JPH07103727A

JPH07103727A - 工業炉の炉体変形計測方法

Info

Publication number: JPH07103727A
Application number: JP26488193A
Authority: JP
Inventors: Koji Ashida; 耕司芦田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-04-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JP2765452B2

Abstract

(57)【要約】【目的】炉体に設けられた複数のマーカをミラーなど
を介して撮像しても各マーカ間の相対的距離を正確に計
測できるような工業炉の炉体変形計測方法を提供する。【構成】コークス炉１に設けられたマーカ２Ａ，２Ｂ
の像が測定ラック３に設けられた観察用窓４Ａ，４Ｂを
介して、ビームスプリッタ１４およびミラー１３で反射
される。コークス炉１外に設けられた撮像装置５は、そ
の像を撮像する。さらに、撮像装置５は、ビームスプリ
ッタ１４およびミラー１３に取付けられたスケール１６
Ａ，１６Ｂを撮像する。また、コークス炉１外に設けら
れた距離測定装置６は基準点１５とビームスプリッタ１
４またはミラー１３との距離を測定する。測定された距
離、マーカ２Ａ，２Ｂの局所的な座標やミラー１３など
の位置と姿勢が信号処理装置８に入力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工業炉の炉体変形計
測方法に関し、特に各種工業炉の炉内の炉体変形を測定
することができるような工業炉の炉体変形計測方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉、高炉、加熱炉等の工業炉の
炉壁は、耐火物で構築されているが、熱の影響は被処理
材との接触等により、溶損、亀裂等の損傷を生じる場合
がある。この損傷は最終的に炉寿命を左右するため、的
確なタイミングで補修を施すことが必要であり、損傷状
況を見極めるための１つの指標に、以下に示すような炉
を構成する耐火物の変形量／膨張量を測定する方法が用
いられている。

【０００３】たとえば、コークス炉の炉体は煉瓦で構成
されており、１１００〜１３００℃程度の温度で操業が
行なわれている。コークス炉の老朽化の原因は、稼働率
の変化による炉温変化、装炭・乾留・窯出しによる炉温
の変化、石炭乾留時の膨張圧、コークス押し出しの炉壁
に対する圧力等である。これらの原因によって、煉瓦の
目地切れ、亀裂等の損傷が発生・進展し、ついには炉休
止に至ると考えられている。このような損傷のうち、亀
裂拡大は炉長方向の炉体の延びに反映した数値となるの
で、炉長方向長さを一定期間ごとに測定することによ
り、炉体膨張、すなわち亀裂拡大の進行を定量的に把握
することができる。したがって、コークス炉炉体の炉寿
命を推定、適正な老朽化対策を実施するためには炉長を
精度よく測定する必要がある。

【０００４】従来、コークス炉炉長測定は、実開昭６１
−３９１３６号公報に示されているように、炉締め金物
表面、あるいは保護板までの距離を炉外部に設けた基準
点からトランシットを用いて間接的に測量することによ
り行なわれていた。または、特開平３−２４５００９号
公報に示されているように、押し出し機側炉口および消
火車側炉口についてレーザ変位計を用いて測定し、これ
により炉全体の延びを測定する方法が用いられていた。
しかし、これらの方法では、たとえば以下のような問題
が生じていた。まず、経年変化により炉蓋の保護板であ
る金物に熱歪が生じ、煉瓦の延びによる変化量だけを抽
出することは困難である。次に、炉の転移部の異常せり
出しにより、保護板と煉瓦面の間に隙間が生じており、
煉瓦の延びによる変化量だけを抽出することは困難であ
る。さらに、実開昭６１−３９１３６号公報に示されて
いるような方法においては、人手による測定であるた
め、個人差による誤差が生じやすい。これらの問題は他
のコークス炉以外の工業炉の場合でも同様であり、その
ため特願平４−３２９６２５号公報に示されているよう
に、測定を行なおうとする炉の内部耐火物壁面に測長の
目印となり得るマーカを設け、その相対的位置関係を求
める方法が提案されている。

【０００５】図１９は、その測定原理を説明するための
図である。図１９を参照して、工業炉であるコークス炉
１の炉内耐火物壁面にはマーカ２Ａおよび２Ｂが所定の
間隔で設けられる。なお、マーカの数は２つに限定され
るものでなく複数であればよい。コークス炉１の炉内耐
火物壁面に沿って測定ラック３が設けられ、測定ラック
３にはマーカ２Ａおよび２Ｂに対向する部分のそれぞれ
に観察用窓４Ａおよび４Ｂが設けられる。測定ラック３
内には、マーカ２Ａおよび２Ｂ付近を撮像するために光
軸が炉長方向に平行な撮像装置５が設けられ、撮像装置
５の光軸に対して反射面を４５°傾けたビームスプリッ
タ１４およびミラー１３がマーカ２Ａおよび２Ｂと対向
する方向に設けられる。さらに、測定ラック３内には、
任意の基準点１５と撮像装置５によって撮像される部分
の中心点との距離を測定するための距離測定装置６が設
けられる。なお、図１１に示した基準点１５は、距離測
定装置６自身の位置である。

【０００６】撮像装置５は、マーカ２Ａおよび２Ｂ付近
の画像７Ａおよび７Ｂを撮像する。画像７Ａにはマーカ
２Ａの局所的位置であるＸ₁ ，Ｙ₁ が撮像され、画像７
Ｂにはマーカー２Ｂの局所的位置であるＸ₂ ，Ｙ₂ が撮
像される。なお、局所的位置を測定する場合の画像７
Ａ，７ＢのＸ軸方向は炉長方向とする。距離測定装置６
は、マーカ２Ａが撮像された画像７Ａにおける原点と基
準点１５との距離Ｌ₁ とマーカ２Ｂが撮像された画像７
Ｂにおける原点と基準点１５との距離Ｌ₂ を測定する。
測定されたＸ₁ ，Ｙ₁ ，Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｌ₁ ，Ｌ₂ は信号
処理装置８に入力されて、マーカ２Ａとマーカ２Ｂの基
準点１５を原点とした位置関係が計算される。

【０００７】図２０は、基準点１５とマーカ２Ａ，２Ｂ
の位置関係を示す図である。図２０を参照して、距離測
定装置６の位置に設定した基準点１５を原点とし、炉長
方向にｘ軸をとる座標系をｘ−ｙ座標系とすると、この
ｘ−ｙ座標系では、マーカ２Ａ，２Ｂの位置関係（ｘ
₁ ，ｙ₁ ）および（ｘ₂ ，ｙ₂ ）は第（１）式のように
表される。このマーカ２Ａ，２Ｂの位置座標（ｘ₁ ，ｙ
₁ ）および（ｘ ₂ ，ｙ₂ ）を一定期間ごとに知ることで
マーカの移動距離が測定され、この値を炉体膨張量の代
表値とすることができるだけでなく、さらに炉長方向で
あるマーカー間の水平方向および炉長方向に対して垂直
方向であるマーカ間の垂直方向の相対的な距離も第
（２）式を用いることで求められる。この方法を用いれ
ば、炉を構成する部材の長さが直接測定されるため、特
開平３−２４５００９，実開昭６１−３９１３６号公報
で生じた問題を解決できる。

【０００８】

【数１】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１９およ
び図２０に示した測定方法では、マーカを撮像する撮像
装置５のミラー１３およびビームスプリッタ１４で反射
した後の撮像光軸が観察すべき炉壁面に垂直である場
合、すなわち光軸に対してミラー１３とビームスプリッ
タ１４の反射面が４５°傾斜していれば、測定誤差は生
じない。

【００１０】しかしながら、ミラー等を光軸に対して正
確に４５°傾斜させることは困難であり、また、マーカ
を撮像する撮像装置を内蔵する架台を高温の炉内に常に
一定方向に挿入することは非常に困難である。また、そ
れが可能であったとしても測定を続けるうちに熱応力等
により観察方向が微妙に変化すれば、マーカ間の距離が
実際に変化しなくても、あたかも変化したように測定さ
れるという測定誤差が生じる。

【００１１】それゆえに、この発明は、上記のような問
題を解決し、撮像装置などの光軸に対して、ミラー等の
傾斜角度が４５°でなくても、さらに、ミラー等が多少
の姿勢や位置的ずれを生じても、マーカ間の相対的位置
関係を正確に求めることができるような工業炉の炉体変
形計測方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る工
業炉の炉体変形計測方法は、工業炉内の壁面に設けられ
た目印となり得る複数の目印部分に対応して設けられた
工業炉内の反射手段を介して、各目印部分を含む所定範
囲を撮像し、その撮像画像内での各目印部分の局所的な
位置を測定する一方、各反射手段と所定の基準点間の距
離を測定し、各局所的な位置および各反射手段と基準点
間の距離を用いて各目印部分間の距離を求める工業炉の
炉体変形計測方法であって、各反射手段にはその位置と
姿勢の変化量を表現できる部材が設けられ、撮像された
所定範囲における各目印部分の局所的な位置と、測定さ
れた各反射手段と所定の基準点間の距離とを用いて、各
目印部分の相対的位置を算出する第１のステップと、各
反射手段に設けられた部材を撮像し、各反射手段の位置
と姿勢の変化量を算出する第２のステップと、算出され
た各反射手段の位置と姿勢の変化量に応じて、算出され
た各目印部分の相対的位置を補正する第３のステップと
を含む。

【００１３】請求項２では、さらに、請求項１の各反射
手段には、複数の測定点が設けられ、第２のステップ
は、基準点と各測定点間の距離を測定し、その各測定値
と所定の演算式に従って各反射手段の姿勢の変化量を算
出するステップを含む。

【００１４】請求項３では、さらに、請求項１の各反射
手段には複数の測定点が設けられ、基準点と各測定点間
の距離を測定し、その各測定値に基づいて、各反射手段
と所定の基準点間の距離を算出する。

【００１５】請求項４の発明に係る工業炉の炉体変形計
測方法は、工業炉内の壁面に設けられた目印となり得る
複数の目印部分に対応して設けられた工業炉内の反射手
段を介して、各目印部分を含む所定範囲を撮像し、その
撮像画像内での各目印部分の局所的な位置を測定する第
１のステップと、各反射手段の位置と、撮像光軸を３次
元座標軸のうちの１軸とし、それを回転軸とする回転角
度とを表現できる部材を撮像し、各反射手段の位置と回
転角度の変化量を算出する第２のステップと、各反射手
段に設けられた複数の測定点と所定の基準点間の距離を
測定し、３次元座標軸における他の２軸に対しての回転
角度の変化量を算出する第３のステップと、第２および
第３のステップで算出された各反射手段の位置と回転角
度および測定された各測定点と所定の基準点間の距離に
応じて、基準点と各反射手段間の距離を算出する第４の
ステップと、第２および第３のステップで算出された各
反射手段の回転角度および第４のステップで算出された
基準点と各反射手段間の距離に応じて、第１のステップ
で測定された各目印部分の局所的な位置を補正する第５
のステップと、第５のステップで補正された各目印部分
の局所的な位置と第４のステップで算出された基準点と
各反射手段の距離によって、各目印部分間の相対的位置
を算出する第６のステップとを含む。

【００１６】

【作用】請求項１の発明に係る工業炉の炉体変形計測方
法は、工業炉内の壁面に設けられた複数の目印部分を含
む所定範囲を、反射手段を介して撮像して画像内の各目
印部分の局所的な位置を測定し、各反射手段と所定の基
準点間の距離を測定し、測定された各目印部分の局所的
位置と各反射手段と所定の基準点間の距離とを用いて各
目印部分の相対的位置を算出し、さらに、各反射手段に
設けられた部材を撮像することで各反射手段の位置と姿
勢の変化量を算出してその変化量に応じて各目印部分の
相対的位置を補正することができる。

【００１７】請求項２の発明に係る工業炉の炉体変形計
測方法は、さらに、各反射手段に設けた複数の測定点と
所定の基準点間の距離を測定し、その測定値と所定の演
算式に従ってより正確な各反射手段の姿勢の変化量を算
出できる。

【００１８】請求項３の発明に係る工業炉の炉体変形計
測方法は、さらに、各反射手段に設けた複数の測定点と
所定の基準点間の距離を測定し、その測定値に基づいて
より正確な各反射手段と所定の基準点間の距離を算出で
きる。

【００１９】請求項４の発明に係る工業炉の炉体変形計
測方法は、工業炉内の壁面に設けた複数の目印部分を含
む所定範囲を、各反射手段を介して撮像して画像内の各
目印部分の局所的な位置を測定し、各反射手段に設けた
複数の測定点と部材を撮像することで、各反射手段の位
置および各反射手段と所定の基準点間の距離を算出し、
算出された値で各目印部分の局所的な位置を補正して、
その補正された値と算出された基準点と各反射手段間の
距離とから各目印部分の相対的位置を算出できる。

【００２０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例による工業炉の
炉体変形計測方法の原理の概略を説明するための図であ
る。以下、図１１に示した従来の工業炉の炉体変形計測
方法の原理と異なる部分について説明する。

【００２１】図１を参照して、撮像装置５はミラー１３
とビームスプリッタ１４を介してマーカ２Ａおよび２Ｂ
付近を撮像するが、ミラー１３とビームスプリッタ１４
の姿勢を測定するために、ミラー１３およびビームスプ
リッタ１４のそれぞれには十字状のスケール１６Ｂおよ
び１６Ａが取付られる。なお、スケールとして十字状の
ものを用いたが、スケールの形状はこれに限定されるも
のでない。

【００２２】トランシット等からなる距離測定装置６に
より、ミラー１３およびビームスプリッタ１４と任意の
基準点１５との間の距離Ｌ₂ ，Ｌ₁ が測定される。一
方、炉外に設けられた撮像装置５は、ミラー１３および
ビームスプリッタ１４を介して各マーカ２Ａ，２Ｂ付近
の画像７Ａ，７Ｂを撮像し、画像７Ａ，７Ｂの中でマー
カ２Ａ，２Ｂの視野内での座標Ｚ′₁ ，Ｙ′₁ ，Ｚ′
₂ ，Ｙ′₂ が測定される。なお、マーカ２Ａおよび２Ｂ
の視野内での座標系については後で詳しく説明する。さ
らに、撮像装置５は、ミラー１３およびビームスプリッ
タ１４の各々の画像７Ｃ，７Ｄを撮像し、画像７Ｃ，７
Ｄの中でのスケール１６Ａおよび１６Ｂの状態からミラ
ー１３およびビームスプリッタ１４の位置と姿勢を計測
する。このようにして、距離測定装置６および撮像装置
５から得られた測定値を用いて、信号処理器８はミラー
１３およびビームスプリッタ１４の位置および姿勢の変
化に対して補正が施されたマーカ間の相対的距離を求め
る。したがって、マーカ間の相対的距離を定期的に測定
することにより、炉体変形の変化量を求めることができ
る。

【００２３】図２は、撮像装置５により取り込まれたス
ケール１６Ｂの画像からそれに付随して得られるミラー
１３の位置および姿勢の変化を検出する方法を説明する
ための図である。

【００２４】図２を参照して、説明を簡略化するため
に、３つの仮定を行なう。まず、スケール１６Ａおよび
１６Ｂが取付けられたビームスプリッタ１４およびミラ
ー１３のうちミラー１３にのみ着目する。次に、初期状
態（位置と姿勢の変化のない状態のミラー１３における
スケール１６Ｂの像）１８Ａにおいて、スケール１６Ｂ
の中心と撮像装置５の光軸は一致しており、ミラー１３
の反射面と光軸のなす角度は４５°である。次に、スケ
ールの縦および横の長さは既知であるとする。この仮定
に基づけば、以下のようなことを示すことができる。た
とえば、初期状態１８Ａにおける画像内のスケール１６
Ｂの縦Ｓ_Yと横Ｓ_Zの長さを等しくするためには、スケ
ール１６Ｂの実際の縦の長さがＳ_O、横の長さがＳ_O／
ｃｏｓ４５°であるように、スケール１６Ｂは製作され
ればよい。これにより、撮像装置５のレンズ焦点深度が
十分深ければ、Ｓ_Y≒Ｓ_Zの関係を成立させることがで
きる。さらに、後で説明するが、初期状態１８Ａからず
れてある姿勢を有するミラーに設けられたスケールの縦
の長さの測定値がＳ′_Y、横の長さの測定値がＳ′_Zで
あったとすると、Ｓ_Y＝Ｓ′_Y／ｃｏｓφ＝Ｓ_Zを成立
させることができる。

【００２５】また、ミラー１３が初期状態１８Ａから回
転角θ、φ、ηという角度でそれぞれ回転した場合と、
水平方向（図面ではＺ軸方向）あるいは鉛直方向（図面
ではＹ軸方向）へ並行移動した場合について説明するた
めに以下のような仮定を行なう。初期状態１８Ａにおい
て、ミラー１３の反射面と撮像装置５の光軸が交差する
点を座標原点とし、撮像装置５の光軸をＸ軸（撮像方向
を正）、炉壁方向をＺ軸（炉壁方向を正）、図面に対し
て鉛直方向をＹ軸と考えたＸＹＺ座標系を仮定する。な
お、Ｙ軸周りの回転をθ、Ｚ軸周りの回転をφ、Ｘ軸周
りの回転をηと仮定し、回転方向の正負は図２に表わす
とおりとする。

【００２６】まず、θ回転の場合（画像１８Ｂ）におい
て、観察画像１８Ｂ内でのスケール１６Ｂの横の長さ
Ｓ′_Zは図中のθ正方向に回転すれば減少し、負の方向
に回転すれば増加する。そのため、第（３）式の関係を
用いればθは第（４）式のように表される。次に、η回
転の場合（画像１８Ｃ）において、観察画像１８Ｃ内で
の初期状態からの回転角ηがそのままηとして検出され
る。

【００２７】次に、φ回転の場合（画像１８Ｄ）におい
て、φが微小（−５°＜φ＜５°程度）であれば、観察
画像１８Ｄ内のスケール１６Ｂの水平方向線の回転角φ
₁ とηを用いて、φはφ＝φ₁ ＋ηとして検出される。
より正確には、φは第（５）式に示すような式で表され
る。

【００２８】次に、水平方向移動の場合（画像１８Ｅ）
において、観察画像１８Ｅ内で検出されるスケール１６
Ｂの初期状態からの変位量Ｄ_Zがそのまま水平方向の並
行移動量として検出される。次に、鉛直方向移動の場合
（画像１８Ｆ）において、観察画像１８Ｆ内で検出され
るスケール１６Ｂの初期状態からの変位量Ｄ_Yが、その
まま鉛直方向の並行移動量として検出される。このよう
に、スケール１６Ｂを測定することで、ミラー１３の位
置の変化（Ｄ_Z，Ｄ_Y）と姿勢の変化（θ，φ，η）が
検出される。

【００２９】

【数２】

【００３０】図３，図４，図５および図６は、マーカ２
Ｂとミラー１３との相対的位置関係を説明するための図
である。

【００３１】得られたミラー１３の姿勢（θ，φ，η）
とマーカ画像上のマーカ座標から、マーカ２Ｂの位置を
算出するために、まず、ミラー１３の姿勢を検出するた
めに用いた座標系とマーカ画像上のマーカ座標との関係
を図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、マ
ーカ２Ｂの虚像であるマーカ虚像２Ｂ′が存在するコー
クス炉虚像１′の壁面上にＸＹＺ座標系を正射影し、Ｚ
軸に対応するものをＺ′軸、Ｙ軸に対応するものをＹ′
軸と仮定する。この仮定に基づけば、図３（ｂ）に示す
ように、マーカ２Ｂが撮像された画像７Ｂにおいて、撮
像装置５のカメラ主点２１からマーカー虚像２Ｂ′を見
れば、マーカ座標は（Ｚ′₂ ，Ｙ′₂ ）である。ここ
で、画像の幅もしくは高さが実際に何ｍｍに相当するの
かが必要とされる。しかし、これらはたとえばカメラレ
ンズの特性と距離Ｗ＋Ｌに基づいて計算されてもよい
し、視野幅に対して既知の長さを有するスケールが占め
る割合から計算されてもよい。

【００３２】次に、図４を参照して、ミラー１３の反射
面と撮像装置５の光軸の交点を原点としたＸＹＺ座標系
において、ミラー１３の反射面は、第（６）式のように
表される。ただし、θ′＝４５°−θであり、以下、説
明を簡単にするためにθ′を用いて説明する。なお、図
面においてＬ′が撮像装置５のカメラ主点２１と原点Ｏ
との距離であり、Ｗは、原点Ｏとコークス炉１の壁面と
の距離であるとともに、交点Ｏとマーカ画像７Ｂとの距
離でもある。マーカ虚像２Ｂ′が図５および図６に示す
ように撮像装置５によってマーカ画像７Ｂ上で得られた
とすると、ＸＹＺ座標系において、カメラ主点２１から
マーカ座標２Ｂ′（Ｚ′₂ ，Ｙ′₂ ）への方向ベクトル
Ｎは、Ｎ＝（Ｗ，Ｙ′₂ ，Ｚ′₂ ）−（−Ｌ′，０，
０）＝（Ｗ＋Ｌ′，Ｙ′₂ ，Ｚ′₂ ）で表される。その
ため、方向ベクトルＮに対する単位ベクトルＭは第
（７）式のように表されるので、カメラ視点２１とマー
カ虚像２Ｂ′とを結ぶ直線の式は第（８）式のように表
される。

【００３３】したがって、第（８）式で表された直線と
第（６）式で表された平面との交点Ｐ_mは第（９）式の
ように表される。この交点Ｐ_mとコークス炉１の平面に
設けられたマーカ２Ｂとを結ぶ直線の式は第（１０）式
のように表される。ゆえに、この第（１０）式に対して
Ｚ＝Ｗを代入すれば、第（１１）式で表されるようにミ
ラー１３に対してのマーカ２Ｂの相対的位置が算出され
る。

【００３４】

【数３】

【００３５】

【数４】

【００３６】このように、測定したマーカ画像のマーカ
座標がわかれば、マーカ座標Ｐ_Tが求められる。測定原
理上、第（６）式〜第（１１）式に表される未知数は、
θ、φ、η、Ｌ′、およびＷである。これらの未知数の
うち、Ｌ′は、距離測定装置６による測定値によって、
撮像装置５のカメラ主点２１からミラー１３までの撮像
装置光軸上の離間距離として与えることができる。ま
た、Ｗは、光軸からコークス炉１の壁面までの設計値と
して与えるか、壁面までの距離測定用のレーザ距離計な
どの距離計による測定値として与えることもできる。

【００３７】図７および図８は、距離測定値によるミラ
ーおよびビームスプリッタまでの距離測定時に必要な距
離補正を説明するための図である。以下距離測定装置と
して光波測距儀を用いて説明する。

【００３８】図７を参照して、炉外に設けられた光波測
距儀２２が出力する光波を反射するためのコーナキュー
ブ２３および２４が、ミラー１３およびビームスプリッ
タ１４のそれぞれに設けられる。このコーナキューブ２
３および２４がたとえばフレーム２５および２６に取付
けられることで、ミラー１３とコーナキューブ２３、ビ
ームスプリッタ１４とコーナキューブ２４のそれぞれの
相対的位置関係は一定となる。なお、図８（ａ），
（ｂ）および（ｃ）に示すように、光波測距儀２２の観
察光軸に対してコーナキューブ２４（２３）の姿勢が変
化した場合でも、コーナキューブ２４（２３）自体が有
する測距点Ｐ_Cまでの距離Ｌ_Pcは常に測定される。しか
し、たとえば図７に示すように、撮像装置５の光軸とミ
ラー１３およびビームスプリッタ１４の反射面とが４５
°の角度をなす初期状態において、コーナキューブ２４
（２３）の測距点Ｐ_Cが撮像装置５の光軸の鉛直上方ま
たは下方に対してｈ_C離れて位置する場合には、測距値
Ｌ_Pcを補正して真の距離Ｌ_R（Ｌ_R＝Ｌ₁ ，Ｌ₂ ）を求
める必要がある。すなわち、θ方向回転においては、−
Ｄ_Z・ｔａｎ（４５°−θ）の補正が必要であり、φ方
向回転においては、−（ｈ_C−Ｄ_Y／ｃｏｓ（φ））・
ｓｉｎ（φ）の補正が必要であり、η方向回転において
は、補正は必要でない。このように得られた補正に基づ
いて第（１２）式で示すような真の距離Ｌ_Rが求められ
る。

【００３９】なお、距離測定には、光波測距儀以外にも
干渉測長機、マグネスケール等の距離計も使用できる
が、この場合にも、同様にして測距距離の補正はでき
る。

【００４０】

【数５】

【００４１】図１から図８に示した測定原理における測
定値は、距離測定装置６による測定値であるＬ₁ ，Ｌ₂
と、撮像装置５によって得られるマーカ付近の各々の画
像から得たマーカー座標である（Ｚ′₁ ，Ｙ′₁ ），
（Ｚ′₂ ，Ｙ′₂ ）と、撮像装置５によって得られるス
ケールの画像から得たミラー１３およびビームスプリッ
タ１４の各々の姿勢である（θ₁ ，φ₁ ，η₁ ），（θ
₂ ，φ₂ ，η₂ ）と、撮像装置５によって得られるスケ
ールの画像から得たミラー１３およびビームスプリッタ
１４の位置変化である（Ｄ_Z1，Ｄ_Y1），（Ｄ_Z2，Ｄ_Y2）
である。これらの値を用いて、ミラーもしくはビームス
プリッタの位置および姿勢が変化した場合でも補正を行
なうことができ、第（１）式および第（２）式を用いて
マーカ間の相対的距離を求める場合に比べて、さらに精
度よく求めることができる。

【００４２】なお、コークス炉１の壁面は観察装置であ
る撮像装置５の光軸と水平であることが望ましく、炉壁
とミラーなどとの距離は既知であればよいが、レーザ変
位計等の距離測定装置を用いても測定することができ
る。

【００４３】また、補正の精度を向上するには、撮像装
置として、焦点深度が深く、さらにできるだけ分解能の
高い画像を得ることができるものを用いることが望まし
く、信号処理装置の画像解像度も可能な限り解像度の高
いものが望ましい。

【００４４】図９は、この発明による測定方法の一実施
例の概略を説明するための図である。

【００４５】図９を参照して、コークス炉１内の挿入装
置である測定ラック３には、ミラー１３およびビームス
プリッタ１４が設けられ、コークス炉１の外部に設けら
れた撮像装置５であるテレビカメラは、ミラー１３およ
びビームスプリッタ１４を介してマーカー２Ａおよび２
Ｂ付近の画像を撮像する。さらに、ミラー１３およびビ
ームスプリッタ１４の反射面は、テレビカメラの撮像方
向に対して約４５°の角度をなしており、テレビカメラ
は、ミラー１３およびビームスプリッタ１４に反射され
たマーカー２Ａおよび２Ｂの像を焦点距離を調整するこ
とで撮像する。また、テレビカメラは、ミラー１３およ
びビームスプリッタ１４の反射面に取付けられたスケー
ル１６Ｂおよび１６Ａを焦点距離を調整して撮像する。

【００４６】一方、ミラー１３およびビームスプリッタ
１４に対して、コーナキューブ９Ａおよび９Ｂが設けら
れており、コークス炉１の外部に設けられた光波測距儀
１０Ａおよび１０Ｂは、自身からコーナキューブ９Ａお
よび９Ｂまでの距離をそれぞれ測定する。

【００４７】なお、コーナキューブは、ミラーまたはビ
ームスプリッタとの相対的位置関係が常に一定であるよ
うに設けられており、光波測距儀１０Ａおよび１０Ｂ
は、それぞれの光軸が撮像装置の光軸に対して平行であ
るように設けられる。

【００４８】図１０は、ミラー１３がθ方向（水平面
内）に回転した場合の画像解像度と炉体膨張量測定精度
の関係を説明するための図であり、図１０を参照して、
撮像装置として必要とされる解像度は、要求される炉体
膨張量の測定精度に依存することを説明する。

【００４９】撮像装置５の光軸と炉壁面との交点の移動
量ΔＬとθの関係は、第（１３）式で表される。なお、
第（１３）式におけるＷは撮像装置５の光軸と炉壁面間
の距離を表わす。ミラー１３が正確に撮像装置５の光軸
に４５°傾斜している場合のスケールの大きさをＬ_S、
θ回転後のスケールの大きさをＬ′_Sとすると、第（１
４）式で表される関係を考えることができ、たとえばＷ
＝２００ｍｍとした場合に第（１３）式および第（１
４）式を用いることで、表１に示すような値が得られ
る。これにより、要求精度を１ｍｍとするとΔＬ＜０．
１ｍｍとして、約０．３°のθを検出する必要があるた
め、画像には第（１５）式で示される値の水平分解能が
最低必要であることがわかる。

【００５０】

【数６】

【００５１】

【表１】

【００５２】図１１は、この発明の他の実施例による工
業炉の炉体変形計測方法の原理の概略を説明するための
図である。以下、図１に示した実施例による工業炉の炉
体変形計測方法の原理と異なる部分について説明する。

【００５３】図１１を参照して、任意の基準点１５とミ
ラー１３との距離および任意の基準点１５とビームスプ
リッタ１４との距離とをより正確に測定するために、ミ
ラー１３に測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３が設けられ、
ビームスプリッタ１４に測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３
が設けられる。これらの測定点の設けられる位置等につ
いては、後で詳しく説明する。

【００５４】撮像装置５は、ミラー１３およびビームス
プリッタ１４を介して、各マーカ２Ａ，２Ｂ付近の画像
７Ａ，７Ｂを撮像し、画像７Ａ，７Ｂ内での各マーカ２
Ａ，２Ｂの視野内における座標Ｚ′₁，Ｙ′₁，
Ｚ′₂，Ｙ′₂が測定される。さらに、撮像装置５は、
ミラー１３およびビームスプリッタ１４の各々の画像７
Ｃ，７Ｄを撮像し、画像７Ｃ，７Ｄ内でのスケール１６
Ａ，１６Ｂの状態からすぐに検出されるそれぞれのスケ
ール１６Ａ，１６Ｂの座標原点からのずれである位置
と、撮像装置５の撮像光軸を回転軸とした回転角度が測
定される。この測定された結果は信号処理器８に入力さ
れる。

【００５５】一方、トランシット等からなる距離測定装
置６によって、基準点１５からそれぞれの測定点Ｐ１
１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３までの距
離Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃が測定される。
このように測定された各々の距離が信号処理器８に入力
されて、後で詳しく説明する演算が行なわれ、図２で定
義した回転角θ，φなどが導かれる。信号処理器８は、
入力された測定値に基づいてミラー１３とビームスプリ
ッタ１４との正確な相対的位置を算出し、さらに、ミラ
ー１３に対するマーカ２Ｂの位置と、ビームスプリッタ
１４に対するマーカ２Ａの位置とを算出し、正確なマー
カ２Ａとマーカ２Ｂとの間の距離を算出する。

【００５６】図１２は、撮像装置５により取り込まれた
スケール１６Ｂの画像からそれに付随して正確に得られ
るミラー１３の位置と姿勢を表わす回転角ηを検出する
方法を説明するための図である。

【００５７】図１２を参照して、ここにおいても、図２
で仮定した仮定を説明を簡単にするために行なう。すな
わち、まずスケール１６Ｂおよび１６Ｂが取付けられた
ビームスプリッタ１４およびミラー１３のうちミラー１
３にのみ着目する。次に、初期状態１９Ａにおいて、ス
ケール１６Ｂの中心と撮像装置５の光軸は一致してお
り、ミラー１３と光軸のなす角度は４５度である。次
に、スケール１６Ｂの縦および横の長さは既知であると
する。

【００５８】また、初期状態１９Ａにおいて、ミラー１
３の反射面と撮像装置５の光軸が交差する点を座標原点
とし、撮像装置５の光軸をＸ軸（撮像方向を正）、炉壁
方向をＺ軸（炉壁方向を正）、図面に対して鉛直方向を
Ｙ軸と考えたＸＹＺ座標系を仮定する。なお、回転角
θ，η，φに関しては図２に示すとおりとする。

【００５９】回転角θ，η，φのうち、撮像装置５によ
ってすぐに検出されるものはη回転の場合（画像１９
Ｂ）のみである。このことは、前述したとおりであり、
観察画像１９Ｂ内での初期状態１９Ａからの回転角ηが
そのままηとして検出される。次に、回転によって得ら
れる回転角には回転角ηの他にすぐに得られるものがな
いため、水平方向移動の場合（画像１９Ｃ）と、鉛直方
向移動の場合（画像１９Ｄ）について説明する。この２
つの場合には、回転角ηが得られたように変位量Ｄ_Z，
Ｄ_Yがそのまま得られる。すなわち、水平方向移動の場
合（画像１９Ｃ）では、観察画像１９Ｃ内で検出される
スケール１６Ｂの初期状態からの変位量Ｄ _Zがそのまま
水平方向の平行移動量として検出され、鉛直方向移動の
場合（画像１９Ｄ）でも、初期状態１９Ａからの変位量
Ｄ_Yがそのまま鉛直方向の平行移動量として検出され
る。

【００６０】このように、撮像装置５によって得られる
観察画像１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄから初期状態１９Ａに
対してのミラー１３の位置的変位量Ｄ_Z，Ｄ_Yと姿勢を
表わす回転角ηの変位量とが検出されることとなる。

【００６１】図１３および図１４は、距離測定装置６に
よって、基準点１５を通り撮像装置５の光軸に対して垂
直平面である基準平面とミラー１３に設けられた測定点
Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３およびビームスプリッタ１４に
設けられた測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３とのそれぞれ
の距離を検出する方法を説明するための図である。特
に、図１３は、図１１における要部拡大図であるととも
に工業炉内部の側面図であり、図１４は、図１３におけ
るＡ−Ｂライン方向から見た平面図である。

【００６２】図１３および図１４を参照して、基準点１
５を通過し撮像装置５の光軸に対して垂直な平面を基準
平面４１とする。そして、測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１
３がビームスプリッタ１４に設けられ、測定点Ｐ２１，
Ｐ２２，Ｐ２３がミラー１３に設けられ、それぞれの測
定点と基準平面４１との距離を測定するために距離測定
装置６が基準平面４１の所定の位置に設けられる。な
お、測定点の数はこれらの数に限定されるものでなく、
反射手段の１つあたりに３個以上設けられればよい。距
離測定装置６は、基準平面４１と測定点Ｐ１１，Ｐ１
２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３との距離であるＬ
₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃を測定する。このと
き、距離測定装置６は、測定点の数だけ用意してもよい
し、あるいは、１台であってもよい。１台の場合には、
基準平面４１上を移動させることで、各測定点までの距
離が測定されることとなる。

【００６３】図１５は、距離測定装置６によって得られ
たミラー１３の測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３と基準平
面４１との各距離を用いて、撮像装置５のカメラ視点２
１と座標原点Ｏとの距離を演算することについて説明す
るための図であり、図１６は、ミラー１３に設けられた
測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の位置関係を説明するた
めの図である。

【００６４】図１５および図１６を参照して、ミラー１
３およびビームスプリッタ１４のうちミラー１３に着目
することで、説明を簡単に行なう。

【００６５】図１６に示すように初期状態（ミラー１３
の位置と姿勢に変化のない状態）で測定点Ｐ２１がスケ
ール１６Ｂの中心から上方側にＨＭｉｒｒ／２隔てて、
ミラー１３を固定するフレーム３１に設けられ、測定点
Ｐ２２，Ｐ２３がスケールの中心から左右にそれぞれＷ
Ｍｉｒｒ／２隔てて、かつ下方側にＨＭｉｒｒ／２隔て
たフレーム３２，３３にそれぞれ設けられる。さらに、
このとき測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３で成り立つ平面
がミラー１３の反射平面と同一平面となるように測定点
Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は設けられているとする。この
ような構成により、ミラー１３が初期状態から回転また
は移動し、ミラー１３の姿勢または位置の変化が生じた
としても、各測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３はミラー１
３に対して相対的位置関係を保持することになる。

【００６６】初期状態からミラー１３が位置や姿勢を変
化すると、図１５に示すように撮像装置５の光軸とミラ
ー１３の反射面との交点である原点Ｏは、ミラー１３の
中心に常に一致するとは限らない。したがって、基準平
面４１とミラー１３の原点Ｏとの距離Ｌ₂を算出するた
めには、まず上述した方法で基準平面４１と各測定点Ｐ
２１，Ｐ２２，Ｐ２３との距離Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃を測定
する。そして、図１６で示すような測定点Ｐ２２，Ｐ２
３と測定点Ｐ２１との距離ＨＭｉｒｒおよび測定点Ｐ２
２と測定点Ｐ２３との距離ＷＭｉｒｒが予め測定されて
既知であれば、図３および図４で示した座標系でのミラ
ー１３の回転角θ，φは、それぞれ第（１６）式および
第（１７）式によって算出される。

【００６７】なお、ミラー１３の姿勢を表わす回転角η
は、この演算では得られないので、スケール１６Ｂを撮
像装置５により撮像した測定値を回転角ηとすればよ
い。

【００６８】また、測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の配
置を図１６に示すような配置とし、その位置関係を表わ
すＨＭｉｒｒおよびＷＭｉｒｒを用いて回転角θ，φを
演算したが、これに限定されるものでなく、複数の測定
点が配置された関係を表わすことのできるパラメータが
あれば、そのパラメータと他の演算式に従って回転角
θ，φは得られる。

【００６９】さらに、ここでは説明を簡単にするため
に、ミラー１３についてのみ説明したが、ビームスプリ
ッタ１４に設けられた測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の
位置関係と所定の演算式に従えば、ビームスプリッタ１
４の姿勢を表わす回転角θ，φは算出されることとな
る。

【００７０】次に、撮像装置５の光軸とミラー１３また
はビームスプリッタ１４の角反射面との交点と、基準平
面４１との間の距離Ｌ₁，Ｌ₂を求める方法について説
明する。ここにおいても説明を簡単にするために、ミラ
ー１３について着目する。図１５を参照して、初期状態
において撮像装置５によってミラー１３が撮像された場
合に、ミラー１３に設けられたスケール１６Ｂは、図１
６に示すように配置されているとし、測定点Ｐ２１，Ｐ
２２，Ｐ２３もそれぞれフレーム３１，３２，３３に設
けられているとする。そして、ミラー１３が位置や姿勢
を変化させ、上述した方法で、回転角度θ，φ，θ、撮
像装置５の光軸に対するミラー１３の中心（スケール１
６Ｂ中心）の位置Ｄ_Z，Ｄ_Yおよび基準平面４１と測定
点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３までのそれぞれの距離Ｌ₂₁，
Ｌ₂₂，Ｌ₂₃が得られていたとする。

【００７１】まず、図４に示した実施例と同様に、ミラ
ー１３の反射面と撮像装置５の光軸の交点を原点Ｏとし
たＸＹＺ座標系において、ミラー１３の反射面は、第
（６）式のように表される。ただし、θ′＝４５°−θ
であり、以下、説明を簡単にするために適宜θ′を用い
て説明する。

【００７２】ミラー１３上の測定点Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ
２３が図１６に示すように配置されていたとすると、基
準平面４１からスケール１６Ｂの中心までの距離Ｌ
_SCは、第（１８）式に示されるようになる。したがっ
て、算出される必要のある距離Ｌ₂は、第（１８）式で
得られた距離Ｌ_SC、第（６）式を成立させるために用い
た法線ベクトルｎの成分ｎ_X，ｎ_Y，ｎ_Zおよびミラー
１３の位置の移動量Ｄ_Y，Ｄ _Zを用いた演算により、第
（１９）式に示すように求められる。ここで得られた距
離Ｌ₂は、基準平面４１と原点Ｏとの間の距離であるた
め、この距離Ｌ₂が撮像装置５のカメラ視点２１と原点
Ｏとの距離と一致していれば、距離Ｌ₂を距離Ｌ′とし
て、第（７）式に代入し、第（８）式〜第（１２）式に
よる演算は行なわれることとなる。

【００７３】しかし、図１５に示すように、撮像装置５
のカメラ視点２１が基準平面４１上になく、その間の距
離がｄＬ（ｆ₂）離れていたとすると、ミラー１３上の
原点Ｏとカメラ視点２１との距離は第（２０）式のよう
になる。なお、距離ｄＬ（ｆ ₂）は、基準平面４１の１
点を原点とした場合における右方向を正の値とし、図１
５においては負の値を示しているものとする。同様に、
ビームスプリッタ１４の反射面における撮像装置５の光
軸との交点と撮像装置５のカメラ視点２１との距離Ｌ′
₁は、第（２１）式のように表される。

【００７４】次に、ミラー１３の姿勢を表わす回転角
（θ，φ，η）、レンズ視点２１からミラー１３の反射
面における原点Ｏまでの距離Ｌ′₂およびマーカ画像上
のマーカ２Ｂ座標（Ｙ′₂，Ｚ′₂）に基づいて、ミラ
ー１３に対してのマーカ２Ｂの位置を算出する方法につ
いて説明する。なお、ビームスプリッタ１４に対しての
マーカ２Ａの位置は、以下に示すような方法で同様に得
られるため、説明を省略する。

【００７５】図５および図６に示すように、マーカ２Ｂ
の虚像であるマーカ虚像２Ｂ′が撮像装置５によってマ
ーカ画像７Ｂ上で得られたとすると、ＸＹＺ座標系にお
いてカメラ視点２１からマーカ虚像座標２Ｂ′
（Ｚ′₂，Ｙ′₂）への方向ベクトルＮは、Ｎ＝（Ｗ，
Ｙ′₂，Ｚ′₂）−（−Ｌ′₂，０，０）＝（Ｗ＋Ｌ′
₂，Ｙ′₂，Ｚ′₂）で表される。そのため、方向ベク
トルＮに対する単位ベクトルＭは第（７）式のように表
される。以下、前述した実施例における計算過程と同様
な過程を行なえば、第（１１）式で表されるようなミラ
ー１３に対してのマーカ２Ｂの相対的位置が算出され
る。

【００７６】このように測定したマーカ画像のマーカ座
標がわかれば、マーカ座標Ｐ_Tが求められる。測定原理
上の未知数は、この実施例においてもθ、φ、η、
Ｌ′、およびＷである。これらの未知数のうちＬ′は距
離測定値６による測定値として得られたＬ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ
₁₃，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃に基づく演算により求められる。
Ｗは、光軸から観察壁面までの設計値として与えるか、
壁面までの距離測定用として用いられるレーザ距離計な
どの距離測定装置による測定値として与えることもでき
る。

【００７７】また、未知数を決定するために測定値とし
て得られるものは、距離測定装置６による測定値である
Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃と、撮像装置５に
よって得られるマーカ付近の各々の画像から得たマーカ
座標である（Ｚ′₁，Ｙ′₁），（Ｚ′₂，Ｙ′₂）
と、撮像装置５によって得られるスケールの画像から得
たミラー１３およびビームスプリッタ１４の位置変化で
ある（Ｄ_Z1，Ｄ_Y1），（Ｄ_Z2，Ｄ_Y2）と、撮像装置５に
よって得られるスケールの画像から得たミラー１３およ
びビームスプリッタ１４の各々の姿勢の１つを表わすη
₁，η₂であり、計算値としてはＬ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃，Ｌ
₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃から得られるミラー１３およびビームス
プリッタ１４の各々の姿勢を表わすθ₁，φ₁およびθ
₁，φ₂である。そのうち、測定値であるマーカ座標
（Ｚ′₁，Ｙ′₁），（Ｚ′₂，Ｙ₂）とミラー１３お
よビームスプリッタの各々の位置（Ｄ_Z1，Ｄ_Y1），（Ｄ
_Z2，Ｄ _Y2）の値は、実際には直接画像からは得られない
ので、各々の画像の量子化数である画素によって与える
ものとする。画素によって得られた測定値を実際の寸法
に合わせるためには、１画素が何ｍｍに相当するか、す
なわち得られた画像の視野幅（もしくは視野高さ）を知
る必要があり、そのためには以下に示すような方法を用
いればよい。

【００７８】１つ目の方法としては撮像装置５の特性を
利用し、撮像装置５の焦点距離が一定であるとすると、
対象までの距離と得られる視野幅の間には一定の関係が
あるので、その関係を決定する撮像装置５の特性を予め
調べておけば、撮像時の視野幅は得られることとなる。
次に、画像内のスケールの大きさを利用する方法として
は、スケールを撮像した場合に撮像装置５の焦点距離が
一定であれば画像内でスケールが占める割合が距離の増
加に反して減少するので、スケールの大きさが予め既知
であれば、得られた画像の視野幅（高さ）が得られるこ
ととなる。また、他の方法として、スケールを観察した
場合の視野幅（高さ）Ｗ_Sと撮像装置５の特性を表わす
特性値Ｃ_S＝視野幅（高さ）／距離とを利用し、炉壁面
を撮像装置５によって観察した場合の視野幅（高さ）Ｗ
_Wは、第（２２）式の関係によって得られる。

【００７９】以上のような演算結果を用いれば、図１に
示したマーカ間の相対的位置は、第（２３）式に示され
るような値となり、このような値を一定期間ごとに算出
することによりマーカ間の移動量が測定され、これを炉
体膨張量の代表値として使用できる。また、基準平面４
１を炉外に設置すれば、それを基準とした各々のマーカ
の移動量が測定されるため、マーカの移動量としてでは
なく、各々のマーカ設置部位の変形量とみなすこともで
きる。

【００８０】なお、この実施例においても、コークス炉
１の壁面は観察装置である撮像装置５の光軸と水平であ
ることが望ましく、炉壁とミラーなどの距離は既知であ
ればよいが、レーザ距離計等の距離測定装置を用いるこ
とで測定することもできる。

【００８１】また、反射手段としてのミラーを２つ（全
反射ミラーとビームスプリッタ）の例を示したが、反射
手段の数はこれに限定されるものでなく、たとえば１つ
の全反射ミラーと複数のビームスプリッタというような
２つ以上の反射手段を適用することも可能であり、１つ
の反射手段で測定を行なおうとすれば、各マーカを撮像
するために反射手段を移動させる機構が設けられれば、
これによって可能である。

【００８２】さらに、以上の説明では撮像装置の光軸が
ビームスプリッタ部で屈折する現象を考慮していないよ
うに見えるが、光軸変化の影響は、局所的マーカの位置
を計算するプロセスと距離Ｌ₁およびＬ₂を計算するプ
ロセスとの間で相殺されるために、精度上の問題は生じ
ていない。

【００８３】

【数７】

【００８４】図１７および図１８は、この発明による測
定方法の他の実施例の概略を説明するための図であり、
特に、図１７は、工業炉内部の側面図であり、図１８
は、図１６におけるＣ−Ｄ方向から見た平面図である。

【００８５】図１６および図１７を参照して、コークス
炉１内の挿入装置である測定ラック３には、ミラー１３
およびビームスプリッタ１４が設けられ、コークス炉１
の外部に設けられた撮像装置５であるテレビカメラは、
ミラー１３およびビームスプリッタ１４を介してマーカ
２Ａおよび２Ｂ付近の画像を撮像する。さらに、ミラー
１３およびビームスプリッタ１４の反射面は、テレビカ
メラの撮像方向に対して約４５°の角度をなしており、
テレビカメラはミラー１３およびビームスプリッタ１４
に反射されたマーカ２Ａおよび２Ｂの像を焦点距離を調
整することで撮像する。

【００８６】また、ミラー１３には上部にコーナキュー
ブ４３Ａが設けられ、下部にはコーナキューブ４３Ｂ，
４３Ｃが設けられる。同様にビームスプリッタ１４には
コーナキューブ４４Ａが下部側に配置され、コーナキュ
ーブ４４Ｂ，４４Ｃが上部側に設けられる。そして、コ
ークス炉１の外部に設けられた光波測距器１０Ａおよび
１０Ｂは、基準平面４１から各コーナキューブまでの距
離を測定する。また、ミラー１３およびビームスプリッ
タ１４の反射面に取付けられた各々のスケール１６Ｂお
よび１６Ａもマーカを観察するテレビカメラの焦点距離
を調整することで撮像する。

【００８７】なお、コーナキューブはミラーまたはビー
ムスプリッタとの相対的位置関係が常に一定であるよう
に製作されており、このとき光波測距器の各々の光軸と
撮像装置の光軸は常に平行になるように作成される。

【００８８】また、ミラー、ビームスプリッタおよびコ
ーナキューブ等の光学部品とその支持具がラック内に収
納されているが、電子部品は存在しないため、比較的断
熱および冷却能力の小さなラックを用いてもよいという
利点がある。

【００８９】さらに、光波測距儀各々の光軸と撮像装置
の光軸に加えて、ラックが移動機構によって挿入される
方向も可能な限り平行であった方がよい。

【００９０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、反射手
段に取付けられた部材や測定点を観察することにより反
射手段の位置と姿勢を検出することができるようにした
ため、その位置と姿勢の変化量に応じて各目印部分間の
相対的位置を補正することができ、その補正にともなう
炉体変形の測定精度の向上により、適正な老朽化対策の
実施による炉命延長、炉寿命推定精度向上によるリプレ
ース時期への反映等の保守管理を正確に実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による工業炉の炉体変形計
測方法の測定原理を説明するための図である。

【図２】図１のスケールを撮像することでミラー位置と
姿勢の変化量を求める方法を説明するための図である。

【図３】図１のミラーにおける座標系とマーカ画像にお
ける座標との関係を説明するための図である。

【図４】図１のミラーとマーカとの相対的位置を説明す
るための第１の図である。

【図５】図１のミラーとマーカとの相対的位置を説明す
るための第２の図である。

【図６】図１のミラーとマーカとの相対的位置を説明す
るための第３の図である。

【図７】図１におけるミラーの姿勢変化に対する測距距
離の補正を説明するための第１の図である。

【図８】図１におけるミラーの姿勢変化に対する測距距
離の補正を説明するための第２の図である。

【図９】この発明の一実施例による工業炉の炉体変形計
測方法を説明するための図である。

【図１０】ミラーの姿勢変化が測定に与える影響を説明
するための図である。

【図１１】この発明の他の実施例による工業炉の炉体変
形計測方法の原理の概略を説明するための図である。

【図１２】図１１のスケールを撮像することでミラー位
置と姿勢の変化量を求める方法を説明するための図であ
る。

【図１３】図１１におけるミラーの姿勢変化に対する測
距距離の補正を説明するための第１の図である。

【図１４】図１３のＡ−Ｂ方向から見た図である。

【図１５】図１１におけるミラーの姿勢変化に対する測
距距離の補正を説明するための第２の図である。

【図１６】図１１のミラーにおける測定点の配置を説明
するための図である。

【図１７】この発明の他の実施例による工業炉の炉体変
形計測方法を説明するための図である。

【図１８】図１７のＣ−Ｄラインから見た図である。

【図１９】従来の工業炉の炉体変形計測方法の測定原理
を説明するための第１の図である。

【図２０】従来の工業炉の炉体変形計測方法の測定原理
を説明するための第２の図である。

【符号の説明】

１コークス炉２Ａ，２Ｂマーカ５撮像装置６距離測定装置８信号処理装置９Ａ，９Ｂ，２３，２４，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４
４ａ，４４ｂ，４４ｃコーナキューブＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３測
定点１０Ａ，１０Ｂ，２２光波測距儀１３ミラー１４ビームスプリッタ１５基準点１６Ａ，１６Ｂスケール４１基準平面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工業炉内の壁面に設けられた目印となり
得る複数の目印部分に対応して設けられた前記工業炉内
の反射手段を介して、前記各目印部分を含む所定範囲を
撮像し、該撮像画像内での各目印部分の局所的な位置を
測定する一方、前記各反射手段と所定の基準点間の距離
を測定し、各局所的な位置および各反射手段と基準点間
の距離を用いて各目印部分間の距離を求める工業炉の炉
体変形計測方法であって、前記各反射手段にはその位置と姿勢の変化量を表現でき
る部材が設けられ、前記撮像された所定範囲における各目印部分の局所的な
位置と、前記測定された各反射手段と所定の基準点間の
距離とを用いて、各目印部分の相対的位置を算出する第
１のステップと、前記各反射手段に設けられた部材を撮像し、各反射手段
の位置と姿勢の変化量を算出する第２のステップと、前記算出された各反射手段の位置と姿勢の変化量に応じ
て、前記算出された各目印部分の相対的位置を補正する
第３のステップとを含む、工業炉の炉体変形計測方法。
【請求項２】さらに、前記各反射手段には複数の測定
点が設けられ、前記第２のステップは、前記基準点と前記各測定点間の
距離を測定し、その各測定値と所定の演算式に従って各
反射手段の姿勢の変化量を算出するステップを含む、請
求項１記載の工業炉の炉体変形計測方法。
【請求項３】さらに、前記各反射手段には複数の測定
点が設けられ、前記基準点と前記各測定点間の距離を測定し、その測定
値に基づいて、前記各反射手段と所定の基準点間の距離
を算出することを特徴とする、請求項１に記載の工業炉
の炉体変形計測方法。
【請求項４】工業炉内の壁面に設けられた目印となり
得る複数の目印部分に対応して設けられた前記工業炉内
の反射手段を介して、前記各目印部分を含む所定範囲を
撮像し、該撮像画像内での各目印部分の局所的な位置を
測定する第１のステップと、前記各反射手段の位置と、撮像光軸を３次元座標軸のう
ちの１軸とし、それを回転軸とする回転角度とを表現で
きる部材を撮像し、前記各反射手段の位置と回転角度の
変化量を算出する第２のステップと、前記各反射手段に設けられた複数の測定点と所定の基準
点間の距離を測定し、前記３次元座標軸における他の２
軸に対しての回転角度の変化量を算出する第３のステッ
プと、前記第２および第３のステップで算出された各反射手段
の位置と回転角度および測定された各測定点と所定の基
準点間の距離に応じて、前記基準点と前記各反射手段間
の距離を算出する第４のステップと、前記第２および第３のステップで算出された各反射手段
の回転角度および前記第４のステップで算出された前記
基準点と前記各反射手段間の距離に応じて、前記第１の
ステップで測定された各目印部分の局所的な位置を補正
する第５のステップと、前記第５のステップで補正された各目印部分の局所的な
位置と前記第４のステップで算出された前記基準点と前
記各反射手段の距離によって、各目印部分間の相対的位
置を算出する第６のステップとを含む、工業炉の炉体変
形計測方法。