JP5420214B2

JP5420214B2 - コークス炉の炉壁診断方法および炉壁診断装置

Info

Publication number: JP5420214B2
Application number: JP2008217106A
Authority: JP
Inventors: 裕修稲益; 英雄松下; 孝吉原
Original assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: JP2010053180A

Description

本発明は、コークス炉内を撮影した画像を解析しコークス炉の炉壁状態を診断する方法に関し、より詳しくは、撮影画像に混入したコークス塊の落下等による外乱を判別除去して診断の精度を高めることができるコークス炉の炉壁診断方法および炉壁診断装置に関するものである。

コークス炉は、炭化室と燃焼室が炉団方向に交互に配置されている構造からなり、コークス炉の炉上を炉団方向に走行する石炭装入車から炭化室内に石炭が装入され、燃焼室の熱をその炭化室に伝えることにより装入された石炭を乾留しコークスを製造するようになっている。

この種のコークス炉の多くは築炉から３０年を経過し老朽化しており、炭化室の壁面では、カーボンの付着、成長、剥離が繰り返され、コークス押出し抵抗を増加させている。このコークス押出し抵抗の増加は、押出し力の上昇を招き、窯出しトラブルを引き起こす原因となるため、炉壁の状態を観察することは安定操業を行うために極めて重要な検査項目になっている。

炉内観察は、図１５に示すようにコークス押出しが行われている時、具体的には、炉蓋が外され、炭化室５０で乾留された赤熱コークス５１を、ラムビーム５２先端のラムヘッド５３により炉外に待機しているガイド車（図示しない）に押し出している間に行われるが、炉内温度が約１１００℃と高温であり炉の間近まで近寄れないこと、炉幅は４５０ｍｍ前後と狭いのに対し奥行きは約１５ｍと長く視界が悪いこと、また、操業度にもよるが炉内を観察できる時間が約３分程度と制限されていること等、目視による炉内観察は容易でない。なお、図中、５４は炉壁に付着したカーボンを示しており、各石炭装入孔５５から石炭が装入されることによって石炭装入孔５５の下方に生じた損傷部分にそのカーボンの付着が多く見られる。

そこで、コークス炉炭化室の窯口より、内部の炉壁全域を撮影する装置を挿入し、撮影した炭化室内の画像から炭化室の診断を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記コークス炉の炉体診断方法によれば、撮影された炭化室内壁画像から、複数の損傷領域を抽出し、抽出したそれぞれの内壁損傷領域毎に、位置、形態を定量的に示すための複数項目の特徴量が算出され、その特徴量の値から損傷部位の名称が分別され、損傷部位の最大外接長方形大きさで部分画像として切り出され、損傷部位データとして算出かつ収集される。それにより、損傷部位データの特徴量や損傷名称から、炉団中のどの炭化室にどのような損傷が分布しているか等の検索が容易に行えると記載されている。
特開平１１−２５６１６６号公報

しかしながら、炭化室内に撮影装置を導入して内壁を撮影する上記炉体診断方法では、撮影画像に外乱が混入すると、その撮影画像に基づいて処理される炉体診断の精度が低下するという問題がある。

具体的には、ビデオカメラを搭載したカメラ搬送用ランスを炭化室内に導入し、窯奥方向に移動しながら内壁面を撮影する際において、炭化室内ではコークス塊が落下したり、炎や粉塵が発生しており、これらが外乱として撮影画像に混入すると、炉壁の損傷として誤検出されてしまうからである。

本発明は以上説明したようなコークス炉の炉壁状態を、画像解析によって診断する方法における課題を考慮してなされたものであり、コークス塊の落下等による外乱を判別除去して炉壁診断の精度を高めることができるコークス炉の炉壁診断方法および炉壁診断装置を提供することにある。

本発明に係るコークス炉の炉壁診断方法は、
炭化室内に撮影装置を挿入し、炉壁を撮影した炉壁映像を画像分析することにより上記炭化室の炉壁診断を行うコークス炉の炉壁診断方法において、
コークス押出し毎に上記炭化室内の炉壁を上記撮影装置によって撮影し、
撮影された上記炉壁映像から、上記炭化室の炉長方向の複数位置に対応する炉壁画像を切り出し、
切り出した上記炉壁画像を、コークス押出しサイクル別に記憶部に記憶し、
上記記憶部に記憶された各炉壁画像を読み出し、上記炭化室内を落下するコークス塊および炭化室内に発生する炎・粉塵の少なくともいずれか一方を外乱として判別し、
外乱と判定された上記炉壁画像中の領域を、上記画像分析の対象領域から外すことを要旨とする。

ラムビームのコークス押出し方向と逆向きに設置されている上記撮影装置では、コークス押出し時にラムヘッドの上部から落下するコークス塊が炉壁映像に重なって、また、炭化室内で発生した炎、または粉塵が炉壁画像に重なって映る場合がある。これらは正常な炉壁診断を阻害する要因となるため、本発明では外乱と総称する。

また、上記炎と粉塵は、画像上では同じ現象として処理することができるため、本発明では炎と粉塵を一つの外乱とし、炎・粉塵と記載する。

本発明の炉壁診断方法において、切り出した上記炉壁画像をＲ成分，Ｇ成分，Ｂ成分の各画像に分解し、Ｂ成分画像を用いて上記コークス塊を判別することが好ましい。

また、上記炎・粉塵についてはＧ成分画像を用いて判別することが好ましい。

本発明の炉壁診断方法において、輝度が暗く且つ円形に近い領域を選択すれば、上記コークス塊を判別することができる。

本発明の炉壁診断方法において、所定の広さを有する領域が１つのみであれば、上記炎・粉塵を判別することができる。

本発明の炉壁診断方法において、上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した炉壁画像と、任意の押出しサイクルにおける上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した別の炉壁画像とを、同じ炭化室の同じ切出位置同士で比較することにより、両炉壁画像における画像の差分を計算すれば、この差分が、予め設定されているしきい値を超えた場合に炉壁異常と診断することができる。

また、上記計算された差分を、コークス押出しサイクル数分について履歴として作成し、上記差分の履歴を観察すれば、炉壁状態の傾向を把握することができる。

本発明の炉壁診断方法において、上記撮影装置をコークス押出し機に常設すれば、コークス炉のすべての炭化室について炉壁映像を撮影することができる。

本発明に係るコークス炉の炉壁診断装置は、
炭化室内に撮影装置を挿入し、炉壁を撮影した炉壁映像を画像分析することにより上記炭化室の炉壁診断を行うコークス炉の炉壁診断装置において、
上記炉壁診断装置が、
上記撮影装置によって撮影された炉壁映像から、上記炭化室の炉長方向の複数位置に対応する炉壁画像を切り出す画像切出し部と、
切り出した上記炉壁画像をコークス押出しサイクル別に記憶する記憶部と、
上記記憶部に記憶された各炉壁画像を読み出し、上記炭化室内を落下するコークス塊、または炭化室内に発生する炎・粉塵等の外乱の有無を判別し、外乱と判定された上記炉壁画像中の領域を、上記画像分析の対象領域から外す外乱処理部と、
上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した炉壁画像と、任意の押出しサイクルにおける上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した別の炉壁画像とを、同じ炭化室の同じ切出位置同士で比較することにより、両炉壁画像における画像の差分を計算し、この差分が、予め設定されているしきい値を超えた場合に炉壁異常と診断する炉壁診断処理部とを備えてなることを要旨とする。

本発明によれば、画像解析によってコークス炉の炉壁状態を診断するにあたり、コークス塊の落下等による外乱を判別除去することができるため、炉壁診断の精度を高めることができるという長所を有する。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

1 炉壁診断装置の構成
図１は、本発明に係るコークス炉の炉壁診断装置の構成を示したものである。

同図において、コークス押出機１は、ラムヘッド２と、このラムヘッド２を水平方向に往復移動させるためのラムビーム３とからなる押出ラム４を備えており、炭化室内で乾留された赤熱コークスをラムヘッド２によって炉外に押し出すようになっている。

上記ラムビーム３上で且つラムヘッド２寄りには支持スタンド５が立設されており、この支持スタンド５に撮影装置６が設置されている。

なお、本実施形態では１台の撮影装置６による炉壁の撮影について説明するが、炉壁全域を詳細に撮影する場合には複数台の撮影装置を設置することもできる。例えば、撮影装置６の上方に撮影装置を設置すれば炉壁上部の詳細を撮影することができ、ラムビーム３の下側に撮影装置を設置すれば炉壁下部の詳細を撮影することができる。

図中、Ａはコークス押出し方向を示し、Ｂは撮影装置６による観察方向を示し、θａはその撮影装置６に搭載されているＣＣＤカメラの画角を示している。なお、このＣＣＤカメラは冷却機構によって炉内の高温から保護されるようになっている。

上記撮影装置６の信号系統は、図示しない巻取装置のドラム一方側から巻き解かれた信号／電源ケーブル６ａを介して押出機運転室７内のコンピュータ８と接続され、炉内の映像は、押出機運転室７内のモニター９によりリアルタイムで観察することができるようになっている。

上記コンピュータ８は、プッシャーサイド窯口からコークスサイド窯口までの間で撮影された炉壁映像から複数の炉壁画像を切り出す画像切出し部８ａと、炉壁診断処理を実行するにあたり前処理として外乱を判別除去する外乱処理部８ｂと、外乱が除去された画像に基づいて炉壁の診断を行う炉壁診断処理部８ｃを有している。なお、各処理部８ａ〜８ｃの動作については後述する。

上記コンピュータ８は、押出機運転室７から離れた管理室のデータベース（記憶部）１０に接続され、このデータベース１０は、その管理室のコンピュータ１１と接続されている。なお、上記データベース１０はハードディスク装置から構成することができる。また、上記コンピュータ８とデータベース１０の接続は有線接続に限らず、無線で送信することもできる。

また、ラムビーム３をコークス押出し方向（Ａ方向）に移動させる駆動モータ１２にはエンコーダ１３が搭載されている。このエンコーダ１３から出力される位置信号Ｓａは、上記したコンピュータ８に与えられ、コンピュータ８はそのエンコーダ１３から出力されるパルス信号に基づき、駆動モータ１２の回転数を検出することができ、それにより、上記撮影装置６による撮影位置を計算することができる。

上記構成において、コークス押出し時に押出ラム４がプッシャーサイドからコークスサイドに移動すると、エンコーダ１３から出力される位置信号Ｓａと、撮影装置６によって撮影された炉壁映像信号Ｓｂがそれぞれコンピュータ８に与えられる。

また、炉壁映像信号Ｓｂはモニター９にも与えられ、炉壁の状態をリアルタイムで観察することができるようになっている。

上記コンピュータ８は、上記エンコーダ１３から出力される位置信号Ｓａを利用し、プッシャーサイド窯口からコークスサイド窯口に向けて、一定間隔毎（本実施形態では１００〜３００ｍｍピッチ）に上記炉壁映像から炉壁画像を切り出す処理を実行する。

また、コンピュータ８には警報装置１４が接続されており、押出し時に異常が検出された場合には、その警報装置１４によってアラームを報知するようになっている。

上記コンピュータ８は、コークス押出しサイクル毎に上記画像切出し処理を実行し、経時的に得られる炉壁画像は、位置情報と対応付けられてデータベース１０に蓄積される。また、炉壁画像は、コークス押出しサイクル別に蓄積される。

このデータベース１０は上記コンピュータ１１からアクセス可能であり、蓄積された炉壁画像データ等に基づいて、炉壁状態を管理することができるようになっている。

2 炉壁診断方法
2.1 炉壁の撮影
図２は、上記撮影装置付きコークス押出機１と炉壁の配置を示したものである。

炭化室Ｃの炉頂部には、コークス押出し方向に沿って複数の石炭装入孔が配列されており、これらの石炭装入孔の下方の左右両側壁には、カーボンの付着、成長、剥離によって炉壁変化部Ｄが現れる。

図中Ｅは、その炉壁変化部Ｄを撮影装置６によって撮影した左右側壁の映像を示しており、この映像Ｅは、コークス押出しサイクル毎に連続的に、すなわち動画として撮影されるようになっている。なお、図中、Ｌはプッシャーサイド窯口からコークスサイド窯口までの距離を示しており、本実施形態では１５，５６０ｍｍである。

2.2 炉壁診断の概念
図３は本発明の炉壁診断処理の概念を図示したものである。

上記画像切出し部８ａにより、撮影された炉壁映像から一定距離毎に切り出された炉壁画像（静止画）を、同一の炭化室について押出しサイクル別に並べたものである。本実施形態では押出しサイクルの内、１１０サイクル〜１１２サイクルを例示している。

同図において、各炉壁画像の横方向は押出しサイクル数を示している。縦方向は、プッシャーサイド窯口（０ｍｍ）からコークスサイド窯口（１５，５６０ｍｍ）の間で炉長方向に切り出した画像を示している。なお、説明を簡単にするため、切出し位置の中間の画像は省略している。

炉壁診断処理部８ｃは、このように、切り出された炉壁画像を押出しサイクル毎に配列し、炉壁の変化を同じ切出し位置同士で比較するようになっている。

例えば、隣接する１１０サイクルと１１１サイクルの炉壁画像を比較することにより、または隣接する１１１サイクルと１１２サイクルの炉壁画像を比較することにより、炉壁の異常をリアルタイムで検出することができる。

なお、本実施形態では押出しサイクルが連続している中で隣接する炉壁画像同士を比較する場合を例に取り説明するが、炉壁診断の対象となる炉壁画像は、押出しサイクルが連続する場合に限らず、任意の押出しサイクルの炉壁画像同士を比較することもできる。

なお、図中、Ｆはカーボンが剥離することによって生じた亀裂、すなわち異常が検出された部分を示している。

また、炉壁画像が空窯直後である場合は、この炉壁画像を基準とし、基準炉壁画像と次のサイクルの炉壁画像、さらに次の炉壁画像というように、順次、基準炉壁画像と以降のサイクルの炉壁画像とを比較することにより、炉壁状態の傾向を把握することが可能になる。

なお、図３では一つの炭化室について炉長方向に撮影した炉壁画像を示しているが、撮影装置６はコークス押出機１の常設されているため、コークス炉のすべての炭化室について炉壁を撮影することが可能である。

2.3 外乱処理
次に、外乱処理部８ｂによる処理動作について説明する。

2.3.1 コークス塊検出処理
図４〜５において、外乱処理部８ｂは、データベース１０から分析対象となる炉壁元画像を読み出し、その元画像から外乱を除去するため、第１の処理としてコークス塊の検出を行う。

まず、上記元画像をＲ，Ｇ，Ｂのチャンネル毎に分け、コークス塊の検出に最も有効なＢ画像を選択する（ステップＳ１）。

次いで、コークス塊がはっきりと判別できるようにするため、Ｂ成分画像のコントラストを強調する（ステップＳ２）。

次いで、コークス塊は輝度がかなり低いという第一の特徴があるため、コークス塊を検出するために画像内で０≦輝度≦２０の暗い領域を、コークス塊候補として抽出する（ステップＳ３）。

次いで、画像の周囲を一定幅削り（ステップＳ４）、領域における共通部分、すなわち、コークス塊候補である部分を抽出する（ステップＳ５）。

画像の周囲を一定幅削る目的は、画像の周縁部（輝度が低い）近傍にコークス塊が存在していると、その周縁部にコークス塊が埋もれてしまい検出から漏れる虞れがあるため、これをなくすことにある。なお、除外する幅は１０ピクセル程度が好ましい。

ただし、画像全体は縦４８２ピクセル×横６４０ピクセルから構成されているものとする。

次いで、コークス塊はほぼ円形をなしているという第二の特徴を利用して、クロージング処理を行う（ステップＳ６）。

上記抽出されたコークス塊候補は複数の領域の集まりであり、後の処理を行うにはその領域の集まりを連結させる必要がある。そのため、公知の円形構造要素を用いるクロージング処理を施すことにより、領域をつなぎ、凹凸をなくして領域の境界を滑らかにする。また、連結されない細かな領域はノイズとして除去し、離れた領域は別の領域として処理する（ステップＳ７）。

次いで、外乱としてのコークス塊を選別する。

この段階で画面上に極めて小さな領域が複数存在するが、それがコークス塊であったとしても炉壁診断の解析に与える影響は少ない。一方、領域が大きすぎる領域は、コークス塊である可能性は低い。したがって小さすぎず大きすぎない中間サイズの閉領域、具体的には２００ピクセル≦領域≦４０００ピクセルをコークス塊として選択する（ステップＳ８）。

次いで、コークス塊候補の領域内に存在する凹部を埋める処理を行う（ステップＳ９）。

詳しくは、コークス塊候補の一部から炎が出ていると、その炎部分は輝度が高いため、コークス塊の領域の一部が凹んだ状態で現れる。そこで、その凹みを減らす補正を行う。

さらに、コークス塊の形状は丸に近いと期待されるため、コークス塊候補の領域の丸さでコークス塊を選別する。

円の場合の真円度は１となり、この真円度の値は物体が長かったり孔が空いていると減少していく。そこでコークス塊候補の中から真円度が０．４７５以上である領域を選別し（ステップＳ１０）、丸くない領域は除外する。

上記真円度の値は試行錯誤によって確立されたものであり、０．４７５を下回る場合にはコークス塊以外のノイズが含まれる確率が高くなる。

次いで、コークス塊候補の領域内の平均輝度が１００以下の領域を拡大する（ステップＳ１１）。これは、ぼかし処理のコークス塊への影響を減らすためである。

なお、平均輝度が１００を上回る場合とは、例えば上記ステップＳ２のコントラスト強調処理においてノイズが混入するような場合であるから、この領域については拡大しない。

上記処理を実行することにより外乱であるコークス塊を検出することが可能になり、コークス塊として検出された領域は、後述する画像解析の範囲から除かれる。

2.3.2 炎・粉塵検出処理
図６〜７は炎・粉塵検出処理を示したものである。

炎・粉塵はコークスサイド付近に現れやすく、これらが画像に混入すると、画像のほぼ全域が画像分析の際の画像の差分として認識されてしまう。そこで外乱である炎・粉塵についても検出する。

炭化室の正常な炉壁画像は、明るい壁が左右に分れて映し出され、それらの中央に押出機ラムビームが暗く縦方向に映し出されている。

一方、輝度の高い炎・粉塵が発生すると上記通路が消え、左右の炉壁の領域がその炎・粉塵によってつながった状態となる。

したがって、左右の炉壁画像が分離しているかどうか、すなわち領域が２個以上であれば正常画像、１個以下であれば炎・粉塵として検出する。

以下、詳しく説明する。

上記元画像をＲ，Ｇ，Ｂのチャンネル毎に分け、今回は、炎・粉塵の検出に最も有効なＧ画像を選択する（ステップＳ１２）。炎・粉塵を検出するにはＲ画像は明るすぎ、また、Ｂ画像は暗すぎるためである。

次いで、炉壁部分を抽出するために、９５≦輝度≦２５５によって指定した範囲内の輝度のピクセルを選択する（ステップＳ１３）。

次いで、円形構造要素を用いるオープニング処理を施すことにより、細かい領域を消去する（ステップＳ１４）。このとき、画像の乱れ等によって生じた横線（左右の炉壁画像を連絡してしまう）についても消去する。

次いで、画像の下１／３の領域Ｓを選択する（ステップＳ１５）。

画像の上部や中央部分については照明等の影響を受けて、正常画像であっても左右の炉壁画像がつながって見える場合がある。このような照明等の影響を受けないようにするため、画像の下１／３の領域Ｓを選択する。

次いで、島状に離れた領域を別の領域とする（ステップＳ１６）。これは、分れた領域の箇所をカウントするための下準備である。

次いで、面積で示される形状特徴量に基づいて領域を選択する（ステップＳ１７）。

中央部で分れていない炎・粉塵画像であっても、その周囲に小さな島状の領域があると、その小さな領域もカウントされることにより、分割された二つの領域、すなわち正常な左右炉壁画像があると検出されてしまう。そこで、このような誤検出を防止するために、ある程度大きな面積を有する領域のみを選択する。

具体的には、１，５００ピクセル≦領域≦９９９，９９９ピクセル
の条件を満たす領域を選択する。

ステップＳ１７によって選択された領域が１個であれば、炎・粉塵画像として検出し、炎・粉塵検出処理を行った元画像については、画像分析の処理を行わない。

ステップＳ１７によって選択された領域が２個以上であれば、正常画像であるため、後述する炉壁画像の分析処理に移行する。

2.4 炉壁診断処理
2.4.1 外乱が無い場合の炉壁診断処理
まず、外乱が無い場合の炉壁診断処理部８ｃが行う炉壁診断処理について、図８〜図９を参照しながら説明する。

図８において、まず、炉壁診断処理部８ｃは、コークス押出しが行われた今回の炉壁画像を作業メモリから読み込む（ステップＳ２０）。

次いで、撮影画像に起因するノイズ、および炉壁から僅かにカーボンが剥離するなどの炭化室内の微細な変化を削除する目的で画像のぼかし処理を行うとともに、右側炉壁画像について楕円に切り取った範囲を解析範囲Ｍ_Ｒとし、左側炉壁について同じく楕円に切り取った範囲を解析範囲Ｍ_Ｌとする（ステップＳ２１）。

なお、解析範囲の切り取り形状は上記楕円に限らず、円形、四角形であってもよい。

なお、楕円に切り取る理由は、炉壁画像の周辺部分については撮影条件等に起因する差が大きく、炉壁画像の比較に適さないからである。

上記ぼかし処理は、図１０(ａ)に示すように、炉壁画像上でターゲットマスＴを決め、このターゲットマスＴを含み、その周囲のマス（本実施形態では太実線Ｓ内の３×３マス）の輝度の平均値を取り、この平均値をターゲットマスＴの輝度とするという処理を、炉壁画像内のすべてのマスについて行う。

図１０(ａ)の例で説明すると、（３＋２＋３＋１＋３＋２＋２＋１＋１）／９＝２
となり、この平均値２をターゲットマスＴの輝度として置き換える。

また、炉壁画像端部のマスについては、図１０(ｂ)に示すように、境界部分Ｕで輝度（３，２，３）の値をコピーする。

この場合のターゲットマスＴ′の輝度は（３＋２＋３＋３＋２＋３＋１＋３＋２）／９＝２．４となる。このようにして炉壁画像に対し、ぼかし処理が施される。

図８に戻って説明する。

今回の炉壁画像の平均輝度Ｖｂを算出する（ステップＳ２２）。

次に、前回コークス押出しサイクル時の同じ切出し位置の炉壁画像を読み込む（ステップＳ２３）。

この前回の炉壁画像についても、ステップＳ２１と同様に、ぼかし処理を行うとともに解析範囲を指定する（ステップＳ２４）。

次いで、前回サイクルの炉壁画像の平均輝度Ｖａを算出する（ステップＳ２５）。

次いで、前回の炉壁画像の輝度に、今回の炉壁画像の輝度を合わせる補正を行なう（ステップＳ２６）。

上記補正は、補正対象炉壁画像内の各ピクセルの輝度を（Ｖａ／Ｖｂ）倍することにより、今回炉壁画像の平均輝度を前回炉壁画像の輝度に合わせ込む。具体的には、Ｖａ＝２００、Ｖｂ＝２０６である場合、補正対象炉壁画像のある点を代表としてその点の輝度がＲ＝２５４、Ｇ＝１６１、Ｂ＝５５とすると、Ｒ：２５４×２００／２０６＝２４６、Ｇ：１６１×２００／２０６＝１５６、Ｂ：５５×２００／２０６＝５３と補正する。この輝度補正を、補正対象炉壁画像のすべてのピクセルに対して行う。

次いで、図９に示すように、今回の炉壁画像と前回の炉壁画像の差分画像を取得する（ステップＳ２７）。

差分計算は、例えば、前回の炉壁画像における輝度データが、Ｒ＝２２８，Ｇ＝１３６，Ｂ＝３７であり、今回の炉壁画像の輝度データが、Ｒ＝２３６，Ｇ＝１４２，Ｂ＝３３であるとすると、前回の炉壁画像の輝度−今回の炉壁画像の輝度＋１２８をピクセル毎に計算する。
Ｒ＝２２８−２３６＋１２８＝１２０
Ｇ＝１３６−１４２＋１２８＝１２２
Ｂ＝３７−３３＋１２８＝１３２
となり、三色の平均は１２５となる。
なお、１２８は、輝度を２５６階調で表現した際の中間値である。

両炉壁画像の輝度が同じであれば１２８になり、両炉壁画像の差が少なければ少ないほど１２８に近づくため、１２８±１０の範囲より外側のピクセルを画像の差分として抽出している。具体的には輝度１１８（しきい値）未満、若しくは輝度１３８（しきい値）を超えるものを差分画像として取得している。

なお、上記しきい値は、変化のあった部位を検出する精度を高めるために適宜設定される。

差分画像Ｍ_Ｄについて、上記しきい値を超える領域をピクセル単位で測り、変化のあった部位を抽出する（ステップＳ２８）。

同図において、解析範囲Ｍ_Ｌ内に複数、島状に見える領域Ｎ_Ｌ、および解析範囲Ｍ_Ｒ内に複数、島状に見える領域Ｎ_Ｒが上記しきい値以上の領域を示している。これらの領域Ｎ_ＬおよびＮ_Ｒは、他に比べて輝度の変化が大きい部分であり、炉壁異常部分を示している。

2.4.2 撮影画像に外乱としてのコークス塊が含まれる場合の炉壁診断処理
図１１はコークス塊の検出有無による炉壁診断の画像解析を比較したものであり、同図(ａ)はコークス塊を検出しない炉壁診断例を示し、同図(ｂ)はコークス塊検出処理を行なうようにした本発明の炉壁診断例を示している。

図１１(ａ)において、コークス塊検出処理無しの場合、１１１サイクルと１１２サイクルの各炉壁画像の比較で差分面積“３００”が検出され、また、１１２サイクルと１１３サイクルの各炉壁画像の比較でも差分面積“２４０”が検出される。このように、従来の画像解析であれば、上記差分面積が基準値を超えるため、正常な炉壁であるにもかかわらず補修を必要とする異常部位として検出されることになる。

一方、図１１(ｂ)に示す炉壁診断例では、１１１サイクルと１１２サイクルの各炉壁画像の比較において差分面積が“３００”から“３０”に抑制され、また、１１２サイクルと１１３サイクルの各炉壁画像の比較では差分面積“２４０”から“０”に抑制されており、正常な炉壁が異常と誤検出されることがなく、その結果、炉壁診断の精度を高めることができた。

2.4.3 撮影画像に外乱としての炎・粉塵が含まれる場合の炉診断処理
図１２は炎・粉塵の検出有無による炉壁診断の画像解析を比較したものであり、同図(ａ)は炎・粉塵を検出しない従来の炉壁診断例を示し、同図(ｂ)は炎・粉塵検出処理を行うようにした本発明の炉壁診断例を示している。

図１２(ａ)において、炎・粉塵検出処理無しの場合、炎・粉塵が発生していない１１０サイクルと１１１サイクルの各炉壁画像の比較では差分面積“１７”と小さいが、１１１サイクルと１１２サイクルの各炉壁画像の比較では、１１２サイクル側で炎・粉塵が発生したため、差分面積の値“１１９１”と大幅に上昇し、１１２サイクルと１１３サイクルの各炉壁画像の比較においても差分面積の値は“９１２”と上昇している。

このように、１１２サイクルで炎・粉塵が発生すると、差分面積を計算する通常の画像解析であれば、上記差分面積が基準値を超えてしまうため、１１１サイクル以降は正常な炉壁であるにもかかわらず補修を必要とする異常部位として誤検出されてしまう。

これに対し、図１２(ｂ)に示す炎・粉塵検出処理を行うようにした本発明の炉壁診断例では、１１２サイクル目で炎・粉塵を検出すると、対象画像をＮＵＬＬ、すなわちデータを持たない状態に置き換えられるため差分面積を求める処理は行われない。その結果、異常部位の誤検出が防止され、炉壁診断の精度を高めることが可能になる。

図１３は、コークス塊を検出しない炉壁診断処理とコークス塊を検出するようにした本発明の炉壁診断処理とを、数値データの推移によって比較したグラフである。

同グラフにおいて、横軸は押出しサイクルを示し、左縦軸は押出し電力を示し、右縦軸は炉壁画像から差分を数値化したデータ（ピクセル数）を示している。

押出しサイクル“０”は空窯（カーボンを除去した状態）を示し、グラフ右側に向けてコークス製造サイクルが増加している。

押出しサイクル“０”ではカーボンが除去されて炉壁が肌荒れした状態にあり、それによりグラフ中、Ｈ_１に示すように、押出し電力Ｗは増加し且つ不安定な状態になるが、押出しサイクルが増えるにつれ、カーボンが良好に付着して壁面の平滑性が向上し、結果としてグラフ中、Ｈ_２に示すように押出し電力Ｗはほぼ安定していく。

しかしながら、コークス塊を検出しない処理の場合、数値データの推移Ｍにおいて、押出し電力Ｗが上昇していないにもかかわらず、数値データのピークＰ_１、Ｐ_２が（破線で示した部分Ｍａ参照）現れるため、これらのＰ_１、Ｐ_２は炉壁異常と誤診断される。

なお、上記ピークＰ_１は、図１１(ａ)で示した１１１サイクルと１１２サイクルとの差分面積“３００”と、ピークＰ_２は、同じく１１２サイクルと１１３サイクルとの差分面積“２４０”に対応している。

これに対し、コークス塊の検出処理を行うようにした本発明では、上記したようにコークス塊が検出された領域については分析から除外されるため、上記数値データのピークＰ_１、Ｐ_２が現れることがなく（実線で示した部分Ｍｂ参照）、炉壁は正常と正しく診断される。

図１４は、炎・粉塵を検出しない炉壁診断処理と炎・粉塵を検出するようにした本発明の炉壁診断処理とを、数値データの推移によって比較したグラフである。

炎・粉塵を検出しない炉壁診断処理の場合、数値データの推移Ｎにおいて、押出し電力Ｗが上昇していないにもかかわらず、数値データのピークＰ_３、Ｐ_４が（破線で示した部分Ｍｃ参照）現れるため、炉壁異常と誤診断される。

上記ピークＰ_３は、図１２(ａ)で示した１１１サイクルと１１２サイクルとの差分面積“１１９１”と、ピークＰ_４は、同じく１１２サイクルと１１３サイクルとの差分面積“９１２”と対応している。

これに対し、炎・粉塵の検出処理を行うようにした本発明では、上記したように炎・粉塵が検出された領域については分析から除外されるため、上記ピークＰ_３、Ｐ_４が現れることがなく（実線で示した部分Ｍｄ参照）、炉壁は正常と正しく診断される。

このように、図１に示したコンピュータ８で、同じ炭化室の任意の押出しサイクルの２枚の炉壁画像を、同じ切出位置で比較することにより両炉壁画像における画像の差分を数値データ化し、この差分の結果がしきい値を超えるかどうか判断することによって炉壁の診断を行うことが可能になり、また、上記差分をコークス押出しサイクル数分について履歴として作成し、上記差分の履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することが可能になる。

炉壁診断を行うにあたり、上述したコークス塊の検出、および炎・粉塵の検出を前処理として行えば、炉壁診断の精度を格段、高めることが可能になる。

また、上記実施形態ではコークス塊と炎・粉塵の両方を検出する処理について説明したが、例えばコークス塊のみを検出する等、外乱のうちいずれか一方を検出することによっても炉壁診断を行うことができる。

本発明に係るコークス炉の炉壁診断装置の構成を示した説明図である。図１に示すコークス押出機と炉壁の配置を示した側面図である。炉壁診断方法の概念を示したものであり、炉壁映像から切り出された炉壁画像を、サイクル別に並べた説明図である。本発明に係る外乱処理としてのコークス塊検出手順を示す説明図である。図４に連続するコークス塊検出手順を示す説明図である。本発明に係る外乱処理としての炎・粉塵検出手順を示す説明図である。図６に連続する炎・粉塵検出手順を示す説明図である。本発明に係る炉壁診断方法を示すフローチャートである。図８の炉壁診断方法に連続するフローチャートである。 (ａ)および(ｂ)は図８に示すぼかし処理を説明するための説明図である。 (ａ)はコークス塊を検出しない炉壁診断例を示す説明図、(ｂ)はコークス塊検出処理を行うようにした本発明の炉壁診断例を示す説明図である。 (ａ)は炎・粉塵を検出しない炉壁診断例を示す説明図、(ｂ)は炎・粉塵検出処理を行うようにした本発明の炉壁診断例を示す説明図である。コークス塊を検出しない炉壁診断処理とコークス塊を検出するようにした本発明の炉壁診断処理とを、数値データの推移によって比較したグラフである。炎・粉塵を検出しない炉壁診断処理と炎・粉塵を検出するようにした本発明の炉壁診断処理とを、数値データの推移によって比較したグラフである。従来の炉内観察方法を示す説明図である。

符号の説明

１コークス押出機
２ラムヘッド
３ラムビーム
４押出ラム
５支持スタンド
６撮影装置
６ａ信号／電源ケーブル
７押出機運転室
８コンピュータ
８ａ画像切出し部
８ｂ外乱処理部
８ｃ炉壁診断処理部
９モニター
１０データベース
１１コンピュータ
１２駆動モータ
１３エンコーダ
１４警報装置

Claims

炭化室内に撮影装置を挿入し、炉壁を撮影した炉壁映像を画像分析することにより上記炭化室の炉壁診断を行うコークス炉の炉壁診断方法において、
コークス押出し毎に上記炭化室内の炉壁を上記撮影装置によって撮影し、
撮影された上記炉壁映像から、上記炭化室の炉長方向の複数位置に対応する炉壁画像を切り出し、
切り出した上記炉壁画像を、コークス押出しサイクル別に記憶部に記憶し、
上記記憶部に記憶された各炉壁画像を読み出し、
切り出した上記炉壁画像をＲ成分，Ｇ成分，Ｂ成分の各画像に分解し、Ｂ成分画像を用い、輝度が所定値よりも暗く且つ真円度が所定値以上である領域をコークス塊として判別し、前記Ｇ成分画像を用い、所定の広さを有する領域が１つのみである場合に上記炎・粉塵として判別し、上記コークス塊および炎・粉塵の少なくともいずれか一方を外乱として判別し、
外乱と判定された上記炉壁画像中の領域は、上記画像分析を行わないことを特徴とするコークス炉の炉壁診断方法。
上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した炉壁画像と、任意の押出しサイクルにおける上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した別の炉壁画像とを、同じ炭化室の同じ切出位置同士で比較することにより、両炉壁画像における画像の差分を計算し、この差分が、予め設定されているしきい値を超えた場合に炉壁異常と診断する請求項１に記載のコークス炉の炉壁診断方法。
上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した炉壁画像と、任意の押出しサイクルにおける上記画像分析の対象領域から上記外乱領域を外した別の炉壁画像とを、同じ炭化室の同じ切出位置同士で比較することにより、両炉壁画像における画像の差分を計算し、この差分を、コークス押出しサイクル数分について履歴として作成し、上記差分の履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコークス炉の炉壁診断方法。
上記撮影装置をコークス押出し機に常設することにより、コークス炉のすべての炭化室について炉壁映像を撮影する請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉の炉壁診断方法。
炭化室内に撮影装置を挿入し、炉壁を撮影した炉壁映像を画像分析することにより上記炭化室の炉壁診断を行うコークス炉の炉壁診断装置において、
上記炉壁診断装置が、
上記撮影装置によって撮影された炉壁映像から、上記炭化室の炉長方向の複数位置に対応する炉壁画像を切り出す画像切出し部と、
切り出した上記炉壁画像をコークス押出しサイクル別に記憶する記憶部と、
上記記憶部に記憶された各炉壁画像を読み出し、
切り出した上記炉壁画像をＲ成分，Ｇ成分，Ｂ成分の各画像に分解し、Ｂ成分画像を用い、輝度が所定値よりも暗く且つ真円度が所定値以上である領域をコークス塊として判別し、前記Ｇ成分画像を用い、所定の広さを有する領域が１つのみである場合に上記炎・粉塵として判別し、上記コークス塊、または上記炎・粉塵の外乱の有無を判別し、外乱と判定された上記炉壁画像中の領域は、上記画像分析を行わずに上記画像分析の対象から除外する外乱処理部と、
上記画像分析の対象から上記外乱領域を除外した炉壁画像と、任意の押出しサイクルにおける上記画像分析の対象から上記外乱領域を除外した別の炉壁画像とを、同じ炭化室の同じ切出位置同士で比較することにより、両炉壁画像における画像の差分を計算し、この差分が、予め設定されているしきい値を超えた場合に炉壁異常と診断する炉壁診断処理部とを備えてなることを特徴とするコークス炉の炉壁診断装置。