JP2021196360A - 風力発電機ブレード点検装置、風力発電機ブレード点検システム及び風力発電機ブレード点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体に搭載した高性能の撮影装置によって、ブレードが回転している状態で撮影を行いブレードの点検に必要な精度を得ることができる風力発電機のブレード点検装置及びシステムを提供すること。【解決手段】風力発電機ブレード点検装置であって、飛行体と、飛行体に取り付けた、風力発電機のブレードをブレードが回転している状態で撮影するブレード点検用撮影部と、ブレードの回転速度に合わせてブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段を有すること。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電機のブレード（羽根部分）の損傷・劣化などを点検するための装置、特に飛行体に取り付けた撮影部を用いた風力発電機ブレード点検装置、同点検システム及び同点検方法に関する。

近年、風力発電機は、再生可能エネルギーの活用の意味から、設置が拡大しているが、陸上のほか洋上にも設置がなされ、また、ブレード部分は高所になることから、下方からの人による点検は困難で、危険も伴う作業となる。

そこで、有人のヘリコプターあるいは無人のドローンからのカメラなどの撮像機器によって撮影された静止画や動画の画像から、損傷部分を検出することが行われている。

大手ゼネコンなどはこのような装置を利用して高精細な静止画像を撮影し、橋梁やトンネルなどのひび割れ等点検を既に行っている。

同様に、風力発電機のブレードの点検についても、静止画の利用の研究が進んでおり、現在の状況では、ブレードを停止した状態において撮影し、その画像でブレードの損傷個所を確認できることがわかっている。

一方、ブレードが回転している状態で撮影をし、ブレードの損傷個所を確認できる技術があれば、より効率的であり、特に台数の多い洋上風力発電機は、ブレードを止めて点検することの非効率性が大きく、ブレードを回転している状態での撮影が期待されている。

しかし、ブレードが回転している状態で撮影する場合、速いシャッタースピードが求められる。現在の多くの一般カメラは、シャッタースピードを速めてもブレードの画像にブレが生じてしまうという問題点があった。

また、撮影方法についても、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されたように、ドローンなど無人航空機やヘリコプターなど有人航空機から撮影することは、特に洋上風力発電機のブレードの点検では大きな効果を得られると考える。

特開２０１８−１８１２３５号公報 特表２０１９−５１５２７２号公報

解決しようとする課題は、飛行体（有人または無人、航空機またはヘリコプター、ドローンなどを含む）に搭載した高性能の撮影装置によって、ブレードが回転している状態で撮影を行いブレードの点検に必要な精度を得ることができる風力発電機のブレード点検装置、システム、及び方法を提供することである。

本発明の第１の態様は、風力発電機ブレード点検装置であって、
−飛行体と、
−前記飛行体に取り付けた、前記風力発電機のブレードを前記ブレードが回転している状態で撮影するブレード点検用撮影部と、
−前記ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段と
を有することを特徴とする。

ここで、飛行体は、有人・無人を問わず、風力発電機の近傍まで飛行して、好適にはブレード点検用撮影部が正面からブレードに向き合うことができるものであればよい。

また、ブレードが回転している状態で撮影するブレード点検用撮影部としては、可視光を利用する可視カメラで、高速のシャッタースピードで高解像度の撮影部であることが好適である。

なお、撮影部としては、可視カメラのほか、レーザー光を照明源とするレーザーカメラや、赤外線を利用する赤外線カメラなども、夜間や霧などの場合には有効な場合も多く、また、これらのカメラを併用する撮影部であってもよい。

このようにすると、風力発電機の近傍まで陸上を移動して接近する必要がなく、また、風力発電機を停止させなくてもブレードの損傷などの点検が可能となり、経済的効果は大きい。

また、ブレード点検用撮影部追随手段としては種々の方式やメカニズムがあり、例えば飛行体自身の飛行速度を高めて追随するなどの手段も考えられるが、それも含め、どのようなものであってもよい。

このブレード点検用撮影部追随手段によって、ブレードの回転速度（周速度あるいは角速度）とブレード点検用撮影部の移動速度との差をゼロまたは少なくすることによって、より精密なブレード点検用の画像（動画も含むが、特に静止画）を撮影することができる。

次に、本発明の第２の態様は、第１の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、
前記飛行体が無人飛行体であることを特徴としてもよい。

無人飛行体は、いわゆるドローンと呼ばれるものなどで、遠隔から操縦できるものが好適であるが、自律飛行するものであってもよい。

このようにすると、有人飛行体に比べて、小型の飛行体とすることができ、更に、近づきにくい場所、あるいは危険な場所に設置された風力発電機の点検の場合にも、遠隔操縦により、安全な場所からの指示によって、風力発電機のブレードに接近して撮影を行うことができる。

次に、本発明の第３の態様は、第１の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記飛行体に補助撮影部を有することを特徴としてもよい。

ここで、補助撮影部は、ブレード点検用撮影部よりも広い視野角を有するものが好適であり、風力発電機あるいはブレードの部分の全体あるいは広い部分を撮影し、その中から点検に好適な部分を決定することができる。

このようにすると、補助撮影部で決定された部分を、狭い視野角のブレード点検用撮影部によって精密な撮影をすることで、的確に風力発電機のブレード点検を行うことができる。

次に、本発明の第４の態様は、第１の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記ブレード点検用撮影部追随手段が、ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を回転させるブレード点検用撮影部回転機構であることを特徴としてもよい。

ここで、回転機構としては種々の方式やメカニズムがあるが、いずれもブレードの回転速度（周速度あるいは角速度）とブレード点検用撮影部の回転速度との差をゼロまたは少なくすることによって、より精密なブレード点検用の画像を撮影することができる。

次に、本発明の第5の態様は、第４の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を略水平面内で回転させる水平回転機構であることを特徴としてもよい。

ここで、回転方向は、略水平面内で回転するとしたが、略水平面とは鉛直方向と略垂直な面であり。回転とは一方向への連続回転のほか、ある方向に所定角度を回転した後に停止して逆方向に回転して戻る動作も含まれるものとし、このような回転動作を横振りモード、スイングモーション、あるいはヨー方向の回転と呼ぶこともある。

このようにすると、ブレードの回転速度、特に周速度と、水平回転機構の回転速度、特に周速度との差を等しく、あるいは、少なくすることで、ブレードが停止あるいは低速回転しているような状態を生成することができ、ブレード点検用撮影部での撮影の際のシャッター速度を長くすることが可能となり、良質なブレード点検用の画像が取得できる。

次に、本発明の第６の態様は、第４の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を前記ブレードの回転面と略平行な略鉛直面内で回転させる平行鉛直面内回転機構であることを特徴としてもよい。

ここで、略平行あるいは略鉛直面としたのは、ブレードの回転面が鉛直に近いが、多少の傾きを有していることが多いため、そのような面に対して平行度や鉛直度が若干相違する場合も含むことを意味している。

また、回転とは一方向への連続回転のほか、ある方向に所定角度を回転した後に停止して逆方向に回転して戻る動作も含まれるものする。また、このような鉛直面における回転動作をロール方向の回転と呼ぶこともある。

この場合は、ブレード点検用撮影部自体を回転させるため、ブレードの回転軸方向とブレード点検用撮影部の回転軸方向とを一致させ、回転数を同一にすれば、ブレードが静止しているような画像が得られる。

次に、本発明の第７の態様は、第４の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を一端に保持している腕部の他端を中心として前記ブレードの回転面と略平行な略鉛直面内で回転させる腕部平行鉛直面内回転機構であることを特徴としてもよい。

すなわち、ブレード点検用撮影部自体を回転するのではなく、ブレード点検用撮影部を保持している腕部（保持部）を回転させるものであり、腕部の回転軸方向をブレードの回転軸方向に合致させ、腕部の回転数とブレードの回転数を一致させれば、ブレード点検用撮影部の回転中心からの位置のブレードの画像は静止しているように見えることになる。

このようなブレード点検用撮影部を先端に取り付けた腕部の鉛直面における回転動作をオービタルモーション（軌道運動）と呼ぶこともある。

なお、この態様においても、回転とは一方向への連続回転のほか、ある方向に所定角度を回転した後に停止して逆方向に回転して戻る動作も含まれるものする。

次に、本発明の第８の態様は、第４の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部または前記ブレード点検用撮影部を取り付けた腕部を前記ブレードの回転面と略直交する略鉛直面内で回転させる直交鉛直面内回転機構であることを特徴としてもよい。

この場合も、回転には反復運動も含むものとし、ブレード点検用撮影部を上下方向に首振りするような動作が含まれ、このような動作はピッチ方向の回転と呼ばれることもあり、ブレードの撮影位置によっては、効果を有することもある。

次に、本発明の第９の態様は、第４の態様の風力発電機ブレード点検装置であって、前記飛行体にブレード点検用撮影部回転反動抑制機構を設けたことを特徴としてもよい。

すなわち、ブレード点検用撮影部の回転機構を作動させると、初動時に、飛行体に反動（イニシャルトルク）が発生し、撮影に支障を生じる場合もあり得る。

そのような事態を抑制するために、反動抑制機構を設けるようにしてもよく、反動抑制機構としては、ファンを飛行体に設置し、回転機構を作動させる前に、あるいは同時に、ファンを作動させてイニシャルトルクを打ち消すようにすることが好適である。

また、ファン以外にも、腕部（保持部）の一端にブレード点検用撮影部を取り付けてその腕部を回転するような場合には、腕部の他端にカウンターウエイトを設けると、回転反動を防止することができる。

次に、本発明の第１０の態様は、風力発電機ブレード点検システムであって、
−第１の態様に記載された風力発電機ブレード点検装置と、
−前記風力発電機ブレード点検装置と離れた場所に設けられた遠隔操作制御装置と
を有することを特徴とする。

すなわち、この態様は、先に説明した風力発電機ブレード点検装置に加えて、遠隔でその風力発電機ブレード点検装置を操作し、あるいは制御する遠隔操作制御装置を含めたシステムを発明としたものである。

このようにすると、風力発電機ブレード点検装置だけでは達成できなかった高度な制御や収集したデータの分析などが可能となる。

また、本発明の第１１の態様は、風力発電機ブレード点検方法であって、
−飛行体と前記飛行体に取り付けた前記風力発電機のブレードを撮影するブレード点検用撮影部と前記ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段とを有する風力発電機ブレード点検装置を飛行させ、風力発電機に接近させるステップと、
−前記風力発電機ブレード点検装置によって前記風力発電機のブレード点検に必要な情報を取得するステップと、
−前記取得した情報に基づき、前記風力発電機ブレード点検装置の前記ブレード点検用撮影部追随手段を作動させるステップと、
−前記取得した情報に基づき、前記ブレード点検用撮影部が、前記ブレードが回転している状態で、ブレードの画像を撮影するステップと、
−撮影された画像から前記ブレードの損傷を検出するステップと
を有することを特徴としてもよい。

ここで、ブレード点検に必要な情報とは、ブレードの枚数、寸法、検出対象位置、回転数、周速などのブレード点検のために必要とされる情報のことであり、これらに限定されず、より少ない情報、あるいはより多い情報であってもよい。

この方法によれば、ブレード点検用撮影部追随手段を有するものであれば、これまでの態様で説明した風力発電機ブレード点検装置であっても、それ以外の風力発電機ブレード点検装置であってもよく、ブレード点検用撮影部追随手段を用いることで、ブレードが回転している状態でのブレード点検を実施することができる。

上記のように、本発明の風力発電機ブレード点検装置、同点検システム、及び同点検方法は、飛行体に搭載したブレード点検用撮影部によって、ブレードが回転している状態で撮影を行い、ブレードの点検に必要な精度の画像を得ることができ、安全で、低コストの風力発電機のブレードの点検が可能となる。

本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の説明図である。 本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置を含む風力発電機ブレード点検システムの説明図である。 本発明の第１の実施形態のブレード点検装置の変形例の説明図である。 本発明の第１の実施形態のブレード点検装置の運用を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のブレード点検装置のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のブレード点検装置の運用を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態のブレード点検装置の点検結果を示す画像である。 本発明の第２の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の説明図である。 本発明の第３の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の説明図である。 本発明の第４の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の説明図である。

本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置及びについて図面を用いて説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
図１は本発明の第１の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の説明図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置を含む風力発電機ブレード点検システムの説明図である。

風力発電機ブレード点検装置１は、無人飛行体１０、風力発電機のブレードを撮影するためのブレード点検用撮影部２０、ブレード点検用撮影部２０を保持するための保持部３０、保持部３０と無人飛行体１０との間に設けられた回転機構４０を有している。

無人飛行体１０は、無人飛行体を構成する本体部１１，本体部１１から延伸し、待機状態で姿勢を保つための複数（例えば４本）の脚部１２，本体部１１の上部に設けられた飛行のための複数組（例えば６組）の回転翼部１３を有する。

更に、本体部１１は、回転翼１３を回転するためのモータなどによる駆動部（図示を省略、以下同様）、駆動部に電源を供給する電源部、姿勢を安定させるジンバル機構、障害物などの検知を行う赤外線センサなどを用いた障害物検知部、位置情報を取得するＧＰＳ受信部、外部との情報通信のための通信インターフェース部、画像情報を認識する画像認識部、これらの各部を制御する制御部などを内蔵している。

なお、これらの無人飛行体１０の構成要素は、これまでの説明に限定されず、同様の機能を発揮するものであればどのようなものでもよく、追加の機能を付加してもよく、あるいは、一部の機能を削除してもよい。

また、更に、本体部１１に補助撮影部１４を有していてもよい。この補助撮影部１４はブレード点検用撮影部２０よりも解像度は低いが、視野角が広いことが望ましい。

具体的には補助撮影部１４の概略の仕様は、１インチＣＭＯＳセンサを内蔵し、有効画素数が２０メガピクセル、視野角７０度程度のものが用いられている。

なお、補助撮影部１４で撮影した画像の認識を行う画像認識機能を補助撮影部１４の中に、あるいは本体部１１の制御部の中に設ける。

ブレード点検用撮影部２０は、高画素数のＣＣＤ（あるいはＣＭＯＳ撮像素子）を搭載したデジタルカメラが好適である。

具体的な仕様の一例としては、以下のものが使用できる。
ａ．画素数 １億画素
ｂ．ピクセルサイズ ３．７６μｍ
ｃ．レンズ焦点距離 ８０ｍｍから２４０ｍｍ
ｄ．シャッタースピード １／１０００秒から１／４０００秒

保持部３０は、一端にブレード点検用撮影部２０を固定し、他端を回転機構４０に連結される。

回転機構４０はブレード点検用撮影部追随手段の一例であり、無人飛行体１０の本体部１１と保持部３０との間に設けられ、ブレード点検用撮影部２０を固定した保持部３０を略水平面上で回転させるもので、図中の矢印の方向またはその逆方向の回転である。

具体的には、回転駆動源としてサーボモータを使用し、ベアリングを用いて保持部３０側のみを回転させるようにするが、このような機構についてはこれに限定されず公知の技術を用いればよい。

図２は風力発電機ブレード点検装置を含む風力発電機ブレード点検システム１０００の説明図であって、先に説明した風力発電機ブレード点検装置１と、離れた場所に設けられた遠隔操作制御装置２００とを含んでおり、遠隔操作制御装置２００は、遠隔操作制御部２１０、遠隔操作部２２０などから構成される。

遠隔操作部２２０は、モニター２２１の画面を見ながら無人飛行体１０の飛行、撮影などを遠隔から操作することができる。なお、遠隔操作部２２０は据え付けられたもののほか、可搬のものであってもよい。

遠隔操作制御装置２１０は、情報入出力、通信、撮影された画像などの記憶、制御などの機能を有し、風力発電機ブレード点検装置１との間で、飛行に関する状況の把握や指示、撮影された画像情報などの情報の交換、情報処理、情報の記憶などが可能となっている。

図３は本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の変形例の説明図である。ここでは、無人飛行体１０に、更に、ファン５０が固定して設けられている。このファン５０は必要に応じて無人飛行体１０より動力を供給され、回転を開始、終了するものであり、ブレード点検用撮影部を回転させた場合の反動を抑制するために機能するものである。

すなわち、無人飛行体１０が撮影のためブレード点検用撮影部２０を、例えば左から右に作動（スイングモーション）すると、無人飛行体１０はブレード点検用撮影部２０に対する反作用を受ける。

反作用を受けた無人飛行体１０は右から左にヨー方向に姿勢を変化させるため、ブレード点検用撮影部２０の反作用に対抗する同じ力（作用力）をファン５０によって生成し、このファン５０の力を無人飛行体１０が受けることで、姿勢変化を抑制することが出来る。

抑制した結果、撮影時のブレード点検用撮影部２０のカメラ映像のブレ、ゆがみ、ボケなどを軽減することが出来る。

次に、本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の運用につき説明する。
図４は本発明の第１の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の運用状態を示す説明図であり、図５は本発明の第１の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置及び同システムの運用のフローチャートである。

点検の対象となる風力発電機１００は、水平軸プロペラ方式であって、鉛直に起立する支柱１１０の上部の略水平のローター軸１２０に３枚のブレード１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃが回転自在に取り付けられており、風力によってこれらのブレードが回転し、風の運動エネルギーを回転エネルギーに変換し、タービンを動作させて発電を行うものである。

点検が必要な風力発電機１００のひとつの例は以下の通りである。
ａ．風力発電機の方式：水平軸プロペラ方式
ｂ．ブレードの数：３
ｃ．全高：１００ｍ
ｄ．ローター軸までの高さ：６０ｍ
ｅ．ブレードの長さ：４０ｍ

ブレードの回転数は、風力の大きさによって異なるが、発電中は、１０−２０ｒｐｍ程度であり、これを長さ（半径）４０ｍのブレード１３０の下端部の周速にすると、約４２−８４ｍ／秒程度となる。

まず、風力発電機ブレード点検装置１が駐機場所から離陸し、風力発電機１００の正面に到着する。（ステップＳ０１）

離陸時は、操作員が無人飛行体１０を起動し、その後の操作は、操作員が遠隔操縦部２２１から無線通信で行うことが好適である。

より詳細には、風力発電機ブレード点検装置１に内蔵のＧＰＳ受信機能や、補助撮影部１４で撮影した画像の画像認識結果などから、風力発電機ブレード点検装置１を、風力発電機１００のブレード１３０から所定の距離、所定の地上高で、かつ、ブレード１３０の正面に位置させる。

ここで、先に述べた点検対象の風力発電機１００の例に適合する所定の位置は、以下の通りである。風力発電機１００のブレード１３０の正面に正対して、
ａ．地上高２０ｍ
ｂ．ブレード１３０からの距離３５−６０ｍ
これは焦点距離２４０ｍｍのレンズを使用したブレード点検用撮影部２０の場合に適合する。

次に、風力発電機ブレード点検装置１の補助撮影部１４が、風力発電機１００のブレード１３０を撮影する。（ステップＳ０２）すなわち、図中のＡのように風力発電機１００のブレード１３０が全て視野に入る範囲を撮影する。

ここで、この実施形態においてブレード１３０の撮影を行う最適な位置は、ブレード１３０が回転し、最も下端を通過する位置、すなわち図中のＢの領域である。

補助撮影部１４の取付位置とブレード点検用撮影部２０の取付位置との相対関係が定まっているので、Ａの位置を検出すれば、Ｂの位置は自動的に決まるようにすることも可能である。

図６は本発明の第１の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の具体的運用を示す説明図であり、図６（ａ）は、ブレード１３０が右回転しており、ちょうど最下点に到達したところで、周速度Ｖａの方向は水平方向であるが、図６（ｂ）では、ブレード１３０が最下点に到達しておらず、その周速度Ｖｂの方向は斜め左下方である。

ここで、ブレード点検用撮影部２０を回転機構４０によって水平面で回転させると、その周速度の方向は水平方向となり、図６（ａ）の状態であれば、ブレード１３０とブレード点検用撮影部２０との相対周速度がゼロまたは極めてゼロに近くなることが明らかである。

一方、図６（ｂ）の状態であると、ブレード１３０の周速度は水平方向以外の成分を有するため、ブレード点検用撮影部２０の水平面での周速度との間に差異が生じることになり、撮影した際のブレの原因となる。

これらを実現するために、風力発電機ブレード点検装置１の補助撮影部１４による画像から風力発電機ブレード点検装置の制御部がブレードの最下点の位置を検出し、ブレードの回転数を検知する。（ステップＳ０３）

撮影された画像から、ブレード１３０を検出するには、色彩（ＲＧＢ比率）、形状（先端が尖った刀状）などを、多数の撮影済み画像を用いて学習させることで、確実に検出することができる。

また、ブレード１３０の回転数は、単位時間当たりのブレードの通過回数をカウントすれば、それの１／３が単位時間当たりの回転数となる。（ブレードが３枚の場合）

先ほどの例で、ブレード１３０の回転数を１０ｒｐｍとすると、ブレード１３０の下端部での周速（接線方向の速度）は秒速約４２ｍとなる。

これらの数値に合わせて風力発電機ブレード点検装置１の回転機構４０の回転数を算出する。（ステップＳ０４）

ここで風力発電機ブレード点検装置１からブレード１３０までの距離を３５ｍとし、ブレード点検用撮影部２０のレンズの焦点距離を２４０ｍｍとすると、風力発電機ブレード点検装置１の回転機構４０の回転数は、約１１ｒｐｍとなり、このような回転数で回転機構４０を回転させれば、ブレード１３０の下端部と風力発電機ブレード点検装置１との相対速度はほぼゼロになり、停止状態でブレード１３０の撮影ができることになる。

次に、点検すべき特定のブレード例えばブレード１３０ａについて、最下点の通過する周期を計算し、ブレード点検用撮影部２０のシャッタータイミングを決定する。（ステップＳ０５）基点を決めて、そこを通過した後、所定の時間後にシャッターを切る

また、回転機構４０の速度（回転数）を設定し、作動の準備をする。（ステップＳ０６）

所定のタイミングで、回転機構４０を起動し、ブレード点検用撮影部２０のシャッターを切る。（ステップＳ０７）

なお、この実施形態では、回転機構４０は、１枚のブレード１３０ａの撮影が終了したら、停止し、逆転し、当初位置までブレード点検用撮影部２０を戻しておく必要があるため、その動作を行う。（ステップＳ０８）

また、この方法によると、ブレード１３０の先端部分では、静止状態での画像が得られるが、中心に近づくにつれ、誤差が大きくなり、ブレが生じる。

そのため、先端部分、中央部分、中心付近の３カ所での撮影をすることが望ましく、点検場所の中心からの距離に対応して、回転機構４０の回転数を変更して撮影を行うことが望ましく、１つのブレード１３０に対して３回の撮影が行われる。

なお、その回数は３回に限定せず、詳細に点検したい場合は４回（４カ所）以上、概略の点検でよい場合は２回（２カ所）以下の撮影を行って画像を取得してもよい。

引き続き、その他のブレード１３０ｂ、１３０ｃについても同様の動作をさせて、点検画像を取得する。（ステップＳ０９）

なお、３枚のブレード１３０ａ，ｂ，ｃの識別は、撮影開始時から所定の位置の通過枚数をカウントすることによって、どのブレード１３０が通過するかを知ることができるが、それ以外にセンサや画像認識結果を利用して識別してもよい。

点検終了後、あるいは点検作業中に、取得した画像から、ブレード１３０に対応が必要な傷（クラックなど）があるかどうかを判断する。（ステップＳ１０）

図７は本発明の第１の実施形態の風力発電機ブレード点検装置１の点検結果を示す画像３００であり、これまでに述べた手順によって、ブレやボケの少ない画像３００が取得できたことを示す。

なお、画像３００の判断は、遠隔操作制御装置２００で行ってもよく、画像３００を転送して適宜、別の場所のパソコンなどで行ってもよい。

ここで、ブレード１３０ａの先端部近くには、クラックＣＲが観察できる。これまで述べてきた例では、０．３ｍｍ程度の幅（太さ）のクラックであれば識別可能である。

なお、検出されたものが、対応が必要なクラック、欠損、打痕、焼損、塗装剥がれなどなのか、あるいは対応が不要なゴミや異物が付着しただけのものなのかは、熟達した検査員が判定することが通例であるが、予め定めた判定ロジックにより、例えば遠隔操作制御装置２００の操縦制御部２１０が判定するようにしてもよいし、あるいは、多量のデータを蓄積することによってＡＩ技術を活用して判定するようにしてもよい。

更に、この実施形態では、回転機構４０の反動を抑制するためのファン５０が設けられており、必要に応じて、回転機構４０を作動する前に、このファン５０を起動させておき、回転機構４０の反動による画像のブレ、ゆがみ、ボケなどを防止することができる。

具体的には、回転機構４０の反動を受けた無人飛行体１０は、それに対抗する力（反作用）をファン５０によって反作用と同力(作用力）を得る。ファン５０の力を得ることで無人飛行体１０のヨー方向の姿勢変化を抑えることで画像のブレを抑制する。

次に、本発明の第2の実施形態の風力発電機ブレード点検装置を説明する。なお、第１の実施形態と同一の部分は同一の符号で表し、説明を省略することもある。

図８は本発明の第２の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の説明図であり、 図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は部分側面図である。

風力発電機ブレード点検装置１ａは、無人飛行体１０、風力発電機のブレードを撮影するためのブレード点検用撮影部２０、無人飛行体１０に固定された保持部３１、保持部３１とブレード点検用撮影部２０との間に設けられた回転機構４１を有している。

無人飛行体１０は、無人飛行体を構成する本体部１１，本体部１１から延伸し、待機状態で姿勢を保つための複数（例えば４本）の脚部１２，本体部１１の上部に設けられた飛行のための複数組（例えば６組）の回転翼部１３を有する。

更に、本体部１１は、回転翼１３を回転するためのモータなどによる駆動部（図示を省略、以下同様）、駆動部に電源を供給する電源部、姿勢を安定させるジンバル機構、障害物などの検知を行う赤外線センサなどを用いた障害物検知部、位置情報を取得するＧＰＳ受信部、外部との情報通信のための通信インターフェース部、画像情報を認識する画像認識部、これらの各部を制御する制御部などを内蔵している。

この実施形態における回転機構４１は、第１の実施形態の回転機構４０とは異なり、ブレード点検用撮影部をブレードの回転面と略平行な略鉛直面上で回転させる平行鉛直面内回転機構であり、図中の矢印の方向またはその逆方向の回転である。

この場合は、ブレード点検用撮影部２０自体を回転させるため、ブレード１３０の回転軸方向とブレード点検用撮影部の回転軸方向を一致させ、回転数を同一にすれば、ブレードが静止しているような画像が得られる。

先ほどの例で言えば、ブレード１３０の回転数が約１０ｒｐｍであったので、回転機構４１の回転数も約１０ｒｐｍとすれば、ブレード１３０とブレード点検用撮影部２０との回転速度がほぼ等しくなり、相対速度がゼロになることから、静止状態での画像の撮影が可能となる。

なお、本発明の第２の実施形態の風力発電機ブレード点検装置の運用は、回転機構４１に関する相違を除けば、第１の実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。

但し、この実施形態の場合は、ブレード点検用撮影部２０を逆回転して戻す必要はなく、順方向への回転を続行するか、ブレード１枚撮影ごとに一旦停止して再度順方向へ回転させればよい。

なお、第２の実施形態の風力発電機ブレード点検装置１ａの場合でも、遠隔操作制御装置２００と組み合わせた風力発電機ブレード点検システムとして運用することは可能である。

次に、本発明の第３の実施形態の風力発電機ブレード点検装置を説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同一の部分は同一の符号で表し、説明を省略することもある。

図９は本発明の第３の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の説明図であり、 図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は部分側面図、図９（ｃ）は反復動作説明用の正面図である。

風力発電機ブレード点検装置１ｂは、無人飛行体１０、ブレード点検用撮影部２０、ブレード点検用撮影部２０を一端に保持する細長板状の第１の保持部３２、無人飛行体１０の本体部１１に保持されて下方に延伸する細長板状の第２の保持部３４、第１の保持部３２の長手方向中央部付近と第２の保持部３４の下端部との間に設けられ、第１の保持部３２を第２の保持部３４に対して回転自在に連結する回転機構４２を有している。

更に、第１の保持部３２の他端には、質量の大きな部材が取り付けられおり、ブレード点検用撮影部２０を保持した状態で回転する第１の保持部３２に関してカウンターウエイト３３として機能する。

なお、カウンターウエイト３３は別部材を取り付けるのではなく、第１の保持部３２自体の形状（面積、厚みなど）によって質量の大きな部分を形成してもよい。

無人飛行体１０は、無人飛行体を構成する本体部１１，本体部１１から延伸し、待機状態で姿勢を保つための複数（例えば４本）の脚部１２，本体部１１の上部に設けられた飛行のための複数組（例えば６組）の回転翼部１３を有する。

更に、本体部１１は、回転翼１３を回転するためのモータなどによる駆動部（図示を省略、以下同様）、駆動部に電源を供給する電源部、姿勢を安定させるジンバル機構、障害物などの検知を行う赤外線センサなどを用いた障害物検知部、位置情報を取得するＧＰＳ受信部、外部との情報通信のための通信インターフェース部、画像情報を認識する画像認識部、これらの各部を制御する制御部などを内蔵している。

この実施形態における回転機構４２は、第１、第２の実施形態の回転機構４０、４１とは異なり、ブレード点検用撮影部２０を保持している保持部３２（腕部と言ってもよい）をブレードの回転面と略平行な略鉛直面上で回転させる平行鉛直面内回転機構である。

この場合は、回転機構４２が、ブレード点検用撮影部２０を一端に保持している保持部３２の中間点付近に設けられ、ここを中心として、保持部３２と保持部３２に保持されるブレード点検用撮影部２０とを一体で、ブレード１３０の回転面と略平行な略鉛直面上で回転させる腕部平行鉛直面内回転機構である。

すなわち、ブレード点検用撮影部２０自体を回転するのではなく、ブレード点検用撮影部２０を保持している保持部３２を回転させるものであり、保持部３２の回転軸方向をブレード１３０の回転軸方向に合致させ、保持部３２の回転数とブレード１３０の回転数を一致させれば、ブレード点検用撮影部２０の回転中心からの位置のブレード１３０の画像は静止しているように見えることになる。

なお、本発明の第３の実施形態の風力発電機ブレード点検装置１ｃについての運用は、回転機構４２に関する相違を除けば、第１の実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。

但し、この実施形態の場合は、図９（ｃ）に示すように、風力発電機ブレード点検装置撮影部２０を保持する保持部３２を１枚のブレード１３０撮影終了後に、逆回転して戻すように（反復動作あるいは首振り動作）してもよい。

なお、第３の実施形態の風力発電機ブレード点検装置１ｂの場合でも、遠隔操作制御装置２００と組み合わせた風力発電機ブレード点検システムとして運用することは可能である。

次に、本発明の第４の実施形態の風力発電機ブレード点検装置について説明する。

図１０は本発明の第４の実施形態に係る風力発電機ブレード点検装置の説明図であり、 図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は部分側面図である。

風力発電機ブレード点検装置１ｃは、無人飛行体１０、風力発電機のブレードを撮影するためのブレード点検用撮影部２０、無人飛行体１０に固定された保持部３５、保持部３５とブレード点検用撮影部２０との間に設けられた回転機構４３を有している。

無人飛行体１０は、無人飛行体を構成する本体部１１，本体部１１から延伸し、待機状態で姿勢を保つための複数（例えば４本）の脚部１２，本体部１１の上部に設けられた飛行のための複数組（例えば６組）の回転翼部１３を有する。

更に、本体部１１は、回転翼１３を回転するためのモータなどによる駆動部（図示を省略、以下同様）、駆動部に電源を供給する電源部、姿勢を安定させるジンバル機構、障害物などの検知を行う赤外線センサなどを用いた障害物検知部、位置情報を取得するＧＰＳ受信部、外部との情報通信のための通信インターフェース部、画像情報を認識する画像認識部、これらの各部を制御する制御部などを内蔵している。

この実施形態における回転機構４３は、第１から第３の実施形態の回転機構４０、４１、４２とは異なり、ブレード点検用撮影部をブレードの回転面と略垂直な略鉛直面上で回転させる直交鉛直面内回転機構であり、図中の矢印の方向の回転、または反復運動である。

すなわち、ブレード１３０の正面で、ブレード点検用撮影部２０を上下に首振り運動（振り子運動）するような形態である。

この場合も、回転には反復運動も含むものとし、このような動作はピッチ方向の回転と呼ばれることもあり、ブレードの撮影位置、例えば、ブレード１３０が略水平の状態の場合は、ブレード１３０とブレード点検用撮影部２０との相対速度を小さくすることができるので、効果を発揮する。

なお、図示は省くが、回転機構４３が直接ブレード点検用撮影部２０を回転させずに、間にブレード点検用撮影部２０を保持する腕部（保持部）を介し、その腕部を回転（首振り運動）させるようにしてもよい。

なお、これまでの説明では、無人飛行体１０の操縦は遠隔地にある操縦制御装置にて行うこととしたが、無人飛行体１０自体が自律航行機能を有し、みずから飛行経路を決定し、ブレード点検用撮影部を動作させてブレード点検作業を完了させるようにしてもよい。

また、これまでの説明では、無人飛行体１０に補助撮影部１４を搭載するとしたが、補助撮影部１４の機能をブレード点検用撮影部２０に包含することで、構成を簡略化することもできる。

また、これまでの実施形態で説明した風力発電機ブレード点検装置あるいはそれ以外の風力発電機ブレード点検装置であって、ブレード点検用撮影部追随手段を有するものについて、風力発電機ブレード点検方法という発明であってもよい。

すなわち、
−飛行体と前記飛行体に取り付けた前記風力発電機のブレードを撮影するブレード点検用撮影部と前記ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段とを有する風力発電機ブレード点検装置を飛行させ、風力発電機に接近させるステップと、
−前記風力発電機ブレード点検装置によって前記風力発電機のブレード点検に必要な情報を取得するステップと、
−前記取得した情報に基づき、前記風力発電機ブレード点検装置の前記ブレード点検用撮影部追随手段を作動させるステップと、
−前記取得した情報に基づき、前記ブレード点検用撮影部が、前記ブレードが回転している状態で、ブレードの画像を撮影するステップと、
−撮影された画像から前記ブレードの損傷を検出するステップと
を有するという発明であってもよい。

ここで、ブレード点検に必要な情報とは、ブレードの枚数、寸法、検出対象位置、回転数、周速などのブレード点検のために必要とされる情報のことであり、これらに限定されず、より少ない情報、あるいはより多い情報であってもよい。

この方法によれば、ブレード点検用撮影部追随手段を有するものであれば、これまでの態様で説明した風力発電機ブレード点検装置であっても、それ以外の風力発電機ブレード点検装置であってもよく、ブレード点検用撮影部追随手段を用いることで、ブレードが回転している状態でのブレード点検を実施することができる。

なお、これまでの説明では、風力発電機のブレードを回転状態で撮影する装置としたが、風力発電機に限定せず、回転する、あるいは、直線運動する被点検物を点検する場合にも本発明の技術思想は応用することができる。

本発明の風力発電機ブレード点検装置及びシステムは、今後、設置が増加する風力発電機を安全に運用するために役立つことから、大いに産業上の利用可能性を有する。

１ 風力発電機ブレード点検装置
１０ 無人飛行体
１４ 補助撮影部
２０ ブレード点検用撮影部
３０ 保持部
４０ 回転機構
１００ 風力発電機
１３０ ブレード
２００ 遠隔操作制御装置
１０００ 風力発電機ブレード点検システム

Claims (11)

1. −飛行体と、
   −前記飛行体に取り付けた、前記風力発電機のブレードを前記ブレードが回転している状態で撮影するブレード点検用撮影部と、
   −前記ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段と
   を有する風力発電機ブレード点検装置。
2. 前記飛行体が無人飛行体であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機ブレード点検装置。
3. 前記飛行体に補助撮影部を有することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機ブレード点検装置。
4. 前記ブレード点検用撮影部追随手段が、ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を回転させるブレード点検用撮影部回転機構であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電機ブレード点検装置。
5. 前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を略水平面内で回転させる水平回転機構であることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機ブレード点検装置。
6. 前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を前記ブレードの回転面と略平行な略鉛直面内で回転させる平行鉛直面内回転機構であることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機ブレード点検装置。
7. 前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部を一端に保持している腕部の他端を中心として前記ブレードの回転面と略平行な略鉛直面内で回転させる腕部平行鉛直面内回転機構であることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機ブレード点検装置。
8. 前記ブレード点検用撮影部回転機構が、前記ブレード点検用撮影部または前記ブレード点検用撮影部を取り付けた腕部を前記ブレードの回転面と略直交する略鉛直面内で回転させる直交鉛直面内回転機構であることを特徴とする請求項４に記載の風力発電機ブレード点検装置。
9. 前記飛行体にブレード点検用撮影部回転反動抑制機構を設けたことを特徴とする請求項４に記載の風力発電機ブレード点検装置。
10. −請求項１に記載された風力発電機ブレード点検装置と、
    −前記風力発電機ブレード点検装置と離れた場所に設けられた遠隔操作制御装置と
    を有する風力発電機ブレード点検システム。
11. −飛行体と前記飛行体に取り付けた前記風力発電機のブレードを撮影するブレード点検用撮影部と前記ブレードの回転速度に合わせて前記ブレード点検用撮影部を追随させるブレード点検用撮影部追随手段とを有する風力発電機ブレード点検装置を飛行させ、風力発電機に接近させるステップと、
    −前記風力発電機ブレード点検装置によって前記風力発電機のブレード点検に必要な情報を取得するステップと、
    −前記取得した情報に基づき、前記風力発電機ブレード点検装置の前記ブレード点検用撮影部追随手段を作動させるステップと、
    −前記取得した情報に基づき、前記ブレード点検用撮影部が、前記ブレードが回転している状態で、ブレードの画像を撮影するステップと、
    −撮影された画像から前記ブレードの損傷を検出するステップと
    を有する風力発電機ブレード点検方法。

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