JP2021148732A - 配管の点検方法および配管の点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】配管の異常を安全且つ容易に、精度良く検出できる配管の点検方法を提供する。【解決手段】本発明の配管の点検方法は、無人航空機を配管の長手方向に移動させる第１の工程（Ｓ２）と、無人航空機から配管の表面に光学像を投影して、光学像を無人航空機の可視光カメラで撮影する第２の工程（Ｓ３）と、光学像から配管の接線方向を算出する第３の工程（Ｓ４）と、接線方向に基づいて無人航空機を配管の周方向に移動させながら、可視光カメラで配管の複数の可視画像を取得すると共に無人航空機のサーモカメラで複数のサーモ画像を取得する第４の工程（Ｓ５）と、第１の工程〜第４の工程を繰り返して取得された複数の可視画像と複数のサーモ画像から配管の温度分布を取得して配管の異常を検出する第５の工程（Ｓ８）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、無人航空機を用いた配管の点検方法および配管の点検システムに関する。

工場等の施設の内外において、高温の流体を流通するための配管が配置されている。配管の安全性を保つために、配管内のダストの詰まり、配管の破損等の異常に関する配管の点検がなされる。配管の点検は、通常、点検者が配管を直接見て異常が発生していないかを確認することにより行われ、配管が高所に設置されている場合には、点検に際し足場の設置が必要になる。

高所等の、人間が点検を直接行うことが困難な場所にある対象物を探査する方法として、特許文献１には、無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）を用いて探査する方法が提案されている。
特許文献１の方法によれば、対象物の温度、長さ等の情報に基づいて対象物が検知され、無人航空機に搭載された撮像手段の傾斜角度が、検知された対象物の探査に最適な角度に保たれながら、対象物の探査がなされる。

国際公開第２０１７／１９９２７３号

高所に設置された配管を点検者が直接見て点検する場合には、配管を詳細に確認して精度良く配管の異常を検出できる。しかし、高所での点検作業は危険を伴うことがあり、さらに、足場の設置と配管の点検に多くの時間と費用がかかってしまうため、容易に行うことが困難である。
特許文献１の方法を用いて配管を点検すると、配管の点検を安全且つ容易に行うことはできる。しかし、点検者が配管を直接見て点検する場合のような詳細な点検を行うことができず、配管の異常を精度良く検出することが困難である。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、配管の異常を安全且つ容易に、精度良く検出できる配管の点検方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の配管の点検方法は、光学像投影部、可視光カメラおよびサーモカメラが搭載された無人航空機を、配管の長手方向に沿って移動させる第１の工程と、光学像投影部により配管の表面に光学像を投影して、投影された光学像を可視光カメラにより撮影する第２の工程と、撮影された光学像に基づいて配管の表面の接線方向を算出する第３の工程と、無人航空機と配管の表面との距離が一定となるように、接線方向に基づいて無人航空機を配管の周方向に沿って移動させながら、可視光カメラにより配管の複数の可視画像を取得し、かつ、サーモカメラにより配管の複数のサーモ画像を取得する第４の工程と、第１の工程〜第４の工程を繰り返すことにより取得された複数の可視画像と複数のサーモ画像から、点検対象である配管の３次元形状に対応する温度分布を取得して配管の異常を検出する第５の工程とを備える。

第１の工程において、可視光カメラにより配管の可視画像を取得し、取得した配管の可視画像から配管を認識することにより配管の長手方向を算出すると、無人航空機は、算出した長手方向に沿って移動できる。
また、第１の工程において無人航空機が配管の長手方向に沿った第１の距離を移動すると、第１の工程を終了し、第２の工程を開始できる。

第３の工程において、光学像の形状に基づいて、配管の表面の接線方向を算出できる。
第４の工程において、無人航空機が配管の周方向に沿って第２の距離を進む毎に、可視光カメラにより可視画像を取得し、かつ、サーモカメラによりサーモ画像を取得することが好ましい。
また、第４の工程において、無人航空機に搭載された測距センサにより無人航空機と配管の表面との間の距離を計測すると、無人航空機は、計測された距離が一定となるように配管の周方向に沿って移動できる。

第５の工程において、配管の３次元形状に対応する温度分布に基づいて、配管の表面上に、低温側しきい値よりも低い温度を有する領域を検出した場合に、配管内における流体の流通に異常が発生していると判定できる。
また、第５の工程において、配管の３次元形状に対応する温度分布に基づいて、配管の表面上に、高温側しきい値よりも高い温度を有する領域が検出した場合に、配管の壁が部分的に薄くなっていると判定できる。

本発明に係る配管の点検システムは、無人航空機と、異常検出装置とを備え、無人航空機は、配管の表面に対して光学像を投影する光学像投影部と、配管の表面に投影された光学像を撮影する可視光カメラと、可視光カメラにより撮影された光学像に基づいて配管の表面の接線方向を算出する画像解析部と、配管のサーモ画像を取得するサーモカメラと、を搭載し、配管の長手方向に移動して、配管の表面との距離が一定となるように、接線方向に基づいて配管の周方向に沿って移動しながら、可視光カメラにより配管の複数の可視画像を取得し、かつ、サーモカメラにより配管の複数のサーモ画像を取得し、異常検出装置は、無人航空機により取得された複数の可視画像と複数のサーモ画像から、点検対象である配管の３次元形状に対応する温度分布を取得して配管の異常を検出する。

本発明によれば、配管の異常を安全且つ容易に、精度良く検出できる。

点検システムの構成を示す模式図である。 無人航空機の構成を示すブロック図である。 配管の点検方法を示すフローチャートである。 開始位置マーカの近傍に位置する無人航空機を示す模式図である。 無人飛行機が配管の長手方向に移動する様子を示す模式図である。 配管に投影された光学像と配管の背後に配置された壁に投影された光学像を含む可視画像の例を示す模式図である。 配管の周方向に沿って移動する無人航空機を示す模式図である。 配管の長手方向に所定の距離ずつ移動する毎に配管の周方向に移動して配管の点検を行う無人航空機を示す模式図である。 配管の表面の形状に従って線幅が変化する光学像を示す模式図である。

以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。

＜点検システムの概要＞
図１に、本発明の点検システム１の構成の模式図を示す。点検システム１は、高温の流体等を流通させるための配管を点検し、その配管の異常を検出する。
高温の流体は、例えば、Ｃガス（Coke oven gas：コークス炉ガス）、Ｂガス（Blast furnace gas：高炉ガス）、Ｍガス（Mixing gas：混合ガス）、熱水等である。
配管の異常とは、配管内にダストが付着することにより流体の流通に異常が生じていること、配管の摩耗または腐食等により配管の壁が部分的に薄くなること等を含む。

図１に示すように、点検システム１は、無人航空機２と、異常検出装置３を備える。無人航空機２と異常検出装置３とは、無線通信により、互いにデータの受け渡しを行う。
無人航空機２は、６枚の回転翼１１を有するマルチコプタである。６枚の回転翼１１には、それぞれ、モータが取り付けられており、これらのモータが回転することにより、６枚の回転翼１１がそれぞれ回転する。無人航空機２は、図示しない操作端末による手動での遠隔操作または予め設定されたプログラムに従う自動操作により飛行でき、配管に沿って飛行しながら配管の可視画像とサーモ画像を取得する。
異常検出装置３は、無人航空機２に対して遠隔地に配置され、無人航空機２により取得された配管の可視画像とサーモ画像とに基づいて配管の異常を検出する。

＜無人航空機の構成＞
図２に、無人航空機２の構成のブロック図を示す。無人航空機２は、６枚の回転翼１１と６つのモータ１２を有しているが、図２では、説明のため、回転翼１１およびモータ１２を、それぞれ、１つずつ図示している。

図２に示すように、可視光カメラ１３、サーモカメラ１４、測距センサ１５および光学像投影部１６が、無人航空機２の外側に搭載されている。制御部１７、画像解析部１８、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）モジュール１９および無線通信回路２０が無人航空機２に内蔵されている。

図２には図示しないが、制御部１７と画像解析部１８により、プロセッサが構成されている。このプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）およびＣＰＵの制御プログラムからなる。
無人航空機２に、図示しないバッテリが内蔵されており、このバッテリにより、無人航空機２の各部に電力が供給される。

制御部１７は、６つのモータ１２と、可視光カメラ１３と、サーモカメラ１４と、測距センサ１５と、光学像投影部１６と、画像解析部１８と、ＧＰＳモジュール１９と、無線通信回路２０とに接続されている。制御部１７は、無人航空機２の各部を制御する。
画像解析部１８は、可視光カメラ１３に接続されている。

６つのモータ１２は、制御部１７の制御の下で駆動することにより、それぞれのモータ１２に取り付けられた回転翼１１を回転させる。各モータ１２の回転速度は、制御部１７によって制御される。例えば、６つのモータ１２の回転速度が個別に調節されることにより、無人航空機２の移動方向の変更および速度調節等がなされる。

可視光カメラ１３は、可視光を捉えることにより、可視画像を撮影する。可視光カメラ１３は、制御部１７により、その撮影方向を自在に変更できる。
サーモカメラ１４は、赤外線を捉えることにより、点検対象である配管の温度分布を表すサーモ画像を撮影する。可視光カメラ１３と同様に、サーモカメラ１４は、制御部１７により、その撮影方向を自在に変更できる。

測距センサ１５は、無人航空機２の周囲に存在する配管等の対象物と無人航空機２との間の距離を測定する。測距センサ１５により測定された距離の情報は、制御部１７に送出され、無人航空機２の移動制御に用いられる。無人航空機２の移動制御としては、例えば、無人航空機２と対象物との距離を一定に保つ制御、および、対象物と無人航空機２との衝突を防止する制御などが挙げられる。

光学像投影部１６は、配管に投影された光学像が、光学像投影部１６と同一の位置から撮影された場合に、四角形等の一定の形状に見えるように、光学像を投影する。光学像投影部１６は、例えば、レーザ光源を有し、制御部１７による制御の下で、レーザ光を四角形等の一定の形状に沿って照射して、配管の表面に光学像を投影できる。

光学像投影部１６は、レーザ光を照射する構成に代えて、ビームエキスパンダ等のレーザ光のビーム径を拡大する光学系と、四角形等の一定の形状に沿った形状パターンを有するマスクとを有していてもよい。ビームエキスパンダ等の光学系によりビーム径が拡大された光がマスクを通って照射され、配管の表面に光学像が投影される。
光学像投影部１６は、レーザ光源に代えて、通常光を発する光源を有していてもよい。この場合、光学像投影部１６の光源から発せられる通常光がマスクを通って照射され、レーザ光源が使用される場合と同様に、配管の表面に光学像が投影される。

画像解析部１８は、可視光カメラ１３により取得された可視画像を解析することにより、可視画像に含まれる配管を認識し、認識された配管の長手方向を算出する。
さらに、画像解析部１８は、光学像投影部１６により配管の表面に光学像が投影された状態で可視光カメラ１３により取得された配管の可視画像を解析することにより、可視画像に含まれる光学像を認識し、認識された光学像に基づいて、配管の表面の接線方向を算出する。配管の表面の接線方向とは、可視画像において配管の長手方向に直交する方向である。
画像解析部１８により得られた配管の長手方向の情報、配管の表面の接線方向の情報、その他の認識結果は、制御部１７に送出され、無人航空機２の動作を制御するために使用される。

ＧＰＳモジュール１９は、ＧＰＳを用いて無人航空機２の位置情報を取得する。ＧＰＳモジュール１９により取得された無人航空機２の位置情報は、制御部１７に送出され、無人航空機２の飛行の制御等に用いられる。例えば、無人航空機２が予め設定されたプログラムに従って自律的に飛行する場合に、ＧＰＳモジュール１９により取得された位置情報が使用される。

無線通信回路２０は、異常検出装置３と無線通信する。例えば、無線通信回路２０は、可視光カメラ１３により取得された可視画像、サーモカメラ１４により取得されたサーモ画像等を、異常検出装置３に無線送信する。無線通信の方式は、特に限定されない。例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）、および、４Ｇ（4th Generation：第４世代移動通信システム）、５Ｇ（5th Generation：第５世代移動通信システム）等の移動体通信に関する通信規格等に従って無線通信がなされる。
＜異常検出装置の構成＞

図１に示す異常検出装置３は、図示しない無線通信回路を有し、無人航空機２の無線通信回路２０を介して無人航空機２とデータの受け渡しをする。異常検出装置３は、例えば、無人航空機２と無線通信可能なコンピュータ等により構成される。
異常検出装置３は、無人航空機２から無線送信される配管の複数の可視画像と複数のサーモ画像とに基づいて、配管の異常を検出する。

＜配管の点検方法＞
図３に、点検システム１を用いた、本実施形態に係る配管の点検方法のフローチャートを示す。図４〜図８も参照しながら、配管の点検方法の各ステップを説明する。

まず、配管の点検が開始されると、ステップＳ１において、無人航空機２は、配管の点検の開始位置を意味する開始位置マーカを認識する。開始位置マーカとは、図４に示す、平面形状の壁Ｗの前面近傍にある円筒形状の配管Ｐの下部の両側に設置された、一対の開始位置マーカＭ１である。なお、配管Ｐの上部の両側には、配管Ｐの点検の終了位置を意味する一対の終了位置マーカＭ２が配置されている。

無人航空機２は、一対の開始位置マーカＭ１の近傍まで移動し、可視光カメラ１３により、一対の開始位置マーカＭ１のうち少なくとも１つを含む可視画像を取得し、画像解析部１８により、取得された可視画像を解析して可視画像に含まれる少なくとも１つの開始位置マーカＭ１を認識する。
無人航空機２の移動は、図示しない操作端末を用いた点検者等による遠隔操作に従うか、あるいは、ＧＰＳモジュール１９により取得される位置情報に基づいて、予め設定されたプログラムに従う。

続くステップＳ２（第１の工程）において、無人航空機２は、配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿って移動する。ステップＳ２では、可視光カメラ１３が配管Ｐの可視画像を取得し、画像解析部１８が、取得された配管Ｐの可視画像を解析して、配管Ｐを認識し、配管Ｐの長手方向Ｄ１を算出する。

無人航空機２は、算出された配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿って第１の距離Ｌ１だけ自律的に移動して、ステップＳ２を終了する。

続いて、ステップＳ３において、無人航空機２に搭載される光学像投影部１６により、配管Ｐの表面に向けて所定の形状を有する光学像が投影され、可視光カメラ１３により、配管Ｐの表面とその背後にある壁Ｗに投影された光学像が撮影される。図６に、配管Ｐの表面に投影された光学像Ｊ１と配管Ｐの背後にある壁Ｗに投影された光学像Ｊ２とを含む可視画像の例を示す。図６では、より一般的な態様を説明するために、配管Ｐが鉛直方向ＤＶに対して傾斜した方向に沿って延びている例を示す。

光学像投影部１６により配管Ｐの表面に投影された光学像Ｊ１は、配管Ｐが円筒形状を有しているため、撮影される位置に応じて見える形状が変わるが、図６では、無人航空機２において、可視光カメラ１３を光学像投影部１６よりも鉛直方向ＤＶの下方に配置し、配管Ｐの表面と壁Ｗの表面に投影される光学像Ｊ１、Ｊ２を鉛直方向ＤＶの下方から撮影した例を示す。

図６の可視画像の例において、配管Ｐの表面に投影された光学像Ｊ１は、配管Ｐの円筒形状に起因して鉛直方向ＤＶの上方に湾曲した２本の曲線Ｃ１、Ｃ２であり、壁Ｗの表面に投影された光学像Ｊ２は、四角形から配管Ｐと重なる部分が除かれた形状を有する。

なお、配管Ｐと壁Ｗに投影される光学像が、光学像投影部１６と同一の位置から撮影された場合には、鉛直方向ＤＶに沿った２辺と水平方向ＤＨに沿った２辺からなる四角形の輪郭線Ｔ１に見えるように投影されるが、図６の例では、これを点線で示しておく。点線で示す四角形の輪郭線と実線で示す光学像Ｊ２は互いに重なるが、図６では、四角形の輪郭線Ｔ１と光学像Ｊ２を明確に示すために光学像Ｊ２を輪郭線Ｔ１に対して鉛直方向ＤＶおよび水平方向ＤＨにずらして描いている。
このようにして、可視光カメラ１３により、配管Ｐの表面に投影された光学像Ｊ１を含む可視画像が得られると、ステップＳ３は終了する。

次に、ステップＳ４（第３の工程）において、画像解析部１８は、ステップＳ３で取得された可視画像に含まれる光学像Ｊ１に基づいて、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出する。配管Ｐの接線方向Ｄ３とは、可視画像において配管Ｐの長手方向Ｄ１に直交する方向、すなわち、光学像投影部１６に対して最も近接する配管Ｐの表面の、長手方向Ｄ１に直交する接線の方向である。

画像解析部１８は、可視画像を解析して、ステップＳ３で取得された可視画像上の２本の曲線Ｃ１、Ｃ２の鉛直方向ＤＶにおけるそれぞれの最高点Ａ１、Ａ２を検出する。次いで、画像解析部１８は、検出された２つの最高点Ａ１、Ａ２を通る直線Ｌ（配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿った直線Ｌ）を算出し、算出された直線Ｌに対して直交する可視画像上の方向を配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３として算出する。

配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３が、可視画像に含まれる光学像Ｊ１に基づいて算出されるので、例えば、配管Ｐの点検が行われる場所が暗く、配管Ｐの形状が可視画像から詳細に捉えられない場合でも、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を精度良く算出できる。

続いてステップＳ５（第４の工程）において、図７に示すように、無人航空機２を配管の周方向Ｄ２に沿って移動させながら、配管Ｐの可視画像とサーモ画像を取得する。この際に、測距センサ１５が無人航空機２と配管Ｐの表面との間の距離を測定し、無人航空機２が、測距センサ１５により測定される距離が一定となるように、ステップＳ４で算出された接線方向Ｄ３、および、接線方向Ｄ３に直交して配管Ｐに近接する方向Ｄ４に向かって進む。その結果、無人航空機２は、図７に示すように配管Ｐの周方向Ｄ２に沿って移動できる。
この間、無人航空機２が配管Ｐの周方向Ｄ２に沿って第２の距離Ｌ２だけ移動する毎に、可視光カメラ１３が配管Ｐの可視画像を取得し、かつ、サーモカメラ１４が配管Ｐのサーモ画像を取得する。

このような無人航空機２の移動の制御は、例えば、ＧＰＳモジュール１９により取得される無人航空機２の位置情報（測距センサ１５により測定された無人航空機２と配管Ｐの表面との間の距離の情報、および、無人航空機２と壁Ｗとの間の距離の情報等の情報）に基づいてなされる。
このように、ステップＳ５では、無人航空機２が、ステップＳ４で算出された接線方向Ｄ３と、測距センサ１５により測定された無人航空機２と配管Ｐとの距離とに従って、配管Ｐの周方向Ｄ２に沿って精度良く移動できるため、例えば、暗所等、検査者が目視により直接的に配管Ｐの点検がしにくい場所でも、配管Ｐを容易に点検できる。

配管Ｐの異常を精度良く検出するためには、配管Ｐの周方向Ｄ２において、撮影範囲に隙間が生じていないこと、すなわち、未撮影の箇所が無いことが好ましい。そのため、第２の距離Ｌ２は、連続する２枚の可視画像（サーモ画像）が重複領域を含むように設定されることが好ましい。

例えば、可視光カメラ１３およびサーモカメラ１４の水平画角が４０°であり、可視光カメラ１３およびサーモカメラ１４と配管Ｐとの最短距離が８０ｃｍである場合を考える。この場合、可視光カメラ１３により取得される可視画像とサーモカメラ１４により取得されるサーモ画像は、無人航空機２からの距離が８０ｃｍとなる配管Ｐの表面上の点を中心として、配管Ｐの長手方向Ｄ１と直交する方向において、２×８０ｃｍ×ｔａｎ（４０°／２）≒５８ｃｍの領域を含む。この場合に、第２の距離Ｌ２は、約５８ｃｍ以下に設定されることが好ましく、例えば、３０ｃｍに設定される。

複数の可視画像およびサーモ画像を取得しながら、無人航空機２が、例えば、配管Ｐの半周を往復する等、予め設定されたプログラムに従って移動し終えると、ステップＳ５が終了する。

続くステップＳ６において、画像解析部１８は、ステップＳ５で取得された配管Ｐの可視画像から、終了位置マーカＭ２が認識されるか否かを判定する。

無人航空機２は、図８に示すように、配管Ｐの長手方向Ｄ１に所定の距離Ｌ１ずつ移動する毎に、配管Ｐの周方向Ｄ２に移動して、配管Ｐの点検を行い、終了位置マーカＭ２が認識されるか否かを判定する。
終了位置マーカＭ２が認識されない場合には、ステップＳ２〜ステップＳ６を、再度、行い、終了位置マーカＭ２が認識されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ６の処理を繰り返す。図８に示す例では、ステップＳ２〜ステップＳ６が４回繰り返されている。

ステップＳ２〜ステップＳ６の繰り返しにより、配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿って距離Ｌ１毎に可視画像とサーモ画像が撮影されるが、配管Ｐの異常を精度良く検出するためには、配管Ｐの長手方向Ｄ１において撮影範囲に隙間が生じていないこと、すなわち、未撮影の箇所が無いことが好ましい。そのため、第１の距離Ｌ１は、無人航空機２が長手方向Ｄ１において距離Ｌ１だけ離れた２つの位置において取得する２枚の可視画像（サーモ画像）が重複領域を含むように設定されることが好ましい。

例えば、可視光カメラ１３およびサーモカメラ１４の垂直画角が３０°であり、可視光カメラ１３およびサーモカメラ１４と配管Ｐとの最短距離が８０ｃｍである場合を考える。この場合、可視光カメラ１３により取得される可視画像とサーモカメラ１４により取得されるサーモ画像は、無人航空機２からの距離が８０ｃｍとなる配管Ｐの表面上の点を中心として、配管Ｐの長手方向Ｄ１において、２×８０ｃｍ×ｔａｎ（３０°／２）≒４３ｃｍの領域を含む。この場合に、第１の距離Ｌ１は、約４３ｃｍ以下に設定されることが好ましく、例えば、２０ｃｍに設定される。
終了位置マーカＭ２が認識された場合に、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、ステップＳ２〜ステップＳ６の繰り返しにより取得された複数の可視画像と複数のサーモ画像が、無人航空機２の無線通信回路２０から異常検出装置３に無線送信される。このようにして、ステップＳ７が完了し、ステップＳ８（第５の工程）に進む。

ステップＳ８において、異常検出装置３は、ステップＳ７で送信された複数の可視画像と複数のサーモ画像を用いて配管Ｐの異常検出をする。この際、異常検出装置３は、送信された複数の可視画像と複数のサーモ画像を解析して、配管Ｐの表面の３次元形状を表す情報を取得し、複数のサーモ画像に基づいて、配管Ｐの温度分布をマッピングすることにより、配管Ｐの３次元形状に対応する温度分布を取得する。
異常検出装置３は、取得された配管Ｐの３次元形状に対応する温度分布に基づいて、配管Ｐ内にダストが付着することにより流体の流通に異常が生じていること、配管Ｐの摩耗または腐食等により配管Ｐの壁が部分的に薄くなること等の配管Ｐの異常を検出する。

例えば、異常検出装置３は、配管Ｐの表面上に、特定の低温側しきい値よりも低い温度領域を検出した場合に、配管Ｐ内にダストが付着していると判断する。これは、配管Ｐ内にダストが付着して流体が正常に流通しない異常部では、正常部と比較して、配管Ｐから放射される赤外線の量が少なくなり、配管の表面温度が低くなるからである。

また、異常検出装置３は、配管Ｐの表面上に、特定の高温側しきい値よりも高い温度領域を検出した場合に、配管Ｐの壁が部分的に薄くなっていると判断する。これは、配管Ｐの壁が部分的に薄い異常部では、正常部と比較して、配管Ｐから放射される赤外線の量が多くなり、配管の表面温度が高くなるからである。

低温側しきい値と高温側しきい値は、予め設定される。

以上のように、本実施形態によれば、配管Ｐの異常が安全且つ容易に、精度良く検出できる。

＜配管の表面の接線方向を算出する方法の変形例＞
ステップＳ４において、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出する方法は、可視画像における光学像Ｊ１の形状に基づいて配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出する方法に限定されない。

図９は、配管Ｐの表面の形状に従って線幅が変化する光学像Ｊ１を示す模式図である。
図９の例では、光学像投影部１６により配管Ｐと壁Ｗに投影される光学像が、光学像投影部１６と同一の位置から撮影された場合に、所定の線幅を有する線により描かれた四角形の輪郭線Ｔ２に見えるように投影される。四角形の輪郭線Ｔ２は、鉛直方向ＤＶに沿った２つの辺と、水平方向ＤＨに沿った２つの辺とからなる。
光学像投影部１６から配管Ｐに向かって照射される光は、配管Ｐの表面のうち、光学像投影部１６に最も近い箇所に焦点が合わされている。光学像投影部１６から発せられた光は、配管Ｐの表面に設定されている焦点に向かって収束しながら進行し、焦点を過ぎると、今度は発散しながら進行する。このため、図９の可視画像内の光学像Ｊ１においては、焦点に対応する箇所の線幅が最も細くなり、焦点から離れた箇所ほど線幅が太くなる。
図９に示す例では、図６に示す例と同様に、可視光カメラ１３が光学像投影部１６よりも鉛直方向ＤＶの下方に配置され、光学像Ｊ１が鉛直方向ＤＶの下方から撮影されている。そのため、可視画像において、光学像Ｊ１は、配管Ｐの円筒形状に起因して、鉛直方向ＤＶの上方に向かって湾曲した２本の曲線Ｃ３、Ｃ４に見える。

２本の曲線Ｃ３、Ｃ４のそれぞれにおいて、最も線幅が細くなる点Ｂ１、Ｂ２は、配管Ｐの表面のうち無人航空機２の可視光カメラ１３に最も近接する部分であり、配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿って配列された点である。
この場合、画像解析部１８は、２本の曲線Ｃ３、Ｃ４において、それぞれ、線幅が最も細くなる点Ｂ１、Ｂ２を検出する。次いで、画像解析部１８は、検出された点Ｂ１、Ｂ２を通る直線Ｌ（配管Ｐの長手方向に沿った直線Ｌ）を算出し、算出された直線Ｌに対して直交する方向を、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３として算出する。
このようにして、可視画像における光学像Ｊ１の線幅の変化に基づいて、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３が算出される。

なお、光学像投影部１６から配管Ｐに向かって照射される光の焦点は、配管Ｐの表面のうち、光学像投影部１６に最も近い箇所に限定されない。
例えば、配管Ｐの表面よりも光学像投影部１６に近い箇所に焦点が合わされた場合であっても、配管Ｐの表面上の光学像投影部１６に最も近い箇所において、光学像Ｊ１の線幅が最も細くなる。そのため、この場合でも、可視画像における光学像Ｊ１の線幅の変化に基づいて、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出できる。

また、可視光カメラ１３は、光学像投影部１６に対して鉛直方向ＤＶの下方に位置していなくてもよい。
例えば、無人航空機２において、可視光カメラ１３と光学像投影部１６とがほぼ同じ位置に配置されていてもよい。
この場合、可視光カメラ１３により取得された可視画像では、配管Ｐの表面に投影された四角形の輪郭線Ｔ２の水平方向ＤＨに沿った２つの辺が、それぞれ湾曲することなく直線状に現れた光学像Ｊ１が得られる。このような直線状の光学像Ｊ１においても、焦点に対応する箇所の線幅が最も細くなり、焦点から離れた箇所ほど線幅が太くなる。
従って、図９を用いて説明した方法と同様の方法により、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を精度良く算出できる。

＜その他の変形例＞
図６、図９には、可視画像における光学像Ｊ１が、２本の曲線Ｃ１、Ｃ２またはＣ３、Ｃ４からなることを示した。
しかし、光学像Ｊ１は、配管Ｐを横切る少なくとも２本の線を含んでいればよく、光学像Ｊ１の形状または線幅の変化に基づいて、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出できる。
この場合、例えば、光学像投影部１６により投影される光学像は、光学像投影部１６と同一の位置から撮影された場合に、少なくとも２本の直線、四角形、その他の多角形、円形等の形状を有することができる。光学像は、閉じた形状の輪郭線のみでもよく、輪郭線の内側が全て、または、部分的に塗りつぶされたものでもよい。

無人航空機２は、無人状態で自律的に飛行できれば、マルチコプタに限定されない。例えば、無人航空機２は、バルーンを用いた浮遊型の航空機であってもよい。

無人航空機２の自律飛行の方法は、ＧＰＳモジュール１９を用いる方法に限定されない。例えば、ＩＭＵ（Inertial Measurement System：慣性計測装置）または加速度センサを用いて無人航空機２の位置、速度および姿勢を推定する方法；無線通信を利用した方法；外部に設置されたレーザ装置またはカメラを用いて無人航空機２の位置を推定し且つ周囲の地形のマッピングを行うＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術を活用する方法、マーカとカメラを利用して無人航空機２の位置を推定する方法等の方法を、単独で、または、互いに組み合わせて利用できる。

開始位置マーカＭ１と終了位置マーカＭ２の数は特に限定されず、それぞれ１つずつ配置されていてもよく、それぞれ３つ以上配置されていてもよい。
開始位置マーカＭ１と終了位置マーカＭ２は、壁Ｗに配置されている必要はなく、例えば、配管Ｐの表面上に配置されていてもよい。

ステップＳ２で無人航空機２が配管Ｐの長手方向Ｄ１に沿って移動した後、ステップＳ３における配管Ｐへの光学像の投影および可視画像の撮影、ステップＳ４における配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３の算出、ステップＳ５における無人航空機２の配管Ｐの周方向Ｄ２に沿った移動および可視画像とサーモ画像の撮影が行われるが、ステップＳ３〜ステップＳ５の動作は、ステップＳ１で開始位置マーカＭ１が認識された直後にも行われてよい。

図４、図５および図８に示す例では、配管Ｐは、ほぼ鉛直方向ＤＶに沿って延びているが、配管Ｐは鉛直方向ＤＶに対して傾斜する方向に延びていてもよい。この場合であっても、図６または図９を用いて説明した方法により配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を算出できる。

ステップＳ７において、ステップＳ２〜ステップＳ６の繰り返しにより撮影された複数の可視画像と複数のサーモ画像とが、異常検出装置３に対して一度に送信されているが、異常検出装置３への可視画像とサーモ画像の送信方法は、これに限定されない。例えば、ステップＳ５で撮影された可視画像とサーモ画像とを、随時、異常検出装置３に送信してもよい。これにより、撮影された全ての可視画像とサーモ画像を異常検出装置３に送信し終えるまでの時間を短縮して、配管Ｐを迅速に点検できる。

また、ステップＳ７において、無人航空機２から異常検出装置３へのデータの受け渡し方法は、無線通信に限定されない。
例えば、無人航空機２に、小型のフラッシュメモリ等の携帯型の記録媒体が搭載されていてもよい。この場合、可視光カメラ１３により取得された可視画像と、サーモカメラ１４により取得されたサーモ画像とが、この携帯型の記録媒体に記録される。そのうえで、携帯型の記録媒体が異常検出装置３に読み込まれることにより、可視画像とサーモ画像が、無人航空機２から異常検出装置３へ受け渡される。

配管Ｐの点検において、開始位置マーカＭ１と終了位置マーカＭ２を壁Ｗ等に配置しなくてもよい。
例えば、無人航空機２は、予め設定されたプログラムに従う範囲を、配管Ｐの長手方向Ｄ１および周方向Ｄ２に沿って移動しながら、可視画像およびサーモ画像を取得し、配管Ｐを点検してもよい。

壁Ｗの表面には光学像Ｊ２が投影されず、配管Ｐの表面にのみ光学像Ｊ１が投影されるようにしてもよい。この場合であっても、図６または図９を用いて説明した方法により、配管Ｐの表面の接線方向Ｄ３を精度良く算出できる。

１ 点検システム
２ 無人航空機
３ 異常検出装置
１１ 回転翼
１２ モータ
１３ 可視光カメラ
１４ サーモカメラ
１５ 測距センサ
１６ 光学像投影部
１７ 制御部
１８ 画像解析部
１９ ＧＰＳモジュール
２０ 無線通信回路
Ａ１，Ａ２ 最高点
Ｂ１，Ｂ２ 点
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 曲線
Ｄ１ 長手方向
Ｄ２ 周方向
Ｄ３ 接線方向
Ｄ４ 方向
ＤＨ 水平方向
ＤＶ 鉛直方向
Ｊ１，Ｊ２ 光学像
Ｌ 直線
Ｌ１ 第１の距離
Ｌ２ 第２の距離
Ｍ１ 開始位置マーカ
Ｍ２ 終了位置マーカ
Ｐ 配管
Ｔ１，Ｔ２ 輪郭線
Ｗ 壁

Claims (9)

1. 光学像投影部、可視光カメラおよびサーモカメラが搭載された無人航空機を、配管の長手方向に沿って移動させる第１の工程と、
   前記光学像投影部により前記配管の表面に光学像を投影して、投影された前記光学像を前記可視光カメラにより撮影する第２の工程と、
   撮影された前記光学像に基づいて前記配管の表面の接線方向を算出する第３の工程と、
   前記無人航空機と前記配管の表面との距離が一定となるように、前記接線方向に基づいて前記無人航空機を前記配管の周方向に沿って移動させながら、前記可視光カメラにより前記配管の複数の可視画像を取得し、かつ、前記サーモカメラにより前記配管の複数のサーモ画像を取得する第４の工程と、
   前記第１の工程〜前記第４の工程を繰り返すことにより取得された前記複数の可視画像と前記複数のサーモ画像から、点検対象である前記配管の３次元形状に対応する温度分布を取得して前記配管の異常を検出する第５の工程と
   を備える配管の点検方法。
2. 前記第１の工程において、
   前記可視光カメラにより前記配管の可視画像を取得し、
   取得した前記配管の可視画像から前記配管を認識することにより前記配管の前記長手方向を算出し、
   前記無人航空機は、算出した前記長手方向に沿って移動する、請求項１に記載の配管の点検方法。
3. 前記第１の工程において前記無人航空機が前記配管の前記長手方向に沿った第１の距離を移動すると、前記第１の工程を終了し、前記第２の工程を開始する、請求項１または２に記載の配管の点検方法。
4. 前記第３の工程において、前記光学像の形状に基づいて、前記配管の表面の前記接線方向を算出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の配管の点検方法。
5. 前記第４の工程において、前記無人航空機が前記配管の前記周方向に沿って第２の距離を進む毎に、前記可視光カメラにより可視画像を取得し、かつ、前記サーモカメラによりサーモ画像を取得する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の配管の点検方法。
6. 前記第４の工程において、前記無人航空機に搭載された測距センサにより前記無人航空機と前記配管の表面との間の前記距離を計測し、前記無人航空機は、計測された前記距離が一定となるように前記配管の前記周方向に沿って移動する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の配管の点検方法。
7. 前記第５の工程において、前記配管の前記３次元形状に対応する前記温度分布に基づいて、前記配管の表面上に、低温側しきい値よりも低い温度を有する領域を検出した場合に、前記配管内における前記流体の流通に異常が発生していると判定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の配管の点検方法。
8. 前記第５の工程において、前記配管の前記３次元形状に対応する前記温度分布に基づいて、前記配管の表面上に、高温側しきい値よりも高い温度を有する領域が検出した場合に、前記配管の壁が部分的に薄くなっていると判定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の配管の点検方法。
9. 無人航空機と、異常検出装置とを備え、
   前記無人航空機は、
   配管の表面に対して光学像を投影する光学像投影部と、
   前記配管の表面に投影された前記光学像を撮影する可視光カメラと、
   前記可視光カメラにより撮影された前記光学像に基づいて前記配管の表面の接線方向を算出する画像解析部と、
   前記配管のサーモ画像を取得するサーモカメラと、
   を搭載し、
   前記配管の長手方向に移動して、前記配管の表面との距離が一定となるように、前記接線方向に基づいて前記配管の周方向に沿って移動しながら、前記可視光カメラにより前記配管の複数の可視画像を取得し、かつ、前記サーモカメラにより前記配管の複数のサーモ画像を取得し、
   前記異常検出装置は、前記無人航空機により取得された前記複数の可視画像と前記複数のサーモ画像から、点検対象である前記配管の３次元形状に対応する温度分布を取得して前記配管の異常を検出する
   配管の点検システム。

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