(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属容器内に存在するスラグを検出する方法であって、(1)溶融金属容器の湯面を撮像し、
(2)撮像された画像の画素毎に一定時間内の最大輝度を求め、
(3)求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが複数ある場合には、ピークのうち、輝度が最低の場所に現れるピークと、その隣に現れるピークの間に閾値を設定し、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが１個の場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定し、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるとき、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定し、
(4)前記最大輝度が当該閾値以下である画素に対応する部分をスラグであると判定することを特徴とするスラグ検知方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスラグ検知方法であって、求められた最大輝度のヒストグラムにおいて、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記第１の所定値より高い状態が所定時間継続した後は、新しいピーク値が現れてもそれを無視することを特徴とするスラグ検知方法。
【請求項３】
溶融金属容器の湯面を撮像する撮像装置と、当該撮像装置により撮像された画像の画素毎に、一定時間内の最大輝度を求める最大輝度演算手段と、求められた最大輝度のヒストグラムを求めるヒストグラム作成手段と、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが複数ある場合には、ピークのうち、輝度が最低の場所に現れるピークと、その隣に現れるピークの間に閾値を設定し、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが１個の場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定し、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるとき、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定する閾値設定手段と、前記最大輝度が当該閾値以下である画素に対応する部分をスラグであると判定するスラグ判定手段を備えたことを特徴とするスラグ検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスラグ検知装置であって、前記閾値設定手段が、求められた最大輝度のヒストグラムにおいて、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記第１の所定値より高い状態が所定時間継続した後は、新しいピーク値が表れてもそれを無視する機能を有することを特徴とするスラグ検知装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のスラグ検知方法を用いて溶融金属容器表面でのスラグの存在位置を認識し、スラグの存在位置に応じてスラグを掻き出す経路を求め、その経路に従ってスラグを掻き出す機能を有することを特徴とする除滓装置。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載のスラグ検知装置を用いて溶融金属容器表面でのスラグの存在位置を認識し、スラグの存在位置に応じてスラグを掻き出す経路を求め、その経路に従ってスラグを掻き出す機能を有することを特徴とする除滓装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉又は、転炉等から溶融金属容器に取り出された溶融金属の表面に浮遊するスラグを検出するスラグ検知方法、スラグ検知装置、及び検出されたスラグを除去する除滓装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
高炉や転炉から溶融金属容器に取り出された溶融金属の表面には、スラグが浮遊している。このようなスラグは、後工程で有害な作用を有するので、後工程に送る前に、スラグ除去装置により除去することが行われている。すなわち、図６に示すように、台車１に搭載された溶融金属容器２を、傾動クレーン３によって傾動させ、溶融金属容器２中の溶融金属の表面に浮遊するスラグ４を、除滓装置５により掻き出して除去する。除滓装置５は、掻き出しアーム５ａを有しており、その先端には掻き出し板５ｂが取り付けられている。そして、シリンダ５ｃを駆動して、掻き出しアーム５ａと掻き出し板５ｂを上下し、除滓装置５を前後させながら、スラグ４を溶融金属容器２中より掻き出す。
【０００３】
掻き出すべきスラグは、目視によりその位置を認識する場合もあるが、テレビカメラ６により、溶融金属容器内２内の表面を撮像してモニタ装置７に映し出し、それを見ながら、操作盤８を介して除滓装置５を操作する場合が多い。
【０００４】
このような除滓装置を自動化し、省力化を図る試みもいくつかなされている。例えば特開平４−２６２８５６号公報には３台のテレビカメラによって溶融金属容器の姿勢と湯面状態を認識し、監視者の判断を要さずに除滓作業を行う方法が提案されている。この技術は、テレビカメラにより撮像された溶融金属湯面画像から、画像処理によってスラグの重心位置を計算し、計算された重心位置に基づいてスラグ位置認識を行うものである。
【０００５】
また特開平７−１５９０５３号公報には、カメラによって溶融金属容器内の湯面を撮像してその画像デ−タから湯面のスラグ占有面積を算出し、スラグ占有面積に基づいてスラグの有無を判定する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、「画像処理によりスラグの重心位置を計算する」、「画像デ−タからスラグ占有面積を算出する」と記述があるが、いずれも具体的にどのような画像処理を行ってスラグと溶融金属を判断するかの記述がなく、具体的なスラグと溶融金属の判断方式がなかった。
【０００７】
スラグと溶融金属の判別を行う方法としては、撮像される画像の輝度の閾値を設け、輝度が当該閾値を超えた部分を溶融金属、閾値以下の部分をスラグと判別するのが普通である。しかしながら、溶融金属表面画像を撮像する場合にも溶融金属表面からは多くの発塵があり、単純に画像を撮像した場合には発塵に隠れている溶融金属表面をスラグを誤って判断し、正確にスラグの検出ができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、溶融金属表面からの発塵がある場合にも、スラグと発塵と溶融金属を正しく区別し、スラグを検知する方法、及びこのような機能を有するスラグ検知装置、およびこのようなスラグ検知装置を利用した除滓装置を提供することを課題とする。
【００１１】
前記課題を解決するための第１の手段は、溶融金属容器内に存在するスラグを検出する方法であって、溶融金属容器の湯面を撮像し、撮像された画像の画素毎に一定時間内の最大輝度を求め、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが複数ある場合には、ピークのうち、輝度が最低の場所に現れるピークと、その隣に現れるピークの間に閾値を設定し、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが１個の場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定し、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるとき、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定し、前記最大輝度が当該閾値以下である画素に対応する部分をスラグであると判定することを特徴とするスラグ検知方法である。
【００１２】
本手段において、撮像された画像の画素毎に一定時間内の最大輝度を求めて、この最大輝度を処理することによりスラグの検知を行う理由は、前記第１の手段と同じであり、発塵の影響を除去するためである。しかし、発塵の形態によっては、一ヶ所に長時間停留する場合があり、このような形態の発塵に対しては、前記第１の手段のみではスラグと発塵とを区別することができない。
【００１３】
しかし、発塵は、溶融金属が発する光を反射しており、スラグと溶融金属との中間の輝度を有している。本手段においては、この性質を利用して、スラグと、発塵・溶融金属との区別を行う。すなわち、求められた最大輝度のヒストグラムを作る。すると、スラグに対応する輝度の部分、発塵に対応する輝度の部分、溶融金属に対応する輝度の部分に、それぞれヒストグラムのピークができる。スラグ除去の後期においては通常では、発塵がある場合は２つのピークが、発塵が無い場合は１つのピークができる。スラグ除去の前期、中期においては、発塵がある場合は３つのピークが、発塵が無い場合は２つのピークができる。
【００１４】
このうち、スラグ除去の前期、中期においては、輝度が最低の場所に現れるピークがスラグに対応する輝度に対応するものであるので、このピークと、となりのピークの中間に閾値を設定し、前記最大輝度によって形成される画像のうち、この閾値以下の輝度を有する画素に対応する部分をスラグと判定することにより、発塵が一ヶ所に停留する場合でも、スラグと発塵とを区別することができる。
【００１５】
スラグ掻き出しの前期において、スラグ量が多い場合は、まれにピークが一つの場合がある。このような場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、スラグであると判定し、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定して、前記最大輝度によって形成される画像のうち、この閾値以下の輝度を有する画素に対応する部分をスラグと判定することにより、スラグを検出できる。
【００１６】
ピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるときは、溶融金属であると判定し、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定して、前記最大輝度によって形成される画像のうち、この閾値以下の輝度を有する画素に対応する部分をスラグと判定することにより、スラグを検出できる。
【００１７】
なお、第２、第３の所定値は、同じであってもよいし異なっていてもよい。又、そのときの輝度のヒストグラムから求めてもよい。すなわち、例えば、ピークの形状を正規分布に当てはめ、その正規分布のσにあたる量を、第２、第３の所定値としてもよい。
【００１８】
なお、ヒストグラムに細かいピークが多数現れる場合は、ヒストグラムを移動平均等によりスムースィングして、細かいピークを除去する等により、大きなピークのみを抽出して、上記処理を行えばよい。
【００１９】
前期課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、求められた最大輝度のヒストグラムにおいて、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記第１の所定値より高い状態が所定時間継続した後は、新しいピーク値が現れてもそれを無視することを特徴とするものである。
【００２０】
前記第２の手段において、スラグ掻き出しの後期に、停留する発塵が発生すると、ヒストグラムのピークが２つになることがある。この場合、前記第２の手段でスラグを検知すると、発塵をスラグとして検出してしまう。本手段は、このようなことを避けるために考案されたものである。
【００２１】
すなわち、スラグ掻き出しの後期になると、スラグ量が少なくなるので、ヒストグラムにピークを形成しなくなる。よって、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記第１の所定値より高い状態、すなわち、スラグが少なくなりほとんど溶融金属になった状態が、所定時間継続した後には、スラグがヒストグラムでピークを形成することがなく、もし、新しいピークがヒストグラム上に現れれば、それは停留した発塵であるとして、そのピークを無視する。これにより、スラグ掻き出しの後期においても、発塵の影響を受けないで、スラグを検知することができる。
【００２４】
前記課題を解決するための第３の手段は、溶融金属容器の湯面を撮像する撮像装置と、当該撮像装置により撮像された画像の画素毎に、一定時間内の最大輝度を求める最大輝度演算手段と、求められた最大輝度のヒストグラムを求めるヒストグラム作成手段と、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが複数ある場合には、ピークのうち、輝度が最低の場所に現れるピークと、その隣に現れるピークの間に閾値を設定し、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが１個の場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定し、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるとき、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定する閾値設定手段と、前記最大輝度が当該閾値以下である画素に対応する部分をスラグであると判定するスラグ判定手段を備えたことを特徴とするスラグ検知装置である。
【００２５】
本手段においては、撮像装置で溶融金属容器の湯面を撮像し、最大輝度演算手段で、撮像された画素毎に、一定時間以内の最大輝度を求める。ヒストグラム作成手段は、この最大輝度のヒストグラムを作成する。閾値設定手段は、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが複数ある場合には、ピークのうち、輝度が最低の場所に現れるピークと、その隣に現れるピークの間に閾値を設定し、求められた最大輝度のヒストグラムにおけるピークが１個の場合には、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値以下のとき、当該ピーク値に対応する輝度から第２の所定値だけ輝度の高い点に閾値を設定し、そのピーク値に対応する輝度が第１の所定値を超えるとき、当該ピーク値に対応する輝度から第３の所定値だけ輝度の低い点に閾値を設定する。スラグ判定手段は、前記最大輝度によって形成される画像中の画素のうち、前記最大輝度がこの閾値以下である画素に対応する部分をスラグであると判定する。すなわち、本手段によれば、前記第２の手段を実施することができる。
【００２６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記閾値設定手段が、求められた最大輝度のヒストグラムにおいて、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記第１の所定値より高い状態が所定時間継続した後は、新しいピーク値が現れてもそれを無視する機能を有することを特徴とするものである。
【００２７】
本手段においては、閾値判定手段が上述のような機能を有するので、前記第３の手段の説明で説明したように、スラグ掻き出しの後期になって停留した発塵が現れても、発塵の影響を受けないで、スラグを検知することができる。
【００２８】
前記課題を解決するための第５の手段、第６の手段は、それぞれ前記第１の手段又は第２の手段、前記第３の手段又は第４の手段より溶融金属容器表面でのスラグの存在位置を認識し、スラグの存在位置に応じてスラグを掻き出す経路を求め、その経路に従ってスラグを掻き出す機能を有することを特徴とする除滓装置である。
【００２９】
本手段においては、スラグの位置に応じてスラグを掻き出す経路を求めて、それに従ってスラグを欠き出しているので、効率的にスラグを掻き出すことができ、除滓に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である除滓装置の構成を示す図である。台車１に搭載された溶融金属容器２を、傾動クレーン３によって傾動させ、溶融金属容器２中の溶融金属の表面に浮遊するスラグ４を、除滓装置５により掻き出して除去する。除滓装置５は、掻き出しアーム５ａを有しており、その先端には掻き出し板５ｂが取り付けられている。そして、シリンダ５ｃを駆動して、掻き出しアーム５ａと掻き出し板５ｂを上下し、除滓装置５を前後させながら、スラグ４を溶融金属容器２中より掻き出す。ここまでの構成は図１０に示す従来技術と同じである。
【００３１】
本実施の形態においては、テレビカメラ６により溶融金属容器２内の表面を撮像し、その情報を画像処理部１０により処理し、スラグの存在位置を検出する。検出されたスラグ位置は制御装置１１に伝達され、制御装置１１は、この情報に基づいて除滓装置５を操作し、スラグの掻き出しを行う。除滓装置５は、操作盤８からの手動操作により、制御装置１１を通しての手動操作が可能なようにされている。
【００３２】
以下、画像処理部１０がスラグを検出する方法について説明する。図２は、テレビカメラ６によって撮像された画像と、その処理後の画像の例を示す図である。図２において、（ａ）〜（ｄ）はテレビカメラ６によって撮像された画像を時系列的に示したものである。溶融金属容器１１内に存在する溶鋼１２が明るく、スラグ１３が最も暗く、発塵がその中間の輝度で撮像されている。（ａ）〜（ｄ）へと時間が経過する間に、スラグ１３の位置は一定であるが、発塵１４はその位置が移動している。
【００３３】
（ｅ）は、各画素について、（ａ）〜（ｄ）の間の最大の輝度を求め、その最大の輝度で構成した画像である。図に示すように、位置が一定のスラグは画像として残っているが、位置が移動している発塵１４は画像から消えている。これは、（ａ）〜（ｄ）で一時的に輝度が下がっても、その画素の位置から発塵が移動することによって、溶鋼の輝度がその画素の最大輝度として残されるためである。よって、（ｅ）に示す画像を２値化することにより、スラグ位置を検出することができる。
【００３４】
どの程度の期間の間の最大輝度を採用するかについては、発塵の状態を見て、それに合うように決定する。例えば、0.5秒間隔で10枚の画像を取り込み、この10枚の画像、すなわち５秒間における最大輝度を求める。最大輝度の算出とスラグ検出は、この期間（この例では５秒）ごとに行ってもよいし、画像取り込みタイミング（この例では0.5秒）ごとに、それから所定時間（この例では５秒）前までの各画像中で、画素毎の最大輝度を求めるようにしてもよい。後者の方が、連続してスラグの検出を行うことができる。
【００３５】
このようにすれば、ほとんどの場合に、発塵の影響を受けずにスラグを検出することができるが、まれには、動きの遅い発塵もあり、このような場合には、前記の方法ではスラグと発塵の区別が困難である。これに対応可能な画像処理方法を以下に説明する。
【００３６】
この方法においては、前記の方法のように、所定時間内の、各画素毎の最大輝度を求める。そして、この輝度のヒストグラムを求める。このヒストグラムの例を図３、図４に示す。図３、図４において、各ヒストグラムの横軸は輝度、縦軸は画素数である。
【００３７】
図３は、発塵がない場合又は、発塵があっても図２に示した処理によって、発塵が画像から除去された場合を示し、図４は、発塵が停留しており、図２に示す処理では画像から除去できなかった場合を示す。図３、図４の（ａ）はスラグ掻き出し前期、（ｂ）はスラグ掻き出し中期、（ｃ）はスラグ掻き出し後期を示す。
【００３８】
図３（ａ）においては、ピーク値が一つしかないので、このピークに対応する輝度ａが、予め定められた輝度ｃ（第１の所定値に対応）より低いか高いかを判断する。この場合は、ａがｃ以下であるので、ピークはスラグを示すと判断し、そのピークを正規分布に当てはめる。例えば、ピークの高さの３／４以上の点を抽出し、これらの点を最小自乗法等を用いて、正規分布に当てはめる。当てはめられた正規分布を破線で示す。そして、前記ａより、その正規分布に対応するσ（第２の所定値に対応する）だけ高い輝度を有する点ｂをスラグ判定の閾値とする。そして、前記最大輝度で構成される画像のうち、この閾値以下である部分をスラグであると判定する。
【００３９】
図３（ｂ）のヒストグラムにおいては、スラグに対応するピークと溶鋼に対応するピークの２つのピークができるので、輝度が最低の場所に現れるピークについて、（ａ）で行ったと同じ処理を行って、スラグを検出する。
【００４０】
図３（ｃ）においては、ピーク値が一つしかないので、このピークに対応する輝度ａが、予め定められた輝度ｃ（第１の所定値に対応）より低いか高いかを判断する。この場合は、ａがｃを超えているので、ピークは溶鋼を示すと判断し、そのピークを正規分布に当てはめる。例えば、ピークの高さの３／４以上の点を抽出し、これらの点を最小自乗法等を用いて、正規分布に当てはめる。当てはめられた正規分布を破線で示す。そして、前記ａより、その正規分布に対応するσ（第３の所定値に対応する）だけ低い輝度を有する点ｄをスラグ判定の閾値とする。そして、前記最大輝度で構成される画像のうち、この閾値以下である部分をスラグであると判定する。以上のような方法で、発塵が停留していない場合はスラグを正しく判定することができる。
【００４１】
発塵が停留している場合、スラグ掻き出しの初期においては、図４（ａ）に示すように、スラグのピークと発塵のピークの２つのピークが現れる。しかし、このうちピークの輝度が最低のものについて、図３（ｂ）で行ったような処理を行えば、発塵の影響を除去してスラグを検出することができる。
【００４２】
又、スラグ掻き出しの中期においては、図４（ｂ）に示すように、スラグのピーク、発塵のピーク、溶鋼のピークと、ピークが３つ現れる。しかしこのときも、このうちピークの輝度が最低のものについて、図３（ｂ）で行ったような処理を行えば、発塵の影響を除去してスラグを検出することができる。
【００４３】
スラグ掻き出しの後期においては、図４（ｃ）に示すように、発塵のピークと溶鋼のピークの２つのピークが現れる。よって、このうちピークの輝度が最低のものについて、図３（ｂ）で行ったような処理を行うと、発塵をスラグと認識してしまうことになる。
【００４４】
これを避けるためには、ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記ｃより高い状態が所定時間継続した後は、新しいピークが現れても、そのピークを無視するようにする。ピーク値が一つで、当該ピーク値に対応する輝度が前記ｃより高い状態は、スラグ掻き出しの終期に対応するものであり、スラグの量が少なくなって、スラグが原因でヒストグラムに新しいピークを生じることはない。よって、これらのピークは全て発塵によって生じたものとして無視するのである。これにより、スラグ掻き出しの終期に、停留する発塵が生じた場合でも、スラグ位置を正確に判断することができる。
【００４５】
図５に、検出されたスラグを自動的に適当な経路を通って掻き出す方法の例を示す。図５（ａ）は、前記方法によって識別されたスラグ４と溶融金属９を２値化して示した図で、黒い部分がスラグ４を白い部分が溶融金属９を示している。画像処理においては、溶融金属容器２の表面を図に示すように９個の部分に分け、各部分におけるスラグの面積率を算出する。その結果、図５（ｂ）に示すように、各部分のスラグ面積率が算出されたとする。
【００４６】
スラグ掻き出し経路算出手段は、このうち最もスラグの多い経路を通ってスラグを掻き出すように、除滓装置に指示を出す。あるいは、スラグ掻き出し経路算出手段が除滓装置の中に組み込まれていてもよいし、上記のような溶融金属容器表面の各部分におけるスラグ占有率を計算する部分自体を除滓装置に組み込んでもよい。
【００４７】
図５（ｂ）の場合、スラグ面積率が４０％、５０％と最も多い２つの経路を、掻き出し板が通るように除滓装置を駆動する。これによって、その部分のスラグが書き出され、その他の部分の状態が変わらなければ、次は、スラグ面積率が１０％、１０％、２５％の部分を掻き出し板が通るように除滓装置を駆動する。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発塵状況下でもスラグと溶融金属、発塵の区別を行い正確にスラグを判断することが可能になり、スラグ位置を除滓装置に指示することにより除滓作業の自動化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である除滓装置の構成を示す図である。
【図２】テレビカメラによって撮像された画像と、その処理後の画像の例を示す図である。
【図３】所定時間内の、各画素毎の最大輝度のヒストグラムと、それからスラグ検知の閾値を求める方法を示す図である。
【図４】所定時間内の、各画素毎の最大輝度のヒストグラムと、それからスラグ検知の閾値を求める方法を示す図である。
【図５】検出されたスラグを自動的に適当な経路を通って掻き出す方法の例を示す図である。
【図６】従来の除滓装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…台車、２…溶融金属容器、３…傾動クレーン、４…スラグ、５…除滓装置、５ａ…掻き出しアーム、５ｂ…掻き出し板、６…テレビカメラ、７…モニタ装置、８…操作盤、９…溶融金属、１０…画像処理部、１１…制御装置
【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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