本发明涉及自动扶梯缺陷探测方法，更具体地，涉及自动扶梯的驱动链辊、梯级辊及梯级中的缺陷的探测方法。本发明还涉及使用所述自动扶梯缺陷探测系统和方法的自动扶梯。
背景技术：
自动扶梯广泛用于例如商场或车站等公共场所，供乘客方便上下楼层。
自动扶梯的具体内部结构如图1所示，自动扶梯1具有供乘客站立其上的梯级11，驱动梯级11的驱动链12，驱动链12包括驱动链辊121，驱动链节122和驱动链销123，驱动链节122通过驱动链销123彼此连接，驱动链辊121位于驱动链节122之间。驱动链辊121可位于驱动链节内侧或驱动链节外侧，在专用的安装到自动扶梯两侧的驱动链辊导轨13上滚动，驱动链辊根据其功能可分为两类，一类是连接到梯级的驱动链辊，通常连接到梯级的倾斜向上的一端，如图1中的驱动链辊121，其用于梯级的载荷支撑以及链力传递，还有一类没有连接到梯级，仅与驱动链相连，这类驱动链辊仅具有传递驱动链力的功能，这类驱动链辊在图1中未示出。梯级11还包括连接到梯级的倾斜向下的一端的梯级辊111，在专用的安装到自动扶梯两侧的梯级辊导轨14上滚动。梯级辊和驱动链辊通常还可在梯级轴或驱动链轴处具有轴承。
梯级辊和驱动链辊具有聚合物或金属轮毂，包覆有弹性体、橡胶或适当聚合物层，以确保驱动链、梯级系统的平滑无噪声运动。
通过，自动扶梯的驱动链及梯级引导系统具有超过300个辊和轴承，因此，为了维护自动扶梯驱动链和梯级引导系统，获知失效的辊是非常有价值的。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种自动扶梯缺陷探测方法和系统，其能够自动探测自动扶梯中的所有辊和轴承中的缺陷，为自动扶梯维保提供便利。
根据一方面，提供一种自动扶梯缺陷探测方法，自动扶梯包括设置在扶梯两侧的级辊导轨以及驱动链辊导轨，包括以下步骤：
在梯级辊导轨上和/或在驱动链辊导轨上设置传感器，
分别探测与梯级辊或驱动链辊相关的参数，并与相应的梯级辊、驱动链辊阈值相比较，如果探测的参数大于相应的阈值，则指示自动扶梯缺陷。
优选地，在扶梯两侧的梯级辊导轨和/驱动链辊导轨的每一侧上都设置有传感器。
优选地，探测的所述参数为每一个梯级辊或驱动链辊的撞击力和/或每一个梯级辊导轨及驱动链辊导轨由相应的梯级辊或驱动链辊引起的振动的幅值和/或同一梯级上的梯级辊经过相应传感器的时间差。
优选地，所述传感器设置为传感器的端头向上伸出梯级辊或驱动链辊的相应的梯级辊导轨或驱动链辊导轨表面。
优选地，所述传感器为加速度计。
优选地，所述端头向上伸出距离可调节，所述距离小于乘客感受限值，所述乘客感受限值为0.5mm。
优选地，所述传感器通过螺纹配合调节传感器端头伸出自动扶梯梯级辊导轨表面或自动扶梯驱动链辊导轨表面的距离。
优选地，所述缺陷为梯级辊、驱动链辊缺陷、梯级倾斜或辊缺失缺陷。
优选地，驱动链包括多个链节，每一个链节上装备有可由光学传感器探测到的夹，以由此将与驱动链连接的梯级辊编号。
优选地，所述阈值为一段时间内梯级辊或驱动链辊的撞击力的平均值或梯级辊或驱动链辊引起的梯级辊导轨或驱动链辊导轨的振动幅值的平均值。
优选地，所述方法还包括分别探测所述梯级辊或驱动链辊的中心由于经过加速度计的端头而导致的位移，所述位移可估算自动扶梯梯级的载荷。
优选地，通过测量所述撞击力，可估算自动扶梯梯级的载荷。
优选地，所述探测在空载或载有乘客的情况下进行。
根据本发明另一方面，提供一种自动扶梯缺陷探测系统，自动扶梯包括设置在扶梯两侧的梯级辊导轨以及驱动链辊导轨，其特征在于，包括：
设置在自动扶梯梯级辊导轨和/或自动扶梯驱动链辊导轨上的传感器，所述传感器包括传感器端头，所述传感器端头设置为高于所述自动扶梯梯级辊导轨或自动扶梯驱动链辊导轨的表面。
优选地，所述传感器为加速度计。
优选地，所述传感器端头向上伸出距离可调节，所述距离小于乘客感受限值，所述乘客感受限值为0.5mm。
优选地，所述传感器通过螺纹配合调节传感器端头伸出自动扶梯梯级辊导轨表面或自动扶梯驱动链辊导轨表面的距离。
优选地，驱动链包括多个链节，每一个链节上装备有可由传感器探测到的夹，以由此将与驱动链连接的梯级辊编号。
优选地，所述系统探测相应的梯级辊导轨或驱动链辊导轨上的每一个梯级辊或驱动链辊的撞击力和/或每一个梯级辊导轨及驱动链辊导轨由相应的梯级辊或驱动链辊引起的振动的幅值和/或同一梯级上的梯级辊经过相应传感器的时间差，并与相应的梯级辊撞击力阈值、驱动链辊撞击力阈值或梯级辊导轨振动幅值阈值、驱动链辊导轨振动幅值阈值或梯级辊时间差阈值相比较，如果振动幅值或撞击力或时间差大于相应的阈值，则指示梯级辊或驱动链辊缺陷或梯级倾斜缺陷。
优选地，所述阈值为一段时间内梯级辊或驱动链辊的撞击力的平均值或梯级辊或驱动链辊引起的梯级辊导轨或驱动链辊导轨的振动幅值的平均值或同一梯级上的梯级辊经过相应传感器的时间差的平均值。
优选地，所述传感器还分别探测所述梯级辊或驱动链辊的中心由于经过加速度计的端头而导致的位移，所述位移可估算自动扶梯梯级的载荷。
优选地，通过测量所述撞击力，还可估计自动扶梯梯级的载荷。
优选地，所述系统在空载或载有乘客的情况下进行探测。
根据本发明再一方面，提供一种包括前述自动扶梯探测系统的自动扶梯。
通过根据本发明的自动扶梯缺陷探测方法及自动扶梯缺陷探测系统，可自动探测自动扶梯的全部梯级辊、驱动链辊及梯级辊轴承、驱动链辊轴承中的缺陷，以及梯级倾斜、辊缺失的缺陷，为自动扶梯的维保提供便利。同时，通过将传感器的端头设置为伸出安装所述传感器的导轨表面之上，提高系统的探测精度及探测更深更小的缺陷的能力。
附图说明
图1是现有技术的自动扶梯驱动链和梯级引导系统的局部示意图；
图2是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统的示意性流程图；
图3是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统应用于驱动链辊的示意图；
图4是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统应用于梯级辊的示意图；
图5是图3或4中所示的传感器的放大侧剖视图；
图6是图4中所示的梯级辊位于传感器的伸出梯级辊导轨的表面的端头上的示意图；
图7是梯级辊经过端头伸出梯级辊导轨的表面的传感器端头时辊中心的轨迹示意图；
图8是显示梯级倾斜的自动扶梯系统的示意图；
图9是显示与倾斜梯级关联的倾斜的梯级辊的示意图；
图10是梯级辊或驱动链辊在导轨上滚动时探测到的导轨的振动幅值图表；
图11是示例性的损坏的梯级辊或驱动链辊的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的详细内容，但是本发明不限于所描述的具体实施例。
图2是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统的示意性流程图。根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统包括在自动扶梯两侧的驱动链辊导轨13中的一个或两个上设置的传感器15或传感器15和16，和同样在自动扶梯两侧的梯级辊导轨14中的一个或两个上设置的传感器15’或传感器15’和16’，如图2中的101所示，以及用于分析和处理由传感器15,15’或传感器16和16’获得的数据的处理器(未示出)。传感器15,15’，16,16’可用于探测梯级辊或驱动链辊经过各自的轨道时引起的轨道的振动，如图2中的102所示，通过对传感器15,15’，16,16’探测的数据的分析，可探测缺陷辊，如图2中的103所示；探测梯级辊或驱动链辊经过传感器15,15’，16,16’时对传感器15,15’，16,16’的撞击力，如图2中的202所示，该撞击力的探测可分别在空的梯级及乘客在其上的情况下进行探测，如图2中的203所示，通过对在202及203中探测到的数据进行分析，可探测倾斜的梯级、缺陷辊以及梯级的载荷，如图2中的204所示；以及探测梯级辊或驱动链辊经过传感器15,15’，16,16’时由传感器15,15’，16,16’引起的梯级辊或驱动链辊的中心的位移，如图2中的302所示，该位移的探测可分别在空的梯级及乘客在其上的情况下进行探测，如图2中的303所示，通过对在302及303中探测到的数据进行分析，可探测倾斜的梯级、缺陷辊以及梯级的载荷，如图2中的304所示。下面分别详细介绍根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统的功能和结构。
图2中所示的传感器15,15’，16,16’可以根据需要采用多种类型的传感器，例如加速度计传感器、振动传感器、光学传感器等只要能实现所需的探测功能即可。
图3是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统应用于驱动链辊的示意图。
从图3中可以看出，驱动链12包括驱动链节122，驱动链节122通过驱动链销123相互连接，驱动链12还包括驱动链辊121，其可连接到驱动链12的内侧或外侧，在专用于其的设置在自动扶梯两侧的驱动链辊导轨13上滚动，驱动链辊121可分为连接到梯级的驱动链辊，用于移动梯级，如图1中所示，和不连接到梯级的驱动链辊，连接到梯级的驱动链辊不仅要承受驱动链12中的传送力，还要承受来自梯级的力，而不连接到梯级的驱动链辊则仅承受驱动链12中的传送力。驱动链辊121包括驱动链辊轮毂124，其通常由金属制成，以及包覆在驱动链辊轮毂124外部的包覆层125，该包覆层125由弹体材料制成，例如橡胶或聚氨酯，用于减小驱动链辊121的振动及自动扶梯系统的噪声，实现驱动链的平滑无噪声运动。根据驱动链的承载情况，驱动链辊121可能还会包括轴承，例如滑动轴承。
图4是根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统应用于梯级辊的示意图。
从图4中可以看出，梯级辊111在专用于其的设置在自动扶梯两侧的梯级辊导轨14上滚动，梯级辊111通常连接到梯级的沿向上倾斜方向设置的梯级的下端部，如图1中所示。梯级辊111仅用于支撑梯级上乘客的重量，并且除了承载站立其上的乘客的载荷，不需要传递任何其它载荷力。梯级辊111设计用于在梯级辊导轨上以自由旋转准则平滑地滚动，因此梯级辊法向载荷线性地取决于梯级及乘客的重量。梯级辊111包括梯级辊轮毂115，其通常由金属制成，以及包覆在梯级辊轮毂115外部的包覆层112，该包覆层112由弹体材料制成，例如橡胶或聚氨酯，用于减小梯级辊111的振动及自动扶梯系统的噪声，实现梯级的平滑无噪声运动。由于承载的载荷较大，梯级辊111通常包括轴承116，该轴承116例如为滚动轴承，通常与驱动链辊121中使用的轴承不同。
驱动链辊121和梯级辊111会随着时间出现包覆层松弛，这意味着由于疲劳、磨损或在驱动链轮上的挤压而造成在包覆层的柔软聚合物中产生裂纹；辊的磨损，这意味着辊的直径由于磨损而减小，磨损可能导致辊的椭圆度和辊直径的偏差；轴承损坏，这意味着轴承通常由于内部疲劳导致轴承内表面的点蚀而造成的损坏。
图3中示例性地示出了驱动链辊121中的包覆层松弛缺陷127及辊的磨损缺陷126，图4中示例性地示出了梯级辊111中的包覆层松弛缺陷113及辊磨损缺陷114。
根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统通过设置在驱动链辊导轨和梯级辊导轨上的传感器探测由驱动链辊或梯级辊在相应的导轨上滚动引起的导轨的振动来探测驱动链辊或梯级辊中的缺陷。当驱动链辊或梯级辊中出现缺陷包覆层松弛缺陷和辊磨损缺陷时，辊会出现一定程度的椭圆度和辊直径的偏差，从而在辊的滚动过程中，对导轨产生周期性的激励，该激励的大小取决于辊对导轨的法向载荷、辊包覆层缺陷的深度和宽度、辊包覆层的硬度、辊的半径、辊包覆层的厚度、赫兹压力分布、辊速、包覆层的缓冲性能及均匀的润滑等。
通常，由于辊的缺陷造成辊出现一定的椭圆度和辊直径的偏差，从而当辊在线性导轨上旋转时，其缺陷位置的旋转频率和接触频率导致作用于导轨上的周期性的激励，该特征周期可通过快速傅里叶分析(FFT)获得其频率。该椭圆度和辊直径的偏差越大，由导轨吸收的振动能量越大。通常，如果辊的行进速度恒定，则没有缺陷的辊通常时导轨产生相对较低的振动幅值，而具有缺陷的辊的振动波谱较宽，并且包括特征频率，振动幅值明显增大。因此，通过传感器探测到特定辊引起的导轨振动幅值发生显著的增大时，则说明该辊中出现缺陷，传感器探测到的振动信号如图10中的振动信号图表所示，图中下部由虚线矩形框标示处振动信号显著增大，说明辊中出现缺陷。
当针对特定自动扶梯进行探测时，特定扶梯的驱动链几何形状、自动扶梯的结构、辊的材质、直径、速度等都已确定，可在每一个驱动链的链节上设置光学传感器可探测的夹，由此针对每一个链节编号，从而确定每一个驱动链辊及相关联的梯级辊的位置。由此，当根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统探测到辊中出现缺陷时，可立即确定出现缺陷的辊，以便及时进行维保或更换。通常，当传感器探测到的振动幅值超过一定阈值时，则处理器发出辊中出现缺陷的指示。该阈值通常为一段时期内处理器取得的导轨振动幅值的平均值。
图11中示例性示出的造成梯级辊111或驱动链辊112松弛的缺陷之一，即裂缝20的缺陷的示意图。该缺陷20出现在辊111/112的表面上，具有一定的深度和宽度。
处理器的数据库中还可存储针对特定类型的梯级辊或驱动链辊的不同宽度或深度的缺陷的特征振动信号图表，可将通过传感器探测到的振动信号与存储的特征振动信号图表相比较，从而确定辊缺陷的类型。
在自动扶梯的运行过程中，驱动链的循环周期取决于自动扶梯的高度和长度。在驱动链的一个工作周期中，辊会处于不同的载荷条件，例如辊会处于导轨的倾斜部分、导轨的弯曲部分以及导轨的水平部分。通常将传感器安装到梯级辊导轨的上部弯曲部分或水平部分，将传感器安装到驱动链辊导轨的上部返回站弯曲部分处是有利的，因为在所述部分处导轨受到的法向力最大。
上述探测方法同样适用于驱动链辊或梯级辊中的轴承出现的缺陷。但通常由于驱动链辊或梯级辊包括较厚的柔软的包覆层，因此由驱动链辊或梯级辊中的轴承的缺陷引起的振动较弱。
根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统将传感器的端头设置为伸出导轨平面之外，如图3-7中所示，特别参照图5，图5为图3或4中所示的传感器的放大侧剖视图，图中可见传感器15,15’,16,16’通过调节装置17安装到驱动链辊导轨13或梯级辊导轨14上，该调节装置17可以是螺栓螺母调节装置或螺纹卡箍调节装置，也可以任意其它调节装置，只要能使传感器15,15’,16,16’的端头19伸出驱动链辊导轨13或梯级辊导轨14的表面之外并保持即可，伸出距离d应小于0.5mm，低于该限值，驱动链辊121或梯级辊111对该端头的撞击不能由乘客感受到，换句话说，不影响扶梯的正常使用。但是，由于将传感器端头19设置为伸出导轨表面之外，这增大了导辊对传感器端头19的撞击力，从而使导辊对相应的导轨的激励增大，也就是说，探测到的导轨的振动信号增强。
使导辊对相应的导轨的激励增大可提高根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统的精度，可探测到更小的缺陷或更深的缺陷发出的较弱的信号，例如上面所述的梯级辊111或驱动链辊121中的轴承的缺陷由此可能被探测到。
图6为梯级辊111经过根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统的传感器端头时的示意图。根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统通过将传感器的端头设置在导轨的表面之外后，除了可以探测由导辊在导轨上的滚动及对传感器端头的撞击引起的导轨的振动之外，还可以探测导辊对传感器端头的撞击力的大小。通常，由于梯级辊111以自由旋转方式设置在单独的梯级辊导轨14上滚动，因此梯级辊111仅承载梯级上乘客的重量，不再传递任何其它载荷。因此，梯级辊对导轨的法向力与梯级和乘客的重量成比例，而撞击力则与梯级和乘客的重量及撞击时间成比例。因此，通过激励传感器的撞击力和撞击时间，可计算出导轨法向力的估值，由此得出梯级和乘客的重量。而对于特定自动扶梯，梯级的重量也是已知的，因此可得出乘客的重量。由此可分析自动扶梯的承载情况。
根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统通过将传感器的端头设置在导轨的表面之外，还可以探测梯级辊111或驱动链辊112经过传感器15,15’，16,16’的端头时，梯级辊111或驱动链辊112的辊中心位移。
图7是梯级辊经过端头伸出梯级辊导轨的表面的传感器端头时辊中心的轨迹示意图，其中轨迹线36为梯级辊111的辊中心轨迹线，31和32分别表示经过传感器端头19/19’时以及已经经过传感器端头19/19’时的梯级辊111的示意图，其中心由于经过突出高于梯级辊导轨表面33的传感器端头19/19’而发生位移。由于梯级辊111表面的柔性包覆层在撞击传感器端头19/19’时会发生变形，因此梯级辊111的中心位移不是简单的发生于传感器端头19/19’高度相等的位移，而是存在图7中35表示的变形线，梯级辊111的中心位移应等于梯级辊导轨表面33和变形线35之间的距离。
A点处辊的撞击力取决于辊的位置、辊中心的位移以及传感器端头的高度。由此，可根据传感器端头的高度以及测得的辊中心的位移，估计A点处辊的撞击力，由此可采用更多种类的传感器，不必局限于加速度计传感器。同样，根据撞击力，可计算自动扶梯的梯级的载荷。
根据本发明的自动扶梯缺陷探测系统还可通过在自动扶梯两侧的梯级辊导轨的每一个上设置传感器，并且测量同一梯级上的一对梯级辊经过相应梯级辊导轨上的传感器的时间差，来判断是否存在梯级倾斜或辊缺失的缺陷，辊缺失的情况可对应于时间差无限大的情况。
图8是显示梯级倾斜的自动扶梯系统的示意图。图中显示了梯级辊导轨14以及梯级11和11’，其中梯级11和11’关于梯级辊导轨14倾斜，及梯级的横向方向不与梯级辊导轨14垂直，或梯级的纵向方向不与梯级辊导轨14平行。
图9是显示与倾斜梯级关联的倾斜的梯级辊的示意图。
由图8和图9可以理解，如果梯级发生倾斜，则与梯级关联的成对的梯级辊经过梯级辊导轨14上沿横向于导轨的方向对准设置的传感器的时间是不同的，如果该时间差大于一阈值，则判断该梯级发生倾斜。该阈值为一段时间内成对的梯级辊经过传感器的时间差的平均值。该传感器也不一定沿横行于导轨的方向对准设置，错开设置也是可行的，因为如果梯级没有缺陷，梯级导辊经过对应侧的传感器的时间差也是不变的。
在探测成对的梯级辊经过传感器的时间差时，该传感器不一定设置为从梯级辊导轨表面突出，可以与梯级辊导轨表面平齐甚至在梯级辊导轨表面之下，只要能探测到梯级辊经过传感器的时间即可，因此该传感器也不一定是加速度计传感器，可以是实现该探测功能的任何传感器类型。
应注意的是，所述的实施方式仅是示例性的，不应认为是对本发明的限制，在多个实施方式中的特征可组合使用来获得本发明的更多的实施方式，本发明的范围仅由所附权利要求限定。可对所述的实施方式作出多种变形形式和改进形式而不偏离本发明的范围。