(57)【要約】【課題】  ケーブルの沿線方向の形状状態をより正確に測定するための形状状態測定方法、及びこれに用いるケーブルの形状状態測定システム、ケーブルの形状状態測定プログラム、ケーブル状態評価方法を提供する。【解決手段】  本発明に係るケーブルの形状状態測定方法は、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された芯線における、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数の芯線断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程と、前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、当該芯線の断面中心を前記複数の芯線断面それぞれについて特定し、前記ピッチ間隔に基づいて、前記複数の芯線断面における前記断面中心を３次元座標値として取得する断面中心座標値取得工程と、前記断面中心座標値取得工程により得られる断面中心の３次元座標値に基づいて、沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力工程と、を備えている。【選択図】      図４
2007205802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定方法であって、
直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程と、
前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得工程と、
前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力工程と、を備えていることを特徴とするケーブルの形状状態測定方法。
【請求項２】
前記基準点は前記ケーブル断面におけるケーブル断面中心であり、
前記形状状態出力工程は、前記基準点座標値群に基づいて、前記各基準点における前記ケーブルの曲率を近似的に算出する曲率算出工程と、
前記曲率算出工程により算出された前記各基準点における曲率より得られる当該ケーブルの沿線方向の曲率分布を前記ケーブルの沿線方向の形状状態として出力する曲率分布出力工程と、を備えている請求項１に記載のケーブルの形状状態測定方法。
【請求項３】
前記曲率算出工程は、前記複数の基準点の内のＺ方向に隣接して並ぶ３点を特定し、少なくともこれら３点を通過する円弧の曲率を前記ケーブルの近似的な曲率として順次算出する請求項２に記載のケーブルの形状状態測定方法。
【請求項４】
前記ケーブルが当該ケーブルを複数本沿線方向に所定の撚りピッチで螺旋状に撚り束ねられたものの内の一つであり、前記撚りピッチをＰ、前記断面形状取得工程における前記ケーブル断面の前記所定間隔をＬとした場合、下記式を満たす請求項３に記載のケーブルの形状状態測定方法。
Ｌ＜Ｐ／４
【請求項５】
前記基準点は前記ケーブル断面におけるケーブル断面中心であり、
前記形状状態出力工程は、前記複数のケーブル断面形状の２次元データから、前記基準点以外にケーブル断面上の位置を特定することのできる特定点を、前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、この特定点のＸ−Ｙ平面における２次元座標値を取得する特定点座標取得工程と、
前記複数のケーブル断面上において、前記基準点及びその基準点に対応する前記特定点を通過する通過線と、所定の基準線とが成す角度の内、当該ケーブルのねじり変形に起因する角度であるねじり角を、前記複数のケーブル断面それぞれについて算出するねじり角算出工程と、
前記ねじり角算出工程により算出される前記複数のケーブル断面におけるねじり角の、Ｚ方向の座標値に対する差分であるねじり率を算出し、このねじり率より得られる当該ケーブル沿線方向のねじり率分布を前記ケーブル沿線方向の形状状態として出力するねじり率分布出力工程と、を備えている請求項１に記載のケーブルの形状状態測定方法。
【請求項６】
前記ケーブルが複数の導体素線を沿線方向に所定の撚りピッチで螺旋状に撚り束ねられたものであり、前記撚り束ねられた導体素線の内から選択された一つの導体素線の中心を前記特定点としたとき、前記導体素線の撚りピッチをＰ、前記特定点を定めた導体素線と同一の螺旋径で周方向に配置されている導体素線の総数をＮ、前記断面形状取得工程における前記複数のケーブル断面の前記所定間隔をＬとした場合、下記式を満たす請求項５に記載のケーブルの形状状態測定方法。
Ｌ＜（１８０／Ｎ）×（Ｐ／３６０）
【請求項７】
前記断面形状取得工程は、前記複数のケーブル断面における前記ケーブルの断面内部画像を、前記複数のケーブル断面それぞれについて透過撮影することによって取得する断面内部画像取得工程と、
前記断面内部画像取得工程により取得される複数の前記ケーブルの断面内部画像から前記ケーブルの断面内部形状を抽出し、この断面内部形状を当該ケーブル断面の断面形状としてＸ−Ｙ平面の２次元データとする断面形状抽出工程と、を有している請求項１に記載のケーブルの形状状態測定方法。
【請求項８】
ケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定システムであって、
直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得手段と、
前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得手段と、
前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力手段と、を備えていることを特徴とするケーブルの形状状態測定システム。
【請求項９】
コンピュータにケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定方法を実行させるためのケーブルの形状状態測定プログラムであって、
前記形状状態測定プログラムは、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状のＸ−Ｙ平面の２次元データを前記コンピュータの記憶手段に記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップにより記憶される複数の前記ケーブルの断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得ステップと、
前記基準点座標値取得ステップにより得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力ステップと、を備えていることを特徴とするケーブルの形状状態測定プログラム。
【請求項１０】
外周が被覆されているケーブルのケーブル状態を評価するケーブル状態評価方法であって、
直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程と、
前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得工程と、
前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として取得する形状状態取得工程と、
前記形状状態取得工程により得られる前記ケーブルの沿線方向の形状状態の数値の変位に基づいて、前記ケーブルのケーブル状態を評価する評価工程と、を備えていることを特徴とするケーブル状態評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の芯線を撚り束ねたケーブル等の沿線方向の形状状態をより正確に測定するための形状状態測定方法、及びこれに用いるケーブルの形状状態測定システム、ケーブルの形状状態測定プログラム、ケーブル状態評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機器等には、信号送信や電力供給のためのケーブルが用いられている。このようなケーブルには、複数の導電金属製の素線を撚り束ねたものや、素線を撚り束ねたものを芯線として複数本撚り束ね、一本のケーブルを構成したもの等がある。
このようなケーブルには、自動車のドア部等の屈曲可動部分に配索されるものもあり、そのような場合、屈曲可動部分の屈曲動作に伴って複雑に屈曲したり捻れたりし、繰り返し変形することで断線に至ることがある。このため、例えば、具体的な事例におけるケーブルの屈曲や捻れ具合等、その沿線方向における変形時の形状状態をＣＡＥ等によりシミュレーションし、繰り返し変形した場合のケーブルの寿命予測や、それに応じた最適なケーブルの設計を行うといった試みが成されていた。
【０００３】
他方、上記のようなＣＡＥ等によるシミュレーションにおいては、当該シミュレーション結果の妥当性を担保すべく、シミュレーションによる結果と実機の状態との比較検証を行うことが望まれる。そして、上記ケーブルの変形のシミュレーションにおいて実機との比較検証を行う場合には、変形しているケーブルの沿線方向の形状状態を実際に測定する必要性が生じる。このようなケーブルの沿線方向の形状状態を測定する方法としては、例えば、ケーブルの外面における沿線方向に沿った３カ所に測定子を当接させこの３点の位置関係からケーブルの曲率半径を求める方法や（例えば、特許文献１参照）、直線とされた基準棒と被測定ケーブルとをほぼ平行に並べて配置し、これら両者間の距離を長手方向に複数箇所レーザ光を利用して測定することにより、被測定ケーブルの曲率半径を測定するもの（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１７９０７号公報（図１）
【特許文献２】特開平１１−２３０７２９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の方法では、ケーブルの沿線方向の形状状態としての曲率半径を沿線方向に比較的広い範囲を１平面上の１つの一様な曲線に近似させて測定するものであり、測定範囲の中で、ケーブルの曲がりの方向と測定装置の測定方向とがずれると、その測定精度が低下してしまう。また、例えば、自動車のドア部等に用いられる電線ケーブル等は、比較的狭い範囲で３次元的に複雑に屈曲するため、その曲率半径は沿線方向に複雑に変化する。このため、沿線方向に比較的広い範囲で一様な曲線として測定する上記従来例の方法では、ＣＡＥ等によるシミュレーションの結果と比較しうる程度の測定結果を得ることが非常に困難であった。
【０００６】
さらに、ケーブルは通常、外部が被覆されているとともに、複数の芯線が撚り束ねられているものもあり、上記従来の測定方法では、ケーブル内部で撚り束ねられた複数の芯線の曲率半径を個別に測定することはできなかった。
このため、沿線方向に複雑に屈曲変形しているケーブルの曲率等の形状状態をより正確に測定する方法が嘱望されていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ケーブルの沿線方向の形状状態をより正確に測定するための形状状態測定方法、及びこれに用いるケーブルの形状状態測定システム、ケーブルの形状状態測定プログラムの提供を目的とする。
【０００７】
また上記ケーブルは、上述のように、外周が被覆されており、その内部のケーブルに断線等の異常が生じた場合にも、それを把握することが困難であるという問題を有していた。
そこで本発明は、外周が被覆されているケーブルにおける断線等の異常を把握する等、ケーブル状態の評価を行うことができるケーブル状態評価方法の提供を第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定方法であって、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程と、前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得工程と、前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力工程と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
上記のように構成されたケーブルの形状状態測定方法によれば、測定するケーブル断面上の基準点を３次元座標値としてＺ方向に所定間隔で取得し、これに基づいて当該ケーブルのケーブル沿線方向における形状状態を３次元座標値の変化として出力することができる。従って、測定するケーブルが沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確に曲率等の形状状態を測定、把握することができる。
【００１０】
上記ケーブルの形状状態測定方法において、前記基準点は前記ケーブル断面におけるケーブル断面中心であり、前記形状状態出力工程は、前記基準点座標値群に基づいて、前記各基準点における前記ケーブルの曲率を近似的に算出する曲率算出工程と、前記曲率算出工程により算出された前記各基準点における曲率より得られる当該ケーブルの沿線方向の曲率分布を前記ケーブルの沿線方向の形状状態として出力する曲率分布出力工程と、を備えていることが好ましい。
この場合、前記曲率算出工程及び曲率分布出力工程によって、各基準点それぞれにおけるケーブルの曲率を算出し、これをケーブルの沿線方向の形状状態として出力することができる。これにより、当該ケーブルの形状状態を曲率分布として把握することができる。
【００１１】
また、前記曲率算出工程は、前記複数の基準点の内のＺ方向に隣接して並ぶ３点を特定し、少なくともこれら３点を通過する円弧の曲率を前記ケーブルの近似的な曲率として順次算出することが好ましい。
この場合、ケーブル断面中心である複数の基準点の内、沿線方向に隣接して並ぶ３点を曲率を算出するための算出単位として特定することで、この３点間における曲率を近似的に算出することができる。また、基準点は３次元座標値によって定められるので、これら３点を通過する円弧が複雑に傾斜していたとしても、常に前記円弧を正確に把握することができる。すなわち、上記構成によれば、前記３点を定めると自ずと前記円弧が一義的に定まるので、曲率を算出するための算出単位である前記３点ごとに確実に曲率を算出することができる。
【００１２】
また、複数本のケーブルを撚り束ねられたものの内の一つであるケーブルを測定する際には、撚り束ねられることで全体として屈曲していなくても曲率を有しており、より正確な曲率を求めるに際しては、少なくとも撚り束ねられることで生じる曲率を把握する必要がある。
このため、上記ケーブルの形状状態測定方法において、前記ケーブルが当該ケーブルを複数本沿線方向に所定の撚りピッチで螺旋状に撚り束ねられたものの内の一つであり、前記撚りピッチをＰ、前記断面形状取得工程における前記ケーブル断面の前記所定間隔をＬとした場合、下記式を満たすことが好ましい。
Ｌ＜Ｐ／４
【００１３】
この場合、前記複数のケーブル断面の所定間隔Ｌが上記式を満たすことで、近似的に算出される曲率と、撚り束ねられることで生じる曲率を含む実際のケーブルの曲率との誤差を小さくすることができる。
【００１４】
また、上記ケーブルの形状状態測定方法において、前記基準点は前記ケーブル断面におけるケーブル断面中心であり、前記形状状態出力工程は、前記複数のケーブル断面形状の２次元データから、前記基準点以外にケーブル断面上の位置を特定することのできる特定点を、前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、この特定点のＸ−Ｙ平面における２次元座標値を取得する特定点座標取得工程と、前記複数のケーブル断面上において、前記基準点及びその基準点に対応する前記特定点を通過する通過線と、所定の基準線とが成す角度の内、当該ケーブルのねじり変形に起因する角度であるねじり角を、前記複数のケーブル断面それぞれについて算出するねじり角算出工程と、前記ねじり角算出工程により算出される前記複数のケーブル断面におけるねじり角の、Ｚ方向の座標値に対する差分であるねじり率を算出し、このねじり率より得られる当該ケーブル沿線方向のねじり率分布を前記ケーブル沿線方向の形状状態として出力するねじり率分布出力工程と、を備えていることが好ましい。
【００１５】
上記のように構成されたケーブルの形状状態測定方法によれば、前記ねじり角算出工程及びねじり率分布出力工程によって、各ケーブル断面それぞれにおけるケーブルのねじり率を算出し、これをケーブルの沿線方向の形状状態として出力することができる。これにより、当該ケーブルの形状状態をねじり率分布として把握することができる。
【００１６】
また、複数本の導体素線を螺旋状に撚り束ねられたケーブルを測定する際において、その撚り束ねられた導体素線の内から選択された一つの導体素線の中心を前記特定点としたとき、当該ケーブルにねじり変形が生じていなくとも、Ｚ方向の座標値の変位に伴って特定点は、前記断面中心を中心とした軸回りに変位していく。このため、Ｚ方向の座標値の変位に対して、特定点の回転角度の変位が大きいと、特定点を定めた特定の導体素線を認識することができない場合がある。
このため、上記ケーブルの形状状態測定方法において、前記ケーブルが複数の導体素線を沿線方向に所定の撚りピッチで螺旋状に撚り束ねられたものであり、前記撚り束ねられた導体素線の内から選択された一つの導体素線の中心を前記特定点としたとき、前記導体素線の撚りピッチをＰ、前記特定点を定めた導体素線と同一の螺旋径で周方向に配置されている導体素線の総数をＮ、前記断面形状取得工程における前記複数のケーブル断面の前記所定間隔をＬとした場合、下記式を満たすことが好ましい。
Ｌ＜（１８０／Ｎ）×（Ｐ／３６０）
【００１７】
この場合、前記複数のケーブル断面の所定間隔Ｌが上記式を満たすことで、前記特定点を定めた特定の導体素線を確実に認識することができる。
【００１８】
上記ケーブルの形状状態測定方法において、前記断面形状取得工程は、前記複数のケーブル断面における前記ケーブルの断面内部画像を、前記複数のケーブル断面それぞれについて透過撮影することによって取得する断面内部画像取得工程と、前記断面内部画像取得工程により取得される複数の前記ケーブルの断面内部画像から前記ケーブルの断面内部形状を抽出し、この断面内部形状を当該ケーブル断面の断面形状としてＸ−Ｙ平面の２次元データとする断面形状抽出工程と、を有していることが好ましい。
この場合、ケーブルの断面内部画像を透過撮影することによって取得し、このケーブルの断面内部画像に基づいてケーブルの断面形状を取得するので、当該ケーブルの外周が被覆されていたり、当該ケーブルの外形を直接的に測定できない場合においても、ケーブルの断面形状を取得することができる。
【００１９】
また、本発明は、ケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定システムであって、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得手段と、前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得手段と、前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力手段と、を備えていることを特徴としている。
【００２０】
上記のように構成されたケーブルの形状状態測定システムによれば、上述したように、当該ケーブルのケーブル沿線方向における形状状態を３次元座標値の変化として出力することができるので、測定するケーブルが沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確にその形状状態を測定、把握することができる。
【００２１】
また、本発明は、コンピュータにケーブルの沿線方向の形状状態を測定するケーブルの形状状態測定方法を実行させるためのケーブルの形状状態測定プログラムであって、前記形状状態測定プログラムは、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状のＸ−Ｙ平面の２次元データを前記コンピュータの記憶手段に記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップにより記憶される複数の前記ケーブルの断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得ステップと、前記基準点座標値取得ステップにより得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として出力する形状状態出力ステップと、を備えていることを特徴としている。
【００２２】
上記のように構成されたケーブルの形状状態測定プログラムによれば、上述したように、当該ケーブルのケーブル沿線方向における形状状態を３次元座標値の変化として出力することができるので、測定するケーブルが沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確にその形状状態を測定、把握することができる。
【００２３】
また、本発明は、外周が被覆されているケーブルのケーブル状態を評価するケーブル状態評価方法であって、直交３方向をＸ，Ｙ，Ｚとするとき、沿線方向がＸ−Ｙ平面と交差するように配置された前記ケーブルにおける、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程と、前記断面形状取得工程により取得される複数の前記断面形状の２次元データから、前記ケーブル断面上に定められた所定の基準点を前記複数のケーブル断面それぞれについて特定し、前記ケーブル断面の前記所定間隔に基づいて、前記複数のケーブル断面における前記基準点を３次元座標値として取得する基準点座標値取得工程と、前記基準点座標値取得工程により得られる複数の前記基準点の３次元座標値からなる基準点座標値群に基づいて、前記ケーブルの沿線方向の形状状態を数値として取得する形状状態取得工程と、前記形状状態取得工程により得られる前記ケーブルの沿線方向の形状状態の数値の変位に基づいて、前記ケーブルのケーブル状態を評価する評価工程と、を備えていることを特徴としている。
【００２４】
上記のように構成されたケーブル状態を評価する評価方法によれば、形状状態取得工程によって、当該ケーブルの形状状態をケーブル沿線方向に連続した数値として得ることができる。このため例えば、当該ケーブルが内部で断線等の異常が生じた場合、ケーブルの形状状態の数値においてケーブル沿線方向に不連続な異常点が生じる。この形状状態が数値的に不連続となる異常点を前記評価工程によって把握することで、ケーブル内部で生じた断線等の異常を把握でき、これによってケーブル状態の評価を行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明に係るケーブルの形状状態測定方法、及びこれに用いるケーブルの形状状態測定システム、ケーブルの形状状態測定プログラムによれば、ケーブルが沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確に曲率等の形状状態を測定、把握することができる。
また、本発明のケーブル状態評価方法によれば、外周が被覆されているケーブルにおける、断線の有無等のケーブル状態の評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明をケーブルの沿線方向の形状状態の一つである曲率分布の測定に適用した場合を例示して説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係るケーブルの曲率分布測定方法を実現するための形状状態測定システムを示すブロック図である。
図中、形状状態測定システムは、被測定物であるケーブルの断面画像を取得するためのＸ線ＣＴスキャナ装置１と、パーソナルコンピュータ２とを備えている。
【００２７】
パーソナルコンピュータ２は、図に示すように、各部の制御を行うＣＰＵ２１、キーボードやマウス等の入力部２２、ディスプレイ等の表示部２３、外部機器とのデータの入出力を行うためのＬＡＮ等の通信部２４、及びメモリやハードディスク等から構成される記憶部２５を備えている。
記憶部２５には、オペレーティングシステムの他、後述する本実施形態に係るケーブルの形状状態測定プログラムとしての曲率分布測定プログラム２６や、ねじり率分布測定プログラム２７等が格納されている。また、通信部２４には、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１が接続されており、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１から出力されるデータを受信する。前記曲率分布測定プログラムは、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１から出力されるデータに基づいてパーソナルコンピュータ２にケーブルの曲率分布測定に係る処理を実行させる。
【００２８】
図２（ａ）は、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１の構成を模式的に示した上面図である。Ｘ線ＣＴスキャナ装置１は、上面１１ａに被測定物である後述するケーブル４が固定された試料テーブル１１と、この試料テーブル１１の両側に配置されたＸ線管１２及び検出器１３とを備えている。
試料テーブル１１は図中矢印の方向に数値制御されて任意の位置に移動可能とされている。ここで図２において、試料テーブル１１が移動可能な方向をＺ方向、このＺ方向に直交しかつ試料テーブル１１に対して平行な方向をＸ方向、試料テーブル１１の上面１１ａに直交する方向をＹ方向とする。
図２（ｂ）は、試料テーブル１１の上面１１ａに固定されたケーブル４を側方視したときの模式図である。ケーブル４は、図２（ｂ）のように、上面１１ａに固定された治具Ｇによって、当該ケーブル４が用いられる実機に配索された状態を再現するように屈曲変形させて固定される。なお、ケーブル４は、図２（ｂ）のように治具Ｇによる固定の他、ケーブル４が配索された実機ごと固定することもできるし、実機に配索された状態に変形させたケーブル４を樹脂等に埋包することで固定することもできる。
【００２９】
Ｘ線管１２は、試料テーブル１１上に固定されたケーブル４にＸ線を放射する。検出器１３は試料テーブル１１上の被測定物であるケーブル４を挟んで対向配置されており、Ｘ線管１２から放射され被測定物を透過したＸ線を検出する。検出器１３には図示しない演算部が接続されており、この演算部は検出器１３によって検出されたＸ線の検出量から被測定物によるＸ線吸収率を求めるとともに種々の処理を行い、被測定物において、Ｘ−Ｙ面に平行な撮影面（測定面Ａ）が交差している部分を透過撮影し、その断面内部画像を生成する。
Ｘ線管１２及び検出器１３は、Ｚ方向に対して固定されており、試料テーブル１１をＺ方向に移動させることで、Ｘ線管１２から放射されるＸ線を被測定物に対してＺ方向に走査することができる。上記構成によって、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１は、Ｚ方向に連続する被測定物３のＸ−Ｙ面に平行な測定面Ａの断面内部画像データを取得することができる。
【００３０】
図１に戻って、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１は、取得した被測定物のＸ−Ｙ面の断面内部画像データをパーソナルコンピュータ２に対して出力する。そして、パーソナルコンピュータ２は、前記断面画像データを通信部２４により受信し、記憶部２５に保存する。記憶部２５に格納された曲率分布測定プログラム２６は、上述したように、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１から出力されるデータに基づいてパーソナルコンピュータ２にケーブルの曲率分布測定に係る処理を実行させる。
【００３１】
次に、上記構成を有する形状状態測定システムによって実現される、ケーブルの曲率分布の測定方法について説明する。図３（ａ）は、前記曲率分布測定方法の測定対象となるケーブルの構成を示した概略図であり、図４は、前記曲率分布測定方法を示すフローチャートである。
図３（ａ）において、ケーブル４は、その内部に螺旋状に撚り束ねられた７本の芯線４１と、その外周側を覆う絶縁体からなる外部被覆層４２とを有している。また、各芯線４１は、７本の銅線等の導電金属線材を螺旋状に撚り束ねた素線４３と、その外周側を覆う絶縁体からなる被覆層４４とにより構成されている。すなわち、各芯線４１は、それぞれ独立して信号伝達や電力供給を行うことができるように構成されており、一本のケーブル４によって、多数の信号伝達や電力供給を行えるように構成されている。
なお、ケーブル４を構成している芯線４１、芯線４１を構成している素線４３においても、それぞれ、信号送信や電力供給のためのケーブルとみなすことができる。
以下、上記構成のケーブル４を構成しているケーブルとしての芯線４１の曲率分布の測定方法について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
まず、上記構成のケーブル４を、上述したように、治具等によって、実機に配索された状態を再現するように屈曲変形させて固定し、それをＸ線ＣＴスキャナ装置１（図２）の試料テーブル１１に固定する（ステップＳ１）。この際、ケーブル４（芯線４１）の沿線方向をできるだけＺ方向に一致するように固定することが好ましい。その理由は、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１により撮影する断面画像はＸ−Ｙ面に平行な面であるため、沿線方向に交差する断面画像を確実に撮影することができるからである。
また、上記ステップＳ１は、ケーブル４を、当該ケーブル４が用いられる実機に配索された状態を再現し固定する固定工程を構成している。
【００３３】
次に、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１を動作させることで、ケーブル４の断面内部画像を透過撮影することによって取得する（ステップＳ２）。図３（ｂ）にケーブル４の断面内部画像の一例を示す。図３（ｂ）中の断面内部画像ｇは、図３（ａ）のように、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１の測定面Ａをケーブル４に交差させ断面内部を透過撮影したものであり、コンピュータに読み込み可能な画像データとして取得される。また、図３（ｂ）の断面内部画像ｇは、周囲よりも濃く（暗く）現れる図中破線で示した濃部ｇ１と、濃部ｇ１よりも薄い（明るい）淡部ｇ２とで現される濃淡画像として得られるものであり、本実施形態の場合、ケーブル４において７本の素線４３が撚り束ねられた芯線４１の断面像が７箇所の濃部ｇ１として現れている。断面内部画像ｇは、Ｘ線の吸収率の差によって、導電金属線材からなる素線４３と、被覆層４２，４４を含むその他の部分と、の間で大きくコントラストが生じるものであり、素線４３の部分を濃部として表した場合、その他の部分は淡部として現れ、図３（ｂ）のように芯線４１の断面内部を濃部ｇ１として認識することができる。
なお、一般にＸ線画像は、Ｘ線吸収率の高い部分が明るく現れ、吸収率の低い部分が暗く現れるため、ケーブル４の撮影像は、金属である素線４３が存在する部分が明るい淡部、他の部分が暗い濃部となって得られるのであるが、本実施形態の断面内部画像ｇでは、淡部と濃部とを反転させることで、素線４３（芯線４１）の断面像が濃部、他の部分が淡部となるように示し、素線４３の断面像をより明瞭に把握できるようにしている。
【００３４】
そして、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１は、Ｚ方向において所定の幅寸法に設定された測定範囲を所定間隔としての一定のピッチ間隔Ｌでケーブル４に対して測定面Ａを走査することで、ケーブル４（芯線４１）の断面内部画像をＺ方向に沿って連続的に撮影する。図３（ｂ）は、Ｚ方向に連続して撮影された複数の断面内部画像ｇを模式的に示しており、図中各矢印は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を示している。断面内部画像ｇは、Ｘ−Ｙ平面に対して平行であるとともに、Ｚ方向に沿って一定のピッチ間隔Ｌで連続的に複数枚撮影される。
なお、上述したように、ケーブル４（芯線４１）の沿線方向とＺ方向とはできるだけ一致するように固定することが好ましいが、ケーブル４（芯線４１）は沿線方向に屈曲変形しているので、両者は一致していない。
【００３５】
このように、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１によって、Ｚ方向に沿ってピッチ間隔Ｌで並ぶ複数の断面内部画像ｇを取得することができる。すなわち、前記ステップＳ２によれば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行かつＺ方向にピッチ間隔Ｌで並ぶ複数のケーブル４（芯線４１）断面におけるケーブル４（芯線４１）の断面内部画像ｇを、ケーブル４断面それぞれについて透過撮影することによって取得する断面内部画像取得工程を構成している。
【００３６】
上記ステップＳ２にて取得された複数の断面内部画像ｇは、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１からコンピュータ２（図１）に送信される。そして、コンピュータ２は、送信された複数の断面内部画像ｇを通信部２４により受信する。
以下、コンピュータ２のＣＰＵ２１は、ケーブルの形状状態測定プログラムとしての曲率分布測定プログラム２６に基づいて、以下の処理（ステップＳ３〜Ｓ７）を実行する。すなわち、ＣＰＵ２１は、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１から受信した複数の断面内部画像ｇを、コンピュータ２の記憶部２５に格納する（ステップＳ３）。
【００３７】
次に、ＣＰＵ２１は、コンピュータ２の記憶部２５に格納した複数の断面内部画像ｇそれぞれについて、画像処理等によって濃淡画像から２値化画像に変換し、断面内部画像ｇ上に７箇所存在する、芯線４１の断面内部画像としての濃部ｇ１の輪郭形状を抽出する。そして、この抽出された濃部ｇ１の輪郭形状をそれぞれ２次元データとして取得する（ステップＳ４）。図３（ｃ）は、断面内部画像ｇ上の濃部ｇ１の内の一つを拡大した図である。断面内部画像ｇは濃淡画像であるため、濃部ｇ１と淡部ｇ２との境界が明瞭ではないので、上記のように２値化画像に変換し、図３（ｃ）のように濃部ｇ１と淡部ｇ２との境界線ｇ３を明確なものにする。そしてこの境界線ｇ３を２次元データとして取得する。なお、断面内部画像ｇは、図２中のＸ−Ｙ平面に平行であり、上記２次元データは、Ｘ−Ｙ座標データとして取得される。また、断面内部画像ｇ上に７箇所現れている濃部ｇ１すべてについて上記境界線ｇ３の２次元データを取得する。
なお、上記濃淡画像を２値化画像に変換する際における閾値の設定においては、撮影条件や撮影対象物等の要因によって、明瞭に境界線ｇ３が取得できる設定が事例ごとに異なる。このため、画像処理等によって最適な値をＣＰＵ２１に求めさせて自動的に処理させても良いし、パーソナルコンピュータ２のオペレータが適宜最適な数値を判断し入力することができる閾値入力手段を備えたものとしてもよい。このようにすることで、様々な事例に柔軟に対応でき、明瞭な境界線ｇ３を得ることができる。
【００３８】
上記のように、ステップＳ４は、芯線４１の断面内部画像からその断面形状としての境界線ｇ３を抽出しその２次元データを得る断面形状抽出工程を構成している。
また、上記ステップＳ２〜Ｓ４は、Ｘ−Ｙ面に対して平行かつＺ方向に所定間隔としての一定のピッチ間隔Ｌで並ぶ複数のケーブル４（芯線４１）断面の断面形状をＸ−Ｙ平面の２次元データとして取得する断面形状取得工程を構成している。また、上記ステップＳ２〜Ｓ４により構成される断面形状取得工程を実現するためのＸ線ＣＴスキャナ装置１及びパーソナルコンピュータ２は、断面形状取得手段を構成している。
【００３９】
次に、ＣＰＵ２１は、ステップＳ４で得られた芯線４１断面の断面形状である境界線ｇ３の２次元データから、芯線４１断面上に定められた所定の基準点としての断面中心ｇ４（図３（ｃ））を２次元のＸ−Ｙ座標値として算出することでその位置を特定する。なお、この断面中心ｇ４は、撚り束ねられた７本の素線４３の束の中心であるが、これら素線４３は図３のように密に束ねられているため、芯線４１の中心とみなすことができる。
また、上述したように、ケーブル４（芯線４１）は沿線方向に屈曲変形しているので、その沿線方向と、Ｚ方向とはかならずしも一致しておらず、断面内部画像ｇはケーブル４の沿線方向に対して必ずしも直交しているとは限らない。このため、素線４３（芯線４１）の切片である上記境界線ｇ３は、真円ではなく楕円状となる場合があるが、このような場合にも、境界線ｇ３の２次元データから、当該境界線ｇ３の面積中心等を求めることで、断面中心ｇ４を特定することができる。
【００４０】
ここで、複数の断面内部画像ｇは、Ｘ−Ｙ平面に平行かつＺ方向に沿ってピッチ間隔Ｌで連続的に撮影されているため、各断面内部画像ｇに対してはそれぞれＺ方向における座標値を割り当てることができる。従って、ＣＰＵ２１は、上記各断面内部画像ｇ上の点である断面中心ｇ４のＸ−Ｙ座標値に、それぞれ対応するＺ座標値を割り当て、断面中心ｇ４におけるＸ−Ｙ−Ｚの３方向の３次元座標値を取得できる（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５は、ステップＳ４で得られた芯線４１断面の断面形状である境界線ｇ３の２次元データから断面中心ｇ４を特定し、基準点である断面中心ｇ４のＸ−Ｙ−Ｚの３方向の３次元座標値を取得する基準点座標値取得工程を構成している。また、ステップＳ５により構成される基準点座標値取得工程を実現するパーソナルコンピュータ２は、基準点座標値取得手段を構成している。
【００４１】
また、上記ステップＳ５において、各断面中心ｇ４のＸ−Ｙ座標値に対応するＺ座標値は、複数の断面内部画像ｇをＸ−Ｙ平面に平行かつＺ方向に一定のピッチ間隔Ｌで連続的に撮影し、このピッチ間隔Ｌに基づいて特定したが、複数の断面内部画像ｇのＺ方向におけるそれぞれの間隔を予め把握しておけば、複数の断面内部画像ｇのＺ方向の間隔を一定のピッチ間隔とせずとも、各断面中心ｇ４のＸ−Ｙ座標値に対応するＺ座標値を特定することができる。
なお、以下の説明では、上記ステップＳ５により得られる一の芯線４１に属する複数の断面中心ｇ４の３次元座標値を、基準点座標値群と呼ぶ。
【００４２】
図５は、各芯線４１ごとに基準点座標値群をプロットし、それらを繋いで線図として示したグラフの一例であり、（ａ）はＸ−Ｚ座標の関係を示したグラフ、（ｂ）はＹ−Ｚ座標の関係を示したグラフである。図５において、横軸はＺ方向の座標値を距離（ｍｍ）で示し、縦軸はそれぞれＸ方向、Ｙ方向の座標値を距離（ｍｍ）で示しており、（ａ）における各線ｈ１〜ｈ７は、それぞれ７本の芯線４１に対応している。また、（ｂ）における各線ｉ１〜ｉ７は、それぞれ（ａ）における各線ｈ１〜ｈ７と同一の芯線４１に対応している。また図５においては、ケーブル４をＹ方向のみに屈曲させた場合における、７本の芯線４１の形状状態が表されている。
【００４３】
図５（ａ）では、Ｙ方向の成分を含んでいないので、ケーブル４を屈曲させたときに生じる変形がほとんど現れておらず、各芯線４１が撚り束ねられた状態の形状のみが現れている。図５（ｂ）では、ケーブル４が全体として屈曲しているため、撚り束ねられた状態の形状の各芯線４１に屈曲による変形が加わっていることが判る。
以上のように、ケーブル４を構成する７本の芯線に係る基準点座標値群が取得され、ケーブル４沿線方向に対する芯線４１の中心の座標値の３次元的な変化を把握することができる。
【００４４】
なお、Ｚ座標値の異なる複数の断面内部画像ｇ上には７本の芯線４１それぞれに対応する断面中心ｇ４が存在しており、同一の芯線４１に係る断面中心ｇ４であるかどうかを判断、把握する必要がある。このため、Ｚ座標値の異なる複数の断面内部画像ｇの内、Ｚ方向に互いに隣接する２つの断面内部画像ｇにおいて、一方の断面内部画像ｇ上の断面中心ｇ４と、他方の断面内部画像ｇ上の断面中心ｇ４とのＸ−Ｙ座標値に、大きな差異が生じない程度となるように、Ｚ方向のピッチ間隔Ｌが設定されている。
【００４５】
次に、ＣＰＵ２１は、同一の芯線４１に対応する断面中心ｇ４の３次元座標値に基づいて、各断面中心ｇ４における芯線４１の曲率を近似的に算出する（ステップＳ６）。
ここで、以下においては、ケーブル４を構成する７本の芯線４１の内の特定の１本に着目し、芯線４１の曲率の求め方について詳述する。すなわち、ＣＰＵ２１は、ステップＳ６において、ケーブル４の沿線方向に並ぶ３点の断面中心ｇ４を通過する円弧の曲率を芯線４１の近似的な曲率として算出する。
【００４６】
図６は、芯線４１において、沿線方向に並ぶ３点の断面中心ｇ４を示す模式図である。なお図において、３点の断面中心の内、中央に位置する断面中心を点ｔ１、その両側に位置する断面中心をそれぞれ点ｔ２，点ｔ３と表す。以下、点ｔ１における近似的な曲率の算出方法について説明する。
まず、ＣＰＵ２１は、点ｔ１から点ｔ２へのベクトルＢ１と、点ｔ１から点ｔ３へのベクトルＢ２とを求める。このベクトルＢ１とベクトルＢ２とは、下記式（１）の関係を有している。
Ｂ１・Ｂ２＝（｜Ｂ１｜｜Ｂ２｜）ｃｏｓθ    ・・・（１）
但し、「Ｂ１・Ｂ２」は、ベクトルＢ１とベクトルＢ２との内積であり、θはベクトルＢ１とベクトルＢ２とが成す角度である。
【００４７】
上記式（１）より、ベクトルＢ１とベクトルＢ２とが成す角度θが得られる。そして、点ｔ１，ｔ２，ｔ３を通過する円弧Ｅの半径Ｒは、正弦定理により下記式（２）で表される。
Ｒ＝｜Ｂ３｜／ｓｉｎθ    ・・・（２）
但し、｜Ｂ３｜は、点ｔ１，ｔ２間のスカラー量である。
【００４８】
上記式（２）より、円弧Ｅの半径Ｒが得られ、そして、点ｔ１における近似的な曲率Ｋは、下記式（３）より求められる。
Ｋ＝１／Ｒ    ・・・（３）
【００４９】
なお、上記ステップＳ６においては、沿線方向に並ぶ点ｔ１，ｔ２，ｔ３を、曲率Ｋを算出するための算出単位として選択することで、この算出単位における近似的な曲率Ｋを算出することができる。また、断面中心ｇ４は３次元座標値によって定められるので、上記３点を通過する円弧Ｅが３次元的に複雑に傾斜していたとしても、円弧Ｅを常に正確に把握することができる。すなわち、上記３点を定めると自ずと円弧Ｅが一義的に定まり、曲率Ｋを算出するための算出単位である上記３点ごとに正確な曲率Ｋを算出することができる。そして、上記計算方法により、沿線方向に沿って順次算出することで、芯線４１全体としての近似的な曲率分布をより正確に算出することができる。
以上のようにステップＳ６は、複数の断面中心ｇ４の３次元座標値に基づいて、各断面中心ｇ４における芯線４１の曲率を近似的に算出する曲率算出工程を構成している。
【００５０】
上記のように求められる各断面中心ｇ４における曲率Ｋを、各芯線４１ごとに繋いで線図としたグラフの一例を図７に示す。図７において、横軸はＺ方向の座標値を距離（ｍｍ）で示し、縦軸は曲率を示しており、これによって、各芯線４１のケーブル４沿線方向における曲率分布が示される。なお、図中、各線ｊ１〜ｊ７は、それぞれ図５（ａ）における各線ｈ１〜ｈ７と同一の芯線４１に対応している。
ＣＰＵ２１は、各芯線４１の形状状態としての曲率を数値として把握しかつ各芯線４１のケーブル４沿線方向における曲率分布を把握することができ、これらを数値として出力する（ステップＳ７）。また、このステップＳ７は、前記の曲率分布をケーブル４の沿線方向の形状状態として出力する曲率分布出力工程を構成している。
【００５１】
上記のように構成された本実施形態によるケーブル４を構成する芯線４１の曲率分布の測定方法、及び形状状態測定システムによれば、芯線４１の沿線方向に沿った複数の断面中心ｇ４を３次元座標値として取得し、これに基づいて芯線４１の沿線方向における芯線４１の形状状態を３次元座標値の変化として把握、出力することができる。従って、芯線４１が沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確に形状状態を測定、把握することができる。
また、上記のように構成された本実施形態の曲率分布測定プログラムによれば、芯線４１が沿線方向に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確に形状状態としての曲率を測定、把握することができる。
【００５２】
また、上記実施形態においては、上記ステップＳ６により複数の断面中心ｇ４それぞれにおける芯線４１の曲率を算出し、ステップＳ７により前記芯線４１の曲率を芯線４１の沿線方向の形状状態としての曲率分布を出力することができる。すなわち、ステップＳ６と、ステップＳ７とは、芯線４１の形状状態を出力する形状状態出力工程を構成している。また、ステップＳ６及びステップＳ７により構成される形状状態出力工程を実現するパーソナルコンピュータ２は、形状状態出力手段を構成している。
【００５３】
また、上記実施形態において、芯線４１の断面形状の２次元データを、Ｘ線ＣＴスキャナ装置１を用いて断面内部画像ｇを透過撮影することで取得したので、芯線４１が被覆層４４や外部被覆層４２等によって被覆されていても、その断面形状を取得することができる。また、このようにＸ線ＣＴスキャナ装置１を用い透過撮影すれば、芯線４１の外形等を直接的に測定できない場合においても、その断面形状を取得することができる。
なお、本実施形態では、透過撮影するためにＸ線ＣＴスキャナ装置１を用いたが、これに限られるものではなく、ＭＲＩスキャナ装置を用いることもできるし、それに準じた透過撮影装置を用いることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、ケーブル４の曲率分布を、実機に配索された状態を再現した状態のケーブル４によって測定したので、当該ケーブル４が実際に使用されたときに生じる沿線方向の変形等にかかる曲率を詳細に測定把握することができる。このため、ＣＡＥ等によるケーブル４の変形に係るシミュレーション結果との間で、数値的な比較検討をすることが可能となる。
また、本実施形態により得られた曲率の値に芯線４１の半径を乗すれば、芯線４１の曲げ歪みが求められる。すなわち芯線４１における曲げ歪みの分布を把握することができ、これにより、本実施形態により得られる曲率分布は、芯線４１が繰り返し曲げられたときの疲労寿命を取得する際のデータとして活用することもできる。
【００５５】
また、上記実施形態において、ケーブル４は、７本の芯線４１を所定の撚りピッチで撚り束ねることで構成されており、芯線４１は、芯線４１全体として屈曲していなくても撚り束ねられることで生じる曲率を有しているため、より正確な曲率を求めるには、少なくとも撚り束ねられることで生じる曲率が把握できる程度に測定できることが好ましい。
以下に、撚り束ねられることで生じる芯線４１の曲率を把握できる程度に測定を可能とするピッチ間隔Ｌの決定条件について説明する。まず、一様な曲率を有している部分に対して、芯線４１の断面形状を３箇所以上取得することができるピッチ間隔Ｌの条件について説明する。図８（ａ）は、芯線４１において一様な曲率を有している部分と芯線４１の断面形状を取得するためのピッチ間隔Ｌとの関係を示す模式図である。図中矢印の方向がＺ方向であるときに、芯線４１が角度εの範囲で一様な曲率半径Ｒで屈曲する屈曲部Ｋを有しているとした場合、この屈曲部ＫのＺ方向に占める領域である間隔ＺＺは、下記式（４）で示される。
ＺＺ＝Ｒ×（１−ｃｏｓ（ε／２））    ・・・（４）
【００５６】
本実施形態において、沿線方向に並ぶ３点の断面中心ｇ４を算出単位としているので、一様な曲率半径を有する屈曲部Ｋ内で３点以上断面中心ｇ４を取得することが好ましい。屈曲部Ｋ内で３点以上の断面中心ｇ４を取得するには、ピッチ間隔Ｌを、図のように間隔ＺＺの１／２より小さい幅寸法とすることで、点ｇ４１，ｇ４２，ｇ４３，ｇ４４の４箇所の断面形状を取得することができる。すなわち、ピッチ間隔Ｌは、下記式（５）を満たすことで屈曲部Ｋ内において、芯線４１の断面形状を３箇所以上取得することができる。
Ｌ＜ＺＺ／２＝（Ｒ／２）×（１−ｃｏｓ（ε／２））    ・・・（５）
【００５７】
次に、本実施形態の芯線４１において撚り束ねられることで生じる曲率の曲率半径及びその角度範囲について説明する。図８（ｂ）は、屈曲変形していないケーブル４において、芯線４１の撚り束ねられた状態を示す断面図及び側面図である。なお図において、ケーブル４の沿線方向に平行な方向をＺ方向とする。複数の芯線４１は、図のように螺旋径ρで、螺旋状に撚り束ねられており、撚りピッチＰをもって、断面径方向ほぼ同一の位置となるように螺旋状に撚り束ねられている。このとき、芯線４１の曲率半径Ｒｓは、下記式（６）で示される。
Ｒｓ＝（ρ２＋（Ｐ／２π）２）／ρ    ・・・（６）
なお撚りピッチとは、図中ハッチングで示した芯線４１に着目したとき、ケーブル４断面において、着目した芯線４１が、図のように螺旋状に撚られて断面径方向ほぼ同一の位置となる沿線方向の幅寸法を示している。
【００５８】
さらに、図８（ｂ）に示す芯線４１において、一様な曲率とみなせる角度の範囲ε´は、下記式（７）で示される。
ε´＝（Ｐ／４Ｒｓ）×（１８０／π）    ・・・（７）
【００５９】
図８（ｂ）に示す本実施形態の芯線４１は、屈曲変形していない状態で、上記式（６），（７）で示される撚り束ねられることで生じる一様な曲率を有している。すなわち、上記式（５）に式（６），（７）で示した曲率半径Ｒｓ及び角度範囲ε´を代入することで、撚り束ねられることで生じる芯線４１の曲率を把握できる程度に測定を可能とするピッチ間隔Ｌの決定条件としての下記式（８）が得られる。
Ｌ＜（Ｒｓ／２）×（１−ｃｏｓ（ε´／２））    ・・・（８）
上記式（８）を満たすようにピッチ間隔Ｌを定めれば、本実施形態の芯線４１の曲率をより正確に測定することができる。
【００６０】
また、本発明者は、本実施形態により近似的に算出される芯線４１の曲率と実際の芯線４１の曲率との間の誤差と、ピッチ間隔Ｌとの関係を検証した。その結果を図９に示す。図において、横軸はピッチ間隔Ｌを上記撚りピッチＰで除した値Ｌ／Ｐ、縦軸は近似的に算出した曲率と実際の曲率との誤差の百分率を対数表示している。また、図中、丸印で示された複数の点Ｍ１は撚りピッチＰを螺旋径ρで除した値Ｐ／ρを１とした場合、四角印で示された複数の点Ｍ２は前記Ｐ／ρを１０とした場合、白抜きの三角印で示された複数の点Ｍ３は前記Ｐ／ρを１００とした場合、白抜きの丸印で示された複数の点Ｍ４は前記Ｐ／ρを１０００とした場合の結果であり、これらを近似曲線によって繋いで示している。図において、Ｐ／ρが大きくなると誤差が大きくなる傾向があるが、横軸の値であるＬ／Ｐが０．２５より小さい場合、すなわちピッチ間隔Ｌが撚りピッチＰの１／４より小さい領域では、誤差が５％以下となることが判る。さらに、Ｌ／Ｐが０．１２５より小さい場合、すなわちピッチ間隔Ｌが撚りピッチＰの１／８より小さい領域では、誤差が１％以下となることが判る。
【００６１】
上記より、ピッチ間隔Ｌを撚りピッチＰの１／４より小さくすることで、上記誤差を５％以下といったように小さくすることができ、より正確に芯線４１の形状状態を測定することができる。また、ピッチ間隔Ｌは撚りピッチＰの１／８より小さくすることが好ましく、この場合、上記誤差を１％以下にでき、さらに正確に測定することができる。
【００６２】
図１０は、本発明の第二の実施形態であるケーブルの形状状態測定方法としてのねじり率測定方法を示すフローチャートである。本実施形態では、芯線４１の沿線方向における形状状態の一つであるねじり率の測定を行うための方法を示している。本実施形態においては、第一の実施形態にて示した形状状態測定システムを用いるとともに、図１０中のステップＳ５までの処理は、第一の実施形態で示した図４におけるステップＳ５までと同様なので、これらの説明は省略する。また、本実施形態では、コンピュータ２のＣＰＵ２１は、記憶部２５に格納されたねじり率分布測定プログラム２７に基づいて、図１０中のステップＳ３からＳ５までの処理、及び以下の処理を実行する。
【００６３】
本実施形態において、ＣＰＵ２１は、ステップＳ５にて各断面中心ｇ４の３次元座標値を取得した後に、ステップＳ４にて得られた芯線４１断面の断面形状である境界線ｇ３の２次元データから、芯線４１の中心に位置する素線４３以外の素線４３の内の一つの中心を特定点Ｕとして一箇所特定し、この特定点ＵのＸ−Ｙ座標値を取得する（図１０のステップＳ１１）。図１１（ａ）は、断面中心ｇ４と特定点Ｕとを示した断面内部画像ｇ上の濃部ｇ１の模式図である。なお、図１１（ａ）においては、断面中心ｇ４に対して紙面上右斜め上に位置する素線４３（の断面内部画像）に着目し、この素線４３の中心を特定点Ｕとして示している。この特定点ＵのＸ−Ｙ座標値は、以下のようにして算出される。すなわち、図１１（ａ）中の破線ｇ３１で示される境界線ｇ３の一部分である円弧ｇ５は素線４３の形状を表すものであり、この円弧ｇ５によって素線４３の中心である特定点Ｕを特定することができ、そのＸ−Ｙ座標値を算出することができる。また特定点Ｕは、Ｚ座標値の異なる複数の断面内部画像ｇそれぞれに対して、同一の素線４３に基づいて特定される。
以上のように、ステップＳ１１は、芯線４１断面の断面形状である境界線ｇ３の２次元データから、断面中心ｇ４以外に芯線４１断面上の位置を特定することのできる特定点Ｕを特定し、この特定点ＵのＸ−Ｙ座標値を取得する特定点座標取得工程を構成している。
【００６４】
次にＣＰＵ２１は、断面中心ｇ４を通過するとともにＹ方向に平行な基準線Ｏと、断面中心ｇ４と特定点Ｕとを通過する通過線Ｑとが成す角度である芯線４１のねじり角αを、各断面内部画像ｇ、すなわち各断面中心ｇ４ごとそれぞれに算出する（ステップＳ１２）。これにより、ＣＰＵ２１は、Ｚ方向の座標値に対応するねじり角αの値を沿線方向の分布として取得することができる。そしてこのステップＳ１２は、ねじり角αを、各断面中心ｇ４ごとそれぞれについて算出するねじり角算出工程を構成している。
【００６５】
図１２（ａ）は、本実施形態によって算出された芯線４１のねじり角αとこのねじり角αに対応する断面中心ｇ４のＺ方向の座標値との関係をプロットし、線図として示したグラフの一例である。図において、横軸はＺ方向の座標値を距離（ｍｍ）で示し、縦軸はねじり角αを示している。図１２（ａ）において、測定開始点におけるＺ方向の座標値を０、ねじり角αを０として表している。また、破線Ｖ１はケーブル４が屈曲変形していない状態でねじり角αを測定した結果、実線Ｖ２は屈曲変形している状態でねじり角αを測定した結果を示している。
破線Ｖ１において、ねじり角αはＺ方向の座標値に対して線形の関係にある。ケーブル４（芯線４１）が屈曲変形していない状態では、素線４３は芯線４１を構成すべく所定の撚りピッチｐで一定に撚り束ねられるので、芯線４１のねじり角αはＺ方向の増分に対して一定の角度変化が生じる。
【００６６】
一方、ケーブル４（芯線４１）が屈曲変形している状態では、実線Ｖ２のように、傾きを変化させながらねじり角の値が、破線Ｖ１に対して乖離するように上昇していることが判る。このねじり角αにおける破線Ｖ１と実線Ｖ２との差は、ケーブル４の屈曲変形によって生じる芯線４１のねじり変形に起因するものである。すなわち、実線Ｖ２におけるねじり角αは、素線４３が撚り束ねられていることによりねじり変形が生じていなくとも生じる角度と、ねじり変形によって実際にねじれた角度とを含んだ値として示されている。
【００６７】
次に、ＣＰＵ２１は、Ｚ方向の座標値に対する上記ステップＳ１２で得られた芯線４１のねじり角αの差分を算出する。これにより、ＣＰＵ２１は、Ｚ方向の座標値に対応するねじり角αの差分を沿線方向における分布として取得することができる。その結果をプロットし、線図として示した結果を図１２（ｂ）に示す。図において、横軸はＺ方向の座標値としての距離（ｍｍ）、縦軸は、ねじり角αの差分を示している。また、破線Ｗ１はケーブル４が屈曲変形していない状態で芯線４１のねじり角を測定したもの、実線Ｗ２は屈曲変形している状態でねじり角を測定したものの算出結果を示している。
【００６８】
図において、破線Ｗ１は、Ｚ方向の座標値に対してほぼ平行である。これは上述したように、ケーブル４が屈曲変形していない状態では、芯線４１のねじり角αはＺ方向の座標値に対して線形の関係にあるためである。つまり、屈曲変形していない状態のケーブル４の芯線４１のねじり角の差分は、ほぼ一定となる。
つまり、屈曲変形していないケーブル４における芯線４１のねじり角αの差分値は、素線４３の撚りピッチｐ等のケーブル４の仕様等によって定数（ｗ）として定まるため、芯線４１のねじり角の差分値がｗとなる場合には、ねじり変形が生じていないことを示している。
なお、屈曲変形していないケーブル４におけるねじり角α、及びその差分は、予め測定もしくは算出し、そのデータを定数として記憶部２５等に格納しておき、屈曲変形した状態のケーブル４の測定時に参照できるようにされている。
【００６９】
また、実線Ｗ２は、Ｚ方向の座標値が増加するに従ってそのねじり角αの差分が序々に増加し、極大部Ｗ２１を通過した後、序々に減少している。このケーブル４の屈曲変形によって芯線４１に生じるねじり変形によって差分値が一定の値とならず、破線Ｗ１で表される差分値ｗに対して差異が生じている。
【００７０】
次に、ＣＰＵ２１は、ケーブル４が屈曲変形していない状態における芯線４１のねじり角αの差分値と、ケーブル４が屈曲変形している状態におけるねじり角αの差分値との差をねじり率とし、Ｚ方向の座標値に対して算出する。すなわち、図１２（ｂ）における実線Ｗ２は、ケーブル４の屈曲変形によって生じる芯線４１のねじり変形に起因する値以外に、ケーブル４の仕様等によって定数として定まるねじり角αの差分値ｗを含んでいるため、これを除くことでケーブル４の屈曲変形によって生じる芯線４１のねじり変形に起因するねじり角αの差分値のみを抽出し、これを芯線４１の沿線方向の形状状態であるねじり率として取得することができる。
【００７１】
図１３は、上記ねじり率とＺ方向の座標値との関係を示したグラフの一例である。このねじり率は、ケーブル４が屈曲変形することで生じる芯線４１の屈曲変形によるねじり変形を数値として示している。
ＣＰＵ２１は、図１３のように、このねじり率の沿線方向における分布を芯線４１の形状状態として示し出力する（ステップＳ１３）。すなわち、ステップＳ１３は、ねじり角αに対応するＺ方向の座標値に対するねじり率を算出し、このねじり率より得られる沿線方向のねじり率分布をケーブル沿線方向の形状状態として出力するねじり率分布出力工程を構成している。
【００７２】
なお、上記ねじり率は、芯線４１のねじり変形に起因するねじり角αの差分値であるので、以下のようにして算出することもできる。すなわち、図１２（ａ）において、実線Ｖ２で示される屈曲変形している状態で測定されたねじり角αと、破線Ｖ１で示される屈曲変形していない状態で測定されたねじり角αとの差Δαを算出することで、ケーブル４の屈曲変形によって生じる芯線４１のねじり変形に起因するねじり角のみを算出する。そして、このねじり変形に起因するねじり角であるΔαについて、Ｚ方向の座標値に対する差分を算出すれば、ねじり率が得られる。
【００７３】
以上のように、本実施形態においては、複数の断面中心ｇ４それぞれにおける芯線４１のねじり率を算出し、芯線４１のねじり率を芯線４１の沿線方向の形状状態としてのねじり率分布を出力することができる。
また、上記のように構成された本実施形態のねじり率分布測定プログラムによれば、芯線４１が３次元的に複雑に屈曲変形している場合においても、より正確に形状状態としてのねじり率を測定し、把握することができる。
また、上記実施形態により得られたねじり率は、芯線４１の沿線方向に対するねじり角変化なので、このねじり率に芯線４１の半径等を乗することで芯線４１のねじり歪みを求めることができる。すなわち芯線４１におけるねじり歪みの分布を把握することができ、これにより、本実施形態により得られるねじり率分布は、ケーブル４の屈曲変形に伴って芯線４１が繰り返しねじり変形を受けたときの疲労寿命を取得する際のデータとして活用することもできる。
【００７４】
また、本実施形態では、芯線４１は、ケーブル４に対する芯線４１と同様に、７本の素線４３を所定の撚りピッチで螺旋状に撚り束ねることで構成されているので、前記撚り束ねられた素線４３の内から選択された一つの素線４３の中心を特定点Ｕとしたときに、芯線４１がねじり変形していなくても、Ｚ方向の座標値の変位に伴って特定点Ｕは、芯線４１の中心軸回りに変位していく。このため、Ｚ方向の座標値の変位に対して、特定点Ｕの回転角度の変位が大きいと、特定点Ｕを定めた特定の素線４３を認識することができない場合がある。このため、特定点Ｕを定めた特定の素線４３を認識するためには、芯線４１の断面形状を取得するためのピッチ間隔Ｌを、下記に示す条件とすることが好ましい。
【００７５】
以下に、特定の素線４３を認識することができるピッチ間隔Ｌの決定条件について説明する。図１１において、例えば（ａ）の状態からＺ方向に寸法Ｌだけ移動したときの濃部ｇ１（芯線４１の断面）を（ｂ）に示している。図１１（ｂ）において、Ｕ´は（ａ）における特定点を示しており、特定点Ｕは、（ａ）から（ｂ）に移動することで、（ａ）における特定点Ｕ´から角度Δβだけ、断面中心ｇ４回りに回転移動している。このとき、素線４３の撚りピッチをＰ´とすると、角度Δβは、下記式（９）のように示される。
Δβ＝（３６０／Ｐ´）×Ｌ    ・・・（９）
【００７６】
一方、図１１の（ａ）から（ｂ）のように特定点Ｕが、断面中心ｇ４回りに角度Δβだけ移動したとき、特定点Ｕを定めた素線４３であることを認識できる角度Δβは、螺旋方向が明確な場合には、下記式（１０）のようになる。
Δβ＜３６０／Ｎ    ・・・（１０）
なお、上記Ｎは、特定点Ｕを定めた素線４３と同一の螺旋径で周方向に配置されている素線４３の総数であり、ここでは６本である。
【００７７】
また、螺旋方向が不明確な場合の上記角度Δβは、下記式（１１）のようになる。
Δβ＜１８０／Ｎ    ・・・（１１）
【００７８】
そして、確実に特定点Ｕを定めた素線４３であることを認識できる角度Δβは、上記式（１１）を満たすときであり、上記式（１１）と、上記式（９）とから、下記式（１２）が得られる。
Ｌ＜（１８０／Ｎ）×（Ｐ´／３６０）    ・・・（１２）
【００７９】
本実施形態では、Ｎは６本であるので、上記式（１２）より下記式（１３）の関係が得られる。
Ｌ＜Ｐ´／１２    ・・・（１３）
【００８０】
本実施形態では、上記式（１３）の条件を満たすことで、特定の素線４３を確実に認識することができる。
【００８１】
なお、本発明のケーブルの形状状態測定方法は上記実施形態のみに限定されるものではない。例えば、上記各実施形態により得られる、図５、図７、図１２、図１３中、形状状態としての沿線方向の数値の分布を示すグラフから当該ケーブル４に生じた断線等の異常を把握することもできる。ケーブル４の内部に断線等がなければ、上記各図中のグラフは、連続的な曲線として表される一方、例えば、ケーブル４の内部で芯線４１が断線すれば、上記各図中のグラフは、断線部分で不連続な異常点が生じる。すなわち、ケーブルの形状状態測定方法に、この数値的に不連続となる異常点を把握するといった工程（評価工程）を加えることで、ケーブル４内部で生じた断線等の異常を把握することができる。これによってケーブル４における異常の有無等といったケーブル状態を評価することができる。
【００８２】
また、上記各実施形態においては、７本の素線４３からなる芯線４１を７本撚り束ねることで構成されたケーブル４を用い、その芯線４１の沿線方向の形状状態としての曲率分布、及びねじり率の測定を行った場合を例示したが、測定対象となるケーブルは、前記構成に限定されるものではない。例えば、より多数の芯線もしくは素線を撚り束ねたケーブル等であっても、上記実施形態にて示した方法を適用することで、沿線方向の形状状態を測定することができる。
【００８３】
また、上記実施形態において、芯線４１の断面形状を取得するための断面形状取得工程（断面形状取得手段）では、Ｘ線ＣＴスキャナ装置を用いた透過撮影によって断面内部画像を撮影し、これに基づいて芯線４１の断面形状を取得したが、例えば、ケーブル４に対して非接触でその外観形状の３次元データを取得できる方法によって、ケーブル４の表面形状の３次元データを構築し、この３次元データに基づいて、ケーブル４の断面形状を取得することもできる。
【００８４】
上記の非接触でその外観形状の３次元データを取得できる方法としては、ケーブル４の静止状態の外観画像やＸ線透過画像を多方向から撮影することで、ケーブル４の外観形状の３次元データを構築する手法や、ケーブル４の静止状態の表面に対してレーザや音波等をプローブとしてトレースしてケーブル４の外観形状を把握し、これに基づいてケーブル４の外観形状を表す３次元データを構築する手法等を適用することができる。
すなわち、上記断面形状取得工程は、ケーブル４の外観形状を非接触で３次元データとして取得する工程と、この工程により取得されるケーブル４の外観形状の３次元データから、Ｘ−Ｙ平面と平行かつＺ方向に所定間隔で並ぶ複数のケーブル断面の断面形状を、Ｘ−Ｙ平面の２次元データとして取得する工程と、を備えたものであってもよい。前記工程を有するケーブルの形状状態測定方法によれば、３次元データとして構築されたケーブル４の外観形状に基づいて断面形状を取得するので、断面形状をＸ−Ｙ平面の２次元データとして取得することが容易である。また、当該ケーブルの外観形状を直接的に測定できない場合においても、ケーブルの断面形状を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るケーブルの曲率分布測定方法を実現するための形状状態測定システムを示すブロック図である。
【図２】（ａ）はＸ線ＣＴスキャナ装置の構成を模式的に示した上面図、（ｂ）は試料テーブルの上面に固定されたケーブルを側方視したときの模式図である。
【図３】（ａ）は曲率分布が測定されるケーブルの構成を示した概略図、（ｂ）はケーブルの断面内部画像の一例を示した模式図、（ｃ）は断面内部画像上の濃部の内の一つを拡大した図である。
【図４】曲率分布測定方法を示すフローチャートである。
【図５】各芯線ごとに基準点座標群をプロットし、それらを繋いで線図として示したグラフの一例であり、（ａ）はＸ−Ｚ座標の関係、（ｂ）はＹ−Ｚ座標の関係を示したグラフである。
【図６】芯線において沿線方向に並ぶ３点の断面中心を示す模式図である。
【図７】各断面中心における曲率を、各芯線ごとに繋いで線図としたグラフの一例である。
【図８】（ａ）は、芯線において一様な曲率を有している部分と芯線の断面形状を取得するためのピッチ間隔との関係を示す模式図、（ｂ）は、屈曲変形していないケーブルにおいて、芯線の撚り束ねられた状態を示す断面図及び側面図である。
【図９】近似的に算出される芯線の曲率と実際の芯線の曲率との間の誤差と、ピッチ間隔Ｌとの関係を検証した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の第二の実施形態であるケーブルのねじり率測定方法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は断面中心と特定点とを示した断面内部画像上の濃部の模式図、（ｂ）は（ａ）の状態からＺ方向に寸法Ｌだけ移動したときの濃部の模式図である。
【図１２】（ａ）は、ねじり角とＺ方向の座標値との関係をプロットし、線図として示したグラフの一例であり、（ｂ）は、Ｚ方向の座標値に対応するねじり角の差分を沿線方向における分布として示したグラフの一例である。
【図１３】ねじり率とＺ方向の座標値との関係を示したグラフの一例である。
【符号の説明】
【００８６】
１      Ｘ線ＣＴスキャナ装置
２      パーソナルコンピュータ
４      ケーブル
４１    芯線
４３    素線
ｇ４    断面中心（基準点）
Ｏ      基準線
Ｑ      通過線
Ｕ      特定点
【図１】
2007205802.tif 000003
【図２】
2007205802.tif 000004
【図３】
2007205802.tif 000005
【図４】
2007205802.tif 000006
【図５】
2007205802.tif 000007
【図６】
2007205802.tif 000008
【図７】
2007205802.tif 000009
【図８】
2007205802.tif 000010
【図９】
2007205802.tif 000011
【図１０】
2007205802.tif 000012
【図１１】
2007205802.tif 000013
【図１２】
2007205802.tif 000014
【図１３】
2007205802.tif 000015