断线检测系统和断线检测方法

文档序号:66749 发布日期:2021-10-01 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 断线检测系统和断线检测方法 (Wire breakage detection system and wire breakage detection method ) 是由 深作泉 于 2021-03-26 设计创作,主要内容包括:提供一种断线检测系统和断线检测方法,能够高灵敏度检测电缆内裸线的断线。将电缆(10)向顺时针方向或逆时针方向中的一方弯曲的状态设为第一弯曲状态、向另一方弯曲的状态设为第二弯曲状态,弯曲机构以在第一弯曲状态与第二弯曲状态之间往复的方式对电缆(10)周期性地施加力。测定器测定对应于弯曲机构的往复而进行时序变化的电缆(10)的电阻值R,将在第一弯曲状态与第二弯曲状态之间进行一个往复的频率设为弯曲频率f,从电缆(10)的电阻值R的时序变化所含的频率成分中提取弯曲频率f的成分。(Provided are a disconnection detection system and a disconnection detection method capable of detecting disconnection of a bare wire in a cable with high sensitivity. A state in which the cable (10) is bent in one of the clockwise direction and the counterclockwise direction is set as a first bent state, and a state in which the cable is bent in the other direction is set as a second bent state, and the bending mechanism periodically applies a force to the cable (10) so as to reciprocate between the first bent state and the second bent state. The measuring device measures the resistance value R of the cable (10) which changes in time series in response to the reciprocation of the bending mechanism, and the frequency at which one reciprocation is performed between the first bending state and the second bending state is set as the bending frequency f, and the component of the bending frequency f is extracted from the frequency components contained in the time series change of the resistance value R of the cable (10).)

断线检测系统和断线检测方法

技术领域

本发明涉及断线检测系统和断线检测方法,例如,涉及对弯曲的电缆的断线进行检测的技术。

背景技术

专利文献1中,给出了一种以由多根裸线构成的线缆为对象的检测弯曲导致的断线的预兆的方法。具体地,该方法是,使线缆在有电流流通的状态下朝一个方向周期性弯曲伸长,检测与该弯曲周期同步变化的电流成分。即,该方法中,检测了部分断线位置与弯曲周期同步而反复接触和分离的状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-139488号公报

发明内容

发明所要解决的课题

弯曲的电缆内绞线的断线一般通过测定电缆内绞线的电阻来检测。具体地,如果绞线内的部分裸线中发生断线,则电阻值增大。因此,例如可以通过在未发生断线的状态下预先测定绞线的初始电阻值,基于相对于初始电阻值的增加率来对断线进行检测。

但绞线内极少的裸线中发生断线时,电阻值的增加率极为微小。因此,在实际使用中,只要绞线内的裸线中例如断线根数的比例没有达到至少50%以上的水平,就难以基于电阻值的增加率进行明确的断线检测。结果是,断线发生之后,在初始阶段不容易对断线进行检测,存在无法高灵敏度检测断线的担忧。

因此,可以考虑例如如专利文献1所示,一边使电缆朝一个方向弯曲伸长一边对与弯曲周期同步变化的电流成分进行检测的方式。可是,以这种方式使电缆朝一个方向弯曲伸长时,有时电阻值也会由于伴随弯曲伸长的形状变化而变化。因此,即使在未发生断线的情况下,也可检测到与弯曲周期同步的电阻值变动成分,因此难以与发生断线的情况明确区别,存在无法高灵敏度检测断线的担忧。

本发明是鉴于这样的情况做出的,其目的之一在于,提供一种能够高灵敏度检测电缆内裸线的断线的断线检测系统和断线检测方法。

本发明的上述以及其他目的和新的特征通过本说明书叙述和附图被阐明。

用于解决课题的方法

根据一个实施方式的断线检测系统是对电缆所含的多根裸线的断线进行检测的系统,具有弯曲机构和测定器。在将电缆向顺时针方向或逆时针方向中的一方弯曲的状态设为第一弯曲状态、向另一方弯曲的状态设为第二弯曲状态时,弯曲机构以在第一弯曲状态与第二弯曲状态之间往复的方式对电缆周期性地施加力。测定器测定对应于弯曲机构的往复而进行时序变化的电缆的电阻值,将在第一弯曲状态与第二弯曲状态之间进行一个往复的频率作为弯曲频率,从电缆的电阻值的时序变化所含的频率成分中提取弯曲频率成分。然后,断线检测系统基于测定器中提取的弯曲频率成分的大小来对断线进行检测。

发明的效果

如果简单地对通过本申请公开的发明中代表性实施方式获得的效果进行说明,那就是能够高灵敏度检测电缆内裸线的断线。

附图说明

图1中,(a)为显示根据本发明的实施方式1的断线检测系统的构成例的概要图,(b)为对(a)中的弯曲机构的动作例进行说明的示意图。

图2为显示图1(a)中电缆的概要构成例的立体图。

图3为对图2的电缆中发生断线时的理论电阻值进行说明的示意图。

图4为显示图2电缆的弯曲寿命的特性例的曲线图。

图5为对使用图1(a)和图1(b)的断线检测系统时电缆电阻值的测定原理进行说明的示意图。

图6为显示图1(a)中的测定器的概要构成例和动作例的图。

图7为对使用图5的测定原理带来的效果的一例进行说明的图。

图8为对使用图5的测定原理带来的另一效果的一例进行说明的图。

图9为对使用图5的测定原理带来的另一效果的一例进行说明的图。

图10为显示使用图1(a)和图1(b)的断线检测系统进行具有图4的特性的电缆的断线检测的结果的一例的图。

图11为显示根据本发明的实施方式1的断线检测方法中处理内容的一例的流程图。

图12为显示根据本发明的实施方式2的断线检测方法中处理内容的一例的流程图。

图13为显示使用根据本发明的实施方式2的断线检测方法进行电缆的断线检测的结果的一例的图。

图14为显示本发明的实施方式2中的断线检测系统在工业用机器人中的应用例的概要图。

符号说明

1:断线检测系统,10:电缆,11:裸线,12:绞线,13:绝缘体,20:弯曲机构,21:基础构件,22:旋转构件,23a、23b:弯曲构件,24:固定构件,25:中心点,26:引导构件,27:荷重,30、30a:测定器,35、35a:电阻测定部,36、36a:频率分析部,40a、40b:弯曲状态,45:直流信号源,46:输入电阻,47:电阻值检测器,48:载波信号生成器,50:外周部分,55:工业用机器人,56:关节,LPF:低通滤波器,MIX:混合器。

具体实施方式

以下,基于附图详细地对本发明的实施方式进行说明。需说明的是,用于对实施方式进行说明的全部图中,原则上对于相同构件标以同一符号,省略其重复说明。

(实施方式1)

《断线检测系统的构成》

图1(a)为显示根据本发明的实施方式1的断线检测系统的构成例的概要图,图1(b)为对图1(a)中的弯曲机构的动作例进行说明的示意图。图2为显示图1(a)中电缆的概要构成例的立体图。图2所示电缆10包含多根裸线11。多根裸线11是以铜线为代表的导体,通常相互绞合而构成绞线12。此外,绞线12被绝缘体13覆盖。需说明的是,电缆10不限定为这样的构成,只要至少包含多根裸线11即可,可以是各种构成。

图1(a)所示断线检测系统1为对电缆10所含的多根裸线11中至少发生了断线进行检测的系统,具备弯曲机构20和测定器30。如图1(b)所示,弯曲机构20以电缆10在弯曲状态40a与弯曲状态40b之间进行往复的方式以一定的周期对电缆10施加一定的力。弯曲状态40a是电缆10向顺时针方向或逆时针方向中的一方(该例中为顺时针方向)弯曲的状态,弯曲状态40b是电缆10向顺时针方向或逆时针方向中的另一方(逆时针方向)弯曲的状态。

弯曲状态40a和弯曲状态40b中的弯曲角度θ例如为45°~135°范围内的任意值,该例中为90°。此外,如果将在弯曲状态40a与弯曲状态40b之间进行一个往复的频率设为弯曲频率f,则弯曲频率f例如为0.5Hz等(换句话说,弯曲周期为2秒)。这种情况下,弯曲机构20重复用1秒从弯曲状态40a推移至弯曲状态40b、然后用1秒从弯曲状态40b恢复至弯曲状态40a的动作。与此相伴,弯曲次数是每个弯曲周期2次。需说明的是,弯曲频率f可以参考实际使用中电缆10的使用条件、弯曲速度等设定为适当的值。

具体地,弯曲机构20具备搭载在基础构件21上的旋转构件22、固定设置在旋转构件22上的2个弯曲构件23a、23b和固定构件24以及固定设置在基础构件21上的引导构件26。旋转构件22例如经由在Z轴方向上延伸的轴构件(图中未显示)搭载在基础构件21上,在作为旋转构件22的面方向的XY平面中,可以绕设置轴构件的中心点25顺时针方向和逆时针方向运动。

弯曲构件23a和弯曲构件23b在旋转构件22上以通过中心点25的方式搭载伸长状态的电缆10时,以在XY平面中通过中心点25夹入电缆10的方式设置在旋转构件22上。固定构件24以在与中心点25不同的规定的位置将伸长状态的电缆10固定于旋转构件22的方式设置在旋转构件22上。

引导构件26以在XY平面中以中心点25为基准在与固定构件24相对的位置夹入伸长状态的电缆10的方式设置在基础构件21上。此外,该例中,在电缆10的引导构件26侧的端部,安装有用于对电缆10施加伸长方向的负荷的荷重27。荷重27例如为50g等。但荷重27也可以参考电缆10沿弯曲构件23a、23b以规定的半径(弯曲半径)r弯曲的荷重以及实际使用时施加于电缆10的伸长方向的负荷设定为适当的值。

这里,例如如图1(b)所示,假设使用90°的弯曲角度θ和0.5Hz的弯曲频率f进行弯曲状态40a与弯曲状态40b之间的往复运动的情况。这种情况下,弯曲机构20可以使用马达(图中未显示)以30rpm的旋转速度在两个方向上对中心点25的轴构件(图中未显示)进行旋转驱动。

此外,在旋转构件22与此相伴进行移动时,弯曲构件23a、23b分别优选至少与电缆10抵接的部分形成为圆弧状,以使电缆10以规定的半径(弯曲半径)r弯曲。由此,能够使弯曲角度θ以及使电缆10弯曲时的条件稳定化。此外,能够在一定程度上均匀地对弯曲的位置施加力。需说明的是,弯曲半径r在该例中为10mm左右。

测定器30测定对应于弯曲机构20的往复运动而进行时序变化的电缆10(多根裸线11)的电阻值,从该电缆10的电阻值的时序变化所含的频率成分中提取前述弯曲频率f(例如0.5Hz)的成分。然后,断线检测系统1基于该测定器30中提取的弯曲频率f的成分的大小来对电缆10的断线进行检测。

详细地,测定器30具有电阻测定部35和频率分析部36。电阻测定部35例如在电缆10的两端间施加定电压的基础上对流动的电流进行时序测定,通过在对电缆10施加定电流的基础上对两端间产生的电压进行时序测定,从而测定电缆10(详细地为图2的多根裸线11)的电阻值的变化。频率分析部36从该电缆10的电阻值的时序变化所含的频率成分中提取弯曲频率f的成分。下面进一步详细地对测定器30进行描述。

《电缆的弯曲寿命特性和作为前提的问题》

图3为对图2的电缆10中发生断线时的理论电阻值进行说明的示意图。电缆10中发生了断线时,电缆10的电阻值R[Ω]理论上用式(1)表示。式(1)中,ρ[Ω·m]是裸线11的电阻率,La[m]是非断线位置的导体长度,使用式(2)表示图3所示的电缆长度L[m]和断线位置的导体长度Lb[m]。此外,Sa[m2]是非断线位置的导体截面积,Sb[m2]是断线位置的导体截面积。

R=ρ×(La/Sa)+ρ×(Lb/Sb)…(1)

La=L-Lb…(2)

如式(1)所示,电缆10的电阻值R是与断线位置的截面积Sb成反比的特性。这种情况下,在截面积Sb大到一定程度的情况下,电阻值R变化不大,在截面积Sb充分变小的阶段,电阻值R急剧增加。结果是,在裸线11的断线根数的比例小的情况下,截面积Sb充分大,因此电阻值R变化不大。然后,作为一例,在断线根数的比例达到70%~80%左右的阶段,截面积Sb充分减小,电阻值R可以相对于初始电阻值增加20%左右。

图4为显示图2电缆的弯曲寿命的特性例的曲线图。电缆10的种类是,该例中绝缘体为ETFE制,导体为40根相当于25AWG线的80μm裸线绞合而成的导体。图4中,电缆10的电阻值R在弯曲次数300万次以下的区域缓慢增加,在弯曲次数超过300万次的阶段急剧增加。这里,例如,图4中弯曲次数300万次左右的位置相当于断线根数的比例达到70%~80%左右的位置。另一方面,弯曲次数300万次以下的区域是在该区域的任意位置发生初始断线(轻微的断线)且该断线根数的比例随着弯曲次数的增加而增加的区域。

这里,假设使用单纯地基于相对于初始电阻值的增加率来对断线进行检测的一般的检测方式的情况。这种情况下,如从图4可见,难以辨别初始断线在哪个阶段发生。作为其主要原因,如上所述,可以列举直到断线根数的比例充分大,电阻值R才会发生显著变化,并且,电阻值R也会由于环境温度、电阻测定时的接触电位等而变动。例如,将电阻值R的温度特性设为0.4%/℃左右,如果环境温度增加20℃,电阻值R就会增加8%左右。

根据这样的情况,为了对初始断线进行检测,假定如果将图4中的小的增加率(10%以下的值等)作为阈值对有断线进行辨别,则可以忽略误检测。为了防止误检测,有必要将阈值定为例如20%左右的增加率。但在该阈值下,已经断线根数的比例会增加至例如70%~80%左右。以这种方式,难以用一般的检测方式对初始断线进行检测,换句话说,难以高灵敏度地对断线进行检测。因此,使用图1(a)和图1(b)所示断线检测系统1是有益的。

《测定方式的详细信息》

图5为对使用图1(a)和图1(b)的断线检测系统时电缆电阻值的测定原理进行说明的示意图。图5的例子中,电缆10所含的多根裸线11中,在弯曲构件23b侧的部分位置发生了断线。图5中,以这样的断线状态为前提,给出了使旋转构件22在+90°至-90°的弯曲角度θ范围内往复时的电缆10的电阻值R。需说明的是,弯曲频率f为0.5Hz。

如图5所示,弯曲角度θ为+90°时,断线位置的导体长度Lb比弯曲角度θ为0°时短。与此相伴,式(1)的电阻值R减小。另一方面,弯曲角度θ为-90°时,断线位置的导体长度Lb比弯曲角度θ为0°时长。与此相伴,式(1)的电阻值R增加。以这种方式,断线位置的导体长度Lb与旋转构件22的往复运动同步在电缆10的长度方向上周期性伸缩,结果是,电缆10的电阻值R以弯曲频率f进行调制。另一方面,未发生断线时,理想情况下,电阻值R的变化中不包含以弯曲频率f变化的成分。

因此,测定器30测定根据弯曲机构20的往复运动进行时序变化的电缆10的电阻值,从该电缆10的电阻值的时序变化所含的频率成分中提取弯曲频率f的成分。由此,可以将产生弯曲频率f的成分的时刻视为发生初始断线的时刻。即,从不同的角度来看,基于各时刻是否产生弯曲频率f的成分(例如,该成分的大小是否为阈值以上等),至少可以对发生断线(包括初始断线)进行检测。

图6为显示图1(a)中的测定器的概要构成例和动作例的图。图6所示测定器30a是具备从测定信号中检测特定频率成分的锁相放大器的构成例。图6的测定器30a具有电阻测定部35a和频率分析部36a。电阻测定部35a例如具备直流信号源(例如直流定电压源)45、输入电阻46和电阻值检测器47等。需说明的是,在使用直流定电流源作为直流信号源45的情况下,不需要输入电阻46。

直流信号源45经由输入电阻46对电缆10施加直流信号(这里为直流电压)。与此对应,从电缆10输出包含图5所示那样的弯曲频率f(=0.5Hz)的成分的调制信号(例如电压信号)。电阻值检测器47例如通过将该调制信号按规定的增益扩增而对电缆10的电阻值R的时序变化进行检测。

频率分析部36a例如具备载波信号生成器48、混合器MIX和低通滤波器LPF等。载波信号生成器48生成具有弯曲频率f的载波信号,即,与因断线而导致的电阻值变动频率相同的载波频率(ωC=0.5Hz)且与电阻值变动频率相同的相位的载波信号。混合器MIX通过对该载波信号和来自电阻值检测器47的输出信号进行相乘(换句话说,为同步检波),输出直流成分的信号与"2×ωC"成分的信号叠加而成的信号。

低通滤波器LPF接收来自混合器MIX的输出信号,阻断"2×ωC"成分的信号,使直流成分的信号通过。该直流成分的信号表示弯曲频率f(=ωC)的成分的大小。以这种方式使用载波信号生成器48、混合器MIX和低通滤波器LPF对规定频率(这里为弯曲频率f)的成分进行检测的构成是锁相放大器的基本构成。

图7为对使用图5的测定原理带来的效果的一例进行说明的图。图7中,例如,使用前述一般的检测方式的情况下,断线导致的电阻值R的增加成分在直流频率(=0Hz)中产生。但通常频率越低则噪音成分(例如,依赖于测定时的温度、接触电位等而波动的成分、伴随利用半导体元件的扩增等的1/f噪音)越大。因此,一般的检测方式中,除非电阻值R的增加成分变大(例如,除非发展到断线的程度),否则难以区别电阻值R的增加成分与噪音成分。换句话说,测定结果受到作为噪音成分的要因的测定环境的大幅影响。

另一方面,如果使用图5那样的方式,则断线导致的电阻值R的变化成分在弯曲频率f(=0.5Hz)中产生。在弯曲频率f(=0.5Hz)中,与直流频率(=0Hz)相比,噪音成分减小。因此,即使在电阻值R的变化成分小到一定程度的情况下(即,即使在初始断线状态下),也能够对电阻值R的变化成分与噪音成分进行区别。换句话说,测定结果难以受测定环境的影响。

此外,图6那样的使用锁相放大器的构成对于来自电缆10的调制信号(实际上除了弯曲频率f的成分以外还包含噪音成分)与通过以弯曲频率f为中心频率的带通滤波器(BPF)的构成是等价的。此时,如果确保测定时间为一定程度的时间,则能够有效地使该带通滤波器(BPF)的带宽变窄。这意味着能够将图6中的低通滤波器LPF的时间常数设计为较大。而且,带通滤波器(BPF)的带宽越窄,能够使噪音成分的影响越小(换句话说,使SN比提高)。

需说明的是,图6的构成例是对电缆10施加直流信号,但不限于直流信号,也可以使用交流信号源施加规定频率(例如10kHz左右)的交流信号。这种情况下,从电缆10输出将该交流信号用弯曲频率f的调制信号进行振幅调制那样的信号。因此,如果使用混合器对该输出信号乘以与交流信号源的交流信号同一频率的载波信号,则能够对弯曲频率f的调制信号进行解调。如果使用这样的方式进行更高频率(例如10kHz左右)的测定,结果是噪音成分的影响更难发生。

此外,图1(a)的测定器30的构成不限定为图6那样的使用锁相放大器的构成,例如也可以是使用实际的带通滤波器(BPF)来提取弯曲频率f的成分那样的构成。进一步,测定器30的构成例如还可以是将图6的来自电阻值检测器47的输出信号转换为数字信号、通过对其进行快速傅立叶变换(FFT)等数字处理来提取弯曲频率f的成分那样的构成。

图8和图9为显示使用图5的测定原理带来的另一效果的一例的图。图8中,与图5的情况不同,与专利文献1的情况同样地,显示的是使电缆10在0°~+90°的弯曲角度θ范围内往复时电阻值R的变化的情形。这种情况下,如图8所示,弯曲频率f为1.0Hz(弯曲周期为1秒),作为电阻值R伴随断线位置的导体长度Lb的变化的变化成分,产生该弯曲频率f(1.0Hz)的成分。

另一方面,更详细地,当电缆10弯曲时,特别是在弯曲位置的外周部分50被暂时拉长。即,电缆长度暂时变长。因此,如图8的虚线所示,更详细地,电缆10的电阻值R即使在未发生断线的情况下,也会由于该电缆10的伸缩而以1.0Hz进行变化。

结果是,如图8那样,在使电缆10仅向顺时针方向或逆时针方向中的一个方向弯曲的情况下,难以对伴随电缆10的伸缩的频率成分(1.0Hz的成分)与伴随断线位置的导体长度Lb的变化的频率成分(1.0Hz的成分)进行区别。另一方面,如图9所示,在使电缆10向顺时针方向和逆时针方向两个方向弯曲的情况下,能够明确地对伴随电缆10的伸缩的频率成分(1.0Hz的成分)与伴随断线位置的导体长度Lb的变化的频率成分(0.5Hz的成分)进行区别。

此外,如果在断线状态下继续弯曲,则有时断线部(断裂面)彼此在脱离在断线位置从或接或离的状态变为分离的状态,形成断线部两端的距离(断裂面间的间隔)仅发生微小变化的状态。实施方式的方式中,由于单独取出伴随断线位置的导体长度Lb的变化的频率成分进行评价,因而也能够对因断线部两端的距离微小变化所引起的微小电阻值变动进行检测。

《实测结果》

图10为显示使用图1(a)和图1(b)的断线检测系统进行具有图4的特性的电缆的断线检测的结果的一例的图。图10的纵轴表示从低通滤波器LPF输出的直流成分的信号强度。电缆10的种类与图4的情况同样是"ETFE标准芯,TA线,25AWG 40/0.08",电缆10的长度为2m。此外,关于实测条件,图1(a)的弯曲半径r为10mm,弯曲角度θ为90°,荷重27为50g,弯曲时马达的旋转速度为30rpm。需说明的是,图4的特性例也是在与图10同样的条件下获得的实测值。

如图10所示,在弯曲次数达到22万次左右以后的区域,明确检测到弯曲频率f(=0.5Hz)的成分。因此,可以将弯曲次数达到22万次左右的时刻推定为发生初始断线的时刻。即,虽然难以利用图4所示那样的电阻值R的增加率的特性来辨别发生初始断线的时刻,但通过使用实施方式1的方式是能够进行该辨别的。需说明的是,图10中频率0Hz附近的成分是噪音。

《断线检测方法》

图11为显示根据本发明的实施方式1的断线检测方法中处理内容的一例的流程图。首先,步骤S101中,在图1(a)的断线检测系统1中搭载作为检测对象的电缆10。然后,步骤S102中,开始图1(a)所示弯曲机构20和测定器30的动作。与此对应,如图1(b)所示,弯曲机构20以在弯曲状态40a与弯曲状态40b之间进行往复的方式对电缆10周期性地施加力。此外,期间,测定器30测定进行时序变化的电缆10的电阻值,从该变化中所含的频率成分中提取弯曲频率f的成分。

接下来,在步骤S103中,这样的弯曲机构20和测定器30的动作持续规定的时间。规定的时间例如是图6所示那样的锁相放大器的构成中,来自电缆10的输出信号在一定程度上充分包含弯曲频率f的成分的情况下,经由低通滤波器LPF切实地对该弯曲频率f的成分进行检测所需的时间。换句话说,在以弯曲频率f调制的周期不是单次发生而是一定程度持续发生的情况下,是对此进行检测所需的时间。该规定的时间可以根据测定器30的构成、测定环境(即噪音成分的大小)等适当改变。

然后,步骤S104中,弯曲机构20和测定器30的动作停止。之后,参照测定器30的测定结果(步骤S105),判定由测定器30提取的弯曲频率f的成分是否在预先确定的阈值以上(步骤S 106)。然后,在弯曲频率f的成分超过阈值时,判定有断线(步骤S107);在弯曲频率f的成分在阈值以下时,判定无断线(步骤S108)。

通过这样的流程,可以将步骤S103中的规定的时间作为检测时间,对电缆10的断线、包括初始断线进行检测。即,能够在充分短的检测时间内对断线进行检测。需说明的是,步骤S107中,也可以利用声音、光等通报系统来报告有断线的判定。

《实施方式1的主要效果》

以上,通过使用实施方式1的断线检测系统和断线检测方法,代表性地,能够对电缆10内裸线11的断线(包括初始断线)进行检测,作为结果,能够高灵敏度地对断线进行检测。具体地,能够对在使用电阻值增加率的一般检测方式中难以检测的初始断线进行检测。进一步,如图8和图9所示,与专利文献1的方式不同,能够明确地(进而高灵敏度地)对初始断线进行检测。结果是,在安装有电缆10的各种系统中,能够在发生重大故障(例如几乎完全断线)前采取对策,能够提高系统的可靠性。

(实施方式2)

以下对本发明的实施方式2中的断线检测系统进行说明。

用图12示出表示根据本发明的实施方式2的断线检测方法中处理内容的一例的流程图。首先,步骤S101A中,在图1(a)的断线检测系统1中搭载作为检测对象的电缆10。然后,步骤S102A中,图1(a)所示弯曲机构20和测定器30的动作开始。与此对应,如图1(b)所示,弯曲机构20以在弯曲状态40a与弯曲状态40b之间进行往复的方式对电缆10周期性地施加力。此外,期间,测定器30测定进行时序变化的电缆10的电阻值,从该变化中所含的频率成分中提取弯曲频率f的成分和为弯曲频率f两倍的频率的成分。

接下来,步骤S103A中,这样的弯曲机构20和测定器30的动作持续规定的时间。规定的时间例如是图6所示那样的锁相放大器的构成中,在来自电缆10的输出信号在一定程度上充分含有弯曲频率f的成分和为弯曲频率f两倍的频率的成分的情况下,经由低通滤波器LPF切实地对该弯曲频率f的成分和为弯曲频率f两倍的频率的成分进行检测所必需的时间。换句话说,在以弯曲频率f调制的周期不是单次发生而是一定程度持续发生的情况下,是对此进行检测所需的时间。该规定的时间可以根据测定器30的构成、测定环境(即噪音成分的大小)等适当改变。

然后,步骤S104A中,弯曲机构20和测定器30的动作停止。之后,参照测定器30的测定结果(步骤S105A),判定由测定器30提取的弯曲频率f的成分是否在预先确定的阈值以上(步骤S106A)。步骤106A中,在弯曲频率f的成分超过阈值时,判定由测定器30提取的弯曲频率f的成分是否在为弯曲频率f两倍的频率的成分以上(步骤S106B)。步骤S106B中,在由测定器30提取的弯曲频率f的成分超过为弯曲频率f两倍的频率的成分时,判定有断线(步骤S107A)。步骤S106A中,弯曲频率f的成分在阈值以下时,判定无断线(步骤S 108A)。此外,步骤S106B中,在由测定器30提取的弯曲频率f的成分在为弯曲频率f两倍的频率的成分以下时,判定无断线(步骤S108A)。需说明的是,步骤S106A和步骤S106B的顺序可以反过来。

通过这样的流程,可以将步骤S103A中的规定的时间作为检测时间,对电缆10的断线(包括初始断线)进行检测。即,能够在充分短的检测时间内对断线进行检测。需说明的是,步骤S107B中,可以利用声音、光等通报系统来报告有断线的判定。

《实测结果》

图13为显示使用本发明的实施方式2的断线检测系统进行电缆的断线检测的结果的一例的图。图13的纵轴表示从低通滤波器LPF输出的直流成分的信号强度。电缆10的种类是"ETFE标准芯,TA线,28AWG 40/0.08",电缆10的长度为2m。此外,关于实测条件,图1(a)的弯曲半径r为10mm,弯曲角度θ为90°,荷重27为50g,弯曲时马达的旋转速度为60rpm。需说明的是,图4的特性例也是在与图10相同的条件下获得的实测值。需说明的是,弯曲频率为1Hz,弯曲频率f两倍的频率为2Hz。

如图13所示,在弯曲频率f(=1.0Hz)附近和弯曲频率f两倍的频率(=2.0Hz)附近检测到了信号。弯曲频率f(=1.0Hz)附近的成分除了包含因裸线11断线所引起的电阻值变动导致的成分以外,现实中,还包含因电缆截面形状的非对称所导致的成分以及因弯曲角度的正方向和负方向的非对称性所导致的成分。弯曲频率f两倍的频率(=2.0Hz)附近的成分包含因导体伴随电缆10的弯曲的伸缩所引起的电阻值变动导致的成分。在裸线11未断线的阶段,弯曲频率f(=1.0Hz)附近的成分比弯曲频率f两倍的频率(=2.0Hz)附近的成分小。图13中,在达到24万次左右以后的区域明确检测到弯曲频率f(=1.0Hz)的成分,同时,检测到超过弯曲频率f两倍的频率(=2.0Hz)附近的成分的成分。因此,可以将弯曲次数达到24万次左右的时刻推定为发生初始断线的时刻。即,通过使用实施方式2的方式,可以考虑电缆截面形状的非对称、弯曲角度的正方向和负方向的非对称性,能够比实施方式1的方式更明确地(进而更高灵敏度地)对断线进行检测。

(实施方式3)

《在工业用机器人中的应用例》

图14为显示根据本发明的实施方式3的断线检测系统在工业用机器人中的应用例的概要图。例如图14所示那样的工业用机器人55被广泛使用。这样的工业用机器人55中,用于控制关节56的运动的各种电缆10安装在包括围绕关节56的位置。

这里,例如,如果电缆10中发生重度断线(例如几乎完全断线),则可导致工业用机器人55的停止,进而导致生产工序的停止。因此,希望在发生重度断线前的早期阶段对作为其预兆的轻微断线(初始断线)进行检测。因此,例如在工业用机器人55的定期维护等中使用实施方式1或实施方式2的方式对该初始断线进行检测是有益的。

具体地,可以构建与图1(a)的情况同样的系统,使用工业用机器人55的关节56构成图1(a)的弯曲机构20。然后,可以使用工业用机器人55的关节控制部或者使用对工业用机器人55的手臂施加外力的外部装置,如图14所示,使工业用机器人55的关节56例如在-90°~+90°的旋转范围(θ)内往复运动。该往复运动的频率为弯曲频率f。需说明的是,图14所示关节56的状态是θ=-90°的状态。

此外,图1(a)的测定器30可以是每次从外部添加的形态,也可以是预先内置于工业用机器人55的形态。需说明的是,关于使用这样的构成时的测定次序,与图11或图12的情况是同样的。但因为是已经安装了电缆10的状态,所以图11(图12)中的步骤S101(S101A)的处理是不需要的。

此外,除了这样的应用例以外,使用图1(a)那样的断线检测系统1,在制造阶段获得与工业用机器人55中使用的电缆10同种的电缆寿命特性,使该结果反映在工业用机器人55的维护中也是有益的。具体地,通过使用图1(a)的系统,可以判明电缆10中可发生初始断线的弯曲次数,因此,例如可以向工业用机器人55的管理者提供该弯曲次数的信息。这种情况下,管理者可以通过核对提供的弯曲次数和工业用机器人的运行历史,在电缆10发生重度断线前采取各种对策。

《实施方式3的主要效果》

以上,通过使用实施方式3的断线检测系统和断线检测方法,除了实施方式1或实施方式2中提及的各种效果以外,还可以以已经安装于规定的系统的形成实际使用状态的电缆10为对象,不将该电缆10取下,高灵敏度地对初始断线进行检测。

以上,基于实施方式具体对本发明人做出的发明进行了说明,但本发明不受上述实施方式的限定,在不脱离其宗旨的范围内,可以进行各种变更。例如,前述实施方式为了对本发明进行易于理解的说明而详细地进行了说明,不一定限定具备说明的全部构成。此外,可以将某实施方式的构成的一部分替换为其他实施方式的构成,此外,也可以在某实施方式的构成中加入其他实施方式的构成。此外,还可以对各实施方式的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。

例如,这里给出了在工业用机器人中的应用例,当然,并不是仅限于此,如果应用于以车辆用的电缆为代表的要求高安全性的各种系统,也可获得特别有益的效果。

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