JP7109247B2 - ワイヤロープ検査装置、及び方法 - Google Patents

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。

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。

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。

特許第５１７８４７１号公報

兼田、川田、林、徳井、「ウェーブレット解析によるエレベータワイヤロープの損傷検出」、計測自動制御学会論文集、Vol.34、No.10、1466/1471（1998）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 測定モジュールの設置例を説明する図である。 非接触式の測定モジュールを用いて断線箇所を有するワイヤロープの漏洩磁束を検出した場合に、Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の時間変化例を説明する図である。 接触式の測定モジュールを用いて断線箇所を有するワイヤロープの漏洩磁束を検出した場合に、Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の時間変化例を説明する図である。 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。 時間、周波数の２次元座標の領域での周波数特性の例を周波数、振幅の２次元座標で説明する図である。 時間、周波数の２次元座標の他の領域での周波数特性の例を周波数、振幅の２次元座標で説明する図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (5)

1. 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であって、
   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、
   を有し、
   前記学習用ワイヤロープは、前記断線箇所の無い第１のワイヤロープであり、
   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おり、
   前記判定モデルは、周波数別に振幅の閾値を設定することにより得られるマスクパターンである、
   ワイヤロープ検査装置。
2. 前記断線判定装置は、前記時間ごとの周波数特性を用いることにより、時間領域上の位置別に、前記断線箇所の有無を判定し、該断線箇所の検出を行う、
   請求項１に記載のワイヤロープ検査装置。
3. 前記磁化器および前記磁気センサは、綱車とそらせ車の間を渡る下側のワイヤロープに取り付けられている、
   請求項１または２に記載のワイヤロープ検査装置。
4. ワイヤロープの検査に用いられるワイヤロープ検査方法であって、
   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、
   を有し、
   前記学習用ワイヤロープは、前記断線箇所の無い第１のワイヤロープであり、
   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おり、
   前記判定モデルは、周波数別に振幅の閾値を設定することにより得られるマスクパターンである、
   ワイヤロープ検査方法。
5. 前記断線箇所の有無の判定は、前記時間ごとの周波数特性を用いることにより、前記周波数特性の時間領域上のサンプリング点ごとに行う、
   請求項４に記載のワイヤロープ検査方法。

Images