JP2005233679A - 流下ガラス流下速度計測方法および計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流下状態を画像データにより収集し、異常時の兆候予測及び異常時の判断が可能な流下ガラス流下速度計測方法および計測装置を提供する。
【解決手段】 溶融炉２１からキャニスタ２２に流下される流下ガラス２５の流下速度を検出するに際して、上記流下ガラス２５を所定時間毎にカメラ３で撮像すると共に、これらの画像からそれぞれ流下ガラス２５中の暗部を抽出し、上記暗部の位置Ｃ０、Ｃ１を上記画像間で比較することによって流下速度を検出する流下ガラス流下速度計測方法及び流下ガラス流下速度計測装置１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高レベル放射性廃液をガラス固化する際の流下ガラスの監視装置に係り、特に流下ガラスの画像から流下速度を検出する流下ガラス流下速度計測装置に関するものである。

従来、原子炉施設においては、図６に示すように発生する高レベル放射性物質を含んだ廃液を溶融炉２１により溶融ガラスと混合して、放射性廃棄物を含んだガラスを流下させてキャニスタ２２に注入する。ガラスは、冷却され固化されることによりキャニスタ２２に封入され、原子炉施設において生じた放射性廃棄物を保管施設に保管できる形態となっていた。

ガラスが規定量まで注入されたキャニスタ２２は、台車２３によりフロア床３０上を移動し保管施設に搬入される。

図示したようなガラス固化設備の溶融炉２１から流れ落ちる流下ガラス２５の異常は、モニタカメラを介してオペレータが目視により流下ガラス２５の流下速度を監視することによりその流下状況を判断していた。

流下ガラス２５の流下異常の原因は、種々ある。代表的な異常原因としては、溶融炉下部２１ａの図示しない主電極、底部電極、炉底補助電極等の異常により溶融炉２１における加熱が不均一になったり、加熱が不充分であることが考えられる。

また、溶融炉２１内で混合される放射性廃棄物に含まれる金属の粒等が、主電極等が発生する高周波電流を吸収し、溶融炉２１内の加熱が充分に行われないこともある。

このような加熱不充分等の異常は、流下ガラス２５が溶融炉下部２１ａに設けられた図示しない流下ノズルから流下する際に、流下ガラス２５の温度が下がる等の原因で流下ガラス２５の流下速度が遅くなるという現象になって現れる。この現象を熟練したオペレータが観察し、流下速度の低減からの異常現象の徴候をいち早く認識する異常監視の方法が取られていた。

また、光ファイバを用いた溶融ガラス流下監視装置等が提案されている（特許文献１、２参照）。

特開平９−２８１２９４号公報 特開平９−２４３７９７号公報

しかしながら、従来の目視に頼る方法では、オペレータの判断に熟練が必要であるという問題点があった。また、個人差により判断にバラツキが出るという問題点があった。

また、流下ガラスの流下速度を測定することは難しかったため、流下ガラスの温度低下による流下速度の低下や兆候を異常発生の早い段階で見つけることはできなかった。

また、溶融ガラス流下監視装置による場合、ガラス流下が異常になった場合にのみその異常が出力されるが、異常発生の前兆となる状況の把握や、異常が発生するまでの傾向などを記録することはできず、異常現象の予測ができなかったり不充分であるといった問題点があった。

そこで、本発明の目的は、画像処理により、流下ガラスの流下速度を検出する流下ガラス流下速度計測方法および計測装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、溶融炉からキャニスタに流下される流下ガラスの流下速度を検出するに際して、上記流下ガラスを所定時間毎にカメラで撮像すると共に、これらの画像からそれぞれ流下ガラス中の暗部を抽出し、上記暗部の位置を上記画像間で比較することによって流下速度を検出する流下ガラス流下速度計測方法である。

第２の発明は、上記画像から上記流下ガラスの領域を抽出し、その流下ガラスの領域の明るさを所定の閾値で２値化して、上記暗部の位置を検出する方法である。

第３の発明は、上記画像毎の暗部の位置とこれら画像間の時間とから上記流下速度を検出する方法である。

第４の発明は、上記暗部の形状を認識し、この形状の異同により上記画像間で比較すべき暗部を特定する方法である。

第５の発明は、上記流下速度を求めた後、上記流下ガラスの左右エッジ部を検出し、上記左右エッジ部の位置から幅を算出し、上記幅から流下ガラスの断面積を求め、上記断面積と上記流下速度とから上記流下ガラスの流量を検出する方法である。

第６の発明は、溶融炉からキャニスタに流下される流下ガラスの流下速度を検出するための流下ガラス流下速度計測装置において、上記流下ガラスを所定時間毎に撮像するカメラと、これらの画像からそれぞれ流下ガラス中の粒子状物質の存在する暗部を抽出する画像処理部と、上記暗部の位置を上記画像間で比較することによって流下速度を検出するデータ処理部とを備えた流下ガラス流下速度計測装置である。

第７の発明は、上記カメラは、上記流下ガラスを可視光により撮像する可視光カメラであるか、または近赤外線により撮像する近赤外線カメラであるものである。

第８の発明は、上記所定時間が１／６０から１／１５秒程度であり、上記撮像のシャッタースピードが１／６００〜１／１００秒程度であるものである。

本発明によれば、画像処理を行うことにより、流下ガラスの流下速度を検出する流下ガラス流下速度計測方法および計測装置を得られる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本出願人は、流下ガラスの形状的、視覚的特徴から溶融ガラスの品質の判定方法を研究する中で、溶融炉からキャニスタに充填される放射性廃棄物が混合された溶融ガラスの中に溶融ガラスよりも暗く見える塊が含まれ、この塊が流下ガラスの流下に随伴して移動している現象を発見した。この塊がカメラ画像中では黒い粒子のような像となり、時間差のある２つの画像に写された粒子のような像を比較すると、その像が移動する様子を見ることができた。そこで、溶融炉から流下される流下ガラス中に含まれるこの粒子状物質を流下ガラスの移動量（移動距離）のマーカーとして利用し、流下ガラスの流下状況を撮像し、この撮像された画像を画像処理してこの粒子状物質の移動量（移動距離）と粒子状物質が移動するに際して要した時間とから、溶融炉から流下される流下ガラスの流下速度を検出することが可能となる。

図１は、本発明の好適実施の形態である流下ガラス流下速度計測装置及びその設置状態を示す。

図示したように原子炉施設内には、放射性廃棄物をガラスと混合し溶融するための溶融炉２１と、溶融炉２１で溶融された溶融ガラスを流下させて注入し充填保管するためのキャニスタ２２と、キャニスタ２２を搬送するための台車２３と、溶融炉２１からキャニスタ２２に注入される流下ガラス２５の状況を監視し流下ガラス２５の流下速度を検出するための流下ガラス流下速度計測装置１が設置されている。

ここでは、流下ガラス２５は、溶融炉２１で溶融された溶融ガラスが溶融炉下部２１ａから流下し、キャニスタ２２に注入される直前までの流下される溶融ガラスの状態を表すと共に、流下ガラス２５は、流下ガラス流下速度計測装置１で流下速度を検出される対象であることを示す。

溶融炉２１は、原子炉施設において生じた高レベル放射性廃液を、原料ガラスを溶融させた溶融ガラスと混合させ、流下ガラス２５としてキャニスタ２２に流下させるための設備である。

キャニスタ２２は、溶融炉２１で溶融され放射性廃液が混合されて形成された流下ガラス２５が注入され、流下してきた溶融ガラスを封止して、放射性廃棄物をガラス固化して保管するための金属製の容器である。キャニスタ２２は、直径約４０ｃｍ、高さ約１００ｃｍ、重量４００〜５００ｋｇ程度の円柱状をしたものである。

台車２３は、キャニスタ２２に注入される流下ガラス２５が規定量に達した時点で、キャニスタ２２をフロア床３０上を移動させ保管施設に搬送するためのキャリアである。

流下ガラス流下速度計測装置１は、流下しているガラス全体の状態を撮像するべく流下ガラス２５に臨ませて設置したカメラ３と、カメラ３で所定時間毎に撮像された画像を画像処理して、所定時間毎の両処理画像から流下ガラス２５中の粒子状物質の移動量を検出するデータ処理装置２と、カメラ３の撮影を制御するためのカメラ制御装置５と、データ処理装置２及びカメラ制御装置５などを遠隔からオペレーションするための遠隔操作システム６とを備えて構成され、カメラ３とカメラ制御装置５とがケーブル４で、データ処理装置２と遠隔操作システム６とがケーブル７で、データ処理装置２とカメラ制御装置５とがケーブル８でそれぞれ接続されている。

流下ガラス流下速度計測装置１は、溶融炉２１からの流下ガラス２５をキャニスタ２２に充填する際に、溶融炉２１から流下される流下ガラス２５の流下速度を検出するための画像処理部、データ処理部を有する流下速度計測装置であり、カメラ３で撮像された画像を画像処理して流下ガラス２５の流下速度をデータ処理装置２で検出する機能を有している。

データ処理装置２は、カメラ３で所定時間毎に順次撮像された流下ガラス２５の画像から流下ガラス２５の領域を抽出すると共に、流下ガラス２５の領域を所定の閾値で２値化して流下ガラス２５中の粒子状物質の像を抽出し、所定時間毎に撮像され、処理された２値化画像から流下ガラス２５中の粒子状物質（暗部）の移動量を求めて、粒子状物質の移動量と所定時間から流下速度を検出するための画像処理、演算処理装置である。

データ処理装置２は、画像データ等を処理するためのデータ処理部１１と、カメラ３を制御するための制御信号をカメラ制御装置５に入力するための制御信号入力ボード１２と、カメラ３で撮影された画像をデジタル処理するための画像処理部１３と、画像処理部１３で画像をデジタル処理するための画像解析ソフト１４と、停電時にデータ処理装置２のデータをバックアップするための電源となる無停電電源部１５と、データ処理部１１で処理したデータを保存するためのデータ保存部１６と、オペレーション状態や処理データの状態等を表示するためのディスプレイ１７と、データ処理部１１で処理したデータ等をプリントアウトするためのプリンタ１８とを備えて構成される。

画像処理部１３は、カメラ３で撮影された画像をデジタル処理して流下ガラス２５の画像を２値化処理し、この２値化された処理画像から流下ガラス２５の存在する領域を抽出し、その流下ガラス２５中に存在する粒子状物質の位置を示す特定点を検出するための画像処理機能を有する。

画像解析ソフト１４は、カメラ３で撮像された流下ガラス２５の画像を画像処理部１３でデジタル処理するためのソフトウェアである。

無停電電源部１５は、流下ガラス流下速度計測装置１に供給される電源電力が何らかの理由で停止した場合に、停電を検知するものである。無停電電源部１５は、停電を検知したとき外部からの供給電源から内蔵されている電池に切り換え、外部電源の代わりにデータ処理装置２に電源を供給するためのバックアップ電源でもある。無停電電源部１５は、外部から正常に電源が供給されている時は、そのまま流下ガラス流下速度計測装置１の各部材に電力を供給し、同時に内蔵されている図示しない電池に充電を行う。

データ処理部１１は、画像処理部１３により画像処理されたデータを演算処理し、画像処理部１３で処理された２値化画像データから流下ガラス２５中の特定点の位置を算出し、所定時間に特定点が移動した移動量（移動距離）を求めて、この移動量と所定時間から流下速度を検出し、演算結果をデータ保存部１６、ディスプレイ１７等に出力する流下速度演算手段である。

データ保存部１６は、画像処理部１３及びデータ処理部１１で処理・解析された画像処理及び流下速度演算結果を順次記憶、保存するためのメモリ部である。

ディスプレイ１７は、流下ガラス流下速度計測装置１のオペレーション状態や処理データの状態等を表示するための表示器である。

プリンタ１８は、画像処理データや流下ガラス２５の流下速度、流下ガラス流下速度計測装置１の状態等をプリントアウトするための印字機である。

カメラ３は、溶融炉２１からキャニスタ２２に注入される流下ガラスの状態を撮影するために設置された撮影機であり、ガラスの流下状態が画面に取り込まれるようにガラスの流下状態を流下位置の正面若しくはそれに近い位置に臨ませて設置するとよい。カメラ３は、例えばＣＣＤ撮像素子を用いた可視光用のビデオカメラ、温度検知に優れた近赤外線カメラ等が用いられる。

カメラ３は、図中では説明のため１台を図示しているが、流下ガラス２５長手方向を軸中心とした円周上に２台以上を設置し流下ガラス２５の流下を撮影するとよく、流下ガラス２５の状態がよりよく監視でき、流下ガラス２５中に含まれる粒子状物質を多次元で捉える事ができる。

カメラ３は、例えば流下ガラス２５を撮像する間隔である所定時間が１／３０秒程度（適用範囲としては、１／６０〜１／１５秒程度である。）であり、撮像のシャッタースピード（若しくは、露光時間）が１／６００〜１／１００秒程度であるとよい。

カメラ制御装置５は、データ処理装置２内の制御信号入力ボード１２から供給された制御信号を受信し、カメラ３の撮影を制御するための制御装置である。

ケーブル４、８は、カメラ３で撮影した画像をカメラ制御装置５を経由してデータ処理装置２に伝送し、データ処理装置２の制御信号入力ボード１２から供給された制御信号をカメラ制御装置５及びカメラ３に伝送するための信号線である。

遠隔操作システム６は、流下ガラス流下速度計測装置１を遠隔の監視室等から操作し、データ処理装置２で処理されたデータ等を取得、操作するための操作システムである。

ケーブル７は、データ処理装置２で処理されたデータ等を遠隔操作システム６に伝送し、遠隔操作システム６のオペレーションをデータ処理装置２に伝送するための伝送線路で、例えば代表的にＬＡＮなどが利用される。

次に、流下ガラス流下速度計測装置１の動作概要を説明する。

溶融炉２１で放射性廃液と混合、溶融され生成された流下ガラス２５は、台車２３に搭載されたキャニスタ２２に注入、充填され、この流下ガラス２５の状態はカメラ３で撮像される。

カメラ３で撮像された流下ガラス２５の状態を示す画像は、ケーブル４、カメラ制御装置５、ケーブル８を介して、画像処理部１３に入力される。

画像処理部１３に入力された画像は、画像処理部１３において平滑化、２値化され、画像のノイズ除去を行うための収縮、膨張処理などの画像処理が行われた後、流下ガラス２５のエッジが検出されて、流下ガラス２５の存在する領域が抽出される。

画像処理部１３は、抽出された流下ガラス２５の存在する領域の画像を流下ガラス２５の明るい部分と暗い部分とに区別する。この流下ガラス２５の暗い部分は、溶融された流下ガラス２５中に温度の低い部分が存在し、この温度の低い部分が特定点を形成する粒子状物質の存在する位置となっていることを示している。画像処理部１３は、この粒子上物質のある特定点を検出処理した後、処理された画像データは、データ処理部１１に出力される。

図２は、カメラ３で撮像された流下ガラス２５の画像（図３、４に示す）を画像処理部１３及びデータ処理部１１で処理する手順を示すフローチャートである。

画像処理部１３に画像データが入力されると、フローチャートに示すステップ３１により画像処理のためのデジタル処理が開始される。

画像処理は、図３に示すような撮影した画像から流下するガラスのエッジを検出するための画像処理範囲の設定を行い、画面を平滑化することにより流下ガラス２５の写った領域とそれ以外の領域をそれぞれ連続した平面として処理し、設定した値により２値化し、収縮、膨張処理により流下ガラス２５の左エッジ部及び右エッジ部を鮮明し、図４に示す左エッジ部及び右エッジ部の検出処理を容易にする画像フィルタリングの一連処理である。

画像処理部１３で、カメラ３により撮像された画像全体の中から、画像を処理するために流下ガラス２５の写った範囲（図３に示す。）を設定する（ステップ３２）。

流下ガラス２５の位置検出を行うための画像範囲の設定は、対象とする位置情報の性質及び画像処理部１３の処理時間を考慮して設定される。

範囲の設定は、溶融炉下部２１ａから流下する溶融ガラスの状態、特に流下ガラスに含まれる粒子状物質が充分に写る範囲を選択し、溶融炉下部２１ａの図示しない流下ノズルから鉛直方向に垂下した流下ガラス２５の画像が含まれる範囲になるように設定するとよい。

また、画像処理範囲設定の際には、画像の鉛直方向、水平方向がガラスの流下している実際の鉛直方向、水平方向に一致するように画像の取り込みを行う。

なお、この補正によりカメラ３が傾いていると判断される場合には、この判断結果を制御信号入力ボード１２に送出し、ケーブル８を介してカメラ制御装置５に伝送し、カメラ制御装置５はカメラ３の姿勢を修正する制御信号をカメラ３に対して発する。姿勢修正のための制御信号を受信したカメラ３は、流下ガラス２５の画像を最も良い位置、姿勢から撮像するように姿勢を修正する。

フローチャートのステップ３２では、初回のみデータ格納領域、データ数を初期化する処理が併せて行われる。

図３、図４に処理範囲設定された流下ガラス２５の画像を示す。

図３は、或る時刻にカメラ３で撮像された流下ガラス２５の状態を示し、流下ガラス２５中に含まれる粒子状物質が特定点Ｃ０の位置に撮像されている。

図４は、図３の時刻にカメラ３で撮像された流下ガラス２５の所定時間後の状態を示し、流下ガラス２５中に含まれる粒子状物質が特定点Ｃ１の位置に移動した状態が撮像されている。

なお、流下ガラス２５の含まれる黒い粒子状物質の代わりに、流下状態のマーカーとなる粒子状物質を適宜流下ガラス２５の中に混入して、同様のことを行ってもよい。

図２のステップ３２で処理範囲が設定された図３、図４の画像は、次に画像の平滑化が行われる（ステップ３３）。

このステップ３３による画像の平滑化は、画像の明暗の変化を滑らかにするために行われ、画像内の図形（流下ガラス２５を意味する。）の存在位置を後のステップで検出するための前処理である。

平滑化により、ノイズの含まれた画像は、暗い背景部分の領域ｚはノイズにより存在する明るい点等が周囲の暗い部分と一様になり、領域ｚ全体がムラの少ない連続した平面領域となる。同様に、ガラスが撮像された輝度の明るい領域ｘは、ノイズにより存在する暗い点等が周囲の明るい部分と一様になり、領域ｘ全体がムラの少ない連続した平面領域となる。

ここで、流下ガラス２５中に含まれている黒い粒（粒子状物質）の存在する特定点Ｃ０、Ｃ１は、温度の低い粒子状物質が在る位置であり画像に占める面積は狭いながらも、ノイズによる存在する暗い点よりは遙かに広い面積の暗部となって抽出される。このため、平滑化の処理を行った後も粒子状物質の存在する特定点は、ノイズによる暗点と異なり流下ガラス２５の中で狭い面積を占める暗部として残る。

平滑化の処理には種々の手法があるが、例えば領域分割処理により、画像を値がほぼ一定とみなせる領域に分割する方法、エッジ検出処理により画像の輝度値が急激に変化するところを検出する方法などが用いられるとよい。

分割されたメッシュ領域毎に平滑化された画像は、公知の判別分析法により２値化される（ステップ３４）。

撮像された画像の中で、流下ガラス２５の写っている部分は図３、図４で示す溶融したガラスの輝度により明るい領域ｘである。背景の部分は暗い領域ｚとなっている。ステップ３４の２値化とは、この２つの領域ｘ、ｚを明るさによる閾値を設け、その閾値の以下の暗い領域Ｚと、閾値を超える明るい領域Ｘとに２値化することである。

２値化された流下ガラス２５の画像データは、画像ノイズ、量子化ノイズを除去するための収縮（ステップ３５）、膨張（ステップ３６）の処理が行われる。

収縮、膨張の処理は、２値化した画像の背景と流下ガラス２５の不鮮明な境界を鮮明にし、後述するステップ３７の流下ガラスの左／右エッジ部検出処理を容易にするためのフィルタリング処理である。

この収縮処理は、２値化して得られた図形（すなわち、流下ガラス２５の画像である領域Ｘ）の境界部分の画素を全て削除し、画像の境界部分を一皮分取り除く処理手法である。

膨張処理は、収縮処理とは逆に、得られた図形（すなわち、流下ガラス２５の画像である領域Ｘ）の境界部分の画素から領域Ｚ方向に一画素加え、画像の境界部分を一皮分太らせる処理手法である。

収縮、膨張処理を行うことで、２値化画像中のノイズ成分の多くが除去され、画像背景と流下ガラスの境界部分であるガラスの左エッジ部及び右エッジ部を鮮明にするという効果がある。

ここでも、流下ガラス２５中に含まれている特定点Ｃ０、Ｃ１は、温度の低い粒子状物質が在る位置であり画像に占める面積は狭いながらも、ノイズによる存在する暗い点よりは遙かに広い面積の暗部となって抽出される。このため、収縮、膨張処理を行った後も粒子状物質の存在する特定点は、流下ガラス２５の中で狭い面積を占める暗部として残る。

このように画像処理されたデータは、データ保存部１６に記憶し、次のステップ３７，３８の処理がなされる。

画像処理部１３の処理結果を受け取ったデータ処理部１１は、左／右エッジ部及び特定点の検出処理を行う（ステップ３７）。
データ処理部１１は、画像処理部１３から入力された処理結果から流下ガラス２５の左エッジ部と右エッジ部を検出する。

図３、図４により、この流下ガラス２５左エッジ部、右エッジ部、幅及び特定点Ｃ₀、Ｃ₁を検出する手順を説明する。

先ず、データ数が０より大きく、前回の左エッジ部の検出が正常に行われている場合には、左側面候補位置の探索開始点を前回の左エッジ部−５０画素（図中Ｄ０で示す所定距離）とする。但し、探索開始点は、０以上であることが前提条件である。それ以外の場合には、左側探索開始点は、０とする。

水平方向の走査線ＳＣ１において、２値化画像である画素に対して左側探索開始点Ｄ０（または、０）から画像右端に向かって、画素の輝度が変化し明るくなる位置を左方から右方に（ここでは、これを走査方向とする。）走査する。すなわち、暗い領域Ｚから明るい領域Ｘとなる点が検出された場合には、この点を流下ガラス２５の左側面候補位置ａとする。

画面右端まで探索しても検出されない場合には、前回検出位置を「失敗」として終了する。

次に、データ数が０よりも大きく、前回右エッジ部の検出に成功している場合には、右側面候補位置の探索開始点を前回の右エッジ部＋５０画素（図中Ｅ０で示す所定距離）とする。但し、探索開始点は、画面右端よりも左側であることとし、それ以外の場合は探索開始点は画像の右端とする。

走査線ＳＣ１上の画素に対して右側探索開始点Ｅ０（または右端）から左側面候補位置ａに向かって、画素の輝度が変化し明るくなる位置を右方から左方に（ここでは、これを走査方向とは逆方向とする。）探索する。すなわち、暗い領域Ｚから明るい領域Ｘとなる点が検出された場合には、この点を流下ガラス２５の右側面候補位置ｂとする。

左側面候補位置ａまで探索しても検出されない場合には、前回検出位置を「失敗」として終了する。

なお、ここで上下に位置の異なる２本の走査線ＳＣ１、２の走査は一例を示したもので、水平方向の走査であれば、上の走査方法にのみよる必要はなく、後のデータ処理が容易な走査方法を用いて良い。

例えば、走査線ＳＣ１、２を左から右に水平に走査させることにより、左側面候補位置ａ及び右側面候補位置ｂを検出する方法でもよい。

検出した左側面候補位置ａと右側面候補位置ｂとの間の距離を算出し、閾値ｗｉｄｔｈ＿ｔｈ以内であれば、左側面候補位置ａを左エッジ部Ａ０と称し、右側面候補位置ｂを右エッジ部Ｂ０と称する。

それ以外の場合には、前回検出位置を「失敗」として終了する。

次に、検出した左エッジ部Ａ０と右エッジ部Ｂ０との差から流下ガラス２５の幅を算出する。算出された流下ガラス２５の幅が閾値ｗｉｄｔｈ＿ｔｈより大きい時は、流下ガラス２５の流下幅取得の「失敗」と判定する。

左エッジ部Ａ０と右エッジ部Ｂ０との差が閾値ｗｉｄｔｈ＿ｔｈより小さいときは、流下ガラス２５の流下幅取得の「成功」と判定する。

流下幅取得の「成功」と判定した後、さらに右エッジ部Ｂ０から左に水平に走査させて、画素の輝度が変化し暗くなる位置（ここでは、これを走査方向とは逆方向とする。）を探索して検出する。

左エッジ部Ａ０まで走査を行い、検出した位置の座標を全てデータ保存部１６に記録する。検出された位置の座標は、流下ガラス２５の中に含まれる粒子状物質の存在する位置を示している。この粒子状物質の位置は、１点のこともあり、複数の点が隣り合い或る程度の幅を有していることもある。

図３では、一例として粒子状物質の存在する位置（暗部）が１点あり、この位置が特定点Ｃ０として検出される。

左エッジ部Ａ０まで水平に走査を行っても、画素の輝度が変化し暗くなる位置が検出されない場合は、走査線ＳＣ１上には粒子状物質の存在が検出されなかったことを意味している。

このような走査を図３に示した画像全体にわたって行い、得られたデータはデータ保存部１６に逐次記録する。

図３の画像の走査を行った後、図４の画像についても同様の走査を画面全体に亘って行う。

図４では、走査線ＳＣ２上を走査したときに、左エッジ部Ａ１、右エッジ部Ｂ１及び特定点Ｃ１が検出されている。

ここで、例えば図３、図４において特定点Ｃ０、Ｃ１が同じ粒子状物質による暗部であるか否かを、暗部の形状を認識し、この形状の異同により上記画像間で比較すべき暗部を特定することにより、次に示すようにして判定する。

特定点Ｃ１と他の暗部とが画面上水平方向若しくは垂直方向に隣り合い連続する場合には、連続する点の一塊りは一つの粒子状物質と判定する。この場合、粒子状物質は画面上で一定面積を有しており、例えばこの粒子状物質の中心点を求め、これを改めて粒子状物質の特定点Ｃ１の位置とする。

この粒子状物質の中心の算出は、粒子状物質の上下左右の最大寸法の加算平均を求め粒子状物質の位置座標とするか、各暗部の座標から構成される粒子状物質の形状及び面積からその面積重心を求めて特定点Ｃ１の位置座標とするとよい。

特定点Ｃ１と他の暗部とが画面上水平方向若しくは垂直方向に隣り合わず、連続しない場合には、この２以上の暗くなる部分は２つ以上の異なる粒子状物質と判定する。この場合、各画像における各々の暗部を暗部の形状により認識し、比較して各暗部が異なるか、同一のものであるかを判定する。

このようにして粒子状物質の特定点Ｃ０、Ｃ１の位置座標が求められた後、この位置座標を基に流下ガラス２５の流下速度を求める。

所定時間をおいて連続して撮像された図３，図４から、図５に示すように流下ガラス２５に含まれる粒子状物質が流下ガラス２５と共に移動したことが分かる。

粒子状物質は、所定時間の間に特定点Ｃ０の位置座標から特定点Ｃ１の位置座標まで流下している。所定時間は、図３の画像を撮像してから図４の画像を次に撮像した間の時間であり、このとき特定点Ｃ０から特定点Ｃ１までの距離を移動しているので、この所定時間及び移動した距離により粒子状物質の移動速度が算出できる。この移動速度は、すなわち流下ガラス２５の流下速度を意味している。

さらには、この流下ガラス２５の流下速度が検出できたことと、走査線ＳＣ１、ＳＣ２を横切る流下ガラス２５の幅がステップ３８で明らかになっていることから、流下ガラス２５の所定時間の流量も算出できる。

すなわち、溶融した流下ガラス２５は水平断面が略円形を成しており、ステップ３８で求めた流下ガラス２５の幅から走査線ＳＣ１、ＳＣ２を横断して形成される円形断面の面積が求められる。この流下ガラス２５の断面積と上で求めた流下ガラス２５の流下速度を乗ずることにより、時間当たりの流下ガラス２５の流量が算出できる。

なお、上で粒子状物質が同じ画面に２つ以上検出された場合には、図３で検出された各々の粒子状物質の形状、面積と図４で検出された各々の粒子状物質の形状、面積とを比較して、図３の粒子状物質と同じ形状、面積の粒子状物質を図４にて特定する。この特定が出来た後、上で述べた特定点Ｃ０、Ｃ１の移動距離を算出し流下速度を算出するとよい。

また、上で粒子状物質が同じ画面に２つ以上検出され、かつその粒子状物質がいずれも面積を持たない点として認識される場合もある。このときは、直前に求められた流下速度から所定時間後の粒子状物質の予定位置を算出し、この算出された位置から図４に存在する２つ以上の粒子状物質が算出された予定位置の許容範囲内にあるか否かで、図３にある２つ以上の粒子状物質の各々いずれであるかを推定する。

図４にある２つ以上の粒子状物質が、この算出された予定位置の許容範囲内にないときは、流下速度の算出は行わない。

これらの特定点Ｃ０、Ｃ１の位置データ、流下ガラス２５の幅データ、流下速度データ等をデータ保存部１６に保存し、必要に応じて流下ガラス２５の異常監視、キャニスタ２２への流下ガラス２５の流量監視に用いる。

流下ガラス２５の幅データは、流下ガラス２５の溶融炉２１における加熱が不充分な場合などに、幅データが変化することで流下ガラス２５異常の情報とすることができる。

検出された流下ガラス２５の流下速度は、流下ガラス２５の溶融炉２１における加熱が不充分な場合などに、流下速度が変化（特に、減速する。）することで流下ガラス２５異常の情報とすることができる。

また流下ガラス２５の幅データ及び流下速度から、流下ガラス２５の流量が算出できことで、キャニスタ２２に流下される溶融ガラスの量を監視し、キャニスタ２２充填される流下ガラス２５の総量を精度良く算出できる。

このような、画像処理部１３及びデータ処理部１１の演算処理結果は、必要に応じてディスプレイ１７に表示され、またプリンタ１８に印字される。

また、ケーブル７を介して遠隔操作システム６から要求があった場合には、画像処理部１３及びデータ処理部１１の演算結果は、ケーブル７を介して遠隔操作システム６に伝送され、遠隔操作システム６に保存されたり、遠隔操作システム６に備えられた表示器に表示されたりする。

このように、流下ガラス２５の流下速度の検出等を行い、処理は終了する（ステップ３９）。

以上説明したように、監視オペレータの習熟に頼っていた流下ガラス２５の状態監視を流下ガラス流下速度計測装置１を用いる事で、流下ガラス２５の状態を流下の幅、流下速度、流量により把握でき、ガラスの流下状態及び異常発生の兆候を画像データから定量的に判断できるようになった。

また、この流下ガラス流下速度計測装置１のデータは記録、保存することができ、蓄積データをグラフ等に表示することも可能である。このため、過去の正常時の流下速度、流量などの状態データと異常時の状態データとを比較することで、溶融炉２１における流下ガラス２５の異常時の前兆を的確に把握したり、バラツキのない異常予測や異常判断を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態は、流下ガラスの異常監視のみならず、物質を溶融し流下させる各種設備の監視等に広く適用できるという産業上の利用可能性を有する。

本実施の形態である流下ガラス流下速度計測装置及びその設置状態を示す説明図である。 本実施の形態である流下ガラス流下速度計測装置の画像処理手順を示すフローチャートである。 流下ガラスをカメラで撮影して、処理する画像範囲の設定された状態を示す図である。 図３で撮像した流下ガラスを所定時間後にカメラで撮影し、処理する画像範囲の設定された画像状態を示す図である。 図３及び図４で撮像した流下ガラスに含まれる粒子状物質の移動量を示す図である。 流下ガラスを流下させる設備を示す説明図である。

符号の説明

１ 流下ガラス流下速度計測装置
２ データ処理装置
３ カメラ
４ ケーブル
５ カメラ制御装置
６ 遠隔操作システム
７、８ ケーブル
１１ データ処理部
１２ 制御信号入力ボード
１３ 画像処理部
１４ 画像解析ソフト
１５ 無停電電源部
１６ データ保存部
１７ ディスプレイ
１８ プリンタ
２１ 溶融炉
２１ａ 溶融炉下部
２２ キャニスタ
２３ 台車
２５ 流下ガラス
３０ フロア床

Claims (8)

1. 溶融炉からキャニスタに流下される流下ガラスの流下速度を検出するに際して、上記流下ガラスを所定時間毎にカメラで撮像すると共に、これらの画像からそれぞれ流下ガラス中の暗部を抽出し、上記暗部の位置を上記画像間で比較することによって流下速度を検出することを特徴とする流下ガラス流下速度計測方法。
2. 上記画像から上記流下ガラスの領域を抽出し、その流下ガラスの領域の明るさを所定の閾値で２値化して、上記暗部の位置を検出する請求項１記載の流下ガラス流下速度の計測方法。
3. 上記画像毎の暗部の位置とこれら画像間の時間とから上記流下速度を検出する請求項１または２記載の流下ガラス流下速度の計測方法。
4. 上記暗部の形状を認識し、この形状の異同により上記画像間で比較すべき暗部を特定する請求項１〜３いずれか記載の流下ガラス流下速度計測方法。
5. 上記流下速度を求めた後、上記流下ガラスの左右エッジ部を検出し、上記左右エッジ部の位置から幅を算出し、上記幅から流下ガラスの断面積を求め、上記断面積と上記流下速度とから上記流下ガラスの流量を検出する請求項１〜４いずれか記載の流下ガラス流下速度計測方法。
6. 溶融炉からキャニスタに流下される流下ガラスの流下速度を検出するための流下ガラス流下速度計測装置において、上記流下ガラスを所定時間毎に撮像するカメラと、これらの画像からそれぞれ流下ガラス中の粒子状物質の存在する暗部を抽出する画像処理部と、上記暗部の位置を上記画像間で比較することによって流下速度を検出するデータ処理部とを備えたことを特徴とする流下ガラス流下速度計測装置。
7. 上記カメラは、上記流下ガラスを可視光により撮像する可視光カメラであるか、または近赤外線により撮像する近赤外線カメラである請求項６記載の流下ガラス流下速度計測装置。
8. 上記所定時間が１／６０から１／１５秒程度であり、上記撮像のシャッタースピードが１／６００〜１／１００秒程度である請求項６または７記載の流下ガラス流下速度計測装置。
   

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