電梯鋼帶探傷儀校準(zhǔn)方法

顏紹軍

（日立樓宇技術(shù)（廣州）有限公司，廣州 510670）

0 引言

隨著電梯技術(shù)的發(fā)展，曳引式電梯的主機(jī)也朝著小型化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的曳引鋼絲繩已經(jīng)不能滿足使用要求，而曳引鋼帶作為一種新型的懸掛裝置，其折彎半徑小，因此許多電梯制造企業(yè)采用曳引鋼帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絲繩，以減小電梯曳引輪直徑，從而達(dá)到曳引主機(jī)小型化的目的［1］。

曳引鋼帶一般由聚氨酯（TPU）材料包裹多根鋼絲繩組成，多根鋼絲繩在聚氨酯材料內(nèi)部規(guī)則排列，外層的聚氨酯材料能夠起到防銹防腐蝕的作用［2］。但采用復(fù)合曳引鋼帶后，其內(nèi)部鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、斷繩等缺陷時，無法用肉眼識別，影響電梯使用安全［3］。為此，業(yè)界開始采用檢測磁通量的方法對其進(jìn)行檢測，磁通量檢測要用專用儀器在鋼帶周圍形成一個磁場，運(yùn)行電梯記錄鋼帶磁通量的變化，如果檢測到磁通量異常，說明內(nèi)部鋼絲繩已出現(xiàn)疲勞缺陷［4］。

這類專用儀器本文稱之為電梯鋼帶探傷儀，目前應(yīng)用還不太廣泛，一般的機(jī)構(gòu)也無相關(guān)手段對其進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)檎谶\(yùn)行的電梯鋼帶是否存在缺陷不可預(yù)知，也無法用肉眼觀察，因此在采用探傷儀對電梯鋼帶進(jìn)行檢測前，有必要對設(shè)備本身功能是否正常進(jìn)行確認(rèn)，同時對檢測精度等指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。否則，設(shè)備本身存在故障的話，檢測過程容易出現(xiàn)誤報或者漏報，接下來的檢測也是毫無意義的。為解決上述問題，本文將嘗試對電梯鋼帶探傷儀基本功能及檢測精度的校準(zhǔn)方法展開相關(guān)研究。

1 探傷儀基本檢測原理

本研究所述電梯鋼帶探傷儀是基于電磁無損檢測技術(shù)而設(shè)計(jì)的［5］。其基本檢測原理如下：采用4 個分體式磁鐵形成勵磁回路，將待測鋼帶作為整體進(jìn)行勵磁，由于鋼帶內(nèi)部鋼絲繩直徑較細(xì)，不需要很大的勵磁強(qiáng)度即可將內(nèi)部鋼絲繩勵磁到近飽和狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)鋼絲繩內(nèi)、外部缺陷的檢測，其中磁鐵充磁方向?yàn)榇怪贝郎y鋼帶的表面，待測鋼帶上側(cè)2 個磁鐵的充磁方向相反，下側(cè)2 個磁鐵的充磁方向也相反，在待測鋼帶上下兩側(cè)處于相同軸向位置的2 個磁鐵充磁方向也相反；同時，待測鋼帶上下兩側(cè)設(shè)置有檢測板，每件檢測板上設(shè)置有多個漏磁傳感器，1 個傳感器單獨(dú)對應(yīng)1 根鋼絲繩，檢測板包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC和微控單元MCU，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC 對多個傳感器的信號進(jìn)行采集，由微控單元MCU進(jìn)行信號處理后，最終輸出缺陷信息，根據(jù)缺陷輸出信號最大的傳感器所在位置，定位缺陷具體在哪一根鋼絲繩上，根據(jù)信號大小判斷缺陷大小。相關(guān)元器件的具體布局如圖1 所示。

圖1 檢測原理

2 探傷儀校準(zhǔn)方法

電梯鋼帶內(nèi)部鋼絲繩常見的缺陷主要有斷絲、翹絲、直徑拉伸變細(xì)等。因?yàn)殇搸?nèi)部鋼絲繩被外部的聚氨酯材料緊密包裹，鋼絲一般只有在外皮磨破并且已經(jīng)斷絲的情況下才會發(fā)生翹起，所以斷絲應(yīng)該會早于翹絲發(fā)生，而且此時翹絲的缺陷可以目視觀察。鋼絲繩因長期處于受力拉伸狀態(tài)，久而久之就會拉長導(dǎo)致外徑變小，雖然此類缺陷鋼帶探傷儀無法檢測，但業(yè)界已有相關(guān)技術(shù)方案對類似缺陷進(jìn)行檢測并校正［6］。鋼帶內(nèi)部鋼絲繩在長期運(yùn)行過程中，存在內(nèi)部磨損、疲勞彎曲，容易發(fā)生磨損斷絲和疲勞斷絲［7］。鋼絲繩斷絲數(shù)量多就容易造成斷股，繼而發(fā)生斷繩的重大故障，影響乘梯安全，且這一類缺陷維保人員無法通過肉眼判別，所以如何確保探傷儀檢測結(jié)果的有效性就變得尤為重要，故本文主要針對鋼絲繩斷絲缺陷的檢測展開研究，一般的鋼絲繩斷絲缺陷如圖2 所示。

圖2 斷絲缺陷

2.1 測試試樣制備

以某品牌的電梯鋼帶為例，該鋼帶規(guī)格如下：間距2.98 mm 的10 芯鋼絲繩，鋼絲繩直徑1.92 mm，每根鋼絲繩由7 股共計(jì)49 根鋼絲組成。為方便制作，選用鋼帶兩側(cè)的1 號及10 號鋼絲繩制作斷絲缺陷，用火將鋼帶局部的聚氨酯材料燒蝕，露出鋼帶內(nèi)部的鋼絲繩，然后采用剪鉗將鋼絲剪斷，依次制作7 根、14 根、28 根斷絲缺陷，制作完畢用AB 膠將外露鋼絲繩封閉，避免測試時剮蹭到斷絲的鋼絲從而導(dǎo)致翹起，影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。制作好的測試試樣如圖3 所示。

圖3 測試試樣

2.2 探傷儀校準(zhǔn)技術(shù)方案

探傷儀校準(zhǔn)技術(shù)方案如下。

（1）數(shù)據(jù)采集。將制作好的測試試樣穿過鋼帶探傷儀進(jìn)行檢測，檢測板上的漏磁傳感器會采集鋼帶各截面的漏磁信號，該信號經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC 的轉(zhuǎn)換，傳輸給微控單元MCU處理，微控單元MCU 將數(shù)據(jù)處理后存儲在探傷儀的數(shù)據(jù)存儲器（例如SD卡）中。對這些采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)信號越大缺陷就越大的原理，以及各個缺陷的位置關(guān)系，可以得到試樣上各個不同大小缺陷對應(yīng)的具體數(shù)據(jù)值。

（2）缺陷分級。這些事先制作好的斷絲缺陷，按照從小到大的順序?qū)⑵浞殖葾、B、C 3 級；將試樣中正常部分的測試數(shù)據(jù)的中位數(shù)定義為D0，作為合格鋼絲繩的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)線，所有測試數(shù)據(jù)都會圍繞D0上下波動；將7 根斷絲缺陷對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)與D0差值的絕對值定義為DA；將14 根斷絲缺陷對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)與D0差值的絕對值定義為DB；將28 根斷絲缺陷對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)與D0差值的絕對值定義為DC。整理之后得到一份缺陷分級對照表，結(jié)果如表1 所示。表中的分級依據(jù)，即斷絲多少根對應(yīng)何種級別缺陷僅為示例，具體可以根據(jù)實(shí)際使用要求確定。對缺陷進(jìn)行分級管理，有利于電梯維保人員針對不同等級的缺陷給出不同的應(yīng)對處理方案。

表1 測試試樣缺陷分級對照

（3）基準(zhǔn)設(shè)定。探傷儀開發(fā)之初或設(shè)備出廠前，可以將上述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄下來，作為有無缺陷以及缺陷分級的閾值：將7 根斷絲缺陷對應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)DA寫入探傷儀設(shè)備的嵌入式程序中，作為鋼絲繩有無缺陷的最小報警閾值，以便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的基本功能，并達(dá)到最小檢測精度要求；同時，在上位機(jī)檢測軟件中預(yù)設(shè)相應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)D0、DA、DB、DC，后續(xù)設(shè)備使用時，現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)與此基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以很方便地對電梯鋼帶鋼絲繩的損傷程度進(jìn)行分級。此外，維保人員根據(jù)測試數(shù)據(jù)的大小，也可以預(yù)判鋼絲繩中斷絲的根數(shù)，對鋼帶損傷程度有個直觀了解。為方便起見，將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)與D0差值的絕對值定義為A，A即為現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)圍繞D0這條基準(zhǔn)線波動的幅值，幅值A(chǔ)與缺陷分級的對照關(guān)系如表2 所示。

表2 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)缺陷分級對照

（4）系統(tǒng)連接。某型號電梯鋼帶探傷儀在開發(fā)過程中，采用上述方法設(shè)置缺陷級別判定基準(zhǔn)，其系統(tǒng)連接如圖4 所示。在開發(fā)階段，用探傷儀檢測測試試樣，通過USB 數(shù)據(jù)線將探傷儀與計(jì)算機(jī)連接，采用專用的上位機(jī)檢測軟件讀取探傷儀SD卡中存儲的檢測數(shù)據(jù)，提取并計(jì)算基準(zhǔn)數(shù)據(jù)值D0、DA、DB、DC，并將它們預(yù)設(shè)在檢測程序中，對應(yīng)不同缺陷分級的基準(zhǔn)線。在后續(xù)的實(shí)際檢測過程中，鋼帶探傷儀對鋼帶每隔一段距離采樣一個數(shù)據(jù)，測試完成后，通過PC 端的檢測程序讀取這些測試數(shù)據(jù)，并將所有的測試數(shù)據(jù)連成曲線，就可以生成相應(yīng)的檢測波形圖，這樣維保人員可以很直觀地判斷哪條鋼絲繩存在缺陷，缺陷等級是哪一級。如圖4 所示，鋼帶中1＃鋼絲繩在距離測試起點(diǎn)24 mm處存在缺陷，測試數(shù)據(jù)的波動幅值A(chǔ)≥DB，所以此處為B級缺陷。

圖4 系統(tǒng)連接

（5）日常校準(zhǔn)。為保障探傷儀檢測結(jié)果的有效性，探傷儀在日常使用中也需要定期校準(zhǔn)。先用探傷儀檢測前述測試試樣，然后通過上位機(jī)檢測軟件讀取這些測試數(shù)據(jù)，如果測試試樣各個缺陷的測試數(shù)據(jù)與程序預(yù)設(shè)值吻合，則設(shè)備精度處于正常范圍；如果測試試樣各個缺陷的測試數(shù)據(jù)與程序預(yù)設(shè)值偏離太大（設(shè)備長期使用后，各類電子元器件參數(shù)會有變化，從而導(dǎo)致同一個測試試樣的測試數(shù)據(jù)前后會不一樣），則需要對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。此時可以在檢測軟件中重新設(shè)置，將新獲取的測試試樣各個缺陷的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)代替之前的預(yù)設(shè)值，更新缺陷分級的參考基準(zhǔn)，由此完成檢測軟件的重新校準(zhǔn)；同時，將7 根斷絲缺陷對應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)DA重新寫入探傷儀設(shè)備的嵌入式程序中，更新鋼絲繩有無缺陷的報警閾值，由此完成檢測設(shè)備基本功能及檢測精度的重新校準(zhǔn)，避免實(shí)際檢測中漏報、誤報缺陷。

3 測試結(jié)果

采用某型號電梯鋼帶探傷儀實(shí)測一條帶有斷絲缺陷的鋼帶，測試過程中，各缺陷位置通過探傷儀時，探傷儀都會及時發(fā)出相應(yīng)的聲光告警，且大于或等于7 根斷絲的缺陷都能發(fā)現(xiàn)；將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)軟件生成檢測波形圖，軟件界面如圖5 所示。從波形圖中可以看出，鋼絲繩的缺陷位置、缺陷大小及缺陷級別一目了然，各項(xiàng)功能指標(biāo)及檢測精度符合預(yù)期要求，由此說明，前述基本功能及檢測精度的校準(zhǔn)方法是行之有效的。

圖5 軟件界面

4 結(jié)束語

本文對探傷儀在產(chǎn)品開發(fā)之初及日常使用過程中的校準(zhǔn)方法分別進(jìn)行了詳細(xì)闡述，整個校準(zhǔn)過程可以分為數(shù)據(jù)采集、缺陷分級、基準(zhǔn)設(shè)定等幾個步驟，利用預(yù)先制備的缺陷試樣得到基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后將這些基準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為有無缺陷以及缺陷分級的閾值，預(yù)設(shè)在設(shè)備以及檢測程序中，或更新設(shè)備以及檢測程序中的已有基準(zhǔn)值，以達(dá)到對探傷儀進(jìn)行校準(zhǔn)的目的。測試結(jié)果表明，該方法可有效標(biāo)定產(chǎn)品的基本檢測功能，使之達(dá)到最小檢測精度的要求，避免檢測過程出現(xiàn)誤報或者漏報，保證了檢測效果；同時，在上位機(jī)檢測程序中預(yù)設(shè)相關(guān)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以幫助維保人員更好地分析檢測數(shù)據(jù)、判定缺陷級別，為后續(xù)維保計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐，以保障乘梯安全。