JP3962173B2 - コークス炉壁面観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉壁面の表面状態を観察する装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、撮影カメラの前方に左壁面ねらいの左鏡面と右壁面ねらいの右鏡面を置いて、カメラ旋回駆動して左鏡面と右鏡面に選択的に指向させて、左右壁面を観察する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−２４３９７５号公報には、壁面をＣＣＤカメラで撮影し、画像デ−タを処理してレンガ面と目地とを分離する画像処理方法を提示している。
【０００３】
カメラを壁面に正面対向させて撮影すると、壁面の自発光が強いので、凹凸が画面上に現れにくい。カメラの視野中心を壁面の法線より傾けることにより、凹突部の把握が比較的に容易になる。横断面がスリット状又はスポット状のレーザを壁面に斜めに投射すると、平面上の凹部又は突部では、レーザ光像が、平面のときの位置からずれるので、カメラの画面上のレーザ光像の位置ずれより、凹，凸を把握することができ、また、三角測量の原理に従って凹，凸の深さ，高さを算出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、基準平面に対するカメラの撮影ねらい角が設計値からずれると、撮影画像の位置把握に誤差を生ずる。凹，凸の深さ，高さを算出する場合は、撮影ねらい角のずれは、凹，凸の深さ，高さ算出値に誤差をもたらす。コークス炉壁面の撮影の場合、カメラのねらい角は、±０．１°以下の誤差範囲内で設定するのが好ましいが、カメラを水冷ランスに装備しているので、人が「ファインダ」を覗くことはできず、撮影ねらい角を正確に設定又は調整するのが難かしい。
【０００５】
本発明は、撮影ねらい位置の視認が容易なコークス炉壁面観察装置を提供することを第１の目的とし、壁面状態を比較的に簡易に把握しうるコークス炉壁面観察装置を提供すること第２の目的とし、壁面凹凸の検出精度が高いコークス炉壁面観察装置を提供することを第３の目的とし、コークス炉炭化室の炉壁の損傷に伴う変形，局所的な欠損部の位置や大きさ，深さを認識しうるコークス炉壁面観察装置を提供することを第４の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明のコ−クス炉壁面観察装置は、コークス炉炭化室の炉壁面の画像をリニアイメージカメラで撮影するコークス炉壁観察装置であって、該コークス炉炭化室の高さ方向をｚ軸方法、奥行き方向をｙ軸方向、そして窯幅方向をｘ軸方向として、ｚ軸を含む平面上において該ｚ軸と直交する軸に対して傾斜したレ−ザ光線を射出し、コ−クス炉壁面にレ−ザスポットを現わす光源；該レ−ザスポットを撮影する、高さ方向ｚに延びる直線状の視野を有するリニアイメ−ジカメラ(5a)；前記光源およびリニアイメ−ジカメラ(5a)を、ｚ軸を中心に旋回駆動する駆動手段(6a)；該駆動手段(6a)を支持する支持台(1)；前記リニアイメージカメラで撮影した、複数のｙ位置における撮影画像データを記録する壁面用メモリ手段；該壁面用メモリに記録された撮影画像データを基に画像処理して、前記コ−クス炉壁面上のレーザスポット軌跡を追跡して記録するスポット軌跡メモリ手段；前記レーザスポット軌跡を表示する２次元ディスプレイ；および、前記コ−クス炉壁面上のレ−ザスポットと前記リニアイメ−ジカメラの視野の位置を調整するために、リニアイメ−ジカメラ(5a)と共に旋回して、該リニアイメ−ジカメラの旋回方向の視野位置と一致する、高さ方向ｚに延びる直線状の光像(13ai)を形成する光を投射する投光器(12a)；を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【０００７】
これによれば、ｙ軸に対してレ−ザ光線(P1)が傾斜(Ae：図３の(b))していると、コ−クス炉壁面(LW)が、ｘ，ｙ平面に平行な完全平面であると、レ−ザスポット(S1)はｚ方向の定位置となり、支持台(1)をｙ方向に駆動すると、レ−ザスポット(S1)の軌跡は、ｙ軸に平行な直線となる。リニアイメ−ジカメラ(5a)の撮影画面上においてレ−ザスポット像(S1)は定位置である。
【０００８】
レーザ光線(P1)が傾斜(Ae)しているので、リニアイメージカメラ(5a)が例えばレーザスポット(S1/S1a)を現わす光源(8a1)の上方にある場合(図３の(b))、コ−クス炉壁面に窪みがあると、図３の（ｂ）においてＳ１にあるべきレーザスポットが、窪みの深さ分、壁厚方向ｘにシフトした位置のスポットＳ１ａとなり、このシフトすなわち窪みの深さ分、上記定位置よりｚ方向で上側にずれ、リニアイメ−ジカメラ(5a)の画面上においてｚ方向にレーザスポット像(S1i)がずれる（例えば図４の（ｃ））。支持台(1)をｙ方向に駆動すると、レーザスポット(S1a)の軌跡は、窪み位置で上突のカ−ブとなり、リニアイメージカメラ(5a)の撮影画面上に現われるレーザスポット像(S1i)のｚ位置をｙ位置対応でプロットすると、プロットの連なりも同様に、窪み位置で上突のカ−ブとなる。したがってリニアイメージカメラ(5a)の撮影画面上のレーザスポット像(S1i)のｚ位置軌跡に、直線とは異なるカ−ブ又は段差があるかを監視することにより、表面の凹凸を知ることができる。
【０００９】
すなわち、支持台(1)をｙ方向に移動させながら、リニアイメージカメラ(5a)のｚ方向に延びる線分状の撮影画面の画像デ−タを、ｙ位置対応で、ｙ，ｚ平面画像メモリに書込み、その画像デ−タを２次元ディスプレイに表示することにより、コークス炉壁面（略ｙ，ｚ平面）上のレーザスポット移動軌跡対応の、レーザスポット像軌跡が現われ、ディスプレイ上で、コークス炉壁面対応で、面の窪み，突起，曲り，傾斜（図４の（ｃ）の曲線部）を認識することができる。
【００１０】
リニアイメ−ジカメラ(5a)が、高さ方向ｚに延びる直線状の視野(10c/10,11)を有するものであるので、該カメラ(5a)の旋回方向の視野幅は極く狭いので、レ−ザスポット像(S1i)が該カメラ(5a)の視野から外れ易い。支持台(1)をコ−クス炉の外の、ｙ，ｚ模擬壁面がある試験場に置いて、光源(8a1)および投光器(12a)より光を投射すると、ｙ，ｚ模擬壁面上に、光源(8a1)によるレ−ザスポット像(S1i)、および、投光器(12a)による高さ方向ｚに延びる直線状の光像(13ai)が現われる。この光像(13ai)は、リニアイメ−ジカメラ(5a)の旋回方向の視野位置に一致する。したがってｙ，ｚ模擬壁面上で、ｙ，ｚ平面に対するリニアイメ−ジカメラ(5a)の旋回方向の視野位置、ならびに、該視野位置の、レ−ザスポット像(S1i)に相対位置(例えば位置ずれ)を目視確認でき、便利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（２）前記リニアイメ−ジカメラ(5a)の前方にあってコ−クス炉壁面(LW)の光をリニアイメ−ジカメラ(5a)に反射する、前記支持台(1)に装備した反射手段(2,9L1,9L2,9R1,9R2)；を更に備える。これによれば、狭いコークス炉炭化室内において、内壁面に面対向して内壁面を撮影するのと同様な撮影画像が得られ、画面上でのレーザスポット像の認知，切出しが容易かつ正確となる。
【００１２】
例えばコークス炉炭化室の相対向する垂直２壁面(LW,RW)を、駆動手段(6a)にて光源(8a1)およびリニアイメージカメラ(5a)の向きを、一方の壁面(LW)に対向する反射面と他方の壁面(RW)に対向する反射面に、又その逆に切換えて、２面の観察を選択的に行なうことができる。
【００１３】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１４】
【実施例】
図１に、本発明の一実施例の外観を示す。中空のベースビームＢＢと中空のアッパビームＵＢは平行梁であって一体に固着され、それらに中空の垂直柱１が、内空間を連続にして一体に固着されている。この垂直柱１に平行なミラー管２が、垂直柱１と内空間を連続にして一体に固着されている。これら、ベースビームＢＢ，アッパビームＵＢ，垂直柱１およびミラー管２は２重管であり、内管と外管の間を冷却水が通流する。これらの組体を以下、水冷ランスと称す。
【００１５】
垂直柱１の側面には、透光板３ａ〜３ｄで閉じた、垂直壁面撮影カメラ用の４個ののぞき窓があり、また、透光板４ａ，４ｂで閉じた、線状のレーザ光線を出射するための４個の窓があり、更に、左垂直壁面ＬＷおよび右垂直片面ＲＷの距離を計測するレーザ距離計（３対、計６個）のレーザ透光用の、透光板４ｃ〜４ｅで閉じた、３対、計６個の窓がある。垂直柱１の上端には、透光板３ｅで閉じた、天井面撮影カメラ用の１個ののぞき窓があり、垂直柱１の下端には、透光板３ｆで閉じた、床面撮影カメラ用の１個ののぞき窓がある。
【００１６】
垂直柱１の下端位置に、床面に乗ったシューＳＨがあり、これを介して水冷ランスの先端部が床面で支持される。水冷ランスの後端は、図示しないコークス押出機の押出ラムに装着され支持されている。炭化室の窯口から、ミラー管２および垂直柱１を室内に入れて、コークス押出機にて水冷ランスを炭化室内に押し込んで行くことにより、ミラー管２および垂直柱１が水平ｙ方向に移動し炭化室の奥に進入する。図１には、ミラー管２および垂直柱１が炭化室内にある状態を示し、図１上の右方が炭化室の奥側、左方が窯口側であり、窯口から奥を見て、左側にある垂直壁面を左壁面ＬＷと称し、右側にある垂直壁面を右壁面ＲＷと称す。
【００１７】
図２に、垂直柱１の、透光板３ａ，４ａ部の拡大縦断面を示す。垂直柱１の内部には、透光板３ａに対向して第１のリニアイメージカメラ５ａが配置され、透光板４ａの内側には、第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４および第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４が配置されている。第１のカメラ５ａとレーザ投光器の間には減速機内蔵の第１の電気モータ６ａが配置され、この電気モータ６ａが垂直柱１に固定されている。電気モータ６ａの回転軸（出力軸）にカメラ５ａおよび支持板７ａが結合しており、この支持板７ａに第１組および第２組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４が固定されている。
【００１８】
カメラ５ａにスリットレーザプロジェクタ１２ａが固定されており、これが、横断面がｚ方向に延びる直線（スリット）状であって、カメラ５ａのｚ軸廻りの旋回方向では、カメラ５ａの視野と同一位置となるレーザを、透光板３ａの前方に射出する。カメラ５ａは電気モータ６ａにてｚ軸廻りに旋回駆動され、したがってプロジェクタ１２ａも同時に旋回しそれが出射するレーザは常に、旋回方向での、カメラ５ａの視野位置にある。
【００１９】
第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４は、その上方にあるカメラ５ａで撮影するレーザスポットを形成するためのもの、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４は、その下方にある図示しない第２のリニアイメージカメラ５ｂで撮影するレーザスポットを形成するためのものである。カメラ５ｂは、透光板３ｂ（図１）に対向し、第１のカメラ５ａを、ｚ方向に下方にずらしたものに相当する。カメラ５ｂはカメラ５ａと同様に、垂直柱１に固定された、減速機内蔵の、図示しない第２の電気モータ６ｂの回転軸に結合している。ただし、この第２のカメラ５ｂおよび電気モータ６ｂには、レーザ投光器は結合されていない。カメラ５ｂにも、プロジェクタ１２ａと同様な図示しないプロジェクタ１２ｂが固定されており、このプロジェクタ１２ｂは、カメラ５ｂのｚ軸廻りの旋回方向の視野位置にレーザを出射する。
【００２０】
第１のカメラ５ａならびに第１および第２のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４がミラー管２の管軸をねらっている状態で、電気モータ６ａが正転すると、カメラ５ａおよびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４が、同時に、左壁面ＬＷに対面する方向に同一角度回動する。電気モータ６ａが逆転したときは、右壁面ＲＷに対面する方向に回動する。第２のカメラ５ｂも、ｚ方向には視野位置が異なるが、他の方向ではカメラ５ｂの視野方向と同一方向となるように、電気モータ６ｂによって回転駆動される。
【００２１】
上述の２組のカメラ５ａ，５ｂ、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４，電気モータ６ａ，６ｂおよびプロジェクタ１２ａ，１２ｂを１グループとすると、このグループと同様な構成の第２グループが、透光板３ｃ，４ｂおよび３ｄの領域にある。すなわち、第１のカメラ５ａに対応する第３のカメラ５ｃが透光板３ｃの内側にあり、第１および第２のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４に対応する第３および第４のレーザ投光器８ｃ１〜８ｃ４，８ｄ１〜８ｄ４が透光板４ｂの内側にあり、第２のカメラ５ｂに対応する第４のカメラ５ｄが透光板３ｄの内側にある。カメラ５ｃおよび５ｄにも、図示しないプロジェクタ１２ｃおよび１２ｄが同様な態様で装着されている。
【００２２】
図３の（ａ）に、垂直柱１とミラー管２の水平断面を示す。上述のようにカメラおよびレーザ投光器を、垂直ｚ軸を中心に旋回駆動しうる。ミラー管２には、左壁面ＬＷの正面（９０度）観察用の第１左鏡面９Ｌ１および斜め４５度観察用の第２左鏡面９Ｌ２、ならびに、右壁面ＲＷの正面観察用の第１右鏡面９Ｒ１および斜め４５度観察用の第２右鏡面９Ｒ２があり、カメラ５ａ（およびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４）を、例えば第１左鏡面９Ｌ１をねらう位置に回動させると、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ１〜Ｐ４が第１左鏡面９Ｌ１に当って反射され、そして左壁面ＬＷに当り、レーザスポット（短ライン：本実施例では、ｙ，ｚ基準平面上でｙ方向３０ｍｍ、ｘ方向２ｍｍの各幅）が左壁面ＬＷに現われる。壁面は微視的には荒れた面であるので、レーザスポットから各方向にレーザが散乱する。その一部が第１左鏡面９Ｌ１に当ってそこで反射されてカメラ５ａに入る。
【００２３】
カメラ５ａは、ｚ方向を撮影するリニアイメージカメラ（１次元カメラ）であり、例えば第１左鏡面９Ｌ１をねらっているときには、図３の（ｂ）に示す、ｚ方向に延びる直線１０（ただし、ｘ方向にも少々の幅がある）が撮影視野であり、視野中心線Ｆｃｙは、水冷ランスが水平であるときには、水平であり、略ｙ方向に延びる。視野中心線Ｆｃｙのｙ，ｚ平面上の投影線がｙ軸に平行である。
【００２４】
レーザ光がカメラ視野の端から斜めに入射する場合は、透過波長が短い方へシフトする。したがってレーザ投光器８ａ１〜８ａ４は、カメラ５ａの視野中心付近にスポットを形成するものは６８５ｎｍ、視野周辺部にスポットを形成するものでは６７０ｎｍの波長のレーザ光を出射するものとしている。
【００２５】
図３の（ｂ）に、第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ１〜Ｐ４の光路（実線）および壁面上に現われるレーザスポットＳ１〜Ｓ４を
示す。なお、スポットＳ１〜Ｓ４は、壁面が垂直かつ完全な平面であると仮定した場合のものである。
【００２６】
レーザ投光器８ａ１から出射され鏡面（９Ｌ１）に至るまでのレーザ光線Ｐ１は、カメラ５ａの視野中心線Ｆｃｙおよびｚ軸を含む平面上にあり、しかも実質上水平な視野中心線Ｆｃｙに対して上向きに角度Ａｅをなす。他のレーザ投光器８ａ２〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ２〜Ｐ４も、同様に視野中心線Ｆｃｙに対して上向きに傾斜している。ここでレーザ光線Ｐ１に注目すると、鏡面を介して、カメラ５ａの壁面上の視野が、図３の（ｂ）に示す１１であるとし、壁面が完全垂直平面であると、壁面に、レーザ光線Ｐ１のスポットＳ１が現われる。ここで、壁面が下がる（鏡面／壁面間距離が増大する）と、レーザ光線Ｐ１が水平線（Ｆｃｙ）に対して角度Ａｅの傾斜があるので、レーザ光線Ｐ１の壁面上のスポットはＳ１からＳ１ａに移る。カメラ５ａの画面上では、スポット像がＳ１からＳ１ｉに移動する。すなわちｚ方向に上シフトする。壁面が迫る（鏡面／壁面間距離が減少する）と、逆に下シフトする。すなわち壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が上シフトし、突出している所で下シフトする。
【００２７】
カメラ５ａ（および５ｃ）はレーザ投光器８ａ１〜８ａ４（８ｃ１〜８ｃ４）の上方にあるので、上述のように壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が上シフトし、突出している所で下シフトするが、カメラ５ｂ（および５ｄ）はレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４（８ｄ１〜８ｄ４）の下方にあるので、上記とは逆に、壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が下シフトし、突出している所で上シフトする。
【００２８】
この実施例では、各レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４は、ｙ，ｚ基準垂直面上には、炉壁レンガのｚ方向分布ピッチで分布するレーザスポットＳ１〜Ｓ４を表わし、観察対象面が、ｙ，ｚ基準垂直面を形成するレンガ表面であるときには、ｚ方向分布の各レンガのｚ方向中央位置にレーザスポットＳ１〜Ｓ４が現われる。
【００２９】
レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４は、概要で線状であるが、レーザスポットが基準位置Ｓ１〜Ｓ４からｙ方向にずれてもカメラ５ａによる撮影を可とするために、横断面形状を、ｙ，ｚ基準垂直面上においてｚ方向幅は狭いが、ｙ方向には広い矩形状としている（短ライン：本実施例では、ｙ，ｚ基準平面上でｙ方向３０ｍｍ、ｘ方向２ｍｍの各幅）。Ｚ方向に延びる略直線（図３の（ｂ）の１１）の視野を有するリニアイメージカメラ５ａを用いて、上述の壁面のｘ方向の位置ずれをｚ方向の位置ずれとして観察する計測原理から、レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４の、ｙ，ｚ基準垂直面の現われるスポット形状は、ｙ方向幅は広くてかまわないが、ｚ方向幅は、スポット光をカメラ５ａの画像信号上で高いＳ／Ｎで摘出しうる限り、狭い程好ましい。ｙ方向幅が広く輝度が均一なレーザ光源は、大型化し高価となる。
【００３０】
そこでこの実施例では、小型，安価なレーザ光源を用いてｚ方向幅は狭く、ｙ方向幅は該光源に対して取り得る広幅の、矩形状スポットを現わすようにしている。
【００３１】
水冷ランスをコークス炉の外の、ｙ，ｚ模擬壁面がある試験場に置いて、プロジェクタ１２ａおよびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４より光を投射すると、ｙ，ｚ模擬壁面上に、上述のレーザスポットＳ１〜Ｓ４が現われる。カメラ５ａの、ｙ，ｚ模擬壁面に対するｚ方向の視野長は略１ｍである。プロジェクタ１２ａのレーザの、ｙ，ｚ模擬壁面上の光像１３ａｉのｚ方向の長さは略５０ｃｍであり、その上端が大略で、カメラ５ａのｚ方向視野の中央に位置し、図３の（ｂ）に示すように、高さ方向ｚに延びる直線状の光像１３ａｉが現われる。この光像１３ａｉは、リニアイメージカメラ５ａの旋回方向の視野位置に一致する。
【００３２】
レーザスポットＳ１〜Ｓ４をリニアイメージカメラ５ａで撮影するためには、レーザスポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向幅(３０ｍｍ)内にカメラ５ａの視野が定まっていなければならない。
【００３３】
プロジェクタ１２ａが出射するレーザは、鏡面９Ｌ１に直線１３ａｒ状に当って反射してｙ，ｚ模擬壁面上に光像１３ａｉを形成し、この光像１３ａｉが、カメラ５ａの、ｙ，ｚ模擬壁面上の視野１１と重っている。この光像１３ａｉの、レーザスポットＳ１〜Ｓ４に対するｙ方向（ｚ軸廻りの旋回方向）相対位置が、これらのスポットＳ１〜Ｓ４に対するカメラ５ａの視野位置であり、光像１３ａｉがレーザスポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向幅の中央に位置すると、カメラ５ａのｚ方向狙い角と、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４のｚ方向投光角の両者が適切であると言える。スポットＳ１〜Ｓ４のそれぞれのｙ位置は、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４の図示しない支持機構の支持角度を調整することによって同一にする。スポットＳ１〜Ｓ４に対するカメラ５ａの視野１１（１３ａｉ）のｙ位置は、モータ６ａの回転軸に固定されカメラ５ａを支持する機構の支持角度を調整することによって、スポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向中央に調整する。ｙ，ｚ模擬壁面上で、スポットＳ１〜Ｓ４に対するリニアイメージカメラ５ａの視野位置を、レーザ光像１３ａｉにて目視確認でき、便利である。
【００３４】
再度図２を参照すると、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４は、ミラー管２に対して下向き傾斜でレーザ光線を出射する。透光板３ｂの内側にある、図示しない第２カメラ５ｂと第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４との組合せは、第１カメラ５ａおよび第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４を、透光板４ａの中心点に関して略、上下対称な関係にあり、上述の第１カメラ５ａによるレーザスポットの撮影と同様な撮影を行なう。すなわち、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４が出射するレーザ光線の壁面上のスポットを撮影する。この第２カメラ５ｂの画面上では、第２カメラ５ｂがレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４の下方にあるので、壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が下シフトし、突出している所で上シフトする。
【００３５】
再度図１を参照する。上述の第１カメラ５ａ，プロジェクタ１２ａ，第１および第２組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４ならびに第２カメラ５ｂおよびプロジェクタ１２ｂ（透光板３ｂの内側に存在）の組合せすなわち組体、と同様な組体が、透光体３ｃ，４ｂ，３ｄの内側にある。したがって、多数のレ−ザ光線（Ｐ１等）が垂直柱１からミラー管２に出射されそこで反射されて壁面に当り、壁面にはｚ方向に実質上レンガピッチで分布する多数のレーザスポット（Ｓ１等）が現われる。透光板３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄの内側に各一個、計４台のリニアイメージカメラ（５ａ等）のそれぞれが、ミラー管１の鏡面を介してそれぞれ複数個のレーザスポットを撮影する。図３の（ａ）を参照すると、カメラ（およびレーザ光線）の指向方向を第１左鏡面９Ｌ１にすると、左壁面ＬＷを正面対向で見る画像が得られ、第２左鏡面９Ｌ２にすると、左壁面ＬＷを４５度方向斜めに見る画像が得られ、第２右鏡面９Ｒ２にすると、右壁面ＲＷを４５度方向斜めに見る画像が得られ、第１右鏡面９Ｒ１にすると、右壁面ＲＷを正面対向で見る画像が得られる。
【００３６】
垂直柱１の上端の上向きの透光板３ｅおよび下部の下向きの透光板３ｆの内側には、それぞれ一台の、天井面全幅（ｘ方向）および床面全幅（ｘ方向）の視野を有するリニアイメージカメラが装備されており、これらは、直接に天井面および床面を撮影する。壁面の凹凸の識別を容易にするために、これらのカメラの視野中心線は、水平面に対して４５度の角度（４５度ねらい）に設定されている。
【００３７】
ベースビームＢＢ，アッパビームＵＢ，垂直柱１およびミラー管２ならびにそれらを接続する中継管のすべてが、高耐熱のステンレス２重管であり、それらの内管と外管の間を冷却水が通流し、それらを内部から強制冷却する。ミラー管２の、鏡面９Ｌ１，９Ｌ２，９Ｒ１および９Ｒ２は、ステンレス管表面を平面に研磨し、そして鏡面研磨をして鏡面とした後、クロムメッキを施したものであり、鏡面も高耐熱である。
【００３８】
次に、上述の壁面観察装置の使用態様を説明する。カメラ５ａの指向方向を第１右鏡面９Ｒ１又は第２右鏡面９Ｒ２に設定して、炭化室内に水冷ランス（ＢＢ＋ＵＢ＋１＋２）を前進させながら、水冷ランスの移動１ｍｍごとに１パルスの割合で発せられる移動同期パルスが、１パルス発生する毎に、すなわちｙ方向に１ｍｍ進行する毎に、透光板３ａ〜３ｄの内側にある各カメラの１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換して、各カメラ宛ての右壁面用メモリ領域に書込み、同時に、透光板３ｅ，３ｆの内側にある各カメラの１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換して、天井面宛ておよび床面宛てのメモリ領域に書込み、しかも、透光板４ｃ〜４ｅ（計６個）の内側にある各距離計（計６個）の計測距離デ−タを、距離計宛てのメモリ領域に書込む。水冷ランスは、蛇行や左右に振れながら前進するので、凹凸計算値を補正するために、先端部に図示しない蛇行センサを、同じく先端部に図示しない傾斜計も備えている。これらの計測値もメモリに書込む。
【００３９】
コークス炉炭化室のほぼ全長に渡って、上述の計測を終えると、カメラ５ａの指向方向を第１左鏡面９Ｌ１又は第２左鏡面９Ｌ２に設定して、水冷ランス（ＢＢ＋ＵＢ＋１＋２）を後退させながら、同様に計測を行なう。ただし、天井面および床面の撮影は済んでいるので、透光板３ｅ，３ｆの内側にある各カメラによる撮影は、行なう必要はない。
【００４０】
次に上述のようにして得た右壁面の画像デ−タの処理を説明する。右壁面用メモリ領域の、各カメラの画像デ−タを、順次に指定して、図４の（ａ）に示すように不要部の画像デ−タを切捨てる。次に、窯口に入った画像始端からｚ方向ｐmmの始端範囲の画像デ−タにシェ−ディング補正を施し、そして図４の（ｂ）に示すように、ｚ方向ｐmmの始端範囲を、ｚ方向小領域区分した各領域の平均輝度を求めて、各領域内の画像デ−タを規格化する。すなわち平均輝度に対する輝度差デ−タに変換する。そしてｚ方向各画素位置につき、同一画素位置にある輝度差デ−タを積算し、図４の（ｃ）に示すように、積算値がピ−クとなるｚ方向画素位置を、レーザスポット軌跡の開始点（ｙ０，ｚ０）と定める。
【００４１】
次に、図５の（ａ）に示すように、開始点ｙ０からｙ方向ｍ画素（ｍmm)進んだ位置ｙ１＝ｙ０＋ｍの、ｙ方向の３画素の輝度平均値を算出してｚ方向の輝度ピ−ク位置ｚ１を求める。そしてスポット軌跡メモリにｙ１対応でｚ１を書込む。次には、ｙ１からｙ方向ｍ画素進んだ位置ｙ２＝ｙ０＋２ｍの、ｚ方向の、ｚ１を中央とするｎ画素の画像デ−タ群をｚ方向にフィルタ処理してｚ方向の輝度ピ−ク位置ｚ２を求める。そしてスポット軌跡メモリにｙ２対応でｚ２を書込む。以下同様な処理を繰返すことによってスポット軌跡を追跡し、ｙ方向ｍ画素ピッチで、ｚ方向のスポット位置デ−タをスポット軌跡メモリに書込む。
【００４２】
ｙｉ位置においてｎ画素の画像デ−タ群から抽出した輝度ピ−ク値が設定レベルより低い（スポットが不明瞭な）場合は、図５の（ｂ）および（ｃ）に示すように、ｙ方向に１ピッチ（ｍ画素）進めて、ｙ（ｉ＋１）位置のピ−ク位置ｚ（ｉ＋１）を算出し、ｚｉを、〔ｚ（ｉ−１）＋ｚ（ｉ＋１）〕／２とする。
【００４３】
上述のスポット軌跡の追跡を終了し、スポット軌跡メモリのｚ位置を、ｙ方向で隣り合うものの間を線で結ぶ形で、２次元（ｙ，ｚ）ディスプレイに表示することにより、図４の（ｃ）に「切り出し画像」として示すスポット軌跡（横線）が現われる。これらの横線上のｚ方向に上下している位置が、壁面上の凹凸位置であり、ｙ平行線に対するｚ方向の上，下ピ−ク位置の差（Δｚ）が、凹凸の深さ又は高さ（Δｘ）に対応する。観察面が傾斜又は湾曲している所では、横線がｙ軸に対して傾斜したものとなり、傾斜角が観察面の傾斜角又は曲り半径に対応する。
【００４４】
以上の通り、上述の実施例によれば、コークス炭化室のほぼ全長にわたって、三角測量の原理で壁面の凹凸，傾斜，曲りを表わす計測デ−タを得ることができる。複数本のレーザ光線は、炉壁画像との重ね合せで同時に撮影されるので、損傷位置（ｙ，ｚ）の把握や、振動によるレーザスポットの乱れを容易に判別出来る。損傷部位とレンガの位置の対応付けができるので、補修（例えば溶射補修）位置を特定できる。水冷ランスをコークス炉外の試験場の模擬壁面の場所においたときには、プロジェクタより光を出射して、模擬壁面上でレーザ光線のスポット像に対するカメラ視野（プロジェクタの光像）の相対位置を視認することができ、便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す垂直柱１の、透光板３ａ，４ａ部の拡大縦断面図である。
【図３】 （ａ）は、図１に示す垂直柱１およびミラー管２の、透光板３ａ部の水平断面図である。（ｂ）は、図２に示すレーザ光源８ａ１〜８ａ４が出射したレーザ光Ｐ１〜Ｐ４が、鏡面９Ｌ１で反射されて垂直面にレーザスポットＳ１〜Ｓ４を表わし、これらのスポットをカメラ５ａが撮影する光路の概要を示す斜視図である。
【図４】 （ａ）は、図１に示す垂直柱１の内部にあるカメラの画像デ−タを記憶したメモリの、画像デ−タ群の切取処理の概要を示す平面図である。（ｂ）は、切取った画像デ−タ群の中のレーザスポット始点位置を決定するためのデータ処理の概要を示す平面図である。（ｃ）は、始点位置からスポット位置追跡によって得るスポット軌跡を示すグラフである。
【図５】 レーザスポット始点位置からスポット位置追跡を行なうための、画処理対象画像デ−タの摘出と処理を示す平面図である。
【符号の説明】
ＢＢ：ベースビーム
ＵＢ：アッパビーム
ＳＨ：シュー
９Ｒ１，９Ｒ２：第１，第２右鏡面
１：垂直柱
２：ミラー管
３ａ〜３ｆ，４ａ〜４ｅ：透光板
Ｌｗ：左壁面
ＲＷ：右壁面
ＣＷ：天井面
ＦＷ：床面
５ａ：リニアイメージカメラ
６ａ：電気モータ
７ａ：支持板
８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４：レーザ光源
９Ｌ１，９Ｌ２：第１，第２左鏡面
９Ｒ１，９Ｒ２：第１，第２右左鏡面
Ｐ１〜Ｐ４：レーザ光線
ＳＰ１〜ＳＰ３：固定の支持板
１０：鏡面上のカメラ視野
１１：基準垂直面上のカメラ視野
Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１ａ：レーザスポット
Ｓ１ｉ：カメラ５ａで見たレーザスポット像
Ｆｃｙ，Ｆｃｘ：カメラ５ａの光軸
Ａｅ：傾斜角
１２ａ：スリットレーザプロジェクタ
１３ａ：スリットレーザ
１３ａｉ，１３ａｒ：スリットレーザ光像
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉壁面の表面状態を観察する装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、撮影カメラの前方に左壁面ねらいの左鏡面と右壁面ねらいの右鏡面を置いて、カメラ旋回駆動して左鏡面と右鏡面に選択的に指向させて、左右壁面を観察する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−２４３９７５号公報には、壁面をＣＣＤカメラで撮影し、画像デ−タを処理してレンガ面と目地とを分離する画像処理方法を提示している。
【０００３】
カメラを壁面に正面対向させて撮影すると、壁面の自発光が強いので、凹凸が画面上に現れにくい。カメラの視野中心を壁面の法線より傾けることにより、凹突部の把握が比較的に容易になる。横断面がスリット状又はスポット状のレーザを壁面に斜めに投射すると、平面上の凹部又は突部では、レーザ光像が、平面のときの位置からずれるので、カメラの画面上のレーザ光像の位置ずれより、凹，凸を把握することができ、また、三角測量の原理に従って凹，凸の深さ，高さを算出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、基準平面に対するカメラの撮影ねらい角が設計値からずれると、撮影画像の位置把握に誤差を生ずる。凹，凸の深さ，高さを算出する場合は、撮影ねらい角のずれは、凹，凸の深さ，高さ算出値に誤差をもたらす。コークス炉壁面の撮影の場合、カメラのねらい角は、±０．１°以下の誤差範囲内で設定するのが好ましいが、カメラを水冷ランスに装備しているので、人が「ファインダ」を覗くことはできず、撮影ねらい角を正確に設定又は調整するのが難かしい。
【０００５】
本発明は、撮影ねらい位置の視認が容易なコークス炉壁面観察装置を提供することを第１の目的とし、壁面状態を比較的に簡易に把握しうるコークス炉壁面観察装置を提供すること第２の目的とし、壁面凹凸の検出精度が高いコークス炉壁面観察装置を提供することを第３の目的とし、コークス炉炭化室の炉壁の損傷に伴う変形，局所的な欠損部の位置や大きさ，深さを認識しうるコークス炉壁面観察装置を提供することを第４の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明のコ−クス炉壁面観察装置は、コークス炉炭化室の炉壁面の画像をリニアイメージカメラで撮影するコークス炉壁観察装置であって、該コークス炉炭化室の高さ方向をｚ軸方法、奥行き方向をｙ軸方向、そして窯幅方向をｘ軸方向として、ｚ軸を含む平面上において該ｚ軸と直交する軸に対して傾斜したレ−ザ光線を射出し、コ−クス炉壁面にレ−ザスポットを現わす光源；該レ−ザスポットを撮影する、高さ方向ｚに延びる直線状の視野を有するリニアイメ−ジカメラ(5a)；前記光源およびリニアイメ−ジカメラ(5a)を、ｚ軸を中心に旋回駆動する駆動手段(6a)；該駆動手段(6a)を支持する支持台(1)；前記リニアイメージカメラで撮影した、複数のｙ位置における撮影画像データを記録する壁面用メモリ手段；該壁面用メモリに記録された撮影画像データを基に画像処理して、前記コ−クス炉壁面上のレーザスポット軌跡を追跡して記録するスポット軌跡メモリ手段；前記レーザスポット軌跡を表示する２次元ディスプレイ；および、前記コ−クス炉壁面上のレ−ザスポットと前記リニアイメ−ジカメラの視野の位置を調整するために、リニアイメ−ジカメラ(5a)と共に旋回して、該リニアイメ−ジカメラの旋回方向の視野位置と一致する、高さ方向ｚに延びる直線状の光像(13ai)を形成する光を投射する投光器(12a)；を備える。なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【０００７】
これによれば、ｙ軸に対してレ−ザ光線(P1)が傾斜(Ae：図３の(b))していると、コ−クス炉壁面(LW)が、ｘ，ｙ平面に平行な完全平面であると、レ−ザスポット(S1)はｚ方向の定位置となり、支持台(1)をｙ方向に駆動すると、レ−ザスポット(S1)の軌跡は、ｙ軸に平行な直線となる。リニアイメ−ジカメラ(5a)の撮影画面上においてレ−ザスポット像(S1)は定位置である。
【０００８】
レーザ光線(P1)が傾斜(Ae)しているので、リニアイメージカメラ(5a)が例えばレーザスポット(S1/S1a)を現わす光源(8a1)の上方にある場合(図３の(b))、コ−クス炉壁面に窪みがあると、図３の（ｂ）においてＳ１にあるべきレーザスポットが、窪みの深さ分、壁厚方向ｘにシフトした位置のスポットＳ１ａとなり、このシフトすなわち窪みの深さ分、上記定位置よりｚ方向で上側にずれ、リニアイメ−ジカメラ(5a)の画面上においてｚ方向にレーザスポット像(S1i)がずれる（例えば図４の（ｃ））。支持台(1)をｙ方向に駆動すると、レーザスポット(S1a)の軌跡は、窪み位置で上突のカ−ブとなり、リニアイメージカメラ(5a)の撮影画面上に現われるレーザスポット像(S1i)のｚ位置をｙ位置対応でプロットすると、プロットの連なりも同様に、窪み位置で上突のカ−ブとなる。したがってリニアイメージカメラ(5a)の撮影画面上のレーザスポット像(S1i)のｚ位置軌跡に、直線とは異なるカ−ブ又は段差があるかを監視することにより、表面の凹凸を知ることができる。
【０００９】
すなわち、支持台(1)をｙ方向に移動させながら、リニアイメージカメラ(5a)のｚ方向に延びる線分状の撮影画面の画像デ−タを、ｙ位置対応で、ｙ，ｚ平面画像メモリに書込み、その画像デ−タを２次元ディスプレイに表示することにより、コークス炉壁面（略ｙ，ｚ平面）上のレーザスポット移動軌跡対応の、レーザスポット像軌跡が現われ、ディスプレイ上で、コークス炉壁面対応で、面の窪み，突起，曲り，傾斜（図４の（ｃ）の曲線部）を認識することができる。
【００１０】
リニアイメ−ジカメラ(5a)が、高さ方向ｚに延びる直線状の視野(10c/10,11)を有するものであるので、該カメラ(5a)の旋回方向の視野幅は極く狭いので、レ−ザスポット像(S1i)が該カメラ(5a)の視野から外れ易い。支持台(1)をコ−クス炉の外の、ｙ，ｚ模擬壁面がある試験場に置いて、光源(8a1)および投光器(12a)より光を投射すると、ｙ，ｚ模擬壁面上に、光源(8a1)によるレ−ザスポット像(S1i)、および、投光器(12a)による高さ方向ｚに延びる直線状の光像(13ai)が現われる。この光像(13ai)は、リニアイメ−ジカメラ(5a)の旋回方向の視野位置に一致する。したがってｙ，ｚ模擬壁面上で、ｙ，ｚ平面に対するリニアイメ−ジカメラ(5a)の旋回方向の視野位置、ならびに、該視野位置の、レ−ザスポット像(S1i)に相対位置(例えば位置ずれ)を目視確認でき、便利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（２）前記リニアイメ−ジカメラ(5a)の前方にあってコ−クス炉壁面(LW)の光をリニアイメ−ジカメラ(5a)に反射する、前記支持台(1)に装備した反射手段(2,9L1,9L2,9R1,9R2)；を更に備える。これによれば、狭いコークス炉炭化室内において、内壁面に面対向して内壁面を撮影するのと同様な撮影画像が得られ、画面上でのレーザスポット像の認知，切出しが容易かつ正確となる。
【００１２】
例えばコークス炉炭化室の相対向する垂直２壁面(LW,RW)を、駆動手段(6a)にて光源(8a1)およびリニアイメージカメラ(5a)の向きを、一方の壁面(LW)に対向する反射面と他方の壁面(RW)に対向する反射面に、又その逆に切換えて、２面の観察を選択的に行なうことができる。
【００１３】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１４】
【実施例】
図１に、本発明の一実施例の外観を示す。中空のベースビームＢＢと中空のアッパビームＵＢは平行梁であって一体に固着され、それらに中空の垂直柱１が、内空間を連続にして一体に固着されている。この垂直柱１に平行なミラー管２が、垂直柱１と内空間を連続にして一体に固着されている。これら、ベースビームＢＢ，アッパビームＵＢ，垂直柱１およびミラー管２は２重管であり、内管と外管の間を冷却水が通流する。これらの組体を以下、水冷ランスと称す。
【００１５】
垂直柱１の側面には、透光板３ａ〜３ｄで閉じた、垂直壁面撮影カメラ用の４個ののぞき窓があり、また、透光板４ａ，４ｂで閉じた、線状のレーザ光線を出射するための４個の窓があり、更に、左垂直壁面ＬＷおよび右垂直片面ＲＷの距離を計測するレーザ距離計（３対、計６個）のレーザ透光用の、透光板４ｃ〜４ｅで閉じた、３対、計６個の窓がある。垂直柱１の上端には、透光板３ｅで閉じた、天井面撮影カメラ用の１個ののぞき窓があり、垂直柱１の下端には、透光板３ｆで閉じた、床面撮影カメラ用の１個ののぞき窓がある。
【００１６】
垂直柱１の下端位置に、床面に乗ったシューＳＨがあり、これを介して水冷ランスの先端部が床面で支持される。水冷ランスの後端は、図示しないコークス押出機の押出ラムに装着され支持されている。炭化室の窯口から、ミラー管２および垂直柱１を室内に入れて、コークス押出機にて水冷ランスを炭化室内に押し込んで行くことにより、ミラー管２および垂直柱１が水平ｙ方向に移動し炭化室の奥に進入する。図１には、ミラー管２および垂直柱１が炭化室内にある状態を示し、図１上の右方が炭化室の奥側、左方が窯口側であり、窯口から奥を見て、左側にある垂直壁面を左壁面ＬＷと称し、右側にある垂直壁面を右壁面ＲＷと称す。
【００１７】
図２に、垂直柱１の、透光板３ａ，４ａ部の拡大縦断面を示す。垂直柱１の内部には、透光板３ａに対向して第１のリニアイメージカメラ５ａが配置され、透光板４ａの内側には、第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４および第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４が配置されている。第１のカメラ５ａとレーザ投光器の間には減速機内蔵の第１の電気モータ６ａが配置され、この電気モータ６ａが垂直柱１に固定されている。電気モータ６ａの回転軸（出力軸）にカメラ５ａおよび支持板７ａが結合しており、この支持板７ａに第１組および第２組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４が固定されている。
【００１８】
カメラ５ａにスリットレーザプロジェクタ１２ａが固定されており、これが、横断面がｚ方向に延びる直線（スリット）状であって、カメラ５ａのｚ軸廻りの旋回方向では、カメラ５ａの視野と同一位置となるレーザを、透光板３ａの前方に射出する。カメラ５ａは電気モータ６ａにてｚ軸廻りに旋回駆動され、したがってプロジェクタ１２ａも同時に旋回しそれが出射するレーザは常に、旋回方向での、カメラ５ａの視野位置にある。
【００１９】
第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４は、その上方にあるカメラ５ａで撮影するレーザスポットを形成するためのもの、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４は、その下方にある図示しない第２のリニアイメージカメラ５ｂで撮影するレーザスポットを形成するためのものである。カメラ５ｂは、透光板３ｂ（図１）に対向し、第１のカメラ５ａを、ｚ方向に下方にずらしたものに相当する。カメラ５ｂはカメラ５ａと同様に、垂直柱１に固定された、減速機内蔵の、図示しない第２の電気モータ６ｂの回転軸に結合している。ただし、この第２のカメラ５ｂおよび電気モータ６ｂには、レーザ投光器は結合されていない。カメラ５ｂにも、プロジェクタ１２ａと同様な図示しないプロジェクタ１２ｂが固定されており、このプロジェクタ１２ｂは、カメラ５ｂのｚ軸廻りの旋回方向の視野位置にレーザを出射する。
【００２０】
第１のカメラ５ａならびに第１および第２のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４がミラー管２の管軸をねらっている状態で、電気モータ６ａが正転すると、カメラ５ａおよびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４が、同時に、左壁面ＬＷに対面する方向に同一角度回動する。電気モータ６ａが逆転したときは、右壁面ＲＷに対面する方向に回動する。第２のカメラ５ｂも、ｚ方向には視野位置が異なるが、他の方向ではカメラ５ｂの視野方向と同一方向となるように、電気モータ６ｂによって回転駆動される。
【００２１】
上述の２組のカメラ５ａ，５ｂ、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４，電気モータ６ａ，６ｂおよびプロジェクタ１２ａ，１２ｂを１グループとすると、このグループと同様な構成の第２グループが、透光板３ｃ，４ｂおよび３ｄの領域にある。すなわち、第１のカメラ５ａに対応する第３のカメラ５ｃが透光板３ｃの内側にあり、第１および第２のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４に対応する第３および第４のレーザ投光器８ｃ１〜８ｃ４，８ｄ１〜８ｄ４が透光板４ｂの内側にあり、第２のカメラ５ｂに対応する第４のカメラ５ｄが透光板３ｄの内側にある。カメラ５ｃおよび５ｄにも、図示しないプロジェクタ１２ｃおよび１２ｄが同様な態様で装着されている。
【００２２】
図３の（ａ）に、垂直柱１とミラー管２の水平断面を示す。上述のようにカメラおよびレーザ投光器を、垂直ｚ軸を中心に旋回駆動しうる。ミラー管２には、左壁面ＬＷの正面（９０度）観察用の第１左鏡面９Ｌ１および斜め４５度観察用の第２左鏡面９Ｌ２、ならびに、右壁面ＲＷの正面観察用の第１右鏡面９Ｒ１および斜め４５度観察用の第２右鏡面９Ｒ２があり、カメラ５ａ（およびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４）を、例えば第１左鏡面９Ｌ１をねらう位置に回動させると、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ１〜Ｐ４が第１左鏡面９Ｌ１に当って反射され、そして左壁面ＬＷに当り、レーザスポット（短ライン：本実施例では、ｙ，ｚ基準平面上でｙ方向３０ｍｍ、ｘ方向２ｍｍの各幅）が左壁面ＬＷに現われる。壁面は微視的には荒れた面であるので、レーザスポットから各方向にレーザが散乱する。その一部が第１左鏡面９Ｌ１に当ってそこで反射されてカメラ５ａに入る。
【００２３】
カメラ５ａは、ｚ方向を撮影するリニアイメージカメラ（１次元カメラ）であり、例えば第１左鏡面９Ｌ１をねらっているときには、図３の（ｂ）に示す、ｚ方向に延びる直線１０（ただし、ｘ方向にも少々の幅がある）が撮影視野であり、視野中心線Ｆｃｙは、水冷ランスが水平であるときには、水平であり、略ｙ方向に延びる。視野中心線Ｆｃｙのｙ，ｚ平面上の投影線がｙ軸に平行である。
【００２４】
レーザ光がカメラ視野の端から斜めに入射する場合は、透過波長が短い方へシフトする。したがってレーザ投光器８ａ１〜８ａ４は、カメラ５ａの視野中心付近にスポットを形成するものは６８５ｎｍ、視野周辺部にスポットを形成するものでは６７０ｎｍの波長のレーザ光を出射するものとしている。
【００２５】
図３の（ｂ）に、第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ１〜Ｐ４の光路（実線）および壁面上に現われるレーザスポットＳ１〜Ｓ４を
示す。なお、スポットＳ１〜Ｓ４は、壁面が垂直かつ完全な平面であると仮定した場合のものである。
【００２６】
レーザ投光器８ａ１から出射され鏡面（９Ｌ１）に至るまでのレーザ光線Ｐ１は、カメラ５ａの視野中心線Ｆｃｙおよびｚ軸を含む平面上にあり、しかも実質上水平な視野中心線Ｆｃｙに対して上向きに角度Ａｅをなす。他のレーザ投光器８ａ２〜８ａ４が出射するレーザ光線Ｐ２〜Ｐ４も、同様に視野中心線Ｆｃｙに対して上向きに傾斜している。ここでレーザ光線Ｐ１に注目すると、鏡面を介して、カメラ５ａの壁面上の視野が、図３の（ｂ）に示す１１であるとし、壁面が完全垂直平面であると、壁面に、レーザ光線Ｐ１のスポットＳ１が現われる。ここで、壁面が下がる（鏡面／壁面間距離が増大する）と、レーザ光線Ｐ１が水平線（Ｆｃｙ）に対して角度Ａｅの傾斜があるので、レーザ光線Ｐ１の壁面上のスポットはＳ１からＳ１ａに移る。カメラ５ａの画面上では、スポット像がＳ１からＳ１ｉに移動する。すなわちｚ方向に上シフトする。壁面が迫る（鏡面／壁面間距離が減少する）と、逆に下シフトする。すなわち壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が上シフトし、突出している所で下シフトする。
【００２７】
カメラ５ａ（および５ｃ）はレーザ投光器８ａ１〜８ａ４（８ｃ１〜８ｃ４）の上方にあるので、上述のように壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が上シフトし、突出している所で下シフトするが、カメラ５ｂ（および５ｄ）はレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４（８ｄ１〜８ｄ４）の下方にあるので、上記とは逆に、壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が下シフトし、突出している所で上シフトする。
【００２８】
この実施例では、各レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４は、ｙ，ｚ基準垂直面上には、炉壁レンガのｚ方向分布ピッチで分布するレーザスポットＳ１〜Ｓ４を表わし、観察対象面が、ｙ，ｚ基準垂直面を形成するレンガ表面であるときには、ｚ方向分布の各レンガのｚ方向中央位置にレーザスポットＳ１〜Ｓ４が現われる。
【００２９】
レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４は、概要で線状であるが、レーザスポットが基準位置Ｓ１〜Ｓ４からｙ方向にずれてもカメラ５ａによる撮影を可とするために、横断面形状を、ｙ，ｚ基準垂直面上においてｚ方向幅は狭いが、ｙ方向には広い矩形状としている（短ライン：本実施例では、ｙ，ｚ基準平面上でｙ方向３０ｍｍ、ｘ方向２ｍｍの各幅）。Ｚ方向に延びる略直線（図３の（ｂ）の１１）の視野を有するリニアイメージカメラ５ａを用いて、上述の壁面のｘ方向の位置ずれをｚ方向の位置ずれとして観察する計測原理から、レーザ光線Ｐ１〜Ｐ４の、ｙ，ｚ基準垂直面の現われるスポット形状は、ｙ方向幅は広くてかまわないが、ｚ方向幅は、スポット光をカメラ５ａの画像信号上で高いＳ／Ｎで摘出しうる限り、狭い程好ましい。ｙ方向幅が広く輝度が均一なレーザ光源は、大型化し高価となる。
【００３０】
そこでこの実施例では、小型，安価なレーザ光源を用いてｚ方向幅は狭く、ｙ方向幅は該光源に対して取り得る広幅の、矩形状スポットを現わすようにしている。
【００３１】
水冷ランスをコークス炉の外の、ｙ，ｚ模擬壁面がある試験場に置いて、プロジェクタ１２ａおよびレーザ投光器８ａ１〜８ａ４より光を投射すると、ｙ，ｚ模擬壁面上に、上述のレーザスポットＳ１〜Ｓ４が現われる。カメラ５ａの、ｙ，ｚ模擬壁面に対するｚ方向の視野長は略１ｍである。プロジェクタ１２ａのレーザの、ｙ，ｚ模擬壁面上の光像１３ａｉのｚ方向の長さは略５０ｃｍであり、その上端が大略で、カメラ５ａのｚ方向視野の中央に位置し、図３の（ｂ）に示すように、高さ方向ｚに延びる直線状の光像１３ａｉが現われる。この光像１３ａｉは、リニアイメージカメラ５ａの旋回方向の視野位置に一致する。
【００３２】
レーザスポットＳ１〜Ｓ４をリニアイメージカメラ５ａで撮影するためには、レーザスポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向幅(３０ｍｍ)内にカメラ５ａの視野が定まっていなければならない。
【００３３】
プロジェクタ１２ａが出射するレーザは、鏡面９Ｌ１に直線１３ａｒ状に当って反射してｙ，ｚ模擬壁面上に光像１３ａｉを形成し、この光像１３ａｉが、カメラ５ａの、ｙ，ｚ模擬壁面上の視野１１と重っている。この光像１３ａｉの、レーザスポットＳ１〜Ｓ４に対するｙ方向（ｚ軸廻りの旋回方向）相対位置が、これらのスポットＳ１〜Ｓ４に対するカメラ５ａの視野位置であり、光像１３ａｉがレーザスポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向幅の中央に位置すると、カメラ５ａのｚ方向狙い角と、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４のｚ方向投光角の両者が適切であると言える。スポットＳ１〜Ｓ４のそれぞれのｙ位置は、レーザ投光器８ａ１〜８ａ４の図示しない支持機構の支持角度を調整することによって同一にする。スポットＳ１〜Ｓ４に対するカメラ５ａの視野１１（１３ａｉ）のｙ位置は、モータ６ａの回転軸に固定されカメラ５ａを支持する機構の支持角度を調整することによって、スポットＳ１〜Ｓ４のｙ方向中央に調整する。ｙ，ｚ模擬壁面上で、スポットＳ１〜Ｓ４に対するリニアイメージカメラ５ａの視野位置を、レーザ光像１３ａｉにて目視確認でき、便利である。
【００３４】
再度図２を参照すると、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４は、ミラー管２に対して下向き傾斜でレーザ光線を出射する。透光板３ｂの内側にある、図示しない第２カメラ５ｂと第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４との組合せは、第１カメラ５ａおよび第１組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４を、透光板４ａの中心点に関して略、上下対称な関係にあり、上述の第１カメラ５ａによるレーザスポットの撮影と同様な撮影を行なう。すなわち、第２組のレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４が出射するレーザ光線の壁面上のスポットを撮影する。この第２カメラ５ｂの画面上では、第２カメラ５ｂがレーザ投光器８ｂ１〜８ｂ４の下方にあるので、壁面が窪んでいる所で、撮影画面上のレーザスポット像が下シフトし、突出している所で上シフトする。
【００３５】
再度図１を参照する。上述の第１カメラ５ａ，プロジェクタ１２ａ，第１および第２組のレーザ投光器８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４ならびに第２カメラ５ｂおよびプロジェクタ１２ｂ（透光板３ｂの内側に存在）の組合せすなわち組体、と同様な組体が、透光体３ｃ，４ｂ，３ｄの内側にある。したがって、多数のレ−ザ光線（Ｐ１等）が垂直柱１からミラー管２に出射されそこで反射されて壁面に当り、壁面にはｚ方向に実質上レンガピッチで分布する多数のレーザスポット（Ｓ１等）が現われる。透光板３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄの内側に各一個、計４台のリニアイメージカメラ（５ａ等）のそれぞれが、ミラー管１の鏡面を介してそれぞれ複数個のレーザスポットを撮影する。図３の（ａ）を参照すると、カメラ（およびレーザ光線）の指向方向を第１左鏡面９Ｌ１にすると、左壁面ＬＷを正面対向で見る画像が得られ、第２左鏡面９Ｌ２にすると、左壁面ＬＷを４５度方向斜めに見る画像が得られ、第２右鏡面９Ｒ２にすると、右壁面ＲＷを４５度方向斜めに見る画像が得られ、第１右鏡面９Ｒ１にすると、右壁面ＲＷを正面対向で見る画像が得られる。
【００３６】
垂直柱１の上端の上向きの透光板３ｅおよび下部の下向きの透光板３ｆの内側には、それぞれ一台の、天井面全幅（ｘ方向）および床面全幅（ｘ方向）の視野を有するリニアイメージカメラが装備されており、これらは、直接に天井面および床面を撮影する。壁面の凹凸の識別を容易にするために、これらのカメラの視野中心線は、水平面に対して４５度の角度（４５度ねらい）に設定されている。
【００３７】
ベースビームＢＢ，アッパビームＵＢ，垂直柱１およびミラー管２ならびにそれらを接続する中継管のすべてが、高耐熱のステンレス２重管であり、それらの内管と外管の間を冷却水が通流し、それらを内部から強制冷却する。ミラー管２の、鏡面９Ｌ１，９Ｌ２，９Ｒ１および９Ｒ２は、ステンレス管表面を平面に研磨し、そして鏡面研磨をして鏡面とした後、クロムメッキを施したものであり、鏡面も高耐熱である。
【００３８】
次に、上述の壁面観察装置の使用態様を説明する。カメラ５ａの指向方向を第１右鏡面９Ｒ１又は第２右鏡面９Ｒ２に設定して、炭化室内に水冷ランス（ＢＢ＋ＵＢ＋１＋２）を前進させながら、水冷ランスの移動１ｍｍごとに１パルスの割合で発せられる移動同期パルスが、１パルス発生する毎に、すなわちｙ方向に１ｍｍ進行する毎に、透光板３ａ〜３ｄの内側にある各カメラの１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換して、各カメラ宛ての右壁面用メモリ領域に書込み、同時に、透光板３ｅ，３ｆの内側にある各カメラの１ライン分の画像信号をＡ／Ｄ変換して、天井面宛ておよび床面宛てのメモリ領域に書込み、しかも、透光板４ｃ〜４ｅ（計６個）の内側にある各距離計（計６個）の計測距離デ−タを、距離計宛てのメモリ領域に書込む。水冷ランスは、蛇行や左右に振れながら前進するので、凹凸計算値を補正するために、先端部に図示しない蛇行センサを、同じく先端部に図示しない傾斜計も備えている。これらの計測値もメモリに書込む。
【００３９】
コークス炉炭化室のほぼ全長に渡って、上述の計測を終えると、カメラ５ａの指向方向を第１左鏡面９Ｌ１又は第２左鏡面９Ｌ２に設定して、水冷ランス（ＢＢ＋ＵＢ＋１＋２）を後退させながら、同様に計測を行なう。ただし、天井面および床面の撮影は済んでいるので、透光板３ｅ，３ｆの内側にある各カメラによる撮影は、行なう必要はない。
【００４０】
次に上述のようにして得た右壁面の画像デ−タの処理を説明する。右壁面用メモリ領域の、各カメラの画像デ−タを、順次に指定して、図４の（ａ）に示すように不要部の画像デ−タを切捨てる。次に、窯口に入った画像始端からｚ方向ｐmmの始端範囲の画像デ−タにシェ−ディング補正を施し、そして図４の（ｂ）に示すように、ｚ方向ｐmmの始端範囲を、ｚ方向小領域区分した各領域の平均輝度を求めて、各領域内の画像デ−タを規格化する。すなわち平均輝度に対する輝度差デ−タに変換する。そしてｚ方向各画素位置につき、同一画素位置にある輝度差デ−タを積算し、図４の（ｃ）に示すように、積算値がピ−クとなるｚ方向画素位置を、レーザスポット軌跡の開始点（ｙ０，ｚ０）と定める。
【００４１】
次に、図５の（ａ）に示すように、開始点ｙ０からｙ方向ｍ画素（ｍmm)進んだ位置ｙ１＝ｙ０＋ｍの、ｙ方向の３画素の輝度平均値を算出してｚ方向の輝度ピ−ク位置ｚ１を求める。そしてスポット軌跡メモリにｙ１対応でｚ１を書込む。次には、ｙ１からｙ方向ｍ画素進んだ位置ｙ２＝ｙ０＋２ｍの、ｚ方向の、ｚ１を中央とするｎ画素の画像デ−タ群をｚ方向にフィルタ処理してｚ方向の輝度ピ−ク位置ｚ２を求める。そしてスポット軌跡メモリにｙ２対応でｚ２を書込む。以下同様な処理を繰返すことによってスポット軌跡を追跡し、ｙ方向ｍ画素ピッチで、ｚ方向のスポット位置デ−タをスポット軌跡メモリに書込む。
【００４２】
ｙｉ位置においてｎ画素の画像デ−タ群から抽出した輝度ピ−ク値が設定レベルより低い（スポットが不明瞭な）場合は、図５の（ｂ）および（ｃ）に示すように、ｙ方向に１ピッチ（ｍ画素）進めて、ｙ（ｉ＋１）位置のピ−ク位置ｚ（ｉ＋１）を算出し、ｚｉを、〔ｚ（ｉ−１）＋ｚ（ｉ＋１）〕／２とする。
【００４３】
上述のスポット軌跡の追跡を終了し、スポット軌跡メモリのｚ位置を、ｙ方向で隣り合うものの間を線で結ぶ形で、２次元（ｙ，ｚ）ディスプレイに表示することにより、図４の（ｃ）に「切り出し画像」として示すスポット軌跡（横線）が現われる。これらの横線上のｚ方向に上下している位置が、壁面上の凹凸位置であり、ｙ平行線に対するｚ方向の上，下ピ−ク位置の差（Δｚ）が、凹凸の深さ又は高さ（Δｘ）に対応する。観察面が傾斜又は湾曲している所では、横線がｙ軸に対して傾斜したものとなり、傾斜角が観察面の傾斜角又は曲り半径に対応する。
【００４４】
以上の通り、上述の実施例によれば、コークス炭化室のほぼ全長にわたって、三角測量の原理で壁面の凹凸，傾斜，曲りを表わす計測デ−タを得ることができる。複数本のレーザ光線は、炉壁画像との重ね合せで同時に撮影されるので、損傷位置（ｙ，ｚ）の把握や、振動によるレーザスポットの乱れを容易に判別出来る。損傷部位とレンガの位置の対応付けができるので、補修（例えば溶射補修）位置を特定できる。水冷ランスをコークス炉外の試験場の模擬壁面の場所においたときには、プロジェクタより光を出射して、模擬壁面上でレーザ光線のスポット像に対するカメラ視野（プロジェクタの光像）の相対位置を視認することができ、便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】 図１に示す垂直柱１の、透光板３ａ，４ａ部の拡大縦断面図である。
【図３】 （ａ）は、図１に示す垂直柱１およびミラー管２の、透光板３ａ部の水平断面図である。（ｂ）は、図２に示すレーザ光源８ａ１〜８ａ４が出射したレーザ光Ｐ１〜Ｐ４が、鏡面９Ｌ１で反射されて垂直面にレーザスポットＳ１〜Ｓ４を表わし、これらのスポットをカメラ５ａが撮影する光路の概要を示す斜視図である。
【図４】 （ａ）は、図１に示す垂直柱１の内部にあるカメラの画像デ−タを記憶したメモリの、画像デ−タ群の切取処理の概要を示す平面図である。（ｂ）は、切取った画像デ−タ群の中のレーザスポット始点位置を決定するためのデータ処理の概要を示す平面図である。（ｃ）は、始点位置からスポット位置追跡によって得るスポット軌跡を示すグラフである。
【図５】 レーザスポット始点位置からスポット位置追跡を行なうための、画処理対象画像デ−タの摘出と処理を示す平面図である。
【符号の説明】
ＢＢ：ベースビーム
ＵＢ：アッパビーム
ＳＨ：シュー
９Ｒ１，９Ｒ２：第１，第２右鏡面
１：垂直柱
２：ミラー管
３ａ〜３ｆ，４ａ〜４ｅ：透光板
Ｌｗ：左壁面
ＲＷ：右壁面
ＣＷ：天井面
ＦＷ：床面
５ａ：リニアイメージカメラ
６ａ：電気モータ
７ａ：支持板
８ａ１〜８ａ４，８ｂ１〜８ｂ４：レーザ光源
９Ｌ１，９Ｌ２：第１，第２左鏡面
９Ｒ１，９Ｒ２：第１，第２右左鏡面
Ｐ１〜Ｐ４：レーザ光線
ＳＰ１〜ＳＰ３：固定の支持板
１０：鏡面上のカメラ視野
１１：基準垂直面上のカメラ視野
Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１ａ：レーザスポット
Ｓ１ｉ：カメラ５ａで見たレーザスポット像
Ｆｃｙ，Ｆｃｘ：カメラ５ａの光軸
Ａｅ：傾斜角
１２ａ：スリットレーザプロジェクタ
１３ａ：スリットレーザ
１３ａｉ，１３ａｒ：スリットレーザ光像
Claims (2)
- コークス炉炭化室の炉壁面の画像をリニアイメージカメラで撮影するコークス炉壁観察装置であって、
該コークス炉炭化室の高さ方向をｚ軸方法、奥行き方向をｙ軸方向、そして窯幅方向をｘ軸方向として、ｚ軸を含む平面上において該ｚ軸と直交する軸に対して傾斜したレ−ザ光線を射出し、コ−クス炉壁面にレ−ザスポットを現わす光源；
該レ−ザスポットを撮影する、高さ方向ｚに延びる直線状の視野を有するリニアイメ−ジカメラ；
前記光源およびリニアイメ−ジカメラを、ｚ軸を中心に旋回駆動する駆動手段；
該駆動手段を支持する支持台；
前記リニアイメージカメラで撮影した、複数のｙ位置における撮影画像データを記録する壁面用メモリ手段；
該壁面用メモリに記録された撮影画像データを基に画像処理して、前記コ−クス炉壁面上のレーザスポット軌跡を追跡して記録するスポット軌跡メモリ手段；
前記レーザスポット軌跡を表示する２次元ディスプレイ；および、
前記コ−クス炉壁面上のレ−ザスポットと前記リニアイメ−ジカメラの視野の位置を調整するために、リニアイメ−ジカメラと共に旋回して、該リニアイメ−ジカメラの旋回方向の視野位置と一致する、高さ方向ｚに延びる直線状の光像を形成する光を投射する投光器；
を備えるコ−クス炉壁面観察装置。 - 前記リニアイメ−ジカメラの前方にあってコ−クス炉壁面の光をリニアイメ−ジカメラに反射する、前記支持台に装備した反射手段；を更に備える請求項１に記載の壁面観察装置。
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