JP2008096298A - Method and device for measuring blast furnace charging material profile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉シャフト内の装入物層上面の形状(以下、装入物プロフィルという)を、炉頂部に配置した赤外線カメラの情報により測定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring the shape of an upper surface of a charge layer in a blast furnace shaft (hereinafter referred to as a charge profile) by information from an infrared camera disposed on the top of the furnace.
高炉の装入物プロフィルメータは、原料装入の制御や炉内ガス流れの制御を行うために使用されており、高炉の操業管理や設備保全にとって欠くことのできない手段になっている。
高炉の装入物プロフィルメータには、大別して、接触式(機械式)と非接触式がある。従来から、より良い装入物プロフィルメータを開発するため、種々の努力が積み重ねられてきた。例えば非接触式では、レーザレーダーや音波レーダーによる測定も試みられたが、炉内は高温で粉塵が多いために信号の質が悪く、また過酷な環境に長期間耐えうるような装置の開発が困難で、いずれも実用化されていない。
The blast furnace charge profile meter is used to control the charging of raw materials and the flow of gas in the furnace, and is an indispensable means for blast furnace operation management and facility maintenance.
The blast furnace charge profile meter is roughly classified into a contact type (mechanical type) and a non-contact type. Traditionally, various efforts have been made to develop better charge profilometers. For example, in the non-contact type, measurement by laser radar and sonic radar has been attempted, but the quality of the signal is poor due to high temperature and high dust inside the furnace, and the development of a device that can withstand harsh environments for a long time has been developed. It is difficult and none has been put into practical use.
現在では、マイクロ波方式(例えば下記特許文献1)が主流で、一部には接触式(サウンジングロッド方式等の機械式)も用いられている。
マイクロ波方式は、大型のマイクロ波プローブを炉内上部空間に挿入し、特定ライン上で照射マイクロ波を走査して装入物プロフィルを測定するものである。この方式は、高濃度の粉塵でもマイクロ波の減衰が小さいという利点があるものの、装置が大型かつ高価であり、測定の操作が複雑で、一日に数回程度しか使用できないという状況である。
一方、機械式は多点測定を行うためには、測定時間が長くなる上に、炉内粉塵等の影響で機械系に故障を生じやすく、保守管理面で問題が残されている。
At present, a microwave method (for example,
In the microwave method, a large microwave probe is inserted into the upper space of the furnace, and the irradiation profile is measured by scanning the irradiation microwave on a specific line. Although this method has an advantage that the attenuation of the microwave is small even with high-concentration dust, the apparatus is large and expensive, the measurement operation is complicated, and it can be used only several times a day.
On the other hand, in order to perform multi-point measurement, the mechanical type requires a long measurement time and easily causes a failure in the mechanical system due to the influence of dust in the furnace, which causes a problem in maintenance management.
上述のような従来技術の問題点に鑑みて、装入物プロフィルメータは非接触式の測定方法であって、炉内の高濃度粉塵の影響を受け難く、装置が小型かつ安価であって、測定時間が短くかつその手間が掛からないため、ほぼ連続的に装入物プロフィルの情報を得られるものであることが好ましい。 In view of the problems of the prior art as described above, the charge profilometer is a non-contact measurement method, hardly affected by high-concentration dust in the furnace, the device is small and inexpensive, Since the measurement time is short and time-consuming, it is preferable that information on the charge profile can be obtained almost continuously.
そこで、本発明者らは、暗視(赤外線)カメラにより装入物表面から発生する赤外線の強度あるいは表面温度を計測し、これにより装入物プロフィルに関する情報を得ることに着眼した。
この赤外線カメラ方式の課題は、まず第一に、装入物表面を二次元的に観測するカメラの情報から、如何にして三次元的な装入物プロフィルの情報を得るかということと、第二に極めて粉塵やミスト濃度の高い炉内ガス雰囲気から、カメラのレンズを如何に保護するかということである。
Therefore, the present inventors have focused on obtaining information on the charge profile by measuring the intensity or surface temperature of infrared rays generated from the charge surface by a night vision (infrared) camera.
The problems with this infrared camera system are, first of all, how to obtain the information of the three-dimensional charge profile from the information of the camera that observes the charge surface in two dimensions. Secondly, how to protect the camera lens from the furnace gas atmosphere with extremely high dust and mist concentration.
前者に関しては、一対の赤外線カメラ方式により、異なる方向からの装入物表面の赤外線強度(温度)情報を取得して、三角測量の原理を拡張した解析方法により、実現可能なことを見出して、本発明を完成させるに至った。
後者に関しては、例えば下記特許文献2に、「暗所撮影用テレビカメラ装置」が開示されている。これは、炉壁に設けられた照明用小孔と撮影用小孔を通して炉内の照明と撮影を行うもので、照明用又は撮影用レンズの焦点位置に小さな孔を持つ隔壁を置き、レンズ側から少量の気体をこの孔を通して噴出させて光路を確保するか、又は小さな孔をガラスで覆い、その光路に当たる微小面積をレンズの反対側からパージして、レンジ面又はガラス面の汚れを防ぐ装置である。
この方法は、孔の径が大きいと必要なパージガス量が過大になり、孔の径が小さいと広角に炉内全体を観察することが難しくなるという問題がある。
As for the former, by finding infrared intensity (temperature) information of the charge surface from different directions by a pair of infrared camera methods, we found that it can be realized by an analysis method that extended the principle of triangulation, The present invention has been completed.
Regarding the latter, for example, the following
This method has a problem that if the hole diameter is large, the amount of purge gas required becomes excessive, and if the hole diameter is small, it is difficult to observe the entire interior of the furnace at a wide angle.
そこで本発明の第一の課題は、一対の赤外線カメラによる装入物層上面の温度パターンの情報から、高炉の三次元的な装入物プロフィルを測定することを可能にし、これにより高炉内の高濃度粉塵の影響を受け難く、装置が小型かつ安価であって、測定時間が短くかつその手間がかららないため、ほぼ連続的に装入物プロフィルの情報を得ることのできる装入物プロフィルメータを提供することにある。 Therefore, the first object of the present invention is to make it possible to measure the three-dimensional charge profile of the blast furnace from the temperature pattern information on the upper surface of the charge layer by a pair of infrared cameras. Charge profile that is almost unaffected by high-concentration dust, is small and inexpensive, has a short measurement time, and does not require much effort, so it can obtain information on the charge profile almost continuously. To provide a meter.
また、本発明の第二の課題は、パージガスを用いて、上記カメラのレンズの汚れを防止するに際して、パージガス量を大きくすることなく、炉内を広角に観測しうる手段を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide means capable of observing the inside of the furnace at a wide angle without increasing the amount of purge gas when using purge gas to prevent contamination of the camera lens. .
上記課題を解決するための本発明の高炉装入物プロフィルの測定方法は、
高炉の炉肩に配置されて炉内装入物上面のほぼ全体からの赤外光を受光し、その強度を検出する二次元受光センサを備えた一対の赤外線カメラと、該カメラそれぞれの出力から二次元温度パターンを作成する温度パターン検知器を一対高炉に配設して、異なる方向から同一時刻に観測された炉内装入物上面の温度パターンの情報を取得し、
この両検知器の二次元温度パターンにおいて、共通の特徴を有する特徴曲線を定め、該特徴曲線上の任意の点Pを選び、前記両検知器の画像における前記点Pの位置の対比から、点Pの三次元的位置を算定し、
複数の前記特徴曲線の位置情報から、炉内の装入物層上面の形状を作図することを特徴とする高炉装入物プロフィルの測定方法である。
The method for measuring the blast furnace charge profile of the present invention to solve the above problems is as follows.
A pair of infrared cameras provided with a two-dimensional light-receiving sensor that is arranged on the furnace shoulder of the blast furnace and receives infrared light from almost the entire top surface of the furnace interior, and detects the intensity of the infrared light. A temperature pattern detector that creates a three-dimensional temperature pattern is placed in a pair of blast furnaces, and information on the temperature pattern of the upper surface of the furnace interior is observed from different directions at the same time,
In the two-dimensional temperature pattern of both detectors, a characteristic curve having a common characteristic is defined, an arbitrary point P on the characteristic curve is selected, and the point P is compared with the position of the point P in the images of the two detectors. Calculate the three-dimensional position of P,
A method for measuring a blast furnace charge profile, wherein a shape of an upper surface of a charge layer in a furnace is plotted from position information of a plurality of characteristic curves.
上記の測定方法は、一方の前記検知器(以下第一検知器という)の二次元温度パターンから等温線像の特徴部分C1を定め、該等温線像C1上の任意の点Pを選び、第一検知器の光学的基準点(対物レンズの主点)Oから前記の点Pの方向に伸びる直線Lを仮想し、他方の前記検知器(以下第二検知器という)で得られる前記C1に対応する特徴部分C2の像に、前記仮想直線Lの像を重ね、前記仮想直線Lの長さを変えて、第二検知器上で前記Lが前記特徴部分像C2と交わった時の仮想直線Lによって(前記LがC2に接した時の前記Lの長さによって)、前記第一検知器と装入面上の対応点Pの位置関係を与えることにより、点Pの三次元的位置を算定するものであってもよい。 In the above measurement method, the characteristic portion C1 of the isotherm image is determined from the two-dimensional temperature pattern of one of the detectors (hereinafter referred to as the first detector), an arbitrary point P on the isotherm image C1 is selected, A straight line L extending in the direction of the point P from the optical reference point (principal point of the objective lens) O of one detector is assumed, and the C1 obtained by the other detector (hereinafter referred to as the second detector) is assumed to be C1. The image of the virtual straight line L is superimposed on the image of the corresponding feature portion C2, the length of the virtual straight line L is changed, and the virtual straight line when the L intersects the feature partial image C2 on the second detector. By giving the positional relationship between the first detector and the corresponding point P on the charging surface by L (by the length of L when the L is in contact with C2), the three-dimensional position of the point P is determined. It may be calculated.
本発明の高炉装入物プロフィルの測定装置は、
高炉の炉肩に配置されて炉内装入物上面のほぼ全体からの赤外光を受光し、その強度を検出する二次元受光センサを備えた一対の赤外線カメラと、該カメラそれぞれの出力から二次元温度パターンを作成する一対の温度パターン検知器と
前記第一検知器の二次元温度パターンから等温線像の特徴部分C1を定め、該等温線像C1上の任意の点Pを選び、第一検知器の光学的基準点Oから前記の点Pの方向に伸びる直線Lを仮想し、他方の前記検知器(以下第二検知器という)で得られる前記C1に対応する特徴部分C2の像に、前記仮想直線Lの像を重ね、前記仮想直線Lの長さを変えて、第二検知器上で前記Lが前記特徴部分像C2と交わった時の仮想直線Lによって(前記LがC2に接した時の前記Lの長さによって)、装入面上の対応点Pの位置を求める位置算定手段と、
複数の前記特徴部分の位置情報から、炉内の装入物層上面の形状を作図する作図手段とを備えたことを特徴とするものである。
The apparatus for measuring the blast furnace charge profile of the present invention is:
A pair of infrared cameras provided with a two-dimensional light-receiving sensor that is arranged on the furnace shoulder of the blast furnace and receives infrared light from almost the entire top surface of the furnace interior, and detects the intensity of the infrared light. A feature portion C1 of an isotherm image is determined from a pair of temperature pattern detectors for creating a two-dimensional temperature pattern and a two-dimensional temperature pattern of the first detector, an arbitrary point P on the isotherm image C1 is selected, A straight line L extending from the optical reference point O of the detector in the direction of the point P is assumed, and an image of the characteristic portion C2 corresponding to C1 obtained by the other detector (hereinafter referred to as a second detector) is obtained. The virtual straight line L is overlapped, the length of the virtual straight line L is changed, and the virtual straight line L when the L intersects the feature partial image C2 on the second detector (the L becomes C2). (Depending on the length of L when touching) And position calculating means for determining the position of P,
It is characterized by comprising drawing means for drawing the shape of the upper surface of the charge layer in the furnace from the positional information of the plurality of characteristic portions.
上記の測定装置は、前記赤外線カメラの取付け位置において、高炉の鉄皮及びその下部耐火物に連通する貫通孔が設けられ、鉄皮の該貫通孔の外側にこれに近接してボールバルブが配設され、
該ボールバルブのボール内貫通部の炉内側端部付近に、その中央に小径の覗き孔を有する隔壁が設けられ、
かつ前記ボール内貫通部の内部に前記隔壁背面に近接して、その光軸が前記覗き孔の中心を通るように前記カメラの対物レンズ系が配置され、該対物レンズ系からの赤外光が、必要に応じて光学系を介して前記二次元受光センサに入射するように構成されるとともに、
前記覗き孔を通して、その背面から炉内側にパージガスを流通させうるように構成されていることが好ましい。
In the above-described measuring apparatus, a through-hole communicating with the blast furnace iron shell and its lower refractory is provided at the mounting position of the infrared camera, and a ball valve is disposed outside the through-hole of the iron shell in close proximity thereto. Established,
A partition wall having a small-diameter viewing hole is provided in the center of the ball valve near the inner end of the through hole in the ball,
And the objective lens system of the camera is disposed in the inside of the ball penetration part in the vicinity of the rear surface of the partition wall so that the optical axis thereof passes through the center of the viewing hole, and infrared light from the objective lens system is transmitted. And is configured to enter the two-dimensional light receiving sensor via an optical system as necessary,
It is preferable that the purge gas can be circulated from the back surface to the inside of the furnace through the viewing hole.
このように構成することにより、ボールバルブの貫通部に設けられた隔壁の背面直近に対物レンズ系を配置することが可能になり、隔壁の覗き穴の径を小さくしても、高炉内を広角に観測しうるようになる。隔壁の覗き穴の径を小さくし得ることから、これを通るパージガスの流量を減ずることができる。また、緊急の場合には、ボールバルブのボールを回転させれば、赤外線カメラの光学系を炉内雰囲気から完全に遮断することができ、レンズ等の保護が容易になる。 With this configuration, the objective lens system can be arranged in the immediate vicinity of the back surface of the partition wall provided in the penetrating portion of the ball valve, and the inside of the blast furnace can be It will be observable. Since the diameter of the viewing hole of the partition wall can be reduced, the flow rate of the purge gas passing therethrough can be reduced. In an emergency, if the ball of the ball valve is rotated, the optical system of the infrared camera can be completely cut off from the furnace atmosphere, and the lens and the like can be easily protected.
また、この測定装置においては、前記ボールバルブ弁座の炉内側開口部の外側に、該開口部を覆うようにカバーが設けられ、該カバーにその中心を前記対物レンズ系の光軸が通る小径の第二の覗き孔が設けられ、該第二の覗き孔の背面からも炉内側にパージガスを流通させうるように構成されていることがさらに好ましい。
このように構成することにより、粉塵やミストを多量に含む炉内雰囲気ガスによる対物レンズ系の汚染をより完全に防止することが可能になる。
In this measuring apparatus, a cover is provided outside the furnace inner opening of the ball valve valve seat so as to cover the opening, and the cover has a small diameter through which the optical axis of the objective lens system passes. It is more preferable that the second viewing hole is provided, and the purge gas can be circulated from the back surface of the second viewing hole to the inside of the furnace.
With such a configuration, it becomes possible to more completely prevent contamination of the objective lens system by the atmospheric gas in the furnace containing a large amount of dust and mist.
本発明により、一対の赤外線カメラによる装入物層上面の温度パターンの情報から、高炉の三次元的な装入物プロフィルを測定することが可能になった。これにより、高炉内の高濃度粉塵の影響を受け難く、装置が小型かつ安価であって、測定が簡便な装入物プロフィルメータを提供することができる。本発明の方式によれば、測定時間が短くかつその手間がかららないため、ほぼ連続的に装入物全面のプロフィルの情報を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to measure the three-dimensional charge profile of the blast furnace from the information of the temperature pattern on the upper surface of the charge layer by a pair of infrared cameras. This makes it possible to provide a charge profile meter that is not easily affected by high-concentration dust in the blast furnace, is small and inexpensive, and is easy to measure. According to the method of the present invention, since the measurement time is short and the labor is not required, information on the profile of the entire charge can be obtained almost continuously.
また、本発明により、パージガスを用いて上記赤外線カメラのレンズ汚れを防止するに際して、パージガス量を大きくすることなくレンズ汚れを完全に防止することができ、かつ緊急の場合のレンズ保護を簡便かつ確実に行える手段を提供することが可能になった。 Further, according to the present invention, when the purge gas is used to prevent lens contamination of the infrared camera, it is possible to completely prevent lens contamination without increasing the purge gas amount, and to easily and reliably protect the lens in an emergency. It has become possible to provide a means that can be used.
以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明における赤外線カメラの取付け位置を示す模式図である。この例では、高炉1のシャフト上部の傾斜部に一対の赤外線カメラ2a,2bが取り付けられている。この炉肩の傾斜部には、炉内ガス排気管3が配設されているので、この排気管3の位置を外し、かつ装入物シュート4が視野の邪魔にならないように、その先端と同レベルかそれより下にカメラを取り付ければよい。両カメラ2a,2bは、高炉の中心軸に対して対称な位置に配置することが好ましいが、必ずしもこれにこだわる必要はなく、できるだけ離れた位置に配置されていれば良い。
赤外線カメラ2a,2bには、レンズが広角なもの(例えば視野角が80度程度)のものを用い、炉内の装入物5の表面全体を観察し得るようにすることが好ましい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings of the examples. FIG. 1 is a schematic diagram showing the mounting position of the infrared camera according to the present invention. In this example, a pair of
For the
図2は、本発明の一実施例における赤外線カメラの光学系の構成を示す断面図である。この光学系は、広角対物レンズ6、炉内ガス遮断用フィルタ7、映像拡大結像用レンズ8、2次元映像受光素子9及び対物レンズ6を保護するためのオリフィス(第一オリフィス10及び第二オリフィス11)などから構成されている。広角対物レンズ6で装入物5の表面の赤外線実像12を結像させ、これを映像拡大結像用レンズ8で所望の大きさに拡大し、2次元受光素子9で装入物表面の赤外線画像を得る。
本実施例では、対物レンズ6、フィルタ7及び映像拡大結像用レンズ8には、赤外光の透過性の良いゲルマニウム製のものを用い、2次元映像受光素子9には、非冷却型ボロメータを用いている。また、対物レンズ6、映像拡大結像用レンズ8には、色収差補正のためアクロマートレンズを用いている。
なお、この光学系で受光する赤外線の波長域は8.0〜14.0μm程度であり、装入物温度としては30℃以上を感知する。高炉装入物の表面温度は、通常は50〜600℃であるから、この構成で装入物表面の温度パターンを確実に検知することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical system of the infrared camera in one embodiment of the present invention. This optical system includes a wide-
In this embodiment, the
The wavelength range of infrared rays received by this optical system is about 8.0 to 14.0 μm, and a charge temperature of 30 ° C. or more is detected. Since the surface temperature of the blast furnace charge is usually 50 to 600 ° C., the temperature pattern of the charge surface can be reliably detected with this configuration.
図3は、本実施例における装入物プロフィル測定装置の全体構成を示す図である。一対の温度パターン検知器(第一及び第二検知器)は、ともに受光素子が内蔵された赤外線カメラ13、雲台14、レンズ15からなり、これらが防塵ケ−ス16内に収納されている。レンズ15の前面には、エアシリンダ17で差動する遮断弁(後述するように本実施例ではボール弁を使用)18とさらにその前方に防塵フード19が設けられている。また、遮断弁18には、レンズパージ窒素20が供給され、防塵フード19には、ボール弁シール窒素21と冷却水22が供給されるようになっている。
FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of the charged substance profile measuring apparatus in the present embodiment. The pair of temperature pattern detectors (first and second detectors) each include an
赤外線カメラ13からの映像は、パソコン(PC)の画像ボードに入力し.画像処理によって装入物プロフィルを求める。必要に応じて、映像分配器を介して炉内の熱映像をモニタに表示し、装入面付近の装入物性状やガス流れを監視することができる。一方PCからは、カメラの制御信号(例えば、映像拡大率、雲台の位置、遮断弁のオンオフ等)を制御する信号が、カメラ制御ケーブルを通してカメラ側に送られるようになっている。
The image from the
以下、一対の温度パターン検知器を用いて、装入物上面のプロフィルを測定する本発明の方法について説明する。図4は測定原理の説明図である。図4において、15aを第一カメラの対物レンズ、15bを第二カメラの対物レンズとし、光学的基準点として、レンズ15aの中心点をOとする。また、23aを第一検知器(第一カメラ)の画像、23bを第二検知器(第二カメラ)の画像とする。第一及び第二検知器の画像においては、等温線を作図することができるので、ある温度での装入物表面の等温線T(簡単のため円形とする)を温度パターンにおける共通の特徴部分として、この等温線について解析を行う。
Hereinafter, the method of the present invention for measuring the profile of the top surface of the charge using a pair of temperature pattern detectors will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of the measurement principle. In FIG. 4, 15a is the objective lens of the first camera, 15b is the objective lens of the second camera, and the center point of the
等温線T上の任意の点Pをとると、画像23a上ではT1とP1として認識され、画像23b上ではT2とP2として認識される(P2の位置は下記のように特定される)。
レンズ15aの中心を点Oから、等温線T上の点Pの方向に延びるベクトルSは、画像23a上では一個の点P1として認識されるため、第一検知器の画像からは、点Pの方位に関する情報のみが得られ、OP間の距離に関する情報は得られない。一方第二検知器からベクトルSを観測すれば、画像23b上において、O2点からP2点に向かって延びる線分S2として観測される。両カメラのレンズの位置は固定されているから、画像23b上で点Oの位置を特定することができる(点O2)。
When an arbitrary point P on the isotherm T is taken, it is recognized as T 1 and P 1 on the
The vector S extending from the point O in the direction of the point P on the isothermal line T from the center of the
また、ベクトルSは第一検知器での方位が特定されているから、画像23b上で、ベクトルSが点O2からどの方向に延びるかを作図することができる(この線分をOPの投影線という)。この投影線は画像23b上で直線として与えられ、この投影線又はその外挿線と等温線T2との交点がP2に相当すると考えられる。ベクトルSの長さによって、画像23b上への投影線(S2)の長さも変わるので、線分O2P2の長さによってOP間の距離を算定することができる。
Further, since the orientation of the vector S at the first detector is specified, it is possible to plot in which direction the vector S extends from the point O 2 on the
第一検知器の画像23a上において、点Pの方位(点Oを中心とする球座標における方位角(θ,φ))が定まるから、これとOP間の距離の情報から点Pの3次元的位置を算定することができる。
等温線T上の任意の点Pに対して、その3次元的位置を算定することができるから、装入物表面の等温線T全体の3次元的位置を算定するが可能である。複数の等温線(T1,T2,T3……)に対して、このような位置の情報を得れば、これに基づいて炉内全体の装入物上面のプロフィルを作図することは容易である。
On the
Since the three-dimensional position of an arbitrary point P on the isotherm T can be calculated, the three-dimensional position of the entire isotherm T on the charge surface can be calculated. If such position information is obtained for a plurality of isotherms (T 1 , T 2 , T 3 ...), It is possible to draw a profile of the top surface of the charge in the entire furnace based on this information. Easy.
次に、上記の原理に基づいて、点Pの3次元的位置を計算する手順について説明する。
<座標軸の決定>
図5は、座標軸の決定方法の説明図である。また図6は、装入面上の点Qと映像P,P'の関係を示す図である
カメラによって映し出される二次元熱映像から装入面の三次元プロフィルを計算するために次のように座標系を定める。図5において、第一カメラの光学的中心(対物レンズの光学的主平面中心)を直交軸原点(以後原点と称する)とし、水平面上にx1、x2、垂直軸をx3と定める。この座標系で、装入面上の点とカメラ映像の点を表す。第二カメラに対しても同様の座標系を取り、以下の説明では、第二カメラで用いる記号には「'」をつけて第一カメラと関連させている。
Next, a procedure for calculating the three-dimensional position of the point P based on the above principle will be described.
< Determination of coordinate axes>
FIG. 5 is an explanatory diagram of a coordinate axis determination method. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the point Q on the charging surface and the images P and P ′, in order to calculate the three-dimensional profile of the charging surface from the two-dimensional thermal image projected by the camera as follows. Define the coordinate system. In FIG. 5, the optical center of the first camera (the optical main plane center of the objective lens) is defined as the orthogonal axis origin (hereinafter referred to as the origin), and x1, x2 and the vertical axis are defined as x3 on the horizontal plane. In this coordinate system, a point on the charging surface and a point on the camera image are represented. The same coordinate system is used for the second camera, and in the following description, the symbol used in the second camera is attached with “′” to associate with the first camera.
装入面上の任意の点Q(u1,u2,u3)は、図6に示すように第一カメラ内臓のCCD素子等の結像面上に、点P(x1,x2,x3)で示す倒立実像として結像し、電気回路で反転、拡大してモニタに表示される。装入面プロフィル計算にはパソコンにファイルされる画像を用いるので、結像面π、π'はパソコンのファイルとなり、座標軸はこのファイルデータに対して与えることになる。パソコン上の映像は、何らかの方法で決めた中心を原点にとり極座標P(r, ξ)で扱う。パソコン上の装入面像に与える座標は自由に設定できるが、本資料では、パソコンモニタ上に表示される映像の実寸を結像面の映像寸法となるように映像座標を決めている。 An arbitrary point Q (u1, u2, u3) on the charging surface is indicated by a point P (x1, x2, x3) on the image plane such as a CCD element built in the first camera as shown in FIG. The image is formed as an inverted real image, reversed and enlarged by an electric circuit, and displayed on the monitor. Since the image filed in the personal computer is used for the calculation of the loading surface profile, the imaging planes π and π ′ are files of the personal computer, and the coordinate axes are given to this file data. Video on a personal computer is handled with polar coordinates P (r, ξ) with the center determined in some way as the origin. The coordinates given to the charging surface image on the personal computer can be set freely, but in this document, the video coordinates are determined so that the actual size of the image displayed on the personal computer monitor becomes the image size of the image plane.
<カメラパラメータと映像面座標の求め方>
カメラ映像上の点Pは二次元座標P(r, ξ)で表すが、装入面上の点Q(u1,u2,u3)と関連づけるには、点Pを直交座標P(x1,x2,x3)で表す必要がある。二つの座標系は原点Oから結像面πに下した法線ベクトルN で相互に変換される。計算には図7に示す法線ベクトルNの長さNと、垂直軸x3となす角度θが必要で、以降ではこの二つの量をカメラパラメータと称している。このNとθは次のように定義される。
<How to find camera parameters and image plane coordinates>
The point P on the camera image is represented by two-dimensional coordinates P (r, ξ), but in order to associate with the point Q (u1, u2, u3) on the charging surface, the point P is orthogonal coordinates P (x1, x2, x3) must be expressed. The two coordinate systems are converted into each other by a
図7は、カメラパラメータの定義の説明図である。図7において、Oは原点、A(a1,a2,a3)はπとx3軸が交わる点、Nは法線ベクトルがπと交わる点である。次に、法線方向の単位ベクトルをn(l1,l2,l3)とし、P(x1,x2,x3)はπ上の任意の結像点とする。A とPは法線ベクトルNに対して垂直な平面上にあるので、Nの長さNは次のHesseの標準形で与えられる。
N=|N| =l1・a1+l2・a2+l3・a3(=l1・x1+l2・x2+l3・x3) (1)
また、ベクトルOA=Aとするならば、角度θは次式から求める。
θ=cos-1(x) (2)
ただし、x= (A・n)/(|A|・|n|)=(a1・n1+a2・n2+a3・n3)/(a12+a22+a32)1/2・(n12+n22+32)1/2
(1),(2)式において、A、Nを与えるとカメラパラメータが求まる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the definition of camera parameters. In FIG. 7, O is the origin, A (a1, a2, a3) is the point where π and the x3 axis intersect, and N is the point where the normal vector intersects with π. Next, the unit vector in the normal direction is n (l1, l2, l3), and P (x1, x2, x3) is an arbitrary image point on π. Since A and P are on a plane perpendicular to the normal vector N, the length N of N is given by the following standard form of Hesse.
N = | N | = l1 ・ a1 + l2 ・ a2 + l3 ・ a3 (= l1 ・ x1 + l2 ・ x2 + l3 ・ x3) (1)
If the vector OA = A, the angle θ is obtained from the following equation.
θ = cos -1 (x) (2)
However, x = (A ・ n) / (| A | ・ | n |) = (a1 ・ n1 + a2 ・ n2 + a3 ・ n3) / (a1 2 + a2 2 + a3 2 ) 1/2・ (n1 2 + n2 2 +3 2 ) 1/2
In equations (1) and (2), camera parameters can be obtained by giving A and N.
次に、P(x1,x2,x3)をP(r, ξ)に変換する関係式を示す。π面上のP(r, ξ)を与えるベクトルNPは、結像面πを規定する既知の法線ベクトルON、ベクトルOAと(x1,x2,x3)座標系で表されるベクトルOPの間に成り立つ関係から与えられる。
ベクトルNP=ベクトルON-ベクトルOP
ベクトルNA=ベクトルOA-ベクトルOP
従って、ベクトルNPの長さrと、ベクトルNPとベクトルNAがなす角度ξは次式になる。
r={(x1-n1)2+(x2-n2)2+(x3-n3)2}1/2 (3)
ξ=cos-1(y1/y2) (4)
ただし、y1=(a1-n1)(x1-n1)+ (a2-n2)(x2-n2)+ (a3-n3)(x3-n3)
y2={(a1-n1)2+(a2-n2)2+(a3-n3)2}1/2・{(x1-n1)2+(x2-n2)2+(x3-n3)2}1/2
以上が物体の点Qに対し、画像面上の座標を求める式となる。
Next, a relational expression for converting P (x1, x2, x3) to P (r, ξ) is shown. The vector NP giving P (r, ξ) on the π plane is between the known normal vector ON that defines the imaging plane π, the vector OA, and the vector OP expressed in the (x1, x2, x3) coordinate system Given from the relationship that holds.
Vector NP = Vector ON-Vector OP
Vector NA = Vector OA-Vector OP
Therefore, the length r of the vector NP and the angle ξ formed by the vector NP and the vector NA are as follows.
r = {(x1-n1) 2 + (x2-n2) 2 + (x3-n3) 2 } 1/2 (3)
ξ = cos -1 (y1 / y2) (4)
However, y1 = (a1-n1) (x1-n1) + (a2-n2) (x2-n2) + (a3-n3) (x3-n3)
y2 = {(a1-n1) 2 + (a2-n2) 2 + (a3-n3) 2 } 1/2・ {(x1-n1) 2 + (x2-n2) 2 + (x3-n3) 2 } 1/2
The above is an expression for obtaining coordinates on the image plane for the point Q of the object.
結像面πがx1, x2面に直交するようにカメラを設置すれば、カメラパラメータを用いて、P(x1,x2,x3)はP(r, ξ)に変換される。
x1 = -r sin(ξ)、x2 = -N sin(θ)+r cos(ξ)cos(θ)、x3 = N cos(θ)+r cos(ξ)sin(θ) (5)
また、P(x1,x2,x3) は次の式で P(r, ξ)に変換される。
ξ= tan-1((x2+N×sin(θ))/ x1cos(θ))、r=- x1/ sin(ξ) (6)
(1)、(2)式に用いるN, θは、カメラを高炉に設置し、装入面上の複数点Q(u1,u2,u3)の位置を求め、カメラ映像上の対応点座標P(r, ξ)から求める。
If the camera is installed so that the imaging plane π is orthogonal to the x1 and x2 planes, P (x1, x2, x3) is converted to P (r, ξ) using the camera parameters.
x1 = -r sin (ξ), x2 = -N sin (θ) + r cos (ξ) cos (θ), x3 = N cos (θ) + r cos (ξ) sin (θ) (5)
P (x1, x2, x3) is converted to P (r, ξ) by the following formula.
ξ = tan -1 ((x2 + N × sin (θ)) / x1cos (θ)), r =-x1 / sin (ξ) (6)
For N and θ used in equations (1) and (2), the camera is installed in the blast furnace, the positions of multiple points Q (u1, u2, u3) on the charging surface are obtained, and the corresponding point coordinates P on the camera image are obtained. Obtained from (r, ξ).
<カメラのキャリブレーション>
カメラパラメータN, θの求めるキャリブレーションを次に示す。この説明に使用する記号に関して、装入面上の点はQとし、結像面上はPで表している。
図8は、カメラパラメータの決定方法の説明図である。図8において、カメラ原点と装入面上との間隔|O-V|、を測定しHとする(|O-V|は直線O-Vの長さ)。結像面π上の原点(画面中央点)をOとすると、装入面上に対応するO点が定まる。直線PO-QOはカメラの光軸で画像中心点となり、画像座標を決める。カメラの位置座標は、垂直軸x3上にとる。
<Camera calibration>
The calibration for obtaining camera parameters N and θ is as follows. Regarding the symbols used in this description, the point on the charging surface is Q, and the point on the imaging surface is P.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a camera parameter determination method. In FIG. 8, the interval | OV | between the camera origin and the charging surface is measured and is defined as H (| OV | is the length of the straight line OV). If the origin (image center point) on the image plane π is O, the corresponding O point on the charging surface is determined. The straight line PO-QO becomes the image center point on the optical axis of the camera, and determines the image coordinates. The position coordinates of the camera are on the vertical axis x3.
このような配置で、装入面上のQO、QVを定め、映像面上の対応点座標PO、PVを読み取り、以下の計算からカメラパラメータを求める。
θ = tan-1(|QV-QO|/H)= tan-1 (|O-PO|/|PV-PO|)、N =(|PV-PO|/|QV-QO|)×H………(4)
実際のキャリブレーションでは、装入面上の点は更に複数点をとりカメラレンズの歪を補正するなどの精度を高める操作を含める。
With such an arrangement, the QO and QV on the loading surface are determined, the corresponding point coordinates PO and PV on the video screen are read, and the camera parameters are obtained from the following calculations.
θ = tan -1 (| QV-QO | / H) = tan -1 (| O-PO | / | PV-PO |), N = (| PV-PO | / | QV-QO |) × H… ……(Four)
In the actual calibration, a point on the charging surface further includes a plurality of points to improve accuracy such as correcting distortion of the camera lens.
<2つの座標の関係>
2台のカメラの原点は同一直線 (x2, x2’軸)上に取る。原点O-O’の間隔|O-O’|をDとすると、第一カメラ座標(第一座標)から、第二カメラ座標(第二座標)への変換は次式となる。
x1’= x1, x2’= d -x2, x3’=x3 (3)
(1),(2),(3)式を組み合わせると、2台のカメラ映像座標は、装入面上の点を介して相互に関連づけることが出来る。
<Relationship between two coordinates>
The origin of the two cameras is on the same straight line (x2, x2 'axis). When the distance | O-O '| between the origins O-O' is D, the conversion from the first camera coordinates (first coordinates) to the second camera coordinates (second coordinates) is as follows.
x1 '= x1, x2' = d -x2, x3 '= x3 (3)
By combining equations (1), (2), and (3), the two camera image coordinates can be related to each other via a point on the loading surface.
次に、装入物プロフィルの計算手順について説明する。この手順は下記のステップから構成される。
(1)2台のカメラが測定した2次元温度プロフィルをパソコンに取り込み、等温ライン等の特徴曲線T, T’を作る。
(2)T曲線上の任意の点P(r, ξ)を選び、(1)式でP(x1,x2,x3)に変換する。
(3)Pの装入面上対応点Qの座標は道なので、原点Oからの長さU(=|O-Q|)を仮定してQ*の座標を次式から決める。「*」は仮想直線を示す記号である。Q*の座標Q*( u1*, u2*, u3*)は次式で与えられる。
u1* = -(U/N)x1、u2* =-(U/N)x2、u3* = -(U/N)x3、U = (u1*2+ u1*2+ u1*2)1/2 (5)
Q*( u1*’, u2*’, u3*’)は次式になる。
u1*’= u1*、u2*’= D - u2*、u3*’= u3* (6)
Next, the procedure for calculating the charge profile will be described. This procedure consists of the following steps:
(1) Import two-dimensional temperature profiles measured by two cameras into a personal computer and create characteristic curves T and T 'such as isothermal lines.
(2) Select an arbitrary point P (r, ξ) on the T curve and convert it to P (x1, x2, x3) using equation (1).
(3) Since the coordinate of the corresponding point Q on the charging surface of P is a road, the coordinate of Q * is determined from the following equation assuming the length U (= | OQ |) from the origin O. “*” Is a symbol indicating a virtual straight line. The coordinates Q * (u1 *, u2 *, u3 *) of Q * are given by the following equation.
u1 * =-(U / N) x1, u2 * =-(U / N) x2, u3 * =-(U / N) x3, U = (u1 * 2 + u1 * 2 + u1 * 2 ) 1 / 2 (5)
Q * (u1 * ', u2 *', u3 * ') is
u1 * '= u1 *, u2 *' = D-u2 *, u3 * '= u3 * (6)
(4)第二カメラの結像面π'面上の対応点P’(x1’,x2’,x3’)は次式となる。
x1’= -(N /U)u1*’、x2’= -(N /U)u2*’、 x3’= -(N /U)u3*’
U = (u1*2+ u1*2+ u1*2)1/2 (7)
(5)P’(x1’,x2’,x3’)を(2)式でP’(r’, ξ’)に変換する。この結果、仮想直線上の点Q*は、π面上のP(r, ξ)、π’面上のP’(r’, ξ’)に映像座標として表されたことになる。なお、Q*点は、Uが正しい長さを与えていない限り装入面上には存在せず、従って、π’面上でP’点は曲線T’上には無い。
(4) The corresponding point P ′ (x1 ′, x2 ′, x3 ′) on the imaging plane π ′ plane of the second camera is given by the following equation.
x1 '=-(N / U) u1 *', x2 '=-(N / U) u2 *', x3 '=-(N / U) u3 *'
U = (u1 * 2 + u1 * 2 + u1 * 2 ) 1/2 (7)
(5) P ′ (x1 ′, x2 ′, x3 ′) is converted to P ′ (r ′, ξ ′) using equation (2). As a result, the point Q * on the virtual straight line is represented as video coordinates on P (r, ξ) on the π plane and P ′ (r ′, ξ ′) on the π ′ plane. Note that the Q * point does not exist on the charging surface unless U gives the correct length, and therefore the P ′ point is not on the curve T ′ on the π ′ plane.
(6)次に、 (5)式を満たすようにu1* 、u2* 、u3* のUを変化させる。この結果Q*点はPOQ直線上を移動する。これに対応して、π’面上でP'点の軌跡は直線を描く。
(7)π’面上でP’点の描く直線が曲線T’と交わる時のUが装入面上のQ点の座標を与える。
(8)Tの上のP点を変化させ、装入面上のTの座標を決定する。
(9)等温線温度レベルを変化させて第一カメラと第二カメラに関してさまざまなTを作り、装入面の全表面を覆うTを作り、それらの装入面上座標を決定し、装入面全面の3次元座標を決定する。
(6) Next, U of u1 *, u2 * and u3 * is changed so as to satisfy the expression (5). As a result, the Q * point moves on the POQ line. Correspondingly, the locus of point P ′ draws a straight line on the π ′ plane.
(7) U when the straight line drawn by the point P ′ on the π ′ plane intersects the curve T ′ gives the coordinates of the point Q on the charging surface.
(8) The point P on T is changed to determine the coordinates of T on the charging surface.
(9) Change the isotherm temperature level to create various Ts for the first and second cameras, create Ts that cover the entire surface of the charging surface, determine their coordinates on the charging surface, and load Determine the 3D coordinates of the entire surface.
図9は、本実施例におけるカメラ取付け部の構造を示す図で、図9(a)は縦断面図、図9(b)は横断面図である。カメラ取付け部の高炉炉肩の鉄皮及びその下側の耐火物(いずれも図示していない)に連通して貫通孔が設けられ、この貫通孔の直上に遮断弁としてボール弁が配設され、このボール弁のボール内貫通部を通して炉内を観察するように構成されている。 9A and 9B are diagrams showing the structure of the camera mounting portion in the present embodiment. FIG. 9A is a longitudinal sectional view, and FIG. 9B is a transverse sectional view. A through hole is provided in communication with the iron core of the blast furnace shoulder of the camera mounting part and the refractory material below (not shown), and a ball valve is provided as a shut-off valve directly above the through hole. The inside of the furnace is observed through the through-hole portion of the ball valve.
図9に見られるように、ボール弁の回転ボール24の炉内側端部付近に、その中央に小径の覗き孔を有する隔壁(第一オリフィス10)が設けられ、その背面のボール24内の貫通部に対物レンズ6が配置されている。当然ながら、対物レンズ6の光軸は、第一オリフィス10の孔のほぼ中心を通るようにセットされている。また、このようにボール弁を用いることにより、対物レンズ6をオリフィス10に接近して配置することができる。これにより、対物レンズ6に広角レンズを用いて、直径の大きい高炉炉内の全面を観察できるようにしたことが、ボール弁内に対物レンズを配置することの効果である。
As shown in FIG. 9, a partition wall (first orifice 10) having a small-diameter viewing hole is provided at the center of the ball
ボール24は、エアシリンダ17により、ボール回転軸25を介して回転駆動される。必要な場合に、ボール24を回転して、赤外線カメラの光学系を炉内雰囲気から遮断し得るように構成されている。また、高炉内の高圧ガスが漏出しないように、ボール回転軸25は、シャフトパッキング26によりシールされている。ボール24の上側には2枚の炉内ガス遮断ガラス27が配設され、その上側に拡大結像用レンズ8と受光センサ(図示していない)を内蔵した赤外線カメラ13が配置される。
また、ボール弁の弁座28の外側(炉内側)開口部を覆うようにカバー29が配設され、カバー29にも小径の覗き孔が設けられた隔壁(第二オリフィス11)が設けられている。第一オリフィス10及び第二オリフィス11は、いずれも背面からパージガス(本実施例では窒素ガス)を流して、炉内の粉塵、油煙等が光学系に進入するのを防止することを目的とするものである。
The
In addition, a
図10は、本実施例におけるパージガスの流動方向の説明図である。ボール弁にはレンズパージ窒素20が供給されて、第一オリフィス10の孔を通って流出する。この流れは縦方向(軸線方向)である。一方ボール弁の下側のカバー29にはボール弁シール窒素21が供給される。図10(b)は図10(a)のA−A断面図である。ボール弁シール窒素21は、図10(b)に見られるように、接線方向に吹き込まれ、旋回流となって第二オリフィス11の孔を通って流出する。このように2段にパージガスを吹き込み、軸線方向の流れと旋回流を組み合わせることによって、防塵効果を一層高めることができる。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the flow direction of the purge gas in the present embodiment. A
高炉炉口に2台の広視野を有する赤外線カメラを図11に示すように設置して、本発明の方法により装入物プロフィルの測定を行った。2台のカメラはx2,x3面(即ちx2’,x3’面)内に設置し同じ高さとした。
<装入面高さの計算例>
先ず、高炉の操業が停止している休風中に、図11のように配置した2台のカメラに対してカメラパラメータのキャリブレーションを行った。休風中の装入面はほぼ平坦なので、装入面と高炉内壁との境界線映像は真円に近い。
Two infrared cameras having a wide field of view were installed at the blast furnace furnace mouth as shown in FIG. 11, and the charge profile was measured by the method of the present invention. The two cameras were installed in the x2, x3 plane (ie, x2 ', x3' plane) and made the same height.
<Example of charging surface height calculation>
First, camera parameters were calibrated with respect to two cameras arranged as shown in FIG. 11 during a quiescent period when the operation of the blast furnace was stopped. Since the charging surface during rest is almost flat, the boundary image between the charging surface and the blast furnace inner wall is close to a perfect circle.
装入面上のSN線上に投光ランプ等の点状熱源を置き、第一カメラ映像をパソコンに記録する。カメラ光軸を決定するO点は、パソコン画面を見ながら点光源位置を変化させ、O点が画面中央に来た位置をもって光軸点Oとする。垂直軸上にあるV点は、カメラレンズ真下の位置に点熱源を置き、その映像を記録してV点とする。第二カメラに対しても同様の測定を行い、O’、V’点を決定した。カメラの間隔は、|V-V’|=dとなる。また、カメラから計った装入面高さをHとする。
以上の方法で、カメラ設置位置を測定した結果、表1の値が得られた。表1の装入面各点に対してパソコン上の映像面では表2の値が得られた。また、前出の(4)式でカメラパラメータを計算すると表3が得られる。
A point heat source such as a floodlight is placed on the SN line on the loading surface, and the first camera image is recorded on a personal computer. The point O that determines the optical axis of the camera changes the point light source position while looking at the personal computer screen, and the position where the point O comes to the center of the screen is set as the optical axis point O. For point V on the vertical axis, place a point heat source directly below the camera lens and record the image as point V. The same measurement was performed for the second camera, and O 'and V' points were determined. The camera interval is | V−V ′ | = d. In addition, the loading surface height measured from the camera is H.
As a result of measuring the camera installation position by the above method, the values shown in Table 1 were obtained. The values shown in Table 2 were obtained on the video screen on the personal computer for each point on the charging surface shown in Table 1. Further, Table 3 is obtained by calculating the camera parameters by the above-mentioned equation (4).
次に、境界線映像上に任意に選んだP1, P2点に対して装入面高さを求め、実測値と対比させて本方式の妥当性を検証した。図12が2台のカメラで捕らえた休風中の高炉内壁と装入面との交線が作る円形プロフィルの映像である。境界線映像はカメラ1とカメラ2で同様であるが、PS、 PE、 PN、 PWはそれぞれ逆になり、PEとPWは水平軸よりかなり上側になる。
装入面高さを求める為に、境界線上に適当にP1,P2を定める。表4にそれらの座標を示す。
Next, we calculated the charging surface height for the P1 and P2 points arbitrarily selected on the boundary line image, and verified the validity of this method by comparing with the measured values. FIG. 12 is an image of a circular profile created by the intersection line between the inner wall of the blast furnace and the charging surface during the resting wind captured by two cameras. The boundary image is the same for
In order to obtain the charging surface height, P1 and P2 are appropriately determined on the boundary line. Table 4 shows their coordinates.
POQ上に作る仮想直線の長さを変化させると、第二カメラ映像に仮想直線の映像が表示される。図12の右図が第二カメラ映像で、直線の先端軌跡を点線で示す。直線が境界線と交わった時の高さHが正しい高さを与える。測定結果を表5にまとめてある。仮想直線が境界線と交わった時の座標と高さHを示す。計算値は実測値と良く対応している。この例から分かるように、2台のカメラで境界線がきちんと測定されているならば、装入面位置はほぼ正確に測定でき、その精度は測距で慣例されている3角測量法とほぼ同等と考えられる。 When the length of the virtual straight line created on the POQ is changed, the virtual straight line image is displayed on the second camera image. The right figure of FIG. 12 is the second camera image, and the straight tip locus is indicated by a dotted line. The height H when the straight line intersects the boundary line gives the correct height. The measurement results are summarized in Table 5. Indicates the coordinates and height H when the virtual straight line intersects the boundary line. The calculated value corresponds well with the actual measurement value. As can be seen from this example, if the boundary line is measured with two cameras, the position of the charging surface can be measured almost accurately, and the accuracy is almost the same as the triangulation method conventionally used for ranging. It is considered equivalent.
<装入物プロフィルの実測例>
装入面画像を2台の赤外線カメラで測定して3次元装入面プロフィルを求めた例を次に示す。装入面の赤外線映像をパソコンに取り込み、温度画像に変換する。高炉の場合、装入面の形状は温度分布と密接に関係しており、温度画像にするとほぼ中心軸に対称な温度分布が得られる場合が多い。等温線プロフィルの作成に際し、等温線が装入面全体を覆うように温度を選ぶ。ややデコボコしている等温線を平滑化して図13に示すような等温線分布図を得る。二台のカメラが捕らえる温度プロフィルはほとんど同じであるが、これは温度分布が軸対象であることを示している。
<Measurement example of charge profile>
The following is an example of a 3D charging surface profile obtained by measuring charging surface images with two infrared cameras. The infrared image of the charging surface is taken into a personal computer and converted into a temperature image. In the case of a blast furnace, the shape of the charging surface is closely related to the temperature distribution, and in the case of a temperature image, a temperature distribution that is almost symmetrical about the central axis is often obtained. When creating an isotherm profile, the temperature is chosen so that the isotherm covers the entire charging surface. An isotherm distribution map as shown in FIG. 13 is obtained by smoothing the somewhat uneven isotherm. The temperature profiles captured by the two cameras are almost the same, which indicates that the temperature distribution is an axis target.
図において、それぞれの等温ラインに対し高炉炉内中心に対し、0°(南点), 90°(東点), 180°(北点), 270°(西点)となる位置を評価点に選び、PS、PE、PN、PWとし、それぞれの位置における高さを求めた。等温ライン形状が単純なので評価点は一つの等温線に対して4点としたが、等温ライン形状が複雑であれば評価点は増やす必要がある。
測定結果を表5に示し、装入面高さは既設のマイクロ波プロフィルメータで測定し、精度検証を行った。表6に本発明の方式による計算結果とマイクロ波プロフィルメータの測定結果との比較を示す。
In the figure, the positions of 0 ° (south point), 90 ° (east point), 180 ° (north point), and 270 ° (west point) with respect to the center of the blast furnace for each isothermal line are selected as evaluation points. , PS, PE, PN, and PW, and the height at each position was determined. Since the isothermal line shape is simple, the evaluation points are 4 points for one isotherm. However, if the isothermal line shape is complicated, the evaluation points need to be increased.
The measurement results are shown in Table 5. The charging surface height was measured with an existing microwave profilometer, and the accuracy was verified. Table 6 shows a comparison between the calculation result of the method of the present invention and the measurement result of the microwave profilometer.
表6をグラフにすると図14が得られる。測定データは、繰り返し測定して平滑化すると精度はさらに向上する。また、本方式で測定したデータでは、南北プロフィルと東西プロフィルが良く一致しており、装入面プロフィルが軸対称であることがわかる。
本プロフィルメータでは、リアルタイムでプロフィルの3次元形状が測定できるのみならず、その時間変化も測定できるという従来のプロフィルメータでは出来なかった測定が可能となった。
When Table 6 is graphed, FIG. 14 is obtained. If the measurement data is repeatedly measured and smoothed, the accuracy is further improved. Moreover, in the data measured by this method, the north-south profile and the east-west profile are in good agreement, and it can be seen that the charging surface profile is axisymmetric.
This profilometer can measure not only the three-dimensional shape of the profile in real time, but also the time change, which was not possible with the conventional profilometer.
<1台のカメラによる装入面プロフィル測定方法>
図14を見ると分かるように、装入面プロフィルが高炉中心軸に対称である場合には、第一カメラと第二カメラの映像は一致する。この場合には、第二カメラは必要なく、パソコン内で第一カメラ映像から第二カメラ映像を合成できる。高炉は中心軸対称に設計され、操業は装入面が中心軸対称パターンをとるように操業する。従って、ほとんどの場合、等温線分布も綺麗な軸対称パターンになる場合が多い。設備上の制約などでカメラが2台設置できない場合には、装入面が中心軸対称パターンであることを仮定して一台で装入面パターンを測定することも可能となる。
また、プロフィルを計算する方式も、予めプロフィル高さをパラメータとして、第一カメラ映像面π面上のP(r, ξ)と第二カメラ映像面π’面上のP’(r’, ξ’)の関係を表にしておけば、カメラ映像の歪補正が可能で、更に簡単な補間計算でプロフィルを決めることができる。
< Measurement method of charging surface profile with one camera >
As can be seen from FIG. 14, when the charging surface profile is symmetric with respect to the blast furnace central axis, the images of the first camera and the second camera coincide. In this case, the second camera is not necessary, and the second camera image can be synthesized from the first camera image in the personal computer. The blast furnace is designed to be symmetrical with respect to the central axis, and the operation is performed so that the charging surface takes a symmetrical pattern with respect to the central axis. Therefore, in most cases, the isotherm distribution often has a clean axisymmetric pattern. When two cameras cannot be installed due to restrictions on equipment, it is possible to measure the charging surface pattern with a single device assuming that the charging surface is a central axis symmetrical pattern.
In addition, the method for calculating the profile also uses P (r, ξ) on the first camera image plane π plane and P ′ (r ′, ξ) on the second camera image plane π ′ plane with the profile height as a parameter in advance. If the relationship of ') is tabulated, camera image distortion can be corrected and the profile can be determined by simple interpolation calculation.
1:高炉
2a,2b:赤外線カメラ
3:炉内ガス排気管
4:装入物シュート
5:炉内装入物
6:広角対物レンズ
7:炉内ガス遮断用フィルタ
8:映像拡大結像用レンズ
9:2次元映像受光素子
10;第一オリフィス
11;第二オリフィス
12:装入物表面の赤外線像
13:赤外線カメラ
14:雲台
15,15a,15b:レンズ
16:防塵ケース
17:エアシリンダ
18:遮断弁
19:防塵フード
20:レンズパージ窒素
21:ボール弁シール窒素
22:冷却水
23a,23b:検知器の画像
24:ボール弁の回転ボール
25:ボール回転軸
26:シャフトパッキング
27:炉内ガス遮断ガラス
28:ボール弁の弁座
29:カバー
1:
Claims (5)
この両検知器の二次元温度パターンにおいて、共通の特徴を有する特徴曲線を定め、該特徴曲線上の任意の点Pを選び、前記両検知器の画像における前記点Pの位置の対比から、点Pの三次元的位置を算定し、
複数の前記特徴曲線の位置情報から、炉内の装入物層上面の形状を作図することを特徴とする高炉装入物プロフィルの測定方法。 A pair of infrared cameras provided with a two-dimensional light-receiving sensor that is arranged on the furnace shoulder of the blast furnace and receives infrared light from almost the entire top surface of the furnace interior, and detects the intensity of the infrared light. A temperature pattern detector that creates a three-dimensional temperature pattern is placed in a pair of blast furnaces, and information on the temperature pattern of the upper surface of the furnace interior is observed from different directions at the same time,
In the two-dimensional temperature pattern of both detectors, a characteristic curve having a common characteristic is defined, an arbitrary point P on the characteristic curve is selected, and the point P is compared with the position of the point P in the images of the two detectors. Calculate the three-dimensional position of P,
A method for measuring a blast furnace charge profile, wherein a shape of an upper surface of a charge layer in a furnace is drawn from position information of a plurality of characteristic curves.
前記第一検知器の二次元温度パターンから等温線像の特徴部分C1を定め、該等温線像C1上の任意の点Pを選び、第一検知器の光学的基準点Oから前記の点Pの方向に伸びる直線Lを仮想し、他方の前記検知器(以下第二検知器という)で得られる前記C1に対応する特徴部分C2の像に、前記仮想直線Lの像を重ね、前記仮想直線Lの長さを変えて、第二検知器上で前記Lが前記特徴部分像C2と交わった時の仮想直線Lによって、装入面上の対応点Pの位置を求める位置算定手段と、
複数の前記特徴部分の位置情報から、炉内の装入物層上面の形状を作図する作図手段とを備えたことを特徴とする高炉装入物プロフィルの測定装置。 A pair of infrared cameras provided with a two-dimensional light-receiving sensor that is arranged on the furnace shoulder of the blast furnace and receives infrared light from almost the entire top surface of the furnace interior, and detects the intensity of the infrared light. A feature portion C1 of an isotherm image is determined from a pair of temperature pattern detectors for creating a next temperature pattern and a two-dimensional temperature pattern of the first detector, an arbitrary point P on the isotherm image C1 is selected, A straight line L extending from the optical reference point O of the detector in the direction of the point P is assumed, and an image of the characteristic portion C2 corresponding to C1 obtained by the other detector (hereinafter referred to as a second detector) is obtained. The virtual straight line L is overlapped, the length of the virtual straight line L is changed, and the virtual straight line L when the L intersects with the characteristic partial image C2 on the second detector is changed onto the charging surface. A position calculating means for determining the position of the corresponding point P;
An apparatus for measuring a blast furnace charge profile, comprising: plotting means for drawing a shape of an upper surface of a charge layer in a furnace from position information of a plurality of the characteristic portions.
該ボールバルブのボール内貫通部の炉内側端部付近に、その中央に小径の覗き孔を有する隔壁が設けられ、
かつ前記ボール内貫通部の内部に前記隔壁背面に近接して、その光軸が前記覗き孔の中心を通るように前記カメラの対物レンズ系が配置され、該対物レンズ系からの赤外光が、必要に応じて光学系を介して前記二次元受光センサに入射するように構成されるとともに、
前記覗き孔を通して、その背面から炉内側にパージガスを流通させうるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の高炉装入物プロフィルの測定装置。 At the mounting position of the infrared camera, a through-hole communicating with the blast furnace iron skin and its lower refractory is provided, and a ball valve is disposed outside the through-hole of the iron skin in close proximity thereto,
A partition wall having a small-diameter viewing hole is provided in the center of the ball valve near the inner end of the through hole in the ball,
And the objective lens system of the camera is disposed in the inside of the ball penetration part in the vicinity of the rear surface of the partition wall so that the optical axis thereof passes through the center of the viewing hole, and infrared light from the objective lens system is transmitted. And is configured to enter the two-dimensional light receiving sensor via an optical system as necessary,
4. The apparatus for measuring a blast furnace charge profile according to claim 3, wherein purge gas can be circulated from the back surface to the inside of the furnace through the peep hole.
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