电梯导轨安装直线度检测的方法研究

甘肃交通职业技术学院筑机工程系□王建莉

兰州工业学院机电工程学院□张 总

甘肃交通职业技术学院筑机工程系□蔺文刚

1 引言

随着我国经济实力的进一步增强，高层建筑在各个城市越来越多，电梯已经成为人们出行的必须设备。为了能够保障人们的出行安全和出行的舒适性，电梯安全和平稳运行的重要性日渐突显。其中电梯安装的准确性是基础条件，电梯导轨安装质量的重要参数之一是导轨直线度。本文在研究常见电梯导轨直线度安装质量检测方法的基础上，以高精度电涡流位移传感器为基础，设计由具有可控升降功能的导轨直线度测量装置，结合通用性良好虚拟仪器构建电梯导轨安装垂直度检测装置，为保障使用者的安全性和舒适性，提高电梯导轨现场安装质量提供一种方便有效的检测手段。

2 电梯导轨安装依据

电梯导轨安装需要满足电梯导轨安装工程质量标准，满足特种设备安全技术规范TSG T 7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》 （含第1、2号修改单）国标规定，每列导轨工作面每5m铅垂线测量值间的相对最大偏差均应不大于下列数值：轿厢导轨和设有安全钳的T型对重导轨为1.2mm；不设安全钳的T型对重导轨为2mm；检验中沿导轨侧面和顶面测量，对每5m分段连续检测不少于三次。

3 直线度测量方法

（1）激光准直测量

测量设备包括激光准直仪，由光电池制作的光电探测靶标，测量前，将激光准直仪固定于顶层电梯导轨工作面顶端，使激光束与被测电梯导轨工作面处于平行，并使激光准直仪的光束对准固定于滑板上的光电探测靶标靶心；测量时使滑板沿导轨顶工作面向下运动，光电探测靶标同时检测激光准直仪光束在靶心位置的变化，光电探测靶标将该变化转换为电信号，经运算处理后，输出与导轨直线度对应的曲线，测量原理如图1所示。该方法通过顶工作面可以对电梯导轨进行分段测量，读出每个点相对于激光束的偏差值，但这种方法以激光束的强度中心作为直线基准，其精度容易受到激光束漂移和强度分布不均匀、探测器灵敏度不足以及空气干扰造成的光束弯曲影响，不适合于安装后检验人员和环境的实际要求。

图1 激光准直测量

（2）视觉准直测量

视觉测量基本原理图如图2所示。L2为物距，L1为像距，x为被测表面的变化θ1为物位角度，θ2为像位角。首先，设置可沿着电梯导轨上下滑动的工作台，工作台上垂直固定安装由激光二极管和汇聚透镜构成的圆环型发光装置，发光体光轴与导轨同向，测量时使工作台沿导轨上下移动。使用固定于导轨一端的线型CCD光学摄像机采集不同高度的发光圆环图像，由于导轨直线度误差的存在，即x是变化的，因此，经接收透镜后的成像平面和发光圆环不平行，采集到的圆环发光体呈现椭圆特征。通过图像处理的方法获得该椭圆图像的边缘特征，拟合出椭圆并计算出圆心，则椭圆圆心的变化即反应电梯导轨垂直度的变化。该方法虽然自动化程度较高，重复使用精度好，但是硬件成本较高，不适于安装检测问题的解决。

（3）基于电涡流传感器的导轨直线度测量方法

该测量系统由两部分构成，一部分是由高精度电涡流位移传感器，电源、数据采集和光电信号处理装置，电源和运动限位装置构成的测量模块；另一部分为控制电动机和曳引释放装置等构成的动力部分。其中，电涡流测量原理如图3所示，其中d为传感器与被测导轨表面的距离，测量模块在动力部分牵引下沿导轨规定距离（传感器测量范围内）垂直缓慢下放，高精度电涡流位移传感器测量轨面相对垂直曳引绳距离，该数据采用最小二乘法拟合出导轨顶面的直线，计算出直线度。

图2 视觉测量原理

图3 电涡流测量原理

设拟合直线方程为y=a0+a1x。式中a0代表电梯导轨工作面与垂直牵引线的初始距离，a1代表直线倾斜斜率。在等精度条件下测量出N组电梯导轨工作面与垂直曳引绳位移量数据（xi，yi），i=1，2，……，N。N满足国标检测数据量要求，xi值可被认为是准确的其由动力部分中控制电机牵引的距离获得，所有的误差由此只关联高精度电涡流位移测量量yi。因此，先求得直线参数a0和a1的最佳估计值aˆ0和aˆ1。见式（1）、式 （2）。

再求各个测点到最小二乘直线的近似距离即平行于y轴即导轨工作面的距离，找出两侧最远点至基线的纵坐标距离的最大值xmax和最小值xmin，则直线度误差为

4 动力部分

电梯导轨检测装置的动力部分由控制电动机、曳引绞盘和保护装置组成。电动机通过减速装置驱动曳引绞盘，通过绞盘的旋转用曳引绳拉动测量模块，实现对测量模块的移动和数据采集控制。测量模块通过光电转换装置及光纤与测量人员手中的控制系统进行通信，使测量人员在电梯导轨安装顶层远称控制测量活动。

测量模块控制中设置断电自锁装置和限位开关两种保护方式。其中，断电自锁装置用于在测量过程中系统电源突然断电，自锁装置启动加紧被测导轨以保证测量模块不会从高处坠落；限位装置用于测量模块只能完成上下直线运行，防止其左右摇摆，保证测量导轨顶端位移量；另外测量模块设置限位开关，如触动则停止电动机转动，保证完成测量时能够自动停止，防止由人员操作失误导致的测量模块碰撞事故。

5 虚拟仪器系统

虚拟仪器软件设计主要是对采集到的数据进行分析，在控制中心处将用户信息进行合理的组合。本设计选用美国国家仪器NI公司的全速USB采集设备NI-6002，其不仅具有八个单端模拟输入 （AI）通道，还包含两个模拟输出（AO）通道、13个数字输入/输出（DIO）通道和一个32位计数器。设计中高精度电涡流位移传感器采用了差分输入方式有效提高共模抑制能力，保证了测量系统的精确度。

虚拟仪器提供了友好的前面板，可以方便地设置测量参数，可以选择通过按钮进行符合安装检验要求规定的电梯导轨直线度高精度电涡流位移检测，测量控制，对多组测量数据进行最小二乘法运算，通过拟合直线进行数据分析，得到导轨直线度的结果。这样使得安装检测中方便测量且精度得到保证。

6 总结

民用建筑的蓬勃发展也致使电梯安装行业发展迅速，电梯导轨安装精度的检测技术及标准也应当相应提高。本文依据导轨直线度国标要求，在分析不同检测方法基础上研究设计基于电涡流位移传感器和虚拟仪器的电梯导轨参数检测系统，可以实现导轨安装及运行后的精度问题，解决了现有高精度导轨人工检测手段效率低下、检测设备昂贵、不便于现场实施等问题，为电梯导轨安装质量控制及电梯的平稳运行提供了一种可行性建议。