JP6660490B2 - ワイヤロープの損傷検出方法 - Google Patents

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Description

この発明はワイヤロープの損傷検出方法,ワイヤロープの損傷検出に用いられる信号処理装置および損傷検出装置に関する。
ワイヤロープを漏洩磁束法を用いて検査する検査装置が知られている(特許文献1)。
特開2002−5896号公報
漏洩磁束法では,ワイヤロープが検査装置の磁石を用いて長手方向に磁化され,ワイヤロープの損傷部位から漏洩する磁束が検知される。ここで,ワイヤロープのような細長い磁性体は,加工時またはその後の地磁気の影響によって磁化され,ワイヤロープの両端部に磁極が元々形成されていることがある。このため,検査装置が備える磁石の磁力が弱いと,ワイヤロープの両端部の磁極の影響によって検査範囲のワイヤロープの磁化方向(磁軸)が揃わず,結果的に検査装置の出力信号,特に検査範囲の両端部分の出力信号が安定しない(S/N比が悪化する)ことがある。強力な磁力を持つ磁石を用いることで検査範囲の磁化方向をある程度揃えることはできるが,強力な磁力を持つ磁石は重く,検査装置が持ち運びにくくなる。
この発明はワイヤロープの検査範囲の磁化方向を揃えることを目的とする。
この発明はまた,ワイヤロープの損傷検出装置から出力される信号のS/N比を向上させることを目的とする。
この発明はさらに,ワイヤロープを全周にわたって均等に磁化し,かつ検査時におけるワイヤロープの損傷を防止することを目的とする。
この発明によるワイヤロープの損傷検出方法は,ワイヤロープの長手方向の一部を全周にわたって包囲するように設けられる可搬型の損傷検出装置であって,上記ワイヤロープを長手方向に磁化する磁化手段,および上記磁化手段によって磁化される検査範囲のワイヤロープの断面積変化を検知するサーチコイルを備える可搬型の損傷検出装置を用いるワイヤロープの損傷検出方法であって,上記ワイヤロープの所定長の検査範囲にわたって上記損傷検出装置を上記ワイヤロープ上で所定回数往復移動し,上記損傷検出装置を所定回数往復移動させた後に,上記サーチコイルから出力される信号を記録することを特徴とする。
この発明によると,損傷検出装置を用いたワイヤロープの検査に先立ち,上記損傷検出装置がワイヤロープの所定長の検査範囲にわたって所定回数往復移動され,これによってワイヤロープの検査範囲における磁化方向(磁軸)を整列させることができる。検査範囲において上記損傷検出装置を往復移動させることで,往路におけるサーチコイルからの出力信号と,復路におけるサーチコイルからの出力信号とに大きな乖離が生じなくなり,検査範囲における磁化方向(磁軸)を揃えることができ,検査精度の向上が実現される。
好ましくは,上記ワイヤロープの所定長の検査範囲の両端を上記損傷検出装置が超えるまで上記損傷検出装置を移動させる。検査範囲の全体の磁化方向を整列させることができる。
一実施態様では,上記損傷検出装置を少なくとも3回往復移動させる。安定した出力信号を得ることができる。
検査範囲の長さは任意に設定(調整)することができる。ワイヤロープが検査範囲よりも長い場合には,検査範囲をずらしていくことでワイヤロープをその全長にわたって検査することができる。検査範囲をずらすごとに,新たな検査範囲を検査するのに先立ち,上記損傷検出装置を新たな検査範囲にわたって往復移動させることで,ワイヤロープの全長を精度よく検査することができる。
この発明は,上述したワイヤロープの損傷検出に適する信号処理装置も提供する。この発明による信号処理装置は,ワイヤロープの長手方向の一部を全周にわたって包囲するように設けられ可搬型の損傷検出装置であって,上記ワイヤロープを長手方向に磁化する磁化手段,および上記磁化手段によって磁化される検査範囲のワイヤロープの断面積変化を検知するサーチコイルを備える可搬型の損傷検出装置の上記サーチコイルから出力される,上記ワイヤロープの断面積変化に応じた電圧信号の入力を受付ける電圧信号受付手段,上記電圧信号受付手段に受付けられた電圧信号を磁束信号に変換する変換手段,上記変換手段によって変換された磁束信号を平滑化し,平滑化磁束信号を算出する平滑化手段,ならびに上記磁束信号から上記平滑化磁束信号を減算する減算手段を備えている。
この発明は,上述した信号処理装置の制御に適する方法も提供する。この発明による信号処理方法は,ワイヤロープの長手方向の一部を全周にわたって包囲するように設けられ可搬型の損傷検出装置であって,上記ワイヤロープを長手方向に磁化する磁化手段,および上記磁化手段によって磁化される検査範囲のワイヤロープの断面積変化を検知するサーチコイルを備える可搬型の損傷検出装置の上記サーチコイルから出力される,上記ワイヤロープの断面積変化に応じた電圧信号の入力を電圧信号受付手段によって受付け,受付けた電圧信号を変換手段によって磁束信号に変換し,変換した磁束信号を平滑化手段によって平滑化した平滑化磁束信号を算出し,減算手段によって上記磁束信号から上記平滑化磁束信号を減算するものである。
加工時またはその後の地磁気の影響によってワイヤロープの両端部に元々磁極が形成されていると,検査範囲の特に両端部分における出力信号(電圧信号または磁束信号)に,ワイヤロープの両端部の磁極の影響が生じることがある。この発明によると,磁束信号を平滑化した平滑化磁束信号を上記磁束信号から減算することによって,検査範囲の両端部分における出力信号に含まれるワイヤロープの両端部の磁極の影響分をキャンセルまたは軽減することができる。出力信号のS/N比が向上するので,ワイヤロープの損傷の有無,程度および発生箇所をより正確に検出することができる。
上記平滑化手段にはたとえば移動平均法を用いることができる。移動平均法は,単純移動平均を用いても,重み付き移動平均を用いてもよい。もちろん,単純移動平均および重み付き移動平均の両方を用いることもできる。
この発明はまた,上述したワイヤロープの損傷検出に適する移動機構を備える可搬型の損傷検出装置も提供する。この発明による移動機構を備える可搬型の損傷検出装置は,ワイヤロープが通される上記ワイヤロープの直径よりも大きい直径の円柱状の内部空間を有するものであって,上記ワイヤロープを長手方向に磁化する環状に配置された磁化手段,および上記磁化手段によって磁化される検査範囲のワイヤロープの断面積変化を検知する環状に設けられたサーチコイルを備える可搬型の損傷検出装置と,上記可搬型損傷検出装置の両端部のそれぞれに等角度間隔に取り付けられ,両端部のそれぞれにおいてワイヤロープをその周囲の4方向から支持する回転可能な支持ローラを含む移動機構を備え,上記可搬型の損傷検出装置の両端部のそれぞれの上記支持ローラが,上記ワイヤロープの断面中心と上記内部空間の断面中心とを一致させるように取り付けられている。
ワイヤロープが可搬型の損傷検出装置の内部空間の中心を通るので,ワイヤロープと環状に配置された磁化手段との間の距離が全周にわたって等しいものとなり,ワイヤロープを全周にわたって均等に磁化することができる。また,損傷検出装置の内部空間の内周面にワイヤロープが接触しないので,ワイヤロープと損傷検出装置との接触に起因する損傷も生じない。可搬型損傷検出装置を,ワイヤロープの長手方向に沿ってスムーズに移動させることができる。
可搬型ワイヤロープ損傷検出装置の正面図である。 図1のII−II線に沿う可搬型ワイヤロープ損傷検出装置の側面図である。 磁化検出器の内部構造を概略的に示す断面図である。 永久磁石の配列を示す。 磁化検出器をワイヤロープの検査範囲において移動させている様子を示す。 磁化検出器を往復移動させたときの出力信号を示すグラフである。 信号処理装置の処理の流れを示すフローチャートである。 サーチコイルから出力される電圧波形を示す。 磁束量の波形を示す。 単純移動平均後の磁束量の波形を示す。 多項式適合重み付け移動平均後の磁束量の波形を示す。 補正後の磁束量の波形を示す。
図1は可搬型ワイヤロープ損傷検出装置の正面図である。図2は図1のII−II線に沿う可搬型ワイヤロープ損傷検出装置の側面図である。
可搬型ワイヤロープ損傷検出装置1は,磁化検出器10と,磁化検出器10をワイヤロープWに沿って移動させるための移動機構20とを備えている。
磁化検出器10は,円筒状のもので,ワイヤロープWが通る上記ワイヤロープWの直径よりも大きい直径を持つ円柱形の内部空間10Aを備えている。磁化検出器10は,前後方向(円筒軸方向)に間隔をあけて設けられた2つの蝶番17において連結された開閉自在の一対の半円筒体10L,10Rを備え,蝶番17を軸にして半円筒体10L,10Rを両側に開くことができる。2つの半円筒体10L,10RによってワイヤロープWを両側から挟む(包囲する)ことによって,ワイヤロープWに磁化検出器10が取り付けられる。以下,説明の便宜上,磁化検出器10の前後方向(円筒軸方向)の一方の端(図1における左端)を一端部と呼び,他方の端(図1における右端)を他端部と呼ぶ。
移動機構20は,半円筒体10L,10Rのそれぞれに取り付けられる一対の移動機構20L,20R(図2参照)を備えている。
移動機構20L,20Rは前後方向(図1参照)に対称につくられ,かつ左右方向(図2参照)にも対称につくられている。半円筒体10L,10Rのそれぞれの外面には,前後方向および周方向に間隔をあけて設けられ,外方に突出する4つの半円状のフィン15が固定されている。フィン15のそれぞれにねじ穴があけられており,前後方向に並ぶ1対のフィン15に前後方向にのびるバー23が取り付けられる。図2を参照して,可搬型ワイヤロープ損傷検出装置1を側方から見ると,4本のバー23が円筒状の磁化検出器10の周囲の四隅に相当する位置に取り付けられている。
側方から見て上下方向に並ぶ2本のバー23の両端のそれぞれに,扇状のプレート21L,21Rが固定されている。扇状プレート21L,21Rのそれぞれの外面には,回転可能な支持ローラ25L,25Rが支持具を介して2つずつ間隔をあけて固定されている。一端部には4つの支持ローラ25L,25Rが側方から見て等角度間隔に設けられ,他端部においても4つの支持ローラ25L,25が側方から見て等角度間隔に設けられている。一端部および他端部のそれぞれに4つずつ設けられる支持ローラ25L,25Rの内接円はワイヤロープWの直径と同径であり,かつ支持ローラ25L,25Rの内接円はワイヤロープWの円形の横断面と同心円である。
磁化検出器10の内部空間10Aを通るワイヤロープWがその周囲の4方向から支持される。上述のように,一端部および他端部のそれぞれに4つずつ設けられる支持ローラ25L,25Rは,その内接円がワイヤロープWの直径と同径であり,かつ支持ローラ25L,25Rの内接円がワイヤロープWの円形の横断面と同心円となるように設けられる。すなわち,可搬型ワイヤロープ損傷検出装置1の一端部および他端部のそれぞれにおいて,4つの支持ローラ25L,25Rによって,ワイヤロープWの断面中心と内部空間10Aの断面中心とが一致するようにワイヤロープWが支持され,これによって磁化検出器10の内部空間10Aの中心にワイヤロープWが位置する。後述するように,磁化検出器10はその内部に環状に並べられた複数の永久磁石を備える。ワイヤロープWが磁化検出器10の内部空間10Aの中心を通るので,ワイヤロープWと環状に並べられる永久磁石との間の距離が全周にわたって等しいものとなり,ワイヤロープWを全周にわたって均等に磁化することができる。また,磁化検出器10の内部空間10Aの内周面にワイヤロープWが接触しないので,ワイヤロープWと磁化検出器10との接触に起因する損傷も生じない。磁化検出器10をワイヤロープWの長手方向に沿ってスムーズに移動させることができる。
支持ローラ25L,25Rの支持具には直径の異なる支持ローラ25L,25Rを着脱自在に取り付けることができる。小さい径のワイヤロープWを検査する場合には直径の大きな支持ローラ25L,25Rが,大きな径のワイヤロープWを検査する場合には直径の小さな支持ローラ25L,25Rが取り付けられる。磁化検出器10の内部空間10Aの断面直径よりも小さい直径を持つワイヤロープWであれば,異なる直径を有するワイヤロープWであっても磁化検出器10を取り付けることができ,内部空間10Aの中心にワイヤロープWを位置させることができる。
図1を参照して,他端がわ(図1において右側)に設けられたプレート21Rの外面に支持具が固定されており,支持具の先端にローラ51が取り付けられている。ローラ51はワイヤロープWの表面に接しており,ワイヤロープWに沿って磁化検出器10を移動させるとローラ51は回転する。ローラ51の回転軸にロータリエンコーダ52が固定されており,このロータリエンコーダ52によって磁化検出器10の移動距離(磁化検出器10の位置)が計測される。
図3は磁化検出器10の内部構造を概略的に示す縦断面図である。図4は図3のIV-IV線に沿う横断面図を概略的に示すものであり,磁化検出器10に設けられた永久磁石の配列を示している。
磁化検出器10は,その一端がわ(図3において左側)および他端がわ(図3において右側)のそれぞれに,環状に等間隔に18個並ぶ永久磁石11,12が2列ずつ設けられている。一端がわの永久磁石11は,いずれもS極が磁化検出器10の中心を向き,N極が外方を向くように配置されている。他側がわの永久磁石12は,いずれもN極が磁化検出器10の中心を向き,S極が外方を向くように配置されている。上述したように,磁化検出器10は一対の半円筒体10L,10Rから構成されているので,環状に18個並ぶ永久磁石11,12のうちの9個が一方の半円筒体10Lに設けられ,残りの9個が他方の半円筒体10Rに設けられる。永久磁石11,12の数は任意に調整することができる。また永久磁石11と12とはヨーク(図示略)によって接続してもよい。
磁化検出器10の前後方向の中央部分に環状のサーチコイル13が設けられている。一つのサーチコイル13を設けてもよいし,前後方向に間隔をあけて2つの環状のサーチコイル13を並べて設け,これらを差動接続するようにしてもよい。サーチコイル13はその両端のそれぞれに設けられるコネクタ(図示略)を接続することによって環状にされる。ワイヤロープWに磁化検出器10を取り付けるときにはコネクタの両端接続が外される。
永久磁石11,12から発生する磁束はワイヤロープWを通る磁気ループを形成し,これによってワイヤロープWは磁化される。ワイヤロープWにおいてたとえば劣化が進行し,損傷が蓄積すると,損傷部分(摩耗部分,腐食部分など)においてワイヤロープの断面積変化(減少)(ロープ直径の減少)が発現する。ここで磁化されたワイヤロープWを通る磁束はワイヤロープWの断面積に比例するので,損傷部分ではワイヤロープWを通る磁束の変化が発現する。磁化(飽和磁化)されたワイヤロープWの損傷部分に磁化検出器10が通されると,サーチコイル13と鎖交する磁束の変化によってサーチコイル13に起電力が生じ,これがサーチコイル13の出力信号中にピークとなって表れる。サーチコイル13の出力信号に基づいて,ワイヤロープWの断面積変化,すなわちワイヤロープWに生じている損傷部分を検知することができる。
ここで,ワイヤロープWといった細長い磁性体は,加工時およびその後の地磁気の影響を受けて長手方向に磁化され,ワイヤロープWの両端部に元々磁極が形成されていることがある。また,磁化検出器10(永久磁石11,12)を一度だけワイヤロープW上を移動させるだけでは,ワイヤロープWの磁化方向(磁軸)を揃えるのが難しいことがある。
図5はワイヤロープWの所定長さの検査範囲において磁化検出器10を往復移動させている様子を概略的に示している。磁化検出器10には信号ケーブルを介して信号処理装置90が接続され,サーチコイル13からの出力信号およびロータリエンコーダ52からの出力信号は信号ケーブルを介して信号処理装置90に与えられる。後述するように,検査範囲の全体の磁化方向を揃えるために,検査範囲の両端を磁化検出器10が超えるまで磁化検出器10を移動させるのが好ましい。
図6は,磁化検出器10を所定長さの検査範囲にわたって連続して8回移動させた(4回往復移動させた)ときに磁化検出器10から出力される出力信号を示すグラフである。図6には,約4mの長さの検査範囲にわたって磁化検出器10を4回往復移動させたときの磁化検出器10の出力信号が示されている。図6のグラフにおいて,横軸は距離(磁化検出器10の位置)を,縦軸は出力信号(磁束(Wb))をそれぞれ示している。
図6を参照して,磁化検出器10を検査範囲にわたって往復移動させたときの出力信号は,最初のうちは変動が大きく(往路と復路の乖離が大きく),ワイヤロープWの磁化力が弱いことが分かる。往復移動を繰り返すにつれて変動が小さく(往路と復路の乖離が小さく)なり,磁化力も強くなる。6回目の移動(復路),7回目の移動(往路)および8回目の移動(復路)に至ると,出力信号の変動はほとんどなくなる。
すなわち,磁化検出器10をワイヤロープWの所定の検査範囲にわたって複数回往復移動させることで,その検査範囲における磁化方向(磁軸)が揃い,出力信号を安定させることができる。
磁化検出器10を往復させる回数は磁化検出器10が備える永久磁石11,12の磁力にも依存する。強力な磁力を持つ永久磁石を用いればより少ない移動回数で出力信号を安定させることができる。しかしながら,強力な磁力を持つ磁石は一般に重量が大きく,磁化検出器10の可搬性を阻害する。磁化検出器10の可搬性を考慮すれば,磁化検出器10を検査範囲にわたって3回往復移動させることで安定した出力信号に達することができる,そのような永久磁石11,12を用いるのが適切である。
図7は磁化検出器10から出力される信号を処理する信号処理装置90の動作を示すフローチャートである。
はじめにワイヤロープWの検査すべき範囲が決められ,その検査範囲にわたって磁化検出器10を少なくとも3回往復移動させる。上述のように,検査範囲における磁化方向が揃う。磁化検出器10をはじめに往復移動させているときにサーチコイル13から出力される信号は記録されない(たとえば破棄される)。
磁化検出器10の往復移動を終えた後に,検査範囲の検査が開始される(出力信号の記録が開始される)。磁化検出器10を,ワイヤロープWに沿って,検査範囲の一端から他端まで移動させる。サーチコイル13およびロータリエンコーダ52からの出力信号が信号処理装置90に与えられ,信号処理装置90が備えるメモリに記録される(ステップ61)。
図8のグラフは,磁化検出器10を所定の検査範囲にわたって一往復させたときのサーチコイル13の出力信号(電圧値)の変化を表す波形を示している。
上述したように,ワイヤロープWに損傷が存在すると,断面積変化に起因する磁束の変化が生じ,サーチコイル13に起電力が生じる。図8のグラフには,磁化検出器10(サーチコイル13)を検査範囲の一端から他端に移動させたとき(往路)にサーチコイル13に発生した電圧の変化を示す波形と,磁化検出器10を検査範囲の他端から一端に移動させたとき(復路)にサーチコイル13に発生した電圧の変化を示す波形の両方が示されている。往路と復路とではサーチコイル13に発生する電圧の極性が反転するので,グラフ上にはおおよそ上下対称の波形が表れる。
ワイヤロープWは複数本の素線を撚り合わせたストランドをさらに撚り合わせてつくられているので,ワイヤロープWの表面にはらせん状の凹凸がある。磁束変化はワイヤロープWの表面の凹凸からも生じ,したがってワイヤロープWの損傷のない部分であっても電圧変化は検知される。
ワイヤロープWに損傷が存在する場合,サーチコイル13からの出力信号中にピーク値(突出した電圧値)が表れる。損傷の程度が大きいとワイヤロープの断面積変化量(磁束の変化量)も大きくなるので,ピーク値も大きくなる。
サーチコイル13から出力信号(電圧値)(図8のグラフ)を用いてワイヤロープWに存在する損傷の有無,程度および部位を判断することも可能であるが,サーチコイル13からの出力信号は磁化検出器10の移動速度に応じて値が変化する。
図7に戻って,磁化検出器10の移動速度をキャンセルするために,信号処理装置90はサーチコイル13から出力信号(電圧値)を時間積分し,磁束(磁束量)に変換する処理を実行する(ステップ62)。
図9は,図8に示す電圧値の変化を時間積分した磁束量の変化を示している。グラフの縦軸は磁束(Wb)(磁束の変化)を示している。
図9に示す波形の左右の両端81,82が大きく立ち上がっていることが分かる。これは,上述したように,加工時およびその後の地磁気の影響を受けてワイヤロープWが長手方向に磁化されており,ワイヤロープWの両端部に磁極が形成されている場合に表れる。すなわち,図9に示す波形の左右の両端81,82の立ち上がりは,ワイヤロープWに損傷が存在することによって検出された磁束を表すものではなく,ワイヤロープWの両端部に磁極が形成されている場合に表れる,いわばノイズ信号である。
図9に示す波形の左右の両端81,82を除く範囲に4つのピーク71a,71b,71c,71dが観察される。これらのピーク71a〜71dがワイヤロープWに損傷が存在することによって波形中に現れたものである。損傷の程度が大きければ大きいほどこれらのピークは大きくなる。
図9に示す磁束量の波形を利用して,たとえば閾値を用いて損傷の有無およびその程度を判断しようとすると,左右の両端81,82の立ち上がりも損傷部位と判断されてしまう可能性がある。そこで,信号処理装置90では以下に示す補正処理が行われる。
図7に戻って,はじめに単純移動平均処理が行われる(ステップ63)。移動平均を算出する区間は,1msごとにサンプリングが行われているとすると,たとえば10ms程度の区間とされる。図10は図9に示す磁束量の波形に対し単純移動平均処理を行うことによって平滑化した波形を示している。
次に,移動平均波形に近似する波形の多項式が算出され,多項式適合重み付き移動平均処理が行われる(ステップ64)。これも平滑化のための処理である。たとえば最小二乗法を用いて7次の近似式の係数が算出される。図11は,図10に示す単純平均移動処理後の波形に対し,7次の多項式適合重み付き移動平均処理を行うことによって平滑化した波形を示している。
最後に元の磁束量の波形(図9)から平滑化後の磁束量の波形(図11)が減算され,これによって磁束量の波形が補正される(ステップ65)。図12は補正処理後の磁束量の波形を示している。
補正処理後の磁束量の波形は,両端の大きな立ち上がりが元の磁束量の波形(図9)に比べてかなり小さくなっていることが分かる。
必要であれば,上述した補正処理,すなわち単純移動平均処理,多項式適合重み付き移動平均処理および減算処理が繰り返される(ステップ66でYES)。2回目以降の減算処理において減算されるのは,前回の処理で算出された補正処理後の磁束量の波形とされる。補正処理を繰り返すことによって両端部分の立ち上がりをさらに小さくすることができる。
補正後の磁束量の波形は,両端のノイズ(大きな立ち上がりの波形部分)が除去され,ワイヤロープWに存在する損傷部位とピーク値とが対応する。すなわち,上述した補正処理によって磁束量の波形(出力信号)のS/N比が向上し,ワイヤロープWの損傷の有無,程度およびその発生箇所をより正確に検出することができる。閾値を用いた損傷の有無,程度および発生箇所の判断を行うのに都合がよい信号を取得することができる。
1 可搬型ワイヤロープ損傷検出装置
10 磁化検出器
10A 内部空間
10R,10L 半円筒体
11,12 永久磁石
13 サーチコイル
20,20L,20R 移動機構
25L,25R 支持ローラ
52 ロータリエンコーダ
90 信号処理装置

Claims (3)

  1. ワイヤロープの長手方向の一部を全周にわたって包囲するように設けられ,上記ワイヤロープを長手方向に磁化する磁化手段,および上記磁化手段によって磁化される検査範囲のワイヤロープの断面積変化を検知する,上記ワイヤロープの長手方向の一部を全周にわたって包囲する環状のサーチコイルを備える可搬型の損傷検出装置を用いたワイヤロープの損傷検出方法であって,
    上記ワイヤロープの所定長の検査範囲にわたって上記損傷検出装置を上記ワイヤロープ上で所定回数往復移動することによって上記検査範囲における磁化方向を揃え,
    磁化方向を揃えた後に,上記サーチコイルから出力される信号を記録する,
    ワイヤロープの損傷検出方法。
  2. 上記ワイヤロープの所定長の検査範囲の両端を上記損傷検出装置が超えるまで上記損傷検出装置を移動させる,
    請求項1に記載のワイヤロープの損傷検出方法。
  3. 上記損傷検出装置を少なくとも3回往復移動させる,
    請求項1に記載のワイヤロープの損傷検出方法。
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