特開 2024-21417 ワイヤロープの検査方法及び検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024021417

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】ワイヤロープの検査方法及び検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

G01N29/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022124233

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000822

【氏名又は名称】弁理士法人グローバル知財

(72)【発明者】

【氏名】有光 剛

(72)【発明者】

【氏名】坂尻 博章

(72)【発明者】

【氏名】森本 誠司

(72)【発明者】

【氏名】三田 翔平

(72)【発明者】

【氏名】谷上 雅人

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AB03

2G047AD08

2G047BA05

2G047BC07

2G047BC11

2G047GG20

2G047GG33

2G047GG34

2G047GH13

(57)【要約】

【課題】ワイヤロープに力が加わるタイミングをとらえ、ワイヤロープの素線切れ状態の検査方法及び検査装置を提供する。
【解決手段】ワイヤロープ４のアコースティックエミッション（ＡＥ）エネルギーの積算値を用いて、ワイヤロープ４の素線切れ状態を検査する。ＡＥエネルギーの積算値は、ワイヤロープ４に張力が作用し始める第１タイミングから、ワイヤロープ４が端部の荷重物５を動かし始める第２タイミングから所定時間経過までの積算値である。振動加速度センサ３を用いて、ワイヤロープ４に張力が作用し始めるタイミング（第１タイミング）と、ワイヤロープ４が端部の荷重物５を動かし始めるタイミング（第２タイミング）を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤロープのアコースティックエミッション（ＡＥ）エネルギーの積算値を用いて、前記ワイヤロープの素線切れ状態を検査することを特徴とする検査方法。

【請求項2】

前記ＡＥエネルギーの積算値は、前記ワイヤロープに張力が作用し始める第１タイミングから、前記ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始める第２タイミングから所定時間経過までの積算値であることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。

【請求項3】

前記第１タイミングと前記第２タイミングは、振動加速度を検出する加速度センサの反応タイミングであることを特徴とする請求項２に記載の検査方法。

【請求項4】

前記ワイヤロープの素線切れ状態は、損傷率に対して、前記ＡＥエネルギーの積算値との相関係数が０．８以上であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の検査方法。

【請求項5】

前記ワイヤロープは、ダムに設置された洪水吐ゲート用ワイヤロープであることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の検査方法。

【請求項6】

ワイヤロープのアコースティックエミッション（ＡＥ）エネルギーの積算値を演算して、前記ワイヤロープの素線切れ状態を検査することを特徴とする検査装置。

【請求項7】

前記検査装置は、
前記ワイヤロープに取り付けられたＡＥセンサからＡＥ波の信号を入力するＡＥ波入力部と、
前記ワイヤロープの端部に繋がる荷重物に設置される振動加速度を検出する加速度センサから振動加速度を入力する振動加速度入力部と、
前記振動加速度入力部から入力した振動加速度に基づき、前記ワイヤロープに張力が作用し始める第１タイミングと前記荷重物を動かし始める第２タイミングを検知し、前記第１タイミングから、前記第２タイミングから所定時間経過までの間に、前記ＡＥ波入力部から入力した前記ワイヤロープのＡＥ波のＡＥエネルギーの積算値を演算し、前記ワイヤロープの素線切れ状態を判定する判定部、を備えることを特徴とする請求項６に記載の検査装置。

【請求項8】

前記判定部は、前記ワイヤロープの素線切れ状態を、取替必要性のランクに分けて表示することを特徴とする請求項７に記載の検査装置。

【請求項9】

前記ＡＥセンサは、巻上ドラムの下端の上下２箇所に取り付けられ、
前記判定部は、前記ワイヤロープのＡＥ波のＡＥエネルギーの積算値の演算において、巻上ドラム側で発生したＡＥ波を除去することを特徴とする請求項７に記載の検査装置。

【請求項10】

前記ワイヤロープは、ダムに設置された洪水吐ゲート用ワイヤロープであることを特徴とする請求項６～９の何れかに記載の検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤロープの素線切れ状態の検査技術に関し、特に、洪水吐ゲートなどの水力設備におけるワイヤロープの健全性を診断する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

エレベータなどの荷重物を持ち上げるためのワイヤロープの損傷を早期に発見できるようにワイヤロープの状態を監視することは重要である。ワイヤロープの撮影画像に基づき摩擦足や素線の破断の数を自動的に確認してワイヤロープの損傷を監視する技術や（例えば、特許文献１を参照）、エレベータ用ワイヤロープにおいて、破断した線材が検出部材と当接することにより発生する音響信号や検出部材の振動を検出して、音響信号や振動の検出によるアコースティックエミッション（Acoustic Emission：ＡＥ）法を用いて、ワイヤロープの損傷を監視する技術（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

【0003】

また、電力設備においても、例えば、水力発電設備のダムにおいて、ダムのゲートを開閉するためにワイヤロープが用いられている。例えば、洪水吐ゲート用ワイヤロープでは、ワイヤロープがダム湛水池内水中部に設置されており、健全性については、現状は、設置取替から１５年未満の場合は３年に１回、設置取替から１５年以上の場合は１年に１回、潜水士による点検を実施して、ワイヤロープの素線切れ状態などを確認し、素線切れ率１０％以上のワイヤロープに対して取替を行っている。

【0004】

しかしながら、潜水士による点検は、潜水士が誤って洪水吐ゲートの放流に吸い込まれる可能性があるといった潜水作業による事故発生リスクがある。潜水士の潜水作業時間は法令上制約があり、また、ゲート間の移動時には潜水機材の移動も必要になるため、作業効率が低下するといった問題がある。また、潜水士の人件費は高額であり、洪水吐ゲートの数が多いと点検日数も多くなるため、点検コストが増加する。さらに、潜水士の人員確保は困難であり、作業日程の調整が難しいといった問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－０１２９０３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１／１５８８７１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の特許文献２では、ＡＥ法を用いて、ワイヤロープの破断した線材が検出部材と当接することにより発生する音響信号や検出部材の振動を検出し、ワイヤロープの損傷を監視する。検知センサとして、検出部材の振動の高周波数成分を検知するアコースティックエミッション（ＡＥ）センサが用いられる。特許文献２の技術において、エレベータ用ワイヤロープの線材の損傷又は破断は、ワイヤロープが曲げられるとき、例えば巻上機の巻上ドラム又は巻上車に巻かれるときに、最も強く引っ張られる外側位置で最初に発生する確率が高いことから、ＡＥセンサをワイヤロープが曲がる個所に配置して、損傷又は破断を早期に検出する。

【0007】

しかしながら、ワイヤロープが巻上機に到達したときに検出するのではなく、ワイヤロープに力が加わるタイミングをとらえ、ワイヤロープの素線切れ状態を検出できる技術は知られていない。また、ダム設備における洪水吐ゲート用のワイヤロープなど、水中での点検が必要となるワイヤロープの素線切れ状態を安全に高精度に診断して、損傷又は破断を早期に検出することが要求される。

【0008】

かかる状況に鑑みて、本発明は、ワイヤロープに力が加わるタイミングをとらえ、ワイヤロープの素線切れ状態の検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決すべく、本発明の検査方法は、ワイヤロープのアコースティックエミッション（ＡＥ）エネルギーの積算値を用いて、ワイヤロープの素線切れ状態を検査する。
ＡＥエネルギーの積算値を演算するとは、ワイヤロープの素線の摩擦時に発生する弾性波（ＡＥ波）を検出して電気的信号に変換し、ＡＥ波の大きさを例えば電圧値の経時変化として表したＡＥ波形を取得し、ＡＥ波形の積分値であるＡＥエネルギーの積算値を用いて演算することである。
ワイヤロープのＡＥ波を単に計測するのではなく、ワイヤロープに力が加わるタイミングをとらえ、ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始めるタイミングから所定時間経過までのＡＥエネルギーの積算値を用いて演算することにより、損傷又は破断を早期に検出する。ここで、ワイヤロープとしては、エレベータかごを吊り下げたり、クレーンで荷重物を吊り下げたりするためのワイヤロープやダム設備における洪水吐ゲート用のワイヤロープなど素線切れ状態の検査が必要となるワイヤロープが広く含まれる。

【0010】

本発明の検査方法において、ＡＥエネルギーの積算値は、ワイヤロープに張力が作用し始める第１タイミングから、ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始める第２タイミングから所定時間経過までの積算値である。
ＡＥエネルギーの上昇は、第１タイミングから第２タイミングまでだけではなく、第２タイミング以降にも見られる場合があるため、第２タイミングから所定時間経過までの積算値を用いることにより、高精度な検査が可能となる。すなわち、ＡＥエネルギーの始まりのタイミングとして第１タイミング（ワイヤロープに力が加わったとき）をとらえ、ＡＥエネルギーの解放のタイミングとして第２タイミング（ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始めるとき）から所定時間経過したタイミングをとらえることにしている。
なお、所定時間については、０．０～２．０秒であることが好ましく、０．５～１．５秒がより好ましく、さらに好ましくは０．８～１．２秒である。

【0011】

本発明の検査方法において、第１タイミングと第２タイミングは、振動加速度を検出する加速度センサ（以下、振動加速度センサともいう）の反応タイミングであることが好ましい。振動加速度センサは、ワイヤロープで動かす荷重物に取り付けるが、ワイヤロープに張力が作用し始めるタイミング（第１タイミング）と、ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始めるタイミング（第２タイミング）で反応する。例えば、洪水吐ゲート用のワイヤロープなど素線切れ状態の検査の場合、洪水吐ゲートに振動加速度センサを取り付ける。洪水吐ゲートの場合、ダム湛水池内に水が溜まっていても、振動加速度センサで第１タイミング及び第２タイミングを検出することができる。
振動加速度センサはワイヤロープの伸びをとらえるために用いており、予め荷重物の重量やそれを動かす際のワイヤロープの長さが分かっていれば、ワイヤロープにかかる荷重、ワイヤロープの伸び率、ワイヤロープの長さなどを計測してタイミングをとらえることも可能である。
ここで、振動加速度センサは、１軸の加速度センサの場合には、その検出軸が荷重物の設置面に対して垂直となるように配置され、荷重物の振動が検出軸方向における加速度（ｍ／ｓ^２）として検出される。振動加速度センサは、例えば２軸又は３軸の加速度センサであってもよい。また、加速度センサの種類としては、例えば静電容量型、ピエゾ抵抗型などを任意に選択できる。

【0012】

本発明の検査方法において、ワイヤロープの素線切れ状態は、損傷率に対して、ＡＥエネルギーの積算値との相関係数が０．８以上であることが好ましい。例えば、洪水吐ゲート用のワイヤロープの場合に、現場での検証データから素線切れに伴い発生するＡＥエネルギーと実際に潜水士が行った点検結果（素線切れ率）に高い相関関係があることが判明している。

【0013】

次に、本発明の検査装置について説明する。本発明の検査装置は、ワイヤロープのアコースティックエミッション（ＡＥ）エネルギーの積算値を演算して、ワイヤロープの素線切れ状態を検査する。
具体的には、本発明の検査装置は、以下の１）～３）の構成を備える。
１）ワイヤロープに取り付けられたＡＥセンサからＡＥ波の信号を入力するＡＥ波入力部。
２）ワイヤロープの端部に繋がる荷重物に設置される振動加速度を検出する加速度センサから振動加速度を入力する振動加速度入力部。
３）振動加速度入力部から入力した振動加速度に基づき、ワイヤロープに張力が作用し始める第１タイミングと荷重物を動かし始める第２タイミングを検知し、第１タイミングから、第２タイミングから所定時間経過までの間に、ＡＥ波入力部から入力したワイヤロープのＡＥ波のＡＥエネルギーの積算値を演算し、ワイヤロープの素線切れ状態を判定する判定部。

【0014】

本発明の検査装置において、判定部は、ワイヤロープの素線切れ状態を、取替必要性のランクに分けて表示することが好ましい。例えば、取替必要状態、要注意状態、取替不要状態の３状態のランクに分けて表示することができる。判定結果のランクは、青色、黄色、赤色などの色分けでユーザに分かりやすく表示することができる。

【0015】

本発明の検査装置において、ＡＥセンサは、巻上ドラムの下端の上下２箇所に取り付けられ、判定部は、ワイヤロープのＡＥ波のＡＥエネルギーの積算値の演算において、巻上ドラム側で発生したＡＥ波を除去することが好ましい。巻上ドラム側で発生したＡＥ波をノイズとして除去することによりＡＥエネルギーの計測精度が向上する。

【0016】

本発明の検査方法や検査装置では、ワイヤロープがダムに設置された洪水吐ゲート用ワイヤロープであることが好ましい。洪水吐ゲートは、洪水の流入に対し、ダムと貯水池の安全を確保するために設けられた放流設備の総称であり、発電用ダムなどでは余水吐とも呼ばれるものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明のワイヤロープの素線切れ状態の点検装置及び点検方法によれば、ワイヤロープに力が加わるタイミングをとらえ、ワイヤロープの素線切れ状態を検査でき、ワイヤロープの損傷度合を早期に効率よく安全に判定できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】検査システムの機能ブロック図

【図2】検査システムの使用状態の接続模式図

【図3】ダム設備における洪水吐ゲート用ワイヤロープの説明図

【図4】検査方法のフロー図

【図5】ワイヤロープの素線切れ状態の判定フロー図

【図6】ワイヤロープのＡＥ計測の説明図

【図7】ワイヤロープの構造説明図

【図8】振動加速度センサを用いたＡＥエネルギー計測の仕組みの説明図（１）

【図9】振動加速度センサを用いたＡＥエネルギー計測の仕組みの説明図（２）

【図10】現場での測定データ（ＡＥ波の計測数が少ない現場）

【図11】現場での測定データ（ＡＥ波の計測数が多い現場）

【図12】ＡＥエネルギーの積算値と素線切れ率（１ヨリ損傷率）の相関を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

【実施例0020】

本発明の実施形態について、ワイヤロープに繋げる荷重物としてダムの洪水吐ゲートを想定して説明を行う。なお、荷重物としては、エレベータかご、クレーンで吊り下げる重量物その他ワイヤロープを用いて吊り下げる、又は、移動する物が含まれる。
まず、図１～３を参照しながら、本発明の一実施形態における検査システムの機能ブロック図について説明する。検査システム１０は、検査装置１、ＡＥセンサ２、及び、振動加速度センサ３から構成されている。検査の対象となるワイヤロープ４は、その一端がダムの洪水吐ゲート５（荷重物）に取り付けられ、他端が巻上機６に巻き付けられ、巻上機６の制御によって洪水吐ゲートの開閉が制御される。

【0021】

ＡＥセンサ２は、ワイヤロープが変形し破断したとき、ワイヤロープの材料である金属同士の摩擦時に発生する弾性波（ＡＥ波）を検出するものであり、ワイヤロープの表面に取付けられる。取付方法は、特に限定されるものではなく、テープ等で固定することでよい。ＡＥセンサ２では、ＡＥ波を検出して電気的信号に変換し、検査装置１に検出した信号データを送る。

【0022】

振動加速度センサ３は、洪水吐ゲート５に取付け固定される。振動加速度センサ３は、具体的には、振動加速度を検出する加速度センサであり、１軸の加速度センサの場合、その検出軸が洪水吐ゲート５の設置面に対して垂直となるように配置される。振動加速度センサ３は、洪水吐ゲート５の振動を検出軸方向における加速度として検出し、検査装置１に検出した信号データを送る。

【0023】

検査装置１では、ワイヤロープ４に取り付けられたＡＥセンサ２からＡＥ波の信号をＡＥ波入力部１２から入力する。また、洪水吐ゲート５に設置される振動加速度を検出する加速度センサから振動加速度を振動加速度入力部１３から入力する。ＡＥ波入力部１２から入力したＡＥ波の信号データと、振動加速度入力部１３から入力した振動加速度の信号データは、検査装置１の判定部１４において演算される。
ここで、検査装置１は、可搬型コンピュータや、パーソナルコンピュータ等の検査装置であってもよい。検査装置の機能（ＡＥ波入力部１２、振動加速度入力部１３、判定部１４）は、例えば、マイクロプロセッサ（例えばＣＰＵ等）がメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。或いは、専用の回路等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアとハードウェアとを組み合わせて実現してもよい。また、検査装置１の機能の一部（例えば、判定部１４の機能を分けたもの）を、検査装置１と通信できる他のコンピュータにより実現してもよい。

【0024】

判定部１４は、第１タイミング検知部１４ａ、第２タイミング検知部１４ｂ、ＡＥエネルギー積算値演算部１４ｃ、素線切れ状態判定部１４ｄ、判定結果表示部１４ｅから構成される。第１タイミング検知部１４ａでは、振動加速度入力部１３から入力した振動加速度に基づき、ワイヤロープ４に張力が作用し始める第１タイミングを検知して、ＡＥエネルギー積算値演算部１４ｃと第２タイミング検知部１４ｂに検知信号を送る。第２タイミング検知部１４ｂでは、第１タイミングが検知された後、ワイヤロープ４が洪水吐ゲートを動かし始める第２タイミングを検知して、ＡＥエネルギー積算値演算部１４ｃに検知信号を送る。ＡＥエネルギー積算値演算部１４ｃでは、第１タイミングからＡＥ波入力部１２から取得したＡＥ波形の積分値を計算し、第２タイミングから所定時間経過（ここでは１秒経過）までの間のＡＥ波形の積分値をＡＥエネルギーの積算値として演算する。そして、素線切れ状態判定部１４ｄで、ＡＥエネルギー積算値演算部１４ｃで演算したＡＥエネルギーの積算値を用いて、ワイヤロープ４の素線切れ状態を判定する。判定結果表示部１４ｅは、素線切れ状態を検査装置１に表示するものであり、例えば色分けでランプに表示し、或いは、ディスプレイに表示する。判定結果の表示は、取替必要性のランクに分けて表示され、具体的には、取替必要状態、要注意状態、取替不要状態の３状態のランクに分けて表示する。判定結果のランクは、例えば青色が取替不要状態、黄色が要注意状態、赤色が取替必要状態の色分けとし、ユーザに分かりやすく表示する。なお、判定結果は表示するだけでなく記録も行える。

【0025】

図２は、検査システム１０の使用状態における各要素の接続について示している。ＡＥセンサ２はワイヤロープ４に当接し、振動加速度センサ３は洪水吐ゲート５に配置される。上述したとおり、振動加速度センサ３の検出軸が洪水吐ゲート５の設置面に対して垂直となるように配置される。ワイヤロープ４に素線切れ箇所７が発生すると、ＡＥ波（擦れ音）８が発生する。ＡＥセンサ２は、このＡＥ波８を検出して電気的信号（例えば電圧値）に変換する。ＡＥセンサ２は、検査装置１と信号ケーブル２ａにより接続され、電気的信号に変換されたＡＥ波は、検査装置１のＡＥ波入力部１２に送られる。検査装置１では、ＡＥ波の大きさ（電圧値）の経時変化を取得する。振動加速度センサ３は、検査装置１と信号ケーブル３ａにより接続され、洪水吐ゲート５の振動における検出軸方向における加速度が、検査装置１の振動加速度入力部１３に送られる。検査装置１では、その振動加速度が上昇したタイミングから第１及び第２タイミングを取得する。

【0026】

図３は、ダム設備における洪水吐ゲート用ワイヤロープを示すものである。ダム湛水池２０には水が溜まっており、巻上機６を制御して洪水吐ゲート用ワイヤロープ４を動作させることにより、洪水吐ゲート５の開閉や流量調節を行う。従来は、ダム湛水池２０の水中内に潜水士が潜ってワイヤロープ４の損傷の有無を検査している。
検査システム１０では、巻上機６側にＡＥセンサ２を設置できる作業空間を確保し、気中部から水中部の洪水吐ゲート用ワイヤロープの素線切れ状態を検査する。洪水吐ゲート用ワイヤロープ４に素線切れがあると、ゲート動作時の緊張により、素線が動き、擦れ易くなるため、切れていない状態に比べてＡＥ波が大きく長く発生することから、ＡＥ波を捉えて、ワイヤロープ４の損傷状態を確認する。

【0027】

次に、図４を参照して、検査方法のフローについて説明する。図２で示したとおり、検査装置１と、ＡＥセンサ２と、振動加速度センサ３と、ワイヤロープ４の各要素の接続が行われた状態で、ＡＥセンサ２からＡＥ波の信号を入力し（ステップＳ０１）、振動加速度センサ３から振動加速度を入力する（ステップＳ０２）。ステップＳ０１とステップＳ０２は、順番に記載されているが、入れ替えてもよく、また、ＡＥセンサ２と振動加速度センサ３は別個のセンサであり同時に行える。
振動加速度センサ３からの振動加速度に基づき、ワイヤロープ４に張力が作用し始める第１タイミングを検知したかを判断する（ステップＳ０３）。第１タイミングを検知したタイミングで、ＡＥ波形の積分を開始し、ＡＥエネルギーの積算を開始する（ステップＳ０４）。そして、第１タイミングの後であって、振動加速度センサ３からの振動加速度に基づき、ワイヤロープ４が洪水吐ゲートを動かし始める第２タイミングを検知したかを判断する（ステップＳ０５）。第２タイミングを検知した後、所定時間（例えば１秒）経過するまで待ち（ステップＳ０６）、ＡＥエネルギーの積算を終了する（ステップＳ０７）。ＡＥエネルギーの積算値を演算して（ステップＳ０８）、ワイヤロープの素線切れ状態を判定し（ステップＳ０９）、処理を終了する。

【0028】

図５は、ワイヤロープの素線切れ状態の判定フローの一例を示している。ＡＥエネルギーの積算値に応じて、取替必要性のランクに分けて表示する。ＡＥエネルギーの積算値と素線切れ率（１ヨリ損傷率と呼ぶ）の相関関係については後で説明するが、例えば、ＡＥエネルギーの積算値が９０未満（＃１）である場合、素線切れ率が５％未満となり、青色でランプ表示され「取替不要」と判定される（Ｓ１２，Ｓ１５）。また、ＡＥエネルギーの積算値が９０以上１６０未満（＃２）である場合、素線切れ率が５％以上１０％未満となり、黄色でランプ表示され「要注意」と判定され（Ｓ１３，Ｓ１６）、ＡＥエネルギーの積算値が１６０以上（＃３）である場合、素線切れ率が１０％以上となり、赤色でランプ表示され「取替必要」と判定される（Ｓ１４，Ｓ１７）。

【0029】

ワイヤロープのＡＥ計測について、図６を参照して説明する。図６（１）、（２）は、ワイヤロープに素線切れが無い場合におけるＡＥ波の発生イメージを模式化したものである。一方、図６（３）、（４）は、ワイヤロープに素線切れが有る場合におけるＡＥ波の発生イメージを模式化したものである。図６（１）と図６（３）は、共に、ワイヤロープ４に力が加わっていない無負荷時のイメージであり、図６（２）と図６（４）は、共に、ワイヤロープ４に張力が加わった張力発生時のイメージであり、張力発生時には、図の矢印の方向に引っ張られ、無負荷時に比べてワイヤロープの長さが伸びた状態を表している。図６（２）に示すように、ワイヤロープに素線切れが無い場合には、ＡＥ波（擦れ音）１１ａは小さく短いが、図６（４）に示すように、ワイヤロープに素線切れが有る場合には、ＡＥ波（擦れ音）１１ｂ、１１ｃは大きく長くなる。

【0030】

ここで、ワイヤロープの構造例、例えば、船舶用、クレーン用、機械用、その他一般の６×３７（日本産業規格：ＪＩＳ）のワイヤロープの構造について、図７を参照して説明する。ワイヤロープの構造は、素線を数多く組み合わせた複雑な構造であり、繊維心入り又はロープ心入りの心綱４ａ、心綱４ａの周囲のストランド４ｂの数と形、ストランド４ｂ中の素線４ｃの数と配置等によって様々な種類がある。例えば、６×３７のワイヤロープの場合、図７に示すように３７本の素線４ｃを合わせたストランド４ｂを６本、心綱４ａの周りに所定のピッチでより合わせて構成される。図７において、（１）は６×３７のワイヤロープの構造を示し、（２）はワイヤロープの断面を示す。図７（１）では、ワイヤロープの１ピッチとして１ヨリ長さ４ｄを示すが、この１ヨリ長さの間で素線切れを確認してワイヤロープの取替が必要か否かを判断する。例えば、１ヨリ長さ間の素線切りが無しであれば、異常がないと判断できる。また、１ヨリ長さにおいて、総素線数（６×３７＝２２２本）に対する素線切れ本数の割合を「損傷率」と定義すると、例えば１ヨリ長さ間の素線切れ本数が２２本になれば、損傷率が１０％となる。例えば損傷率が１０％以上になれば、ワイヤロープの劣化ランク判定として、機能停止または損壊に直結する不具合と判定できる。

【0031】

従来、潜水士を含む人による目視点検やワイヤロープの画像により劣化診断を行っているところ、１ヨリ長さ間の損傷率とＡＥエネルギーの積算値との相関関係を用いて、上述の検査装置１により、ＡＥエネルギーの積算値を用いてワイヤロープの素線切れ状態を判定し、事故発生リスクの低減ならびに点検効率化（点検コスト削減）を図る。

【0032】

図８、９は、振動加速度センサを用いたＡＥエネルギー計測の仕組みを示している。図８において、上のグラフの縦軸はＡＥエネルギー（Ｓ・Ｖ）、下のグラフの縦軸は振動加速度（Ｖ）を表し、横軸は共に時間経過（ｓ）を表している。振動加速度センサで計測した振動加速度と、ＡＥセンサで計測したＡＥ波からＡＥエネルギーを算出する。この振動加速度とＡＥエネルギーを照らし合わせることにより、ワイヤロープに張力が加わった点を捉え、ＡＥエネルギーの開始タイミング（第１タイミング）とする。第１タイミングの後、ワイヤロープは更に力が加わり、ワイヤロープが絞られて長さが伸びていく。振動加速度センサでは、ワイヤロープに張力が加わり始める際にワイヤロープ端部が動き、荷重物に振動を与えることで加速度が上昇し、次に、ワイヤロープが荷重物を動かし始めるタイミング（第２タイミング）においても加速度が上昇する。ＡＥエネルギーは第２タイミングの後も上昇を続けて、その後一定になる（ワイヤロープが伸びきった状態）。第２タイミングの後も上昇を続ける時間は、凡そ１秒である。振動加速度センサによる振動加速度が一気に上昇するタイミングは第１タイミングと第２タイミングの２回あり、この第２タイミングの後も所定時間が経過するまでＡＥエネルギーは上昇していく。

【0033】

ＡＥエネルギーの積算値は、ワイヤロープに張力が加わり始める際にワイヤロープ端部が動いて荷重物に振動を与える第１タイミングから、ワイヤロープ端部が荷重物を動かし始め荷重物に振動を与える第２タイミング（更に所定時間経過）までのＡＥエネルギーの積算値を演算し、ワイヤロープの素線切れ状態を判定する。ここで、ＡＥエネルギーは、時間（Ｓ）とＡＥセンサでＡＥ波が変換された電圧（Ｖ）の積で求められる。
洪水吐ゲートをワイヤロープで動かす場合、図９に示すとおり、ゲート全閉時はゲート扉体とワイヤロープ端部のソケットは接触していないが、ゲート開操作時にワイヤロープの緊張に伴いソケットがゲート扉体と接触し、その際の振動加速度で第１タイミング（始点）を検知する。その後、洪水吐ゲートが開くタイミング（放流開始タイミング）については第２タイミングから更に所定時間経過するタイミング（終点）を捉えて、ＡＥエネルギーの積算を終了する。始点と終点の間は、ワイヤロープの固有振動や環境（風、波浪）等で発生する定常エネルギーによる定常波に加えて、素線切れＡＥエネルギーが加わることになる。

【0034】

図１０は、洪水吐ゲートの現場での測定データの一例を示している。この現場では、潜水士による点検ではワイヤロープの素線切れ本数は０本であったものである。図１０（１）のグラフによれば、ＡＥセンサで捉えたＡＥ波の振幅（ｄＢ）の計測点が少なかったのが分かる。また、図１０（２）のグラフによれば、振動加速度が捉えた第１及び第２タイミングと所定の経過時間からＡＥエネルギーの積算値を演算すると小さい値となった。

【0035】

一方、図１１は、洪水吐ゲートの他の現場での測定データであるが、この現場では、潜水士による点検ではワイヤロープの素線切れ本数は２８本であったが、図１１（１）のグラフによれば、ＡＥセンサで捉えたＡＥ波の振幅（ｄＢ）の計測点が多く、また、図１１（２）のグラフによれば、振動加速度が捉えた第１及び第２タイミングと所定の経過時間からＡＥエネルギーの積算値を演算すると大きい値となった。

【0036】

ＡＥエネルギーの積算値（積算ＡＥエネルギーともいう）と、ワイヤロープの素線切れ状態の指標となる１ヨリ損傷率との相関関係について、下記表１に示すダム現場（７地点）における洪水吐ゲート（１７ゲート）に取り付けられたワイヤロープの１ヨリ損傷率（潜水士の点検作業によるもの）に対する、積算ＡＥエネルギー値を調査し、２つの変数の相関関係を確認した。ワイヤロープは、表１に示すとおり、２種類（６×３７、６×６１）のワイヤロープで、素線径（ｍｍ）が異なるものであり、合計４０本のワイヤロープに対して、積算ＡＥエネルギーと１ヨリ損傷率の相関関係を確認した。また、何れの場合も、第２タイミングから１秒前後、ＡＥエネルギーの上昇を確認した。
図１２は、積算ＡＥエネルギーと１ヨリ損傷率の相関関係を示している。図１２から、積算ＡＥエネルギー（Ｓ・Ｖ）と１ヨリ損傷率（％）の２つの変数間には正の相関で、相関係数Ｒが０．８７（決定係数Ｒ^２＝０．７５８４）であり、高い相関関係があることが示された。

【0037】

【表1】

【0038】

以上説明したとおり、本発明のワイヤロープの検査装置および検査方法によれば、第１タイミング（ワイヤロープに張力が作用し始めるタイミング）から、第２タイミング（ワイヤロープが端部の荷重物を動かし始めるタイミング）から更に所定時間が経過するまでの積算ＡＥエネルギーと１ヨリ損傷率の相関関係を用いて、ワイヤロープの素線切れ状態を判定することができる。上記の積算ＡＥエネルギーと１ヨリ損傷率の相関関係は、相関係数Ｒ＝０．８７であり、高い相関関係があることを確認した。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、現状、潜水士で点検を行っている洪水吐ゲート用ワイヤロープの検査に有用である。

【符号の説明】

【0040】

１ 検査装置
２ アコースティックエミッション（ＡＥ）センサ
３ 振動加速度センサ
２ａ，３ａ 信号ケーブル
４ ワイヤロープ
５ 洪水吐ゲート
６ 巻上機
７ 素線切れ箇所
８ ＡＥ波（擦れ音）
１０ 検査システム
１２ ＡＥ波入力部
１３ 振動加速度入力部
１４ 判定部
２０ ダム湛水池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】