(57)【要約】【課題】  離れた位置から出銑樋等にライニングされた耐火物の表面形状を測定可能な耐火物の形状測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】  耐火物形状測定装置１は、出銑樋にライニングされた耐火物の表面に所定の光学パターンを投射し、投影された光学パターンを含む範囲を撮像するカメラ・プロジェクタ１１と、カメラ・プロジェクタ１１から投射される光学パターンを反射する反射ミラー１２と、反射ミラー１２を介して光学パターンを投射する場合に、光学パターンの重複投射を防ぐために、カメラ・プロジェクタ１１から直接測定範囲に対して投射される光学パターンの一部を遮蔽する光学マスク１３と、カメラ・プロジェクタ１１によって撮像された画像データを位相シフト法によって処理することにより耐火物の表面の３次元形状を算出し、算出結果を示すイメージデータを出力する制御部１４とを備えている。【選択図】図１
2014032115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄設備にライニングされた耐火物の表面に所定の光学パターンを投射するパターン投射手段と、
前記パターン投射手段から前記耐火物の表面に投射された光学パターンを読み取るパターン読取手段と、
前記パターン読取手段により読み取られた光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出する座標算出手段と
を備える、耐火物の形状測定装置。
【請求項２】
前記パターン投射手段は、当該パターン投射手段から投射される光学パターンを反射する光反射手段を有し、当該光反射手段を介して前記耐火物の表面に前記光学パターンを投射するように構成される、
請求項１に記載の耐火物の形状測定装置。
【請求項３】
前記パターン投射手段から前記光反射手段を介さずに投射される光学パターンのうち、前記耐火物の表面における前記光反射手段を介して光学パターンが投射される範囲に投射される部分を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備える、
請求項２に記載の耐火物の形状測定装置。
【請求項４】
前記パターン読取手段は、前記耐火物の表面に投射された光学パターンの反射強度を読み取るように構成され、
前記座標算出手段は、前記パターン読取手段により読み取られた光学パターンの反射強度に基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出するように構成される、
請求項１乃至３の何れかに記載の耐火物の形状測定装置。
【請求項５】
前記パターン投射手段は、位相の異なる複数の縞状光学パターンを順次投射するように構成され、
前記パターン読取手段は、前記パターン投射手段により投射される複数の縞状光学パターンを順次読み取るように構成され、
前記座標算出手段は、前記パターン読取手段により読み取られた複数の縞状光学パターンに基づいて前記耐火物の表面の座標を算出するように構成される、
請求項１乃至４の何れかに記載の耐火物の形状測定装置。
【請求項６】
製鉄設備にライニングされた耐火物の表面に光学パターンを投射するステップと、
前記投射するステップにおいて前記耐火物の表面に投射された光学パターンを読み取るステップと、
前記読み取るステップにおいて読み取られた光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出するステップと
を有する、耐火物の形状測定方法。
【請求項７】
前記投射するステップは、前記耐火物の表面に縞状光学パターンを投射する第１の投射ステップと、前記第１の投射ステップにおいて投射される縞状光学パターンとは位相が異なる縞状光学パターンを投射する第２の投射ステップとを含み、
前記読み取るステップにおいて、前記投射するステップの第１の投射ステップにおいて投射される光学パターン、及び第２の投射ステップにおいて投射される光学パターンそれぞれを順次読み取り、
前記座標を算出するステップにおいて、前記読み取るステップにおいて読み取られた複数の光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出する、
請求項６に記載の耐火物の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出銑樋又は高炉等の製鉄設備にライニングされた耐火物の形状を測定するための測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉から出銑された溶融銑鉄は、一般的に、内側に耐火物が貼り付けられた出銑樋を通じてトーピードカー等の搬送車に流し込まれ、次工程に搬送される。この出銑樋の耐火物は、溶融銑鉄が流れる度に徐々に溶損していく。この出銑樋の耐火物の溶損を放置すると、出銑樋に孔が空いてしまい、溶融銑鉄の流出という重大な事故に繋がってしまう。このため、当該耐火物の溶損状態を測定するために、定期的に出銑樋の耐火物の形状等を測定することは重要になる。従来、この耐火物の形状等は、作業員が出銑樋の内側へ測定器具を装入することで、直接測定されていた。しかし、出銑直後の出銑樋は非常に高温な状態となっているため、この測定作業は非常に過酷且つ危険な作業であるという問題がある。また、出銑樋の溶損状態の測定は、溶融銑鉄を払い出した後から次の出銑までの間に行わなければならないために、危険の少ない温度まで冷却を行うことは難しい。このため、人手によらず出銑樋の耐火物の溶損状態を測定するための様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、出銑樋に沿って設けられた走行用架台、この走行用架台上に設置された走行用台車、及び昇降装置と共に走行用台車に取り付けられたレーザ式距離計を備える高炉出銑樋残厚測定装置が開示されている。この測定装置の場合、レーザ式距離計を出銑樋内に装入し、このレーザ距離計により出銑樋の内側を走査することによって出銑樋の内面形状を測定する。この測定装置によれば、人手によらず出銑樋の溶損状態を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１９４３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように、出銑直後の出銑樋の内側は非常に高温な状態となっているため、上述の従来の測定装置のように出銑樋の内側にレーザ式距離計のような精密機器を装入すると、周囲からの熱によって機器が誤作動を生じる、又は機器が故障してしまう等の問題が生じる。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる耐火物の形状測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の耐火物の形状測定装置は、製鉄設備にライニングされた耐火物の表面に所定の光学パターンを投射するパターン投射手段と、前記パターン投射手段から前記耐火物の表面に投射された光学パターンを読み取るパターン読取手段と、前記パターン読取手段により読み取られた光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出する座標算出手段とを備えている。
【０００８】
この態様において、前記パターン投射手段は、当該パターン投射手段から投射される光学パターンを反射する光反射手段を有し、当該光反射手段を介して前記耐火物の表面に前記光学パターンを投射するように構成されていることが好ましい。
【０００９】
この態様において、前記パターン投射手段から前記光反射手段を介さずに投射される光学パターンのうち、前記耐火物の表面における前記光反射手段を介して光学パターンが投射される範囲に投射される部分を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えていてもよい。
【００１０】
この態様において、前記パターン読取手段は、前記耐火物の表面に投射された光学パターンの反射強度を読み取るように構成され、前記座標算出手段は、前記パターン読取手段により読み取られた光学パターンの反射強度に基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出するように構成さていることが好ましい。
【００１１】
この態様において、前記パターン投射手段は、位相の異なる複数の縞状光学パターンを順次投射するように構成され、前記パターン読取手段は、前記パターン投射手段により投射される複数の縞状光学パターンを順次読み取るように構成され、前記座標算出手段は、前記パターン読取手段により読み取られた複数の縞状光学パターンに基づいて前記耐火物の表面の座標を算出するように構成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の他の態様の耐火物の形状測定方法は、製鉄設備にライニングされた耐火物の表面に光学パターンを投射するステップと、前記投射するステップにおいて前記耐火物の表面に投射された光学パターンを読み取るステップと、前記読み取るステップにおいて読み取られた光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出するステップと、前記座標を算出するステップにおいて算出された結果を出力するステップとを有する。
【００１３】
この態様において、前記投射するステップは、前記耐火物の表面に縞状光学パターンを投射する第１の投射ステップと、前記第１の投射ステップにおいて投射される縞状光学パターンとは位相が異なる縞状光学パターンを投射する第２の投射ステップとを含み、前記読み取るステップにおいて、前記投射するステップの第１の投射ステップにおいて投射される光学パターン、及び第２の投射ステップにおいて投射される光学パターンそれぞれを順次読み取り、前記座標を算出するステップにおいて、前記読み取るステップにおいて読み取られた複数の光学パターンに基づいて、前記耐火物の表面の座標を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る耐火物の形状測定装置及び測定方法によれば、出銑樋等の製鉄設備から離れた距離からであっても、当該製鉄設備にライニングされた耐火物の表面形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る耐火物形状測定装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る耐火物形状測定装置の構成を示す斜視図。
【図３】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図４】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置の測定対象となる出銑樋の断面図。
【図５】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置による測定の際の光学パターンの投射状態を示す模式図。
【図６】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置におけるマスクが必要である場合の光学パターンの投射状態を示す模式図。
【図７】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置におけるマスクが不要である場合の光学パターンの投射状態を示す模式図。
【図８】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置において実行される形状測定処理の手順を示すフローチャート。
【図９】本実施の形態に係る耐火物形状測定装置から投射される光学パターンを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
［耐火物形状測定装置の構成］
図１及び図２は、本実施の形態に係る耐火物形状測定装置１の全体構成を示す斜視図である。これらの図に示すように、耐火物形状測定装置１は、光学パターンを投射し、当該光学パターンが投射された測定対象を撮像するカメラ・プロジェクタ１１と、カメラ・プロジェクタ１１から投射される光学パターンを任意の方向に反射する反射ミラー１２と、カメラ・プロジェクタ１１から投射される光学パターンの一部を遮蔽する光学マスク１３と、耐火物形状測定装置１全体の制御及びカメラ・プロジェクタ１１により撮像された画像データについての画像処理を行う制御部１４と、これらを搭載し、運搬可能な台車１５とを備えている。各部の詳細について以下に説明する。なお、以下の説明においては、図１における左方向を耐火物形状測定装置１の前方、これと反対の方向を耐火物形状測定装置１の後方とする。
【００１８】
カメラ・プロジェクタ１１は、前方に光学パターンを投射することができるプロジェクタと、当該プロジェクタから投射される光学パターンを含む範囲を画像データとして撮像するカメラとを具備している。このカメラ・プロジェクタ１１は、制御部１４と相互に通信可能なように電気的に接続されており、制御部１４からの動作信号を受けて撮像及び光学パターンの投射を行う。このような構成のカメラ・プロジェクタ１１は台車１５の略中央に立設された支柱１１ａの上端部に取り付けられている。ここで、カメラ・プロジェクタ１１は、そのカメラ及プロジェクタのレンズ面が前下方を向くように、前方に向かって下方に傾斜するように設けられている。このように設置されていることで、カメラ・プロジェクタ１１は、耐火物形状測定装置１の前下方に対して光学パターンを投射し、その光学パターンが投射される範囲を撮像することができる。
【００１９】
反射ミラー１２は、一般的な光学ミラーであって、両面に鏡面加工がなされたアルミ若しくはステンレス鋼等の金属、又は、両面にメッキ加工されたガラス等が用いられる。この反射ミラー１２は、長軸が約６００ｍｍ、短軸が約４５０ｍｍの楕円形を成している。また、反射ミラー１２は、約１０ｍｍの幅を有する白色の枠に嵌め込まれている。このような構成の反射ミラー１２は、その長軸側両端部において、台車１５に接続された支持アーム１２ａと接続されている。なお、この反射ミラー１２と支持アーム１２ａとは、反射ミラー１２の長軸を回転軸として反射ミラー１２が回転可能なように接続されている。また、反射ミラー１２と支持アーム１２ａとの接続部分には、ステッピングモータを用いた角度調整装置（図示せず）が取り付けられている。この角度調整装置は、制御部１４と電気的に接続されており、制御部１４から受信した動作信号に応じて反射ミラー１２を所定の角度に回転させる。
【００２０】
支持アーム１２ａは、２か所で屈曲しており、側面視において略Ｚ字状を成している。この支持アーム１２ａは、反射ミラー１２と接続された側とは反対側で、台車１５と接続されている。また、支持アーム１２ａは、台車１５との接続部分を中心として前後に起倒することができる（図１及び２参照）。さらに、支持アーム１２ａには、支持アーム１２ａの姿勢を保持するために、２つの油圧ダンパ１２ｂ、１２ｂが取り付けられている。なお、支持アーム１２ａは、通常、起立した状態で保管又は運搬され、測定の際に前方に向かって倒される。また、支持アーム１２ａと台車１５との接続部分には、反射ミラー１２と支持アーム１２ａとの接続部分と同様に、ステッピングモータを用いた角度調整装置（図示せず）が取り付けられており、その角度調整装置が、制御部１４から受信した動作信号に応じて支持アーム１２ａを所定の角度に稼動する。
【００２１】
光学マスク１３は、遮光性材料からなり、長軸が約１２０ｍｍ、短軸が約９０ｍｍの楕円形を成している。このような構成の光学マスク１３は、カメラ・プロジェクタ１１を支える支柱１１ａの中途から前方に突設するように設けられたアーム１３ａの端部に固定されている。このアーム１３ａは、電動式伸縮アームであって、制御部１４と電気的に接続されており、制御部１４から受信した動作信号に応じて伸縮稼動する。これにより、光学マスク１３をカメラ・プロジェクタ１１の光学パターン投射方向の任意の位置に配置することができる。
【００２２】
制御部１４は、タッチパネル一体型のコンピュータによって実現される。図３は、本実施の形態に係る制御部１４の構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御部１４は、ＣＰＵ１４ａ、ＲＯＭ１４ｂ、ＲＡＭ１４ｃ、ハードディスク１４ｄ、入出力部１４ｅ、及び入出力インタフェース１４ｆを備えており、これらのＣＰＵ１４ａ、ＲＯＭ１４ｂ、ＲＡＭ１４ｃ、ハードディスク１４ｄ、入出力部１４ｅ、及び入出力インタフェース１４ｆは、バス１４ｊによって接続されている。
【００２３】
ＣＰＵ１４ａは、ＲＡＭ１４ｃにロードされたコンピュータプログラムを実行することができる。また、ハードディスク１４ｄに記録されているコンピュータプログラムを当該ＣＰＵ１４ａが実行することで、制御部１４は、耐火物形状測定装置１の演算制御装置として機能する。
【００２４】
ＲＯＭ１４ｂは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、又はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable PROM）等によって構成されており、ＣＰＵ１４ａにより実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。
【００２５】
ＲＡＭ１４ｃは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ１４ｃは、ハードディスク１４ｄに記録されている種々のコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、ＲＡＭ１４ｃは、ＣＰＵ１４ａがコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ１４ａの作業領域として利用される。
【００２６】
ハードディスク１４ｄは、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ１４ａに実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。なお、これらのコンピュータプログラムは、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録デバイス等によって、入出力インタフェース１４ｆを介してハードディスク１４ｄに提供される。
【００２７】
また、ハードディスク１４ｄには、例えば、米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明において、本実施の形態に係る制御部１４上で実行されるコンピュータプログラムは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００２８】
入出力部１４ｅは、抵抗膜方式、表面弾性波方式、電磁誘導方式、又は静電容量方式等のタッチパネルによって構成されており、ＣＰＵ１４ａから与えられる映像信号に従って、画像（画面）を出力する。また、画像等が表示された入出力部１４ｅをタッチパネル用スタイラス又は指等で触れ、操作することにより、制御部１４に対する操作指示及び各種のデータの入力等を行うことができる。
【００２９】
入出力インタフェース１４ｆは、例えばUSB、IEEE1394、又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI、IDE、又はIEEE1284等のパラレルインタフェース、及びＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。この入出力インタフェース１４ｆには、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録デバイス、又はプリンタ等の出力装置等が接続される。これにより、入出力インタフェース１４ｆを介してデータの入出力を行うことができる。
【００３０】
台車１５は、カメラ・プロジェクタ１１、反射ミラー１２、光学マスク１３、及び制御部１４を搭載し、測定位置まで運搬するためのものであって、移動可能なように４つの車輪１５ａ，１５ａ，１５ａ，１５ａを備えている。なお、この台車１５は、持ち手等を備え、手押しによって移動するものであってもよく、４つの車輪１５ａ，１５ａ，１５ａ，１５ａに駆動用モータを備え、無線式の操縦装置からの信号を受信することで移動するものであってもよい。
【００３１】
［耐火物形状測定装置の動作］
次に、上述したように構成された耐火物形状測定装置１の動作について説明する。
まず、本実施の形態における測定対象について説明する。図４は、本実施の形態における測定対象である出銑樋の断面図である。出銑樋は、高炉において生産された銑鉄を高炉より排出し、次工程に搬送するためのトーピードカー等の搬送車に流し込むための流路であって、鉄製の外枠Ｍと、外枠Ｍの内側にライニングされた耐火物Ｒからなる。ここで、高炉からは銑鉄のみが排出されるわけではなく、原材料の鉄鉱石に含まれていた不純物を主成分とするスラグも同時に排出される。このスラグと溶融銑鉄とは混じり合わないため、排出の際には、スラグと溶融銑鉄とを分離する境界Ｌ（図４中に破線で示すライン。以下、「スラグメタルライン」という。）が形成される。このスラグメタルラインＬにおいては、スラグと溶融銑鉄とが接しているために、流れ抵抗が大きくなる。このため、耐火物のスラグメタルラインＬと接する部分は他の部分と比較して、溶損量が大きくなる。それゆえ、出銑樋における耐火物はこのスラブメタルラインＬ近傍において深くえぐられたような形状となる。したがって、出銑樋の耐火物の形状を測定する場合、このスラグメタルラインＬ近傍における耐火物の溶損量を測定することが特に重要となる。なお、以下の説明では、スラグメタルラインＬ近傍において深くえぐられた部分を窪み部Ｌａ，Ｌｂと呼ぶ。
【００３２】
また、上述したように、出銑直後の出銑樋は非常に高温な状態であり、精密機器を用いた近距離からの測定は困難である。このため、本実施の形態では、耐火物形状測定装置１を出銑樋の側方の出銑樋から約２ｍの位置に設置し、出銑樋から離れた位置より測定を行う。このように離れた位置に耐火物形状測定装置１を置いた場合、光学パターンは出銑樋の斜め上方から投射されることになる。図５は、本実施の形態における測定の際の光学パターンの投射状態を示す模式図である。図５に示すように、出銑樋の側方上部から、斜めに光学パターンを投射した場合、耐火物の表面において光学パターンが当たらない部分が生じる。より具体的には、測定位置から見て奥側の窪み部Ｌａの上部、及び測定位置から見て手前側の耐火物側面には光学パターンが当たらない。窪み部Ｌａにおいては、窪み部Ｌａの上部においてカメラ・プロジェクタ１１からの光学パターンが遮断されてしまう。このため、図５に示すように、窪み部Ｌａの上部には光学パターンが投射されない陰影領域Ｓ１が生じることになる。また、手前側の耐火物側面においては、その上部でカメラ・プロジェクタ１１からの光学パターンが遮断されてしまう。このため、図５に示すように、手前側の耐火物側面付近において光学パターンが投射されず、手前側の耐火物側面の略全面を覆うように陰影領域Ｓ２が生じることになる。このように、本実施の形態に係る耐火物形状測定装置１では離隔測定を行うため、どのようにして陰影領域Ｓ１，Ｓ２に含まれる耐火物表面に光学パターンを投射し、撮像を行うかが重要となる。これらを踏まえ、耐火物形状測定装置１により耐火物の表面形状を測定するための手順について、以下に説明する。
【００３３】
まず、測定準備として耐火物形状測定装置１の校正を行う。この校正の手順について、以下に説明する。まず、測定者は、平坦なフロア又は壁面等の基準となる平面に校正基準となる校正パターンを貼り付ける。なお、本実施の形態では、校正パターンとして市松模様のパターンを用いる。次に、測定者は、校正パターンをカメラ・プロジェクタ１１で撮像する。撮像された画像データ（以下、「校正画像データ」という）は制御部１４に送られる。制御部１４が校正画像データを受信すると、ＣＰＵ１４ａは、校正画像データの歪みを検出する。次に、ＣＰＵ１４ａは、歪みが検出された部分を示す情報と校正画像データとを併せて出力する。測定者は、この出力結果を参照しながら、歪みがない画像データを撮像できるように、カメラ・プロジェクタ１１の補正を行う。この補正が終了した後、測定者は、再度、カメラ・プロジェクタ１１で校正パターンを撮像し、新たな校正パターンの歪み検出の処理を実行する。この結果、歪みが解消されていた場合、校正を終了する。一方で、歪みが解消されていなかった場合、測定者は、歪みが解消されるまで校正パターンの撮像及び歪み検出処理を繰り返し実行する。
【００３４】
以上のような校正を行った後、出銑樋の耐火物の形状測定を行う。以下、この測定の手順について説明する。
まず、測定者は、測定対象である出銑樋の側方の出銑樋から約２ｍ程度離れた位置に耐火物形状測定装置１を移動させる。次に、測定者は制御部１４を操作して、支持アーム１２ａを前方に倒し、反射ミラー１２を出銑樋の内側へ降ろす。なお、このとき、反射ミラー１２は、スラグメタルラインＬと同じ高さに降ろす。次に、測定者は制御部１４を操作して、反射ミラー１２の角度を調整する。ここで設定される具体的な角度について、以下に説明する。奥側の耐火物側面の形状を測定する場合、上述したように窪み部Ｌａに陰影領域Ｓ１が形成される。そこで、本実施の形態の場合、窪み部Ｌａの全面に対して光学パターンを投射するために、カメラ・プロジェクタ１１の光軸が水平となるように反射ミラー１２の角度を調整する。他方、手前側の耐火物側面の形状を測定する場合は、上述したようにその側面の略全面を覆うように陰影領域Ｓ２が形成される。この場合、手前側の耐火物側面に対して反射ミラー１２を向けるだけでは陰影領域Ｓ２に含まれる耐火物側面全面に光学パターンを投射することはできないが、出銑樋の耐火物においては、スラグメタルラインＬ近傍における窪み部Ｌｂの溶損量を測定することが重要であるため、その窪み部Ｌｂに対して光学パターンを投射することができればよい。そこで、本実施の形態では、奥側の耐火物側面を測定する場合と同様に、窪み部Ｌｂの全面に対して光学パターンを投射するために、カメラ・プロジェクタ１１の光軸が水平となるように反射ミラー１２の角度を調整する。このように反射ミラー１２の位置及び角度を調整することによって、窪み部Ｌａ，Ｌｂについて撮像及び光学パターンの投射を行うことができ、窪み部Ｌａ，Ｌｂの形状を測定することができる。なお、このようなえぐられた部分が存在しない又はえぐられた部分が浅い等の理由により、測定範囲において陰影領域が形成されない又はその陰影領域が僅かである場合においては、反射ミラー１２を用いずに形状測定を行ってもよい。
【００３５】
次に、測定者は制御部１４を操作して光学マスク１３の位置を調整する。本実施の形態においては、光学マスク１３が必要となる場合と不要となる場合とがある。具体例について図を参照しながら説明する。図６は本実施の形態におけるマスクが必要である場合の光学パターンの投射状態を示す模式図、図７は本実施の形態におけるマスクが不要である場合の光学パターンの投射状態を示す模式図である。奥側の耐火物側面を測定する場合、上述したように窪み部Ｌａの上部に対してはカメラ・プロジェクタ１１から直接光学パターンは投射されないが、窪み部Ｌａの下部に対してはカメラ・プロジェクタ１１から直接光学パターンが投射される。また、上述したように、窪み部Ｌａの全側面には、反射ミラー１２を介して光学パターンが投射される。したがって、カメラ・プロジェクタ１１から直接投射される光学パターンと、反射ミラー１２を介して投射される光学パターンとが重複する重複投射範囲Ｄが、窪み部Ｌａの下部に形成される（図６を参照）。この重複投射範囲Ｄにおいては、投射された光学パターンが光の干渉により変化してしまう。このため、重複投射範囲Ｄにおいては、正確に表面形状を測定することができなくなってしまう。したがって、奥側の耐火物側面を測定する場合には、カメラ・プロジェクタ１１から直接投射される光学パターンを遮蔽するように光学マスク１３の位置を調整し、光学パターンの重複投射を防ぐことが望ましい。その一方で、陰影領域Ｓ２に含まれる耐火物表面に反射ミラー１２を介して光学パターンを投射する場合は、当該耐火物表面に光学パターンがカメラ・プロジェクタ１１から直接照射されることがないため、図７に示すように、上述したような光学パターンの重複投射の問題は生じない。したがって、このような場合には光学マスク１３を用いなくともよい。なお、これらはあくまで例示であって、例えば、反射ミラー１２を介して光学パターンを投射する場合であっても、窪み部Ｌａの上部に対してのみ光学パターンを投射する等のような場合には、光学マスク１３を用いずとも精度良く測定することができる。したがって、上述した例以外でも光学パターンの重複投射が問題とならないような場合は、光学マスク１３を用いなくともよい。
【００３６】
上述したように反射ミラー１２及び光学マスク１３の位置調整を行った後、測定者は、制御部１４を操作して形状測定処理を開始する。なお、本実施の形態に係る形状測定処理は、位相の異なる光学パターンが投射された測定対象を撮像した複数の画像データに基づいて測定対象の３次元形状を算出する位相シフト法と呼ばれる方法を利用したものである。図８は本実施の形態において実行される形状測定処理の手順を示すフローチャートである。形状測定処理が開始されると、耐火物形状測定装置１は、αの値を０°に設定する（ステップＳ１０１）。次に、カメラ・プロジェクタ１１より測定範囲に対して光学パターンの投射を開始する（ステップＳ１０２）。図９は、本ステップにおいて投射される光学パターンＯＰを示す模式図である。図９に示すように、本ステップにおいて投射される光学パターンＯＰは、正弦波状に明度が変化する縞状の光学パターンである。また、この光学パターンＯＰは、初期位相がαの光学パターンである。
【００３７】
測定範囲に対して光学パターンＯＰが投射されると、耐火物形状測定装置１は、カメラ・プロジェクタ１１により光学パターンＯＰが投射されている範囲を撮像する（ステップＳ１０３）。次に、耐火物形状測定装置１は、αに１２０°を加算する（ステップＳ１０４）。ここで、上述したように、カメラ・プロジェクタ１１から投射されている光学パターンＯＰの初期位相はαである。したがって、ステップＳ１０４においてαに１２０°が加算されると、カメラ・プロジェクタ１１から投射されている光学パターンＯＰの位相が１２０°ずれることになる。
【００３８】
次に、耐火物形状測定装置１は、αの値が３６０°以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、αが３６０°未満であると判定された場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を繰り返す。他方、αが３６０°以上であると判定された場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、耐火物形状測定装置１は、カメラ・プロジェクタ１１からの光学パターンＯＰの投射を終了する（ステップＳ１０６）。ここで、本実施の形態では、ステップＳ１０４においてαは１２０°ずつ加算されるため、ステップＳ１０３においては、αが０°の場合、αが１２０°の場合、及びαが２４０°の場合の３つの画像データが撮像される。以下の説明では、αが０°のときに撮像された画像データを第１画像データ、αが１２０°のときに撮像された画像データを第２画像データ、αが２４０°のときに撮像された画像データを第３画像データとする。
【００３９】
これらの画像データは制御部１４に送られる。制御部１４にこれらの画像データが送られると、ＣＰＵ１４ａは、これらの画像データについて画像処理を行い、画素毎の光学パターンの反射強度を示す反射強度情報を画像データ毎に生成する（ステップＳ１０７）。次に、ＣＰＵ１４ａは、これらの反射強度情報に基づいて、画素毎の位相を算出する（ステップＳ１０８）。ここで算出された位相に基づいて、ＣＰＵ１４ａは、各画素の３次元座標を算出する（ステップＳ１０９）。具体的な算出方法を以下に説明する。凹凸のない平坦な面に対して縞状光学パターンを投射した場合、平面上には縞状光学パターンがそのまま映し出される。一方で、凹凸を有する面に対して縞状光学パターンを投射した場合、その面上には歪んだ縞状光学パターンが映し出される。この歪みは凹凸部において生じ、当該凹凸部の変位によって歪みの大きさが変化する。したがって、投射した縞状光学パターンの位相と、測定対象の平面に映る光学パターンの位相を比較し、各画素における位相の差を算出することで、各画素における３次元座標を算出することができる。画素毎の３次元座標が算出されると、ＣＰＵ１４ａは、算出された３次元座標に基づいて３次元画像データを生成する（ステップＳ１１０）。
【００４０】
次に、ＣＰＵ１４ａは、第１画像データ乃至第３画像データの３つの画像データを平均化し、テクスチャイメージを生成する（ステップＳ１１１）。さらに、ＣＰＵ１４ａは、得られたテクスチャイメージをステップＳ１１０において生成された３次元画像データの表面にマッピングし、３次元測定結果イメージを生成する（ステップＳ１１２）。最後に、ＣＰＵ１４ａは、ステップＳ１１２において生成された３次元測定結果イメージをハードディスク１４ｄに保存した後（ステップＳ１１３）、この３次元測定結果イメージを入出力部１４ｅに出力し（ステップＳ１１４）、形状測定処理を終了する。
【００４１】
このように、本実施の形態では、出銑樋の外側の離れた位置からであっても、出銑樋の耐火物の表面形状を測定することができる。したがって、出銑直後で高温となっているような場合であっても安全且つ正確に出銑樋の耐火物の表面形状を測定することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、反射ミラー１２を用いて光学パターンを投射し、撮像しているため、陰影領域Ｓ１，Ｓ２に含まれる耐火物表面であっても、その形状を正確に測定することができる。さらに、本実施の形態では、光学マスク１３を用いているため、カメラ・プロジェクタ１１から直接光学パターンが投射される範囲と、カメラ・プロジェクタ１１から反射ミラー１２を介して光学パターンが投射される範囲とが重複するような場合であっても、このような光学パターンの重複投射を防ぐことができ、正確に耐火物の表面形状を測定することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、カメラ・プロジェクタ１１により撮像された画像データの光学パターンの反射強度に基づいて３次元形状を算出している。物質表面からの反射光の反射強度は、その物質の表面形状に応じて変化する。したがって、３次元形状を算出する際に、反射強度を利用することにより、より詳細に表面形状を測定することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、異なる光学パターンが投射された複数の画像データに基づいて３次元形状を算出している。このように異なる光学パターンを利用することで、単一の光学パターンのみを利用する場合よりも画素毎の情報量が増えるため、より正確且つ詳細に表面形状を測定することができる。
【００４５】
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態においては、位相シフト法を用いて、耐火物の表面座標を算出し、耐火物の表面形状を取得しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光学パターンを利用して耐火物の表面座標を算出することができるのであれば、空間コード化法等のような他の方法を用いてもよい。また、本実施の形態においては、投射する光学パターンは、図９に示すような縞状光学パターンＯＰであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、円形の縞状光学パターン、又は格子状光学パターン等の他の光学パターンを用いてもよい。
【００４６】
また、上記の実施の形態においては、形状測定処理において、第１画像データ乃至第３画像データの３つの画像データを撮像し、これらの画像データに基づいて耐火物の形状を算出している。これは、位相シフト法を用いる場合には位相の異なる光学パターンが投射された測定対象物の画像データが３つ必要となるためである。しかし、この数は最低限必要な画像データの数であり、位相シフト法においては、処理対象となる画像データの数が多い程に精度が向上する。したがって、撮像される画像データの数はいくつであってもよい。なお、この画像データの最低限必要な数については、位相シフト法についてである。したがって、他の処理方法を採用する場合にはそれらの処理方法に応じた数の画像データを撮像すればよく、例えば、単一の画像データで耐火物の形状を算出することができるのであれば、単一の画像データを撮像するように構成されていてもよい。
【００４７】
また、上記の実施の形態においては、測定対象を出銑樋にライニングされた耐火物としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、高炉、転炉及びトーピードカー等の製鉄工程において用いられる各種の設備にライニングされた耐火物を測定対象とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の耐火物の形状測定装置及び測定方法は、出銑樋等の製鉄設備にライニングされた耐火物の表面形状を測定するための耐火物の形状測定装置及び測定方法等として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１    耐火物形状測定装置
１１    カメラ・プロジェクタ
１１ａ    支柱
１２    反射ミラー
１２ａ    支持アーム
１２ｂ    ダンパ
１３    光学マスク
１３ａ    アーム
１４    制御部
１４ａ    ＣＰＵ
１４ｂ    ＲＯＭ
１４ｃ    ＲＡＭ
１４ｄ    ハードディスク
１４ｅ    入出力部
１４ｆ    入出力インタフェース
１４ｊ    バス
１５    台車
１５ａ    車輪
ＯＰ    光学パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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