電梯導軌安裝直線度檢測的方法研究

甘肅交通職業技術學院筑機工程系□王建莉

蘭州工業學院機電工程學院□張 總

甘肅交通職業技術學院筑機工程系□藺文剛

1 引言

隨著我國經濟實力的進一步增強，高層建筑在各個城市越來越多，電梯已經成為人們出行的必須設備。為了能夠保障人們的出行安全和出行的舒適性，電梯安全和平穩運行的重要性日漸突顯。其中電梯安裝的準確性是基礎條件，電梯導軌安裝質量的重要參數之一是導軌直線度。本文在研究常見電梯導軌直線度安裝質量檢測方法的基礎上，以高精度電渦流位移傳感器為基礎，設計由具有可控升降功能的導軌直線度測量裝置，結合通用性良好虛擬儀器構建電梯導軌安裝垂直度檢測裝置，為保障使用者的安全性和舒適性，提高電梯導軌現場安裝質量提供一種方便有效的檢測手段。

2 電梯導軌安裝依據

電梯導軌安裝需要滿足電梯導軌安裝工程質量標準，滿足特種設備安全技術規范TSG T 7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》 （含第1、2號修改單）國標規定，每列導軌工作面每5m鉛垂線測量值間的相對最大偏差均應不大于下列數值：轎廂導軌和設有安全鉗的T型對重導軌為1.2mm；不設安全鉗的T型對重導軌為2mm；檢驗中沿導軌側面和頂面測量，對每5m分段連續檢測不少于三次。

3 直線度測量方法

（1）激光準直測量

測量設備包括激光準直儀，由光電池制作的光電探測靶標，測量前，將激光準直儀固定于頂層電梯導軌工作面頂端，使激光束與被測電梯導軌工作面處于平行，并使激光準直儀的光束對準固定于滑板上的光電探測靶標靶心；測量時使滑板沿導軌頂工作面向下運動，光電探測靶標同時檢測激光準直儀光束在靶心位置的變化，光電探測靶標將該變化轉換為電信號，經運算處理后，輸出與導軌直線度對應的曲線，測量原理如圖1所示。該方法通過頂工作面可以對電梯導軌進行分段測量，讀出每個點相對于激光束的偏差值，但這種方法以激光束的強度中心作為直線基準，其精度容易受到激光束漂移和強度分布不均勻、探測器靈敏度不足以及空氣干擾造成的光束彎曲影響，不適合于安裝后檢驗人員和環境的實際要求。

圖1 激光準直測量

（2）視覺準直測量

視覺測量基本原理圖如圖2所示。L2為物距，L1為像距，x為被測表面的變化θ1為物位角度，θ2為像位角。首先，設置可沿著電梯導軌上下滑動的工作臺，工作臺上垂直固定安裝由激光二極管和匯聚透鏡構成的圓環型發光裝置，發光體光軸與導軌同向，測量時使工作臺沿導軌上下移動。使用固定于導軌一端的線型CCD光學攝像機采集不同高度的發光圓環圖像，由于導軌直線度誤差的存在，即x是變化的，因此，經接收透鏡后的成像平面和發光圓環不平行，采集到的圓環發光體呈現橢圓特征。通過圖像處理的方法獲得該橢圓圖像的邊緣特征，擬合出橢圓并計算出圓心，則橢圓圓心的變化即反應電梯導軌垂直度的變化。該方法雖然自動化程度較高，重復使用精度好，但是硬件成本較高，不適于安裝檢測問題的解決。

（3）基于電渦流傳感器的導軌直線度測量方法

該測量系統由兩部分構成，一部分是由高精度電渦流位移傳感器，電源、數據采集和光電信號處理裝置，電源和運動限位裝置構成的測量模塊；另一部分為控制電動機和曳引釋放裝置等構成的動力部分。其中，電渦流測量原理如圖3所示，其中d為傳感器與被測導軌表面的距離，測量模塊在動力部分牽引下沿導軌規定距離（傳感器測量范圍內）垂直緩慢下放，高精度電渦流位移傳感器測量軌面相對垂直曳引繩距離，該數據采用最小二乘法擬合出導軌頂面的直線，計算出直線度。

圖2 視覺測量原理

圖3 電渦流測量原理

設擬合直線方程為y=a0+a1x。式中a0代表電梯導軌工作面與垂直牽引線的初始距離，a1代表直線傾斜斜率。在等精度條件下測量出N組電梯導軌工作面與垂直曳引繩位移量數據（xi，yi），i=1，2，……，N。N滿足國標檢測數據量要求，xi值可被認為是準確的其由動力部分中控制電機牽引的距離獲得，所有的誤差由此只關聯高精度電渦流位移測量量yi。因此，先求得直線參數a0和a1的最佳估計值a?0和a?1。見式（1）、式 （2）。

再求各個測點到最小二乘直線的近似距離即平行于y軸即導軌工作面的距離，找出兩側最遠點至基線的縱坐標距離的最大值xmax和最小值xmin，則直線度誤差為

4 動力部分

電梯導軌檢測裝置的動力部分由控制電動機、曳引絞盤和保護裝置組成。電動機通過減速裝置驅動曳引絞盤，通過絞盤的旋轉用曳引繩拉動測量模塊，實現對測量模塊的移動和數據采集控制。測量模塊通過光電轉換裝置及光纖與測量人員手中的控制系統進行通信，使測量人員在電梯導軌安裝頂層遠稱控制測量活動。

測量模塊控制中設置斷電自鎖裝置和限位開關兩種保護方式。其中，斷電自鎖裝置用于在測量過程中系統電源突然斷電，自鎖裝置啟動加緊被測導軌以保證測量模塊不會從高處墜落；限位裝置用于測量模塊只能完成上下直線運行，防止其左右搖擺，保證測量導軌頂端位移量；另外測量模塊設置限位開關，如觸動則停止電動機轉動，保證完成測量時能夠自動停止，防止由人員操作失誤導致的測量模塊碰撞事故。

5 虛擬儀器系統

虛擬儀器軟件設計主要是對采集到的數據進行分析，在控制中心處將用戶信息進行合理的組合。本設計選用美國國家儀器NI公司的全速USB采集設備NI-6002，其不僅具有八個單端模擬輸入 （AI）通道，還包含兩個模擬輸出（AO）通道、13個數字輸入/輸出（DIO）通道和一個32位計數器。設計中高精度電渦流位移傳感器采用了差分輸入方式有效提高共模抑制能力，保證了測量系統的精確度。

虛擬儀器提供了友好的前面板，可以方便地設置測量參數，可以選擇通過按鈕進行符合安裝檢驗要求規定的電梯導軌直線度高精度電渦流位移檢測，測量控制，對多組測量數據進行最小二乘法運算，通過擬合直線進行數據分析，得到導軌直線度的結果。這樣使得安裝檢測中方便測量且精度得到保證。

6 總結

民用建筑的蓬勃發展也致使電梯安裝行業發展迅速，電梯導軌安裝精度的檢測技術及標準也應當相應提高。本文依據導軌直線度國標要求，在分析不同檢測方法基礎上研究設計基于電渦流位移傳感器和虛擬儀器的電梯導軌參數檢測系統，可以實現導軌安裝及運行后的精度問題，解決了現有高精度導軌人工檢測手段效率低下、檢測設備昂貴、不便于現場實施等問題，為電梯導軌安裝質量控制及電梯的平穩運行提供了一種可行性建議。