CN101949672A - 顶板动态仪校准方法及校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顶板动态仪校准方法及校准装置，为解决缺少顶板动态仪校准方法而至安全隐患问题，其校准方法用PC机操控的步进电机通过传动机构驱动精密丝杠，精密丝杠带动其配装的内丝扣型滑块式测量压头对夹持在夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具中的顶板动态仪进行平行于测量轴线的精密行程校准。其校准装置包括安装在支架上的步进电机和竖向精密丝杠，步进电机的输出轴通过正时皮带传动机构连接精密丝杠，精密丝杠配有精密内丝扣型滑块式测量压头，支架下部配装有与夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具；步进电机连接步进电机驱动板，步进电机驱动板再连接PC机。其具有重复性好，性能稳定，可靠性高，自动化程度高，实现了矿山顶板沉降变形的数值自动模拟，在提高顶板事故隐患监测能力、确保安全生产的同时，又节约了企业盲目更换带来的资金浪费的优点。

Description

顶板动态仪校准方法及校准装置

技术领域

本发明涉及一种位移检测仪的校准设备，特别是涉及一种顶板动态仪校准方法及校准装置。

背景技术

顶板动态仪是用于煤矿井下测量顶底板移近量、移近速度，进行采场来压预报，检测支承压力高峰位置等，是采场矿压观测的基本工具。

近年来，国家非常重视安全生产问题。煤矿安全更是其中的重中之重。根据二○○六年四月国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局《煤矿安全生产“十一五”规划(草案)》数据，我国煤矿顶板条件差异较大。多数大中型煤矿顶板属于Ⅱ(局部不平)类、Ⅲ(裂隙比较发育)类；Ⅰ类(平整)顶板约占11％，主要分布在义马、郑州、潞安、阳泉、大同等矿区；Ⅳ类、Ⅴ类(破碎、松软)顶板约占5％，主要集中在淮南、淮北、焦作等矿区。近几年来，顶板事故的起数和由于顶板事故造成的死亡人数所占的比例都是煤矿各类事故中最高的，其中乡镇煤矿顶板事故尤为突出，乡镇煤矿顶板事故起数和死亡人数均占到所有顶板事故的70％以上。根据有关资料统计，顶板事故是煤矿生产过程中常见和多发的事故，虽然不象瓦斯煤尘***和水灾事故那么单体事故死亡人数多，但死亡人数累积起来仍占相当大的比重。国家煤矿安全监察局调度中心的资料显示，2006年，煤矿发生顶板事故1633起、死亡率902人，事故起数、死亡人数分别居各类事故的第一位。在采矿生产活动中，顶板事故是最常见的事故，因此，多年来，煤矿十分注重强化顶板管理工作。顶板事故可以采用简易方法和仪器进行检查与观测，常用的简易方法有木楔法、标记法、听音判断法、震动法等。还可以采用顶板报警仪、机械测力计、钢弦测压仪、地音仪等观测顶板及地压活动。

目前，为解决顶板监测问题，国内专家研制生产了顶板动态仪这种计量仪器，广大煤矿生产企业和建筑行业开始大量使用顶板动态仪来捕捉顶板断裂出现的“反弹”及“压力高峰转移”等重要信息，为预报顶板来压及推断支承压力高峰位置提供依据，为安全生产提供技术支持。据统计，煤矿使用顶板动态仪数量达几十万支。

但是这种承载着安全预报功能的顶板动态仪，却因为没有相应的校准设备，致使顶板动态仪虽大量应用于安全生产监测，但是没有校准依据计量性能没有进行量值溯源，因而其主要计量性能没有确定下来，为安全生产埋下了另一种隐患。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种顶板动态仪校准方法，本发明目的还在于提供实施该方法的校准装置。

本发明人对现有顶板动态仪进行了长期的调查研究，发现目前顶板动态仪溯源存在以下问题：

1)现有的国家检定***表不包括此类顶板动态仪，因此也没有相应的国家计量检定规程或者校准规范。计量技术机构因没有相关的技术规范，不能提供充分、可靠的技术支持。

2)生产企业只重视生产，虽然强调安全生产但是忽视了测量仪器设备量值溯源的重要性。即使重视安全仪器的溯源问题，使用者不知道怎样进行，为安全起见只好规定一个报废期限，给企业造成很大浪费，同时又是一个安全隐患。

3)没有专用的校准设备，出具的相关数据不规范。

目前使用的顶板动态仪的传递原理大多采用齿条带动齿轮回转，指针指示，有毫米刻度尺，弹性元件作为测量力。其结构示意图和原理图如图3-4所示。顶板动态仪包括：测杆8。其传动部分包括：弹性元件80、仪表盘81、指针82、中心齿轮83、齿条84。

可以看出，顶板动态仪是用机械方法来实现被测量的变换和放大的计量器具，属于机械式计量器具。

本发明人总结出影响其计量特性的主要因素有：

1)齿轮齿条的传动：这是该仪器主要的量值产生的部件，齿条齿距产生的位移通过中心齿轮细分，带动指针产生角位移，主要误差产生在此处。齿条齿距的精度直接影响示值误差；由于齿条和齿轮配合会有间隙，能产生示值误差和回程误差。

2)弹性元件产生的测量力：当外力施加于测量杆时，弹性元件产生的测量力能够抵销部分外界位移，外界位移已存在，但顶板动态仪却没有响应。因此，测力需要控制在一个合理范围内。

3)各部位相互作用：由于顶板动态仪各部位之间存在紧密地联系，任何一个部位功能不正常，将会给整个装置带来误差，如测杆(带有齿条)与装夹套筒的磨擦、齿条与齿轮配合失常、指针固定的松动等。

4)刻度间距：毫米刻度尺或圆刻度盘上两相邻刻线中心之间的距离或圆弧长度。刻度间距太小，会影响估读精度，太大则会加大读数装置的轮廓尺寸。为适于人眼观察，刻度间距一般为0.75～2.5mm。

5)指针与表盘刻线及游标与毫米刻度尺刻线的相互位置：

6)示值变动性：示值变动性反映了顶板动态仪重复测量时的稳定性。在相同条件下，对同一被测量物进行多次(一般为5～10次)重复测量时，计量器具测量结果的最大差值。

7)环境条件对示值的影响：根据调查，顶板动态仪通常使用在煤矿井下，环境温度一般在0℃～40℃范围内，湿度≤90RH范围内。由于钢制量具存在热膨胀系数，测量时，温度的偏差会引起长度测量误差。

通过以上对顶板动态仪计量特性的分析，本发明人制定了实验方法，对3支功能正常的顶板动态仪进行实验测量。

1)利用4等量块对顶板动态仪的示值进行测量，计算示值误差。测量仪器示值误差就是指测量仪器示值与被测量的真值之差。这是测量仪器的最主要的计量特性之一，其实质就是反映了测量仪器准确度的大小，是测量仪器准确度表述的主要形式。

将顶板动态仪装夹在刚性表架上，用量块比较测量，用千分表读数，数据如表。(室温：22.6℃，湿度：60％RH)

有数据可看出，在测量行程(0-200)mm内，示值误差不超过2.00mm。根据制造商技术要求，在测量行程(0-200)mm内，粗读数误差＜1％，即误差不超过2.00mm，两者相吻合。初步把顶板动态仪在测量行程(0-200)mm内示值误差定为不超过2.00mm。

由于实验方法的原因，对回程误差无法测量，同时对于微小尺寸(1mm)测量起来也较困难。因此，再次提出要研制专用设备来解决此问题。

2)示值变动性：将顶板动态仪装夹在刚性表架上，使其测杆测球与工作台面垂直接触，通过校准装置调整毫米刻度尺始、中、末三个位置处分别移动测量杆5次(测杆移动量不超过10mm)，5次中最大值与最小值之差作为示值变动性，数据如表。

3)弹性元件产生的测量力对示值的影响，采用分度值为0.1N的测力计进行测量。经过试验，其最大测力值不超过30N。

4)指针末端与表盘刻线的宽度、毫米刻度尺刻线与游标的宽度：其宽度将影响使用人员的读数精度。查阅技术文献，一般情况下，为适于人眼观察，刻度间距一般为0.75～2.5mm。考虑到该仪器表盘直径较大，其刻度间距在0.04mm分辨率的情况下也大于3mm，因此，指针末端与表盘刻线的宽度、毫米刻度尺刻线与游标的宽度一般符合上述要求，为节约计量成本，此项可不进行校准。

5)在不同温度下，利用量块对顶板动态仪示值进行测量，计算示值变化量。把量块和顶板动态仪在不同温度下，充分等温(约30分钟)，在150mm点读数10次，取平均值记入下表。

从以上数据看，温度波动对示值的影响占整个示值误差的2％，因此在校准时，校准环境温度可以设定在常温环境下。

6)各部位相互作用：根据测量原理，测杆的移动及指针回转应平稳、顺畅，不得有跳动、卡住和阻滞现象。指针应紧固在轴上，测杆移动时指针不应松动。

在上述调查研究和试验研究基础上，为实现上述目的，本发明人提出了如下技术解决方案，即：本发明顶板动态仪校准方法是用PC机操控的步进电机通过传动机构驱动精密丝杠，精密丝杠带动其配装的内丝扣型滑块式测量压头对夹持在夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具中的顶板动态仪进行平行于测量轴线的精密行程校准。其具有高工作效率，实现了顶板动态仪示值误差、回程误差校准，校准精度高，自动化程度高，满足了矿山顶板位移监测的要求，可操作性强的优点。

作为优化，步进电机通过正时皮带传动机构驱动精密丝杠；PC机通过其主板上安装的步进电机控制卡和其硬盘安装有专用控制检测软件，并通过步进电机驱动板操控步进电机；校准时，内丝扣型滑块式测量压头在精密丝杠带动下先进时，还沿着与平行于测量轴线的滑配道滑动。如此设计，采取硬连接或齿轮连接很难做到同轴，齿轮连接误差较大。采用正时皮带连接，精密丝杠响应步进电机角位移好于前两者。

作为优化，所述滑配道为平行于测量轴线的滑配轴，所述内丝扣型滑块式测量压头通过其配装的滑配铜轴套与滑配轴套装滑配；使用顶板动态仪夹具夹持顶板动态仪时，还通过顶板动态仪夹具配有的微调机构对顶板动态仪姿态进行调整，使顶板动态仪仪表盘的指针归零和使顶板动态仪的轴线平行于测量轴线。

作为优化，所述微调机构为PC机操控的自动微调机构；内丝扣型滑块式测量压头运行的上止点由支架配装的上止点限位光电传感器进行定位，内丝扣型滑块式测量压头运行的下止点由支架配装的下止点限位光电传感器进行定位，定位方式是内丝扣型滑块式测量压头配装的遮光片限位光电传感器，限位光电传感器将操控信号传输给步进电机驱动板，步进电机驱动板再控制步进电机。采用光电传感器进行定位能显著提高定位精度，简化控制程序，可靠性强。

作为优化，所述精密行程校准是：PC机一方面实时记录内丝扣型滑块式测量压头的精密行程数据，另一方面还同步实时通过配装在顶板动态仪表盘上的自动仪表读数器读录的顶板动态仪的精密行程数据，并对获得的两组数据进行比对计算，从而得出代表顶板动态仪检测顶板位移性能指数的精度数据；PC机与其操控设备之间采用RS-232通讯方式。

用于实施本发明顶板动态仪校准方法的校准装置包括安装在支架上的步进电机和竖向精密丝杠，步进电机的输出轴通过正时皮带传动机构连接精密丝杠，精密丝杠配有精密内丝扣型滑块式测量压头，支架下部配装有与夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具；步进电机连接步进电机驱动板，步进电机驱动板再连接PC机。其利用步进电机带动精密丝杠旋转，使位于丝杠上的滑块(测量压头)沿丝杠轴线产生线性位移；滑块(测量压头)的移动使顶板动态仪产生位移，使仪器的刻度上产生的位移量达到预定位置L，此时丝杠产生位移量为L，两者之差即为该设定位置的误差。如此设计，该校准装置重复性好，性能稳定，可靠性高，在大大降低事故、确保企业的安全生产的同时，又可以节约企业由于盲目更换所带来的资金浪费，在矿山安全生产中具有重要的经济和社会效益。采取硬连接或齿轮连接很难做到同轴，齿轮连接误差较大。采用正时皮带连接，精密丝杠响应步进电机角位移好于前两者。

作为优化，所述PC机主板上安装有专用控制卡；所述PC机硬盘中安装有专用控制检测软件；所述顶板动态仪夹具为配有微调机构的夹口平行于测量轴线的刚性夹具；所述支架固装有竖向滑配道，滑块式测量压头与竖向滑配道竖向滑配配合。如此设计，装夹位置就能保证被测仪器在测量过程不移位，并保证平行于测量轴线。所述微调机构优选为上下位移微调机构，通过该机构可以对顶板动态仪进行对零。能保证滑块上下行轨迹，始终与顶板动态仪的轴线一致，保证检测精确性。

作为优化，所述专用控制卡为步进电机控制卡。所述竖向滑配道为竖向滑配轴，滑块式测量压头通过其配装的铜轴套与竖向滑配轴竖向滑配。如此设计，结构简单，可靠性强，方便维护使用。

作为优化，所述支架底部固装有底座式工作台，所述支架顶部固装有顶梁，顶梁配装步进电机，精密丝杠上部和下端分别通过轴承配装在顶梁和工作台上；支架配装有与内丝扣型滑块式测量压头上止点和下止点相对应的限位光电传感器，内丝扣型滑块式测量压头配装与限位传感器相配合的遮光片，光电传感器连接步进电机驱动板。光电传感器用于精确定位内丝扣型滑块式测量压头的起止点，能显著提高控制精度和控制效率。

作为优化，所述PC机还进一步连接有用于配装在顶板动态仪表盘上的自动仪表读数器。有利于减少人为因素，提高工作效率。

其工作原理为：顶板动态仪校准装置主要有电脑(PC)机、专用控制卡、步进电机驱动板、专用控制检测软件、精密丝杠、步进电机组成。步进电机、精密丝杠、安装在专用支架上，组成检测机构。检测机构上的测量头由精密丝杠带动，可在垂直方向上推动顶板动态仪顶部测杆上下移动。步进电机的运动由电脑控制，在正、反二个方向上可实现连续运转，定距步进。从而带动测量头在上、下二个方向上连续移动或作定距移动。校准装置运行时，测量头移动的距离、各个受校准点检测到的误差都可以直接显示在电脑屏幕上。误差数据由电脑记录、存储。正、反行程校准完后，由电脑进行数据处理。计算出受校准点的示值误差、回程误差。

其使用方法：1、示值变动性使用方法：先将顶板动态仪支撑爪卸掉，装夹在顶板动态仪夹具(校准装置的刚性表架)上，使其测杆测球与校准装置上端的滑块式测量压头垂直接触，通过校准装置调整毫米刻度尺始、中、末三个位置处分别移动测量杆5次(测杆移动量不超过10mm)，5次中最大值与最小值之差作为示值变动性。

2、示值误差使用方法：校准顶板动态仪时先将支撑爪卸掉，使用顶板动态仪校准装置，将顶板动态仪装夹在校准装置刚性夹具上，使其测杆测球与滑块式测量压头垂直接触，调整校准装置使顶板动态仪表盘指针对准零位，指标线应在毫米刻度尺零位附近；顶板动态仪(0-200)mm示值误差是在正反行程的方向上每间隔5mm进行校准。顶板动态仪移动规定分度后，在校准装置上读取各点的误差值，直到工作行程终点。在正方向校准完后继续压缩使测杆转过10mm，接着反方向进行校准。在整个校准过程中，中途不得改变测杆的移动方向，也不应对受校准顶板动态仪和校准装置作任何调整。决定反行程误差的正负号和正行程的相同。

顶板动态仪(0-200)mm范围内示值误差由正行程程各受校准点误差中最大值与最小值之差确定在校准(0-5)mm范围内示值误差时在(0-200)mm读数误差中选择最大值和最小值的2个位置处在前后间隔5mm，在(0-10)mm范围内每间隔`1mm进行校准，(0-5)mm范围内示值误差以正行程内最大值与最小值之差求得。

具体校准方法：

1)外观。要求：指示表的表蒙应透明洁净，不应有气泡和明显划痕；指针和表盘刻线、游标和毫米刻度尺刻线应清晰、平直、均匀，无目力可见瑕疵；测杆测头上不应有碰伤、锈迹和明显的划痕。其他表面上不应有脱漆和毛刺及影响外观质量的其它缺陷。

顶板动态仪上必须有制造厂名或商标，分度值和型号规格。

使用中和修理后的顶板动态仪，允许有不影响使用准确度的外观缺陷。

校准方法：目力观察。

2)各部分相互作用。要求：测杆的移动及指针回转应平稳、顺畅，不得有跳动、卡住和阻滞现象。指针应紧固在轴上，测杆移动时指针不应松动。

校准方法：试验和观察。

3)指针与表盘刻线及游标与毫米刻度尺刻线的相互位置(由产品抽样得出数据，以不产生视差为宜)。

要求：在自由状态下，指针末端指向与表盘刻线方向、游标与毫米与刻度尺刻线方向应一致，无目力可见的偏斜。指针与表盘毫米刻线对准时游标与毫米刻度尺刻线应对准，且左右观察应无目力可见变化；游标行程应超过毫米刻度尺210mm处。

校准方法：目力、试验观察。

4)示值变动性。要求：不超过0.1mm

校准方法：将顶板动态仪装夹在校准装置刚性表架上，使其测杆测球与校准装置工作台面垂直接触，通过校准装置调整毫米刻度尺始、中、末三个位置处分别移动测量杆5次(测杆移动量不超过10mm)，5次中最大值与最小值之差作为示值变动性。上述三个位置的示值变动性均应不超过要求。

5)示值误差。要求：(0～5)mm不超过0.5mm；(0～200)mm不超过2mm。

校准方法：校准顶板动态仪时使用顶板动态仪校准装置，将顶板动态仪装夹在校准装置刚性夹具上，使其测杆测球与校准装置圆工作台面垂直接触，调整校准装置使顶板动态仪表盘指针对准零位，指标线应在毫米刻度尺零位附近；顶板动态仪(0-200)mm示值误差是在正反行程的方向上每间隔5mm进行校准。顶板动态仪移动规定分度后，在校准装置上读取各点的误差值，直到工作行程终点。在正方向校准完后继续压缩使测杆转过10mm，接着反方向进行校准。在整个校准过程中，中途不得改变测杆的移动方向，也不应对受校准顶板动态仪和校准装置作任何调整。决定反行程误差的正负号和正行程的相同。

顶板动态仪(0-200)mm范围内示值误差由正行程程各受校准点误差中最大值与最小值之差确定。

在校准(0-5)mm范围内示值误差时在(0-200)mm读数误差中选择最大值和最小值的2个位置处在前后间隔5mm，在(0-10)mm范围内每间隔`1mm进行校准，(0-5)mm范围内示值误差以正行程内最大值与最小值之差求得。

6)回程误差。要求：不超过0.25mm。校准方法：在示值误差校准完后，取正、反行程各对应点误差之差最大值作为回程误差。

7)测力。要求：不小于40N。校准方法：用分度值为1N的测力计进行校准。

通过这五方面问题的研究，可以了解顶板动态仪的计量特性，并据此分析了数据指标，提出了校准方法，为下一步起草校准规范提供了较为翔实的技术资料。

经试用证明：

a)该校准装置采用先进的步进电机和传统的精密丝杠相结合实现精确的进给，减少了一般机械式进给不易定位、重复性差的缺点，又克服了过高精度设备稳定性差、性价比不高的缺点。整套装置采用标准化结构，外形美观大方，方便***维护和升级。在增加操作的安全保障的同时，保证***的可扩展性。

b)该校准装置用计算机控制，可操作性强。

c)其软件结构要通过一个层次清晰、逻辑严密、专业化程度很高的对话框与用户交互。

d)其***采用RS-232通讯方式，完成步进电机驱动控制和通讯功能。简化了***结构，提高了***运行可靠性，方便***的定制和扩充。

e)利用CMOS成像技术的读表器，通过计算机成像，减少人为因素，提高工作效率。

f)实时记录各点数据，计算全部误差，并可永久保存。检定结束后自动切断电源，数据处理后存盘，并有掉电保护功能。在检定过程中若突然停电或因故人为退出程序，再次启动检定程序时将提示您选择在原检定的基础上继续检定还是重新开始检定，继续检定能节省检定时间，提高工作效率。

采用上述技术方案后，本发明顶板动态仪校准方法及校准装置是采用步进电机和精密丝杠精确的进给；***采用RS-232通讯方式，完成步进电机驱动控制和智能PID调节器的通讯功能；并利用CMOS成像技术，通过计算机成像，减少人为因素，提高工作效率，实现了顶板动态仪示值误差、回程误差校准，校准精度高，自动化程度高，满足了矿山顶板移位监测的要求，实现了矿山顶板沉降变形的数值自动模拟，在矿山安全生产中具有重要的经济和社会效益，显著推进了煤矿安全生产技术的发展。该校准装置具有：重复性好，性能稳定，可靠性高，自动化程度高，实现了矿山顶板沉降变形的数值自动模拟，在提高顶板事故隐患监测能力、确保安全生产的同时，又节约了企业盲目更换带来的资金浪费，在矿山安全生产中具有重要经济和社会效益的优点。

附图说明

图1是本发明顶板动态仪校准方法的原理示意图；

图2是本发明顶板动态仪校准装置的结构示意图；

图3是本发明顶板动态仪校准装置所检测顶板动态仪的结构示意图；

图4是本发明顶板动态仪校准装置所检测顶板动态仪的传动原理示意图。

具体实施方式

如图1和3-4所示，本发明顶板动态仪校准方法是用PC机6操控的步进电机1通过正时皮带传动机构5驱动精密丝杠2，精密丝杠2带动其配装的内丝扣型滑块式测量压头3对夹持在夹口平行于测量轴线的顶板动态仪刚性夹具4中的顶板动态仪进行运行轨迹平行于测量轴线的精密行程校准。

PC机通过其主板上安装的步进电机控制卡和其硬盘安装有专用控制检测软件，并通过步进电机驱动板操控步进电机；校准时，内丝扣型滑块式测量压头3在精密丝杠2带动下先进时，还沿着与平行于测量轴线的滑配道滑动。所述滑配道为平行于测量轴线的滑配轴，所述内丝扣型滑块式测量压头3通过其配装的滑配铜轴套与滑配轴套装滑配。使用顶板动态仪夹具4夹持顶板动态仪时，还通过顶板动态仪夹具配有的PC机操控的自动微调机构7对顶板动态仪姿态进行调整，使顶板动态仪仪表盘的指针归零和使顶板动态仪的轴线平行于测量轴线。内丝扣型滑块式测量压头运行的上止点由支架配装的上止点限位光电传感器进行定位，内丝扣型滑块式测量压头运行的下止点由支架配装的下止点限位光电传感器进行定位，定位方式是内丝扣型滑块式测量压头配装的遮光片限位光电传感器，限位光电传感器将操控信号传输给步进电机驱动板，步进电机驱动板再控制步进电机。

所述精密行程校准是：PC机1一方面实时记录内丝扣型滑块式测量压头3的精密行程数据，另一方面还同步实时通过配装在顶板动态仪表盘81上的自动仪表读数器9读录的顶板动态仪的精密行程数据，并对获得的两组数据进行比对计算，从而得出代表顶板动态仪检测顶板位移性能指数的精度数据；PC机1与其操控设备之间采用RS-232通讯方式。

其中顶板动态仪包括：测杆8。其传动部分包括：弹性元件80、仪表盘81、指针82、中心齿轮83、齿条84。

如图2-4所示，用于实施本发明顶板动态仪校准方法的校准装置包括安装在支架上的步进电机1和竖向精密丝杠2，步进电机1的输出轴通过正时皮带传动机构5连接精密丝杠2，精密丝杠配有精密内丝扣型滑块式测量压头3，支架下部配装有与夹口平行于测量轴线的顶板动态仪刚性夹具4；步进电机1连接步进电机驱动板，电机驱动板再连接主板安装有专用控制卡的PC机。所述专用控制卡优选为步进电机控制卡。所述PC机硬盘中优选安装有专用控制检测软件。所述顶板动态仪夹具优选为配有微调机构的刚性夹具4。

所述支架底部固装有底座式工作台，所述支架顶部固装有顶梁，顶梁配装步进电机，精密丝杠上部和下端分别通过轴承配装在顶梁和工作台上。支架配装有分别与内丝扣型滑块式测量压头上止点和下止点相对应的两个限位光电传感器，内丝扣型滑块式测量压头3配装与限位传感器相配合的遮光片，光电传感器连接步进电机驱动板。

所述支架固装有竖向滑配道，滑块式测量压头3与竖向滑配道竖向滑配配合。所述竖向滑配道优选为竖向滑配轴，滑块式测量压头3优选通过其配装的铜轴套与竖向滑配轴竖向滑配。其中顶板动态仪包括：测杆8。其传动部分包括：弹性元件80、仪表盘81、指针82、中心齿轮83、齿条84。

所述PC机还进一步连接有用于配装在顶板动态仪表盘上的自动仪表读数器。

本发明顶板动态仪校准装置技术指标：

1.测量行程：(0-200)mm内可任意设定。

2.检测步距：1mm、2mm、5mm、10mm。

3.示值误差：0-200mm不大于0.50mm；任意5mm不大于0.20mm。

4.回程误差：不大于0.05mm。

该智能顶板动态仪校准装置采用步进电机和精密丝杠精确的进给；***采用RS-232通讯方式，完成步进电机驱动控制和智能PID调节器的通讯功能；并利用CMOS成像技术，通过计算机成像，减少人为因素，提高工作效率，实现了顶板动态仪示值误差、回程误差校准，校准精度高，自动化程度高，满足了矿山顶板移位监测的要求，实现了矿山顶板沉降变形的数值自动模拟，在矿山安全生产中具有重要的经济和社会效益，极大地推进了煤矿安全生产技术的发展。

Claims (10)

1.一种顶板动态仪校准方法，其特征在于用PC机操控的步进电机通过传动机构驱动精密丝杠，精密丝杠带动其配装的内丝扣型滑块式测量压头对夹持在夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具中的顶板动态仪进行平行于测量轴线的精密行程校准。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于步进电机通过正时皮带传动机构驱动精密丝杠；PC机通过其主板上安装的步进电机控制卡和其硬盘安装有专用控制检测软件，并通过步进电机驱动板操控步进电机；校准时，内丝扣型滑块式测量压头在精密丝杠带动下先进时，还沿着与平行于测量轴线的滑配道滑动。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述滑配道为平行于测量轴线的滑配轴，所述内丝扣型滑块式测量压头通过其配装的滑配铜轴套与滑配轴套装滑配；使用顶板动态仪夹具夹持顶板动态仪时，还通过顶板动态仪夹具配有的微调机构对顶板动态仪姿态进行调整，使顶板动态仪仪表盘的指针归零和使顶板动态仪的轴线平行于测量轴线。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于所述微调机构为PC机操控的自动微调机构；内丝扣型滑块式测量压头运行的上止点由支架配装的上止点限位光电传感器进行定位，内丝扣型滑块式测量压头运行的下止点由支架配装的下止点限位光电传感器进行定位，定位方式是内丝扣型滑块式测量压头配装的遮光片限位光电传感器，限位光电传感器将操控信号传输给步进电机驱动板，步进电机驱动板再控制步进电机。

5.根据权利要求1或2或3或4所述方法，其特征在于所述精密行程校准是：PC机一方面实时记录内丝扣型滑块式测量压头的精密行程数据，另一方面还同步实时通过配装在顶板动态仪表盘上的自动仪表读数器读录的顶板动态仪的精密行程数据，并对获得的两组数据进行比对计算，从而得出代表顶板动态仪检测顶板位移性能指数的精度数据；PC机与其操控设备之间采用RS-232通讯方式。

6.用于实施权利要求1所述顶板动态仪校准方法的校准装置，其特征在于包括安装在支架上的步进电机和竖向精密丝杠，步进电机的输出轴通过正时皮带传动机构连接精密丝杠，精密丝杠配有精密内丝扣型滑块式测量压头，支架下部配装有与夹口平行于测量轴线的顶板动态仪夹具；步进电机连接步进电机驱动板，步进电机驱动板再连接PC机。

7.根据权利要求6所述校准装置，其特征在于所述PC机主板上安装有专用控制卡；所述PC机硬盘中安装有专用控制检测软件；所述顶板动态仪夹具为配有微调机构的夹口平行于测量轴线的刚性夹具；所述支架固装有竖向滑配道，滑块式测量压头与竖向滑配道竖向滑配配合。

8.根据权利要求7所述校准装置，其特征在于所述专用控制卡为步进电机控制卡；所述竖向滑配道为竖向滑配轴，滑块式测量压头通过其配装的铜轴套与竖向滑配轴竖向滑配。

9.根据权利要求6所述校准装置，其特征在于所述支架底部固装有底座式工作台，所述支架顶部固装有顶梁，顶梁配装步进电机，精密丝杠上部和下端分别通过轴承配装在顶梁和工作台上；支架配装有与内丝扣型滑块式测量压头上止点和下止点相对应的限位光电传感器，内丝扣型滑块式测量压头配装与限位传感器相配合的遮光片，光电传感器连接步进电机驱动板。

10.根据权利要求6或7或8或9所述校准装置，其特征在于所述PC机还进一步连接有用于配装在顶板动态仪表盘上的自动仪表读数器。

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