電梯鋼帶探傷儀校準方法

顏紹軍

（日立樓宇技術（廣州）有限公司，廣州 510670）

0 引言

隨著電梯技術的發展，曳引式電梯的主機也朝著小型化的方向發展。傳統的曳引鋼絲繩已經不能滿足使用要求，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采用曳引鋼帶代替傳統的鋼絲繩，以減小電梯曳引輪直徑，從而達到曳引主機小型化的目的［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部規則排列，外層的聚氨酯材料能夠起到防銹防腐蝕的作用［2］。但采用復合曳引鋼帶后，其內部鋼絲繩出現斷絲、斷繩等缺陷時，無法用肉眼識別，影響電梯使用安全［3］。為此，業界開始采用檢測磁通量的方法對其進行檢測，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，說明內部鋼絲繩已出現疲勞缺陷［4］。

這類專用儀器本文稱之為電梯鋼帶探傷儀，目前應用還不太廣泛，一般的機構也無相關手段對其進行校準。因為正在運行的電梯鋼帶是否存在缺陷不可預知，也無法用肉眼觀察，因此在采用探傷儀對電梯鋼帶進行檢測前，有必要對設備本身功能是否正常進行確認，同時對檢測精度等指標進行校準。否則，設備本身存在故障的話，檢測過程容易出現誤報或者漏報，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方法展開相關研究。

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而設計的［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行勵磁，由于鋼帶內部鋼絲繩直徑較細，不需要很大的勵磁強度即可將內部鋼絲繩勵磁到近飽和狀態，以實現鋼絲繩內、外部缺陷的檢測，其中磁鐵充磁方向為垂直待測鋼帶的表面，待測鋼帶上側2 個磁鐵的充磁方向相反，下側2 個磁鐵的充磁方向也相反，在待測鋼帶上下兩側處于相同軸向位置的2 個磁鐵充磁方向也相反；同時，待測鋼帶上下兩側設置有檢測板，每件檢測板上設置有多個漏磁傳感器，1 個傳感器單獨對應1 根鋼絲繩，檢測板包含模擬數字轉換器ADC和微控單元MCU，模擬數字轉換器ADC 對多個傳感器的信號進行采集，由微控單元MCU進行信號處理后，最終輸出缺陷信息，根據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，根據信號大小判斷缺陷大小。相關元器件的具體布局如圖1 所示。

圖1 檢測原理

2 探傷儀校準方法

電梯鋼帶內部鋼絲繩常見的缺陷主要有斷絲、翹絲、直徑拉伸變細等。因為鋼帶內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斷絲的情況下才會發生翹起，所以斷絲應該會早于翹絲發生，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，久而久之就會拉長導致外徑變小，雖然此類缺陷鋼帶探傷儀無法檢測，但業界已有相關技術方案對類似缺陷進行檢測并校正［6］。鋼帶內部鋼絲繩在長期運行過程中，存在內部磨損、疲勞彎曲，容易發生磨損斷絲和疲勞斷絲［7］。鋼絲繩斷絲數量多就容易造成斷股，繼而發生斷繩的重大故障，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49 根鋼絲組成。為方便制作，選用鋼帶兩側的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致翹起，影響測試數據的準確性。制作好的測試試樣如圖3 所示。

圖3 測試試樣

2.2 探傷儀校準技術方案

探傷儀校準技術方案如下。

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

（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將其分成A、B、C 3 級；將試樣中正常部分的測試數據的中位數定義為D0，作為合格鋼絲繩的數據基準線，所有測試數據都會圍繞D0上下波動；將7 根斷絲缺陷對應的測試數據與D0差值的絕對值定義為DA；將14 根斷絲缺陷對應的測試數據與D0差值的絕對值定義為DB；將28 根斷絲缺陷對應的測試數據與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，結果如表1 所示。表中的分級依據，即斷絲多少根對應何種級別缺陷僅為示例，具體可以根據實際使用要求確定。對缺陷進行分級管理，有利于電梯維保人員針對不同等級的缺陷給出不同的應對處理方案。

表1 測試試樣缺陷分級對照

（3）基準設定。探傷儀開發之初或設備出廠前，可以將上述基準數據記錄下來，作為有無缺陷以及缺陷分級的閾值：將7 根斷絲缺陷對應的基準數據DA寫入探傷儀設備的嵌入式程序中，作為鋼絲繩有無缺陷的最小報警閾值，以便實現產品的基本功能，并達到最小檢測精度要求；同時，在上位機檢測軟件中預設相應的基準數據D0、DA、DB、DC，后續設備使用時，現場的測試數據與此基準數據進行對比，可以很方便地對電梯鋼帶鋼絲繩的損傷程度進行分級。此外，維保人員根據測試數據的大小，也可以預判鋼絲繩中斷絲的根數，對鋼帶損傷程度有個直觀了解。為方便起見，將現場測試數據與D0差值的絕對值定義為A，A即為現場測試數據圍繞D0這條基準線波動的幅值，幅值A與缺陷分級的對照關系如表2 所示。

表2 現場測試數據缺陷分級對照

（4）系統連接。某型號電梯鋼帶探傷儀在開發過程中，采用上述方法設置缺陷級別判定基準，其系統連接如圖4 所示。在開發階段，用探傷儀檢測測試試樣，通過USB 數據線將探傷儀與計算機連接，采用專用的上位機檢測軟件讀取探傷儀SD卡中存儲的檢測數據，提取并計算基準數據值D0、DA、DB、DC，并將它們預設在檢測程序中，對應不同缺陷分級的基準線。在后續的實際檢測過程中，鋼帶探傷儀對鋼帶每隔一段距離采樣一個數據，測試完成后，通過PC 端的檢測程序讀取這些測試數據，并將所有的測試數據連成曲線，就可以生成相應的檢測波形圖，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24 mm處存在缺陷，測試數據的波動幅值A≥DB，所以此處為B級缺陷。

圖4 系統連接

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

3 測試結果

采用某型號電梯鋼帶探傷儀實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，探傷儀都會及時發出相應的聲光告警，且大于或等于7 根斷絲的缺陷都能發現；將測試數據導入上位機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，各項功能指標及檢測精度符合預期要求，由此說明，前述基本功能及檢測精度的校準方法是行之有效的。

圖5 軟件界面

4 結束語

本文對探傷儀在產品開發之初及日常使用過程中的校準方法分別進行了詳細闡述，整個校準過程可以分為數據采集、缺陷分級、基準設定等幾個步驟，利用預先制備的缺陷試樣得到基準數據，然后將這些基準數據作為有無缺陷以及缺陷分級的閾值，預設在設備以及檢測程序中，或更新設備以及檢測程序中的已有基準值，以達到對探傷儀進行校準的目的。測試結果表明，該方法可有效標定產品的基本檢測功能，使之達到最小檢測精度的要求，避免檢測過程出現誤報或者漏報，保證了檢測效果；同時，在上位機檢測程序中預設相關基準數據，可以幫助維保人員更好地分析檢測數據、判定缺陷級別，為后續維保計劃提供數據支撐，以保障乘梯安全。