JP6304182B2 - 定型耐火物測定方法および定型耐火物測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、定型耐火物測定方法に関するものであり、特に、定型耐火物積みロボットを用いて様々な形状の定型耐火物を積み上げるコークス炉用定型耐火物積み作業において、前記定型耐火物の寸法を、極めて高い精度で自動的に測定することができる定型耐火物測定方法に関するものである。また、本発明は、前記定型耐火物測定方法を実施するための定型耐火物測定装置に関するものである。

製鉄に用いられる冶金用コークスは、室炉式コークス炉で石炭を乾留することによって製造される。室炉式コークス炉は、炭化室と、該炭化室に熱を供給する燃焼室とを炉幅方向に交互に配置することによって構成されており、炭化室と燃焼室とを隔てる耐火レンガ等の定型耐火物を介して燃焼室から炭化室へ熱が供給される。室炉式コークス炉には１００門以上の炉室を備えるものもあり、その全長は１００ｍ以上、高さは１０ｍ以上におよぶ巨大レンガ構造物といえる。

コークス炉の築炉は、現在、築炉工による手積み作業で行われている。手積みによる築炉では、レンガ等の定型耐火物一つ一つにコテでモルタルを塗り、これを積み上げるという作業を繰り返し行う必要がある。さらに、コークス炉に使用される定型耐火物は１つあたり十数ｋｇの重さがあり、これを積み上げる作業は極めて重労働といえる。そのため、定型耐火物の積み上げ作業を機械化、自動化し、労力を低減することが求められている。

しかし、一般的な建築物に用いられる直方体のレンガとは異なり、コークス炉に用いられる定型耐火物は、上面から見た形状が、長方形、台形、Ｌ型など、様々な形状をしており、その種類は数百種類に及ぶこともある。コークス炉の築炉においては、このように極めて多様な形状を有する定型耐火物が、その形状に応じた位置に積み上げられる。したがって、ロボット等を用いてコークス炉用定型耐火物積み作業を自動化するためには、定型耐火物の形状を測定、判別し、その形状に応じてロボットを制御する必要がある。

また、ロボットを用いてコークス炉用定型耐火物積み作業を自動化する場合、該ロボットに供給される定型耐火物の姿勢（向き、角度など）が一定であるとは限らない。そのため、ロボットにより定型耐火物を適切にハンドリングするためには、供給される定型耐火物の姿勢を何らかの方法で測定する必要がある。

ワークの姿勢を測定する方法として、例えば、特許文献１には、ワークの外面に付与されたマークを利用して該ワークの姿勢を認識する方法が提案されている。前記方法においては、撮像素子を用いて前記マークを撮像し、撮像されたマークの種類や角度等に基づいてワークの姿勢が認識される。

また、特許文献２には、製鋼用の転炉や取鍋のライニングに使用されるレンガの種類を検出する方法が提案されている。前記方法においては、レンガの表面に貼付けられたバーコードを、バーコードリーダーによって読み取ることによってレンガの種類の検出が行われる。

さらに、一般的なワークの取り扱いにおいて、カメラ等の撮像装置で撮像したワークの画像に基づいてワーク形状を判別することや、ラインレーザーをスキャンしてワークの形状を測定することも行われている。

特開２０１０−１１７７５４号公報 特開平０６−１９４０６４号公報

上述したように、特許文献１、２に記載された方法によれば、ワークの姿勢や種類に関する情報を得ることができる。しかし、ロボットを用いてコークス炉用定型耐火物積み作業を自動化するためには、それだけでは十分とはいえない。その理由は以下の通りである。

コークス炉は、先に述べたように定型耐火物を積み上げて建造されるものであるが、その構造には極めて高い寸法精度が要求される。例えば、燃焼室の壁面は、凹凸が１ｍｍ以下であるような高い平滑性を有していることが求められる。しかし、コークス炉用の定型耐火物として一般的に用いられる耐火レンガは焼成して造られるため、個々の耐火レンガの寸法に１〜３ｍｍ程度の誤差がある。そのため、耐火レンガを単純に積み上げても必要な精度を満たすことはできない。ロボットを用いたコークス炉用定型耐火物積み作業を十分な精度で行うためには、使用する個々の定型耐火物の寸法を正確に測定し、その結果に基づいてロボットを制御する必要がある。

しかし、コークス炉の築炉においては極めて多数の定型耐火物の積み上げを行う必要があるため、定型耐火物１つあたりの寸法の測定に時間がかかりすぎると、築炉作業全体の効率が著しく低下してしまう。そのため、コークス炉の築炉に使用される定型耐火物の寸法を、正確かつ簡便に測定する方法が求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々な形状の定型耐火物が混在した状態で用いられるコークス炉用定型耐火物積み作業を定型耐火物積みロボットを用いて行う際に、定型耐火物の寸法を正確かつ簡便に測定することのできる定型耐火物測定方法、および前記定型耐火物測定方法に用いられる定型耐火物測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．定型耐火物積みロボットを用いたコークス炉用定型耐火物積み作業における定型耐火物測定方法であって、
前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置により定型耐火物を撮像して第１の画像を得る第１撮像工程と、
前記第１の画像を予め用意されたマスタ画像と比較して前記定型耐火物の種類を判別する判別工程と、
判別された定型耐火物の種類に基づいて、続く距離測定工程において距離を測定する定型耐火物表面上の距離測定位置を少なくとも１カ所決定する距離測定位置決定工程と、
前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた距離測定装置により、前記距離測定装置から前記距離測定位置までの距離を測定する距離測定工程と、
測定された前記距離に基づいて前記撮像装置の位置および向きの少なくとも一方を補正する撮像装置補正工程と、
前記撮像装置により前記定型耐火物を再度撮像して第２の画像を得る第２撮像工程と、
前記第２の画像に基づいて前記定型耐火物の寸法を測定する寸法測定工程と、を有する定型耐火物測定方法。

２．前記距離測定位置決定工程において、前記定型耐火物の種類ごとに予め定められた位置を前記距離測定位置とし、
前記予め定められた位置は、前記定型耐火物上面の、ダボ以外の位置である、前記１に記載の定型耐火物測定方法。

３．前記１または２に記載の定型耐火物測定方法を行うための定型耐火物測定装置であって、
前記撮像装置と前記距離測定装置を備えた前記定型耐火物積みロボットと、
前記マスタ画像を格納するマスタ画像格納手段と、
該定型耐火物積みロボットを制御して前記第１撮像工程、判別工程、距離測定位置決定工程、距離測定工程、撮像位置補正工程、第２撮像工程、および寸法測定工程を行う制御手段と、を備える定型耐火物測定装置。

本発明のコークス炉定型耐火物積み方法および定型耐火物供給装置によれば、定型耐火物積みロボットを用いたコークス炉用定型耐火物積み作業において、定型耐火物の寸法を正確かつ簡便に測定することができる。

本発明の一実施形態における定型耐火物測定方法を説明する概略図である。 本発明の一実施形態における距離測定位置を示す概略図である。 実施例および比較例における測定誤差を示す図である。

次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な一実施態様を示すものであり、本発明は、以下の説明によって何ら限定されるものではない。

まず、本発明の定型耐火物測定方法を行うための定型耐火物測定装置について説明する。本発明の定型耐火物測定装置は、少なくとも以下の手段を備えている。
（Ａ）撮像装置と距離測定装置を備えた定型耐火物積みロボット、
（Ｂ）マスタ画像を格納するマスタ画像格納手段、
（Ｃ）前記定型耐火物積みロボットおよび前記マスタ画像格納手段に接続されており、該定型耐火物積みロボットを制御して前記第１撮像工程、判別工程、距離測定位置決定工程、距離測定工程、撮像位置補正工程、第２撮像工程、および寸法測定工程を行う制御手段。

［定型耐火物積みロボット］
定型耐火物積みロボットは、定型耐火物を持ち上げて移動させ、所定の位置に積み上げるためのものであり、後述する撮像装置と距離測定装置を備えている。前記定型耐火物積みロボットとして使用されるロボットの種類は特に限定されず、目的とするコークス炉の定型耐火物積みに必要な可搬質量、可動範囲、および精度を有するロボットを使用すればよい。前記定型耐火物積みロボットとしては、産業用ロボットの一種であるアーム型ロボットを用いることが好ましく、垂直多関節型ロボットを用いることがより好ましい。

上記定型耐火物積みロボットが定型耐火物を保持する方法は特に限定されず、任意の保持手段を用いることができるが、前記定型耐火物積みロボットが、定型耐火物を把持する把持手段を備えていることが好ましい。前記定型耐火物積みロボットがアーム型ロボットである場合には、該アームの先端に前記把持手段を設けることが好ましい。前記把持手段の機構はとくに限定されず、定型耐火物の把持と開放を適切に行えるものであれば任意の機構を用いることができる。その一例としては、平行開閉型ハンド、支点開閉型ハンドなどが挙げられる。

前記定型耐火物積みロボットは、自身を移動させるための移動手段を備えていることが好ましい。定型耐火物積みロボットが移動手段を備えていれば、より広い範囲における作業を１台の定型耐火物積みロボットで行うことができる。前記移動手段としては、例えば、レールと、該レール上を移動するための駆動装置を用いることができる。

［［撮像装置］］
上記撮像装置は、第１撮像工程および第２撮像工程における定型耐火物の撮像に使用されるものであり、また、好ましくはマスタ画像の撮像にも用いられる。前記撮像装置により撮像された画像に基づいて、定型耐火物の種類の判別や寸法の測定が行われる。前記撮像装置としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサを備えたカメラを使用することができる。前記撮像装置は、定型耐火物積みロボットの任意の位置に設置することができるが、定型耐火物の上面を撮像できる位置に設置することが好ましい。

［［距離測定装置］］
上記距離測定装置は、該距離測定装置から定型耐火物の表面上の所定の位置までの距離を測定するものである。前記距離測定装置により測定された距離に基づいて、前記撮像装置の位置および向きの少なくとも一方の補正が行われる。前記距離測定装置としては、距離を測定できるものであれば任意の装置を用いることができるが、レーザーを用いたセンサ（距離計、変位計）を用いることが好ましい。前記距離測定装置は、定型耐火物積みロボットの任意の位置に設置することができるが、定型耐火物の上面までの距離を測定できる位置に設置することが好ましい。

前記撮像装置と距離測定装置は、測定対象の定型耐火物に合わせた位置に移動できるように、定型耐火物積みロボットの可動部分に設置されていることが好ましい。前記定型耐火物積みロボットとしてアーム型ロボットを用いる場合には、アームの先端に前記撮像装置と距離測定装置を設けることがより好ましい。

［マスタ画像格納手段］
本発明の定型耐火物測定装置は、マスタ画像を格納するためのマスタ画像格納手段を備えている。前記マスタ画像は予め用意された定型耐火物の画像であり、判別工程においては、該マスタ画像と第１の画像とを比較することによって定型耐火物の種類が判別される。マスタ画像の詳細については後述する。前記マスタ画像格納手段としては、画像データを格納することのできる記憶媒体等を用いることができる。マスタ画像格納手段は、後述する制御手段と一体に構成されていても良く、また、制御手段の一部がマスタ画像格納手段を兼ねていても良い。マスタ画像格納手段と制御手段が別体である場合には、マスタ画像格納手段に収められたマスタ画像を制御手段で利用できるように、両者は接続される。

［制御手段］
本発明の定型耐火物測定装置は、定型耐火物積みロボットを制御して、前記第１撮像工程、判別工程、距離測定位置決定工程、距離測定工程、撮像位置補正工程、第２撮像工程、および寸法測定工程を実行するための制御手段を備えている。したがって、前記制御手段は定型耐火物積みロボット、ならびに該定型耐火物積みロボットに備えられている撮像装置および距離測定装置に接続されている。

前記制御手段としては、定型耐火物積みロボット等を制御して上記各工程を実行できるものであれば任意のものを使用することができる。例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）や、パーソナルコンピュータを用いた制御装置などを制御手段として使用することができる。

次に、本発明の定型耐火物測定方法について説明する。本発明の定型耐火物測定方法は、定型耐火物積みロボットを用いたコークス炉用定型耐火物積み作業における定型耐火物測定方法であって、少なくとも以下の工程を有している。
（１）定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置により定型耐火物を撮像して第１の画像を得る第１撮像工程、
（２）前記第１の画像を予め用意されたマスタ画像と比較して前記定型耐火物の種類を判別する判別工程、
（３）判別された定型耐火物の種類に基づいて、続く距離測定工程において距離を測定する定型耐火物表面上の距離測定位置を少なくとも１カ所決定する距離測定位置決定工程、
（４）前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた距離測定装置により、前記距離測定装置から前記距離測定位置までの距離を測定する距離測定工程、
（５）測定された前記距離に基づいて前記撮像装置の位置および向きの少なくとも一方を補正する撮像装置補正工程、
（６）前記撮像装置により前記定型耐火物を再度撮像して第２の画像を得る第２撮像工程、および
（７）前記第２の画像に基づいて前記定型耐火物の寸法を測定する寸法測定工程。

［コークス炉用定型耐火物積み作業］
本発明におけるコークス炉用定型耐火物積み作業は特に限定されず、コークス炉の築炉のために定型耐火物を積む作業であれば任意のものを対象とすることができる。前記コークス炉用定型耐火物積み作業において定型耐火物を積む位置は、実際にコークス炉を築炉する位置であってもよいが、作業性の観点からは、コークス炉建設現場とは異なる場所とすることが好ましい。コークス炉建設現場とは異なる場所に定型耐火物を積む場合、該位置においては定型耐火物を積み上げてコークス炉の築炉に用いるブロックを作製することができる。完成したブロックはコークス炉建設現場へ運搬され、さらに積み上げることによってコークス炉が建造される。
［定型耐火物］
上記コークス炉用定型耐火物積み作業において積み上げられる定型耐火物としては、特に限定されることなく、レンガやプレキャストブロック等、任意の定型耐火物を用いることができる。なかでも、手積みでコークス炉を建設する際に用いられる通常の定型耐火物を用いることが好ましい。通常の定型耐火物を使用することにより、本発明の方法で築炉する場合においても、従来と同様の炉の設計とすることが可能となり、その結果、少なくとも従来と同等の炉の性能を保証することが可能となる。また、大型のモジュールレンガを用いた場合には、亀裂が入った場合にモジュール全体にわたって亀裂が広がるおそれがあるが、通常の定型耐火物を使用すれば、仮に定型耐火物に亀裂が入ったとしても、その亀裂の伝搬を１つの定型耐火物内でとどめることができる。なお、ここでいう通常の定型耐火物とは、モジュールレンガではない、手積み用の定型耐火物全般を指すが、その寸法は、一般的には、高さ１０〜１５ｃｍ、水平方向の長さが２０〜４０ｃｍである。なお、一般的にコークス炉に用いられる定型耐火物は、１〜３ｍｍ程度の寸法のばらつきを有している。

また、コークス炉に用いられる定型耐火物には、側面、上面、および底面には、ダボと呼ばれる、ズレ防止用の凹凸が設けられているものがある。本発明の定型耐火物測定方法は、そのようなダボを有する定型耐火物の測定にも利用することができる。なお、ダボを有する定型耐火物を用いる場合には、後述するように、距離測定位置決定工程において、該ダボ以外の位置を距離測定位置として選択することが好ましい。

［第１撮像工程］
上記第一撮像工程においては、前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置により定型耐火物を撮像して第１の画像が取得される。前記第１の画像は、次の判別工程において定型耐火物の種類の判別に使用される。第１の画像は、定型耐火物の種類の判別が可能なものであれば、定型耐火物を任意の向きから撮像したものであってよい。なお、コークス炉に用いられる一般的な定型耐火物は異なる上面形状を有しているため、第一撮像工程においては、定型耐火物を上方より撮像することが好ましく、光軸が定型耐火物の上面に対して略垂直となるように設置された撮像装置を用いて該定型耐火物の上面形状を撮像することがより好ましい。

前記第１撮像工程に供される定型耐火物は、定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置によって撮像が可能な位置に設置される必要がある。前記位置への定型耐火物の供給は、作業者が行ってもよいし、例えば、ロボット、コンベア等、定型耐火物を搬送することのできる装置を用いて自動的に行ってもよい。また、定型耐火物は、１つずつ供給されてもよいし、例えば、積まれた状態で複数供給されてもよい。複数の定型耐火物が積まれた状態で供給される場合、一番上に積まれている定型耐火物を本発明の定型耐火物測定方法の処理対象とすることが好ましい。

［判別工程］
上記判別工程においては、前記第１の画像と、予め用意されたマスタ画像とを比較することによって前記定型耐火物の種類が判別される。前記マスタ画像としては、当該コークス炉用定型耐火物積み作業において用いられる全ての種類の定型耐火物の画像を用意しておくことが好ましい。前記マスタ画像は、任意の撮像手段で撮像されたものであってよいが、判別精度を向上させるためには、第１撮像工程および第２撮像工程で用いられる撮像手段自体、または前記撮像手段と同型の撮像手段を用いて撮像された画像をマスタ画像として用いることが好ましい。また、マスタ画像を撮像する際の条件、例えば、使用される撮像手段と定型耐火物との距離や角度などは、第１撮像工程および第２撮像工程における撮像条件と略同一とすることがより好ましい。

判別工程における、定型耐火物の種類の判別は、第１の画像とマスタ画像とに基づいて、一般的な画像認識の手法により行うことができる。また、その際には、判別の精度を向上させるために、第１の画像とマスタ画像に対して、二値化、輪郭抽出等の画像処理を施すことも可能である。

なお、このようにして得られた定型耐火物の種類についての情報は、次の距離測定位置決定工程において用いられるが、他の目的に用いることも可能である。例えば、前記定型耐火物の種類が、前記定型耐火物積みロボットによって次に積み上げられる予定の定型耐火物の種類と異なっていた場合に、警告の表示等を行ったうえで処理を一旦停止し、正しい種類の定型耐火物が供給された後に処理を再開するようにすることができる。

［距離測定位置決定工程］
次に、上記判別工程において判別された定型耐火物の種類に基づいて、距離測定位置を決定する。前記距離測定位置は、定型耐火物表面上の位置であり、距離測定位置決定工程の後に行われる距離測定工程においては、レーザー距離計等の距離測定装置を用いて、該距離測定装置から前記距離測定位置までの距離が測定される。該距離測定位置で測定される距離の情報は、後述する撮像装置補正工程における補正に用いられる。

前記距離測定位置は、１カ所であってもよく、２カ所以上であってもよいが、撮像装置補正工程における補正の精度を向上させるという観点からは２カ所以上とすることが好ましい。距離測定位置が１カ所の場合は、後述するように撮像装置補正工程において撮像手段の位置（定型耐火物との距離）を補正することができる。また、距離測定位置が２カ所の場合は、さらに該２カ所の距離測定位置を結ぶ直線の方向における撮像手段の傾きを補正することができる。距離測定位置が３カ所の場合は、３点における距離測定結果から、測定された定型耐火物表面の２軸における傾きを求めることができるので、その結果に基づいて、撮像手段の光軸が前記表面と垂直となるように補正することができる。一方、距離測定位置が多すぎると、距離の測定にかかる時間が長くなり作業効率が低下することに加えて、所用時間の増加に見合った補正精度の向上が期待できないため、距離測定位置は４カ所以下とすることが好ましく、３カ所以下とすることがより好ましい。

距離測定位置は、定形耐火物の表面上であれば任意の位置とすることができるが、定型耐火物上面の任意の位置とすることが好ましい。しかし、定型耐火物のエッジ部は、欠けている場合があり、そのような位置で距離を測定すると誤差が生じる。そのため、測定精度の観点からは、距離測定位置を、定型耐火物を構成する面の外周部から５ｍｍ以上内側の位置とすることが好ましい。

また、距離測定位置を２カ所以上とする場合には、それぞれの距離測定位置を極力離れた位置とすることが好ましい。このように、距離測定位置を離れた位置とすることにより、定型耐火物表面の傾斜を、より正確に検知することが可能となる。

対象の定型耐火物が表面にダボと呼ばれる凹凸を有するものである場合には、距離測定位置を、該ダボ以外の位置とすることが好ましい。これにより、ダボの凹凸による測定距離に誤差が生じることを防止できる。なお、ダボによる誤差を確実に防止するために、距離測定位置をダボの輪郭よりも５ｍｍ以上外側とすることがより好ましい。

距離測定位置は、定型耐火物を１つ処理するごとに第１の画像等の情報に基づいて算定することもできるが、定型耐火物の種類ごとに予め定められた位置を用いることもできる。前記予め定められた位置を用いる場合、例えば、使用されるすべての種類の定型耐火物について好適な距離測定位置を予め決定し、マスタ画像とともに格納しておくことができる。上記判別工程において定型耐火物の種類を判別した後、該定型耐火物の種類に基づいて、格納されている距離測定位置の情報を読み出し、その位置を距離測定位置とする。

［距離測定工程］
次に、前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた距離測定装置により、前記距離測定装置から前記距離測定位置までの距離を測定する。測定された距離の情報は、後述する撮像装置補正工程における補正に用いられる。前記距離の測定は、第１撮像工程における撮像を行った後、撮像装置および距離測定装置を移動させずに、同じ位置で行うことが好ましい。これにより、撮像装置補正工程における補正をより容易に行うことができる。

距離測定位置が複数である場合には、複数の距離測定装置を使用して同時に複数の距離測定位置における距離を測定することもできるが、装置構造が複雑になることを避けるために、１つの距離測定装置を用いて、複数の距離測定位置における距離の測定を順次行うことが好ましい。

［撮像装置補正工程］
次に、測定された距離の情報に基づいて撮像装置の位置および向きの少なくとも一方が補正される。この補正を行った後に、補正された撮像装置を用いて再度定型耐火物を撮像することにより、撮像された画像に基づく定型耐火物の寸法測定精度を向上させることができる。その理由は以下の通りである。

本発明の定型耐火物測定方法においては、最終的に、定型耐火物の画像を用いて定型耐火物の寸法が算出される。画像からの寸法の算出は、画像中の寸法（ピクセル数など）と実際の寸法との関係を予め求めておき（以下、この工程を「キャリブレーション」、という）、その関係に基づいて画像中の定型耐火物の寸法を実際の大きさに換算することにより行うことができる。しかし、寸法を測定するための撮像を行う際における定型耐火物と撮像装置との位置関係が、キャリブレーションを行った際における位置関係と異なっていると、画像中における定型耐火物の見え方も異なってしまうため、寸法の算出に誤差が生じる。例えば、キャリブレーションを行った時よりも定型耐火物から離れた位置に撮像装置をおいた状態で撮像すると、画像中における定型耐火物は見かけ上小さくなり、その結果、算出される定型耐火物の寸法は実際の寸法よりも小さくなる。このような測定上の誤差は、撮像される定型耐火物が置かれている高さがキャリブレーションの際の高さと異なる場合に加えて、製造上の理由により定型耐火物自体の高さが異なる場合にも生じる。

これに対して、本発明の方法では、距離測定工程において測定された距離に基づいて撮像装置の位置および向きの少なくとも一方を補正するため、補正を行わない場合に比べて高い精度で定型耐火物の寸法を測定することができる。

前記撮像装置の位置の補正としては、撮像装置から定型耐火物の表面までの距離を補正することが好ましい。前記距離を、キャリブレーションを行った際と同じとすることにより、上述したような距離の相違に起因する誤差を排除して、高い精度で定型耐火物の寸法を測定することができる。第１撮像工程および第２撮像工程において定型耐火物の上面形状を撮像する場合には、前記撮像装置から定型耐火物の表面までの距離の補正は、撮像装置の高さを補正することによって行うことができる。

撮像装置の位置の補正は、距離測定工程において１カ所における距離を測定すれば、その距離に基づいて行うことができる。そのため、撮像装置補正工程においては、少なくとも撮像装置の位置の補正を行うことが好ましい。

また、前記撮像装置の向きの補正としては、定型耐火物の表面に対する撮像装置の光軸の傾きを補正することが好ましい。撮像装置の光軸が定型耐火物の表面に対して傾いていると、その分、撮像される画像中における定型耐火物の見え方が変ってしまうため、測定される寸法に誤差が生じる。そのため、撮像装置の光軸が定型耐火物の表面と垂直である状態で撮像を行うことが望ましいが、定型耐火物が置かれた場所の傾斜や、定型耐火物自身の製造上の誤差により、撮像装置の光軸が定型耐火物の表面と垂直にならない場合がある。そこで、上述のように撮像装置の向きを補正することによって、さらに寸法の測定精度を向上させることができる。

撮像装置の向きを補正するためには、定型耐火物の表面の傾きについての情報を得る必要がある。そのため、前記距離測定工程における距離測定位置を２カ所以上とすることが好ましく、３カ所以上とすることがより好ましい。距離測定位置が２カ所の場合には、該２カ所の距離測定位置を結ぶ直線の方向における撮像手段の傾きを補正することができる。距離測定位置が３カ所の場合には、３点における距離測定結果から、測定された定型耐火物表面の２軸における傾きを求めることができるので、その結果に基づいて、撮像手段の光軸が前記表面と垂直となるように補正することができる。距離測定位置が４カ所以上の場合についても同様に、測定された距離の情報に基づいて定型耐火物表面の傾きを求め、撮像手段の光軸が前記表面と垂直となるように補正すればよい。

なお、撮像装置補正工程において撮像装置の位置や向きを補正する際に、距離測定装置を用いた距離の測定を行ってもよい。これにより、撮像装置補正工程における補正の精度をより向上させることができる。撮像装置補正工程における距離の測定は、連続的に行ってもよいし、断続的に行ってもよい。

［第２撮像工程］
次に、前記撮像装置を用いて定型耐火物を再度撮像し、第２の画像を得る。この時、前記撮像装置は、上記撮像装置補正工程において位置および向きの少なくとも一方が補正されているため、キャリブレーションを行った際により近い状態で撮像を行うことができる。したがって、この第２の画像に基づいて、最終的な定型耐火物の寸法の算出を行うことにより、高い精度で寸法を測定することができる。

［寸法測定工程］
上記第２撮像工程で得た第２の画像に基づいて定型耐火物の寸法を算出する。寸法の算出は任意の方法で行うことができるが、例えば、予めキャリブレーションを行って得た画像中の寸法（ピクセル数など）と実際の寸法との関係に基づいて行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態における定型耐火物測定装置の動作を表した概略図であり、台１０の上に置かれた定型耐火物２０を定型耐火物積みロボット３０によって積む場合を表している。定型耐火物積みロボット３０のアーム３１先端には、撮像装置としてのカメラ３２および距離測定装置としてのレーザーセンサ３３が取り付けられている。本実施形態においては、カメラ３２およびレーザーセンサ３３は、定型耐火物２０の上方に配置されている。

まず、第１撮像工程においては、図１（ａ）に示したように、カメラ３２によって定型耐火物２０の上面形状が撮像される。そして、得られた第１の画像を予め用意されたマスタ画像と比較することによって、前記定型耐火物の種類を判別する。前記マスタ画像としては、使用される定型耐火物の全種類について、図１（ａ）に示した第１撮像工程と同じ条件で撮像を行って得たものを使用する。

定型耐火物の種類を判別した後、図示されない距離測定位置決定工程において距離測定位置が決定される。図２は、距離測定位置の例を示す図であり、定型耐火物２０を上方から見た形状を示している。この例においては、上面形状が略Ｔ字型である定型耐火物２０の上面に、３カ所の距離測定位置２１を定めている。なお、この定型耐火物２０は、ダボ２２（凹部）を有しているため、距離測定位置２１は、いずれもダボ２２以外の位置となるように決定されている。

次に、図１（ｂ）に示すように、レーザーセンサ３３を使用して、レーザーセンサ３３から定型耐火物２０の上側表面までの距離を、距離測定位置２１の各点において測定する。この際、図２に示したように３カ所における距離を測定する場合は、１カ所測定するごとに定型耐火物積みロボット３０のアーム３１を動かして、レーザーセンサ３３の位置を変えて、順次測定を行う。

次いで、図１（ｃ）に示すように、測定された距離に基づいてカメラ３２の位置および向きの少なくとも一方を補正する。この図では、カメラ３２と定型耐火物２０との間の距離が、事前にキャリブレーションを行った際の距離と等しくなるように、カメラ３２を下方に移動させている。また、図示されていないが、定型耐火物２０の上側表面に対してカメラ３２の光軸が垂直となるように、カメラ３２の向き（傾き）も補正している。

カメラ３２の位置等を補正した後、その位置において、定型耐火物２０の上面形状を再度撮像する（図１（ｃ））。そして、得られた第２の画像から定型耐火物の寸法を算出する。ここで、算出する寸法としては、例えば、定型耐火物２０を上面から見た際の、全体の横幅や長さが挙げられる。

上記のようにして、定型耐火物２０の寸法を測定した後は、定型耐火物積みロボット３０のアーム３１の先端に取り付けられた挟持手段３４を用いて定型耐火物２０を持ち上げ、定型耐火物２０の種類に応じた所定の位置に定型耐火物２０を積み上げる。その際には、測定された定型耐火物２０の寸法に基づいて、定型耐火物２０を積む位置を調整することができる。

次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例）
図１に示した上記実施形態の方法により、実際に定型耐火物の寸法の測定を行った。定型耐火物としては、設計寸法が高さ１２１ｍｍ、幅９５ｍｍ、長さ２７５ｍｍのものを使用した。前記定型耐火物を２５個用意し、そのそれぞれについて、上面から見た時の幅方向の長さを、本発明の方法で測定した。なお、距離測定位置は、長手方向の中心でダボを避けた１箇所とした。撮像装置としては、キーエンス社製２１００万画素カメラを使用した。

（比較例）
また、比較のために、距離測定工程および撮像装置補正工程を省略した以外は実施例と同様の方法で定型耐火物の寸法を測定した。

次いで、得られた寸法と、別途ノギスを用いて測定した定型耐火物の寸法との差をとって測定誤差を求めた。上記実施例および比較例の両者について、２５個の定型耐火物のそれぞれにおける測定誤差を図３に示す。実施例の方法では、測定誤差の絶対値の平均が０．１６４ｍｍと、極めて高い精度で測定できていた。一方、比較例の方法では、測定誤差の絶対値の平均が０．２５２ｍｍと誤差が大きかった。この結果から、本発明によれば、定型耐火物の寸法を正確に測定できることが分かる。また、上記測定は、コークス炉用定型耐火物積み作業を定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置と距離測定装置を用いて行うことができるため、積み作業の途中に、極めて簡便に測定を行うことができる。

１０ 台
２０ 定型耐火物
２１ 距離測定位置
２２ ダボ
３０ 定型耐火物積みロボット
３１ アーム
３２ カメラ（撮像装置）
３３ レーザーセンサ（距離測定装置）
３４ 挟持手段

Claims (3)

1. 定型耐火物積みロボットを用いたコークス炉用定型耐火物積み作業における定型耐火物測定方法であって、
   前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた撮像装置により定型耐火物を撮像して第１の画像を得る第１撮像工程と、
   前記第１の画像を予め用意されたマスタ画像と比較して前記定型耐火物の種類を判別する判別工程と、
   判別された定型耐火物の種類に基づいて、続く距離測定工程において距離を測定する定型耐火物表面上の距離測定位置を少なくとも１カ所決定する距離測定位置決定工程と、
   前記定型耐火物積みロボットに取り付けられた距離測定装置により、前記距離測定装置から前記距離測定位置までの距離を測定する距離測定工程と、
   測定された前記距離に基づいて前記撮像装置の位置および向きの少なくとも一方を補正する撮像装置補正工程と、
   前記撮像装置により前記定型耐火物を再度撮像して第２の画像を得る第２撮像工程と、
   前記第２の画像に基づいて前記定型耐火物の寸法を測定する寸法測定工程と、を有する定型耐火物測定方法。
2. 前記距離測定位置決定工程において、前記定型耐火物の種類ごとに予め定められた位置を前記距離測定位置とし、
   前記予め定められた位置は、前記定型耐火物上面の、ダボ以外の位置である、請求項１に記載の定型耐火物測定方法。
3. 請求項１または２に記載の定型耐火物測定方法を行うための定型耐火物測定装置であって、
   前記撮像装置と前記距離測定装置を備えた前記定型耐火物積みロボットと、
   前記マスタ画像を格納するマスタ画像格納手段と、
   該定型耐火物積みロボットを制御して前記第１撮像工程、判別工程、距離測定位置決定工程、距離測定工程、撮像位置補正工程、第２撮像工程、および寸法測定工程を行う制御手段と、を備える定型耐火物測定装置。