CN104697451A - 一种电梯导轨形位参数动态检测装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯导轨形位参数动态检测装置，包括检测仪及将检测仪安设于电梯导轨上的机械固定托架，所述检测仪的硬件包括激光器、二维位置敏感器件、PSD信号放大转换电路、A/D转换模块、霍尔测距传感器、ARM9芯片、液晶显示LCD及PC机；所述机械固定托架包括连接到轿厢上横梁上的可调式纵向支撑臂，所述可调式纵向支撑臂的上端连接有可调式水平支撑臂，所述可调式水平支撑臂通过导轨侧面固定滑轨及滑靴连接有用以安设检测仪的导轨检测仪底盘，所述导轨检测仪底盘的外周连接有U形状的导轨检测仪底盘夹紧臂，所述导轨检测仪底盘夹紧臂的前侧设有两个分别位于电梯导轨两侧面的导轨侧面夹紧滚轮。本发明机械结构简单、牢固可靠，检测仪电路连接关系明确、简单，能有效满足检测精度的要求。

Description

一种电梯导轨形位参数动态检测装置及实现方法

技术领域

本发明涉及一种电梯导轨形位参数动态检测装置及实现方法，属于特种设备检验检测技术领域。

背景技术

目前国内外所用的电梯导轨垂直度检测仪器均无采用相应的机械固定机构，其数据接收装置均采用手工实现，因此稳定性差，所测的数据误差大；并且根据《电梯工程施工质量验收规范》规定，电梯导轨垂直度嵌入式检测系统需要测量微小位移的变化，即至少需要达到0.1mm范围以内，所以选择的探测器灵敏度必须要高，为了实现上述检测精度及机械结构固定要求是本发明研究的对象。

发明内容

为了解决现有的技术不足，本发明提供一种电梯导轨形位参数动态检测装置及实现方法。

本发明的技术方案在于：

一种电梯导轨形位参数动态检测装置，包括检测仪及将检测仪安设于电梯导轨上的机械固定托架，其特征在于：所述检测仪的硬件包括激光器、二维位置敏感器件、PSD信号放大转换电路、A/D转换模块、霍尔测距传感器、ARM9芯片、液晶显示LCD及PC机，所述激光器经二维位置敏感器件与PSD信号放大转换电路电路连接，所述PSD信号放大转换电路经A/D转换模块与ARM9芯片电路连接，所述ARM9芯片还分别与霍尔测距传感器、液晶显示LCD及PC机电路连接；所述机械固定托架包括连接到轿厢上横梁上的可调式纵向支撑臂，所述可调式纵向支撑臂的上端连接有可调式水平支撑臂，所述可调式水平支撑臂通过导轨侧面固定滑轨及滑靴连接有用以安设检测仪的导轨检测仪底盘，所述导轨检测仪底盘的外周连接有U形状的导轨检测仪底盘夹紧臂，所述导轨检测仪底盘夹紧臂的前侧设有两个分别位于电梯导轨两侧面的导轨侧面夹紧滚轮，所述可调式水平支撑臂的下部设有用以顶在电梯导轨顶面上的测距光电码盘，所述导轨检测仪底盘的下侧连接有用以顶在电梯导轨顶面上的导轨顶面夹紧滚轮。

其中，所述ARM9芯片采用内置S3C2440的ARM9芯片。

所述A/D转换模块为四路10位的A/D转换模块。

所述ARM9芯片与PC机之间通过串行通信接线连接。

所述可调式纵向支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的纵向支撑短臂，所述可调式水平支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的水平支撑短臂。

所述导轨检测仪底盘夹紧臂两侧分别通过固定螺杆与导轨检测仪底盘可调连接，且所述导轨检测仪底盘与导轨检测仪底盘夹紧臂之间设有压缩弹簧。

位于最下端的纵向支撑短臂上设有强力磁铁。

所述可调式水平支撑臂的下部固连有两挡块，所述的测距光电码盘通过一活动杆贯穿两挡块，所述的两挡块之间设有置于活动杆外周的压缩弹簧。

本发明的另一技术特征在于：

一种电梯导轨形位参数动态检测装置的实现方法，其特征在于：先将激光源固定在待测电梯导轨的顶端，调整激光源使其发射出的激光束垂直于大地，并以此激光束为测量基准；然后在激光源下方有一个接收平台，该平台安装在搭载平台上，而搭载平台连接紧贴导轨滚动的记米轮上，记米轮随着轿厢的上下运动转动。当连接记米轮的搭载平台随着导轨上下滚动时，导轨的水平偏差将传递给搭载平台，并通过照射在平台上PSD光敏面上激光束的位置的变化来反映；激光束照射在PSD光敏面上后会在PSD下面的4根引脚上产生四路微电流，若光点恰好在PSD的中心点，即坐标原点，则四路微电流最大且相等，该微电流经电流-电压转换和放大后，得到AD转换器能够进行采样的的电压信号，通过四路AD转换将模拟输入信号转换成数字信号；再由检测系统中的应用程序，对数字信号进行处理，就可以获得激光束在PSD光敏面上照射位置的坐标，并通过LCD触摸屏显示。

在PSD进行平面坐标数据采集的同时，与计米轮配套的霍尔开关产生的计数脉冲也传递给CPU，CPU根据脉冲的数量可得出PSD当前的垂直坐标，并在LCD触摸屏上与平面坐标一同显示出来，一组数据处理显示完后，立即将数据储存起来，当某一侧电梯导轨测量完成后，生成一份数据文件并保存，通过在LCD显示屏上的操作能显示出整个测量过程中导轨垂直度在x方向或者y方向上最大偏差点的三维坐标值。

本发明的优点在于：本发明机械结构简单、牢固可靠，检测仪电路连接关系明确、简单，能有效满足检测精度的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的系统流程框图，

图2为本发明实施例的机械固定托架的立体结构示意图，

图3为本发明实施例的机械固定托架的局部俯视结构示意图，

图4为本发明实施例的机械固定托架的局部侧视结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

参考图1至图4，本发明涉及一种电梯导轨形位参数动态检测装置，包括检测仪及将检测仪安设于电梯导轨上的机械固定托架，所述检测仪的硬件包括激光器、二维位置敏感器件（2D-PSD）、PSD信号放大转换电路、A/D转换模块、霍尔测距传感器、ARM9芯片、液晶显示LCD及PC机，所述激光器经二维位置敏感器件与PSD信号放大转换电路电路连接，所述PSD信号放大转换电路经A/D转换模块与ARM9芯片电路连接，所述ARM9芯片还分别与霍尔测距传感器、液晶显示LCD及PC机电路连接；所述机械固定托架包括连接到轿厢上横梁上的可调式纵向支撑臂1，所述可调式纵向支撑臂的上端连接有可调式水平支撑臂2，所述可调式水平支撑臂通过导轨侧面固定滑轨及滑靴3连接有用以安设检测仪15的导轨检测仪底盘4，所述导轨检测仪底盘的外周连接有U形状的导轨检测仪底盘夹紧臂5，所述导轨检测仪底盘夹紧臂的前侧设有两个分别位于电梯导轨16两侧面的导轨侧面夹紧滚轮6，所述可调式水平支撑臂的下部设有用以顶在电梯导轨顶面上的测距光电码盘7，所述导轨检测仪底盘的下侧连接有用以顶在电梯导轨顶面上的导轨顶面夹紧滚轮8。

上述ARM9芯片采用内置S3C2440的ARM9芯片。

上述A/D转换模块为四路10位的A/D转换模块。

上述ARM9芯片与PC机之间通过串行通信接线连接。

上述可调式纵向支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的纵向支撑短臂，所述可调式水平支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的水平支撑短臂。

上述导轨检测仪底盘夹紧臂两侧分别通过固定螺杆9与导轨检测仪底盘可调连接，且所述导轨检测仪底盘与导轨检测仪底盘夹紧臂之间设有压缩弹簧10。

位于最下端的纵向支撑短臂上设有强力磁铁11。

上述可调式水平支撑臂的下部固连有两挡块12，所述的测距光电码盘通过一活动杆13贯穿两挡块，所述的两挡块之间设有置于活动杆外周的压缩弹簧14。

具体实施过程：

检测仪部分：

硬件部分

近导轨部件由激光仪和搭载平台组成，搭载平台由放置系统板的底部托板、紧贴导轨顶侧面滚动的支架小车、小车和电梯轿厢间的连杆三部分组成。

远离导轨部件要完成对信号采集、转换、处理与显示，以及搭载平台垂直位移的计算，主要由以下几个功能模块组成：

（1）信号采集转换模块：以2D-PSD为主器件搭建电路，将导轨垂直度的波动信号转换成PSD的输出电流信号。即以激光为基准，以二维PSD的光敏面为激光接收平台，当导轨垂直度波动时将导致激光在光敏面上的波动，从而使PSD的输出电流信号变化。由于PSD是精密器件，产生的电流信号很小，只有几十微安，需通过一个精密的运算放大器，将微电流信号转变成AD转换器能接收的电压信号。

（2）AD转换及数据处理模块：ARM9芯片（S3C2440）先将由信号采集转换模块传过来的电压信号进行AD转换，得到数字信号。接着根据相关公式，通过程序处理得到相应的坐标值。最后将坐标值（测量结果）发送给TFT LCD液晶显示模块，同时储存测量结果。

（3）霍尔传感器模块：在搭载平台上安装一个计米轮，然后在计米轮上等间距的装5个永磁铁，并在计米轮的正对面装上霍尔开关。平台在导轨上上下移动时，将带动计米轮转动，计米轮上的永磁铁靠近霍尔开关，将使霍尔开关连通，并发出一个低电平脉冲。ARM接收该脉冲，并通过计数器和相关程序处理就可以得出接收霍尔脉冲时平台的垂直位移。

（4）显示模块：将检测结果通过LCD进行实时显示，即显示检测点的三维坐标值和最大偏差值。

软件部分

包括嵌入式系统根文件系统、内核、BootLoader的移植；AD转换器、霍尔开关计数器的驱动程序设计；Qt操作界面应用程序；上位机数据文件处理输出程序。

各部分的主要功能：

根文件系统、内核、BootLoader是嵌入式系统硬件的灵魂，嵌入式系统硬件、、在BootLoader的引导下启动内核kernel；内核控制管理嵌入式系统硬件与各外围硬件之间的协调工作，事件的管理等等；根文件系统构成系统目录，用于对存储在存储器内的文件进行管理。

硬件驱动程序用于搭建系统与外围硬件之间的桥梁，嵌入式系统软件和AD转换器硬件与霍尔开关计数器硬件之间的接口，驱动程序负责告知操作系统或应用程序如何操作硬件、硬件的打开、关闭等等。AD转换器模块将PSD输出的四路模拟电量转换成嵌入式系统能够处理的数字量。霍尔开关将垂直距离转变成计数脉冲。硬件驱动开发时驱动采用动态加载的方式便于调试修改驱动程序，开发完毕后将驱动程序静态加载的方式编译到内核中去，可减少动态加载时每次开机都需要重新安装驱动的麻烦。

Qt操作界面应用程序是本设计中应用程序与用户之间的接口，用户通过LCD触摸屏上显示的操作界面，点击触摸屏上相关点，进而控制应用程序的不同执行阶段。

上位机数据处理程序用于测量结束后对测量文件的处理与显示、报表文件的输出，软件简单易操作，方便工程人员使用。

上位机软件

项目组根据电梯导轨垂直度检测系统输出的数据文件格式及内容开发了Lift_Test_processing_system，软件的主要功能包括读取数据文件，二维图形化显示数据文件内容，表格显示不合格区域的起始点和终止点，输出word格式报表文件。

软件的主要功能：读取数据文件，二维图形化显示数据文件内容，表格显示不合格区域的起始点和终止点，输出word格式报表文件。

固定托架部分：

（一）托架的固定

利用2个强力磁铁，将托架牢牢地固定在电梯轿厢的上横梁上，托架的下支撑臂由2个组成，可根据不同的轿厢顶部情况进行高度调整，并可通过托架的2个水平支撑臂，进行水平方向的长度调节，待高度和水平长度调整适宜后，用内六角锁住支撑臂的连接部位，使其不会产生移动，这样托架的底座就固定牢固了。注意，在调整支撑架高度和水平长度时，应使导轨侧面夹紧轮夹紧在导轨的两侧，测距光电码盘的轮缘紧贴导轨的侧面。

（二）导轨侧面夹紧轮的固定

导轨侧面夹紧轮与导轨检测仪底盘夹紧臂紧密相连，导轨检测仪底盘夹紧臂一侧利用固定螺杆与该底盘相连形成固定不动的机构，螺杆用于调整夹紧轮与导轨侧面的距离，导轨检测仪底盘夹紧臂的另一侧用压缩弹簧压紧该夹紧臂，使夹紧轮在导轨全长上紧贴导轨侧面运动。

（三）导轨顶面夹紧轮的固定

导轨顶面夹紧轮与检测仪底盘用螺栓固定连成一体，检测仪底盘与导轨侧面固定滑靴连成一体，导轨侧面固定滑轨通过连接件与导轨顶面固定滑靴连成一体，导轨顶面固定滑轨与水平支撑架连成一体，在水平支撑架上固定一档块，利用导轨顶面压缩弹簧，推顶导轨顶面固定滑靴，使导轨顶面固定滚轮紧贴导轨顶面。

（四）测距光电码盘的固定

测距光电码盘是用来测量导轨长度的，用于反映导轨垂直度各偏差点的准确位置，他是靠固定在水平支撑架下端的两个档块，利用压缩弹簧，使其轮缘紧贴导轨顶面。

（五）轿厢沿导轨侧面方向晃动时的自动校正

当轿厢在导轨侧面方向产生晃动时，由于导轨检测仪底盘夹紧臂夹紧底盘，底盘在导轨顶面固定滑轨及滑靴的作用下，与轿厢就自动产生了相对移动，确保了底盘仍保持在导轨的方向上。

（六）轿厢沿导轨顶面方向晃动时的自动校正

当轿厢在导轨顶面方向产生晃动时，由于导轨顶面压缩弹簧的作用，在导轨顶面固定滑轨和滑靴的作用下，弹簧推顶滑靴沿导轨顶面方面运动，确保了顶面滚轮始终与导轨顶面紧密相贴。

因此，此托架的设计不管是轿厢如何晃动，其检测仪底盘均能紧紧地跟随导轨作上下运动，使检测仪测出的数据真正反映了导轨的垂直度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1. 一种电梯导轨形位参数动态检测装置，包括检测仪及将检测仪安设于电梯导轨上的机械固定托架，其特征在于：所述检测仪的硬件包括激光器、二维位置敏感器件、PSD信号放大转换电路、A/D转换模块、霍尔测距传感器、ARM9芯片、液晶显示LCD及PC机，所述激光器经二维位置敏感器件与PSD信号放大转换电路电路连接，所述PSD信号放大转换电路经A/D转换模块与ARM9芯片电路连接，所述ARM9芯片还分别与霍尔测距传感器、液晶显示LCD及PC机电路连接；所述机械固定托架包括连接到轿厢上横梁上的可调式纵向支撑臂，所述可调式纵向支撑臂的上端连接有可调式水平支撑臂，所述可调式水平支撑臂通过导轨侧面固定滑轨及滑靴连接有用以安设检测仪的导轨检测仪底盘，所述导轨检测仪底盘的外周连接有U形状的导轨检测仪底盘夹紧臂，所述导轨检测仪底盘夹紧臂的前侧设有两个分别位于电梯导轨两侧面的导轨侧面夹紧滚轮，所述可调式水平支撑臂的下部设有用以顶在电梯导轨顶面上的测距光电码盘，所述导轨检测仪底盘的下侧连接有用以顶在电梯导轨顶面上的导轨顶面夹紧滚轮。

2.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述ARM9芯片采用内置S3C2440的ARM9芯片。

3.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述A/D转换模块为四路10位的A/D转换模块。

4.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述ARM9芯片与PC机之间通过串行通信接线连接。

5.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述可调式纵向支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的纵向支撑短臂，所述可调式水平支撑臂包括若干段通过内六角螺栓固定的水平支撑短臂。

6.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述导轨检测仪底盘夹紧臂两侧分别通过固定螺杆与导轨检测仪底盘可调连接，且所述导轨检测仪底盘与导轨检测仪底盘夹紧臂之间设有压缩弹簧。

7.根据权利要求5所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：位于最下端的纵向支撑短臂上设有强力磁铁。

8.根据权利要求1所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置，其特征在于：所述可调式水平支撑臂的下部固连有两挡块，所述的测距光电码盘通过一活动杆贯穿两挡块，所述的两挡块之间设有置于活动杆外周的压缩弹簧。

9.一种电梯导轨形位参数动态检测装置的实现方法，其特征在于：先将激光源固定在待测电梯导轨的顶端，调整激光源使其发射出的激光束垂直于大地，并以此激光束为测量基准；然后在激光源下方有一个接收平台，该平台安装在搭载平台上，而搭载平台连接紧贴导轨滚动的记米轮上，记米轮随着轿厢的上下运动转动；

当连接记米轮的搭载平台随着导轨上下滚动时，导轨的水平偏差将传递给搭载平台，并通过照射在平台上PSD光敏面上激光束的位置的变化来反映；激光束照射在PSD光敏面上后会在PSD下面的4根引脚上产生四路微电流，若光点恰好在PSD的中心点，即坐标原点，则四路微电流最大且相等，该微电流经电流-电压转换和放大后，得到AD转换器能够进行采样的的电压信号，通过四路AD转换将模拟输入信号转换成数字信号；再由检测系统中的应用程序，对数字信号进行处理，就可以获得激光束在PSD光敏面上照射位置的坐标，并通过LCD触摸屏显示。

10.根据权利要求9所述的一种电梯导轨形位参数动态检测装置的实现方法，其特征在于：在PSD进行平面坐标数据采集的同时，与计米轮配套的霍尔开关产生的计数脉冲也传递给CPU，CPU根据脉冲的数量可得出PSD当前的垂直坐标，并在LCD触摸屏上与平面坐标一同显示出来，一组数据处理显示完后，立即将数据储存起来，当某一侧电梯导轨测量完成后，生成一份数据文件并保存，通过在LCD显示屏上的操作能显示出整个测量过程中导轨垂直度在x方向或者y方向上最大偏差点的三维坐标值。