JP2019194552A - Wire rope inspection device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤロープの検査に用いられるワイヤロープ検査装置、及び方法に関する。 The present invention relates to a wire rope inspection apparatus and method used for inspection of a wire rope.
現在、ワイヤロープは、様々な分野で使用されている。このワイヤロープは、消耗品であり、ワイヤロープの切断は、大きな事故の原因になることが多い。そのため、ワイヤロープに関する保守点検を高精度に行うことが非常に重要となっている。ワイヤロープ検査装置は、作業員がその保守点検作業を容易に行えるように支援する装置である。 Currently, wire ropes are used in various fields. This wire rope is a consumable item, and the cutting of the wire rope often causes a serious accident. For this reason, it is very important to conduct maintenance and inspection on the wire rope with high accuracy. The wire rope inspection device is a device that supports an operator so that the maintenance inspection work can be easily performed.
ワイヤロープ検査装置のなかには、ワイヤロープの磁化により、ワイヤロープから漏洩する漏洩磁束の測定結果を用いて断線箇所を検出するものがある(例えば、特許文献1、及び非特許文献1参照)。この従来技術は、断線箇所で漏洩磁束が局所的に大きくなる性質を利用したものである。
Some wire rope inspection devices detect a broken wire location by using a measurement result of leakage magnetic flux leaking from the wire rope based on the magnetization of the wire rope (see, for example,
特許文献1に記載されたような従来技術においては、漏洩磁束の測定結果を用いた断線箇所の検出は、磁束を検出するセンサから出力される電圧信号のピーク点を抽出し、抽出したピーク点とその周辺の信号の変化に着目して行われている。しかし、保守点検作業の低コスト化等のために、非接触で磁束を検出できるセンサを用いることが必要となる。
In the prior art as described in
非接触で漏洩磁束を測定する場合、センサは、S/N比(signal-to-noise ratio)の低い信号を出力する。そのため、センサからの出力信号のピーク点を抽出して断線箇所を検出する従来の方法では、ピーク点の抽出自体が困難となる。それにより、この従来の方法では、断線箇所の高精度な検出は、期待できない。 When measuring leakage magnetic flux in a non-contact manner, the sensor outputs a signal having a low signal-to-noise ratio. For this reason, in the conventional method of detecting the broken point by extracting the peak point of the output signal from the sensor, it is difficult to extract the peak point itself. As a result, this conventional method cannot be expected to detect a disconnection point with high accuracy.
また、非特許文献1に記載されたような従来の方法においては、センサの出力信号そのものではなく、出力信号の周波数特性に着目しており、センサが出力する信号に対してウェーブレット解析を行い、損傷部分を含まない白色雑音のみの範囲の信号から導出した周波数−強度空間上の2本の直線を閾値とすることで、断線箇所の検出を行っている。なお、2本の直線を閾値とすることは、周波数成分毎に閾値を設定することに相当する。
Further, in the conventional method described in
通常、ワイヤロープは、複数の素線を撚った構造のストランドを、更に複数、撚った構造である。そのような構造のため、ワイヤロープの表面上には、素線の撚り、及びストランドの撚りによる凹凸が存在する。 Usually, the wire rope has a structure in which a plurality of strands having a structure in which a plurality of strands are twisted are further twisted. Due to such a structure, the surface of the wire rope has irregularities due to strands of strands and strands.
ワイヤロープの構造に起因して生じている表面上の凹凸は、漏洩磁束を周期的に変化させる。漏洩磁束の周期的な変化は、周期的ノイズとなる。この周期的ノイズにより、周波数−強度空間上で閾値とする直線を求めることは、実際には困難となる。そのため、周波数−強度空間上の2本の直線を閾値とする従来の方法も、断線箇所の高精度な検出は、期待できない。 The irregularities on the surface caused by the structure of the wire rope periodically change the leakage magnetic flux. Periodic changes in leakage flux become periodic noise. Due to this periodic noise, it is actually difficult to obtain a straight line as a threshold value in the frequency-intensity space. For this reason, the conventional method using two straight lines in the frequency-intensity space as a threshold cannot be expected to detect a broken portion with high accuracy.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、ワイヤロープ上の断線箇所を非接触かつ高精度に検出可能なワイヤロープ検査装置、及び方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a wire rope inspection apparatus and method capable of detecting a disconnection point on a wire rope in a non-contact and highly accurate manner.
本発明に係るワイヤロープ検査装置は、ワイヤロープの検査に用いられることを前提とし、非接触でワイヤロープの全周を覆うような形状をしており、ワイヤロープを磁化させる磁化器と、非接触でワイヤロープの全周を覆うような形状をしており、ワイヤロープからの漏洩磁束の変化により出力電圧を変化させる磁気センサと、磁気センサからの出力電圧をサンプリングし、量子化することにより、漏洩磁束の測定結果を表すデジタル信号を出力するA/D変換器と、検査対象ワイヤロープを磁化器により磁化させた場合に、A/D変換器が出力するデジタル信号を用いて周波数解析を行い、時間ごとの周波数特性を導出する周波数解析装置と、磁化された学習用ワイヤロープからの漏洩磁束の測定結果により導出された時間ごとの周波数特性から生成された判定モデルを用いて、周波数解析装置が導出した時間ごとの周波数特性から検査対象ワイヤロープにおける断線箇所の有無を判定する断線判定装置と、を有する。 The wire rope inspection device according to the present invention is premised on being used for inspection of a wire rope, has a shape that covers the entire circumference of the wire rope in a non-contact manner, a magnetizer that magnetizes the wire rope, It has a shape that covers the entire circumference of the wire rope by contact, and by sampling and quantizing the output voltage from the magnetic sensor that changes the output voltage by changing the leakage magnetic flux from the wire rope A frequency analysis is performed using an A / D converter that outputs a digital signal representing the measurement result of leakage magnetic flux and a digital signal output from the A / D converter when the wire rope to be inspected is magnetized by a magnetizer. Frequency analyzer for deriving frequency characteristics by time and frequency by time derived from the measurement results of leakage flux from magnetized learning wire rope Using a decision model generated from sexual, having a disconnection determination unit determines the presence or absence of broken point in the inspection target wire rope from the frequency characteristic of each time-frequency analyzer is derived.
本発明によれば、ワイヤロープ上の断線箇所を非接触かつ高精度に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a disconnection point on a wire rope in a non-contact and highly accurate manner.
以下、本発明に係るワイヤロープ検査装置、及び方法の各実施の形態を、図を参照して説明する。 Hereinafter, each embodiment of the wire rope inspection apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置の構成例を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wire rope inspection apparatus according to
本実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置11は、図1に示すように、複数のワイヤロープに対応した装置である。図1では、3本のワイヤロープ1を示しているが、ワイヤロープ検査装置11が対応可能なワイヤロープ1の本数は特に限定しない。
The wire
このワイヤロープ検査装置11は、ワイヤロープ1を磁化させると断線箇所で漏洩磁束が大きくなるという特性を利用し、ワイヤロープ1で断線が発生していると推定される断線箇所を検出する。以降、特に断らない限り、断線箇所は推定される断線箇所を指す意味で用いる。
The wire
各ワイヤロープ1の漏洩磁束の測定には、測定モジュール12を用い、漏洩磁束の測定により測定モジュール12から出力されるアナログ信号のデジタル信号への変換には、A/D(Analog to Digital)変換器13を用いる。
測定モジュール12は、ワイヤロープ1の長手方向上、離隔して配置された2つの磁化器121、2つの磁化器121間に配置された磁気センサ群122、及び磁束の大気中への漏れを抑制するヨーク123を備えている。2つの磁化器121は、ワイヤロープ1毎に、ワイヤロープ1の全周を非接触で覆うようになっている。それにより、磁化器121は、ワイヤロープ1の全周に渡って均一な磁界を発生させ、各ワイヤロープ1を磁化する。この磁化器121としては、永久磁石、或いは電磁石を用いることができる。これらの磁石の形状は、環状、半環状のもの2つでワイヤロープ1を挟み込むように配置したもの、環状のものを複数に分割したような形状もの、複数のブロック状のものでワイヤロープ1の全周を取り囲むように配置したもの、などである。その形状は、結果的に、ワイヤロープ1の全周に渡って均一な磁界を発生させられるものであれば良い。
The
磁気センサ群122を構成する磁気センサは、それぞれ、1本のワイヤロープ1の漏洩磁束を測定、つまりその漏洩磁束をアナログ信号に変換して出力する。ワイヤロープ1の全周で漏洩磁束の測定感度が均一になるように、各磁気センサは、磁化器121と同様に、ワイヤロープ1の全周を非接触で覆う形状となっている。磁気センサとしては、コイル、ホール素子、各種MR(Magneto Resistive)素子などを用いることができる。これらの磁気センサの形状は、環状、半環状のもの2つでワイヤロープ1を挟み込むように配置したもの、環状のものを複数に分割したような形状もの、複数のブロック状のものでワイヤロープ1の全周を取り囲むように配置したもの、などである。本実施の形態1では、保守点検作業のコスト低減のために、各磁気センサは、非接触で漏洩磁束を測定する。
Each of the magnetic sensors constituting the magnetic sensor group 122 measures the leakage magnetic flux of one
ヨーク123は、磁束の外部への漏れを抑制する他に、2つの磁化器121、及び磁気センサ群122をワイヤロープ1の長手方向に一定区間離して固定するために用いられる構造物である。ヨーク123は、鉄、鋼などの部材を筒状、若しくは板状に加工して作製される。本実施の形態1では、このヨーク123を用いて、2つの磁化器121、及び磁気センサ群122を測定モジュール12としてまとめている。
The yoke 123 is a structure that is used to fix the two
図2は、本発明の実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置の適用例を説明する図である。ここで、本実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置の適用例について具体的に説明する。 FIG. 2 is a diagram for explaining an application example of the wire rope inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. Here, an application example of the wire rope inspection apparatus according to the first embodiment will be specifically described.
図2は、ロープ式のエレベータの概略構成例を示している。ロープ式のエレベータでは、図2に示すように、かご21と釣り合いおもり22をワイヤロープ1で結び、かご21を昇降させる際の負荷を軽減するようになっている。図2に示す構成例では、そらせ車24を介してワイヤロープ1を綱車23にかけ、更にそらせ車24を介して綱車23にかけることにより、ワイヤロープ1を2度、綱車23に巻き付けるフルラップ方式が採用されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration example of a rope type elevator. In the rope type elevator, as shown in FIG. 2, the
断線箇所を特定するためには、測定モジュール12とワイヤロープ1との間の位置関係を変更しつつ、漏洩磁束の検出を行わなければならない。図2に示すようなロープ式のエレベータでは、かご21の上昇、及び下降は、綱車23を介してのワイヤロープ1の巻き上げ、及び巻き下げにより行われる。その巻き上げ時、及び巻き下げ時、ワイヤロープ1はその長手方向上、移動する。このため、固定した測定モジュール12であっても、ワイヤロープ1の大部分の漏洩磁束の測定を行うことができる。
In order to specify the disconnection location, it is necessary to detect the leakage magnetic flux while changing the positional relationship between the
測定モジュール12の設置場所としては、図2に示す場所25、及び26、つまり綱車23とそらせ車24との間が考えられる。その理由は、これらの場所25、及び26では、綱車23とそらせ車24とによってワイヤロープ1が支持された形となり、ワイヤロープ1の径方向上の位置変動がより小さくなるからである。このことから、ワイヤロープ1と磁化器121との接触、及びワイヤロープ1と磁気センサとの接触は、共に回避できるか、或いは最小限に抑えられる。それにより、磁化器121、及び磁気センサはより長く使用できるようになる。
As the installation location of the
図3は、測定モジュールの設置例を説明する図である。図3(a)は、場所25に測定モジュール12を設置した場合の図2に示す矢印B方向の視点での例、図3(b)は、場所26に測定モジュール12を設置した場合の図2に示す矢印A方向の視点での例を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating an installation example of the measurement module. FIG. 3A is an example in the direction of the arrow B shown in FIG. 2 when the
図3(a)、及び図3(b)に示すように、場所25、及び26により、ワイヤロープ1の本数は異なる。上側に位置する場所25でのワイヤロープ1の本数は、下側に位置する場所26でのワイヤロープ1の本数の2倍となっている。これは、ワイヤロープ1を2度、綱車23に巻き付けるフルラップ方式が採用されているためである。場所26では、ワイヤロープ1の本数が少ないだけでなく、ワイヤロープ1間の間隔もより広くなることから、測定モジュール12の設置場所としては場所26のほうが好ましい。場所26への設置により、測定モジュール12の製造コストはより抑えることが期待できる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the number of
図2に示すエレベータでは、図3(a)及び図3(b)に示すように、設置場所によってワイヤロープ1の本数、隣接するワイヤロープ1間の間隔が異なる。そのため、測定モジュール12は、設置場所を想定して作製する必要がある。このことから、図1に示す測定モジュール12は一例であり、図2に示すエレベータを想定したものではない。
In the elevator shown in FIG. 2, as shown in FIGS. 3A and 3B, the number of
測定モジュール12は、比較的に重い構造物である。そのため、測定モジュール12を動かすには比較的に大きい動力が必要である。ワイヤロープ1自体を長手方向上に移動させるエレベータのような施設は、測定モジュール12を動かさなくとも良いことから、本実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置を適用するのに好ましい。なお、適用可能な施設、構造物は、エレベータに限定されない。
The
図1の説明に戻る。A/D変換器13は、磁気センサ群122を構成する磁気センサ毎から入力されるアナログ信号をサンプリングし、サンプル値を量子化することにより、入力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。サンプリング周期は、想定する測定モジュール12とワイヤロープ1との間の相対的な移動速度を考慮して、量子化の分解能は、断線箇所での漏洩磁束の局所的な増大を考慮してそれぞれ設定されている。
Returning to the description of FIG. The A /
例えば、測定モジュール12を動かさずに固定する場合、検出したい最小の断線箇所のワイヤロープ1の長手方向の幅をw、ワイヤロープ1の巻き上げ速度もしくは巻き下げ速度をvとした場合、サンプリング周期tは、t≦w/(10×v)、の関係を満たすことを目安とする。また、断線箇所で想定される漏洩磁束の局所的な上昇分をΔEとした場合、量子化の分解能rは、r≦ΔE/10、の関係を満たすことを目安とする。
For example, when the
ワイヤロープ検査装置11は、図1に示すように、測定モジュール12とA/D変換器13以外に周波数解析装置111、断線判定装置112、及びデータ蓄積装置113を備えている。周波数解析装置111、断線判定装置112、及びデータ蓄積装置113は、1台以上の情報処理装置により実現されたもの、つまり情報処理装置に搭載されたCPU(Central Processing Unit)等の処理デバイスに、専用のプログラムを実行させることにより実現されたものである。
As shown in FIG. 1, the wire
周波数解析装置111は、A/D変換器13から出力されるデジタル信号から周波数特性の時間的変化、つまり時間ごとの周波数特性を導出するものである。周波数特性の時間的変化の導出には、ウェーブレット変換、短時間フーリエ変換、多重解像度解析などを使用することができる。ここでは、ウェーブレット変換を用いて周波数特性の時間的変化を抽出するものと想定する。
The frequency analysis device 111 derives a temporal change in frequency characteristics from the digital signal output from the A /
周波数特性の時間的変化の導出は、かご21の移動時、つまりかご21の上昇時、或いは下降時に行うことを前提としている。このことから、時間的変化は、測定モジュール12とワイヤロープ1との間の位置関係の変化に相当する。
It is assumed that the derivation of the temporal change in the frequency characteristic is performed when the
かご21の移動速度は、常に一定であるとは限らない。サンプリング周期tは、移動速度vによって変化させる必要がある。このことから、ワイヤロープ検査装置11は、かご21の移動を制御する制御盤から直接、或いは間接的に、移動速度vに係わる情報を取得し、周波数解析装置111、断線判定装置112、及びデータ蓄積装置113を制御するようになっている。この制御により、断線と判定した箇所が測定モジュール12を通過した時間と、断線と判定した箇所のワイヤロープ1の長手方向の位置との対応関係を特定することができる。
The moving speed of the
ここで図4〜図8を参照し、A/D変換器13から出力されるデジタル信号、及びそのデジタル信号を用いたウェーブレット変換、つまり時間周波数解析により抽出される周波数特性について具体的に説明する。A/D変換器13が出力するデジタル信号は、以降「磁束測定値」とも表記する。
Here, with reference to FIGS. 4 to 8, the digital signal output from the A /
図4は、非接触式の測定モジュール12で断線箇所を有するワイヤロープの漏洩磁束を測定した場合などに、A/D変換器から出力されるS/N比の低いデジタル信号の時間変化例を説明する図である。図5は、接触式の測定モジュール12で断線箇所を有するワイヤロープの漏洩磁束を測定した場合などに、A/D変換器から出力されるS/N比の高いデジタル信号の時間変化例を説明する図である。図4、及び図5ともに、横軸に時間、縦軸にデジタル電圧信号、つまり磁束測定値をとっている。
FIG. 4 shows a time change example of a digital signal having a low S / N ratio output from the A / D converter when the leakage magnetic flux of the wire rope having a broken portion is measured by the
非接触式の測定モジュール12を用いた場合、磁気センサが出力するアナログ信号はS/N比の低い信号である。しかし、S/N比の低い信号であっても、ワイヤロープ1を構成するストランド、そのストランドを構成する素線等の凹凸は、アナログ信号に周期的な変化を生じさせる。
When the non-contact
断線箇所からの漏洩磁束は、ワイヤロープ1上の凹凸による周期的に現れる漏洩磁束と異なりインパルス状に現れる。そのため、図4および図5に示すように、その断線箇所での磁束測定値波形は周期的ノイズとは異なる周期性を持つ。
Unlike the leakage magnetic flux that appears periodically due to the unevenness on the
図6は、断線箇所の漏洩磁束を検出した場合に、ウェーブレット変換により得られる周波数特性例を説明する図である。図6(a)では、時間、周波数、振幅の3次元座標で周波数特性例を示し、図6(b)では、図6(a)の振幅を濃淡もしくは色で表現することにより画像で周波数特性例を示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of frequency characteristics obtained by wavelet transform when leakage magnetic flux at a disconnection point is detected. FIG. 6A shows an example of frequency characteristics using three-dimensional coordinates of time, frequency, and amplitude, and FIG. 6B shows frequency characteristics of an image by expressing the amplitude of FIG. 6A in shades or colors. An example is shown.
ウェーブレット変換は、周波数的な分解能に加え、時間的な分解能を備える。このため、ウェーブレット変換により得られた周波数特性は、図6(a)及び図6(b)に示すように周波数特性の時間的変化を表すことができる。時間軸上の位置での周波数成分、つまり振幅値の表現は、ワイヤロープ1上の断線箇所を位置的に特定できることを意味する。
The wavelet transform has temporal resolution in addition to frequency resolution. For this reason, the frequency characteristics obtained by the wavelet transform can represent temporal changes in the frequency characteristics as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). The expression of the frequency component at the position on the time axis, that is, the amplitude value, means that the disconnection location on the
理想的なインパルス状に変化する磁束測定値は、あらゆる周波数成分の振幅が均一になる。このことから、図6(a)および図6(b)に示すように、断線箇所の漏洩磁束が測定された時間、即ち領域62での周波数特性は、あらゆる周波数成分の振幅が均一に近い状態となる。図7は、この領域62での周波数成分の例を周波数、振幅の2次元座標で示している。
In the magnetic flux measurement value changing in an ideal impulse shape, the amplitudes of all frequency components are uniform. From this, as shown in FIG. 6A and FIG. 6B, the time when the leakage magnetic flux at the disconnection point is measured, that is, the frequency characteristic in the
一方、断線箇所の漏洩磁束を測定していない領域61では、特定の周波数、及びその付近の周波数でのみ、振幅が大きくなっている。これは、ワイヤロープ1上の凹凸が発生させる周期的なノイズによるものである。図8は、この領域61での周波数特性の例を周波数、振幅の2次元座標で示している。図8に示すように、ワイヤロープ1上の凹凸が発生させる周期的なノイズは、特定の周波数でピークを形成させている。
On the other hand, in the
周波数解析装置111は、予め定められたサンプリング数に納まる時間範囲内の磁束測定値群を用いてウェーブレット変換を行い、その変換結果、つまり時間領域の情報を含む周波数成分を表す情報を断線判定装置112に出力する。断線判定装置112は、周波数解析装置111から入力したウェーブレット変換の変換結果を用いて、ワイヤロープ1のウェーブレット変換に用いた磁束測定値群に対応する時間範囲内での断線箇所の有無の判定を時間ごとに、つまりA/D変換器13による時間領域上のサンプリング点ごと、もしくは、周波数解析装置111でデジタル信号をA/D変換器13のサンプリング時間よりも短い時間間隔で補間した場合の補間点ごとに行う。それにより、断線判定装置112は、周波数解析装置111が1回の時間周波数解析を行う毎に、時間領域上の分解能、例えば上記サンプリング周期tに依存する回数の断線箇所の有無の判定を行う。
The frequency analysis device 111 performs wavelet transform using a group of magnetic flux measurement values within a time range that falls within a predetermined number of samplings, and the conversion result, that is, information indicating a frequency component including time domain information is a disconnection determination device. To 112. The disconnection determination device 112 uses the wavelet transform conversion result input from the frequency analysis device 111 to determine whether or not there is a disconnection point within the time range corresponding to the magnetic flux measurement value group used for the wavelet transform of the
断線判定装置112は、断線箇所の有無の判定用に構築されたモデルを用いて、断線箇所の有無を判定する。各周波数成分、つまり周波数別の振幅値は、そのモデルの入力として用いられる。そのモデルは以降「断線判定モデル」と表記する。 The disconnection determination device 112 determines the presence / absence of a disconnection location using a model constructed for the determination of the presence / absence of a disconnection location. Each frequency component, that is, an amplitude value for each frequency, is used as an input of the model. The model is hereinafter referred to as “disconnection determination model”.
この断線判定モデルは、ワイヤロープの種類別に構築されており、ワイヤロープ1の検査の場合、ワイヤロープ1用の断線判定モデルが用いられる。ワイヤロープ1用の断線判定モデルは、同じ測定モジュール12、同じA/D変換器13、同じ周波数解析装置111を用いてワイヤロープ1から得られるウェーブレット変換の変換結果を学習用データとして構築されたものである。同じA/D変換器13とは、量子化の分解能rが同じであり、且つサンプリング周期tが実質的に同じであるA/D変換器のことである。望ましいサンプリング周期tは、測定モジュール12とワイヤロープ1との間の相対的な移動速度vによって変化する。
This disconnection determination model is constructed for each type of wire rope, and in the case of inspection of the
学習用データを得るための学習用のワイヤロープ1としては、断線箇所が無い第1のワイヤロープを複数本、断線箇所が有る第2のワイヤロープを複数本、用いる。断線箇所が有る学習用のワイヤロープにおいて、様々な種類の断線状態が含まれていることが望ましい。例えば、断線が局部的に集中している場合の断線本数が異なる複数本のワイヤロープ、及びロープの山部・谷部/外側・内側などの断線位置が異なる複数本のワイヤロープをそれぞれ学習に使用できると良い。断線箇所が無い学習用のワイヤロープにおいても様々な状態のものが含まれていることが望ましい。例えば、ロープのうねり具合や扁平具合、ロープ径のばらつき具合が異なるワイヤロープを学習に複数本、使用できると良い。これらのワイヤロープ1の漏洩磁束の測定をそれぞれ行って得られるウェーブレット変換の変換結果を用いた機械学習により、断線判定モデルを構築、つまりその断線判定モデルに用いられるパラメータの最適化を行う。ウェーブレット変換の変換結果は、学習用データとして保存され、他のワイヤロープ検査装置11での学習に用いられる。断線判定モデルは、例えば断線判定装置112に多層のニューラルネットワークを断線判定モデルとして実装させることにより、ディープラーニングを用いて断線判定装置112上に生成することができる。
As the
上記のように、断線箇所の漏洩磁束はインパルス状の波形となる。フーリエ変換による周波数解析は、その周波数解析に用いた時間範囲内の磁束測定値を対象に行われる。そのため、フーリエ変換による周波数解析では、断線箇所の漏洩磁束による周波数成分は、その時間範囲内に拡散された形となり、周波数成分からの断線箇所の有無の判定は困難となる。このことから、本実施の形態1では、ウェーブレット変換を用いた時間周波数解析を採用している。時間周波数解析により、時間ごとの周波数特性を抽出できることから、断線箇所の漏洩磁束による周波数特性の時間領域上での拡散は回避、或いは抑制され、各時間の周波数特性からの断線箇所の有無の判定を高精度に行える。 As described above, the leakage magnetic flux at the disconnection portion has an impulse waveform. The frequency analysis by Fourier transform is performed on the magnetic flux measurement values in the time range used for the frequency analysis. Therefore, in the frequency analysis by Fourier transform, the frequency component due to the leakage magnetic flux at the disconnection portion is diffused within the time range, and it is difficult to determine the presence or absence of the disconnection portion from the frequency component. For this reason, the first embodiment employs time frequency analysis using wavelet transform. Since the frequency characteristics for each time can be extracted by time-frequency analysis, diffusion of the frequency characteristics in the time domain due to the leakage magnetic flux at the disconnection location is avoided or suppressed, and the presence / absence of the disconnection location from the frequency characteristics at each time is determined. Can be performed with high accuracy.
また、本実施の形態1では、時間周波数解析の結果を断線判定装置112上の断線判定モデルの入力としている。断線判定モデルは、上記のように、実際にワイヤロープ1の漏洩磁束を測定することにより得られる周波数解析結果を用いた機械学習により生成される。そのため、ワイヤロープ1の凹凸による周期的なノイズの判定への影響は排除されるか、或いは大幅に抑制される。このことからも、ワイヤロープ1上の断線箇所を高精度に検出することができる。従って、ワイヤロープ1の漏洩磁束を測定結果として測定モジュール12の磁気センサから出力されるアナログ信号のS/N比が低くとも、ワイヤロープ1上の断線箇所を高精度に検出することができる。
In the first embodiment, the result of the time frequency analysis is used as the input of the disconnection determination model on the disconnection determination device 112. As described above, the disconnection determination model is generated by machine learning using the frequency analysis result obtained by actually measuring the leakage magnetic flux of the
データ蓄積装置113は、断線判定装置112からデータとして出力される断線箇所の判定結果を保存する。保存場所は、例えばハードディスクドライブ、光ディスク、半導体記憶装置、データ保存用の情報処理装置、などである。半導体記憶装置としては、USB(Universal Serial Bus)メモリ、SD(Secure Digital)カードなどを挙げることができる。光ディスクとしては、DVD−RAM(Digital Versatile Disk Random Access Memory)、DVD−RW(ReWritable)などを挙げることができる。以降、断線判定装置112から出力される断線箇所の判定結果を表すデータは「断線検査データ」と表記する。なお、データ蓄積装置113と共に、或いはデータ蓄積装置113に代えて、データを他の情報処理装置に送信するための通信装置を設けても良い。 The data storage device 113 stores the determination result of the disconnection location output as data from the disconnection determination device 112. The storage location is, for example, a hard disk drive, an optical disk, a semiconductor storage device, an information processing device for data storage, and the like. Examples of the semiconductor storage device include a USB (Universal Serial Bus) memory, an SD (Secure Digital) card, and the like. Examples of the optical disk include a DVD-RAM (Digital Versatile Disk Random Access Memory) and a DVD-RW (ReWritable). Hereinafter, the data indicating the determination result of the disconnection location output from the disconnection determination device 112 is referred to as “disconnection inspection data”. Note that a communication device for transmitting data to another information processing device may be provided together with or instead of the data storage device 113.
断線検査データは、例えば磁束測定値、及びウェーブレット変換の変換結果と共にデータ蓄積装置113に保存される。これは、磁束測定値の変化、周波数成分の時間変化等も作業員が視認できるようにするためである。 The disconnection inspection data is stored in the data storage device 113 together with, for example, the magnetic flux measurement value and the wavelet transform result. This is to enable the operator to visually recognize changes in the magnetic flux measurement values, changes in the frequency components over time, and the like.
図9は、本発明の実施の形態1に係るワイヤロープ検査装置にワイヤロープの断線箇所を判定させる場合の全体的な処理の流れを説明するフローチャートである。次に図9を参照し、その全体的な処理の流れについて具体的に説明する。この全体的な処理の流れにより、本発明の実施の形態1に係るワイヤロープ検査方法が実現される。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the overall processing flow when the wire rope inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention is to determine the broken portion of the wire rope. Next, the overall processing flow will be described in detail with reference to FIG. With this overall processing flow, the wire rope inspection method according to the first embodiment of the present invention is realized.
先ず、ステップS1では、断線判定装置112上に断線判定モデルを生成する。この断線判定モデルの生成は、上記のように、断線箇所の無い複数本のワイヤロープ1、及び断線箇所の有る複数本のワイヤロープ1からそれぞれ得られるウェーブレット変換の変換結果を用いた学習により行われる。ウェーブレット変換の変換結果は、学習用のワイヤロープ1を実際に磁化し、漏洩磁束を測定し、その測定結果を用いた周波数解析によりリアルタイムに得ても良いが、データ蓄積装置113等にデータとして保存し、そのデータを読み出すことで得ても良い。
First, in step S <b> 1, a disconnection determination model is generated on the disconnection determination device 112. As described above, the generation of the disconnection determination model is performed by learning using a plurality of
ステップS2〜S5は、ステップS1で生成された断線判定モデルを用いて実際に検査対象とするワイヤロープ1の断線箇所を検出する場合に実行される処理である。ここでは、断線判定装置112の他に、測定モジュール12の磁気センサ群122を構成する各磁気センサ、A/D変換器13、及び周波数解析装置111がそれぞれ実行する処理を含めて基本的な流れを示している。なお、検査対象とするワイヤロープ1の断線箇所、つまり断線部の検出を行っている間、磁化器121はワイヤロープ1の磁化を常に行っている状態である。
Steps S <b> 2 to S <b> 5 are processes that are executed when the disconnection location of the
ステップS2では、各磁気センサで、検出された漏洩磁束に応じた電圧のアナログ信号を出力することにより、検出された漏洩磁束を電圧に変換する。ステップS3では、A/D変換器13により、各磁気センサが出力するアナログ信号をサンプリング周期tでサンプリングし、サンプル値を分解能rで量子化し、量子化結果を示すデジタル信号、つまり磁束測定値を出力する。
In step S2, each magnetic sensor outputs an analog signal having a voltage corresponding to the detected leakage magnetic flux, thereby converting the detected leakage magnetic flux into a voltage. In step S3, the analog signal output from each magnetic sensor is sampled by the A /
ステップS4では、周波数解析装置111は、予め定めたサンプリング数が納まる時間範囲内の磁束測定値群を用いたウェーブレット変換を行い、周波数特性の時間的変化を抽出する。ステップS5では、断線判定装置112は、周波数解析装置111が抽出した周波数特性の時間的変化、つまり時間ごとの周波数特性を断線判定モデルの入力として、断線箇所、つまり断線部であるかどうかの判定を行い、断線部を検出する。この断線部の検出をもって、基本的な処理の流れが終了する。 In step S4, the frequency analysis device 111 performs wavelet transform using a magnetic flux measurement value group within a time range in which a predetermined number of samplings are accommodated, and extracts a temporal change in frequency characteristics. In step S5, the disconnection determination device 112 determines whether or not it is a disconnection portion, that is, a disconnection portion, using the temporal change of the frequency characteristic extracted by the frequency analysis device 111, that is, the frequency characteristic for each time as an input of the disconnection determination model. To detect the disconnection. The detection of this disconnection part completes the basic processing flow.
各磁気センサにて測定した漏洩磁束の電圧への変換、A/D変換器13によるデジタル化は、通電されている間、継続して行われる。通電されている間、磁化器121によるワイヤロープ1の磁化も継続して行われる。周波数解析装置111による時間周波数解析は、必要な数の磁束測定値が得られる都度行っても良いし、ワイヤロープ1の検査すべき範囲全ての磁束測定値を得られた後に分割して行っても良い。断線判定装置112による断線部の有無の判定は、1回の時間周波数解析で得られる時間ごとの周波数特性のセット単位でまとめて行っても良いし、ワイヤロープ1の検査すべき範囲全ての時間ごとの周波数特性が得られた後に一括で行っても良い。
Conversion of the leakage magnetic flux measured by each magnetic sensor into a voltage and digitization by the A /
実施の形態2.
上記実施の形態1では、断線判定装置112は多層のニューラルネットワークである断線判定モデルを用いて断線箇所の有無、つまり断線箇所の検出を行っている。これに対し、本実施の形態2は、断線判定モデルとして、周波数特性のマスクパターンを用いている。以降、上記実施の形態1で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態1から異なる部分にのみ着目して説明を行う。
In the first embodiment, the disconnection determination device 112 detects the presence or absence of a disconnection location, that is, the detection of the disconnection location, using a disconnection determination model that is a multilayer neural network. In contrast, the second embodiment uses a mask pattern of frequency characteristics as a disconnection determination model. In the following description, the reference numerals used in the first embodiment are used as they are, and only the portions different from the first embodiment are noted.
図10は、本発明の実施の形態2に係るワイヤロープ検査装置で断線判定モデルとして用いるマスクパターンの例を説明する図である。ここでは、横軸に周波数、縦軸に振幅をとった2次元座標上でマスクパターン71の例を表している。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a mask pattern used as a disconnection determination model in the wire rope inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. Here, an example of the
図8に示すように、ワイヤロープ1の断線箇所のない部分では、ワイヤロープ1の凹凸による周期的ノイズの影響により特定の周波数でピークを形成する周波数特性となる。本実施の形態2では、このことに着目し、マスクパターン71を生成する。このようなマスクパターン71の生成も、パラメータの最適化に相当する。
As shown in FIG. 8, in the portion of the
このようなことから、図9に示すステップS1では、断線箇所の無い複数本のワイヤロープ1からそれぞれ得られるウェーブレット変換の変換結果を用いた学習により、断線判定装置112にマスクパターン71を生成させる。ステップS5では、断線判定装置112は、マスクパターン71と重なる周波数成分が有るか否かにより、或いは周波数成分が重なる度合い、例えば重なる面積の大きさにより、断線箇所の有無を判定する。
For this reason, in step S1 shown in FIG. 9, the disconnection determination device 112 is caused to generate a
非特許文献1に開示の従来技術では、周波数−強度空間上の2本の直線を閾値とすることで、断線箇所の検出を行うようにしている。インパルス状に現れる断線箇所の漏洩磁束は、あらゆる周波数成分の振幅が均一に近い状態となる。これは、断線箇所の有無による各周波数成分の変化量が比較的に小さいことを意味する。
In the prior art disclosed in
非特許文献1に開示の従来技術では、磁気センサを含むロープテスタをワイヤロープに押しつけることを前提としている。そのため、磁気センサから出力されるアナログ信号のS/N比は、非接触で漏洩磁束を検出させる磁気センサから出力されるアナログ信号よりも大きい。従って、非接触で漏洩磁束を測定する磁気センサを用いる場合、断線箇所の有無による各周波数成分の変化量は更に小さくなる。
The prior art disclosed in
直線を閾値とするのであれば、断線箇所の無い部分で図8に示すような周波数特性となる場合、特定の周波数に現れるピークを避けるように直線を決定することになる。そのため、断線箇所の周波数特性もすべての周波数の振幅が閾値となる直線以下になる可能性が高くなる。これは、ノイズが断線箇所の検出に大きく影響することを意味する。 If the straight line is used as a threshold value, the straight line is determined so as to avoid a peak appearing at a specific frequency when the frequency characteristic as shown in FIG. Therefore, there is a high possibility that the frequency characteristics of the disconnection location will be equal to or less than a straight line where the amplitudes of all frequencies are threshold values. This means that noise greatly affects the detection of the disconnection location.
一方、図10に示すようなマスクパターン71の場合、ワイヤロープ1の凹凸による周期的なノイズの影響の回避が可能になるだけでなく、より多くの周波数成分を断線箇所の検出に用いることが可能になる。例えば振幅の小さい周波数では、断線箇所の漏洩磁束により、振幅がより大きくなる。その振幅の小さい周波数も断線箇所の検出に影響を及ぼすようになる。このようなことから、非特許文献1に開示の従来技術と比較して、断線箇所の検出をより高精度に行うことができる。
On the other hand, in the case of the
実施の形態3.
上記実施の形態1では、断線判定装置112は多層のニューラルネットワークである断線判定モデルを用いて断線箇所の検出を行っている。これに対し、本実施の形態3は、断線判定モデルとして、ニューラルネットワークの一種である自己符号化器を用いている。以降、上記実施の形態1で用いた符号をそのまま用いて、その実施の形態1から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。
In the first embodiment, the disconnection determination device 112 detects a disconnection location using a disconnection determination model that is a multilayer neural network. On the other hand, the third embodiment uses a self-encoder, which is a kind of neural network, as the disconnection determination model. In the following description, the reference numerals used in the first embodiment are used as they are, and only the portions different from the first embodiment are noted.
自己符号化器は、断線判定装置112上に生成される。この自己符号化器の生成のための学習には、断線箇所の無い複数本のワイヤロープ1からそれぞれ得られるウェーブレット変換の変換結果を用いる。そのようにして生成した自己符号化器では、断線箇所の無い部分では入力と出力の差が一定範囲内に収まる。断線箇所の有る部分では、入力と出力の差はより大きくなる。このことから、閾値においては、断線箇所の有る複数本のワイヤロープ1からそれぞれ得られるウェーブレット変換の変換結果も用いて決定する。
The self-encoder is generated on the disconnection determination device 112. In the learning for generating the self-encoder, the conversion results of the wavelet transform respectively obtained from a plurality of
本実施の形態3では、上記のようなことがステップS1で行われる。ステップS5では、断線判定装置112は、入力と出力を比較し、その差の絶対値が閾値以上となっていた場合に、断線箇所が有ると判定する。 In the third embodiment, the above is performed in step S1. In step S5, the disconnection determination device 112 compares the input and the output, and determines that there is a disconnection portion when the absolute value of the difference is equal to or greater than a threshold value.
このような自己符号化器を断線判定モデルとして用いても、上記実施の形態2と同様に、より多くの周波数成分を有効に利用することができる。そのため、従来と比較して、断線箇所の検出をより高精度に行うことができる。 Even if such a self-encoder is used as a disconnection determination model, more frequency components can be used effectively as in the second embodiment. Therefore, the disconnection location can be detected with higher accuracy than in the past.
なお、本実施の形態1〜3では、周波数解析装置111はA/D変換器13から直接、デジタル信号である磁束測定値を入力しているが、磁束漏洩値はA/D変換器13から直接、入力しなくとも良い。つまり、周波数解析装置111は、磁束漏洩値を保存した記憶媒体から取得しても良く、或いはネットワークを介して磁束漏洩値を取得しても良い。このこともあり、周波数解析装置111および断線判定装置112は、測定モジュール12、及びA/D変換器13と同時に用いなくとも良い。
In the first to third embodiments, the frequency analyzer 111 directly inputs a magnetic flux measurement value that is a digital signal from the A /
1 ワイヤロープ、11 ワイヤロープ検査装置、12 測定モジュール、13 A/D変換器、71 マスクパターン、111 周波数解析装置、112 断線判定装置、113 データ蓄積装置、121 磁化器、122 磁気センサ群。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
非接触で前記ワイヤロープの全周を覆うような形状をしており、前記ワイヤロープを磁化させる磁化器と、
非接触で前記ワイヤロープの全周を覆うような形状をしており、前記ワイヤロープからの漏洩磁束の変化により出力電圧を変化させる磁気センサと、
前記磁気センサからの出力電圧をサンプリングし、量子化することにより、前記磁気センサによる前記漏洩磁束の測定結果を表すデジタル信号を出力するA/D変換器と、
検査対象ワイヤロープを前記磁化器により磁化させた場合に、前記A/D変換器が出力するデジタル信号を用いて周波数解析を行い、時間ごとの周波数特性を導出する周波数解析装置と、
磁化された学習用ワイヤロープからの前記漏洩磁束の測定結果により導出された時間ごとの周波数特性から生成された判定モデルを用いて、前記周波数解析装置が導出した前記時間ごとの周波数特性から前記検査対象ワイヤロープにおける断線箇所の有無を判定する断線判定装置と、
を有するワイヤロープ検査装置。 A wire rope inspection device used for inspection of a wire rope,
A shape that covers the entire circumference of the wire rope in a non-contact manner, and a magnetizer that magnetizes the wire rope;
It has a shape that covers the entire circumference of the wire rope in a non-contact manner, and a magnetic sensor that changes an output voltage by a change in leakage magnetic flux from the wire rope;
An A / D converter that outputs a digital signal representing the measurement result of the leakage magnetic flux by the magnetic sensor by sampling and quantizing the output voltage from the magnetic sensor;
A frequency analysis device for performing frequency analysis using a digital signal output from the A / D converter and deriving frequency characteristics for each time when the wire rope to be inspected is magnetized by the magnetizer;
Using the determination model generated from the frequency characteristics for each time derived from the measurement result of the leakage magnetic flux from the magnetized learning wire rope, the inspection is performed from the frequency characteristics for each time derived by the frequency analyzer. A disconnection determination device for determining the presence or absence of a disconnection point in the target wire rope;
Wire rope inspection device having
請求項1に記載のワイヤロープ検査装置。 The disconnection determination device determines the presence or absence of the disconnection location for each position in the time domain by using the frequency characteristics for each time, and detects the disconnection location.
The wire rope inspection apparatus according to claim 1.
前記判定モデルは、前記第1のワイヤロープからの前記漏洩磁束の測定結果、及び第2のワイヤロープからの前記漏洩磁束の測定結果を用いてそれぞれ行われた前記周波数解析により得られる前記時間ごとの周波数特性を学習用データとする学習により生成されている、
請求項1または2に記載のワイヤロープ検査装置。 The learning wire rope is a first wire rope without the disconnection part and a second wire rope with the disconnection part,
The determination model includes the measurement results of the leakage magnetic flux from the first wire rope and the time analysis obtained by the frequency analysis performed using the measurement results of the leakage magnetic flux from the second wire rope. Generated by learning using the frequency characteristics of
The wire rope inspection apparatus according to claim 1 or 2.
前記判定モデルは、前記第1のワイヤロープからの前記漏洩磁束の測定結果を用いて行われた前記周波数解析により得られる前記時間ごとの周波数特性を学習用データとする学習により生成されている、
請求項1または2に記載のワイヤロープ検査装置。 The learning wire rope is a first wire rope without the disconnection portion,
The determination model is generated by learning using the frequency characteristics for each time obtained by the frequency analysis performed using the measurement result of the leakage magnetic flux from the first wire rope as learning data.
The wire rope inspection apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3または4に記載のワイヤロープ検査装置。 The determination model is a neural network.
The wire rope inspection apparatus according to claim 3 or 4.
請求項4に記載のワイヤロープ検査装置。 The determination model is a self-encoder.
The wire rope inspection apparatus according to claim 4.
請求項4に記載のワイヤロープ検査装置。 The determination model is a mask pattern obtained by setting an amplitude threshold for each frequency.
The wire rope inspection apparatus according to claim 4.
請求項1〜7の何れか1項に記載のワイヤロープ検査装置。 The magnetizer and the magnetic sensor are attached to the lower wire rope across the sheave and the deflector,
The wire rope inspection apparatus according to any one of claims 1 to 7.
磁化された学習用ワイヤロープからの漏洩磁束の測定結果を用いた周波数解析にて導出した時間ごとの周波数特性を学習用データとする学習により、断線箇所の判定用の判定モデルを生成するモデル生成ステップと、
磁化させた検査対象ワイヤロープからの漏洩磁束をアナログの電圧信号に変換する漏洩磁束観測ステップと、
前記アナログの電圧信号をデジタル信号に変換するA/D変換ステップと、
前記デジタル信号から前記時間ごとの周波数特性を導出する周波数解析ステップと、
前記判定モデルを用いて、前記周波数解析ステップで導出した前記時間ごとの周波数特性から前記検査対象ワイヤロープにおける前記断線箇所の有無を判定する断線判定ステップと、
を有するワイヤロープ検査方法。 A wire rope inspection method used for wire rope inspection,
Model generation that generates a determination model for determining the disconnection location by learning using frequency characteristics for each time derived by frequency analysis using the measurement result of leakage magnetic flux from magnetized learning wire rope as learning data Steps,
Leakage magnetic flux observation step for converting the magnetic flux leakage from the magnetized wire rope to be inspected into an analog voltage signal;
An A / D conversion step of converting the analog voltage signal into a digital signal;
A frequency analysis step for deriving a frequency characteristic for each time from the digital signal;
Using the determination model, a disconnection determination step of determining the presence or absence of the disconnection location in the inspection target wire rope from the frequency characteristics for each time derived in the frequency analysis step,
A wire rope inspection method.
請求項9に記載のワイヤロープ検査方法。 The determination of the presence or absence of the disconnection location is performed for each sampling point on the time domain of the frequency characteristics by using the frequency characteristics for each time.
The wire rope inspection method according to claim 9.
前記判定モデルは、前記第1のワイヤロープからの漏洩磁束の測定結果、及び第2のワイヤロープからの漏洩磁束の測定結果を用いてそれぞれ行われた前記周波数解析により得られる前記時間ごとの周波数特性を学習用データとする学習により生成されている、
請求項9または10に記載のワイヤロープ検査方法。 The learning wire rope is a first wire rope without the disconnection part and a second wire rope with the disconnection part,
The determination model includes the frequency for each time obtained by the frequency analysis performed using the measurement result of the leakage magnetic flux from the first wire rope and the measurement result of the leakage magnetic flux from the second wire rope. It is generated by learning using characteristics as learning data.
The wire rope inspection method according to claim 9 or 10.
前記判定モデルは、前記第1のワイヤロープからの漏洩磁束の測定結果を用いて行われた前記周波数解析により得られる前記時間ごとの周波数特性を学習用データとする学習により生成されている、
請求項9または10に記載のワイヤロープ検査方法。 The learning wire rope is a first wire rope without the disconnection portion,
The determination model is generated by learning using the frequency characteristics for each time obtained by the frequency analysis performed using the measurement result of the leakage magnetic flux from the first wire rope as learning data.
The wire rope inspection method according to claim 9 or 10.
請求項11または12に記載のワイヤロープ検査方法。 The determination model is a neural network.
The wire rope inspection method according to claim 11 or 12.
請求項12に記載のワイヤロープ検査方法。 The determination model is a self-encoder.
The wire rope inspection method according to claim 12.
請求項12に記載のワイヤロープ検査方法。 The determination model is a mask pattern obtained by setting an amplitude threshold for each frequency.
The wire rope inspection method according to claim 12.
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