(57)【要約】【課題】炉壁表面の凹凸形状を測定するためのレーザ光と炉壁の自発光とを同時に取得しつつもレーザ光と自発光とが干渉せず、炉壁表面に対し垂直方向の計測可能範囲およびレーザ光の照射範囲を広くする。【解決手段】スリット状の窓２を有する断熱性保護箱３の内部に配置された、スリット状のレーザ光を射出するスリットレーザ光源４と、レーザ光を反射して窓２を介して炉壁表面へレーザ光を照射するレーザ光用ミラー５と、窓２を介して断熱性保護箱３の内部に入射する、レーザ光の照射による炉壁表面の反射光および炉壁表面が発する自発光を反射する撮像用ミラー６と、撮像用ミラー６から反射された自発光と反射光とを光学フィルタ７を介して撮像する撮像装置８とを備える。【選択図】図１
2012150103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット状の窓を有する断熱性保護箱内に配置された、
スリット状のレーザ光を射出するスリットレーザ光源と、
前記レーザ光を反射して前記窓を介して炉壁表面へ該レーザ光を照射するレーザ光用ミラーと、
前記窓を介して前記断熱性保護箱内に入射する、前記レーザ光の照射による反射光および前記炉壁表面が発する自発光を反射する撮像用ミラーと、
前記撮像用ミラーから反射された前記自発光と前記反射光とを光学フィルタを介して撮像する撮像装置と、
を備えることを特徴とする炉壁形状測定装置。
【請求項２】
前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長を透過する狭帯域のバンドパス特性を持つ第１透過領域と前記自発光の波長を透過する広帯域のバンドパス特性を持つ第２透過領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の炉壁形状測定装置。
【請求項３】
前記スリットレーザ光源が射出するレーザ光の光軸は、前記断熱性保護箱の長手面に対し平行に配置され、
前記レーザ光用ミラーに対する前記レーザ光の入射角が６０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の炉壁形状測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の炉壁形状測定装置と、
前記炉壁形状測定装置の炉内位置を検出する位置検出手段と、
前記炉壁形状測定装置の撮像装置により撮像された画像と前記炉壁形状測定装置の位置とから前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段と、
を備える炉壁形状測定システム。
【請求項５】
前記画像処理手段は、前記自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインと、前記反射光が撮像された画像領域のうち前記スリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向１ラインの凹凸形状を算出した１次元凹凸形状ラインとを、前記位置検出手段が検出した前記炉壁形状測定装置の炉内位置に関して整列することにより、前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することを特徴とする請求項４に記載の炉壁形状測定システム。
【請求項６】
炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光とを、１つの画像内にて分離して撮像することができる炉壁形状測定装置と、
前記炉壁形状測定装置の炉内位置を検出する位置検出手段と、
前記炉壁形状測定装置の撮像装置により撮像された画像と前記炉壁形状測定装置の炉内位置とから前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする炉壁形状測定システム。
【請求項７】
前記画像処理手段は、前記自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインと、前記反射光が撮像された画像領域のうち前記スリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向１ラインの凹凸形状を算出した１次元凹凸形状ラインとを、前記位置検出手段が検出した前記炉壁形状測定装置の炉内位置に関して整列させることにより、前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することを特徴とする請求項６に記載の炉壁形状測定システム。
【請求項８】
位置検出手段が、炉壁形状測定装置の炉内位置を検出する位置検出ステップと、
前記炉壁形状測定装置が、炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光とを、１つの画像内にて分離して撮像する撮像ステップと、
画像処理手段が、前記自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインを抽出する１次元自発光ライン抽出ステップと、
前記画像処理手段が、前記反射光が撮像された画像領域のうち前記スリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向の１次元凹凸形状ラインを算出した凹凸形状算出ステップと、
前記画像処理手段が、前記位置検出ステップにより検出した前記炉壁形状測定装置の炉内位置と、前記１次元自発光ライン抽出ステップにより抽出した１次元自発光ラインと、前記凹凸形状算出ステップにより抽出した１次元凹凸形状ラインとを用いて、前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像生成ステップと
を含むことを特徴とする炉壁形状測定方法。
【請求項９】
前記画像生成ステップは、前記画像処理手段が、前記１次元自発光ライン抽出ステップにより抽出した１次元自発光ラインと、前記凹凸形状算出ステップにより抽出した１次元凹凸形状ラインと、前記炉壁形状測定装置の炉内位置に関して整列させることにより前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することを特徴とする請求項８に記載の炉壁形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉壁形状測定装置、炉壁形状測定システム、および炉壁形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用炉の炉体寿命に影響を及ぼす炉壁表面付着物としては、例えばコークス炉の炉壁表面に付着したカーボンがある。コークス炉では、炉内に投入した石炭を一定時間乾留し、出来上がった赤熱コークスを、コークス押出し装置によって炉外へ排出するという操業を繰り返し行う。このような操業を行っていくと、コークス炉の炉壁表面上にカーボンが析出し、不均一に成長する。この成長が進むと、析出カーボンの一部が剥離を起こして、炉内に脱落する場合がある。
【０００３】
また、炉壁表面を構成している耐火煉瓦は、石炭投入時の機械的または熱的な衝撃を受ける、もしくは壁面に成長したカーボンとともに耐火煉瓦の一部が剥離すること等により徐々に侵食を受ける。この結果、コークス炉の炉壁表面が凹凸となり、コークス押出し作業の際には窯詰まりの原因となる。窯詰まりは、コークス炉の操業効率を低下させるだけでなく、炉体に対して大きな負荷をかけてしまい、さらには炉体の寿命を縮めてしまう。特に、炉壁表面上に付着および成長したカーボンが剥離すると、炉壁表面上に生じた凹凸による段差が大きくなる場合が多いため、コークス押出し時に窯詰まりが発生しやすくなる。従って、コークス炉において壁面の平滑度を保つことは、コークス炉の操業上たいへん重要である。
【０００４】
一方、現在行われている操業では、コークス炉において炉壁表面に凹凸が生じることは不可避である。したがって、炉体の寿命をできるだけ長く延ばすためには、炉壁表面に生じた凹凸を把握し、効率良く凹凸を平滑化するような補修を適宜行っていく必要がある。
【０００５】
このための炉壁形状測定装置として、例えば、リニアイメージカメラで炉壁表面画像を撮像するとともに、スポット状のレーザ光を用いて凹凸形状計測を行う技術が知られている（特許文献１参照）。また、同一の撮像装置が、スリット状のレーザ光を炉壁表面に照射して凹凸形状計測を行い、かつ炉壁表面の自発光を撮像する技術も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６６４７５号公報
【特許文献２】特開２００４−７７０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、スポット状のレーザ光を各炉壁煉瓦に１点照射して炉壁の凹凸情報を得るので、炉壁全面の凹凸情報は取得できない。また、特許文献２に記載の技術は、スリット状のレーザ光の照射角度が浅く、炉壁表面に対し垂直方向の計測可能範囲を広く取ることができず、また、凹凸情報にかかるレーザ光と自発光とを同時に１台の撮像装置で取得しているが、互いにハレーションしないように輝度レベルを調整することが難しいという問題点があった。したがって、炉壁表面の凹凸形状を測定するためのレーザ光と自発光とが干渉せず、炉壁表面に対し垂直方向の計測可能範囲およびレーザ光の照射範囲が広い炉壁形状測定装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、炉壁表面の凹凸形状を測定するためのレーザ光と炉壁の自発光とを同時に取得しつつもレーザ光と自発光とが干渉せず、炉壁表面に対し垂直方向の計測可能範囲およびレーザ光の照射範囲が広い炉壁形状測定装置、炉壁形状測定システム、および炉壁形状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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる炉壁形状測定装置は、スリット状の窓を有する断熱性保護箱内に配置された、スリット状のレーザ光を射出するスリットレーザ光源と、前記レーザ光を反射して前記窓を介して炉壁表面へ該レーザ光を照射するレーザ光用ミラーと、前記窓を介して前記断熱性保護箱内に入射する、前記レーザ光の照射による炉壁表面からの反射光および前記炉壁表面が発する自発光を反射する撮像用ミラーと、前記撮像用ミラーから反射された前記自発光と前記反射光とを光学フィルタを介して撮像する撮像装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる炉壁形状測定システムは、本発明にかかる炉壁形状測定装置と、前記炉壁形状測定装置の位置を検出する位置検出手段と、前記炉壁形状測定装置の撮像装置により撮像された画像と前記炉壁形状測定装置の位置とから前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる炉壁形状測定システムは、炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光と、を１つの画像内にて分離して撮像することができる炉壁形状測定装置と、前記炉壁形状測定装置の炉内位置を検出する位置検出手段と、前記炉壁形状測定装置の撮像装置により撮像された画像と前記炉壁形状測定装置の炉内位置とから前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる炉壁形状測定方法は、位置検出手段が炉壁形状測定装置の炉内位置を検出する位置検出ステップと、前記炉壁形状測定装置が炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光と、を１つの画像内にて分離して撮像する撮像ステップと、画像処理手段が前記自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインを抽出する１次元自発光ライン抽出ステップと、前記画像処理手段が前記反射光が撮像された画像領域のうち前記スリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向の１次元凹凸形状ラインを算出した凹凸形状算出ステップと、画像処理手段が、前記位置検出ステップにより検出した前記炉壁形状測定装置の炉内位置と、前記１次元自発光ライン抽出ステップにより抽出した１次元自発光ラインと、前記凹凸形状算出ステップにより抽出した１次元凹凸形状ラインと、を用いて前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像生成ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる炉壁形状測定装置、炉壁形状測定システム、および炉壁形状測定方法によれば、炉壁表面の凹凸形状を測定するためのレーザ光と炉壁の自発光とを同時に取得しつつもレーザ光と自発光とが干渉せず、炉壁表面に対し垂直方向の計測可能範囲およびレーザ光の照射範囲を広くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置の部分構成図である。
【図３】図３は、自発光および反射光の光路を示す図である。
【図４】図４は、光学フィルタを拡大した模式図である。
【図５】図５は、撮像装置で撮像した画像およびその輝度分布のグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法の一部を成す炉壁の自発光画像と形状画像とを合成する方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘごとに得られる自発光および炉壁の形状の１ラインデータを概念的に表した図である。
【図８】図８は、炉壁レンガの自発光画像および凹凸形状の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１の概略構成図である。図１に示されるように、炉壁形状測定装置１は、スリット状の窓２を有する断熱性保護箱３の中に配置された、スリット状のレーザ光を射出するスリットレーザ光源４と、レーザ光を反射して窓２を介して炉壁表面へと導くレーザ光用ミラー５と、炉壁表面が発する自発光とレーザ光による炉壁表面からの反射光とを反射する撮像用ミラー６と、撮像用ミラー６から反射された自発光と反射光とを光学フィルタ７を介して撮像する撮像装置８とを備える。
【００１７】
本実施形態の炉壁形状測定装置１は、右側の炉壁形状と左側の炉壁形状とを同時に測定可能な構成であり、スリットレーザ光源４、レーザ光用ミラー５、および撮像用ミラー６は、それぞれ、右炉壁用スリットレーザ光源４ｒと左炉壁用スリットレーザ光源４ｌ、右炉壁用レーザ光用ミラー５ｒと左炉壁用レーザ光用ミラー５ｌ、および右炉壁用撮像用ミラー６ｒと左炉壁用撮像用ミラー６ｌという対を成している。なお、光学フィルタ７および撮像装置８は、右側の炉壁形状の測定と左側の炉壁形状の測定とにおいて共通利用する構成である。以下、右側の炉壁形状測定にかかる構成要素と左側の炉壁形状測定にかかる構成要素とは、参照符号の添字「ｒ」「ｌ」によって区別し、とくに両者を区別する必要がないときは当該添字を省略した参照符号を用いる。また、説明中における右側及び左側は、図中矢印Ａ方向を基準として定義する。
【００１８】
本実施形態の炉壁形状測定装置１におけるスリットレーザ光源４は、断熱性保護箱３の長手面に対し平行に配置され、スリット状のレーザ光断面が断熱性保護箱３の長手面に対し平行になるようにレーザ光を射出する。レーザ光用ミラー５は、上記断熱性保護箱３の長手面に対して３０度以上の角度をなして配置し、レーザ光の入射角φが６０度以下となるよう配置する。
【００１９】
このとき、右炉壁用スリットレーザ光源４ｒは、断熱性保護箱３の長手面のうち、左側の長手面３ｌの近傍に配置し、左側の炉壁形状を測定するための左炉壁用スリットレーザ光源４ｌは、断熱性保護箱３の長手面のうち右側の長手面３ｒの近傍に配置する。すなわち、右炉壁用スリットレーザ光源４ｒおよび左炉壁用スリットレーザ光源４ｌから射出されたレーザ光は、それぞれ右炉壁用レーザ光用ミラー５ｒと左炉壁用レーザ光用ミラー５ｌで反射された後に、光路が交差して炉壁に照射される構成である。
【００２０】
本実施形態の炉壁形状測定装置１は、上記構成により、断熱性保護箱３が小さくても有効にレーザ光の光路長を延長することができる。断熱性保護箱３を小さくすることにより、冷却する容積を小さく抑えられるのと同時に、光路長を延長することにより１台の炉壁形状測定装置１でコークス炉の高さ方向に測定可能な範囲を大きく確保できる。よって、コークス炉の全体を計測するために複数台の炉壁形状測定装置１を高さ方向に並べて使用する際に、台数を少なく抑えることが可能である。例えば、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を利用するコークス炉における壁面間距離の最短距離は３００ｍｍ程度である。したがって、炉壁形状測定装置１の幅（つまり断熱性保護箱３の幅）は、上述した３００ｍｍよりも小さく構成する必要がある。例えば、本発明の実施形態の炉壁形状測定装置１において、断熱性保護箱３を幅２５０ｍｍ、長手方向長さ５００ｍｍと設計した場合でも、断熱性保護箱３を斜めに横切る距離分を有効に使うことができる。そのため、レーザ光の光路長を２５０〜５００ｍｍ程度確保することができる。このとき、広がり角が９０度のスリットレーザ光源４を用いれば、レーザ光のライン方向（スリット方向）の照射範囲を５００〜１０００ｍｍ程度と広く確保することができる。
【００２１】
本実施形態の炉壁形状測定装置１における撮像装置８は、右炉壁用撮像用ミラー６ｒと左炉壁用撮像用ミラー６ｌによる反射を介して、右側の炉壁と左側の炉壁との像を同時に撮像する。このとき、後に詳述するように、光学フィルタ７によって、炉壁表面が発する自発光とレーザ光による炉壁表面からの反射光とを分離して撮像する。つまり、撮像装置８は、右側炉壁における自発光およびレーザ光の反射光と、左側炉壁における自発光およびレーザ光の反射光とを同時に取得することになる。
【００２２】
なお、右炉壁用撮像用ミラー６ｒおよび左炉壁用撮像用ミラー６ｌは、断熱性保護箱３の左右対称位置に設けられた右炉壁用撮像用窓２および左炉壁用撮像用窓２を介して、右側の炉壁および左側の炉壁を適切に撮像できるように、互いに略９０度の角度をなして配置される。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、本実施形態にかかる炉壁形状測定装置１の撮像視野Ｆおよび計測可能範囲Ｒについて説明する。
【００２４】
図２は、炉壁形状測定装置１における左側炉壁の計測にかかる構成のみを表示した部分構成図であり、本実施形態にかかる炉壁形状測定装置１は左右対称の構成をしているので、左側炉壁の計測にかかる構成を省略している。図２に示されるように、スリットレーザ光源４から射出したレーザ光は、撮像装置８の撮像視野Ｆの一部を照射する。このとき、スリットレーザ光源４から射出したレーザ光は照射角度θ（ここではレーザ光と断熱性保護箱３の長手面との角度をいう）で炉壁を照射するので、撮像視野Ｆの中に炉壁の凹凸があった場合、レーザ光の照射位置が変化する。図２においては、高さｈの突部が撮像視野Ｆにある場合、視野の端からｘの位置にレーザ光の照射位置が変化することが示されている。
【００２５】
以上の考察から、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１の測定可能範囲Ｒは、撮像視野Ｆおよび照射角度θによって定まり、
計測可能範囲Ｒ＝撮像視野Ｆ×ｔａｎθ    ・・・（式１）
という関係が成り立つことが解る。
【００２６】
したがって、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１についての好適な大きさ又は構成が以下のように導かれる。
【００２７】
本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を利用するコークス炉における壁面間距離の最短距離は３００ｍｍ程度である。したがって、炉壁形状測定装置１の幅（つまり断熱性保護箱３の幅）は、上述した３００ｍｍよりも小さく構成する必要があり、これに伴い、撮像用ミラー６の大きさは左右の片側で１５０ｍｍ幅の中に収めなければならない。さらに、１５０ｍｍ幅の中には、断熱性保護箱３の厚みや撮像用ミラー６取り付け冶具のための空間が必要となる。そのため、撮像用ミラー６は幅方向に１００ｍｍ程度の中に納まる大きさとなる。その結果、撮像装置８の画角による広がり分を考慮したとしても、撮像装置８の撮像視野Ｆは、最大で１２０ｍｍ程度にしかならない。
【００２８】
一方、コークス炉の壁面間距離の最大距離は４５０ｍｍ程度である。また、煉瓦の劣化による凹凸の範囲が約５０ｍｍあることを考慮すると、
炉壁表面最長幅４５０ｍｍ−装置幅約３００ｍｍ＋凹凸範囲約５０ｍｍ＝２００ｍｍ
が、要求される計測可能範囲Ｒである。ここで、（式１）の関係を考慮すると、１２０ｍｍ×ｔａｎ(６０°)≒２００ｍｍなので、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１では照射角度θが６０度以上であることが必要であると導かれる。
【００２９】
なお、レーザ光の入射角φと、上記の照射角度θには
１８０度＝２φ＋θ
の関係がある。この関係から、上記の照射角度θが６０度以上であるという条件は、レーザ光用ミラー５を断熱性保護箱３の長手面に対して３０度以上の角度をなして配置し、入射角φが６０度以下となるよう配置することで満たされる。
【００３０】
次に、図３および図４を参照しながら、本実施形態にかかる炉壁形状測定装置１の光学フィルタ７の作用効果について説明する。
【００３１】
図３は、撮像装置８が炉壁表面を撮像する際の、炉壁表面が発する自発光およびレーザ光による炉壁表面からの反射光の光路を示す図である。図３に示されるように、炉壁表面が発する自発光およびレーザ光による炉壁表面の反射光は、断熱性保護箱３に設けられた窓２を介して断熱性保護箱３に入射し、撮像用ミラー６で反射した後に、光学フィルタ７を透過して撮像装置８に入射するという点で同じである。しかしながら、自発光と反射光とでは、透過する光学フィルタ７の領域が異なる。図３に示される例では、反射光が光学フィルタ７の反射光透過領域７ａを透過し、自発光が光学フィルタ７の自発光透過領域７ｂを透過している。
【００３２】
図４は、光学フィルタ７を拡大した模式図である。図４において、反射光透過領域７ａは光学フィルタ７の中央の帯状領域であり、自発光透過領域７ｂは反射光透過領域７ａの両側に縁取られた帯状領域である。反射光透過領域７ａは、スリットレーザ光源４のレーザ光波長が透過する狭帯域のバンドパスフィルタとし、自発光透過領域７ｂは、炉壁の自発光を透過する広帯域のバンドパスフィルタとする。したがって、光学フィルタ７における反射光透過領域７ａの帯状領域は、スリットレーザ光源４からのレーザ光による炉壁表面の反射光が透過できるように、スリット方向に平行な（すなわち炉壁表面の垂直方向に同じ）帯状領域として構成される。また、光学フィルタ７における自発光透過領域７ｂの帯状領域は、反射光透過領域７ａの両側に縁取られた帯状領域であるので、必然的にスリット方向に平行な帯状領域として構成される。
【００３３】
本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１がレーザ光の照射位置を撮像装置８で撮像するためには、レーザ光による反射光の輝度が炉壁の自発光の輝度より大きいという条件Ａを満たさなければならない。しかしながら、仮に単一の波長特性を持つ光学フィルタ７を炉壁形状測定装置１に用いた場合、条件Ａを満たすようにスリットレーザ光源４の出力調節を行うのは困難である。そこで、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１では、光学フィルタ７に波長特性の異なる領域を作ることで、レーザ光が撮像される範囲では常にレーザ光による反射光の輝度が炉壁の自発光の輝度より大きくなるようにしている。
【００３４】
次に、上記に説明した本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法について説明する。以下では、上記に説明した本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムにしたがって炉壁形状測定方法の説明を行うが、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法の実施は、炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムに限定されない。
【００３５】
図５は、コークス炉内を撮像装置８で撮像した画像の一部および上記一部画像の横方向の輝度分布を縦方向に平均して数値化したグラフを対比して表示したものである。図５における上画像は、コークス炉内を撮像装置８で撮像した１枚の画像の中から、左側炉壁に対応している画像の左半分を切り出した後、その縦方向の一部を切り出した画像であり、左側炉壁表面が発する自発光と左側炉壁から反射されたスリット状のレーザ光が含まれた領域である。図５に示された画像の輝度は、２５６階調で取得されており、この輝度を画像の縦方向に平均して数値化したグラフの値（すなわち縦軸）も２５６階調となっている。
【００３６】
図５における上画像の左端付近（横方向の０〜５０ピクセルの位置）は、光学フィルタ７の自発光透過領域７ｂを介して、また、残りの領域（横方向の５０〜１５０ピクセルの位置）は光学フィルタ７の反射光透過領域７ａを介して取得された光線を画像化したものである。以下、光学フィルタ７の反射光透過領域７ａを介して取得された光線の画像を反射光画像と呼び、自発光透過領域７ｂを介して取得された光線の画像を自発光画像と呼ぶ。また、図５における上画像における反射光画像に相当する領域を反射光画像領域と呼び、自発光画像に相当する領域を自発光画像領域と呼ぶ。
【００３７】
図５における上画像および下グラフより理解できるように、左端付近の自発光画像領域ではレーザ光のピーク輝度と自発光の輝度とが同等のレベルの輝度となっているが、右側の反射光画像領域ではレーザ光による反射光の輝度が炉壁の自発光の輝度より大きくなっている。したがって、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１によれば、光学フィルタ７が反射光透過領域７ａと自発光透過領域７ｂとを備えていることにより、レーザ光による反射光と炉壁の自発光とが互いにハレーションを起こさずに、同時に反射光と自発光とを取得することが可能である。以下では、図６のフローチャートを参照しながら、図５に代表される画像から炉壁の自発光画像と形状画像とを合成する手順について説明する。
【００３８】
図６は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法の一部を成す炉壁の自発光画像と形状画像とを合成する方法を示すフローチャートである。
【００３９】
図６に示されるように、上記炉壁の自発光画像と形状画像とを合成する方法は、コークス炉炭化室内にて炉壁形状測定装置１を移動させて、各位置における下記処理のループにより構成される。上記のループは、コークス炉炭化室内における炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘを測定することより始まる（ステップＳ１）。この際、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘは、炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムが別途備える炉壁形状測定装置１の位置を検出する位置検出手段により測定される。
【００４０】
炉壁形状測定装置１の位置を検出する位置検出手段としては、炉壁形状測定装置１を駆動する駆動モーターの回転をＰＬＧ等で測定する方法またはタイムオブフライト法によるレーザ距離計を用いる方法などで実現することができる。
【００４１】
次に、自発光画像領域の左端付近の縦方向の１ラインを撮像時点での自発光部として抽出し、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘと対応させて記憶手段に記憶する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２の記憶手段は、炉壁形状測定システムが備える画像処理手段が有するメモリーによって実現することができる。そして、自発光画像領域における縦１ライン（つまり炉壁の垂直方向１ライン）の選び方は、ハレーションが発生せず自発光が適切な強度である範囲内において任意に選択することができる。
【００４２】
次に、反射光画像領域内にて各横方向１ラインごとに輝度のピークサーチを行い、１ラインのピーク位置データを得る（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理により求められたレーザ光のピーク位置は、撮像装置とレーザ光の位置関係によって決まり、三角測量の原理に基づいた一般的な復元演算を用いることで炉壁形状測定装置１を中心とした三次元位置に変換することができる（図２参照）（ステップＳ４）。
【００４３】
上記処理により得られた１ライン状の三次元位置に炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘを加えることにより、コークス炉炭化室における炉長方向（つまり水平方向）の位置に対応した炉壁形状の三次元データとして保存する（ステップＳ５）。
【００４４】
ステップＳ１〜Ｓ５のループにて、炉壁形状測定装置１を前進又は後退させながら、上記処理を反復することにより、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘごとに対応した自発光および炉壁の形状の垂直方向１ラインのデータが得られる。図７は、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘごとに得られる自発光および炉壁の形状の１ラインデータを概念的に表した図である。
【００４５】
このように、炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘごとに得られる自発光および炉壁の形状の１ラインデータを炉壁形状測定装置１の現在位置Ｘに関して並べることにより、炉壁の自発光画像と形状画像とを構成することができる（ステップＳ６）。なお、コークス炉炭化室は垂直方向にもある程度の高さを有するので、炉壁形状測定装置１を垂直方向に並べて測定することにより、垂直方向に全ての炉壁の自発光画像と形状の画像を得ることが可能である。
【００４６】
図８は、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を用いて撮像した、炉壁レンガの自発光画像と炉壁の凹凸形状をグレースケール表示した画像である。図８において、上段の自発光画像では、炉壁レンガの自発光の輝度をグレースケール表示し、下段の炉壁の凹凸形状を示す画像は、奥行き方向（Ｚ方向）距離をグレースケール表示している。図８に示される画像は、炉壁形状測定装置１の撮像装置８により取得される画像（例えば図５に示される画像）と、炉壁形状測定装置１の炉内位置とから生成することができる。そのために、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムは、炉壁形状測定装置１の炉内位置を測定する手段と、撮像装置８により取得される画像から炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段とを別途備える。図８によれば、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１はレンガの自発光画像と凹凸形状の両方同時取得が可能であることを確認できる。
【００４７】
以上より、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１は、スリット状の窓２を有する断熱性保護箱３の内部に配置された、スリット状のレーザ光を射出するスリットレーザ光源４と、レーザ光を反射して窓２を介して炉壁表面へレーザ光を照射するレーザ光用ミラー５と、窓２を介して断熱性保護箱３の内部に入射する、レーザ光の照射による炉壁表面の反射光および炉壁表面が発する自発光を反射する撮像用ミラー６と、撮像用ミラー６から反射された自発光と反射光とを光学フィルタ７を介して撮像する撮像装置８とを備えるので、レーザ光の照射角度を深くすることができ、かつ、レーザ光の光路長を長く確保できる。その結果、炉壁形状測定装置１を大きくすることなく、炉壁垂直方向の計測可能範囲およびレーザ光の照射範囲を広く取ることができる。
【００４８】
また、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１は、光学フィルタ７がレーザ光の波長を透過する狭帯域のバンドパス特性を持つ反射光透過領域７ａと自発光の波長を透過する広帯域のバンドパス特性を持つ自発光透過領域７ｂとを有するので、炉壁の凹凸形状と自発光を同時に計測してもハレーションを起こさない。
【００４９】
さらに、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムは、炉壁形状測定装置１の位置を検出する位置検出手段と、炉壁形状測定装置１の撮像装置８により撮像された画像および炉壁形状測定装置１の位置から炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理手段とを備えるので、複合的に炉の劣化状態を把握することができる。凹凸形状の画像からは凹凸性の劣化状態を判断できる一方、自発光画像からはレンガごとの熱伝導の差やレンガの表面状態を判断することができる。これらの情報から戦略的な炉の補修を行うことで、炉の延命が可能である。
【００５０】
さらに、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定装置１を用いた炉壁形状測定システムは、画像処理手段が、自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインと、反射光が撮像された画像領域のうちスリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向１ラインの凹凸形状を算出した１次元凹凸形状ラインと、を位置検出手段が検出した炉壁形状測定装置１の炉内位置に関して整列することにより、炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することにより、炉壁のレンガの自発光画像と凹凸形状の両方同時取得が可能である。
【００５１】
また、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定システムは、炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光と、を１つの画像内にて分離して撮像することができる炉壁形状測定装置１と、炉壁形状測定装置１の炉内位置を検出する位置検出手段と、炉壁形状測定装置１の撮像装置８により撮像された画像と炉壁形状測定装置１の炉内位置とから炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像処理とを備えるので、複合的に炉の劣化状態を把握することができる。凹凸形状の画像からは凹凸性の劣化状態を判断できる一方、自発光画像からはレンガごとの熱伝導の差やレンガの表面状態を判断することができる。これらの情報から戦略的な炉の補修を行うことで、炉の延命が可能である。
【００５２】
さらに、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定システムは、画像処理手段が、自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインと、反射光が撮像された画像領域のうちスリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向１ラインの凹凸形状を算出した１次元凹凸形状ラインと、を位置検出手段が検出した炉壁形状測定装置１の炉内位置に関して整列させることにより、炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することにより、炉壁のレンガの自発光画像と凹凸形状の両方同時取得が可能である。
【００５３】
また、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法は、位置検出手段が炉壁形状測定装置１の炉内位置を検出する位置検出ステップと、炉壁形状測定装置１が炉壁表面へ照射されたスリット状のレーザ光の反射光と、該炉壁表面が発する自発光と、を１つの画像内にて分離して撮像する撮像ステップと、画像処理手段が自発光が撮像された画像領域のうち垂直方向１ラインの１次元自発光ラインを抽出する１次元自発光ライン抽出ステップと、画像処理手段が反射光が撮像された画像領域のうち前記スリット状のレーザ光の像から三角測量の原理に基づいて炉壁の垂直方向の１次元凹凸形状ラインを算出した凹凸形状算出ステップと、画像処理手段が、位置検出ステップにより検出した炉壁形状測定装置の炉内位置と、１次元自発光ライン抽出ステップにより抽出した１次元自発光ラインと、凹凸形状算出ステップにより抽出した１次元凹凸形状ラインと、を用いて炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成する画像生成ステップとを含むことにより、複合的に炉の劣化状態を把握することができる。凹凸形状の画像からは凹凸性の劣化状態を判断できる一方、自発光画像からはレンガごとの熱伝導の差やレンガの表面状態を判断することができる。これらの情報から戦略的な炉の補修を行うことで、炉の延命が可能である。
【００５４】
さらに、本発明の実施形態にかかる炉壁形状測定方法は、画像生成ステップが、画像処理手段が、１次元自発光ライン抽出ステップにより抽出した１次元自発光ラインと、凹凸形状算出ステップにより抽出した１次元凹凸形状ラインと、炉壁形状測定装置１の炉内位置に関して整列させることにより前記炉壁表面の自発光画像および凹凸形状の画像を生成することにより、炉壁のレンガの自発光画像と凹凸形状の両方同時取得が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  炉壁形状測定装置
２  窓
３  断熱性保護箱
４  スリットレーザ光源
５  レーザ光用ミラー
６  撮像用ミラー
７  光学フィルタ
８  撮像装置
【図１】
2012150103.tif 000003
【図２】
2012150103.tif 000004
【図３】
2012150103.tif 000005
【図５】
2012150103.tif 000006
【図６】
2012150103.tif 000007
【図７】
2012150103.tif 000008
【図８】
2012150103.tif 000009
【図４】
2012150103.tif 000010