一种电梯导轨轨距测量仪的设计与应用

程建山

（山西省检验检测中心（山西省标准计量技术研究院），山西 太原 030012）

随着中国经济的不断蓬勃发展，人们整体的生活水平得到了很大程度的提高，随着建筑房屋的不断加高，在日常出行设备中，电梯的使用也越来越广泛。人们乘坐电梯时候的安全性和舒适程度是现在人们非常关注的问题，而这个问题会受到轨距偏差和电梯安装质量的影响，其中，在电梯的构建中电梯导轨是非常重要的，因此，电梯导轨的轨距偏差、垂直度偏差是衡量电梯安装质量的一项重要指标。电梯导轨的好坏直接影响到电梯的质量，轿厢和对重需要沿着电梯导轨进行上下的滑动，安装位置是垂直安装在电梯井道中间两列或多列。当电梯导轨之间的距离偏差过大时，会使电梯运行时产生阻力增大，影响轿厢上下的直线运动，使轿厢有晃动感，随着电梯速度提高，轿厢会有振动感，从而影响电梯运行的乘运质量。目前常用的导轨轨矩测量方法卷尺测量法，即：在导轨上取一定数量的点，测量人员站在轿顶用钢卷尺测量导轨间的距离。这种方法因受到轿顶和井道空间限制，测量效率低同时人为读数产生的误差较大。

为了解决电梯导轨参数传统测量方法存在测量操作繁琐、精度低、难度大等缺点，文章介绍一种新型的电梯导轨轨距测量仪设计思路和方案，采用高精度激光测距技术辅以光路导向及MCU数据采集运算进行在线测量，具有操作便捷、测量精度高的特点，可有效解决传统电梯安装验收及定期检验电梯轨道距离测量中出现的固有问题。

1 轨距检验要求

根据《电梯安装验收规范》以及《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》规定，两列导轨顶面距离允许的偏差为：

a)轿厢导轨为0~2 mm。

b)对重导轨为0~3 mm。

电梯的安全性和舒适度直接受到电梯导轨轨矩的偏差参数的影响，想要在满足电梯安装检验标准的前提下，进行电梯的安装以及日常使用过程中的检验维护和保养，是一件非常重要而且急需解决的技术问题。

2 技术设计思路

本导轨轨距测量仪采用STM32F407型单片机结合脉冲式激光测距传感器的总体设计方案，激光测距传感器是一种专门用来测量距离的部件，它能够将距离信号转换为数字信号，然后单片机接收测距传感器转化后的数字信号，通过运算、处理将最终测量结果显示于仪器屏幕上。该检测方法的设计研发将能够有效减少电梯安装检验人员的工作时间，使工作效率得到了很大的改善，同时也很大程度减小了检验工作人员的工作强度，能够产生很好的社会影响力。

2.1 导轨轨距测量仪核心部件的选型设计

2.1.1 测距传感器

本仪器选用徕卡D510型脉冲式激光测距传感器，测量量程0~100 m，激光波长650 nm，出瞳功率≤1 mW，精度≤1 mm，性能完全满足井道内测距要求。其内部工作系统主要由激光器、发射望远镜、接收望远镜、光电元件等组成。测量时激光器通过LD发光管发出发散激光，经发射望远镜经过聚光整形后发出平行激光光波，MCU控制LD发射瞬间进行高精度计时操作。经被测目标反射后，部分激光光波会返回并通过接收望远镜后经过光学元件放大整形，最终被光电接收传感器响应，响应瞬间再次进行计时，测量其发射和接收激光光波的时间间隔，对激光光波在被测距离上的往返时间进行测量，并结合光速来计算出目标距离。激光测距传感器工作原理图如图1所示。

图1 激光测距传感器工作原理图

2.1.2 单片机（MCU）的选择

本仪器根据设计方案和实际功能需要选用STM32F407型单片机。它具有传输速度高、消耗功率低、抗干扰能力强等优势。单片机作为控制部分的核心部件，控制激光信号的发射、终端数据的处理及显示、蓝牙打印模块的控制等等。

3 仪器总体及分项设计方案

3.1 仪器主要部件

本电梯导轨轨距测量仪的总体设计如图2所示，由手持控制器、测量主机、数据通讯线、蓝牙打印机等部分组成。手持控制器采用直观、便捷的ucos-III操作系统，2.4寸彩色显示屏幕，内部设置可充电式锂电池为测量主机提供激光测距电源，能够发送激光测距指令，以及对测量主机反馈的数据进行处理等功能，同时可保存检测数据并可与蓝牙打印机连通实现无线打印；测量主机负责提供测距激光光源并接收反射的激光光源信号；数据通讯线负责手持控制器与测量主机的连接。持控制器通过数据线连接。手持控制器开机后测量主机同时自动开机。调整测量主机角度位置，使激光点中心打在对面导轨的边沿，进入参数设置界面，设置“测量点距离间隔、偏差值合格范围”，见下图3参数设置界面图。设置完毕后按下手持控制器“确定”键后仪器自动测量距离，测量结果显示于手持控制器屏幕，见下图4测量结果界面图。此时的测量位置为基准位置，偏差为0。之后调整轿厢及测量主机位置，按以上方法进行测量，仪器自动计算导轨顶面距离偏差，见下图5测量结果界面图。

图2 总体设计示意图

图3 参数设置界面图

图4 测量结果界面图

图5 测量结果界面图

3.2 仪器操作界面设计

测量人员进入井道后将测量主机锁紧在导轨待测位置处，见图2总体设计示意图。将测距仪主机与手

4 准确度分析

4.1 重复性分析

为验证仪器重复性偏差，现场对一电梯井道内轿厢导轨某一点进行10次测量，实际轨距测量值及标准差如表1所示。

表1 轨距测量值及标准差

经过对现场测量10组数据分析，仪器重复性标准差为0.25 mm，目前仪器测量精度在±0.5 mm之间，完全满足使用要求，能够较为可靠准确 、安全高效地完成电梯导轨参数的测量。该仪器有效提高了电梯导轨参数测量的效率和检验员在导轨检验时的安全性和准确性。

4.2 其他误差原因分析

现场测量误差不紧跟设备仪器的精度有关，也会受外界环境和操作人员的影响。

4.2.1 井道环境影响

电梯井道是一个相对密闭空间，电梯在上下行运行过程中产生的灰尘会阻碍激光的反射，延长光波的往返时间，导致测量结果产生误差；另导轨上如有润滑油脂或其他杂质在测量前需清理干净，否则影响测量结果。

4.2.2 人为操作影响

在现场检验测量时需人为将仪器垂直固定于导轨面，保证测量过程中仪器不因导轨振动等因素仪器位置改变，使激光完全绝对垂直于电梯导轨表面，否则测量结果将产生误差。

5 结束语

随着科技技术的不断发展，自动化测量领域方面电梯导轨的研究也在不断提升，并研发出了一些新的自动检测技术，但是这些技术大部分都较为简易、自制的仪器，测量效率比较低、测量精度也不是很高，因此研究一种能方便、简单、安全、自动化程度高、设备成本较低的电梯导轨参数测量方法具有较大的实用意义。为解决电梯井道内恶劣环境下测量电梯导轨轨距问题，文章设计研发了一种采用激光测距技术辅以光路导向及MCU数据采集运算进行在线测量的导轨轨距测量仪，与传统人工用钢卷尺测量方式相比测量方式更简单，测量精度经过样机现场试验证明满足使用要求，同时仪器具有数据自动保存、现场蓝牙无线打印功能的优点，可以在很大程度上减轻检验人员的工作强度，有效提高检验人员的工作效率，提高测量精度和检验效率，实现现代检验技术的智能化、自动化。