JP7536664B2 - Inspection methods for wind power generation equipment - Google Patents

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Description

特許法第30条第2項適用 令和2年10月20日 関西電力株式会社のホームページにて公開(https://www.kepco.co.jp/corporate/pr/2020/1020_1j.html) 令和2年11月4日 秋田県庁にて公開Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Published on the website of Kansai Electric Power Co., Inc. on October 20, 2020 (https://www.kepco.co.jp/corporate/pr/2020/1020_1j.html) Published at the Akita Prefectural Office on November 4, 2020

本開示は、風力発電設備の点検方法および無人航空機に関する。 This disclosure relates to a method for inspecting wind power generation equipment and an unmanned aerial vehicle.

洋上風力発電の導入拡大およびコスト低減は、世界的に急速に進んでいる。特に、陸上風力発電の導入可能な適地が限定的である日本において、洋上風力発電の導入拡大は不可欠である。 The expansion of offshore wind power generation and the reduction in costs are progressing rapidly worldwide. In particular, in Japan, where suitable locations for onshore wind power generation are limited, the expansion of offshore wind power generation is essential.

洋上風力発電設備のライフサイクルコストにおいて、建設後の運用費および維持管理費の構成比率は無視できない。近年、タービンおよび構造物などの建設に関係するコストの低減に伴い、運用・維持管理費の割合は、建設に関係するコストの割合に匹敵しつつある。したがって、定期点検および緊急発電停止後の臨時点検などに要する時間およびコストを低減することは、風力発電設備の稼働率を高め、発電コストを低減するために極めて重要である。 The proportion of post-construction operation and maintenance costs in the life cycle costs of offshore wind power generation facilities cannot be ignored. In recent years, with the reduction in costs related to the construction of turbines and structures, the proportion of operation and maintenance costs is approaching the proportion of construction-related costs. Therefore, reducing the time and cost required for regular inspections and special inspections after emergency power generation shutdowns is extremely important for increasing the operating rate of wind power generation facilities and reducing power generation costs.

従来、風力発電設備における風車のブレードを点検する際には、ハブから垂下させたロープを利用して作業員がブレードに沿って移動しながら、目視等で損傷の有無を確認していた。このため、点検作業に多くの時間を要していた。 Conventionally, when inspecting the blades of wind turbines at wind power generation facilities, workers would use a rope hanging from the hub to move along the blades and visually check for damage. This made the inspection process very time-consuming.

そこで、作業員の負担を減らし、点検時間およびコストを低減するために、ドローンなどの無人航空機(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)を利用して、風力発電設備を点検する方法が種々提案されている(たとえば、特開2019-73999号公報(特許文献1)を参照)。 Therefore, in order to reduce the burden on workers and cut inspection time and costs, various methods have been proposed for inspecting wind power generation equipment using unmanned aerial vehicles (UAVs) such as drones (see, for example, JP 2019-73999 A (Patent Document 1)).

特開2019-73999号公報JP 2019-73999 A

洋上風力発電設備において洋上の風車が落雷等を受けたために設備が緊急停止した場合、運転再開のためには臨時で設備の外観点検を行う必要がある。従来、外観点検のために船舶で洋上の設備まで向かう必要があり、この移動にも時間を要していた。さらに、波浪の程度によっては、洋上の設備に船舶で近付けない場合もあった。 When an offshore wind power generation facility has to make an emergency shutdown due to a lightning strike or other event, it is necessary to carry out a temporary external inspection of the facility before it can resume operation. Previously, it was necessary to travel by ship to the offshore facility to carry out an external inspection, and this journey also took time. Furthermore, depending on the strength of the waves, there were cases in which it was impossible to approach the offshore facility by ship.

船舶による移動に代えて、陸上の拠点施設と洋上の風力発電設備との間でUAVを往復させて、UAVによって風車を点検することは、原理的には可能であるが、実際上は多くの課題を有している。課題の1つは、風力発電設備をUAVの自律飛行によって点検する具体的手順が明らかでないという点である。自律飛行ではなく、陸上の拠点施設から洋上のUAVをリアルタイムで遠隔制御しようとすると、通信遅延により制御にタイムラグが生じる。このため、制御指令がUAVに到達した時点でUAVの周囲の状況が変化している場合には、UAVを意図した通りに遠隔制御できない。 In principle, it is possible to use a UAV to shuttle between a base facility on land and an offshore wind power generation facility and inspect the wind turbines using the UAV instead of traveling by ship; however, in practice, this poses many challenges. One challenge is that the specific procedures for inspecting wind power generation facilities using the autonomous flight of a UAV are not clear. If an attempt is made to remotely control an offshore UAV in real time from a base facility on land, rather than using autonomous flight, a time lag in control will occur due to communication delays. For this reason, if the conditions around the UAV have changed when the control command reaches the UAV, the UAV cannot be remotely controlled as intended.

同様の課題は、山岳地域などの陸上の僻地に設けられた風力発電設備の点検の場合にも生じ得る。従来技術は、風車の目視が容易な近距離地点からUAVを遠隔制御する場合を想定しており、上記の課題を解決するものではない。 Similar issues can arise when inspecting wind power generation facilities located in remote areas on land, such as mountainous regions. Conventional technology assumes a case in which a UAV is remotely controlled from a nearby location where the wind turbines can be easily seen, and does not solve the above issues.

したがって、本開示の目的の1つは、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を、自律飛行する無人航空機によって点検する方法、およびこの点検方法に利用する無人航空機の構成を提供することである。 Therefore, one of the objectives of this disclosure is to provide a method for inspecting wind power generation facilities that are located far away, such as offshore, where visual inspection is difficult, using an autonomous unmanned aerial vehicle, and the configuration of the unmanned aerial vehicle used in this inspection method.

本開示の一局面における風力発電設備の点検方法は、無人航空機が、風力発電設備の風車の上空まで自律飛行するステップと、無人航空機に設けられたコントローラが、風車の上空において風車のナセルの現時点の方位を判定するステップと、判定したナセルの現時点の方位に基づいて、コントローラが風車のハブに正対する位置に自機を移動させるステップと、コントローラが、ハブに正対する位置において風車の第1ブレードの現時点の回転角度を判定するステップと、判定した第1ブレードの現時点の回転角度に基づいて、コントローラが第1ブレードの点検開始位置に自機を移動させるステップと、コントローラが、点検開始位置から第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、無人航空機に搭載されたカメラによって第1ブレードの点検用画像を撮影するステップと、第1ブレードの点検用画像に基づいて、第1ブレードの損傷箇所を自動判定するステップとを備える。 In one aspect of the present disclosure, a method for inspecting a wind power generation facility includes a step of an unmanned aerial vehicle flying autonomously above a wind turbine of the wind power generation facility, a step of a controller provided in the unmanned aerial vehicle determining a current orientation of a nacelle of the wind turbine above the wind turbine, a step of the controller moving the unmanned aerial vehicle to a position directly facing the hub of the wind turbine based on the determined current orientation of the nacelle, a step of the controller determining a current rotation angle of a first blade of the wind turbine at a position directly facing the hub, a step of the controller moving the unmanned aerial vehicle to an inspection start position for the first blade based on the determined current rotation angle of the first blade, a step of the controller taking an inspection image of the first blade with a camera mounted on the unmanned aerial vehicle while moving the unmanned aerial vehicle from the inspection start position along the longitudinal direction of the first blade, and a step of automatically determining a damaged portion of the first blade based on the inspection image of the first blade.

本開示の他の局面における無人航空機は、無人航空機を推進および空中停止させる推進機構と、カメラと、推進機構およびカメラを制御するコントローラとを備える。コントローラは、点検対象の風車の上空まで自機を自律飛行させ、風車の上空において風車のナセルの現時点の方位を判定し、判定したナセルの現時点の方位に基づいて、風車のハブに正対する位置に自機を移動させ、風車のハブに正対する位置において風車の第1ブレードの現時点の回転角度を判定し、判定した第1ブレードの現時点の回転角度に基づいて、第1ブレードの点検開始位置に自機を移動させ、点検開始位置から第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラによって第1ブレードの点検用画像を撮影するように構成される。 An unmanned aerial vehicle in another aspect of the present disclosure includes a propulsion mechanism for propelling and suspending the unmanned aerial vehicle in the air, a camera, and a controller for controlling the propulsion mechanism and the camera. The controller is configured to autonomously fly the vehicle up to the sky above the wind turbine to be inspected, determine the current orientation of the wind turbine's nacelle above the wind turbine, move the vehicle to a position directly facing the hub of the wind turbine based on the determined current orientation of the nacelle, determine the current rotation angle of a first blade of the wind turbine at the position directly facing the hub of the wind turbine, move the vehicle to an inspection start position for the first blade based on the determined current rotation angle of the first blade, and take an inspection image of the first blade with the camera while moving the vehicle from the inspection start position along the longitudinal direction of the first blade.

上記の一局面および他の局面によれば、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を、自律飛行する無人航空機によって点検できる。 According to the above aspect and other aspects, wind power generation facilities that are located far away, such as offshore, where visual inspection is difficult, can be inspected by an autonomous unmanned aerial vehicle.

ドローンの構成例を概念的に示す外観図である。FIG. 1 is an external view conceptually illustrating an example configuration of a drone. 図1のドローンの構成を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the drone of FIG. 1 . 洋上風力発電設備の風車の構成例を概念的に示す図である。FIG. 1 is a diagram conceptually illustrating an example of the configuration of a wind turbine in an offshore wind power generation facility. 拠点施設に設けられた端末装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a terminal device provided in a base facility. 洋上に設けられた風車の点検手順を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an inspection procedure for an offshore wind turbine. 図5のステップS130において、ドローンの移動位置を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the movement position of the drone in step S130 of FIG. 5. 図5のステップS140において、ブレードの現時点の回転角度の判定方法について説明するための図である。6 is a diagram for explaining a method of determining the current rotation angle of the blade in step S140 in FIG. 5. 図5のステップS150において、ブレードの点検開始位置の判定方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a method for determining the inspection start position of the blade in step S150 of FIG. 5. 図5のステップS160~S180において、ブレードを点検する経路を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a path for inspecting the blade in steps S160 to S180 of FIG. 5.

以下、実施形態について図面を参照して詳しく説明する。以下では、UAVを利用して洋上の風車を点検する場合を例に挙げて説明するが、山岳地域などの陸上の僻地に設けられた風車を点検する場合も同様である。また、UAVとしてドローンを例に挙げて説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がある。 The following describes the embodiments in detail with reference to the drawings. In the following, an example of inspecting offshore wind turbines using a UAV will be described, but the same can be said for inspecting wind turbines installed in remote areas on land, such as mountainous regions. In addition, a drone will be used as an example of a UAV. Note that the same or corresponding parts will be given the same reference symbols, and their descriptions may not be repeated.

[ドローンの構成例]
図1は、ドローンの構成例を概念的に示す外観図である。図1(A)は、ドローン10を正面から見た外観図を示し、図1(B)は、ドローン10を右側面から見た外観図を示す。
[Drone configuration example]
Fig. 1 is an external view conceptually illustrating an example of the configuration of a drone. Fig. 1(A) shows an external view of the drone 10 as seen from the front, and Fig. 1(B) shows an external view of the drone 10 as seen from the right side.

図2は、図1のドローンの構成を示す機能ブロック図である。図2では、図1の本体部11の内部構成の一例がさらに詳細に示されている。 Figure 2 is a functional block diagram showing the configuration of the drone in Figure 1. Figure 2 shows an example of the internal configuration of the main body unit 11 in Figure 1 in more detail.

図1および図2を参照して、ドローン10は、本体部11の上部に腕部12を介して接続されたプロペラモータ13およびプロペラ14と、本体部11の下部に取り付けられた脚部22とを備える。腕部12の内部には、プロペラモータ13を駆動するためのモータ駆動回路15が設けられている。さらに、ドローン10は、本体部11の下部に取り付けられたエンジン16および発電機17と、ジンバル19,21をそれぞれ介して本体部11の下部に搭載されたカメラ18,20と、本体部11の上部に取り付けられたLiDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)センサ24とを備える。 Referring to Figures 1 and 2, drone 10 comprises a propeller motor 13 and a propeller 14 connected to the upper part of main body 11 via arm 12, and legs 22 attached to the lower part of main body 11. A motor drive circuit 15 for driving propeller motor 13 is provided inside arm 12. Drone 10 further comprises an engine 16 and a generator 17 attached to the lower part of main body 11, cameras 18 and 20 mounted on the lower part of main body 11 via gimbals 19 and 21, respectively, and a LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) sensor 24 attached to the upper part of main body 11.

図1の例では、プロペラモータ13およびプロペラ14は4セット設けられているが、これに限定されない。各プロペラモータ13の回転速度を制御することにより、ドローン10の垂直方向の上昇および下降、任意の斜め方向の上昇および下降、空中停止、前進、後退、右移動、左移動、右回転、左回転などが可能である。すなわち、プロペラモータ13およびプロペラ14によって、ドローン10を推進および空中停止させる推進機構23が構成される。 In the example of FIG. 1, four sets of propeller motors 13 and propellers 14 are provided, but this is not limited to this. By controlling the rotational speed of each propeller motor 13, it is possible for the drone 10 to ascend and descend vertically, ascend and descend in any diagonal direction, stop in the air, move forward, move backward, move right, move left, rotate right, rotate left, etc. In other words, the propeller motors 13 and propellers 14 form a propulsion mechanism 23 that propels the drone 10 and stops it in the air.

発電機17は、エンジン16によって駆動されることにより、ドローン10の動作に必要な電力を生成する。これにより、長時間および低気温でのドローン10の飛行が可能になる。 The generator 17 is driven by the engine 16 to generate the electricity required for the operation of the drone 10. This enables the drone 10 to fly for long periods of time and in low temperatures.

カメラ18は、ドローン10の前方を撮影するための前方用カメラ18であり、カメラ20は、ドローン10の直下を撮影するための直下用カメラ20である。前方用カメラ18は、点検用画像を撮影するための高解像度のカメラ18Aと、FPV(First Person View:一人称視点)用の動画像を撮影するための低解像度のカメラ18Bとを含む。同様に、直下用カメラ20は、点検用画像を撮影するための高解像度のカメラ20Aと、FPV用画像を撮影するための低解像度のカメラ20Bとを含む。低解像度のカメラ18B,20Bによって撮影された動画像は、拠点施設の端末装置70に送信される。これにより、拠点施設の点検員は、カメラ18B,20Bで撮影された映像をリアルタイムで見ることができる。なお、カメラ18,20の撮影方向は、それぞれジンバル19,21を構成するアクチュエータによって調整できる。ジンバル19,21を構成するアクチュエータは拠点施設の端末装置70からの信号でも調整できる。 The camera 18 is a forward camera 18 for capturing images in front of the drone 10, and the camera 20 is a direct-down camera 20 for capturing images directly below the drone 10. The forward camera 18 includes a high-resolution camera 18A for capturing images for inspection and a low-resolution camera 18B for capturing video images for FPV (First Person View). Similarly, the direct-down camera 20 includes a high-resolution camera 20A for capturing images for inspection and a low-resolution camera 20B for capturing images for FPV. The video images captured by the low-resolution cameras 18B and 20B are transmitted to the terminal device 70 of the base facility. This allows the inspector at the base facility to view the images captured by the cameras 18B and 20B in real time. The shooting directions of the cameras 18 and 20 can be adjusted by actuators constituting the gimbals 19 and 21, respectively. The actuators constituting the gimbals 19 and 21 can also be adjusted by signals from the terminal device 70 of the base facility.

ジンバル19,21は、それぞれカメラ18,20の向きを3次元で調整できる電動アクチュエータである。ジンバル19,21は、加速度センサおよび角速度センサの検出値に基づいて、ドローン10の姿勢が変化してもカメラ18,20の撮像方向それぞれ一定に保つことができる。 The gimbals 19 and 21 are electric actuators that can adjust the orientation of the cameras 18 and 20 in three dimensions. Based on the detection values of the acceleration sensor and the angular velocity sensor, the gimbals 19 and 21 can keep the imaging directions of the cameras 18 and 20 constant even if the attitude of the drone 10 changes.

LiDARセンサ24は、パルス状のレーザー光を走査させることにより、対象物からの反射光に基づいて、対象物までの距離および角度を検出する。LiDARセンサ24に代えて他の距離センサを用いても構わない。 The LiDAR sensor 24 detects the distance and angle to an object based on the reflected light from the object by scanning a pulsed laser light. Other distance sensors may be used instead of the LiDAR sensor 24.

図2に示すように、本体部11は、コントローラ30、記憶装置31、慣性計測ユニット32、送受信機33、GPS(Global Positioning System)受信機34、電源回路35、蓄電池36などを内蔵する。 As shown in FIG. 2, the main body 11 incorporates a controller 30, a memory device 31, an inertial measurement unit 32, a transceiver 33, a GPS (Global Positioning System) receiver 34, a power supply circuit 35, a storage battery 36, and the like.

コントローラ30は、モータ駆動回路15、カメラ18、LiDARセンサ24などの動作を制御する。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、および不揮発性メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されてもよいし、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって構成されてもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの専用回路によって構成されてもよい。また、コントローラ30は、これらのうちの少なくとも2つの組み合わせによって構成されてもよい。 The controller 30 controls the operation of the motor drive circuit 15, the camera 18, the LiDAR sensor 24, etc. The controller 30 may be configured by a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a non-volatile memory, or may be configured by a FPGA (Field Programmable Gate Array), or may be configured by a dedicated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). The controller 30 may also be configured by a combination of at least two of these.

記憶装置31は、一例として、SDメモリカードなどの着脱可能な不揮発性の記録媒体38と、記録媒体38へのデータの書き込みおよび記録媒体38からのデータの読み出しを行うためのリーダライタ37とを含む。リーダライタ37は、コントローラ30の指令に従って、カメラ18によって撮影された点検用の静止画像、コントローラ30の制御内容、およびフライト情報などを記録媒体38に格納する。 The storage device 31 includes, as an example, a removable non-volatile recording medium 38 such as an SD memory card, and a reader/writer 37 for writing data to the recording medium 38 and reading data from the recording medium 38. The reader/writer 37 stores still images for inspection taken by the camera 18, the control contents of the controller 30, flight information, and the like, in the recording medium 38 in accordance with commands from the controller 30.

慣性計測ユニット32は、加速度センサ、角速度センサ(ジャイロセンサ)、地磁気センサ、気圧センサ、温度センサなどを1つのパッケージに統合したセンサユニットである。コントローラ30は、慣性計測ユニット32の各種センサの検出値に基づいて、ドローン10の自律飛行および姿勢制御を行う。 The inertial measurement unit 32 is a sensor unit that integrates an acceleration sensor, an angular velocity sensor (gyro sensor), a geomagnetic sensor, an air pressure sensor, a temperature sensor, and other sensors into a single package. The controller 30 performs autonomous flight and attitude control of the drone 10 based on the detection values of the various sensors in the inertial measurement unit 32.

送受信機33は、点検対象の風車に設けられた送受信機および陸上拠点施設の端末装置の送受信機に対して信号、データなどの情報の送受信を行う。たとえば、送受信機33は、風車の稼働状態の情報、拠点施設の端末装置からの指令などを受信する。また、送受信機33は、コントローラ30の指令に従って、低解像度のカメラ18B,20Bによって撮影された監視用の動画像を拠点施設に向けて送信する。 The transceiver 33 transmits and receives information such as signals and data to and from the transceiver installed in the wind turbine being inspected and the transceiver of the terminal device at the land-based base facility. For example, the transceiver 33 receives information on the operating status of the wind turbine and commands from the terminal device at the base facility. The transceiver 33 also transmits monitoring video images taken by the low-resolution cameras 18B and 20B to the base facility in accordance with commands from the controller 30.

GPS受信機34は、GPS衛星からの信号を受信する。コントローラ30は、GPS受信機34の受信信号に基づいて、ドローン10の現在位置を検知する。 The GPS receiver 34 receives signals from GPS satellites. The controller 30 detects the current position of the drone 10 based on the signals received by the GPS receiver 34.

電源回路35は、発電機17によって生成された電力に基づいて、ドローン10の各部を駆動するための電源電圧を生成する。 The power supply circuit 35 generates a power supply voltage to drive each part of the drone 10 based on the power generated by the generator 17.

蓄電池36は、ドローン10の補助電源として用いられる。たとえば、蓄電池36は、エンジン16および発電機17の停止中に、コントローラ30、記憶装置31、送受信機33などを駆動するための電源を供給する。 The storage battery 36 is used as an auxiliary power source for the drone 10. For example, the storage battery 36 supplies power to drive the controller 30, the storage device 31, the transceiver 33, etc. while the engine 16 and the generator 17 are stopped.

[風車の構成例]
図3は、洋上風力発電設備の風車の構成例を概念的に示す図である。図3を参照して、風車40は、タワー44の上部に搭載されたナセル43と、ハブ42と、ハブ42に取り付けられた3枚のブレード41とを備える。また、タワー44の下部は、基底部45を介在して浮体46に連結される。これにより、タワー44を海水面49の上に浮上させることができる。
[Windmill configuration example]
Fig. 3 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a wind turbine in an offshore wind power generation facility. Referring to Fig. 3, the wind turbine 40 includes a nacelle 43 mounted on the top of a tower 44, a hub 42, and three blades 41 attached to the hub 42. The bottom of the tower 44 is connected to a floating body 46 via a base 45. This allows the tower 44 to float above the sea surface 49.

ブレード41は、ハブ42に連結されたロータ軸50の回転によって、ロータ軸50の軸方向回りに回転する。また、ブレード41の長手方向の軸回りの角度(ピッチ角63)と、タワー44の長手方向の軸回りに回動可能なナセル43の角度(ヨー角)とが調整できる。 The blades 41 rotate around the axial direction of the rotor shaft 50 by the rotation of the rotor shaft 50 connected to the hub 42. In addition, the angle (pitch angle 63) of the blades 41 around the longitudinal axis and the angle (yaw angle) of the nacelle 43, which can rotate around the longitudinal axis of the tower 44, can be adjusted.

ナセル43は、増速機52と、ブレーキ装置53と、発電機54と、コントローラ60と、送受信機61とを格納する。 The nacelle 43 houses a gearbox 52, a brake device 53, a generator 54, a controller 60, and a transceiver 61.

増速機52は、ロータ軸50と動力伝達軸51との間に設けられ、ロータ軸50の回転速度を増速し、増速した回転速度で動力伝達軸51を回転させる。ブレーキ装置53は、コントローラ60の指令に従って、動力伝達軸51の回転を停止させる。発電機54は、動力伝達軸51の回転によって交流電力を生成する。発電機54によって生成された交流電力は、電源ケーブル55によって変圧器56に伝送され、変圧器56によって昇圧される。さらに、変圧器56によって昇圧された交流電力は、電力ケーブル57を介して陸上の電力設備に送電される。 The speed increaser 52 is provided between the rotor shaft 50 and the power transmission shaft 51, and increases the rotation speed of the rotor shaft 50, causing the power transmission shaft 51 to rotate at the increased rotation speed. The brake device 53 stops the rotation of the power transmission shaft 51 according to a command from the controller 60. The generator 54 generates AC power by the rotation of the power transmission shaft 51. The AC power generated by the generator 54 is transmitted to the transformer 56 via the power cable 55, and is boosted by the transformer 56. Furthermore, the AC power boosted by the transformer 56 is transmitted to the onshore power facility via the power cable 57.

コントローラ60は、風車40の全体の動作を制御する。たとえば、ナセル43の上部に設けられた図示されていない風向および風速計の計測結果に基づいて、ブレード41のピッチ角およびナセル43のヨー角を調整する。コントローラ60のハードウェア構成は、図2に示すドローン10のコントローラ30の場合と同様に種々の構成があり得る。 The controller 60 controls the overall operation of the wind turbine 40. For example, it adjusts the pitch angle of the blades 41 and the yaw angle of the nacelle 43 based on the measurement results of a wind direction and anemometer (not shown) installed on the top of the nacelle 43. The hardware configuration of the controller 60 can be various, similar to the case of the controller 30 of the drone 10 shown in FIG. 2.

コントローラ60は、さらに、送受信機61およびアンテナ62を介して、ドローン10および陸上の拠点施設との間で情報のやり取りを行う。送受信機61は、ドローン10と拠点施設との間の通信を中継するように構成されていてもよい。風車40と陸上の拠点施設との間の通信には、光ファイバ通信などの有線通信を用いてもよい。 The controller 60 further exchanges information between the drone 10 and a base facility on land via a transceiver 61 and an antenna 62. The transceiver 61 may be configured to relay communication between the drone 10 and the base facility. Wired communication such as optical fiber communication may be used for communication between the wind turbine 40 and the base facility on land.

[拠点施設の端末装置の構成例]
図4は、拠点施設に設けられた端末装置の構成例を示す機能ブロック図である。端末装置70は、ドローン10の移動中および風車40の点検中における監視、および点検用画像の解析などに用いられる。
[Example of the configuration of a terminal device at a base facility]
4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a terminal device provided in a base facility. The terminal device 70 is used for monitoring the drone 10 while it is moving and during inspection of the wind turbine 40, and for analyzing images for inspection.

図4に示すように、端末装置70は、CPU71、RAM72、および不揮発性メモリ73を含むコンピュータをベースに構成される。端末装置70は、さらに、ディスプレイ装置74と、入力装置75と、記憶装置76と、送受信機78とを含む。これの構成要素は、バス79を介して相互に接続される。 As shown in FIG. 4, the terminal device 70 is based on a computer including a CPU 71, a RAM 72, and a non-volatile memory 73. The terminal device 70 further includes a display device 74, an input device 75, a storage device 76, and a transceiver 78. These components are connected to each other via a bus 79.

ディスプレイ装置74として、液晶ディスプレイまたは有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどを利用できる。たとえば、ディスプレイ装置74は、風車40の点検中および陸上拠点施設と洋上の風車40との間の移動中にカメラ18B,20Bによって撮影された動画像を表示する。 A liquid crystal display or an organic electroluminescence (EL) display can be used as the display device 74. For example, the display device 74 displays video images captured by the cameras 18B and 20B during inspection of the wind turbine 40 and during movement between the onshore base facility and the offshore wind turbine 40.

入力装置75は、点検員の端末装置70への入力を受け付けるためのキーボードおよびマウスなどを含む。 The input device 75 includes a keyboard and mouse for accepting input from the inspector to the terminal device 70.

記憶装置76は、着脱可能な記録媒体からデータを読み込むためのリーダライタを含むように構成されている。たとえば、記憶装置76のリーダライタには、ドローン10のカメラ18によって撮影された点検用画像などが格納された記録媒体38を装着することができる。 The storage device 76 is configured to include a reader/writer for reading data from a removable recording medium. For example, the reader/writer of the storage device 76 can be equipped with a recording medium 38 that stores inspection images captured by the camera 18 of the drone 10.

送受信機78は、アンテナ77を介して、ドローン10の送受信機33および風車40の送受信機61と通信する。 The transceiver 78 communicates with the transceiver 33 of the drone 10 and the transceiver 61 of the wind turbine 40 via the antenna 77.

[洋上の風車の点検手順]
以下、上記で説明したドローン10、風車40、および端末装置70の構成に基づいて、洋上風力発電設備の風車40の点検手順について説明する。
[Inspection procedures for offshore wind turbines]
Below, based on the configurations of the drone 10, wind turbine 40, and terminal device 70 described above, the inspection procedure for the wind turbine 40 of an offshore wind power generation facility will be described.

図5は、洋上に設けられた風車の点検手順を示すフローチャートである。まず、図5のステップS100において、陸上の拠点施設に設けられた端末装置70は、送受信機78を介して、洋上の風車40から発電機54の緊急停止の通知を受ける。 Figure 5 is a flow chart showing the inspection procedure for an offshore wind turbine. First, in step S100 of Figure 5, the terminal device 70 installed at the onshore base facility receives a notification of an emergency shutdown of the generator 54 from the offshore wind turbine 40 via the transceiver 78.

緊急停止の時点において、風車40のコントローラ60は、ブレード41の回転面が風を正面から受けるようにナセル43のヨー角を調整するとともに、風の方向とブレード41の風受け面とが平行になるようにブレード41のピッチ角63を調整する。これによって、ブレード41は風から揚力を受けなくなるので、風車40の破損を防止できる。 At the time of emergency stop, the controller 60 of the wind turbine 40 adjusts the yaw angle of the nacelle 43 so that the rotating surface of the blade 41 receives the wind head-on, and adjusts the pitch angle 63 of the blade 41 so that the wind direction is parallel to the wind-receiving surface of the blade 41. This prevents the blade 41 from receiving lift from the wind, preventing damage to the wind turbine 40.

さらに、風車40のコントローラ60は、風速が比較的小さい場合には、ブレーキ装置53によってブレード41の回転を完全に停止させる。これによって、ブレード41の点検が容易になる。風速が比較的大きい場合には、風車40の破損を防止するために、コントローラ60は、ブレード41が回転可能な状態にする。この場合も、風から揚力をほとんど受けないようにブレード41のピッチ角63が調整されているので、ブレード41は緩やかに回転する。 Furthermore, when the wind speed is relatively low, the controller 60 of the wind turbine 40 uses the brake device 53 to completely stop the rotation of the blades 41. This makes it easier to inspect the blades 41. When the wind speed is relatively high, the controller 60 puts the blades 41 in a rotatable state in order to prevent damage to the wind turbine 40. In this case, too, the pitch angle 63 of the blades 41 is adjusted so that they receive almost no lift from the wind, so the blades 41 rotate gently.

次のステップS110において、点検員がドローン10のエンジン16および発電機17をスタートさせ、さらに、たとえばプログラムを実行させることにより、ドローン10のコントローラ30に風車40の緊急点検を開始させる。これにより、ドローン10は、点検対象の風車40の上空に向けて飛行を開始する。 In the next step S110, the inspector starts the engine 16 and generator 17 of the drone 10, and further causes the controller 30 of the drone 10 to start an emergency inspection of the wind turbine 40, for example by executing a program. This causes the drone 10 to start flying above the wind turbine 40 to be inspected.

より詳細には、ドローン10のコントローラ30は、GPS受信機34によって受信したGPS信号に基づく自機の位置情報と、端末装置70から受信した点検対象の風車40の位置情報とに基づいて、自機の飛行方向を決定する。コントローラ30は、モータ駆動回路15を制御することにより、自機を十分な高さまで離陸させた後、決定した飛行方向に自機を移動させる。コントローラ30は、GPS信号による自機の位置情報に基づいて、点検対象の風車40の上空に到達するまで自機の移動を続ける。 More specifically, the controller 30 of the drone 10 determines the flight direction of the drone based on its own position information based on the GPS signal received by the GPS receiver 34 and on the position information of the wind turbine 40 to be inspected received from the terminal device 70. The controller 30 controls the motor drive circuit 15 to cause the drone to take off to a sufficient height and then move the drone in the determined flight direction. The controller 30 continues to move the drone based on its own position information from the GPS signal until it reaches the sky above the wind turbine 40 to be inspected.

その次のステップS120において、ドローン10のコントローラ30は、モータ駆動回路15を制御することにより、点検対象の風車40のナセル43の上空で自機を空中停止させる。この空中停止状態で、コントローラ30はナセル43の現時点の停止方位を判定する。 In the next step S120, the controller 30 of the drone 10 controls the motor drive circuit 15 to stop the drone in mid-air above the nacelle 43 of the wind turbine 40 to be inspected. In this stopped state, the controller 30 determines the current stopping direction of the nacelle 43.

より詳細には、コントローラ30は、直下用カメラ20を用いて、風車40の上空の位置からナセル43を撮影する。コントローラ30は、撮影したナセル43の画像に基づいて、停止しているナセル43の方向と自機の停止方向(たとえば、正面方向)とのずれ角を検出する。次に、コントローラ30は、慣性計測ユニット32の地磁気センサによって地磁気の方向を検出する。地磁気の検出結果に基づいて、コントローラ30は、自機の停止方向の方位を判定し、さらにこの判定結果から、ナセル43の現時点の停止方位(すなわち、ハブ42の正面方向の方角)を判定する。 More specifically, the controller 30 uses the direct-down camera 20 to photograph the nacelle 43 from a position above the wind turbine 40. Based on the photographed image of the nacelle 43, the controller 30 detects the angle of deviation between the direction of the stopped nacelle 43 and the stopping direction of the aircraft (for example, the forward direction). Next, the controller 30 detects the direction of the geomagnetic field using the geomagnetic sensor of the inertial measurement unit 32. Based on the detection result of the geomagnetic field, the controller 30 determines the direction of the stopping direction of the aircraft, and further determines the current stopping direction of the nacelle 43 (i.e., the direction in front of the hub 42) from this determination result.

その次のステップS130において、ドローン10のコントローラ30は、判定したナセル43の現時点の方位の情報に基づいて、ハブ42の正面の位置に自機を移動させ、自機の正面をハブ42に正対させる。 In the next step S130, the controller 30 of the drone 10 moves the drone 10 to a position directly in front of the hub 42 based on the determined information on the current orientation of the nacelle 43, and positions the drone 10 so that the front of the drone faces the hub 42.

図6は、図5のステップS130において、ドローンの移動位置を説明するための図である。 Figure 6 is a diagram to explain the movement position of the drone in step S130 of Figure 5.

図6に示すように、ブレード41の回転軸と同一高さで、ナセル43の回転軸86の軸線から一定距離の仮想円周線87が想定できる。仮想円周線87の半径は、ドローン10がブレード41と衝突せずに、ブレード41のほぼ全体が前方用カメラ18の撮影範囲に入るように設定される。この仮想円周線87上で、ナセル43の現時点の停止方位に基づいて決定されるハブ42に正対する方向が、ドローン10を移動させるべき目標位置85である。ドローン10のコントローラ30は、GPS信号に基づく自機の位置が目標位置85に一致するように自機を移動させる。そして、コントローラ30は、自機が目標位置85に到達すると、地磁気センサによる地磁気の方向に基づいて、自機の正面がハブ42に正対するように自機を回転させる。 As shown in FIG. 6, a virtual circumference line 87 can be imagined at the same height as the rotation axis of the blade 41 and at a certain distance from the axis of the rotation axis 86 of the nacelle 43. The radius of the virtual circumference line 87 is set so that the drone 10 does not collide with the blade 41 and almost the entire blade 41 is within the shooting range of the forward camera 18. On this virtual circumference line 87, the direction directly facing the hub 42, which is determined based on the current stopping orientation of the nacelle 43, is the target position 85 to which the drone 10 should be moved. The controller 30 of the drone 10 moves the drone 10 so that its position based on the GPS signal matches the target position 85. Then, when the drone reaches the target position 85, the controller 30 rotates the drone so that the front of the drone faces the hub 42 based on the direction of the geomagnetic field detected by the geomagnetic sensor.

再び図5を参照して、次のステップS140において、ドローン10のコントローラ30は、前方用カメラ18を用いて、ハブ42に正対する位置からハブ42およびブレード41(図7での41A,41B,41C)を撮影する。コントローラ30は、撮影したブレード41の画像に基づいて、ブレード41の現時点の回転角度を判定する。ブレード41の回転が停止している場合には、ブレード41の現時点の回転角度は停止角度である。ブレード41が緩やかに回転している場合には、コントローラ30は、複数のブレード41の画像に基づいて、ブレード41の現時点の回転角度を判定する。 Returning to FIG. 5, in the next step S140, the controller 30 of the drone 10 uses the forward camera 18 to capture an image of the hub 42 and the blades 41 (41A, 41B, and 41C in FIG. 7) from a position directly facing the hub 42. The controller 30 determines the current rotation angle of the blade 41 based on the captured image of the blade 41. If the rotation of the blade 41 is stopped, the current rotation angle of the blade 41 is the stop angle. If the blade 41 is rotating slowly, the controller 30 determines the current rotation angle of the blade 41 based on multiple images of the blade 41.

図7は、図5のステップS140において、ブレードの現時点の回転角度の判定方法について説明するための図である。図7を参照して、コントローラ30は、まず、撮影した画像において鉛直方向(0°)を決定する。鉛直方向は、ハブ42に対するタワー44の方向から決定できる。次に、コントローラ30は、決定した鉛直方向から第1のブレード41Aまでの角度α(すなわち、第1のブレード41Aの現時点の回転角度)を決定する。第1のブレード41Aの現時点の回転角度αは最大で120°である。 Figure 7 is a diagram for explaining a method for determining the current rotation angle of the blade in step S140 of Figure 5. With reference to Figure 7, the controller 30 first determines the vertical direction (0°) in the captured image. The vertical direction can be determined from the direction of the tower 44 relative to the hub 42. Next, the controller 30 determines the angle α from the determined vertical direction to the first blade 41A (i.e., the current rotation angle of the first blade 41A). The current rotation angle α of the first blade 41A is a maximum of 120°.

再び図5を参照して、次のステップS150において、ドローン10のコントローラ30は、第1のブレード41Aの現時点の回転角度に基づいてブレードの点検開始位置を判定する。 Referring again to FIG. 5, in the next step S150, the controller 30 of the drone 10 determines the blade inspection start position based on the current rotation angle of the first blade 41A.

図8は、図5のステップS150において、ブレードの点検開始位置の判定方法を説明するための図である。図8(A)は、ブレード41およびナセル43を上方から見た図を示し、図8(B)は、ブレード41(41A,41B,41C)およびハブ42を正面から見た図を示す。 Figure 8 is a diagram for explaining a method for determining the inspection start position of the blades in step S150 of Figure 5. Figure 8 (A) shows a view of the blades 41 and the nacelle 43 from above, and Figure 8 (B) shows a view of the blades 41 (41A, 41B, 41C) and the hub 42 from the front.

図8(A)および図8(B)を参照して、ブレード41の回転面から一定距離の面内で、ブレード41の回転軸88の軸線から等距離の仮想円周線89が想定できる。ブレード41の回転面から仮想円周線89までの距離は、ドローン10がブレード41に衝突せずに、ブレード41の表面の詳細な状態が撮影可能な位置に設定される。仮想円周線89の半径は、ブレード41のハブ42に近接する側の端点が前方用カメラ18Aまたは直下用カメラ20Aの撮影範囲に入るように設定される。点検開始位置は、仮想円周線89上で、仮想円周線89の中心からブレード41の現時点の回転角度(停止角度)の方向に位置する図8のA点である。ブレード41が緩やかに回転している場合には、現時点の回転角度の方向よりも回転の下流側の位置に、点検開始位置であるA点が設定される。A点は、ステップS140においてハブ42およびブレード41を撮影した位置85から、一定距離および一定角度βだけ移動した点に相当する。なお、本実施形態の場合、図9に示すように最初の撮影開始位置は、ブレード41Aの第1の風受け面92を撮影するために、A点からブレード41Aの短手方向に移動したA1点である。 8(A) and 8(B), a virtual circumferential line 89 can be assumed to be equidistant from the axis of the rotation shaft 88 of the blade 41 within a plane at a certain distance from the rotation plane of the blade 41. The distance from the rotation plane of the blade 41 to the virtual circumferential line 89 is set to a position where the drone 10 can photograph the detailed state of the surface of the blade 41 without colliding with the blade 41. The radius of the virtual circumferential line 89 is set so that the end point of the blade 41 close to the hub 42 is within the shooting range of the forward camera 18A or the direct below camera 20A. The inspection start position is point A in FIG. 8, which is located on the virtual circumferential line 89 in the direction of the current rotation angle (stop angle) of the blade 41 from the center of the virtual circumferential line 89. When the blade 41 is rotating slowly, point A, which is the inspection start position, is set at a position downstream of the rotation from the direction of the current rotation angle. Point A corresponds to a point moved a certain distance and a certain angle β from position 85 where the hub 42 and blade 41 were photographed in step S140. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the initial photographing start position is point A1, which is moved from point A in the short direction of blade 41A in order to photograph the first wind receiving surface 92 of blade 41A.

再び図5を参照して、次のステップS160において、ドローン10のコントローラ30は、モータ駆動回路15を制御することにより、ステップS150で判定した点検開始位置に自機を移動させる。そして、コントローラ30は、前方用カメラ18Aまたは直下用カメラ20Aによって点検対象のブレード41Aを画像の中心に捉えるように、自機の位置および向きを調整する。 Referring again to FIG. 5, in the next step S160, the controller 30 of the drone 10 controls the motor drive circuit 15 to move the drone 10 to the inspection start position determined in step S150. The controller 30 then adjusts the position and orientation of the drone 10 so that the blade 41A to be inspected is captured in the center of the image by the forward camera 18A or the directly below camera 20A.

その次のステップS170において、ドローン10のコントローラ30は、モータ駆動回路15を制御することにより、点検対象のブレード41Aの点検開始位置からブレード41Aの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラ18Aまたは20Aで点検用画像を撮影する。ブレード41が回転可能な状態であり、実際に緩やかに回転している場合には、コントローラ30は、LiDARセンサ24を利用して自機と点検対象のブレード41Aとの間の距離をブレード41の回転に応じて一定に保ちつつ、ブレード41Aの長手方向に沿って自機を移動させながら、カメラ18で点検用画像を撮影する。これによって、ブレード41の回転に応じて、点検用画像の撮影を継続できる。 In the next step S170, the controller 30 of the drone 10 controls the motor drive circuit 15 to move the drone 10 from the inspection start position of the blade 41A to be inspected along the longitudinal direction of the blade 41A, while capturing inspection images with the camera 18A or 20A. If the blade 41 is in a rotatable state and is actually rotating slowly, the controller 30 uses the LiDAR sensor 24 to keep the distance between the drone 10 and the blade 41A to be inspected constant in accordance with the rotation of the blade 41, while moving the drone 10 along the longitudinal direction of the blade 41A, and captures inspection images with the camera 18. This allows inspection images to be continuously captured in accordance with the rotation of the blade 41.

その次のステップS180において、ドローン10のコントローラ30は、撮影するブレード41Aの面を変更して上記のステップS160およびS170を繰り返す。本実施形態では、図9(B)に示すブレード41Aの断面図において、ブレード41Aの第1の風受け面92、第1の風受け面92と反対の第2の風受け面93、およびブレード41Aの前縁90の撮影が行われる。さらに、ブレード41Aの後縁91付近の画像を撮影してもよい。 In the next step S180, the controller 30 of the drone 10 changes the surface of the blade 41A to be photographed and repeats steps S160 and S170. In this embodiment, in the cross-sectional view of the blade 41A shown in FIG. 9(B), images are taken of the first wind receiving surface 92 of the blade 41A, the second wind receiving surface 93 opposite the first wind receiving surface 92, and the leading edge 90 of the blade 41A. In addition, an image may be taken near the trailing edge 91 of the blade 41A.

次に点検すべきブレードがある場合には(ステップS190でYES)、ドローン10のコントローラ30は、当該ブレードに対して上記のステップS160~S180を繰り返す。 If there is another blade to be inspected (YES in step S190), the controller 30 of the drone 10 repeats steps S160 to S180 for that blade.

図9は、図5のステップS160~S180において、ブレードを点検する経路を説明するための図である。図9(A)は、ブレード41(41A,41B,41C)、ハブ42、およびタワー44を正面から見た図を示し、図9(B)は、ブレード41Aの断面図を示す。 Figure 9 is a diagram for explaining the path for inspecting the blades in steps S160 to S180 of Figure 5. Figure 9(A) shows a front view of the blades 41 (41A, 41B, 41C), hub 42, and tower 44, and Figure 9(B) shows a cross-sectional view of blade 41A.

図9を参照して、最初に、第1のブレード41Aの第1の風受け面92を撮影する。このため、ドローン10のコントローラ30は、図8を参照して説明したA点から、ブレード41Aの短手方向に位置するA1点に自機を移動させる(経路a1)。その後、コントローラ30は、ブレード41Aの長手方向に沿ってA1点からA2点まで(経路a2)自機を移動させながらカメラ18Aまたは20Aでブレード41Aを撮影する。 Referring to FIG. 9, first, the first wind surface 92 of the first blade 41A is photographed. To this end, the controller 30 of the drone 10 moves the drone from point A described with reference to FIG. 8 to point A1 located in the short direction of the blade 41A (path a1). After that, the controller 30 photographs the blade 41A with the camera 18A or 20A while moving the drone from point A1 to point A2 (path a2) along the long direction of the blade 41A.

次に、ブレード41の第2の風受け面93を撮影するために、コントローラ30は、A2点からブレード41Aの短手方向に位置するA3点に自機を移動させる(経路a3)。その後、コントローラ30は、ブレード41Aの長手方向に沿ってA3点からA4点まで(経路a4)自機を移動させながらカメラ18Aまたは20Aでブレード41Aを撮影する。 Next, to photograph the second wind surface 93 of the blade 41, the controller 30 moves the aircraft from point A2 to point A3 located in the short direction of the blade 41A (path a3). After that, the controller 30 photographs the blade 41A with the camera 18A or 20A while moving the aircraft from point A3 to point A4 (path a4) along the longitudinal direction of the blade 41A.

その次に、ブレード41Aの前縁90を撮影するために、コントローラ30は、A4点からブレード41Aの短手方向に位置するA点に自機を移動させる(経路a5)。なお、ブレード41が回転可能な状態の場合には、A点は元のA点と一致しない場合がある。その後、コントローラ30は、ブレード41Aの長手方向に沿ってA点からA5点まで(経路a6)自機を移動させながらカメラ18Aまたは20Aでブレード41Aを撮影する。コントローラ30は、撮影終了後にA5点からA点まで(経路a7)自機を移動させる。 Next, in order to photograph the leading edge 90 of the blade 41A, the controller 30 moves the aircraft from point A4 to point A located in the short direction of the blade 41A (path a5). Note that if the blade 41 is in a rotatable state, point A may not coincide with the original point A. The controller 30 then photographs the blade 41A with the camera 18A or 20A while moving the aircraft from point A to point A5 (path a6) along the longitudinal direction of the blade 41A. After photographing is completed, the controller 30 moves the aircraft from point A5 to point A (path a7).

その次に、第2のブレード41Bを撮影するために、コントローラ30は、A点に対してブレード41の回転方向に120°離間したB点に自機を移動させる。コントローラ30は、第1のブレード41Aの場合と同様の経路で、第2のブレード41Bをカメラ18Aまたは20Aで撮影する。 Next, to photograph the second blade 41B, the controller 30 moves the aircraft to point B, which is 120° away from point A in the rotation direction of the blade 41. The controller 30 photographs the second blade 41B with the camera 18A or 20A along the same path as in the case of the first blade 41A.

その次に、第3のブレード41Cを撮影するために、コントローラ30は、B点に対してブレード41の回転方向に120°離間したC点に自機を移動させる。コントローラ30は、第1のブレード41Aの場合と同様の経路で、第3のブレード41Cをカメラ18Aまたは20Aで撮影する。 Next, to photograph the third blade 41C, the controller 30 moves the aircraft to point C, which is 120° away from point B in the rotational direction of the blade 41. The controller 30 photographs the third blade 41C with the camera 18A or 20A along the same path as in the case of the first blade 41A.

再び図5を参照して、点検対象の風車40の全てのブレード41の撮影を完了後に(ステップS190でNO)、ドローン10のコントローラ30は、GPS信号に基づいて、自機を風車40から陸上の拠点施設まで移動させて着陸させる(ステップS200)。点検員は、撮影した点検用画像を記録媒体38から端末装置70の記憶装置76に取り込む。なお、この点検用画像の取り込みは、ドローン10と端末装置70との間の通信回線を利用して、端末装置70が自動的に行うようにしてもよい。 Referring again to FIG. 5, after completing the photographing of all blades 41 of the wind turbine 40 to be inspected (NO in step S190), the controller 30 of the drone 10 moves the drone from the wind turbine 40 to a base facility on land based on the GPS signal and lands it (step S200). The inspector imports the captured inspection images from the recording medium 38 into the storage device 76 of the terminal device 70. Note that the importing of the inspection images may be performed automatically by the terminal device 70 using a communication line between the drone 10 and the terminal device 70.

次のステップ210において、端末装置70のCPU71は、プログラムに従って動作することにより、撮影した点検用画像に基づいて点検対象の風車40のブレード41の損傷箇所を自動判定する。ブレード41の損傷箇所の自動判定には、機械学習の手法を用いることができる。以上によって、緊急停止した風車40の点検が終了する。 In the next step 210, the CPU 71 of the terminal device 70 operates according to a program to automatically determine the location of damage to the blades 41 of the wind turbine 40 being inspected based on the captured inspection image. Machine learning techniques can be used to automatically determine the location of damage to the blades 41. This completes the inspection of the wind turbine 40 that has been brought to an emergency stop.

上記のステップS120,S140において、カメラ18,20による画像情報に代えて、LiDARセンサ24からの情報を利用してもよい。 In steps S120 and S140 above, information from the LiDAR sensor 24 may be used instead of image information from the cameras 18 and 20.

[効果]
上記で説明した点検手順に従うことにより、自律飛行するドローン10を利用して、洋上など目視が困難なほど遠距離にある風力発電設備を点検可能になる。
[effect]
By following the inspection procedure described above, it becomes possible to use the autonomously flying drone 10 to inspect wind power generation equipment that is far away, such as offshore, where it is difficult to see with the naked eye.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of this application is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

10 ドローン(無人航空機)、11 本体部、13 プロペラモータ、14 プロペラ、15 モータ駆動回路、16 エンジン、17,54 発電機、18 前方用カメラ、20 直下用カメラ、19,21 ジンバル、24 LiDARセンサ、23 推進機構、30,60 コントローラ、32 慣性計測ユニット、33,61,78 送受信機、34 GPS受信機、40 風車、41 ブレード、41A 第1のブレード、42 ハブ、43 ナセル、44 タワー、70 端末装置、85 ハブに正対する位置、86 ナセルの回転軸、88 ブレードの回転軸、87,89 仮想円周線、90 前縁、91 後縁、92,93 風受け面。 10 drone (unmanned aerial vehicle), 11 main body, 13 propeller motor, 14 propeller, 15 motor drive circuit, 16 engine, 17, 54 generator, 18 forward camera, 20 downward camera, 19, 21 gimbal, 24 LiDAR sensor, 23 propulsion mechanism, 30, 60 controller, 32 inertial measurement unit, 33, 61, 78 transceiver, 34 GPS receiver, 40 wind turbine, 41 blade, 41A first blade, 42 hub, 43 nacelle, 44 tower, 70 terminal device, 85 position directly facing the hub, 86 nacelle rotation axis, 88 blade rotation axis, 87, 89 virtual circumference, 90 leading edge, 91 trailing edge, 92, 93 wind receiving surface.

Claims (5)

風力発電設備の点検方法であって、
無人航空機に搭載されたコントローラが、衛星測位信号に基づく前記無人航空機の位置と前記風力発電設備の風車の位置情報とに基づいて、記風車の上空まで自機を自律飛行させるステップと、
記コントローラが、前記無人航空機に搭載された地磁気センサからの情報と前記風車の上空からの前記無人航空機に搭載されたカメラの撮影画像とに基づいて、前記風車の上空において前記風車のナセルの現時点の方位を判定するステップと、
前記判定した前記ナセルの現時点の方位に基づいて、前記コントローラが前記風車のハブに正対する位置に自機を移動させるステップと、
前記コントローラが、前記ハブに正対する位置からの前記カメラの撮影画像に基づいて前記風車の第1ブレードの現時点の回転角度を判定し、前記風車のブレードが回転中の場合には、複数の撮影画像に基づいて前記第1ブレードの現時点の回転角度を判定するステップと、
前記判定した前記第1ブレードの現時点の回転角度に基づいて、前記コントローラが、前記第1ブレードの点検開始位置に自機を移動させ、前記風車のブレードが回転中の場合には、前記第1ブレードの前記現時点の回転角度の方向よりも回転の下流側の位置に前記点検開始位置を設定するステップと、
前記コントローラが、前記点検開始位置から前記第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、前記カメラによって前記第1ブレードの第1面の点検用画像を撮影し、前記風車のブレードが回転中の場合には、前記無人航空機に搭載された距離センサからの情報に基づいて、前記第1ブレードの回転に応じて自機と前記第1ブレードとの間の距離を一定に保ちながら、前記第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら点検用画像を撮影するステップと、
前記第1ブレードの他の面および他のブレードについて、点検用画像を撮影するステップと、
前記風車の各ブレードの前記点検用画像に基づいて、前記風車の各ブレードの損傷箇所を自動判定するステップとを備える、風力発電設備の点検方法。
A method for inspecting a wind power generation facility, comprising:
A controller mounted on the unmanned aerial vehicle autonomously flies the unmanned aerial vehicle to above the wind turbine based on a position of the unmanned aerial vehicle based on a satellite positioning signal and position information of the wind turbine of the wind power generation facility;
The controller determines a current orientation of a nacelle of the wind turbine above the wind turbine based on information from a geomagnetic sensor mounted on the unmanned aerial vehicle and an image captured by a camera mounted on the unmanned aerial vehicle from above the wind turbine;
a step of the controller moving the wind turbine to a position directly facing a hub of the wind turbine based on the determined current orientation of the nacelle;
The controller determines a current rotation angle of a first blade of the wind turbine based on an image captured by the camera from a position directly facing the hub , and, when the blade of the wind turbine is rotating, determines a current rotation angle of the first blade based on a plurality of captured images ;
the controller moves the controller to an inspection start position for the first blade based on the determined current rotation angle of the first blade, and when the blades of the wind turbine are rotating, sets the inspection start position to a position downstream of the direction of the current rotation angle of the first blade ;
the controller takes an inspection image of the first surface of the first blade with the camera while moving the unmanned aerial vehicle along the longitudinal direction of the first blade from the inspection start position , and, when the wind turbine blades are rotating, takes the inspection image while moving the unmanned aerial vehicle along the longitudinal direction of the first blade while keeping a constant distance between the unmanned aerial vehicle and the first blade in accordance with the rotation of the first blade based on information from a distance sensor mounted on the unmanned aerial vehicle;
taking inspection images of other surfaces of the first blade and other blades;
and automatically determining locations of damage to each of the wind turbine blades based on the inspection images of each of the wind turbine blades.
前記ハブに正対する位置は、前記風車のブレードの回転軸と同一高さかつ前記ナセルの回転軸の軸線から等距離の第1仮想円周線上にある、請求項1に記載の風力発電設備の点検方法。 2. The method for inspecting a wind power generation facility according to claim 1 , wherein the position directly facing the hub is on a first imaginary circumferential line that is at the same height as a rotation shaft of the blades of the wind turbine and equidistant from an axis of the rotation shaft of the nacelle. 前記点検開始位置は、前記風車のブレードの回転面から前記ハブの側に一定距離かつ前記ブレードの回転軸の軸線から等距離の第2仮想円周線上にある、請求項1または2に記載の風力発電設備の点検方法。 3. The method for inspecting wind power generation equipment according to claim 1 , wherein the inspection start position is on a second imaginary circumferential line that is a fixed distance from the rotation plane of the blades of the wind turbine toward the hub and is equidistant from an axis of the rotation shaft of the blades. 前記風車は、洋上に設けられている、請求項1~のいずれか1項に記載の風力発電設備の点検方法。 The method for inspecting wind power generation equipment according to any one of claims 1 to 3 , wherein the wind turbine is installed offshore. 無人航空機であって、
前記無人航空機を推進および空中停止させる推進機構と、
カメラと、
衛星測位信号の受信機と、
地磁気センサと、
距離センサと、
前記推進機構および前記カメラを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記衛星測位信号に基づく自機の位置と点検対象の風車の位置情報とに基づいて、前記風車の上空まで自機を自律飛行させ、
前記地磁気センサからの情報と前記風車の上空からの前記カメラの撮影画像とに基づいて、前記風車の上空において前記風車のナセルの現時点の方位を判定し、
前記判定した前記ナセルの現時点の方位に基づいて、前記風車のハブに正対する位置に自機を移動させ、
前記風車のハブに正対する位置からの前記カメラの撮影画像に基づいて前記風車の第1ブレードの現時点の回転角度を判定し、前記風車のブレードが回転中の場合には、複数の撮影画像に基づいて前記第1ブレードの現時点の回転角度を判定し、
前記判定した前記第1ブレードの現時点の回転角度に基づいて、前記第1ブレードの点検開始位置に自機を移動させ、前記風車のブレードが回転中の場合には、前記第1ブレードの前記現時点の回転角度の方向よりも回転の下流側の位置に前記点検開始位置を設定し、
前記点検開始位置から前記第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら、前記カメラによって前記第1ブレードの第1面の点検用画像を撮影し、前記風車のブレードが回転中の場合には、前記距離センサからの情報に基づいて、前記第1ブレードの回転に応じて自機と前記第1ブレードとの間の距離を一定に保ちながら、前記第1ブレードの長手方向に沿って自機を移動させながら点検用画像を撮影し、
前記第1ブレードの他の面および他のブレードについて、さらに点検用画像を撮影するように構成される、無人航空機。
An unmanned aerial vehicle,
a propulsion mechanism for propelling and hovering the unmanned aerial vehicle;
A camera and
A satellite positioning signal receiver;
A geomagnetic sensor;
A distance sensor;
a controller for controlling the propulsion mechanism and the camera;
The controller:
Based on the position of the aircraft based on the satellite positioning signal and position information of the wind turbine to be inspected, the aircraft autonomously flies to above the wind turbine;
determining a current orientation of a nacelle of the wind turbine above the wind turbine based on information from the geomagnetic sensor and an image captured by the camera above the wind turbine;
moving the aircraft to a position directly facing a hub of the wind turbine based on the determined current orientation of the nacelle;
determining a current rotation angle of a first blade of the wind turbine based on an image captured by the camera from a position directly facing a hub of the wind turbine , and, when the blade of the wind turbine is rotating, determining a current rotation angle of the first blade based on a plurality of captured images;
Based on the determined current rotation angle of the first blade, the wind turbine moves to an inspection start position of the first blade , and when the blades of the wind turbine are rotating, the inspection start position is set to a position downstream of the direction of the rotation of the first blade relative to the direction of the current rotation angle;
While moving the vehicle from the inspection start position along the longitudinal direction of the first blade, an inspection image of a first surface of the first blade is taken with the camera , and when the blades of the wind turbine are rotating, the vehicle is moved along the longitudinal direction of the first blade while maintaining a constant distance between the vehicle and the first blade in accordance with the rotation of the first blade based on information from the distance sensor, and the inspection image is taken;
The unmanned aerial vehicle is configured to take further inspection images of other surfaces of the first blade and other blades .
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