JP7226380B2 - 配管の点検方法および配管の点検システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
画像解析部18は、可視光カメラ13に接続されている。
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。
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。
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。
<異常検出装置の構成>
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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、高温の流体を流通させる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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 無人航空機と、異常検出装置とを備え、
前記無人航空機は、
高温の流体を流通させる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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