JP2023072597A - Appearance checking device, method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ドローン撮影による構造物の外観を点検する技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to a technique for inspecting the appearance of a structure by drone photography.
風力は、どこにでも存在し、二酸化炭素を排出せず、枯渇せずに永続的に利用できる、再生可能エネルギーの一つである。このような風力を利用した発電を促進するには、発電の安定性及び持続性を向上させるため、運転の健全性を維持する技術の確立が重要である。なお報告されている風車事故のうちブレード折損は、最も多く発生しており、点検・補修に関する具体的な対応方法等の設定が求められている。 Wind power is one of the renewable energies that exists everywhere, does not emit carbon dioxide, and can be used permanently without depletion. In order to promote power generation using such wind power, it is important to establish technology for maintaining sound operation in order to improve the stability and sustainability of power generation. Blade breakage is the most common type of wind turbine accident reported, and there is a need to establish specific countermeasures for inspections and repairs.
ところで、洋上設置方式の風車の場合、海の状態によっては、作業員の風車へのアクセスが困難である。そこで、光学カメラを搭載したドローンをブレード表面近傍に飛行させ、損傷を撮影し、さらに複数回の撮影から経時的な損傷の進展を監視することが検討されている。 By the way, in the case of a wind turbine installed on the sea, it is difficult for workers to access the wind turbine depending on the state of the sea. Therefore, it is being considered to fly a drone equipped with an optical camera near the blade surface, photograph the damage, and monitor the progress of the damage over time from multiple photographs.
しかし、自然の太陽光を利用した撮影画像では、小さな損傷や発色の変化を伴わない傷等は、見落とす可能性があった。また、太陽光の照射角度、強度、スペクトル分布等は、点検の時間帯、季節、気象状態に依存し撮影条件が一定でないため、画像の画質の再現性が乏しい課題があった。 However, in an image captured using natural sunlight, there is a possibility of overlooking small damages and scratches that do not accompany changes in color development. In addition, the irradiation angle, intensity, spectral distribution, etc. of sunlight depend on the inspection time period, season, and weather conditions, and the photographing conditions are not constant.
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、太陽光に頼る撮影では見落とす可能性のある損傷を観察できる外観点検技術を提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in consideration of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an appearance inspection technique that allows observation of damage that may be overlooked in photographing that relies on sunlight.
実施形態に係る外観点検装置において、光源が搭載された第1ドローンを操縦する第1操縦信号を送信する第1送信部と、カメラが搭載された第2ドローンを操縦する第2操縦信号を送信する第2送信部と、前記光源の照射光を表面反射させた反射光を前記カメラに入射させて撮像した撮影画像を受信する受信部と、を備えている。 In the appearance inspection device according to the embodiment, a first transmitter that transmits a first steering signal for steering a first drone equipped with a light source, and a second steering signal that transmits a second steering signal for steering a second drone equipped with a camera. and a receiving unit for receiving a photographed image captured by causing reflected light obtained by surface-reflecting the irradiation light from the light source to enter the camera.
本発明の実施形態により、太陽光に頼る撮影では見落とす可能性のある損傷を観察できる外観点検技術が提供される。 Embodiments of the present invention provide visual inspection techniques that allow the observation of damage that may be overlooked in daylight-dependent photography.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施形態に係る外観点検装置で採用されるドローン27(27a,27b)及び点検対象となる風車20の正面図である。図2は同・上面図である。図1に示す風車20は浮体式の洋上設置方式を示しているが、実施形態が適用される風車は、着床式の洋上設置方式や陸上設置方式であることを妨げない。このように風車20は、ブレード25と、タワー26と、ナセル30と、ハブ21、浮体22を備えている。
(First embodiment)
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view of a drone 27 (27a, 27b) and a
ブレード25は、ロータ軸(図示略)の先端のハブ21に連結され放射状に配置されている。これらのブレード25は、風の流動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換できるよう、風の流入方向に対しピッチ角が調節される。このピッチ角を調整するモータやブレーキ、非常用電源などの駆動機構(図示略)がハブ21内に設けられている。そしてタワー26は、海底に築かれた基礎24に係留索23を介して繋がれた浮体22に、海面から露出するように接続されている。
The
ドローン27(27a,27b)は、遠隔操縦される無人航空機である。そしてドローン27は、陸地から発進して洋上の風車20に飛来させる場合もあるし、洋上に設置された給電設備付きポート(図示略)に待機させそこから離発着させる場合もある。
The drones 27 (27a, 27b) are remotely controlled unmanned aerial vehicles. The drone 27 may start from land and fly to the
図2に示すように、第1ドローン27aには照射光38を照射する光源28が搭載されている。そして第2ドローン27bには、照射光38を表面反射させた反射光39でブレード25の表面を撮像するカメラ29が搭載されている。なお第2ドローン27bには、カメラ29以外にも、別個の光源(図示略)が搭載される場合もある。
As shown in FIG. 2, the
また、第1ドローン27aと第2ドローン27bのそれぞれに、照明光38の光源とカメラ29を搭載し、第1ドローン27aと第2ドローン27bの照明光38の照射を交互に切り替えて、それぞれのドローン27a,27bでカメラ29の撮影を行ない、同時により広範囲で外観点検を実施することも考えられる。
Also, the
なおドローン27(27a,27b)は、風車20の外観を自律飛行して巡る飛行ルートが、飛行計画15として予め規定される。そして自律飛行させるのに必要なドローン27の実位置・実姿勢の情報は、公知の方法により取得される。具体的には、固定カメラ(図示略)でドローン27を撮影する方法(例えば、ドローン27側にARマーカを貼付し、固定カメラで認識)、ドローン27に搭載したカメラで風車20に固定した基準ブロック(図示略)を撮影する方法、風車20から発信する測位用電波をドローン27に送受信させる方法、VisualSLAMやLiDAR-SLAMのような自己位置推定手法などが考えられる。
The drone 27 (27a, 27b) autonomously flies around the exterior of the
図3は実施形態に係る外観点検装置で採用されるデータ処理部10のブロック図である。このようにデータ処理部10は、第1ドローン27aを操縦する第1操縦信号31を送信する第1送信部11と、第2ドローン27bを操縦する第2操縦信号32を送信する第2送信部12と、光源28の照射光38を表面反射させた反射光39をカメラ29に入射させて撮像した撮影画像35を受信する受信部36と、を備えている。
FIG. 3 is a block diagram of the
このように、ドローン27(27a,27b)の操縦信号31,32を送信したりカメラ29の撮影画像35を受信したりするデータ処理部10は、陸地に設置されたり洋上の風車20に設置されたりする。そして、データ処理部10が洋上の風車20に設置される場合は、飛行計画15や撮影画像35を陸上のデータベースと通信させる通信手段(図示略)がさらに設けられている。
In this way, the
第1送信部11は、飛行計画15に則った第1操縦信号31を第1ドローン27aの制御部(図示略)に送信する。同様に第2送信部12も、飛行計画15に則った第2操縦信号32を第2ドローン27bの制御部(図示略)に送信する。このようにして第1ドローン27a及び第2ドローン27bは、互いに協調制御される。
The
飛行計画15の展開例としては種々あるが以下のようなものが例示される。第2ドローン27bを静止飛行させつつ、カメラ29の光軸に対し複数の異なる方向から照射光38が当たるように第1ドローン27aを移動飛行させる。この飛行計画15の第1展開例によれば、照射方向に依存して影33の形態が変化することを利用し、損傷の種類(衝突跡、き裂、付着物等)や大きさを推測できる。
There are various examples of deployment of the
飛行計画15の第2展開例は、光源28に、波長の異なる照射光38を発光させる。この第2展開例によれば、照射光38の波長サイズに依存して、表面段差に回り込む回折現象が異なるため、撮影画像35に写る影33の形態が変化する。この飛行計画15の第1展開例によれば、波長サイズに依存して影33の形態が変化することを利用して、損傷の種類(衝突跡、き裂、付着物等)や大きさを推測できる。
A second development of the
飛行計画15の第3展開例は、ブレード25の回転周期を取得し、この回転周期に基づいてカメラ29にスチル撮影させる。つまり、ブレード25が三枚であれば、この回転周期の三分の一の時間間隔でカメラ29のシャッタータイミングをとる。さらにこのブレード25の通過タイミングとシャッタータイミングとの同期をとる。
A third development example of the
これにより、第1ドローン27a及び第2ドローン27bを静止飛行させながら、全てのブレード25の撮影画像35を得ることができる。さらに第1ドローン27a及び第2ドローン27bを、ブレード25の先端位置からハブ21に接続される基端位置まで、直線的に移動することで、全てのブレード25の片面側全面の撮影画像35を得ることができる。
Thereby, the photographed
データ処理部10は、カメラ29の撮影位置及び撮影姿勢を設定し飛行計画15を任意に規定及び修正する操作部16を備えている。これにより、予め規定さている飛行計画15では、満足のいく撮影画像35が得られなかった場合でも、カメラ29の位置・姿勢に修正を加えた飛行計画15により再撮影することができる。
The
以上において被検査対象として風車20のブレード25を例示して飛行計画15の展開例を説明した。しかし、タワー26、ナセル30、ハブ21等といった、風車20におけるその他構成の表面も被検査対象として飛行計画15を策定できる。さらに被検査対象は、風車20の表面に限定されることはなく、その他の構造物の表面を被検査対象として飛行計画15を策定できる。
In the above, an example of deployment of the
図4は光源28の照射光38が表面反射し反射光39がカメラ29に入射する現象の説明図である。図5は実施形態において第2ドローン27bに搭載したカメラ29による撮影画像35の説明図であり、図5(A)は構造物の表面に生じた亀裂の影33が撮像されており、図5(B)(C)は、照射光38の方向に依存して構造物の表面の付着物34の影33が変化する態様を示している。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a phenomenon in which the
図4に示すように、カメラ29の光軸が点検対象(ブレード25)の表面に直交するように、第2ドローン27bを静止飛行させる。そして、このカメラ29の光軸に対して一定の入射角を持つ照射光38を光源28から照射すると、亀裂や付着物といった段差のある箇所で影33が発生する。他方において、点検対象(ブレード25)の表面に到達した照射光38は、この表面で乱反射し一部がカメラ29に反射光39として入射される。
As shown in FIG. 4, the
そして、カメラ29に入射した反射光39は、レンズ(図示略)により結像され、点検対象(ブレード25)表面の撮影画像35となる。この撮影画像35は、点検対象(ブレード25)の表面における微小な段差の存在を、影33が持つ明暗差により周囲から際立たせ、識別する。これにより、構造物の表面に発生した損傷等の検出感度を高めることができると同時に、その形態が正確に把握される。
Then, the reflected light 39 incident on the
図3に戻って説明を続ける。撮影画像35は、カメラ29から受信部36を介してデータ処理部10の蓄積部17に蓄積されるとともに、表示部37において表示観察される。そして、診断部18では、時系列に受信され蓄積されている撮影画像35に基づいて、構造物における表面損傷の発見又はその進展を解析する。これにより構造物の健全性を診断することが可能となる。
Returning to FIG. 3, the description continues. The captured
図6のフローチャートに基づいて実施形態に係る外観点検方法の工程及び外観点検プログラムのアルゴリズムを説明する(適宜、図3参照)。まず、光源28が搭載された第1ドローン27aの第1操縦信号31を送信する(S11)。そして、カメラ29が搭載された第2ドローン27bの第2操縦信号32を送信する(S12)。
The steps of the appearance inspection method and the algorithm of the appearance inspection program according to the embodiment will be described based on the flowchart of FIG. 6 (see FIG. 3 as appropriate). First, the
なお、これら第1操縦信号31及び第2操縦信号32は、予め規定された飛行計画15に従ってドローン27(27a,27b)が自律飛行するように送信される。もしくはこれら第1操縦信号31及び第2操縦信号32は、操縦者によるマニュアル操作に基づき送信される。次に光源28から照射光38を照射し(S13)、構造物の表面で反射した反射光39をカメラ29に入射させて撮像する(S14)。
The
なお、撮影画像35の受信過程において、カメラ29を搭載した第2ドローン27bを静止飛行させつつ、光源28の照射方向が変化するように第1ドローン27aを移動飛行させる。もしくは、光源28において、波長の異なる照射光38を発光させる。さらには点検対象が風車20のブレード25である場合は、その回転周期に基づいてカメラ29にスチル撮影させる。
In the process of receiving the captured
次に、カメラ29が出力した撮影画像35を受信し(S15)、飛行計画15が終結したところでデータ蓄積する(S16 No,Yes,S17)。そして過去に受信され蓄積されてきた撮影画像35を呼び出し(S18)、表面損傷の発見又はその進展を時系列に解析することで(S19)、構造物の健全性を診断する(S20,END)。
Next, the captured
以上述べた少なくともひとつの実施形態の外観点検装置によれば、カメラが搭載されたドローンとは別個に、光源が搭載されたドローンを導入することにより、太陽光に頼る撮影では見落とす可能性のある損傷を観察することが可能となる。 According to the appearance inspection device of at least one embodiment described above, by introducing a drone equipped with a light source separately from a drone equipped with a camera, there is a possibility of overlooking in shooting that relies on sunlight. It becomes possible to observe the damage.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
以上説明した風車の外観点検装置は、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、又はCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信I/Fとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。このため風車の外観点検装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、風車の外観点検プログラムにより動作させることが可能である The wind turbine visual inspection device described above includes a control device with a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit), and ROM Storage devices such as (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and mouse and keyboard It has an input device and a communication I/F, and can be realized with a hardware configuration using a normal computer. Therefore, the constituent elements of the wind turbine visual inspection apparatus can be realized by a computer processor, and can be operated by a wind turbine visual inspection program.
また風車の外観点検プログラムは、ROM等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD-ROM、CD-R、メモリカード、DVD、フレキシブルディスク(FD)等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしてもよい。 Further, the external appearance inspection program for the wind turbine is preinstalled in a ROM or the like and provided. Alternatively, this program is stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, flexible disk (FD) as an installable or executable file. You may make it
また、本実施形態に係る風車の外観点検プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。また、風車の外観点検装置は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワーク又は専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。 Further, the wind turbine visual inspection program according to the present embodiment may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and may be downloaded via the network and provided. The wind turbine visual inspection device can also be configured by connecting and combining separate modules that independently exhibit the respective functions of the constituent elements through a network or a dedicated line.
10…データ処理部、11…第1送信部、12…第2送信部、15…飛行計画、16…操作部、17…蓄積部、18…診断部、20…風車、21…ハブ、22…浮体、23…係留索、24…基礎、25…ブレード、26…タワー、27(27a,27b)…ドローン、27a(27)…第1ドローン、27b(27)…第2ドローン、28…光源、29…カメラ、30…ナセル、31…第1操縦信号、32…第2操縦信号、33…影、34…付着物、35…撮影画像、36…受信部、37…表示部、38…照射光、39…反射光。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
カメラが搭載された第2ドローンを操縦する第2操縦信号を送信する第2送信部と、
前記光源の照射光を表面反射させた反射光を前記カメラに入射させて撮像した撮影画像を受信する受信部と、を備える外観点検装置。 a first transmitter that transmits a first steering signal for steering a first drone equipped with a light source;
a second transmitter that transmits a second control signal for controlling a second drone equipped with a camera;
and a receiving unit configured to receive a photographed image captured by causing reflected light obtained by surface-reflecting the irradiation light of the light source to enter the camera.
前記第1操縦信号及び前記第2操縦信号は、予め規定されている飛行計画に従って前記第1ドローン及び前記第2ドローンが自律飛行するように送信される外観点検装置。 In the appearance inspection device according to claim 1,
The appearance inspection device, wherein the first control signal and the second control signal are transmitted so that the first drone and the second drone autonomously fly according to a flight plan defined in advance.
前記第2ドローンを静止飛行させる前記第2操縦信号が送信され、
前記カメラの光軸に対し複数の異なる方向から前記照射光が当たるように、前記第1ドローンを移動飛行させる前記第1操縦信号が送信される外観点検装置。 In the appearance inspection device according to claim 1 or claim 2,
the second maneuver signal is transmitted to cause the second drone to fly stationary;
The appearance inspection device, wherein the first control signal for moving and flying the first drone is transmitted so that the irradiation light hits the optical axis of the camera from a plurality of different directions.
時系列に受信した前記撮影画像に基づいて表面損傷の発見又はその進展を解析することで健全性を診断する診断部を備える外観点検装置。 In the appearance inspection device according to any one of claims 1 to 3,
An appearance inspection apparatus comprising a diagnostic unit that diagnoses soundness by detecting surface damage or analyzing its progress based on the captured images received in time series.
前記光源は、波長の異なる前記照射光を発光する外観点検装置。 In the appearance inspection device according to any one of claims 1 to 4,
The light source is an appearance inspection device that emits the irradiation light having different wavelengths.
前記第2ドローンにも別個の光源が搭載されている外観点検装置。 In the appearance inspection device according to any one of claims 1 to 5,
An external inspection device in which a separate light source is also mounted on the second drone.
風の流動エネルギーを回転エネルギーに変換するブレードの回転周期に基づいて、前記カメラで前記ブレードをスチル撮影させる外観点検装置。 In the appearance inspection device according to any one of claims 1 to 6,
An appearance inspection device that allows the camera to take still images of the blade based on the rotation period of the blade that converts wind flow energy into rotational energy.
カメラが搭載された第2ドローンを操縦する第2操縦信号を送信するステップと、
前記光源の照射光を表面反射させた反射光を前記カメラに入射させて撮像した撮影画像を受信するステップと、を含む外観点検方法。 transmitting a first steering signal to steer a first drone equipped with a light source;
transmitting a second steering signal to steer a second drone equipped with a camera;
and receiving a photographed image captured by causing reflected light obtained by surface-reflecting the irradiation light of the light source to enter the camera.
光源が搭載された第1ドローンを操縦する第1操縦信号を送信するステップ、
カメラが搭載された第2ドローンを操縦する第2操縦信号を送信するステップ、
前記光源の照射光を表面反射させた反射光を前記カメラに入射させて撮像した撮影画像を受信するステップ、を実行させる外観点検プログラム。 to the computer,
transmitting a first steering signal to steer a first drone equipped with a light source;
transmitting a second steering signal to steer a second drone equipped with a camera;
An appearance inspection program for executing a step of receiving a photographed image captured by causing reflected light obtained by surface-reflecting the irradiation light of the light source to enter the camera.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240314 |