JP2002090124A

JP2002090124A - 表面凹凸観察方法および装置

Info

Publication number: JP2002090124A
Application number: JP2000277398A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Murakami; 直彦村上; Toshiaki Matsuura; 俊暁松浦
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高温の観察対象物表面における概略の凹凸状況
が短時間で把握でき、細かい、煩雑な操作を必要としな
い表面凹凸観察方法および装置を提供する。【解決手段】筒壁体が冷却され、レーザ・スリット光と
炉壁面からの反射光を通過させる窓１１ａ，１１ｂを有
し、上下動かつ旋回可能に設けられた観察筒１１を設
け、この観察筒内部に、レーザー発信器１３と、炉壁面
２１ａからの反射光をＴＶカメラ１９に導く反射鏡１８
と、この反射鏡の前面の反射光光路に進退可能に設けた
フィルター１５と、ＴＶカメラ１９とを設けた表面凹凸
観察装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温の表面凹凸観
察装置およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＲＨ脱ガス設備の真空槽の内壁は、耐火
物で覆われており、この耐火物は溶鋼に直接曝されるた
め溶損する。この溶損量が大きくなると真空槽の外壁鉄
皮が赤熱され、鉄皮が溶損するなどのトラブルを発生
し、安定した操業が出来なくなる。

【０００３】このため、現状では、図６に示すように、
真空槽１下部の穴２ａから、目視により槽内壁の覗ける
範囲を観察し、その結果と過去の修理実績に基づいて早
めに下部槽１ａの取替を行っている。この人による目視
観察作業は、脱ガス処理後の高温の状態で行うので、槽
内に僅かに残っている溶鋼およびノロ（溶滓）３が、観
察中、ときどき穴２ａから落下する。この作業は、溶鋼
およびノロ３の落下に注意しながら行わねばならず、非
常に危険な作業となっている。なお、観察作業を溶鋼お
よびノロ３が落下するようなときに行う理由は、溶鋼お
よびノロ３の落下がなくなるまで待っていると、槽内の
温度が下がり、熱損失になるばかりでなく、槽内煉瓦壁
に温度差が生じ、煉瓦壁に亀裂が入るので、これらを防
止するためである。

【０００４】また、目視観察では、槽内壁の限られた範
囲しか観察できないので、観察できない部分の耐火物が
溶損していても分からず、その部分の鉄皮が突発的に溶
損するといったトラブルが発生することもあった。この
ようなトラブルを防止するため、勢い、必要以上に、早
めに、下部槽２を取り替えることになり、修理費が嵩む
という問題もある。

【０００５】上述のような問題点を解決するものとし
て、以下のような方法および装置が発明され、開示され
ている。

【０００６】特開平７−１５９０５４号に、水冷した観
察筒の中にカメラと傾動可能な反射鏡を設けて、冷却筒
の観察窓から炉内の観察を行うもので、カメラ位置検知
手段および反射鏡角度検知手段からの出力情報に基づい
て、テレビカメラの視野範囲と視野位置を演算し、演算
手段からの出力画像を表示する高温炉内観察装置が開示
されている。これは、炉内の損傷位置および損傷状況を
把握しようとするものである。

【０００７】また、特開平９−２１０６２２号に、水冷
された観測筒の中に、カメラ、レーザー光を発する光源
部と反射鏡とを設けて、光源部から反射鏡までの距離
と、光源部からの投射光の傾斜角度に基づいて、観測筒
から炉内壁への垂直距離を求めるものであって、光源部
から高温内壁の発する光より短波長のレーザー光を投射
し、カメラの前に前記短波長の光のみ通過させるフィル
ターを設けた高温物体の距離測定装置が開示されてい
る。これは、測定対象物に投射されたレーザー光を、周
囲の測定対象物から発せられる光から分離して、測定対
象物までの距離を正確に求めようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
先行技術は以下のような問題がある。

【０００９】特開平７−１５９０５４号の装置では、得
られる画像が２次元であり、耐火煉瓦の欠損深さを知る
ことができない。

【００１０】また、特開平９−２１０６４４号の装置
は、周囲の高温部から発する光に紛らわされることな
く、耐火物の表面に写し出されたスポット光を明瞭に把
握できるという長所がある。しかし、スポット光を使用
しているので、欠損部の大きさと深さを把握するために
は、スポット光を上下、左右に動かして（走査して）得
られた莫大な量の情報を演算処理しなければならない。
このため、設備費が高価となる。また、スポット光を上
下、左右に動かすためには、観測筒を細かく上下動した
り、旋回させなければならず、操作が煩雑であり、観察
に要する時間が長くなる。

【００１１】本発明は、高温の観察対象物表面における
概略の凹凸状況が短時間で把握でき、細かい、煩雑な操
作を必要としない表面凹凸観察方法および装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を以下
の方法および装置によって達成するものである。

【００１３】請求項１の方法は、観察対象物表面にレー
ザー・スリット光を投射し、対象物表面をフィルターを
介して撮影して得られた撮像（イ）と、対象物表面をフ
ィルターを介さずに撮影して得られた撮像（ロ）を合成
し、合成画像上のレーザー・スリット線の歪みと基準と
なる寸法とを比較して、対象物表面の凹凸大きさを求め
ることを特徴とするものである。

【００１４】この方法によれば、複雑かつ煩雑な演算を
すること無しに、高温炉壁面等の対象物表面の凹凸程度
（凹凸の深さ、高さおよび大きさ）を容易に知ることが
できる。

【００１５】請求項２の方法は、請求項１の方法におい
て、レーザー・スリット光の投射角度を変えて撮影する
ものである。

【００１６】この方法によれば、観察筒を一定位置に置
いたままで、傾斜角度範囲で決まる高さ領域を走査した
炉壁の撮像を得ることができる。

【００１７】請求項３の装置は、筒壁体が冷却され、レ
ーザ・スリット光と炉壁面からの反射光を通過させる窓
を有し、上下動かつ旋回可能に設けられた観察筒を設
け、この観察筒内部に、レーザー発信器と、炉壁面から
の反射光をＴＶカメラに導く反射鏡と、この反射鏡の前
面の反射光光路に進退可能に設けたフィルターと、ＴＶ
カメラとを設けた表面凹凸観察装置である。

【００１８】この装置によれば、複雑かつ煩雑な演算を
すること無しに、高温炉壁面等の凹凸程度（凹凸の深
さ、高さおよび大きさ）を容易に知ることができる。

【００１９】請求項４の装置は、請求項３の装置におい
て、レーザー発信器を傾動可能に設けたものである。

【００２０】この装置によれば、観察筒を一定位置に置
いたままで、傾斜角度範囲で決まる高さ領域を走査した
炉壁の撮像を得ることができる。

【００２１】請求項５装置は、請求項３または４記載の
装置において、フィルターがレーザ・スリット光の壁面
からの反射光だけを選択的に通過させるものである。

【００２２】この装置によれば、壁面に投影されたレー
ザー・スリット線の明瞭な撮像が得られるので、壁面の
凹凸程度をより正確に求めることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて以下に説明する。図１は、本発明に係る観察装置で
高温耐火物表面を観察している状態を示す断面図、図５
は、本発明に係る観察装置の支持杆駆動装置、移動手段
および操作盤を示す側面図である。

【００２４】図１において、観察装置１０は、観察筒１
１と、この観察筒１１の内部に取付けられたＴＶカメラ
１９、反射鏡１８、フィルター１５およびレーザー発信
器１３とから構成されている。

【００２５】観察筒１１の筒壁体の内部には冷却水を通
す流路が形成されており、この流路に冷却水を通水する
ことにより、観察筒内部と筒壁体が低温に維持され、高
温化された炉壁２１から放射される輻射熱から内部の機
器が保護される。観察筒１１の一方側の上方に、レーザ
ー発信器１３からの投射光２０を透過させる窓１１ａが
設けられており、下方に炉内壁表面２１ａからの反射光
を反射鏡１８に導入するための窓１１ｂが設けられてい
る。これらの窓１１ａ、１１ｂは耐熱ガラス製である。

【００２６】観察筒１１の最上部に、レーザー発信器１
３が設けられている。垂直枠２５が窓１１ａと反対側の
炉壁に近接して設けられており、この垂直枠２５の最上
部にブラケットを介して軸が設けられている。この軸に
レーザー発信器１３が上下方向に傾動可能に取付けられ
ている。前記軸は、後端部を前記垂直枠２５に枢着した
第１電動シリンダー１４により、レバーを介して回動せ
られるようになっており、電動シリンダー１４のロッド
を伸縮することにより、レーザー発信器１３が傾動す
る。レーザー発信器１３からスリット光が投射できるよ
うに、レンズにスリットを有するフィルム等が取付けら
れている。この構成により、電動シリンダー１４の作動
により、レーザー発信器１３から対向する炉壁表面２１
ａの一定の高さ範囲に亘って、スリット光を投射するこ
とができる。ここで、炉壁表面２１ａが高温になると可
視光線（赤色が支配的）を発するようになる。このよう
なとき、レーザー発信器１３から赤色のレーザー・スリ
ット光（波長；６３０ｎｍ）を投射すると、壁面からの
自然放射光（波長；５５０〜１３００ｎｍ）の部分と壁
面に投影されたレーザー・スリット光の部分の判別が難
しくなる。そこで、前記部分の判別をし易くするため、
本願発明では、レーザー発信器１３から緑色のレーザー
光（波長；５３２ｎｍ）を発するＹＡＧレーザーを採用
している。＊レーザー発信器１３の下方に、フィルター
１５が設けられている。このフィルター１５は、波長が
５３２ｎｍ域の光を選択的に透過させるものを採用して
いる。垂直枠２５に第２電動シリンダー１７が枢着され
ており、第２電動シリンダー１７のロッド先端とフィル
ター１５の一端が、それぞれ、アーム１６ａの端部に枢
着しており、さらに、このアーム１６ａの中間が垂直枠
２５にブラケットを介して取付けられた軸に枢着してい
る。この構成により、第２電動シリンダー１７のロッド
を伸縮すれば、フィルター１５が上下動するようになっ
ている。

【００２７】反射鏡１８が、下限レベルの前記フィルタ
ー１５に対応して、垂直枠２５に取付けられている。こ
の反射鏡１８は、炉壁表面に写ったレーザー・スリット
光２０ａの反射光を、後述するＴＶカメラ１９に反射す
る鏡面を有する。

【００２８】ＴＶカメラ１９が、反射鏡１８の下方位置
で、レンズを上に向けた状態で垂直枠２５に取付けられ
ている。

【００２９】次に、上述の観察装置１０の移動手段につ
いて説明する。図５において、４０は前後方向に移動す
る台車であり、この台車４０上にはレールが左右方向に
延設されている。移動枠４１が台車４０上に搭載されて
おり、この移動枠４１は台車４０上のレールに沿って移
動できる。移動枠４１に支持杆４３を上下動、旋回、か
つ支持する支持杆駆動装置４２が設けられている。

【００３０】支持杆４３は金属管でできており、内部に
給水管、排水管、エアパージ用空気供給管、および制御
用電気を供給するケーブルを収容している。この支持杆
４３の上端に観察筒１１が取付けられている。観察筒１
１の壁体に管給水管から冷却水が供給され、冷却し終え
た排水が排水管に流れ、排水される。エアパージ用空気
供給管から観察筒１１内配管を介して圧縮空気が、窓１
１ａ、１１ｂに供給され、窓ガラスの内外面に付着する
粉塵をパージして清浄に維持する。４４は、操作盤で、
支持杆駆動装置４２を制御して観察装置１０を上下動、
旋回させ、また、移動枠４１の移動をさせる。

【００３１】次に、観察装置１０によるＲＨ脱ガス槽内
壁（耐火煉瓦）の凹凸状態の観察方法を説明する。

【００３２】脱ガスされた溶鋼の排出が終了したら、
台車４０と移動枠４１を移動させて、観察装置１０をＲ
Ｈ脱ガス槽浸漬管２の真下に位置させ、支持杆駆動装置
４２を操作して観察装置１０を浸漬管穴２ａから下部槽
１ａ内部の最初の観察高さまで上昇させる。観察装置１
０を回動し、窓１１ａ、１１ｂを観察する壁面に向ける
（図５参照）。図１に示すように、レーザー発信器１
３から壁面に向けてレーザー・スリット光２０を投射す
る。このレーザー・スリット光２０が炉壁表面２１ａに
投影像２０ａを作り、反射光がフィルター１５（このと
きフィルター１５が下限位置、反射鏡２５のレベルに下
がっている。）を通過する。このとき、壁面からの自然
放射光はカットされ、レーザー・スリット光の反射光だ
けが反射鏡１８で反射され、ＴＶカメラ１９でレーザー
・スリット光の投影像２０ａを撮影する。

【００３３】レーザー発信器１３の傾斜角度を変えて
（レーザー発信器１３で壁面を走査して）、図１の壁面
反射光の光路Ｔと光路Ｂの範囲のレーザー・スリット光
の投影像２０ａをＴＶカメラ１９で撮影する。得られた
撮像を撮像（イ）という。レーザー発信器１３の傾斜角
度の変更数だけ、複数のレーザー・スリット光の投影像
２０ａの撮像（イ）が得られる。フィルター１５を上
限位置に引き上げて、ＴＶカメラ１９で光路Ｔと光路Ｂ
の範囲の壁面を撮影する。得られた撮像を撮像（ロ）と
いう。

【００３４】撮像（ロ）に撮像（イ）を合成し、各撮
像（イ）２０ｂの凹部映像幅寸法Ａと凹部の映像歪み寸
法Ｂより、数１を使って凹部の実際幅寸法A_rを、数２を
使って実際の凹部深さ寸法D_rを求める（図３および図４
参照）。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【数２】

【００３７】観察装置１０を上下、旋回させて撮影す
る壁面範囲を変えて工程〜を繰り返し、下部槽１ａ
の約半周分壁面の観察を行う。観察装置１０を他方の
浸漬管２の穴から内部に挿入し、工程〜を実施して
残り半周分の壁面の観察を行う。なお、観察装置１０の
位置は、公知のPLG（パルスジェネレーター）等により
知ることが出来る。また、レーザー発信器１３の傾斜角
度は角度エンコーダー等を使用して知ることができる。

【００３８】図２は、撮像（イ）と撮像（ロ）から壁面
欠損部の凹み深さを求める原理の説明図である。図２
（ａ）は、観察装置１０をある位置に置き、フィルター
１５を通さずに撮影したときの撮像（ロ）に、レーザー
発信器１３をある角度に傾けて投射したときのレーザー
・スリット光の投影像２０ａをフィルター１５を通して
撮影した撮像（イ）を演算器で合成し、表示器に表示し
た合成画像を示した図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。３１は画像３０中に表示された煉瓦
の目地、３２は煉瓦表面にできた欠損凹部である。煉瓦
表面に斜めにレーザー・スリット光を投射すると、その
撮像２０ａは平らな面で直線となり、凹部では湾曲した
曲線となる。

【００３９】なお、煉瓦表面に凸部がある場合は、凹部
の曲線と逆向きに湾曲した曲線となり、凸部の実際幅寸
法と実際高さ寸法は、凹部で使用した数式を使って求め
ることができる。この場合、凸部の実際高さ寸法は、前
記数２のDrを凸部の実際高さ寸法、Bを凸部の映像歪み
寸法と読み替えればよい。これらの演算を演算器で行
い、演算結果を表示器に表示させれば、観察装置１０を
操作しながなら、表示器の画面を見てＲＨ脱ガス設備真
空槽の炉壁表面の凹凸状態を知ることができる。

【００４０】上記観察方法は、ＲＨ脱ガス設備真空槽の
炉壁表面の観察方法について説明したが、本観察方法
は、これに限らず、高温状態にある他の炉壁表面の観察
や凹凸のある、目視困難な表面観察にも適用できるもの
である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の方法または装置によれば、複雑
かつ煩雑な演算をすることなく、高温炉壁面等の対象物
表面の凹凸程度（凹凸の深さ、高さおよび大きさ）を容
易に知ることができる安価な装置を提供することができ
る。また、レーザー発信器を傾動可能にすることによ
り、観察筒を一定位置に置いたままで、炉壁の傾斜角度
範囲で決まる高さ領域を走査した撮像を得ることができ
る。フィルターとして、レーザ・スリット光の壁面から
の反射光だけを選択的に通過させるものを使用すれば、
壁面に投影されたレーザー・スリット線の明瞭な撮像が
得られるので、壁面の凹凸程度をより正確に求めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る観察装置で高温耐火物表面を観察
している状態を示す断面図である。

【図２】本発明に係る壁面欠損部の凹み深さを求める原
理の説明図であり、（ａ）はフィルター無しで壁面を撮
影した撮像に、フィルターを通して得られたレーザー・
スリット光の撮像を合成した画像を示し、（ｂ）は
（ａ）の画像のＡ−Ａ断面図を示す。

【図３】凹部の実際深さを求める式を導くための説明図
である。

【図４】合成画像におけるレーザー・スリット光の撮像
（イ）とその付近の拡大図である。

【図５】本発明に係る観察装置の支持杆駆動装置、移動
手段および操作盤を示す側面図である。

【図６】人が目視で下部槽内部を観察している様子を示
した図である。

【符号の説明】

１真空槽１ａ下部槽２浸漬管２ａ穴１０観察装置１１観察筒１１ａ，１１ｂ窓１３レーザー発信器１４第１電動シリンダー１５フィルター１６ａアーム１７第２電動シリンダー１８反射鏡１９ＴＶカメラ２０投射光２０ａ投影像２０ｂ撮像（イ）２１炉壁２１ａ炉壁表面２５垂直枠４０台車４１移動枠４３支持杆４２支持杆駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｂ 11/24 ＫＦターム(参考） 2F065 AA49 AA54 AA60 DD06 FF04 FF15 GG04 HH05 JJ03 JJ26 LL22 MM07 MM08 MM16 PP02 PP22 QQ31 2G051 AA83 AB07 AB20 BA10 BB01 BB07 CA04 CA06 CC07 4K013 CF00 4K056 FA19 FA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察対象物表面にレーザー・スリット光を
投射し、対象物表面をフィルターを介して撮影して得ら
れた撮像（イ）と、対象物表面をフィルターを介さずに
撮影して得られた撮像（ロ）を合成し、合成画像上のレ
ーザー・スリット線の歪みと基準となる寸法とを比較し
て、対象物表面の凹凸程度を求めることを特徴とする表
面凹凸観察方法。
【請求項２】請求項１において、レーザー・スリット光
の投射角度を変えて撮影することを特徴とする表面凹凸
観察方法。
【請求項３】筒壁体が冷却され、レーザ・スリット光と
炉壁面からの反射光を通過させる窓を有し、上下動かつ
旋回可能に設けられた観察筒を設け、この観察筒内部
に、レーザー発信器と、炉壁面からの反射光をＴＶカメ
ラに導く反射鏡と、この反射鏡の前面の反射光光路に進
退可能に設けたフィルターと、ＴＶカメラとを設けたこ
とを特徴とする表面凹凸観察装置。
【請求項４】レーザ・スリット光の投射角度を変更でき
るように、レーザー発信器を傾動可能に設けた請求項３
記載の表面凹凸観察装置。
【請求項５】フィルターがレーザ・スリット光の壁面か
らの反射光だけを選択的に通過させるものである請求項
３または４記載の表面凹凸観察装置。