分析电梯导轨直线度和扭曲度检验系统的研制

杨昊

（天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192）

随着科学技术的不断飞跃，电梯在测量精度要求不断提高，在检验轨道时，传统的人工接触式测量己无法满足目前电梯检验行业的需求，一般情况人工测量可靠性差，加之掺杂了人为的原因，增大了检测过程中的误差，由于现场检验过程中，电梯井内环境恶劣，不便于施工。目前，以光电检测手段为代表的非接触测量由于其具有良好的精度和可操作性，已经在检验检测领域广泛应用，激光三角法作为光电检测的重要技术手段，其可以在空间中通过建立二维坐标、三维坐标，对被测物体的距离、位移、厚度等参量进行非接触式测量。本文运用激光检测技术，研制一套省时省力的检验系统，用于解决目前轨道检验中存在的问题。

1 导轨直线度和扭曲度分析

目前，单根电梯导轨的长度一般为3～5m，用导轨架固定在电梯井道壁上，导轨之间使用螺栓与连接板连接，从而紧固为一体，每个导轨架的间隔一般小于2.5m。这样的连接方式就导致了导轨在安装过程中可能存在弯曲、错位、台阶的形式。加之在电梯的运行过程楼体的沉降，就使得导轨的直线度和扭曲度很难达到标准的规定，影响电梯的运行，产生轿厢振动，影响乘坐人员的舒适度，也会对电梯的安全产生影响。

2 导轨检验系统工作原理

2.1 检验方法

依据国家电梯的检验规范和行业标准，导轨的直线度检验主要针对导轨的导向面和顶面，扭曲度检验针对导向面。下面就针对两个面去进行检验检测点的方案的制定，本检测系统的研制主要检测对象是T型导轨的导向面和顶面进行检测。图1为导轨直线度和扭曲度检测点，假设a、b、c、d、c为导轨上的5个待测点。假设a和b点坐标为Xa、Xb、Ya、Yb。

图1 导轨直线度和扭曲度检测点

2.2 误差分析

基准导轨法的前提是基准的精确度，在基准导轨面装设伺服电机，电机上固定传感器，通过读出传感器数值进行直线度的评定，如果基准导轨长度较长，就极其容易产生累计误差，进而影响测量的精度。同时，在实际测量时，由于测量系统安装的问题也可能会产生采样间隔误差、传感器安装间距误差、随机误差等。为了更好地提高系统的稳定性，就有必要对其误差值进行分析。

直线度和扭曲度的误差值的计算要从传感器采样值入手进行评价计算，主要方法有两端点连线法、最小二乘法、最小区域法等。本文主要采用两端点连线法。

两端点连线法的方法为：先把首尾两点做连线，作为评价误差的基线，然后，通过各个点的坐标算出点到直线的距离L，得出距离的最大值Lmax和最小值Lmin，当各点在基线两侧得到的误差f为f=Lmax+|Lmin|，当各个点在基线下方则f=|Lmin|，当各个点在基线上方则f=Lmax。下面具体说明误差计算方法。

表1 直线度误差测量数据

通过两端点连线法对误差进行分析，则此表格的误差为f=Lmax+|Lmin|=3。

3 导轨直线度、扭曲度检验系统

检验系统主要由激光源、移动光靶、上位机数据处理系统等组成，十字激光光源位于导轨的一侧，靠控制电机的移动来达到对制定位置的摄取，摄取后获得被取点的坐标。最后，通过坐标的运算得出轨道的直线度和扭曲度，以下就是根据电梯导轨直线度、扭曲度检验的相关规范和标准对软件和硬件进行设计。

3.1 系统结构满足要求：

JG/T 5072中对于T型导轨中的普通导轨和高精度导轨的B/A值均有明确规定，其中，A为基准点到测量点之间的最短距离，B为测量点和基准面之间的最大距离。根据这一标准设计的系统要能够准确测量导轨的直线度和扭曲度，并把数据实时显示出来，当超过标准规定时要能够自动报警，检测精度要达到0.05mm以上。

3.2 软件设计

软件设计应包括用户的信息管理、参数的设置、检测控制、数据处理、诊断等功能。用户通过显示与操作界面对系统进行参数设置，参数设置包括主要包括导轨的尺寸大小、型号、长度以及对检测精度的要求、采样时间等。控制系统主要是控制检测系统的运行，如传感器的驱动、检测位置的调整、系统的启停等。

检测系统的处理主要针对原始数据进行分析，判断检验数据的合格与否，对检测数据进行存储。应用软件还必须监控直线度检测设备的状态，如果有异常就输出报警，避免出现错检、漏检等不当操作，影响产品的质量控制。本系统应用软件主要是硬件设备来实现检测控制、数据采集及数据处理等功能。

3.3 硬件设计

电梯导轨直线度检测的硬件系统主要构件由传感器、采集卡和步进电机组成。传感器主要用来检测探头和导轨之间的距离，高精度和稳定性可以更准确地对距离进行测量，传感器采用激光三角法，在探头移动过程中将模拟信号进行采集传输到采集卡中，可以通过调节指示信号对基准位置和距离进行调节。采集卡的功能为控制系统与电机，各个传感器之间互相通信的主要部件，采集传感器传输的模拟信号，脉冲方波的频率可以调节电机转速，脉冲的长短控制电机移动的距离。

本文采用的工控机信号控制伺服电机的运行速度，保证其运行速度的稳定性。其接受控制信号来调整其转速，脉冲信号可以转换为相对应的角位移，减少人为因素的干扰，具有较高的可靠性。

4 结语

本文针对电梯导轨直线度和扭曲度检验系统进行研究讨论，在其应用过程中，并未存在较大偏差，能够及时有效地处理采集数据，保证检验结果安全可靠。但本系统是对侧面和顶面分别测量，可以对测量方法进行改进，对顶面和测面同时测量，以达到检验效率的提高。希望今后能够优化这套电梯检验系统，为电梯安全运行提供更多的保障。