分析電梯導軌直線度和扭曲度檢驗系統的研制

楊昊

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192）

隨著科學技術的不斷飛躍，電梯在測量精度要求不斷提高，在檢驗軌道時，傳統的人工接觸式測量己無法滿足目前電梯檢驗行業的需求，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，由于現場檢驗過程中，電梯井內環境惡劣，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，已經在檢驗檢測領域廣泛應用，激光三角法作為光電檢測的重要技術手段，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，研制一套省時省力的檢驗系統，用于解決目前軌道檢驗中存在的問題。

1 導軌直線度和扭曲度分析

目前，單根電梯導軌的長度一般為3～5m，用導軌架固定在電梯井道壁上，導軌之間使用螺栓與連接板連接，從而緊固為一體，每個導軌架的間隔一般小于2.5m。這樣的連接方式就導致了導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，就使得導軌的直線度和扭曲度很難達到標準的規定，影響電梯的運行，產生轎廂振動，影響乘坐人員的舒適度，也會對電梯的安全產生影響。

2 導軌檢驗系統工作原理

2.1 檢驗方法

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

圖1 導軌直線度和扭曲度檢測點

2.2 誤差分析

基準導軌法的前提是基準的精確度，在基準導軌面裝設伺服電機，電機上固定傳感器，通過讀出傳感器數值進行直線度的評定，如果基準導軌長度較長，就極其容易產生累計誤差，進而影響測量的精度。同時，在實際測量時，由于測量系統安裝的問題也可能會產生采樣間隔誤差、傳感器安裝間距誤差、隨機誤差等。為了更好地提高系統的穩定性，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，當各點在基線兩側得到的誤差f為f=Lmax+|Lmin|，當各個點在基線下方則f=|Lmin|，當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 直線度誤差測量數據

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 導軌直線度、扭曲度檢驗系統

檢驗系統主要由激光源、移動光靶、上位機數據處理系統等組成，十字激光光源位于導軌的一側，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，以下就是根據電梯導軌直線度、扭曲度檢驗的相關規范和標準對軟件和硬件進行設計。

3.1 系統結構滿足要求：

JG/T 5072中對于T型導軌中的普通導軌和高精度導軌的B/A值均有明確規定，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。根據這一標準設計的系統要能夠準確測量導軌的直線度和扭曲度，并把數據實時顯示出來，當超過標準規定時要能夠自動報警，檢測精度要達到0.05mm以上。

3.2 軟件設計

軟件設計應包括用戶的信息管理、參數的設置、檢測控制、數據處理、診斷等功能。用戶通過顯示與操作界面對系統進行參數設置，參數設置包括主要包括導軌的尺寸大小、型號、長度以及對檢測精度的要求、采樣時間等。控制系統主要是控制檢測系統的運行，如傳感器的驅動、檢測位置的調整、系統的啟停等。

檢測系統的處理主要針對原始數據進行分析，判斷檢驗數據的合格與否，對檢測數據進行存儲。應用軟件還必須監控直線度檢測設備的狀態，如果有異常就輸出報警，避免出現錯檢、漏檢等不當操作，影響產品的質量控制。本系統應用軟件主要是硬件設備來實現檢測控制、數據采集及數據處理等功能。

3.3 硬件設計

電梯導軌直線度檢測的硬件系統主要構件由傳感器、采集卡和步進電機組成。傳感器主要用來檢測探頭和導軌之間的距離，高精度和穩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到采集卡中，可以通過調節指示信號對基準位置和距離進行調節。采集卡的功能為控制系統與電機，各個傳感器之間互相通信的主要部件，采集傳感器傳輸的模擬信號，脈沖方波的頻率可以調節電機轉速，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定性。其接受控制信號來調整其轉速，脈沖信號可以轉換為相對應的角位移，減少人為因素的干擾，具有較高的可靠性。

4 結語

本文針對電梯導軌直線度和扭曲度檢驗系統進行研究討論，在其應用過程中，并未存在較大偏差，能夠及時有效地處理采集數據，保證檢驗結果安全可靠。但本系統是對側面和頂面分別測量，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。希望今后能夠優化這套電梯檢驗系統，為電梯安全運行提供更多的保障。