JP7321436B2 - アルミニウムの腐食診断装置および同装置を備える電線診断システム - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウムの腐食診断方法および装置に関し、例えば、電線の現況を測定可能とする自走式電線診断装置に関する。

従来、アルミニウム製品の腐食の検出は容易ではなく、例えば、鋼心にアルミ素線をより合わせた鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）やアルミ覆鋼線の腐食の検出が課題となっている。電線は、経年劣化による腐食の問題が懸念されており、電線腐食速度マップの作成などにより、電線の劣化推定が行われている。電線腐食速度マップにより劣化速度の高い個所を推定することが可能となったが、実際の劣化状況を確認するためには、電線のサンプリングが必要であるところ、非破壊で容易に電線劣化診断する技術が望まれている。

特許文献１には、送電を停止させることなく電線を活線のまま点検する自走式電線点検装置が開示されている。この自走式電線点検装置は、駆動輪により電線上を自走しながらセンサで電線を画像撮影し、画像データを保存するものである。

また、特許文献２には、電線が撮影された対象画像に対して、電線の実際の輪郭線を構成するエッジ画素を検出する処理と、電線が健全である場合の理想輪郭線を求める処理と、理想輪郭線から電線横断方向に予め定めた距離を超えて離れたエッジ画素が電線長手方向に予め定めた数だけ連続した場合に、電線に異常が生じている可能性があると判断する処理とを行なう画像処理による電線異常検出方法が開示されている。

また、特許文献３には、アルミニウム基材の孔内に配置された導電電極をアルミニウム基材に短絡させ、無抵抗電流計により導電電極とアルミニウム基材の孔内露出部との間の腐食電流を検出するアルミニウムの腐食センサが開示されている。

特開２００６－２５４５６７号公報 特開２００５－５７９５６号公報 特開平１１－２３７３５８号公報

アルミニウム製品の腐食を非接触型センサで行うことが求められているが、通常のカメラで撮影した画像に画像処理を行っても判別することが難しかった。
例えば、鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）やアルミ覆鋼線では、アルミが銀ないし白色であるのに対し、電線の腐食が進行した場合に生じる生成物（以下、「腐食生成物」という）も白色であることから、画像診断では検出が難しいという課題があった。

そこで、本発明は、アルミニウム製品における腐食生成物を含む異常部分を容易に検知することを可能とするアルミニウムの腐食診断方法および装置を提供することを目的とする。

アルミニウム製品の画像を用いて異常部分を検出するためには、画像に異常部分が映し出されていることが必要である。しかしながら、通常の動画カメラで撮像した場合、異常部分が識別可能な程度に映し出されておらず、検出することが困難な場合があった。発明者は、異常部分を目立せることができれば、高精度に自動検出することが可能になると考え、本発明を創作した。

［１］アルミニウム製品に３２０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の紫外光を照射する紫外光照射装置と、３９０～４９０ｎｍの波長域の蛍光を含む可視光画像を撮像する撮像装置と、記憶装置および通信装置を備え、前記撮像装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記紫外光を照射した状態で前記撮像装置により撮像した撮像画像を取得し、当該撮像画像における前記蛍光に基づいて前記アルミニウム製品の表面の状態を診断し、外部または内蔵の表示装置に表示させることを特徴とするアルミニウムの腐食診断装置。
［２］前記撮像装置に、青色光に透過波長中心を有するバンドパスフィルタが装着されていることを特徴とする［１］に記載のアルミニウムの腐食診断装置。
［３］前記制御部が、前記紫外光を照射した状態で前記撮像装置により撮像した第１の撮像画像と、第１の撮像画像と同じ箇所に前記紫外光を照射しない状態で前記撮像装置により撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像との差分画像に基づいてアルミニウム製品の表面の異常部分を前記表示装置に強調表示させることを特徴とする［１］または［２］に記載のアルミニウムの腐食診断装置。

［４］前記アルミニウム製品が電線であり、さらに、電線に装着可能な車輪を備える走行部を備え、前記制御部が、走行時に前記紫外光を断続的に照射しながら電線の画像を前記撮像装置により連続的に撮像し、前記紫外光が照射された電線の撮像画像を前記通信装置を介して外部に送信可能であることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載のアルミニウムの腐食診断装置。
［５］さらに、前記撮像装置と対向するように設けられたミラーを備え、前記撮像装置が直接撮像した電線の撮像画像および前記撮像装置がミラーを介して撮像した電線の撮像画像を前記通信装置を介して外部に送信可能であることを特徴とする［４］に記載のアルミニウムの腐食診断装置。
［６］［１］ないし［５］のいずれかに記載のアルミニウムの腐食診断装置と、前記アルミニウムの腐食診断装置から通信網を介して電線の撮像画像を受信するサーバ装置と、を備え、前記サーバ装置が、受信した電線の撮像画像に基づいて電線の異常部分を検出する機能を備えることを特徴とする電線診断システム。
［７］［３］に記載のアルミニウムの腐食診断装置と、前記アルミニウムの腐食診断装置から通信網を介して電線の撮像画像を受信するサーバ装置と、を備え、前記サーバ装置が、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像との差分画像に基づいて電線の異常部分を検出する機能を備えることを特徴とする電線診断システム。

本発明によれば、腐食生成物を含む電線の異常部分を容易に検知することが可能となる。

第一実施形態例に係る電線診断装置の側面図である。 第一実施形態例に係る撮像系の構成図（正面図）である。 異常部分を有する電線の撮像画像であって、（ａ）は可視光画像、（ｂ）は蛍光画像である。 実際の使用により生じた腐食生成部を有する電線の撮像画像であって、（ａ）は露光時間１０秒、（ｂ）は露光時間２０秒、（ｃ）は露光時間４０秒、（ｄ）は露光時間６０秒で撮像した画像である。 異常部分を有する電線に係る励起波長と蛍光波長の関係を示したグラフである。 診断プログラムによる強調表示機能を説明する図である。 第二実施形態例に係るアルミニウム腐食診断装置の正面図である。 第二実施形態例に係るアルミニウム腐食診断装置の使用態様を説明する側面図である。

本発明は、アルミニウム製品の腐食診断方法および装置に関し、代表的な適用例としては、電線の現況を測定可能とする自走式電線診断装置が挙げられるが、これに限定されるものではなく、露出するアルミニウム面を有したあらゆるアルミニウム製品の腐食診断に適用することができる。本発明にいう電線には、発電所および変電所間などにおいて電力を伝送するよう構成された送電線（架空送電線）、変電所（変圧器）から各家庭等へ配電するよう構成された配電線、落雷による直撃から電力線を保護する架空地線、鉄塔や電柱等を支える支線が含まれる。本発明の検知手法は、特に鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）やアルミ覆鋼線（アルモウェルド線およびアルミ被鋼線）または鉄塔のジャンパ装置において顕著な効果を奏する。
以下では、本発明の詳細を実施形態例により説明する。

［第一実施形態例］
第一実施形態例に係る電線診断装置１は、活線状態の電線Ｗに着脱される自走式送装置であり、図１に示すように、一対の車輪２ａ，２ｂと、本体部３と、撮像装置４と、紫外光照射装置５ａ，５ｂと、一対のミラー６ａ，６ｂと、車輪駆動源７と、制御部８と、電源装置９とを備えている。

一対の車輪２ａ，２ｂは、導電性材料（例えば導電性の粉が混入した樹脂）により構成されており、ビーム３１を介して本体部３に連結されている。車輪２ａ，２ｂには、電線Ｗがはまり込む深さのＶ字溝が設けられており、このＶ字溝を介して電線診断装置１は電線Ｗに懸垂支持される。電線Ｗは、鋼心にアルミ素線をより合わせて作成された鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）である。
車輪２ｂはモータ等により構成された車輪駆動源７と連結されており、車輪駆動源７により車輪２ｂを回動すると、チェーン２１を介して車輪２ａも回動され、これにより電線診断装置１は、電線Ｗ上を前進および後退動作することが可能である。なお、チェーン２１は必須の構成ではなく、設けなくともよい。車輪駆動源７には、図示しないロータリエンコーダが設けられており、後述する制御部８によって回転数を計測し、走行距離や走行速度を算出可能となっている。

車輪２ａ，２ｂの間に設けられた本体部３は、その内部に撮像装置４ａ，４ｂと、紫外光照射装置５ａ，５ｂと、一対のミラー６ａ，６ｂとが設けられている。
撮像装置４ａ，４ｂは、電線Ｗを連続撮像するための可視光カメラであり、青色光に透過中心波長を有するバンドパスフィルタが装着されている。第一実施形態例では、撮像装置４ａ，４ｂを透過中心波長４７０ｎｍのバンドパスフィルタを装着したＣＣＤビデオカメラにより構成した。撮像装置４ａ，４ｂは、電線Ｗの下方に配置されており、電線Ｗの下半部およびミラー６ａ，６ｂに写し出された電線Ｗの上半部を撮像し、撮像された電線Ｗの画像は制御部８の記憶装置に記憶される。制御部８は、通信装置（例えば、有線または無線通信モジュール）を備えており、図示しない監視サーバ装置に電線Ｗの画像を、逐次または一定のタイミングでまとめて送信する。

紫外光照射装置５ａ，５ｂは、紫外線Ａ波をパルス状に出射する光源である。制御部８は、紫外光照射装置５ａ，５ｂの発光タイミングと、撮像装置４ａ，４ｂの撮像タイミングを同期させる機能を有している。第一実施形態例では、紫外光照射装置５ａ，５ｂを紫外ＬＥＤ光源により構成したが、これとは異なり透過中心波長３５０ｎｍのバンドパスフィルタを装着した水銀ランプにより構成してもよい。紫外光照射装置５ａ，５ｂは、図２に示すように、電線Ｗの周面が３６０度から照らされるように、電線Ｗを挟んで対抗するように配置されている。

ミラー６ａ，６ｂは、電線Ｗの周面を斜め上方から撮像するためのミラーであり、可視光と紫外光を反射する。ミラー６ａは紫外光照射装置５ａにより照射された電線Ｗの左上面像が撮像装置４ａに入射するように配置されており、ミラー６ｂは紫外光照射装置５ｂにより照射された電線Ｗの右上面像が撮像装置４ｂに入射するように配置されている。
なお、本実施形態例とは異なり、電線Ｗを中心に放射状に配置された３台の撮像装置により構成してもよいし、１台の撮像装置と２枚以上のミラーの組み合わせを採用してもよい。
電源装置９は、撮像装置４、紫外光照射装置５ａ，５ｂ、車輪駆動源７および制御部８に電力を供給する。

図３は、異常部分を有する電線の撮像画像であって、（ａ）は可視光画像、（ｂ）は蛍光画像である。図３（ａ）は可視光下でＣＣＤカメラにより撮像した画像であり、図３（ｂ）は暗室で中心波長３８０ｎｍの紫外光を照射し、透過中心波長４７０ｎｍのバンドパスフィルタを装着したＣＣＤカメラにより撮像した画像である。図３で使用した電線サンプルは、防食電線であり、防食剤が染み出した部分を異常部分とした。図３（ｂ）に示すように、紫外光を照射することにより異常部分を発光した状態で観察できることが確認できる。

図４は、実際の使用により生じた腐食生成部を有する電線の撮像画像であって、（ａ）は露光時間１０秒、（ｂ）は露光時間２０秒、（ｃ）は露光時間４０秒、（ｄ）は露光時間６０秒で撮像した画像である。これらは、暗室で中心波長３５０ｎｍの紫外線を照射し、透過中心波長４２０ｎｍのバンドパスフィルタを装着したＣＣＤカメラにより撮像した。

図５は、異常部分を有する電線に係る励起波長と蛍光波長の関係を示したグラフである。図５（Ａ）および（Ｂ）の縦軸は励起波長を示し、横軸は蛍光波長を示しており、色の濃さが蛍光強度の強さを示している。図５（Ａ）から、腐食生成物に対し３２０ｎｍ～４００ｎｍの励起波長を照射すると３９０ｎｍ～４９０ｎｍの強い蛍光が発生することが分かる。一方で、図５（Ｂ）から、正常な電線に３２０ｎｍ～４００ｎｍの励起波長を照射しても蛍光は発生しないことが分かる。そこで、図５（Ｃ）に示すように、可視画像と蛍光画像の差分画像を取得することにより、異常部分を強調表示することが効果的である。すなわち、電線診断装置１から電線Ｗの同一箇所について紫外光照射時に撮像した第１の撮像画像（可視光＋蛍光画像）と、紫外光非照射時に撮像した第２の撮像画像（可視光画像）とを取得し、第１の撮像画像から第２の撮像画像を引いた差分画像を取得することにより、異常部分を強調表示することが可能である。

また、図５から分かるように、蛍光波長は一定の幅をもっているので、広帯域のバンドパスフィルタ（例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ）１００～２００ｎｍ）を使用することで光量を増やし、露光時間を短くすることができる。また、蛍光の強さは、励起光の強度に相関するところ、紫外光照射装置からの照射光強度を上げることで蛍光の強度を高めることも効果的である。これらを組み合わせることで、シャッタースピードを１／３０秒程度とすることは十分可能であると考えられる。バンドパスフィルタを使用することにより、正常な電線の金属面からの反射光をカットすることができるので、太陽光等の外乱光が生じる環境下においても、ノイズが除去された電線の画像を取得することが可能である。

制御部８は、電線Ｗを走行しながら連続的に撮像を行い、同一箇所における第１の撮像画像と第２の撮像画像とを位置識別情報により関連付けて記憶装置に記憶する。また、位置識別情報は、ロータリエンコーダの出力情報とも紐付けられており、位置識別情報により撮像画像が撮像された電線Ｗ上の位置を特定することが可能である。

電線診断装置１から撮像画像を受信する監視サーバ装置（図示せず）は、処理装置と、診断プログラムが記憶された記憶装置と、ディスプレイと、を備えている。診断プログラムは、異常部分の判定機能を備えており、正常画像と異なる特徴が検出された場合には異常部分の存在を知らせる警報をディスプレイ等に出力する。診断プログラムに機械学習機能を設け、予め学習した異常部分の画像と受信した撮像画像を対比することにより異常部分の判定を行うようにしてもよく、新たに検出された異常部分の画像に基づき強化学習をする機能を設けてもよい。

図６は、診断プログラムによる強調表示機能を説明する図である。図６（ａ）は、表面が損傷し鋼線が露出した鋼心アルミより線の可視光画像であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の点線で囲んだ部分の拡大画像である。図６（ｂ）から、可視光画像では鋼線の露出の有無を判別することは難しいことが分かる。
図６（ｃ）は、図６（ｂ）の画像において鋼線の露出部分を診断プログラムにより着色表示した画像（第１強調表示モード）であり、図６（ｄ）は、図６（ｂ）の画像において鋼線の露出部分のみを着色表示した画像（第２強調表示モード）である。このように、第一実施形態例に係る診断プログラムによれば、可視光画像では判別が困難であった鋼線の露出の有無を診断者が容易に把握することが可能となる。

以上に説明した第一実施形態例に係る電線診断装置１によれば、可視光画像に基づき異常部分を検出する方法と比べ、より高精度に異常部分を検出することが可能となる。すなわち、撮像画像に特別な画像処理を施さなくても、異常部分を蛍光発光させることで、高精度に検出することが可能である（ただし、画像処理を行ってもよい。）。また、ハードウェアとしては紫外光照射装置を付加するだけでよいため、電線診断装置の重量を殆ど増加させることなく、検出精度を高めることが可能である。

［第二実施形態例］
第二実施形態例は、例えば１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の測定範囲において、アルミニウム製品の腐食を検出するアルミニウム腐食診断装置５１に関する。このアルミニウム腐食診断装置５１は、紫外光を照射した際に異常部が発する蛍光を解析することにより異常部を検出する。
図７および図８に示すように、アルミニウム腐食診断装置５１は、複数個の紫外光源５２と、撮像装置５３と、フロント部５４と、本体部５５とを備えている。
紫外光源５２は、撮像装置５３の周面に沿って配置された８個の紫外ＬＥＤ光源により構成されている。紫外光源５２の個数は例示の８個に限定されず、これより少ない個数（例えば１～７個）またはこれより多い個数（例えば９～数十個）であってもよい。

撮像装置５３は、フィルタ５３ａが装着されたＣＣＤカメラ５３ｂにより構成している。紫外光源５２および撮像装置５３は、本体部５５と連結されたフロント部５４に配設されている。
本体部５５は外側面に電源ボタン５５ａ、撮影ボタン５５ｂおよび通信コネクタ５６が配設されており、背面に図示しないディスプレイが配設されている。ここで本体部５５にディスプレイを設けず、外部端末６１のディスプレイをアルミニウム腐食診断装置５１のディスプレイとして利用するように構成してもよい。
本体部５５の内部には、処理装置と、解析プログラムが記憶された記憶装置と、無線通信モジュールと、電源装置とが配設されている。アルミニウム腐食診断装置５１により撮像した画像は、無線通信モジュールまたは通信コネクタ５６を介してスマートフォン、ＰＣ、ウェアラブル端末等の外部端末６１に送信することが可能である。

アルミニウム製品６０の表面にフィルタ５３ａを近接した状態で撮影ボタン５５ｂが押下すると、解析プログラムが実行され、アルミニウム製品の表面が撮像される。解析プログラムは、２つのモードを有している。第１のモードは、紫外光源５２を点灯した状態で撮像した画像に基づきアルミニウム製品６０の表面の状態を解析する。第２のモードは、紫外光源５２を点灯した状態で撮像した第１の撮像画像（可視光＋蛍光画像）および紫外光源５２を点灯しない状態で撮像した第２の撮像画像（可視光画像）を取得し、第１の撮像画像から第２の撮像画像を差し引いた差分画像を取得し、当該差分画像に基づきに基づきアルミニウム製品６０の表面の状態を解析する。

解析プログラムは、アルミニウム腐食面に腐食等の異常が認められる場合には、異常の存在を知らせる警報を背面のディスプレイに出力し、或いは外部端末に警報発令指示を送信する。解析プログラムに機械学習機能を設け、予め学習した異常部分の画像と受信した撮像画像を対比することにより異常判定を行うようにしてもよく、新たに検出された異常部分の画像に基づき強化学習をする機能を設けてもよい。上述の解析プログラムの機能の全てを、本体部５５側で実現する必要はなく、一部の機能を外部端末６１側で実現してもよい。

解析プログラムに、紫外光源５２を点灯した状態で撮像した画像、或いは、第１の撮像画像（可視光＋蛍光画像）と第２の撮像画像（可視光画像）との差分画像に基づき、異常箇所を強調表示する。例えば、作業者がウェアラブル端末を装着し、ウェアラブル端末に異常箇所を強調して表示させたり、ＡＲ技術を用いて文字情報を表示させたりすることにより、作業者が肉眼では気付かないような腐食・傷・塗膜の剥がれも発見することが可能となる。

以上に説明した第二実施形態例に係るアルミニウム腐食診断装置５１によれば、一定の面についてアルミニウム製品６０の腐食状況を診断することができるので、従来の点で検出する方法と比べ、より高速に解析作業を行うことが可能となる。また、撮像画像に基づきアルミニウム製品の腐食状況を診断することができるので、接触型センサを利用する場合と比べ診断作業のコストを大幅に低減させることが可能である。

１ 電線診断装置
２ａ，２ｂ 車輪
３ 本体部
４ａ，４ｂ 撮像装置
５ａ，５ｂ 紫外光照射装置
６ａ，６ｂ ミラー
７ 車輪駆動源
８ 制御部
９ 電源装置
２１ チェーン
３１ ビーム
５１ アルミニウム腐食診断装置
５２ 紫外光源
５３ 撮像装置
５４ フロント部
５５ 本体部
６０ アルミニウム製品
６１ 外部端末
Ｗ 電線

Claims (7)

1. アルミニウム製品に３２０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の紫外光を照射する紫外光照射装置と、
   ３９０～４９０ｎｍの波長域の蛍光を含む可視光画像を撮像する撮像装置と、
   記憶装置および通信装置を備え、前記撮像装置を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記紫外光を照射した状態で前記撮像装置により撮像した撮像画像を取得し、当該撮像画像における前記蛍光に基づいて前記アルミニウム製品の表面の状態を診断し、外部または内蔵の表示装置に表示させることを特徴とするアルミニウムの腐食診断装置。
2. 前記撮像装置に、青色光に透過波長中心を有するバンドパスフィルタが装着されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムの腐食診断装置。
3. 前記制御部が、前記紫外光を照射した状態で前記撮像装置により撮像した第１の撮像画像と、第１の撮像画像と同じ箇所に前記紫外光を照射しない状態で前記撮像装置により撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像との差分画像に基づいてアルミニウム製品の表面の異常部分を前記表示装置に強調表示させることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウムの腐食診断装置。
4. 前記アルミニウム製品が電線であり、
   さらに、電線に装着可能な車輪を備える走行部を備え、
   前記制御部が、走行時に前記紫外光を断続的に照射しながら電線の画像を前記撮像装置により連続的に撮像し、前記紫外光が照射された電線の撮像画像を前記通信装置を介して外部に送信可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアルミニウムの腐食診断装置。
5. さらに、前記撮像装置と対向するように設けられたミラーを備え、前記撮像装置が直接撮像した電線の撮像画像および前記撮像装置がミラーを介して撮像した電線の撮像画像を前記通信装置を介して外部に送信可能であることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウムの腐食診断装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミニウムの腐食診断装置と、
   前記アルミニウムの腐食診断装置から通信網を介して電線の撮像画像を受信するサーバ装置と、を備え、
   前記サーバ装置が、受信した電線の撮像画像に基づいて電線の異常部分を検出する機能を備えることを特徴とする電線診断システム。
7. 請求項３に記載のアルミニウムの腐食診断装置と、
   前記アルミニウムの腐食診断装置から通信網を介して電線の撮像画像を受信するサーバ装置と、を備え、
   前記サーバ装置が、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像との差分画像に基づいて電線の異常部分を検出する機能を備えることを特徴とする電線診断システム。