激光自动安平垂准仪

1、编号：版本： 20090708日期： 07.08.2009认证： CEJZC-E激光自动安平垂准仪集光、机、电集于一身的完整的高精度电梯导轨线性检测的测量系统目 录1.JZC的配置与性能参数11.1主机11.2主机的配置特点11.3 数显光靶31.4 数显光靶的配置特点31.5水平转换系统31.6JZC的性能参数42.JZC的主要技术特点42.1 全新的自动补偿技术42.2 采用了特殊的光学系统52.3 垂直度偏差（X、Y）和平行性偏差52.4 与其它仪器和方法的比较53.适用范围53.1 电梯安装中的应用53.2电梯安装质量验收中的应用63.3电梯维修改造中的应用63.4在扶梯和自动人行道安

2、装中的应用（需增加附件水平扫描转换器）63.5适用场合64 电梯导轨安装、检测中存在的问题64.1导轨安装中影响电梯的乘运质量的因素64.2电梯导轨安装、检测的传统方法及存在问题75.实现电梯导轨科学检测的基本条件85.1高精度的铅垂基准线85.2垂准性的检测95.3仪器的结构要求96.仪器的正确使用96.1 注意的问题96.2 原始基准点的确定106.3 逐点测量和测点的选取106.4 接力测量106.5 测量坐标及读数116.6 仪器精度的检查与自校117.JZC电梯导轨检测数据分析系统的使用1271检测数据分析系统的特点137.2检测数据分析系统的说明147.3检测数据分析系统实例15大

3、连经济技术开发区拉特激光技术开发有限公司地址：大连经济技术开发区龙泉街9号电话87927648传真：0411-876388051. JZC的配置与性能参数 JZC激光垂准仪是光、机、电集于一身的高精度激光仪器（见图1）。它是由激光器、光学准直系统、自动补偿系统、供电电源和电路系统以及包括专用卡具、调整手轮、圆水泡、外壳等机械部分所组成。它与数显光靶(见图6)或其它光靶组成一个完整的电梯导轨测量系统。1.1主机水泡电池盖电源开关主体卡具双光楔调整手轮图11.2主机的配置特点 激光器JZC采用的激光器是半导体激光器，波长为658nm，输出光功率<1mw，属于2类

4、激光器，这类激光器可由眼睛对光的回避反应（包括眨眼）提供保护，完全符合中国国家标准激光产品的辐射安全设备分类、要求和用户使用指南GB72471995的要求。也完全符合EN61010-1:2001 EN60825-1:1994+A1A2的欧洲标准，并通过了TUV安全使用的CE认证。JZC产品是属于安全的激光仪器，用户无需担心激光辐射的危害。 电源 JZC仪器采用直流3V电源（见图2），只需2节普通的5号电池即可连续工作35小时以上，既方便又安全。图2 主机可做360°旋转 JZC仪器主机的主体与连接座之间可以作360°转动，主体上标有0°、90°、180&

5、#176;、270°的刻度（见图3），连接座上有一个白色的标记点作为指针，指向对应的刻度值。用户可以非常方便地对仪器的精度进行自检，在实际应用测量过程中产生的测量误差可通过转动180°来消除（见图4）。刻度连接座标记点图3旋转180°图4 可供选择的配置及精度等级JZC系列激光自动安平垂准仪，设置了不同的精度等级和配置，用户可根据需要进行选择，本公司还可根据用户的特殊要求进行设计、制造。1.2. 5其它 JZC仪器具有与电梯导轨牢固、方便的装卡接口，配有安全绳以防仪器坠落(见图5)，并设置了主机与三角架的安装接口，以解决在其它场合的测量工作。JZCE型仪器的主机重

6、量1500g，便于携带。 图5 1.3 数显光靶作为进行导轨垂直度和直线度的测量系统，显然除了主机外，其接收装置的性能将对整个系统的测量精度产生影响。JZC数显光靶经过科学地设计，集光机电与一身。它是由卡尺、数显游标、棱镜、分划板、托盘、激光指向器、专门的供电电源和电路系统以及专用卡具等机械部件组成，形成接收、发射激光两个系统的多功能数显光靶。1.4 数显光靶的配置特点 接收系统 卡具托盘卡尺数显游标分划板棱镜图6由一套二维的游标数显单元和对中棱镜组成：数显单元的X方向和Y方向主尺在60mm×70mm范围内互为90°、±6，读数精度0.01mm；对中棱镜与光斑的对

7、正误差一般人眼的读数精度在0.10.2mm间。 其它数显光靶与电梯导轨配备了专门的卡具，并有安全绳接口，以防坠落损坏。1.5 水平转换系统图7（1）水平扫描转换器FJ13-1（2）锁紧螺母FJ13-2连接管FJ13-3锁紧套环FJ13-4（1）（2）根据电梯、扶梯、自动人行道的制造安装过程以及起重设备的水平检测的需要，设计了FJ13型水平扫描转换器（如图7）与JZCE型仪器配合使用，可以方便的将JZC激光自动安平垂准仪发出的高精度铅垂激光束转换成高精度的水平光束，解决各种水平测量的需要，本系统的特点是方便、快捷、准确。1.6 JZC的性能参数1） 光源的技术参数技术参数 单位JZC-E051J

8、ZC-E101JZC-E052一测回垂准测量标准偏差-1/1000001/200000自动补偿误差-0.048(t-20)/1圆水泡角度值8激光波长nm658仪器输出激光最大光功率mW<1中心光斑直径mm100m处 8 50m 处 3自动安平阻尼时间s<15工作环境温度 540 工作环境湿度 -<90% RH工作距离m0100工作电源-DC 3V工作电流mA90重量（主机）Kg1.56尺寸mm142×2502） 数显光靶的技术参数技术参数单位指标测量范围mm60×70数显标尺的精度mm0.02数显标尺电源-AG 12重量Kg0.96尺寸mm181×

9、;162×812. JZC的主要技术特点 2.1 全新的自动补偿技术高精度的激光垂准仪最核心的问题是解决自动安平补偿器的精度和可靠性。国内外传统的激光垂准仪普遍采用的是重力补偿或电子补偿，由于其摩擦系数的存在，都很难达到完全补偿，因此仪器铅垂精度只能达到2010，不确定度1/50000或1/10000。JZC采用了公司自主知识产权的全新液体双光楔自动补偿技术，使产品的铅垂精度和不确定度达到国内外同类产品中最高的精度。特别是JZC的不确定度（一测回标准偏差）都在1/100000以内，最高达到1/600000。这才保证了两根导轨在空间上的测量误差在很小的范围以内。2.2 采用了特殊的光学

10、系统 JZC采用了特殊的光学系统（空间位相调制器）激光光斑为一组明暗相间，反差很大清晰的同心圆环(如图8)。它既消除了调焦运行差，同时又大大提高了判读精度，从而保证了导轨的直线性检测。图82.3 垂直度偏差（X、Y）和平行性偏差仪器可以同时检测电梯导轨垂直度偏差（X、Y）和平行性偏差，大大方便了导轨的安装与调校工作。2.4 与其它仪器和方法的比较其它的仪器是否也可以通过类似的方法解决导轨定位中所碰到的问题呢？我们先来看没有自动补偿的仪器（激光准直仪），这种仪器的铅垂度完全靠长水泡来设定，在不同的位置两次设定，由于全靠人为的目测判读，因此其结果完全是随机的。两次设定后产生的两条光束，虽然是在其水

11、泡精度范围内，但它们的大小和方位角都是随机的，因此无法达到两条光束在空间是平行的要求，这也等同于拉了两条钢丝，无法实现空间上的平行一样。市场上虽然有多种带有补偿器的激光铅垂仪，但其采用的补偿原理，基本上以机械电子重力的为主。仪器的补偿精度都受制于摩擦力，摩擦力的大小方位角在一定范围内都是随机的，因此这个随机误差的客观存在难以保证仪器在两个不同的位置能够提供出空间高度平行的光束来作为基准，这也是许多激光器铅垂仪无法用于电梯导轨检测的一个主要原因 。3. 适用范围3.1 电梯安装中的应用Ø 代替传统的吊重锤放线工艺，直接用JZC确定各条安装基准线，并进行井道测量。Ø 对安装后的

12、导轨进行精确测量，确定导轨的铅垂性、直线性偏差，将测量数据用于绘制导轨在X、Y轴向的坐标曲线，并分析两根主导轨在空间上X、Y两个方向平行性偏差。Ø 利用JZC的激光水平扫描功能，对电梯门坎等部件的水平度进行划线和测量。3.2电梯安装质量验收中的应用 快速测定导轨安装的铅垂性、平行性及在空间X、Y轴上的偏差，为电梯的乘运质量优劣提供了科学的分析数据。3.3电梯维修改造中的应用在线运行电梯的导轨由于许多原因导致导轨的铅垂性、直线性等发生变化。使用JZC可以随时测量导轨发生的直线性、平行性偏差。并依此数据决定是否进行修正。因此在电梯改造时，使用JZC可以使您快捷简便的更换、修正导轨。3.4

13、在扶梯和自动人行道安装中的应用（需增加附件水平扫描转换器）Ø 扶梯安装中水平基准的确定Ø 自动人行道安装中水平基准的确定与检测。Ø 自动升降停车设备安装中的水平基准的确定与检测。3.5适用场合适用于其它需要高精度垂直基准及水平基准测量的场合4 电梯导轨安装、检测中存在的问题 4.1导轨安装中影响电梯的乘运质量的因素铅垂性建筑物建成后由于各种因素的影响都会产生不均匀沉降，大楼会向某一个方向倾斜，此时导轨也跟着大楼而倾斜，轿厢的导靴将压向T型轨的某个工作面，这个力的大小，若按电梯满载时总重2000kg计算，那么导轨垂直度偏离1°，就会产生35公斤的侧向力，而

14、且这是一个持续载荷，它将增加对导靴的磨损，所以导轨的安装都以铅垂线做基准。直线性在导轨安装过程中会出现直线性的偏差。这个偏差的存在会使电梯轿厢在运行中产生水平加速度，一旦这个偏差足够大，它将影响乘坐舒适感，严重时将使井道的信息采集产生错误的信号，这将会影响电梯的安全运行。XY左右图9导轨直线性偏差是沿着X、Y轴两方向的正负偏差。（见图9）国家电梯安装验收标准对导轨安装做了严格规定，GB50310-2002中规定“两列导轨顶面间的距离偏差应为：轿厢导轨02mm；对重导轨03mm”，“轿厢导轨和设有安全钳的对重导轨工作面（包括侧面与顶面）与安装基准线的偏差不应大于0.6/5000mm。”平行性电梯

15、是在两根导轨上运行，因此也就存在两根导轨在空间上的平行性问题。（见图10）两根导轨在Y向上的不平行，主要表现在轨距间的变化，如果两根导轨间距时大时小，就会造成电梯的左右晃动和摩擦力的变化，并引起附加的振动。因此在7588国家标准中对于轨距要求上偏差为2mm下偏差为0的规定。现在通常的做法是用找道尺来解决这个问题。 同样道理，两根导轨若X方向上有误差，会造成X方向的空间不平行。（见图11）这个误差如果超出了一定的范围，也会严重影响电梯的运行。由于传统的方法中缺少一个比对基准，这样很难确定X向的误差大小。通过大量的在线运行电梯导轨检测的实际情况看，有许多问题都出现在两根导轨在X向的平行性上。因此，

16、两根导轨在空间上的平行性也是影响电梯舒适运行的一个重要因素，也是电梯安装业内人士一直重视的问题。XYAB图10图114.2电梯导轨安装、检测的传统方法及存在问题安装电梯导轨目前的安装方法是采取放样板架、吊线锤的方法。大家知道，地球的重力就是指向地心的，吊线锤的方法就是利用地球的重力场，将一根0.6左右的琴钢丝上端固定好，下端吊一个重锤，在重力作用下，这根钢丝就是一条“铅垂线”。吊重锤的方法看似简易准确，但实际上在现场施工中很难保证垂准精度。首先，钢丝吊的重锤本身同时也是一个摆，由于地球的自转和外力的作用，这个重锤将以某一个周期作不停的摆动，一个100米长的重锤，摆动周期和长达20秒钟，很难停下

17、来，所以，常常要在底部用一个盛有机油的油桶，将重锤置于油中增加阻尼，以尽量减小“摆”的振幅。重锤的摆动不但耗时，而且严重影响精度。其次，重锤的吊线是一根柔性的线，很容易受井道风的，特别是横风的影响，一个10公斤100米长的重锤，如果在重锤处只受到1克横向力（相当一个蚂蚁力量大小的力）的影响，就会使吊线在100米处偏离10毫米，也就是约20角秒的误差，再次，吊线是一根张紧的弦，很容易发生横向的振动及纵向上传递振动而造成的波动。由上述可见，吊线看似简易准确，实际上在现场施工中确是一个很难保证垂准精度的方法。这也是多年来人们一直追求激光垂准方法的原因。相较之下，激光垂准仪具有高准直性、高垂准性、高刚

18、度、高稳定性、不受外力影响，均是吊线所无法比拟的。此外，传统的安装工艺对两根导轨侧工作面的共面性（扭曲）通常采用找道尺解决，但对导轨的扭曲量很难做到数量化的控制，基本上依赖安装人员的技艺。而JZC激光垂准仪的数显光靶底部的激光指向器，为两条导轨的共面性提供了快速准确的测量方法。4.2.2检测电梯安装完毕试运行以后要进行检测验收，此时已经没有脚手架了，通常样板架、钢丝基准线也要拆除了，验收部门通常采用五米磁力线锤来检测。1）这个检测方法，每次测量最多检测5米，而每一次测量时都有一个基准，这样多次测量，累积误差较大，无法得到导轨全程的准确数据。2）导轨的偏差量（X）、（Y），用5米线锤只能先测X方

19、向，再测Y方向，这样基准也在不断改变，显然测量误差大。3）导轨侧工作面共面的问题（导轨的扭曲），由于找道尺的误差较大，一般只能控制在0.20.3mm，这个误差量也满足不了实际需要，很难对导轨扭曲做出量的分析，以致以往电梯安装检测大纲干脆就没有导轨扭曲这一检测项目，而“导轨扭曲”恰好是许多已“调直导轨”，无法舒适运行的关键所在。维修改造电梯正常运行后，导轨由于建筑物沉降，水泥收缩变形，轿厢运行机械摩擦等的影响，导轨都不可避免的会发生位移和变形，但电梯一经运行吊线锤无法使用，没有基准线，导轨的维修、偏差校正就有许多困难。在电梯大修改造更新轿厢、校正导轨时，通常采用重新搭脚手架、放样板架、吊重锤拉钢

20、线等办法，这样费时、费力，增加了许多维修成本。5. 实现电梯导轨科学检测的基本条件 电梯作为垂直升降的运输工具，已有100多年的历史，而且随着高层建筑越来越多，电梯已经发展成为城市生活中的重要组成部分，对电梯安装质量的要求也越来越高但是在安装和检验中却仍然普遍采用着吊重锤的传统方法，无法满足对安装质量越来越高的要求，因此多年来，国内外许多专家人士都试图采用激光检测技术来解决导轨的检测。通过对导轨安装实践的分析，实现对电梯导轨科学的检测，仪器需要符合以下条件：5.1高精度的铅垂基准线虽然影响电梯乘运质量的核心是导轨的直线性，但由于导轨是成对使用，而对导轨空间的平行性有很高的要求，因此要求导轨必须

21、有很高的垂准精度，因为只有直线性而没有垂准性，就很难以保证导轨的平行性。高垂准性的要求是多年来激光仪器用于电梯导轨检测的主要障碍。例如，高为100米的两根导轨，两根导轨XY方向上平行偏差小于2mm，那么基准线的重复精度就要在2（1/100000）以内。5.2垂准性的检测垂准性X、Y和（扭曲度）三个量必须在一次检测中同时完成。按国际流行的导轨支架结构，一但松开导轨压板，则X、Y、三个自由度都会失去约束。因此调校时，特别是最终的精调校三个自由度必须在一次调校中全部完成。所以，要求检测仪器必须能同时检测垂直度X、Y和扭曲度三项误差。5.3仪器的结构要求仪器的结构要有良好的现场可操作性，具备与电梯导轨

22、检测相应的接口，使用简单方便。6. 仪器的正确使用 6.1 注意的问题6.1.1 使用前请详细阅读使用说明书6.1.2 本仪器是自上而下的垂准仪，又称天底仪，即发射一条指向地心的激光束（如图12）。因此使用时应把仪器置于被测目标的上方。仪器装卡前如已卧放，需慢慢地竖起。6.1.3 首先将仪器卡在被测导轨的最上端（应离导轨端点0.5m左右），此时注意装卡仪器的导轨面应清洁无污物。将仪器卡具上五个定位钉同时靠紧在导轨的两个工作面上，然后拧紧手轮，将仪器牢牢地紧固在导轨上。6.1.4 由于工作时，仪器始终位于工作人员的上方，为了绝对安全起见，仪器还备有安全绳，请务必将该绳穿过仪器卡具上的孔，将仪器系

23、在导轨支架上，以免坠落。 6.1.5 在测量过程中，光源不可以被其它的物体干扰、碰撞或光束遮挡，若测量进行中光源位置改变，则此次测量结果无效。6.1.6 光源使用的是2节5号碱性干电池，光源长时间不工作时，务必将电池取出，以免造成机内腐蚀；废旧电池请妥善处理，以免造成污染。6.1.7 仪器应置于通风干燥处，注意防潮。仪器若长期不用（一个月以上），每月至少应通风一次。冬天从室外取入室内时，应放置一段时间再开箱，以免机内结露，造成仪器线路短路和影响仪器寿命。6.1.8 本仪器属于2类激光产品。直接光束内视是危险的；观察漫反射一般是安全的。不要直视激光束，用眼睛直视激光束会对眼睛造成危害。若不小心直

24、视激光光束，可通过眨眼来消除对眼睛的损害。 图126.2 原始基准点的确定测量导轨在空间的位置是采用相对测量法，首先一开始要确定原始基准点，在仪器的正下方100mm200mm处，将数显光靶靠紧导轨并拧好，移动游标数显尺，使分划板对准激光束的光斑。在激光盲区时（干涉条纹分辨不清时）可以利用光斑的外环对中。然后将X、Y两个数显游标的指示清零，这个点就成为整条导轨测量时的原点，即X0=0，Y0=0；其它各点测值均是与该点的相对坐标值。6.3 逐点测量和测点的选取在进行逐点测量时，此时激光束是基准线。可利用中心光斑对中。每点测得的Xi、Yi值就是i点X、Y的坐标值，即导轨在该点的空间位置。测点的选取：

25、整个测量工作一般选取导轨的支架和导轨的衔接处为测量点，以便有问题时，在该处进行适当的调整。6.4 接力测量经大量现场实际操作证明，根据现场条件的不同，JZC可以有效的工作距离在0150米。JZC的最佳工作范围在070米左右。虽然仪器的激光束在井道内可以达到150米以上，但随着测量高度的增加，建筑物的摆动会增加，另外如环境振动等，光斑会随着高层建筑的摆动而变化，对中误差会增大，因此对于这种情况可采取接力测量的办法解决， 这样JZC就可以完成任意高层建筑的测量工作。例如：检测某一提升高度为120米的电梯时，当测量到第25号支架处，激光光斑出现明显晃动。可将仪器主机从第1号支架处取下，重新设置在23

26、号支架处；将接收光靶设定在24号支架处，重新设定零位。再依次检定25号及以下支架处的偏差。如24号支架处第一次检定的数据X方向为+2.5mm，Y方向为-3.20mm；重新设定零位后的25号支架检定的数据为X方向+0.10mm，Y方向为-0.20mm，那样在最后数据处理时25号支架的检定数据应为:X25=2.50mm+0.10mm=2.60mmY25=(-3.20mm)+(-0.20mm)=-3.40mm以下各点依此类推。6.5 测量坐标及读数图13 使用FJ11数显光靶测量坐标与井道坐标的关系X井道坐标X右轨测试坐标左轨测试坐标XYYOx在进行导轨检测时，使用FJ11数显光靶测量的坐标与井道坐

27、标是不同的，需要注意井道的方位，分清左、右导轨，以防测量时把数据搞错。习惯上井道坐标系是以检测人员站在轿厢门的位置，面向井道，右侧为右轨，左侧为左轨，在井道坐标中，两根导轨连接方向为Y轴，垂直于Y轴的方向为X轴。但在测量时，光靶测量与读数的坐标是相对于每根被测导轨而确定的，而不是按井道坐标测量读数的。其测量坐标系与井道坐标的关系如图13所示。使用时应注意，将测量的数据与符号直接从数显光靶读取并填入相应表格，以用于进行导轨检测数据的分析。6.6 仪器精度的检查与自校主机垂直度的检查JZC-E具有自检自校的功能。如仪器经一段时间使用或受到强力冲击和震动，仪器的垂直度可能会出现漂移。为了保证导轨测量

28、工作数据的可靠性，用户可对本仪器的精度进行检查。其方法是：将仪器卡在稳定的台架上，这一台架可以用一小段导轨制作，只要稳定性好，也可用其他能卡住仪器的东西代替。调整仪器水泡至中心，在仪器下方卡一调校反射镜，距仪器H米处（H最好大于20米）。如图14所示。打开数显光靶电源，调整数显光靶中心与激光光斑中心对正，将数显光靶清零，再将机芯旋转180°，记录该点数值为X1、Y1，求出D值：图 14 根据D值可由下表查出仪器光轴与机械轴的同轴度（即垂直度精度）垂直度2461020MD0.390.781.161.9450MD0.971.942.914.85注意：在检查同轴度精度时，操作要仔细，选择在

29、震动小的环境下进行操作，以防操作引起的误差。 仪器垂直度校正的方法注意：请小心操作，避免因操作失误给仪器精度带来更大的损失；若不熟练调校工作，可将仪器返回我公司总部，由总部的技术人员解决。若在检查中发现仪器有了超差，可对精度进行校正。将光靶中心对准0.5D处（参照的D值），即（X1/2，Y1/2）处，取下镜头盖处双光楔护罩，用螺丝刀将小光楔的紧固螺钉拧松，微微转动小光楔使激光束中心对准光靶中心，如果调整小光楔达不到要求，可以松动大光楔螺钉，同时调整大小光楔，使光斑中心对准光靶中心，然后拧紧螺钉。仪器旋转180°再检查D值，D值越小，表明仪器精度越好，如此反复几次，直止合格为止。7.

30、JZC电梯导轨检测数据分析系统的使用GB50310-2002电梯工程施工质量验收规范中再次明确：“每列导轨工作面（包括侧面与顶面）与安装基准线每5米的偏差均不应大于下列数值轿箱导轨和设有安全钳的对重导轨为0.6mm；不设安全钳的对重导轨为1.0mm。”上述偏差均属于线性偏差，而使用JZC测量的导轨偏差读出的数据是与JZC的铅垂基准线的铅垂偏差。因此在实际应用中，应将铅垂偏差换算成线性偏差。为了方便用户的使用。我公司特制作了JZC电梯导轨检测数据分析系统的软件，来配合用户使用。71检测数据分析系统的特点将激光铅垂基准线转换成按拟合直线基准的两条原则：其一：“直线拟合的原理”所谓的直线拟合最小二乘

31、法就是根据一组大致成直线的数据（xi,yi）i=1,2,N作一条直线y=P(x)=a1x+a0,使得为最小。使用直线拟合的方法可以将以JZC激光垂准线为基准的铅垂偏差转换成以拟合直线为基准的线性偏差。从而可以直接判断检测数据的线性度，为电梯的安装、维护与检测提供便利。其二：左右两导轨拟合直线的选取原则。在实际中，左右两导轨的线性度基本上不会相同。这样在分别对左右两导轨的检测数据进行直线拟合时，就会出现左右两导轨的拟合直线的斜率不同，从而造成两导轨不平行。为了避免这种情况的出现，需要从两条拟合直线中选取一条作为线性基准。选取的原则就是选取斜率小（即铅垂性好）的那一条拟合线作为线性基准线。线性分析的依据根据电梯沿着两根主要导轨高速运动的自身特点和GB50310-2002导轨的安装偏差0.6mm/5000m要求。除了要分析每列导轨全程的线性偏差外，特别要注意相邻三个支架的线性偏差，为此该系统对相邻三个支架点的线性偏