钢丝绳的损伤检测方法和用于钢丝绳的损伤检测的信号处理装置及损伤检测装置与流程

本发明涉及钢丝绳的损伤检测方法、和用于钢丝绳的损伤检测的信号处理装置及损伤检测装置。

背景技术：

已知一种利用漏磁通法来检查钢丝绳的检查装置(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-5896号公报

在漏磁通法中，利用检查装置的磁铁使钢丝绳在长度方向上磁化，检测从钢丝绳的损伤部位泄漏的磁通。在此，如钢丝绳那样的细长的磁性体有时由于加工时或之后的地磁的影响而被磁化，在钢丝绳的两端部原本就形成有磁极。因此，若检查装置具备的磁铁的磁力较弱，则由于钢丝绳的两端部的磁极的影响而导致检查范围的钢丝绳的磁化方向(磁轴)不一致，结果，检查装置的输出信号，特别是检查范围的两端部分的输出信号有时会不稳定(s/n比劣化)。虽然通过使用具有强磁力的磁铁，能够使检查范围内的磁化方向在一定程度上一致，但是具有强磁力的磁铁较重，导致检查装置难以携带。

技术实现要素：

本发明的目的在于，使钢丝绳的检查范围的磁化方向一致。

本发明的目的还在于，提高从钢丝绳的损伤检测装置输出的信号的s/n比。

本发明的目的进一步在于，使钢丝绳在整周均匀地磁化，并且防止检查时的钢丝绳的损伤。

本发明的钢丝绳的损伤检测方法是使用了便携式损伤检测装置的钢丝绳的损伤检测方法，所述便携式损伤检测装置设置成将钢丝绳的长度方向的一部分在整周进行包围，并具备：磁化单元，其将所述钢丝绳在长度方向上进行磁化；以及探测线圈，其检测由所述磁化单元磁化的检查范围的钢丝绳的截面积变化，所述钢丝绳的损伤检测方法的特征在于，在所述钢丝绳的给定长度的检查范围内，使所述损伤检测装置在所述钢丝绳上往复移动给定次数，在使所述损伤检测装置往复移动给定次数后，记录从所述探测线圈输出的信号。

根据本发明，在使用损伤检测装置的钢丝绳的检查之前，所述损伤检测装置在钢丝绳的给定长度的检查范围内往复移动给定次数，由此，能够使钢丝绳的检查范围内的磁化方向(磁轴)排列整齐。通过在检查范围内使所述损伤检测装置往复移动，去程中的来自探测线圈的输出信号与回程中的来自探测线圈的输出信号不会产生大的偏差，从而能够使检查范围内的磁化方向(磁轴)一致，实现检查精度的提高。

优选地，使所述损伤检测装置移动，直至所述损伤检测装置超过所述钢丝绳的给定长度的检查范围的两端。能够使检查范围的整体的磁化方向排列整齐。

在一个实施方式中，使所述损伤检测装置往复移动至少3次。能够获得稳定的输出信号。

检查范围的长度能够任意设定(调整)。在钢丝绳比检查范围长的情况下，通过错开检查范围，能够对钢丝绳在整个长度上进行检查。在每次错开检查范围时，在检查新的检查范围之前，通过使所述损伤检测装置在新的检查范围内往复移动，能够高精度地检查钢丝绳的全长。

本发明也提供一种适用于所述钢丝绳的损伤检测的信号处理装置。本发明的信号处理装置包括：电压信号受理单元，其受理从便携式损伤检测装置的探测线圈输出的与钢丝绳的截面积变化相应的电压信号的输入，所述便携式损伤检测装置设置成将所述钢丝绳的长度方向的一部分在整周进行包围，并具备：磁化单元，其将所述钢丝绳在长度方向上进行磁化；以及所述探测线圈，其检测由所述磁化单元磁化的检查范围的所述钢丝绳的截面积变化；转换单元，其将由所述电压信号受理单元受理的电压信号转换为磁通信号；平滑化单元，其将由所述转换单元转换得到的磁通信号平滑化，计算平滑化磁通信号；以及减法运算单元，其从所述磁通信号中减去所述平滑化磁通信号。

本发明也提供一种适用于所述信号处理装置的控制的方法。在本发明的信号处理方法中，通过电压信号受理单元受理从便携式损伤检测装置的探测线圈输出的与钢丝绳的截面积变化相应的电压信号的输入，所述便携式损伤检测装置设置成将所述钢丝绳的长度方向的一部分在整周进行包围，并具备：磁化单元，其将所述钢丝绳在长度方向上进行磁化；以及所述探测线圈，其检测由所述磁化单元磁化的检查范围的所述钢丝绳的截面积变化，通过转换单元将所受理的电压信号转换为磁通信号，计算通过平滑化单元将由转换得到的磁通信号平滑化后的平滑化磁通信号，通过减法运算单元从所述磁通信号中减去所述平滑化磁通信号。

当由于加工时或其后的地磁的影响，在钢丝绳的两端部原本形成有磁极时，在检查范围的特别是两端部分处的输出信号(电压信号或磁通信号)有时会产生钢丝绳的两端部的磁极的影响。根据本发明，通过从磁通信号中减去将所述磁通信号平滑化后的平滑化磁通信号，能够消除或减轻检查范围的两端部分处的输出信号中包含的钢丝绳的两端部的磁极的影响量。由于输出信号的s/n比提高，因此能够更准确地检测出钢丝绳的损伤的有无、程度和发生位置。

所述平滑化单元例如能够使用移动平均法。移动平均法既可以使用简单移动平均，也可以使用加权移动平均。当然，也可以使用简单移动平均和加权移动平均这两者。

本发明还提供一种适于所述钢丝绳的损伤检测的具备移动机构的便携式损伤检测装置。本发明的具备移动机构的便携式损伤检测装置具有供钢丝绳通过的直径大于所述钢丝绳的直径的圆柱状的内部空间，所述便携式损伤检测装置具备：磁化单元，其将所述钢丝绳在长度方向上进行磁化，并配置成环状；以及探测线圈，其检测由所述磁化单元磁化的检查范围的钢丝绳的截面积变化，并设置成环状，所述便携式损伤检测装置具备包括能够旋转的支承辊的移动机构，所述支承辊以等角度间隔安装于所述便携式损伤检测装置的两端部的每个端部，并在两端部分别对钢丝绳从其周围的4个方向进行支承，所述便携式损伤检测装置的两端部各自的所述支承辊以使所述钢丝绳的截面中心与所述内部空间的截面中心一致的方式被安装。

由于钢丝绳通过便携式损伤检测装置的内部空间的中心，因此钢丝绳与配置成环状的磁化单元之间的距离在整周上是相等的，从而能够使钢丝绳在整周上均匀地磁化。另外，由于损伤检测装置的内部空间的内周面不接触钢丝绳，因此也不会发生由钢丝绳与损伤检测装置的接触引起的损伤。能够使便携式损伤检测装置沿着钢丝绳的长度方向顺畅地移动。

附图说明

图1为便携式钢丝绳损伤检测装置的主视图。

图2为沿着图1的ii-ii线的便携式钢丝绳损伤检测装置的侧视图。

图3为示意性地表示磁化检测器的内部结构的剖视图。

图4表示永久磁铁的排列。

图5表示使磁化检测器在钢丝绳的检查范围内移动的情况。

图6为表示使磁化检测器往复移动时的输出信号的曲线图。

图7为表示信号处理装置的处理流程的流程图。

图8表示从探测线圈输出的电压波形。

图9表示磁通量的波形。

图10表示简单移动平均后的磁通量的波形。

图11表示多项式拟合加权移动平均后的磁通量的波形。

图12表示校正后的磁通量的波形。

具体实施方式

图1为便携式钢丝绳损伤检测装置的主视图。图2为沿着图1的ii-ii线的便携式钢丝绳损伤检测装置的侧视图。

便携式钢丝绳损伤检测装置1具备磁化检测器10和用于使磁化检测器10沿着钢丝绳w移动的移动机构20。

磁化检测器10为圆筒状，具备供钢丝绳w通过的具有比上述钢丝绳w的直径大的直径的圆柱形的内部空间10a。磁化检测器10具有与在前后方向(圆筒轴方向)上间隔设置的2个铰链17连结的开闭自如的一对半圆筒体10l、10r，并能够以铰链17为轴将半圆筒体10l、10r向两侧打开。通过2个半圆筒体10l、10r从两侧夹持(包围)钢丝绳w，由此将磁化检测器10安装于钢丝绳w。以下，为了便于说明，将磁化检测器10的前后方向(圆筒轴方向)的一端(图1中的左端)称为一端部，将另一端(图1中的右端)称为另一端部。

移动机构20具备分别安装于半圆筒体10l、10r的一对移动机构20l、20r(参照图2)。

移动机构20l、20r在前后方向(参照图1)上对称地形成，并且在左右方向(参照图2)上也对称地形成。在半圆筒体10l、10r各自的外表面，固定有在前后方向及周向上间隔设置并向外方突出的4个半圆状的翅片15。在每个翅片15开有螺纹孔，在沿前后方向排列的1对翅片15安装沿前后方向延伸的杆(bar)23。参照图2，当从侧方观察便携式钢丝绳损伤检测装置1时，4根杆23安装在相当于圆筒状的磁化检测器10的周围的四角的位置上。

在从侧方观察时，在沿上下方向排列的2根杆23的两端分别固定有扇状的板21l、21r。在扇状板21l、21r各自的外表面，通过支承件将能够旋转的支承辊25l、支承辊25r空开间隔地各固定有两个。在一端部以在从侧方观察时呈等角度间隔的方式设置有4个支承辊25l、25r，在另一端部也以在从侧方观察时呈等角度间隔的方式设置有4个支承辊25l、25r。在一端部和另一端各设有4个的支承辊25l、25r的内切圆与钢丝绳w的直径为相同直径，并且支承辊25l、25r的内切圆与钢丝绳w的圆形的横截面为同心圆。

通过磁化检测器10的内部空间10a的钢丝绳w从其周围的4个方向被支承。如上所述，在一端部及另一端部各设有4个的支承辊25l、25r设置为，其内切圆与钢丝绳w的直径为相同直径，并且支承辊25l、25r的内切圆与钢丝绳w的圆形的横截面为同心圆。即，在便携式钢丝绳损伤检测装置1的一端部及另一端部分别通过4个支承辊25l、25r，以使钢丝绳w的截面中心与内部空间10a的截面中心相一致的方式支承钢丝绳w，由此，钢丝绳w位于磁化检测器10的内部空间10a的中心。如后所述，磁化检测器10具有在其内部以环状排列的多个永久磁铁。由于钢丝绳w通过磁化检测器10的内部空间10a的中心，因此钢丝绳w与以环状排列的永久磁铁之间的距离在整周上是相等的，从而能够使钢丝绳w在整周上均匀地磁化。另外，由于钢丝绳w不接触磁化检测器10的内部空间10a的内周面，因此也不会产生由钢丝绳w与磁化检测器10的接触引起的损伤。能够使磁化检测器10沿着钢丝绳w的长度方向顺畅地移动。

在支承辊25l、25r的支承件能够以拆装自如的方式安装直径不同的支承辊25l、25r。在检查小径的钢丝绳w的情况下，安装直径大的支承辊25l、25r，而在检查大径的钢丝绳w的情况下，安装直径小的支承辊25l、25r。只要是具有比磁化检测器10的内部空间10a的截面直径小的直径的钢丝绳w，即便是具有不同直径的钢丝绳w，也能够安装磁化检测器10，并且能够使钢丝绳w位于内部空间10a的中心。

参见图1，在设置于另一端侧(图1中的右侧)的板21r的外表面固定有支承件，在支承件的前端安装有辊51。辊51与钢丝绳w的表面相接，在沿着钢丝绳w使磁化检测器10移动时，辊51旋转。在辊51的旋转轴固定有旋转编码器52，通过该旋转编码器52来测量磁化检测器10的移动距离(磁化检测器10的位置)。

图3为示意性地表示磁化检测器10的内部结构的纵向剖视图。图4示意性地示出了沿着图3的iv-iv线的横向剖视图，并且示出了设置于磁化检测器10的永久磁铁的排列。

磁化检测器10在其一端侧(图3中的左侧)和另一端侧(图3中的右侧)各设置有2列以环状等间隔地排列有18个的永久磁铁11、12。一端侧的永久磁铁11均配置成使s极朝向磁化检测器10的中心且使n极朝向外方。另一端侧的永久磁铁12均配置成使n极朝向磁化检测器10的中心且使s极朝向外方。如上所述，磁化检测器10由一对半圆筒体10l、10r构成，因而以环状排列的18个永久磁铁11、12中的9个设置于一个半圆筒体10l，其余9个设置于另一个半圆筒体10r。永久磁铁11、12的数量可以任意调整。另外，永久磁铁11和12也可以通过磁轭(省略图示)连接。

在磁化检测器10的前后方向的中央部分设置有环状的探测线圈13。既可以设置一个探测线圈13，也可以在前后方向上隔开间隔地排列设置2个环状的探测线圈13，并将它们差动连接。探测线圈13通过连接分别设置于其两端的连接器(省略图示)而形成为环状。在将磁化检测器10安装于钢丝绳w时，连接器的两端连接被解除。

从永久磁铁11、12产生的磁通形成通过钢丝绳w的磁环，由此使钢丝绳w磁化。在钢丝绳w中，例如在劣化加剧，损伤累积时，在损伤部分(磨损部分、腐蚀部分等)会出现钢丝绳的截面积变化(减少)(绳直径的减小)。在此，由于通过磁化后的钢丝绳w的磁通与钢丝绳w的截面积成比例，因而在损伤部分处出现通过钢丝绳w的磁通的变化。当磁化检测器10通过磁化(饱和磁化)后的钢丝绳w的损伤部分时，由于与探测线圈13交链的磁通的变化，在探测线圈13中产生电动势，这在探测线圈13的输出信号中会表现为峰。根据探测线圈13的输出信号，能够检测出钢丝绳w的截面积变化，即在钢丝绳w产生的损伤部分。

在此，钢丝绳w之类的细长的磁性体有时受到加工时以及之后的地磁的影响而在长度方向上被磁化，在钢丝绳w的两端部原本就形成有磁极。另外，若使磁化检测器10(永久磁铁11、12)在钢丝绳w上仅移动一次，则有时难以使钢丝绳w的磁化方向(磁轴)一致。

图5示意性地示出了在钢丝绳w的给定长度的检查范围内使磁化检测器10往复移动的情况。磁化检测器10通过信号电缆与信号处理装置90连接，来自探测线圈13的输出信号和来自旋转编码器52的输出信号通过信号电缆提供给信号处理装置90。如后所述，为了使检查范围的整体的磁化方向一致，优选使磁化检测器10移动，直至磁化检测器10超过检查范围的两端。

图6为表示在使磁化检测器10在给定长度的检查范围内连续移动了8次(往复移动4次)时，从磁化检测器10输出的输出信号的曲线图。图6示出了使磁化检测器10在长度约4m的检查范围内往复移动4次时的磁化检测器10的输出信号。在图6的曲线图中，横轴表示距离(磁化检测器10的位置)，纵轴表示输出信号(磁通(wb))。

参照图6可知，使磁化检测器101在检查范围内往复移动时的输出信号在最初的期间变动大(去程与回程的背离大)，钢丝绳w的磁化力弱。随着反复进行往复移动，变动变小(去程与回程的背离小)，磁化力也变强。在到达第6次移动(回程)、第7次移动(去程)以及第8次移动(回程)时，输出信号的变动几乎消失。

即，通过使磁化检测器10在钢丝绳w的给定检查范围内往复移动多次，能够使该检查范围内的磁化方向(磁轴)一致，从而使输出信号稳定。

使磁化检测器10往复的次数也取决于磁化检测器10所具备的永久磁铁11、12的磁力。如果使用具有强磁力的永久磁铁，则能够以更少的移动次数使输出信号稳定。然而，具有强磁力的磁铁一般重量较大，会妨碍磁化检测器10的便携性。考虑到磁化检测器10的便携性，使用如下的永久磁铁11、12是合适的，即：能够通过使磁化检测器10在检查范围内往复移动3次而达到稳定的输出信号的永久磁铁11、12。

图7为表示对从磁化检测器10输出的信号进行处理的信号处理装置90的动作的流程图。

首先确定钢丝绳w的待检查范围，在该检查范围内使磁化检测器10往复移动至少3次。如上所述，检查范围内的磁化方向一致。在开始使磁化检测器10往复移动时从探测线圈13输出的信号不被记录(例如，被丢弃)。

在结束磁化检测器10的往复移动后，开始检查范围的检查(开始输出信号的记录)。使磁化检测器10沿着钢丝绳w从检查范围的一端移动到另一端。来自探测线圈13和旋转编码器52的输出信号被提供给信号处理装置90，并记录在信号处理装置90所具备的存储器中(步骤61)。

图8的曲线图示出了在使磁化检测器10在给定的检查范围内往复一次时的探测线圈13的输出信号(电压值)的变化的波形。

如上上述，在钢丝绳w存在损伤时，会产生由截面积变化引起的磁通的变化，从而在探测线圈13产生电动势。图8的曲线图示出了在使磁化检测器10(探测线圈13)从检查范围的一端移动到另一端时(去程)在探测线圈13产生的电压的变化的波形，以及在使磁化检测器10从检查范围的另一端移动到一端时(回程)在探测线圈13产生的电压的变化的波形两者。在去程和回程中，在探测线圈13产生的电压的极性反转，因此在曲线图上表现出大致上下对称的波形。

钢丝绳w是将多根单线绞合而成的股线进一步绞合而成的，在钢丝绳w的表面存在螺旋状的凹凸。磁通变化也由钢丝绳w的表面的凹凸产生，因此即使是钢丝绳w没有损伤的部分，也会检测到电压变化。

在钢丝绳w存在损伤的情况下，在来自探测线圈13的输出信号中出现峰值(突出的电压值)。由于在损伤的程度大时，钢丝绳的截面积变化量(磁通的变化量)也变大，因此峰值也变大。

虽然也可以使用来自探测线圈13的输出信号(电压值)(图8的曲线)来判断存在于钢丝绳w的损伤的有无、程度和部位，但是来自探测线圈13的输出信号的值会根据磁化检测器10的移动速度而变化。

返回图7，为了消除磁化检测器10的移动速度，信号处理装置90执行对来自探测线圈13的输出信号(电压值)进行时间积分，转换为磁通(磁通量)的处理(步骤62)。

图9示出了对图8所示的电压值的变化进行时间积分所得到的磁通量的变化。曲线图的纵轴表示磁通(wb)(磁通的变化)。

可知图9所示的波形的左右两端81、82较大地上升。

这种情况在如上所述受到加工时及其后的地磁的影响而使钢丝绳w在长度方向上磁化，在钢丝绳w的两端部形成有磁极的情况下出现。即，图9所示的波形的左右的两端81、82的上升并不是表示由于在钢丝绳w存在损伤而检测出的磁通，而是在钢丝绳w的两端部形成有磁极的情况下出现的所谓噪声信号。

在图9所示的波形的除了左右两端81、82以外的范围，观察到4个峰71a、71b、71c、71d。这些峰71a～71d是由于在钢丝绳w存在损伤而出现在波形中的。损伤的程度越大，这些峰越大。

利用图9所示的磁通量的波形，例如想要使用阈值来判断损伤的有无及其程度时，左右的两端81、82的上升也有可能被判断为损伤部位。因此，在信号处理装置90中进行以下所示的校正处理。

返回到图7，首先进行简单移动平均处理(步骤63)。在每隔1ms进行采样时，对移动平均进行计算的区间例如设为10ms左右的区间。图10示出了通过对图9所示的磁通量的波形进行简单移动平均处理而平滑化后的波形。

然后，计算与移动平均波形近似的波形的多项式，进行多项式拟合加权移动平均处理(步骤64)。这也是用于平滑化的处理。例如，使用最小二乘法计算7次近似式的系数。图11示出了通过对图10所示的简单平均移动处理进行7次多项式拟合加权移动平均处理而平滑化后的波形。

最后从原始的磁通量的波形(图9)中减去平滑化后的磁通量的波形(图11)，由此校正磁通量的波形(步骤65)。图12示出了校正处理后的磁通量的波形。

可知校正处理后的磁通量的波形与原来的磁通量的波形(图9)相比，两端的较大的上升变得相当小。

必要时，重复上述的校正处理，即简单移动平均处理、多项式拟合加权移动平均处理和减法运算处理(在步骤66中为“是”)。在第2次以后的减法运算处理中被减去的是在上次处理中计算出的校正处理后的磁通量的波形。通过反复进行校正处理，能够进一步减小两端部分的上升。

校正后的磁通量的波形的两端的噪声(较大的上升的波形部分)被去除，从而在钢丝绳w存在的损伤部位与峰值相对应。即，通过上述的校正处理，磁通量的波形(输出信号)的s/n比提高，能够更准确地检测出钢丝绳w的损伤的有无、程度及其发生位置。能够获得便于进行使用了阈值的损伤的有无、程度及发生位置的判断的信号。

符号说明

1便携式钢丝绳损伤检测装置

10磁化检测器

10a内部空间

10r、10l半圆筒体

11、12永久磁铁

13探测线圈

20、20l、20r移动机构

25l、25r支承辊

52旋转编码器

90信号处理装置。