缆绳探伤装置的制作方法

本发明涉及检测例如悬吊电梯轿厢的缆绳或用于起重机的缆绳等缆绳的破损或绳股(素線)的断线即损伤的缆绳探伤装置。

背景技术：

通常，会定期点检在电梯和起重机等中使用的缆绳中有无绳股的断线。并且，如果发生断线的绳股的数量增多，则实施缆绳的更换。原则上，这样的点检是利用目视进行的，但是为了提高作业效率，也存在使用缆绳探伤装置的情况。

现有的缆绳探伤装置具有磁化器和作为磁传感器的线圈部。磁化器具有彼此隔开间隔地配置的第1和第2永磁铁以及连接第1和第2永磁铁的背轭。线圈部配置在第1和第2永磁铁之间。

在缆绳的点检时，使磁化器与缆绳接触，使得第1和第2永磁铁沿缆绳的长度方向排列，并使缆绳相对于磁化器相对移动。这时，缆绳的第1和第2永磁铁间的区间被磁化。

当在缆绳存在损伤、损伤部分进入被磁化的区间时，在损伤部分的周边会产生漏磁通。漏磁通由线圈部检测。因此，通过测定线圈部的输出，能够判定有无绳股的断线。即，当来自损伤部分的漏磁通与线圈部交链时，在线圈部的两端会产生感应电压，因此能够检测出绳股的断线。

此外，线圈部具有在缆绳的移动方向上彼此隔开间隔地配置的第1和第2探测线圈。因此，通过取第1和第2探测线圈的差分输出，来抵消以相同相位叠加于第1和第2探测线圈的噪声电压。另一方面，由于在各个探测线圈中因断线引起的感应电压所产生的时间不同，因此使得上述感应电压不被抵消而留下，从而S/N比得到改善(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-210968号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

如上所述的现有的缆绳探伤装置对于以相同相位叠加于各个探测线圈的噪声是有效的，但是当产生以相反相位叠加的噪声时，噪声被强调，从而存在S/N比降低的问题。

例如，当在作为点检对象的缆绳旁边排列配置有其它缆绳时等、在作为点检对象的缆绳附近存在强磁性体的情况下，在从磁化器的N极发出的磁通中会产生如下的成分：该成分从点检对象绳索朝向附近的强磁性体泄漏而再次返回到点检对象绳索，流入磁化器的S极。这时，由于与第1和第2探测线圈交链的磁通的朝向相反，因此在第1和第2探测线圈产生的感应电压的正负也相反。

这里，当第1和第2探测线圈以使得第1和第2探测线圈的极性彼此反向的方式串联连接时，由于各个探测线圈的感应电压为相同的极性，因此噪声被强调。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，得到一种能够更加可靠地提高S/N比的缆绳探伤装置。

用于解决课题的手段

本发明的缆绳探伤装置具备：磁化器，其在缆绳的长度方向上的一部分形成主磁通；多个探测线圈，它们在缆绳的长度方向上彼此隔开间隔地配置，检测在形成有主磁通的区间中从缆绳的损伤部分产生的漏磁通；以及控制部，其检测在多个探测线圈中产生的感应电压，控制部使彼此相邻的多个探测线圈的电压波形错开根据多个探测线圈的间隔和缆绳相对于磁化器的相对移动速度计算出的时间地进行叠加，由此放大感应电压的波峰。

发明效果

本发明的缆绳探伤装置使多个探测线圈的电压波形错开根据彼此相邻的多个探测线圈的间隔和缆绳相对于磁化器的相对移动速度计算出的时间地进行叠加，由此放大感应电压的波峰，因此，能够更可靠地提高S/N比。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的缆绳探伤装置的探头的立体图。

图2是分解示出图1的探头的一部分的立体图。

图3是示出图1的探头的探伤原理的说明图。

图4是示出实施方式1的缆绳探伤装置的主要部分的结构图。

图5是示出图4的控制部的波形处理方法的说明图。

图6是示出本发明的实施方式2的缆绳探伤装置的主要部分的结构图。

图7是示出图5的控制部的波形处理方法的说明图。

图8是示出当损伤部分通过正向连接的第1和第2探测线圈时的漏磁通的移动与检测到的感应电压的波形之间的关系的说明图。

图9是示出当损伤部分通过反向连接的第1和第2探测线圈时的漏磁通的移动与检测到的感应电压的波形之间的关系的说明图。

图10是示出根据本发明的实施方式3的缆绳探伤装置的主要部分的结构图。

图11是示出图10的控制部的波形处理方法的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的缆绳探伤装置的探头的立体图，图2是分解示出图1的探头的一部分的立体图。在图中，外壳1具有外壳主体2和覆盖外壳主体2以保护探头内容物的罩3。罩3设有截面为U字形的罩槽部3a。缆绳4(图3)经过罩槽部3a的内侧，在与罩3接触的同时相对于探头相对移动。

在外壳主体2设有第1和第2永磁铁5、6、背轭7、第1和第2极靴8、9以及第1和第2探测线圈10-1、10-2。第1和第2永磁铁5、6彼此隔开间隔地配置。背轭7将第1和第2永磁铁5、6的与罩槽部3a相反侧的端部间连接起来。

第1极靴8固定在第1永磁铁5的罩槽部3a侧的端部。第2极靴9固定在第2永磁铁6的罩槽部3a侧的端部。为了使第1和第2永磁铁5、6所产生的磁通高效地流入缆绳4，在第1和第2极靴8、9分别形成有与罩槽部3a的外表面相接的截面为U字形的第1和第2极靴槽部8a、9a。

磁化器11具有第1和第2永磁铁5、6、背轭7、第1和第2极靴8、9以及罩3。第1和第2探测线圈10-1、10-2配置在由第1和第2永磁铁5、6、背轭7、第1和第2极靴8、9以及罩3构成的磁路内。

各第1和第2探测线圈10-1、10-2是通过将卷绕成椭圆形的线圈成型为U字形而得到的。此外，第1和第2探测线圈10-1、10-2被配置成关于第1和第2极靴8、9的间隔的中心对称的位置关系。

图3是示出图1的探头的探伤原理的说明图。在缆绳4的点检时，以使得缆绳4插入罩槽部3a内侧的方式来配置探头。由此使得第1和第2永磁铁5、6在缆绳4的长度方向上彼此隔开间隔地配置，并且，缆绳4的与第1永磁铁5对置的部分和与第2永磁铁6对置的部分之间的区间被磁化。即，磁化器11沿缆绳4的长度方向在缆绳4的长度方向上的一部分形成主磁通12。在该状态下，使缆绳4相对于探头相对移动。

当缆绳4存在损伤而损伤部分4a进入被磁化的区间时，在损伤部分4a的周边会产生漏磁通13。漏磁通13被第1和第2探测线圈10-1、10-2检出。由于第1和第2探测线圈10-1、10-2在缆绳4的长度方向上隔开间隔地配置，因此，漏磁通13的检出产生时间差。

图4是示出实施方式1的缆绳探伤装置的主要部分的结构图。第1和第2探测线圈10-1、10-2与作为检测处理部的控制部21电连接。控制部21用于检测在第1探测线圈10-1的两端产生的感应电压V1和在第2探测线圈10-2的两端产生的感应电压V2。此外，控制部21通过对感应电压V1和感应电压V2的波形进行处理而判定缆绳4有无损伤。

图5是示出图4的控制部21的波形处理方法的说明图，示出缆绳4的损伤部分4a以恒定的移动速度υ通过探头的情况。这里，设第1和第2探测线圈10-1、10-2的中心间距离为P(图4)。此外，设第1探测线圈10位于缆绳4的移动方向上的上游侧，第2探测线圈10-2位于缆绳4的移动方向上的下游侧。

当损伤部分4a进入第1和第2极靴8、9之间时，在损伤部分4a附近产生漏磁通13(图3)。该漏磁通13与第1探测线圈10-1交链，然后，与第2探测线圈10-2交链。因此，产生感应电压V1、V2的波峰的时刻错开距离P除以移动速度υ得到的值所示出的时间τ(＝P/υ)。

控制部21具有临时存储感应电压V1、V2的波形数据的存储部。在本实施方式中，进行数字采样，将波形数据存储在作为存储部的FIFO(First In,First Out：先进先出)缓冲器中。此外，控制部21使在感应电压V2之前的感应电压V1的波形(图5的左上层的波形)延迟时间τ而得到的波形(图5的左中层的波形)与感应电压V2的波形(图5的左下层)叠加(图5的右侧的波形)。由此能够放大由损伤部分4a引起的感应电压的波峰。

但是，也存在由于上述叠加而放大噪声的可能性。噪声最被放大的状态是噪声周期为Tn且上述的延迟时间τ为Tn的整数倍时。这时，噪声的波峰彼此叠加，振幅变为大约两倍，但是由于信号的振幅也同样地变为大约两倍，因此S/N比不发生变化。由于具有上述周期以外的周期的噪声的振幅在两倍以下，因此噪声的放大率低于信号的放大率。因此，总体来说，S/N比提高。即，能够与和各个探测线圈10-1、10-2交链的磁通的方向无关地更可靠地提高S/N比。

特别是，当噪声中存在某种起支配作用的周期成分时，能够通过使上述延迟时间等于与该噪声的周期的一半相当的时间或等于其奇数倍来放大信号并抵消噪声的起支配作用的周期成分。

此外，由于使用了第1和第2探测线圈10-1、10-2，因此能够使线圈数量为最小限度，从而能够抑制成本。

另外，在实施方式1中，虽然使用了第1和第2探测线圈10-1、10-2，但是，也可以在缆绳4的长度方向上等间隔地配置三个以上的探测线圈。

即，当设探测线圈的数量为大于等于2的整数m，探测线圈的设置间隔为P，缆绳相对于磁化器的相对移动速度为υ，在各探测线圈产生的感应电压从缆绳的移动方向上的上游侧起依次为V₁(t)、…、V_m(t)时，控制部只要具有使用下式作为有无损伤部分的评价指标S(t)的电路或处理算法即可。此外，控制部可以由进行如上所述的处理的电路或计算机构成。

[算式1]

这样，原理上，由于波形的叠加使得信号的波峰值成为等于探测线圈数量的整数倍。另一方面，由于噪声的波峰彼此不一定按照由用于叠加的保持时间决定的周期进行叠加，因此，噪声的增量通常会小于信号的增量。如果在噪声中存在固定的起支配作用的周期，则也可以选择将探测线圈的设置间距设定为噪声周期的整数分之一的倍数、与叠加于各个探测线圈的噪声的相位相对应地使噪声彼此抵消并且使信号叠加的线圈的设置间距和设置数量。

实施方式2.

接下来，图6是示出本发明的实施方式2的缆绳探伤装置的主要部分的结构图。用于对缆绳4进行磁化的探头的构成部件、即第1和第2永磁铁5、6、背轭7以及第1和第2极靴8、9的规格与实施方式1相同。

与实施方式1的不同点在于信号处理方法。在本实施方式中，第1和第2探测线圈10-1、10-2彼此串联连接。并且，在后级对第1探测线圈10-1的一端与第2探测线圈10-2的一端的电位差进行A/D转换后存储在控制部21的FIFO缓冲器中，作为两个探测线圈10-1、10-2的合成后的输出。

图7是示出图5的控制部21的波形处理方法的说明图。与实施方式1同样，当损伤部分4a在第1和第2极靴8、9间经过时，观测到两处由漏磁通13(图3)引起的感应电压V的波峰。本实施方式的控制部21关于观测到的波形使当前时刻的电压与过去时间τ的电压叠加。由此，如图7的右侧的波形所示，在损伤部分4a的经过时刻附近出现三处感应电压的波峰，其中，第二个波峰的高度由于叠加效应而被放大。

在本实施方式中同样，当波形叠加时的延迟时间为噪声周期的整数倍时，噪声也被放大两倍。但是，由于信号也同时被放大两倍，并且其它周期的噪声的放大率为两倍以下，因此总体来说S/N比提高。即，能够与和各个探测线圈10-1、10-2交链的磁通的方向无关地更可靠地提高S/N比。

此外，根据本实施方式，能够抑制制造成本，并且能够抑制数值计算处理的负荷。这是因为，在实施方式1中，对第1和第2探测线圈10-1、10-2的输出单独进行A/D转换，但是在本实施方式中，通过串联连接将第1和第2探测线圈10-1、10-2的输出统一成一个，因此，每个探头的A/D转换的信道数量可以为一个。

此外，在实施方式1中，为了决定使第1和第2探测线圈10-1、10-2中的哪一个延迟，需要区分损伤部分4a是从第1探测线圈10-1朝向第2探测线圈10-2经过还是从第2探测线圈10-2朝向第1探测线圈10-1经过。因此，需要利用某些装置手动输入移动方向、或者设置用于自动检测移动方向的编码器等位置检测装置。

但是，在本实施方式中，由于要叠加的波形是同一波形的延迟一定时间的波形，因此无需设置获知缆绳4的移动方向并输入移动方向的装置。

这里，图8是示出当损伤部分4a经过图6的第1和第2探测线圈10-1、10-2时的漏磁通13的移动与检测到的感应电压的波形之间的关系的说明图，示出了当第1和第2探测线圈10-1、10-2以相同极性串联连接时、即正向串联连接时的波形。

此外，在图8中，示出了如下情况下的示例：当第1和第2探测线圈10-1、10-2的卷绕方向被统一为朝向缆绳4的右旋方向时，将第1探测线圈10-1的终绕侧的尾端与第2探测线圈10-2的始绕侧的尾端串联连接，计测第1探测线圈10-1的始绕侧的尾端与第2探测线圈10-2的终绕侧的尾端之间的电压作为输出。

当设为缆绳4在图8那样的方向上被磁化时损伤部分4a从第1探测线圈10-1朝向第2探测线圈10-2经过时，首先，漏磁通13在图8那样的方向上与第1探测线圈10-1交链而产生感应电压。接下来，延迟时间τ后，在第2探测线圈10-2产生与第1探测线圈10-1同样的感应电压。

因此，当在上述的连接方向上时，如图8所示，损伤部分4a经过时的感应电压的波峰的极性对于第1和第2探测线圈10-1、10-2都是相同的。因此，当将当前时刻的电压和时间τ前的电压叠加时，可以通过不改变彼此的符号而只求和来强调信号。

如果第1和第2探测线圈10-1、10-2的卷绕方向彼此反向，则通过将串联连接的尾端设置成均为始绕端或均为终绕端，能够使感应电压产生的方向与上述相同。

另一方面，根据作为噪声源的干扰磁通与第1和第2探测线圈10-1、10-2交链的时刻与交链方向之间的关系的不同，存在将第1和第2探测线圈10-1、10-2的极性连接成相反极性更有利的情况。该情况下的线圈彼此的连接与上述相同极性的情况方向相反。

即，当第1和第2探测线圈10-1、10-2的卷绕方向相同时，可以将第1探测线圈10-1的终绕端和第2探测线圈10-2的终绕端连接起来，而当卷绕方向相反时，可以将第1探测线圈10-1的终绕端和第2探测线圈10-2的始绕端连接起来。

这时，当叠加当前时刻的电压和时间τ前的电压时，如图9所示，可以通过使彼此符号相反来求和的方式来强调信号。

这里示出电压叠加的具体方法的一例。在本实施方式中，利用A/D转换器对将第1和第2探测线圈10-1、10-2串联连接而得到的输出进行采样之后，应用FIR(finite impulse response：有限脉冲响应)滤波器来实现叠加。即，设定取彼此的间隔隔开与τ相当的点数的两点之和的系数作为FIR滤波器的滤波器系数。

具体而言，由以下算式来表示滤波器系数h[n]。其中，n是整数，N是抽头数，这里设为大于等于4的2的幂数。此外，Δt是A/D转换器的采样间隔。此外，纵双划线夹着τ/2Δt意味着对τ/2Δt四舍五入使其为整数。

[算式2]

具体考察将上述滤波器系数h[n]应用于FIR滤波器时的操作。设进行了A/D转换后的探测线圈的输出电压为ε[k]，用下式来表示在某一时刻存储在FIR滤波器的缓冲器中的数列。

[算式3]

用下式来表示对上述数列乘以滤波器系数h[n]＝{0,…0,1,0,…,0,1,0…0}时、该时刻的滤波器输出y[k]。

[算式4]

右边第1项与第2项的间隔为以下数值。

[算式5]

这是与缆绳4经过探测线圈10-1、10-2的间隔的时间τ相当的间隔。由此可知，根据FIR滤波器的滤波器系数h[n]能够生成某一时刻的输出和在该时刻的时间τ前的输出之和。

这里，考虑h[n]的频率特性。设h[n]的离散傅立叶变换为H(k)，以及有下式2-1和式3-1时，可以得到式4。

[算式6]

[算式7]

[算式8]

根据上式，在式5时，|H(k)|为0，在式6时，|H(k)|为最大值2。其中，γ是整数(0,1,2…)。

[算式9]

[算式10]

另外，当设离散傅立叶变换的频率轴上的步长是Δf时，通常存在以下关系。

[算式11]

将式3-1、式7代入式5、式6进行变形，则式5和式6表示如下。

[算式12]

[算式13]

式8和式9的左边表示|H(k)|分别为最小值0和最大值2时的频率。根据这些式子，|H(k)|对于缆绳经过线圈间距P的时间τ的倒数1/τ的1/2的频率和在该1/2的频率上加上1/τ的整数倍得到的频率取最小值0，而对于1/τ的整数倍的频率则取最大值2。由此可知，当损伤部分4a以规定速度经过探测线圈10-1、10-2时，由于串联连接而隔开时间τ出现的两个波峰波形被强调。

此外，当包含某个起支配作用的周期成分的噪声与探测线圈输出叠加时，通过设定线圈间距P＝τυ，以使得上述|H(k)|为0的点落在该频率附近，由此能够进一步提高S/N比。

例如，作为可想到的周期性的噪声成分，可以考虑与缆绳4的股线的凹凸的间距相当的频率。现在，假定设该凹凸的间距为Ps时，因该凹凸而在探测线圈的输出中产生周期为Ps/υ的噪声。因此，当使上述|H(k)|为0的点落在该噪声的频率v/Ps处时，例如得到

[算式14]

即，只要将线圈间距设为股线凹凸的间距的一半即可。实际上，尽管由于缆绳4的制造偏差以及缆绳4的伸长等，股线凹凸的间距会多少有些变动，但是，只要噪声的频率位于从|H(k)|的0点起的频率±υ/4P的频率范围内，由于该区间为|H(k)|的截止频率区域，因此通常能够获得降噪效果。

在上述具体示例中，示出了将探测线圈10-1、10-2正向连接时的叠加方法，但是，在反向连接时，滤波器系数h[n]如下所示。

[算式15]

此时，输出y[k]由下式表示。

[算式16]

此外，h[n]的频率特性如下所示。

[算式17]

根据上式，在下面的式14时，|H(k)|为0，在式15时，|H(k)|为最大值2。其中，γ是整数(0,1,2…)。

[算式18]

[算式19]

即，|H(k)|对于缆绳4经过线圈间距P的时间τ的倒数1/τ的整数倍的频率取0，而对于1/2的频率和加上1/τ的整数倍而得到的频率则取最大值2。由此可知，通过串联连接而隔开时间τ彼此反相产生的两个波峰波形被强调。

这样，即使在探测线圈10-1、10-2反向连接的情况下，当包含某个起支配作用的周期成分的噪声叠加在探测线圈输出上时，通过设定线圈间距P，使得上述|H(k)|为0的点落在该频率附近，由此能够进一步提高S/N比。

此外，与正向的情况同样，作为可想到的周期性的噪声成分，可以考虑与缆绳4的股线的凹凸的间距相当的频率。假定设该凹凸的间距为Ps时，因该凹凸而在探测线圈的输出中产生周期为Ps/υ的噪声。因此，使上述|H(k)|为0的点与该噪声的频率v/Ps一致时，例如得到

[算式20]

即，只要使线圈间距与股线凹凸的间距相同即可。实际上，尽管由于缆绳4的制造偏差以及缆绳4的伸长等，股线凹凸的间距会多少有些变动，但是，只要噪声的频率位于从|H(k)|的0点起的频率±υ/4P的频率范围内，由于该区间即为|H(k)|的截止频率区域，因此通常能够获得降噪效果。

实施方式3.

接下来，图10是示出本发明的实施方式3的缆绳探伤装置的主要部分的结构图，图11是示出图10的控制部21的波形处理方法的说明图。本实施方式是对在实施方式2中示出的信号的叠加进行普遍化、将探测线圈的数量设为m个(m是大于等于3的整数)的实施方式。即，在探头中，第1至第m探测线圈10-1～10-m以等间隔P配置。

这些探测线圈10-1～10-m串联连接，当一个损伤部分4a通过探头时，产生m次波峰波形。通过使这些波峰错开时间τ并叠加m-1次来强调波峰。现在，设全部探测线圈10-1～10-m向相同的方向卷绕并以同相的方向连接，经过与实施方式2同样的考察，可知：|H(k)|为0的频率为以下的kΔf，是频率1/τ的1/m的频率和该频率加上1/τ的整数倍而得到的频率。

[算式21]

利用这些性质，能够在选择性地使特定的噪声频率衰减的同时加强信号。

即，当设在缆绳的移动方向上依次将各个探测线圈串联连接时，位于缆绳的移动方向上的两端的探测线圈的、未与相邻的探测线圈连接的各个尾端之间产生的电压为V(t)时，使控制部具有存储规定时间的量的V(t)的功能。并且，当设探测线圈的数量为大于等于2的整数m，探测线圈的设置间隔为P，缆绳相对于磁化器的相对移动速度为υ时，控制部具有使用下式作为有无损伤部分的评价指标S(t)的电路或处理算法。

[算式22]

此外，当设整数为α时，控制部中的以V(t)为输入以S(t)为输出的波形处理的频率响应的振幅响应在下式表示的频率范围内具有极小点。

[算式23]

另外，在上述示例中，示出了具有永磁铁5、6的磁化器11，但是也可以使用电磁铁来代替永磁铁5、6。