(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-08
(45)【発行日】2024-11-18
(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 20060101AFI20241111BHJP
【ＦＩ】
G01N21/88 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022063984
(22)【出願日】2022-04-07
(65)【公開番号】P2023154571
(43)【公開日】2023-10-20
【審査請求日】2024-01-15
(73)【特許権者】
【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
【審査官】小野寺 麻美子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１９４０６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０８２１８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０３３５０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１８５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１８７１１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７３９９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２２５１９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９９３３４００（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】中国実用新案第２１５１７３８５５（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
Ｇ０１Ｂ １１／００ － Ｇ０１Ｂ １１／３０
(57)【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、一方を前記カメラに固定されて他方を前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される脚構造体とを備えていて、
前記脚構造体が、一端を前記カメラに固定される脚部と、この脚部の他端に連結されるとともに前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される接触部とを有し、
前記接触部が枠体で構成されていて、前記枠体は前記検査対象物の前記表面と接触可能に構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項2】
前記脚構造体の少なくとも一部が光を透過する透明な部材で構成される請求項１に記載の検査装置。
【請求項3】
形態の異なる複数の前記脚構造体が予め準備されていて、前記カメラに固定される前記脚構造体を切替可能とする構成を備える請求項１に記載の検査装置。
【請求項4】
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いて、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に記載の検査装置。
【請求項5】
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、前記カメラに固定される脚構造体とを予め備えていて、
前記脚構造体が、一端を前記カメラに固定される脚部と、この脚部の他端に連結されるとともに前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される接触部とを有し、前記接触部が枠体で構成されていて、前記枠体は前記検査対象物の前記表面と接触可能に構成されていて、
前記検査対象物の前記表面に対して前記脚構造体の少なくとも三点を接触させることで前記カメラの位置および姿勢を決定する設置工程と、前記カメラが撮影を行う撮影工程と、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周辺風景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6】
形態の異なる複数の前記脚構造体が予め準備されていて、前記カメラに固定される前記脚構造体が前記表面の形状に応じて切り替えられる切替工程を備える請求項５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】
【文献】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、一方を前記カメラに固定されて他方を前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される脚構造体とを備えていて、前記脚構造体が、一端を前記カメラに固定される脚部と、この脚部の他端に連結されるとともに前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される接触部とを有し、前記接触部が枠体で構成されていて、前記枠体は前記検査対象物の前記表面と接触可能に構成され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、前記カメラに固定される脚構造体とを予め備えていて、前記脚構造体が、一端を前記カメラに固定される脚部と、この脚部の他端に連結されるとともに前記検査対象物の前記表面と少なくとも三点で接触可能に構成される接触部とを有し、前記接触部が枠体で構成されていて、前記枠体は前記検査対象物の前記表面と接触可能に構成されていて、前記検査対象物の前記表面に対して前記脚構造体の少なくとも三点を接触させることで前記カメラの位置および姿勢を決定する設置工程と、前記カメラが撮影を行う撮影工程と、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周辺風景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、脚構造体を検査対象物の表面に接触させてカメラで撮影できるので、表面に対するカメラの距離および姿勢が一定となる状態で画像データを取得できる。表面とともに撮影される周辺風景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】
【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。この実施形態ではカメラ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良い。カメラ２は、例えば広角レンズや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。この場合は例えば一台のカメラで検査対象物の表面を撮影して他のカメラで周辺風景を撮影する構成にできる。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】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。図２に例示するように脚構造体４は、一端をカメラ２に固定される二本の脚部４ａと、この脚部４ａの他端に連結される接触部４ｂとで構成されてもよい。接触部４ｂは互いに平行となる一対の棒状体で構成されている。接触部４ｂの第二方向ｙにおける略中央部に脚部４ａが連結されている。
【0016】
この実施形態では処理機構３は、カメラ２とは別体で構成されていてカメラ２の外部に配置されている。カメラ２と処理機構３とは有線または無線で接続される。
【0017】
図３に例示するように接触部４ｂが枠体で構成されてもよい。この実施形態では脚構造体４は一本の脚部４ａと、三角形状の枠体で構成される接触部４ｂとを有している。この三角形状の枠体はカメラ２に向かって凸となる状態で湾曲している。この接触部４ｂは、検査対象物の表面の湾曲に沿って、表面に接触しやすい形状としている。検査対象物の表面が平板状の場合は、枠体が湾曲しない構成としてもよい。枠体の形状は三角形状に限定されない。枠体は例えば四角形や五角形などの多角形で構成されてもよく、円形に形成されてもよい。
【0018】
図４に例示するように脚構造体４が円筒形状の透明な部材で構成されてもよい。この実施形態の脚構造体４は、例えばアクリル樹脂など、光を透過する無色透明な材料で構成されている。脚構造体４は有色透明な材料で構成されてもよい。カメラ２のレンズ５は、脚構造体４の内側に配置される状態となる。脚構造体４の上端は、検査対象物の表面の形状に合わせて平面状または湾曲状に形成される。脚構造体４は全体が光を透過する透明な部材で構成されている。カメラ２による撮影を脚構造体４が妨げることを防止できる。円筒形状の脚構造体４の一部が透明な部材で構成されてもよい。
【0019】
図１～３に例示する実施形態の脚構造体４においても、少なくとも一部を透明部材としてもよい。脚構造体４により周辺風景が遮蔽されることを抑制するには有利である。また脚構造体４の全体が透明部材で構成されてもよい。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。画像データの中心部に傷７が写る。図７では説明のため検査の対象となる表面６ａの範囲を一点鎖線で示している。一点鎖線の外側の領域が周辺風景となる。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。
【0026】
図７に例示する画像データを取得した処理機構３は、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。
【0027】
図８に例示するようにカメラ２により撮影される周辺風景の範囲が狭い状態となっても、航空機のエンジンや、翼の表面の継ぎ目や色彩等は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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
形態の異なる複数の脚構造体４が予め準備されていて、カメラ２に固定される脚構造体４を切替可能とする構成を検査装置１が備えていてもよい。例えば図１～４に例示する形態の異なる複数の脚構造体４を検査装置１が予め備える構成にできる。また例えば図３に例示する接触部４ｂの湾曲部分の曲率が異なる複数の脚構造体４を検査装置１が備えていてもよい。
【0032】
航空機の本体と翼など、表面６ａの曲率が異なる部分を検査対象物６が有している場合がある。この検査対象物６の表面６ａの形状に応じて、脚構造体４を適切なものに切り替えてもよい（以下、切替工程ということがある）。切替工程により検査装置１を適切な状態で検査対象物６の表面６ａに押し付けて撮影することができる。推定工程において周辺風景から画像データの位置を推定する際の精度を向上するには有利である。
【0033】
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。
【符号の説明】
【0034】
１ 検査装置
２ カメラ
３ 処理機構
４ 脚構造体
４ａ 脚部
４ｂ 接触部
５ レンズ
６ 検査対象物
６ａ 表面
７ 傷
ｘ 第一方向
ｙ 第二方向
ｚ 光軸方向
２ カメラ
３ 処理機構
４ 脚構造体
４ａ 脚部
４ｂ 接触部
５ レンズ
６ 検査対象物
６ａ 表面
７ 傷
ｘ 第一方向
ｙ 第二方向
ｚ 光軸方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】