電梯導(dǎo)軌安裝直線度檢測(cè)的方法研究

甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院筑機(jī)工程系□王建莉

蘭州工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院□張 總

甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院筑機(jī)工程系□藺文剛

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的進(jìn)一步增強(qiáng)，高層建筑在各個(gè)城市越來越多，電梯已經(jīng)成為人們出行的必須設(shè)備。為了能夠保障人們的出行安全和出行的舒適性，電梯安全和平穩(wěn)運(yùn)行的重要性日漸突顯。其中電梯安裝的準(zhǔn)確性是基礎(chǔ)條件，電梯導(dǎo)軌安裝質(zhì)量的重要參數(shù)之一是導(dǎo)軌直線度。本文在研究常見電梯導(dǎo)軌直線度安裝質(zhì)量檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，以高精度電渦流位移傳感器為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)由具有可控升降功能的導(dǎo)軌直線度測(cè)量裝置，結(jié)合通用性良好虛擬儀器構(gòu)建電梯導(dǎo)軌安裝垂直度檢測(cè)裝置，為保障使用者的安全性和舒適性，提高電梯導(dǎo)軌現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量提供一種方便有效的檢測(cè)手段。

2 電梯導(dǎo)軌安裝依據(jù)

電梯導(dǎo)軌安裝需要滿足電梯導(dǎo)軌安裝工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG T 7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則—曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》 （含第1、2號(hào)修改單）國標(biāo)規(guī)定，每列導(dǎo)軌工作面每5m鉛垂線測(cè)量值間的相對(duì)最大偏差均應(yīng)不大于下列數(shù)值：轎廂導(dǎo)軌和設(shè)有安全鉗的T型對(duì)重導(dǎo)軌為1.2mm；不設(shè)安全鉗的T型對(duì)重導(dǎo)軌為2mm；檢驗(yàn)中沿導(dǎo)軌側(cè)面和頂面測(cè)量，對(duì)每5m分段連續(xù)檢測(cè)不少于三次。

3 直線度測(cè)量方法

（1）激光準(zhǔn)直測(cè)量

測(cè)量設(shè)備包括激光準(zhǔn)直儀，由光電池制作的光電探測(cè)靶標(biāo)，測(cè)量前，將激光準(zhǔn)直儀固定于頂層電梯導(dǎo)軌工作面頂端，使激光束與被測(cè)電梯導(dǎo)軌工作面處于平行，并使激光準(zhǔn)直儀的光束對(duì)準(zhǔn)固定于滑板上的光電探測(cè)靶標(biāo)靶心；測(cè)量時(shí)使滑板沿導(dǎo)軌頂工作面向下運(yùn)動(dòng)，光電探測(cè)靶標(biāo)同時(shí)檢測(cè)激光準(zhǔn)直儀光束在靶心位置的變化，光電探測(cè)靶標(biāo)將該變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后，輸出與導(dǎo)軌直線度對(duì)應(yīng)的曲線，測(cè)量原理如圖1所示。該方法通過頂工作面可以對(duì)電梯導(dǎo)軌進(jìn)行分段測(cè)量，讀出每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于激光束的偏差值，但這種方法以激光束的強(qiáng)度中心作為直線基準(zhǔn)，其精度容易受到激光束漂移和強(qiáng)度分布不均勻、探測(cè)器靈敏度不足以及空氣干擾造成的光束彎曲影響，不適合于安裝后檢驗(yàn)人員和環(huán)境的實(shí)際要求。

圖1 激光準(zhǔn)直測(cè)量

（2）視覺準(zhǔn)直測(cè)量

視覺測(cè)量基本原理圖如圖2所示。L2為物距，L1為像距，x為被測(cè)表面的變化θ1為物位角度，θ2為像位角。首先，設(shè)置可沿著電梯導(dǎo)軌上下滑動(dòng)的工作臺(tái)，工作臺(tái)上垂直固定安裝由激光二極管和匯聚透鏡構(gòu)成的圓環(huán)型發(fā)光裝置，發(fā)光體光軸與導(dǎo)軌同向，測(cè)量時(shí)使工作臺(tái)沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)。使用固定于導(dǎo)軌一端的線型CCD光學(xué)攝像機(jī)采集不同高度的發(fā)光圓環(huán)圖像，由于導(dǎo)軌直線度誤差的存在，即x是變化的，因此，經(jīng)接收透鏡后的成像平面和發(fā)光圓環(huán)不平行，采集到的圓環(huán)發(fā)光體呈現(xiàn)橢圓特征。通過圖像處理的方法獲得該橢圓圖像的邊緣特征，擬合出橢圓并計(jì)算出圓心，則橢圓圓心的變化即反應(yīng)電梯導(dǎo)軌垂直度的變化。該方法雖然自動(dòng)化程度較高，重復(fù)使用精度好，但是硬件成本較高，不適于安裝檢測(cè)問題的解決。

（3）基于電渦流傳感器的導(dǎo)軌直線度測(cè)量方法

該測(cè)量系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，一部分是由高精度電渦流位移傳感器，電源、數(shù)據(jù)采集和光電信號(hào)處理裝置，電源和運(yùn)動(dòng)限位裝置構(gòu)成的測(cè)量模塊；另一部分為控制電動(dòng)機(jī)和曳引釋放裝置等構(gòu)成的動(dòng)力部分。其中，電渦流測(cè)量原理如圖3所示，其中d為傳感器與被測(cè)導(dǎo)軌表面的距離，測(cè)量模塊在動(dòng)力部分牽引下沿導(dǎo)軌規(guī)定距離（傳感器測(cè)量范圍內(nèi)）垂直緩慢下放，高精度電渦流位移傳感器測(cè)量軌面相對(duì)垂直曳引繩距離，該數(shù)據(jù)采用最小二乘法擬合出導(dǎo)軌頂面的直線，計(jì)算出直線度。

圖2 視覺測(cè)量原理

圖3 電渦流測(cè)量原理

設(shè)擬合直線方程為y=a0+a1x。式中a0代表電梯導(dǎo)軌工作面與垂直牽引線的初始距離，a1代表直線傾斜斜率。在等精度條件下測(cè)量出N組電梯導(dǎo)軌工作面與垂直曳引繩位移量數(shù)據(jù)（xi，yi），i=1，2，……，N。N滿足國標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)量要求，xi值可被認(rèn)為是準(zhǔn)確的其由動(dòng)力部分中控制電機(jī)牽引的距離獲得，所有的誤差由此只關(guān)聯(lián)高精度電渦流位移測(cè)量量yi。因此，先求得直線參數(shù)a0和a1的最佳估計(jì)值a?0和a?1。見式（1）、式 （2）。

再求各個(gè)測(cè)點(diǎn)到最小二乘直線的近似距離即平行于y軸即導(dǎo)軌工作面的距離，找出兩側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn)至基線的縱坐標(biāo)距離的最大值xmax和最小值xmin，則直線度誤差為

4 動(dòng)力部分

電梯導(dǎo)軌檢測(cè)裝置的動(dòng)力部分由控制電動(dòng)機(jī)、曳引絞盤和保護(hù)裝置組成。電動(dòng)機(jī)通過減速裝置驅(qū)動(dòng)曳引絞盤，通過絞盤的旋轉(zhuǎn)用曳引繩拉動(dòng)測(cè)量模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量模塊的移動(dòng)和數(shù)據(jù)采集控制。測(cè)量模塊通過光電轉(zhuǎn)換裝置及光纖與測(cè)量人員手中的控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，使測(cè)量人員在電梯導(dǎo)軌安裝頂層遠(yuǎn)稱控制測(cè)量活動(dòng)。

測(cè)量模塊控制中設(shè)置斷電自鎖裝置和限位開關(guān)兩種保護(hù)方式。其中，斷電自鎖裝置用于在測(cè)量過程中系統(tǒng)電源突然斷電，自鎖裝置啟動(dòng)加緊被測(cè)導(dǎo)軌以保證測(cè)量模塊不會(huì)從高處墜落；限位裝置用于測(cè)量模塊只能完成上下直線運(yùn)行，防止其左右搖擺，保證測(cè)量導(dǎo)軌頂端位移量；另外測(cè)量模塊設(shè)置限位開關(guān)，如觸動(dòng)則停止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證完成測(cè)量時(shí)能夠自動(dòng)停止，防止由人員操作失誤導(dǎo)致的測(cè)量模塊碰撞事故。

5 虛擬儀器系統(tǒng)

虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在控制中心處將用戶信息進(jìn)行合理的組合。本設(shè)計(jì)選用美國國家儀器NI公司的全速USB采集設(shè)備NI-6002，其不僅具有八個(gè)單端模擬輸入 （AI）通道，還包含兩個(gè)模擬輸出（AO）通道、13個(gè)數(shù)字輸入/輸出（DIO）通道和一個(gè)32位計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)中高精度電渦流位移傳感器采用了差分輸入方式有效提高共模抑制能力，保證了測(cè)量系統(tǒng)的精確度。

虛擬儀器提供了友好的前面板，可以方便地設(shè)置測(cè)量參數(shù)，可以選擇通過按鈕進(jìn)行符合安裝檢驗(yàn)要求規(guī)定的電梯導(dǎo)軌直線度高精度電渦流位移檢測(cè)，測(cè)量控制，對(duì)多組測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法運(yùn)算，通過擬合直線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到導(dǎo)軌直線度的結(jié)果。這樣使得安裝檢測(cè)中方便測(cè)量且精度得到保證。

6 總結(jié)

民用建筑的蓬勃發(fā)展也致使電梯安裝行業(yè)發(fā)展迅速，電梯導(dǎo)軌安裝精度的檢測(cè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)提高。本文依據(jù)導(dǎo)軌直線度國標(biāo)要求，在分析不同檢測(cè)方法基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)基于電渦流位移傳感器和虛擬儀器的電梯導(dǎo)軌參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌安裝及運(yùn)行后的精度問題，解決了現(xiàn)有高精度導(dǎo)軌人工檢測(cè)手段效率低下、檢測(cè)設(shè)備昂貴、不便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施等問題，為電梯導(dǎo)軌安裝質(zhì)量控制及電梯的平穩(wěn)運(yùn)行提供了一種可行性建議。