分析電梯導(dǎo)軌直線度和扭曲度檢驗系統(tǒng)的研制

楊昊

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，天津 300192）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷飛躍，電梯在測量精度要求不斷提高，在檢驗軌道時，傳統(tǒng)的人工接觸式測量己無法滿足目前電梯檢驗行業(yè)的需求，一般情況人工測量可靠性差，加之摻雜了人為的原因，增大了檢測過程中的誤差，由于現(xiàn)場檢驗過程中，電梯井內(nèi)環(huán)境惡劣，不便于施工。目前，以光電檢測手段為代表的非接觸測量由于其具有良好的精度和可操作性，已經(jīng)在檢驗檢測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，激光三角法作為光電檢測的重要技術(shù)手段，其可以在空間中通過建立二維坐標、三維坐標，對被測物體的距離、位移、厚度等參量進行非接觸式測量。本文運用激光檢測技術(shù)，研制一套省時省力的檢驗系統(tǒng)，用于解決目前軌道檢驗中存在的問題。

1 導(dǎo)軌直線度和扭曲度分析

目前，單根電梯導(dǎo)軌的長度一般為3～5m，用導(dǎo)軌架固定在電梯井道壁上，導(dǎo)軌之間使用螺栓與連接板連接，從而緊固為一體，每個導(dǎo)軌架的間隔一般小于2.5m。這樣的連接方式就導(dǎo)致了導(dǎo)軌在安裝過程中可能存在彎曲、錯位、臺階的形式。加之在電梯的運行過程樓體的沉降，就使得導(dǎo)軌的直線度和扭曲度很難達到標準的規(guī)定，影響電梯的運行，產(chǎn)生轎廂振動，影響乘坐人員的舒適度，也會對電梯的安全產(chǎn)生影響。

2 導(dǎo)軌檢驗系統(tǒng)工作原理

2.1 檢驗方法

依據(jù)國家電梯的檢驗規(guī)范和行業(yè)標準，導(dǎo)軌的直線度檢驗主要針對導(dǎo)軌的導(dǎo)向面和頂面，扭曲度檢驗針對導(dǎo)向面。下面就針對兩個面去進行檢驗檢測點的方案的制定，本檢測系統(tǒng)的研制主要檢測對象是T型導(dǎo)軌的導(dǎo)向面和頂面進行檢測。圖1為導(dǎo)軌直線度和扭曲度檢測點，假設(shè)a、b、c、d、c為導(dǎo)軌上的5個待測點。假設(shè)a和b點坐標為Xa、Xb、Ya、Yb。

圖1 導(dǎo)軌直線度和扭曲度檢測點

2.2 誤差分析

基準導(dǎo)軌法的前提是基準的精確度，在基準導(dǎo)軌面裝設(shè)伺服電機，電機上固定傳感器，通過讀出傳感器數(shù)值進行直線度的評定，如果基準導(dǎo)軌長度較長，就極其容易產(chǎn)生累計誤差，進而影響測量的精度。同時，在實際測量時，由于測量系統(tǒng)安裝的問題也可能會產(chǎn)生采樣間隔誤差、傳感器安裝間距誤差、隨機誤差等。為了更好地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就有必要對其誤差值進行分析。

直線度和扭曲度的誤差值的計算要從傳感器采樣值入手進行評價計算，主要方法有兩端點連線法、最小二乘法、最小區(qū)域法等。本文主要采用兩端點連線法。

兩端點連線法的方法為：先把首尾兩點做連線，作為評價誤差的基線，然后，通過各個點的坐標算出點到直線的距離L，得出距離的最大值Lmax和最小值Lmin，當(dāng)各點在基線兩側(cè)得到的誤差f為f=Lmax+|Lmin|，當(dāng)各個點在基線下方則f=|Lmin|，當(dāng)各個點在基線上方則f=Lmax。下面具體說明誤差計算方法。

表1 直線度誤差測量數(shù)據(jù)

通過兩端點連線法對誤差進行分析，則此表格的誤差為f=Lmax+|Lmin|=3。

3 導(dǎo)軌直線度、扭曲度檢驗系統(tǒng)

檢驗系統(tǒng)主要由激光源、移動光靶、上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，十字激光光源位于導(dǎo)軌的一側(cè)，靠控制電機的移動來達到對制定位置的攝取，攝取后獲得被取點的坐標。最后，通過坐標的運算得出軌道的直線度和扭曲度，以下就是根據(jù)電梯導(dǎo)軌直線度、扭曲度檢驗的相關(guān)規(guī)范和標準對軟件和硬件進行設(shè)計。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足要求：

JG/T 5072中對于T型導(dǎo)軌中的普通導(dǎo)軌和高精度導(dǎo)軌的B/A值均有明確規(guī)定，其中，A為基準點到測量點之間的最短距離，B為測量點和基準面之間的最大距離。根據(jù)這一標準設(shè)計的系統(tǒng)要能夠準確測量導(dǎo)軌的直線度和扭曲度，并把數(shù)據(jù)實時顯示出來，當(dāng)超過標準規(guī)定時要能夠自動報警，檢測精度要達到0.05mm以上。

3.2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計應(yīng)包括用戶的信息管理、參數(shù)的設(shè)置、檢測控制、數(shù)據(jù)處理、診斷等功能。用戶通過顯示與操作界面對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置包括主要包括導(dǎo)軌的尺寸大小、型號、長度以及對檢測精度的要求、采樣時間等。控制系統(tǒng)主要是控制檢測系統(tǒng)的運行，如傳感器的驅(qū)動、檢測位置的調(diào)整、系統(tǒng)的啟停等。

檢測系統(tǒng)的處理主要針對原始數(shù)據(jù)進行分析，判斷檢驗數(shù)據(jù)的合格與否，對檢測數(shù)據(jù)進行存儲。應(yīng)用軟件還必須監(jiān)控直線度檢測設(shè)備的狀態(tài)，如果有異常就輸出報警，避免出現(xiàn)錯檢、漏檢等不當(dāng)操作，影響產(chǎn)品的質(zhì)量控制。本系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要是硬件設(shè)備來實現(xiàn)檢測控制、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理等功能。

3.3 硬件設(shè)計

電梯導(dǎo)軌直線度檢測的硬件系統(tǒng)主要構(gòu)件由傳感器、采集卡和步進電機組成。傳感器主要用來檢測探頭和導(dǎo)軌之間的距離，高精度和穩(wěn)定性可以更準確地對距離進行測量，傳感器采用激光三角法，在探頭移動過程中將模擬信號進行采集傳輸?shù)讲杉ㄖ?，可以通過調(diào)節(jié)指示信號對基準位置和距離進行調(diào)節(jié)。采集卡的功能為控制系統(tǒng)與電機，各個傳感器之間互相通信的主要部件，采集傳感器傳輸?shù)哪M信號，脈沖方波的頻率可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，脈沖的長短控制電機移動的距離。

本文采用的工控機信號控制伺服電機的運行速度，保證其運行速度的穩(wěn)定性。其接受控制信號來調(diào)整其轉(zhuǎn)速，脈沖信號可以轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的角位移，減少人為因素的干擾，具有較高的可靠性。

4 結(jié)語

本文針對電梯導(dǎo)軌直線度和扭曲度檢驗系統(tǒng)進行研究討論，在其應(yīng)用過程中，并未存在較大偏差，能夠及時有效地處理采集數(shù)據(jù)，保證檢驗結(jié)果安全可靠。但本系統(tǒng)是對側(cè)面和頂面分別測量，可以對測量方法進行改進，對頂面和測面同時測量，以達到檢驗效率的提高。希望今后能夠優(yōu)化這套電梯檢驗系統(tǒng)，為電梯安全運行提供更多的保障。