CN107127225B - 一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，首先利用前期人工矫直成功的经验数据构成专家库；然后采集导轨的直线度信息，根据采集数据拟合直线度曲线，并采用遍历极值点法对拟合的曲线进行数据分析选取压点参考点；接着根据导轨直线度合格指标找出不合格点，从压点参考点中确定最终压点；重新调整确定好压点后，再根据跨距最大化的原则，在压点两边对称的确定支点位置；最后对压点的弯曲值和跨距进行归一化处理，根据归一化后的压点的弯曲值和跨距在专家库中匹配相对应的下压量对导轨进行矫直，若矫直后的各项指标满足要求，则将各个指标数据保存到数据库中，否则进行下一次矫直。本发明降低了生产的人工成本，提高了产线的良品率。
Description
技术领域
本发明属于自动化检测领域，特别涉及一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法。
背景技术
随着房屋高层化的推进，电梯在日渐成为人们必不可少的代步工具的同时，其安全性、舒适性也成为了人们关注的焦点。整个电梯***主要有八部分组成，包括：曳引***，导向***，轿厢，门***，重量平衡***，电力拖动***，电气控制***和安全保护***。电梯导轨是电梯导向***的重要组成部分，是电梯上下行驶的导向装置，不仅引导着电梯的上下，而且决定着电梯乘坐的舒适性和安全性，如果导轨表面不平整，会造成电梯运行时的水平晃动并产生噪声，严重影响电梯运行的安全性与舒适度。如图1 所示，电梯常用的导轨是“T”字型导轨，导轨的长度一般为5米。
据统计，现在世界上超高速电梯的速度已达18m/s。电梯运行高速化的发展更是对导轨表面的平直度提出了更高的要求，激发了对高精度导轨的需求。
传统的电梯导轨矫直技术，主要依靠人工液压矫直方式进行矫直，由于人的视力和判断力具有不确定性，使得按传统方式矫直，精度达到一定小的范围后便无法进行更精确的矫直。并且人工矫直没有规范性，液压气缸的下压距离是固定的，导致人工矫直没有一个标准，无法实现标准化，使得传统矫直方式无法满足电梯企业的需求。
近几年随着计算机技术的发展，我们可以利用计算机软件设计一个自动化、高精度电梯导轨矫直***，并且通过程序语言将矫直算法的功能实现。光电技术的发展，激光测距传感器的量程和精度都有非常大的改善，在同一精度条件下，传感器的量程可以放大数倍，为导轨的高精度矫直提供了物理基础。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种对电梯导轨进行直线度自动检测并且自动矫直方法，可以快速、准确的对电梯导轨进行矫直，提高了生产企业的产品良率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，包括如下步骤：
步骤1：利用前期人工矫直成功的经验数据，进行归一化处理和分析得到弯曲值和对应下压量，构成专家库；
步骤2：采集导轨的直线度信息，根据采集数据拟合直线度曲线；
步骤3：采用遍历极值点法对拟合的曲线进行数据分析，选取压点参考点；
步骤4：根据导轨直线度合格指标找出不合格点，根据指标不合格点的位置从压点参考点中确定最终压点；
步骤5：重新调整确定好压点后，再根据跨距最大化的原则，在压点两边对称的确定支点位置；
步骤6：确定好压点和支点后，对压点的弯曲值和跨距进行归一化处理，根据归一化后的压点的弯曲值和跨距在专家库中匹配相对应的下压量，运用该下压量作为压块电机的位移量对导轨进行矫直；
步骤7：再对导轨进行直线度检测，若导轨的各项指标满足要求，则将导轨的各个指标数据保存到数据库中，若导轨指标不合格，则返回步骤3进行下一次矫直。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明突破了长期以来人工矫直无法标准化、普通自动矫直机无法进行的移动点高精度矫直的难点，通过自动化生产，降低了生产企业的人工成本，提高了整条产线的良品率，推动电梯行业标准向更高精的方向发展，不仅在电梯导轨方面，在其他需要高精度导轨的生产生活中会有广阔的应用前景。2)本发明运用计算机的精确计算，针对电梯导轨上面较小的弯曲处可以精确矫直，使得导轨左右500mm处弯曲值和每米弯曲值可以矫正到0.15mm以内，这是人眼很难识别的弯曲范围，也是人手很难控制的矫直范围，由于弯曲值很小，很容易产生过压，使得导轨来回矫直，无法达标，运用专家库***可以控制矫直导轨时的跨距大小，根据压点弯曲值和跨距的大小确定出一个准确的下压量值，使得导轨可以进行精确矫直从而满足质量指标，大大提高了电梯轿厢运行的安全性与舒适性。
附图说明
图1是电梯导轨的工件图。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明采集到的不合格导轨曲线图。
图4是本发明支压点调整策略流程图。
图5是本发明导轨矫直后达标的曲线图。
具体实施方式
一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，包括如下步骤：
步骤1：利用前期人工矫直成功的经验数据，对跨距和压点弯曲值进行归一化处理，确定跨距、压点弯曲值和对应的下压量，构成专家库；对跨距值进行归一化处理的具体方法为：将跨距大于1000mm的统一设定跨距为1000mm，800mm到1000mm之间的跨距归一化为800mm，600mm到800mm之间的跨距归一化为600mm，0mm到600mm 之间的跨距归一化为400mm。对压点弯曲值进行归一化处理的具体方法为：在1000mm 跨距和800mm跨距的情况下将大于等于2mm的弯曲值统一归一化为2mm，将大于等于1.5mm小于2mm的弯曲值统一归一化为1.5mm，大于等于1.3mm小于1.5mm的弯曲值统一归一化为1.3mm，大于等于1mm小于1.3mm的弯曲值统一归一化为1mm，大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为0.8mm，小于0.8mm的弯曲值统一归一化为0.5mm；在600mm跨距和400mm跨距的情况下将大于等于1mm的弯曲值统一归一化为1mm，将大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为0.8mm，大于等于0.6mm小于0.8mm的弯曲值统一归一化为0.6mm，大于等于0.4小于0.6mm的弯曲值统一归一化为0.4mm，大于等于0.3mm小于0.4mm的弯曲值统一归一化为0.3mm，小于0.3mm的弯曲值统一归一化为0.2mm。
步骤2：采集导轨的直线度信息，根据采集数据拟合直线度曲线，拟合直线度曲线的具体方法为：
步骤2.1：每隔10毫秒采集激光测距仪检测的导轨直线度信息，即激光测距仪传感器到导轨之间的距离；
步骤2.2：绘制直线度曲线前，计算最后一个点的横纵坐标比值，按照这个比值对所有的点进行相应的上移或者下移调整；将第一个采集到点作为原点；
步骤2.3：以第一个点作为原点，对调整后的数据进行拟合，并绘制曲线。
步骤3：采用遍历极值点法对拟合的曲线进行数据分析，选取压点参考点，选取压点参考点的具体方法为：
步骤3.1：从曲线第21个点开始，比较当前点和前后各20个点的纵坐标大小，若比左右两边20个点的纵坐标绝对值都大，则判断该点能够作为压点的参考点，否则不能作为压点的参考点；
步骤3.2：根据步骤2.1的方法，遍历除前20个和后20个的所有点，从整条导轨直线度曲线中能够作为压点的参考点；
步骤3.3：从压点参考点中去掉弯曲值小于最小精度的点。
步骤4：根据导轨直线度合格指标找出不合格点，根据不合格指标的位置从压点参考点中确定最终压点；
步骤4.1：设置导轨直线度合格指标，包括整长弯曲值、每米弯曲值、左右500mm 弯曲值及B/A值；
步骤4.2：计算各个指标实际值，选取不合格指标位置前后20点内的压点参考点作为压点：首先将这些指标设置一个优先级，将整长弯曲值优先级设为最高，左右500mm 处弯曲值次之，然后考虑B/A值，每米合格指标最后，优先级高的先矫直使其满足要求；若整长弯曲值不合格，则把压点参考点作为压点进行矫直；若整长合格，左右500mm 不合格，则不考虑压点参考点的位置，直接把左右500mm作为压点；若整长合格，左右500mm合格，B/A不合格，则把B/A不合格点的位置作为压点；若整长，左右500mm， B/A值合格，每米不合格，则把每米不合格点的位置作为压点，选好的压点其对应的纵坐标值的绝对值即为该点的弯曲值。
步骤5：重新调整确定好压点后，再根据跨距最大化的原则，在压点两边对称的确定支点位置，支点的选取原则为：支点对称分布在压点两侧，相邻支点的跨距范围不能影响到其它压点，并且不能超出导轨整长范围，在满足条件的情况下使其尽量大。
步骤6：为了方便匹配专家库数据，确定好压点和支点后，对压点的弯曲值和跨距进行归一化处理，根据归一化后的压点的弯曲值和跨距在专家库中匹配相对应的下压量，运用该下压量作为压块电机的位移量对导轨进行矫直，对跨距的归一化方法为：将跨距大于1000mm的统一设定跨距为1000mm，800mm到1000mm之间的跨距归一化为800mm，600mm到800mm之间的跨距归一化为600mm，0mm到600mm之间的跨距归一化为400mm。这样就得到了，压点的跨距。对压点弯曲值进行归一化处理的具体方法为：在1000mm跨距和800mm跨距的情况下将大于等于2mm的弯曲值统一归一化为2mm，将大于等于1.5mm小于2mm的弯曲值统一归一化为1.5mm，大于等于1.3mm 小于1.5mm的弯曲值统一归一化为1.3mm，大于等于1mm小于1.3mm的弯曲值统一归一化为1mm，大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为0.8mm，小于0.8mm 的弯曲值统一归一化为0.5mm；在600mm跨距和400mm跨距的情况下将大于等于1mm的弯曲值统一归一化为1mm，将大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为 0.8mm，大于等于0.6mm小于0.8mm的弯曲值统一归一化为0.6mm，大于等于0.4小于 0.6mm的弯曲值统一归一化为0.4mm，大于等于0.3mm小于0.4mm的弯曲值统一归一化为0.3mm，小于0.3mm的弯曲值统一归一化为0.2mm。
步骤7：再对导轨进行直线度检测，若导轨的各项指标满足要求，则将导轨的各个指标数据保存到数据库中，若导轨指标不合格，则返回步骤3进行下一次矫直。
本发明方法可以精确矫直轨道，大大提高了电梯轿厢运行的安全性与舒适性。
下面结合附图和具体实施例详细阐述本发明方案。
在实施矫直方法之前，首先搭建好应将平台、将激光测距传感器的数据收发信号线与PC机上的RS—232串口连接好，将运动控制板卡与各个伺服电机驱动器及PLC控制器连接好，确定硬件平台可以流畅运行。专家库导轨矫直算法的逻辑流程如图2所示，具体的实施步骤如下：
步骤1：利用前期人工矫直成功的经验数据，对跨距和压点弯曲值进行归一化处理，确定跨距、压点弯曲值和对应的下压量，构成专家库；
步骤2：运用串口通信技术，每隔10毫秒将激光测距传感器测量的传感器到导轨之间的距离传回PC机，保存在数组中，并且将第一个采集到的点作为原点，在直角坐标系中连点描线。由于传感器平移的轨道和导轨收尾连成的线并不平行，所以导轨最后一个点不在坐标轴上面，需要根据最后一个点的横纵坐标比值，将描线上面的点都按这个比值进行相应的上移或者下移调整。然后对新数据进行拟合处理并画出曲线，并将新曲线各个点的值保存到数组中，方便后面进行数据分析。最终曲线如图3所示，该曲线总共包含了从导轨头到导轨末尾的500个数据点，曲线横坐标显示出了导轨弯曲值情况，纵坐标绝对值越远弯曲值越大。
步骤3：由图3可以看出，作为压点弯曲点其特点是纵坐标大于两边一定范围内的点，采用遍历极值点的方法对拟合的曲线进行数据分析，选取压点参考点。由于硬件平台限制，作为压点的压块之间的距离为20cm，所以从曲线上面第21个点进行遍历，比较该点和前后各20个点的纵坐标大小，若比左右两边20个点范围内其它点的纵坐标绝对值都大，则判断该点可以作为压点的参考点，否则不做为导轨矫直的参考点。从第20 个点到第480个点遍历一遍便可以确定该导轨的所有矫直参考点。在这些矫直参考点中选出弯曲值小于最小精度的点去掉，其它不满足的点保存到数组，作为矫直参考。图3 中只有一个压点参考点。
步骤4：导轨矫直是按照一定的精度标准指标去矫直的，并不是最终要把导轨矫直为一条平滑的直线，因此在确定最终压点的时候，不仅要考虑到步骤3中遍历出的整条导轨上的弯曲点，即压点参考点，还要考虑针对导轨合格标准去矫直，这样可以大大提高导轨的矫直效率。导轨合格的指标主要有整长弯曲值，每米弯曲值，左右500mm弯曲值及B/A值。
整长弯曲值，直观地反映导轨的弯曲情况，定义为直线度误差曲线上纵坐标的最大值y1与最小值y2之差。
B/A值，反映的是对曲线最高点所在位置的限制，定义为导轨曲线纵坐标绝对值最大的点的纵坐标的绝对值与该点的横坐标到两端较近的距离的比值，B/A的值为：
式中，y1是曲线中纵坐标绝对值最大的点的纵坐标值，x1是该点对应的横坐标值。
左右500mm处的弯曲值，顾名思义导轨上500mm和4500mm处的弯曲值，反映的是当多根导轨通过阴榫与阳榫连接后，整体导轨的平整性，在计算时，以该两点的纵坐标的绝对值作为记录。
每米最大弯曲值，反映的是导轨在一米范围内的整长弯曲值，是保证整根导轨乃至多根导轨连接的平滑性的重要指标，定义为以100mm渐进，每一米范围内导轨直线度误差的各整长弯曲值中的最大值，也就是在[0mm,1000mm]，[100mm,1100mm]… [3900mm,4900mm]，[4000mm,5000mm]这41段一米区域内整长弯曲值最大的区域段对应的整长弯曲值。
由上面四种计算方法，计算各个指标实际值，找出指标不合格项，一般情况下整长不合格时应对的压点与弯曲点是相对应的，在左右500mm不合格时，一般情况下该点不是遍历出的压点。因此要对压点进行调整，部分或者全部舍掉遍历出的压点，重新根据不合格情况给压点。具体调整策略：首先，将这些指标设置一个优先级，优先级高的先矫直使其满足要求。这里将整长弯曲值优先级设为最高，左右500mm处弯曲值次之，剩下的两个指标最后。因为大量现场矫直数据显示：一般在整长弯曲值和左右500mm 处弯曲值都合格后，剩下的指标绝大部分能满足要求，若不满足，再单独针对其矫直。接着，如果只有整长弯曲值不合格，则按照原来算法计算的支压点信息进行矫直；如果还有其他指标不合格，而原算法在影响该指标附近未计算出压点，则增加一个压点专门针对该指标。最后，如果整长弯曲值是满足要求的，则将压点调整为先主要针对左右 500mm处的指标，最后解决B/A值和每米最大弯曲值。调整策略流程如图4所示。
步骤5：重新调整确定好压点后，再根据跨距最大化的原则，在压点两边对称的确定支点位置。在确定支点位置时，首先要考虑左边支点左边的跨距不能比最左边支点到曲线起点的横向距离长，右边支点右边的跨距不能比最右边支点到曲线终点的横向距离长。其次考虑左边支点的横坐标不能比右边支点的横坐标大。在满足这两个条件下，尽可能大的选择跨距值。为了方便匹配专家库数据，将计算出的跨距值进行归一化处理，将跨距大于1000mm的统一设定跨距为1000mm，800mm到1000mm之间的跨距归一化为800mm。依次类推，一直到跨距值的最小值400mm时不再减小跨距，统一归一化为400mm。这样就得到了，压点的弯曲值和跨距。
步骤6：根据压点的弯曲值和跨距确定下压量时，由于专家库中只包含了大部分正确的下压量，没有包含全部跨距下的全部下压量，因此还需要对弯曲值相近似的弯曲值进行归一化处理。例如，在1000mm跨距的情况下将2mm的弯曲值统一归一化为2mm，将大于1.5mm小于2mm的弯曲值统一归一化为1.5mm，依次类推，将每个弯曲值也都进行归一化处理，从而实现专家库匹配的标准化，提高了导轨矫直的效率。机械部分根据专家库给出的下压量对导轨的弯曲点进行矫直。
步骤7：导轨矫直结束后，再对导轨进行直线度检测，由于专家库是采用了大量实验得到的准确数据，根据所给出的下压量大部分导轨都可以像图5一样矫直成功，然后将合格的数据保存到数据库中。但是存在少部分导轨由于材质差异，不能一次性矫直成功，需将再次检测的数据送到数据分析模块进行分析，从而进行下一次矫直，直到矫直成功。
Claims (7)
1.一种基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用前期人工矫直成功的经验数据，对压点的弯曲值和跨距值进行归一化处理和分析得到新的压点的 弯曲值和对应下压量，构成专家库；
步骤2：采集导轨的直线度信息，根据采集数据拟合直线度曲线；
步骤3：采用遍历极值点法对拟合的曲线进行数据分析，选取压点参考点；
步骤4：根据导轨直线度合格指标找出不合格点，根据不合格点的位置从压点参考点中确定最终压点；
步骤5：重新调整确定好压点后，再根据跨距最大化的原则，在压点两边对称的确定支点位置；
步骤6：确定好压点和支点后，对压点的弯曲值和跨距值进行归一化处理，根据归一化后的压点的弯曲值和跨距值在专家库中匹配相对应的下压量，运用该下压量作为压块电机的位移量对导轨进行矫直；
步骤7：再对导轨进行直线度检测，若导轨的各项指标满足要求，则将导轨的各个指标数据保存到数据库中，若导轨指标不合格，则返回步骤3进行下一次矫直。
2.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤2拟合直线度曲线的具体方法为：
步骤2.1：每隔10毫秒采集激光测距仪检测的导轨直线度信息，即激光测距仪传感器到导轨之间的距离；
步骤2.2：绘制直线度曲线前，将第一个采集到的点作为原点，计算最后一个点的横纵坐标比值，按照这个比值对所有的点进行相应的上移或者下移调整；
步骤2.3：对调整后的数据进行拟合，并绘制曲线。
3.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤3选取压点参考点的具体方法为：
步骤3.1：从曲线第21个点开始，比较当前点和前后各20个点的纵坐标大小，若当前点比前后两边各20个点的纵坐标绝对值都大，则判断该当前点能够作为压点参考点，否则不能作为压点参考点；
步骤3.2：根据步骤3.1的方法，遍历除前20个和后20个的所有点，从整条导轨直线度曲线中选取能够作为压点参考点的点；
步骤3.3：从压点参考点中去掉弯曲值小于最小精度的点。
4.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤4确定最终压点的具体方法为：
步骤4.1：设置导轨直线度合格指标，包括整长弯曲值、每米最大弯曲值、左右各500mm处弯曲值及B/A值；
整长弯曲值，定义为直线度误差曲线上纵坐标的最大值与最小值之差；
每米最大弯曲值，定义为以100mm渐进，在每个一米长的区域段内，各整长弯曲值中的最大值；
B/A值，定义为导轨曲线纵坐标绝对值最大的点的纵坐标的绝对值与该点的横坐标到导轨两端较近的距离的比值，具体为：式中，y1是曲线中纵坐标绝对值最大的点的纵坐标值，x1是该点对应的横坐标值；
步骤4.2：计算各个指标实际值，选取不合格点前后各20点内的压点参考点作为最终压点：首先将导轨直线度合格指标中的各指标设置一个优先级，将整长弯曲值优先级设为最高，左右各500mm处弯曲值次之，然后考虑B/A值，每米最大弯曲值最后，优先级高的先矫直，使其满足要求；若整长弯曲值不合格，则把压点参考点作为压点进行矫直；若整长弯曲值合格，左右各500mm处 弯曲值不合格，则不考虑压点参考点的位置，直接把左右各500mm处弯曲值不合格的点的位置作为压点；若整长弯曲值合格，左右各500mm处弯曲值合格，B/A值不合格，则把B/A值不合格点的位置作为压点；若整长弯曲值合格，左右各500mm处弯曲值合格，B/A值合格，每米最大弯曲值不合格，则把每米最大弯曲值不合格点的位置作为压点，选好的压点其对应的纵坐标值的绝对值即为该压点的弯曲值。
5.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤5支点的选取原则为：支点对称分布在压点两侧，相邻支点的跨距范围不能影响到其它压点，并且不能超出导轨整长范围，在满足上述原则的情况下使其尽量大。
6.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤1和6对跨距值进行归一化处理的具体方法为：将跨距大于1000mm的统一设定跨距为1000mm，800mm到1000mm之间的跨距归一化为800mm，600mm到800mm之间的跨距归一化为600mm，0mm到600mm之间的跨距归一化为400mm。
7.根据权利要求1所述的基于专家库技术的电梯导轨自动矫直方法，其特征在于，所述步骤1和6对压点的弯曲值进行归一化处理的具体方法为：在1000mm跨距和800mm跨距的情况下将大于等于2mm的弯曲值统一归一化为2mm，将大于等于1.5mm 小于2mm的弯曲值统一归一化为1.5mm，大于等于1.3mm小于1.5mm的弯曲值统一归一化为1.3mm，大于等于1mm小于1.3mm的弯曲值统一归一化为1mm，大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为0.8mm，小于0.8mm的弯曲值统一归一化为0.5mm；在600mm跨距和400mm跨距的情况下将大于等于1mm的弯曲值统一归一化为1mm，将大于等于0.8mm小于1mm的弯曲值统一归一化为0.8mm，大于等于0.6mm小于0.8mm的弯曲值统一归一化为0.6mm，大于等于0.4小于0.6mm的弯曲值统一归一化为0.4mm，大于等于0.3mm小于0.4mm的弯曲值统一归一化为0.3mm，小于0.3mm的弯曲值统一归一化为0.2mm。
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