特許 7567833 断線検知方法および断線検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】断線検知方法および断線検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/54 20200101AFI20241008BHJP

   G01R 31/58 20200101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

G01R31/54

G01R31/58

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022025897

(22)【出願日】2022-02-22

(65)【公開番号】P2023122281

(43)【公開日】2023-09-01

【審査請求日】2024-04-12

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 文乃

(72)【発明者】

【氏名】深作 泉

(72)【発明者】

【氏名】今井 規之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 高宏

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１６２５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７６９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６１９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２５４８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０１４１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／５４

Ｇ０１Ｒ ３１／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する方法であって、
前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、
前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定し、
測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析し、
前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、
抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記捻回動作によって前記導体に加わる捻回の方向が変わるときの抵抗値の減少を検知することにより、前記素線の断線を検知する、
断線検知方法。

【請求項2】

前記予め設定した周波数範囲は、前記捻回動作により前記導体に付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数よりも大きい周波数範囲に設定される、
請求項１に記載の断線検知方法。

【請求項3】

前記予め設定した周波数範囲は、前記動作周波数の１０倍以上の周波数範囲に設定される、
請求項１または２に記載の断線検知方法。

【請求項4】

複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する装置であって、
前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構と、
前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定する抵抗測定器と、
前記抵抗測定器で測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記捻回動作によって前記導体に加わる捻回の方向が変わるときの抵抗値の減少を検知することにより、前記素線の断線を検知する断線検知部と、を備えた、
断線検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、捻回されるケーブルにおいて導体の断線を検知する断線検知方法および断線検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するワイヤケーブルを対象として、屈曲に起因した導体の断線の予兆を検知する方法が示される。具体的には、当該方法では、ワイヤケーブルを、電流を流した状態で一方向に向けて周期的に屈曲伸長させ、この屈曲周期に同期して変化する電流成分を検知している。すなわち、当該方法では、一部の断線箇所が屈曲周期に同期して接触と分離とを繰り返している状態が検知される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１３９４８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

捻回されるケーブルの導体における断線の発生は、一般的に、ケーブル内の導体の電気抵抗を測定することで検知されている。導体に含まれる素線の一部に断線が発生すると、導体の抵抗値が増大するため、例えば、断線が発生していない初期状態における導体の抵抗値をあらかじめ測定しておくことで、抵抗値の初期状態からの抵抗値の増加率に基づいて断線の発生を検知することができる。

【0005】

しかしながら、導体に含まれる素線の極一部で断線が発生した場合、すなわち素線の断線本数が少ない場合には、抵抗値の増加率は極めて微小となる。このため、実用上、導体における素線の断線本数の割合が少なくとも５０％以上といったレベルに達しない限り、抵抗値の増加率に基づく明確な断線検知は困難となり得る。その結果、断線が発生した直後となる初期の段階で断線を検知することは容易でなく、断線の発生を高感度で検知できないおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、導体に断線が発生したことを高感度で検知可能な断線検知方法および断線検知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】

【0007】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する方法であって、前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定し、測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析し、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線の断線を検知する、断線検知方法を提供する。

【0008】

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体を有するケーブルの前記素線の断線を検知する装置であって、前記ケーブルを周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構と、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体の抵抗値を測定する抵抗測定器と、前記抵抗測定器で測定した前記時系列的に変化する前記導体の抵抗値を周波数解析する周波数解析部と、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部と、前記抽出部が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線の断線を検知する断線検知部と、を備えた、断線検知装置を提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、導体に断線が発生したことを高感度で検知可能な断線検知方法および断線検知装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施の形態に係る断線検知装置を示す概略図である。

【図2】断線検知の対象となるケーブルの概略的な構成例を示す断面図である。

【図3】導体の素線に断線が発生していない場合において、導体に捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する図である。

【図4】導体の素線に断線が発生している場合において、導体に捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する図である。

【図5】（ａ），（ｂ）は、抵抗測定器の概略的な構成例を示す図である。

【図6】（ａ），（ｂ）は、周波数解析部により得られる周波数解析データの一例を示す図である。

【図7】断線検知方法の手順を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0012】

（断線検知装置１の概略構成）
図１は、本実施の形態に係る断線検知装置１を示す概略図である。図２は、断線検知の対象となるケーブル１０の概略的な構成例を示す断面図である。

【0013】

図２に示すケーブル１０は、５本の電線１１と糸状の介在１２とを撚り合わせたケーブルコア１３の周囲に押さえ巻きテープ１４をらせん状に巻きつけ、押さえ巻きテープ１４の周囲を覆うようにシース１５を設けて構成されている。各電線１１は、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体１１ａと、導体１１ａの周囲を覆うように設けられた絶縁体１１ｂと、をそれぞれ有している。導体１１ａは、例えば、外径０．０８ｍｍの軟銅線からなる素線を１９本集合撚りして構成されている。絶縁体１１ｂは、例えば、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体）等のフッ素樹脂からなる。介在１２は、例えばジュートやスフからなる。なお、ケーブル１０に使用する電線１１の本数は５本に限定されない。押さえ巻きテープ１４は、例えば、不織布や紙、樹脂等からなるテープ部材からなる。シース１５は、例えばＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等からなる。なお、ケーブル１０は、図示の構成に限らず、少なくとも撚線導体からなる導体１１ａを含んでいれば様々な構成であってよい。すなわち、電線１１は、１本でもよいし、数本でもよいし、数十本以上でもよい。なお、電線１１が１本の場合は、介在１２、押さえ巻きテープ１４、及びシース１５を無くす場合が多い。この場合、ケーブル１０と電線１１は、同じものを示す。

【0014】

図１に示すように、断線検知装置１は、複数の素線を撚り合わせた撚線導体からなる導体１１ａを有するケーブル１０の素線の断線を検知する装置であり、捻回動作機構２と、抵抗測定器３と、演算装置４と、を備えている。

【0015】

捻回動作機構２は、ケーブル１０をその周方向（図２に示すケーブル１０の外周に沿った方向）に周期的に捻回させる捻回動作を行う機構である。本実施の形態では、ケーブル１０が産業用ロボット２ａに搭載されており、このケーブル１０が搭載された産業用ロボット２ａを、捻回動作機構２を有する捻回動作装置として用いた。ただし、これに限らず、捻回動作機構２は、ケーブル１０を周期的に捻回可能な機構であればよく、例えば捻回試験を行うための捻回試験装置により実現してもよい。また、捻回動作機構２は、捻回動作のみを行う機構に限らず、周期的に屈曲させる屈曲動作を捻回動作とともに行う機構であってもよい。

【0016】

捻回動作機構２を有する産業用ロボット２ａには、産業用ロボット２ａの動作を制御するためのロボット制御装置２ｂが設けられている。ロボット制御装置２ｂには、ケーブル１０内での導体１１ａの断線を検知するための試験を行うべく、捻回動作機構２に対して試験用の動作制御（以下、試験動作制御という）を行わせる試験動作制御部２ｃが搭載されている。本実施の形態では、試験動作制御部２ｃは、導体１１ａの断線を検知する試験の際に、産業用ロボット２ａの捻回動作機構２、すなわち検査対象となる可動部（例えば産業ロボット２ａの関節部などの検査対象箇所）において周期的に捻回させる試験動作制御を行うことで、ケーブル１０に周期的な捻回動作を付与する。なお、導体１１ａの断線を検知する試験は、例えば、産業用ロボット２ａの定期検査の際に行ってもよいし、例えば、産業用ロボット２ａの稼働開始時に毎回行われてもよい。また、試験動作制御部２ｃは、例えば産業用ロボット２ａの起動時、あるいは工場の始業時など、決まった時間に試験動作制御を行い、導体１１ａの断線を検知する試験を行うように構成されていてもよい。

【0017】

抵抗測定器３は、捻回動作により時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値を測定する。本実施の形態では、抵抗測定器３は、試験動作制御部２ｃによる試験動作制御の開始から終了までの導体１１ａの抵抗値を経時的に測定する。抵抗測定器３で測定した時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値のデータ（＝抵抗値データ５０）は、演算装置４に入力され、記憶部４２に記憶される。

【0018】

本実施の形態では、抵抗測定器３は、産業用ロボット２ａのロボット制御装置２ｂに搭載されている。ただし、これに限らず、抵抗測定器３は、ロボット制御装置２ｂと別体に構成されていてもよく、また、その機能の一部が演算装置４に搭載されていてもよい。抵抗測定器３の詳細については後述する。

【0019】

演算装置４は、制御部４１と、記憶部４２と、を有している。これら制御部４１や記憶部４２の詳細については後述する。演算装置４には、表示器４３が接続されており、抵抗値データ５０や断線検知の結果など各種のデータを表示器４３に表示可能に構成されている。また、図示していないが、演算装置４にはキーボード等の入力装置が設けられており、入力装置の入力により各種設定や表示器４３の表示内容の操作が行えるようになっている。なお、表示器４３をタッチパネルディスプレイで構成して、表示器４３が入力装置を兼ねるように構成してもよい。さらに、表示器４３は、演算装置４と有線接続されていなくてもよく、無線により接続されていてもよい。この場合、表示器４３は、例えばスマートフォンやタブレットのディスプレイであってもよい。

【0020】

（断線検知の原理）
まず、導体１１ａの素線に断線が発生していない場合において、導体１１ａに捻回を加えた際の抵抗値の変化（すなわち、捻回のひずみによる導体１１ａの抵抗値の変化）について説明する。図３に示すように、周方向に捻回を加えていない基本状態Ｃから、導体１１ａの撚りが締まる方向（ここでは正方向とする）に所定角度（例えば＋１８０度）捻回させて第１状態Ａとする。その後、反対方向（導体１１ａの撚りがほぐれる方向、ここでは負方向とする）に所定角度捻回させて基本状態Ｃに戻し、さらに負方向に所定角度（例えば－１８０度）捻回して第２状態Ｂとする。その後、正方向に所定角度捻回して基本状態Ｃに戻す。このように、基本状態Ｃから、第１状態Ａ、基本状態Ｃ、第２状態Ｂ、基本状態Ｃとなるように導体１１ａを周方向に捻回させることで、１回（１周期）の捻回動作とする。ここでは、１回の捻回動作にかかる時間、すなわち動作周期を１秒とし、１回の捻回動作を行うときの周波数である動作周波数は１．０Ｈｚとしている。

【0021】

導体１１ａは複数本の素線１１１を撚り合わせて構成されているため、導体１１ａの撚りが締まる正方向に捻回する（すなわち基本状態Ｃから第１状態Ａに遷移させる）と、各素線１１１のひずみが増大し、各素線１１１が引き延ばされて断面積が小さくなるため、導体１１ａの抵抗値が増大する。そして、第１状態Ａから捻じれのない基本状態Ｃに戻すと、各素線１１１のひずみが減少すると共に、引き延ばされていた各素線１１１の断面積が復元して導体１１ａの抵抗値が減少する。次に、導体１１ａの撚りがほぐれる負方向に捻回する（すなわち基本状態Ｃから第２状態Ｂに遷移させる）と、撚りがほぐれて各素線１１１が外側に拡がろうとする。しかし、導体１１ａの外周には絶縁体１１ｂが形成されているために、外側に拡がろうとする各素線１１１が絶縁体１１ｂに押さえ付けられた状態となり、各素線１１１のひずみが増大して導体１１ａの抵抗値が増大する。そして、第２状態Ｂから捻じれのない基本状態Ｃに戻すと、各素線１１１のひずみが減少して抵抗値が減少する。

【0022】

このように、導体１１ａに捻回動作を付与すると、１回の動作周期において、２度の抵抗値の増大が生じる。換言すれば、導体１１ａに捻回動作を付与すると、主として、動作周波数の２倍の周波数の抵抗値変動成分が大きくなる。なお、図３では図の簡略化のため導体１１ａの素線１１１を５本のみ示しているが、実際に導体１１ａを構成する素線１１１の本数は５本よりも多い。

【0023】

次に、素線１１１に断線が発生した場合において、導体１１ａに捻回を加えた際の抵抗値の変化について説明する。図４に示すように、導体１１ａの撚りが締まる正方向に捻回する（すなわち基本状態Ｃから第１状態Ａに遷移させる）と、導体１１ａの引き延ばしに伴って断線箇所が徐々に拡がり、導体１１ａの抵抗値が増大する。そして、第１状態Ａから捻じれのない基本状態Ｃに戻すと、断線箇所が徐々に縮まり抵抗値が減少する。

【0024】

次に、導体１１ａの撚りがほぐれる負方向に捻回するが、この正方向の捻回から負方向の捻回に捻回の向きが変わる際に、ごく僅かな時間、素線１１１が押し込まれて断線箇所が短くなり（あるいは断線箇所を挟む素線１１１同士が接触し）、ごく短時間抵抗値が大きく減少する。そして、導体１１ａの撚りがほぐれる負方向に捻回する（すなわち基本状態Ｃから第２状態Ｂに遷移させる）と、撚りがほぐれて各素線１１１が外側に拡がろうとするために断線箇所が拡がり、導体１１ａの抵抗値が増大する。そして、第２状態Ｂから捻じれのない基本状態Ｃに戻すと、断線箇所が徐々に縮まり抵抗値が減少する。

【0025】

このように、素線１１１の断線による抵抗値の変動は、基本的にひずみによる抵抗値変動と同期して生じる。しかし、導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の短時間の抵抗値の減少は、素線１１１に断線が生じている場合にのみ発生することが分かる。そして、この「導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」は、短時間の間に抵抗値が変動する事象であるため、動作周波数を基準とした高次周波数の成分としてあらわれる。そこで、本実施の形態では、動作周波数の高次周波数の成分に注目して「導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」を検知することにより、素線１１１の断線を検知する。

【0026】

（抵抗測定器３の詳細）
図５（ａ）は、抵抗測定器３の概略的な構成例を示す図である。図５（ａ）に示すように、抵抗測定器３は、直流信号源（例えば、直流定電圧源）３５ａ、入力抵抗３５ｂ、及び抵抗値検出器３５ｃを有する抵抗測定部３５を備えている。なお、直流信号源３５ａとして直流定電流源を用いる場合は、入力抵抗３５ｂは不要である。直流信号源３５ａは、入力抵抗３５ｂを介してケーブル１０（導体１１ａ）に直流信号（ここでは直流電圧）を印加する。これに応じて、ケーブル１０（導体１１ａ）からは、捻回動作により、図３，４に示したような動作周波数ｆ（＝１Ｈｚ）の成分を含んだ変調信号（例えば電圧信号）が出力される。抵抗値検出器３５ｃは、例えば、この変調信号を所定のゲインで増幅することで、導体１１ａの抵抗値の時系列的な変化を検出する。抵抗値検出器３５ｃからの信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によりデジタル信号に変換され、抵抗値データ５０として演算装置４へと出力される。

【0027】

なお、図５（ａ）に示した抵抗測定器３の構成はあくまで一例であり、適宜変更可能である。例えば、図５（ｂ）に示すように、抵抗測定器３は、周波数解析部３６を一体に有していてもよい。この場合、後述する演算装置４の周波数解析部４１１（図１参照）を省略可能になる。

【0028】

周波数解析部３６は、例えば、キャリア信号生成器３６ａ、ミキサ３６ｂおよびロウパスフィルタ（ＬＰＦ）３６ｃ等を備える。キャリア信号生成器３６ａは、動作周波数ｆ、つまり断線による抵抗値変動周波数と同じキャリア周波数（ωｃ、図３，４の場合１Ｈｚ）であって、抵抗値変動周波数と同じ位相を持つキャリア信号を生成する。ミキサ３６ｂは、このキャリア信号と、抵抗値検出器３５ｃからの出力信号とを乗算（言い換えれば同期検波）することで、直流成分の信号と"２×ωｃ"成分の信号とが重畳された信号を出力する。なお、図５（ｂ）に示すキャリア信号生成器３６ａにおいて、ｓｉｎ（ωｃｔ）は、ωｃ＝２πｆであるとした場合に動作周波数ｆの抵抗値変動成分を抽出することができる。

【0029】

ロウパスフィルタ３６ｃは、ミキサ３６ｂからの出力信号を受けて、"２×ωｃ"成分の信号を遮断し、直流成分の信号を通過させる。この直流成分の信号は、動作周波数ｆ（＝ωｃ）の抵抗値変動成分の大きさを表す。このように、キャリア信号生成器３６ａ、ミキサ３６ｂおよびロウパスフィルタ３６ｃを用いることで、所定周波数の成分（例えば、後述する所定の高次周波数の成分）を検出することができる。ロウパスフィルタ３６ｃからの信号は、Ａ／Ｄコンバータ３７によりデジタル信号に変換され、演算装置４に出力されることになる。

【0030】

なお、図５（ａ），（ｂ）の構成例は、ケーブル１０（導体１１ａ）に直流信号を印加するものであったが、直流信号に限らず、交流信号源を用いて所定周波数（例えば１０ｋＨｚ程度）の交流信号を印加するものであってもよい。この場合、ケーブル１０からは、この交流信号を動作周波数ｆの変調信号で振幅変調したような信号が出力される。そこで、この出力信号に対して、ミキサを用いて交流信号源の交流信号と同じ周波数のキャリア信号を乗算すれば、動作周波数ｆの変調信号を復調できる。このような方式を用いると、より高い周波数（例えば１０ｋＨｚ程度）での測定を行える結果、ノイズ成分の影響がより生じ難くなる。

【0031】

（演算装置４）
演算装置４の制御部４１には、周波数解析部４１１と、抽出部４１２と、断線検知部４１３と、警報部４１４と、が搭載されている。これら周波数解析部４１１、抽出部４１２、断線検知部４１３、及び警報部４１４は、ＣＰＵ等の演算素子、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリ、ソフトウェア、インターフェイス、記憶装置等を適宜組み合わせて実現されている。

【0032】

周波数解析部４１１は、抵抗測定器３で測定した抵抗値データ（すなわち、時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値のデータ）５０を周波数解析する。周波数解析の結果は、周波数解析データ５１として記憶部４２に記憶される。なお、周波数解析とは、抵抗値データ５０に含まれる各周波数の成分の大きさをそれぞれ解析し、周波数毎に成分の大きさを抽出したデータである周波数解析データ５１を得ることを意味している。

【0033】

図６（ａ），（ｂ）は、周波数解析部４１１により得られる周波数解析データ５１の一例を示す図である。図６（ａ）では１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の周波数範囲、図６（ｂ）では３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下の周波数範囲を示している。また、図６（ａ），（ｂ）では、ケーブル１０として２８ＡＷＧの電線１１を５本用いたものを用い、捻回長を５０ｍｍとし、捻回角度を±１８０度とした場合の周波数解析結果を示している。

【0034】

図６（ａ）に示すように、周波数が低い領域では、捻回を付与することによるひずみの影響やノイズの影響が大きく、素線１１１に断線があるか否かで成分の大きさはほとんど変化していない。これに対して、図６（ｂ）に示すように、３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下の周波数が高い範囲では、断線発生以後に成分が大きくなっていることが分かる。これは、図４で説明した「導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」があらわれているものと考えられる。

【0035】

抽出部４１２は、周波数解析の解析結果である周波数解析データ５１を基に、捻回動作の動作周期に相当する動作周波数ｆを基準とする高次周波数ｆ×ｎ（ｎは２以上の自然数）のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する。ここで、「予め設定した周波数範囲」は、捻回動作により導体１１ａに付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数（図６（ａ），（ｂ）の例では、１０Ｈｚ以下の周波数）よりも大きい周波数範囲に設定されるとよく、より具体的には、動作周波数ｆの１０倍以上の周波数範囲に設定されるとよい。例えば、図６（ａ），（ｂ）の例では、周波数範囲を３０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下に設定し、この周波数範囲に含まれる約３３Ｈｚ、約３６Ｈｚ、約４０Ｈｚの３つの高次周波数の抵抗値変動成分を抽出するとよい。周波数範囲、及びその周波数範囲内で抽出する高次周波数の周波数については、予め実験を行い、その実験結果に基づき適宜設定するとよい。

【0036】

断線検知部４１３は、抽出部４１２が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、素線１１１の断線を検知する。より具体的には、抽出部４１２が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさ（図６（ａ），（ｂ）の例では、約３３Ｈｚ、約３６Ｈｚ、約４０Ｈｚの３つの高次周波数の抵抗値変動成分）それぞれを、予め設定した閾値と比較し、いずれかの抵抗値変動成分が閾値以上でれば断線が発生したと判定する。なお、これに限らず、例えば、抽出した抵抗値変動成分のうち所定数（例えば半数）が閾値以上になったときに、断線が発生したと判定してもよい。判定結果は、断線検知データ５２として記憶部４２に記憶される。

【0037】

警報部４１４は、断線検知部４１３が断線を検知したとき、警報を発する。警報部４１４は、例えば、警報音の鳴動、表示器４３への警報表示、管理装置等の外部装置への警報信号の発報等により警報を発し、管理者に断線を検知したことを通知する。

【0038】

演算装置４は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。なお、これに限らず、演算装置４は、例えば、サーバ装置であってもよい。この場合、抵抗測定器３で測定された抵抗値データ５０は、ネットワークを介してサーバ装置である演算装置４に送信されることになる。演算装置４をサーバ装置で構成する場合、断線検知の結果（すなわち、断線検知データ５２）等を、例えば産業用ロボット２ａを使用するユーザやロボットメーカと共有できるように構成してもよい。また、制御部４１と記憶部４２とを別の装置で構成してもよい。例えば、サーバ装置の記憶部４２に記憶された抵抗値データ５０を、他のサーバ装置やパーソナルコンピュータ等に搭載された制御部４１でダウンロードし、断線検知を行うよう構成することもできる。

【0039】

（断線検知方法）
図７は、本実施の形態に係る断線検知方法の手順を示すフロー図である。まず、ステップＳ１０にて、ロボット制御装置２ｂに搭載された試験動作制御部２ｃが、産業用ロボット２ａの試験動作制御を開始する。これにより、検査対象となるケーブル１０を周方向に周期的に捻回させる捻回動作が開始される。その後、ステップＳ１１にて、抵抗測定器３による導体１１ａの抵抗値の測定を開始する。

【0040】

次いで、ステップＳ１２において、試験動作制御及び導体１１ａの抵抗値の測定を所定の期間継続する。所定の期間とは、断線の検知のために十分な抵抗値のデータが得られるのに要する期間である。この所定の期間は、抵抗測定器３の構成や測定環境（すなわちノイズ成分の大きさ）等によって適宜変わり得る。これにより、捻回動作により時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値が抵抗測定器３により測定される。

【0041】

続いて、ステップＳ１３において、試験動作制御及び導体１１ａの抵抗値の測定を停止する。測定した導体１１ａの抵抗値のデータは、抵抗値データ５０として演算装置４に送信され、演算装置４の記憶部４２に記憶される。なお、本実施の形態では、試験動作制御時にのみ断線の検知をしているが、これに限らず、産業用ロボット２ａの駆動中に断線の検知を常時行うように構成することも可能である。この場合、上述のステップＳ１０～Ｓ１３に替えて、産業用ロボット２ａの駆動中に抵抗測定器３による導体１１ａの抵抗値の測定が継続して行われる。

【0042】

その後、ステップＳ１４において、周波数解析部４１１が、抵抗値データ５０の周波数解析を行う。周波数解析の結果は、周波数解析データ５１として記憶部４２に記憶される。

【0043】

その後、ステップＳ１５にて、抽出部４１２が、周波数解析データ５１から、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する。そして、ステップＳ１６にて、断線検知部４１３が、抽出部４１２が抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさが、予め設定した閾値以上かを判定する。ステップＳ１６でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１７にて、断線検知部４１３が、導体１１ａに断線が有ると判定し、ステップＳ１８にて、警報部４１４が警報を発した後、処理を終了する。ステップＳ１６でＮＯと判定された場合、断線検知部４１３が、導体１１ａに断線が無いと判定し、処理を終了する。

【0044】

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る断線検知方法では、ケーブル１０を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、捻回動作により時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値を測定し、測定した時系列的に変化する導体１１ａの抵抗値を周波数解析し、周波数解析の解析結果から、捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、素線１１１の断線を検知する。

【0045】

これにより、図４で説明した「導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」を検知することが可能になり、ケーブル１０の導体１１ａでの素線１１１の断線を精度よく検知することが可能になる。「導体１１ａに加えられる捻回の方向が変わる際の抵抗値の減少」は、きわめて短時間で、かつ小さい変化になるが、周波数解析を行うことで、ノイズ等の影響を取り除いて精度よく検出することが可能である。つまり、本実施の形態によれば、ケーブル１０の導体１１ａでの素線１１１の断線を、抵抗値の増加率を用いた一般的な検知方式では検知することが困難であった初期の断線を含めて検知することが可能になり、断線を高感度で検知することが可能になる。その結果、ケーブル１０が装着される各種装置において、重大な障害（例えば、ほぼ全断線）が生じる前に対策を講じることができ、装置の信頼性を向上させることが可能になる。

【0046】

また、従来の抵抗値の増加率を用いた一般的な検知方式では、断線前の導体１１ａの抵抗値、すなわち初期抵抗値が必要であったが、本実施の形態では、抵抗値の絶対値ではなく、捻回動作中の抵抗値の変動量（相対量）を用いて断線の発生を検知するため、初期抵抗値は不要となる。よって、本実施の形態によれば、導体１１ａの初期抵抗値の不明な場合であっても、導体１１ａの素線１１１に断線が発生していることを高感度に検出できる。

【0047】

さらに、導体１１ａの抵抗値や、導体１１ａと抵抗測定器３間の接触抵抗は、温度によって大きく変動するが、温度による抵抗値の変動は捻回動作の動作周期とは無関係となるため、本実施の形態によれば、温度変化の影響を受けずに導体１１ａの断線検知を行うことが可能である。

【0048】

（変形例）
上記実施の形態では、導体１１ａにおいて断線が発生したことを検知する方法について述べたが、断線の発生後、その断線の進行状態を推定すること（＝断線進行状態推定）も可能である。

【0049】

本発明者らの検討の結果、導体１１ａ抵抗値の時系列的な変化において、素線１１１の断線本数が増加し断線が進むほど、導体１１ａの抵抗値の最大値と最小値との差が大きくなることがわかっている。よって、この抵抗値の最大値と最小値との差を基に、導体１１ａの断線進行状態を推定することが可能である。例えば、段階的に複数の閾値を設定しておき、各閾値と、抵抗値の最大値と最小値との差とを比較することで、導体１１ａの断線進行状態を推定することができる。なお、導体１１ａの断線進行状態とは、導体１１ａを構成する全ての素線１１１のうち、何本の素線１１１が断線しているかという割合である。また、推定して得られた断線進行状態は、断線進行状態データとして図４に示す記憶部４２に記憶される。

【0050】

そして、この断線進行状態が所定の割合（例えば８０％以上）となった場合に、ケーブル１０が寿命（＝ケーブル寿命）に到達したと設定しておけば、推定して得られた断線進行状態がケーブル寿命に到達したか否かを予測することで、ケーブル１０の寿命予測が可能になる。そのケーブル１０の寿命予測結果に基づいて、ケーブル１０の交換やケーブル１０の予知保全等を行うか否かを判断することができる。なお、断線進行状態に基づいて得られたケーブル１０の寿命予測結果は、ケーブル寿命予測データとして図４に示す記憶部４２に記憶される。また、演算装置４は、得られた断線進行状態データやケーブル寿命予測データを表示器４３に表示可能に構成されていてもよい。

【0051】

また、本実施の形態では、産業用ロボット２ａに搭載されたケーブル１０の断線検知をする場合について説明したが、予め、捻回動作機構２として捻回試験装置等を用いて、産業用ロボット２ａ等の装置に用いられるケーブル１０と同種のケーブルの寿命特性を製造段階で取得しておき、その結果を産業用ロボット２ａ等の装置のメンテナンスに反映させることも有益である。これにより、ケーブル１０において初期の断線が発生し得る屈曲回数が判明するため、例えば、産業用ロボット２ａ等の装置の管理者に、この屈曲回数の情報を提供することができる。この場合、管理者は、提供された屈曲回数と、産業用ロボット２ａ等の装置の稼働履歴とを照合することで、ケーブル１０に重度の断線が生じる（すなわち、ケーブル寿命に達する）前に各種対策を講じることが可能になる。

【0052】

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

【0053】

［１］複数の素線（１１１）を撚り合わせた撚線導体からなる導体（１１ａ）を有するケーブル（１０）の前記素線（１１１）の断線を検知する方法であって、前記ケーブル（１０）を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行い、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体（１１ａ）の抵抗値を測定し、測定した前記時系列的に変化する前記導体（１１ａ）の抵抗値を周波数解析し、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出し、抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線（１１１）の断線を検知する、断線検知方法。

【0054】

［２］前記予め設定した周波数範囲は、前記捻回動作により前記導体（１１ａ）に付与されるひずみに起因して抵抗値変動が生じる周波数よりも大きい周波数範囲に設定される、［１］に記載の断線検知方法。

【0055】

［３］前記予め設定した周波数範囲は、前記動作周波数の１０倍以上の周波数範囲に設定される、［１］または［２］に記載の断線検知方法。

【0056】

［４］複数の素線（１１１）を撚り合わせた撚線導体からなる導体（１１ａ）を有するケーブル（１０）の前記素線（１１１）の断線を検知する装置であって、前記ケーブル（１０）を周方向に周期的に捻回させる捻回動作を行う捻回動作機構（２）と、前記捻回動作により時系列的に変化する前記導体（１１ａ）の抵抗値を測定する抵抗測定器（３）と、前記抵抗測定器（３）で測定した前記時系列的に変化する前記導体（１１ａ）の抵抗値を周波数解析する周波数解析部（４１１）と、前記周波数解析の解析結果から、前記捻回動作の動作周期に相当する動作周波数を基準とする高次周波数のうち、予め設定した周波数範囲に含まれる所定の高次周波数の抵抗値変動成分を抽出する抽出部（４１２）と、前記抽出部（４１２）が抽出した前記高次周波数の抵抗値変動成分の大きさに基づいて、前記素線（１１１）の断線を検知する断線検知部（４１３）と、を備えた、断線検知装置（１）。

【0057】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0058】

１…断線検知装置
２…捻回動作機構
２ａ…産業用ロボット
２ｂ…ロボット制御装置
２ｃ…試験動作制御部
３…抵抗測定器
４…演算装置
４１…制御部
４１１…周波数解析部
４１２…抽出部
４１３…断線検知部
４１４…警報部
１０…ケーブル
１１…電線
１１ａ…導体
１１１…素線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】