(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察方法であって、
前記輻射光よりも強いレーザ光を炉の内壁に照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光を反射させて炉の内壁における所望の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射する投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、を有する炉内観察装置を用い、
前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように前記レーザ発振装置及び前記撮像装置を調整し、前記内壁において２次元的な広がりを有する前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させ、前記観察部分の画像を取得して前記炉内を観察する、ことを特徴とする炉内観察方法。
【請求項２】
前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件を取得し、
前記条件に従って、制御手段が、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察方法。
【請求項３】
前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、制御手段が、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察方法。
【請求項４】
前記炉内観察装置を回転させて前記観察部分の画像を取得する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炉内観察方法。
【請求項５】
前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成して前記炉内を観察する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の炉内観察方法。
【請求項６】
輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、
前記輻射光よりも強いレーザ光を炉の内壁に照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光の照射範囲を調整可能な投光レンズと、前記レーザ光を反射させて前記内壁における所望の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射する投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズと、該受光レンズにより集光された反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、前記投光ミラーを駆動させる投光用モータと、前記受光ミラーを駆動させる受光用モータと、前記投光用モータ及び前記受光用モータの駆動を制御する制御手段と、を有し、
前記投光レンズ及び前記受光レンズは、前記内壁において２次元的な広がりを有する前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、前記制御手段は、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする炉内観察装置。
【請求項７】
前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件が設定されており、
前記制御手段は、前記条件に従って、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の炉内観察装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の炉内観察装置。
【請求項９】
側面に前記第一覗き窓及び前記第二覗き窓が形成されるとともに内部に前記レーザ発振装置、前記投光ミラー、前記受光ミラー及び前記撮像装置が配置される筒状の筐体と、該筐体を軸中心に回転させる駆動手段と、を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の炉内観察装置。
【請求項１０】
前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を有する、ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の炉内観察装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、輻射光で発光している熱風炉等の炉内を観察する炉内観察方法及び装置に関し、特に、投光系と受光系で異なる覗き窓を有する場合に用いられる炉内観察方法及び装置に関する。
【０００２】
関連技術の説明
例えば、製鉄用高炉に高温の熱風を供給する熱風炉は、地上より約５０ｍの高さと１０ｍ以上の内径を有し、内壁温度は運転時で約１６００℃、休風時で約１４００℃にも達する。また、かかる熱風炉は、大型設備であるため建設期間が約３年と長く、しかも完成後は約２０年という長期に渡って連続運転される。したがって、１基でも使用不能な状況となれば、長期間の操業停止を余儀なくされるため、定期的に炉内診断するメンテナンスが重要となる。その１つの手段として、炉壁の損傷状況を監視することが古くから行われている。
【０００３】
炉内観察方法には、赤外線等のレーザ光を壁面に照射して距離を測定することにより損傷の程度を計測する方法や、ＣＣＤカメラ等の撮像装置により炉壁を撮像して画像処理等を施すことにより損傷の程度を計測する方法等が既に存在している。例えば、特許文献１に記載の炉壁観察装置は、炉壁に光を照射する照明装置と、該光を照射した炉壁を撮像する撮像装置と、を有する。そして、照明装置と撮像装置とは１つの筐体内に収容されており、該筐体に形成された撮像用の観察窓から照明装置の光を照射している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４６１６４号公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された炉壁観察装置では、上述した熱風炉のように、炉内が高温に曝され炉壁が輻射光で発光しているような場合、輻射光の明るさが強くてコントラストの低い画像しか得られないという問題や、撮像方向と照明方向が略同一であるため、窪みや亀裂等の影が写り難い、散乱光の影響を受け易い等の問題があった。
【発明の要約】
【０００６】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、炉壁が輻射光で発光している場合であっても、コントラストの高い画像を取得することができるとともに、炉壁の凹凸や亀裂の影を判別し易くすることができる炉内観察方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明によれば、輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察方法であって、
前記輻射光よりも強いレーザ光を炉の内壁に照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光を反射させて炉の内壁における所望の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射する投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、を有する炉内観察装置を用い、
前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように前記レーザ発振装置及び前記撮像装置を調整し、前記内壁において２次元的な広がりを有する前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させ、前記観察部分の画像を取得して前記炉内を観察する、ことを特徴とする炉内観察方法が提供される。
【０００８】
前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件を取得し、前記条件に従って、制御手段が、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてよい。代わりに、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、制御手段が、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてもよい。
【０００９】
また、前記炉内観察装置を回転させて前記観察部分の画像を取得するようにしてもよいし、前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成して前記炉内を観察するようにしてもよい。
【００１０】
本発明によれば、輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、
前記輻射光よりも強いレーザ光を炉の内壁に照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光の照射範囲を調整可能な投光レンズと、前記レーザ光を反射させて前記内壁における所望の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射する投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズと、該受光レンズにより集光された反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、前記投光ミラーを駆動させる投光用モータと、前記受光ミラーを駆動させる受光用モータと、前記投光用モータ及び前記受光用モータの駆動を制御する制御手段と、を有し、
前記投光レンズ及び前記受光レンズは、前記内壁において２次元的な広がりを有する前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、前記制御手段は、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする炉内観察装置が提供される。
【００１１】
前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件が設定されており、前記制御手段は、前記条件に従って、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてよい。代わりに、前記制御手段は、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてもよい。
【００１２】
また、側面に前記第一覗き窓及び前記第二覗き窓が形成されるとともに内部に前記レーザ発振装置、前記投光ミラー、前記受光ミラー及び前記撮像装置が配置される筒状の筐体と、該筐体を軸中心に回転させる駆動手段と、を有していてもよい。さらに、前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を有していてもよい。
【００１３】
上述した本発明の炉内観察方法及び装置によれば、投光系と受光系で異なる覗き窓（第一覗き窓及び第二覗き窓）を有するため、炉内の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射して照らすことができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を明確に映し出すことができ、炉壁の損傷状態を容易に観察することができる。また、投光系と受光系の光軸がずれていることにより、レーザ光を炉内に照射したときの粉塵等による散乱光や覗き窓からの反射光等が受光系に与える影響が少なく、ノイズの少ない画像を撮像することができる。
【００１４】
さらに、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整することにより、狭い範囲を鮮明に撮像することができる。また、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラーと受光ミラーとを連動させることにより、広範囲の炉壁を複数の画像として撮像することができる。さらに、これらの画像を合成することにより、炉壁の全体像を容易に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る炉内観察装置を示す構成図である。
【図２】本発明に係る炉内観察装置の作用を示す図である。
【図３】撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る炉内観察装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
【好ましい実施例の説明】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る炉内観察装置を示す構成図である。
【００１７】
図１に示した本発明の炉内観察装置は、輻射光Ｈで発光している炉内を観察する炉内観察装置であり、レーザ光Ｌを照射するレーザ発振装置１と、レーザ光Ｌの照射範囲を調整可能な投光レンズ２と、レーザ光Ｌを反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラー３と、投光ミラー３からのレーザ光Ｌを透過させる第一覗き窓４と、観察部分からの反射光Ｒを透過させる第二覗き窓５と、第二覗き窓５を透過した反射光Ｒを反射させる受光ミラー６と、受光ミラー６からの反射光Ｒを集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズ７と、受光レンズ７により集光された反射光Ｒを受光して画像を取得する撮像装置８と、投光ミラー３を駆動させる投光用モータ９と、受光ミラー６を駆動させる受光用モータ１０と、投光用モータ９及び受光用モータ１０の駆動を制御する制御手段１１と、を有し、投光レンズ２及び受光レンズ７は、レーザ光Ｌの照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる、ことを特徴とする。
【００１８】
前記レーザ発振装置１は、炉内の観察部分を照らすための照明（レーザ光Ｌ）を照射する装置である。炉壁は輻射光Ｈで発光しているため、観察部分を所望の照明で照らし出すためには、輻射光Ｈよりも強いレーザ光Ｌを照射する必要がある。例えば、高炉用熱風炉では、輻射光Ｈは赤外域の２〜３μｍにピーク波長を有する光である。この場合、レーザ発振装置１には、例えば、１．０６μｍ又は０．５３μｍ（第２高調波）の波長のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置が採用される。勿論、レーザ発振装置１は、輻射光Ｈのピーク波長（２〜３μｍ）から十分離れた波長、好ましくは可視光域（０．３８〜０．７７μｍ）の波長のレーザ光Ｌを照射できるものであれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置に限られるものではなく、炉の種類（熱風炉、コークス炉、転炉等）や輻射光の強さに応じて適宜選択されるものである。また、輻射光Ｈに抗して観察部分を照らし出すために、広がり角は極力小さくするように調整するのが好ましい。なお、レーザ発振装置１には、結晶や素子を励起させるエネルギーを付与する電源１２が接続されている。
【００１９】
前記投光レンズ２は、レーザ光Ｌの照射範囲を調整する機器である。投光レンズ２には、例えば、共焦点レンズ式のものを使用することが好ましいが、単焦点レンズ式のものを使用してもよい。投光レンズ２は、レーザ発振装置１から照射された極細（直径１ｍｍ程度）のレーザ光Ｌを観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の照射範囲を形成するように調整される。なお、レーザ光Ｌの直進性から広がり角が十分に小さく、レーザ発振装置１のみで照射範囲を調整することができる場合や所望の照射範囲を確保できる場合には、投光レンズ２を省略してもよい。また、図１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを直に接続するようにしているが、光ファイバ等の伝送管を用いて接続するようにしてもよい。伝送管を用いることにより、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを離して配置することができ、レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００２０】
前記投光ミラー３は、レーザ発振装置１から照射されたレーザ光Ｌを反射して所望の観察部分を照らす機器である。図１に示した投光ミラー３には、投光用モータ９が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に投光用ミラー３の角度を変化させる第二投光用モータを接続してもよい。なお、投光レンズ２と投光ミラー３との間（投光ミラー３の上流側）に、光学フィルタ１３を配置してもよい。光学フィルタ１３は、レーザ光Ｌの波長のみを通し、それ以外の波長をカットする。光学フィルタ１３には、例えば、干渉フィルタが使用される。また、光学フィルタ１３は、投光ミラー３と第一覗き窓４の間（投光ミラー３の下流側）に配置してもよい。
【００２１】
前記第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の内部（特に炉壁）を観察するための覗き窓である。第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の一部又は炉内に挿入される部品に形成されている。また、炉内は高温状態であるため、第一覗き窓４及び第二覗き窓５は耐熱ガラスにより構成される。図１に示したように、本発明では、投光系と受光系とで異なる覗き窓（第一覗き窓４及び第二覗き窓５）を使用していることを一つの特徴とする。かかる構成により、投光系と受光系の光軸をずらすことができ、観察部分に対して斜めにレーザ光Ｌを照射することができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を大きく映し出すことができ、その影の部分を画像として撮像することができる。
【００２２】
また、第一覗き窓４及び第二覗き窓５の外側に耐熱シャッター１４を配置するようにしてもよい。耐熱シャッター１４は、レーザ光Ｌを通過させる切欠孔を有する耐熱円板１４ｄと、耐熱円板１４ｄを回転駆動させるモータ１４ｍとから構成される。したがって、モータ１４ｍで耐熱円板１４ｄを回転させると、切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５の位置に移動してきたときのみレーザ光Ｌを照射することができ、それ以外のときは第一覗き窓４及び第二覗き窓５を閉鎖した状態を維持することができる。したがって、レーザ光Ｌの照射が不要なタイミングにおける輻射光Ｈの機器への進入を防止することができ、機器類を熱から保護することができる。なお、モータ１４ｍの回転速度は、後述する制御手段１１により、レーザ光Ｌの照射と切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５を通過するタイミングが同期するように制御される。
【００２３】
前記受光ミラー６は、第二覗き窓５を透過したレーザ光Ｌの反射光Ｒを反射して撮像装置８に入射させる機器である。図１に示した受光ミラー６には、受光用モータ１０が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に受光用ミラー６の角度を変化させる第二受光用モータを接続してもよい。なお、受光ミラー６の下流側に光学フィルタ１５を配置してもよい。光学フィルタ１５は、レーザ光Ｌの波長のみを通し、それ以外の波長をカットする。光学フィルタ１５には、例えば、干渉フィルタが使用される。また、光学フィルタ１５は、受光ミラー６の上流側に配置してもよい。
【００２４】
前記受光レンズ７は、撮像装置８の撮像範囲を調整する機器である。受光レンズ７には、例えば、望遠レンズ式のものを使用することが好ましい。かかる望遠レンズの絞りと焦点を調節することにより撮像装置８の撮像範囲を、レーザ光Ｌの照射範囲と略同じ大きさとなるように調節する。理想的には照射範囲と撮像範囲が一致することが好ましいが、少なくとも撮像範囲の中に照射範囲が含まれ、かつ、それ以外の部分が極力含まれないように調整される。例えば、観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の撮像範囲を形成するように調整される。なお、受光レンズ７は、望遠レンズ式のものに限られず、複数のレンズの組み合わせにより焦点を調節できる形式のものであってもよい。
【００２５】
前記撮像装置８は、受光レンズ７からの反射光Ｒを受光して画像を取得する機器である。かかる撮像装置８には、例えば、ＣＣＤカメラが使用される。図１に示した撮像装置８では、受光レンズ７との間に高速シャッター１６を備えている。高速シャッター１６は、レーザ光Ｌの照射タイミングと同期させて制御手段１１により開閉される。かかる高速シャッター１６を配置することにより、撮像装置８に輻射光Ｈが入射し難くすることができ、撮像装置８を熱から保護することができる。勿論、耐熱シャッター１４で十分な場合には高速シャッター１６を省略してもよいし、耐熱シャッター１４を第一覗き窓４にのみ配置して撮像装置８に高速シャッター１６を配置するようにしてもよい。なお、高速シャッター１６は、ＣＣＤカメラに内蔵されていてもよいし、画像をデジタル的に切り取るデジタルシャッターでもよい。
【００２６】
前記制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミング、耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６の開閉タイミング、投光ミラー３及び受光ミラー６のスイングタイミング等を制御する機器である。制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミングと耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６を開くタイミングとを同期させる。かかる処理により、必要なタイミングでレーザ光Ｌを観察部分に照射するとともに、その反射光Ｒを受光して画像を取得することができ、レーザ光Ｌが照射されないときには輻射光Ｈの機器への入射を防止することができる。また、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。具体的には、投光用モータ９と受光用モータ１０の回転を制御して、投光ミラー３と受光ミラー６を連動させる。例えば、投光用モータ９と受光用モータ１０にロータリエンコーダ等の回転量を検知できるセンサを設置しておき、このデータを計測しながら連動させる。照射範囲と撮像範囲とを一致させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）は、炉内観察装置の機器構成や覗き窓の配置（距離）等の条件によって異なるため、実際に使用する条件で照射範囲と撮像範囲とが一致するように試験又はシミュレーションすること等によって連動させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）を事前に求めておくことが好ましい。
【００２７】
連動させる条件を取得するために、炉４４の図面データを使用できる。即ち、炉４４の図面データに基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる条件を取得できる。例えば、連動させる条件として、投光用モータ９の回転角と受光用モータ１０の回転角との回転角関係を事前に類推または計算する。この回転角関係の類推または計算は、炉４４の図面データをコンピュータ１７に入力することで、このコンピュータ１７により行われてよい。この場合、制御手段１１は、前記条件（即ち、前記回転角関係）に従って、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。
【００２８】
代わりに、連動させる条件を取得するために、撮像装置８が取得した前記画像を使用できる。この場合、制御手段１１は、撮像装置８が取得した前記画像に基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。具体的には、制御手段１１は、前記画像内の各画素の輝度に基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致しているかどうかを判断するとともに、一致していないと判断した場合には、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正する。
【００２９】
なお、連動させるために、撮像装置８が取得した前記画像を人が見て、手動で、投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正してよい。例えば、人が、前記画像を見て、照射範囲と撮像範囲が一致していないと判断したら、投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角の修正値を制御手段１１に入力することで、制御手段１１がこの修正値に基づいて投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正する。この修正後に、撮像装置８が取得した画像を人が見て、照射範囲と撮像範囲が一致しているかを判断する。一致していなければ、再度、修正値の入力と、この入力に基づく制御手段１１による修正を行う。このような修正を試験段階で行う。入力された前記修正値が、連動させる条件となる。修正後、実際に炉４４内を観察する時に、制御手段１１は、前記条件（即ち、前記修正値）に従って、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。
【００３０】
また、制御手段１１は、コンピュータ１７に接続されており、コンピュータ１７からの指令に基づいて上述した処理を行うように設定されるとともに作動する。コンピュータ１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶装置、キーボード等の入力装置及びディスプレイ等の出力装置を備え、撮像装置８により取得した画像を処理する画像処理手段を構成する。ここで、図３は、撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。コンピュータ１７の記憶装置３１には、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が保存されている。コンピュータ１７のＣＰＵにより操作される画像処理手段３２は、記憶装置３１に保存された画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を呼び出し、これらの画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をパノラマ合成したパノラマ画像Ｐ４をディスプレイ等の出力装置に出力する。かかる処理により、撮像した炉壁の全体像を容易に把握することができる。なお、画像処理手段３２は、上述した画像合成以外にも、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のコントラスト、ホワイトバランス、トリミング等の調整や壁面の凹凸や亀裂の影の抽出等を処理することもできる。
【００３１】
次に、本発明に係る炉内観察装置の作用について説明する。ここで、図２は、本発明に係る炉内観察装置の作用を示す図である。なお、図１と同じ構成部品については同じ符号を付すとともに、炉内観察装置の構成は簡略して図示している。
【００３２】
図２に示すように、炉内観察装置２１は、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された炉の外側に配置される。第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された壁面部２２は、炉の外壁であってもよいし、炉の開口部から炉内に挿入される炉内観察装置２１を囲う筐体であってもよい。また、炉内観察装置２１は、レーザ発振装置１の照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが、観察部分である炉壁２３において略同じ大きさ（図で網掛けした観察部分Ｓ）となるように調整されている。炉壁２３と第一覗き窓４及び第二覗き窓５との位置・距離関係は炉によって異なるため、設置箇所を模擬した試験設備等を利用して予め照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整しておくことが好ましい。勿論、炉内観察装置２１を所定の箇所に設置してから照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整してもよいし、設置後に微調整するようにしてもよい。なお、照射範囲と撮像範囲の調整に際しては、図１に示した投光レンズ２及び受光レンズ７を用いる。
【００３３】
本発明では、投光系の第一覗き窓４と受光系の第二覗き窓５とが別々に形成されている。かかる構成を採用することにより、観察部分Ｓにおいて斜めからレーザ光Ｌを照射することができ、観察部分Ｓにおける凹凸や亀裂の影を大きく明確に映し出すことができる。また、第一覗き窓４における反射光Ｗや炉内の粉塵等による散乱光Ｄが撮像装置８に入射することを防止することができ、ノイズの少ない画像を取得することができる。
【００３４】
また、制御手段１１により投光用モータ９及び受光用モータ１０を駆動させて、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動して回動させ、図２に示したように、レーザ発振装置１の照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが略一致した状態を維持させながら、観察部分Ｓを炉壁２３の所定の方向に走査させる。ここでは、図のＡＢ方向に観察部分Ｓを走査させる場合を図示しているが、投光ミラー３及び受光ミラー６にさらに別のモータを設置することにより、ＡＢ方向と略垂直な方向に観察部分Ｓを走査させるようにしてもよい。また、投光ミラー３及び受光ミラー６は、投光用モータ９及び受光用モータ１０により一定の速度で滑らかに回動させてもよいし、所定の位相間隔で間欠的に回動させてもよいし、レーザ光Ｌの照射タイミングに同期させて回動させるようにしてもよい。
【００３５】
上述したように、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整することにより、観察部分Ｓで示したように狭い範囲を鮮明に撮像することができる。また、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３と受光ミラー６とを連動させることにより、広範囲の炉壁２３を複数の画像として撮像することができる。さらに、これらの画像を図３で示したようにパノラマ合成することにより、炉壁２３の全体像を容易に観察することができる。
【００３６】
次に、本発明に係る炉内観察装置の他の実施形態について説明する。ここで、図４は、本発明に係る炉内観察装置の第二実施形態を示す概略構成図である。なお、図１に示した炉内観察装置と同じ構成部品については同じ符号を付し重複した説明を省略する。
【００３７】
図４に示した炉内観察装置４１は、側面に第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成されるとともに内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、撮像装置８等が配置される筒状の筐体４２と、筐体４２を軸中心に回転させる駆動手段４３と、を有する。かかる炉内観察装置４１は、例えば、炉４４の上部に形成された開口部から炉内に挿入され、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が観察部分である炉壁と対峙するように配置される。そして、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させて回動させることにより、観察部分Ｓを炉壁の上下方向に沿って走査させることができる。なお、図４に示した炉内観察装置４１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを光ファイバ１８で接続した場合を図示している。
【００３８】
前記筐体４２は、高温状態の炉内に挿入されるため、水冷ジャケットを有していることが好ましい。したがって、筐体４２は、外部から冷却水を水冷ジャケットに注水し、外部に冷却水を排水することができるように構成されている。また、筐体４２の上端の外周部には、駆動手段４３と連結される歯車が形成されている。駆動手段４３は、回転駆動可能に配置されたモータ４３ｍと、モータ４３ｍの先端に接続された歯車４３ｇとから構成されている。また、モータ４３ｍは炉内観察装置４１の制御手段１１に接続されており、制御手段１１又はコンピュータ１７の指令に基づいて回転駆動される。なお、駆動手段４３の構成は図示したものに限定されず、手動で回転できる構成であってもよいし、ベルト駆動やチェーン駆動により回転できる構成であってもよい。また、筐体４２及び駆動手段４３は、炉４４に備え付けの機構であってもよい。この場合、筐体４２の内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、撮像装置８等を有する炉内観察装置４１を挿入するようにすればよい。
【００３９】
かかる第二実施形態のように、駆動手段４３を配置して炉内観察装置４１そのものを炉４４に対して相対的に回転できるようにしたことにより、観察部分Ｓを炉壁の水平方向に沿って走査させることができる。したがって、１つの炉内観察装置４１を用いるだけで、炉壁の広範囲に渡って画像を取得することができる。炉内観察装置４１は、駆動手段４３により、ゆっくりと滑らかに回転させてもよいし、上下方向の走査が完了してから所定の位相間隔で間欠的に回転させるようにしてもよい。
【００４０】
図４に示すように、炉内観察装置４１を炉４４の中央上部から挿入することにより、炉内観察装置４１を駆動手段４３で回転させた場合であっても第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離を一定に保持することができ、炉内観察装置４１を回転させたことによる照射範囲と撮像範囲の大きさと位置の微調整を省略することができる。なお、炉内観察装置４１の回転により、第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離が変化する場合には、回転ごとに照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を微調整してもよいし、予めデータを取得しておくことにより回転位相と連動して照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を自動的に調整するようにしてもよい。
【００４１】
さらに、駆動手段４３は、炉内観察装置４１を回転駆動させるものに限定されず直進駆動させるものであってもよいし、回転駆動用と直進駆動用の両方の機能を備えていてもよい。炉内観察装置４１を直進駆動させることにより、投光ミラー３及び受光ミラー６の操作だけでは撮像できない部分を観察することができる。炉内観察装置４１を直進駆動させる場合には、筐体４２の長さを直進駆動させたい長さと同等以上に形成し、ジャッキやアクチュエータにより筐体４２を駆動させるようにすればよい。また、炉内観察装置４１を炉壁又は床面等の炉内で駆動される移動台車や壁面ロボットに搭載して駆動させるようにしてもよい。
【００４２】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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