JPH11281331A

JPH11281331A - 内壁測定装置

Info

Publication number: JPH11281331A
Application number: JP10005398A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Watanabe; 恵一渡辺; Katsuhito Yamada; 勝仁山田; Takayuki Kato; 隆幸加藤; Takashi Sakae; 孝志寒河江; Naoki Ishikawa; 尚樹石川; Mitsuaki Iwai; 光明岩井
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】装置全体が簡易かつ小型になるとともに十分
な測定速度が得られる。【解決手段】溶解炉Ｖ内に挿入された筒状ホルダ１２
には先端面に透光窓１３が設けられている。筒状ホルダ
１２の先端部内には外周がベアリング２１により筒状ホ
ルダ１２の内壁に支持された回転体２が設けてあり、こ
の回転体２はベルト３２により駆動モータ３に連結され
て回転させられる。回転体２の中心には全反射ミラー４
１が設けられるとともに、全反射ミラー４１から径方向
へ離れた位置に全反射ミラー４２が設けられ、レーザ距
離計５１から出力されてハーフミラー４３を通過した距
離測定用のレーザ光Ｌが全反射ミラー４１，４２で反射
されて、透光窓１３を経て溶解炉Ｖ内へ射出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内壁測定装置に関
し、特に距離測定光を使用して内壁の厚みや表面状態、
例えば容器内壁の耐火材残厚等を測定する内壁測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】転炉や取鍋等の溶融金属用容器の内壁に
はレンガ等の耐火材が内張りされている。この耐火材は
容器内への溶融金属の出し入れや容器内での吹錬等の処
理に伴って消耗しその残厚が減少するため、これを測定
して補修時期を知る必要がある。

【０００３】そこで、レーザ光を距離測定光として使用
した内張りレンガ厚の測定装置が特開昭５９−８５９０
７に示されている。この装置では、レーザ距離計を内設
した長筒状の支持体を取鍋内へ挿入し、支持体の先端部
から径方向へレーザ光を射出しつつ支持体全体を軸回り
に回転させて取鍋内壁までの距離を測定し、この測定結
果から取鍋内周のレンガ厚を算出している（以上、第１
従来例）。

【０００４】また、「鉄と鋼」（（社）日本鉄鋼協会学
会誌Vol.73 No.4 1987）には、支持体の先端部を直交二
軸で独立回転可能とし、この先端部にレーザ光を反射す
るミラーを設置して、先端部を回転させることにより炉
内壁へ向けてレーザ光を走査して炉内壁までの距離を測
定し、この測定結果から炉内周のレンガ厚を測定するレ
ーザプロフィール計が提案されている（以上、第２従来
例）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１従来
例は支持体全体を回転させるものであるため、回転機構
が大型化するとともに、回転速度、すなわち測定速度を
十分に速くすることが困難であるという問題がある。上
記第２従来例ではこのような欠点は解消されるが、支持
体の先端部を直交二軸で独立回転させるものであるた
め、回転機構が複雑化するとともに、先端部を冷却する
ための冷却水配管にも工夫を要するという問題がある。

【０００６】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、装置全体が簡易かつ小型になるとともに十分
な測定速度を得られ、例えば溶融金属容器、原子炉、焼
却炉、震災建造物、火口、温泉源、トンネル等の内壁の
測定に適する内壁測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、先端面に透光窓（１３）が設けられ被
測定体（Ｖ）内に挿入される筒状ホルダ（１２）と、筒
状ホルダ（１２）の先端部内に収納されて当該筒状ホル
ダ（１２）の軸方向へ回転軸を向けて回転させられる回
転体（２）と、回転体（２）の中心に設けられた第１ミ
ラー（４１）と、第１ミラー（４１）から径方向へ離れ
た位置で上記回転体（２）に設けられて、第１ミラー
（４１）より入射する距離測定光（Ｌ）を反射して透光
窓（１３）を経て上記被測定体（Ｖ）内へ射出するとと
もに被測定体（Ｖ）の内壁からの反射光を受光して第１
ミラー（４１）へ反射送出する第２ミラー（４２）とを
備えている。

【０００８】本発明において、第２ミラーで反射された
距離測定光は透光窓を経て筒状ホルダ先端から斜め外方
へ射出される。回転体が回転すると、距離測定光の照射
点は被測定体の内壁を周状に移動する。筒状ホルダを軸
方向へ移動させると、距離測定光の照射点（Ｓｐ）は被
測定体の内壁全域にわたって移動し、各照射点までの距
離測定の結果から内壁各部の厚み等を算出することがで
きる。

【０００９】本発明は筒状ホルダ内に設けた回転体を回
転させる構成であるから、第１従来例のように支持体全
体を回転させるのに比して、回転機構が小型にできると
ともに、回転速度、すなわち測定速度も十分に速くする
ことができる。また、第２従来例のように支持体の先端
部を直交二軸で独立回転させるものに比して、回転機構
が簡単になるとともに、回転しない筒状ホルダを冷却す
れば良いから、冷却水配管等の設置も容易である。

【００１０】本発明はまた、上記構成に加えて、透光窓
（１３）を介して第２ミラー（４２）により捉えられる
被測定体（Ｖ）の内壁の状況を検出する手段を設けるこ
とができる。この内壁状況検出手段はハーフミラー（４
３）を含むことができ、このハーフミラー（４３）は、
距離測定光（Ｌ）を第１ミラー（４１）に向けて透過さ
せるとともに、第２ミラー（４２）により捉えられて第
１ミラー（４１）で反射された被測定体（Ｖ）の内壁の
状況を撮像器（６）あるいは放射温度計（７）へ反射送
出する。これにより、距離測定光（Ｌ）の照射点（Ｓ
ｐ）を含む被測定体（Ｖ）の内壁の状況を知ることがで
きる。

【００１１】上記内壁状況検出手段の検出結果に基づい
て距離測定光（Ｌ）を入切する手段（６４）を設けるこ
とができる。これによれば、被測定体（Ｖ）の内壁のう
ち例えば付着物がある等により距離測定不要な部分に対
しては距離測定光の照射を停止して距離測定を中止し、
全体の測定時間を短縮することができる。

【００１２】また、上記内壁状況検出手段の検出結果に
基づいて距離測定光（Ｌ）の強度を調節する手段（６
６）を設けることができる。これによれば、被測定体
（Ｖ）の内壁の各部の色の濃淡に応じて距離測定光の強
度を大小調節することにより、上記各部の光反射率の相
違に無関係に距離測定を常に正確に行うことができる。

【００１３】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の内壁測定装置１によって、横倒し姿勢とされた被測
定体たる溶解炉Ｖの内張りレンガＢの厚みを測定する例
を示す。内壁測定装置１は移動台車１１と、これより水
平に延びる筒状ホルダ１２を有し、筒状ホルダ１２が溶
解炉Ｖの開口Ｖ１より炉内へ挿入されている。筒状ホル
ダ１２の挿入位置は、移動台車１１を図の矢印で示す前
後方向へ移動させることにより変更される。

【００１５】筒状ホルダ１２の先端は図２に示すように
閉鎖されて、その端面中心部に耐熱ガラス等よりなる透
光窓１３が設けられている。また、筒状ホルダ１２の外
周壁は二重壁となって、冷却水を流通させるウォータジ
ャケット１４となっている。筒状ホルダ１２の先端部内
には回転体２が配設されており、この回転体２は透光窓
１３に向く側が開放された一端閉鎖の円筒体で、その外
周壁はベアリング２１により筒状ホルダ１２の内周壁に
支持されて、筒状ホルダ１２の中心軸回りに回転自在で
ある。この回転体２には端壁の中心部に筒状のフランジ
部２２が形成されて、フランジ部２２の外周にベルト３
２の一端が懸架され、ベルト３２の他端は筒状ホルダ１
２の内周面に固定された駆動モータ３の出力プーリ３１
に懸架されている。これにより、回転体２は十分な速度
（１回転／秒以上）で回転させられる。

【００１６】回転体２にはその中心と径方向の外方位置
に、傾斜姿勢を変更可能とした可動式全反射ミラー４
１，４２が互いに対向するように設けられており、さら
に筒状ホルダ１２側には回転体２のフランジ部２２を介
して上記全反射ミラー４１と対向するように可動式のハ
ーフミラー４３が設けられている。これらミラー４１〜
４３の傾斜角はほぼ４５度付近としてある。ハーフミラ
ー４３の背後には公知のレーザ距離計５１が設けられて
距離演算器５２に接続され、距離演算器５２には厚み表
示装置５３が接続されている。上記ハーフミラー４３に
対向させて筒状ホルダ１２側にＴＶカメラ６が設けてあ
り、その画像信号が画像処理装置６１を経て画像表示装
置６２へ送られている。

【００１７】レーザ距離計５１から発したレーザ光Ｌは
図２の実線で示すようにハーフミラー４３を通過し、回
転体２内の全反射ミラー４１で径方向外方の全反射ミラ
ー４２へ向けて反射される。全反射ミラー４２に入射し
たレーザ光Ｌはここで斜め前方へ反射され、透光窓１３
を経て溶解炉Ｖの炉内壁へ向けて送出される。炉内壁で
反射された反射光は同一経路を辿ってレーザ距離計５１
へ戻る。距離演算器５２はレーザ光Ｌが発射されて戻る
までの時間差から炉内壁までの距離を算出し、厚み表示
装置５３は、レンガ厚が薄くなれば上記距離演算器５２
で算出される炉内壁までの距離が長くなることから内張
りレンガの残存厚を決定して表示する。一方、上記ＴＶ
カメラ６へは、全反射ミラー４１，４２とハーフミラー
４３を経て炉内壁からの可視光が入射する。ＴＶカメラ
６の視野は図２の一点鎖線で示す範囲内となり、レーザ
光Ｌの照射点Ｓｐを含む範囲となっている。

【００１８】回転体２が回転すると全反射ミラー４２は
全反射ミラー４１との対向姿勢を保った状態で全反射ミ
ラー４１を中心としてその外方を旋回する。この旋回に
伴って、透光窓１３を経て射出されるレーザ光Ｌの照射
点Ｓｐは炉内壁を周方向へ移動する。そこで、回転体２
を回転させつつ移動台車１１（図１）によって筒状ホル
ダ１２を図３の矢印で示すように軸方向へ移動させる
と、レーザ光Ｌの照射点Ｓｐは炉内壁を周方向へ移動し
つつ軸方向へも螺旋状に移動して、炉内壁の全周にわた
って内張りレンガ厚を測定することができる。同時に、
ＴＶカメラ６の視野もレーザ光Ｌと共に移動するから、
レーザ光Ｌの照射点Ｓｐ周囲の炉内壁の様子を観察する
ことができる。

【００１９】なお、上記各ミラー４１〜４３の傾斜姿勢
を適当に変えることによってレーザ光Ｌの射出方向を図
２の二点鎖線のように変更することができ、これは特に
溶解炉の底壁の内張りレンガ厚を測定する場合に有効で
ある。

【００２０】（第２実施形態）本実施形態では第１実施
形態の画像表示装置６２に代えて、図４に示すように、
測定領域検出器６３が設けてあり、その出力信号がレー
ザＯＮ／ＯＦＦ装置６４に入力している。レーザＯＮ／
ＯＦＦ装置６４はレーザ距離計５１からのレーザ光Ｌの
出力を入切するものである。他の構成は第１実施形態と
同一である。なお、図４では回転体２の回転駆動機構は
図示を省略してある。

【００２１】このような構成の内壁測定装置１におい
て、内張りレンガＢのうちスラグが付着している部分Ｂ
１（図５の斜線部）やＯ2 ノズルＺの部分はレンガ厚を
測定する必要のない部分であるから、測定領域検出器６
３は、画像処理装置６１からの画像信号によりレーザ光
Ｌの照射点Ｓｐがこれらの部分を通過することを検出す
ると、レーザＯＮ／ＯＦＦ装置６４に対してレーザ距離
計５１からのレーザ光Ｌの出力を停止するような指令信
号を発する。これにより、必要な部分でのみ内張りレン
ガ厚が測定されるから、測定時間を大幅に短縮すること
ができる。

【００２２】（第３実施形態）本実施形態では第１実施
形態の画像表示装置６２に代えて、図６に示すように表
面状態判別器６５が設けてあり、その出力信号がレーザ
パワー調節器６６に入力している。レーザパワー調節器
６６はレーザ距離計５１からのレーザ光Ｌの出力パワー
を調節するものである。他の構成は第１実施形態と同一
である。なお、図６では回転体２の回転駆動機構は図示
を省略してある。

【００２３】このような構成の内壁測定装置において、
内張りレンガＢのうち焦げたり、炭が付着した部分では
その色が濃くなり、レーザ光Ｌの反射光強度が弱くな
る。そこで、表面状態判別器６５は画像処理装置６１か
らの画像情報に基づいて、レーザ光Ｌの照射点Ｓｐが通
過している部分のレンガ色を判別し、図７に示すよう
に、レンガ色が濃い部分ではレーザパワーを大きくし、
レンガ色が薄い部分ではレーザパワーを小さくするよう
に、レーザパワー調節器６６を介してレーザ距離計５１
からのレーザ光Ｌの出力パワーを調節する。これによ
り、レーザ距離計５１に戻る反射光の強度変動が抑えら
れて、距離測定すなわちレンガ厚測定の精度が常に高く
維持される。

【００２４】（第４実施形態）本実施形態では第１実施
形態のＴＶカメラ６に代えて、図８に示すように赤外線
放射温度計７を設ける。赤外線放射温度計７の出力は温
度変換器７１で温度信号に変換された後、温度表示装置
７２に入力して、ここで炉内壁の表面温度分布が表示さ
れる。他の構成は第１実施形態と同一である。なお、図
８では回転体２の回転駆動機構は図示を省略してある。

【００２５】このような構成によれば、赤外線放射温度
計７の視野（図８の一点鎖線内）もレーザ光Ｌと共に移
動するから、レーザ光Ｌの照射点Ｓｐ周囲の炉内壁の様
子を表面温度分布として観察することができる。

【００２６】（その他の実施形態）第２実施形態のＴＶ
カメラ６（図４）に代えて赤外線放射温度計を使用し、
その出力に基づいてレーザＯＮ／ＯＦＦ装置６４を作動
させるようにしても良い。内張りレンガＢのうちスラグ
が付着している部分Ｂ１（図５参照）やＯ2 ノズルＺの
部分は通常他の部分とは表面温度が異なっているから、
表面温度分布から測定領域を検出して、レーザ光Ｌの照
射点Ｓｐがスラグ付着部分Ｂ１等を通過する際には、レ
ーザＯＮ／ＯＦＦ装置６４によってレーザ距離計５１か
らのレーザ光Ｌの出力を停止させる。したがって、必要
な部分でのみ内張りレンガ厚を測定することができるか
ら、第２実施形態と同様に測定時間を大幅に短縮するこ
とができる。

【００２７】また、第３実施形態のＴＶカメラ６（図
６）に代えて赤外線放射温度計を使用し、その出力に基
づいてレーザパワー調節器６６でレーザ距離計５１から
のレーザ光Ｌの出力パワーを調節するようにしても良
い。内張りレンガＢのうち焦げたり、炭が付着してその
色が濃い部分では表面放射温度が低くなる。そこで、表
面放射温度が低い部分ではレーザパワーを大きくし、表
面放射温度が高い部分ではレーザパワーを小さくするよ
うに、レーザパワー調節器６６を介してレーザ距離計５
１からのレーザ光Ｌの出力パワーを調節する。これによ
り、レーザ距離計に戻る反射光の強度変動が抑えられ
て、第３実施形態と同様に距離測定すなわちレンガ厚測
定の精度が常に高く維持される。

【００２８】上記各実施形態では内壁測定装置を使用し
て溶解炉の内張りレンガ厚を測定する例を示したが、こ
れに限られるものではなく、他の溶融金属容器、あるい
は原子炉、焼却炉、震災建造物、火口、温泉源、トンネ
ル等の内壁の距離測定、およびこれに基づく内壁各部の
厚み測定等に広く適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明の内壁測定装置に
よれば、装置全体が簡易かつ小型になるとともに十分な
測定速度を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、内壁測定装置
の外観を示す部分断面側面図である。

【図２】内壁測定装置の筒状ホルダ先端部の概略断面図
である。

【図３】炉内測定時のレーザ光の走査軌跡を示す概略断
面図である。

【図４】本発明の第２実施形態における、筒状ホルダ先
端部の概略断面図である。

【図５】炉内壁の部分正面図である。

【図６】本発明の第３実施形態における、筒状ホルダ先
端部の概略断面図である。

【図７】レンガ色とレーザパワーの関係を示すグラフで
ある。

【図８】本発明の第４実施形態における、筒状ホルダ先
端部の概略断面図である。

【符号の説明】

１…内壁測定装置、１２…筒状ホルダ、１３…透光窓、
２…回転体、４１，４２…全反射ミラー、４３…ハーフ
ミラー、５１…レーザ距離計、６…ＴＶカメラ、７…放
射温度計、Ｌ…レーザ光、Ｓｐ…照射点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２７Ｄ 1/00 Ｆ２７Ｄ 1/00 ＶＧ０１Ｂ 11/06 Ｇ０１Ｂ 11/06 ＺＧ０１Ｊ 5/10 Ｇ０１Ｊ 5/10 ＣＧ０１Ｎ 21/88 Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｃ (72)発明者加藤隆幸愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者寒河江孝志愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者石川尚樹愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者岩井光明愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端面に透光窓が設けられ被測定体内に
挿入される筒状ホルダと、前記筒状ホルダの先端部内に
収納されて当該筒状ホルダの軸方向へ回転軸を向けて回
転させられる回転体と、前記回転体の中心に設けられた
第１ミラーと、前記第１ミラーから径方向へ離れた位置
で前記回転体に設けられて、前記第１ミラーより入射す
る距離測定光を反射して前記透光窓を経て前記被測定体
内へ射出するとともに前記被測定体の内壁からの反射光
を受光して前記第１ミラーへ反射送出する第２ミラーと
を具備する内壁測定装置。