JP6978124B2 - ドローン用ｘ線検査装置、ドローンを用いたｘ線検査装置、ドローン用ｘ線発生装置 - Google Patents

ドローン用ｘ線検査装置、ドローンを用いたｘ線検査装置、ドローン用ｘ線発生装置 Download PDF

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Description

本発明は、高所に設置された被検体、例えば、鉄塔に張られた電線、その電線端、高所配管などを、無人飛行体（以下、「ドローン」という）を利用してＸ線検査する、ドローン用Ｘ線検査装置、ドローンを用いたＸ線検査装置、ドローン用Ｘ線発生装置に関する。
従来、鉄塔などの高所の電線端や配管は人が登り、目視で検査していた。しかし、そのような検査では、定量的な検査ができず、記録も残らず、１日に検査できる数も限られている。さらに、その作業は危険である。
他方、出願人は、電線、配管のＸ線検査として、既に、特許文献１、２に係る発明を出願している。
特許文献１の発明は、小型で、薄く、軽いＸ線非破壊検査に用いられる解像度の高いポータブルＸ線検査装置というものである。
しかしながら、特許文献１であっても、高所では、人による作業が必要で、危険である。
特許文献２の発明は、軽量かつ設置が容易で、さらにＸ線被爆なく、直線状の被検査物をその場で非破壊に多方向からのＸ線透過像を取得し、被検査物の劣化状況等を高精度で検査できるＸ線非破壊検査装置であり、高所の電線などの線状物を自動走行で、リアルタイムでＸ線検査可能であるというものである。
しかしながら、高所への設置には、やはり人による作業が必要で、危険である。
他方、ドローンは、空間に静止可能で、人の無線操作、自動で飛行制御できる無人飛行体である。空撮、配達など、種々の産業、サービスへの応用がなされている。しかしながら、無人飛行による高所でのＸ線検査に応用されていない。
特開２０１７−１９１０５７号公報・・・ポータブルＸ線検査装置 特開２０１２−１５４６２７号公報・・・Ｘ線非破壊検査装置
そこで、本発明は、高所に設置された被検体、例えば、鉄塔に張られた電線、その電線端、高所配管などを、ドローンを利用してＸ線検査可能なドローン用Ｘ線検査装置、ドローンを用いたＸ線検査装置、ドローン用Ｘ線発生装置を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するために、本発明は、
（１）
ドローンに備えられる吊下装置と、
前記吊下装置によって上下移動可能でＸ線を被検体に照射するＸ線源を含むドローン用Ｘ線発生装置と、
前記吊下装置によって上下移動可能で前記被検体を透過した前記Ｘ線を検出する検出器と、
を含むことを特徴とするドローン用Ｘ線検査装置。
（２）
前記Ｘ線源と、前記検出器を、前記被検体を挟み対向させ、位置保持する固定具を備えることを特徴とする（１）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（３）
前記固定具が、前記Ｘ線源に備えられ、伸縮して、前記Ｘ線源と前記検出器を連結、着脱することを特徴とする（２）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（４）
前記吊下装置が、
前記ドローンに取り付けられる枠と、
前記枠に備えられる第一モータ及び第二モータと、
前記第一モータの駆動で伸縮し端部に前記ドローン用Ｘ線発生装置を備える第一吊具と、
前記第二モータの駆動で伸縮し端部に前記検出器を備える第二吊具と
からなることを特徴とする（１）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（５）
前記第二モータが、レール及び前記レールをスライド可能な可動部を介して、前記枠に取り付けられ、前記検出器をスライドさせ、前記Ｘ線源と前記検出器の焦点距離を可変としたことを特徴とする（４）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（６）
前記レール及び前記レールをスライド可能な可動部が、リニアモータテーブルであることを特徴とする（５）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（７）
前記枠に、前記吊下装置の駆動用の電源を備えることを特徴とする（４）〜（６）のいずれかに記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（８）
前記枠に、前記吊下装置の駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする（４）〜（７）のいずれかに記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（９）
前記固定具が、前記Ｘ線源の電源で駆動することを特徴とする（３）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（１０）
前記Ｘ線源に、前記被検体を撮影する第二カメラを備えることを特徴とする（１）に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
（１１）
ドローンと、（１）〜（１０）のいずれかに記載のドローン用Ｘ線検査装置と、前記ドローンの動作を制御するリモコンと、前記検出器で検出したＸ線画像を無線で取得しリアルタイムに表示するモニタを備えたＰＣと、からなることを特徴とするドローンを用いたＸ線検査装置。
（１２）
ドローンと、（１）〜（１０）のいずれかに記載のドローン用Ｘ線検査装置とからなり、
前記吊下装置に備えられた第一カメラ及び前記Ｘ線源に備えられた第二カメラの画像を元に、前記被検体の検査箇所に向かって、自動飛行することを特徴とするドローンを用いたＸ線検査装置。
（１３）
Ｘ線を被検体に照射するＸ線源と、前記被検体を撮影する第二カメラと、検出器と連結する固定具を含むことを特徴とするドローン用Ｘ線発生装置。
とした。
本発明は、上記構成であるので、高所に設置された被検体、例えば、鉄塔に張られた電線、その電線端、高所配管などを、人の高所作業なしに、ドローンを利用してＸ線検査可能になる。
図１は、本発明であるドローンＸ線検査装置の全体構成を示す一側面の模式図である。 図２は、本発明であるドローン用Ｘ線発生装置の詳細図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はそれら実施形態に限定されるものではない。
図１に示すように、ドローンを用いたＸ線検査装置１は、ドローン用Ｘ線検査装置２と、ドローン３と、リモコン７と、ＰＣ８とからなる。
ドローン３は、無人飛行可能なプロペラ、動力を含む本体３ａと、本体３ａに搭載された枠体、からなる。カメラ（写真機、又は／及びビデオ装置）を備えることもある（図示省略）。リモコン７は、無線７ａでドローン３の飛行制御（移動、その速度、ホバリングなど）する装置である。
ドローン３は、吊下装置４、ドローン用Ｘ線発生装置５及び検出器６等の重量を持ち上げられるものであれば、特に限定されない。リモコン７は、市販のドローンの専用のリモコンを用いることができる。
なお、リモコン７は、ＰＣ８に接続してＰＣ８の無線機能を用いて、ドローン３の飛行制御をしてもよい。また、ＰＣ８に一体に組み込まれていてもよく、他方、リモコン７にＰＣの機能を備えてもよい。
ドローン３は、リモコン７或いはＰＣ８で操作できるが、後述の第一カメラ４ｋ、第二カメラが取得するカメラ画像データ４ｍ、５ｇ（映像）を元に、被検体９に対し、予め定められた、Ｘ線源５ａ、検出器６の特定の位置を維持するよう、また、ドローン３の本体３ａが障害物に回避するよう、ＰＣ８によって自動飛行制御も可能とする。
ＰＣ８は、主に、後述のカメラの映像、検出器６が取得したＸ線画像データ６ｃを、デジタル表示するモニタ８ａを備え、さらに、吊下装置４の駆動制御、ドローン用Ｘ線発生装置５の駆動制御及びＸ線５ｃの照射制御を行う。
ドローン用Ｘ線検査装置２は、ドローン３に備えられる吊下装置４と、吊下装置４によって上下移動可能でＸ線５ｃを被検体９に照射するドローン用Ｘ線発生装置５と、吊下装置４によって上下移動可能で被検体９を透過したＸ線５ｃを検出する検出器６とからなる。
吊下装置４は、ドローン３に取り付けられる枠４ａと、枠４ａに備えられる第一モータ４ｄ及び第二モータ４ｅと、第一モータ４ｄの駆動で伸縮し端部にドローン用Ｘ線発生装置５を備える第一吊具４ｇと、第二モータ４ｅの駆動で伸縮し端部に検出器６を備える第二吊具４ｈとからなる。枠４ａを採用することで、異なる形状の市販のドローンへの着脱が容易になり、さらに後述のように、第一カメラ４ｋ、制御装置４ｉ、電源４ｃを搭載でき、ＰＣ８からの制御信号８ｃで駆動系を容易に無線制御可能であるため、汎用性が高まる。
第二モータ４ｅが、レール４ｂ及び前記レールをスライド可能な可動部４ｆを介して、枠４ａに取り付けられ、検出器６を水平方向にスライドさせ、Ｘ線源５ａと検出器６の焦点距離を可変にできる。その結果、高精度なＸ線画像８ｂを取得することができる。
検出器６の方が一般的に軽量であるため、検出器６側をスライスする方が容易である。もちろん、第一モータ４ｄを第二モータ４ｅ同様にスライドさせてもよい。また、第一モータ４ｄ及び第二モータ４ｅの双方ともスライド可能にしてもよい。
レール４ｂ及びレール４ｂに沿ってスライド可能な可動部４ｆ（プレートなど）としては、例えば、モータ（図示省略）の駆動をベルトに伝達して可動部４ｆを左右に移動させる、リニアモータテーブルが採用できる。
さらに、枠４ａには、吊下装置４の駆動用の電源４ｃを備えることが望ましい。また、枠４ａに、吊下装置４の駆動を制御する制御装置４ｉを備えるとよい。さらに、第一カメラ４ｋも枠４ａに備える。このようにユニット化することで、市販のドローンへの汎用性が高まる。
第一カメラ４ｋで取得した画像、映像は、ＰＣ８にカメラ画像データ４ｍとして無線で送られ、リアルタイムにモニタ８ａで確認できる。カメラ画像データ４ｍは、後述の制御装置４ｉとＰＣ８との制御信号８ｃを介して送信してもよい。
電源４ｃは、リード線（図示省略）で、第一モータ４ｄ、第二モータ４ｅ、可動部４ｆの駆動用モータ（図示省略）、制御装置４ｉに接続し、それらに駆動用の電力を供給する。
制御装置４ｉは、ＰＣ８からの制御信号８ｃに基づき、リード線（図示省略）で接続された第一モータ４ｄの回転数（第一吊具４ｇの伸縮、ドローン用Ｘ線発生装置５の高さ位置）及び第二モータ４ｅの回転数（第二吊具４ｈの伸縮、検出器６の高さ位置）、可動部４ｆのスライド幅（検出器６の位置、Ｘ線５ｃの焦点距離）を制御する。また、第一カメラ４ｋの映像のリアルタイム表示も仲介する。もちろん、第一カメラ４ｋは、制御装置４ｉから独立した第一カメラ４ｋの独自の無線機能によって、ＰＣ８に映像を送信してもよい。
第一吊具４ｇ及び第二吊具４ｈは、ワイヤー、帯状のベルト、巻き尺のメジャー用素材などが例示される。それらは、第一モータ４ｄ及び第二モータ４ｅの回転で、巻き取られ、巻き出され、伸縮して、ドローン用Ｘ線発生装置５及び検出器６を、それぞれ、ドローン３から所望の位置に位置決めする。第一モータ４ｄと第二モータ４ｅは、それぞれ、独立して回転制御され、第一吊具、第二吊具の長さも異なってもよい。
ドローン用Ｘ線発生装置５は、図１、２に示すように、筐体内部に収納されＸ線５ｃを被検体９に照射するＸ線管５ｂ、Ｘ線管５ｂに電圧を印加する回路（図示省略）、それらを駆動させる電源（図示省略）を含むＸ線源５ａと、さらに、必要に応じて、被検体９を撮影する第二カメラ５ｆと、検出器６と連結し、Ｘ線源５ａと検出器６を、被検体９を挟み対向させ、回転を防止し、位置（距離）保持する固定具（ここでは、上固定具５ｄ、下固定具５ｅの２種、２本）を含む。
Ｘ線源５ａは、特許文献１のＸ線源［２］などが使用できる。Ｘ線管５ｂは、同様に、特許文献１のＸ線管［５］（カーボンナノ構造体三極式冷陰極Ｘ線管）を用いることができる。その他、三極式冷陰極Ｘ線管以外のＸ線管も利用できる。
また、Ｘ線源５ａは、アンテナ５ｍを介して、ＰＣ８からの制御信号８ｄにより駆動制御され、第二カメラ５ｆのからのカメラ画像データ５ｇもＰＣ８に無線送信される。もちろん、Ｘ線源５ａから独立した第二カメラ５ｆの独自の無線機能によって、ＰＣ８に映像を送信してもよい。
第二カメラ６ｃは、被検体９に近しい箇所にあり、そのカメラ画像データ５ｇ（映像）を利用して、Ｘ線源５ａ及び検出器６の高精度位置決め、すなわち、リモコン７、ＰＣ８の手動操作による手動位置決め、或いはそれらの自動制御による自動位置決めに利用する。
上固定具５ｄ及び下固定具５ｅは、Ｘ線源５ａと検出器６を連結、着脱することができれば、特に、構造、機構、位置は限定されない。また第一吊具４ｇ、第二吊具４ｈに渡されてもよい。上固定具５ｄ及び下固定具５ｅは、図２のように、Ｘ線源５ａに備えられ、Ｘ線源５ａの電源で駆動できるようにすると、容易に着脱を制御できる。
例えば、ここでは、上固定具５ｄは、図２に示すように、Ｘ線源５ａの上面に一端が接続した伸縮部５ｈと他端の先端部５ｉとからなる。先端部５ｉは二股になっており、第二吊具４ｈを挟持することができる。そして、上固定具５ｄの伸縮、挟持（開閉）動作は、ＰＣ８からの制御信号８ｄによって行うことができる。
下固定具５ｅは、図２に示すように、Ｘ線源５ａの底部に一端が接続した伸縮部５ｋと他端の先端部５ｌとからなる。先端部５ｌは電磁石で、検出器６の鉄素材部分に、磁着できる。そして、下固定具５ｅの伸縮、磁着、脱離動作は、ＰＣ８からの制御信号８ｄによって行うことができる。すなわち、Ｘ線源５ａの電源の通電のオンオフで、検出器６の鉄素材部に磁着、脱離を制御できる。
固定具としては、上固定具５ｄ及び下固定具５ｅの何れか一方、或いは双方、そして、一方の機構を２種、また側面にそれらを設けることもできる。
上固定具５ｄ及び下固定具５ｅを備えることで、ドローン３の揺れ、風の影響を低減し、Ｘ線源５ａ及び検出器６を所望の位置（距離）に維持し、より鮮明なＸ線画像８ｂを取得することができる。
検出器６は、被検体９を透過したＸ線５ｃを検出する検出面６ｂと、検出面６ｂと電気的に接続し、Ｘ線画像データ６ｃを取得、記録、ＰＣ８に無線で送信する本体６ａとからなり、本体特許文献１のＸ線検出器［３］などが使用できる。検出器６としては、例えば、シンチレータ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＣｄＴｅ半導体などが採用できる。
１ ドローンを用いたＸ線検査装置
２ ドローン用Ｘ線検査装置
３ ドローン
３ａ 本体
４ 吊下装置
４ａ 枠
４ｂ レール
４ｃ 電源
４ｄ 第一モータ
４ｅ 第二モータ
４ｆ 可動部
４ｇ 第一吊具
４ｈ 第二吊具
４ｉ 制御装置
４ｋ 第一カメラ
４ｍ カメラ画像データ
５ ドローン用Ｘ線発生装置
５ａ Ｘ線源
５ｂ Ｘ線管
５ｃ Ｘ線
５ｄ 上固定具
５ｅ 下固定具
５ｆ 第二カメラ
５ｇ カメラ画像データ
５ｈ 伸縮部
５ｉ 先端部
５ｋ 伸縮部
５ｌ 先端部
５ｍ アンテナ
６ 検出器
６ａ 本体
６ｂ 検出面
６ｃ Ｘ線画像データ
７ リモコン
７ａ 無線
８ ＰＣ
８ａ モニタ
８ｂ Ｘ線画像
８ｃ 制御信号
８ｄ 制御信号
９ 被検体

Claims (12)

  1. ドローンに備えられる吊下装置と、
    前記吊下装置によって上下移動可能でＸ線を被検体に照射するＸ線源を含むドローン用Ｘ線発生装置と、
    前記吊下装置によって上下移動可能で前記被検体を透過した前記Ｘ線を検出する検出器と、
    を含むことを特徴とするドローン用Ｘ線検査装置。
  2. 前記Ｘ線源と、前記検出器を、前記被検体を挟み対向させ、位置保持する固定具を備えることを特徴とする請求項１に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  3. 前記固定具が、前記Ｘ線源に備えられ、伸縮して、前記Ｘ線源と前記検出器を連結、着脱することを特徴とする請求項２に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  4. 前記吊下装置が、
    前記ドローンに取り付けられる枠と、
    前記枠に備えられる第一モータ及び第二モータと、
    前記第一モータの駆動で伸縮し端部に前記ドローン用Ｘ線発生装置を備える第一吊具と、
    前記第二モータの駆動で伸縮し端部に前記検出器を備える第二吊具と
    からなることを特徴とする請求項１に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  5. 前記第二モータが、レール及び前記レールをスライド可能な可動部を介して、前記枠に取り付けられ、前記検出器をスライドさせ、前記Ｘ線源と前記検出器の焦点距離を可変としたことを特徴とする請求項４に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  6. 前記レール及び前記レールをスライド可能な可動部が、リニアモータテーブルであることを特徴とする請求項５に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  7. 前記枠に、前記吊下装置の駆動用の電源を備えることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  8. 前記枠に、前記吊下装置の駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  9. 前記固定具が、前記Ｘ線源の電源で駆動することを特徴とする請求項３に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  10. 前記Ｘ線源に、前記被検体を撮影する第二カメラを備えることを特徴とする請求項１に記載のドローン用Ｘ線検査装置。
  11. ドローンと、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のドローン用Ｘ線検査装置と、前記ドローンの動作を制御するリモコンと、前記検出器で検出したＸ線画像を無線で取得しリアルタイムに表示するモニタを備えたＰＣと、からなることを特徴とするドローンを用いたＸ線検査装置。
  12. ドローンと、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のドローン用Ｘ線検査装置とからなり、
    前記吊下装置に備えられた第一カメラ及び前記Ｘ線源に備えられた第二カメラの画像を元に、前記被検体の検査箇所に向かって、自動飛行することを特徴とするドローンを用いたＸ線検査装置。
JP2020508928A 2018-03-31 2018-03-31 ドローン用ｘ線検査装置、ドローンを用いたｘ線検査装置、ドローン用ｘ線発生装置 Active JP6978124B2 (ja)

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