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特開2023-154688検査装置および検査方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023154688

(43)【公開日】2023-10-20

(54)【発明の名称】検査装置および検査方法

(51)【国際特許分類】

G01N 21/88 20060101AFI20231013BHJP

G01N 21/84 20060101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

G01N21/84 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022064194

(22)【出願日】2022-04-08

(71)【出願人】

【識別番号】000005902

【氏名又は名称】株式会社三井Ｅ＆Ｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤正夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木達也

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA88

2G051AB02

2G051AC15

2G051CA04

2G051CC20

(57)【要約】

【課題】検査精度の低下を抑制しつつ検査時間を短縮できる検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】検査対象物の表面６ａとともに周辺風景を撮影するカメラ２と、カメラ２から画像データを取得する処理機構とを予め備えていて、カメラ２が表面６ａを含む検査領域画像を撮影するとともに周辺風景を含む補助領域画像を撮影する撮影工程と、処理機構がカメラ２から取得される画像データの補助領域画像に基づきカメラ２の位置を推定する推定工程とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物の表面の状態を検査する検査装置において、
前記検査対象物の前記表面とともに周辺風景を撮影するカメラと、前記カメラから画像データを取得して前記周辺風景に基づき前記カメラの位置を推定する処理機構とを備えていて、
前記カメラが、前記表面を含む検査領域画像と、前記周辺風景を含む補助領域画像とを取得する構成を有することを特徴とする検査装置。

【請求項2】

前記カメラが、前記検査領域画像を取得する検査用レンズと、前記補助領域画像を取得する補助レンズとを設置される一台のカメラで構成される請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記補助レンズが光軸方向に沿って形成される貫通孔を有していて、前記検査用レンズが前記貫通孔に配置される請求項２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記検査用レンズと前記補助レンズとが、前記検査用レンズの光軸方向に沿って並べて配置される請求項２に記載の検査装置。

【請求項5】

前記カメラとして、前記検査領域画像を取得する検査用カメラと、前記補助領域画像を取得する補助カメラとを有する請求項１に記載の検査装置。

【請求項6】

前記処理機構が、前記表面を複数の範囲に区分する地図情報を予め有してて、複数の前記範囲のうち前記カメラが配置されている前記範囲を前記周辺風景に基づき推定する構成を有する請求項１～５のいずれかに記載の検査装置。

【請求項7】

検査対象物の表面の状態を検査する検査方法において、
前記検査対象物の前記表面とともに周辺風景を撮影するカメラと、前記カメラから画像データを取得する処理機構とを予め備えていて、
前記カメラが前記表面を含む検査領域画像を撮影するとともに前記周辺風景を含む補助領域画像を撮影する撮影工程と、前記処理機構が前記カメラから取得される前記画像データの前記補助領域画像に基づき前記カメラの位置を推定する推定工程とを備えることを特徴とする検査方法。

【請求項8】

前記検査領域画像と前記補助領域画像とが同時に撮影される請求項７に記載の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、航空機等の検査対象物の表面を検査する検査装置および検査方法に関するものであり、詳しくは検査精度の低下を抑制しつつ検査時間を短縮できる検査装置および検査方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

航空機の外装の検査を行う検査装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には地上から伸びるアームを利用してカメラの三次元座標を取得して、距離センサによりカメラの傾きを検出することで、カメラで取得される画像の位置を把握していた。

【0003】

検査装置が大型であり移動に時間がかかるため、検査に多くの時間がかかる不具合があった。複数台の検査装置を導入して検査時間を短縮しようとしても、検査装置どうしが干渉するため実現が困難であった。そもそも検査装置が比較的高価であるため、検査装置を複数台導入することが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】日本国特開２０１９－２１９３７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は検査精度の低下を抑制しつつ検査時間を短縮できる検査装置および検査方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための検査装置は、検査対象物の表面の状態を検査する検査装置において、前記検査対象物の前記表面とともに周辺風景を撮影するカメラと、前記カメラから画像データを取得して前記周辺風景に基づき前記カメラの位置を推定する処理機構とを備えていて、前記カメラが、前記表面を含む検査領域画像と、前記周辺風景を含む補助領域画像とを取得する構成を有することを特徴とする。

【0007】

上記の目的を達成するための検査方法は、検査対象物の表面の状態を検査する検査方法において、前記検査対象物の前記表面とともに周辺風景を撮影するカメラと、前記カメラから画像データを取得する処理機構とを予め備えていて、前記カメラが前記表面を含む検査領域画像を撮影するとともに前記周辺風景を含む補助領域画像を撮影する撮影工程と、前記処理機構が前記カメラから取得される前記画像データの前記補助領域画像に基づき前記カメラの位置を推定する推定工程とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、検査対象物の表面の傷等を含む検査領域画像を取得できるため、表面の状態の検査精度を向上するには有利である。周辺風景を含む補助領域画像を取得できるため、補助領域画像からカメラの位置を推定する際の精度を向上するには有利である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】検査装置の概略を例示する説明図である。

【図2】レンズの断面を例示する説明図である。

【図3】図２のＡ－Ａ矢視を例示する説明図である。

【図4】図２のレンズの変形例を例示する説明図である。

【図5】航空機を平面視で例示する説明図である。

【図6】図１の検査装置で検査を行っている状態を例示する説明図である。

【図7】検査装置で取得される画像データを例示する説明図である。

【図8】検査装置の変形例を例示する説明図である。

【図9】図８の検査装置で取得される画像データを例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、検査装置および検査方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではカメラの光軸方向を矢印ｚ、この光軸方向ｚに直交する第一方向を矢印ｘ、光軸方向ｚおよび第一方向ｘに直交する第二方向を矢印ｙで示している。

【0011】

図１に例示するように検査装置１は、カメラ２と、このカメラ２から画像データを取得する処理機構３と、カメラ２に固定される脚構造体４とを備えている。カメラ２は、レンズ５を有している。図では説明のためレンズ５の表面の一部を破線で示している。

【0012】

カメラ２は例えば水平方向の３６０°を撮影可能とする半天球カメラで構成される。カメラ２は水平方向および上下方向の３６０°を撮影可能とする全天球カメラで構成されてもよい。カメラ２の構成はこれに限定されない。検査対象物である航空機の本体や翼の表面の傷等と、周辺風景とを撮影できる構成を有していればよい。カメラ２は、例えば魚眼レンズを有するカメラで構成されてもよく、複数のカメラを組み合わせた構成を有していてもよい。本明細書において周辺風景とは、航空機の翼や窓やエンジンなどをいう。つまり周辺風景とは検査対象物の表面の周囲に存在する他の構造等をいう。周辺風景には、航空機の色彩や模様が含まれていてもよい。

【0013】

カメラ２は、検査対象物の表面を含む検査領域画像と、周辺風景を含む補助領域画像とを取得する構成を有している。検査領域画像は、検査対象物の表面の傷等を少なくとも含んでいればよく、周辺風景の一部が含まれていてもよい。補助領域画像は、周辺風景の少なくとも一部を含んでいればよく、検査対象物の表面が含まれていてもよい。検査領域画像は、例えば検査対象物の表面の傷等にピントが合った画像となる。補助領域画像は、例えば周辺風景にピントが合った画像となる。

【0014】

処理機構３は、カメラ２と有線または無線で接続されていて、カメラ２から画像データを取得する構成を有している。処理機構３は、取得した画像データの周辺風景からカメラ２の位置を推定する構成を有している。この実施形態では処理機構３は、カメラ２に組み込まれている。図１では説明のため処理機構３を破線で示している。処理機構３は、カメラ２の外部に配置される構成であってもよい。

【0015】

図１に例示する実施形態では脚構造体４は、一端をカメラ２に固定される四本の脚部４ａと、この脚部４ａの他端に連結される接触部４ｂとを有している。この接触部４ｂが検査対象物の表面と接触する。接触部４ｂは、一対の棒状体で構成されていて、一対の棒状体は互いに平行となる位置関係を有している。棒状体は第二方向ｙに沿って延設されていて、第二方向ｙにおいて対向する一対の脚部４ａの上端どうしを連結する構成を有している。

【0016】

脚構造体４は上記の構成に限定されない。一方をカメラ２に固定されて他方を検査対象物の表面と少なくとも三点で接触可能とする構成を有していればよい。脚構造体４は、検査装置１の必須の構成要件ではない。

【0017】

図２に例示するようにカメラ２が、検査対象物の表面を含む検査領域画像を取得する検査用レンズ５ａと、周辺風景を含む補助領域画像を取得する補助レンズ５ｂとを有していてもよい。検査領域画像は、例えばカメラ２から比較的近い位置にピントを合わせた画像で構成できる。補助領域画像は、例えばカメラ２から比較的遠い位置にピントを合わせた画像で構成できる。この場合、補助レンズ５ｂのピントは少なくとも検査用レンズ５ａのピントよりも遠方に合う状態となっている。検査用レンズ５ａと補助レンズ５ｂとは一台のカメラ２に配置される。検査用レンズ５ａは例えば標準レンズや接写に使用されるマクロレンズで構成される。補助レンズ５ｂは例えば広角レンズや魚眼レンズで構成される。

【0018】

検査領域画像は、例えば焦点距離の比較的長いレンズを通して撮影される画像で構成されてもよい。補助領域画像は、例えば焦点距離の比較的短いレンズを通して撮影される画像で構成されてもよい。この場合、検査用レンズ５ａは補助レンズ５ｂよりも焦点距離の長いレンズで構成される。

【0019】

カメラ２が検査用レンズ５ａおよび補助レンズ５ｂを有しているため、検査領域画像および補助領域画像のそれぞれにおいて独立して撮影条件を調整することが可能となる。撮影条件とは、例えばピントを合わせる位置や、レンズ５の焦点距離をいう。検査領域画像および補助領域画像のそれぞれにおいて、ピントが合う距離や画角の大きさを最適化することが可能となる。

【0020】

この実施形態では検査用レンズ５ａは一枚のレンズで構成されている。検査用レンズ５ａの構成はこれに限らず、複数のレンズを組み合わせて構成されてもよい。この実施形態では補助レンズ５ｂは複数のレンズで構成されている。補助レンズ５ｂの構成はこれに限らず、一枚のレンズで構成されてもよい。

【0021】

図２および図３に例示するようにこの実施形態では、補助レンズ５ｂの光軸方向に沿って貫通孔５ｃが形成されている。貫通孔５ｃは例えばレンズ５の外側から内側に向かって直径が収縮する円錐台形に形成されている。検査用レンズ５ａは貫通孔５ｃに配置されている。図２では説明のためレンズ５（検査用レンズ５ａおよび補助レンズ５ｂ）の光軸Ｐを一点鎖線で示している。図３に例示するように平面視においてレンズ５の中心部に検査用レンズ５ａおよび貫通孔５ｃが配置される状態となる。これに限らず平面視においてレンズ５の中心部以外の位置に貫通孔５ｃが形成されて検査用レンズ５ａが配置される構成であってもよい。

【0022】

検査用レンズ５ａを通過する光は、貫通孔５ｃを通過するため補助レンズ５ｂの影響を受けない。歪みの少ない検査領域画像を得るには有利である。また補助レンズ５ｂに検査用レンズ５ａを組み込むことができるため、レンズ５を小さく構成しやすくなる。検査装置１の小型化には有利である。

【0023】

図４に例示するように検査用レンズ５ａと補助レンズ５ｂとが、検査用レンズ５ａの光軸Ｐの方向に沿って並べて配置される構成であってもよい。この実施形態では補助レンズ５ｂに貫通孔５ｃを形成しないため、レンズ５の製造を比較的容易に行える。レンズ５の製造コストを抑制するには有利である。

【0024】

次に検査装置１を使用した検査方法について説明する。図５に例示するように検査対象物６が航空機の翼である場合を例に説明する。検査対象物６は航空機に限らない。検査対象物６は、風車のブレードや、ロケットや、船舶なども含む。また検査対象物６は、航空機等の外装に限らず内装も対象となる。検査対象物６は例えば工場内の配管等も含む。図５に例示するように検査対象物６の表面に傷７が形成されている場合、この傷７の近傍に検査装置１が設置される。

【0025】

図６に例示するようにまず検査対象物６である航空機の翼の表面６ａに、検査装置１が設置される（以下、設置工程ということがある）。この検査装置１は図１に例示する実施形態の脚構造体４を有している。設置工程では、例えば表面６ａに形成された傷７に対向する位置に検査装置１が設置される。その際に脚構造体４の少なくとも三点を表面６ａに接触させる状態で検査装置１は設置される。脚構造体４は、検査装置１が表面６ａに押し当てられても変形しない程度の強度を有している。

【0026】

一対の棒状体で構成される接触部４ｂの少なくとも三点を表面６ａに接触させようとすると、表面６ａの湾曲方向である第一方向ｘに対して、一対の棒状体がこれと直交する第二方向ｙに延在する状態となる。このとき接触部４ｂは第二方向ｙに延在する線で表面６ａに接触する状態となる。つまり接触部４ｂは三点以上で表面６ａに接触する状態となる。

【0027】

脚構造体４を三点以上で表面６ａに接触させることで、脚構造体４の面が決定される。そのため湾曲する表面６ａに対するカメラ２の姿勢（向きおよび傾き）と、表面６ａからカメラ２のレンズ５までの距離が一義的に決まる。本明細書においてカメラ２の姿勢とは、表面６ａに対するカメラ２の向きおよび傾きをいう。例えば図６に例示する傷７を撮影する際には、何回撮影を行ったとしても傷７に対するカメラ２の姿勢と距離がほぼ一定となる。

【0028】

脚構造体４は予め決定される仮想的な面を介して表面６ａに接触する構成を有していればよい。脚構造体４は例えばカメラ２から突設される三本以上の棒状体で構成されてもよい。棒状体の他端側がすべて表面６ａに接触する状態であれば、カメラ２の姿勢は一義的に決まる。

【0029】

検査装置１を表面６ａに押し当てた状態で、カメラ２が撮影を行う（以下、撮影工程ということがある）。カメラ２は、傷７を有する表面６ａとともに周辺風景を撮影する。カメラ２の撮影により得られる画像データの一例を図７に例示する。画像データは、中心部に位置する検査領域画像８と、この検査領域画像８の周辺部に位置する補助領域画像９とを有している。検査領域画像８には表面６ａに形成された傷７が写る。補助領域画像９には周辺風景が写る。周辺風景として、航空機における本体と翼との境界となる部分や、翼に設置されているエンジンが写る。

【0030】

検査領域画像８は、傷７にピントが合う状態にできる。そのため傷７の状態や深さなどを検査領域画像８から精度良く把握することが可能となる。検査領域画像８には比較的な小さな傷７や腐食等も鮮明な画像として表示される。表面６ａの状態の検査精度を向上するには有利である。補助領域画像９は、周辺風景にピントが合う状態にできる。また補助領域画像９は画角の比較的広い画像にできる。補助領域画像９から周辺風景の状況を精度良く把握することが可能となる。この実施形態では検査領域画像８と補助領域画像９とは、一つの画像データとして同時に取得される。

【0031】

図７に例示する画像データを取得した処理機構３は、補助領域画像９の周辺風景に基づきカメラ２の位置を推定する（以下、推定工程ということがある）。航空機の翼や窓との相対位置から画像データを取得した際のカメラ２の位置を推定できる。航空機の３Ｄキャドデータなどの図面データを予め処理機構３に記憶させておき、この図面データを利用して周辺風景からカメラ２の位置を推定してもよい。また検査対象物６の表面６ａを複数の場所で予め撮影して、カメラ２と周辺風景との位置関係を基礎情報として処理機構３に記憶させる構成としてもよい。この基礎情報に基づき、新たに取得された画像データにおけるカメラ２の位置を処理機構３が推定する構成にできる。図７では説明のため検査対象物６以外の部分は灰色に着色している。

【0032】

補助領域画像９では周辺風景にピントが合う状態となるため、航空機のエンジンや、翼の表面の継ぎ目や色彩等を鮮明な周辺風景として得ることができる。処理機構３はこの周辺風景に基づき、カメラ２の位置を精度良く推定することができる。

【0033】

検査対象である傷７等を含む表面６ａとともに周辺風景をカメラ２は撮影するので、周辺風景から傷７等を含む表面６ａの位置を処理機構３で推定することができる。検査装置１は画像データの位置情報を得ることができる。位置情報を含む画像データを蓄積することで、航空機等の検査対象物６のメンテナンス等を効率よく行うことができる。

【0034】

脚構造体４を表面６ａに接触させて画像を取得するため、カメラ２と表面６ａとの距離が一定となる状態で画像が取得される。所定の範囲の表面６ａを撮影したときには、ほぼ同一の周辺風景が画像データに含まれることになる。画像データの位置情報の精度を向上するには有利である。

【0035】

画像データの位置情報を高い精度で取得できるため、地上から伸びるアーム等が不要となる。作業者が検査装置１を携帯して検査を行うことが可能となる。検査時間を短縮するには有利である。検査装置１を携帯できるので、風力発電用の風車のブレードや、ロケットなどの高所での検査も可能となる。検査装置１の小型化が可能となるため、複数の検査装置１を利用して同時に検査を行うことができる。検査時間を大幅な短縮が可能となる。

【0036】

処理機構３が、検査対象物６の表面６ａを複数の範囲に区分した地図情報を予め有していてもよい。航空機等の形状を表す図面データ等を利用して地図情報は作成できる。このとき処理機構３は、複数の範囲のうちカメラ２が配置されている範囲を周辺風景に基づき推定する構成を有する。同一となる範囲にカメラ２が配置されていれば、カメラ２の設置位置が若干異なる場合であっても、同一の範囲で得られた画像データとして処理機構３は処理できる。画像データに含まれる傷７等が、新たに発生したものか、過去の検査において既に発見された傷７と同一のものかを判別しやすくなる。

【0037】

図８に例示するようにカメラ２として、検査領域画像８を取得する検査用カメラ２ａと、補助領域画像９を取得する補助カメラ２ｂとを検査装置１が備える構成としてもよい。つまり検査装置１は複数台のカメラ２ａ、２ｂを有している。補助カメラ２ｂの数は一台に限らず、複数台で構成されてもよい。また検査用カメラ２ａの光軸Ｐの方向に対して、補助カメラ２ｂの光軸Ｐｂの方向が傾いている構成を有していてもよい。この場合、補助カメラ２ｂは検査用カメラ２ａとは異なる方向を撮影するため、周辺風景を撮影しやすくなる。検査用カメラ２ａの光軸Ｐと補助カメラ２ｂの光軸Ｐｂとが平行であってもよい。図８では説明のため検査用カメラ２ａの光軸Ｐおよび補助カメラ２ｂの光軸Ｐｂを一点鎖線で示している。

【0038】

この実施形態の検査装置１は脚構造体４を備えていない。検査装置１が脚構造体４を備えていてもよい。検査用カメラ２ａは例えば標準レンズやマクロレンズを有している。補助カメラ２ｂは例えば広角レンズや魚眼レンズを有している。

【0039】

図８に例示するカメラ２により得られる画像データの一例を図９に例示する。検査領域画像８と補助領域画像９とは独立した画像データとしてそれぞれ取得される。検査領域画像８と補助領域画像９とは同時に撮影されてもよく、同時ではない状態で撮影されてもよい。ただしカメラ２の位置や姿勢は固定される状態で、検査領域画像８と補助領域画像９とは取得される必要がある。

【0040】

検査領域画像８と補助領域画像９とを取得するために、それぞれ適したカメラ２ａ、２ｂを組み合わせて使用することができるため、より適切な画像データを取得しやすくなる。一方で図２または３に例示する実施形態のように一台のカメラ２に検査用レンズ５ａと補助レンズ５ｂとが設置される構成の方が、検査装置１を小型化するには有利である。

【符号の説明】

【0041】