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JP7567833B2 - Disconnection detection method and device - Google Patents

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JP7567833B2 JP2022025897A JP2022025897A JP7567833B2 JP 7567833 B2 JP7567833 B2 JP 7567833B2 JP 2022025897 A JP2022025897 A JP 2022025897A JP 2022025897 A JP2022025897 A JP 2022025897A JP 7567833 B2 JP7567833 B2 JP 7567833B2
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Description

本発明は、捻回されるケーブルにおいて導体の断線を検知する断線検知方法および断線検知装置に関する。 The present invention relates to a method and device for detecting breaks in a conductor in a twisted cable.

特許文献1には、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するワイヤケーブルを対象として、屈曲に起因した導体の断線の予兆を検知する方法が示される。具体的には、当該方法では、ワイヤケーブルを、電流を流した状態で一方向に向けて周期的に屈曲伸長させ、この屈曲周期に同期して変化する電流成分を検知している。すなわち、当該方法では、一部の断線箇所が屈曲周期に同期して接触と分離とを繰り返している状態が検知される。 Patent Document 1 shows a method for detecting signs of conductor breakage due to bending in a wire cable having a conductor made of a stranded conductor in which multiple strands are twisted together. Specifically, in this method, the wire cable is periodically bent and stretched in one direction while a current is flowing through it, and the current component that changes in synchronization with the bending period is detected. In other words, this method detects a state in which some broken points are repeatedly coming into contact and separating in synchronization with the bending period.

特開2007-139488号公報JP 2007-139488 A

捻回されるケーブルの導体における断線の発生は、一般的に、ケーブル内の導体の電気抵抗を測定することで検知されている。導体に含まれる素線の一部に断線が発生すると、導体の抵抗値が増大するため、例えば、断線が発生していない初期状態における導体の抵抗値をあらかじめ測定しておくことで、抵抗値の初期状態からの抵抗値の増加率に基づいて断線の発生を検知することができる。 The occurrence of a break in the conductor of a twisted cable is generally detected by measuring the electrical resistance of the conductor inside the cable. When a break occurs in one of the wires contained in the conductor, the resistance value of the conductor increases. Therefore, for example, by measuring the resistance value of the conductor in advance in an initial state where no breaks have occurred, it is possible to detect the occurrence of a break based on the rate of increase in the resistance value from the initial state.

しかしながら、導体に含まれる素線の極一部で断線が発生した場合、すなわち素線の断線本数が少ない場合には、抵抗値の増加率は極めて微小となる。このため、実用上、導体における素線の断線本数の割合が少なくとも50%以上といったレベルに達しない限り、抵抗値の増加率に基づく明確な断線検知は困難となり得る。その結果、断線が発生した直後となる初期の段階で断線を検知することは容易でなく、断線の発生を高感度で検知できないおそれがある。 However, if a break occurs in only a small portion of the wires contained in the conductor, i.e., if the number of broken wires is small, the rate of increase in resistance value will be extremely small. For this reason, in practice, it may be difficult to clearly detect a break based on the rate of increase in resistance value unless the proportion of broken wires in the conductor reaches a level of at least 50% or more. As a result, it is not easy to detect a break in the early stages immediately after it occurs, and there is a risk that the occurrence of a break cannot be detected with high sensitivity.

そこで、本発明は、導体に断線が発生したことを高感度で検知可能な断線検知方法および断線検知装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a wire break detection method and a wire break detection device that can detect the occurrence of a wire break in a conductor with high sensitivity.

本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する方法であって、前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定し、測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析し、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線の断線を検知する、断線検知方法を提供する。 The present invention aims to solve the above problems, and provides a method for detecting a break in a wire of a cable having a conductor made of a stranded conductor formed by twisting a plurality of strands together, which comprises performing a twisting operation to periodically twist the cable in the circumferential direction, measuring the resistance of the conductor that changes over time due to the twisting operation, performing a frequency analysis of the measured resistance of the conductor that changes over time, extracting from the results of the frequency analysis a resistance value fluctuation component of a predetermined high-order frequency that is included in a preset frequency range among high-order frequencies based on an operating frequency that corresponds to the operating period of the twisting operation, and detecting a break in the wire based on the magnitude of the extracted resistance value fluctuation component of the high-order frequency.

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する装置であって、前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構と、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定する抵抗測定器と、前記抵抗測定器で測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析する周波数解析部と、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線の断線を検知する断線検知部と、を備えた、断線検知装置を提供する。 In addition, in order to solve the above problems, the present invention provides a wire breakage detection device that detects a break in a wire of a cable having a conductor made of a stranded conductor formed by twisting a plurality of strands together, the wire breakage detection device comprising: a twisting mechanism that performs a twisting operation to periodically twist the cable in the circumferential direction; a resistance measuring device that measures the resistance value of the conductor that changes over time due to the twisting operation; a frequency analysis unit that performs frequency analysis of the resistance value of the conductor that changes over time measured by the resistance measuring device; an extraction unit that extracts, from the results of the frequency analysis, resistance value fluctuation components of a predetermined high-order frequency that is included in a preset frequency range from high-order frequencies based on an operating frequency that corresponds to the operating period of the twisting operation; and a wire breakage detection unit that detects a break in the wire based on the magnitude of the resistance value fluctuation components of the high-order frequency extracted by the extraction unit.

本発明によれば、導体に断線が発生したことを高感度で検知可能な断線検知方法および断線検知装置を提供できる。 The present invention provides a disconnection detection method and device that can detect the occurrence of a disconnection in a conductor with high sensitivity.

本発明の一実施の形態に係る断線検知装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a wire break detection device according to an embodiment of the present invention; 断線検知の対象となるケーブルの概略的な構成例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of a cable that is a target for disconnection detection; 導体の素線に断線が発生していない場合において、導体に捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a change in resistance value when a conductor is twisted in the case where no break occurs in the wires of the conductor. 導体の素線に断線が発生している場合において、導体に捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a change in resistance value when a conductor is twisted in a case where a break occurs in a wire of the conductor. (a),(b)は、抵抗測定器の概略的な構成例を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration example of a resistance measuring device. (a),(b)は、周波数解析部により得られる周波数解析データの一例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating an example of frequency analysis data obtained by a frequency analysis unit. 断線検知方法の手順を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing the steps of a disconnection detection method.

[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(断線検知装置1の概略構成)
図1は、本実施の形態に係る断線検知装置1を示す概略図である。図2は、断線検知の対象となるケーブル10の概略的な構成例を示す断面図である。
(General configuration of disconnection detection device 1)
Fig. 1 is a schematic diagram showing a wire breakage detection device 1 according to the present embodiment. Fig. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of a cable 10 that is an object of wire breakage detection.

図2に示すケーブル10は、5本の電線11と糸状の介在12とを撚り合わせたケーブルコア13の周囲に押さえ巻きテープ14をらせん状に巻きつけ、押さえ巻きテープ14の周囲を覆うようにシース15を設けて構成されている。各電線11は、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体11aと、導体11aの周囲を覆うように設けられた絶縁体11bと、をそれぞれ有している。導体11aは、例えば、外径0.08mmの軟銅線からなる素線を19本集合撚りして構成されている。絶縁体11bは、例えば、ETFE(テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体)等のフッ素樹脂からなる。介在12は、例えばジュートやスフからなる。なお、ケーブル10に使用する電線11の本数は5本に限定されない。押さえ巻きテープ14は、例えば、不織布や紙、樹脂等からなるテープ部材からなる。シース15は、例えばPE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PVC(ポリ塩化ビニル)等からなる。なお、ケーブル10は、図示の構成に限らず、少なくとも撚線導体からなる導体11aを含んでいれば様々な構成であってよい。すなわち、電線11は、1本でもよいし、数本でもよいし、数十本以上でもよい。なお、電線11が1本の場合は、介在12、押さえ巻きテープ14、及びシース15を無くす場合が多い。この場合、ケーブル10と電線11は、同じものを示す。 The cable 10 shown in FIG. 2 is configured by winding a pressure winding tape 14 in a spiral shape around a cable core 13 in which five electric wires 11 and thread-like intervening members 12 are twisted together, and providing a sheath 15 to cover the periphery of the pressure winding tape 14. Each electric wire 11 has a conductor 11a made of a stranded conductor made of multiple strands twisted together, and an insulator 11b provided to cover the periphery of the conductor 11a. The conductor 11a is configured by, for example, twisting together 19 strands of soft copper wire with an outer diameter of 0.08 mm. The insulator 11b is made of, for example, a fluororesin such as ETFE (tetrafluoroethylene-ethylene copolymer). The intervening members 12 are made of, for example, jute or staple fiber. The number of electric wires 11 used in the cable 10 is not limited to five. The pressure winding tape 14 is made of, for example, a tape member made of nonwoven fabric, paper, resin, etc. The sheath 15 is made of, for example, PE (polyethylene), PP (polypropylene), PVC (polyvinyl chloride), etc. The cable 10 is not limited to the illustrated configuration, and may have various configurations as long as it includes at least the conductor 11a made of a twisted conductor. That is, the electric wire 11 may be one, several, or several tens or more. When there is only one electric wire 11, the insert 12, the holding winding tape 14, and the sheath 15 are often omitted. In this case, the cable 10 and the electric wire 11 refer to the same thing.

図1に示すように、断線検知装置1は、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体11aを有するケーブル10の素線の断線を検知する装置であり、捻回動作機構2と、抵抗測定器3と、演算装置4と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the wire breakage detection device 1 is a device that detects a break in a wire of a cable 10 having a conductor 11a made of a stranded conductor formed by twisting together multiple wires, and includes a twisting mechanism 2, a resistance measuring device 3, and a computing device 4.

捻回動作機構2は、ケーブル10をその周方向(図2に示すケーブル10の外周に沿った方向)に周期的に捻回させる捻回動作を行う機構である。本実施の形態では、ケーブル10が産業用ロボット2aに搭載されており、このケーブル10が搭載された産業用ロボット2aを、捻回動作機構2を有する捻回動作装置として用いた。ただし、これに限らず、捻回動作機構2は、ケーブル10を周期的に捻回可能な機構であればよく、例えば捻回試験を行うための捻回試験装置により実現してもよい。また、捻回動作機構2は、捻回動作のみを行う機構に限らず、周期的に屈曲させる屈曲動作を捻回動作とともに行う機構であってもよい。 The twisting mechanism 2 is a mechanism that performs a twisting operation to periodically twist the cable 10 in its circumferential direction (the direction along the outer circumference of the cable 10 shown in FIG. 2). In this embodiment, the cable 10 is mounted on an industrial robot 2a, and the industrial robot 2a on which the cable 10 is mounted is used as a twisting device having the twisting mechanism 2. However, the twisting mechanism 2 is not limited to this and may be any mechanism that can periodically twist the cable 10, and may be realized, for example, by a twisting test device for performing a twisting test. Furthermore, the twisting mechanism 2 is not limited to a mechanism that performs only a twisting operation, and may be a mechanism that performs a bending operation to periodically bend the cable 10 in addition to the twisting operation.

捻回動作機構2を有する産業用ロボット2aには、産業用ロボット2aの動作を制御するためのロボット制御装置2bが設けられている。ロボット制御装置2bには、ケーブル10内での導体11aの断線を検知するための試験を行うべく、捻回動作機構2に対して試験用の動作制御(以下、試験動作制御という)を行わせる試験動作制御部2cが搭載されている。本実施の形態では、試験動作制御部2cは、導体11aの断線を検知する試験の際に、産業用ロボット2aの捻回動作機構2、すなわち検査対象となる可動部(例えば産業ロボット2aの関節部などの検査対象箇所)において周期的に捻回させる試験動作制御を行うことで、ケーブル10に周期的な捻回動作を付与する。なお、導体11aの断線を検知する試験は、例えば、産業用ロボット2aの定期検査の際に行ってもよいし、例えば、産業用ロボット2aの稼働開始時に毎回行われてもよい。また、試験動作制御部2cは、例えば産業用ロボット2aの起動時、あるいは工場の始業時など、決まった時間に試験動作制御を行い、導体11aの断線を検知する試験を行うように構成されていてもよい。 The industrial robot 2a having the twisting mechanism 2 is provided with a robot control device 2b for controlling the operation of the industrial robot 2a. The robot control device 2b is equipped with a test operation control unit 2c that controls the twisting mechanism 2 to perform a test operation (hereinafter referred to as test operation control) in order to perform a test to detect a break in the conductor 11a in the cable 10. In this embodiment, the test operation control unit 2c applies a periodic twisting operation to the cable 10 by performing a test operation control that periodically twists the twisting mechanism 2 of the industrial robot 2a, i.e., the moving part to be inspected (for example, the joint of the industrial robot 2a, etc.) during a test to detect a break in the conductor 11a. Note that the test to detect a break in the conductor 11a may be performed, for example, during a regular inspection of the industrial robot 2a, or may be performed every time the industrial robot 2a starts operating. The test operation control unit 2c may also be configured to control the test operation at a fixed time, such as when the industrial robot 2a is started or when the factory starts work, and to perform a test to detect a break in the conductor 11a.

抵抗測定器3は、捻回動作により時系列的に変化する導体11aの抵抗値を測定する。本実施の形態では、抵抗測定器3は、試験動作制御部2cによる試験動作制御の開始から終了までの導体11aの抵抗値を経時的に測定する。抵抗測定器3で測定した時系列的に変化する導体11aの抵抗値のデータ(=抵抗値データ50)は、演算装置4に入力され、記憶部42に記憶される。 The resistance measuring device 3 measures the resistance value of the conductor 11a, which changes over time due to the twisting operation. In this embodiment, the resistance measuring device 3 measures the resistance value of the conductor 11a over time from the start to the end of the test operation control by the test operation control unit 2c. The data on the resistance value of the conductor 11a, which changes over time (=resistance value data 50), measured by the resistance measuring device 3 is input to the calculation device 4 and stored in the memory unit 42.

本実施の形態では、抵抗測定器3は、産業用ロボット2aのロボット制御装置2bに搭載されている。ただし、これに限らず、抵抗測定器3は、ロボット制御装置2bと別体に構成されていてもよく、また、その機能の一部が演算装置4に搭載されていてもよい。抵抗測定器3の詳細については後述する。 In this embodiment, the resistance measuring device 3 is mounted on the robot control device 2b of the industrial robot 2a. However, this is not limited to the above, and the resistance measuring device 3 may be configured separately from the robot control device 2b, and some of its functions may be mounted on the computing device 4. Details of the resistance measuring device 3 will be described later.

演算装置4は、制御部41と、記憶部42と、を有している。これら制御部41や記憶部42の詳細については後述する。演算装置4には、表示器43が接続されており、抵抗値データ50や断線検知の結果など各種のデータを表示器43に表示可能に構成されている。また、図示していないが、演算装置4にはキーボード等の入力装置が設けられており、入力装置の入力により各種設定や表示器43の表示内容の操作が行えるようになっている。なお、表示器43をタッチパネルディスプレイで構成して、表示器43が入力装置を兼ねるように構成してもよい。さらに、表示器43は、演算装置4と有線接続されていなくてもよく、無線により接続されていてもよい。この場合、表示器43は、例えばスマートフォンやタブレットのディスプレイであってもよい。 The arithmetic device 4 has a control unit 41 and a storage unit 42. The details of the control unit 41 and the storage unit 42 will be described later. The arithmetic device 4 is connected to a display unit 43, and is configured to be able to display various data such as resistance value data 50 and the results of disconnection detection on the display unit 43. Although not shown, the arithmetic device 4 is provided with an input device such as a keyboard, and various settings and the display contents of the display unit 43 can be operated by inputting from the input device. The display unit 43 may be configured as a touch panel display so that the display unit 43 also serves as an input device. Furthermore, the display unit 43 does not have to be connected to the arithmetic device 4 by wire, and may be connected wirelessly. In this case, the display unit 43 may be, for example, a display of a smartphone or tablet.

(断線検知の原理)
まず、導体11aの素線に断線が発生していない場合において、導体11aに捻回を加えた際の抵抗値の変化(すなわち、捻回のひずみによる導体11aの抵抗値の変化)について説明する。図3に示すように、周方向に捻回を加えていない基本状態Cから、導体11aの撚りが締まる方向(ここでは正方向とする)に所定角度(例えば+180度)捻回させて第1状態Aとする。その後、反対方向(導体11aの撚りがほぐれる方向、ここでは負方向とする)に所定角度捻回させて基本状態Cに戻し、さらに負方向に所定角度(例えば-180度)捻回して第2状態Bとする。その後、正方向に所定角度捻回して基本状態Cに戻す。このように、基本状態Cから、第1状態A、基本状態C、第2状態B、基本状態Cとなるように導体11aを周方向に捻回させることで、1回(1周期)の捻回動作とする。ここでは、1回の捻回動作にかかる時間、すなわち動作周期を1秒とし、1回の捻回動作を行うときの周波数である動作周波数は1.0Hzとしている。
(Principle of disconnection detection)
First, a change in resistance value when the conductor 11a is twisted (i.e., a change in resistance value of the conductor 11a due to twisting strain) will be described in the case where no break occurs in the wire of the conductor 11a. As shown in FIG. 3, the conductor 11a is twisted by a predetermined angle (for example, +180 degrees) in a direction in which the twist of the conductor 11a is tightened (here, the positive direction) from a basic state C where no twist is applied in the circumferential direction to a first state A. Then, the conductor 11a is twisted by a predetermined angle in the opposite direction (a direction in which the twist of the conductor 11a is loosened, here, the negative direction) to return to the basic state C, and is further twisted by a predetermined angle (for example, -180 degrees) in the negative direction to a second state B. Then, the conductor 11a is twisted by a predetermined angle in the positive direction to return to the basic state C. In this way, the conductor 11a is twisted in the circumferential direction from the basic state C to the first state A, the basic state C, the second state B, and the basic state C, thereby completing one twisting operation (one period). Here, the time required for one twisting operation, that is, the operation cycle, is set to 1 second, and the operation frequency, which is the frequency when one twisting operation is performed, is set to 1.0 Hz.

導体11aは複数本の素線111を撚り合わせて構成されているため、導体11aの撚りが締まる正方向に捻回する(すなわち基本状態Cから第1状態Aに遷移させる)と、各素線111のひずみが増大し、各素線111が引き延ばされて断面積が小さくなるため、導体11aの抵抗値が増大する。そして、第1状態Aから捻じれのない基本状態Cに戻すと、各素線111のひずみが減少すると共に、引き延ばされていた各素線111の断面積が復元して導体11aの抵抗値が減少する。次に、導体11aの撚りがほぐれる負方向に捻回する(すなわち基本状態Cから第2状態Bに遷移させる)と、撚りがほぐれて各素線111が外側に拡がろうとする。しかし、導体11aの外周には絶縁体11bが形成されているために、外側に拡がろうとする各素線111が絶縁体11bに押さえ付けられた状態となり、各素線111のひずみが増大して導体11aの抵抗値が増大する。そして、第2状態Bから捻じれのない基本状態Cに戻すと、各素線111のひずみが減少して抵抗値が減少する。 Since the conductor 11a is composed of multiple strands 111 twisted together, when the conductor 11a is twisted in the positive direction (i.e., transitioning from the basic state C to the first state A), the strain of each strand 111 increases, and each strand 111 is stretched and its cross-sectional area decreases, so that the resistance value of the conductor 11a increases. When the conductor 11a is returned from the first state A to the basic state C without twist, the strain of each strand 111 decreases, and the cross-sectional area of each strand 111 that was stretched is restored, so that the resistance value of the conductor 11a decreases. Next, when the conductor 11a is twisted in the negative direction (i.e., transitioning from the basic state C to the second state B), the strands are loosened and each strand 111 tries to spread outward. However, because the insulator 11b is formed around the conductor 11a, each of the strands 111 that try to expand outward is pressed down by the insulator 11b, increasing the strain of each strand 111 and increasing the resistance of the conductor 11a. When the conductor 11a is returned from the second state B to the basic state C without twisting, the strain of each strand 111 decreases and the resistance decreases.

このように、導体11aに捻回動作を付与すると、1回の動作周期において、2度の抵抗値の増大が生じる。換言すれば、導体11aに捻回動作を付与すると、主として、動作周波数の2倍の周波数の抵抗値変動成分が大きくなる。なお、図3では図の簡略化のため導体11aの素線111を5本のみ示しているが、実際に導体11aを構成する素線111の本数は5本よりも多い。 In this way, when the conductor 11a is subjected to a twisting motion, the resistance value increases twice in one operating cycle. In other words, when the conductor 11a is subjected to a twisting motion, the resistance value fluctuation component at a frequency twice the operating frequency increases. Note that, in order to simplify the drawing, only five wires 111 of the conductor 11a are shown in FIG. 3, but in reality, the number of wires 111 that make up the conductor 11a is more than five.

次に、素線111に断線が発生した場合において、導体11aに捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する。図4に示すように、導体11aの撚りが締まる正方向に捻回する(すなわち基本状態Cから第1状態Aに遷移させる)と、導体11aの引き延ばしに伴って断線箇所が徐々に拡がり、導体11aの抵抗値が増大する。そして、第1状態Aから捻じれのない基本状態Cに戻すと、断線箇所が徐々に縮まり抵抗値が減少する。 Next, we will explain the change in resistance value when the conductor 11a is twisted when a break occurs in the wire 111. As shown in Figure 4, when the conductor 11a is twisted in the positive direction in which the twist is tightened (i.e., when the conductor 11a is transitioned from the basic state C to the first state A), the broken part gradually expands as the conductor 11a is stretched, and the resistance value of the conductor 11a increases. Then, when the conductor is returned from the first state A to the basic state C without twisting, the broken part gradually shrinks and the resistance value decreases.

次に、導体11aの撚りがほぐれる負方向に捻回するが、この正方向の捻回から負方向の捻回に捻回の向きが変わる際に、ごく僅かな時間、素線111が押し込まれて断線箇所が短くなり(あるいは断線箇所を挟む素線111同士が接触し)、ごく短時間抵抗値が大きく減少する。そして、導体11aの撚りがほぐれる負方向に捻回する(すなわち基本状態Cから第2状態Bに遷移させる)と、撚りがほぐれて各素線111が外側に拡がろうとするために断線箇所が拡がり、導体11aの抵抗値が増大する。そして、第2状態Bから捻じれのない基本状態Cに戻すと、断線箇所が徐々に縮まり抵抗値が減少する。 Next, the conductor 11a is twisted in the negative direction, which untwists the wires. When the twisting direction changes from the positive to the negative direction, the wires 111 are pushed in for a very short time, shortening the broken part (or the wires 111 sandwiching the broken part come into contact with each other), and the resistance value decreases significantly for a very short time. Then, when the conductor 11a is twisted in the negative direction, which untwists the wires 111 (i.e., transitioning from basic state C to second state B), the twist untwists and each wire 111 tries to spread outward, expanding the broken part and increasing the resistance value of the conductor 11a. Then, when returning from second state B to the basic state C without twists, the broken part gradually shrinks and the resistance value decreases.

このように、素線111の断線による抵抗値の変動は、基本的にひずみによる抵抗値変動と同期して生じる。しかし、導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の短時間の抵抗値の減少は、素線111に断線が生じている場合にのみ発生することが分かる。そして、この「導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」は、短時間の間に抵抗値が変動する事象であるため、動作周波数を基準とした高次周波数の成分としてあらわれる。そこで、本実施の形態では、動作周波数の高次周波数の成分に注目して「導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」を検知することにより、素線111の断線を検知する。 In this way, the fluctuation in resistance value due to breakage of the wire 111 basically occurs in sync with the fluctuation in resistance value due to strain. However, it can be seen that the short-term decrease in resistance value when the direction of twisting applied to the conductor 11a changes occurs only when a break occurs in the wire 111. And since this "decrease in resistance value when the direction of twisting applied to the conductor 11a changes" is an event in which the resistance value changes over a short period of time, it appears as a high-order frequency component based on the operating frequency. Therefore, in this embodiment, a break in the wire 111 is detected by detecting the "decrease in resistance value when the direction of twisting applied to the conductor 11a changes" by focusing on the high-order frequency component of the operating frequency.

(抵抗測定器3の詳細)
図5(a)は、抵抗測定器3の概略的な構成例を示す図である。図5(a)に示すように、抵抗測定器3は、直流信号源(例えば、直流定電圧源)35a、入力抵抗35b、及び抵抗値検出器35cを有する抵抗測定部35を備えている。なお、直流信号源35aとして直流定電流源を用いる場合は、入力抵抗35bは不要である。直流信号源35aは、入力抵抗35bを介してケーブル10(導体11a)に直流信号(ここでは直流電圧)を印加する。これに応じて、ケーブル10(導体11a)からは、捻回動作により、図3,4に示したような動作周波数f(=1Hz)の成分を含んだ変調信号(例えば電圧信号)が出力される。抵抗値検出器35cは、例えば、この変調信号を所定のゲインで増幅することで、導体11aの抵抗値の時系列的な変化を検出する。抵抗値検出器35cからの信号は、A/Dコンバータ37によりデジタル信号に変換され、抵抗値データ50として演算装置4へと出力される。
(Details of Resistance Meter 3)
FIG. 5(a) is a diagram showing a schematic configuration example of the resistance measuring device 3. As shown in FIG. 5(a), the resistance measuring device 3 includes a resistance measuring unit 35 having a DC signal source (e.g., a DC constant voltage source) 35a, an input resistor 35b, and a resistance value detector 35c. When a DC constant current source is used as the DC signal source 35a, the input resistor 35b is not necessary. The DC signal source 35a applies a DC signal (here, a DC voltage) to the cable 10 (conductor 11a) via the input resistor 35b. In response to this, a modulated signal (e.g., a voltage signal) including a component of the operating frequency f (=1 Hz) as shown in FIGS. 3 and 4 is output from the cable 10 (conductor 11a) by a twisting operation. The resistance value detector 35c detects a time-series change in the resistance value of the conductor 11a, for example, by amplifying this modulated signal with a predetermined gain. The signal from the resistance detector 35 c is converted into a digital signal by the A/D converter 37 and output to the calculation device 4 as resistance data 50 .

なお、図5(a)に示した抵抗測定器3の構成はあくまで一例であり、適宜変更可能である。例えば、図5(b)に示すように、抵抗測定器3は、周波数解析部36を一体に有していてもよい。この場合、後述する演算装置4の周波数解析部411(図1参照)を省略可能になる。 The configuration of the resistance measuring device 3 shown in FIG. 5(a) is merely an example and can be modified as appropriate. For example, as shown in FIG. 5(b), the resistance measuring device 3 may have an integrated frequency analysis unit 36. In this case, the frequency analysis unit 411 (see FIG. 1) of the calculation device 4 described later can be omitted.

周波数解析部36は、例えば、キャリア信号生成器36a、ミキサ36bおよびロウパスフィルタ(LPF)36c等を備える。キャリア信号生成器36aは、動作周波数f、つまり断線による抵抗値変動周波数と同じキャリア周波数(ωc、図3,4の場合1Hz)であって、抵抗値変動周波数と同じ位相を持つキャリア信号を生成する。ミキサ36bは、このキャリア信号と、抵抗値検出器35cからの出力信号とを乗算(言い換えれば同期検波)することで、直流成分の信号と"2×ωc"成分の信号とが重畳された信号を出力する。なお、図5(b)に示すキャリア信号生成器36aにおいて、sin(ωct)は、ωc=2πfであるとした場合に動作周波数fの抵抗値変動成分を抽出することができる。 The frequency analysis unit 36 includes, for example, a carrier signal generator 36a, a mixer 36b, and a low-pass filter (LPF) 36c. The carrier signal generator 36a generates a carrier signal having the same carrier frequency (ωc, 1 Hz in the case of Figs. 3 and 4) as the operating frequency f, i.e., the resistance value fluctuation frequency due to a break, and the same phase as the resistance value fluctuation frequency. The mixer 36b multiplies (in other words, synchronously detects) this carrier signal by the output signal from the resistance value detector 35c, thereby outputting a signal in which a DC component signal and a "2 x ωc" component signal are superimposed. In the carrier signal generator 36a shown in Fig. 5(b), sin(ωct) can extract the resistance value fluctuation component of the operating frequency f when ωc = 2πf.

ロウパスフィルタ36cは、ミキサ36bからの出力信号を受けて、"2×ωc"成分の信号を遮断し、直流成分の信号を通過させる。この直流成分の信号は、動作周波数f(=ωc)の抵抗値変動成分の大きさを表す。このように、キャリア信号生成器36a、ミキサ36bおよびロウパスフィルタ36cを用いることで、所定周波数の成分(例えば、後述する所定の高次周波数の成分)を検出することができる。ロウパスフィルタ36cからの信号は、A/Dコンバータ37によりデジタル信号に変換され、演算装置4に出力されることになる。 The low-pass filter 36c receives the output signal from the mixer 36b, blocks the "2×ωc" component signal, and passes the DC component signal. This DC component signal represents the magnitude of the resistance value fluctuation component of the operating frequency f (=ωc). In this way, by using the carrier signal generator 36a, the mixer 36b, and the low-pass filter 36c, it is possible to detect a component of a specific frequency (for example, a component of a specific higher-order frequency, which will be described later). The signal from the low-pass filter 36c is converted into a digital signal by the A/D converter 37 and is output to the calculation device 4.

なお、図5(a),(b)の構成例は、ケーブル10(導体11a)に直流信号を印加するものであったが、直流信号に限らず、交流信号源を用いて所定周波数(例えば10kHz程度)の交流信号を印加するものであってもよい。この場合、ケーブル10からは、この交流信号を動作周波数fの変調信号で振幅変調したような信号が出力される。そこで、この出力信号に対して、ミキサを用いて交流信号源の交流信号と同じ周波数のキャリア信号を乗算すれば、動作周波数fの変調信号を復調できる。このような方式を用いると、より高い周波数(例えば10kHz程度)での測定を行える結果、ノイズ成分の影響がより生じ難くなる。 In the configuration examples of Figures 5(a) and (b), a DC signal is applied to the cable 10 (conductor 11a), but it is not limited to a DC signal, and an AC signal of a predetermined frequency (e.g., about 10 kHz) may be applied using an AC signal source. In this case, a signal is output from the cable 10 that is an amplitude-modulated AC signal with a modulation signal of operating frequency f. If a mixer is used to multiply this output signal by a carrier signal of the same frequency as the AC signal from the AC signal source, the modulation signal of operating frequency f can be demodulated. Using such a method allows measurements to be performed at a higher frequency (e.g., about 10 kHz), making it less susceptible to the effects of noise components.

(演算装置4)
演算装置4の制御部41には、周波数解析部411と、抽出部412と、断線検知部413と、警報部414と、が搭載されている。これら周波数解析部411、抽出部412、断線検知部413、及び警報部414は、CPU等の演算素子、RAMやROM等のメモリ、ソフトウェア、インターフェイス、記憶装置等を適宜組み合わせて実現されている。
(Calculation device 4)
The control unit 41 of the calculation device 4 is equipped with a frequency analysis unit 411, an extraction unit 412, a disconnection detection unit 413, and an alarm unit 414. The frequency analysis unit 411, the extraction unit 412, the disconnection detection unit 413, and the alarm unit 414 are realized by appropriately combining a calculation element such as a CPU, a memory such as a RAM or a ROM, software, an interface, a storage device, and the like.

周波数解析部411は、抵抗測定器3で測定した抵抗値データ(すなわち、時系列的に変化する導体11aの抵抗値のデータ)50を周波数解析する。周波数解析の結果は、周波数解析データ51として記憶部42に記憶される。なお、周波数解析とは、抵抗値データ50に含まれる各周波数の成分の大きさをそれぞれ解析し、周波数毎に成分の大きさを抽出したデータである周波数解析データ51を得ることを意味している。 The frequency analysis unit 411 performs frequency analysis on the resistance value data 50 measured by the resistance measuring device 3 (i.e., data on the resistance value of the conductor 11a that changes over time). The results of the frequency analysis are stored in the storage unit 42 as frequency analysis data 51. Note that frequency analysis refers to analyzing the magnitude of each frequency component contained in the resistance value data 50 and obtaining frequency analysis data 51, which is data obtained by extracting the magnitude of the component for each frequency.

図6(a),(b)は、周波数解析部411により得られる周波数解析データ51の一例を示す図である。図6(a)では1Hz以上10Hz以下の周波数範囲、図6(b)では30Hz以上50Hz以下の周波数範囲を示している。また、図6(a),(b)では、ケーブル10として28AWGの電線11を5本用いたものを用い、捻回長を50mmとし、捻回角度を±180度とした場合の周波数解析結果を示している。 Figures 6(a) and (b) are diagrams showing an example of frequency analysis data 51 obtained by the frequency analysis unit 411. Figure 6(a) shows a frequency range of 1 Hz to 10 Hz, and Figure 6(b) shows a frequency range of 30 Hz to 50 Hz. Figures 6(a) and (b) also show frequency analysis results for a cable 10 using five 28 AWG electric wires 11, with a twist length of 50 mm and a twist angle of ±180 degrees.

図6(a)に示すように、周波数が低い領域では、捻回を付与することによるひずみの影響やノイズの影響が大きく、素線111に断線があるか否かで成分の大きさはほとんど変化していない。これに対して、図6(b)に示すように、30Hz以上50Hz以下の周波数が高い範囲では、断線発生以後に成分が大きくなっていることが分かる。これは、図4で説明した「導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」があらわれているものと考えられる。 As shown in FIG. 6(a), in the low frequency range, the effects of distortion and noise caused by twisting are large, and the magnitude of the component hardly changes whether or not there is a break in the wire 111. In contrast, as shown in FIG. 6(b), in the high frequency range of 30 Hz to 50 Hz, the component becomes larger after the break occurs. This is thought to be a reflection of the "decrease in resistance value when the direction of twisting applied to the conductor 11a changes" described in FIG. 4.

抽出部412は、周波数解析の解析結果である周波数解析データ51を基に、捻回動作の動作周期に相当する動作周波数fを基準とする高次周波数f×n(nは2以上の自然数)のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する。ここで、「予め設定した周波数範囲」は、捻回動作により導体11aに付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数(図6(a),(b)の例では、10Hz以下の周波数)よりも大きい周波数範囲に設定されるとよく、より具体的には、動作周波数fの10倍以上の周波数範囲に設定されるとよい。例えば、図6(a),(b)の例では、周波数範囲を30Hz以上50Hz以下に設定し、この周波数範囲に含まれる約33Hz、約36Hz、約40Hzの3つの高次周波数の抵抗値変動成分を抽出するとよい。周波数範囲、及びその周波数範囲内で抽出する高次周波数の周波数については、予め実験を行い、その実験結果に基づき適宜設定するとよい。 Based on the frequency analysis data 51, which is the result of the frequency analysis, the extraction unit 412 extracts resistance value fluctuation components of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range from among high-order frequencies f×n (n is a natural number of 2 or more) based on the operating frequency f corresponding to the operating period of the twisting operation. Here, the "preset frequency range" may be set to a frequency range greater than the frequency at which resistance value fluctuation occurs due to the strain applied to the conductor 11a by the twisting operation (in the example of Figs. 6(a) and (b), a frequency of 10 Hz or less), and more specifically, may be set to a frequency range of 10 times or more of the operating frequency f. For example, in the example of Figs. 6(a) and (b), the frequency range may be set to 30 Hz or more and 50 Hz or less, and resistance value fluctuation components of three high-order frequencies of about 33 Hz, about 36 Hz, and about 40 Hz included in this frequency range may be extracted. The frequency range and the frequencies of the high-order frequencies to be extracted within the frequency range may be set appropriately based on the results of an experiment conducted in advance.

断線検知部413は、抽出部412が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、素線111の断線を検知する。より具体的には、抽出部412が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさ(図6(a),(b)の例では、約33Hz、約36Hz、約40Hzの3つの高次周波数の抵抗値変動成分)それぞれを、予め設定した閾値と比較し、いずれかの抵抗値変動成分が閾値以上でれば断線が発生したと判定する。なお、これに限らず、例えば、抽出した抵抗値変動成分のうち所定数(例えば半数)が閾値以上になったときに、断線が発生したと判定してもよい。判定結果は、断線検知データ52として記憶部42に記憶される。 The disconnection detection unit 413 detects a disconnection of the wire 111 based on the magnitude of the resistance value fluctuation components of the high-order frequencies extracted by the extraction unit 412. More specifically, the magnitude of each of the resistance value fluctuation components of the high-order frequencies extracted by the extraction unit 412 (in the example of Figs. 6(a) and (b), the resistance value fluctuation components of three high-order frequencies of about 33 Hz, about 36 Hz, and about 40 Hz) is compared with a preset threshold value, and if any of the resistance value fluctuation components is equal to or greater than the threshold value, it is determined that a disconnection has occurred. Note that this is not limited to the above, and for example, it may be determined that a disconnection has occurred when a predetermined number (e.g., half) of the extracted resistance value fluctuation components are equal to or greater than the threshold value. The determination result is stored in the storage unit 42 as disconnection detection data 52.

警報部414は、断線検知部413が断線を検知したとき、警報を発する。警報部414は、例えば、警報音の鳴動、表示器43への警報表示、管理装置等の外部装置への警報信号の発報等により警報を発し、管理者に断線を検知したことを通知する。 The alarm unit 414 issues an alarm when the disconnection detection unit 413 detects a disconnection. The alarm unit 414 issues an alarm, for example, by sounding an alarm, displaying an alarm on the display 43, or issuing an alarm signal to an external device such as a management device, and notifies the administrator that a disconnection has been detected.

演算装置4は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。なお、これに限らず、演算装置4は、例えば、サーバ装置であってもよい。この場合、抵抗測定器3で測定された抵抗値データ50は、ネットワークを介してサーバ装置である演算装置4に送信されることになる。演算装置4をサーバ装置で構成する場合、断線検知の結果(すなわち、断線検知データ52)等を、例えば産業用ロボット2aを使用するユーザやロボットメーカと共有できるように構成してもよい。また、制御部41と記憶部42とを別の装置で構成してもよい。例えば、サーバ装置の記憶部42に記憶された抵抗値データ50を、他のサーバ装置やパーソナルコンピュータ等に搭載された制御部41でダウンロードし、断線検知を行うよう構成することもできる。 The calculation device 4 is configured as, for example, a personal computer. However, this is not limited to this, and the calculation device 4 may be, for example, a server device. In this case, the resistance value data 50 measured by the resistance measuring device 3 is transmitted to the calculation device 4, which is a server device, via a network. When the calculation device 4 is configured as a server device, it may be configured so that the results of the disconnection detection (i.e., the disconnection detection data 52) and the like can be shared with, for example, a user who uses the industrial robot 2a or a robot manufacturer. In addition, the control unit 41 and the storage unit 42 may be configured as separate devices. For example, the resistance value data 50 stored in the storage unit 42 of the server device can be downloaded by the control unit 41 mounted on another server device or personal computer, etc., to perform disconnection detection.

(断線検知方法)
図7は、本実施の形態に係る断線検知方法の手順を示すフロー図である。まず、ステップS10にて、ロボット制御装置2bに搭載された試験動作制御部2cが、産業用ロボット2aの試験動作制御を開始する。これにより、検査対象となるケーブル10を周方向に周期的に捻回させる捻回動作が開始される。その後、ステップS11にて、抵抗測定器3による導体11aの抵抗値の測定を開始する。
(Disconnection detection method)
7 is a flow chart showing the procedure of the disconnection detection method according to the present embodiment. First, in step S10, the test operation control unit 2c mounted on the robot control device 2b starts controlling the test operation of the industrial robot 2a. This starts a twisting operation that periodically twists the cable 10 to be inspected in the circumferential direction. Then, in step S11, the resistance measuring device 3 starts measuring the resistance value of the conductor 11a.

次いで、ステップS12において、試験動作制御及び導体11aの抵抗値の測定を所定の期間継続する。所定の期間とは、断線の検知のために十分な抵抗値のデータが得られるのに要する期間である。この所定の期間は、抵抗測定器3の構成や測定環境(すなわちノイズ成分の大きさ)等によって適宜変わり得る。これにより、捻回動作により時系列的に変化する導体11aの抵抗値が抵抗測定器3により測定される。 Next, in step S12, the test operation control and the measurement of the resistance value of the conductor 11a are continued for a predetermined period. The predetermined period is the period required to obtain sufficient resistance value data to detect a break. This predetermined period can be changed as appropriate depending on the configuration of the resistance measuring device 3 and the measurement environment (i.e., the magnitude of the noise component). In this way, the resistance value of the conductor 11a, which changes over time due to the twisting operation, is measured by the resistance measuring device 3.

続いて、ステップS13において、試験動作制御及び導体11aの抵抗値の測定を停止する。測定した導体11aの抵抗値のデータは、抵抗値データ50として演算装置4に送信され、演算装置4の記憶部42に記憶される。なお、本実施の形態では、試験動作制御時にのみ断線の検知をしているが、これに限らず、産業用ロボット2aの駆動中に断線の検知を常時行うように構成することも可能である。この場合、上述のステップS10~S13に替えて、産業用ロボット2aの駆動中に抵抗測定器3による導体11aの抵抗値の測定が継続して行われる。 Next, in step S13, the test operation control and the measurement of the resistance value of the conductor 11a are stopped. The measured resistance value data of the conductor 11a is sent to the calculation device 4 as resistance value data 50 and stored in the memory unit 42 of the calculation device 4. Note that in this embodiment, the detection of a disconnection is performed only during the test operation control, but this is not limited to this, and it is also possible to configure the detection of a disconnection to be performed constantly while the industrial robot 2a is being driven. In this case, instead of the above-mentioned steps S10 to S13, the measurement of the resistance value of the conductor 11a by the resistance measuring device 3 is continuously performed while the industrial robot 2a is being driven.

その後、ステップS14において、周波数解析部411が、抵抗値データ50の周波数解析を行う。周波数解析の結果は、周波数解析データ51として記憶部42に記憶される。 Then, in step S14, the frequency analysis unit 411 performs frequency analysis on the resistance value data 50. The results of the frequency analysis are stored in the memory unit 42 as frequency analysis data 51.

その後、ステップS15にて、抽出部412が、周波数解析データ51から、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する。そして、ステップS16にて、断線検知部413が、抽出部412が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさが、予め設定した閾値以上かを判定する。ステップS16でYESと判定された場合、ステップS17にて、断線検知部413が、導体11aに断線が有ると判定し、ステップS18にて、警報部414が警報を発した後、処理を終了する。ステップS16でNOと判定された場合、断線検知部413が、導体11aに断線が無いと判定し、処理を終了する。 After that, in step S15, the extraction unit 412 extracts resistance value fluctuation components of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range from the frequency analysis data 51. Then, in step S16, the break detection unit 413 determines whether the magnitude of the resistance value fluctuation components of the high-order frequency extracted by the extraction unit 412 is equal to or greater than a preset threshold value. If the determination is YES in step S16, the break detection unit 413 determines that there is a break in the conductor 11a in step S17, and the alarm unit 414 issues an alarm in step S18, and then the process ends. If the determination is NO in step S16, the break detection unit 413 determines that there is no break in the conductor 11a, and the process ends.

(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係る断線検知方法では、ケーブル10を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、捻回動作により時系列的に変化する導体11aの抵抗値を測定し、測定した時系列的に変化する導体11aの抵抗値を周波数解析し、周波数解析の解析結果から、捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、素線111の断線を検知する。
(Functions and Effects of the Embodiments)
As described above, in the wire break detection method according to the present embodiment, a twisting operation is performed in which the cable 10 is periodically twisted in the circumferential direction, the resistance value of the conductor 11a which changes over time due to the twisting operation is measured, the measured resistance value of the conductor 11a which changes over time is frequency analyzed, and from the results of the frequency analysis, resistance value fluctuation components of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range are extracted from among high-order frequencies based on an operating frequency corresponding to the operating period of the twisting operation, and a wire break in the wire 111 is detected based on the magnitude of the resistance value fluctuation components of the extracted high-order frequency.

これにより、図4で説明した「導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」を検知することが可能になり、ケーブル10の導体11aでの素線111の断線を精度よく検知することが可能になる。「導体11aに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」は、きわめて短時間で、かつ小さい変化になるが、周波数解析を行うことで、ノイズ等の影響を取り除いて精度よく検出することが可能である。つまり、本実施の形態によれば、ケーブル10の導体11aでの素線111の断線を、抵抗値の増加率を用いた一般的な検知方式では検知することが困難であった初期の断線を含めて検知することが可能になり、断線を高感度で検知することが可能になる。その結果、ケーブル10が装着される各種装置において、重大な障害(例えば、ほぼ全断線)が生じる前に対策を講じることができ、装置の信頼性を向上させることが可能になる。 This makes it possible to detect the "reduction in resistance when the direction of twist applied to the conductor 11a changes" described in FIG. 4, and accurately detects breaks in the wires 111 in the conductor 11a of the cable 10. The "reduction in resistance when the direction of twist applied to the conductor 11a changes" is a very short and small change, but by performing frequency analysis, it is possible to remove the effects of noise and other factors and accurately detect it. In other words, according to this embodiment, it is possible to detect breaks in the wires 111 in the conductor 11a of the cable 10, including early breaks that are difficult to detect using a general detection method using the rate of increase in resistance, and it is possible to detect breaks with high sensitivity. As a result, measures can be taken before a serious failure (for example, almost complete break) occurs in various devices to which the cable 10 is attached, and the reliability of the device can be improved.

また、従来の抵抗値の増加率を用いた一般的な検知方式では、断線前の導体11aの抵抗値、すなわち初期抵抗値が必要であったが、本実施の形態では、抵抗値の絶対値ではなく、捻回動作中の抵抗値の変動量(相対量)を用いて断線の発生を検知するため、初期抵抗値は不要となる。よって、本実施の形態によれば、導体11aの初期抵抗値の不明な場合であっても、導体11aの素線111に断線が発生していることを高感度に検出できる。 In addition, in the conventional detection method using the rate of increase in resistance, the resistance value of the conductor 11a before the break, i.e., the initial resistance value, was required. However, in this embodiment, the occurrence of a break is detected using the amount of change (relative amount) in the resistance value during the twisting operation, rather than the absolute value of the resistance value, so the initial resistance value is not required. Therefore, according to this embodiment, even if the initial resistance value of the conductor 11a is unknown, it is possible to detect with high sensitivity that a break has occurred in the wire 111 of the conductor 11a.

さらに、導体11aの抵抗値や、導体11aと抵抗測定器3間の接触抵抗は、温度によって大きく変動するが、温度による抵抗値の変動は捻回動作の動作周期とは無関係となるため、本実施の形態によれば、温度変化の影響を受けずに導体11aの断線検知を行うことが可能である。 Furthermore, the resistance value of the conductor 11a and the contact resistance between the conductor 11a and the resistance measuring device 3 vary greatly with temperature, but the variation in resistance value due to temperature is unrelated to the operating period of the twisting operation, so according to this embodiment, it is possible to detect a break in the conductor 11a without being affected by temperature changes.

(変形例)
上記実施の形態では、導体11aにおいて断線が発生したことを検知する方法について述べたが、断線の発生後、その断線の進行状態を推定すること(=断線進行状態推定)も可能である。
(Modification)
In the above embodiment, a method for detecting the occurrence of a break in the conductor 11a has been described, but it is also possible to estimate the progression of the break after the break occurs (= estimation of the break progression state).

本発明者らの検討の結果、導体11a抵抗値の時系列的な変化において、素線111の断線本数が増加し断線が進むほど、導体11aの抵抗値の最大値と最小値との差が大きくなることがわかっている。よって、この抵抗値の最大値と最小値との差を基に、導体11aの断線進行状態を推定することが可能である。例えば、段階的に複数の閾値を設定しておき、各閾値と、抵抗値の最大値と最小値との差とを比較することで、導体11aの断線進行状態を推定することができる。なお、導体11aの断線進行状態とは、導体11aを構成する全ての素線111のうち、何本の素線111が断線しているかという割合である。また、推定して得られた断線進行状態は、断線進行状態データとして図4に示す記憶部42に記憶される。 As a result of the study by the inventors, it has been found that in the time series change of the resistance value of the conductor 11a, the difference between the maximum and minimum values of the resistance value of the conductor 11a increases as the number of broken wires 111 increases and the breakage progresses. Therefore, it is possible to estimate the progress of the breakage of the conductor 11a based on the difference between the maximum and minimum values of the resistance value. For example, by setting multiple threshold values in stages and comparing each threshold value with the difference between the maximum and minimum values of the resistance value, the progress of the breakage of the conductor 11a can be estimated. The progress of the breakage of the conductor 11a is the proportion of the number of wires 111 that are broken among all the wires 111 that make up the conductor 11a. The estimated progress of the breakage is stored as breakage progress data in the memory unit 42 shown in FIG. 4.

そして、この断線進行状態が所定の割合(例えば80%以上)となった場合に、ケーブル10が寿命(=ケーブル寿命)に到達したと設定しておけば、推定して得られた断線進行状態がケーブル寿命に到達したか否かを予測することで、ケーブル10の寿命予測が可能になる。そのケーブル10の寿命予測結果に基づいて、ケーブル10の交換やケーブル10の予知保全等を行うか否かを判断することができる。なお、断線進行状態に基づいて得られたケーブル10の寿命予測結果は、ケーブル寿命予測データとして図4に示す記憶部42に記憶される。また、演算装置4は、得られた断線進行状態データやケーブル寿命予測データを表示器43に表示可能に構成されていてもよい。 If the cable 10 is set to have reached its lifespan (=cable lifespan) when the breakage progression state reaches a predetermined percentage (e.g., 80% or more), it becomes possible to predict the lifespan of the cable 10 by predicting whether the estimated breakage progression state has reached the cable lifespan. Based on the lifespan prediction result of the cable 10, it can be determined whether to replace the cable 10 or perform predictive maintenance of the cable 10. The lifespan prediction result of the cable 10 obtained based on the breakage progression state is stored as cable lifespan prediction data in the storage unit 42 shown in FIG. 4. The calculation device 4 may also be configured to display the obtained breakage progression state data and cable lifespan prediction data on the display 43.

また、本実施の形態では、産業用ロボット2aに搭載されたケーブル10の断線検知をする場合について説明したが、予め、捻回動作機構2として捻回試験装置等を用いて、産業用ロボット2a等の装置に用いられるケーブル10と同種のケーブルの寿命特性を製造段階で取得しておき、その結果を産業用ロボット2a等の装置のメンテナンスに反映させることも有益である。これにより、ケーブル10において初期の断線が発生し得る屈曲回数が判明するため、例えば、産業用ロボット2a等の装置の管理者に、この屈曲回数の情報を提供することができる。この場合、管理者は、提供された屈曲回数と、産業用ロボット2a等の装置の稼働履歴とを照合することで、ケーブル10に重度の断線が生じる(すなわち、ケーブル寿命に達する)前に各種対策を講じることが可能になる。 In addition, in this embodiment, the case of detecting a break in the cable 10 mounted on the industrial robot 2a has been described, but it is also useful to obtain the life characteristics of a cable of the same type as the cable 10 used in the industrial robot 2a or other device in advance during the manufacturing stage using a twisting test device or the like as the twisting mechanism 2, and to reflect the results in the maintenance of the industrial robot 2a or other device. This makes it possible to determine the number of bends that may cause an initial break in the cable 10, and to provide information on this number of bends to, for example, the manager of the industrial robot 2a or other device. In this case, the manager can compare the provided number of bends with the operation history of the industrial robot 2a or other device, and take various measures before a serious break occurs in the cable 10 (i.e., before the cable reaches its end of life).

(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of the embodiment)
Next, the technical ideas grasped from the above-described embodiment will be described by using the reference numerals and the like in the embodiment. However, the reference numerals and the like in the following description do not limit the components in the claims to the members and the like specifically shown in the embodiment.

[1]複数の素線(111)を撚り合わせた撚線導体からなる導体(11a)を有するケーブル(10)の前記素線(111)の断線を検知する方法であって、前記ケーブル(10)を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体(11a)の抵抗値を測定し、測定した前記時系列的に変化する前記導体(11a)の抵抗値を周波数解析し、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線(111)の断線を検知する、断線検知方法。 [1] A method for detecting a break in a wire (111) of a cable (10) having a conductor (11a) made of a stranded conductor formed by twisting a plurality of wires (111), comprising: performing a twisting operation to periodically twist the cable (10) in the circumferential direction; measuring the resistance of the conductor (11a) that changes over time due to the twisting operation; performing frequency analysis on the measured resistance of the conductor (11a) that changes over time; extracting, from the results of the frequency analysis, a resistance value fluctuation component of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range among high-order frequencies based on an operating frequency that corresponds to the operating period of the twisting operation; and detecting a break in the wire (111) based on the magnitude of the extracted resistance value fluctuation component of the high-order frequency.

[2]前記予め設定した周波数範囲は、前記捻回動作により前記導体(11a)に付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数よりも大きい周波数範囲に設定される、[1]に記載の断線検知方法。 [2] The disconnection detection method described in [1], in which the preset frequency range is set to a frequency range greater than the frequency at which a resistance value fluctuation occurs due to the strain applied to the conductor (11a) by the twisting operation.

[3]前記予め設定した周波数範囲は、前記動作周波数の10倍以上の周波数範囲に設定される、[1]または[2]に記載の断線検知方法。 [3] The disconnection detection method described in [1] or [2], in which the preset frequency range is set to a frequency range that is 10 times or more the operating frequency.

[4]複数の素線(111)を撚り合わせた撚線導体からなる導体(11a)を有するケーブル(10)の前記素線(111)の断線を検知する装置であって、前記ケーブル(10)を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構(2)と、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体(11a)の抵抗値を測定する抵抗測定器(3)と、前記抵抗測定器(3)で測定した前記時系列的に変化する前記導体(11a)の抵抗値を周波数解析する周波数解析部(411)と、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部(412)と、前記抽出部(412)が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線(111)の断線を検知する断線検知部(413)と、を備えた、断線検知装置(1)。 [4] A device for detecting a break in a wire (111) of a cable (10) having a conductor (11a) made of a stranded conductor formed by twisting together a plurality of wires (111), the device comprising: a twisting mechanism (2) for performing a twisting operation to periodically twist the cable (10) in the circumferential direction; a resistance measuring device (3) for measuring the resistance value of the conductor (11a) that changes over time due to the twisting operation; and a resistance measuring device (4) for measuring the resistance value of the conductor (11a) that changes over time measured by the resistance measuring device (3) in the circumferential direction. A wire breakage detection device (1) including a frequency analysis unit (411) that performs wave number analysis, an extraction unit (412) that extracts, from the results of the frequency analysis, resistance value fluctuation components of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range from among high-order frequencies based on an operating frequency that corresponds to the operating period of the twisting operation, and a wire breakage detection unit (413) that detects a wire breakage in the wire (111) based on the magnitude of the resistance value fluctuation components of the high-order frequency extracted by the extraction unit (412).

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the invention according to the claims is not limited to the embodiments described above. It should be noted that not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. The present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

1…断線検知装置
2…捻回動作機構
2a…産業用ロボット
2b…ロボット制御装置
2c…試験動作制御部
3…抵抗測定器
4…演算装置
41…制御部
411…周波数解析部
412…抽出部
413…断線検知部
414…警報部
10…ケーブル
11…電線
11a…導体
111…素線
Reference Signs List 1... Disconnection detection device 2... Twisting operation mechanism 2a... Industrial robot 2b... Robot control device 2c... Test operation control unit 3... Resistance measuring device 4... Calculation device 41... Control unit 411... Frequency analysis unit 412... Extraction unit 413... Disconnection detection unit 414... Alarm unit 10... Cable 11... Electric wire 11a... Conductor 111... Strand

Claims (4)

複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する方法であって、
前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、
前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定し、
測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析し、
前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、
抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記捻回動作によって前記導体に加わる捻回の方向が変わるときの抵抗値の減少を検知することにより、前記素線の断線を検知する、
断線検知方法。
A method for detecting a break in a wire of a cable having a conductor made of a stranded conductor formed by twisting together a plurality of wires, comprising the steps of:
A twisting operation is performed to periodically twist the cable in a circumferential direction,
measuring a resistance value of the conductor that changes over time due to the twisting operation;
performing a frequency analysis on the measured resistance value of the conductor that changes over time;
extracting, from a result of the frequency analysis, a resistance value fluctuation component of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range among high-order frequencies based on an operating frequency corresponding to an operating period of the twisting operation;
a decrease in resistance value when a direction of twist applied to the conductor is changed by the twisting operation is detected based on the magnitude of the extracted resistance value fluctuation component of the high-harmonic frequency, thereby detecting a break in the wire.
Disconnection detection method.
前記予め設定した周波数範囲は、前記捻回動作により前記導体に付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数よりも大きい周波数範囲に設定される、
請求項1に記載の断線検知方法。
The preset frequency range is set to a frequency range higher than a frequency at which a resistance value variation occurs due to a strain applied to the conductor by the twisting operation.
The method for detecting a disconnection according to claim 1 .
前記予め設定した周波数範囲は、前記動作周波数の10倍以上の周波数範囲に設定される、
請求項1または2に記載の断線検知方法。
The preset frequency range is set to a frequency range of 10 times or more of the operating frequency.
The disconnection detection method according to claim 1 or 2.
複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する装置であって、
前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構と、
前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定する抵抗測定器と、
前記抵抗測定器で測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記捻回動作によって前記導体に加わる捻回の方向が変わるときの抵抗値の減少を検知することにより、前記素線の断線を検知する断線検知部と、を備えた、
断線検知装置。
A device for detecting a break in a wire of a cable having a conductor made of a stranded conductor formed by twisting together a plurality of wires, comprising:
a twisting mechanism that performs a twisting operation to periodically twist the cable in a circumferential direction;
a resistance measuring device for measuring a resistance value of the conductor that changes over time due to the twisting operation; and
a frequency analysis unit that performs frequency analysis on the resistance value of the conductor that changes over time and is measured by the resistance measuring device;
an extracting unit that extracts, from a result of the frequency analysis, a resistance value fluctuation component of a predetermined high-order frequency included in a preset frequency range from high-order frequencies based on an operation frequency corresponding to an operation period of the twisting operation;
A disconnection detection unit that detects a disconnection of the wire by detecting a decrease in resistance when a direction of twist applied to the conductor changes due to the twisting operation based on the magnitude of the resistance value fluctuation component of the high-order frequency extracted by the extraction unit.
Disconnection detection device.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002014130A (en) 2000-06-27 2002-01-18 Matsushita Electric Works Ltd Disconnection spark testing machine
JP2010176961A (en) 2009-01-28 2010-08-12 Autonetworks Technologies Ltd Shielded wire
JP2019061957A (en) 2017-09-25 2019-04-18 日星電気株式会社 coaxial cable
JP2021162570A (en) 2020-03-30 2021-10-11 日立金属株式会社 Disconnection detection system and disconnection detection method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002014130A (en) 2000-06-27 2002-01-18 Matsushita Electric Works Ltd Disconnection spark testing machine
JP2010176961A (en) 2009-01-28 2010-08-12 Autonetworks Technologies Ltd Shielded wire
JP2019061957A (en) 2017-09-25 2019-04-18 日星電気株式会社 coaxial cable
JP2021162570A (en) 2020-03-30 2021-10-11 日立金属株式会社 Disconnection detection system and disconnection detection method

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