JP2019073999A - 飛翔体を用いた風力発電設備の検査システム及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＡＶを用いた風力発電設備の検査において、損傷部の位置を特定することができる風力発電設備の検査システムを提供する。【解決手段】風力発電設備の検査システムは、少なくとも１つの飛翔用プロペラを含むＵＡＶと、ＵＡＶに搭載され、風力発電設備の損傷部を撮像して第１画像を生成する第１撮像装置と、風力発電設備の所定位置に配置され、ＵＡＶ又は損傷部を撮像して第２画像を生成する第２撮像装置と、を備える。風力発電設備の検査方法は、このシステムを用いて、第２撮像装置の位置、第２撮像装置の撮像における光軸の傾斜角及び第２画像を取得して、若しくは、目視により、損傷部の位置を特定し、特定された損傷部の位置まで飛翔用プロペラを用いてＵＡＶを浮上させ、第１撮像装置を用いて損傷部を撮像する。【選択図】図５

Description

本開示は飛翔体を用いた風力発電設備の検査システム及び検査方法に関する。

従来、風力発電設備における風車翼の損傷検査の際には、停止させた状態の風車翼を、例えば、タワーやプラットフォーム上からカメラで撮影したり、ハブから垂下させたロープやゴンドラを介して作業員が目視や打音検査で確認したりする方法がとられている。

一方で、例えば、特許文献１には、検査対象構造物を検査するための検査手段を搭載した無人飛翔体（ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｉｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ：以下、単に飛翔体又はＵＡＶとも称する）、及び、該飛翔体を用いて検査対象構造物を検査する方法が開示されている。上記特許文献１には、飛翔体に搭載した検査手段としての打音装置により、トンネルや橋梁等の検査対象面を打撃して打音による壁面検査を行う方法や、打撃による飛行姿勢への影響を低減するべくバランスを調整する構成等が開示されている。

国際公開第２０１６／１３９９２８号公報

ところで、風力発電設備においては、損傷位置における検査対象構造物の構造を考慮して短期間に適切な補修を行うことにより、補修に要する期間やコストの低減を図ることが好ましい。このため、例えば風車翼全体中における損傷部の位置を検査段階で特定することができれば好適である。しかし、上記特許文献１には検査対象構造物全体中における損傷部の位置を特定する構成について何ら開示されておらず、風力発電設備の検査に用いるには大幅な改良が必要であるという問題があった。

上記問題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、ＵＡＶを用いた風力発電設備の検査において、損傷部の位置を特定することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の検査方法は、
少なくとも１つの飛翔用プロペラを含むＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と、
前記ＵＡＶに搭載され、風力発電設備の損傷部を撮像して第１画像を生成する第１撮像装置と、
前記風力発電設備の所定位置に配置され、前記ＵＡＶ又は前記損傷部を撮像して第２画像を生成する第２撮像装置と、を備えた風力発電設備の検査システムを用いて、
前記第２撮像装置の位置、前記第２撮像装置の撮像における光軸の傾斜角及び前記第２画像を取得して、若しくは、目視により、前記損傷部の位置を特定するステップと、
特定された前記損傷部の位置まで前記飛翔用プロペラを用いて前記ＵＡＶを浮上させるステップと、
前記第１撮像装置を用いて前記損傷部を撮像するステップと、
を備えている。

上記（１）の方法によれば、第２撮像装置の位置、撮像の際の第２撮像装置の光軸の傾斜角及び第２画像、若しくは、目視により、風力発電設備の損傷部の位置を特定することができる。また、特定した損傷部の位置に向けてＵＡＶを浮上させ、第１撮像装置を用いて損傷部を撮像することができる。よって第１撮像装置による第１画像及び／又は第２撮像装置による第２画像から、損傷部の位置を特定することができる。
なお、第２画像内にＵＡＶが撮像されている場合は、第２画像内のＵＡＶの寸法とＵＡＶの既知の寸法とから、第１撮像装置による撮像時におけるＵＡＶと第２撮像装置との間の距離がわかり、この距離と第２撮像装置の光軸の傾斜角とから、第１撮像装置による撮像時におけるＵＡＶの高さを求めることができる。
また、風車翼全体中における損傷部の位置の特定や損傷程度の把握に際して、例えば、高所の損傷部に作業員が直接接近して検査する必要がなく、検査に伴う危険性を大幅に低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記ＵＡＶは、当該ＵＡＶを前記風力発電設備の表面に押し付けるための少なくとも１つのスラスタ用プロペラをさらに含み、
前記スラスタ用プロペラを用いて前記風力発電設備に前記ＵＡＶを押し付けるステップをさらに備える。

上記（２）の方法によれば、スラスタ用プロペラを用いて風力発電設備にＵＡＶを押し付けることにより、第１撮像装置による撮像の際には第１撮像装置と損傷部との距離を一定に保つことができる。よって、第１画像の精度を向上させることができるから、風力発電設備の検査精度を向上させることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記ＵＡＶは、前記風力発電設備に当接する３点支持部と、前記３点支持部が前記風力発電設備の表面に当接する際の衝撃を吸収するための弾性部材と、をさらに含み、
前記３点支持部の各々を結ぶ領域の内側に推力を作用させて前記ＵＡＶを前記風力発電設備に押し付けるステップをさらに備えてもよい。

上記（３）の方法によれば、３点支持部と弾性部材とにより、より安定してＵＡＶを風力発電設備に押し付けて固定させることができる。また、ＵＡＶを風力発電設備に押し付けて固定する際に風力発電設備の表面やＵＡＶへのダメージを低減することができるほか、風力発電設備の表面にＵＡＶが固定されるまでの操作時間の短縮を図ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の方法において、
前記検査システムは、前記ＵＡＶに搭載された３Ｄレーザプロファイラをさらに備え、
前記３Ｄレーザプロファイラを用いて前記損傷部の傷の深さ又は変形の度合いを計測するステップをさらに備えていてもよい。

上記（４）の方法によれば、３Ｄレーザプロファイラを用いた計測により、損傷部の傷の深さや風力発電設備の変形の度合いを計測することができる。例えば、損傷部の傷口の３次元的な立体画像や、風力発電設備の形状に関する既知のデータと３Ｄレーザプロファイラによって取得したデータとを比較することで本来の形状からの変形の度合いを取得することにより、適切な補修を行うためのデータを得ることが可能となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載の方法において、
前記検査システムは、前記ＵＡＶに搭載された打音装置及び集音装置をさらに備え、
前記打音装置による前記風力発電設備への打音を前記集音装置で集音して前記風力発電設備の異常の有無を検出するステップをさらに備えていてもよい。

上記（５）の方法によれば、打音装置及び集音装置を用いて風力発電設備を検査することにより、目視では見逃す可能性のある損傷や、表面には表れない内部の損傷の有無を検出することができるから、風力発電設備の検査精度をさらに向上させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一つに記載の方法において、
前記ＵＡＶは、少なくとも２つのレーザポインタをさらに含み、
前記少なくとも２つのレーザポインタ間の距離を予め設定するステップと、
前記少なくとも２つのレーザポインタから前記風力発電設備の表面にレーザ光を照射するステップと、
前記レーザ光の光跡を含む前記風力発電設備の表面を前記第１撮像装置で撮影して前記第１画像を取得し、該第１画像中における前記光跡に基づき前記損傷部の寸法を計測するステップと、をさらに備えていてもよい。

上記（６）の方法によれば、予め設定された２つのレーザポインタ間の距離に基づき、第１画像に写った２つのレーザポインタ間の距離と比較することで、損傷部の寸法を計測することができる。よって、ＵＡＶを用いた風力発電設備の検査の精度を大幅に向上させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つに記載の方法において、
前記検査システムは、データ処理装置をさらに含み、
前記データ処理装置を用いて前記損傷部の寸法を計測するステップをさらに備えていてもよい。

上記（７）の方法によれば、データ処理装置を用いて損傷部の寸法を計測することができる。例えば、上記（１）で述べた方法による風力発電設備に対するＵＡＶの位置と第１画像中に占める損傷部の大きさから損傷部の実際の寸法を計測することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（７）の何れか一つに記載の方法において、
前記第１画像と前記３Ｄレーザプロファイラの画像とを重ね合わせるステップをさらに備えていてもよい。

上記（８）の方法によれば、第１画像と３Ｄレーザプロファイラの画像とを重ね合わせることにより、損傷部の立体的なイメージをより詳細に把握することができる。これにより、該損傷部への適切な補修を行うためのより正確な情報を得ることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）に記載の方法において、
前記データ処理装置により、前記第２撮像装置の位置を基準にした風車翼の位置座標に基づき前記第２撮像装置のデフォルメ画像を３Ｄ画像として取り込み、前記風車翼の３Ｄ設計データと合成して２Ｄ図面に加工するステップをさらに備えていてもよい。

上記（９）の方法によれば、第２撮像装置の位置を基準にした風車翼の位置座標に基づいて第２撮像装置のデフォルメ画像を３Ｄ画像として取り込み、風車翼の３Ｄ設計データと合成した２Ｄ図面を得ることができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の方法において、
前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備えていてもよい。

上記（１０）の方法によれば、第２撮像装置の位置から見た風車翼のデフォルメ画像（第２画像）に基づき、風車翼の３Ｄ設計データと関連付けられた２Ｄ図面上に、損傷部の位置を反映させることができる。これにより、第１撮像装置及び／又は第２撮像装置から求めた損傷部の位置が、風車翼全体中においてどの辺りに位置するかを図面上で視覚的に容易に認識することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）に記載の方法において、
前記レーザポインタを用いて得られた前記風車翼の表面の画像に基づき前記２Ｄ図面上に前記損傷部の寸法を反映させるステップをさらに備えていてもよい。

上記（１１）の方法によれば、２つのレーザポインタ間の既知の距離と、第１画像に写ったレーザ光の間隔とを参照して求めた損傷部の寸法を、２Ｄ図面上に反映させることができる。これにより、損傷部の寸法を２Ｄ図面上で視覚的に容易に把握することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１１）の何れか一つに記載の方法において、
前記ＵＡＶの高度を計測し、該高度と前記データ処理装置に予め記録された風車翼データとを用いて前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備えていてもよい。

上記（１２）の方法によれば、計測して得られたＵＡＶの高度と前記データ処理装置に予め記録された風車翼データとを用いることにより、損傷部の正確な位置を２Ｄ図面上に反映させることができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載の方法において、
前記ＵＡＶは、該ＵＡＶの高度を計測するためのレーザ計測器をさらに含んでもよい。

上記（１３）の方法によれば、レーザ計測器によりＵＡＶの高度を計測することで、上記（１２）で述べた効果を得ることができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）に記載の方法において、
前記風車翼データは前記風車翼のアジマス角又はピッチ角を含み、
前記風車翼データと前記ＵＡＶの前記高度とに基づき前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備えていてもよい。

上記（１４）の方法によれば、風車翼データに風車翼のアジマス角又はピッチ角が含まれることにより、任意の風車翼の配置において取得された第２画像を３Ｄ画像で取り込んで２Ｄ図面に加工することができる。つまり、任意の風車翼の配置において撮像された損傷部の位置を、図面上に反映させることができる。

（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の検査システムは、
上記（１）乃至（１４）の何れか一つに記載の風力発電設備の検査方法を実現するための構成を備える。

上記（１５）の構成によれば、上記（１）乃至（１４）の何れか一つに記載した作用・効果を奏する風力発電設備の検査システムを得ることができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、ＵＡＶを用いた風力発電設備の検査において、損傷部の位置を特定することができる。

一実施形態に係る風力発電設備の検査システムを示す概略図である。 一実施形態における飛翔体（ＵＡＶ）の構成を示す平面図である。 一実施形態における飛翔体（ＵＡＶ）の構成を示す背面図である。 一実施形態における飛翔体（ＵＡＶ）の構成を示す側面図である。 一実施形態に係る風力発電設備の検査方法を示すフローチャートである。 一実施形態における風力発電設備の検査方法を示す説明図であり、ロータ正面から見た図である。 一実施形態における風力発電設備の検査方法を示す説明図であり、ロータ側面から見た図である。 一実施形態における制御系の構成を示すブロック図である。 他の実施形態における翼損傷部の測定原理を示す説明図である。 他の実施形態における第２撮像装置で撮像した画像例を示す図である。 他の実施形態における飛翔体（ＵＡＶ）の構成を示す正面図である。 他の実施形態による翼損傷部の測定原理を示す説明図である。 他の実施形態における第１撮像装置で撮像した翼損傷部の画像を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る風力発電設備の検査システムを示す概略図である。図２〜４は、それぞれ一実施形態における飛翔体（ＵＡＶ）の構成を示す図であり、図２は平面図、図３は背面図、図４は側面図である。
図１〜図４に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の検査システム１は、少なくとも１つの飛翔用プロペラ１２を含むＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：無人飛翔体。以下、単に飛翔体又はドローンとも称することがある）１０と、ＵＡＶ１０に搭載され、風力発電設備（以下、単に風車２とも称する）の損傷部６０を撮像して第１画像２５を生成する第１撮像装置２４と、風車２の所定位置に配置され、ＵＡＶ１０又は損傷部６０を撮像して第２画像２７を生成する第２撮像装置２６と、を備えている。

図１に示すように、風車２は、少なくとも一本（例えば３本）の風車翼５を備える。風車翼５は、放射状にハブ４に取り付けられ、風車翼５及びハブ４により風車２のロータ３が構成される。風車翼５で風を受けると、ロータ３が回転し、ロータ３に連結された発電機（不図示）で電力が生成されるようになっている。
図１に示す実施形態において、ロータ３は、タワー７の上方に設けられたナセル６によって支持されている。また、タワー７は、水上又は陸上に設けられたプラットフォーム８（基礎構造又は浮体構造等の土台構造）に立設されている。
なお、以下の本開示による風力発電設備の検査システム１及び風力発電設備の検査方法が適用され得る風力発電設備としては、例えば、風車翼５が挙げられるが、これに限定されることなく、例えば、ナセル６やタワー７等の検査に用いることも可能である。

ＵＡＶ１０は、有線又は無線により、例えば、図８に示す操作部５６から受信した操作信号や、予め設定されたプログラム（例えば、図８に示す検査プログラム５４など）に基づき、無人で上昇、下降、前進、後退、旋回、停止（ホバリング）等の飛翔動作を行うことができるようになっている。本開示の例では、ＵＡＶ１０は、例えば、４枚の飛翔用プロペラ１２を備えている。各飛翔用プロペラ１２は、各々に対応して設けられた飛翔用プロペラ駆動モータ１３（図８参照）によって駆動される。飛翔用プロペラ１２の半径方向外側には該飛翔用プロペラ１２の周方向に亘って環状のガード部１６が配置されていてもよい。なお、ＵＡＶ１０を飛翔させるための技術については公知のものを適用し得るためここでは詳述しない。

第１撮像装置２４は、例えば、検査対象構造物としての風車翼５の検査面５Ａを、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサで撮像してデジタル画像に変換し、変換された画像データを有線又は無線によりコントローラ５０に送信する。この第１撮像装置２４は、ＵＡＶ１０のフレーム２８に固定されている。

第２撮像装置２６は、例えば、垂直下方（アジマス角１８０度）で停止した風車翼５の側方に所定距離だけ離れた位置に配置されている。図１に示す例では、フルフェザーの状態の風車翼５の検査面５Ａ（正圧面又は負圧面）側に向けて設置されている。この第２撮像装置２６は、迎角を変化させることで撮像方向（光軸）を上下に変更できるようになっている。第２撮像装置２６は、上記第１撮像装置２４と同様に、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等のイメージセンサであってもよく、撮像により取得したデジタル画像データを有線又は無線によってコントローラ５０に送信する。

そして、本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の検査方法は、図５に非限定的に例示するように、上記検査システム１を用いることにより、第２撮像装置２６の位置、第２撮像装置２６の撮像における光軸Ｂの傾斜角α３及び第２画像２７を取得して、若しくは、目視により、損傷部６０の位置を特定する工程（ステップＳ１０）と、特定された損傷部６０の位置まで飛翔用プロペラ１２を用いてＵＡＶ１０を浮上させる工程（ステップＳ１２）と、第１撮像装置２４を用いて損傷部６０を撮像する工程（ステップＳ２０）と、を備えている。
風車翼５の検査面５Ａに形成された損傷部６０の大きさが比較的大きく、肉眼で目視可能な場合、該損傷部６０に向け当該損傷部６０の位置までＵＡＶ１０を浮上させることができる。
一方、第２撮像装置２６によって損傷部６０の位置を特定する場合について図６及び図７に基づき説明する。図６は一実施形態における風力発電設備の検査方法を示す説明図であり、ロータ３の正面から見た図である。図７は一実施形態における風力発電設備の検査方法を示す説明図であり、ロータ３の側面から見た図である。
一実施形態に係る風力発電設備の検査方法は、検査対象とする風車翼５を垂直下方（アジマス角１８０度）にフルフェザーの状態で停止させる。この状態において、風車翼５の翼中心線Ａの延長線がプラットフォーム８と交わる点から、正面視にて側方に配置された第２撮像装置２６までの距離Ｌ１を予め定めた既知の値とすると、翼先端５Ｃの位置すなわち高さＨｔｏｐは、
Ｈｔｏｐ＝Ｌ１／ｃｏｓ（α１）・・・（１）
により算出される（図６参照）。
また、翼根５Ｂの取付位置すなわち高さＨｂｒは、
Ｈｂｒ＝Ｌ１／ｃｏｓ（α２）・・・（２）
により算出される（図６参照）。ここで、α１はアジマス角１８０°の翼先端を撮像する際の第２撮像装置２６の迎角であり、α２はアジマス角１８０°の翼根中央を撮像する際の第２撮像装置２６の迎角である。なお、第２撮像装置２６の迎角α１、α２、α３は、目視によって確認及び記録してもよいし、第２撮像装置２６の迎角を適時に読み取ったり取得する構成としてもよい。
次に、ＵＡＶ１０の高度すなわち高さＨｕａｖは、ＵＡＶ１０の幅方向の２点間における既知の距離Ｌ２と、飛行中のＵＡＶ１０における上記２点と第２撮像装置２６とのなす角度θとを用いて、
Ｈｕａｖ＝Ｌ２／θ（ｒａｄ）・・・（３）
により算出される。ただし、Ｈｕａｖは、ＨがＬ２に対して十分に大きいと仮定した場合の近似解である。上記ＵＡＶ１０の距離Ｌ２は、例えば、図３及び図７に示すように、ＵＡＶ１０の幅方向に沿って設けられたレール１８の両端に離隔して配置された２つのポジションランプ２０同士間の距離としてもよい。ポジションランプ２０には、例えばＬＥＤ等、遠方から視認可能な照明装置を用いてもよい。

上記の方法によれば、第２撮像装置２６の位置、撮像の際の第２撮像装置２６の光軸Ｂの傾斜角α３及び第２画像２７、若しくは、目視により、風車２の損傷部６０の位置を特定することができる。また、特定した損傷部６０の位置に向けてＵＡＶ１０を浮上させ、第１撮像装置２４を用いて損傷部６０を撮像することができる。よって第１撮像装置２４による第１画像２５及び／又は第２撮像装置２６による第２画像２７から、損傷部６０の位置を特定することができる。
なお、第２画像２７内にＵＡＶ１０が撮像されている場合は、第２画像２７内におけるＵＡＶ１０の寸法とＵＡＶ１０の既知の寸法とから、第１撮像装置２４による撮像時におけるＵＡＶ１０と第２撮像装置２６との間の距離Ｄ１がわかり、この距離Ｄ１と第２撮像装置２６の光軸Ｂの傾斜角α３とから、第１撮像装置２４による撮像時におけるＵＡＶ１０の高さＨを求めることができる。
また、風車翼５全体中における損傷部６０の位置の特定や損傷程度の把握に際して、例えば、高所の損傷部６０に作業員が直接接近して検査する必要がなく、検査に伴う危険性を大幅に低減することができる。

幾つかの実施形態において、ＵＡＶ１０は、当該ＵＡＶ１０を風車２の表面に押し付けるための少なくとも１つのスラスタ用プロペラ１４をさらに含んでいてもよい（図２〜図４参照）。スラスタ用プロペラ１４は、その回転軸が上記飛翔用プロペラ１２の回転軸と概ね直交するように配置されていてもよい。一実施形態ではスラスタ用プロペラ１４が１つの場合を例示しているが、このようなスラスタ用プロペラ１４を複数配置した構成としてもよい。スラスタ用プロペラ１４は、各々に対応して設けられたスラスタ用プロペラ駆動モータ１５により駆動される（図８参照）。スラスタ用プロペラ１４の半径方向外側には該スラスタ用プロペラ１４の周方向に亘って環状のガード部１６が配置されていてもよい。
そして、上記方法では、このスラスタ用プロペラ１４を用いて風車２にＵＡＶ１０を押し付ける工程（ステップＳ１４）をさらに備えていてもよい（図５参照）。
この方法によれば、スラスタ用プロペラ１４を用いて風車２にＵＡＶ１０を押し付けることにより、第１撮像装置２４による撮像の際には第１撮像装置２４と損傷部６０との距離Ｄ２を一定に保つことができる。よって、第１画像２５の精度を向上させることができるから、風車２の検査精度を向上させることができる。

幾つかの実施形態において、ＵＡＶ１０は、風車２に当接する３点支持部３０をさらに含んでいてもよい。また、ＵＡＶ１０は、該３点支持部３０が風車２の表面に当接する際の衝撃を吸収するための弾性部材３２をさらに含んでいてもよい。
幾つかの実施形態における３点支持部３０は、ＵＡＶ１０のうち、第１撮像装置２４による撮像方向側である正面側に各々配置された３つの凸部で構成され得る。この３点支持部３０は、ＵＡＶ１０を構成する他の要素よりも該ＵＡＶ１０の正面側に突出して設けられてもよい。幾つかの実施形態では、例えば図２〜図４に示すように、飛翔用プロペラ１２の直下に配置された上側の２つの凸部と、これら２つの凸部の間で下方に配置された凸部とで構成され得る。ただし、他の実施形態において、３点支持部３０は、例えば図１１に示すように、上側に１つ、下側に２つの凸部により構成されてもよい。
弾性部材３２は、例えば図４に示すように、各３点支持部３０の基端部や先端部にばねやゴム、樹脂等の弾性体を配置して構成してもよいし、３点支持部３０自体を弾性体で構成してもよい。
そして、上記ステップＳ１２の押し付ける工程では、３点支持部３０の各々を結ぶ領域の内側にスラスタ用プロペラ１４の推力を作用させてもよい（図３参照）。つまり、スラスタ用プロペラ１４は、その回転軸が、正面視又は背面視にて上記３点支持部３０を結ぶ領域の内側に配置されるように構成されてもよい。複数のスラスタ用プロペラ１４を設ける場合は、各スラスタ用プロペラ１４による推力の中心が上記３点支持部３０を結ぶ領域内となるように構成してもよい。
このように３点支持部３０の各々を結ぶ領域の内側にスラスタ用プロペラ１４の推力を作用させる方法によれば、３点支持部３０と弾性部材３２とにより、より安定的にＵＡＶ１０を風車２に押し付けて固定させることができる。また、ＵＡＶ１０を風車２に押し付けて固定する際に風車２の表面やＵＡＶ１０へのダメージを低減することができるほか、風車２の表面にＵＡＶ１０が固定されるまでの操作時間の短縮を図ることができる。

幾つかの実施形態において、検査システム１は、例えば図２〜３及び図８に示すように、ＵＡＶ１０に搭載された３Ｄレーザプロファイラ３４をさらに備えていてもよい。この３Ｄレーザプロファイラ３４は、例えば図２に示すように、平面視にてＵＡＶ１０の幅方向の中心を挟んで第１撮像装置２４と反対側に配置されていてもよく、上記第１撮像装置２４と同様にしてＵＡＶ１０の正面側に向けて配置され、風車翼５の検査面５Ａを走査可能に構成され得る。
そして、上記の何れかの方法において、３Ｄレーザプロファイラ３４を用いて損傷部６０の傷の深さ又は変形の度合いを計測する工程（ステップＳ３０）をさらに備えていてもよい（図５参照）。
この方法によれば、３Ｄレーザプロファイラ３４を用いた計測により、損傷部６０の傷の深さや風車２の変形の度合いを計測することができる。例えば、損傷部６０の傷口の３次元的な立体画像や、風車２の形状に関する既知のデータと３Ｄレーザプロファイラ３４によって取得したデータとを比較することで本来の形状からの変形の度合いを取得することにより、適切な補修を行うためのデータを得ることが可能となる。

幾つかの実施形態において、検査システム１は、例えば図３〜４及び図８に示すように、ＵＡＶ１０に搭載された打音装置３６及び集音装置３８をさらに備えていてもよい。
そして、上記検査方法は、例えば、図５に示すように、打音装置３６による風車２への打音を集音装置３８で集音することで風車２の異常の有無を検出する工程（ステップＳ４０）をさらに備えていてもよい。
この方法によれば、打音装置３６及び集音装置３８を用いて風車２を検査することにより、目視では見逃す可能性のある損傷や、表面には表れない内部の損傷の有無を検出することができるから、風車２の検査精度をさらに向上させることができる。
幾つかの実施形態では、打音装置３６と集音装置３８とを一体的に構成してもよい。これらの打音装置３６及び集音装置３８は、例えば、ＵＡＶ１０の幅方向に沿って配置された案内部としてのレール１８に沿って、スライド用モータ２２により任意に往復移動可能に構成されていてもよい。その際、レール１８は、飛翔用プロペラ１２又は３点支持部３０の設置幅よりも外側まで打音装置３６と集音装置３８とを案内し得るように構成されていてもよい。このようにすれば、ＵＡＶ１０を検査面５Ａに当接させつつ、検査面５Ａの端部（図７に示す例では、風車翼５の前縁又は後縁）まで確実に検査することができる。

幾つかの実施形態において、ＵＡＶ１０は、例えば図５及び図８に示すように、少なくとも２つのレーザポインタ４０をさらに含み、少なくとも２つのレーザポインタ４０間の距離を予め設定する工程（ステップＳ１６）と、少なくとも２つのレーザポインタ４０から風車２の表面にレーザ光を照射する工程（ステップＳ１８：図１２参照）と、レーザ光の光跡４１を含む風車２の表面を第１撮像装置２４で撮影して前記第１画像２５を取得し（図１３参照）、該第１画像２５中における前記光跡４１に基づき損傷部６０の寸法を計測する工程（ステップＳ２２）と、をさらに備えていてもよい。
この方法によれば、予め設定された２つのレーザポインタ４０間の距離Ｄ３に基づき、第１画像２５に写った２つのレーザポインタ４０間の距離Ｄ３と比較することで、損傷部６０の実際の寸法を計測することができる。よって、ＵＡＶ１０を用いた風車２の検査の精度を大幅に向上させることができる。

幾つかの実施形態において、検査システム１は、データ処理装置４４をさらに含み、該データ処理装置４４を用いて損傷部６０の寸法を計測する工程（ステップＳ５０）をさらに備えていてもよい（図５参照）。データ処理装置４４は、例えば、図８に例示するコントローラ５０であってもよい。このコントローラ５０は、ＵＡＶ１０に搭載されていてもよいし、操作部５６と一体に構成されていてもよいし、ＵＡＶ１０又は操作部５６とは別体に配置されていてもよい。
このように検査システム１がデータ処理装置４４を含む方法によれば、データ処理装置４４を用いて損傷部６０の寸法を計測することができる。例えば、風車２に対するＵＡＶ１０の位置と第１画像２５中に占める損傷部６０の大きさとから損傷部６０の実際の寸法を計測することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、第１画像２５と３Ｄレーザプロファイラ３４の画像３５とを重ね合わせる工程（ステップＳ６０）をさらに備えていてもよい。
この方法によれば、第１画像２５と３Ｄレーザプロファイラ３４の画像３５とを重ね合わせることにより、損傷部６０の立体的なイメージをより詳細に把握することができる。これにより、損傷部６０への適切な補修を行うためのより正確な情報を得ることができる。

幾つかの実施形態では、データ処理装置４４により、第２撮像装置２６の位置を基準にした風車翼５の位置座標に基づき第２撮像装置２６のデフォルメ画像２７Ａを３Ｄ画像として取り込み、風車翼５の３Ｄ設計データ４８と合成して２Ｄ図面７０に加工する工程（ステップＳ７０）をさらに備えていてもよい（図５参照）。
この方法によれば、第２撮像装置２６の位置を基準にした風車翼５の位置座標に基づいて第２撮像装置２６のデフォルメ画像２７Ａを３Ｄ画像として取り込み、風車翼５の３Ｄ設計データ４８（図８参照）と合成した２Ｄ図面７０を得ることができる。
より詳細には、上記式（１）、（２）から、第２撮像装置２６の位置を基準として翼先端５Ｃ及び翼根５Ｂ（翼根中心）等が定まり、風車翼５の各位置を座標で求めることができる。
図９は他の実施形態における翼損傷部の測定原理を示す説明図である。図１０は他の実施形態における第２撮像装置で撮像した画像（第２画像２７）の一例（デフォルメ画像２７Ａ）を示す図である。
図９に示すように、風車翼５の側面視にて、翼中心線Ａ及び翼先端５Ｃからそれぞれ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）の距離にある３つの損傷部６０が存在するとする。そして、実際の距離をｘ３＜ｘ１とする。このとき、第２撮像装置２６で撮像した第２画像２７は、例えば、図１０に示すように、近く（手前側）に見える翼先端５Ｃが大きく、遠方となる翼根５Ｂ側が小さくデフォルメされて撮像される。このような場合、第２画像２７（デフォルメ画像２７Ａ）内ではｘ３＞ｘ１として表示される。
そこで、上記の幾つかの実施形態では、デフォルメ画像２７Ａを３Ｄ画像として取り込み、風車翼５の３Ｄデータ（３Ｄ設計データ４８）と合成しながら、各方向からの２Ｄ図面に加工するようにしたものである。

幾つかの実施形態では、２Ｄ図面７０上に損傷部６０の位置を反映させる工程（ステップＳ７２）をさらに備えていてもよい。
この方法によれば、第２撮像装置２６の位置から見た風車翼５のデフォルメ画像２７Ａ（第２画像２７）に基づき、風車翼５の３Ｄ設計データ４８と関連付けられた２Ｄ図面７０上に、損傷部６０の位置を反映させることができる。これにより、第１撮像装置２４及び／又は第２撮像装置２６から求めた損傷部６０の位置が、風車翼５全体中においてどの辺りに位置するかを図面上で視覚的に容易に認識することができる。

幾つかの実施形態では、レーザポインタ４０を用いて得られた風車翼５の表面の画像に基づき２Ｄ図面７０上に損傷部６０の寸法を反映させる工程（ステップＳ７４）をさらに備えていてもよい。
この方法によれば、２つのレーザポインタ４０間の既知の距離Ｄ３により、第１画像２５に写ったレーザ光の光跡４１の間隔を参照して求めた損傷部６０の寸法を、２Ｄ図面７０上に反映させることができる。これにより、損傷部６０の寸法を２Ｄ図面７０上で視覚的に容易に把握することができる。

幾つかの実施形態では、上記何れかの方法において、ＵＡＶ１０の高さＨｕａｖ（高度）を計測し、該高さＨｕａｖとデータ処理装置４４に予め記録された風車翼データ４６とを用いて２Ｄ図面７０上に損傷部６０の位置を反映させてもよい。
この方法によれば、計測して得られたＵＡＶ１０の高さＨｕａｖとデータ処理装置４４に予め記録された風車翼データ４６とを用いることにより、損傷部６０の正確な位置を２Ｄ図面７０上に反映させることができる。
例えば、上記（３）式で求めたＵＡＶ１０の高さＨｕａｖに基づき、第２撮像装置２６からの水平距離Ｌｕａｖは、
Ｌｕａｖ＝Ｈｕａｖ×ｔａｎ（α３）・・・（４）
で求めることができる。そして、このようにして求めたＵＡＶ１０の座標に基づき、第１撮像装置２４による第１画像２５から求めた第１撮像装置２４と損傷部６０との相対的な位置関係とにより、２Ｄ図面７０上に損傷部６０の正確な位置を反映させてもよい。

幾つかの実施形態において、ＵＡＶ１０は、該ＵＡＶ１０の高度Ｈｕａｖを計測するためのレーザ計測器４２をさらに含んでもよい（図８参照）。レーザ計測器４２は、例えば、ＵＡＶ１０から下方のプラットフォーム８に向けてレーザ光を照射することでＵＡＶ１０の高度Ｈｕａｖを測定してもよい。そして、レーザ計測器４２を用いて計測したＵＡＶ１０の高度Ｈｕａｖを用いて、上記２Ｄ図面７０上に損傷部６０の位置を反映させてもよい。
この方法によれば、レーザ計測器４２でＵＡＶ１０の高度Ｈｕａｖを計測することにより、上述した効果を簡易な方法で取得することができる。

幾つかの実施形態では、上記の方法において、風車翼データ４６は風車翼５のアジマス角又はピッチ角を含み、風車翼データ４６とＵＡＶ１０の高度Ｈｕａｖとに基づき、２Ｄ図面７０上に損傷部６０の位置を反映させてもよい。
この方法によれば、風車翼データ４６に風車翼５のアジマス角又はピッチ角が含まれることにより、任意の風車翼５の配置において取得された第２画像２７を３Ｄ画像で取り込んで２Ｄ図面７０に加工することができる。つまり、任意の風車翼５の配置において撮像された損傷部６０の位置を、２Ｄ図面上に反映させることができるものである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電設備の検査システム１は、上記何れかに記載の風車２の検査方法を実現するための構成を備える。この構成によれば、上述した作用・効果を奏する風力発電設備の検査システム１を得ることができる。

以上述べた構成によれば、ＵＡＶを用いた風力発電設備の検査において、損傷部の位置を特定することができる風力発電設備の検査システム及び風力発電設備の検査方法を提供することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ 風力発電設備の検査システム
２ 風車（風力発電設備）
３ ロータ
４ ハブ
５ 風車翼
５Ａ 検査面
５Ｂ 翼根
５Ｃ 翼先端（基準点）
６ ナセル
７ タワー
８ プラットフォーム
１０ 飛翔体（ＵＡＶ／ドローン）
１２ 飛翔用プロペラ
１３ 飛翔用プロペラ駆動モータ
１４ スラスタ用プロペラ
１５ スラスタ用プロペラ駆動モータ
１６ ガード部
１８ レール（案内部）
２０ ポジションランプ
２２ スライド用モータ（駆動部）
２４ 第１カメラ（第１撮像装置）
２５ 第１画像
２６ 第２カメラ（第２撮像装置）
２７ 第２画像
２７Ａ デフォルメ画像
２８ フレーム
３０ ３点支持部
３２ 弾性部材
３４ ３Ｄレーザプロファイラ
３５ 画像
３６ 打音装置
３８ 集音装置
４０ レーザポインタ
４１ 光跡
４２ レーザ計測器
４４ データ処理装置
４６ 風車翼データ
４８ ３Ｄ設計データ
５０ コントローラ
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＡＭ
５３ ＲＯＭ
５４ 検査プログラム
５６ 操作部
５７ 入力部
５８ 表示部
６０ 損傷部
７０ ２Ｄ図面
α１ アジマス角１８０°の翼先端を撮像する際の第２撮像装置の迎角
α２ アジマス角１８０°の翼根中央を撮像する際の第２撮像装置の迎角
α３ ＵＡＶを撮像する第２撮像装置の迎角
Ａ 翼中心線
Ｈ 飛翔体の飛行高さ
Ｄ１ ＵＡＶ−第２撮像装置間距離
Ｄ２ 損傷部−第１撮像装置間距離
Ｄ３ レーザポインタ間距離
Ｌ１ 翼中心線−第２撮像装置間距離
Ｌ２ ポジションランプ間距離

Claims (15)

1. 少なくとも１つの飛翔用プロペラを含むＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と、
   前記ＵＡＶに搭載され、風力発電設備の損傷部を撮像して第１画像を生成する第１撮像装置と、
   前記風力発電設備の所定位置に配置され、前記ＵＡＶ又は前記損傷部を撮像して第２画像を生成する第２撮像装置と、を備えた風力発電設備の検査システムを用いて、
   前記第２撮像装置の位置、前記第２撮像装置の撮像における光軸の傾斜角及び前記第２画像を取得して、若しくは、目視により、前記損傷部の位置を特定するステップと、
   特定された前記損傷部の位置まで前記飛翔用プロペラを用いて前記ＵＡＶを浮上させるステップと、
   前記第１撮像装置を用いて前記損傷部を撮像するステップと、
   を備えた風力発電設備の検査方法。
2. 前記ＵＡＶは、当該ＵＡＶを前記風力発電設備の表面に押し付けるための少なくとも１つのスラスタ用プロペラをさらに含み、
   前記スラスタ用プロペラを用いて前記風力発電設備に前記ＵＡＶを押し付けるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備の検査方法。
3. 前記ＵＡＶは、前記風力発電設備に当接する３点支持部と、前記３点支持部が前記風力発電設備の表面に当接する際の衝撃を吸収するための弾性部材と、をさらに含み、
   前記３点支持部の各々を結ぶ領域の内側に推力を作用させて前記ＵＡＶを前記風力発電設備に押し付けるステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電設備の検査方法。
4. 前記検査システムは、前記ＵＡＶに搭載された３Ｄレーザプロファイラをさらに備え、
   前記３Ｄレーザプロファイラを用いて前記損傷部の傷の深さ又は変形の度合いを計測するステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
5. 前記検査システムは、前記ＵＡＶに搭載された打音装置及び集音装置をさらに備え、
   前記打音装置による前記風力発電設備への打音を前記集音装置で集音して前記風力発電設備の異常の有無を検出するステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
6. 前記ＵＡＶは、少なくとも２つのレーザポインタをさらに含み、
   前記少なくとも２つのレーザポインタ間の距離を予め設定するステップと、
   前記少なくとも２つのレーザポインタから前記風力発電設備の表面にレーザ光を照射するステップと、
   前記レーザ光の光跡を含む前記風力発電設備の表面を前記第１撮像装置で撮影して前記第１画像を取得し、該第１画像中における前記光跡に基づき前記損傷部の寸法を計測するステップと、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
7. 前記検査システムは、データ処理装置をさらに含み、
   前記データ処理装置を用いて前記損傷部の寸法を計測するステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
8. 前記第１画像と前記３Ｄレーザプロファイラの画像とを重ね合わせるステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
9. 前記データ処理装置により、前記第２撮像装置の位置を基準にした風車翼の位置座標に基づき前記第２撮像装置のデフォルメ画像を３Ｄ画像として取り込み、前記風車翼の３Ｄ設計データと合成して２Ｄ図面に加工するステップをさらに備える
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の風力発電設備の検査方法。
10. 前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の風力発電設備の検査方法。
11. 前記レーザポインタを用いて得られた前記風車翼の表面の画像に基づき前記２Ｄ図面上に前記損傷部の寸法を反映させるステップをさらに備える
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の風力発電設備の検査方法。
12. 前記ＵＡＶの高度を計測し、該高度と前記データ処理装置に予め記録された風車翼データとを用いて前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法。
13. 前記ＵＡＶは、該ＵＡＶの高度を計測するためのレーザ計測器をさらに含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電設備の検査方法。
14. 前記風車翼データは、前記風車翼のアジマス角又はピッチ角を含み、
    前記風車翼データと前記ＵＡＶの前記高度とに基づき前記２Ｄ図面上に前記損傷部の位置を反映させるステップをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の風力発電設備の検査方法。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の風力発電設備の検査方法を実現するための構成を備えた風力発電設備の検査システム。

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