一種電梯導軌軌距測量儀的設計與應用

程建山

（山西省檢驗檢測中心（山西省標準計量技術研究院），山西 太原 030012）

隨著中國經濟的不斷蓬勃發展，人們整體的生活水平得到了很大程度的提高，隨著建筑房屋的不斷加高，在日常出行設備中，電梯的使用也越來越廣泛。人們乘坐電梯時候的安全性和舒適程度是現在人們非常關注的問題，而這個問題會受到軌距偏差和電梯安裝質量的影響，其中，在電梯的構建中電梯導軌是非常重要的，因此，電梯導軌的軌距偏差、垂直度偏差是衡量電梯安裝質量的一項重要指標。電梯導軌的好壞直接影響到電梯的質量，轎廂和對重需要沿著電梯導軌進行上下的滑動，安裝位置是垂直安裝在電梯井道中間兩列或多列。當電梯導軌之間的距離偏差過大時，會使電梯運行時產生阻力增大，影響轎廂上下的直線運動，使轎廂有晃動感，隨著電梯速度提高，轎廂會有振動感，從而影響電梯運行的乘運質量。目前常用的導軌軌矩測量方法卷尺測量法，即：在導軌上取一定數量的點，測量人員站在轎頂用鋼卷尺測量導軌間的距離。這種方法因受到轎頂和井道空間限制，測量效率低同時人為讀數產生的誤差較大。

為了解決電梯導軌參數傳統測量方法存在測量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點，文章介紹一種新型的電梯導軌軌距測量儀設計思路和方案，采用高精度激光測距技術輔以光路導向及MCU數據采集運算進行在線測量，具有操作便捷、測量精度高的特點，可有效解決傳統電梯安裝驗收及定期檢驗電梯軌道距離測量中出現的固有問題。

1 軌距檢驗要求

根據《電梯安裝驗收規范》以及《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》規定，兩列導軌頂面距離允許的偏差為：

a)轎廂導軌為0~2 mm。

b)對重導軌為0~3 mm。

電梯的安全性和舒適度直接受到電梯導軌軌矩的偏差參數的影響，想要在滿足電梯安裝檢驗標準的前提下，進行電梯的安裝以及日常使用過程中的檢驗維護和保養，是一件非常重要而且急需解決的技術問題。

2 技術設計思路

本導軌軌距測量儀采用STM32F407型單片機結合脈沖式激光測距傳感器的總體設計方案，激光測距傳感器是一種專門用來測量距離的部件，它能夠將距離信號轉換為數字信號，然后單片機接收測距傳感器轉化后的數字信號，通過運算、處理將最終測量結果顯示于儀器屏幕上。該檢測方法的設計研發將能夠有效減少電梯安裝檢驗人員的工作時間，使工作效率得到了很大的改善，同時也很大程度減小了檢驗工作人員的工作強度，能夠產生很好的社會影響力。

2.1 導軌軌距測量儀核心部件的選型設計

2.1.1 測距傳感器

本儀器選用徠卡D510型脈沖式激光測距傳感器，測量量程0~100 m，激光波長650 nm，出瞳功率≤1 mW，精度≤1 mm，性能完全滿足井道內測距要求。其內部工作系統主要由激光器、發射望遠鏡、接收望遠鏡、光電元件等組成。測量時激光器通過LD發光管發出發散激光，經發射望遠鏡經過聚光整形后發出平行激光光波，MCU控制LD發射瞬間進行高精度計時操作。經被測目標反射后，部分激光光波會返回并通過接收望遠鏡后經過光學元件放大整形，最終被光電接收傳感器響應，響應瞬間再次進行計時，測量其發射和接收激光光波的時間間隔，對激光光波在被測距離上的往返時間進行測量，并結合光速來計算出目標距離。激光測距傳感器工作原理圖如圖1所示。

圖1 激光測距傳感器工作原理圖

2.1.2 單片機（MCU）的選擇

本儀器根據設計方案和實際功能需要選用STM32F407型單片機。它具有傳輸速度高、消耗功率低、抗干擾能力強等優勢。單片機作為控制部分的核心部件，控制激光信號的發射、終端數據的處理及顯示、藍牙打印模塊的控制等等。

3 儀器總體及分項設計方案

3.1 儀器主要部件

本電梯導軌軌距測量儀的總體設計如圖2所示，由手持控制器、測量主機、數據通訊線、藍牙打印機等部分組成。手持控制器采用直觀、便捷的ucos-III操作系統，2.4寸彩色顯示屏幕，內部設置可充電式鋰電池為測量主機提供激光測距電源，能夠發送激光測距指令，以及對測量主機反饋的數據進行處理等功能，同時可保存檢測數據并可與藍牙打印機連通實現無線打印；測量主機負責提供測距激光光源并接收反射的激光光源信號；數據通訊線負責手持控制器與測量主機的連接。持控制器通過數據線連接。手持控制器開機后測量主機同時自動開機。調整測量主機角度位置，使激光點中心打在對面導軌的邊沿，進入參數設置界面，設置“測量點距離間隔、偏差值合格范圍”，見下圖3參數設置界面圖。設置完畢后按下手持控制器“確定”鍵后儀器自動測量距離，測量結果顯示于手持控制器屏幕，見下圖4測量結果界面圖。此時的測量位置為基準位置，偏差為0。之后調整轎廂及測量主機位置，按以上方法進行測量，儀器自動計算導軌頂面距離偏差，見下圖5測量結果界面圖。

圖2 總體設計示意圖

圖3 參數設置界面圖

圖4 測量結果界面圖

圖5 測量結果界面圖

3.2 儀器操作界面設計

測量人員進入井道后將測量主機鎖緊在導軌待測位置處，見圖2總體設計示意圖。將測距儀主機與手

4 準確度分析

4.1 重復性分析

為驗證儀器重復性偏差，現場對一電梯井道內轎廂導軌某一點進行10次測量，實際軌距測量值及標準差如表1所示。

表1 軌距測量值及標準差

經過對現場測量10組數據分析，儀器重復性標準差為0.25 mm，目前儀器測量精度在±0.5 mm之間，完全滿足使用要求，能夠較為可靠準確 、安全高效地完成電梯導軌參數的測量。該儀器有效提高了電梯導軌參數測量的效率和檢驗員在導軌檢驗時的安全性和準確性。

4.2 其他誤差原因分析

現場測量誤差不緊跟設備儀器的精度有關，也會受外界環境和操作人員的影響。

4.2.1 井道環境影響

電梯井道是一個相對密閉空間，電梯在上下行運行過程中產生的灰塵會阻礙激光的反射，延長光波的往返時間，導致測量結果產生誤差；另導軌上如有潤滑油脂或其他雜質在測量前需清理干凈，否則影響測量結果。

4.2.2 人為操作影響

在現場檢驗測量時需人為將儀器垂直固定于導軌面，保證測量過程中儀器不因導軌振動等因素儀器位置改變，使激光完全絕對垂直于電梯導軌表面，否則測量結果將產生誤差。

5 結束語

隨著科技技術的不斷發展，自動化測量領域方面電梯導軌的研究也在不斷提升，并研發出了一些新的自動檢測技術，但是這些技術大部分都較為簡易、自制的儀器，測量效率比較低、測量精度也不是很高，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方法具有較大的實用意義。為解決電梯井道內惡劣環境下測量電梯導軌軌距問題，文章設計研發了一種采用激光測距技術輔以光路導向及MCU數據采集運算進行在線測量的導軌軌距測量儀，與傳統人工用鋼卷尺測量方式相比測量方式更簡單，測量精度經過樣機現場試驗證明滿足使用要求，同時儀器具有數據自動保存、現場藍牙無線打印功能的優點，可以在很大程度上減輕檢驗人員的工作強度，有效提高檢驗人員的工作效率，提高測量精度和檢驗效率，實現現代檢驗技術的智能化、自動化。