一種電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的研發(fā)

摘要：電梯導(dǎo)軌是電梯的重要組成部分，其軌距偏差、安裝質(zhì)量是影響電梯安全性和舒適性的重要因素之一。為了解決電梯導(dǎo)軌參數(shù)傳統(tǒng)測(cè)量方法中存在的測(cè)量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點(diǎn)，基于CCD 傳感器、激光垂準(zhǔn)儀、單片機(jī)控制模塊、藍(lán)牙傳輸模塊等研發(fā)了一種電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x，主要由主動(dòng)測(cè)量裝置、隨動(dòng)測(cè)量裝置、主控制器、上位機(jī)等4部分組成?；赩isual Basic6. 0軟件開(kāi)發(fā)了一套可進(jìn)行同類(lèi)型、不同尺寸電梯導(dǎo)軌測(cè)量的上位機(jī)，通過(guò)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)軌三維實(shí)體建模并進(jìn)行算法處理分析，可獲得導(dǎo)軌距偏差、垂直度偏差、平行度偏差等數(shù)據(jù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)比對(duì)表明，該電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度達(dá)到0. 1 mm，提高了檢驗(yàn)員在導(dǎo)軌檢驗(yàn)時(shí)的安全性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)軌;CCD;激光;Visual Basic

中圖分類(lèi)號(hào)：TU857文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）12-0227-04

Development of an Elevator Guide Rail Parameter Measuring Instrument

Lin Haikun

（ Quanzhou Branch of Fujian Province Special Equipment Inspection Institule，Quanzhou，F(xiàn)ujian 362000，China ）

Abstract：Elevator guide rail is an important part of elevator. Its gauge deviation and installation quality are one of the important factors affecting elevator safety and comfort. In order to solve the disadvantages of cumbersome measurement operation，low precision and great difficulty in the traditional measurement methods of elevator guide rail parameters，an elevator guide rail parameter measurement instrument was developed basedon CCD sensor，laser vertical alignment instrument，single chip microcomputer control module and Bluetooth transmission module，which wasmainly composed of four parts：main measurement device，follow-up measurement device，main controller and upper computer. Based on VisualBasic 6. 0 software，a set of upper computer which could measure elevator guide rails of the same type and different sizes was developed. Through the three-dimensional solid modeling of guide rails and algorithm processing and analysis of the measured data，the data of guide rail gauge deviation，perpendicularity deviation，parallelism deviation and so on could be obtained. The field inspection and comparison show that themeasurement accuracy of the elevator guide rail parameter measuring instrument reaches 0. 1 mm，which improves the safety and accuracy of theinspector in the guide rail inspection.

Key words：guide rail;CCD;laser;Visual Basic

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯成為生活中不可或缺的設(shè)備，而電梯導(dǎo)軌作為電梯重要組成部分，軌距偏差、安裝質(zhì)量是影響電梯安全性和舒適性的重要因素之一，電梯導(dǎo)軌距偏差、垂直度偏差是衡量電梯安裝質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。《TSG T7001-2009電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則-曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（含2號(hào)修改單）[1]規(guī)定如下：（1）每列導(dǎo)軌工作面每5 m 鉛垂線測(cè)量值間的相對(duì)最大偏差，轎廂導(dǎo)軌和設(shè)有安全鉗的T型對(duì)重導(dǎo)軌不大于1. 2 mm，不設(shè)安全鉗的T 型對(duì)重導(dǎo)軌不大于2. 0 mm;（2）兩列導(dǎo)軌頂面的距離偏差，轎廂導(dǎo)軌為0～+2 mm，對(duì)重導(dǎo)軌為0～+3 mm。當(dāng)電梯導(dǎo)軌距偏差較大，安裝質(zhì)量較差時(shí)將直接影響著電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘客的舒適感、甚至電梯的安全運(yùn)行。電梯導(dǎo)軌在制造和安裝過(guò)程中難免會(huì)帶來(lái)尺寸偏差，若偏差超過(guò)規(guī)定范圍可能會(huì)對(duì)電梯正常運(yùn)行帶來(lái)安全威脅，甚至引發(fā)安全事故。目前電梯導(dǎo)軌參數(shù)常用的傳統(tǒng)測(cè)量方法主要有直尺測(cè)量法、鉛垂線測(cè)量法以及調(diào)道尺測(cè)量法等。但是在安裝和檢驗(yàn)時(shí)鉛垂線測(cè)量需配合調(diào)道尺、游標(biāo)卡尺或者鋼直尺進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，測(cè)量效率低，測(cè)量精度受人為因素、環(huán)境因素以及單擺效應(yīng)等因素會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差;在電梯的測(cè)試和保養(yǎng)階段，腳手架已經(jīng)拆除，此時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)難以固定，測(cè)量誤差明顯增大。所以電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量的傳統(tǒng)測(cè)量方法存在測(cè)量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點(diǎn)[2]。因此研究一種能方便、簡(jiǎn)單、安全，自動(dòng)化程度高，設(shè)備成本較低的電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x具有較大的實(shí)用意義。本文主要采用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理與顯示，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)量。

1 工作原理

該導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)原理如圖1所示。檢驗(yàn)員在測(cè)量開(kāi)始之前通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（上位機(jī)）對(duì)主控制器系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置導(dǎo)軌測(cè)量的初始位置為0，導(dǎo)軌數(shù)據(jù)偏差為0，主動(dòng)測(cè)量裝置和隨動(dòng)測(cè)量裝置開(kāi)始在軌道上測(cè)量，將測(cè)量的數(shù)值發(fā)送至主控制器通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸至上位機(jī)進(jìn)行建模、分析、判斷等后續(xù)處理[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)主要由主動(dòng)測(cè)量裝置、隨動(dòng)測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等3部分組成[4]：（1）采用基于CCD 傳感器、激光垂準(zhǔn)儀、單片機(jī)控制模塊的主動(dòng)測(cè)量裝置;（2）采用基于CCD 傳感器、單片機(jī)控制模塊的隨動(dòng)測(cè)量裝置;

（3）無(wú)線傳輸模塊采圖2電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的技術(shù)路線用藍(lán)牙傳輸，該測(cè)量?jī)x對(duì)安裝好的導(dǎo)軌及使用年限較久的導(dǎo)軌進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)證、修正確定測(cè)量控制系統(tǒng)的較佳方案。

2. 1 主控制器

該裝置采用單片機(jī)的最小系統(tǒng)作為系統(tǒng)的核心部分—主控制器[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)測(cè)量裝置、隨動(dòng)測(cè)量裝置、藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)?。其流程為：參?shù)初始化→判斷上位機(jī)是否發(fā)送測(cè)量指令→發(fā)送測(cè)量指令→接收主動(dòng)和隨動(dòng)裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)→通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)到上位機(jī)[5]。

2. 2 主動(dòng)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

主動(dòng)測(cè)量裝置主要用于電梯導(dǎo)軌垂直度、兩列導(dǎo)軌頂面距離偏差的測(cè)量，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)主控制器通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該測(cè)量裝置通過(guò)磁力輪固定在導(dǎo)軌上，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)量裝置在軌道上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用CCD 傳感器[6]、激光垂準(zhǔn)儀對(duì)軌道的垂直度偏差以及與隨動(dòng)裝置進(jìn)行配合對(duì)兩列導(dǎo)軌頂面間的距離偏差進(jìn)行測(cè)量[7]，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度為±0. 1 mm 的測(cè)量裝置，其流程為：參數(shù)初始化→與隨動(dòng)測(cè)量裝置建立通信連接和激光對(duì)準(zhǔn)→判斷是否接收到測(cè)量指令→開(kāi)始測(cè)量→發(fā)送數(shù)據(jù)到主控器→結(jié)束。

2. 3 隨動(dòng)測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

隨動(dòng)測(cè)量裝置主要用于電梯導(dǎo)軌垂直度、兩列導(dǎo)軌頂面距離偏差的測(cè)量[8]，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)主控制器通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該測(cè)量裝置通過(guò)磁力輪固定在導(dǎo)軌上，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)量裝置在軌道上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用CCD 傳感器對(duì)軌道的垂直度偏差、兩列導(dǎo)軌頂面距離偏差進(jìn)行測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度為±0. 1 mm 的測(cè)量裝置，其流程為：參數(shù)初始化→與主動(dòng)測(cè)量裝置建立通信連接和激光對(duì)準(zhǔn)→判斷是否接收到測(cè)量指令→開(kāi)始測(cè)量→發(fā)送數(shù)據(jù)到主控器→結(jié)束。

2. 4 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

2. 4. 1 上位機(jī)的主要功能分析

電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x上位機(jī)的主要功能：（1）通過(guò)藍(lán)牙傳輸實(shí)時(shí)導(dǎo)入主動(dòng)和隨動(dòng)測(cè)量裝置的數(shù)據(jù);（2）對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;（3）在預(yù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維重建[9];（4）對(duì)重建的三維模型進(jìn)行分析，得出電梯導(dǎo)軌平行度、軌距偏差、垂直度偏差。其功能如圖3所示。

根據(jù)電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量?jī)x的功能及設(shè)計(jì)原則，其設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。程序開(kāi)始導(dǎo)入通過(guò)藍(lán)牙接收主動(dòng)測(cè)量裝置以及隨動(dòng)測(cè)量裝置的測(cè)量數(shù)據(jù);讀取測(cè)量數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理;通過(guò)對(duì)預(yù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)軌的三維重建;通過(guò)重建后的三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理找出導(dǎo)軌的異常點(diǎn);調(diào)用Matlab 顯示導(dǎo)軌的三維模型，及在VB 界面上顯示導(dǎo)軌異常點(diǎn)的相關(guān)信息[10]。

2. 4. 2 上位機(jī)的界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)主要采用Visual Basic 6. 0軟件開(kāi)發(fā)了一套可進(jìn)行同類(lèi)型、不同尺寸電梯導(dǎo)軌測(cè)量的電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可通過(guò)該上位機(jī)對(duì)安裝好的電梯導(dǎo)軌進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量的基礎(chǔ)上對(duì)導(dǎo)軌三維實(shí)體建模并進(jìn)行算法處理分析獲得導(dǎo)軌距偏差、垂直度偏差、平行度偏差等數(shù)據(jù)。其主界面主要包括三維重建、測(cè)量數(shù)據(jù)、導(dǎo)軌測(cè)量數(shù)據(jù)曲線、導(dǎo)軌不合格點(diǎn)等模塊[11]。具體如圖5所示。

導(dǎo)軌的規(guī)矩偏差、垂直度偏差的主要程序段如下：

導(dǎo)軌的三維重建模塊主要是通過(guò)主動(dòng)和隨動(dòng)測(cè)量裝置采集的數(shù)據(jù)調(diào)用Matlab 生成電梯導(dǎo)軌三維模型[12]，其程序段如下：

unction [] = duandiandown （ a，b，c，d，e ）%自己定義的繪圖函數(shù)

讀取的檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)（x，y，z）

surf（ xA，yA，zA ）;%繪圖

hold on

X =[-1，-1，-1，-1，-1];

Y =[-0. 2，-0. 2，0. 4，0. 4，-0. 2];

Z =[0，max （ dateA （：，3）+100），max （ dateA （：，3））+100，0，0];

fill3（ X，Y，Z，′w ′）;%繪制的垂直參考面

hold on

plot3（[000]，[000]，[00max （ dateA （：，3））]，'r′）;%繪制的垂直參考線

hold on%以上是A 導(dǎo)軌，以下是B 導(dǎo)軌

xB =[ dateB （：，1）+4，dateB （：，1）+4. 8，dateB （：，1）+5，dateB （：，1）+5，dateB （：，1）+4. 8，dateB （：，1） +4，dateB （：，1）+4];

yB =[ dateB （：，2），dateB （：，2），dateB （：，2）-0. 2，dateB （：，2）+0. 4，dateB （：，2）+0. 2，dateB （：，2）+ 0. 2，dateB （：，2）];

zB =[ dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3），dateB （：，3）];

surf（ xB，yB，zB ）;

hold on

X =[5，5，5，5，5];

Y =[-0. 2，-0. 2，0. 4，0. 4，-0. 2];

Z =[0，max （ dateB （：，3）+100），max （ dateB （：，3））+100，0，0];

fill3（ X，Y，Z，′r ′）;

hold on

plot3（[444]，[00 0]，[00max （ dateB （：，

3））]，′r ′）;

rotate3d on%3D 打開(kāi)，可旋轉(zhuǎn)

xlabel （′X 軸mm ′）;ylabel （′Y 軸mm ′）;zlabel （′高

度cm ′）;grid minor%設(shè)置坐標(biāo)軸名稱和網(wǎng)格線

set （ gca，'ZLim ′，[ max （ dateB （：，3））-200 max

（ dateB（：，3））+300]）;%設(shè)置的坐標(biāo)軸信息

set （ gca，′xLim ′，[-17]）;

set （ gca，′yLim ′，[-55]）;

2. 4. 3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例和結(jié)果分析

本測(cè)量?jī)x主要是針對(duì)電梯導(dǎo)軌跡偏差、垂直度偏差、導(dǎo)軌不合格點(diǎn)進(jìn)行分析的測(cè)量?jī)x。為了驗(yàn)證該測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確性，本文在相同條件下采用該測(cè)量?jī)x與傳統(tǒng)測(cè)量方法對(duì)同一個(gè)電梯井道的轎廂導(dǎo)軌偏差進(jìn)行測(cè)量，該軌道長(zhǎng)度為90 m，其結(jié)果如表1所示。

對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得其曲線如圖6所示。由圖可知，在傳統(tǒng)方法與該測(cè)量?jī)x在同等條件下，同等軌道測(cè)量的測(cè)量精度誤差在0. 1 mm，且在18個(gè)測(cè)量結(jié)果中只有1個(gè)有測(cè)量誤差，其余均一樣，誤差率為5%，誤差在0. 1 mm。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證表明該測(cè)量?jī)x能較為可靠準(zhǔn)確、安全高效地完成電梯導(dǎo)軌參數(shù)的測(cè)量，有效提高了電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量的效率，有效提高了檢驗(yàn)員在導(dǎo)軌檢驗(yàn)時(shí)的安全性和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，高層建筑的增加，電梯的速度也在逐漸加快。同時(shí)對(duì)電梯乘坐的舒適性和安全性也有了很高的要求。該測(cè)量?jī)x通過(guò)采用CCD 模塊、激光與上位機(jī)相結(jié)合的測(cè)量方式，獲得電梯導(dǎo)軌的軌距、垂直度、平行度數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比具有較高的準(zhǔn)確性，能夠較為可靠準(zhǔn)確、安全高效地完成電梯導(dǎo)軌參數(shù)的測(cè)量，有效提高了電梯導(dǎo)軌參數(shù)測(cè)量的效率，有效提高了檢驗(yàn)員在導(dǎo)軌檢驗(yàn)時(shí)的安全性和準(zhǔn)確性，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：林海坤（1986-），男，碩士研究生，研究領(lǐng)域?yàn)樘?/p>

（編輯：王智圣）