JPS5831536B2 - 鋼索等の疲れ試験における素線破断自動検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼索等の疲れ試験における素線の破断検知を
自動的に行うための方法に関する。

従来、複数本の素線で構成されたワイヤロープや平行線
ストランドの疲れ試験における素線の破断検知方法とし
ては、目視により断線箇所を検知する方法か、あるいは
素線の断線時の音を聞いて検知する方法が採用されてい
た。

ところが、上記目視による検知方法ではワイヤロープ内
部の素線の破断の有無を観察することができないととも
に、破断時における荷重繰り返し回数が明確に判らない
欠点があった。

一方、音を聞き取る方法では、人が常に被試験材の傍に
付いていなければならず、また外部の雑音と破断音とが
判別できないことがある等の欠点があった。

かかる欠点を排除することを目的として、鋼索等の疲れ
試験において、被試験材に生ずる加速度の変化により素
線の破断を検知するようにした素線破断検知方法および
これを具現化するための装置が、特開昭５２−４８３８
５号によりすでに提案されている。

この技術は、疲れ試験機のチャック部と連動するように
加速度計を設け、素線が破断したときのチャックの急激
な加速度変化を加速度計で検知して電気信号に変換し、
この信号を増幅器で増幅した後、過渡現象遅延器のしき
い値と比較するもので、もし、しきい値より大きい場合
には、この信号を一定時間保持してペン書きオシログラ
フで記録できるようにし、信号がしきい値より小さい場
合には記録されないようにしたものである。

一方、ペン書きオシログラフの記録紙は常に一定速度で
送られているため、試験開始から破断信号が記録された
位置までの記録紙上の長さを測定することにより、各破
断時の荷重の繰り返し回数がわかるわけである。

このように、先の提案技術は簡単な機構で自動的に素線
の破断の有無、破断回数ならびに荷重の繰り返し回数を
検知する手段を提供しようとするものであり、かかる技
術分野における断線検知方法としては優れたものではあ
る。

しかしながら、この技術は、実用上必ずしも満足が行く
ものであるとは云い難い。

すなわち、ワイヤロープは、多数の素線を撚り合せて製
作されたものであるから、一本の素線を考えた場合、そ
れには引張、曲げ、捩り、圧縮等の多種類の力が作用し
ており、また素線ごとにその作用する力の大きさが異な
るわけであり、このため引張力が大きく働いている素線
が破断する場合であれば、衝撃振動も大きいので加速度
計でもよく検知できるが、引張力が小さいかまたは曲げ
、捩れモーメント等が主体である素線が破断する場合に
は、試験体の軸方向の衝撃振動がほとんどなく、従って
加速度計での断線検出は不可能となる。

さらに、ワイヤロープの引張り疲れ試験では、一般の疲
れ試験機を用いて試験体に引張力を付加できるように、
ワイヤロープの両端は撚り線をほぐしてソケット内に鋳
込んである。

したがって、ソケット内での素線は試験部の素線とは全
く異なる負荷条件になるため、もしソケット内で素線の
破断を生じた場合には、これは撚り線部の素線破断とは
区別して測定し、別々に評価する必要がある。

しかも、さらに加うるに、試験機自体からも多くの機械
的振動が発生するため、これらの振動により加速度計が
誤動作を起す場合があるので、その振動の発生源を正確
に検知し、記録測定を行わなければワイヤロープの実用
的な疲労強度は評価できない。

一方、別の文献（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｖａｌｕａｔ
ｉｏｎ。

Ｖｏｌ、 ３２ ｓ Ｊａｎ、 １９７４ Ｐ−１〜６
、 ｂｙＤ、０．Ｈａｒｒｉｓ。

Ｈ，Ｌ、Ｄｕｎｅｇａｎ ）によれば、ワイヤロープの
引張試験および疲れ試験時の音響放出（以下、ＡＥと呼
ぶ）測定を行なった結果、ＡＥの事象数と素線の破断本
数とが１対ｌの対応かえられたと報告されている。

この方法は、変換子をワイヤロープに取り付け、負荷を
加えたときに得られるＡＥ信号を増幅、検波して、ある
一定レベル以上のＡＥ事象数を数えるものである。

しかしながら、このような方法だけでは正確な素線破断
本数が得られない。

すなわち、ワイヤロープの疲れ試験では、ワイヤロープ
およびワイヤロープ以外から絶えずノイズが伝達されて
くるため、破断時のＡＥとノイズとの区別がつけにくい
のが実状である。

したがって、事象数とワイヤ破断との良い対応が得られ
ないという欠点がある。

また、この方法では、破断位置の測定が全く考慮されて
いないため、ワイヤロープの疲れ試験における断線検出
法としては不充分である。

これらの断線検知法の問題点については、本発明者らも
検討を行っており、先に、第１回アコースティック・エ
シツション総合コンファレンス（１９７７年１２月８８
．発表者戸田他）において、その詳細を述べている（発
表内容は、同コンファレンス講演概要集第２５〜３０頁
に掲載）。

すなわち、本発明者らは、ワイヤロープの引張疲れ試験
に際して、素線の断線を検出するため、同一試験体に加
速度計とＡＥ全センサー取り付けて比較測定した結果、
試験応力が高い場合は比較的検出率は良好であったが、
試験応力が低い場合には極端に検出率が低下することを
見出したものであり、この原因は、加速度計では検出感
度が低く、しかも誤動作を起すこと、また、ＡＥでは外
部ノイズが多く、破断ＡＥとの区別ができなかったから
であるとの結論に達し、これらの欠点を排除することを
目的として、破断時に発生する音響放出と外部ノイズと
を選別し、しかも破断位置の検知をも可能とした鋼索等
の疲れ試験における素線破断自動検知方法を特願昭５３
−６３８１６号←持開昭５４−１５５８８１号）により
提案した。

この技術の要点は、被試験材の素線破断時に発生するＡ
Ｅを複数個の変換子によって検知し、該変換子で検出さ
れたＡＥ信号を前置増幅器、主増幅器を介して検波し、
自動記録するとともに、主増幅器からのＡＥ信号を位置
標定ざ」算器に入力し、外部ＡＥと素線破断によるＡＥ
とを選別し、破断位置を標定するとともにカウンターに
より破断回数を積算し、これらを自動記録するものであ
り、この方法によれば、鋼索等の疲れ試験において、素
線の破断の有無、破断回数ならびに荷重繰り返し回数の
みならず破断位置をも全く人手を介さず自動的に確実に
検知するというものである。

この技術は確かにすぐれたものではあるが、問題点がな
いわけではない。

すなわち、素線破断が被試験体の軸方向のどの位置で発
生したかは検知できるが、それが中心ストランドの素線
であるか、内層ストランドの素線であるか、あるいは外
層ストランドの素線であるかを検知することは不可能で
ある。

また、今迄に提案されたすべての技術についても云える
こととして、一般に、鋼索の疲れ試験では一本の素線が
伺箇所でも破断を起す場合があるが、その破断が最初の
破断であるか、あるいは２回目以後の破断であるかを区
別できれば鋼索の疲れ強度を評価する上において非常に
有効であるが、これ迄の提案技術では、それを行うこと
が出来ない。

さらにまた、一般にワイヤロープの疲れ試験においては
、素線同志の摩擦あるいはソケットと鋳込材料との摩擦
、鋳込材料の割れ等にもとすく機械的ノイズが多発する
が、このような場合には、先の技術をもってしても破断
ＡＥと外乱ノイズを完全に選別して検知することは不可
能であり、素線破断が起っていないにかかわらずカウン
トする場合がある。

以上のごとく、これまでに提案された断線検知方法及び
装置について検討した場合、破断素線がどのストランド
で生じたかの判定、破断が最初の破断であるか、２回目
以後の破断（以下、２次破断と呼ぶ）であるかの区別、
素線破断てない誤検出の判断が不可能である等の問題点
がある。

このような実状に鑑み、本発明者らはこれらの問題点を
除くため、これまでの研究によって得られた知見に基い
て、従来技術にさらに改良を加えて本発明を完成させた
ものであり、その要旨とするところは、被試験体の素線
破断時に発生する音響放出を、応答周波数帯域の異なる
Ａ、Ｂ２種類の変換子おのおの複数個により検知し、Ａ
変換子で検出された音響放出信号は増幅器を介してカウ
ンターにより破断回数を積算するとともに、増幅器から
の音響放出信号を実効値電力計により検波し、これらを
記録計に記録する一方、Ｂ変換子で検出された音響放出
信号を前置増幅器、主増幅器により増幅した後、位置標
定計算器に入力し破断位置を標定するとともに、主増幅
器よりの音響放出信号を波数計数器に入力し、破断時数
出音の波数を算え、これらを記録計に記録し、前記Ａ変
換子及びＢ変換子により夫々得られた音響放出信号の波
の振れの大きさを対比することにより、その大小から素
線破断本数、或いは該破断位置が鋼索等の中心、内層、
外層のいずれであるかなどを判定することを特徴とする
鋼索等の疲れ試験における素線破断自動検知方法にある
。

本発明方法によれば、鋼索等の疲れ試験において、素線
の破断の有無、破断回数、破断位置ならびに荷重繰り返
し回数のみならずどのストランドの素線が何本破断した
か、および素線破断てない誤検出をも全く人手を介さず
自動的に確実に検知し、自動記録することを可能とする
ものである。

以下、本発明を図面に基いて詳細に説明する。

第１図は、本発明方法を実施するための装置の一態様を
示す模式図であって、所定長さの被試験用のワイヤロー
プ１は、その両端をソケット２ａ、２ｂに固着されてお
り、このソケット２ａ、２ｂは、さらに連結棒１１ａ、
Ｉｌｂを介して疲れ試験機（図示せず）のチャック１２
ａ、１２ｂに固定されている。

したがって、チャック１２ａ、１２ｂのワイヤロープの
軸と同一方向のピストン運動により、ワイヤロープ１に
は所定の引張荷重が所定の周期で加えられる。

一方、上記ソケット２ａ。２ｂに固着された変換子Ａ１
．Ｂ１およびＡ２゜Ｂ２は、ワイヤロープ１およびソケ
ット２ａ 、 ２ｂから発生する音響放出（ＡＥ）に対
応する電気信を生じる。

ところで、物体が破壊するときに生ずるＡＥの周波数は
、一般に、数北〜数Ｍ士の広い範囲に亘っており、この
ＡＥ波が発生した箇所からその物体中をあらゆる方向に
伝播して行くのであるが、ＡＥ波の周波数が高くなるに
したがって伝播中の減衰が著しくなる。

しかしながら、このような広い周波数帯域にわたるＡＥ
波に応答しうる変換子はないため、破断時のＡＥを確実
に検知するためには応答周波数帯域の異なる２種類の変
換子を使用する必要がある。

すなわち、Ａ１ 、Ａ２変換子は応答周波数帯域がＯＨ
ｚ〜１００）Ｇ（ｚ未満のものであり、Ｂｌ 、Ｂ２変
換子は応答周波数帯域が１００ＫＨｚ〜数ＫＨｚのもの
である。

上記変換子ＡＩ、Ａ２からの電気信号は、各々の増幅器
３ａ 、３ｂによって増幅されたのち、それぞれの実効
値電圧計５ａ 、５ｂに入力され検波される。

増幅器３ａの出力の一部はカウンターγに入力され破断
回数をカウントする。

これらの実効値電圧計およびカウンターの出力はペン書
きオシログラフ等の記録計１０に加えられ、一定速度で
移送される記録紙（図示せず）に生データとして自動記
録される。

一方、Ｂ１ 、Ｂ２変換子からの電気信号は、各各の前
置増幅器４ａ、４ｂによって増幅されたのち、主増幅器
６ａ、６ｂに入力されて適切な周波数帯域のフィルター
を通してさらに増幅される。

８ａ、８ｂは波数計数器であり、ここにはあらかじめ所
定レベルのしきい値が設定されており、主増幅器６ａ、
６ｂからの信号を、このしきい値より大きい波の数を算
え、一定時間毎に数えた波数を前記録計１０に自動記録
するようになっている。

また、主増幅器５ａ、６ｂの出力の一部は位置標定計算
器９に加えられるが、位置標定計算器９内にはあらかじ
め所定レベルのしきい値が設定されており、入力信号の
電圧がこのしきい値より大きい場合にのみその信号の発
生位置を算定し、破断によるものであるか、外乱ノイズ
信号であるかを選別し、破断の場合には破断位置をデジ
タル表示する。

次に、動作について説明する。

まず、ワイヤロープ１の両端をソケット２ａ 、２ｂお
よび連結棒１１ａ、１１ｂを介して疲れ試験機（図示せ
ず）のチャック１２ａ、１２ｂに固定し、疲れ試験機を
作動するとともに、記録計１０を作動して記録紙（図示
せず）を一定速度で移送する。

一方、疲れ試験機の作動により、チャック１２ａ。

１２ｂは一定振幅、一定周期で繰り返し変位し、ワイヤ
ロープ１には交番荷重が加えられる。

そして変換子Ａ１．Ａ２およびＢ１．Ｂ２はワイヤロー
プ１およびソケツ）２ａ、２ｂで発生したＡＥならびに
連結棒１１ａ、Ｉｌｂを通して伝播されてきたＡＥに対
し応答するわけであるが、自己の応答周波数帯域の音波
のみに対してのみ応答し、その音圧に比例して電気信号
に変換する。

したがって自己の応答周波数帯域以外の周波数のＡＥが
伝播されてきた場合には、その変換子の出力信号は零で
ある。

すなわちＡＩ 、Ａ２変換子は１００ＫＨｚ未満の低い
周波数のＡＥに応答し、Ｂ１．Ｂ２変換子は１００ＫＨ
ｚ以上の高い周波数のＡＥに応答し、そのＡＥの大きさ
に比例した電気信号を出力する。

変換子ＡＩ 、Ａ２で検出されたＡＥ信号は増幅器３ａ
、３ｂで増幅され、さらに実効値電圧計５ａ 、５ｂに
より検波され、検出信号の実効値電圧の大きさに比例し
た大きさの振れが記録計１０に記録される。

一方、変換所Ｂ１ 、Ｂ２で検出されたＡＥ信号は、前
置増幅器４ａ 、４ｂおよび主増幅器６ａ 、 ６ｂで
それぞれ増幅された後、波数計数器８ａ、８ｂにより、
しきい値より大きい波数を一定時間累積カウントし、累
積カウント数に比例した大きさの振れが記録計１０に記
録される。

第２図は、それぞれの変換子により検出されたＡＥ信号
の記録紙上に記録された振れの一例を示したものである
。

この図で横軸のＣ３ＥＷＢは中心ストランド素線破断、
ｌ５ＥＷＢは内層ストランド素線破断、０８ＥＷＢは外
層ストランド素線破断、ＳＢは２次破断、ＦＮは摩擦に
よるノイズ、ＵＳＭＣは上ソケット鋳込材割れ、Ｆは記
録紙送り方向を示す。

素線破断が発生した場合には、４個の変換子が同時にＡ
Ｅ信号を検出して記録紙上に振れを生ずる。

２次破断てはＡＩ 、Ａ２変換子による振れは極めて小
さいが、Ｂ１ 、Ｂ２変換子の振れは中程度である。

ワイヤロープ同志あるいはソケット鋳込材との摺れ合等
による摩擦によるＡＥ信号に対しては、Ｂｌ 、Ｂ２変
換子ではよく検出して連続した振れとして記録されるが
、ＡＩ。

Ａ２変換子の振れは生じない。

そこで第２図に基いてＡＩ、Ａ２変換子の振れとＢｌ、
Ｂ２変換子の振れの相対的な大きさを比較することによ
って、断線を起したのが中心ストランドの素線であるか
、内層ストランドの素線であるか、あるいは外層ストラ
ンドの素線であるか、または２次破断であるかを判定す
ることが可能である。

第１表にこの判定基準のＡ１を示す。

なおこの表でＳＭＣはソケット鋳込材割れ、ＳＣはスト
ランドの打ち合いを示す。

さらに、疲れ試験中、記録紙上に同時に記録された各変
換子で検出した振れのうち、Ａ１変換子とＡ２変換子に
よる振れを加算し、またＢ１変換子とＢ２変換子による
振れを加算したものの相対的な振れの大きさを比較する
ことにより、破断位置によるＡＥ信号の減衰による影響
が現れないようにすることができ、第４表の判定基準に
もとずき、断線が起きたのがどのストランドの素線であ
るかを確実に検知することができる。

また、同様にして破断が最初の破断であるか、２回目以
後の破断であるかを検知することができるとともに、各
部の摩擦によるＡＥ信号やソケット鋳込材の割れ、スト
ランド同志の打ち合いによるＡＥ信号によるカウンター
の誤動作をも確実に判別することが可能である。

なお、このような判定基準は、実際の多くの試験体につ
いて行われた解体調査の結果とも良く一致することが後
述のように確認されている。

以上のように、本発明の方法によれば、鋼索等の疲れ試
験において、素線の破断時に発生するＡＥを、応答周波
数帯域の異なる２種類の変換子おのおの複数個により検
知することにより、ワイヤロープ素線の破断回数ならび
に破断位置と破断時の繰り返し回数ばかりでなく、どの
ストランドの素線が破断したか、またその破断が最初の
破断であるか２次破断であるか、あるいはカウンターが
破断以外のノイズ信号により誤検出しなかったかどうか
を確実に検知できるため、疲れ試験中の正確な破断本数
がわかるから、鋼索等の疲れ強度の評価がより正確にな
る。

したがって、従来とられていた目視あるいは衝撃音を聞
き取る方法、あるいは加速度測定法その他の従来法に比
較して検出精度の極めて高い自動検知方法であり、昼夜
連続の無人疲れ試験も可能であり、試験後のワイヤワー
プを解体調査する必要がない極めて有効な方法である。

次に、実施例により本発明の効果をさらに具体的に示す
。

実施例 第２表は、外径５０ｒｎｒＩＬ１長さｓｏｏｍｍ、素線
径１．０４〜２．４４ｍｍ１中心ストランド数１で素線
本数７本、内層ストランド数６で素線本数４２本、外層
ストランド数６で素線本数４５６本のワイヤロープを応
力範囲２７〜６７ＫＰ／ｍａで引張疲れ試験を行なった
際に、本発明法による素線の断線検出結果と、試験後に
ワイヤロープを解体調査した結果とを比較した一例であ
るが、極めて良い一致を示している。

なおこの表でＳはストランド、Ｎ１は断線本数、Ｎ２は
断線箇所数を示す。

尚、本実施例は第１図に示す装置構成で行い、Ａ変換子
はブリュエル・ケアー社製４３４４型加速度計相当品を
使用し、Ｂ変換子は■昭和電気研究新製Ｄ−２０型ＡＥ
センサー相当品を使用したものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施態様の構成を示す図、第２図は
第１図に示した装置により検知されたＡＥ信号の記録の
一例である。 Ａ１．Ａ２・・・・・・低周波用変換子、Ｂ１．Ｂ２・
・・・・・高周波用変換子、１・・・・・・ワイヤロー
プ、２ａ。 ２ｂ・・・・・・ソケット、３ａ、３ｂ・・・・・・増
幅器、４ａ。 ４ｂ・・・・・・前置増幅器、５ａ 、 ５ｂ・・・・
・・実効値電圧計、６ａ、６ｂ・・・・・・主増幅器、
ｌ・・・・・・カウンタご、８ａ 、 ａｂ・・・・・
・波数計数器、９・・・・・・位置標定計算器、１０・
・・・・・記録計、１１ａ、１１ｂ・・・・・・連結棒
、１２ａ、１２ｂ・・・・・・チャック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被試験材の素線破断時に発生する音響放出を、応答
   周波数帯域の異なるＡ、Ｂ２種類の変換子おのおの複数
   個により検知し、Ａ変換子で検出された音響放出信号は
   増幅器を介してカウンターにより破断回数を積算すると
   ともに、増幅器からの音響放出信号を実効値電圧計によ
   り検波し、これらを記録計に記録する一方、Ｂ変換子で
   検出された音響放出信号を前置増幅器、主増幅器により
   増幅した後、位置標定計算器に入力し破断位置を標定す
   るとともに、主増幅器よりの音響放出信号を波数計数器
   に入力し、破断時数出音の波数を算え、これらを記録計
   に記録し、前記Ａ変換子及びＢ変換子により夫々得られ
   た音響放出信号の波の振れの大きさを対比することによ
   り、その大小から素線破断本数、或いは該破断位置が鋼
   索等の中心、内層、外層のいずれであるかなどを判定す
   ることを特徴とする鋼索等の疲れ試験における素線破断
   自動検知方法。