JP4853064B2 - ピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置および傾斜測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所などの高炉やコークス炉で発生した副生ガスを貯蔵するためのピストン型ガスホルダーに係り、特にその昇降ピストンの傾斜を測定する装置および傾斜測定方法に関するものである。

係るガスホルダーは、例えば、高さ約１００ｍ、直径約５０ｍのほぼ円筒状に形成された大型鋼構造物であるガスホルダ本体の内部にほぼ円板状の昇降ピストンが収容されており、この昇降ピストンが貯蔵ガス量に応じてガスホルダ本体内を垂直に昇降動するような構造となっている。そして、この昇降ピストンの周縁部には、オイルまたはグリスシール機構が設けられており、このオイルまたはグリスシール機構によって昇降ピストンの周縁部とガスホルダ本体内壁との間をシールすると共に、昇降時などの摺動摩擦など軽減するようになっている。

ところで、このような構造をしたガスホルダーは、通常は昇降ピストンが水平状態を保ったままガスホルダ本体内を垂直に昇降動するようになっているが、この昇降ピストンが大きく摩耗したり、ガスホルダ本体に変形が生ずると、昇降ピストンが斜めに傾いてしまい、オイルまたはグリスシール機構が破損してガスホルダ本体内壁との間に発生した隙間からガスが漏れ出してしまうおそれがある。

そのため、このガスホルダーの操業時には常にその昇降ピストンの傾きが許容範囲を超えないように監視する必要がある。
このガスホルダーの昇降ピストンの傾きを検出するための従来方法としては、例えば、昇降ピストン上の複数箇所に設置した液面計のレベル差を利用したり、以下の特許文献１などに示すように、ガスホルダ本体の天井に設置したレーザー距離計によって昇降ピストン上の反射器との距離を計測することで昇降ピストンの傾斜を連続的に監視するような方法が提案されている。
実開昭５７−１８６８１４号公報

しかしながら、クロンネ式ガスホルダーのように昇降ピストンが周方向の回転に対して拘束されていないタイプのガスホルダーの場合、液面計を用いた前者の方法では、その回転に伴って液面計の圧力導管などが大きく捩れてしまうことがある。
一方、レーザー距離計を用いた後者の方法では、その回転に伴って昇降ピストン上の反射器が回転しまい、正確な測定ができないケースが考えられる。
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その主な目的は、昇降ピストンの傾斜量を的確に検出できる新規なピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置および傾斜測定方法を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置は、
ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内をその貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンの傾斜を測定するためのピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置において、
前記昇降ピストン上に設けられた角錐形状の基準器と、
当該基準器を前記ガスホルダ本体の天井側から撮影する撮影手段と、
互いに直交する一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の頂部マーカと前記一対の補助ラインの交点との位置関係を求めることで前記昇降ピストンの傾斜量を検出する傾斜角算出手段と、
互いに直交する前記一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の側面角部分と前記一対の補助ラインとの位置関係を求めることで前記昇降ピストンの周方向の回転量を検出する回転量検出手段と、を有することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置は、
請求項１に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置において、前記傾斜量検出手段で算出された前記昇降ピストンの傾斜量が所定量を超えたときに警報する警報手段をさらに備えたことを特徴とするものである。

また、請求項３に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法は、
ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内をその貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンの傾斜を測定するためのピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法において、
前記昇降ピストン上に角錐形状の基準器を設けると共に、前記ガスホルダ本体の天井側に当該基準器をその上方から撮影する撮影手段を設けておき、
互いに直交する一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の頂部マーカと前記一対の補助ラインの交点との位置関係を求めることで前記昇降ピストンの傾斜量を検出するとともに、互いに直交する前記一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の側面角部分と前記一対の補助ラインとの位置関係を求めることで前記昇降ピストンの周方向の回転量を検出するようになっていることを特徴とする方法である。

また、請求項４に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法は、
請求項３に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法において、前記昇降ピストンの傾斜量が所定量を超えたときは、警報器を作動して警報することを特徴とする方法である。

請求項１の発明によれば、クロンネ式ガスホルダーのように昇降ピストンが周方向の回転に対して拘束されていないタイプのガスホルダーであってもその傾斜量を的確に計測することができるとともに、昇降ピストンの回転量をも正確かつ容易に計測することができる。
また、この基準器と撮影手段などは物理的に離れた状態であるため、従来の液面計を用いた方法のように昇降ピストンの回転に伴ってその圧力導管などが捩れてしまうような不都合を招くこともない。

請求項２の発明によれば、前記昇降ピストンの傾斜量が許容範囲などを超えた超えたときは、直ぐにその旨を監視員などに知らせることができるため、前記昇降ピストンの傾斜量の変動に対する自動監視や自動制御などが可能となる。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様に、クロンネ式ガスホルダーのように昇降ピストンが周方向の回転に対して拘束されていないタイプのガスホルダーであってもその傾斜量を的確に計測することができ、昇降ピストンの回転量をも正確かつ容易に計測することができるとともに、従来の液面計を用いた方法のように昇降ピストンの回転に伴ってその圧力導管などが捩れてしまうような不都合を招くこともない。

請求項４の発明によれば、請求項２の発明と同様に、前記昇降ピストンの傾斜量の変動に対する自動監視や自動制御などが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明に係るピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置１００の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこのピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置１００は、ガスホルダ本体１０内を昇降する昇降ピストン２０上に設けられた基準器３０と、この基準器３０をこのガスホルダ本体１０の天井側から撮影する撮影手段４０と、この撮影手段４０で撮影された基準器３０の画像に基づいて前記昇降ピストン２０の傾斜量を検出する傾斜量検出手段５０とから主に構成されている。

ここで、このガスホルダ本体１０は、従来のそれと同様にほぼ円筒状に形成されたものであり、供給ラインＬを介して図示しない高炉などで発生した副生ガス（ＣＯなど）をその底部から内部に導入するようになっている。また、昇降ピストン２０も同様にこのガスホルダ本体１０内を水平に横断するように円板状に形成されると共に、その周囲に設けられたオイルシール機構２０ａによって昇降ピストン２０の周縁部とガスホルダ本体１０内壁との間をシールすると共に、昇降時などの摺動摩擦など軽減するようになっている。

先ず、この基準器３０は、図１および図３に示すように円錐形状（コーン形状）に形成されており、その頂部３０ａが昇降ピストン２０の中心部に位置するように、その底部フランジ部分３０ｂ側が図示しない固定ボルトなどによって昇降ピストン２０側に固定されるようになっている。
そして、この頂部３０ａが他の部分と異なる色に着色（以後、これを「頂部マーカー３０ａ」という）されており、この基準器３０を上方から見たときに、この基準器３０に対する頂部３０ａの位置が容易に把握（視認）できるようになっている。

なお、図３（Ａ）中の点線は、昇降ピストン２０およびこの基準器３０の中心軸を示したものであり、この昇降ピストン２０が水平状態にあるときは、この中心軸は垂直状態となっている。
一方、撮影手段４０は、この基準器３０の直上から図１に示す破線部分で示す範囲で基準器３０を撮影するようになっており、例えば、市販のビデオカメラやデジタルカメラなどに用いられているＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの多数の撮像素子からなる汎用のものをそのまま利用することができる。そして、この撮影手段４０で撮影した基準器３０の画像データ（デジタルデータ）は、有線ケーブルや無線回線などを介して傾斜角算出手段５０側に常時あるいは随時出力するようになっている。

傾斜量検出手段５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび各種インタフェースなどのハードウェアと、このＲＯＭに記憶された専用の画像処理用ソフトウェアとからなる画像処理システムによって構成されており、この画像処理システムによって少なくとも画像データ取得部５０ａと、画像データ表示部５０ｂと、移動距離算出部５０ｃとが実現されるようになっている。

すなわち、画像データ取得部５０ａは、撮影手段４０で取得された画像データ（各画素毎のＲＧＢの色情報や輝度情報など）を前述した有線ケーブルや無線回線などを介して取得するように機能し、また、画像データ表示部６０ｂは、この画像データ取得部５０ａで取得した画像データを所定の倍率や位置関係などを調整してモニター５１上などに画像として表示（再現）するように機能するようになっている。

そして、移動距離算出部５０ｃは、後に詳述するように、この画像データ取得部５０ａで取得した画像データおよび画像データ表示部６０ｂで表示された画像に基づいてその基準器３０の頂部マーカー３０ａの水平方向の移動距離を算出し、その移動距離に基づいて前記昇降ピストンの傾斜角を算出すると共に、算出された傾斜角に応じて警報機５２などを作動させるようになっている。

次に、このような構成をした本発明の傾斜測定装置１００を用いた傾斜測定方法の一例を図２のフローチャート図、および図３、図４の説明図を参照しながら説明する。
先ず、図２のフローの最初のステップＳ１００に示すように、撮影手段４０を作動させてガスホルダ本体１０の天井側から昇降ピストン２０上の基準器３０を瞬間的（静止画）あるいは連続的（動画）に撮影し、撮影した画像データを傾斜量検出手段５０に取り込んで（画像データ取得）次のステップＳ１０２に移行する。なお、この画像データ取得処理に際してガスホルダ本体１０内が暗いため、明瞭な画像が得られない場合にはその撮影に際し図示しない照明器具を点灯させたり、この撮影手段４０として、暗い場所でも撮影が可能な暗視カメラなどを用いるようにすることは勿論である。

ステップＳ１０２では、この傾斜量検出手段５０が、前述したように取得した画像データを所定の倍率や位置関係などを調整してモニター５１上などに画像として表示（再現）する。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すように、昇降ピストン２０が完全に水平状態となってその中心に立設された基準器３０の中心軸Ｓと、撮影手段４０（カメラ）の撮影中心部分とが一致した表示画面Ｇの一例を示したものである。
ここで、図において、直交する一対の補助ライン（破線）Ｌ１、Ｌ２およびこれら補助ラインＬ１、Ｌ２の両端に表記された文字（Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗ）、ならびにサークル上のデッドラインＬ３などは表示用のテンプレートであり、撮影された基準器３０の画像に重ねて表示することで基準器３０の大きさや位置関係が容易に判別できるようになっている。

そして、図３（Ａ）に示すように、昇降ピストン２０が完全に水平状態となっているときは、図３（Ｂ）に示すように頂部マーカー３０ａとこの表示画面Ｇの中心部（補助ラインＬ１、Ｌ２の交点、以下同じ）とが完全に一致した状態となっているが、図４（Ａ）に示すように、この昇降ピストン２０がいずれかの方向に僅かでも傾斜するとその基準器３０の頂部マーカー３０ａの位置が大きく移動するようになり、これによって図４（Ｂ）に示すように、その基準器３０の頂部マーカー３０ａの位置が表示画面Ｇの中心部から大きくはずれることになる。

そのため、次のステップＳ１０４では、この表示画面Ｇに基づいてその表示画面Ｇに表示された頂部マーカー３０ａの位置がその表示画面Ｇの中心部と一致しているか、および一致していない場合はその表示画面Ｇの中心部に対する頂部マーカー３０ａの移動方向および移動距離を算出する。
図４（Ｂ）の例では、頂部マーカー３０ａの位置が補助ラインＬ２上であってその中心部からＷ側に距離ｌだけずれているため、昇降ピストン２０が水平状態に対してＷ−Ｅ方向にＨｓｉｎｌ°の角度（Ｈは基準器３０の高さ）で傾斜していることになる。

そして、このようにしてその表示画面Ｇの中心部に対する頂部マーカー３０ａの移動方向および移動距離を算出したならば、次のステップＳ１０６に移行してその頂部マーカー３０ａが表示画面Ｇ上のデッドラインＬ３に到達したか否かを判断し、到達しないと判断したとき（Ｎｏ）は、そのときの昇降ピストン２０の傾斜量（傾斜角）は、まだ許容範囲（安全範囲）であると判断して最初のステップＳ１００に戻って次に取得される画像データについて同様の処理を繰り返すことになるが、その頂部マーカー３０ａが表示画面Ｇ上のデッドラインＬ３に到達した（超えた）と判断したとき（Ｙｅｓ）は、次のステップＳ１０７に移行し、そのときの昇降ピストン２０の傾斜量（傾斜角）は、まだ許容範囲を超えるおそれがあるかまたは超えてしまった（注意範囲または危険範囲）と判断して警報器５２などを作動させることになる。

これによって昇降ピストン２０の傾斜角が許容範囲などを超えたことを直ぐに監視員などに知らせることができるため、前記昇降ピストン２０の傾斜角の変動に対する自動監視や自動制御などが可能となる。
そして、このような警報器５２による警報に対する処置、例えば、図示しないウィンチなどによる昇降ピストン２０の位置修正などの処置が行われたならば、次のステップＳ１０９に移行してその頂部マーカー３０ａが表示画面Ｇ上のデッドラインＬ３内に移動したか（戻ったか）否かをその後に取得される画像データに基づいて判断し、デッドラインＬ３内に移動していないと判断したとき（Ｎｏ）は、ステップＳ１０７に戻って引き続き警報器５２を作動させ続けるが、デッドラインＬ３内に移動したと判断したとき（Ｙｅｓ）は、最後のステップＳ１１１に移行してその警報器５２を停止させる。

これによって監視員などは、大きく傾斜していた昇降ピストン２０が許容範囲に戻ったことを知ることができる。
このように本発明装置および方法は、昇降ピストン２０上に設けられた基準器３０をＣＣＤカメラなどの撮影手段４０で撮影し、その画像に基づいて前記昇降ピストン２０の傾斜角を算出するようにしたため、クロンネ式ガスホルダーのように昇降ピストン２０が周方向の回転に対して拘束されていないタイプのガスホルダーであってもその傾斜量（角度）を的確に計測することができる。

また、この基準器３０と撮影手段４０などは物理的に離れた状態であるため、従来の液面計を用いた方法のように昇降ピストンの回転に伴ってその圧力導管などが捩れてしまうような不都合を招くこともない。
また、この基準器３０を円錐形状に形成し、この基準器３０の頂部マーカー３０ａの水平方向の移動距離に基づいて前記昇降ピストン２０の傾斜量を検出するようにしたため、より正確かつ容易にその傾斜量を測定することができる。

なお、本実施の形態のように撮影手段４０が固定されているのに対し、基準器３０側がこの撮影手段４０に対して移動（近接、離間）するような場合では、その昇降ピストン２０の高さ位置によって画像中における基準器３０のサイズが変化すると共にその画像上の移動距離も変化することになる。すなわち、昇降ピストン２０の昇降に伴ってカメラ４０と基準器３０との距離が変化することになるため、傾斜量が一定であるにも拘わらずその距離に応じて頂部マーカー３０ａの画面中心部に対する移動距離（ずれ量）が変わってくることになる。そのため、本発明ではこの傾斜量検出手段５０が常にその基準器３０のサイズ（例えば、そのフランジ部分）が一定になるようにその画像の倍率を適宜調整するようになっており、これによって高さ位置に起因する頂部マーカー３０ａの移動距離の違いを調整することができる。より具体的には、基準器３０のフランジ部分３０ｂの直径の最大値が常に一定となるようにその画像の倍率調整を行えば、係る不都合を解消することが可能となる。

また、本実施の形態では、基準器３０として円錐形状のものを用いたが、図５に示すように角錐形状であっても、あるいは円柱・角柱形状や棒状、さらには平面形状（マーク）であってもよい。
そして、図５に示すようにその基準器３０として角錐形状の用いた場合には、その側面角部分が円錐形状のものに比べて明瞭に視認可能であるため、図６に示すようにその側面角部分３０ｃと補助ラインＬ１、Ｌ２などとの位置関係を求めることで、昇降ピストン２０の傾斜角および傾斜方向のみならず、その回転角θをもさらに詳細に測定することができる。
ちなみに、基準器３０として平面形状のもの、例えば図形などを用いた場合は、昇降ピストン２０の傾斜に伴ってその図形が傾斜方向に歪むように変形することから、変形後の図形と元の図形とを照合し、その変形量を算出することで昇降ピストン２０の傾斜量を求めることも可能である。

本発明に係るピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置の実施の一形態を示す説明図である。 本発明に係るピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法の流れを示すフローチャート図である。 基準器およびその撮影画面の一例を示す説明図である。 基準器およびその撮影画面の一例を示す説明図である。 他の基準器の撮影画面の一例を示す説明図である。 他の基準器の撮影画面の一例を示す説明図である。

符号の説明

１００…ピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置
１０…ガスホルダー本体
２０…昇降ピストン
３０…基準器
３０ａ…頂部マーカー
３０ｂ…フランジ部
４０…撮影手段
５０…傾斜量検出手段
５１…モニター
５２…警報器（警報手段）
Ｇ…表示画面
Ｌ１、Ｌ２…補助ライン
Ｌ３…デッドライン

Claims (4)

1. ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内をその貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンの傾斜を測定するためのピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置において、
   前記昇降ピストン上に設けられた角錐形状の基準器と、
   当該基準器を前記ガスホルダ本体の天井側から撮影する撮影手段と、
   互いに直交する一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の頂部マーカと前記一対の補助ラインの交点との位置関係を求めることで前記昇降ピストンの傾斜量を検出する傾斜角算出手段と、
   互いに直交する前記一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の側面角部分と前記一対の補助ラインとの位置関係を求めることで前記昇降ピストンの周方向の回転量を検出する回転量検出手段と、を有することを特徴とするピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置。
2. 請求項１に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置において、
   前記傾斜量検出手段で算出された前記昇降ピストンの傾斜量が所定量を超えたときに警報する警報手段をさらに備えたことを特徴とするピストン型ガスホルダーの傾斜測定装置。
3. ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内をその貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンの傾斜を測定するためのピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法において、
   前記昇降ピストン上に角錐形状の基準器を設けると共に、前記ガスホルダ本体の天井側に当該基準器をその上方から撮影する撮影手段を設けておき、
   互いに直交する一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の頂部マーカと前記一対の補助ラインの交点との位置関係を求めることで前記昇降ピストンの傾斜量を検出するとともに、互いに直交する前記一対の補助ラインからなる表示用テンプレートを前記撮影手段で撮影された前記基準器の画像に重ね合わせ、前記基準器の側面角部分と前記一対の補助ラインとの位置関係を求めることで前記昇降ピストンの周方向の回転量を検出するようになっていることを特徴とするピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法。
4. 請求項３に記載のピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法において、前記昇降ピストンの傾斜量が所定量を超えたときは、警報器を作動して警報することを特徴とするピストン型ガスホルダーの傾斜測定方法。

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