KR102113325B1 - 로프 손상 진단 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

로프 손상 진단 검사 장치에 있어서, 초음파 인가기는, 자왜 효과에 의해 와이어 로프를 진동시켜 와이어 로프에 초음파를 발생시킨다. 검출 소자는, 와이어 로프에서의 초음파의 전반 상태의 변화를 검출한다. 여자 코일 및 검출 소자는, 와이어 로프에 대해서 1개의 외층 스트랜드가 1회전하는 분의 와이어 로프의 길이를 제1 대변의 길이로 하고, 1개의 외층 스트랜드에 포함되는 외층 소선의 직경과 갯수와의 곱을 제2 대변의 길이로 하는 평행 사변형으로 배치되어 있다.

Description

로프 손상 진단 검사 장치
본 발명은, 자왜(磁歪) 효과에 의해 로프에 초음파 진동을 발생시켜 소선(素線)의 손상의 유무를 검출하는 로프 손상 진단 검사 장치에 관한 것이다.
종래의 와이어 로프의 자왜 센서 프로브에서는, 복수의 자석 및 한 쌍의 코일 어셈블리가 와이어 로프의 전체 둘레를 둘러싸도록 배치되어 있다. 각 코일 어셈블리와 와이어 로프와의 사이에는, 자왜 스트립(strip)이 배치되어 있다.
각 자석은, 와이어 로프 및 자왜 스트립에 직류 자계를 인가한다. 또, 코일 어셈블리에 의해 교류 자계를 인가하여 자왜 스트립을 자왜 효과에 의해 진동시키는 것에 의해서, 와이어 로프에 초음파를 인가한다. 그리고, 와이어 로프의 손상에 의한 초음파의 반사파를, 자왜 스트립의 역자(逆磁) 변형 효과를 통해, 코일 어셈블리에서 검출한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 미국특허 제8098065호 공보
상기와 같은 종래의 자왜 센서 프로브에서는, 와이어 로프 전체 둘레의 이상(異常)을 검출하기 위해서, 프로브가 와이어 로프의 전체 둘레를 둘러싸고 있다. 그 때문에, 프로브의 장착에 시간이 걸린다. 또, 프로브 전체가 대형화되어, 예를 들면 엘리베이터와 같이 2개 이상의 와이어 로프가 근접하여 배치되어 있는 경우에, 프로브를 장착하는 것이 불가능한 경우가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 컴팩트한 구성에 의해, 와이어 로프의 외주면의 둘레 방향의 일부에만 대향시켜 와이어 로프의 손상의 유무를 검출할 수 있는 로프 손상 진단 검사 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 로프 손상 진단 검사 장치는, 외주에 배치되어 있는 복수개의 외층 소선(素線)을 각각 포함하는 복수개의 외층 스트랜드(strand)가 외주에 배치되어 있는 와이어 로프의 손상의 유무를 검출하는 로프 손상 진단 검사 장치로서, 와이어 로프에 직류 자계(磁界)를 인가하는 자석과, 와이어 로프에 교류 자계를 인가하는 여자(勵磁) 코일을 가지고 있고, 자왜(磁歪) 효과에 의해 와이어 로프를 진동시켜 와이어 로프에 초음파를 일으키게 하는 초음파 인가기(印加器), 및 와이어 로프에서의 초음파의 전반(傳搬) 상태의 변화를 검출하는 검출 소자를 가지고 있는 검출기를 구비하며, 여자 코일 및 검출 소자는, 와이어 로프에 대해서 1개의 외층 스트랜드가 1회전하는 분(分)의 와이어 로프의 길이를 제1 대변(對邊)의 길이로 하고, 1개의 외층 스트랜드에 포함되는 외층 소선의 직경과 갯수와의 곱을 제2 대변의 길이로 하는 평행 사변형으로 배치되어 있다.
본 발명의 로프 손상 진단 검사 장치는, 여자 코일 및 검출 소자가, 와이어 로프에 대해서 1개의 외층 스트랜드가 1회전하는 분(分)의 와이어 로프의 길이를 제1 대변의 길이로 하고, 1개의 외층 스트랜드에 포함되는 외층 소선의 직경과 갯수와의 곱을 제2 대변의 길이로 하는 평행 사변형으로 배치되어 있으므로, 컴팩트한 구성에 의해, 와이어 로프의 외주면의 둘레 방향의 일부에만 대향시켜 와이어 로프의 손상의 유무를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 로프 손상 진단 검사 장치의 회로도이다.
도 3은 도 1의 와이어 로프의 단면도이다.
도 4는 도 1의 와이어 로프의 길이 방향으로 직각인 방향을 따라서 본 와이어 로프에 대한 여자 코일의 배치 상태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 4의 여자 코일의 제1 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 4의 여자 코일의 제2 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 4의 여자 코일의 제3 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도이다
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 로프 손상 진단 검사 장치의 회로도이다. 도면에서, 로프 손상 진단 검사 장치의 케이스(1)는, 와이어 로프(2)의 길이 방향의 일부에 대향하도록 배치된다. 와이어 로프(2)의 검사시에는, 케이스(1)에 대해서 와이어 로프(2)를 상대적으로 이동시킨다. 도 1에서는, 케이스(1) 내를 투시하여 나타내고 있다.
케이스(1) 내에는, 초음파 인가기(3), 여자원(勵磁源)(4), 검출기(5) 및 신호 처리 회로(6)가 수용되어 있다. 초음파 인가기(3)는, 인가측 자석(7) 및 여자 코일(8)을 가지고 있다. 인가측 자석(7)은, 영구 자석으로 이루어지며, 자성체인 와이어 로프(2)에 직류 자계를 인가한다. 여자 코일(8)은, 와이어 로프(2)에 교류 자계를 인가하여, 와이어 로프(2)의 둘레 방향으로 유도 전류(와전류(渦電流), 교류 전류)를 흘린다.
초음파 인가기(3)는, 자왜 효과에 의해 와이어 로프(2)를 축방향으로 진동시켜, 와이어 로프(2)에 초음파를 발생시킨다. 와이어 로프(2)에 생긴 초음파는, 소선의 나선 구조를 따라서 와이어 로프(2) 내를 축방향으로 전반(傳搬)한다. 와이어 로프(2)에 손상, 즉 소선 끊김이 있는 경우, 초음파는 손상 개소에서 반사하거나 크게 감쇠하거나 한다.
여자원(4)은, 여자 코일(8)에 접속되어 있고, 또한 kHz~MHz의 RF전류를 생성하는 RF원(源)(4a)을 가지고 있다.
검출기(5)는, 초음파 인가기(3)에 대해서 와이어 로프(2)의 길이 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 검출기(5)는, 검출측 자석(9)과, 검출 소자로서의 검출 코일(10)을 가지고 있다. 검출측 자석(9)은, 영구 자석으로 이루어지며, 와이어 로프(2)에 직류 자계를 인가한다. 검출 코일(10)은, 와이어 로프(2) 내를 전반 한 초음파를 교류 전압으로서 검출한다. 이것에 의해, 검출 코일(10)은, 와이어 로프(2)에서의 초음파의 전반 상태의 변화를 검출한다.
신호 처리 회로(6)는, 파형 판별 회로(11) 및 제어 통신 회로(12)를 가지고 있다. 파형 판별 회로(11)는, RF전류 파형과 검출 코일(10)의 검출 전압 파형으로 이루어지며, 와이어 로프(2)의 소선 끊김의 유무를 검출한다. 제어 통신 회로(12)는, RF원(4a) 및 파형 판별 회로(11)를 제어한다. 또, 제어 통신 회로(12)는, 외부의 컴퓨터에 계측 결과, 즉 소선 끊김 유무의 정보를 송신한다. 게다가, 제어 통신 회로(12)는, 외부의 컴퓨터로부터, 동작 설정, 즉, 측정 개시 및 종료, RF원(4a)의 주파수 및 진폭, 및 소선 끊김의 판정 조건 등의 신호를 수신한다.
도 3은 도 1의 와이어 로프(2)의 단면도이며, 길이 방향에 직각인 단면을 나타내고 있다. 와이어 로프(2)는, 중심에 배치되어 있는 심로프(芯rope)(21)와, 심로프(21)의 외주에 서로 꼬여져 있는 복수개의 외층 스트랜드(22a~22h)를 가지고 있다. 이 예에서는, 8개의 외층 스트랜드(22a~22h)가 이용되고 있다. 도 3에서는, 심로프(21)의 단면 구조를 생략하지만, 여러 가지의 구조를 적용할 수 있다.
각 외층 스트랜드(22a~22h)는, 강제(鋼製)의 중심 소선(23), 외주에 배치되어 있는 강제의 9개의 외층 소선(24), 및 중심 소선(23)과 외층 소선(24)과의 사이에 배치되어 있는 강제의 9개의 중간 소선(25)을 가지는 꼬임선이다. 중간 소선(25)의 직경은, 중심 소선(23)의 직경 및 외층 소선(24)의 직경보다도 작다.
엘리베이터의 와이어 로프(2)에서는, 외층 스트랜드(22a~22h)의 쉬브(sheave)에 접촉하는 부분의 외층 소선(24)의 파단, 이른바 산(山) 끊김(crown breakage)과, 인접하는 외층 스트랜드(22a~22h)에 접촉하는 부분의 외층 소선(24)의 파단, 이른바 골(谷) 끊김(valley breakage)이 발생하는 경우가 있다.
도 4는 도 1의 와이어 로프(2)의 길이 방향에 직각인 방향(Z축방향)을 따라서 본 와이어 로프(2)에 대한 여자 코일(8)의 배치 상태를 나타내는 구성도이다. 여자 코일(8)은, 와이어 로프(2)에 대해서 1개의 외층 스트랜드, 예를 들면 외층 스트랜드(22a)가 1회전하는 분의 와이어 로프(2)의 길이를 제1 대변(對邊)의 길이로 하고, 1개의 외층 스트랜드, 예를 들면 외층 스트랜드(22a)에 포함되는 외층 소선(24)의 직경과 갯수와의 곱을 제2 대변의 길이로 하는 평행 사변형으로 배치되어 있다.
도 4에서는, 여자 코일(8)이, 상기의 평행 사변형의 영역을 모두 둘러싸도록, 평행 사변형의 외주를 따라서 배치되어 있다. 이것에 의해, 여자 코일(8)은, 모든 외층 스트랜드(22a~22h)의 모든 외층 소선(24)에 초음파를 인가하면서, 동일한 외층 소선(24)에 동시에 2개소 이상에서 초음파를 인가하지는 않는다.
또, 검출 코일(10)은, 여자 코일(8)과 마찬가지로 배치되어 있다. 이것에 의해, 검출 코일(10)은, 모든 외층 스트랜드(22a~22h)의 모든 외층 소선(24)으로부터 초음파를 검출하면서, 동일한 외층 소선(24)으로부터 동시에 2개소 이상에서 초음파를 검출하지는 않는다.
와이어 로프(2)의 진동에 의해 생긴 초음파는, 외층 소선(24)의 나선 구조를 따라서, 와이어 로프(2) 내를 축방향으로 진행한다. 와이어 로프(2) 내에 이상(異常)이 있는 경우는, 그 개소에서 초음파는 반사 또는 감쇠한다. 검출기(5)에서는, 초음파 인가의 역변환에 의해, 와이어 로프(2) 내를 진행한 초음파를 교류 전압으로서 검출한다. 그리고, 교류 전압 변동으로부터, 와이어 로프(2)의 손상을 검출한다.
이러한 로프 손상 진단 검사 장치에서는, 여자 코일(8) 및 검출 코일(10)을 상기의 평행 사변형으로 배치했으므로, 컴팩트한 구성에 의해, 와이어 로프(2)의 외주면의 둘레 방향의 일부에만 대향시켜 와이어 로프(2)의 손상의 유무를 검출할 수 있다.
이것에 의해, 장치의 장착 및 분리를 단시간에 용이하게 행할 수 있다. 또, 예를 들면 엘리베이터와 같이 2개 이상의 와이어 로프(2)가 근접하여 배치되어 있는 경우에도, 장치를 용이하게 장착할 수 있다.
또, 상기의 예에서는, 상기의 평행 사변형의 영역을 모두 둘러싸도록 여자 코일(8)을 배치했지만, 도 5에 나타내는 바와 같이, 여자 코일(8)을 외층 스트랜드(22a~22h)의 갯수분의 분할 코일(8a~8h)로 분할하고, 서로 이웃하는 분할 코일을 접속하도록 해도 괜찮다. 또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 서로 이웃하는 분할 코일(8a~8h)을 역방향으로 접속해도 괜찮다. 검출 코일(10)에 대해서도, 여자 코일(8)과 동일한 변형이 가능하다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 분할 코일(8a~8h)끼리를 접속하지 않고, 외층 스트랜드(22a~22h)마다 초음파를 인가하고, 검출 코일(10)에서도 외층 스트랜드(22a~22h)마다 초음파를 검출해도 괜찮다. 이것에 의해, 소선 끊김 검출의 S/N비(比)를 향상시킬 수 있다.
또한, 검출 소자는, 검출 코일(10)에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 홀(hole) 소자 또는 자기저항 소자라도 괜찮다. 자기저항 소자로서는, AMR(이방성 자기저항) 소자, GMR(거대(巨大) 자기저항) 소자, 또는 TMR(터널 자기저항) 소자를 이용할 수 있다.
실시 형태 2.
다음으로, 도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도이다. 실시 형태 2에서는, 여자 코일(8)은, 초음파의 인가 후, 와이어 로프(2)를 전반하는 초음파의 반사파를 검출한다. 즉, 여자 코일(8)을 또 하나의 검출 코일로서 사용하고, 와이어 로프(2)의 손상 개소(2a)로부터의 반사파를 여자 코일(8)에 의해 검출한다. 다른 구성은, 실시 형태 1과 동일하다.
이러한 로프 손상 진단 검사 장치에서는, 와이어 로프(2)의 초음파 인가기(3)와 검출기(5)와의 사이의 부분을 투과한 초음파에 더하여, 손상 개소(2a)로부터의 반사파를 검출하는 것에 의해, 소선 끊김 검출의 S/N비를 향상시킬 수 있다.
또, 초음파의 반사파 및 투과파의 도달 시간을 비교하는 것에 의해, 여자 코일(8)로부터 손상 개소(2a)까지의 거리를 알 수 있고, 와이어 로프(2)의 장력 변동에 의한 초음파 속도 변동을 캔슬할 수 있다.
또, 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 마찬가지로, 여자 코일(8) 및 검출 코일(10)의 구성의 변경이 가능하다.
또, 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 마찬가지로, 검출기(5)에서의 검출 소자의 변경이 가능하다.
실시 형태 3.
다음으로, 도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 로프 손상 진단 검사 장치를 나타내는 사시도이다. 실시 형태 3에서는, 실시 형태 2의 구성으로부터 검출기(5)가 생략되어 있다. 그리고, 여자 코일(8)이 검출 소자를 겸하는 것에 의해, 초음파 인가기(3)가 검출기를 겸하고 있다. 여자 코일(8)은, 초음파의 인가 후, 와이어 로프(2)를 전반하는 초음파의 반사파를 검출한다. 신호 처리 회로(6)는, 초음파의 반사파에 의해 소선 끊김의 유무를 검출한다.
이러한 로프 손상 진단 검사 장치에서는, 검출기(5)를 생략한 것에 의해, 전체를 소형화할 수 있다.
또, 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 마찬가지로, 여자 코일(8)의 구성의 변경이 가능하다.
또, 실시 형태 1~3에서, 와이어 로프(2)에 직류 자계를 인가하는 자석으로서, 전자석을 이용해도 괜찮다.
게다가, 본 발명의 로프 손상 진단 검사 장치는, 엘리베이터용 로프 이외의 로프에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 외주에 배치되어 있는 복수개의 외층 소선(素線)을 각각 포함하는 복수개의 외층 스트랜드(strand)가 외주에 배치되어 있는 와이어 로프의 손상의 유무를 검출하는 로프 손상 진단 검사 장치로서,
    상기 와이어 로프에 직류 자계(磁界)를 인가하는 자석과, 상기 와이어 로프에 교류 자계를 인가하는 여자(勵磁) 코일을 가지고 있고, 자왜(磁歪) 효과에 의해 상기 와이어 로프를 진동시켜 상기 와이어 로프에 초음파를 발생시키는 초음파 인가기(印加器), 및
    상기 와이어 로프에서의 초음파의 전반(傳搬) 상태의 변화를 검출하는 검출 소자를 가지고 있는 검출기를 구비하며,
    상기 여자 코일 및 상기 검출 소자는, 상기 와이어 로프에 대해서 1개의 상기 외층 스트랜드가 1회전하는 분(分)의 상기 와이어 로프의 길이를 제1 대변(對邊)의 길이로 하고, 1개의 상기 외층 스트랜드에 포함되는 상기 외층 소선의 직경과 갯수와의 곱을 제2 대변의 길이로 하는 평행 사변형으로 배치되어 있는 로프 손상 진단 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자석은, 인가측 자석이며,
    상기 검출기는, 상기 와이어 로프에 직류 자계를 인가하는 검출측 자석과, 상기 와이어 로프에 대향하는 상기 검출 소자인 검출 코일을 가지고 있는 로프 손상 진단 검사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 여자 코일 및 상기 검출 코일은, 상기 외층 스트랜드의 갯수분(分)의 분할 코일로 분할되어 있는 로프 손상 진단 검사 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 분할 코일마다 초음파의 인가 및 검출을 행하는 로프 손상 진단 검사 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여자 코일에 의해, 상기 와이어 로프를 전반(傳搬)하는 초음파의 반사파를 검출하는 로프 손상 진단 검사 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 여자 코일이 상기 검출 소자를 겸하는 것에 의해, 상기 초음파 인가기는 상기 검출기를 겸하고 있고, 상기 여자 코일에 의해, 상기 와이어 로프를 전반하는 초음파의 반사파를 검출하는 로프 손상 진단 검사 장치.
KR1020187027162A 2016-04-22 2016-04-22 로프 손상 진단 검사 장치 KR102113325B1 (ko)

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