WO2020250617A1 - 磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法 - Google Patents

磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法 Download PDF

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WO2020250617A1
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deterioration
prediction model
magnetic material
deterioration prediction
score
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山下　光夫
児玉　博明
野地　健俊
真 篠原
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株式会社島津製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic material deterioration prediction device and a magnetic material deterioration prediction method.
  • Patent Document 1 a technique for predicting the life of a wire rope by calculation from the operation history information of a crane device incorporating a wire rope or an elevator system is known (for example, Patent Document 1). Further, an attempt has been made to predict the replacement time by providing a weak portion in a part of the wire rope and detecting a disconnection in the portion (for example, Patent Document 2).
  • One aspect of the present invention is to solve the problem and provide a more accurate deterioration prediction device for a magnetic material and a deterioration prediction method for a magnetic material.
  • the magnetic material deterioration prediction device includes a magnetic sensor that detects a magnetic field affected by the magnetic material to be inspected and outputs a sensor signal, and a magnetic material based on the sensor signal.
  • a deterioration score calculation means for calculating a deterioration score indicating the degree of deterioration, a deterioration score storage unit for storing the deterioration score, a deterioration prediction model storage unit for storing a deterioration prediction model indicating a change in the degree of deterioration, and a deterioration score at a plurality of time points.
  • the method for predicting deterioration of a magnetic material according to the second aspect of the present invention includes a sensor signal acquisition step of detecting a magnetic field affected by a magnetic material to be inspected by a magnetic sensor and acquiring a sensor signal, and a sensor signal.
  • the deterioration prediction model after the update is updated by updating the deterioration score calculation step that calculates the deterioration score indicating the degree of deterioration of the magnetic material and the deterioration prediction model that shows the change in the degree of deterioration based on the deterioration scores at multiple time points. It includes a deterioration prediction model update step to be acquired and a deterioration score estimation step for estimating a future deterioration score from the updated deterioration prediction model.
  • the first aspect and the second aspect of the present invention it is possible to provide a more accurate deterioration prediction device for a magnetic material and a deterioration prediction method for a magnetic material.
  • the magnetic material deterioration prediction device includes a magnetic sensor 10 that detects a magnetic field affected by a wire rope W to be inspected and outputs a sensor signal Si.
  • the sensor signal Si is acquired as time series data, the time series sensor signal Si is converted into the sensor signal series S (x) related to the position of the wire rope W and stored in the sensor signal storage unit 43, and the sensor signal is stored.
  • a deterioration score calculation means for calculating a deterioration score Di indicating the degree of deterioration of the wire rope W based on the series S (x), a deterioration score storage unit 41 for storing deterioration scores D1, D2 ... Dn at a plurality of time points, and a degree of deterioration.
  • Deterioration prediction model storage unit 42 that stores the deterioration prediction model Mo that shows the change of, and deterioration prediction model update that acquires the updated deterioration prediction model Ma by updating the deterioration prediction model Mo based on the deterioration scores at a plurality of time points.
  • the deterioration prediction device for a magnetic material includes a computer 100.
  • the computer 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 30, an A / D converter 31, an I / D converter 32, a non-volatile memory 40, and a transmission / reception unit 90.
  • CPU Central Processing Unit
  • the CPU 30, the A / D converter 31, the non-volatile memory 40, and the transmission / reception unit 90 are connected to each other via an I / D converter 32 that converts an analog signal into I / D.
  • the deterioration score storage unit 41, the deterioration prediction model storage unit 42, the sensor signal storage unit 43, and the program storage unit 50 are provided in the non-volatile memory 40 of the computer 100.
  • the deterioration score calculation means, the deterioration prediction model update means, and the deterioration score prediction means are the deterioration score calculation module 51, the deterioration prediction model update module 52, and the deterioration score, which are modules of the program stored in the program storage unit 50.
  • the deterioration prediction device for the magnetic material further includes a display 81 for displaying the updated deterioration prediction model Ma, and a registration unit 82 for registering the deterioration prediction model Ma.
  • the registration unit 82 includes a touch panel and is configured to accept operations from the user. That is, the registration unit 82 is configured to be able to register the deterioration prediction model Ma.
  • the magnetic sensor 10 supplies an alternating current to the magnetizing magnet 11 that aligns the wire rope W, the excitation coil 12 arranged so as to sandwich the wire rope W, and the excitation coil 12.
  • the excitation control unit 13 that generates an AC magnetic field between the excitation coils 12 is arranged in the space between the excitation coil 12 and the wire rope W so that the wire rope W substantially crosses the closed loop of the coil.
  • the detection coil 14 and the detection coil 15 arranged in the above, the differential circuit 16 that outputs the difference between the currents flowing through the detection coils 14 and 15, and the sensor signal Si that converts the current output from the differential circuit 16 into a voltage. It is provided with a current-voltage conversion circuit 17 that outputs as.
  • the magnetic sensor 10 is configured to detect a magnetic field affected by the wire rope W to be inspected.
  • FIG. 3 shows an example in which the deterioration prediction device for the magnetic material is applied to the elevator system E.
  • the elevator system E one end of the wire rope W is coupled to the elevator car E1 and the other end is coupled to the weight E3.
  • the weight E3 moves downward, the wire rope W is driven by the rotational force of the hoisting machine E2 and the frictional force with the wire rope W to raise and lower the elevator car E1.
  • the magnetic sensor 10 is arranged between the elevator car E1 and the hoisting machine E2 so that the wire rope W passes through the main body thereof.
  • the CPU 30 operates as follows by executing the deterioration score calculation module 51 read from the program storage unit 50. First, the CPU 30 acquires the current sensor signal Si from the A / D converter 31, and also acquires the current winding position X of the hoisting machine E2, and associates the sensor signal Si with the winding position X to make it non-volatile. It is stored in the sensor signal storage unit 43 in the memory 40. This operation is executed every predetermined time or every predetermined winding position X. As a result, the sensor signal sequence S (X) for each position of the wire rope W is generated.
  • the sensor signal acquisition step 210 may be executed at all times asynchronously with other steps, or is executed, for example, when the wire rope W is moved through during the inspection of the elevator system E, and proceeds to the next step 220 or later. It may be that. Further, it is preferable that the sensor signal sequence S (X) is different from the sensor signal sequence So (X) acquired when the wire rope W is installed because only the change in the signal caused by the deterioration can be extracted. , The difference processing is not essential. In addition, as long as the sensor signals at a plurality of time points are acquired and stored, various embodiments of the step can be changed.
  • the CPU 30 reads out the sensor signal sequence S (X) from the sensor signal storage unit 43.
  • the magnetic sensor 10 employs a total magnetic flux method (total magnetic flux method) as shown in FIG. 2, that is, a configuration in which the wire rope W to be inspected passes through the closed loop of the detection coils 14 and 15. Even if there is a wire break inside the wire rope W, the change in the magnetic field caused by the break appears as a change in the current flowing through the detection coils 14 and 15. Therefore, since the sensor signal Si, that is, the sensor signal sequence S (X) changes from the situation where the wire rope W is not visually broken, the deterioration state can be determined with extremely high accuracy.
  • a waveform like (A) in FIG. 5 is observed in a place where there is a wire break. Further, when the number of wire breaks in the same cross section of the wire rope W increases, a waveform as shown in FIG. 5 (B) is observed. That is, as the number of wire breaks increases, the amplitude of the characteristic waveform as shown in FIG. 5 increases, so that the number of wire breaks can be estimated.
  • the number of wire breaks is calculated (estimated) over a predetermined section of interest of the wire rope W in this way, and the maximum value of the number of wire breaks is set as the deterioration score Di, and the sensor signal Si Is stored in the deterioration score storage unit 41 together with the acquisition date.
  • the deterioration score Di at a plurality of time points is accumulated in the deterioration score storage unit 41.
  • the predetermined section of interest is, for example, a section of the wire rope W that passes through the pulley at least once and requires deterioration prediction due to a load. Further, the predetermined section of interest of the wire rope W is registered by the registration unit 82.
  • the deterioration score Di is set to the maximum value among the predetermined sections of interest of the wire rope W, but the present invention is not limited to this.
  • the total value of the deterioration scores (the number of wire breaks) calculated at each location may be the deterioration score Di.
  • the section of interest may be further divided, and the deterioration score Di may be calculated for each of the subdivisions.
  • various score calculation methods can be adopted as long as the signal detected by the magnetic sensor is converted into the degree of deterioration of the wire rope W.
  • FIG. 6A is obtained when the standard product of the wire rope W is repeatedly subjected to a load by a fatigue tester and the deterioration score calculation step 220 is executed using the magnetic sensor of the same type as the magnetic sensor 10. This is the transition of the deterioration score Di.
  • the horizontal axis shows the number of tests, and the vertical axis shows the deterioration score Di. From this graph, it can be seen that the deterioration score Di is increasing upward. However, on the appearance of the wire rope W, one wire breakage was finally visible after 11,000 times, and the second wire rope breakage was visible around 13000 times, but then all around 15,000 times. It has broken.
  • the wire rope W is suddenly completely broken without being able to confirm the degree of deterioration of the wire rope W.
  • the deterioration score Di continued to rise upward even while there was not much change in appearance. This indicates that the wire breakage is progressing inside the wire rope.
  • the deterioration prediction model Mo is output from a sensor of the same type as the magnetic sensor 10 each time a load is applied to a wire rope of the same type as the wire rope W (standard product of the wire rope W) at a plurality of time points. Includes a set of degradation scores Di calculated based on sensor signals.
  • a step of preparing a deterioration prediction model Mo including a set of scores Di is provided.
  • the deterioration prediction model Mo may be, for example, a model that linearly approximates after the disconnection is detected.
  • the load, torque, bending curvature, etc. applied to the wire rope W differ depending on the equipment in the field. Therefore, in the present embodiment, the deterioration prediction model update step 230 is carried out.
  • the step is executed as follows by the CPU 30 executing the deterioration prediction model update module 52 read from the program storage unit 50.
  • the CPU 30 reads the deterioration score Di at a plurality of time points from the deterioration score storage unit 41, and reads the standard deterioration prediction model Mo from the deterioration prediction model storage unit 42.
  • the standard deterioration prediction model Mo is a two-line approximation model obtained from FIG. 6A, and when the model parameters are input in advance by the registration unit 82 of the tablet terminal 80 (see FIG. 1), transmission / reception is performed.
  • the unit 90 it is stored in the deterioration prediction model storage unit 42 as a standard deterioration prediction model Mo.
  • x indicates the number of times the elevator system E has been operated. The number of operations is counted as one operation from the time when the elevator system E departs from the current floor to the time when it arrives at the target floor.
  • the transition is as shown in FIG. 6B.
  • the standard deterioration prediction model Mo is updated so that the actually observed Di is fitted, and the updated deterioration prediction model Ma is acquired.
  • the deterioration prediction model Ma after the update created (updated) last time has the deterioration scores D1 and D2 at multiple time points updated. .. ..
  • the deterioration prediction model Mo is a two-line approximation model, but a multidimensional approximation curve model or a spline approximation model may also be used.
  • various models can be selected as long as the function increases with the number of operations.
  • the deterioration score Di may change non-linearly at that point in time. If the updated deterioration prediction model Ma is obtained so as to fit the deterioration score Di before and after such a special event, it is highly likely that the failure will be predicted in an extremely shorter period than the original.
  • the standard deterioration prediction model Mo may be updated so that sudden information indicating the occurrence of a sudden event such as an earthquake or fire is acquired and only the deterioration score Di after the sudden information occurs is fitted. ..
  • the sudden information may be generated by determining that a sudden event has occurred before the deterioration score Di having a deviation larger than a certain value when the deterioration score Di is linearly approximated. That is, the sudden information may use the result of detecting the occurrence of an external factor by another means, or may be determined based on the sudden change of the deterioration score Di.
  • the sudden event referred to here includes an event such as an earthquake, a fire, a lightning strike, inundation, and maintenance, which affects the magnetic material to be inspected differently from the normal operating condition.
  • the updated deterioration prediction model Ma obtained in this way and the transition of the deterioration score Di up to the present are transmitted to the tablet terminal 80 through the transmission / reception unit 90 and displayed as a graph on the display 81 of the tablet terminal 80, maintenance is performed. It is preferable that the person in charge or the building owner can check the degree of deterioration in real time.
  • the computer 100 and the tablet terminal 80 can communicate with each other by wireless communication through an internet line (LTE line), a telephone line, or the like. It is more preferable to do so.
  • Degradation score estimation step 240 From the updated deterioration prediction model Ma thus obtained, the future deterioration score Df is predicted.
  • the threshold value may be determined based on the number of times of operation of the elevator system E in which fracture is confirmed by a test by a fatigue tester, for example, when acquiring the deterioration score Di in FIG. 6 (A). This makes it possible to predict the life of the wire rope W. On the contrary, it can also be used to calculate the deterioration score Di after a predetermined number of operations.
  • the number of times x thus obtained may be displayed on the display 81 as it is, or a value obtained by converting the number of times x into the number of days may be displayed based on the average number of times of operation of the device during the unit period. Further, it may be displayed together with the updated deterioration prediction model Ma and the graph of the transition of the deterioration score Di up to the present.
  • the system in which the wire rope W moves with respect to the deterioration prediction device of the magnetic material is shown, but it may be applied to the system in which the deterioration prediction device of the magnetic material moves with respect to the wire rope W.
  • the deterioration prediction device of the magnetic material moves with respect to the wire rope W.
  • pendant ropes in cranes, support ropes in ropeways, hanger ropes and PC cables attached to suspension bridges and PC bridges are fixed, but the material deteriorates due to continuous load in the usage environment. Since it is a magnetic material, it is effective to measure the deterioration state by scanning the deterioration prediction device of the magnetic material manually or by a robot. In that case, time may be used as a parameter instead of the number of operations.
  • the wire rope W is exemplified as the magnetic material to be inspected, but the target is particularly limited as long as it is a magnetic material that deteriorates in material due to continuous load in the usage environment.
  • it may be a stainless rope, a stranded wire obtained by twisting strands, a thin plate, a square timber, a cylindrical pipe, a wire, or a chain.
  • the wire rope W coated with resin, plating or the like may be used.
  • a cable or the like having a wire rope W as a constituent member may be used. For example, it may be applied to predict deterioration due to corrosion of reinforcing bars in piers and concrete.
  • the magnetic sensor 10 is arranged between the elevator car E1 and the hoisting machine E2, but the arrangement of the magnetic sensor in the present invention is not limited to this. It may be located at any position where the section passing through the pulley can be measured, for example, between the hoisting machine E2 and the weight E3. Further, in the present embodiment, an example in which the wire rope W is driven by the rotational force of the hoisting machine E2 and the frictional force with the wire rope W is shown, but the driving method of the wire rope W is not limited to this. For example, another driving method such as winding may be used.
  • the magnetic sensor 10 When local kink or internal rust is detected by the magnetic sensor 10, it may be displayed on the display 81 of the tablet terminal 80 together with the deterioration score Di in the present embodiment. As a result, the urgency of maintenance and the content of treatment can be determined as parameters independent of the deterioration score Di due to the number of wire breaks. Further, in the present embodiment, an example of transmitting the transition of the deterioration score Di to the tablet terminal 80 through the transmission / reception unit 90 is shown, but the present invention is not limited to this. It may be transmitted to, for example, a PC of a maintenance company or a central monitoring board of a disaster prevention center instead of a tablet terminal.
  • the operation of the program by the deterioration prediction device for the magnetic material of the present invention has been described by using a flow-driven flowchart in which the operation of the program is sequentially processed according to the processing flow. Not limited to this.
  • the operation of the program by the deterioration prediction device of the magnetic material may be performed by an event-driven type (event-driven type) process in which the process is executed in event units. In this case, it may be completely event-driven, or it may be a combination of event-driven and flow-driven.
  • invention 1 A magnetic sensor that detects a magnetic field affected by a magnetic material to be inspected and outputs a sensor signal, and a deterioration score calculation means that calculates a deterioration score indicating the degree of deterioration of the magnetic material based on the sensor signal.
  • the deterioration score storage unit that stores the deterioration score, the deterioration prediction model storage unit that stores the deterioration prediction model indicating the change in the degree of deterioration, and the deterioration prediction model are updated based on the deterioration scores at a plurality of time points.
  • a deterioration prediction device for a magnetic material comprising: a deterioration prediction model updating means for acquiring a deterioration prediction model after the update, and a deterioration score prediction means for estimating a future deterioration score from the updated deterioration prediction model.
  • the deterioration prediction model updating means acquires the updated deterioration prediction model by updating the deterioration prediction model based on the deterioration scores at a plurality of time points thereafter when a sudden event is detected.
  • Invention 3 The deterioration predictor for a magnetic material according to Invention 1 or 2, wherein the magnetic material is a wire rope.
  • invention 4 The deterioration prediction device for a magnetic material according to any one of Inventions 1 to 3, further comprising a registration unit for registering a predetermined section of interest in the magnetic material and at least one of the deterioration prediction models.
  • invention 5 The magnetic deterioration predictor according to Invention 2, wherein the sudden event includes at least one of earthquake, fire, lightning strike, inundation and maintenance.
  • invention 6) The deterioration prediction device for a magnetic material according to any one of Inventions 3 to 5, wherein the magnetic sensor detects the magnetic field by a total magnetic flux method.
  • the deterioration prediction model includes a set of deterioration scores calculated based on sensor signals output from a sensor of the same type as the magnetic sensor each time a load is applied to the wire rope of the same type as the wire rope at a plurality of time points.
  • the deterioration prediction device for a magnetic material according to any one of the inventions 3 to 5.
  • (Invention 8) A step of detecting a magnetic field affected by a magnetic material to be inspected by a magnetic sensor and acquiring a sensor signal, and a step of calculating a deterioration score indicating the degree of deterioration of the magnetic material based on the sensor signal.
  • a method for predicting deterioration of a magnetic material which comprises a step of estimating. (Invention 9)
  • the deterioration prediction model update step when a sudden event is detected, the deterioration prediction model after the update is acquired by updating the deterioration prediction model based on the deterioration scores at a plurality of time points thereafter. The method for predicting deterioration of a magnetic material described.
  • a deterioration prediction model including a set of deterioration scores calculated based on sensor signals output from a sensor of the same type as the magnetic sensor each time a load is applied to the magnetic material of the same type as the magnetic material to be inspected at a plurality of time points.
  • Magnetic sensor 10 Magnetizing magnet 11 Excitation coil 12 Excitation control unit 13 Detection coil 14 Detection coil 15 Differential circuit 16 Current-voltage conversion circuit 17 CPU 30 A / D converter 31 I / D converter 32 Non-volatile memory 40 Deterioration score storage 41 Deterioration prediction model storage 42 Sensor signal storage unit 43 Program storage 50 Deterioration score calculation module 51 Deterioration prediction model update module 52 Degradation score prediction module 53 Tablet terminal 80 Display 81 Registration Department 82 Transmitter / receiver 90 Computer 100 Sensor signal acquisition step 210 Deterioration score calculation step 220 Deterioration prediction model update step 230 Degradation score estimation step 240 Elevator system E Elevator basket E1 Hoisting machine E2 Weight E3 Standard deterioration prediction model Mo Deterioration prediction model after update Ma Wire rope W

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Abstract

検査対象である磁性体（Ｗ）の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を出力する磁気センサ（１０）と、センサ信号に基づいて、磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定手段（５１）と、劣化スコアを記憶する劣化スコア記憶部（４１）と、劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを記憶する劣化予測モデル記憶部（４２）と、劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新手段（５２）と、将来の劣化スコアを推定する劣化スコア予測手段（５３）と、を備える磁性体の劣化予測装置。

Description

磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法
　本発明は、磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法に関する。
　従来、ワイヤロープを組み込んだクレーン装置や、エレベータシステムの稼働履歴情報から、計算によりワイヤロープの寿命を予測する技術が知られている（例えば特許文献１）。また、ワイヤロープの一部に弱い個所を設けて、当該箇所の断線を検出することで、交換時期を予測する試みがなされている（例えば特許文献２）。
特開２０１４‐２３４２６０号公報 特開２０１０‐２５４３９４号公報
　しかし、稼働履歴情報からの予測や、あえて弱い個所を設ける方法は、検査対象のワイヤロープそのものの物理的状態を何ら検出するものではないため、より検査対象のワイヤロープの状態を反映した予測結果の取得により、適切なタイミングで交換することが課題となる。本発明の一側面では、当該課題を解決し、より高精度な磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様による磁性体の劣化予測装置は、検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を出力する磁気センサと、センサ信号に基づいて、磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定手段と、劣化スコアを記憶する劣化スコア記憶部と、劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを記憶する劣化予測モデル記憶部と、複数時点の劣化スコアに基づいて劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新手段と、更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアを推定する劣化スコア予測手段と、を備える。
　本発明の第２の態様による磁性体の劣化予測方法は、磁気センサによって、検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を取得するセンサ信号取得ステップと、センサ信号に基づいて、磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定ステップと、複数時点の劣化スコアに基づいて劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新ステップと、更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアを推定する劣化スコア推定ステップと、を備える。
　本発明の第１の態様および第２の態様によれば、より高精度な磁性体の劣化予測装置および磁性体の劣化予測方法を提供することができる。
磁性体の劣化予測装置の全体像を説明する図である。 磁気センサの構成を説明する図である。 エレベータシステムへの適用を説明する図である。 プログラムの動作の一例を示すフローチャートである。 素線断線時のセンサ信号系列Ｓ(ｘ)の波形を示す図である。 劣化スコアＤｉの推移を示す図である。
　（構成の説明）
　本発明の一実施形態について説明する。
　本発明の一実施形態である磁性体の劣化予測装置は、図１に示すように、検査対象であるワイヤロープＷの影響を受けた磁界を検出してセンサ信号Ｓｉを出力する磁気センサ１０と、センサ信号Ｓｉを時系列データとして取得し、当該時系列のセンサ信号ＳｉをワイヤロープＷの位置に関するセンサ信号系列Ｓ(ｘ)に変換してセンサ信号記憶部４３に格納するとともに、当該センサ信号系列Ｓ(ｘ)に基づいてワイヤロープＷの劣化度合いを示す劣化スコアＤｉを算定する劣化スコア算定手段と、複数時点における劣化スコアＤ１，Ｄ２…Ｄｎを記憶する劣化スコア記憶部４１と、劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルＭｏを記憶する劣化予測モデル記憶部４２と、複数時点の劣化スコアに基づいて劣化予測モデルＭｏを更新することにより更新後の劣化予測モデルＭａを取得する劣化予測モデル更新手段と、更新後の劣化予測モデルＭａから、将来の劣化スコアＤｆを推定する劣化スコア予測手段と、更新後の劣化予測モデルＭａおよび推定した将来の劣化スコアＤｆを表示するディスプレイ８１と、劣化予測モデルＭｏを登録する登録部８２とを備える。なお、ワイヤロープＷは、請求の範囲の「磁性体」の一例である。また、本発明の一実施形態である磁性体の劣化予測装置は、コンピュータ１００を含む。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３０、Ａ／Ｄ変換器３１、Ｉ／Ｄ変換器３２、不揮発メモリ４０および送受信部９０を含む。また、ＣＰＵ３０、Ａ／Ｄ変換器３１、不揮発メモリ４０および送受信部９０は、アナログ信号をＩ／Ｄ変換するＩ／Ｄ変換器３２を介して、互いに接続されている。
　劣化スコア記憶部４１、劣化予測モデル記憶部４２、センサ信号記憶部４３、およびプログラム記憶部５０は、コンピュータ１００の不揮発メモリ４０内に設けられている。本実施形態における、劣化スコア算定手段、劣化予測モデル更新手段、劣化スコア予測手段は、プログラム記憶部５０に記憶されたプログラムのモジュールである劣化スコア算定モジュール５１、劣化予測モデル更新モジュール５２、劣化スコア予測モジュール５３をＣＰＵ３０が読みだして実行することによりそれぞれ実現される。すなわち、劣化スコア算定モジュール５１は、請求の範囲の「劣化スコア算定手段」の一例であり、劣化予測モデル更新モジュール５２は、請求の範囲の「劣化予測モデル更新手段」の一例である。また、劣化スコア予測モジュール５３は、請求の範囲の「劣化スコア予測手段」の一例である。本実施形態では、磁性体の劣化予測装置は、さらに、更新後の劣化予測モデルＭａを表示するディスプレイ８１と、劣化予測モデルＭａを登録するための登録部８２とを備える。登録部８２は、タッチパネルを含み、ユーザからの操作を受け付けるように構成されている。すなわち、登録部８２は、劣化予測モデルＭａを登録可能に構成されている。
　（磁気センサ１０の構成）
　磁気センサ１０は、図２に示すように、ワイヤロープＷを整磁する整磁磁石１１と、ワイヤロープＷを挟むように配置された励振コイル１２と、当該励振コイル１２に交流電流を供給することにより、励振コイル１２の間に交流磁界を発生させる励振制御部１３と、当該励振コイル１２とワイヤロープＷとの間の空間に配置され、実質的にワイヤロープＷがコイルの閉ループを横切るように配置された検知コイル１４および検知コイル１５と、検知コイル１４、１５を流れる電流の差分を出力する差動回路１６と、差動回路１６の出力となる電流を電圧に変換してセンサ信号Ｓｉとして出力する電流電圧変換回路１７とを備える。磁気センサ１０は、検査対象であるワイヤロープＷの影響を受けた磁界を検出するように構成されている。
　図３に、磁性体の劣化予測装置をエレベータシステムＥに適用した例を示す。エレベータシステムＥは、ワイヤロープＷの一端がエレベータのかごＥ１に結合され、他端がおもりＥ３に結合される。おもりＥ３が下方に移動すると、巻上機Ｅ２の回転力とワイヤロープＷとの摩擦力によりワイヤロープＷを駆動させエレベータのかごＥ１を昇降させる。
　図３に示す通り、磁気センサ１０は、その本体内をワイヤロープＷが通るように、エレベータのかごＥ１と、巻上機Ｅ２との間に配置される。
　（処理手順）
　各プログラムの処理を図４のフローチャートに沿って説明する。
　（センサ信号取得ステップ２１０）
　当該ステップでは、ＣＰＵ３０が、プログラム記憶部５０から読みだした劣化スコア算定モジュール５１を実行することにより、以下のように動作する。まず、ＣＰＵ３０により、Ａ／Ｄ変換器３１から現在のセンサ信号Ｓｉを取得するとともに、巻上機Ｅ２の現在の巻上げ位置Ｘを取得して、センサ信号Ｓｉと巻上げ位置Ｘとを対応付けて不揮発メモリ４０内のセンサ信号記憶部４３に格納する。この動作を、所定時間毎または所定の巻上げ位置Ｘ毎に実行する。これにより、ワイヤロープＷの位置毎のセンサ信号系列Ｓ（Ｘ）が生成される。
　センサ信号取得ステップ２１０は、他のステップと非同期に常時実行されていてもよいし、例えばエレベータシステムＥの点検時にワイヤロープＷを一通り移動させる際に実行して、次のステップ２２０以降に進むこととしてもよい。
　また、センサ信号系列Ｓ（Ｘ）は、ワイヤロープＷの据え付け時に取得したセンサ信号系列Ｓｏ（Ｘ）との差分をとることとすれば、劣化により生じた信号の変化のみを抽出できるため好ましいが、当該差分処理は必須ではない。
　その他、複数時点のセンサ信号を取得して記憶する限りにおいて、当該ステップの実施態様を種々変更可能である。
　（劣化スコア算定ステップ２２０）
　当該ステップでは、ＣＰＵ３０が、プログラム記憶部５０から読みだした劣化スコア算定モジュール５１を実行することにより、以下の通り実行される。
　まず、ＣＰＵ３０は、センサ信号記憶部４３からセンサ信号系列Ｓ（Ｘ）を読み出す。本実施形態では、磁気センサ１０として図２のような全磁束方式（全磁束法）すなわち、検知コイル１４および１５の閉ループ内を、検査対象のワイヤロープＷが通る構成を採用しているので、ワイヤロープＷの内部に素線断線がある場合でも、その断線により生じた磁界の変化が検知コイル１４および１５に流れる電流の変化となって表れる。したがって、ワイヤロープＷに目視上の破断が見えていない状況から、センサ信号Ｓｉ、すなわち、センサ信号系列Ｓ（Ｘ）に変化が現れるため、極めて高精度の劣化状態判定が可能となる。
　例えば、素線断線がある場所では、図５における（Ａ）のような波形が観測される。また、ワイヤロープＷの同一断面における素線断線の数が増加した場合は、図５における（Ｂ）のような波形が観測される。すなわち、素線断線の数が増加するにつれて、図５のような特徴的な波形の振幅が増加するため、素線断線の数を推定することが可能となる。
　本実施形態では、このようにして素線断線の数をワイヤロープＷの注目する所定区間に渡って計算（推定）し、その素線断線の数の最大値を劣化スコアＤｉとして、センサ信号Ｓiを取得した年月日とともに劣化スコア記憶部４１に記憶する。これにより、複数時点における劣化スコアＤｉが劣化スコア記憶部４１に蓄積される。注目する所定区間とは、例えば、ワイヤロープＷのうち、滑車を少なくとも１回は通過する区間であって、負荷がかかるために、劣化予測が必要となる区間をいう。また、ワイヤロープＷの注目する所定区間は、登録部８２によって登録される。
　なお、本実施形態では、劣化スコアＤｉをワイヤロープＷの注目する所定区間のうち最大値としたが、これに限られない。例えば、各場所で算出した劣化スコア（素線断線の数）の合計値を劣化スコアＤｉとしてもよい。また、注目する区間をさらに区分して、当該小区分ごとに劣化スコアＤｉを算定してもよい。その他、磁気センサによって検出される信号をワイヤロープＷの劣化度合いに変換したものである限りにおいて、種々のスコア算定方法を採用可能である。
　図６の（Ａ）は、ワイヤロープＷの標準品を、疲労試験機で繰り返し負荷を与えながら、磁気センサ１０と同方式の磁気センサを用いて劣化スコア算定ステップ２２０を実行した時に得られた劣化スコアＤｉの推移である。横軸は試験回数、縦軸は劣化スコアＤｉを示す。
　このグラフから、劣化スコアＤｉは、右肩上がりに増加していることが分かる。ただし、ワイヤロープＷの外見上は、１１０００回を超えたあたりでようやく１本の素線断線が視認でき、１３０００回付近で２本目の素線断線が視認できたが、その後１５０００回付近で全破断に至っている。このように、外見上はワイヤロープＷの劣化度合いを確認できないまま、突然全破断に至っている。しかしながら、外見上の変化がそれほど見られない間も、劣化スコアＤｉは右肩上がりに上昇を続けていることが確認できた。これは、ワイヤロープ内部で素線断線が進行していることを示している。
　なお、本実施形態では、劣化予測モデルＭｏは、ワイヤロープＷと同種のワイヤロープ（ワイヤロープＷの標準品）に複数時点において負荷を加えるたびに、磁気センサ１０と同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアＤｉの集合を含む。
　また、本実施形態による磁性体の劣化予測方法では、ワイヤロープＷの標準品に複数時点において負荷を加えるたびに、磁気センサ１０と同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアＤｉの集合を含む劣化予測モデルＭｏを準備するステップを備える。
　また、グラフから、２５００回付近までは信号に変化が見られず、内部破断が始まった後は、略直線的に素線断線の数が増加する傾向にある。従って、劣化予測モデルＭｏは、例えば、断線が検知された以降を直線近似するモデルとしてもよいことが分かる。
　しかしながら、標準的な劣化予測モデルＭｏを準備しても、現場の装置によって、ワイヤロープＷにかかる荷重やトルクや曲げ曲率などが様々異なる。
　そこで、本実施形態では、劣化予測モデル更新ステップ２３０を実施する。
　（劣化予測モデル更新ステップ２３０）
　当該ステップは、ＣＰＵ３０が、プログラム記憶部５０から読みだした劣化予測モデル更新モジュール５２を実行することにより、以下の通り実行される。
　まず、ＣＰＵ３０は、劣化スコア記憶部４１から、複数時点における劣化スコアＤｉを読み出すとともに、劣化予測モデル記憶部４２から、標準的な劣化予測モデルＭｏを読み出す。
　本実施形態では、標準的な劣化予測モデルＭｏは、図６（Ａ）から求めた２直線近似モデルとし、あらかじめタブレット端末８０（図１参照）の登録部８２によりモデルのパラメータを入力すると、送受信部９０を通じて、劣化予測モデル記憶部４２に、標準的な劣化予測モデルＭｏとして記憶される。具体的には、標準的な劣化予測モデルＭｏは以下のようにあらわされる。
　Ｄｉ　＝　Ａｘ＋Ｂ
　０＜ｘ＜＝２５００；Ａ＝０、Ｂ＝０
　２５００＞ｘ；Ａ＝０．０１、Ｂ＝－２５
　ここで、ｘはエレベータシステムＥの稼働回数を示す。稼働回数は、エレベータシステムＥが現在の階を出発してから、目的階に到着するまでの動作を１回としてカウントする。
　ここで、エレベータシステムＥを稼働している間、逐次劣化スコア算定ステップ２２０を実行すると、図６の（Ｂ）のような推移をしていたとする。この場合、１１５００回の時点で劣化が進行しているため、実際に観測されたＤｉがフィッティングするように、標準的な劣化予測モデルＭｏを更新して、更新後の劣化予測モデルＭａを取得する。
　Ｄｉ　＝　Ａｘ＋Ｂ
　０＜ｘ＜＝２５００；Ａ＝０、Ｂ＝０
　２５００＞ｘ；Ａ＝０．００４、Ｂ＝－１０
　なお、前回作成(更新)した更新後の劣化予測モデルＭａが、更新された複数時点の劣化スコアＤ１，Ｄ２．．．Ｄｎがフィッティングするように逐次更新するようにしてもよい。その他、当初準備した劣化予測モデルＭｏを、その後に生成された劣化スコアＤｉに基づいて更新する限りにおいて、種々の方法を採用することができる。
　また、本実施形態では、劣化予測モデルＭｏとして、２直線近似モデルとしたが、多次元近似曲線モデルや、スプライン近似モデルでもよい。その他、稼働回数に対して増加する関数となる限りにおいて、種々のモデルを選択可能である。
　ただし、地震や火災等、通常とは異なる負荷がワイヤロープＷに加わった場合は、その時点を境にして、劣化スコアＤｉが非線形に変化する可能性もある。このような特別な事象の前後の劣化スコアＤｉにフィッティングするように更新後の劣化予測モデルＭａを求めると、本来よりも極端に短い期間で破断に至ると予測してしまう可能性が高い。
　そこで、地震、火災等の突発事象の発生を示す突発情報を取得し、突発情報が発生した後の劣化スコアＤｉのみがフィッティングするように、標準的な劣化予測モデルＭｏを更新することとしてもよい。これにより、予測精度をより高めることができる。
　なお、突発情報は、劣化スコアＤｉを直線近似する際に偏差が一定以上大きい劣化スコアＤｉの前に突発事象が発生したと判定することにより、突発情報を生成することとしてもよい。すなわち、突発情報は、外的要因の発生を別手段で検知した結果を用いてもよいし、劣化スコアＤｉの突発的な変化に基づいて判定してもよい。
　ここでいう突発事象には、地震、火災、落雷、浸水およびメンテナンス等、検査対象となる磁性体に通常の運転状態とは異なる影響が加わる事象が含まれる。
　このようにして得られた更新後の劣化予測モデルＭａと、現在までの劣化スコアＤｉの推移を、送受信部９０を通じてタブレット端末８０に送信し、タブレット端末８０のディスプレイ８１にグラフ表示すれば、メンテナンス担当者やビルオーナーが劣化度合いをリアルタイムに確認することができ、好ましい。特に、磁気センサ１０やコンピュータ１００は立ち入りが難しい場所に配置される可能性もあるため、インターネット回線（ＬＴＥ回線）、電話回線等を通じた無線通信により、コンピュータ１００とタブレット端末８０とを通信可能とすることがより好ましい。
（劣化スコア推定ステップ２４０）
　このようにして得られた更新後の劣化予測モデルＭａから、将来の劣化スコアＤｆを予測する。破断水準までのエレベータシステムＥの稼働回数を予測する場合は、更新後の劣化予測モデルＭａにより計算される将来の劣化スコアＤｆが閾値を超える回数ｘを求めればよい。当該閾値は、例えば図６の（Ａ）の劣化スコアＤｉを取得する際のように、疲労試験機による試験により破断が確認されたエレベータシステムＥの稼働回数に基づいて定めてもよい。これにより、ワイヤロープＷの寿命予測が可能となる。逆に、所定の稼働回数後の劣化スコアＤｉを算出することに用いることもできる。このようにして得られた回数ｘをそのままディスプレイ８１に表示してもよいし、当該装置の単位期間中の平均稼働回数に基づいて、回数ｘを日数に変換した値を表示してもよい。また、更新後の劣化予測モデルＭａと、現在までの劣化スコアＤｉの推移のグラフとともに表示しても良い。
　なお、本実施形態では磁性体の劣化予測装置に対してワイヤロープＷが動く系を示したが、ワイヤロープＷに対して磁性体の劣化予測装置が動く系に適用してもよい。例えば、クレーンにおけるペンダントロープ、ロープウエイにおける支索、つり橋やＰＣ橋梁などに取り付けられるハンガーロープやＰＣケーブルは固定されているが、使用環境において継続的に負荷が加わることによって、材料的に劣化を伴う磁性体であるため、磁性体の劣化予測装置を手動またはロボットにより走査させて劣化状態を測定することが有効である。その場合、稼働回数の代わりに、時間をパラメータとすればよい。
　さらに、本実施形態では、検査対象である磁性体として、ワイヤロープＷを例示したが、使用環境において継続的に負荷が加わることによって、材料的に劣化を伴う磁性体であれば特に対象を限定されない。例えば、ステンレスロープ、素線を撚りあわせたより線、薄板、角材、円筒状のパイプ、針金、チェーンでもよい。また、樹脂やめっきなどで被覆されたワイヤロープＷでもよい。また、ワイヤロープＷを構成部材とするケーブルなどでもよい。例えば、橋脚やコンクリート内の鉄筋の腐食による劣化の予測に適用してもよい。その場合、稼働回数の代わりに、時間をパラメータとすればよい。
　さらに、本実施形態では、磁気センサ１０は、エレベータのかごＥ１と、巻上機Ｅ２との間に配置される例を示したが、本発明における磁気センサの配置はこれに限定されない。滑車を通過する区間を測定できる位置であればどこでもよく、例えば、巻上機Ｅ２とおもりＥ３の間であっても良い。
　さらに、本実施形態では、巻上機Ｅ２の回転力とワイヤロープＷとの摩擦力によりワイヤロープＷを駆動する例を示したが、ワイヤロープＷの駆動方法はこれに限られない。例えば巻取など別の駆動方法であっても良い。
　また、磁気センサ１０によって局所的なキンクや内部さびが検出された場合は、本実施形態における劣化スコアＤｉと併せてタブレット端末８０のディスプレイ８１に表示しても良い。これによって、素線断線数による劣化スコアＤｉと独立したパラメータとして、メンテナンスの緊急性や処置内容を判断できる。
　また、本実施形態では、劣化スコアＤｉの推移等を、送受信部９０を通じてタブレット端末８０に送信する例を示したが、これに限られない。タブレット端末ではなく、例えば、メンテナンス会社のＰＣや防災センターの中央監視盤等に送信してもよい。
　また、本実施形態では、説明の便宜上、本発明の磁性体の劣化予測装置によるプログラムの動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、磁性体の劣化予測装置によるプログラムの動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
　本明細書は、以下の発明を包含する。
（発明１）
　検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を出力する磁気センサと、前記センサ信号に基づいて、前記磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定手段と、前記劣化スコアを記憶する劣化スコア記憶部と、前記劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを記憶する劣化予測モデル記憶部と、複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新手段と、前記更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアを推定する劣化スコア予測手段と、を備える、磁性体の劣化予測装置。
（発明２）
　前記劣化予測モデル更新手段は、突発事象を検知した場合は、その後の複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより前記更新後の劣化予測モデルを取得する、発明１に記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明３）
　前記磁性体はワイヤロープである、発明１または２に記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明４）
　前記磁性体における注目する所定区間および前記劣化予測モデルのうち少なくとも一方を登録するための登録部を備える、発明１～３のいずれかに記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明５）
　前記突発事象は、地震、火災、落雷、浸水およびメンテナンスのうち少なくとも１つを含む、発明２に記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明６）
　前記磁気センサは、全磁束法により前記磁界を検出することを特徴とする、発明３～５のいずれかに記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明７）
　前記劣化予測モデルは、前記ワイヤロープと同種のワイヤロープに複数時点において負荷を加えるたびに、前記磁気センサと同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアの集合を含む、発明３～５のいずれかに記載の磁性体の劣化予測装置。
（発明８）
　磁気センサによって、検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を取得するステップと、前記センサ信号に基づいて、前記磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定するステップと、複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得するステップと、前記更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアを推定するステップとを備える、磁性体の劣化予測方法。
（発明９）
　前記劣化予測モデル更新ステップは、突発事象を検知した場合は、その後の複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより前記更新後の劣化予測モデルを取得する、発明８に記載の磁性体の劣化予測方法。
（発明１０）
　前記検査対象の磁性体と同種の磁性体に複数時点において負荷を加えるたびに、前記磁気センサと同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアの集合を含む劣化予測モデルを準備するステップをさらに備える、発明８または９に記載の磁性体の劣化予測方法。
磁気センサ　１０
整磁磁石　１１
励振コイル　１２
励振制御部　１３
検知コイル　１４
検知コイル　１５
差動回路　１６
電流電圧変換回路　１７
ＣＰＵ　３０
Ａ／Ｄ変換器　３１
Ｉ／Ｄ変換器　３２
不揮発メモリ　４０
劣化スコア記憶部　４１
劣化予測モデル記憶部　４２
センサ信号記憶部　４３
プログラム記憶部　５０
劣化スコア算定モジュール　５１
劣化予測モデル更新モジュール　５２
劣化スコア予測モジュール　５３
タブレット端末　８０
ディスプレイ　８１
登録部　８２
送受信部　９０
コンピュータ　１００
センサ信号取得ステップ　２１０
劣化スコア算定ステップ　２２０
劣化予測モデル更新ステップ　２３０
劣化スコア推定ステップ　２４０
エレベータシステム　Ｅ
エレベータのかご　Ｅ１
巻上機　Ｅ２
おもり　Ｅ３
標準的な劣化予測モデル　Ｍｏ
更新後の劣化予測モデル　Ｍａ
ワイヤロープ　Ｗ

Claims (10)

  1. 　検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を出力する磁気センサと、
    　前記センサ信号に基づいて、前記磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定手段と、
    　前記劣化スコアを記憶する劣化スコア記憶部と、
    　前記劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを記憶する劣化予測モデル記憶部と、
    　複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新手段と、
    　前記更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアまたは前記磁性体の寿命を推定する劣化スコア予測手段と、を備える、磁性体の劣化予測装置。
  2. 　前記劣化予測モデル更新手段は、突発事象を検知した場合は、その後の複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより前記更新後の劣化予測モデルを取得する、請求項１に記載の磁性体の劣化予測装置。
  3. 　前記磁性体はワイヤロープである、請求項１または２に記載の磁性体の劣化予測装置。
  4. 　前記磁性体における注目する所定区間および前記劣化予測モデルのうち少なくとも一方を登録するための登録部を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁性体の劣化予測装置。
  5. 　前記突発事象は、地震、火災、落雷、浸水およびメンテナンスのうち少なくとも１つを含む、請求項２に記載の磁性体の劣化予測装置。
  6. 　前記磁気センサは、全磁束法により前記磁界を検出することを特徴とする、請求項３～５のいずれか１項に記載の磁性体の劣化予測装置。
  7. 　前記劣化予測モデルは、前記ワイヤロープと同種のワイヤロープに複数時点において負荷を加えるたびに、前記磁気センサと同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアの集合を含む、請求項３～５のいずれか１項に記載の磁性体の劣化予測装置。
  8. 　磁気センサによって、検査対象である磁性体の影響を受けた磁界を検出してセンサ信号を取得するセンサ信号取得ステップと、
    　前記センサ信号に基づいて、前記磁性体の劣化度合いを示す劣化スコアを算定する劣化スコア算定ステップと、
    　複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化度合いの変化を示す劣化予測モデルを更新することにより更新後の劣化予測モデルを取得する劣化予測モデル更新ステップと、
    　前記更新後の劣化予測モデルから、将来の劣化スコアを推定する劣化スコア推定ステップと、を備える、磁性体の劣化予測方法。
  9. 　前記劣化予測モデル更新ステップは、突発事象を検知した場合は、その後の複数時点の前記劣化スコアに基づいて前記劣化予測モデルを更新することにより前記更新後の劣化予測モデルを取得する、請求項８に記載の磁性体の劣化予測方法。
  10. 　前記検査対象の磁性体と同種の磁性体に複数時点において負荷を加えるたびに、前記磁気センサと同種のセンサから出力されたセンサ信号に基づいて算定された劣化スコアの集合を含む劣化予測モデルを準備するステップをさらに備える、請求項８または９に記載の磁性体の劣化予測方法。
    　
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