JP6605282B2 - 窯芯検知装置および窯芯検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉が備える複数の窯（炭化室）の窯芯を検知する窯芯検知装置および窯芯検知方法に関する。

コークス炉では、装入車、コークス押出機、コークガイド車、消火車等の多数の移動機が使用されている。近年、これらの移動機による作業は自動化、無人化が進んでおり、これに伴い、移動機を窯芯の位置に精度良く停止させるための技術開発が進んでいる。

移動機を窯芯に合わせて停止させるためには、移動機の移動中において窯芯の位置を正確に検知することが必要となる。そのような窯芯を検知するための装置として特許文献１〜４に記載された装置がある。

特許文献１〜４の窯芯検知装置は、各窯の外部にそれぞれターゲット板が取り付けられている。各ターゲット板には、各窯の窯番号等の窯情報に応じてそれぞれ形状が異なるスリットが形成されている。また、移動機には、光源と撮像装置が取り付けられており、光源は、移動機の移動中にターゲット板と窯との間を通過するような位置に設けられている。

このような窯芯検知装置では、移動機が移動する際にターゲット板の背面（窯側の面）に光が照射され、撮像装置によってターゲット板の前面（移動機側の面）が撮像される。このとき撮像される画像は、ターゲット板のスリットを通過する光とターゲット板の前面に遮られる光によって明部と暗部（以下、「明暗部」という）が現れた画像となっている。窯芯検知装置は、この画像の明暗パターンに基づいて所望の窯番号の窯であるか否かを検知する。また、撮像装置の視野中心とターゲット板の幅中心とのずれ量も検知し、窯芯の位置を特定する。このようにして得られた情報により、所望の窯番号の窯芯に移動機を停止させることが可能となる。

特開平５−９４５１６号公報 特開平６−２４８２７１号公報 特開平６−３２２３７２号公報 特開平７−５５４２０号公報

しかしながら、コークス炉の周囲は高温状態であることに加え、粉塵や噴煙、水蒸気が漂う環境となっている。このため、ターゲット板と窯との間を通過する光源は、そのような過酷な環境に曝されることになり、光源の故障や製品本来の寿命を縮めてしまうといった問題が生じていた。特に、近年は蛍光灯タイプの光源に代えて、より長寿命、低消費電力のＬＥＤ光源の採用が進んでいるが、ＬＥＤ光源は熱に弱いことから、上記の問題が生じやすくなってしまう。

一方で、コークス炉の周囲を冷却する冷却機構や、噴煙等を排気する排気機構を設けることも考えられるが、設備の導入コストや維持コストがかかると共にコークス炉の構造が複雑になってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コークス炉の窯芯検知装置において、光源の故障発生や低寿命化を抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、コークス炉が備える移動機の移動時に所望の窯番号の窯の窯芯を検知する窯芯検知装置であって、前記コークス炉の各窯の外部に設置され、窯番号に応じて開口が形成されたターゲット部材と、前記移動機に設置され、前記ターゲット部材に光を照射する光源と、前記移動機に設置され、前記光源の光を反射する反射部材と、前記移動機に設置され、前記ターゲット部材を撮像する撮像装置と、を備え、前記光源および前記撮像装置は、当該光源の光軸と水平面とのなす角、および、当該撮像装置の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように配置され、前記光源と前記撮像装置が前記ターゲット部材の前方に配置され、前記反射部材が前記ターゲット部材の後方に配置されていることを特徴としている。

別の観点による本発明は、コークス炉が備える移動機の移動時に所望の窯番号の窯の窯芯を検知する窯芯検知方法であって、窯番号に応じて開口が形成されたターゲット部材の前面に光を照射し、前記移動機に設置された、光源の光を反射する反射部材によって、前記ターゲット部材を通り抜けた光を反射させ、前記光源の光軸と水平面とのなす角、および、撮像装置の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように配置された撮像装置を用いて前記ターゲット部材の前面を撮像し、撮像された画像の明暗部に基づいて所望の窯番号の窯芯を検知することを特徴としている。

本発明によれば、従来の窯芯検知装置に比べて光源の位置を窯から遠ざけることができる。これにより、光源の故障発生や低寿命化を抑制することが可能となる。

一般的なコークス炉の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る窯芯検知装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る窯芯検知装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る窯芯検知装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の別の実施形態に係る窯芯検知装置の概略構成を示す側面図である。 図５に示す構成の窯芯検知装置におけるターゲット板前面の明暗部を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように、コークス炉３０は、窯３１の上部から石炭を装入する装入車３２や、窯内の赤熱コークスを押し出すコークス押出機３３、赤熱コークスを消火塔まで搬送する消火車３４、窯内から押し出された赤熱コークスを消火車３４に案内するコークガイド車３５といった複数の移動機を備えている。各移動機は、走行方向Ｔに沿って移動可能に構成されている。

本実施形態に係る窯芯検知装置１は、上記の各移動機に設けることが可能である。以下の説明においては、コークガイド車３５に窯芯検知装置１を設けた場合を例に挙げて説明する。

図２，図３に示すように、窯芯検知装置１は、各窯３１の外部に設けられたターゲット板２と、ターゲット板２に光を照射するラインレーザー３と、ターゲット板２を撮像する撮像装置４を備えている。本実施形態においては、ラインレーザー３と撮像装置４が、コークガイド車３５に取り付けられており、ラインレーザー３と撮像装置４は、ターゲット板２の前方に配置されている。

ターゲット板２には、従来のように複数のスリット（不図示）が形成されており、各スリットの形状や間隔は、窯番号等の窯情報に応じてそれぞれ異なっている。ターゲット板２は、レーザー光が当たる前面２ａ（移動機側の面）が鉛直面に対して平行となるような状態で下面が支持されている。

図２に示すように、ラインレーザー３は、レーザー光がターゲット板２の前面（移動機側の面）に対して垂直に入射するように、光軸が水平に固定されている。また、図３に描かれたレーザー照射範囲（一点鎖線内領域）が示すように、ラインレーザー３の照射幅は、ターゲット板２の設置位置においてターゲット板２の幅よりも大きくなっている。ラインレーザー３の照射幅がこのような状態となるように、ラインレーザー３の製品仕様に応じてラインレーザー３からターゲット板２までの距離が適宜定められる。なお、ラインレーザー３は、低価格、高寿命の観点から赤色光（波長：６２０〜７００ｎｍ）を発する仕様のものを用いることが好ましい。

図２に示すように、撮像装置４は、ラインレーザー３の上方に設けられている。図２に描かれた撮像範囲（二点鎖線内領域）が示すように、撮像装置４は、ターゲット板２の全体を撮像できるように配置されている。即ち、本実施形態における撮像装置４は、レンズの光軸と水平面とのなす角が所定の角度（例えば１０°程度）となるように下向きに固定されている。

また、図３に描かれた撮像範囲（二点鎖線内領域）が示すように、撮像装置４の撮像幅は、ターゲット板２の設置位置においてターゲット板２の幅よりも大きくなっている。撮像装置４の撮像幅がこのような状態となるように、撮像装置４の製品仕様に応じて撮像装置４からターゲット板２までの距離が適宜定められる。なお、本実施形態においては、撮像装置４としてＣＭＯＳエリアセンサカメラが用いられている。

図２，図３に示すように、ラインレーザー３および撮像装置４の周囲には、耐水性を有する金属製のフード５が設けられている。フード５は、ラインレーザー３や撮像装置４の設置位置からターゲット板２が通過する位置までの空間の周囲（上方、下方、側方）も覆っている。また、図２に示すように、フード５の先端部においては、ターゲット板２がフード５の中を通過できるように、フード５の上面のみが窯側に張り出したような形状となっている。即ち、ターゲット板２の設置位置においては、フード５の側方および下方が開口した状態となっている（以下の説明においては、この開口部を「ターゲット部材通過口５ａ」という）。また、図３に示すように、フード５は、撮像範囲全体を覆うようにしてコークガイド車３５から窯３１に向けて、幅が広がっていく形状となっている。

なお、本実施形態におけるフード５は遮光性材料で形成されている。これにより、太陽光等の外部からの光を遮断し、撮像される画像の明暗部をより鮮明にすることができる。これにより、検知性能が更に向上する。

図３に示すように、フード５のターゲット部材通過口５ａには、窯側に向けて圧縮空気等の気体を噴出させる気体噴出ノズル６が設けられている。また、図２に示すように、撮像装置４とラインレーザー３の間には、フード内に向けて圧縮空気等の気体を供給する気体供給ノズル７が設けられている。

また、図２に示すように、ターゲット板２の後方には、レーザー光の透過を防ぐ材料で形成されたレーザーガード８が設けられている。レーザーガード８は、ターゲット板２の後方を作業員が通るようなコークス炉３０の構造の場合に、作業員をレーザー光から保護することができる。なお、レーザーガード８は、レーザー光の反射を抑える吸光材で形成されていることが好ましい。これにより、ターゲット板２の前面２ａと、レーザーガード８の受光面８ａとの反射率に差が生じ、撮像される画像の明暗部をより鮮明にすることができる。

本実施形態における窯芯検知装置１は以上のように構成されている。当該装置を用いた窯芯検知方法は、以下の手順で行われる。

まず、コークガイド車３５が走行方向Ｔに沿って走行する。続いて、コークガイド車３５が窯３１に近づくと、気体噴出ノズル６から噴出される圧縮空気等により、ターゲット板２に付着した水滴や粉塵等が除去される。なお、ターゲット板２は、その後フード内を通過することになるため、ターゲット板２には水滴や粉塵等が再付着しにくい。

続いて、ターゲット板２の前方からレーザー光が照射される。このとき、ターゲット板２のスリット部分をレーザー光が通過する一方で、ターゲット板２のスリット以外の部分ではレーザー光が反射する。これにより、ターゲット板前面における輝度に差が生じ、明暗部が現れる。

そして、このときのターゲット板２を撮像装置４で撮像し、撮像された画像の明暗パターンに応じて所望の窯番号のターゲット板２であるか否かを判定する。また、ターゲット板２の幅中心と、撮像装置４の視野中心とのずれ量に基づいて窯芯も検知する。本実施形態における窯芯検知装置１は、このようにして所望の窯番号の窯芯を検知する。

前述の通り、本実施形態の窯芯検知装置１は、光源としてのラインレーザー３がターゲット板２の前方に配置されている。即ち、光源が従来のようなターゲット板２の後方に配置されていない。これにより、従来の窯芯検知装置に対して光源の位置を窯３１から遠ざけることができる。その結果、光源が窯付近の劣悪環境（高温、粉塵等）に曝されることがなくなり、光源の故障発生や低寿命化を抑制することが可能になる。

なお、コークス炉３０の構造によっては、スリットを通過したレーザー光がターゲット板２の後方にある部材に反射して、ターゲット板２の背面側から再度スリットを通過することも懸念される。この場合、ラインレーザー３の光軸上でターゲット板２を撮像していると、撮像された画像の輝度の差が小さくなり、明暗部が不鮮明になることがある。

しかし、本実施形態においては、ラインレーザー３の光軸と水平面とのなす角、および、撮像装置４の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように構成されているため、ターゲット板２の後方に抜けるレーザー光の反射は、ターゲット板２の前面２ａからの反射とは異なる位置で撮像されることになる。これにより、ターゲット板２の前面２ａからの反射とターゲット板２の後方に抜けるレーザー光の反射とを区別することが可能となる。

また、本実施形態によれば、ターゲット板２を覆うフード５が設けられ、ターゲット板２に向けて気体を噴出する気体噴出ノズル６が設けられていることにより、水滴や粉塵等に起因する光の進行阻害を防ぐことができる。即ち、撮像される画像の明暗部をより鮮明にすることができる。これにより、検知性能を更に向上させることができると共に、雨天時においても安定した検知性能を発揮することができる。

さらに、本実施形態によれば、気体供給ノズル７によりフード内に圧縮空気等を供給することができ、フード５の内部圧力をフード５の外部圧力よりも大きくすることができる。このため、窯周辺に漂う噴煙、粉塵、水蒸気等のフード内への侵入を防ぐことができる。これにより、光の進行阻害を抑制することができ、撮像される画像の明暗部をより鮮明にすることができる。即ち、検知性能を更に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、窯３１の外部に設けられるターゲット板２の下面を支持するように窯芯検知装置１を構成したが、図４に示すようにターゲット板２の上面を支持するように構成しても良い。即ち、ターゲット板２は、窯３１の外部に設けられていれば良く、上記実施形態のように各窯３１の外壁に取り付けられる構成に限定されない。また、ターゲット板２は板状の部材でなくても良い。ターゲット板２に形成される開口の形状もスリット形状に限定されない。

また、フード５のターゲット部材通過口５ａの形状は、ターゲット板２の形状や取り付け構造により適宜変更されるものである。即ち、移動機の移動時において、ターゲット部材が通過可能なターゲット部材通過口５ａがフード５に形成されていれば良い。一方でフード５は設けなくても良い。この場合であっても、ターゲット板２の明暗画像に基づいて窯芯を検知することは可能である。

また、気体供給ノズル７の本数や配置等は、上記実施形態で説明したものに限定されない。また、気体供給機構は、ノズルを備える機構に限定されない。また、ターゲット部材通過口５ａに設けられる気体噴出ノズル６は、フード５の外壁ではなく内壁に設けても良い。また、気体供給ノズル７と同様に、気体噴出ノズル６の本数や配置等も上記実施形態で説明したものに限定されず、気体供給機構もノズルを備える機構に限定されない。

また、上記実施形態では、撮像装置４をラインレーザー３の上方に設けたが、ラインレーザー３の下方に設ける構成であっても良い。ただし、撮像装置４を上向きに設置すると、撮像装置４のレンズに粉塵等の飛散物が堆積する場合があるため、撮像装置４はラインレーザー３の上方に設けることが好ましい。また、撮像装置４は、上記実施形態で説明したエリアセンサカメラに限定されず、例えばラインセンサカメラであっても良い。

また、上記実施形態では、ラインレーザー３を光軸が水平となるように設けたが、ラインレーザー３と撮像装置４の配置はこれに限定されない。例えば、撮像装置４の光軸を水平とし、ラインレーザー３の光軸が下向きとなるような構成であっても良い。また、ラインレーザー３と撮像装置４の双方に角度をつけるように配置しても良い。即ち、ラインレーザー３と撮像装置４は、ラインレーザー３の光軸と水平面とのなす角、および、撮像装置４の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように配置されていれば良い。

ただし、ターゲット板２と移動機との距離は、窯３１の変形や移動機のレール変形等により変動することがある。この場合、ラインレーザー３が角度の付いた状態で固定されていると、ターゲット板２のスリット部分がレーザー照射範囲から外れてしまうことが懸念される。このため、角度を付けてラインレーザー３を配置する場合には、ラインレーザー３とターゲット板２との距離の変動を考慮して設置位置や角度を設定することが好ましい。同様に、撮像装置４として用いるラインセンサカメラを角度の付いた状態で配置する場合には、ラインレーザー３の光軸の角度やターゲット板２との距離の変動を考慮し、ターゲット板前面におけるスリット部分の明暗部を撮像可能なように設置位置や角度を設定することが好ましい。

また、上記実施形態では、レーザーガード８を、レーザー光の反射を抑える吸光材で形成することとしたが、レーザーガード８の材料はこれに限定されない。例えば、ＳＵＳ製のレーザーガード８の受光面８ａに反射率の低い塗料（例えば黒色塗料）で塗装処理を施すことによりレーザー光の反射を抑えても良い。この場合であっても、レーザーガード８の受光面８ａとターゲット板２の前面２ａとの反射率の差によってターゲット板前面における輝度に差が生じ、撮像画像の明暗部を鮮明にすることができる。

また、ターゲット板２をレーザーガード８よりも反射率の小さい材料で形成しても良い。また、例えばターゲット板２の前面２ａに黒色塗装を施し、レーザーガード８の受光面８ａに白色塗装を施すことにしても良い。このように、ターゲット板２の前面２ａの反射率がレーザーガード８の受光面８ａの反射率より小さい場合であっても撮像画像の明暗部を鮮明にすることが可能である。

なお、上記実施形態では、光源としてラインレーザー３を用いたが、光源はレーザーに限定されず、ＬＥＤやその他の光源であっても良い。また、光源の設置位置は、光源の光度に応じてターゲット板２に近づけても良い。このため、光度の弱い光源であっても、ターゲット板２の明暗画像を撮像することは可能である。

ここで、上記実施形態の変形例として、図５に示す構成の窯芯検知装置１について説明する。本変形例に係る窯芯検知装置１は、撮像装置４の光軸が水平となり、ラインレーザー３の光軸が下向きとなるような構成を有している。撮像装置４としてはラインセンサカメラを用いており、ラインセンサカメラ４は、視野Ｆがターゲット板２のスリット長手方向の中央部となるように設定されている。また、ターゲット板２の後方にはレーザーガード８が設けられている。

このような構成の場合、ラインレーザー３から入射するレーザー光は、ターゲット板２で進行が阻害されることになるが、一部のレーザー光は、ターゲット板２のスリット部分およびターゲット板２の幅方向（Ｔ方向と同一方向）の外側を通り抜けて、ターゲット板２の後方に向かう。この光はレーザーガード８に当たり、一部の光はレーザーガード８で反射してターゲット板２の後方に向かう。この反射したレーザー光は、ターゲット板２のスリット部分およびターゲット板２の幅方向外側を再度通り抜け、ラインセンサカメラ４に向かう。

このときのターゲット板２の前方から見た明暗部のイメージを図６に示す。本変形例の場合、ターゲット板２の前方では、ターゲット板２の上部で反射する光とレーザーガード８で反射する光が確認される。一方、ラインセンサカメラの視野Ｆは、スリット長手方向の中央部に設定されていることから、ターゲット板２の上部で反射したレーザー光は視野内に入りにくい。このため、ラインセンサカメラ４の撮像画像では、スリット周辺において明暗部が形成され、窯番号に応じて形成されたスリットのパターンを識別することが可能となる。

そして、窯芯検知装置１は、ラインセンサカメラの視野中心Ｃ_１と、ターゲット板２の幅中心Ｃ_２（即ち、窯中心）とのずれを検知し、そのずれがなくなる位置まで移動機を移動させるような制御を行う。これにより、所望の窯番号の窯芯に移動機を移動させることができる。

なお、仮にターゲット板２の上部で反射した光がラインセンサカメラ４の視野に入ってきたとしても、その光とレーザーガード８で反射したレーザー光は反射位置が互いに異なることから、両者の反射輝度には撮像装置で識別可能な程度の輝度差が生じる。したがって、スリットの明暗部を識別することは可能である。また、明暗部を鮮明にするために、ターゲット板２の前面２ａとレーザーガード８の受光面８ａの反射率の差を大きくするようにしても良い。

本発明は、コークス炉の移動機に適用することができる。

１ 窯芯検知装置
２ ターゲット板
２ａ ターゲット板の前面
３ ラインレーザー
４ 撮像装置
５ フード
５ａ ターゲット部材通過口
６ 気体噴出ノズル
７ 気体供給ノズル
８ レーザーガード
８ａ レーザーガードの受光面
３０ コークス炉
３１ 窯
３２ 装入車
３３ コークス押出機
３４ 消火車
３５ コークガイド車
Ｃ_１ ラインセンサカメラの視野中心
Ｃ_２ ターゲット板の幅中心
Ｆ ラインセンサカメラの視野
Ｔ 走行方向
Ｖ 鉛直方向

Claims (6)

1. コークス炉が備える移動機の移動時に所望の窯番号の窯の窯芯を検知する窯芯検知装置であって、
   前記コークス炉の各窯の外部に設置され、窯番号に応じて開口が形成されたターゲット部材と、
   前記移動機に設置され、前記ターゲット部材に光を照射する光源と、
   前記移動機に設置され、前記光源の光を反射する反射部材と、
   前記移動機に設置され、前記ターゲット部材を撮像する撮像装置と、を備え、
   前記光源および前記撮像装置は、当該光源の光軸と水平面とのなす角、および、当該撮像装置の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように配置され、
   前記光源と前記撮像装置が前記ターゲット部材の前方に配置され、
   前記反射部材が前記ターゲット部材の後方に配置されている、窯芯検知装置。
2. 前記光源および前記撮像装置の周囲を覆うフードを有し、
   前記フードは、
   遮光性材料で形成され、
   前記光源から前記ターゲット部材までの空間を覆うように設けられ、
   前記移動機の移動時において前記ターゲット部材が通過可能なターゲット部材通過口が形成されている、請求項１に記載の窯芯検知装置。
3. 前記ターゲット部材に向けて気体を噴出する、前記ターゲット部材通過口に設けられた噴出ノズルを備えた気体噴出機構と、
   前記フード内に気体を供給する気体供給機構が設けられている、請求項２に記載の窯芯検知装置。
4. コークス炉が備える移動機の移動時に所望の窯番号の窯の窯芯を検知する窯芯検知方法であって、
   窯番号に応じて開口が形成されたターゲット部材の前面に光を照射し、
   前記移動機に設置された、光源の光を反射する反射部材によって、前記ターゲット部材を通り抜けた光を反射させ、
   前記光源の光軸と水平面とのなす角、および、撮像装置の光軸と水平面とのなす角が互いに異なるように配置された撮像装置を用いて前記ターゲット部材の前面を撮像し、
   撮像された画像の明暗部に基づいて所望の窯番号の窯芯を検知する、窯芯検知方法。
5. 前記光源、前記撮像装置、および、前記光源から前記ターゲット部材までの空間を遮光性材料から成るフードで覆い、
   前記フードに、前記移動機の移動時において前記ターゲット部材が通過可能なターゲット部材通過口を形成して、窯芯検知を実施する、請求項４に記載の窯芯検知方法。
6. 前記ターゲット部材通過口において、前記ターゲット部材に向けて気体を噴出させると共に、前記フード内に気体を供給し、前記フードの内部圧力を前記フードの外部圧力よりも大きくして窯芯検知を実施する、請求項５に記載の窯芯検知方法。

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