JP2010044007A - 可動対象物の亀裂検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動状態で発生する亀裂を検出する可動対象物の亀裂検知システムを提供すること。
【解決手段】可動対象物Ｗの亀裂想定箇所に接着される検知線１１と、電源によって通電された検知線１１の断線状態を検出し、その検出によって得られた情報の無線通信が可能なＩＣタグを備えた検知装置本体１２とを有する亀裂検知装置１０と、その亀裂検知装置１０から送信される情報を受信して当該情報に基づくデータの表示や管理を行う情報管理装置３０とを有し、前記ＩＣタグが可動対象物Ｗの駆動中に検知線１１の断線の有無を確認し、当該断線の有無に関する情報を情報管理装置３０に対して所定の時間間隔で送信を繰り返す可動対象物の亀裂検知システム１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットアームやクレーン、或いは車両のタイヤホイールなど、動きを有する物を対象にし、そこに発生する亀裂を検出するための亀裂検知システムであり、特に、その可動対象物の動作中に発生する亀裂をリアルタイムに検出することができる亀裂検知システムに関する。

従来、タイヤホイールの亀裂などの異常を検出する場合は、車体からタイヤを取り外して目視によって確認を行っていた。こうした検査は、タイヤホイール以外の前述したロボットアームやクレーンなどでも同様である。その際、特にタイヤホイールの場合は、タイヤを車体から取り外さなくては目視検査を行うことができないため、作業負担が大きかった。そこで、そうした負担を解消するため、下記特許文献１には、車輪を取り外すことなく、亀裂検査を行うホイール異常判定システムが開示されている。図５は、同文献に記載されたシステムの概略図である。

ホイール１１０には、そのフランジ１１１の表面を全周にわたって導電体１０１が連続的に接着されている。導電体１０１は、銅などの導電性材料であって、幅１ｍｍ以下、厚みは０．１ｍｍ以下程度の薄膜状に形成され、ホイール１１０の亀裂によって切断されるようになっている。ホイール１１０内には導通検査用端子１０２が設けられ、導電体１０１の引出部から延びる引出線１０３が接続されている。そして、その導通検査用端子１０２は、導通検査用導線１０５を介して導通状態検査装置１０６に接続される。なお、ホイール１１０には空気圧調整用バルブ１２０が装着され、引出線１０３は、そこを通って導通検査用端子１０２に接続されている。

導通状態検査装置１０６は、導電体１０１の導通状態を検査するときに導通検査用導線１０５に接続され、検査が終了したら接続が外される。引出線１０３は導通検査用端子１０２に接続され、導通検査用導線１０５を介して導通状態検査装置１０６の内部の電源に接続される。こうして導通状態検査装置１０６の内部の電源と導電体１０１との間に閉回路が形成される。そして、導通状態検査装置１０６は、導電体１０１に導通がある場合にはホイール１１０は正常であると判定する一方、導通がない場合には導電体１０１が切断され、どこかで亀裂が発生したと判定する。
特開２００７−６２４５６号公報

しかし、こうした従来の検査システムでは、疲労亀裂による初期段階の異常を確認できないのに加え、いつ亀裂が生じたのかも正確に把握することができなかった。そのため、ホイールなどのような亀裂箇所が外部から見えない可動対象物に対しては、取り外しの必要がない点で有効であるが、可動対象物がロボットアームのように通常状態で亀裂箇所が視認できるような可動対象物には利点がなかった。

しかも、疲労亀裂初期の微小な亀裂は、可動対象物が駆動停止後の負荷から解放されると見かけ上はくっついてしまう。そのため、切断された導電体１０１が接触して導通状態に戻ってしまい、正確な検査ができない可能性があった。そして、停止させた状態で検査したのでは、例えば数日もの長い間駆動し続ける可動対象物については、亀裂がいつ生じたのかを正確に確認できなかった。そのため、初期段階の亀裂を見落とした場合、大きく破損するまで分からないといった状態になりかねなかった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、駆動状態で発生する亀裂を検出する可動対象物の亀裂検知システムを提供することを目的とする。

本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、可動対象物の亀裂想定箇所に接着される検知線と、電源によって通電された前記検知線の断線状態を検出し、その検出によって得られた情報の無線通信が可能なＩＣタグを備えた検知装置本体とを有する亀裂検知装置と、その亀裂検知装置から送信される情報を受信して当該情報に基づくデータの表示や管理を行う情報管理装置とを有し、前記ＩＣタグが前記可動対象物の駆動中に前記検知線の断線の有無を確認し、当該断線の有無に関する情報を前記情報管理装置に対して所定の時間間隔で送信を繰り返すものであることを特徴とする。

また、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、前記検知線が切断された場合に、前記ＩＣタグが切断信号を自己保持する回路を有するものであることが好ましい。
また、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、前記ＩＣタグは、前記検知線の断線を検出した後も所定時間間隔で通電の有無を確認して初期亀裂と永久亀裂とを判別するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、前記ＩＣタグが、前記検知線の断線を検出した後の所定の短時間後に再び断線状態を確認し、その時の通電の有無によって断線と電気的ノイズとを判別するようにしたものであることが好ましい。

また、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、前記亀裂検知装置が、ＩＣタグやボタン電池からなる電源が小型ケースに入れられ、そのＩＣタグがケース内でシリコンによって固められたものであることが好ましい。
また、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムは、前記亀裂検知装置が、前記ＩＣタグによって断線状態に応じて発光が制御される表示部を有するものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、検知線とＩＣタグとを有する構成の亀裂検知装置は、小型で軽量であるためロボットアームやその他の可動対象物に取り付けても、動きを妨げることなく亀裂検知を行うことが可能である。そして、可動対象物の駆動中に断線の有無に関する情報を情報管理装置に対して繰り返し送信するように構成されているため、駆動中に生じる亀裂をリアルタイムに検出することができる。

次に、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムについて一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の亀裂検知システムを示した概念図である。本実施形態の亀裂検知システム１は、可動対象物に設置する亀裂検知装置１０と、その亀裂検知装置１０から送信される亀裂情報を受信及び管理する情報管理装置３０とから構成されている。

亀裂検知装置１０は、非接触型のＩＣタグを使用したものであり、そのＩＣタグとの通信により、情報管理装置３０によって亀裂情報が管理できるように構成されている。亀裂検知装置１０は、可動対象物Ｗに対し、亀裂Ｒの発生が予測される亀裂想定箇所に検知線１１が接着される。検知線１１は、検知装置本体１２から出た導線２７に接続され、閉回路となるように構成されている。その閉回路は、例えば図示するような矩形形状にして可動対象物Ｗへ配置されている。

ここでは、中間に位置する直線部１１ａが、可動対象物Ｗにおいて亀裂が発生し易い箇所に対応している。そして、その直線部分１１ａが、接着剤によって可動対象物Ｗに固められて検知部１３として形成されている。すなわち、図示するように可動対象物Ｗに亀裂Ｒが入った場合に、その亀裂Ｒが検知部１３にも達し、検知線１１が固められた接着剤とともに切断するようになっている。検知部１３以外の部分の検知線１１は、接着剤などで単純に接着され、検知装置本体１２は両面テープなどによって可動対象物Ｗへ接着されている。

ここで図２は、検知装置本体１２を示したブロック図である。検知装置本体１２は、検知線１１の断線情報を記憶し、情報管理装置３０との間で情報の送受信を行うＩＣタグ２０が設けられている。そのＩＣタグ２０は、情報の記憶や送受信などを制御するＣＰＵからなる制御部２１、断線情報を記憶するメモリ２２、検知線１１の断線による通電遮断状態を保持する自己保持回路２３、そして無線通信するための通信回路やアンテナからなる通信部２４を備え、それらが集積されたＩＣチップによって形成されている。

ところで、疲労亀裂の初期段階は当該亀裂が極めて小さいため、駆動中でも当該部分への負荷のかかり方によっては亀裂Ｒが閉じてしまい、検知線１１の断線部分が接触して通電状態が復活してしまう。従って、所定の荷重を受ければ亀裂部分が広がって通電遮断状態になるが、瞬間的にまた通電状態に戻るため、亀裂発生の確認が困難になる。そこで、本実施形態では、検知線１１が切断された場合にその通電遮断状態を保持する自己保持回路２３が設けられている。ただし、永久亀裂の有無だけを検知すればよい場合などは、自己保持回路２３は必須の構成要件ではない。

亀裂検知装置１０は、この制御部２１を介して電源２５から検知線１１に対して電流が流され、その通電の遮断によって亀裂Ｒの発生によって生じる検知線１１の断線を検知するよう構成されている。電源２５にはボタン電池などの小型で軽量なものが使用される。また、表示部２６には、緑色と赤色等の２色のＬＥＤ２６ａ，２６ｂ（図１参照）からなる表示部２６が設けられ、無線の不確実性を補完し、検知装置本体１２でも目視によって亀裂発生状況が確認できるようになっている。すなわち、通常時には緑色ＬＥＤ２６ａが電源２５に接続されて点灯し、検知線１１が断線した状態では赤色ＬＥＤ２６ｂが電源２５に接続されて点灯するようになっている。一方、故障などによって電源２５からの通電が遮断された場合には両方のＬＥＤ２６ａ，２６ｂが消灯するようになっている。

亀裂検知装置１０は、ＩＣタグ２０や電源２５が縦横４ｃｍ、厚さ１ｃｍ程度のケースに入れられた小型で軽量なものである。そして、ＩＣタグ２０の基板をケース内でシリコンを充填して固めることにより、厳しい環境や、激しい動きにも対応でき、防振、防湿および防塵によって障害を防止できるようになっている。

情報管理装置３０は、亀裂検知装置１０との間でデータの受信を行うためのアンテナ３１が設けられ、それがデータ処理を行う情報管理装置としてパーソナルコンピュータ（管理ＰＣ）３２がケーブル３３によって接続されている。この管理ＰＣ３２には、亀裂検知装置１０から受け取った情報をディスプレイに表示し、亀裂の状態を確認するようになっている。また、表やグラフにする管理ソフトが格納されている。

ところで、図１には１個の亀裂検知装置１０のみを示しているが、小型であるため複数の箇所に取り付けることが可能であり、情報管理装置３０も複数の亀裂検知装置１０それぞれに付された識別番号に対応したＩＣタグ２０の情報を受信し、各情報を個別に管理することが可能である。

続いて、本実施形態の亀裂検知システム１は、例えば図３に示すように、可動対象物としてロボットアーム４０へ取り付けられる。なお、図に示した亀裂検知装置１０の大きさは、ロボットアーム４０に対する実際の比率とは異なる。
亀裂検知装置１０は、検知装置本体１２と検知線１１が可動対象物であるアームロボット４０に取り付けられるが、特に検知線１１の一部である検知部１３が亀裂発生可能箇所であるアーム治具４１のクランク部分に接着剤によって固められる。そして、ロボットアーム４０の駆動が行われている際、次のようにして亀裂の検知が行われる。

図４は、亀裂検知装置１０において行う亀裂判定フローを示した図である。検知線１１は常時通電状態であり、通電状態の有無によって亀裂検出が行われる。その際、情報管理装置３０へは一定時間間隔で通電情報が送信され、通電確認が行われている（Ｓ１０１）。しかし、電池切れや検知装置本体１２に異常が生じたような場合には通電確認ができず（Ｓ１０１：ＮＯ）、その場合には情報管理装置３０に対して何の情報も送信されない（Ｓ１０２）。その一方で、検知装置本体１２が通常に動作している場合には断線状態が確認される（Ｓ１０３）。

検知線１１に断線がない場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、亀裂のない正常状態であることの情報がＴ２時間（例えば１０ｓｅｃ）の無線通信間隔で情報管理装置３０へ送信される（Ｓ１０４）。一方、検知線１１に断線が生じた場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、次に電気的ノイズの判別（Ｓ１０５）が行われる。疲労亀裂ではない電気的ノイズと断線との違いを確認するためである。

電気的ノイズは、非常に短い時間に発生することが実験的に分かっている。本実施形態では、断線検知後Ｔ１（１０ｍｓｅｃ）後の通電によって断線を確認し（Ｓ１０５）、電気的ノイズを判別して除去することとしている。従って、通電があった場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、電気的ノイズであって疲労亀裂ではないと判断してＳ１０１へと戻る。一方、断線検知後Ｔ１後にもなお通電がなかった場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、電気的ノイズではなく疲労亀裂あるいは不具合による断線が生じているものと判断する。

亀裂検知装置１０では、自己保持回路２３を利用し、一旦切断された後に再び接触状態に戻る瞬間断線を検知できるようにしている。そこで、疲労亀裂による断線が生じているものと判断された場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、自己保持回路２３が作動して通電遮断状態が維持される。そして、次の亀裂状態判別のステップに進み、初期亀裂か永久亀裂のいずれかの判定が行われる（Ｓ１０６）。初期亀裂か永久亀裂の判別は、自己保持回路２３で通電遮断状態となった後も一定時間Ｔ２（１０ｓｅｃ）間隔で通電の有無を確認する。

そして、Ｔ２時間後に通電が確認できれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、初期亀裂であると判断され、その情報がＴ２の無線通信間隔で情報管理装置３０へと送信される（Ｓ１０７）。また、Ｔ２時間後においてもなお断線であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、永久亀裂であると判断され、その情報がＴ２の無線通信間隔で情報管理装置３０へと送信される（Ｓ１０８）。ロボットアーム４０の駆動中はＳ１０６の断線状態の確認が繰り返され、初期亀裂の開始から更に永久亀裂への変化が情報管理装置３０において確認できる。

こうした亀裂状態の判定とは別に亀裂検知装置１０では、検知線１１の断線がない場合は表示部２６の緑色ＬＥＤ２６ａが点灯している。一方で、永久亀裂と判断されると、表示部２６の緑色ＬＥＤ２６ａ側の通電が遮断され、赤色ＬＥＤ２６ｂが通電状態に切り替えられる。従って、管理者は、情報管理装置３０において確認しなくても、亀裂が生じたか否かの確認は目視によっても行うことができる。

よって、本実施形態の亀裂検知システム１によれば、亀裂検知装置１０が小型で軽量なものであるため、ロボットアーム４０やその他、クレーンやタイヤのホイールなどにも取り付け、その可動対象物の動きを妨げることなく亀裂検知を行うことが可能になった。
そして、ロボットアーム４０などの駆動中に亀裂検知を行い、それを通信によって受信した情報管理装置３０でデータ管理するため、駆動中の亀裂の瞬間をリアルタイムに確認することができ、さらには亀裂初期から永久亀裂になるまでの状態も把握することが可能になった。

以上、本発明に係る可動対象物の亀裂検知システムについて実施形態を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、一定時間間隔Ｔ２（１０ｓｅｃ）でデータを情報管理装置３へ送信するようにしたが、発信間隔を広げれば消費電力の節約ができるため、時間を更に長くするようにしてもよい。また、発信間隔を短くし、詳細な判別を行うようにしてもよい。

可動対象物の亀裂検知システムの実施形態を示した概念図である。 検知装置本体を示したブロック図である。 亀裂検知システムの可動対象物への取り付け状態を示した図である。 亀裂検知装置において行う亀裂判定フローを示した図である。 従来の亀裂検知システムを示した概略図である。

符号の説明

１ 亀裂検知システム
１０ 亀裂検知装置
１１ 検知線
１２ 検知装置本体
１３ 検知部
２０ ＩＣタグ
２１ 制御部
２２ メモリ
２３ 自己保持回路
２４ 通信部
２５ 電源
２６ 表示部
３０ 情報管理装置
３１ アンテナ
３２ 管理ＰＣ

Claims (6)

1. 可動対象物の亀裂想定箇所に接着される検知線と、電源によって通電された前記検知線の断線状態を検出し、その検出によって得られた情報の無線通信が可能なＩＣタグを備えた検知装置本体とを有する亀裂検知装置と、
   その亀裂検知装置から送信される情報を受信して当該情報に基づくデータの表示や管理を行う情報管理装置とを有し、
   前記ＩＣタグが前記可動対象物の駆動中に前記検知線の断線の有無を確認し、当該断線の有無に関する情報を前記情報管理装置に対して所定の時間間隔で送信を繰り返すものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。
2. 請求項１に記載する可動対象物の亀裂検知システムにおいて、
   前記ＩＣタグは、前記検知線が切断された場合に、切断信号を自己保持する回路を有するものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。
3. 請求項２に記載する可動対象物の亀裂検知システムにおいて、
   前記ＩＣタグは、前記検知線の断線を検出した後も所定時間間隔で通電の有無を確認して初期亀裂と永久亀裂とを判別するようにしたものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する可動対象物の亀裂検知システムにおいて、
   前記ＩＣタグは、前記検知線の断線を検出した後の所定の短時間後に再び断線状態を確認し、その時の通電の有無によって断線と電気的ノイズとを判別するようにしたものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する可動対象物の亀裂検知システムにおいて、
   前記亀裂検知装置は、ＩＣタグやボタン電池からなる電源が小型ケースに入れられ、そのＩＣタグがケース内でシリコンによって固められたものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する可動対象物の亀裂検知システムにおいて、
   前記亀裂検知装置は、前記ＩＣタグによって断線状態に応じて発光が制御される表示部を有するものであることを特徴とする可動対象物の亀裂検知システム。

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