JP2014213352A - 異常事態自動検出装置の動作確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作することをより確実に確認することが可能な動作確認方法を提供する。
【解決手段】異常事態自動検出装置は、溶融金属取扱い設備の操業状態を撮像する撮像装置１０と、撮像装置１０により撮像された画像を画像処理して解析する画像処理装置１２と、を備えている。画像処理装置１２は、得られた画像を構成する各画素の色をそれぞれ判別し、画像の所定領域に含まれる特定色を表わす画素の個数を算出する。特定色を表わす画素の個数が基準個数を超えるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に、「ブレークアウトが発生した」と判定するか否かを確認するとともに、特定色を表わす画素の個数が基準個数以下となるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に、「ブレークアウトは発生していない」と判定するか否かを確認する。
【選択図】図４

Description

本発明は、溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作するか否かを確認する方法に関する。

溶融金属を取り扱う精錬工場、鋳造工場等の溶融金属取扱い設備においては、溶融金属の異常漏出、異常滴下等の異常事態が発生する場合がある。例えば、溶鋼の連続鋳造設備においては、鋳片の凝固シェルの薄い部分が破れて内部の溶鋼が漏出するブレークアウトが発生する場合がある。ブレークアウトが発生すると、鋳造を停止する必要があるとともに、漏出した溶鋼の処理や、漏出した溶鋼との接触により損傷した機械、設備の復旧などのために多大な時間と労力を要するため、ブレークアウトの発生はできるだけ早期に且つ確実に発見する必要がある。

そのため、溶融金属の異常漏出、異常滴下等の異常事態は、人間の目視監視に頼らずに自動的に検出されるようになっている。例えば特許文献１には、鋳型出口の周辺を撮像するＣＣＤカメラを配置し、その撮像画面を複数の画区に分割して画像処理することにより、鋳片表面の局部的な変化を監視し、これによってブレークアウトを検知する方法が提案されている。具体的には、各画区の平均輝度を算出し、これをブレークアウト発生有無の判定基準としての閾値と比較することにより、ブレークアウト発生の有無を判定している。

このようなＣＣＤカメラを用いたブレークアウト検出方法の場合は、ＣＣＤカメラは連続鋳造機のモールド直下付近の劣悪な環境下に設置されることが多いため、経時劣化が生じて、誤動作や動作不良を起こしやすかった。そのため、従来においては、ＣＣＤカメラに光を当ててブレークアウトが発生したと認識するか否かの動作確認試験を定期的に行っていた。

特開平１０−７１４５３号公報

しかしながら、上記動作確認試験では、十分な動作確認ができているとは言えなかった。すなわち、実際にブレークアウトが発生した場合には正常に動作し、ブレークアウトの発生を検出するものの、ブレークアウトが発生していない場合にブレークアウトが発生したと誤動作する場合があった。そのため、誤動作のたび毎に鋳造が停止されダウンタイムが発生するという問題があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作することをより確実に確認することが可能な動作確認方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る異常事態自動検出装置の動作確認方法は、溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作するか否かを確認する動作確認方法であって、前記異常事態自動検出装置は、前記溶融金属取扱い設備の操業状態を撮像装置で撮像し、得られた画像を構成する各画素の色をそれぞれ判別し、その判別結果に基づいて、前記画像の所定領域に含まれる特定色を表わす画素の個数を算出し、その個数が予め定めた基準個数を超えた場合に前記溶融金属取扱い設備の操業状態が異常事態であると判定し、前記基準個数以下である場合に前記溶融金属取扱い設備の操業状態が正常事態であると判定するようになっており、前記特定色を表わす画素の個数が前記基準個数を超えるように前記特定色の光を前記撮像装置に投光し撮像して、前記異常事態自動検出装置に判定を行わせる異常事態判定工程と、前記特定色を表わす画素の個数が前記基準個数以下となるように前記特定色の光を前記撮像装置に投光し撮像して、前記異常事態自動検出装置に判定を行わせる正常事態判定工程と、を備えることを特徴とする。

この異常事態自動検出装置の動作確認方法においては、前記特定色の光を透過する透光部と前記特定色の光を遮断する遮光部とを有する治具を、前記特定色の光の光源と前記撮像装置との間に配置して、前記光源からの前記特定色の光の一部を前記遮光部で遮断し、前記透光部を透過した他部を前記撮像装置に投光することにより、前記特定色を表わす画素の個数を調整してもよい。

このとき、前記透光部の断面積、及び、前記特定色の光の光源と前記撮像装置との間における前記治具の位置の少なくとも一方を調節することにより、前記特定色を表わす画素の個数を調整することができる。
前記透光部は、前記治具に形成された貫通孔であってもよい。
また、前記治具は、前記透光部を有する板状部材の板面に、前記透光部を囲む筒状体を略垂直に固定したものでもよく、前記筒状体を前記特定色の光の光源に向けて前記治具を配置してもよい。

本発明に係る異常事態自動検出装置の動作確認方法は、特定色を表わす画素の個数が基準個数を超えるように特定色の光を撮像装置に投光し撮像して、異常事態自動検出装置に判定を行わせ、異常事態と判定すべき場合に異常事態と判定することを確認するとともに、特定色を表わす画素の個数が基準個数以下となるように特定色の光を撮像装置に投光し撮像して、異常事態自動検出装置に判定を行わせ、正常事態と判定すべき場合に正常事態と判定することを確認することができるので、溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作することをより確実に確認することが可能である。

異常事態自動検出装置の構成を説明する図である。 図１の異常事態自動検出装置を用いて連続鋳造設備の操業状態を監視する方法について説明する図である。 本発明に係る異常事態自動検出装置の動作確認方法の一実施形態を説明する図である。 板状の治具を用いて異常事態自動検出装置の動作確認を行う方法を説明する図である。

本発明に係る異常事態自動検出装置の動作確認方法の実施の形態を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
まず、異常事態自動検出装置について説明する。本実施形態の異常事態自動検出装置は、溶融金属を取り扱う精錬工場や鋳造工場等の溶融金属取扱い設備に好適に設置されるものであり、当該設備の操業状態をＣＣＤ（charge-coupled device ）カメラ等の撮像装置を用いて撮像し、撮像の結果得られる画像を画像処理して解析することによって、溶融金属取扱い設備において溶融金属の異常漏出、異常滴下等の異常事態が発生したことを、人間の目視監視に頼らずに自動的に検出する装置である。

本実施形態の異常事態自動検出装置は、図１に示すように、溶融金属取扱い設備の操業状態を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像装置１０と、撮像装置１０により撮像された画像を画像処理して解析する画像処理装置１２と、を備えている。画像処理装置１２は、得られた画像を構成する各画素の色をそれぞれ判別し、その判別結果に基づいて、画像の所定領域に含まれる特定色を表わす画素の個数を算出し、その個数が予め定めた基準個数を超えた場合には溶融金属取扱い設備の操業状態が異常事態であると判定し、基準個数以下である場合には溶融金属取扱い設備の操業状態が正常事態であると判定する等の処理を行うようになっている。

本実施形態の異常事態自動検出装置では、撮像装置１０が操業状態の監視用としても用いられているため、撮像装置１０の画像信号が分配器１４を介して監視用ディスプレイ装置１６にも入力されるようになっている。また、画像処理装置１２による画像処理及び解析の結果、異常事態が発生していると判定されると、パトライト（登録商標）等の警告装置２２が溶融金属取扱い設備のオペレータに対して音や光を用いて警報を発するようになっている。

次に、本実施形態の異常事態自動検出装置を用いて、溶融金属取扱い設備の一例である連続鋳造設備の操業状態を監視する方法について説明する。図２に示すように、連続鋳造設備においては、レードル２４に貯留されている溶鋼（溶融金属）が、ロングノズル２６からタンディッシュ２８に注入され、さらにタンディッシュ２８から浸漬ノズル２９を通してモールド３０に注入される。

モールド３０に注入された溶鋼は、その周囲から冷却されて表面に凝固シェルが形成されて鋳片となり、内部が溶融している状態でガイドロール３２により案内されて下流側に搬送されつつ徐々に冷却されていく。そして、最終的に完全に凝固した鋳片としてガイドロール３２から順次抜き取られ、その下流側で図示しないガス切断機等により所定長さに切断された後に搬出されるようになっている。

この連続鋳造設備には、溶融金属の異常漏出、異常滴下等の異常事態を自動的に検出するための異常事態自動検出装置が設置されている。異常事態自動検出装置の撮像装置１０は、例えばモールド３０の下方のセグメント部分を撮像可能な位置に設置されており、この撮像装置１０によって、モールド３０の下方で発生する例えばブレークアウトＢを検出するようになっている。ブレークアウトＢは、連続鋳造設備における溶鋼の異常漏出の一例であり、モールド３０よりも下方の部分で凝固シェルが破れ、鋳片の内部から溶鋼が漏出する現象である。

なお、撮像装置１０の撮像範囲は特に限定されるものではなく、溶融金属の異常漏出、異常滴下等の異常事態が発生するおそれのある部分が撮像されるように設定すればよい。また、複数の撮像装置１０を設置して複数の撮像範囲を撮像してもよいし、複数の撮像装置１０で１つの撮像範囲を撮像してもよい。さらに、前述したように、この撮像装置１０は連続鋳造設備の操業状態の監視用としても用いられる。

撮像装置１０により撮像して得られた画像は、画像処理装置１２に送られて画像処理され解析が施される。画像処理及び解析の内容は以下の通りである。画像を構成する各画素の色をそれぞれ判別し、その判別結果に基づいて、画像の所定領域に含まれる画素のうち特定色を表わす画素の個数を算出する。そして、算出された個数が、予め定めた基準個数を超えた場合には「ブレークアウトＢが発生した（異常事態）」と判定し、前記基準個数以下である場合には「ブレークアウトＢは発生していない（正常事態）」と判定するようになっている。

画像の所定領域をどのような領域に設定するかは特に限定されるものではなく、予め適宜設定しておく。また、特定色は、実際にブレークアウトを撮像して得られた画像に基づいて、溶鋼の色と略同一の色に予め決定し設定しておく。画素の色が特定色であるか否かを判別する際には、画素の色と特定色との比較に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色をそれぞれ個別に用いてもよいし、原色以外の中間色等を用いてもよい。

具体的には、実際のブレークアウト時に撮像して得られた画像の溶鋼の色を、上記３原色や中間色等の色にそれぞれ分解し、各色毎の輝度値を求め、それら輝度値をもって特定色を定義する。一例を挙げると、３原色に分解した場合の特定色の輝度はそれぞれ、Ｒが９５％、Ｇが７０％、Ｂが５％である。なお、実際の操業状態を監視するにあたり、撮像された画像を構成する画素の色が、上記特定色と同一の色と判別するための前記各色毎の輝度値には、上記特定色の輝度値に対して±何％かの許容範囲（例えば±５％）を設定してもよい。

そして、実際のブレークアウト時に撮像して得られた画像の所定領域内に存在する特定色の画素の個数を、ブレークアウトを判定するための基礎データとして保存する。上記基礎データを基に、ブレークアウトを判定し検出する場合には、各設備に応じて基礎データとして得られている前記所定領域内に存在する特定色の画素の個数に対して、例えば９０％や８０％等の任意の安全率を勘案した個数を基準個数に設定し、それを実際のブレークアウトの判定に用いる。

このようにして、異常事態自動検出装置によってブレークアウトを自動的に検出することができるので、初期の漏鋼段階でブレークアウトの発生を発見することができる。よって、鋳造速度を低下する等のブレークアウト時対応策を直ちに採ることができるので、連続鋳造設備の操業トラブルの程度を軽減することができ、早期に操業を再開することができる。

次に、上記のような異常事態自動検出装置が正常に動作することを確認する動作確認方法について説明する。ＣＣＤカメラ等の撮像装置１０は、モールド３０の直下付近の劣悪な環境下に設置されることが多いため、経時劣化が生じて、誤動作や動作不良を起こしやすい。そのため、撮像装置１０に光源から特定色の光を投光して、ブレークアウトが発生したと認識するか否かの動作確認を定期的に行うことが好ましい。

その際には、特定色を表わす画素の個数が基準個数を超えるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に、「ブレークアウトが発生した」と判定するか否かを確認（異常事態判定工程）するとともに、特定色を表わす画素の個数が基準個数以下となるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に、「ブレークアウトは発生していない」と判定するか否かを確認（正常事態判定工程）する。

特定色を表わす画素の個数が基準個数を超えるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に「ブレークアウトが発生した」と判定し、特定色を表わす画素の個数が基準個数以下となるように特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像した場合に「ブレークアウトは発生していない」と判定すれば、異常事態自動検出装置に問題はなく、正常に動作する状態であることを確認することができる。

このような動作確認を定期的に行い、異常事態自動検出装置が正常に動作する状態であることを確認しておけば、異常事態自動検出装置がブレークアウトを検出できなかったり、正常事態を誤ってブレークアウト発生と判定する、いわゆる誤検出をしたりすることを、ほぼ防ぐことができる。また、基準個数を適宜設定することができるので、溶鋼の異常漏出量が少量である場合はブレークアウトを検出できず、異常漏出量が大量となってようやくブレークアウトを検出するというような不都合が生じにくい。

〔実施例〕
図３，４を参照しながら、本発明の実施例を説明する。鋳片のうちブレークアウトが発生しやすい部分（例えばモールド直下付近部分）を撮像範囲とし、該部分（以下「鋳片位置」と記すこともある）から例えば３０００ｍｍ離れた位置にＣＣＤカメラ等の撮像装置１０を設置して、撮像を行う。そして、ブレークアウトが発生した初期段階においては、噴出した溶鋼が例えば３００ｍｍ四方の範囲（以下「ブレークアウト範囲」と記す）に飛び散っているとする。

このとき、撮像装置１０の撮像範囲がＸｍｍ四方であるとし、撮像装置１０の画素数がＹ画素四方のＹ² 画素であるとすると、ＸｍｍがＹ画素に対応するので、ブレークアウト範囲の１辺長さである３００ｍｍは、比例計算により３００×Ｙ／Ｘ画素に対応すると求められる。したがって、撮像された画像を構成するＹ² 個の画素のうち（３００×Ｙ／Ｘ）² 個（本発明の構成要件である基準個数に相当する）を超える個数の画素が、特定色を表わす場合に、初期段階のブレークアウトと判定される。

よって、異常事態自動検出装置の動作確認を行う場合には、特定色の光を発光する光源１を用いて特定色の光を撮像装置１０に投光し撮像して、撮像された画像を画像処理及び解析して、異常事態か正常事態であるかを判定させる。このとき、撮像された画像を構成するＹ² 個の画素のうち特定色を表わす画素の個数を調整しつつ特定色の光を撮像装置１０に投光して、基準個数である（３００×Ｙ／Ｘ）² 個を超える個数の画素が特定色を表わす場合に異常事態と判定し、（３００×Ｙ／Ｘ）² 個以下の個数の画素が特定色を表わす場合に正常事態と判定することを確認する。

特定色を表わす画素の個数を調整する投光方法は特に限定されるものではないが、光源１から発光された特定色の光のうち一部を遮光し他部を透過する治具を用いて調整する方法があげられる。例えば、光源１からの特定色の光を透過する透光部５と特定色の光を遮断する遮光部６とを有する板状の治具３を、特定色の光の光源１と撮像装置１０との間に配置すれば、光源１から発光された特定色の光は、その一部が遮光部６で遮断され、透光部５を通った特定色の光のみが撮像装置１０に投光される。よって、透光部５の断面積、及び、特定色の光の光源１と撮像装置１０との間における板状の治具３の位置の少なくとも一方を調節することにより、特定色を表わす画素の個数を調整することができる。

透光部５及び遮光部６の構成は特に限定されるものではないが、板状部材のうち一部を特定色の光を透過する透明な素材（樹脂、ガラス等）で形成し、他部を特定色の光を遮断する不透明な素材で形成することにより、目的の板状の治具３を得ることができる。あるいは、特定色の光を遮断する不透明な素材で形成された板状部材に貫通孔を形成すれば、該貫通孔が透光部５、板状部が遮光部６をなすので、目的の板状の治具３を得ることができる。

透光部５の断面形状は特に限定されるものではなく、図４に示すように正方形でもよいが、例えば円形、楕円形、三角形、四角形（矩形等）でもよい。また、図４に示す治具３のように、透光部５を囲む筒状体７を板状の治具３の板状部材の板面に略垂直に固定してもよい。このような筒状体７を有する板状の治具３を、筒状体７を特定色の光の光源１に向けて配置するとよい。あるいは、板状の治具３の代わりに、特定色の光の光源１を収容する容器を用いてもよい。特定色の光の光源１を該容器に収容すれば、光源１からの特定色の光は、容器に形成された貫通孔等の透光部を透過して撮像装置１０に投光される。

透光部５の断面積の大きさ、及び、特定色の光の光源１と撮像装置１０との間における板状の治具３の位置は、前記基準個数により、以下のようにして決定される。すなわち、透光部５の断面積の大きさは、図３に示すように、撮像装置１０からの距離に比例して変更することができる。例えば、図３の例において、撮像装置１０から１５０ｍｍの位置に板状の治具３を配置する場合には、鋳片位置の撮像範囲とブレークアウト範囲から比例計算により求めた大きさの透光部５（図３，４の例では、１５ｍｍ四方の正方形の透光部５）を板状の治具３に設ければ、鋳片位置のブレークアウト範囲に対応する部分のみを光が透過し、特定色を表わす画素の個数を前記基準個数とすることができる。

実際に異常事態自動検出装置の動作確認を行う際には、基準個数よりもわずかに多い個数の画素が特定色を表わすように、板状の治具３の透光部５の断面積の大きさや板状の治具３を配置する位置を調整して、撮像装置１０に特定色の光を投光し判定を行わせるとともに、基準個数よりもわずかに少ない個数の画素が特定色を表わすように、板状の治具３の透光部５の断面積の大きさや板状の治具３を配置する位置を調整して、撮像装置１０に特定色の光を投光し判定を行わせる。

例えば基準個数が３０００個である場合は、例えば５％多い３１５０個の画素が特定色を表わすように撮像装置１０に特定色の光を投光し判定を行わせるとともに、例えば５％少ない２８５０個の画素が特定色を表わすように撮像装置１０に特定色の光を投光し判定を行わせる。このとき、前者では「ブレークアウトが発生している」と判定され、後者では「ブレークアウトは発生していない」と判定されれば、異常事態自動検出装置は正常に動作していると判断できる。

なお、撮像装置１０のレンズの中心付近のみに特定色の光を投光して上記動作確認を行うだけでなく、右上隅や左下隅など中心付近以外の複数位置に特定色の光を投光して上記動作確認を行うことが好ましい。これは、ブレークアウトが常に撮像装置１０の撮像範囲の中心で発生するとは限らないからである。

１ 光源
３ 板状の治具
５ 透光部
６ 遮光部
７ 筒状体
１０ 撮像装置
１２ 画像処理装置
Ｂ ブレークアウト

Claims (5)

1. 溶融金属取扱い設備における異常事態を自動的に検出する異常事態自動検出装置が正常に動作するか否かを確認する動作確認方法であって、
   前記異常事態自動検出装置は、前記溶融金属取扱い設備の操業状態を撮像装置で撮像し、得られた画像を構成する各画素の色をそれぞれ判別し、その判別結果に基づいて、前記画像の所定領域に含まれる特定色を表わす画素の個数を算出し、その個数が予め定めた基準個数を超えた場合に前記溶融金属取扱い設備の操業状態が異常事態であると判定し、前記基準個数以下である場合に前記溶融金属取扱い設備の操業状態が正常事態であると判定するようになっており、
   前記特定色を表わす画素の個数が前記基準個数を超えるように前記特定色の光を前記撮像装置に投光し撮像して、前記異常事態自動検出装置に判定を行わせる異常事態判定工程と、前記特定色を表わす画素の個数が前記基準個数以下となるように前記特定色の光を前記撮像装置に投光し撮像して、前記異常事態自動検出装置に判定を行わせる正常事態判定工程と、を備えることを特徴とする異常事態自動検出装置の動作確認方法。
2. 前記特定色の光を透過する透光部と前記特定色の光を遮断する遮光部とを有する治具を、前記特定色の光の光源と前記撮像装置との間に配置して、前記光源からの前記特定色の光の一部を前記遮光部で遮断し、前記透光部を透過した他部を前記撮像装置に投光することにより、前記特定色を表わす画素の個数を調整することを特徴とする請求項１に記載の異常事態自動検出装置の動作確認方法。
3. 前記透光部の断面積、及び、前記特定色の光の光源と前記撮像装置との間における前記治具の位置の少なくとも一方を調節することにより、前記特定色を表わす画素の個数を調整することを特徴とする請求項２に記載の異常事態自動検出装置の動作確認方法。
4. 前記透光部は、前記治具に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の異常事態自動検出装置の動作確認方法。
5. 前記治具は、前記透光部を有する板状部材の板面に、前記透光部を囲む筒状体を略垂直に固定してなり、前記筒状体を前記特定色の光の光源に向けて前記治具を配置することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の異常事態自動検出装置の動作確認方法。

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