪器，具有综合性检测功能。对于普通钢卷尺检定精确度为±（0.01+0.03L）mm，量程超过90m;钢直尺测量精确到为±（0.01+0.02L）mm，量程超过0.9m;对于标准钢卷尺精度达到±（0.009+0.011L）mm，量程达到50m;取得国内钢卷尺标准装置改造技术突破进展，同时，装置搭载新兴技术，能够完成钢卷尺线纹的高标准智能检定，在国内首次实现。

第二，创造了在钢卷尺检定时进行固定尺带与尺盒的夹具，是较为创新型发明。钢卷尺检定工作多采用人工操作，辅助部分检测设备的方式，而其中难以解决对钢卷尺的有效固定，使用以往固定装置时，能够起到一定的稳定作用，但存在不足，无法配合自动化检定装置应用。为了达到自动化的目标，创造了新型钢卷尺零刻度固定夹具，能够加固各种样式的钢卷尺尺带。此外，还创新性设计出钢卷尺尺架和尺盒的快速固定夹具，该夹具能够加固各种大尺度钢卷尺的尺架和尺盒。零刻度安装夹具与尺夹安装夹具的创造，为完成自动化检定提供技术支持，属于国内先进技术领域。

五、装置改造前、后效果研究

1.检定效率比较

例如，50m钢卷尺，隔2m为进行一次测量，则测量25次。

改造前：测量一次约1.5min，大约共计0.5h完成。

改造后：使用自动控制装置，工作人员操只需通过按钮控制，缩短了测量时间，测量一次只需约0.5min，大约在10min左右完成。

2.装置改造前后，研究钢卷尺示值误差测量不确定度，以5m钢卷尺进行比对，在常温条件下，对项目改造前后的测量不确定度进行分析比对。

（1）数学模型

ΔL=Δe

式中：ΔL——钢卷尺的示值误差;

Δe——钢卷尺在标准钢卷尺所对应的偏差读数值。

灵敏系数：C=∂∆L/∂∆e=1

（2）输入量Δe标准不确定度分析

①测量重复性引发的标准不确定度分量u（Δe1）分析

a.将标号为A的5m钢卷尺，在相同定量下连续测量15次，得到L ̅e1=4999.62mm;其单次实验标准差：S=0mm。

b.在重复性测量状态下，取4m钢卷尺4把，分别进行测量10次操作，合成样本标准差显示为SP=0mm;该分量在改造前、后数据相同：u（Δe1）=Sp=0mm。

②测量中分辨力引发的标准不确定度分量u（Δe2）分析

a.改造前：人工测量分辨力引发的标准不确定度分量

u（Δe2）=（√2×1/2 a）/√3=0.041mm

式中：a——0.1mm，均匀分布，k=√3，测量一次会产生两次分辨力偏差。

b.改造后：数字显示仪器的分辨力

u（Δe2）′=（1/2 a）/√3=0.003mm

式中：a———0.01mm，均匀分布，k=√3。

③标准钢卷尺示值误差引发的不确定度分项u（Δe3）的分析

标准钢卷尺由精准检测结果得出，前后结果相同：u（Δe3）=0.03mm。

④由拉力误差给出的标准不确定度分量u（Δe4）分析

由拉力引起的误差：δ=L×103×ΔP/（9.8×E×F）（mm）=9.66×10-4L（mm）

式中：L——钢卷尺长度，取m为单位;ΔP———拉力偏差，ΔP≤0.5N;E——弹性系数;F——钢卷尺的横截面积。服从均匀分布，k=√3;拉力误差两次在4m测量中。

改造前后数据相同：u（Δe4）=√2δ/√3=√2×0.0027=0.004mm

⑤在被检定钢卷尺和标准钢卷尺不同线胀系数时，当偏离常温定量情况时，引发的标准不确定度分量u（Δe5）分析

钢卷尺线胀系数为（11.5±1）×10-6/℃，而标准钢卷尺线胀系数为：（10.8±1）×10-6/℃;两者线胀系数中心值之差Δα=0.7×10-6/℃;a=5℃，服从均匀分布，k=√3。改造前、后数据一致：

u（Δe5）=L×103×a×Δα/√3=0.010mm

⑥被检定钢卷尺和标准钢卷尺线胀系数均有不确定度，当温度偏离常温时引发的标准不确定度分量u（Δe6）分析

根据钢卷尺和标准钢卷尺线胀系数在（11.5±1）×10-6/℃和（10.8±1）×10-6/℃的范围内均匀分布;两者线胀系数之差Δ∂坠在（0.7±2）×10-6/℃范围内服从三角分布;a=2×10-6/℃;k=√6;Δt=5℃，改造前后一致相同：

u（Δe6）=L×103×Δt×a/√6=0.020mm

⑦标准钢卷尺和被检定钢卷尺温差引发的标准不确定度分量u（Δe7）分析

假定温度差Δt在±0.1℃范围内均匀分布;则该分布半宽a为0.1℃，k=√3姨，α以11.5×10-6/℃代入，得u（Δe7）=L×103×a×/√3=0.0033mm

⑧输入量Δe的标准不确定度的计算u（Δe）=√（u^2 （Δe_2）+u^2 （Δe_3）+u^2 （Δe_4）+u^2 （Δe_5）+u^2 （Δe_6）+u^2 （Δe_7））

由于u（Δe2）>u（Δe1）及u（Δe2）′>u（Δe1），计算时去除测量重复性分量和分辨力分量数值较小者，保留测量分辨力分量u（Δe2）。

（3）不确定度的评定

改造前、后扩展不确定度分析，取置信概率P=95%，L=4m时：

改造前：uc=0.056mm，U=2×0.056=0.11mm（k=2）

改造后：uc=0.038mm，U=2×0.038=0.08mm（k=2）

经过上述数据对比分析表明，对于钢卷尺标准装置智能化改造性能改善，具有显著效果。

结 语

综上所述，智能化钢卷尺改造研究取得的效果是比较明显的。该装置具体有三点优势：一是减轻了工作人员的工作强度;二是将自动化的测试技术运用于钢卷尺标准装置检定工作过程中，提升了检定效率，降低了人工检定产生的偏差影响;三是采用先进成像技术，将前言光学成像科学技术运用在自动化检定装置中，一定程度上升级了改造装置。此外，智能化钢卷尺改造装置实现了统一计量器具作用，有利于市场中关于计量方面工作，为经济来往发展提供技术支持。

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【作者简介】

姓名：姚惠杰，出生年月：1982-01-31，性别：男，民族：汉族，籍贯：浙江长兴，工作单位：长兴县质量技术监督检测中心，学位：/职位：检定员，职称：工程师，研究方向：计量检测与研究