程建山

（山西省檢驗檢測中心（山西省標(biāo)準(zhǔn)計量技術(shù)研究院），山西 太原 030012）

隨著中國經(jīng)濟的不斷蓬勃發(fā)展，人們整體的生活水平得到了很大程度的提高，隨著建筑房屋的不斷加高，在日常出行設(shè)備中，電梯的使用也越來越廣泛。人們乘坐電梯時候的安全性和舒適程度是現(xiàn)在人們非常關(guān)注的問題，而這個問題會受到軌距偏差和電梯安裝質(zhì)量的影響，其中，在電梯的構(gòu)建中電梯導(dǎo)軌是非常重要的，因此，電梯導(dǎo)軌的軌距偏差、垂直度偏差是衡量電梯安裝質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。電梯導(dǎo)軌的好壞直接影響到電梯的質(zhì)量，轎廂和對重需要沿著電梯導(dǎo)軌進(jìn)行上下的滑動，安裝位置是垂直安裝在電梯井道中間兩列或多列。當(dāng)電梯導(dǎo)軌之間的距離偏差過大時，會使電梯運行時產(chǎn)生阻力增大，影響轎廂上下的直線運動，使轎廂有晃動感，隨著電梯速度提高，轎廂會有振動感，從而影響電梯運行的乘運質(zhì)量。目前常用的導(dǎo)軌軌矩測量方法卷尺測量法，即：在導(dǎo)軌上取一定數(shù)量的點，測量人員站在轎頂用鋼卷尺測量導(dǎo)軌間的距離。這種方法因受到轎頂和井道空間限制，測量效率低同時人為讀數(shù)產(chǎn)生的誤差較大。

為了解決電梯導(dǎo)軌參數(shù)傳統(tǒng)測量方法存在測量操作繁瑣、精度低、難度大等缺點，文章介紹一種新型的電梯導(dǎo)軌軌距測量儀設(shè)計思路和方案，采用高精度激光測距技術(shù)輔以光路導(dǎo)向及MCU數(shù)據(jù)采集運算進(jìn)行在線測量，具有操作便捷、測量精度高的特點，可有效解決傳統(tǒng)電梯安裝驗收及定期檢驗電梯軌道距離測量中出現(xiàn)的固有問題。

1 軌距檢驗要求

根據(jù)《電梯安裝驗收規(guī)范》以及《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則—曳引與強制驅(qū)動電梯》規(guī)定，兩列導(dǎo)軌頂面距離允許的偏差為：

a)轎廂導(dǎo)軌為0~2 mm。

b)對重導(dǎo)軌為0~3 mm。

電梯的安全性和舒適度直接受到電梯導(dǎo)軌軌矩的偏差參數(shù)的影響，想要在滿足電梯安裝檢驗標(biāo)準(zhǔn)的前提下，進(jìn)行電梯的安裝以及日常使用過程中的檢驗維護和保養(yǎng)，是一件非常重要而且急需解決的技術(shù)問題。

2 技術(shù)設(shè)計思路

本導(dǎo)軌軌距測量儀采用STM32F407型單片機結(jié)合脈沖式激光測距傳感器的總體設(shè)計方案，激光測距傳感器是一種專門用來測量距離的部件，它能夠?qū)⒕嚯x信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后單片機接收測距傳感器轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號，通過運算、處理將最終測量結(jié)果顯示于儀器屏幕上。該檢測方法的設(shè)計研發(fā)將能夠有效減少電梯安裝檢驗人員的工作時間，使工作效率得到了很大的改善，同時也很大程度減小了檢驗工作人員的工作強度，能夠產(chǎn)生很好的社會影響力。

2.1 導(dǎo)軌軌距測量儀核心部件的選型設(shè)計

2.1.1 測距傳感器

本儀器選用徠卡D510型脈沖式激光測距傳感器，測量量程0~100 m，激光波長650 nm，出瞳功率≤1 mW，精度≤1 mm，性能完全滿足井道內(nèi)測距要求。其內(nèi)部工作系統(tǒng)主要由激光器、發(fā)射望遠(yuǎn)鏡、接收望遠(yuǎn)鏡、光電元件等組成。測量時激光器通過LD發(fā)光管發(fā)出發(fā)散激光，經(jīng)發(fā)射望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過聚光整形后發(fā)出平行激光光波，MCU控制LD發(fā)射瞬間進(jìn)行高精度計時操作。經(jīng)被測目標(biāo)反射后，部分激光光波會返回并通過接收望遠(yuǎn)鏡后經(jīng)過光學(xué)元件放大整形，最終被光電接收傳感器響應(yīng)，響應(yīng)瞬間再次進(jìn)行計時，測量其發(fā)射和接收激光光波的時間間隔，對激光光波在被測距離上的往返時間進(jìn)行測量，并結(jié)合光速來計算出目標(biāo)距離。激光測距傳感器工作原理圖如圖1所示。

圖1 激光測距傳感器工作原理圖

2.1.2 單片機（MCU）的選擇

本儀器根據(jù)設(shè)計方案和實際功能需要選用STM32F407型單片機。它具有傳輸速度高、消耗功率低、抗干擾能力強等優(yōu)勢。單片機作為控制部分的核心部件，控制激光信號的發(fā)射、終端數(shù)據(jù)的處理及顯示、藍(lán)牙打印模塊的控制等等。

3 儀器總體及分項設(shè)計方案

3.1 儀器主要部件

本電梯導(dǎo)軌軌距測量儀的總體設(shè)計如圖2所示，由手持控制器、測量主機、數(shù)據(jù)通訊線、藍(lán)牙打印機等部分組成。手持控制器采用直觀、便捷的ucos-III操作系統(tǒng)，2.4寸彩色顯示屏幕，內(nèi)部設(shè)置可充電式鋰電池為測量主機提供激光測距電源，能夠發(fā)送激光測距指令，以及對測量主機反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等功能，同時可保存檢測數(shù)據(jù)并可與藍(lán)牙打印機連通實現(xiàn)無線打印；測量主機負(fù)責(zé)提供測距激光光源并接收反射的激光光源信號；數(shù)據(jù)通訊線負(fù)責(zé)手持控制器與測量主機的連接。持控制器通過數(shù)據(jù)線連接。手持控制器開機后測量主機同時自動開機。調(diào)整測量主機角度位置，使激光點中心打在對面導(dǎo)軌的邊沿，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，設(shè)置“測量點距離間隔、偏差值合格范圍”，見下圖3參數(shù)設(shè)置界面圖。設(shè)置完畢后按下手持控制器“確定”鍵后儀器自動測量距離，測量結(jié)果顯示于手持控制器屏幕，見下圖4測量結(jié)果界面圖。此時的測量位置為基準(zhǔn)位置，偏差為0。之后調(diào)整轎廂及測量主機位置，按以上方法進(jìn)行測量，儀器自動計算導(dǎo)軌頂面距離偏差，見下圖5測量結(jié)果界面圖。

圖2 總體設(shè)計示意圖

圖3 參數(shù)設(shè)置界面圖

圖4 測量結(jié)果界面圖

圖5 測量結(jié)果界面圖

3.2 儀器操作界面設(shè)計

測量人員進(jìn)入井道后將測量主機鎖緊在導(dǎo)軌待測位置處，見圖2總體設(shè)計示意圖。將測距儀主機與手

4 準(zhǔn)確度分析

4.1 重復(fù)性分析

為驗證儀器重復(fù)性偏差，現(xiàn)場對一電梯井道內(nèi)轎廂導(dǎo)軌某一點進(jìn)行10次測量，實際軌距測量值及標(biāo)準(zhǔn)差如表1所示。

表1 軌距測量值及標(biāo)準(zhǔn)差

經(jīng)過對現(xiàn)場測量10組數(shù)據(jù)分析，儀器重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差為0.25 mm，目前儀器測量精度在±0.5 mm之間，完全滿足使用要求，能夠較為可靠準(zhǔn)確 、安全高效地完成電梯導(dǎo)軌參數(shù)的測量。該儀器有效提高了電梯導(dǎo)軌參數(shù)測量的效率和檢驗員在導(dǎo)軌檢驗時的安全性和準(zhǔn)確性。

4.2 其他誤差原因分析

現(xiàn)場測量誤差不緊跟設(shè)備儀器的精度有關(guān)，也會受外界環(huán)境和操作人員的影響。

4.2.1 井道環(huán)境影響

電梯井道是一個相對密閉空間，電梯在上下行運行過程中產(chǎn)生的灰塵會阻礙激光的反射，延長光波的往返時間，導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差；另導(dǎo)軌上如有潤滑油脂或其他雜質(zhì)在測量前需清理干凈，否則影響測量結(jié)果。

4.2.2 人為操作影響

在現(xiàn)場檢驗測量時需人為將儀器垂直固定于導(dǎo)軌面，保證測量過程中儀器不因?qū)к壵駝拥纫蛩貎x器位置改變，使激光完全絕對垂直于電梯導(dǎo)軌表面，否則測量結(jié)果將產(chǎn)生誤差。

5 結(jié)束語

隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化測量領(lǐng)域方面電梯導(dǎo)軌的研究也在不斷提升，并研發(fā)出了一些新的自動檢測技術(shù)，但是這些技術(shù)大部分都較為簡易、自制的儀器，測量效率比較低、測量精度也不是很高，因此研究一種能方便、簡單、安全、自動化程度高、設(shè)備成本較低的電梯導(dǎo)軌參數(shù)測量方法具有較大的實用意義。為解決電梯井道內(nèi)惡劣環(huán)境下測量電梯導(dǎo)軌軌距問題，文章設(shè)計研發(fā)了一種采用激光測距技術(shù)輔以光路導(dǎo)向及MCU數(shù)據(jù)采集運算進(jìn)行在線測量的導(dǎo)軌軌距測量儀，與傳統(tǒng)人工用鋼卷尺測量方式相比測量方式更簡單，測量精度經(jīng)過樣機現(xiàn)場試驗證明滿足使用要求，同時儀器具有數(shù)據(jù)自動保存、現(xiàn)場藍(lán)牙無線打印功能的優(yōu)點，可以在很大程度上減輕檢驗人員的工作強度，有效提高檢驗人員的工作效率，提高測量精度和檢驗效率，實現(xiàn)現(xiàn)代檢驗技術(shù)的智能化、自動化。