JP5219650B2 - ワイヤロープ損傷検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤロープの素線断線や局部磨耗等を使用状態のままで検出する損傷検出器に関する。

ワイヤロープは建設機械、クレーン、ゴンドラリフト、エレベータ等の動索として汎用されている。
かかる動索にはシーブでの繰り返し曲げや引っ張り荷重によるワイヤロープ素線の疲労断線、シーブとの摩擦や素線同士の強擦による局部磨耗等の損傷が発生するため保安上、定期的に断線や磨耗の有無を検査する必要がある。
従来からこのような使用中のワイヤロープの損傷検査は目視点検により行われているが、多大な労力と時間がかかり、しかも内部断線については検出できないという重大な欠点があるので、近年内部断線の検出が可能な電磁探傷法が併用されつつある。

電磁探傷法にはいくつかの方式があるが、動索の局部損傷検出には一般的に磁束漏洩法が用いられている。
磁束漏洩法は、ワイヤロープを磁化する磁化器、磁束を検出する検出コイル、信号を処理する制御器などで構成され、磁化器に設けた永久磁石でワイヤロープを磁化してワイヤロープ長手方向に磁束を通し、ワイヤロープの移動とともに断線や局部磨耗部分に発生する漏洩磁束が検出コイルと鎖交することで生ずる検出コイルの電圧変化を検出し、検波、増幅等の信号処理を施して探傷信号とするものである。

クレーン等に使用されるワイヤロープは端末が巻き上げドラムに固定され、他方の端末には金具が取り付けられている。そのため、クレーン等動索の断線、磨耗検出装置にはワイヤロープへの脱着が容易にできるように、一対の半円筒状フレームにワイヤロープを磁化する永久磁石、ワイヤロープから漏れる磁束を検出する検出コイルを内蔵したものが開発されている。

測定は素線の断線や局部磨耗部分に発生する漏洩磁束が検出コイルと鎖交することで検出コイルに生じる電圧変化を検出しワイヤロープの損傷程度の判断が行われるが、ワイヤロープに不可避的に生ずる表面の凹凸によるノイズが損傷の程度を判定する上で大きく影響することから、検出コイルの一部をワイヤロープ表面から遠ざけるなどの対策が提案されている。

従来のワイヤワイヤロープ損傷検出器にあっては、一対の半円筒状フレームであるため検出コイルも半円筒状フレームに合わせ半円筒状に分割されており、測定する時は一対の半円筒状フレームを閉じ、検出コイルがワイヤロープ円周方向を覆い検出するが、分割された検出コイルの合わせ目部分で信号のＳ／Ｎ比が悪化する問題があった。

すなわち、ワイヤロープは撚られている為、ワイヤロープ長手方向で不可避的に表面に凹凸が現れ、検出コイルとワイヤロープ表面との距離の変化が磁束の変化として現れノイズの原因となっている。
このノイズが実際の断線や磨耗により漏洩した磁束の量に合算されＳ／Ｎ比を悪化させているため損傷程度の判断の障害になっている。
実開平０６−８７８６１号公報 特開昭５５−９４１５６号公報

本発明は、検出コイルの改善により、ワイヤロープ円周方向での測定箇所での測定むらをなくし、ワイヤロープ長手方向でのワイヤロープ表面凹凸のノイズ影響を緩和して高い精度で断線などを測定するとができるワイヤロープ損傷検出器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明は、走行するワイヤロープを磁化する励磁器と、ワイヤロープから漏れる磁束の電圧変化を検知するための検出コイルと、検出コイルの電圧変化を測定する測定器を備えた開閉自在な一対の半円筒状のワイヤロープ損傷検出器において、対をなす前記検出コイルがそれぞれ中央部に長手方向に走るスリットを有した薄層コイルからなり、薄層コイルはワイヤロープを囲むべく厚さ方向で円弧状をなすとともに、合わせ部を構成すべく長手方向両端部が直角状に折り曲げられ、その折曲げ部分に前記スリットの端部が存しており、薄層コイルは、２０〜１５０ミクロンの径を有する導電性の線状部材をトラック形状に複数回巻いて形成されている、ことを特徴とするワイヤロープ損傷検出器である。

上記のように構成されたワイヤロープ損傷検出器でワイヤロープを測定すると、検出コイルがワイヤロープ円周方向を覆い、検出コイルとワイヤロープ表面との距離が全周にわたって均一に一定に保たれ、ワイヤロープ全周を長方形状のスリットで覆うことができるので、半円筒状フレームを閉じた時のスリット合わせ目付近のＳ／Ｎ比が大幅に向上し、ワイヤロープ全周の漏洩磁束をムラなく均一に感度よく検出することができる。

第１の検出コイルと、第１の検出コイルを構成する積層コイルの巻き方向と逆方向に巻いた積層コイルで構成した第２の検出コイルを並列接続した検出コイルをワイヤロープ長手方向に配置している。

第１の検出コイルと第２の検出コイルを並列接続し、ワイヤロープ長手方向に並列に配置することで、ワイヤロープ長手方向でのワイヤロープ表面の凹凸による第１の検出コイルの拾うノイズ信号と第２の検出コイルの拾うノイズ信号が平坦化され、精度良くワイヤロープ損傷の程度を判断できるようになる。

第１の検出コイルは同一方向に巻いた二つの積層コイルを直列に接続して一つの検出コイルとし、第２のコイルは第１の検出コイルの積層コイルの巻き方向とは逆に巻いた二つの積層コイルを直列に接続している。積層コイルの二つ以上を直列に接続して第１の検出コイル、第２の検出コイルとすることもできる。

複数の積層コイルを直列に接続することで、ワイヤロープ直径に最適な検出コイルにでき、積層コイルの標準化が図られ、品質及び生産性が向上し、ワイヤロープ損傷検出器のコストも低減できる。

以下、本発明のワイヤロープ損傷検出器の実施の形態について図を参照して説明する。
図１と図２は本発明にかかるワイヤロープ損傷検出器の一実施例を示しており、蝶番１で連結され、開閉自在な一対の半円筒状フレーム２の両端にワイヤロープを磁化するための磁石２１と、検出コイルを取り付けるステンレスケース３と、ステンレスケース内部に配置された検出コイル４から構成されている。

半円筒状フレーム２内の磁石２１はワイヤロープを取り囲むように配置され、両端の磁石２１はヨークにより接続されている。ステンレスケース３はボルトナット６により半円筒状フレーム２に取り付けられている。

検出コイル４は、図２(ａ)のように、横断方向において対をなし、樹脂製の接着剤でステンレスケース３の対を成す内側ステンレスケース３２に貼り付けられる。
前記検出コイル４は、開閉自在な一対の半円筒状フレーム２に対応して横断方向では、図２(ａ)のように対をなしている。また、縦断方向では第１の検出コイル４Ａと第２の検出コイル４Ｂをワイヤロープ長手方向に並列に配置して構成されている。

第１の検出コイル４Ａと第２の検出コイル４Ｂは、それぞれ中央部に長手方向に走るスリット８を有しており、ワイヤロープを囲むごとく内側ステンレスケース３２の形状に即した厚さ方向で円弧部４０に成形されるとともに合わせ部を構成すべく長手方向両端部が直角状に折り曲げられ、その折曲げ部分４１，４１に前記スリット８の端部が存し、これにより長方形状のスリット８がワイヤロープの全周を覆うようになっている。スリット８の端部が円弧部４０に存したり、折り曲げ部４１，４１の始端にあってはならない。

折り曲げ部４１，４１は図２(ａ)のように対の検出コイルの合わせ目を構成しており、左右の対のスリット端部同士が対面している。すなわち、半円筒状フレーム２を閉じたときの左右の半円筒状フレーム２内の検出コイル４，４の合わせ目が略線接触となり、ワイヤロープ円周方向全周が長方形状のスリットで覆われるようになる。

詳細に説明すると、図３と図４は、検出コイル４の第１の検出コイル４Ａと第２の検出コイル４Ｂの素材と加工による形状変化を示しており、まず、それらコイルは、パンケーキ状の薄層コイル7からなっており、巻き始め取り出しS、巻き終わり取り出しEのリード線を有している。
一般にセンサコイルの巻き数がN回であれば、得られる電圧は巻き数Nに比例する。コイルの表面で、巻き数Nが有効なエリアは、図３に示すコイル中央の細長い隙間（スリット）部８となる。
図３においてコイル（巻き数N）の中央部の白で示す隙間（スリット部８）を磁束が通過する場合、検出電圧はコイルの巻き数Nに比例する。一方、スリット部以外の部分、例えばスリットの端部とコイルの端縁の在る点を磁束が通過する場合、その点よりも外側のコイルの巻き数が電圧の比例係数となるため、その係数に比例して検出電圧が低下する。

そして、前記スリット部８の感度を一定に維持して効果を高め、この部分がワイヤロープ周囲に均一に接近させられるよう直角状に折り曲げ加工しやすくするために薄く扁平状にする。すなわち、コイル7の銅線の径を２０〜１５０ミクロンと細くし、コイルの厚さも０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとする。銅線の径を１５０ミクロン以上にするとコイルの厚さが厚くなり、折り曲げた場合曲部が円形になり、隙間が大きくなる。２０ミクロン以下だと積層コイルの成型が困難になる。
好適な例を挙げると、銅線径５０ミクロン、巻き数３００回、長さ２６ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。

図３においては薄層コイル７を適度の間隔をあけて２枚並べ、全体を絶縁用の合成樹脂１０で被覆している。加工の容易性から樹脂は熱硬化樹脂が望ましく、内側ステンレスケース３２に精度良く貼り付けるため被覆の厚さは極力薄くする。
そして、円弧加工及び端部曲げ加工を行い、図４に示すように円弧部４０と左右の折り曲げ部４１，４１を得る。この時に、折り曲げ部４１，４１は、始点４２がスリット８の円弧状の端縁８０よりもできるだけ離れた位置で、しかも円弧部４０に対して直角状であることが好ましい。始点４２は言い換えると合わせ目であり、曲げアールがゼロに近いことがわかる。

本発明は図４の検出コイルを２枚対に使用し、図２(ａ)のように円弧部４０，４０でロープＷの周囲を囲い、折り曲げ部４１，４１を対面させるのである。
組み立て作業上は、検出コイル４はワイヤロープを囲むように接着剤で内側ステンレスケース３２に密着させ、その内側ステンレスケース３２と外側ステンレスケースを溶接部で溶接一体化し、ステンレスケース３を構成する。

対の検出コイルの合わせ目が曲率を有している場合には、１８０対称位置で円弧部の端が円弧部よりも大きな曲率でスカート状に広がる。この結果、検出コイルの断面はあたかもＵＦＯの図形に似た楕円状となる。このため、ワイヤロープとの間隔が円周上で部分的に不均一となり、１８０度対称位置の広がった部分では、ワイヤロープとの間に隙間が形成されることになる。
この結果、ワイヤロープ表面と長方形のスリットの距離が変化し、ワイヤロープ表面に長方形のスリットが臨まず、スリット端末部がワイヤロープ表面に面して存在することになり、正確なスリットを通過する磁束が減少し正確な電圧を得ることができず、ノイズの原因になる。

本発明においては、折り曲げ部４１，４１の始点である合わせ目４２が円弧部４０に対して直角状であり、曲げアール略ゼロであるから、合わせ目４２，４２が円弧の一部を形成し、ほぼ真円状の通路となる。これによって、Ｎ回巻きが有効になるセンサコイルのスリット８をワイヤロープ周囲に均一に配置でき、ワイヤロープの周囲における素線断線の検出感度が均一になる。

なお、配線について説明すると、銅線は、巻き始め取り出しS、巻き終わり取り出しEのリード線があり、複数の薄層コイルを直列接続して検出コイルにする場合は、一番目の薄層コイルの巻き終わり取り出しEを二番目の薄層コイルの巻き始め取り出しSに接続すればよい。検出コイルを複数の薄層コイルで構成する場合はこれを繰り返えせばよい。

図５は検出コイル４を構成する薄層コイル７を接続する配線を示している。この例では二つの薄層コイルが直列接続され第一コイルとし、第１の検出コイルと第２の検出コイルを並列接続して検出コイルを形成している。
この配線方法の採用により信号のノイズ成分を低く抑えることが可能である。
図５では、同一方向に巻いた薄層コイルを複数直列接続して第１の検出コイル４Ａとし、第１の検出コイル４Ａを構成する薄層コイルの巻き方向と逆方向に巻いた薄層コイルを複数直列接続して第２の検出コイル４Ｂとしている。
このように縦方向に並ぶコイルの巻き方向を揃え、横方向に並ぶコイルは逆方向に接続することにより，ワイヤロープの撚りに伴う表面凹凸から拾われるノイズ信号を平坦化することが可能となる。

本発明の探傷器は、従来ものと同じように蝶番１で連結されている開閉自在の半割りの半円筒状フレーム２、２を開き、この状態でワイヤロープＷを跨ぐようにして中心部に位置させて閉じることによりセットされる。
ワイヤロープの損傷程度を診断するための測定系は図６のごとくであり、シーブ１３１を走行するワイヤロープＷとワイヤロープの診断箇所を記録するロータリーエンコーダ１３２と、素線断線による漏洩磁束を捕捉する損傷検出器Ａとロータリーエンコーダ１３２と損傷検出器Ａからの電気信号を制御する制御器１３３と、測定データを表示する波形表示器１３４からなる。損傷検出器Ａのリードは制御器１３３に接続される。

上記測定系を用い、本発明の図１、２による探傷器Ａで実際に断線検出を行い、Ｓ／Ｎ比を検討した。
本実施例に使用した薄層コイルは、直径は０．００５ｍｍの銅線をトラック形状に３００回巻いたもので、サイズは厚さ１ｍｍ、幅７ｍｍ、長さ２６ｍｍである。薄層コイル中央に位置するスリット８は厚さ１ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ１９ｍｍの長方形状のスリットで、端末は半円形状となっている。検出コイル４は図２（ａ）のように２個の前記薄層コイルを直列接続して第１の検出コイルとし、第１の検出コイル４Ａと第２の検出コイル４Ｂを並列接続している。

調査対象のワイヤロープは、構造がＩＷＲＣ６×Ｆｉ（２９）、直径が３０．０ｍｍ、ワイヤロープピッチ１８６ｍｍであり、ワイヤロープが損傷検出器を通過する速度は３０ｍ／ｍｉｎである。
図７（ａ）はワイヤロープＷの素線１本の切断位置を示し、符号ｂは断線箇所を示している。（ｂ）は断線箇所ｂが検出コイルの円弧中央部を通過することを示す。（ｃ）は断線箇所ｂが損傷検出器の検出コイルの合わせ目付近を通過することを示している。
比較のため、図８のように太い銅線を使用してコイル厚さを４ｍｍと厚く製作した。この場合、折り曲げ部は直角状には加工不可能で、円弧部の両端にこれよりも大きな曲率で広がる加工しかできなかった。この従来型の検出コイルに本発明と同じように断線箇所ｂを位置させて探傷してみた。

図９（ａ）は本発明の探傷器の検出コイルの円弧中央部に断線箇所ｂを通過したときの測定値をグラフ表示したもので、Ｓ／Ｎ比は５．４、（ｂ）は同じく検出コイルの合わせ目付近を通過したときの測定値をグラフ表示したもので、Ｓ／Ｎ比は５．２である。
図１０（ａ）は従来型の探傷器の検出コイルの円弧中央部に断線箇所ｂを通過したときの測定値をグラフ表示したもので、Ｓ／Ｎ比は２．０、（ｂ）は探傷器の検出コイルの合わせ目付近を通過したときの測定値をグラフ表示したもので、Ｓ／Ｎ比は１．０である。

上記図９と図１０から明らかなように、本発明の探傷器は断線通過位置による検出電圧の偏りがなく，信号対ノイズ比が約２．５倍向上している。これは、検出コイルがワイヤロープ円周方向を覆い、検出コイルとワイヤロープ表面との距離が全周にわたって均一に一定に保たれ、ワイヤロープ全周を長方形状のスリットで覆うことができることによることは明らかである。

図１１は本発明の薄層コイル７の応用例を示しており、中央部に長手方向に走るスリットを有し、薄層コイルはワイヤロープを囲むべく厚さ方向で円弧状をなすとともに、合わせ部を構成すべく長手方向両端部が曲げアール略ゼロで直角状に折り曲げられ、その折曲げ部分に前記スリットの端部が存している第１の検出コイル４Ａおよび第２の検出コイル４Ｂを、共に４個の薄層コイルで構成したものである。
第１実施例の薄層コイルを標準コイルとして使用し、測定するワイヤロープ直径が太くなれば薄層コイルの数を増し、９０度ごとあるいは１２０度ごとに折り曲げ部を加工すれば良い。

本発明によるワイヤロープの損傷検出器の第１実施例を示す半断面図である。 （ａ）は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 （ａ）は検出コイルを構成する薄層コイルを樹脂で一体化した状態の正面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）は図３のコイル素体を成型加工した状態の部分切欠正面図、（ｂ）は断面図である。 第１の検出コイルと第２の検出コイルを並列接続した配線図である。 実施例に示すワイヤロープ断線探傷器の測定系を示す説明図である。 （ａ）はワイヤロープ素線断線位置を示す側面図、（ｂ）（ｃ）は探傷器のコイルに対するワイヤロープ断線箇所通過位置を示す横断面図である。 比較例の探傷器のコイルに対するワイヤロープ断線箇所通過位置を示す横断面図である。 本発明の探傷器の測定データを示す出力波形図である。 比較例の探傷器の測定データを示す出力波形図である。 本発明の検出コイル用薄層コイルの他の実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

２ 半円筒状フレーム
２１ 磁石
３ ステンレスケース
３２ 内側ステンレスケース
４ 検出コイル
４Ａ 第１の検出コイル
４Ｂ 第２の検出コイル
７ 薄層コイル
８ スリット
４０ 円弧部
４１ 折り曲げ部
４２ 合わせ目

Claims (3)

1. 走行するワイヤロープを磁化する励磁器と、ワイヤロープから漏れる磁束の電圧変化を検知するための検出コイルと、検出コイルの電圧変化を測定する測定器を備えた開閉自在な一対の半円筒状のワイヤロープ損傷検出器において、
   対をなす前記検出コイルがそれぞれ中央部に長手方向に走るスリットを有した薄層コイルからなり、薄層コイルはワイヤロープを囲むべく厚さ方向で円弧状をなすとともに、合わせ部を構成すべく長手方向両端部が直角状に折り曲げられ、その折曲げ部分に前記スリットの端部が存しており、
   薄層コイルは、２０〜１５０ミクロンの径を有する導電性の線状部材をトラック形状に複数回巻いて形成されている、ことを特徴とするワイヤロープ損傷検出器。
2. 第１の検出コイルと、第１の検出コイルを構成する薄層コイルの巻き方向と逆方向に巻いた薄層コイルで構成した第２の検出コイルを並列接続した検出コイルを並列状に配置した請求項１に記載のワイヤロープ損傷検出器。
3. 同一方向に巻いた薄層コイルを複数直列接続して第１の検出コイルとし、第１の検出コイルを構成する薄層コイルの巻き方向と逆方向に巻いた薄層コイルを複数直列接続して第２の検出コイルとした請求項１に記載のワイヤロープ損傷検出器。
   

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