JP2001208783A - 断線予知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被覆電線ケーブルの断線状態を確実に検出可
能にする。 【解決手段】 溶接タイマコンダクタ４に接続された一
次側キャブタイヤケーブル５と、溶接ロボットハンド１
に接続された二次側キャブタイヤケーブル３とにそれぞ
れ検出ケーブル７・９を併設すると共に、各ケーブルを
それらの中間に設けた断線検出装置２で連結する。断線
検出装置により、断線率に応じて増幅した電源側電圧値
と負荷側電圧とを比較し、初期設定された断線状態を検
出したらリレー出力や警告灯により外部に知らせる。 【効果】 完全に断線してライン稼働が停止してしまう
前にケーブル張り替えの準備やライン稼働時間外にケー
ブルの張り替えをすることができ、ライン稼働率に支障
を来すことがなく、計画的な修理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルの断線を
予知するのに適する断線予知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電力線などに用いられる各種ケ
ーブルの損傷にあっては、その芯線の断線状態などを外
部から視認することはできないため、電気的に検出し得
るようにしたものがある。例えば、溶接機のケーブルの
損傷を検出するものとして、ケーブルの被覆を二重構造
とし、外被覆を絶縁材により形成すると共に、内被覆を
導電性（カーボン入り）ゴム材により形成し、内被覆に
９Ｖ程度の直流電圧を印加しておき、外被覆が破損して
内被覆が接地し、大地間抵抗が１００Ω以下になると、
警報を発するようにしたケーブル損傷警報システムがあ
る。

【０００３】また溶接トランスまでの電流の正常値を予
め測定しておき、電流がある所定の基準値を下回ると警
報を発するようにしたものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術は、あくまでも被覆の損傷を検知するものであ
り、繰り返し屈曲することによる芯線の完全な断線状態
に至る途中の状態である損傷を知ることはできないとい
う問題がある。さらに当然、芯線の断線の程度までも分
かるものではない。また、機器の稼働中に検出すること
はできず、断線して電流が流れなくなって機器の稼働が
停止してしまうまで芯線の損傷を知ることができないと
いう問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、ケーブルの断線状態を確実に検出可能にすることを
実現するために、本発明に於いては、ケーブルの電源側
電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記ケーブルの負
荷側電圧を検出する負荷電圧検出手段と、前記電源側電
圧と前記負荷側電圧との電圧差を検出する電圧差検出手
段と、前記電圧差が前記ケーブルの所定の断線率に相当
する断線予知電圧差以上になったことを検出する断線予
知判別手段と、前記断線予知判別手段による前記検出結
果に応じて警報を出力する警報手段とを有するものとし
た。

【０００６】これによれば、例えば複数の撚り線を束ね
た芯線を有するケーブルを機器の可動部分に用いた場合
には、撚り線の何本かが断線し始めてから最終的に全て
の撚り線が断線してケーブルの断線になることから、そ
の途中の状態にあっては電流を流し得る撚り線の本数が
減って、ケーブルの負荷側電圧が低下するため、ケーブ
ルにおける電源側電圧と負荷側電圧との電圧差を検出
し、その電圧差が所定の断線率以上に相当する断線予知
電圧差以上になったら警報を出力するため、完全な断線
に至る前にその兆候を知らせることができる。

【０００７】また、前記ケーブルのケーブル長に応じて
前記負荷側電圧の検出値を調整するケーブル長調整手段
を設けたことによれば、ケーブル長による電圧降下の影
響を防止した高精度な予知を行うことができる。

【０００８】また、前記断線率を任意の値に適宜設定し
得る断線率調整手段を設けたことによれば、例えば機器
毎に使用頻度の違いがある場合に断線予知後のケーブル
交換作業までの稼働時間を考慮した適切な断線率の設定
を行うことができる。

【０００９】あるいは、ケーブルの負荷側電圧を検出す
る負荷電圧検出手段と、前記ケーブルの所定の断線率に
相当する断線予知電圧を出力する断線予知電圧出力手段
と、前記負荷側電圧が前記断線予知電圧以下になったこ
とを検出する断線予知判別手段と、前記断線予知判別手
段による前記検出結果に応じて警報を出力する警報手段
とを有すると良い。

【００１０】これによれば、例えば始業時の点検の際に
被溶接物無しでの通電を行ってケーブル負荷側電圧を検
出し、予め設定された断線予知電圧と比較して、所定の
断線率以上になったことを判別したら、断線の兆候があ
るとして警報を出力することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１２】図１は、本発明が適用された自動溶接機の
全体を示す模式図である。図に示されるように、本溶接
機は、溶接ロボットのハンド１により溶接を行うもので
ある。その溶接ロボットの多関節アームの適所に断線検
出手段としての断線予知装置２が設けられており、ハン
ド１と断線予知装置２との間に二次側ケーブル３が接続
され、溶接ロボットとは別個に設置されている溶接タイ
マコンダクタ４と断線予知装置２との間に一次側ケーブ
ル５が接続されている。なお、ハンド１部分に溶接電圧
印加用トランス６が取り付けられており、そのトランス
６の一次コイル側に負荷電圧検出手段を構成する二次側
検出ケーブル７が接続されている。

【００１３】図２は、本発明に基づく断線予知装置の概
略回路配線図である。図に示されるように、トランス６
の２次コイルに溶接ロボットのハンド１が接続されてお
り、トランス６の１次コイルにケーブル３の動力線とし
ての各芯線３ｕ・３ｖの各一端（負荷側接続端）が接続
されている。なお、ケーブル３の残りの芯線３ｗは接地
されている。また、ケーブル３の各芯線３ｕ・３ｖ・３
ｗの他端は断線予知装置２の対応する各端子に接続され
ている。

【００１４】本図示例によるケーブル３内には、図３に
示されるように、各芯線３ｕ・３ｖ・３ｗと共に２芯の
検出ケーブル７もケーブル３の絶縁性の外被覆３ａによ
り覆われている。また、各芯線３ｕ・３ｖ・３ｗの各素
線がそれぞれ絶縁性の内被覆により覆われている。なお
図示例では、芯線３ｕ・３ｖ・３ｗ及び検出ケーブル７
を一体化したケーブル３を用いているが、使用環境に応
じて、従来の３芯のケーブルに２芯ケーブルを抱き合わ
せるようにして構成しても良い。

【００１５】上記検出ケーブル７の各芯線７ａ・７ｂの
各一端は、各芯線３ｕ・３ｖのトランス６に接続された
各端子にそれぞれ接続されており、各他端は、断線予知
装置２内に設けられた断線予知回路８に接続されてい
る。この検出ケーブル７を介して二次側ケーブル３のト
ランス６側電圧（負荷側電圧）を断線予知回路８により
検出し得る。

【００１６】また、上記一次側ケーブル５も、各芯線３
ｕ・３ｖ・３ｗに対応する各芯線５ｕ・５ｖ・５ｗと、
電源電圧検出手段を構成する２芯の検出ケーブル９とを
一体的に有する構造にて形成されている。その各芯線５
ｕ・５ｖ・５ｗの各一端は各芯線３ｕ・３ｖ・３ｗに対
応する断線予知装置２の各端子に接続されており、電源
電圧検出手段としての検出ケーブル９の各芯線９ａ・９
ｂは、溶接タイマコンダクタ４側の各芯線５ｕ・５ｖの
接続端子と断線予知回路８との間に接続されている。こ
の検出ケーブル９を介して一次側ケーブル５の電源側接
続端の電圧を断線予知回路８により検出し得る。

【００１７】また、断線予知装置２には、断線予知回路
８により駆動制御されるリレーＲＹの接点（例えば常時
閉接点）出力を外部に出力可能にするための外部監視出
力端子２ａが設けられていると共に、断線予知回路８へ
の給電用の電源１０が接続されている。

【００１８】このようにして構成された断線予知装置に
あっては、断線予知回路８にて、一次側ケーブル５の溶
接タイマコンダクタ４側電圧と二次側ケーブル３のハン
ド１（トランス６）側電圧とを検出して比較し、両検出
電圧間に初期値と異なる電圧差が生じていた場合には断
線に至る状態であると判断する。この初期値は、断線予
知回路８にて設定可能なものであって良い。

【００１９】次に、上記断線予知判断を図４に示される
具体的回路例を参照して以下に示す。なお、本装置は、
ケーブル３・５の負荷側（ケーブル３）の各芯線３ｕ・
３ｖの断線に至る状態をそれぞれ別個に検出可能にする
ものであるが、図４ではその一方の芯線３ｕについて示
している。他方の芯線３ｖについては、図４の回路と同
一のものを用いれば良く、その図示及び説明を省略す
る。

【００２０】図４に示されるように、一次側検出ケーブ
ル９の芯線９ａが一次側ケーブル長切替回路８ａに接続
され、同様に二次側検出ケーブル７の芯線７ａが二次側
ケーブル長切替回路８ｂに接続されている。また、一次
側ケーブル５の芯線５ｕと二次側ケーブル３の芯線３ｕ
とが断線予知装置２にて中継されて互いに接続されてい
るが、その中継接続点が一次側ケーブル長切替回路８ａ
と二次側ケーブル長切替回路８ｂとに接続されている。
なお、各ケーブル長切替回路８ａ・８ｂは、各ケーブル
３・５の長さ違いによる検出電圧の違いを概ね調整する
ためのものであり、例えばスイッチやボリュームなどに
より、１ｍ単位に切り替えたり、アナログ的に連続可変
にしたりすることができる。

【００２１】一次側ケーブル長切替回路８ａの出力は電
源電圧検出手段を構成する整流・増幅回路８ｃに入力
し、二次側ケーブル長切替回路８ｂの出力は負荷電圧検
出手段を構成する整流・増幅回路８ｄに入力しており、
各整流・増幅回路８ｃ・８ｄの出力は共通の差動増幅回
路８ｅに入力している。差動増幅回路８ｅは、両整流・
増幅回路８ｃ・８ｄからの出力電圧の差を増幅してバラ
ンス表示回路８ｆと検出ケーブル異常検出回路８ｋとに
出力している。

【００２２】上記一方の整流・増幅回路８ｃの出力値
は、電源側電圧の検出値として出力されると共に、バラ
ンス調整回路８ｇにより調整可能にされている。また、
整流・増幅回路８ｃの出力は、上記差動増幅回路８ｅと
並列に、信号検出タイマ回路８ｈと、断線率設定手段と
しての断線率調整回路８ｉとに出力されている。なお、
バランス調整回路８ｇは、本装置の溶接機への組み付け
時に上記電源側電圧検出値の初期値を調整可能にするも
のである。

【００２３】上記断線率調整回路８ｉの出力端は断線予
知判別手段としての比較回路８ｊに接続されており、こ
の比較回路８ｊには整流・増幅回路８ｄの出力が入力す
る。上記信号検出タイマ回路８ｈの出力端は、比較回路
８ｊと、検出ケーブル異常検出回路８ｋと、バランス表
示回路８ｆとに接続されている。信号検出タイマ回路８
ｈからは、溶接開始時と溶接終了時との不安定な電圧を
除いてその中間の安定した状態で判断するために所定時
間遅延された検出タイマ信号が出力される。その検出タ
イマ信号にあっては、例えば溶接時間が２００ｍｓ程度
の場合には、溶接開始時からの遅延時間を８０ｍｓと
し、検出幅を６０ｍｓとすると良い。これは、溶接時の
電圧波形に応じて適宜設定すれば良い。なお、比較回路
８ｊには、断線率調整回路８ｉの出力電圧Ｖ１と、整流
・増幅回路８ｄの出力電圧Ｖ２とが入力している。

【００２４】そして、比較回路８ｊで上記両電圧Ｖ１・
Ｖ２間の電圧差（断線予知電圧差）が所定値以上になっ
たことを判別したら、それに応じた比較回路８ｊからの
出力によりリレーＲＹが駆動され、かつケーブル断線異
常表示灯ＬＹが点灯するようになっている。本装置にあ
っては、検出ケーブル異常検出回路８ｋの出力によりリ
レーＲＹが駆動されると共に検出ケーブル断線表示灯Ｌ
Ｒが点灯するようになっている。

【００２５】また、本装置の溶接機への組み付け時に
は、上記したバランス調整回路８ｇによりケーブル新品
時の両整流・増幅回路８ｃ・８ｄ間の電圧バランスを取
ることができ、そのバランスが取れた場合には、バラン
ス表示回路８ｆの出力によりバランス表示灯ＬＧが点灯
するようになっている。また、断線率調整回路８ｉによ
り、一次側ケーブル５の検出電圧を任意の断線率に相当
する値（断線率設定値）にして、二次側ケーブル３の断
線率がその断線率設定値に達したことを比較回路８ｊで
判別する。このようにして二次側ケーブル３の断線率が
設定値以上になったことを検出し得る。

【００２６】この断線率としては、本実施の形態に示さ
れたような溶接機に用いられるケーブルにあっては各芯
線が複数の撚り線を束ねてなり、その芯線における撚り
線の全本数に対する断線した本数の比率であって良い。
また、単線の場合には、その断面における非導通部分
（例えば傷により欠けた部分）の面積比であって良い。

【００２７】そして使用時には、上記したように断線率
調整回路８ｉによる断線率設定値に相当する電圧Ｖ１以
上に整流・増幅回路８ｄの出力Ｖ２がなったことを比較
回路８ｉで検出したら、その検出結果信号により警報手
段としてのケーブル断線異常表示灯ＬＹとリレーＲＹと
が駆動され、外部に警報が出力される。

【００２８】上記断線率の設定にあっては、例えばＷＣ
Ｔ１４^□のケーブルを用いて実験を行った結果、図４に
示されるノードＡの電圧が、断線率０％の場合に５．９
Ｖであったが、断線率が約７０％の場合には６．２Ｖに
なった。その電圧変化を基準にして断線率の任意の設定
（例えば６０％や８０％）を行うことができる。

【００２９】また、二次側検出ケーブル７が断線した場
合にはノードＡには電圧が生じないため、その電圧低下
を検出ケーブル異常検出回路８ｋで検出したら、その検
出結果信号により警報手段としての検出ケーブル断線表
示灯ＬＲと、上記と同様にリレーＲＹとが駆動され、外
部に警報が出力される。

【００３０】このように、本装置によれば二次側ケーブ
ル３の完全な断線に至る途中の状態を検出して警報可能
なことから、完全な断線により装置の稼働が不可能にな
る前に対処することが可能である。例えば、ケーブル断
線異常表示灯ＬＹの点灯またはリレーＲＹの出力により
所定の断線率以上に断線の程度が進行したことを確認し
たら、ライン稼働時間外にケーブル張り替えを実施する
ことにより、他に影響を与えることなく新品のケーブル
に替えることができる。したがって、ラインに使用され
るような機器に適用する場合には、１日の連続稼働時間
以上耐えられる断線率を警報発生の基準となる所定の断
線率として設定すると良い。

【００３１】また、本発明による第２の実施の形態を図
５及び図６を参照して以下に示す。なお、図５は上記図
２に対応し、図６は上記図４に対応し、それぞれ同様の
部分に同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。
この実施の形態にあっては、図５に示されるように負荷
側電圧を検出する二次側検出ケーブル７のみが断線予知
装置１２に配線されている。

【００３２】本回路は、図６に示されるように、二次側
ケーブル長切替回路８ｂと、整流・増幅回路８ｄと、信
号検出タイマ回路８ｈと、断線予知電圧出力手段として
の断線率調整回路８ｉと、比較回路８ｊと、検出ケーブ
ル異常検出回路８と、ケーブル断線異常表示灯ＬＹと、
検出ケーブル断線表示灯ＬＲと、リレーＲＹとを用いて
構成されている。

【００３３】本装置にあっては、予め上記と同様に断線
率調整回路８ｉにより断線率の設定をしておき、例えば
始業時の点検の際に溶接の被溶接物無しでの通電を行
い、その際の負荷側電圧検出値Ｖ２と断線率調整回路８
ｉの出力値（断線予知電圧）Ｖ１とを上記と同様に信号
検出タイマ回路８ｈによるタイミングにて比較回路８ｊ
で比較し、両電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が所定値以上になっ
た場合には、その結果に応じた比較回路８ｊからの出力
により上記と同様にケーブル断線異常表示灯ＬＹとリレ
ーＲＹとが駆動される。

【００３４】この場合には、毎溶接毎のリアルタイムで
の断線予知を行うことができないが、必要な時に適宜被
溶接物無しでの通電を行って確認することができる。溶
接ケーブルなどにあっては一瞬にして完全に断線するこ
とは考え難く、断線率の進行は日単位であるとしても良
く、上記したように始業時の点検における確認のみでも
断線予知を充分に行うことができる。これにより、回路
構成をより一層簡略化でき、装置の低廉化を向上し得
る。

【００３５】なお、検出ケーブル７の断線（検出ケーブ
ル異常）も検出することができ、本回路にあっては、そ
の検出電圧を二次側ケーブル長切替回路８ｂへの電圧入
力端子から取るようにしている。その検出電圧を、信号
検出タイマ回路８ｈによるタイミングにて検出ケーブル
異常検出回路８ｋで検出し、断線時には電圧が０電位と
なるので、その検出結果に応じて上記と同様に検出ケー
ブル断線表示灯ＬＲとリレーＲＹとが駆動される。

【００３６】なお、本発明は、溶接ロボットに使用する
ことに限られるものではなく、汎用の種々の機器に適用
可能であり、特に大電流を流して使用される機器（モー
タなど）の可動ケーブルの完全断線に至る過程の検出に
好適であり、断線予知を行って外部に警報することがで
きる。なお、各ケーブルに合わせて高精度な検出を行う
ためには電子部品を適宜交換するようにすれば良い。

【００３７】

【発明の効果】このように本発明によれば、ケーブルに
おける電源側電圧と負荷側電圧との電圧差を検出し、ケ
ーブル断線率が進行した場合の負荷側電圧の低下により
増大する電圧差が所定の断線率に相当する断線予知電圧
差以上になったことを判別したら、断線の兆候を外部に
警報することができ、それに応じてライン稼働時間外に
ケーブルを交換することにより、稼働中にケーブルが断
線してラインが停止してしまうことを事前に防止でき、
ライン稼働率に支障を来すことがなく、計画的な修理を
行うことができる。

【００３８】また、ケーブル長調整手段によりケーブル
長に応じて負荷側電圧の検出値を調整することにより、
ケーブル長による電圧降下の影響を防止した高精度な予
知を行うことができたり、断線率調整手段により断線率
を任意の値に設定することにより、例えば機器毎に使用
頻度の違いがある場合に断線予知後のケーブル交換作業
までの稼働時間を考慮した適切な断線率の設定を行うこ
とができたりするなど、種々の機器に本装置を適用で、
本装置の汎用性が向上する。

【００３９】あるいは、ケーブルの負荷側電圧を検出
し、ケーブルの所定の断線率に相当する断線予知電圧と
比較するという簡単な構成にしても、例えば始業時の点
検の際に被溶接物無しでの通電を行ってケーブル負荷側
電圧を検出し、予め設定された断線予知電圧と比較し
て、所定の断線率以上になったことを判別することがで
き、断線の兆候があるとして警報を出力することができ
るため、断線予知装置の構造を簡略化かつ低廉化し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された自動溶接機の全体を示す模
式図。

【図２】本発明に基づく断線予知装置の概略回路配線
図。

【図３】本発明が適用されたケーブルの断面を示す図。

【図４】本発明に基づく断線予知回路のブロック図。

【図５】本発明に基づく第２の実施の形態を示す図２に
対応する図。

【図６】本発明に基づく第２の実施の形態を示す図４に
対応する図。

【符号の説明】

１ ハンド ２ 断線予知装置 ３ 二次側ケーブル、３ｕ・３ｖ 芯線 ４ 溶接タイマコンダクタ ５ 一次側ケーブル、５ｕ・５ｖ 芯線 ６ トランス ７ 検出ケーブル ８ 断線予知回路 ８ａ 一次側ケーブル長切替回路、８ｂ 二次側ケーブ
ル長切替回路 ８ｃ・８ｄ 整流・増幅回路、８ｅ 差動増幅回路、８
ｆ バランス表示回路 ８ｇ バランス調整回路、８ｈ 信号検出タイマ回路、
８ｉ 断線率調節回路 ８ｊ 比較回路、８ｋ 検出ケーブル異常検出回路 ９ 検出ケーブル １２ 断線予知装置 １８ 断線予知回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 三昌 三重県四日市市上海老町東大沢1633−２ 八千代工業株式会社四日市製作所内 Ｆターム(参考） 2G014 AA02 AA08 AB25 AB31 AC15 2G035 AA09 AC01 AC16 5C086 AA35 BA15 BA17 CA02 CB32 DA03 DA08 DA19 DA29 EA04 EA11 EA13 EA36 EA38 FA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーブルの電源側電圧を検出する電源電
   圧検出手段と、前記ケーブルの負荷側電圧を検出する負
   荷電圧検出手段と、前記電源側電圧と前記負荷側電圧と
   の電圧差を検出する電圧差検出手段と、前記電圧差が前
   記ケーブルの所定の断線率に相当する断線予知電圧差以
   上になったことを検出する断線予知判別手段と、前記断
   線予知判別手段による前記検出結果に応じて警報を出力
   する警報手段とを有することを特徴とする断線予知装
   置。
2. 【請求項２】 前記ケーブルのケーブル長に応じて前記
   負荷側電圧の検出値を調整するケーブル長調整手段を設
   けたことを特徴とする請求項１に記載の断線予知装置。
3. 【請求項３】 前記断線率を任意の値に適宜設定し得る
   断線率調整手段を設けたことを特徴とする請求項１若し
   くは請求項２に記載の断線予知装置。
4. 【請求項４】 ケーブルの負荷側電圧を検出する負荷電
   圧検出手段と、前記ケーブルの所定の断線率に相当する
   断線予知電圧を出力する断線予知電圧出力手段と、前記
   負荷側電圧が前記断線予知電圧以下になったことを検出
   する断線予知判別手段と、前記断線予知判別手段による
   前記検出結果に応じて警報を出力する警報手段とを有す
   ることを特徴とする断線予知装置。