JPWO2011102391A1

JPWO2011102391A1 - ガラス溶融炉の監視方法、原料投入制御方法、および原料投入制御装置

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Publication number: JPWO2011102391A1
Application number: JP2012500628A
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Inventors: 通浩安藤; 修一宿里
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Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2013-06-17
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Abstract

ガラス溶融炉の溶解槽２に投入されたガラス原料の溶融状態を監視する方法、およびこの方法を用いて溶解槽２へのガラス材料の投入量を制御する方法ならびに制御装置に関する。監視対象の溶解槽２の液面をカメラ６により撮像して得られた画像上の特定の部分領域に対応する領域に計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒが設定され、計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒ内の未溶解のガラス原料７０を示す画像部分が占める面積の占有率が計測され、その計測値から部分領域での未溶解のガラス材料７０の分布状態が求められてガラス原料の溶融状態の良否が判定される。ガラス原料の溶融状態が良好でないと判定されたときには、分布状態が適正となるように、原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量が制御される。

Description

この発明は、製造びん機のようなガラス製品成形機などへ供給される溶融ガラスを生成するためのガラス溶融炉に関するものであり、特にこの発明は、原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を監視するためのガラス溶融炉の監視方法と、原料投入機によるガラス溶融炉の溶解槽へのガラス原料の投入量を制御するためのガラス溶融炉の原料投入制御方法と、その原料投入制御方法の実施に用いられるガラス溶融炉の原料投入制御装置とに関する。

図１３に示す従来のガラス溶融炉は、ガラス原料を炉内の溶解槽１００へ導入するための原料導入口１０１と、図示しない燃焼バーナーにそれぞれ連通する複数の燃焼口１０２と、溶解槽１００より溶融ガラスを導出するための導出口１０３とを備えており、炉外の原料導入口１０１の位置にはガラス原料を原料導入口１０１より溶解槽１００へ投入するための原料投入機１０４が配置されている（例えば、特許文献１参照）。

図１４に示す従来の他のガラス溶融炉では、溶解槽１００の上流域の左右対称位置に原料導入口１０１，１０１と燃焼口１０２，１０２とがそれぞれ配置されるとともに、炉外の各原料導入口１０１の位置に原料投入機１０４がそれぞれ設置されている。

上記の各ガラス溶融炉において、溶解槽１００の下流域の上方位置には撮像装置１０５が設置されている。この撮像装置１０５は溶解槽１００に満たされた溶融ガラスの液面の全体を斜め上方より撮像するもので、撮像装置１０５で得られた画像はモニタテレビ１０６に写し出される。作業員はこのモニタテレビ１０６の画像を見て溶解槽１００へのガラス原料の投入状態を監視しつつ手操作で原料投入機１０４によるガラス原料の投入量を調節する。

特開昭６１−１８３１２６号公報

しかし、上記したガラス溶融炉では、作業員がモニタテレビ１０６の画像を見て原料投入機による溶解槽１００へのガラス原料の投入状況やガラス原料の溶融状態を監視しつつ手操作で原料投入機１０４によるガラス原料の投入量を調節しているため、作業員の作業負担が大きいだけでなく、ガラス原料の投入量が適正かどうかの判断に熟練を要し、ガラス原料の投入量の最適な調整が困難である。

また、図１４に示したガラス溶融炉では、各原料投入機１０４によるガラス原料の投入量を個別に調整する必要があり、その種の調整作業は容易でなく、また、判断ミス、調整ミス、調整タイミングの遅れなどに起因して未溶解のガラス原料の分布が不均一となり、その結果、溶融ガラスにムラが生じてガラス製品の品質が不安定になったり、品質不良を生じさせたりするおそれがある。

この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって監視することにより、熟練した作業員によることなく画像処理技術を利用して、ガラス原料の溶融状態の良否を判定でき、ガラス原料の投入量の最適な調整などを可能としたガラス溶融炉の監視方法を提供することを目的とする。

また、この発明が他に目的とするところは、ガラス原料の溶融状態が良好でないとの判定に基づいて未溶解のガラス原料の分布状態が適正となるように原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御することにより、溶融ガラスにムラを生じさせず、ガラス製品の品質が不安定になったり、品質不良を生じさせたりするおそれがないガラス溶融炉の原料投入制御方法およびその装置を提供することにある。

この発明によるガラス溶融炉の監視方法は、原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって監視するものであって、前記溶解槽の液面を撮像して得られる画像上の前記部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して、その計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定することを特徴とする。

この発明の好ましい実施態様においては、前記原料投入機は、溶解槽の上流域へガラス原料を投入するものであり、画像上の前記上流域に対応する領域内の左右対称位置の各部分領域に計測対象領域をそれぞれ設定して、各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をそれぞれ計測し、両計測値の差から前記各部分流域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである。

溶解槽の上流域内の左右対称位置の各部分領域に「バッチ山」と呼ばれる未溶解のガラス原料がそれぞれ存在する場合、各部分領域内の未溶解のガラス原料の分布量は、画像上の各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率に反映されるので、両計測対象領域についての面積の占有率の計測値の差から前記各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態、すなわち、分布の偏りの程度を求めることで原料投入機による各部分領域へのガラス原料の投入量の適否に起因するガラス原料の溶融状態の良否を判定できる。したがって、熟練した作業員によることなくガラス原料の溶融状態の良否を判定でき、原料投入機によるガラス原料の投入量の最適な調整が可能である。

この発明の好ましい他の実施態様においては、前記原料投入機は、溶解槽の上流域へ領域を分けてガラス原料を投入するものであり、画像上の前記分けられたいずれかの部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して、計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである。

溶解槽の上流域内の部分領域に未溶解のガラス原料がそれぞれ存在する場合、部分領域内の未溶解のガラス原料の分布量は、画像上の計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率に反映されるので、計測対象領域についての面積の占有率の計測値から部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態、すなわち、ガラス原料の配分状態を求めることで原料投入機による部分領域へのガラス原料の投入量の適否に起因するガラス原料の溶融状態の良否を判定できる。したがって、熟練した作業員によることなくガラス原料の溶融状態の良否を判定でき、原料投入機によるガラス原料の投入量の最適な調整が可能である。

この発明の好ましいさらに他の実施態様においては、前記原料投入機は、溶解槽の上流域へガラス原料を投入するものであり、画像上の下流域に対応する領域内の部分領域に計測対象領域を設定して、その計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである。

溶解槽の下流域内の部分領域に未溶解のガラス原料が存在する場合、その部分領域内の未溶解のガラス原料の分布量は、画像上の計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率に反映されるので、その面積の占有率の計測値から部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態、すなわち、未溶解のガラス原料の流下の程度を求めることで、種々の要因に起因するガラス原料の溶融状態の良否を判別できる。したがって、熟練した作業員によることなくガラス原料の溶融状態の良否を判定でき、最適な対応処置をとることが可能である。

好ましい実施態様においては、上記したいずれかに記載された監視方法の実施により部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態からガラス原料の溶融状態が良好でないと判定されたとき、警報器を動作させてその旨を報知するものである。
この実施態様によると、作業員は警報器が動作することで、ガラス原料の溶融状態が良好でなく、燃焼バーナーや原料投入機の点検や動作の調整などの対応処置が必要であることがわかる。

この発明によるガラス溶融炉の原料投入制御方法は、上記したいずれかに記載された監視方法の実施により未溶解のガラス原料の分布状態からガラス原料の溶融状態が良好でないと判定されたとき、分布状態が適正となるように原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御することを特徴とする。
この発明によると、溶解槽内の溶融ガラスにムラを生じさせず、その溶融ガラスによって製作されたガラス製品の品質が不安定になったり、品質不良を生じさせたりするおそれがない。

この発明によるガラス溶融炉の原料投入制御装置は、原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって判定した結果に基づいてガラス原料の投入量を制御するものであって、前記溶解槽の上方より溶解槽の液面を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られた画像上の前記部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定してその計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測する面積計測手段と、面積計測手段による計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定する判定手段と、判定手段による判定結果に基づいて原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御する制御手段とを備えて成るものである。

上記のガラス溶融炉の原料投入制御装置では、撮像手段により溶解槽の上方より溶解槽の液面が撮像されると、その撮像手段により得られた画像上の部分領域に対応する領域に計測対象領域が設定され、面積計測手段はその計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測する。判定手段は面積計測手段による計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定する。制御手段は、判定手段による判定結果に基づいて原料投入機によるガラス原料の投入量を制御する。

この発明の好ましい実施態様においては、前記原料投入機は、溶解槽の上流域両側の左右対称位置にそれぞれ設けられている。前記面積計測手段は、画像上の前記上流域に対応する領域内の左右対称位置の各部分領域に計測対象領域をそれぞれ設定して各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をそれぞれ計測する。前記判定手段は、前記面積計測手段による両計測値の差から前記各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定するものである。

上記実施態様のガラス溶融炉の原料投入制御装置では、原料投入機は、溶解槽の上流域両側の左右対称位置から溶解槽内へガラス原料を投入する。撮像手段により溶解槽の上方より溶解槽の液面が撮像されると、その画像上の前記上流域に対応する領域内の左右対称位置の各部分領域に計測対象領域がそれぞれ設定される。各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率がそれぞれ計測された後、両計測値の差から各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態が求められて原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量の適否に起因するガラス原料の溶融状態の良否が判定される。

前記判定手段がガラス原料の投入量の適否に起因するガラス原料の溶融状態の良否を判定するには種々の方法があるが、好ましい一実施態様においては、各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率の差をしきい値と比較することにより各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定し、前記制御手段は、判定手段が良好でないとの判定を行ったとき、左右の原料投入機によるガラス原料の投入量の比率を変更する。

この発明の好ましい他の実施態様においては、前記原料投入機は、溶解槽の上流域へ領域を分けてガラス原料を投入することが可能なように設けられている。前記面積計測手段は、画像上の前記分けられたいずれかの部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測する。前記判定手段は、前記面積計測手段による計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定する。

上記実施態様のガラス溶融炉の原料投入制御装置では、原料投入機は、溶解槽の上流域へ領域を分けてガラス原料を投入する。撮像手段により溶解槽の上方より溶解槽の液面が撮像されると、その撮像手段により得られた画像上の前記分けられたいずれかの部分領域に対応する領域に計測対象領域が設定される。計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率が計測された後、計測値から部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態が求められて原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量の適否に起因するガラス原料の溶融状態の良否が判定される。

前記判別手段が各原料投入方向へのガラス原料の投入量の適否を判別するには種々の方法があるが、好ましい一実施態様においては、計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をしきい値と比較することにより部分領域でのガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定し、前記制御手段は、判定手段が良好でないとの判定を行ったとき、原料投入機による各部分領域へのガラス原料の投入量を制御する。

この発明によれば、原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって監視するから、熟練した作業員によることなく、画像処理技術を利用して、ガラス原料の溶融状態の良否を判定でき、ガラス原料の投入量の最適な調整などが可能であり、作業員の作業負担を軽減できる。
また、ガラス原料の溶融状態が良好でないとの判定に基づいて未溶解のガラス原料の分布状態が適正となるように原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御するから、溶解槽内の溶融ガラスにムラを生じさせたり、ガラス製品の品質が不安定になったり、品質不良を生じさせたりするのを防止できる。

ガラス溶融炉の一実施例の水平断面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。原料投入機の構成を示す正面図である。原料投入機の構成を示す平面図である。原料投入機の旋回動作のタイミングチャートである。ガラス溶融炉の他の実施例の水平断面図である。溶解槽の液面の監視領域と画像上の計測対象領域とを重ねて示した説明図である。溶解槽の液面の他の監視領域と画像上の計測対象領域とを重ねて示した説明図である。ガラス溶融炉の制御システムの概略を示す説明図である。制御装置の構成を示すブロック図である。画像処理装置の制御の流れを示すフローチャートである。画像の取込タイミングを示すタイミングチャートである。従来のガラス溶融炉の溶解槽の構成を示す水平断面図である。従来の他のガラス溶融炉の溶解槽の構成を示す水平断面図である。

図１および図２は、この発明が適用されるガラス溶融炉１の構成を示している。図示例のガラス溶融炉１は、耐火れんがなどの断熱材により炉壁が形成されており、ガラス原料を加熱して溶融する溶融部１０と、溶融部１０より連通路１２を介して流入した溶融ガラスを一旦貯留して清澄するための清澄部１１とを含んでいる。清澄部１１に貯留された溶融ガラスは流出路１３を経て製びん機へ送られる。

溶融部１０には、ガラス原料を溶融して得られた溶融ガラスを貯める溶解槽２と、溶融部１０の左右の側面壁１４，１４の対称位置に開設されガラス原料を溶解槽２へ導入するための一対の原料導入口１５Ｌ，１５Ｒと、溶融部１０の正面壁１６の左右対称位置に設けられ一対の燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの燃焼火炎ｆを炉内へ導入しかつ排ガスを炉外へ導出するための一対の燃焼口１７Ｌ，１７Ｒとが設けられている。この実施例では、燃焼熱を有効利用するために、燃焼口１７Ｌ，１７Ｒの一方から燃焼火炎ｆが導出されると、他方より排ガスを回収し、その回収した熱を燃焼空気の予熱に用いている。

炉外の各原料導入口１５Ｌ，１５Ｒの位置には、ガラス原料をそれぞれの原料導入口１５Ｌ，１５Ｒより溶解槽２の上流域、すなわち、正面壁１６に近い側の領域へ投入するための原料投入機４Ｌ，４Ｒが配置されている。溶解槽２の背面壁１８の上方位置には、溶解槽２内に満たされた溶融ガラスの液面７を斜め上方より撮像するための撮像装置６が配置されている。この撮像装置６が出力する映像信号は後述するモニタテレビ６０へ送られてカラーの動画が表示されるとともに、前記映像信号より得られる静止画像が画像処理装置６１に取り込まれる。なお、取得する画像はカラーの画像に限らず、モノクロの画像であってもよい。作業員はモニタテレビ６０の画面から溶解槽２へのガラス原料の溶融状態や投入状況を確認できる。

図３および図４は、この実施例で用いている各原料投入機４Ｌ，４Ｒの具体的な構成を示しているが、各原料投入機４Ｌ，４Ｒはこの実施例のものに限られないことは勿論である。図示例の各原料投入機４Ｌ，４Ｒは、正逆各方向へ回転可能に水平に支持された回転台４０と、回転台４０を一定の角度範囲θで首振り動作させかつ決められた角度位置で所定時間だけ停止させる旋回機構４１と、回転台４０上に搭載されガラス原料を原料導入口１５Ｌ，１５Ｒより溶解槽２の内部へ送り込む原料送込み機構４２とで構成されている。

原料送込み機構４２は、図示しない電磁フィーダ４３（後述する図１０のブロック図に示す）より供給されるガラス原料を受け入れて一旦貯えるホッパー４４と、ホッパー４４の下端の原料放出口４４ａより放出されたガラス原料を原料導入口１５Ｌ，１５Ｒより溶解槽２の内部へ押し出すプッシャー機構５とで構成されている。
プッシャー機構５は、ホッパー４４の原料放出口４４ａの下方を一定のストロークで往復動するプッシャー５０を有している。プッシャー５０は湾曲した形状の板状体であり、先端面がガラス原料を前方へ押し出す押出面５１となっている。プッシャー５０の基端部は左右両側に配された支持アーム５２，５２により往復動自由に支持され、プッシャー駆動機構５３に連結されている。

プッシャー駆動機構５３は、駆動源であるプッシャー用モータ５４と、プッシャー用モータ５４のモータ軸５４ａに伝導ベルトなどの動力伝達機構５５を介して連結された歯車減速機構５６と、歯車減速機構５６の出力軸５７に連結され回転運動を往復運動に変換してプッシャー５０に伝える動力変換機構５８とを含んでいる。溶解槽２へのガラス原料の投入量はプッシャー５０の単位時間当たりの往復回数（往復速度）に比例するもので、その往復回数はプッシャー用モータ５４の回転速度（回転数）によって決まる。この実施例では、ガラス原料の投入量の調整は、モータ５４の回転速度を変えることにより行っているが、電磁フィーダ４３の振動数を変えることにより行うこともできる。

旋回機構４１は、図示しない旋回用モータを駆動源とするもので、旋回用モータの回転に応じてロッド４５を一定距離Ｓだけ往復動させ、回転台４０を正逆各方向へ一定の角度範囲θで旋回させる。回転台４０を決められた３箇所の角度位置で停止させるために、回転台４０の外周に３個のリミットスイッチ４６ａ，４６ｂ，４６ｃから成る角度位置検出器４７が配備されている。
３個のリミットスイッチのうち、中央のリミットスイッチ４６ｂがオンする角度位置では、プッシャー５０による原料投入方向は図中のＢで示す方向となる。一端のリミットスイッチ４６ａがオンする角度位置では、プッシャー５０による原料投入方向は図中のＡで示す方向である。他端のリミットスイッチ４６ｃがオンする角度位置では、プッシャー５０による原料投入方向は図中のＣで示す方向である。

この実施例では、ガラス原料を溶解槽２の上流域へ領域を分けて投入するために、原料投入機４Ｌ，４Ｒの原料送込み機構４２を旋回動作させることにより原料投入方向を変えているが、これに限らず、旋回動作をさせずに原料を一定方向へ投入する場合もある。

図５に示すように、各リミットスイッチ４６ａ〜４６ｃがオンする度に、旋回用モータ４８が駆動を停止し、回転台４０は旋回を停止して定位する。この間にプッシャー５０が往復動してガラス原料が溶解槽２へ投入される。各原料投入方向Ａ〜Ｃへのガラス原料の投入量（配分量）は、旋回停止時間Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃにプッシャー５０が何回往復するかによって決まるので、プッシャー５０の往復速度が一定であれば、旋回停止時間Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃの時間長さに比例する。この旋回停止時間Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃは後述するタイマ８４（図５のタイミングチャートおよび図１０のブロック図に示す）に設定されて計時される。

原料投入機４Ｌ，４Ｒが一定の角度範囲θを１往復する間の原料投入時間ＴはＴ_Ａ＋２Ｔ_Ｂ＋Ｔ_Ｃであり、この原料投入時間Ｔを一定とし、液面センサＳ２の検出信号に基づいてプッシャー用モータ５４の回転数を変えることでガラス原料の投入量（総量）を変更し、後述する第２の方法によって旋回停止時間Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃを変えることで各原料投入方向Ａ〜Ｃへのガラス原料の投入量（配分量）を変更する。

なお、この発明が適用されるガラス溶融炉１は図１に示した構成のものに限らず、原料導入口が左右いずれか１箇所のものであってもよい。また、図６に示すように、複数台の原料投入機４を並設する構成のものであってもよい。
図６のガラス溶融炉１は、溶融部１０の正面壁１６にガラス原料を溶解槽２へ導入するための原料導入口１５が、左右の側面壁１４，１４に燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの燃焼火炎を炉内に導入しかつ排ガスを炉外へ導出するための燃焼口１７Ｌ，１７Ｒが、それぞれ設けられたものである。炉外の原料導入口１５の位置には、ガラス原料を原料導入口１５より溶解槽２の上流位置へ領域を分けて投入するための複数台の原料投入機４Ａ〜４Ｄが並設されている。
図示例の各原料投入機４Ａ〜４Ｄでは、スクリューフィーダーをもって原料送込み機構４２が構成されており、ホッパー４４より供給されたガラス原料が原料送込み機構４２により同方向（矢印で示す方向）の異なる領域へ一斉に送り出される。各原料投入機４によるガラス原料の投入量（総量および配分量）はスクリューの回転数により調整することが可能である。

図７および図８は、溶解槽２に満たされた溶融ガラスの液面７の状態を示している。図中、網点で表した部分は液面７に浮遊もしくは露出する未溶解のガラス原料７０であり、原料投入口１５Ｌ，１５Ｒが位置する上流域では広く分布し、下流域に向かうほど分布量は少なくなる。
左右の原料投入機４Ｌ，４Ｒによってガラス溶融炉１の溶解槽２へ投入されたガラス原料の溶融状態は、特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を撮像装置６を用いて観測することにより監視されている。撮像装置６は溶解槽２の下流端の上方に配置され、溶解槽２の液面７の全体が視野に入るようにレンズの画角や向きが設定されている。

図７および図８には、溶解槽２へ投入されたガラス原料の溶融状態を監視する方法およびガラス原料の投入量を制御する方法の具体例が示してある。
第１の方法は、図７に示すように、溶解槽２の上流域の左右対称位置に同じ矩形状であって同じ大きさの左右一対の監視領域２０Ｌ，２０Ｒを幅方向に並べて想定し、未溶解のガラス原料７０がいずれの監視領域２０Ｌ，２０Ｒにどの程度偏って分布しているかによって、投入されたガラス原料の溶融状態の良否および各原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量の適否を判別するものである。なお、監視領域２０Ｌ，２０Ｒの大きさは必ずしも同じである必要はない。

具体的には、撮像装置６によって得られた溶解槽２の液面７の画像上に前記監視領域２０Ｌ，２０Ｒに相当する計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒを設定する。各計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒの面積をＳＬ_０，ＳＲ_０（この実施例ではＳＬ_０＝ＳＲ_０）とすると、各計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒ内に含まれる未溶解のガラス原料７０を示す画像部分（以下、単に「原料の画像部分」という。）の総面積Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒをそれぞれ計測した後、面積ＳＬ_０，ＳＲ_０に対する原料の画像部分の総面積Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒの占有率ｋ_Ｌ（＝Ｓ_Ｌ×１００／ＳＬ_０），ｋ_Ｒ（＝Ｓ_Ｒ×１００／ＳＲ_０）を算出し、さらに、占有率の差Δｋ（＝ｋ_Ｌ―ｋ_Ｒ）を算出する。

次に、占有率の差Δｋの算出値を所定の正負のしきい値ＴＨと比較し、Δｋ＞ＴＨであれば、一方の原料投入機４Ｌによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を減らすとともに、他方の原料投入機４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を増すようにして、未溶解のガラス原料７０の分布が同じになるように投入量の比率を変えて偏りを是正する。
比較の結果、Δｋ＜−ＴＨであれば、一方の原料投入機４Ｌによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を増し、他方の原料投入機４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を減らすようにして、未溶解のガラス原料７０の分布が同じになるように投入量の比率を変えて偏りを是正する。

この実施例では、各原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を増減するのに、各原料投入機４Ｌ，４Ｒのプッシャー用モータ５４の回転数を変えてプッシャー５０の往復速度をそれぞれ変化させているが、各原料投入機４Ｌ，４Ｒの電磁フィーダー４３の振動数をそれぞれ変化させてもよい。
なお、溶解槽２の液面の高さは、後述する液面センサＳ２の検出信号に基づいて両原料投入機４Ｌ，４Ｒによるガラス原料の投入量の総量を調整することにより一定に保持される。

第２の方法は、図８に示すように、溶解槽２の上流域の原料投入口１５Ｌ，１５Ｒの近傍において、各原料投入機４Ｌ，４Ｒによる原料投入方向Ａ，Ｂ，Ｃに同じ矩形状の３個の監視領域２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃをそれぞれ長さ方向に並べて想定し、両端位置の監視領域２０Ａ，２０Ｃに未溶解のガラス原料７０がどの程度多く分布しているかどうかによって、投入されたガラス原料の溶融状態の良否および各原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２の各原料投入方向Ａ〜Ｃへのガラス原料の投入量（配分量）の適否を判定するものである。
なお、この実施例では、両端位置の監視領域２０Ａ，２０Ｃは同じ大きさのものを想定しているが、異なる大きさであってもよい。また、図示例では、３個の監視領域２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうち両端位置の監視領域２０Ａ，２０Ｃでの未溶解のガラス原料の分布状態を求めているが、他の組み合わせによる２個の監視領域について未溶解のガラス原料の分布状態を求めてもよく、いずれか１個の監視領域について未溶解のガラス原料の分布状態を求めてもよい。

図６に示す実施例においても、複数台の各原料投入機４Ａ〜４Ｄによる原料投入方向へ同じ矩形状の監視領域をそれぞれ幅方向に並べて想定し、予め定められた１個または複数個の監視領域に未溶解のガラス原料７０がどの程度多く分布しているかどうかによって、投入されたガラス原料の溶融状態の良否および原料投入機４Ａ〜４Ｄによる溶解槽２の各監視領域へのガラス原料の投入量（配分量）の適否を判定する。
なお、ガラス原料の分布状態の適否を判定する監視領域は、複数の監視領域のうちのいずれかに固定してもよく、また、順次変更するようにしてもよい。

図８の具体例では、撮像装置６によって得られた溶解槽２の液面７の画像上に前記監視領域２０Ａ，２０Ｃに相当する計測対象領域２１Ａ，２１Ｃを設定している。各計測対象領域２１Ａ，２１Ｃの面積をＳＡ_０，ＳＣ_０（実施例ではＳＡ_０＝ＳＣ_０）とすると、各計測対象領域２１Ａ，２１Ｃ内に含まれる原料の画像部分の総面積Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｃをそれぞれ計測した後、面積ＳＡ_０，ＳＣ_０、に対するそれぞれの原料の画像部分の総面積Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｃの占有率ｋ_Ａ（＝Ｓ_Ａ×１００／ＳＡ_０），ｋ_Ｃ（＝Ｓ_Ｃ×１００／ＳＣ_０）を算出する。

次に、一方の占有率ｋ_Ａの算出値を所定のしきい値ＴＨ１，ＴＨ２（ただし、ＴＨ２＜ＴＨ１）と比較し、ｋ_Ａ＞ＴＨ１であれば、原料投入機４Ｌ，４Ｒによる原料投入方向Ａへのガラス原料の投入量を減らし、ｋ_Ａ＜ＴＨ２であれば、原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２の原料投入方向Ａへのガラス原料の投入量を増して、占有率ｋ_Ａが一定範囲の値となるように原料投入方向Ａの原料投入時間Ｔ_Ａの時間長さを制御する。
同様に、他方の占有率ｋ_Ｃの算出値を所定のしきい値ＴＨ３，ＴＨ４（ただし、ＴＨ４＜ＴＨ３）と比較し、ｋ_Ｃ＞ＴＨ３であれば、原料投入機４Ｌ，４Ｒによる原料投入方向Ｃへのガラス原料の投入量を減らし、ｋ_Ｃ＜ＴＨ４であれば、原料投入機４Ｌ，４Ｒによる原料投入方向Ｃへのガラス原料の投入量を増して、占有率ｋ_Ｃが一定範囲の値となるように原料投入方向Ｃの原料投入時間Ｔ_Ｃの時間長さを制御する。
なお、原料投入時間Ｔ_ＡおよびＴ_Ｃの合計値（Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｃ）が変わったとき、それに応じて原料投入方向Ｂの原料投入時間２Ｔ_ＢをＴ−（Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｃ）に調整する。

図６に示す実施例においては、いずれかの原料投入機については、計測対象領域内の原料の画像部分の総面積の占有率を算出し、その算出値と所定のしきい値との比較結果に基づいてスクリューの回転数を変更することによりガラス原料の投入量（配分量）を増減し、他の原料投入機については、スクリューの回転数を一律に調整することによりガラス原料の投入量（配分量）を変更する。

第３の方法は、図７に示すように、溶解槽２の下流域に監視領域２０Ｄを想定し、上流域から下流域の監視領域２０Ｄまで未溶解のガラス原料７０がどの程度流下したかによって、投入されたガラス原料の溶融状態の良否を判定するものである。

具体的には、撮像装置６によって得られた溶解槽２の液面７の画像上に前記監視領域２０Ｄに相当する計測対象領域２１Ｄを設定する。その計測対象領域２１Ｄの面積をＳＤ_０とすると、計測対象領域２１Ｄ内に含まれる原料の画像部分の総面積Ｓ_Ｄを計測した後、面積ＳＤ_０に対する原料の画像部分の総面積Ｓ_Ｄの占有率ｋ_Ｄ（＝Ｓ_Ｄ×１００／ＳＤ_０）を算出する。

次に、その占有率ｋ_Ｄの算出値を所定のしきい値ＴＨ５と比較し、ｋ_Ｄ＞ＴＨ５であれば、図示しない警報器９（図１０のブロック図に示す）を作動させ、これにより燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの燃焼量の調整などの対応処置をとるように作業員に促す。そして、ｋ_Ｄ≦ＴＨ５になると、警報器９の作動を停止させる。

図９は、上記したガラス溶融炉１におけるガラス原料の投入および加熱の各動作を制御するための制御系の概略構成を示している。
同図中、３１は左右の燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒへ燃料を交互に供給して燃焼させるための切換スイッチ、３２は切換スイッチ３１への燃料の供給を制御する調節弁であり、切換スイッチ３１の切換動作および調節弁３２の開閉動作は制御装置８により制御される。

前記撮像装置６は、例えばカラーテレビカメラにより構成されており、撮像装置６よりＮＴＳＣ方式の映像信号が画像分配器６２を経てモニタテレビ６０へ送られる。モニタテレビ６０には時々刻々変化する溶解槽２の液面７の様子がカラー画像により表示される。映像信号は画像分配器６２によって画像変換器６３に分配される。画像変換器６３はカラーの動画をＪＰＥＧなどの形式に圧縮されたカラー静止画像に変換して画像処理装置６１へ供給する。

画像処理装置６１は、画像変換器６３よりカラーの静止画像を取り込み、上記した第１〜第３の方法のいずれかについての画像処理を実行し、計測対象領域内に含まれる原料の画像部分の総面積およびその占有率を計測した後、その計測値からガラス原料の溶融状態の良否を判定し、また、各原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量の適否を判定する。その判定結果は制御装置８へ与えられ、制御装置８は第１、第２の方法についての判定結果に基づいて原料投入機４Ｌ，４Ｒによる溶解槽２へのガラス原料の投入量を増減するための制御信号を各原料投入機４Ｌ，４Ｒへ出力する。

前記制御装置８は、マイクロコンピュータにより構成されており、図１０に示すように、制御、演算の主体であるＣＰＵ８０、プログラムや固定データが記憶されるＲＯＭ８１、各種のデータが記憶されるＲＡＭ８２などを含むものである。ＣＰＵ８０にはバス８３を介して、画像処理装置６１、左右の原料投入機４Ｌ，４Ｒのプッシャー用モータ５４、旋回用モータ４８、および電磁フィーダ４３、燃料供給制御用の切換スイッチ３１および調節弁３２、警報器９などの出力各部や、タイマ８４、温度センサＳ１、液面センサＳ２、レベルセンサＳ３、角度位置検出器４７などの入力各部が接続されている。ＣＰＵ８０はＲＯＭ８１に記憶されたプログラムを実行し、ＲＡＭ８２に対するデータの読み書きを行いながら入出力各部に対する入出力動作を一連に制御する。

上記した図１０に示す構成のうち、電磁フィーダ４３は、各原料投入機４Ｌ，４Ｒのホッパー４４内に貯まったガラス原料が設定量より減少したことをレベルセンサＳ３が検出したときガラス原料をホッパー４４へ補給するもので、ガラス原料が設定レベルまで補給されたとき電磁フィーダ４３の補給動作が停止する。警報器９は溶解槽２の下流域の監視領域２０Ｄに未溶解のガラス原料７０が設定量を超えて流下したときに作動して作業員に報知する。タイマ８４は各原料投入機４Ｌ，４Ｒの旋回停止時間Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｃの経過を計時する。温度センサＳ１は炉内の温度を調節するためにガラス溶融炉１の溶融部１０内の温度を計測する。液面センサＳ２は液面の高さに応じた検出信号を出力するもので、前記清澄部１１に設置されている。この液面センサＳ２の検出信号に基づき溶解槽２の液面７が一定の高さに保持されるようにガラス原料の投入量の総量が制御される。

前記画像処理装置６１も、マイクロコンピュータにより構成され、制御、演算の主体であるＣＰＵ、プログラムや固定データが記憶されるＲＯＭ、データの読み書きに用いられるＲＡＭを含んでいる。
画像処理装置６１のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって、図１１に示す手順（図中、「ＳＴ」で示す）を順次実行し、左右の原料投入機４Ｌ，４Ｒによるガラス原料の投入量が適正かどうかを判別し、適正でないと判断したとき、ガラス原料の投入量を増減して変更するよう制御装置８へ指令する。

次に、図１１の手順を説明すると、ＳＴ１では、画像処理装置６１のＣＰＵは画像の取込に待機している。画像の取込タイミングになると、ＳＴ１の判定が「ＹＥＳ」となってＳＴ２へ進み、画像変換器６３よりカラーの静止画像が取り込まれて、以下の画像処理手順へ進む。
画像処理装置６１の画像の取込タイミングは、燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの火炎ｆが消失して撮像装置６の視界が良好となるタイミング、すなわち、図１２に示すように、燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの燃焼動作が切り替わるタイミングである。

各燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒは、一定時間Ｔ_ｆ毎に燃焼と燃焼停止とを交互に繰り返すもので、切り替わるときの燃焼交換期間ｔ_０を、画像の取込、画像処理、投入量の変更の各処理を実行する期間ｔ２，ｔ３，ｔ４に割り当ててある。なお、同図中、ｔ１は燃焼バーナー３Ｌ，３Ｒの燃焼動作が停止した後、溶融炉１より火炎が消失するのに要する期間であり、その後の所定の期間ｔ２に複数枚の画像が一定時間置きに画像処理装置６１に取り込まれる。

図１１に戻って、ＳＴ２で複数枚の画像が取り込まれると、つぎのＳＴ３では画像処理の対象とする画像部分が切り取られて余計な画像部分が除去される。次のＳＴ４の前処理工程では、まず、カラーの各画像がモノクロ画像に変更され、ノイズ除去のために、取り込んだ複数枚の画像が重ね合わされて各画素の濃度が平均化された１枚のサンプル画像を得る。このサンプル画像は溶解槽２の溶融ガラスの液面７を斜め上方から俯瞰した状態の画像であるため、その画像を真上から俯瞰した状態の画像に補正する補正処理が実行されて計測対象画像を得る。

上記のＳＴ４の前処理工程が完了すると、次のＳＴ５へ進み、計測対象画像に前記した計測対象領域、すなわち、第１の方法を実施する場合は図７に示す計測対象領域２１Ｌ，２１Ｒが、また、第２の方法を実施する場合は図８に示す計測対象領域２１Ａ，２１Ｃが、また、第３の方法を実施する場合は図７に示す計測対象領域２１Ｄが、それぞれ設定された後、計測対象領域内の画像に２値化処理が施されて濃淡画像が２値画像に変換される（ＳＴ６）。

次のＳＴ７では、計測対象領域内に含まれる原料の画像部分の総面積が計測される。この面積計測は、例えば２値画像を構成する白、黒の画素のうち、原料の画像部分を構成する画素（例えば黒画素）の数を計数することにより得られる。ＳＴ７の面積計測の後、続くＳＴ８において、計測対象領域の面積に対する原料の画像部分の総面積の占有率が算出され、各原料投入機４Ｌ，４Ｒによるガラス原料の投入量の適否が判別される。判別の結果、投入量が適正でないと判断されたとき、次のＳＴ９の判定が「ＮＯ」であり、ＳＴ１０へ進んで投入量を増減して変更するよう制御装置８へ指令される。

１ガラス溶融炉
２，１００溶解槽
４Ｌ，４Ｒ，４Ａ〜４Ｄ原料投入機
６撮像装置
７液面
８制御装置
６１画像処理装置
７０未溶解のガラス原料

Claims

原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって監視する方法であって、前記溶解槽の液面を撮像して得られる画像上の前記部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して、その計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定することを特徴とするガラス溶融炉の監視方法。
前記原料投入機は、溶解槽の上流域へガラス原料を投入するものであり、画像上の前記上流域に対応する領域内の左右対称位置の各部分領域に計測対象領域をそれぞれ設定して、各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をそれぞれ計測し、両計測値の差から前記各部分流域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである請求項１に記載されたガラス溶融炉の監視方法。
前記原料投入機は、溶解槽の上流域へ領域を分けてガラス原料を投入するものであり、画像上の前記分けられたいずれかの部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して、計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである請求項１に記載されたガラス溶融炉の監視方法。
前記原料投入機は、溶解槽の上流域へガラス原料を投入するものであり、画像上の下流域に対応する領域内の部分領域に計測対象領域を設定して、その計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、その計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めるものである請求項１に記載されたガラス溶融炉の監視方法。
請求項１〜４のいずれかに記載された監視方法の実施により部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態からガラス原料の溶融状態が良好でないと判定されたとき、警報器を動作させてその旨を報知するガラス溶融炉の監視方法。
請求項１〜３のいずれかに記載された監視方法の実施により未溶解のガラス原料の分布状態からガラス原料の溶融状態が良好でないと判定されたとき、分布状態が適正となるように原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御することを特徴とするガラス溶融炉の原料投入制御方法。
原料投入機によりガラス溶融炉の溶解槽へ投入されたガラス原料の溶融状態を特定の部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態によって判定した結果に基づいてガラス原料の投入量を制御するガラス溶融炉の原料投入制御装置であって、
前記溶解槽の上方より溶解槽の液面を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られた画像上の前記部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定してその計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測する面積計測手段と、面積計測手段による計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定する判定手段と、判定手段による判定結果に基づいて原料投入機による溶解槽へのガラス原料の投入量を制御する制御手段とを備えて成るガラス溶融炉の原料投入制御装置。
前記原料投入機は、溶解槽の上流域両側の左右対称位置にそれぞれ設けられ、前記面積計測手段は、画像上の前記上流域に対応する領域内の左右対称位置の各部分領域に計測対象領域をそれぞれ設定して各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をそれぞれ計測し、前記判定手段は、前記面積計測手段による両計測値の差から前記各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定するものである請求項７に記載されたガラス溶融炉の原料投入制御装置。
前記判定手段は、各計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率の差をしきい値と比較することにより各部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定し、前記制御手段は、判定手段が良好でないとの判定を行ったとき、左右の原料投入機によるガラス原料の投入量の比率を変更するものである請求項８に記載されたガラス溶融炉の原料投入制御装置。
前記原料投入機は、溶解槽の上流域へ領域を分けてガラス原料を投入することが可能なように設けられており、前記面積計測手段は、画像上の前記分けられたいずれかの部分領域に対応する領域に計測対象領域を設定して計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率を計測し、前記判定手段は、前記面積計測手段による計測値から前記部分領域での未溶解のガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定するものである請求項７に記載されたガラス溶融炉の原料投入制御装置。
前記判定手段は、計測対象領域内の未溶解のガラス原料を示す画像部分が占める面積の占有率をしきい値と比較することにより部分領域でのガラス原料の分布状態を求めてガラス原料の溶融状態の良否を判定し、前記制御手段は、判定手段が良好でないとの判定を行ったとき、原料投入機による各部分領域へのガラス原料の投入量を制御するものである請求項１０に記載されたガラス溶融炉の原料投入制御装置。