(57)【要約】【課題】コークス炉の操業を妨げることなく効率良く連続して複数の窯の炉壁形状計測を行うことを可能にするコークス押出ラムの先端位置検出方法、及びそれを適用したコークス押出ラムの先端位置検出装置を提供する。【解決手段】コークス炉のコークス押出機に設けられた押出ラムの先端位置を検出する方法であって、押出ラムの先端部に取り付けられ、光拡散反射部と低反射部とからなるターゲット板を撮像する工程と、前記撮像手段の撮像信号に基づいて押出ラムの先端位置を検出する工程とを備えたものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉のコークス押出機に設けられた押出ラムの先端位置を検出する方法であって、
押出ラムの先端部に取り付けられ、光拡散反射部と低反射部とからなるターゲット板を撮像する工程と、
前記撮像手段の撮像信号に基づいて押出ラムの先端位置を検出する工程と
を備えたことを特徴とするコークス押出ラムの先端位置検出方法。
【請求項２】
コークス炉のコークス押出機に設けられた押出ラムの先端位置を検出する装置であって、
押出ラムの先端部に取り付けられ、光拡散反射部と低反射部とからなるターゲット板と、
前記ターゲット板を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像信号に基づいて押出ラムの先端位置を検出する演算手段と
を備えたことを特徴とするコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【請求項３】
前記ターゲット板を光を照射する光源を更に備え、その照射面積を所定面積以上としたことを特徴とする請求項２記載のコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【請求項４】
前記光源及び前記撮像手段が押出機本体に取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【請求項５】
前記ターゲット板を冷却する冷却手段を
更に備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【請求項６】
前記光源として、赤外域とは異なる波長帯域で狭い波長帯域の光源を使用し、前記撮像手段に前記狭い波長帯域のフィルターを付することを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【請求項７】
前記ターゲット板に代えて、前記押出ラムの先端部分の構造体に、低反射部材又は拡散反射部材を貼付又はコーティングすることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載のコークス押出ラムの先端位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉のコークス押出機において、押出ラム先端部に距離計測手段のセンサー部を搭載し、押出ラムのコークス炉炭化室への挿入とともに押出しラム先端部と炉壁の間の距離を測定することによって、炉壁のプロフィールを順次計測するコークス炉炭化室炉壁形状計測において、押出ラムの挿入に伴って発生する押出ラム先端部に設置した距離計測手段センサー部の炭化室窯幅方向に対する位置を参照するための先端位置検出方法及び先端位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉の炭化室の炉壁は、削れたり崩れたりして、徐々にその形状が変化する。炉壁形状が大きく変化した場合には、補修として炉壁に補修材を吹き付けたり、場合によっては炉壁の炉材を交換する必要がでてくる。そのため炉壁の形状を常に監視する必要がある。その方法として、押出機に設けられた押出ラム先端部距離計にて炉壁までの距離を順次測定して、この測定データから炉壁のプロファイルを順次測定する方法が用いられている。このコークス炉炭化室炉壁形状計測においては、押出ラムの挿入に伴って、押出ラム先端部が炭化室窯幅方向に変動し、それに伴って距離計測手段センサー部の位置も炭化室窯幅方向に変動する為、距離測定手段で測定した測定値をそのまま炉壁のプロファイルとすると誤差が生じる。
【０００３】
この誤差を補正する方法として、ラム先端部に設置したセンサー付近の位置に設けたセンサー位置参照点を、炭化室窯口付近に設けた炉体基準点とともに、炉外に設けたカメラで撮影し、撮影されたセンサー位置参照点と炉体基準点の相対位置関係からセンサー位置の変動を算出して補正を行う方法が開発されている。
【０００４】
このような目的で用いられるセンサー位置参照点に関しては、例えば、レーザーダイオード（以下ＬＤ）を設置して発光させる方法や（特許文献１参照）、光ファイバーを用いて発光させる方法が提案されている（特許文献２参照）。また、レーザ受光部とレーザ受光部観察手段を押出ラムに設置し、レーザ発光体を押出機本体に設置する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５２７１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７２６０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２４５６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法においては、連続的に異なる窯の炉壁形状計測を行う際には、輻射熱の影響によってＬＤが破壊されてしまう。破損したＬＤを交換しながら計測を行うとコークス炉操業の妨げとなる、という問題点がある。また、特許文献２の方法においても、周辺温度による光ファイバーの膨張・収縮もしくは押出時の振動で、光ファイバーを固定する部分に応力がかかる。連続使用すると、その繰り返し応力がかかることになり、経年劣化が激しい。炉の定修間隔より短い修理期間であると、結局操業効率を落とすことになる。また、光ファイバーはそのガイド管とセットで製作する工程上高価であることから、頻繁に交換することはコストが高くなる、という問題点がある。また、特許文献３の方法においては、観察手段が押出ラムに設置されており、耐熱性・耐久性の面において観察手段は高性能にせざるを得ず、高価になる。安価な構成にすると、修理期間が短くなり、特許文献２の場合と同様に、操業効率を落とすことになる、という問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コークス炉の操業を妨げることなく効率良く連続して複数の窯の炉壁形状計測を行うことを可能にしたコークス押出ラムの先端位置検出方法、及びそれを適用したコークス押出ラムの先端位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出方法は、コークス炉のコークス押出機に設けられた押出ラムの先端位置を検出する方法であって、押出ラムの先端部に取り付けられ、光拡散反射部と低反射部とからなるターゲット板に光を撮像する工程と、前記撮像手段の撮像信号に基づいて押出ラムの先端位置を検出する工程とを備えたものである。ターゲット板はコークス炉内の輻射光に照らされることになるため、光拡散反射部はその輻射光を反射する。一方、低反射部は影のように暗く見えることからターゲット板状に低反射部の模様が確認できる。この模様を認識することにより参照点として利用できる。ターゲット板は機械強度があり、耐熱性があるものを選択することが望ましい。本発明によれば、コークス押出ラム付近の設置はターゲット板だけになるため構造も単純になる。また、撮影手段によってターゲット板を撮像して、その撮影信号に基づいてコークス押出ラムの先端位置を検出するようにしたので、コークス炉の操業を妨げることなく効率良く連続して複数の窯の炉壁形状計測を行うことが可能になる。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出方法は、前記ターゲット板に光を照射する工程を更に備え、その照射面積を所定面積以上としたものである。本発明においては、コークス炉の手前出口付近での光量不足を補う為に、ターゲット板に光を照射している。コークス炉の手前出口付近は、炉内の輻射熱も少なくなり、光拡散反射部と低反射部とのコントラストが小さくなる可能性がある。そのため、出口付近に投光器などの光源を設置してターゲット板に光を照射する。なお、光源の設置は、押出ラムの振動を避ける為、押出機側に付けるのが望ましい。また、光源によるターゲット板上の照射面積は、ターゲット板上の光拡散反射部と低反射部の模様が撮像手段によって認識できる面積以上が必要である。
【０００９】
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、コークス炉のコークス押出機に設けられた押出ラムの先端位置を検出する装置であって、押出ラムの先端部に取り付けられ、光拡散反射部と低反射部とからなるターゲット板と、前記ターゲット板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像信号に基づいて押出ラムの先端位置を検出する演算手段とを備えたものである。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、前記ターゲット板を光を照射する光源を更に備え、その照射面積を所定面積以上としたものである。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、前記光源及び前記撮像手段が押出機本体に取り付けられている。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、前記ターゲット板を冷却する冷却手段を更に備えたものである。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、前記光源として、赤外域とは異なる波長帯域で狭い波長帯域の光源を使用し、前記撮像手段に前記狭い波長帯域のフィルターを付するものである。この手段によれば、コークス炉内の輻射光量の影響が小さく、コントラスト良くターゲット板の認識が可能となる。
また、本発明に係るコークス押出ラムの先端位置検出装置は、前記ターゲット板に代えて、前記押出ラムの先端部分の構造体に、低反射部材又は拡散反射部材を貼付又はコーティングする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
コークス炉炭化室内状況を把握する為には、例えば非接触の距離計測手段のセンサ部（例えば電磁波の送受信を行うアンテナ）を炉内に挿入し、走査させて、センサ部の位置から炭化室壁面までの距離を計測するが、この場合にセンサ部は操作基準線に対して垂直方向（距離計測方向）へ変位することが多い。そこで、本実施形態においては、コークス炉体に対して所定の位置に設置された画像撮影手段及び方向・位置計測手段によって、炭化室内に挿入されたセンサ部の位置を順次撮影するとともに、前記画像撮影手段のコークス炉体に対する相対的な方向及び位置とにより、画像撮影手段の方向及び位置の変動を補正した上で、センサ部の各計測地点の走査基準線から距離計測方向への変位量を順次求め、このセンサ部の各変位量により距離計測手段の計測値を補正するようにしている。センサ部はラム先端に設置されているため、本実施形態を用いてラム先端位置を計測すれば、センサ部の位置も求められる事になる。
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態の一例であるコークス押出ラムの周辺部の機構の概要図である。コークス押出機のラムビーム１上でその先端側（ラムヘッド３側）に近い位置にターゲット板２が設置される。
【００１２】
図２は、ターゲット板２の一構成例である。ターゲット板２は、図２に示されるように例えば１００ｍｍ角の板状であり、押出機方向の面に目印となる加工を施しておく。目印となる加工とは即ち、光が照射され撮像手段で観察した際に、拡散反射する領域と低反射の領域により、その模様が認識できるような加工を意味する。例えば、ターゲット板２の表面に拡散反射するコーティング１０１を施し、中心にはΦ２０ｍｍ程度の穴１０２を開け、裏側には、低反射素材１０３を貼り付けるような加工である。このターゲット板２は、光が照射されると、撮像した際に、拡散反射コーティング１０１の部分は明るく、低反射素材１０３は黒く見える。低反射素材１０３は、素材そのものが低反射の性質を持っているものでも良いし、セラミック板などに低反射コーティングなどを施したものでも良い。
【００１３】
図３は、ターゲット板２の他の構成例である。ターゲット板２は、図３に示されるように、板状の低反射素材１０３からなるターゲット板２に穴１０２を開け、その裏側に拡散反射コーティング１０１が施された板部材１０１ａを貼り付けるようにしたものである。
【００１４】
以上の図２及び図３に示されるように、ターゲット板２は、拡散反射領域内に低反射領域を作っても、低反射領域内に拡散反射領域内を作っても良い。ターゲット板２上に光を当てた際に、明暗の目印が見えることが重要である。
【００１５】
コークス押出ラム先端が、長時間炭化室内に留まる状況では、ターゲット板２全体が輻射熱により赤熱することが考えられる。このような場合には明暗のコントラストがつきにくいため、例えば、図４に示されるように、ターゲット板２に、本発明の冷却手段として機能するパイプ２００によりエア２０１を噴き付け赤熱を防いだり、或いは、図５に示されるように、炭化室内の輻射熱の波長とは異なる波長の光を外部光源２０２から照射し、撮像手段２０３のフィルター２０４として外部光源２０２の波長を選択的に通すものを使用するなど、ターゲット板２上の明暗コントラストをつける方法が考えられる。振動などの要因を考慮すれば、外部光源２０２と撮像手段２０３は、コークス押出機ラムとは別の構造体である押出機本体に設置するのが好ましい。
【００１６】
また、ターゲット板２の代替としては、コークス押出機ラム先端部分の既設の構造体の一部に、その構造体が拡散反射ならば低反射素材を貼る又はコーティングする、その構造体が低反射ならば拡散反射素材を貼る又はコーティングする等により目印をつけることも可能である。コーティング材は、セラミック製が一般的であるが、１０００℃程度までの耐熱性・光拡散反射性を有するものであれば良い。例えばセラマコート２２（オーデック製）は、耐熱１０００℃、白色、金属コーティングが可能なため、ステンレス製のプレートに塗布すると拡散反射素材として利用できる。また、コーティング以外の拡散反射材としては、１０００℃でも変色しない、白色系のセラミック平板（アルミナ製など）やセラミックペーパ等が使用可能である。但し、空隙率の大きい物は、粉塵が溜まり易く、メンテナンス頻度が増えるため、極力空隙率は小さい方が良い。
【００１７】
低反射素材としては、１度酸化させた鋼板、鋼管など（酸化膜により反射率低下）が安価で使いやすい。例えば図６に示されるように、Φ１０ｍｍ長さ１００ｍｍのパイプ１０５を酸化させ、後端部２０ｍｍを曲げておけば、パイプ１０５に入射した光は内部で減衰するので、パイプ１０５前端部は黒く見えることになる。結果として低反射の効果が得られる。パイプ１０５が輻射熱で赤熱し、コントラストが得られない場合にはパイプ１０５にエアを通し、赤熱を避ければよい。
【００１８】
以上のターゲット板の設置又はその代替物は、単純な構成にてコークス押出ラムの先端に設置することが出来、繰り返しの熱負荷への耐久性も問題が無いという利点がある。なお、本発明において、低反射部と拡散反射部とは、両者の相対的な相違をいうものであり、例えば緑色レーザースポットを照射し緑色フィルターを使用して白黒２５６階調ＣＣＤカメラで撮像した場合に、その各反射部の輝度の差が３０以上あるようなものの組み合わせをいうものとする。
【００１９】
図７（ａ）（ｂ）は、上記のようにして設置されたターゲット板２を撮影したときの画像及びそれを適当なしきい値で二値化した画像である。図５の撮像手段２０３により撮像された画像の画像信号はパソコン２０５に取り込まれて二値化される。この撮像例では、ターゲット板２の低反射部は黒丸に撮像される。本発明の演算手段として機能するパソコン２０５が撮像信号の黒丸を認識することにより、その位置を求めることができる。認識方法としては、例えば、水平方向に画像をスキャンし、最下点又は最上点を見つければ良い。また、重心位置や中心位置を算出してもよい。ただし、粒状ノイズなどが撮影される可能性が有る為、撮影された画像データに対して、数点の平均を取るなどの空間的ローパスフィルターを使用すると良い。これらの点が画像上水平方向のどこにあるか求めると、撮像手段２０３に対してのラム先端位置が計算できる。撮像手段２０３を炉体に対して所定の位置に固定設置しておけば、これらの点から、炉体に対するラム先端位置が計算できる。その計算方法を図８に基づいて説明する。
【００２０】
図８（Ａ）（Ｂ）は、ターゲット（上記の最下点又は最上点）の炉体中心からの距離を求める際の方法を示した説明図であり、（Ａ）は炉内を上方から見た状態の説明図、（Ｂ）は撮像画像である。パソコン２０５は次のような処理をする。
（ａ）撮像された画像の横幅Ｗを求める。Ｗ＝φ（Ｙｔ−Ｙｃ）
但し、図８（Ａ）の炉体中心と撮像手段であるカメラ中心とのズレθは微小角であり、カメラ画角の中心点を（Ｘｃ，Ｙｃ）とし、画角はφとし、ターゲットの位置を（Ｘｔ，Ｙｔ）とする。
（ｂ）Ｙｔはラムの移動距離を運転システムから取り込むため既知であり、Ｙｃもまた固定のため既知である。従って、画像幅のドット数と画像の横幅Ｗから単長さのドット数を求める。
（ｃ）画像上のターゲットの位置であるＸｐをドット数で求めて、それを実距離に換算する。
（ｄ）画像上の炉体中心と画像中心とのずれＸＲｃの実距離を求めれば、ターゲットから炉体中心までの距離が求まる。このＸＲｃは、
（Ｙｔ−Ｙｃ）θ＝ＸＲｃ−Ｘｃ
∴    ＸＲｃ＝Ｘｃ＋（Ｙｔ−Ｙｃ）θ
Ｘｃは固定の既知であり、ＸＲｃが求まるから、ターゲットの炉体中心位置からの距離は、Ｘｐ− ＸＲｃ、と求まる。
【００２１】
以上のように本実施形態によれば、コークス炉の操業を妨げることなく効率良く連続して複数の窯の炉壁形状計測を行うことが可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の一例であるコークス押出ラムの周辺部の機構の概要図である。
【図２】ターゲット板の一例を示す説明図である。
【図３】ターゲット板の他の例を示す説明図である。
【図４】ターゲット板の他の例を示す説明図である。
【図５】ターゲット板の撮像方法を示した説明図である。
【図６】ターゲット板の他の例を示す説明図である。
【図７】ターゲット板の撮像画像及びその二値化された画像を示した図である。
【図８】ターゲットの炉体中心からの距離を求める際の方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  コークス押出ラムビーム、２  ターゲット板、３  ラムヘッド、２０２  外部光源、２０３  撮像手段、２０４  光学フィルター、２０５  パソコン。
【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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