JP2017132333A - 無人移動体および無人移動体を用いた検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を軽減して、高いＳ／Ｎ比の出力信号を得ることができる、無人移動体および無人移動体を用いた検査方法を提供する。
【解決手段】検査対象物の検査を行なう移動可能な無人移動体８は、検査対象物の検査を行なう検査機器１４と、検査対象物に向かって延出し、少なくとも検査機器１４のグランド線となる電線１６と、電線１６に設けられ検査対象物に接続されて電線１６を検査対象物に電気的に接続する接続機構１７と、電線１６を巻き取る巻取機構１５とを備えている。
【選択図】図６

Description

この発明は、検査対象物の検査を行なう無人移動体および無人移動体を用いた検査方法に関する。

橋梁や風力発電設備のロータブレードなどの点検方法として、目視検査や打音検査などが実施されている。たとえば橋梁の検査では、橋梁点検車（ブリッジチェッカー）が利用されている。しかし、橋梁点検車でも検査が困難な場所では、作業者がロープアクセスを行なって検査を行なっているため、作業者の負担が大きかった。

風力発電設備のロータブレードの検査においても、作業者がロータブレードの一本ごとにロープアクセスを行なっている。作業者が数十メートルものロータブレードを上から下へ降下する形で検査を行なっているため、作業者の負担が大きかった。

その一方、小型の無人移動体に検査装置を搭載し、無人移動体を用いて検査を実施することで、作業者への負担を軽減する提案がなされている。

橋梁の検査方法を開示したものとして特許文献１（特開２０１５−０３４４２８号公報）がある。特許文献１には、空中移動機器を用いて橋梁を検査する方法が開示されている。空中移動機器は、橋梁を構成する部材に生じるひび割れや損傷の程度を撮影する。撮影したデータを分析することで、橋梁の損傷状態を調査している。

風力発電設備のロータブレードの検査方法を開示したものとして特許文献２（特表２０１３−５４２３６０号公報）がある。特許文献２には、空気熱デバイスを用いてロータブレード内部の温度を変化させ、無人飛行機などに搭載した赤外線カメラなどでこれを外側から観察する方法が開示されている。赤外線カメラなどにより正常部と異常部の温度変化の差異を観察することで、ロータブレードの欠陥を見つけている。

原子力施設内等の被災地の調査に適した無人走行の調査用移動体を開示したものとして特許文献３（特開２０１３−１１２０２８号公報）がある。特許文献３は、クローラで覆われた本体と、本体の上部に装着された調査用センサ機器などを備えた無人走行の調査用移動体を開示している。

特開２０１５−０３４４２８号公報 特表２０１３−５４２３６０号公報 特開２０１３−１１２０２８号公報

しかしながら、上述したような小型の無人移動体においては、搭載した検査装置のグランド線は、無人移動体に搭載した電源に接続することしかできない。無人移動体は、無人移動体を駆動するためのモータや、モータなどを制御するためのドライバを備えているが、これらのグランド線も同様に、小型無人移動体に搭載した電源に接続することしかできない。

そのため、モータやドライバから発生する多くの電気ノイズが検査装置から出力される信号に混入し、出力信号のＳ／Ｎ比を低下させてしまうという問題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ノイズの影響を軽減して、高いＳ／Ｎ比の出力信号を得ることができる、無人移動体および無人移動体を用いた検査方法を提供することを目的とする。

この発明に基づいた検査対象物の検査を行なう移動可能な無人移動体に従えば、検査対象物の検査を行なう検査機器と、検査対象物に向かって延出し、少なくとも上記検査機器のグランド線となる電線と、上記電線に設けられ、検査対象物に接続されて上記電線を検査対象物に電気的に接続する接続機構と、上記電線を巻き取る巻取機構とを備えている。

上記無人移動体において好ましくは、回転翼をさらに備え、無人飛行体として構成されている。

上記無人移動体において好ましくは、上記接続機構は、検査対象物の受雷器に接続される。

上記無人移動体において好ましくは、上記受雷器は、風力発電設備のロータブレードに設けられたレセプターである。

上記無人移動体において好ましくは、上記接続機構は、上記レセプターに設けられたアタッチメントに接続されるものである。

この発明に基づいた移動可能な無人移動体を用いて検査対象物の検査を行なう、無人移動体を用いた検査方法に従えば、上記無人移動体は、検査対象物の検査を行なう検査機器と、少なくとも上記電子機器のグランド線となる電線と、上記電線に設けられ検査対象物に接続されて上記電線を検査対象物に電気的に接続する接続機構とを備えている。上記検査方法は、上記無人移動体を移動させて検査対象物に接近する工程と、上記接続機構を上記検査対象物に接続する工程と、上記接続機構を上記検査対象物に接続した状態で、上記検査機器により上記検査対象物の検査を行なう工程とを備えている。

上記無人移動体を用いた検査方法において好ましくは、上記無人移動体は回転翼をさらに備え無人飛行体として構成されている。

上記無人移動体を用いた検査方法において好ましくは、上記接続機構は、検査対象物の受雷器に接続されている。

上記無人移動体を用いた検査方法において好ましくは、上記受雷器は、風力発電設備のロータブレードに設けられたレセプターである。

上記無人移動体を用いた検査方法において好ましくは、上記レセプターには上記接続機構と接続するためのアタッチメントが設けられている。上記接続機構を検査対象物に接続する工程においては、上記接続機構は、上記アタッチメントに接続される。

本発明に係る無人移動体および無人移動体を用いた検査方法によると、ノイズの影響を軽減して、高いＳ／Ｎ比の出力信号を得ることができる、無人移動体および無人移動体を用いた検査方法を提供することができる。

この発明に基づいた実施の形態における風力発電設備の外観を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態における風力発電設備のロータブレードの先端部の構造を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態における無人飛行体の構造を示す平面図である。 この発明に基づいた実施の形態における無人飛行体の構造を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態において検査を行なうときのロータブレードの位置を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態において、無人飛行体を用いてロータブレードを検査する状態を示す正面図である。

この発明に基づいた実施の形態における無人移動体および無人移動体を用いた検査方法について、図を参照しながら説明する。本実施の形態においては、小型の無人飛行体を用いて風力発電設備のロータブレードの検査を行なう場合について説明する。

本実施の形態の無人移動体および無人移動体を用いた検査方法の検査対象物は、これに限定されるものではなく、橋梁、高層建築、工場プラントその他の構築物の検査にも用いることができる。また無人移動体は無人飛行体に限定されるものではなく、検査対象物上を走行したり、検査対象物に向かって地上を走行するものなども含む。

図１は、本実施の形態における風力発電設備の外観を示す正面図である。風力発電設備１は、タワー５と、タワー５の上部に搭載されたナセル２と、ナセル２に搭載されているロータ３と、３枚のロータブレード４（４ａ，４ｂおよび４ｃ）を有する。ロータブレード４の中心側端部はロータ３に接続されている。ロータブレード４は、ナセル２内を水平方向に延びる軸を中心に図１に示す角度φの方向に回転することが可能である。この回転は図示しないブレーキ機構によって停止させることが可能である。

また、ロータブレード４は、図示しない回転機構によって各ロータブレード４ａ，４ｂおよび４ｃの長手方向に延びる軸を中心として回転が可能である。ロータブレード４の長手方向を軸とする回転は、図１に示す角度θまたはピッチ角の方向に回転が可能とされている。この回転は図示しないブレーキ機構によって停止させることが可能である。

図２は、風力発電設備のロータブレードの先端部の構造を示す正面図である。図２は、ロータブレード４の腹側または背側を地面とおおよそ垂直に停止させた状態を示している。ロータブレード４の先端部にはレセプター（受雷部）６が設けられている。レセプター６にはダウンコンダクタ７が接続されている。レセプター６はロータブレード４の表面に露出する金属部材である。図２では、円形の金属部分が露出するレセプター６を示している。レセプター６は、円形以外の種々の形状とすることができる。ロータブレード４の先端部の全体をレセプター６とすることもできる。

ダウンコンダクタ７は、一端がレセプター６に電気的に接続されている。ダウンコンダクタ７は、ロータブレード４の内部を通ってロータブレード４の付け根まで延びる導線である。レセプター６およびダウンコンダクタ７は、ロータブレード４が受雷した際の雷電流を大地に流すために設けられている。雷電流は、レセプター６、ダウンコンダクタ７、ナセル２およびタワー５を経由して接地極へと逃がされる。

図３は本実施の形態における無人飛行体の構造を示す平面図である。図４は本実施の形態における無人飛行体の構造を示す正面図である。

無人飛行体８は、無人飛行体本体２１と、モータ９と、モータ９に接続された回転翼１０とを有する。無人飛行体本体２１は、機体制御を行なうコントローラ１１を有している。コントローラ１１には、モータ９を駆動させるインバータ１２および無線通信を行う無線通信ユニット１３が接続されている。

無人飛行体本体２１は平面視略矩形に形成されている。無人飛行体本体２１の対角線方向に延びる４本のアーム２２の各々の先端に、モータ９および回転翼１０が設けられている。無人飛行体本体２１の外形ならびにモータ９および回転翼１０の数などは種々変更することができる。

無人飛行体８は、無線通信ユニット１３で他装置と通信を行ない、マニュアル操縦または自動操縦で飛行する。無人飛行体８は、図示しないＧＰＳユニットや磁気センサ、ジャイロセンサ、気圧計などの各種センサを搭載している。無人飛行体８は、これらのセンサから得られた値により回転翼１０の回転数などを制御することで、３次元の位置決めを行ないながら飛行する。

無人飛行体８はロータブレード４の検査を行なう検査機器１４を有している。検査機器１４はコントローラ１１と協調しながら各種の検査を行なう。検査には、ロータブレード４の状態を取得する作業、たとえばカメラによる写真撮影や打音検査など種々の検査が含まれる。また検査には、検査対象物を測定する作業も含む。

写真撮影が行われる場合には、検査機器１４にカメラが含まれる。打音検査が行われる場合には、検査機器１４に打音検査装置が含まれる。打音検査装置は、ロータブレード４を打撃する打撃部と、打撃部によってロータブレード４に発生した振動を取得するセンサとを含む。打撃部としてはソレノイドアクチュエータなどを用いることができる。センサとしては、加速度ピックアップなど振動を測定可能なものを用いることができる。このセンサをロータブレード４に配置し、打撃部によって発生した振動をロータブレード４のセンサで取得してもよい。

無人飛行体８により、検査以外のメンテナンスなどを行なう場合には、検査機器１４と一体または別体のメンテナンスユニットを設けてもよい。

無人飛行体８はその下部に、グランド線を構成する電線１６と、図示しないモータによって電線１６を巻き上げおよび送り出す巻取機構１５と、脚部２３とを有している。巻取機構１５は、図示しないドラムとドラムを回転駆動するモータとを有している。電線１６はドラムに巻き付けられている。

なお、電線１６を常に同じ長さで用い、飛行中に電線１６が垂下していても障害にならないような使用方法の場合には、巻取機構１５を省略することもできる。

本実施の形態では、脚部２３は下方に突出する４本の棒状部材により構成されている。脚部２３の先端を検査対象物に当接することで無人飛行体８を安定して着陸させることができる。脚部２３の形状は、検査対象物に適合させて種々の形状とすることができる。また、脚部２３に代えて、あるいは、脚部２３に加えて、無人飛行体８を移動させるための車輪を設けてもよい。

電線１６はたとえば被覆された銅線などの金属線で構成されている。電線１６は巻き取りが可能な導線であれば種々の材質および形態のものを用いることができる。電線１６は、巻取機構１５により電線１６を送り出した状態において、図示するように無人飛行体８の下面から下方に向かって垂下する。

一方、巻取機構１５により電線１６を巻き取ることにより電線１６を無人飛行体８に収納することができる。電線１６を収納することで、無人飛行体８の飛行中に電線１６を安定して保持することができる。無人飛行体８をロータブレード上を移動させながら検査等するために、電線１６は必要な範囲で長尺であることが好ましい。

電線１６は、無人飛行体８に搭載されたモータ９、コントローラ１１、インバータ１２および無線通信ユニット１３、各種センサなどのすべての電子機器や検査機器１４のグランド線として機能する。電線１６に接続する電子機器は必要に応じて選択して、一部の電子機器のみを接続することもできる。

電線１６の先端にはレセプター６に接続するための接続機構１７が設けられている。接続機構１７がレセプター６に接続されると、電線１６とレセプター６とが電気的に接続される。電線１６がレセプター６に接続されることで、電線１６に電気的に接続された電子機器や検査機器１４は、検査対象物である風力発電設備を介して大地に接地される。

接続機構１７は、たとえば磁石のように容易に脱着可能なものが好ましい。接続機構１７を電線１６の先端に設けることにより、電線１６のレセプター６への接続が容易となる。ただし、接続機構１７は必ずしも電線１６の先端に設けなくてもよい。また、接続機構１７により接続される場所は、受雷部であるレセプター６に限定されない。たとえば、検査対象物が金属製である場合には、金属が露出した箇所に接続機構１７を接続することにより、検査対象物をグランド線の一部として用いることができる。

レセプター６に代えて、接続機構１７を接続するための専用の接続端子を検査対象物に予め設けてもよい。当該専用の接続端子を複数個所に設けてもよい。

レセプター６の表面に、接続機構１７の接続を容易にするためのアタッチメントを設けてもよい。アタッチメントとしては、たとえば接続機構１７の形状に適合したフック状の電極や、接続機構１７を磁着するための磁石などが考えられる。アタッチメントを磁石で構成した場合には、接続機構１７を鉄などの磁性材料で構成することができる。

本実施の形態における無人飛行体８を用いた風力発電設備のロータブレード４の検査方法について説明する。

図５は、本実施の形態において検査を行なうときのロータブレードの位置を示す正面図である。まず、図５に示すように、検査の対象となるロータブレード４ａを地面と略水平となるように停止させる。ロータブレード４ａは、トレーリングエッジおよびリーデングエッジが水平方向に並ぶように停止させる。無人飛行体８をロータブレード４ａの上空付近まで飛行させる。

図６は本実施の形態における無人飛行機を用いてロータブレードを検査する状態を示す正面図である。

図６に示すように無人飛行体８をレセプター６の略直上に位置させ、ロータブレード４に着陸させる。着陸後、電線１６を送り出して電線１６の接続機構１７をレセプター６に接続する。接続機構１７を接続した後、電線１６を巻取機構１５で所望の長さまで送り出し、無人飛行体８をロータブレード４の検査位置まで移動させる。接続機構１７をレセプター６に接触させた状態で、搭載した検査機器１４によりロータブレード４の検査を実施する。

このように電線１６をグランド線としてレセプター６に接続して検査を行なうことで、モータ９やインバータ１２などから発生するノイズが検査機器１４の出力信号に混入することを低減することができる。その結果、検査結果の出力信号のＳ／Ｎ比を改善することができる。検査実施後、巻取機構１５で電線１６を巻き取る。電線１６を十分に長いものとした場合でも、巻取機構１５で電線１６を巻き取ることで、電線１６を安定して保持することができる。

上記の例では無人飛行体８をロータブレード４上に着陸させた。無人飛行体８をロータブレード４上に着陸させずに空中で検査を行なう場合には、無人飛行体８が空中に浮上した状態で、電線１６を送り出して接続機構１７をレセプター６に接続させてもよい。

検査結果の出力信号はコントローラ１１に記録される。検査結果を無線通信ユニット１３で地上にある他装置に送信してもよい。

上述のような無人飛行体８にメンテナンスユニットを設けた場合には、ロータブレード４のメンテナンス作業を行なうことができる。無人飛行体８によるメンテナンス作業には、ロータブレード４の欠陥修復作業、清掃作業などが含まれる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 風力発電設備、２ ナセル、３ ロータ、４（４ａ，４ｂ，４ｃ） ロータブレード、５ タワー、６ レセプター、７ ダウンコンダクタ、８ 無人飛行体、９ モータ、１０ 回転翼、１１ コントローラ、１２ インバータ、１３ 無線通信ユニット、１４ 検査機器、１５ 巻取機構、１６ 電線、１７ 接続機構、２１ 無人飛行体本体、２２ アーム、２３ 脚部。

Claims (10)

1. 検査対象物の検査を行なう移動可能な無人移動体であって、
   検査対象物の検査を行なう検査機器と、
   検査対象物に向かって延出し、少なくとも前記検査機器のグランド線となる電線と、
   前記電線に設けられ、検査対象物に接続されて前記電線を検査対象物に電気的に接続する接続機構と、
   前記電線を巻き取る巻取機構とを備えた、無人移動体。
2. 回転翼をさらに備え、無人飛行体として構成された、請求項１に記載の無人移動体。
3. 前記接続機構は、検査対象物の受雷器に接続される、請求項１または請求項２に記載の無人移動体。
4. 前記受雷器は、風力発電設備のロータブレードに設けられたレセプターである、請求項３に記載の無人移動体。
5. 前記接続機構は、前記レセプターに設けられたアタッチメントに接続されるものである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無人移動体。
6. 移動可能な無人移動体を用いて検査対象物の検査を行なう、無人移動体を用いた検査方法であって、
   前記無人移動体は、検査対象物の検査を行なう検査機器と、少なくとも前記電子機器のグランド線となる電線と、前記電線に設けられ検査対象物に接続されて前記電線を検査対象物に電気的に接続する接続機構とを備え、
   前記検査方法は、
   前記無人移動体を移動させて検査対象物に接近する工程と、
   前記接続機構を前記検査対象物に接続する工程と、
   前記接続機構を前記検査対象物に接続した状態で、前記検査機器により前記検査対象物の検査を行なう工程とを備えた、無人移動体を用いた検査方法。
7. 前記無人移動体は回転翼をさらに備え無人飛行体として構成された、請求項６に記載の無人移動体を用いた検査方法。
8. 前記接続機構は、検査対象物の受雷器に接続される、請求項６または請求項７に記載の無人移動体を用いた検査方法。
9. 前記受雷器は、風力発電設備のロータブレードに設けられたレセプターである、請求項８に記載の無人移動体を用いた検査方法。
10. 前記レセプターには前記接続機構と接続するためのアタッチメントが設けられ、
    前記接続機構を検査対象物に接続する工程においては、前記接続機構は、前記アタッチメントに接続する、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の無人移動体を用いた検査方法。

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