JPH01145514A - 炉内観察測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高温状態にある工業窯炉の内壁耐火物の損傷
進行状態を把握するため、炉内に挿入され内壁面を観察
する、炉内ｌＩ！察装置に関するものである。

［従来の技術］ 工業窯炉、例えばＲＨ炉、ＤＨ炉（ＲＨ，ＤＨは、いず
れも溶鋼不純物除去の一方法）、そして転炉等は内壁が
耐火物でおおわれている。その耐火物の内張りは消耗し
てきた段階で張り替える。

その消耗状況は局部的であり予測しがたく、時として炉
壁の鉄皮を赤熱させたり、あるいは、内張りの耐火物を
十分に残したまま炉を休止し補修に入り不経済である。

特に鉄皮を赤熱させた時などは、炉の使用を緊急にとり
やめ炉を冷却し、内部の耐火物を一旦はがして新しい煉
瓦を張らねばならず、通常の補修に比し多大な時間及び
コストがかかる。その上不慮の休止のため生産計画上も
好ましくない。

そこでこのような問題を解決するために従来、耐火物の
消耗状態を熱間で監視する装置として、レーザ光あるい
はマイクロ波を用いた非接触方式の距離計が提案されて
いる。例えばレーザ光方式として、特開昭６１−１３８
４０７号公報で開示された装置は、レーザ光を照射しそ
の反射波の位゛相差によって距離を測定し、内張りのプ
ロフィールを算出する。また、特開昭５８−１９６４０
６号公報で開示された方法は、測定ランスの先端部に取
り付けたレーザ投光部と受光部とにより、三角測量の原
理に基づき耐火物内張りの内面形状を測定する。

マイクロ波方式としては、特開昭５８−１１５２９１号
公報で開示された装置がある。これはマイクロ波ビーム
を発生させて、炉壁をそのマイクロ波ビームで走査し送
信波と受信波の位相差によって距離を測定し、内張りの
プロフィールを算出するものである。

［解決しようとする問題点］ しかしながら、上述の方法装置は、工業炉内の耐火物の
損耗状態の監視および測定を行うという観点では、次の
ような問題点がある。

（１）レーザによる光波距離計では、距離は測定できる
が、面の状態が把握できない。また、測定に時間がかか
る。

（２）マイクロ波方式およびレーザによる光波距離計で
は、炉外からの測定であるため測定領域が覗き窓から見
える範囲に限定される。

（３）超音波、マイクロ波反射方式において、工業炉内
の温度変化により波形が歪み、距離測定に大きな誤差が
生ずる。

本発明は、上記の問題点を解決しようとするもので、高
温炉内で、距離測定精度が良く面情報が得られて測定範
囲の限定が少ない、炉内観察測距装置を得ることを目的
としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の炉内観察測距装置は、自身の軸を中心に回転可
能な円筒形に構成さｂかつ冷却機構と撮影窓を有するＩ
Ｉ！察筒と、同ｗＡ察筒をその軸を中心に回転させる観
察筒回転機構と、前記観察筒の内部に設置され同観察筒
の軸線に対して９０度横向きにかつ前記撮影窓を通して
外界を撮影するテレビカメラと、前記観察筒の内部に設
置され前記テレビカメラとの距離が変更可能に構成され
投射光線の方向が前記テレビカメラの視野の中心でかつ
前記のｖＡ察筒の軸線に対して所定の角度とされている
レーザ光源と、同レーザ光源を駆動し前記テレビカメラ
との距離を変更する光源移動機構と。

前記レーザ光源と前記テレビカメラとの距離を計測する
距離計測手段と、前記テレビカメラの映像信号を受け画
面表示しかつ画面上に表示位置目標を有するテレビモニ
タと、前記距離計測手段による計測値から前記テレビカ
メラと外界視野物体との距離を演算し表示する距離演算
装置とが備えられたことを特徴とし、 あるいは、自身の軸を中心に回転可能な円筒形に構成さ
れかつ冷却機構と撮影窓を有する観察筒と、同観察筒を
その軸を中心に回転させるｗｉ察筒回転機構と、前記観
察筒の内部に設置され同観察筒の軸線に対して９０度横
向きにかつ前記撮影窓を通して外界を撮影するテレビカ
メラと、前記観察筒の内部に設置され投射光線の方向が
前記テレビカメラの視野の中心でかつ前記のｗｔ察余部
中心線に対して角度調整可能に構成されているレーザ光
源と、同レーザ光源の投射方向角度を変化させる光源角
度調整機構と、前記投射方向角度を計測する角度計測手
段と、前記角度計測手段による計測値から前記テレビカ
メラと外界視野物体との距離を演算し表示する距離演算
装置とが備えられたことを特徴としている。

［作用］ 工業炉内を頻繁に監視して早期に耐火物の損傷を検出し
ようとすると、いきおい炉の温度低下を待つことができ
なくなり、高温状態での計測が要望される。また、小さ
い開口部から炉内全壁面を覗くことは不可能なので、検
出部を炉内に挿入することが希求される。さらに、炉壁
を目視できれば損傷状況を総合的に判断でき、もし、寸
法計測も同時に行えれば短時間で精度の良い監視ができ
ることになる。

本発明は、以上の観点からなされたもので、高温雰囲気
で計測誤差のない光による三角測量方式で距離計測を行
うために、所定方向に光線を投射するレーザ光源と、そ
の受光器を兼ねたテレビカメラとを水冷円筒に収容して
観察筒とし、高温雰囲気中での撮影と距離計測を同時に
可能としたことを第１の特徴としている。

前記ｌｉｔ察筒余部さらに、三角測量によって距離計測
を行うために。

（１）テレビカメラとレーザ光源との距離を変化させる
機構とそれを計測する手段、あるいは、（２）光線投射
方向を変化させる機構とそれを計測する手段 のいずれかを設けており、それらは外部より制御、読み
取りが可能なように構成される。この観察筒は、炉開口
部から炉内に挿入され回転されて、炉内の撮影、距離計
測を行う。

炉外の通常雰囲気箇所にはテレビモニタが配設され、前
記テレビカメラよりの映像を表示するので、炉内状況を
目視同様に総合的に観察可能であると同時に、前記レー
ザ光源による光像が常に画面の一定点に位置するように
前記テレビカメラとレーザ光源との距離あるいは光線投
射方向を手動スイッチで変化させ、それらの計測値を得
て、後述（１）式により観察筒と炉内壁面間の距離を演
算する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は第１実施例としての炉内観察測距装置の［余部
の縦断面図である。

第１図において、１は台車２３に搭載され頭部を炉２２
内に挿入して炉２２内部を観察する冷却機構としての３
重壁を有するｌ１ｌＩ察筒、ｌａは１！察筒１の３重壁
の内側に供給される冷却水、１ｂは観察筒１の３重壁の
外側から排出される冷却水、２は炉２２内壁照明用のラ
ンプ、３はａｆＸ！ｉ１の軸線に直角方向の外界を撮影
窓６を通じ撮影するテレビカメラで、レンズ３ａと、Ｃ
ＣＤ撮像素子３ｂと、制御増幅部３ｃとよりなっている
。

４はレーザ光をテレビカメラ３の視野中心方向に反射す
るレーザ光源としてのプリズム、５は前記レーザ光を発
生するレーザ光源としてのレーザ発光管、６はＩＩ察余
部の撮影窓、６ａは撮影窓６の耐熱ガラス、７はプリズ
ム４．レーザ管５が取付けられている移動板、８はリニ
アスケールのスケール、９は移動板７に結合されて移動
し同移動量を出力する距離計測手段としてのリニアスケ
ール検出器、１０は駆動ネジ１１の回転によって上下し
移動板７に結合されている光源移動機構としての移動ナ
ツト、１１はモータ１３の減速軸に結合され回転する光
源移動機構としての駆動ネジ、１２は駆動ネジ１１と１
３とを結合する自在継手を支持する光源移動機構として
の枠、１３は駆動ネジ１１を駆動する光源移動機構とし
てのギャードモータである。

第２図は、同第１実施例の炉内ｗｔ察測距装置のブロッ
ク図であり、１４はギャードモータ１３のＯＮ、ＯＦＦ
制御を行う手動のスイッチ、１５はリニアスケール検出
器９の出力を計数し演算する距は計測手段としての距離
演算装置、１６はテレビモニタ１８の画面に十字線１９
を画かせるところの十字信号を発生する十字信号発生器
、１７はテレビモニタ１８画面に演算結果等を表示させ
る文字信号を発生するビデオカウンタ、１８はテレビカ
メラ１４の撮像信号と十字信号発生器１６よりの十字信
号とビデオカウンタ１７よりの文字信号をあわせ表示す
るテレビモニタ、１９はテレビモニタ１８の画面に表示
された表示位置目標としての十字線、２０はテレビモニ
タ１８の画面に表示されたレーザ光彩、２１は観察、距
離測定される炉内壁である。

第３図は同第１実施例の炉内観察測距装置の炉内観察状
況を示す模式的な側断面図であり、２２は測定される炉
、２３は炉２２前を移動可能な台車、”２４は台車２３
に搭載されハウジング２５を支持する支持台、２５は観
察筒１とその繰出回転機構を収納しているハウジング、
２６は観察筒１をハウジング２５外方に繰出す観察筒繰
出機構としての繰出しモータ、２７は繰出しモータ２６
によって旋回するスクリュー軸、２８はスクリュー軸２
７によって即動されｉ余部１を繰出すスライドベース、
２９はスライドベース２８上に設置され観察筒１を同ｗ
ｔ余部１の軸を中心に回転させる観察筒回転機椅として
の筒回転モータである。

ここで、本実施例装置の距離測定方法について、第２実
施例の場合も含めて説明する。第２図あるいは第５図に
おいて１次の（１）式が成立する。

ｔａｎθ Ｘ：テレビカメラ３と炉内壁２１間の距離ｙ：テレビカ
メラ３とレーザ光源のプリズム４，３０との距離 θ：テレビカメラ３の視野中心線とレーザ光との角度差 上式において、角度差θを一定とすると、リニアスケー
ル検出器９の計測値ｙから、炉内壁２１までの距離Ｘを
求めることができる。また、第５図において、テレビカ
メラ３とレーザ光源のプリズム３０との距離を一定とす
ると、角度差の計測値θから炉内壁２１までの距離Ｘを
求めることができる。

本第１実施例の装置はこのように構成されており、その
動作をＲＨ炉への適用を例にとって説明する。

まず、観察ｆｆＩＪ１を、ＲＨ炉２２使用後あるいは使
用前に、台車２３およびａ余部繰出機構２６を操作して
炉内に挿入する。そうして、観察筒１の内部軸線上に、
９０”、横向きｔこ設置されたテレビカメラ３を用いて
、炉内を観察する。炉内の温度が低く照度が不十分なと
きは、ランプ２により照明を行う。ランプの光色は白な
いし青がレーザ光と区別できて好適である。図示してい
ない計測器によるＩｌｔ察筒余部繰出し長さ（昇降高さ
）信号と回転角度信号は炉外に設置された距離演算装置
１５に、テレビカメラ３の撮像信号はテレビモニタ１８
に送られる。

次に炉壁の損耗が激しい部分に、テレビカメラ３の視野
を合わせ同カメラ３から耐火物表面までの距離を測定す
る。その測定手段を下記に述べる。

テレビカメラ３のレンズ３ａの下部に水平方向に対し角
度θだけ傾けられたプリズム４付きレーザ発光管５をレ
ーザ光線がテレビカメラ３の視野の中心と交わるような
角度になるように設置する。

そのレーザ発光管５．プリズム４から炉内壁２１に、レ
ーザ光線を投射する。その時、そのレーザスポットの映
像は、テレビカメラ３によってテレビモニタ１８画面上
に写し出される。

そのレーザスポットの映像２０を予めテレビモニタ１８
の画面上に定められた十字線１９の交点に合わせるよう
にプリズム４付きレーザ発光管５をリモートコントロー
ル式ギャードモータ１３のスイッチ１４の操作によって
上下に移動させ、その移動量をリニアスケール８で測定
し、リニアスケール検出器９で電気パルス信号に変換す
る。そしてそのパルス数ｙ１を距離演算装置１５に伝送
する。

距離演算装置１５では、送られてきたパルス数ｙ□を長
さ単位ｙに変換し、三角測量法である前記（１）式を用
いて、耐火物までの距離を計算する。同時に、台車２３
からの高さ信号および回転角度信号の情報とを合わせ、
ビデオカウンタ１７を経由して、テレビモニタ１８にそ
のポイントでのテレビカメラ３までの距離をプロットす
る。

１方向の状況観察と距離計測が完了したならば、観察筒
１をその軸線を中心に僅か回転じて別の視野のｍ察計測
を行うようにして、内壁上下左右に亘って上述の動作を
繰り返せば、炉壁プロフィールの測定が可能となる。

次に、Ｉ２察筒ｌの繰出し長さを変えて、別の高さ断面
の炉壁プロフィールの測定を順次行っていく。

こうして、本第１実施例の炉内１１察測距装置により、
高温炉内の略全域に亘って耐火物の表面状況をテレビ画
面に映写しながら、同時に、距離計測を行って、炉内耐
火物の損傷状況を、短時間内にかつ容易に、把握するこ
とができる。

第４図は、第２実施例としての炉内Ｉｌ！ｌ洞察装置の
観察筒の縦断面図である。なお、既述の符号は同一の部
分を示しており、説明は省略する。

第４図において、３０はレーザ光をテレビカメラ３の視
野中心方向に反射するレーザ光源としてのプリズム、３
１はプリズム３０を回転させてレーザ光の照射角度を変
更する角度調整機構としてのパルスモータ、３２は前記
レーザ光を発生するレーザ光源としてのレーザ発光管で
ある。

第５図は、同第２実施例の炉内観察測距装置のブロック
図であり、３３はスイッチ操作によりパルスモータ３１
のオンオフ、正転逆転を制御し回転量信号を出力する角
度計測手段としてのパルスモータ制御器、３４はパルス
モータ制御器３３の出力する回転量信号を計数し観測筒
１と炉内壁２１の間の距離を演算する距離計測手段とし
ての距離演算装置である。

上記したちの以外の第２実施例の装置構成は、第１実施
例と同一である。また、第３図の炉内側断面図に関する
事項も第１実施例と全く同様である。

第２実施例の装置はこのように構成されているが、その
動作をＲＨ炉への適用を例にとって、第１実施例と相違
する部分について説明する。

観察筒１を台車２３およびＩ！察余部出機構２６を操作
してＲＨ炉２２内に挿入する。炉内の状況がテレビカメ
ラ３によって撮影されテレビモニタ１８に写しだされる
。炉壁の損耗が激しい部分に、テレビカメラ３の視野を
合わせ同カメラ３からの炉内壁２１までの距離を測定す
る。その測定手段を下記に述べる。

本第２実施例においては、テレビカメラ３とプリズム３
０の間の距離ｙは固定とされている。しかし、プリズム
３０はパルスモータ３１によってレーザ光線照射角度θ
が変更できるように構成されており、手動でパルスモー
タ制御器３３を操作して、テレビモニタ１８の画面上の
レーザスポットの映像２０を十字線１９の交点に合わせ
るようにする。そのときのレーザ光線照射角度θは距離
演算装置３４に伝えられ、前記（１）式によって。

観察筒１と炉内壁２１との間の距離Ｘを演算し、ビデオ
カウンタ１７を経由してテレビモニタ１８の画面に表示
される。

こうして、本第２実施例の炉内観察測距装置によっても
、高温炉内の略全域に亘って耐火物の表面状況をテレビ
画面に映写しながら、同時に、距離計測を行って、炉内
耐火物の損傷状況を、短時間内にかつ容易に、把握する
ことができる。

［発明の効果］ 本発明の炉内ｌｌ！ｌ洞察装置は、自身の軸を中心に回
転可能な円筒形に構成されかつ冷却機構と撮影窓を有す
るａ余部と、同ＩＭ余部をその軸を中心に回転させるｗ
ｔ察筒回転機構と、前記観察筒の内部に設置され同Ｒ察
簡の軸線に対して９０度横向きにかつ前記撮影窓を通し
て外界を撮影するテレビカメラと、前記観察筒の内部に
設置され前記テレビカメラとの距離が変更可能に構成さ
れ投射光線の方向が前記テレビカメラの視野の中心でか
つ前記のＩｉ察余部軸線に対して所定の角度とされてい
るレーザ光源と、同し−ザ光源壱駆動し前記テレビカメ
ラとの距離を変更する光源移動機構と、前記レーザ光源
と前記テレビカメラとの距離を計測する距離計測手段と
、前記テレビカメラの映像信号を受け画面表示しかつ画
面上に表示位置目標を有するテレビモニタと、前記距離
計測手段による計測値から前記テレビカメラと外界視野
物体との距離を演算し表示する距離演算装置とが備えら
れ、 あるいは、自身の軸を中心に回転可能な円筒形に構成さ
れかつ冷却機構と撮影窓を有するａ余部と、同観察筒を
その軸を中心に回転させる観察筒回転機構と、前記観察
筒の内部に設置され同観察筒の軸線に対して９０度横向
きにかつ前記撮影窓を通して外界を撮影するテレビカメ
ラと、前記観察筒の内部に設置され投射光線の方向が前
記テレビカメラの視野の中心でかつ前記の観察筒の中心
線に対して角度調整可能に構成されているレーザ光源と
、同レーザ光源の投射方向角度を変化させる光源角度調
整機構と、前記投射方向角度を計測する角度計測手段と
、前記角度計測手段による計測値から前記テレビカメラ
と外界視野物体との距離を演算し表示する距離演算装置
とが備えられており、 高温雰囲気中で炉内状況画面を撮影表示し、あわせて光
による三角測量方式の距離計測が行えるので、 （１）高温炉内の距離測定が正確に行える。

（２）高温炉内の被測定物の表面を目で見ることができ
る。

（３）炉内広範囲を観察、測定できる。

（４）距離測定と目視判定とを機器の入れ替えなしに行
えるので、損傷点の特定が容易で、短時間に作業を行う
ことができる。

したがって本装置を利用して、高温の耐火物の損傷程度
を正確にかつ容易に把握することができ、工業炉の炉壁
鉄皮を赤熱させることなく耐火物を寿命限界まで使用で
き、耐火物の使用効率が高まり、炉の改修間隔が長くな
ることによって、大きな経済的な利益を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の炉内ｍ察測距装置のａ余部の縦断
面図、第２図は同第１実施例の装置のブロック図、第３
図は第１および第２同実施例の装置の炉内ａｌｌ察状況
を示す模式的な側断面図、第４図は第２実施例の炉内観
察測距装置の観察筒の縦断面図、第５図は同第２実施例
の装置のブロック図である。 １・・・・・・観察筒、１ａ・・・・・・供給冷却水、
１ｂ・・・・・・排出冷却水、２・・・・・・ランプ、
３・・・・・・テレビカメラ、３ａ・・・・・・テレビ
カメラ３のレンズ、３ｂ・・・・・・テレビカメラ３の
ＣＣＤ撮像素子、３ｃ・・・・・・テレビカメラ３の制
御増幅部、４，３０・・・・・・レーザ光源としてのプ
リズム、５，３２・・・・・・レーザ光源としてのレー
ザ発光管、６・・・・・・撮影窓、６ａ・・・・・・耐
熱ガラス、７・・・・・・移動板、８・・・・・・リニ
アスケール、９・・・・・・距離計測手段としてのリニ
アスケール検出器。 １０・・・・・・光源移動機構としての移動ナツト、１
１・・・・・・光源移動機構としての駆動ネジ、１２・
・・・・・光源移動機構としての枠、１３・・・・・・
光源移動機構としてのギャードモータ、１４・・・・・
・スイッチ、１５゜３４・・・・・・距離演算装置、１
６・・・・・・十字信号発生器。 １７・・・・・・ビデオカウンタ、１８・・・・・・テ
レビモニタ、１９・・・・・・表示位置目標としての十
字線、２０・・・・・・レーザ光彩、２１・・・・・・
炉内壁、２２・・・・・・測定される炉、２３・・・・
・・台車、２４・・・・・・支持台、２５・・・・・・
ハウジング、２６・・・・・・繰出しモータ、２７・・
・・・・スクリュー軸、２８・・・・・・スライドベー
ス、２９・・・・・・ｗｔｒ％筒回転機構としての筒回
転モータ、３１・・・・・・角度調整機構としてのパル
スモータ、３３・・・・・・角度計ｚ１す手段としての
パルスモータ制御器。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 （ほか１名） 代理人　　弁理士　　小　林　　傅 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工業窯炉の炉内に挿入して、炉内耐火物表面状況
   を観察する炉内観察装置において、自身の軸を中心に回
   転可能な円筒形に構成されかつ冷却機構と撮影窓を有す
   る観察筒と、同観察筒をその軸を中心に回転させる観察
   筒回転機構と、前記観察筒の内部に設置され同観察筒の
   軸線に対して９０度横向きにかつ前記撮影窓を通して外
   界を撮影するテレビカメラと、前記観察筒の内部に設置
   され前記テレビカメラとの距離が変更可能に構成され投
   射光線の方向が前記テレビカメラの視野の中心でかつ前
   記の観察筒の軸線に対して所定の角度とされているレー
   ザ光源と、同レーザ光源を駆動し前記テレビカメラとの
   距離を変更する光源移動機構と、前記レーザ光源と前記
   テレビカメラとの距離を計測する距離計測手段と、前記
   テレビカメラの映像信号を受け画面表示しかつ画面上に
   表示位置目標を有するテレビモニタと、前記距離計測手
   段による計測値から前記テレビカメラと外界視野物体と
   の距離を演算し表示する距離演算装置とが備えられたこ
   とを特徴とする炉内観察測距装置。
2. （２）工業窯炉の炉内に挿入して、炉内耐火物表面状況
   を観察する炉内観察装置において、自身の軸を中心に回
   転可能な円筒形に構成されかつ冷却機構と撮影窓を有す
   る観察筒と、同観察筒をその軸を中心に回転させる観察
   筒回転機構と、前記観察筒の内部に設置され同観察筒の
   軸線に対して９０度横向きにかつ前記撮影窓を通して外
   界を撮影するテレビカメラと、前記観察筒の内部に設置
   され投射光線の方向が前記テレビカメラの視野の中心で
   かつ前記の観察筒の中心線に対して角度調整可能に構成
   されているレーザ光源と、同レーザ光源の投射方向角度
   を変化させる光源角度調整機構と、前記投射方向角度を
   計測する角度計測手段と、前記角度計測手段による計測
   値から前記テレビカメラと外界視野物体との距離を演算
   し表示する距離演算装置とが備えられたことを特徴とす
   る炉内観察測距装置。