一種電梯導軌參數測量儀的研發

摘要：電梯導軌是電梯的重要組成部分，其軌距偏差、安裝質量是影響電梯安全性和舒適性的重要因素之一。為了解決電梯導軌參數傳統測量方法中存在的測量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點，基于CCD 傳感器、激光垂準儀、單片機控制模塊、藍牙傳輸模塊等研發了一種電梯導軌參數測量儀，主要由主動測量裝置、隨動測量裝置、主控制器、上位機等4部分組成。基于Visual Basic6. 0軟件開發了一套可進行同類型、不同尺寸電梯導軌測量的上位機，通過對測量的數據進行導軌三維實體建模并進行算法處理分析，可獲得導軌距偏差、垂直度偏差、平行度偏差等數據。通過現場的檢驗比對表明，該電梯導軌參數測量儀的測量精度達到0. 1 mm，提高了檢驗員在導軌檢驗時的安全性和準確性。

關鍵詞：導軌;CCD;激光;Visual Basic

中圖分類號：TU857文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0227-04

Development of an Elevator Guide Rail Parameter Measuring Instrument

Lin Haikun

（ Quanzhou Branch of Fujian Province Special Equipment Inspection Institule，Quanzhou，Fujian 362000，China ）

Abstract：Elevator guide rail is an important part of elevator. Its gauge deviation and installation quality are one of the important factors affecting elevator safety and comfort. In order to solve the disadvantages of cumbersome measurement operation，low precision and great difficulty in the traditional measurement methods of elevator guide rail parameters，an elevator guide rail parameter measurement instrument was developed basedon CCD sensor，laser vertical alignment instrument，single chip microcomputer control module and Bluetooth transmission module，which wasmainly composed of four parts：main measurement device，follow-up measurement device，main controller and upper computer. Based on VisualBasic 6. 0 software，a set of upper computer which could measure elevator guide rails of the same type and different sizes was developed. Through the three-dimensional solid modeling of guide rails and algorithm processing and analysis of the measured data，the data of guide rail gauge deviation，perpendicularity deviation，parallelism deviation and so on could be obtained. The field inspection and comparison show that themeasurement accuracy of the elevator guide rail parameter measuring instrument reaches 0. 1 mm，which improves the safety and accuracy of theinspector in the guide rail inspection.

Key words：guide rail;CCD;laser;Visual Basic

0 引言

隨著社會的發展，電梯成為生活中不可或缺的設備，而電梯導軌作為電梯重要組成部分，軌距偏差、安裝質量是影響電梯安全性和舒適性的重要因素之一，電梯導軌距偏差、垂直度偏差是衡量電梯安裝質量的一項重要指標。《TSG T7001-2009電梯監督檢驗和定期檢驗規則-曳引與強制驅動電梯》（含2號修改單）[1]規定如下：（1）每列導軌工作面每5 m 鉛垂線測量值間的相對最大偏差，轎廂導軌和設有安全鉗的T型對重導軌不大于1. 2 mm，不設安全鉗的T 型對重導軌不大于2. 0 mm;（2）兩列導軌頂面的距離偏差，轎廂導軌為0～+2 mm，對重導軌為0～+3 mm。當電梯導軌距偏差較大，安裝質量較差時將直接影響著電梯運行的平穩性和乘客的舒適感、甚至電梯的安全運行。電梯導軌在制造和安裝過程中難免會帶來尺寸偏差，若偏差超過規定范圍可能會對電梯正常運行帶來安全威脅，甚至引發安全事故。目前電梯導軌參數常用的傳統測量方法主要有直尺測量法、鉛垂線測量法以及調道尺測量法等。但是在安裝和檢驗時鉛垂線測量需配合調道尺、游標卡尺或者鋼直尺進行手動測量，測量效率低，測量精度受人為因素、環境因素以及單擺效應等因素會導致測量結果出現較大的誤差;在電梯的測試和保養階段，腳手架已經拆除，此時測量基準難以固定，測量誤差明顯增大。所以電梯導軌參數測量的傳統測量方法存在測量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點[2]。因此研究一種能方便、簡單、安全，自動化程度高，設備成本較低的電梯導軌參數測量儀具有較大的實用意義。本文主要采用單片機系統進行測量數據處理與顯示，實現導軌參數的自動化測量。

1 工作原理

該導軌參數測量儀的系統原理如圖1所示。檢驗員在測量開始之前通過數據處理系統（上位機）對主控制器系統進行初始化設置，設置導軌測量的初始位置為0，導軌數據偏差為0，主動測量裝置和隨動測量裝置開始在軌道上測量，將測量的數值發送至主控制器通過無線傳輸模塊傳輸至上位機進行建模、分析、判斷等后續處理[3]。

2 系統設計

電梯導軌參數測量儀的結構如圖2所示。該系統主要由主動測量裝置、隨動測量裝置、數據采集處理系統等3部分組成[4]：（1）采用基于CCD 傳感器、激光垂準儀、單片機控制模塊的主動測量裝置;（2）采用基于CCD 傳感器、單片機控制模塊的隨動測量裝置;

（3）無線傳輸模塊采圖2電梯導軌參數測量儀的技術路線用藍牙傳輸，該測量儀對安裝好的導軌及使用年限較久的導軌進行測量實驗證、修正確定測量控制系統的較佳方案。

2. 1 主控制器

該裝置采用單片機的最小系統作為系統的核心部分—主控制器[4]，實現對主動測量裝置、隨動測量裝置、藍牙無線傳輸等。其流程為：參數初始化→判斷上位機是否發送測量指令→發送測量指令→接收主動和隨動裝置測量的數據→通過藍牙發送接收到的數據到上位機[5]。

2. 2 主動測量裝置的設計

主動測量裝置主要用于電梯導軌垂直度、兩列導軌頂面距離偏差的測量，并將測量的數據經主控制器通過無線藍牙傳輸至上位機進行數據處理。該測量裝置通過磁力輪固定在導軌上，采用步進電機驅動測量裝置在軌道上的往復運動，運用CCD 傳感器[6]、激光垂準儀對軌道的垂直度偏差以及與隨動裝置進行配合對兩列導軌頂面間的距離偏差進行測量[7]，可實現測量精度為±0. 1 mm 的測量裝置，其流程為：參數初始化→與隨動測量裝置建立通信連接和激光對準→判斷是否接收到測量指令→開始測量→發送數據到主控器→結束。

2. 3 隨動測量裝置的設計

隨動測量裝置主要用于電梯導軌垂直度、兩列導軌頂面距離偏差的測量[8]，并將測量的數據經主控制器通過無線藍牙傳輸至上位機進行數據處理。該測量裝置通過磁力輪固定在導軌上，采用步進電機驅動測量裝置在軌道上的往復運動，運用CCD 傳感器對軌道的垂直度偏差、兩列導軌頂面距離偏差進行測量，可實現測量精度為±0. 1 mm 的測量裝置，其流程為：參數初始化→與主動測量裝置建立通信連接和激光對準→判斷是否接收到測量指令→開始測量→發送數據到主控器→結束。

2. 4 上位機的設計

2. 4. 1 上位機的主要功能分析

電梯導軌參數測量儀上位機的主要功能：（1）通過藍牙傳輸實時導入主動和隨動測量裝置的數據;（2）對輸入的數據進行預處理;（3）在預處理的基礎上進行三維重建[9];（4）對重建的三維模型進行分析，得出電梯導軌平行度、軌距偏差、垂直度偏差。其功能如圖3所示。

根據電梯導軌參數測量儀的功能及設計原則，其設計流程圖如圖4所示。程序開始導入通過藍牙接收主動測量裝置以及隨動測量裝置的測量數據;讀取測量數據并對其進行預處理;通過對預處理的基礎上進行導軌的三維重建;通過重建后的三維模型進行數據處理找出導軌的異常點;調用Matlab 顯示導軌的三維模型，及在VB 界面上顯示導軌異常點的相關信息[10]。

2. 4. 2 上位機的界面設計

上位機主要采用Visual Basic 6. 0軟件開發了一套可進行同類型、不同尺寸電梯導軌測量的電梯導軌參數測量數據分析系統，可通過該上位機對安裝好的電梯導軌進行測量，在測量的基礎上對導軌三維實體建模并進行算法處理分析獲得導軌距偏差、垂直度偏差、平行度偏差等數據。其主界面主要包括三維重建、測量數據、導軌測量數據曲線、導軌不合格點等模塊[11]。具體如圖5所示。

導軌的規矩偏差、垂直度偏差的主要程序段如下：

導軌的三維重建模塊主要是通過主動和隨動測量裝置采集的數據調用Matlab 生成電梯導軌三維模型[12]，其程序段如下：

unction [] = duandiandown （ a，b，c，d，e ）%自己定義的繪圖函數

讀取的檢測點的數據（x，y，z）

surf（ xA，yA，zA ）;%繪圖

hold on

X =[-1，-1，-1，-1，-1];

Y =[-0. 2，-0. 2，0. 4，0. 4，-0. 2];

Z =[0，max （ dateA （：，3）+100），max （ dateA （：，3））+100，0，0];

fill3（ X，Y，Z，′w ′）;%繪制的垂直參考面

hold on

plot3（[000]，[000]，[00max （ dateA （：，3））]，'r′）;%繪制的垂直參考線

hold on%以上是A 導軌，以下是B 導軌

xB =[ dateB （：，1）+4，dateB （：，1）+4. 8，dateB （：，1）+5，dateB （：，1）+5，dateB （：，1）+4. 8，dateB （：，1） +4，dateB （：，1）+4];

yB =[ dateB （：，2），dateB （：，2），dateB （：，2）-0. 2，dateB （：，2）+0. 4，dateB （：，2）+0. 2，dateB （：，2）+ 0. 2，dateB （：，2）];

zB =[ dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3）];

surf（ xB，yB，zB ）;

hold on

X =[5，5，5，5，5];

Y =[-0. 2，-0. 2，0. 4，0. 4，-0. 2];

Z =[0，max （ dateB （：，3）+100），max （ dateB （：，3））+100，0，0];

fill3（ X，Y，Z，′r ′）;

hold on

plot3（[444]，[00 0]，[00max （ dateB （：，

3））]，′r ′）;

rotate3d on%3D 打開，可旋轉

xlabel （′X 軸mm ′）;ylabel （′Y 軸mm ′）;zlabel （′高

度cm ′）;grid minor%設置坐標軸名稱和網格線

set （ gca，'ZLim ′，[ max （ dateB （：，3））-200 max

（ dateB（：，3））+300]）;%設置的坐標軸信息

set （ gca，′xLim ′，[-17]）;

set （ gca，′yLim ′，[-55]）;

2. 4. 3 系統應用實例和結果分析

本測量儀主要是針對電梯導軌跡偏差、垂直度偏差、導軌不合格點進行分析的測量儀。為了驗證該測量儀的準確性，本文在相同條件下采用該測量儀與傳統測量方法對同一個電梯井道的轎廂導軌偏差進行測量，該軌道長度為90 m，其結果如表1所示。

對表1的數據進行分析得其曲線如圖6所示。由圖可知，在傳統方法與該測量儀在同等條件下，同等軌道測量的測量精度誤差在0. 1 mm，且在18個測量結果中只有1個有測量誤差，其余均一樣，誤差率為5%，誤差在0. 1 mm。通過實驗證表明該測量儀能較為可靠準確、安全高效地完成電梯導軌參數的測量，有效提高了電梯導軌參數測量的效率，有效提高了檢驗員在導軌檢驗時的安全性和準確性。

3 結束語

隨著科技的發展，高層建筑的增加，電梯的速度也在逐漸加快。同時對電梯乘坐的舒適性和安全性也有了很高的要求。該測量儀通過采用CCD 模塊、激光與上位機相結合的測量方式，獲得電梯導軌的軌距、垂直度、平行度數據與現場檢驗進行對比具有較高的準確性，能夠較為可靠準確、安全高效地完成電梯導軌參數的測量，有效提高了電梯導軌參數測量的效率，有效提高了檢驗員在導軌檢驗時的安全性和準確性，具有廣闊的應用前景和良好的社會效益。

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作者簡介：林海坤（1986-），男，碩士研究生，研究領域為特

（編輯：王智圣）