JP2017044657A - 容器内検査方法および容器内検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】容器内壁の全面にわたる検査を短時間かつ高精度で実現する。
【解決手段】容器内検査方法は、容器内に配置した測定器２０から容器内壁面に向けてレーザ２２を三次元スキャンして、容器内壁面上の多数の測定点２４の三次元座標を測定することと、多数の測定点２４の三次元座標の値を用いて測定器２０の位置を基準とした容器内壁面の三次元形状データを生成することと、予め用意される容器の基準座標軸を基準とした容器内壁面の基準形状データを参照して、測定器２０の位置を基準とした三次元形状データを基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換することと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内検査方法および容器内検査システムに関し、コークドラムといった竪型反応容器や、廃液燃焼炉またはガス化炉といった竪型燃焼炉などの容器内壁面を検査する技術に関する。

廃液燃焼炉やガス化炉といった竪型燃焼炉の内壁面は、運転時の高温ガス等から鉄皮を保護するために耐火材で被覆されている。廃液燃焼炉では、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を含む廃液を８５０℃〜１２００℃の高温雰囲気にスプレーして酸化分解することにより無害化する処理がなされる。ガス化炉では、石炭スラリーや製油所から派生するアスファルト、コークス等の原材料が１２００℃〜１５００℃の高温高圧下で燃焼され、一酸化炭素や水素の合成ガスが生成される。これら燃焼炉の内壁面を構成する耐火材は、廃液燃焼による腐食雰囲気、運転時の熱負荷等によって減肉ないし損耗されていく。

コークドラムは、重質油を熱分解してコークスを生成するための反応容器である。コークドラムの内壁面は耐火材が被覆されていないが、熱分解のために５００℃程度の温度に加熱する工程と、冷却水を注入して固化させたコークスを取り出す工程とが繰り返し行われる。そのため、経年使用に伴う熱負荷の蓄積によって、鉄皮にバルジング変形が生じたり、鉄皮の周溶接線に熱疲労割れが生じたりしうる。

このような竪型燃焼炉や反応容器といった容器の内壁面に損耗、変形、割れなどが生じると容器内での安定的な処理に影響をきたすおそれがあるため、定期的に容器内壁面の状態が検査される。容器内壁面を検査する方法として、ビデオカメラの映像を目視確認する方法や、レーザ距離計を用いて容器内壁面の減肉量を計測する方法などがある。レーザにて減肉量を計測する方法では、例えば、レーザ距離計の鉛直方向の位置および周方向の向きを変えながら計測がなされ、容器内壁面の異なる位置での減肉量が測定される（特許文献１参照）。

特開２００９−２１０５３７号公報

上述の計測方法では、指示盤に示されるレーザ距離計の深さ位置および回転角度を目視で読み取ることにより測定がなされるため、容器内壁面の特定位置の減肉量を把握することはできても、容器内壁面の全体にわたる減肉量を把握することは困難である。仮に、レーザ距離計の位置の検出を自動化したとしても、レーザ距離計の高さ位置および周方向の向きを変化させながら、鉛直方向に長い容器内壁面の全面にわたって減肉量を取得するには多くの時間がかかる。容器内検査は、竪型燃焼炉や反応容器の運転を停止させて行うため、これらの稼働率の低下につながらないように短時間でなされることが望ましい。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、容器内壁の全面にわたる検査を短時間かつ高精度で実現できる容器内検査技術を提供することにある。

本発明のある態様の容器内検査方法は、容器内に配置した測定器から容器内壁面に向けてレーザを三次元スキャンして、容器内壁面上の多数の測定点の三次元座標を測定することと、多数の測定点の三次元座標の値を用いて測定器の位置を基準とした容器内壁面の三次元形状データを生成することと、予め用意される容器の基準座標軸を基準とした容器内壁面の基準形状データを参照して、測定器の位置を基準とした三次元形状データを基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換することと、を備える。

本発明の別の態様は、容器内検査システムである。この容器内検査システムは、容器内壁面に向けてレーザを三次元スキャンして容器内壁面上の多数の測定点の三次元座標を測定する測定器と、測定器の測定結果を用いて容器内壁面の三次元形状データを解析する解析装置と、を備える。解析装置は、測定器が測定した多数の測定点の三次元座標の値を用いて、測定器の位置を基準とした容器内壁面の三次元形状データを生成する生成部と、予め用意される容器の基準座標軸を基準とした容器内壁面の基準形状データを記憶する記憶部と、基準形状データを参照して、測定器の位置を基準とした三次元形状データを基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換する変換部と、を含む。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、容器内壁の全面にわたる検査を短時間かつ高精度で行うことができる。

実施の形態に係る炉内検査の様子を模式的に示す鉛直断面図である。 実施の形態に係る炉内検査の様子を模式的に示す水平断面図である。 容器内検査システムの構成を示すブロック図である。 測定器の位置を基準とした炉内壁面の三次元形状データの一例を模式的に示す図である。 基準座標軸を基準とした炉内壁面の基準形状データの一例を模式的に示す図である。 基準座標軸を基準として座標変換された炉内壁面の三次元形状データの一例を模式的に示す図である。 図７（ａ）および（ｂ）は、各測定点の座標値を規格化する様子を模試的に示す図である。 炉内壁面の減肉量をマップ化した等高線図の一例を示す図である。 実施の形態に係る容器内検査方法の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る炉内検査の様子を模式的に示す図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、測定器を炉内の測定位置に配置する様子を模式的に示す鉛直断面図である。 変形例に係る解析装置の構成を示すブロック図である。 配管の外表面を測定する様子を模式的に示す図である。 配管の中心座標を算出する様子を模式的に示す断面図である。 配管の湾曲量を可視化したグラフの一例を示す図である。 基準座標軸を基準とした三次元形状データから生成される炉内壁面の画像の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

図１は、実施の形態に係る炉内検査の様子を模式的に示す鉛直断面図であり、図２は、水平断面図である。本実施の形態は、廃液燃焼炉７０の炉内壁面７２を測定器２０を用いて検査するための炉内検査方法および炉内検査システムである。廃液燃焼炉７０は、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属を含む廃液を８５０℃〜１２００℃の高温雰囲気にスプレーして酸化分解することにより無害化するための竪型燃焼炉である。廃液燃焼炉７０は、圧力容器を形成する金属製の鉄皮と、鉄皮の内面を被覆する耐火物とを有する。炉内壁面７２は、耐火物により構成され、耐熱レンガなどの定形耐火物や、レンガ間の目地を埋めるキャスタブルなどの不定形耐火物が用いられる。

廃液燃焼炉７０の内部では、８５０℃〜１２００℃の高温雰囲気中で廃液の処理がなされるため、炉内壁面７２を構成する耐火材は、廃液燃焼による腐食雰囲気や、運転時の熱負荷等によって減肉、損耗されていく。本実施の形態は、このような炉内壁面７２を検査し、廃液燃焼炉７０の使用に伴う炉内壁面７２の変形量や減肉量を特定する技術を提供する。

廃液燃焼炉７０は、ウィンドボックス部７４と、上部コニカル部７５と、直胴部７６と、下部コニカル部７７と、取合部７８とを有する。直胴部７６は、軸方向（ｚ方向）に延びる円筒形状の部分である。直胴部７６の上側には、上部コニカル部７５が設けられ、上部コニカル部７５の上側にはウィンドボックス部７４が設けられる。直胴部７６の下側には、径方向の幅が徐々に小さくなる下部コニカル部７７が設けられ、下部コニカル部７７の下側には冷却缶と接続するための取合部７８が設けられる。

本明細書において、廃液燃焼炉７０の長手方向である取合部７８からウィンドボックス部７４に向かう方向を軸方向（ｚ方向）ということがある。また、軸方向に直交する方向を径方向といい、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、廃液燃焼炉７０が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。

測定器２０は、レーザ２２を三次元的にスキャンし、レーザスキャンした対象物の位置および形状を特定する三次元レーザスキャナである。測定器２０は、炉内壁面７２に向けて垂直方向の仰角ψ（図１参照）および水平方向の方位角θ（図２参照）を変化させながらレーザ２２を照射し、レーザ２２が照射される多数の測定点２４の三次元座標を取得する。測定器２０は、レーザ２２を用いて計測される測定器２０から測定点２４までの距離と、レーザ２２の照射方向を規定する仰角ψおよび方位角θとから各測定点２４の三次元座標を算出する。

測定器２０は、廃液燃焼炉７０の内部の所定の測定位置に配置される。測定器２０は、例えば、廃液燃焼炉７０の内部の中央付近に位置するように配置される。ここで、中央付近とは、径方向の位置が廃液燃焼炉７０の中心軸付近であって、軸方向の位置が直胴部７６が設けられる範囲となるような位置のことである。測定器２０は、廃液燃焼炉７０の中心軸上に配置されることが好ましいが、必ずしも中心軸上に位置するように配置されなくてもよく、中心軸からずれた位置に配置されてもよい。

測定器２０は、取付治具２６と固定治具２８により所定の測定位置に固定される。取付治具２６は、ウィンドボックス部７４に取り付けられ、固定治具２８は、取付治具２６から測定器２０の測定位置まで軸方向に延びる。測定器２０は、固定治具２８の先端に固定される。固定治具２８は、測定器２０の位置が計測中に動かないよう剛性の高い部材で構成されることが望ましく、金属製のパイプなどで構成される。固定治具２８は、炉の中心軸上に位置するように取付治具２６に取り付けられることが好ましいが、中心軸からずれた位置となってもよいし、炉の軸方向に交差する方向に傾けられて取付治具２６に取り付けられてもよい。

測定器２０は、測定位置が固定されたままの状態で、例えば、垂直視野が３０５度（図１に示すψ_０の２倍）、水平視野が３６０度となる範囲で、炉内壁面７２を測定可能となるように構成される。したがって、測定器２０の位置を固定したまま三次元レーザスキャンを実行することで、廃液燃焼炉７０の炉内壁面７２のほぼ全面を短時間で計測できる。測定器２０が計測した各測定点２４の三次元座標の値は、解析装置３０（図３にて後述）に送られる。

図３は、容器内検査システム１０の構成を模式的に示すブロック図である。容器内検査システム１０は、測定器２０と、解析装置３０と、を備える。解析装置３０は、取得部３２と、表示部３４と、記憶部３６と、受付部３８と、内壁面解析部４０と、を含む。内壁面解析部４０は、立体形状構築部４２と、座標変換部４４と、規格化部４６と、減肉量管理部４８と、を有する。

本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。

取得部３２は、測定器２０から炉内壁面７２上の多数の測定点２４の三次元座標の値を取得する。内壁面解析部４０は、取得部３２が取得した値を用いて、炉内壁面７２の変形量または減肉量が把握可能となるようにデータを処理する。表示部３４は、内壁面解析部４０が処理したデータをグラフやコンタ図などの形で可視化する。記憶部３６は、内壁面解析部４０でのデータ処理に必要な情報を記憶する。受付部３８は、ユーザからの入力操作を受け付ける。

立体形状構築部４２は、取得部３２が取得した多数の測定点の三次元座標値から炉内壁面７２の三次元形状データを構築する。図４は、立体形状構築部４２が構築する三次元形状データ６１の一例を模式的に示す図である。立体形状構築部４２は、測定器２０の測定位置を原点とする三次元空間に各測定点の座標をマッピングし、炉内壁面７２の立体形状データを構築する。このときに構築される三次元形状データ６１は、測定器２０の測定位置や向きに応じて、原点位置が炉の中心軸上からずれていたり、座標軸が炉の中心軸の延びる方向に対して傾いていたりする。図４では、説明を分かりやすくするために、測定器２０の配置に依存した原点位置のずれや軸のずれを誇張して示している。

座標変換部４４は、立体形状構築部４２が構築した三次元形状データ６１を基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換する。座標変換部４４は、座標変換処理をすることによって測定器２０の測定位置や向きのずれに起因する三次元形状データの位置ずれを補正する。座標変換部４４は、記憶部３６に予め用意されている炉内壁面７２の基準形状データを参照して座標変換処理をする。

図５は、基準座標軸を基準とした炉内壁面の基準形状データ６０の一例を模式的に示す図である。基準形状データ６０は、廃液燃焼炉７０の設計時や製造時に用いられる図面データ（例えば、３ＤＣＡＤデータ）に対応する立体形状データであり、検査実施前に予め用意される。基準形状データ６０には、例えば、廃液燃焼炉７０の上部コニカル部７５、直胴部７６、下部コニカル部７７に対応する形状データが定められる。

基準形状データ６０には、座標変換をする際のパターンマッチングに利用可能な特徴形状が定められる。第１特徴形状８１は、上部コニカル部７５と直胴部７６の境界部分の形状であり、第２特徴形状８２は、直胴部７６と下部コニカル部７７の境界部分の形状であり、第３特徴形状８３は、取合部７８の近傍の形状である。これら特徴形状は、廃液燃焼炉７０の中心軸から炉内壁面７２までの径方向の距離が不定に変化する部分の形状として定められ、炉内壁面７２の屈曲部や湾曲部などが選択される。なお、特徴形状として、炉内壁面７２から径方向に延びる配管との接続部や、配管と接続される開口などを定めてもよい。

基準形状データ６０には、基準座標軸の原点位置と座標軸の方向とが定められている。例えば、基準座標軸として、取合部７８の中心位置が原点として規定され、廃液燃焼炉７０の中心軸に沿った方向がｚ軸として規定される。また、中心軸に直交する径方向の一つがｘ軸として規定され、中心軸に直交する径方向のうちｘ軸に直交する方向がｙ軸として規定される。なお、基準座標軸として、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の直交座標ではなく、ｚ軸、径方向軸（Ｒ軸）、周方向軸（θ軸）の円筒座標が定められていてもよい。

図６は、基準座標軸を基準として座標変換された炉内壁面の三次元形状データ６２の一例を模式的に示す図である。座標変換部４４は、図４に示す三次元形状データ６１に含まれる特徴形状６３、６４を、図５に示す基準形状データ６０の対応する特徴形状８１、８２に位置合わせ（パターンマッチング）することにより、基準座標軸の原点位置および方向を決定する。座標変換部４４は、決定した基準座標軸の原点位置および方向にしたがって各測定点の座標値を変換することにより、図６に示す座標変換後の三次元形状データ６２を生成する。なお、座標変換部４４は、直交座標系の三次元形状データ６２に変換してもよいし、円筒座標系の三次元形状データに変換してもよい。

規格化部４６は、座標変換された各測定点の座標値を規格化し、円筒座標系の軸方向および周方向に等間隔に配置された多数のデータ格納点ごとの径方向の座標値を算出する。図７（ａ）は、円筒座標系の空間にランダムに配置される測定点６６を模式的に示す図である。各測定点６６の座標値は、測定器２０がスキャンするレーザ２２の仰角ψ、方位角θ、測定器２０からの距離Ｌにより定められるため、円筒座標系において無作為な位置に配置される。このため、各測定点６６の座標値のままでは、基準形状データや過去に計測した三次元形状データとの間で座標位置のずれが生じ、座標値の比較が困難となる。そこで、規格化部４６は、各測定点６６の座標値を規格化し、基準形状データや過去データとの比較が容易なデータに加工する。

図７（ｂ）は、等間隔に配置されたデータ格納点６８ごとに径方向の座標値を算出する様子を模式的に示す図であり、ｚ−θ平面上に各測定点６６および各データ格納点６８を配置した様子を示している。データ格納点６８は、ｚ軸方向およびθ軸方向に等間隔に配置される。各データ格納点６８の配置は、検査にて必要とする位置精度によって決められ、例えば、ｚ軸方向が２５ｍｍ、θ方向が０．５度の間隔となるように設定される。各データ格納点６８における径方向（Ｒ方向）の座標値は、データ格納点６８の近傍に位置する複数の測定点６６の径方向の座標値を平均化することにより算出される。規格化部４６は、例えば、データ格納点６８を囲む枠６７の内側にある測定点６６の径方向の座標の平均値を算出することにより、データ格納点６８の径方向の座標値を決定する。これにより、円筒座標系の格子点ごとに径方向の座標値が格納された規格化データに変換できる。できあがった規格化データは、記憶部３６に保存される。

減肉量管理部４８は、規格化部４６により生成された規格化データと、基準形状データまたは過去の測定結果に基づく規格化データとを比較して、炉内壁面７２の変形量または減肉量を求める。図８は、炉内壁面７２の減肉量をマップ化した等高線図（コンタ図）の一例を示し、炉内壁面７２の全周にわたる等高線図の例を示す。減肉量管理部４８は、規格化部４６が生成した規格化データに含まれる多数のデータ格納点ごとに、径方向の座標の差分値を算出する。表示部３４は、減肉量管理部４８が算出したデータ格納点ごとの差分値をマップ化し、図８に示すような等高線図を表示させる。これにより、炉内壁面７２の変形量または減肉量を全周にわたって連続的に把握することができる。

減肉量管理部４８は、図８に示す等高線図を介して、減肉量または変形量を監視すべき管理ポイント８５や管理領域８６の指定を受け付けてもよい。管理ポイント８５として、例えば、定点観測をすべき複数の場所がｚ方向およびθ方向に所定の間隔で指定される。また、管理領域８６として、他の領域と比べて減肉量または変形量が大きい領域が指定される。指定された管理ポイント８５および管理領域８６の位置は、記憶部３６に保持される。このような管理ポイント８５および管理領域８６を指定することで、定期検査において監視すべき箇所を容易に特定することができる。また、今回の計測にて新たに管理ポイント８５または管理領域８６として指定した箇所について、過去の測定結果に基づく規格化データを参照することで、新たに指定した箇所の減肉量または変形量の推移を事後的に検証することもできる。

つづいて、本実施の形態に係る容器内検査方法の流れを説明する。図９は、容器内検査方法の流れを示すフローチャートである。廃液燃焼炉７０の内部の所定の測定位置に測定器２０を配置し（Ｓ１０）、測定器２０による三次元レーザスキャンをして炉内壁面７２上の多数点の座標値を測定する（Ｓ１２）。解析装置３０は、測定器２０が測定した多数点の座標値を用いて測定器２０の位置を基準とする三次元形状データを構築し（Ｓ１４）、構築した三次元形状データを基準座標軸を基準とする三次元形状データに座標変換する（Ｓ１６）。さらに、軸方向および周方向に等間隔に配置されたデータ格納点ごとの径方向の座標値を算出してデータを規格化し（Ｓ１８）、規格化したデータを比較することにより、減肉量または変形量を表す径方向の差分値をマップ化する（Ｓ２０）。

本実施の形態によれば、測定器２０の測定位置および向きが中心軸からずれていたとしても、測定後のデータ処理によって座標軸の補正が可能であるため、測定器２０の測定位置を精度良く決める必要がない。その結果、測定器２０の位置決めや固定にかかる労力を低減させることができる。具体的には、炉内壁面７２の上に載置される取付治具２６から金属パイプなどの固定治具２８を延ばすだけの簡易な構造を用いて、測定器２０の位置精度を気にすることなく測定器２０を配置できる。したがって、本実施の形態によれば、測定器２０の設置および撤去にかかる時間やコストを低減させることができる。

本実施の形態によれば、測定器２０の測定位置を固定したまま三次元レーザスキャンすることにより炉内壁面７２のほぼ全面の座標値を取得できる。そのため、測定器を鉛直方向に移動させたり周方向に回転させながら計測を行う場合と比べて、計測にかかる時間を大幅に短縮化できる。したがって、炉の運転を停止させて測定するためにかかる全体での検査時間を短くできる。これにより、検査実施のために炉の稼働率が低下してしまう影響を極力小さくすることができる。

本実施の形態によれば、三次元レーザスキャンによって炉内壁面７２の全面を連続的に測定することができるため、炉内壁面７２の減肉量または変形量を全面にわたって連続的に検査できる。したがって、局所的な減肉ないし変形が生じている場合であっても、そのような箇所が測定対象とならずに見逃されてしまうことを防ぐことができる。これにより、炉内検査によって異常を検知する確実性を高めることができる。

本実施の形態によれば、測定したデータが所定間隔の格子点に対応するデータ格納点ごとに整列されて規格化されるため、定期検査によって蓄積されていくデータ同士を容易に比較できる。また、炉内壁面７２の全面にわたる規格化データが蓄積されていくため、新しく検査をした際に新たに異常が検知された箇所について、過去データを参照して減肉量または変形量の推移を容易に把握できる。したがって、検査すべきポイントを絞って計測を行う検査手法では検査対象とされないような想定外のポイントに過度な損耗が生じるような場合であっても、過度な損耗が生じた箇所の推移を事後的に把握して、必要な対策を取ることができる。

（変形例１）
図１０は、変形例に係る炉内検査の様子を模式的に示す図である。本変形例では、ガス化炉１７０を検査対象としている。ガス化炉１７０は、石炭スラリーや製油所から派生するアスファルトやコークス等を１２００℃〜１５００℃の高温・高圧下で燃焼させて、一酸化炭素や水素の合成ガスを生成するための竪型燃焼炉である。

ガス化炉１７０は、第１チャンバ部１７３と第２チャンバ部１７７を備え、第１チャンバ部１７３と第２チャンバ部１７７の間に狭小部１７５が設けられる。本変形例では、ガス化炉１７０の炉内壁面の全体を一つの測定位置から検査するのではなく、複数の測定位置１２１〜１２６において検査することで、複雑な形状を有する炉の内部を効果的に検査できるようにする。以下、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。

ガス化炉１７０は、上端部１７１と、ドーム部１７２と、第１チャンバ部１７３と、第１絞り部１７４と、狭小部１７５と、第２絞り部１７６と、第２チャンバ部１７７と、接続管１７８と、下端部１７９とを有する。第１チャンバ部１７３および第２チャンバ部１７７は、相対的に径方向の幅が大きい空間であり、狭小部１７５は、第１チャンバ部１７３や第２チャンバ部１７７と比べて径方向の幅が小さい空間である。第１絞り部１７４は、第１チャンバ部１７３と狭小部１７５の間をつなぐように鉛直下方に向けて径方向の幅が徐々に小さくなる接続部である。第２絞り部１７６は、狭小部１７５と第２チャンバ部１７７をつなぐように鉛直下方に向けて径方向の幅が徐々に大きくなる接続部である。接続管１７８は、第２チャンバ部１７７から径方向に延びる配管である。

測定器２０は、軸方向に位置の異なる複数の測定位置１２１〜１２６に配置される。第１測定位置１２１は、ドーム部１７２付近に設けられ、第２測定位置１２２は、第１チャンバ部１７３の中央付近に設けられ、第３測定位置１２３は、第１絞り部１７４付近に設けられ、第４測定位置１２４は、第２絞り部１７６付近に設けられる。第５測定位置１２５は、第２チャンバ部１７７の中央もしくは下方付近に設けられ、第６測定位置１２６は、ガス化炉１７０の外側であって下端部１７９の鉛直下方の位置に設けられる。第１測定位置１２１〜第４測定位置１２４のそれぞれには、例えば、上端部１７１に取り付けた取付治具２６から軸方向に延ばした固定治具２８を用いて測定器２０が配置される。第５測定位置１２５には、例えば、下端部１７９から鉛直上方に延ばした固定治具を用いて測定器２０が配置される。

このとき、測定器２０が配置される測定位置として、径方向の幅が相対的に小さい狭小部１７５の位置を避けることが望ましい。レーザにより距離を計測する測定器２０には、適切な距離測定のための最低距離が一般に定められており、測定器２０を狭小部１７５に配置すると、測定器２０から炉内壁面までの距離が最低距離を下回るおそれが生じる。そうすると、炉内壁面までの距離が短い範囲において計測不能となってしまう。一方で、測定器２０を狭小部１７５から軸方向に離れた位置に配置すれば、狭小部１７５の炉内壁面に向けて斜め方向にレーザを照射できるため、測定対象とする炉内壁面までの距離を取ることができる。これにより、測定不能となる範囲が生じるのを防ぐことができる。

解析装置３０は、複数の測定位置１２１〜１２６のそれぞれにて測定された多数点の座標値を用いて、ガス化炉１７０の炉内壁面全体の規格化データを生成する。立体形状構築部４２は、複数の測定位置１２１〜１２６のそれぞれを原点とする複数の三次元形状データを構築する。座標変換部４４は、ガス化炉１７０の炉内壁面の基準形状データを参照し、複数の三次元形状データを基準座標軸を基準としたデータに座標変換する。

座標変換部４４は、ガス化炉１７０の基準形状データに定められる複数の特徴形状１８１〜１８５の位置に基づいて、複数の三次元形状データを基準形状データに位置合わせする。第１測定位置１２１に基づく三次元形状データは、例えば、ドーム部１７２と第１チャンバ部１７３の境界部分の第１特徴形状１８１を用いて位置合わせされる。第２測定位置１２２に基づく三次元形状データは、例えば、第１チャンバ部１７３と第１絞り部１７４の境界部分の第２特徴形状１８２を用いて位置合わせされる。第３測定位置１２３および第４測定位置１２４に基づく三次元形状データは、狭小部１７５との境界部分である第３特徴形状１８３や第４特徴形状１８４を用いて位置合わせされる。また、第５測定位置１２５および第６測定位置１２６に基づく三次元形状データは、下端部１７９付近の第５特徴形状１８５を用いて位置合わせされる。なお、位置合わせのための特徴形状として、接続管１７８を利用してもよい。

規格化部４６は、基準座標軸を基準とした複数の三次元形状データを軸方向につなぎ合わせるとともに、軸方向および周方向に配列されたデータ格納点ごとに径方向の座標値を算出して、炉内壁面全体の規格化データを生成する。規格化部４６は、複数の三次元形状データを統合してから規格化処理を行ってもよいし、複数の三次元形状データのそれぞれに対して規格化処理を行ってから複数の規格化データを統合してもよい。減肉量管理部４８は、規格化部４６が生成したガス化炉１７０の炉内壁面全体の形状を示す規格化データを用いて、炉内壁面の変形量または減肉量を可視化する。

本変形例によれば、複数の測定位置のそれぞれにて計測される多数点の座標値を用いることで、軸方向に長い複雑な形状を有するガス化炉１７０の炉内壁面の全体プロフィールを把握できる。また、計測後に基準形状データへの位置合わせを行うため、それぞれの測定位置や向きにずれがある場合であっても、計測後にそのずれを補正して一つの規格化データに統合することができる。

本変形例によれば、径方向の幅が小さい狭小部を避けて測定位置を設定することで、測定器２０の測定可能範囲の下限値よりも径方向の距離が小さい箇所があったとしても適切に炉内壁面のプロフィールを測定することができる。また、狭小部からずれた位置を測定位置とすることで、狭小部との境界部分に位置する特徴形状を測定範囲に含めることができ、基準形状データとの位置合わせや、複数の三次元形状データのつなぎ合わせを容易にできる。これにより、複数の三次元形状データを軸方向につなぎ合わせるときに生じる位置ずれを抑制して、炉内壁面全体としての測定精度を高めることができる。

（変形例２）
図１１（ａ）〜（ｃ）は、測定器２０を炉内の測定位置に配置する様子を模式的に示す鉛直断面図である。本変形例では、ガス化炉２７０を検査対象としている。ガス化炉２７０は、上述のガス化炉１７０と同様、石炭スラリーや製油所から派生するアスファルトやコークス等を１２００℃〜１５００℃の高温・高圧下で燃焼させて、一酸化炭素や水素の合成ガスを生成するための竪型燃焼炉である。本変形例では、このようなガス化炉２７０の内壁面を検査するための炉内検査方法について示す。

ガス化炉２７０は、バーナー取付用ノズル２７４と、チャンバ部２７６と、ボトム開口部２７８とを有する。ガス化炉２７０の上端に設けられるバーナー取付用ノズル２７４は開口部が小さいため、測定器２０をバーナー取付用ノズル２７４から炉内に搬入することができない。そこで、本変形例では、測定器２０をボトム開口部２７８から搬入して炉内の測定位置に配置する。

測定器２０は、固定治具２２８に固定される。固定治具２２８は、図１１（ａ）に示すように、複数の治具パイプ２２８ａ〜２２８ｊにより構成される。本変形例では、固定治具２２８が１０本の治具パイプ２２８ａ〜２２８ｊにより構成される場合を示す。複数の治具パイプ２２８ａ〜２２８ｊは、バーナー取付用ノズル２７４に挿通されて直列的に接続される。固定治具２２８は、その先端がボトム開口部２７８から下方に突出する長さとなる本数の治具パイプにより構成される。ボトム開口部２７８から炉外に突出する第１パイプ２２８ａには、測定器２０が取り付けられる。

第１パイプ２２８ａに測定器２０を取り付けた後、固定治具２２８を軸方向に引き上げながら固定治具２２８を短くしていく。まず、図１１（ｂ）に示すように、第１０パイプ２２８ｊが完全にガス化炉２７０の外に出るまで引き出された後、第１０パイプ２２８ｊが固定治具２２８から取り外される。つづいて、固定治具２２８を軸方向にさらに引き上げることで、第９パイプ２２８ｉが固定治具２２８から取り外される。このようにして、順に必要な数のパイプが取り外されて、図１１（ｃ）に示すように、測定器２０を炉内の中心付近に配置するのに必要な数の治具パイプ２２８ａ〜２２８ｅが残される。図１１（ｃ）の状態で上端に位置する第５パイプ２２８ｅは、バーナー取付用ノズル２７４の上に配置される取付治具などに固定される。

本変形例によれば、バーナー取付用ノズル２７４の開口が小さいガス化炉２７０であっても、測定器２０を上から吊り下げて固定できるため、測定器２０の配置に必要な治具を簡素化できる。仮に、測定器２０を設置するための治具をボトム開口部２７８から上方に向けて組み立てなければならないとすると、治具の規模が大きくなるとともに設置に要する工数も大きくなる。また、高所での設置作業が必要となるため、作業員の安全面にも配慮する必要がある。本変形例によれば、ガス化炉２７０の上部にバーナー取付用ノズルなどの内径寸法が小さい開口しかない場合であっても、簡素な固定治具を用いて測定器２０を所望の測定位置に配置できる。

（変形例３）
図１２は、変形例に係る解析装置３０の構成を示すブロック図である。本変形例に係る解析装置３０は、配管解析部５０をさらに含む。配管解析部５０は、中心座標特定部５２と、湾曲量算出部５４とを有する。配管解析部５０は、炉内に設置される配管の外表面の三次元座標を解析して、配管の湾曲度を算出する。

図１３は、配管９０の外表面を測定する様子を模式的に示す図である。測定器２０は、炉内でｚ軸方向に延びる配管９０の外表面に向けてレーザ２２をスキャンして、外表面上の多数の測定点２４の座標値を取得する。配管９０の座標位置は、上述した炉内壁面の計測と同時になされてもよいし、炉内壁面の計測とは別になされてもよい。

図１４は、配管９０の中心９２の座標を算出する様子を模式的に示す断面図である。図示されるように、測定器２０から照射されるレーザ２２は、配管９０の外表面のうち測定器２０と対向する一部範囲のみに照射される。その結果、測定器２０は、配管９０の外表面のうち測定器２０と対向する範囲の測定点２４について座標値を取得する。中心座標特定部５２は、配管９０の長手方向（ｚ軸方向）の座標値が同じである複数の測定点２４を通る円の関数を導出し、その円の関数から中心９２の座標値を算出する。この円の関数は、配管９０の断面形状を近似する関数である。中心座標特定部５２は、ｚ軸方向の位置が異なる複数の測定点２４に対して円関数のフィッティングを行うことで、異なるｚ軸方向の位置ごとに中心９２の座標を算出する。

図１５は、配管９０の湾曲量を可視化したグラフの一例を示す。湾曲量算出部５４は、中心座標特定部５２が算出したｚ軸方向の異なる位置ごとの中心９２の座標値をグラフ化する。湾曲量算出部５４は、例えば、配管９０の下端における中心９２の座標値を基準として、その座標値との径方向の位置のずれを湾曲量として算出してグラフ化する。これにより、配管９０の湾曲量および湾曲の形状を可視化して、配管９０の補修や交換といったメンテナンスの必要性を判断できるようにする。

本変形例によれば、三次元レーザスキャンを利用して炉内に配置される配管の湾曲量を算出できる。配管の湾曲量を計測するための従来の方法では、炉内に足場を設置し、ピアノ線を用いた下げ振りによって湾曲量が計測されていた。そのため、ピアノ線の下げ振りの状態やピアノ線と配管との距離の計測の仕方などによって、計測精度や計測の再現性に難点がある場合があった。一方、本変形例によれば、配管９０の断面における中心９２の三次元座標を推定できるため、配管９０の湾曲量を三次元的に求めることができる。これにより、湾曲量の計測精度を高めて、検査の確実性を向上させることができる。

なお、本変形例に係る湾曲量の算出方法は、炉内に設置される配管のみならず、炉外に設置される配管に適用してもよい。また、ｚ軸方向に配設される配管のみならず、任意の方向に延在する配管に対して適用してもよい。その場合、配管の長手方向がｚ軸方向となるように座標変換を施して、ｚ軸方向の異なる位置における管断面の中心座標を算出すればよい。

（変形例４）
図１６は、基準座標軸を基準とした三次元形状データから生成される炉内壁面の画像の一例を示す。本図に示す画像は、測定器２０を用いて計測した規格化される前の三次元形状データから生成できる。三次元レーザ計測器である測定器２０は、短時間に大量の測定点の三次元座標を取得できるとともに、各測定点の照度の違いを利用して測定対象の色情報を取得することも可能である。本図は、三次元レーザ計測器のこのような機能を利用して生成することができる。図示されるように、規格化される前の生データを画像化することにより、炉内壁面をカメラで撮影したような画像を生成することができる。このような画像を生成することにより、目視検査の代わりとして、この画像を使用できる。

以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態および変形例では、廃液燃焼炉およびガス化炉の炉内壁面を測定対象とする場合を示した。さらなる変形例においては、コークドラムといった反応容器の内壁面の検査に本手法を適用してもよい。コークドラムは、重質油を熱分解してコークスを生成するための反応容器であり、上述した廃液燃焼炉やガス化炉などの竪型燃焼炉とは異なり、コークドラムの内壁面には耐火材が被覆されていない。しかしながら、熱分解のために５００℃程度の温度に加熱する工程と、冷却水を注入して固化させたコークスを取り出す工程とが繰り返し行われるため、経年使用に伴う熱負荷の蓄積によって、鉄皮にバルジング変形が生じたり、鉄皮の周溶接線に熱疲労割れが生じたりしうる。本手法による検査方法を適用することで、コークドラム内壁面の変形や割れなどの有無を好適に検査することができる。

また、さらなる変形例においては、鉄鉱石から銑鉄を生成するための高炉や、廃棄物等をガス化溶融させるためのシャフト炉、各種産業（製鐵、石油化学、製紙、製薬などを含む）のプラントにてなされる燃焼反応等に用いられる燃焼炉といった異なる種類の炉の内壁面の検査に本手法を適用してもよい。また、廃液燃焼炉、ガス化炉といった竪型燃焼炉以外にも、横型反応容器や、キルン等の横型燃焼炉の内壁面の検査に本手法を適用してもよい。

本明細書において、「容器」とは、燃焼炉をはじめとする内壁面に耐火物が被覆される「炉」と、コークドラムをはじめとする内壁面に耐火物が被覆されない「反応容器」の双方を含むものとする。したがって、「容器内壁面」には、「炉内壁面」および「反応容器の内壁面」の双方が含まれ、「容器内検査」とは、「炉内検査」が含まれるものとする。また、上述の実施の形態および変形例にて示した「炉内検査」が「容器内検査」に適用可能であり、変形例にて示した「容器内検査」が「炉内検査」に適用可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。

１０…炉内検査システム、２０…測定器、２２…レーザ、２４…測定点、３０…解析装置、３６…記憶部、４２…立体形状構築部、４４…座標変換部、６０…基準形状データ、６１，６２…三次元形状データ、６３，６４…特徴形状、６８…データ格納点、７０…廃液燃焼炉、７２…炉内壁面、９０…配管、９２…中心、１７０…ガス化炉、２７０…ガス化炉。

Claims (9)

1. 容器内に配置した測定器から容器内壁面に向けてレーザを三次元スキャンして、前記容器内壁面上の多数の測定点の三次元座標を測定することと、
   前記多数の測定点の三次元座標の値を用いて前記測定器の位置を基準とした前記容器内壁面の三次元形状データを構築することと、
   予め用意される容器の基準座標軸を基準とした前記容器内壁面の基準形状データを参照して、前記測定器の位置を基準とした三次元形状データを前記基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換することと、を備えることを特徴とする容器内検査方法。
2. 前記基準形状データには、パターンマッチングに利用可能な特徴形状が含まれ、
   前記座標変換することは、構築した三次元形状データに含まれる特徴形状を前記基準形状データの対応する特徴形状に位置合わせすること、を含むことを特徴とする請求項１に記載の容器内検査方法。
3. 前記座標変換することは、容器の中心軸が延びる軸方向と、周方向と、径方向とにより規定される円筒座標系の三次元形状データに座標変換することであり、
   当該方法は、円筒座標系の三次元形状データを、前記軸方向および前記周方向に等間隔に配置された多数のデータ格納点ごとに前記径方向の座標値が定められる規格化データに変換すること、をさらに備え、
   前記多数のデータ格納点ごとの前記径方向の座標値は、各データ格納点の近傍に位置する複数の測定点の前記径方向の座標値を平均化することにより算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の容器内検査方法。
4. 前記規格化データと、前記基準形状データまたは過去の測定結果に基づく規格化データとを比較し、前記多数のデータ格納点それぞれの前記径方向の座標の差分値をマップ化すること、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の容器内検査方法。
5. 前記測定器は、測定位置に位置固定されたまま前記容器内壁面の全周にわたって三次元座標を測定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の容器内検査方法。
6. 前記測定することは、軸方向に異なる容器内の複数の測定位置にて前記測定器を用いて容器内壁面の三次元座標を測定することを含み、
   前記座標変換することは、前記複数の測定位置のそれぞれを基準として構築された複数の三次元形状データを容器の基準座標軸を基準とした複数の三次元形状データに個別に座標変換することを含み、
   当該方法は、前記基準座標軸を基準とした複数の三次元形状データを軸方向につなぎ合わせて一つの三次元形状データに統合すること、をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の容器内検査方法。
7. 前記測定することは、容器の中心軸から前記容器内壁面までの径方向の距離が相対的に小さい容器の狭小部を避けた位置に前記測定器を配置することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の容器内検査方法。
8. 容器に設置される配管の外表面の三次元座標を測定することと、
   前記配管の外表面の三次元座標から前記配管の長手方向に異なる複数の位置のそれぞれにて管断面の中心座標を算出することと、
   長手方向に異なる複数の位置の管断面の中心座標から前記配管の湾曲度を算出することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の容器内検査方法。
9. 容器内壁面に向けてレーザを三次元スキャンして前記容器内壁面上の多数の測定点の三次元座標を測定する測定器と、
   前記測定器の測定結果を用いて前記容器内壁面の三次元形状データを解析する解析装置と、を備え、
   前記解析装置は、
   前記測定器が測定した多数の測定点の三次元座標の値を用いて、前記測定器の位置を基準とした前記容器内壁面の三次元形状データを構築する立体形状構築部と、
   予め用意される容器の基準座標軸を基準とした前記容器内壁面の基準形状データを記憶する記憶部と、
   前記基準形状データを参照して、前記測定器の位置を基準とした三次元形状データを前記基準座標軸を基準とした三次元形状データに座標変換する座標変換部と、を含むことを特徴とする容器内検査システム。