JP4894620B2 - ワイヤーロープの探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤーロープを使用した各種設備の安全性確保のために、各種設備からワイヤーロープを取り外すことなく使用状態のまま、ワイヤーロープの素線切れや断線などの損傷の状態を検出するワイヤーロープ探傷装置に関する。

エレベーター，リフト，ケーブルカー，クレーン等に使用されているワイヤーロープは、疲労や摩耗により、構成要素の鋼線が順次破断する恐れがあり、破断量は経年的に増加する。破断量が所定の量を超えると、ワイヤーロープは寿命に至ったと判断されて交換が行われる。そのため、定期的な検査により、鋼線の破断量を計測し、ワイヤーロープが安全に使用できるか否かを評価する必要がある。

従来、使用中のワイヤーロープの破断量を検査するために、目視による検査が行われていた。しかし、目視による検査では、長いワイヤーロープを点検する場合には作業時間を要して実用的ではなかった。

そのため、携帯容易で、クレーンなど高い天井などに張設されたワイヤーロープの保守点検や特にエレベーターなど検出空間の狭い場所に張設されたワイヤーロープの保守点検を容易にし、ワイヤーロープの破断量を定量的に計測するため、電磁気探傷法を用いた探傷装置（ワイヤーロープテスタ）であって、１組の永久磁石を用いてワイヤーロープを長手方向に磁化し、鋼線の破断部から漏洩する磁束を検出するためのプローブコイルを磁石間に配置して鋼線の破断を検査することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

また、漏洩磁束法を用いて、複数箇所の断線や局部的磨耗などの損傷をより正確に検出し、それらの損傷がワイヤーロープの交換基準に達しているかどうかを自動的に判定するため、ワイヤーロープの円周方向に複数個配置した磁気センサによって検出した漏洩磁束値が所定の基準値を超えたものをストランドの損傷信号として抽出することが知られ、例えば、特許文献２に記載されている。

特開平７−１９８６８４号公報 第７頁図１ 特開２００２−５８９６号公報 第８頁図２

従来は、ワイヤーロープがシーブあるいはプーリと接触する、最外層の鋼線に破断が生じていた。しかしながら、近年のワイヤーロープは使用法が多岐に渡り、さらに、ワイヤーロープの構造も複雑になっているため、ワイヤーロープの内部に存在する鋼線が破断する場合もある。このような場合、損傷メカニズムを調査する必要があるため、ロープ内部のどの位置が損傷しているのかが分からなくてはならない。

上記従来技術においては、磁気検出手段で得られる出力波形のピークの有無により、鋼線の破断の有無を評価している。しかしながら、鋼線の破断位置がワイヤーロープの内部に存在する場合には、破断部位と磁気検出センサの距離が遠くなるため、磁気検出センサの出力は小さくなる。多数のＡ／Ｄ変換器を備える必要があり、各々のＡ／Ｄ変換器の校正を行わなければならなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、破断部位がワイヤーロープの深部にある場合であっても計測の信頼性を向上することにある。また、他の目的は、校正作業を低減し、より使いやすいものとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の鋼線を撚り合わせたワイヤーロープの長手方向に磁束を通し、前記鋼線の損傷部に発生する漏洩磁束を検出するワイヤーロープの探傷装置において、前記ワイヤーロープを長手方向に磁化する磁化器と、
前記ワイヤーロープの円周方向に複数個配置され、前記漏洩磁束を検出する磁気検出手段と、前記鋼線の損傷部の深さ及び損傷量，前記複数個の磁気検出手段から検出した値の和、隣接した前記磁気検出手段により検出された差分値、との関係を予め記憶した記憶器と、前記和と前記差分値との比に基づいて前記鋼線の損傷部の深さを求める第１の演算器と、前記和と前記差分値との比と、前記和の値に対応したしきい値データと、により前記鋼線の損傷量を求める第２の演算器と、を備えたものである。

本発明によれば、鋼線の破断位置がワイヤーロープの内部に存在する場合であっても、ワイヤーロープの円周方向に複数個配置された磁気検出手段により検出された値と、予め記憶された損傷部の深さ，損傷量との関係と、により損傷部の深さ及び損傷量を求めることができ、計測の信頼性を向上できる。

以下、本発明の実施形態を、図を用いて説明する。

図１はワイヤーロープの探傷装置の構成を示す。

ワイヤーロープ１を長手方向に磁化するように磁化器２を設置する。ワイヤーロープ１の周囲には、磁気検出手段（コイル，磁気センサ）として、全周の磁束を検出する第１の磁気検出手段３、複数個とされた第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈ及び第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐを円環状に、かつ個々が隣接するように全週に配置されている。

第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈと、第３の４ｉ〜４ｐは位相が９０度ずれており、４ｉは４ａと４ｂの間に、４ｊは４ｂと４ｃの間に、以下４ｋ〜４ｐについても、４ａ〜４ｈの個々の中間になるように配置する。第１の磁気検出手段３の出力は、総和計測器５に入力する。第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈと第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐの出力は差分計測器６に入力する。総和計測器５と差分計測器６では、入力信号のＡ／Ｄ変換が行われる。

変換後の信号を第１の演算器７に入力して差分計測器６の信号と総和計測器５の信号の比を算出し、記憶器８に蓄えられた信号比に対する損傷深さの値に基づき、損傷深さを表示器１１へ出力する。第２の演算器９では、総和計測器５の信号と、差分計測器６の信号と、記憶器１０にあらかじめ蓄えられた診断のためのしきい値データから、損傷量を算出し、その値を表示器１１へ出力する。

次に、図１中の第１の演算器７および第２の演算器９の診断原理について説明する。損傷部がワイヤーロープ１の表面から浅い部分にあり、磁気検出手段４ａの中心に位置する場合として、磁気検出手段が半径７mmの円周上に位置し損傷部がロープ中心から６mmの位置に存在する場合、磁気検出手段４ａと４ｂの出力差は約９８％となる。

このように損傷部に近い磁気検出手段とそれに隣接する磁気検出手段の出力差は、損傷部がロープの深部に位置するほど小さくなる。例えば、損傷部が中心から４mmの時には出力差は７１％であり、損傷部が中心から２mmの時には出力差は２７％となる。損傷部の位置がロープ中心から離れるほど、つまり損傷部の深さが浅いほど出力比は大きくなる。この関係を記憶器８に記憶しておけば、第１の差分計測器６で損傷深さが算出できる。

図２は、差分値と総和値の比と総和値の関係について、損傷量（損傷部の数）が１および２の場合で、損傷部のロープ中心からの距離が２［mm］，４［mm］，６［mm］の場合の例を示す。このときの差分値は、第２の磁気検出手段による差分値の絶対値と、第３の磁気検出手段による差分値の絶対値の和を用いている。

図２によれば損傷量が同じ場合は、略直線状にデータがプロットされることがわかる。このことから、損傷量１と２の中間位置にしきい値を設け、しきい値を超えた場合は損傷量が２以上であると診断する。また、あらかじめ実験等により求めておいたノイズレベル以下の時には損傷量が０と診断する。記憶器１０には、これらしきい値とノイズレベルの値が収められており、第２の演算器９では、損傷量を表示器１１に出力する。

また、記憶器８，１０は、一つとして損傷部の深さ，損傷量，総和，差分値との関係を予め記憶した記憶器とし、記憶された値に基づいて損傷部の深さ及び損傷量を求めても良い。

次に、図１における第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈと、第３の磁気検出手段４ｉから４ｐの出力の違いについて説明する。

磁気検出手段４ａと４ｂの中間に損傷部が位置するときには、磁気検出手段４ａと４ｂの出力は等しい。したがって、このときの差分値は０となる。このとき、第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐにおいては、損傷部は磁気検出手段４ｉの中央に位置している。したがって、磁気検出手段４ｉ〜４ｐの出力では差分値が得られる。このように、第２の磁気検出手段で差分値が０となる場合にも、第３の磁気検出手段で差分値が得られるように、第３の磁気検出手段は第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈの中間に配置する。

上記例では、第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈおよび第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐとして、それぞれ８個の磁気検出手段を備えている。

磁気検出手段が８個の場合には、ピークとなる磁気検出手段４ｙと、それに隣接する磁気検出手段４ｘ，４ｚの出力差は約９８％となる。一方、磁気検出手段の個数が７２個の場合には、ピークとなる磁気検出手段４ｙと、それに隣接する磁気検出手段４ｘ，４の出力差が約３３％となる。差分値の計算においては、ピークとなる磁気検出手段とそれに隣接する磁気検出手段の差が最も大きく、それ以外では出力差が小さいため、ピークと隣接する磁気検出手段間で差分値が得られなければ診断はできない。

また、差分値の計算では、ピーク出力からそれに隣接する２つの磁気検出手段の出力が引かれることになるので、ピーク出力は隣接する磁気検出手段の出力の少なくとも２倍より大きくする。

磁束は距離の二乗に反比例するので、図３に示す損傷部と磁気検出手段の位置関係と、磁束の大きさの関係から、磁気検出手段の個数の合計を算出する。

図３に示すように、損傷部１２のロープ中心からの距離をＲ、ロープ中心から磁気検出手段までの距離をｄ、磁気検出手段４ｘと４ｙのロープ中心に対する挟角をθとする。磁気検出手段４ｙから損傷部１２までの距離ｈは、余弦定理よりｈ²＝Ｒ²＋ｄ²−２Ｒｄcosθとなる。

磁気検出手段の出力は、損傷部からの距離の二乗に反比例するので、磁気検出手段４ｘの出力をＢ１、磁気検出手段４ｙの出力をＢ２とすると、Ｂ１：Ｂ２＝１／（Ｒ−ｄ）²：１／ｈ²となる。このとき、Ｂ１／Ｂ２＞２とするので、Ｂ１／Ｂ２＝ｈ²／（Ｒ−ｄ）²＝（Ｒ²＋ｄ²−２Ｒｄcosθ）／（Ｒ−ｄ）²＞２であり、cosθ＜（Ｒ²＋ｄ²−２（Ｒ−ｄ）²）／２Ｒｄとなり、磁気検出手段の個数Ｎは、２πをθで割ればよいように配置するので、磁気検出手段の個数Ｎ＜２π／（cos^-1（（Ｒ²＋ｄ²−２（ｄ−Ｒ）²）／２Ｒｄ））とすれば良い。

次に、磁気検出手段の個数の下限について説明する。

第２の磁気検出手段は、差分値をとるため、少なくとも２個以上である必要がある。損傷部１２が磁気検出手段４ｘの中心に位置するときは、損傷部１２は磁気検出手段４ｂから遠くなる。この場合の磁気検出手段４ｘと４ｂの中心部における磁束には差が現れるので、差分値を得ることが出来る。よって、第２および第３の磁気検出手段の個数は、２個以上が良い。

しかしながら、磁気検出手段の個数を少なくすると、損傷による漏洩磁束を広い面積で検出することになる。磁気検出手段では、検出する領域内の平均的な磁束密度の大きさや磁束密度の変動を検出する。したがって、損傷により生じる磁束が一定であり、磁気検出手段の検出領域内の特定領域のみで磁束密度が大きくなる場合には、磁気検出手段の検出面積が大きいと、感度が低下する。

ロープ中心から距離６［mm］の位置に単磁極１３があるとし、ロープ中心から距離７［mm］の位置に磁気検出手段４ｘがある場合、単磁極１３と磁気検出手段４ｘの、ロープ中心に対する挟角をθとする。図４は、θが０のとき、つまりロープ中心から単磁極１３を結ぶ直線上に磁気検出手段４ｘがある場合の計測値を１として、θと相対磁束密度の関係を示す。つまり、磁束密度はθ＝０から離れるほど小さくなる。

また、磁気検出手段の出力は、磁気検出手段が覆う領域の平均値として出力される。例えば、磁気検出手段が２個の場合は、１個の磁気検出手段が覆う領域は１８０度の範囲である。一方、磁気検出手段が８個の場合は、１個の磁気検出手段が覆う領域は４５度の範囲である。したがって、磁気検出手段の個数を少なくすると感度（出力）が低下することになる。

図５は、磁気検出手段の個数と磁気検出手段の出力について、磁気検出手段の個数との関係を示す。実際には、ストランドの凹凸の影響や、計測時のがたつき等により、計測値にはノイズが乗る。このノイズは、計測方法によって異なるが、ピーク値に対して２０％のノイズを許容すれば良く、図５より磁気検出手段の個数が２個の場合はノイズに埋もれるので、実用上は磁気検出手段の個数は、４以上２０以下が望ましい。

上記例では、第２もしくは第３の磁気検出手段の差分値を計測している。したがって、磁気検出手段の配置時に感度方向を定めて実装する。図６は、磁気検出手段４ａ〜４ｈの配置例を示し、磁気検出手段４ａ，４ｃ，４ｅ，４ｇは、ロープ中心から外向きの磁束に対して正の出力が出るように配置してあり、他のものはロープ中心から外向きの磁束に対して負の出力が出るように配置している。

これにより、単純に個々の磁気検出手段の出力和をとれば差分値を得ることができる。図７は、コイルを用いた場合の例を示し、感度方向を交互に逆向きにするために、コイルの巻き方向を交互に逆向きにし、全てのコイルを直列に接続して差分値を得る。

なお、磁気検出手段は、周方向の磁束分布が計測できれば良く、例えば、複数個に分割した磁気検出手段の和によって、磁気検出手段の出力を代替してもよい。ただし、損傷による漏洩磁束のピークが確実に計測できるように個々の磁気検出手段の間隔は小さく定める必要がある。

図８は、第２の実施例を示し、第１の磁気検出手段３と第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈと、第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐは、長手方向に位置がずれている。これにより、配置だと、配線が重ならないので実装が容易になる。

また、個々の磁気検出手段の出力値が、ワイヤーロープの同じ断面に対するものとなるように、時間補正器１４ａ〜１４ｃを設ける。つまり、ワイヤーロープ１を移動しながら計測する場合、ワイヤーロープ１の移動速度ｖ［ｍ／ｓ］、磁気検出手段３と磁気検出手段４ａ〜４ｈ，４ｉ〜４ｐが、それぞれ距離Ｌ［ｍ］だけ離れており、ワイヤーロープ１が、始めに磁気検出手段３を通過し、次に磁気検出手段４ａ〜４ｈ通過し、最後に磁気検出手段４ｉ〜４ｐを通過する場合、磁気検出手段の出力を２Ｌ／ｖ［ｓ］だけ遅らせ、磁気検出手段４ａ〜４ｈの出力をＬ／ｖ［ｓ］だけ遅らせて処理するという時間補正を行う。

さらに、記憶器１５には、ロープの速度に対する補正時間の値が記憶され、この値に基づき、時間補正器１４ａ〜１４ｃで時間補正が行われ、その結果を総和計測器５および差分計測器６に出力する。

図９に、第３の実施例を示し、使用中のロープは端部が固定されているため、複数のセンサユニットに分割し、ロープを通すことを容易にしたものである。

図９に示すように、分割面１６にて２分割する場合、第１の磁気検出手段３については、２つの半割り状磁気検出手段１７ａ，１７ｂの和を出力するように接続する。また、第２の磁気検出手段４ａ〜４ｈと、第３の磁気検出手段４ｉ〜４ｐについては、いずれかの磁気検出手段が分割面１６上に位置する可能性があり、分割面１６をまたぐ磁気検出手段は２分割して、分割したものの和が分割前と等しくなるように、感度を調整する。

具体的には、図９に示すように、磁気検出手段４ｃの中心を通るように分割面１６が位置するならば、磁気検出手段４ｃの代わりに磁気検出手段１８ａと１８ｂの２つが分割面１６を挟んで配置し、１８ａと１８ｂの感度を４ｃの半分とする。同様に、磁気検出手段４ｇの代わりに１８ｃと１８ｄも配置する。

磁気検出手段として、コイルを用いた場合、巻き数は同じとし、断面積を半分にすればよい。なお、感度の調整方法は面積だけで行う必要はなく、巻き数を調整することや、アンプなどによる電気的なゲインの調整、およびこれらの組み合わせでもよい。

図１０は、第４の実施例を示し、第２，第３の磁気検出手段がロープ全周を覆っているので、第１の磁気検出手段を省略したものである。

図１０において、磁気検出手段４ａ，４ｃ，４ｅ，４ｇの出力和を一つの総和計測器１９ａで計測し、磁気検出手段４ｂ，４ｄ，４ｆ，４ｈの出力和をもう一つの総和計測器１９ｂで計測する。総和計測器１９ａと総和計測器１９ｂの和が、第１の磁気検出手段で計測していた総和値に相当し、総和計測器１９ａと総和計測器１９ｂの差が、第２の磁気検出手段で計測していた差分値に相当する。これにより、第１の磁気検出手段を省略することができるので、磁気検出手段の個々の校正作業が低減できる。

本発明による一実施の形態であるワイヤーロープ探傷装置を示す斜視図。 一実施の形態における、損傷部の深さ，損傷量，複数個の磁気検出手段から検出した値の和，隣接した磁気検出手段により検出された差分値、との関係を示すグラフ。 一実施の形態における磁気検出手段の配置と損傷部の位置関係を示す断面図。 磁気検出手段の出力値と磁気検出手段と単磁極のなす角度との関係を示すグラフ。 一実施の形態における磁気検出手段の個数に対する検出感度の関係を示すグラフ。 一実施の形態における磁気検出手段の配置位置を示す断面図。 一実施の形態における磁気検出手段を示す略斜視図。 他の実施の形態であるワイヤーロープ探傷装置を示す斜視図。 さらに、他の実施の形態であるワイヤーロープ探傷装置を示す斜視図。 さらに、他の実施の形態であるワイヤーロープ探傷装置を示すブロック図。

符号の説明

１ ワイヤーロープ
３ 第１の磁気検出手段
４ａ〜４ｈ 第２の磁気検出手段
４ｉ〜４ｐ 第３の磁気検出手段
５ 総和計測器
６ 差分計測器

Claims (5)

1. 複数の鋼線を撚り合わせたワイヤーロープの長手方向に磁束を通し、前記鋼線の損傷部に発生する漏洩磁束を検出するワイヤーロープの探傷装置において、
   前記ワイヤーロープを長手方向に磁化する磁化器と、
   前記ワイヤーロープの円周方向に複数個配置され、前記漏洩磁束を検出する磁気検出手段と、
   前記鋼線の損傷部の深さ及び損傷量，前記複数個の磁気検出手段から検出した値の和、隣接した前記磁気検出手段により検出された差分値、との関係を予め記憶した記憶器と、
   前記和と前記差分値との比に基づいて前記鋼線の損傷部の深さを求める第１の演算器と、
   前記和と前記差分値との比と、前記和の値に対応したしきい値データと、により前記鋼線の損傷量を求める第２の演算器と、
   を備えたことを特徴とするワイヤーロープの探傷装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記磁気検出手段は、前記ワイヤーロープの全周の磁束を検出する第１の磁気検出手段と、複数個とされた第２の磁気検出手段と、前記第２の磁気検出手段と位相をずらして複数配置された第３の磁気検出手段と、を備え、前記差分値は、前記第２の磁気検出手段の隣接したものによる出力の差分と、前記第３の磁気検出手段の周方向に隣接したものによる出力の差分と、の和とされたことを特徴とするワイヤーロープの探傷装置。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記磁気検出手段の個数Ｎは、想定される損傷の中で最も前記ワイヤーロープ中心から離れた位置までの中心からの距離Ｒと、中心から前記磁気検出手段までの距離ｄとした場合、２以上、２π／（cos ^-1 （（Ｒ ² ＋ｄ ² −２(ｄ−Ｒ) ² ）／２Ｒｄ））以下とされたことを特徴とするワイヤーロープの探傷装置。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記磁気検出手段の個数Ｎは、４以上２０以下とされたことを特徴とするワイヤーロープの探傷装置。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記磁気検出手段は、隣接毎に検出方向が前記ワイヤーロープの中心から外向きの磁束に対して正の出力が出るものと、負の出力が出るものと、が配置されたことを特徴とするワイヤーロープの探傷装置。

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