JP2017166382A - 無人移動体および無人移動体を用いた検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】検査対象物の配線を検査することができる、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】検査対象物の配線の検査を行なう移動可能な無人移動体8は、検査対象物に向かって延出する一対の電線16a,16bと、一対の電線16a,16bの各々に設けられ一対の電線16a,16bの各々を検査対象物の配線に電気的に接続する一対の接続機構17a,17bと、一対の電線16a,16bを巻き取る巻取機構15a,15bと、一対の電線16a,16bの間に電圧を印加する電源装置とを備えている。【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。
しかしながら、上述したような外観を検査する方法では、検査対象物の内部の配線などの損傷を見つけることは困難である。たとえば風力発電設備のロータブレードには、落雷による電流を地表に流すために、レセプタやダウンコンダクタが設けられている。これらのレセプタやダウンコンダクタは落雷によって破損したり、溶断したりすることがある。特にロータブレードの表層には損傷がなく、ダウンコンダクタのみが損傷している場合には、外観検査ではそれを見つけることは困難である。
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、検査対象物の配線を検査することができる、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配線の検査を行なう移動可能な無人移動体に従えば、検査対象物に向かって延出する一対の電線と、上記一対の電線の各々に設けられ、上記一対の電線の各々を検査対象物の配線に電気的に接続する一対の接続機構と、上記一対の電線を巻き取る巻取機構と、上記一対の電線の間に電圧を印加する電源装置とを備えている。
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配線の検査を行なう、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、一対の電線と、上記一対の電線の各々に設けられて上記一対の電線の各々を検査対象物の対応する配線に電気的に接続する一対の接続機構と、上記一対の電線の間に電圧を印加する電源装置とを備えている。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、上記一対の接続機構を上記検査対象物の対応する配線に接続する工程と、上記一対の接続機構の各々を上記検査対象物の対応する配線に接続した状態で、上記電源装置から上記一対の電線の間に電圧を印加し、上記検査対象物の配線に接続した測定機器により上記配線の断線の有無を検査する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している。
上記無人移動体を用いた検査方法において好ましくは、上記風力発電設備は、上記ロータブレードが接続されたロータと、上記ロータが搭載されたナセルと、上記ナセルを支持するタワーとをさらに備えている。上記測定機器は、上記ナセルの内部またはタワーの内部の地表付近に設けられている。
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、検査対象物の配線を検査することが可能となる。
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配線を検査する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、水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は、第1のレセプター6aと第2のレセプター6bとからなる。第1のレセプター6aと第2のレセプター6bとは間隔を隔てて設けられている。第1のレセプター6aと第2のレセプター6bとの間隔は、電気的に絶縁が確保できる程度の距離であればよい。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。より詳細には、第1のレセプター6aには第1のダウンコンダクタ7aが接続されており、第2のレセプター6bには第2のダウンコンダクタ7b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第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bを示している。第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bは、円形以外の種々の形状とすることができる。
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。
後述する測定装置がダウンコンダクタ7の断線の有無を検査するために設けられている。測定装置は、ナセル2の内部に設けても良いし、タワー5の内部の地表付近に設けても良い。
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には、レセプター6に電流を流すための電源装置14が設けられている。電源装置14はたとえば二次電池などの電池により構成することができる。
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はその下部に、一対の電線16a,16bと、図示しないモータによって一対の電線16a,16bの各々を巻き上げおよび送り出す一対の巻取機構15a,15bと、脚部23とを有している。巻取機構15a,15bの各々は、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。一対の電線16a,16bの各々は対応するドラムに巻き付けられている。電線16a,16bの各々は電源装置14に電気的に接続されている。電源装置14により電線16aと電線16bとの間に電圧を印加することができる。
電線16a,16b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16a,16b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16a,16bは、巻取機構15a,15bにより電線16a,16b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。
図4に示す無人飛行体8において、一対の巻取機構15a,15bおよび一対の電線16a,16bは、水平方向に並ぶように設けている。
巻取機構15a,15bにより電線16a,16bを巻き取ることにより電線16a,16bを無人飛行体8に収納することができる。電線16a,16bを収納することで、無人飛行体8の飛行中に電線16a,16bを安定して保持することができる。
電線16a,16bの各々の先端にはレセプター6に接続するための接続機構17a,17bが設けられている。一対の接続機構17a,17bが第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bにそれぞれ接続されると、一対の電線16a,16bが第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bにそれぞれ電気的に接続される。一対の電線16a,16bが第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bにそれぞれ接続されることで、一対の電線16a,16bに電気的に接続された電源装置14によって、第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bの間ならびに第1のダウンコンダクタ7aおよび第2のダウンコンダクタ7bの間に電圧を印加することができる。
接続機構17a,17b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17a,17bを電線16a,16bの先端にそれぞれ設けることにより、電線16a,16bのレセプター6a,6bへの接続が容易となる。ただし、接続機構17a,17bは必ずしも電線16a,16bの必ずしも先端に設けなくてもよい。接続機構17はレセプター6との電気的接続を確保するため絶縁特性を持たないように構成されている。レセプター6a,6bに代えて、接続機構17a,17bを接続するための複数の専用の接続端子を検査対象物に予め設けてもよい。
レセプター6の表面に、接続機構17a,17b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17a,17bの形状に適合したフック状の電極や、接続機構17a,17b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。
なお、電線16a,16bを常に同じ長さで用い、飛行中に電線16a,16b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15a,15bを省略することもできる。
無人飛行体8にはロータブレード4の検査を行なう検査機器を設けても良い。検査機器が設けられている場合には、検査機器はコントローラ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。
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。
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の配線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の配線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を第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6b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16aを送り出して、電線16aの接続機構17aを第1のレセプター6aに接続する。同時に電線16bを送り出して、電線16bの接続機構17bを第2のレセプター6bに接続する。接続機構17a,17bをレセプター6に接触させた状態で、搭載した電源装置14により電線16a,16bおよび接続機構17a,17bを通じて第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bの間に電圧を印加する。
図7および図8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の配線を検査する状態を示す模式図である。図7および図8における電源装置14は、無人飛行体8に搭載された電源装置を示す。第1のダウンコンダクタ7aと第2のダウンコンダクタ7bとは、地上付近において電気的に接続されている。第2のダウンコンダクタ7bにはその途中に抵抗R1が接続されている。測定機器18が抵抗R1と並列に接続されており、抵抗R1の両端に生じる電位差を測定することができる。ここでは測定機器18は電圧計である。
第1のレセプター6aおよび第2のレセプター6bの間に印加された電圧は第1のダウンコンダクタ7aおよび第2のダウンコンダクタ7bの間にも印加される。第2のダウンコンダクタ7bの抵抗R1と並列に接続された電圧計である測定機器18により、抵抗R1の両端に生じる電位差を測定する。
測定機器18で抵抗R1の両端に生じる電位差を測定することで、レセプター6およびダウンコンダクタ7の破損状態を検出することができる。図7に示すように、ダウンコンダクタ7に損傷がない場合には、抵抗R1の両端で電位差が生じる。この電位差を測定機器18で測定することで、ダウンコンダクタ7およびレセプター6に損傷がないことを確認することができる。その一方、図8に示すように、ダウンコンダクタ7に損傷(断線)があった場合には、抵抗R1には電流が流れないため、抵抗R1の両端では電位差が生じない。抵抗R1の両端で電位差が生じていない場合には、ダウンコンダクタ7またはレセプター6に損傷が生じていずれかの箇所で断線していることが分かる。
特にロータブレード4の外観は損傷していないが、配線としてのレセプター6やダウンコンダクタ7が損傷している場合にも、電圧を測定することで検知することが可能である。特にダウンコンダクタ7のように配線が検査対象物の内部に設けられた内部配線の場合でも、本実施の形態によるとその破損を確実に検出することができる。
また、無人飛行体8を用いることで、ロープアクセスなどによる作業に比べて、検査を行なう作業者の負担を大幅に軽減することができる。
検査実施後、巻取機構15a,15bで電線16a,16bを巻き取る。電線16a,16bを十分に長いものとした場合でも、巻取機構15a,15bで電線16a,16bを巻き取ることで、電線16a,16b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16a,16bを送り出して接続機構17a,17bをレセプター6に接続させてもよい。
無人飛行体8にロータブレード4の検査を行なう検査機器を設けた場合には、同時または順に必要な検査を行なう。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。
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。
上記の実施の形態では風力発電設備のロータブレード4について説明したが、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。たとえば、橋梁や高層建築に設けられた避雷針および避雷針に接続された配線を検査する場合には、避雷針の先端に接続機構17を接続する。その状態で電源装置14から電流を供給して、避雷針およびその配線に電流を流す。その電流を配線の他端に設けた測定装置で測定することで、避雷針および配線の断線の有無を検査することができる。
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。地上を走行する場合には、車輪や無限軌道などを設ける。また、無人移動体を水上を移動するものとしても良い。
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、6a 第1のレセプター、6b 第2のレセプター、7 ダウンコンダクタ、7a 第1のダウンコンダクタ、7b 第2のダウンコンダクタ、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 電源装置、15a,15b 巻取機構、16a,16b 電線、17a,17b 接続機構、18 測定機器、21 無人飛行体本体、22 アーム、23 脚部。
Claims (11)
- 検査対象物の配線の検査を行なう移動可能な無人移動体であって、
検査対象物に向かって延出する一対の電線と、
前記一対の電線の各々に設けられ、前記一対の電線の各々を検査対象物の配線に電気的に接続する一対の接続機構と、
前記一対の電線を巻き取る巻取機構と、
前記一対の電線の間に電圧を印加する電源装置とを備えた、無人移動体。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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4に記載の無人移動体。
- 移動可能な無人移動体を用いて検査対象物の配線の検査を行なう、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、一対の電線と、前記一対の電線の各々に設けられて前記一対の電線を検査対象物の配線に電気的に接続する一対の接続機構と、前記一対の電線の間に電圧を印加する電源装置とを備え、
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、
前記一対の接続機構を前記検査対象物の対応する配線に接続する工程と、
前記一対の接続機構の各々を前記検査対象物の対応する配線に接続した状態で、前記電源装置から前記一対の電線の間に電圧を印加し、前記検査対象物の配線に接続した測定機器により前記配線の断線の有無を検査する工程とを備えた、無人移動体を用いた検査方法。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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9に記載の無人移動体を用いた検査方法。 - 前記風力発電設備は、前記ロータブレードが接続されたロータと、前記ロータが搭載されたナセルと、前記ナセルを支持するタワーとをさらに備え、
前記測定機器は、前記ナセルの内部またはタワーの内部の地表付近に設けられている、請求項9または請求項10に記載の無人移動体を用いた検査方法。
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