KR100440628B1

KR100440628B1 - 벽면 관찰 장치

Info

Publication number: KR100440628B1
Application number: KR10-2001-7011772A
Authority: KR
Inventors: 가기야다카노리; 나이토슈지; 스기우라마사토; 요코미조마사히코; 사카이다미치타카
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2004-07-15
Also published as: BR0009266A; BR0009266B1; EP1167919B1; CN1166916C; WO2000055575A1; CN1347492A; DE60023124T2; KR20020006525A; JP3895928B2; EP1167919A1; EP1167919A4; DE60023124D1

Abstract

벽면 상태를 간편하게 파악할 수 있고, 또한, 벽면 요철의 고정밀도 관찰이 가능하다. 특히, 코크스로 탄화실의 노벽의 손상 위치나 크기, 깊이를 용이하게 인식할 수 있는 벽면 관찰 장치이다. 그 구체적 구성은, y축에 대하여 경사(Ae)진 레이저 광선(P1)을 사출하고, 관찰면에 스포트 S1/ S1a를 형성시키는 광원(8a); 스포트를 촬영하기 위한, z방향으로 연장되는 직선 시야(11)를 가지는 리니어 이미지 카메라(5a); 광원과 카메라를, z축 주위를 선회 구동하는 모터(6a); 및, 카메라의 y전방에 있어서 상기 지지대(SP1∼SP3, 1, 2)에 구비되고, 레이저 광선(P1)을 관찰면(LW, RW)에 반사하고, 관찰면의 레이저 스포트(S1/ S1a)를 카메라(5a)에 반사하는 경면(9L1, 9Rl);을 구비하는 벽면 관찰 장치.

Description

벽면 관찰 장치{WALL SURFACE OBSERVING DEVICE}

예를 들면 코크스로는, 가혹한 조건 하에서 30∼40년이나 되는 장기간에 걸쳐 연속 조업되는 것이고, 코크스로의 탄화실을 구성하는 내화 연와는, 장기간에 걸친 가열 및 코크스 압출 조업 반복에 의하여 열적, 기계적 요인에 의하여 점차 열화가 진행된다. 탄화실의 내화 연와의 열화 진행 정도에 따라, 코크스의 막힘이나, 연와벽의 파괴를 일으키기도 한다. 이러한 현상이 발생하면, 대규모의 보수 작업이 필요하게 되고, 조업에 현저한 영향을 미치게 된다. 따라서, 탄화실 내측 방향의 각점 및 높이 방향 각점의 노폭 또는 벽표면 위치를 측정하여 측벽면 프로필 (벽면의 요철, 굴곡부, 경사)을 구하고, 탄화실 내부 형상의 변형, 내화 연와의 열화 상황을 파악하고, 이러한 변화 경향도 파악하여, 보수 등의 관리를 해 나가는 것은, 코크스로의 조업 및 설비 관리상 매우 중요하다. 이 때문에, 탄화실의 노폭 측정 등에 관하여 현재까지 많은 제안이 이루어지고 있다.

예를 들면, 특개평7-243812호 공보에는, 코크스 압출기 선단의 램 헤드에 거리 센서를 설치하고, 코크스 압출시에 램 헤드에 대한 벽면의 거리를 검출하는 벽면 손모량 측정 방법이, 또한, 특개평7-243975호 공보에는, 벽면을 CCD카메라로 촬영하고, 화상 데이타를 처리하여 벽돌면과 연결부를 분리하는 화상 처리방법이 개시되어 있다.

또한 특개평7-316559호 공보에는, 벽면 거리를 검출하기 위하여 1쌍의 거리계를 압출 램에 구비하고, 그 밖에도 램 선단에 후단방향으로부터의 레이저를 다시 반사하는 반사경을 구비하고, 가마 입구 바깥의 레이저 거리계가 발사하는 레이저를 반사경으로 반사하고, 레이저 거리계에서 램 선단의 탄화실 진입 거리를 파악하는 탄화실 프로필 측정 방법이 개시되어 있다.

다음으로, 거리계로 벽면 거리를 계측하는 방법에 있어서는, 램의 경사, 굴곡, 진동 등에 의하여 측정 정밀도가 낮다. 이것을 개선하기 위하여 경사나 굴곡부를 계측하여 램 헤드의 위치 어긋남에 의한 오차 보상이 이루어지고, 측정 정밀도를 높일 수 있지만, 연산이 복잡하다. 하나의 거리계로 1점의 거리 계측밖에 할 수 없기 때문에, 고밀도로 측정하기 어렵고, 또 고밀도로 할수록 연산량이 방대해지고, 또 벽면 열화 평가 데이터의 생성이 복잡하게 된다. 간편하게 벽면 열화평가를 할 수 있는 계측 데이터가 얻어지는 관찰 장치를 병설하는 것이 바람직하다. 예를 들면 전술한 특개평7-243812호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 램 헤드에 거리 센서를 설치하고, 코크스 압출시에 램 헤드에 대한 벽면의 거리를 검출하는 벽면 손모량 측정 방법에서는, 센서 위치를 보정하기 위한 추가 센서를 구비하고 있는데, 차례차례 순차적으로 보정해 나가기 때문에, 보정 오차가 적산되고, 로 중의 램의 열변형에 의한 거리 센서 위치 어긋남을 충분히 보상할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또 벽면 촬영에 관하여는, CCD 카메라에 의하여 벽면을 촬영하는 관찰 방법이 있으나, 1 화면으로 비교적으로 넓은 벽면을 촬영할 수 있지만, 벽면이 빨갛게 달아올라 발광하고 있기 때문에, S/N이 낮고, 촬영 화면상으로 관찰할 수 있는 벽면 결함의 검출 정밀도가 낮다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 벽면의 표면 상태를 관찰하는 장치에 관한 것으로, 특히, 코크스로 탄화실의 내벽면 프로필 관찰 장치에 관한 것이다

도 1은, 본 발명의 일실시예의 외관을 나타내는 사시도이다.

도 2는, 도 1에 나타내는 수직주(1)의 투광판(3a, 4a)부의 확대 종단면도이다.

도 3(a)는, 도 1에 나타내는 수직주(1) 및 거울관(2)의, 투광판(3a)부의 수평 단면도이다. 도 3(b)는, 도 2에 나타내는 레이저 광원(8a1∼8a4)이 출사한 레이저광(P1∼P4)이 경면(9L1)에 반사되어 수직면에 레이저 스포트(S1∼S4)를 형성시키고, 이러한 스포트를 카메라(5a)가 촬영하는 광로의 개요를 나타내는 사시도이다.

도 4(a)는, 도 1에 나타내는 수직주(1)의 내부에 있는 카메라의 화상 데이타를 기억한 메모리의, 화상 데이타군의 절취 처리 개요를 나타내는 평면도이다. 도 4(b)는, 절취한 화상 데이타군 중의 레이저 스포트 시점 위치를 결정하기 위한 데이타 처리 개요를 나타내는 평면도이다. 도 4(c)는 시점 위치로부터 스포트 위치 추적에 의하여 얻는 스포트 궤적을 나타내는 그래프이다.

도 5는, 레이저 스포트 시점위치에서 스포트 위치 추적을 하기 위한, 화(畵)처리 대상 화상 데이터의 적출과 처리를 나타내는 평면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

BB 베이스 빔 UB 상부 빔

SH 슈 1 수직주

2 거울 관 3a∼3f, 4a∼4e 투광판

LW 좌벽면 RW 우벽면

CW 천정면 FW 바닥면

5a 리니어 이미지 카메라

6a 전기 모터 7a 지지판

8a1∼8a4, 8b1∼8b4 레이저 광원

9L1, 9L2 제 1, 제 2 좌경면

9R1, 9R2 제 1, 제 2 우경면

P1∼P4 레이저 광선

SP1∼SP3 고정 지지판

10 경면상의 카메라 시야 11 기준 수직면상의 카메라 시야

S1∼S4, S1a 레이저 스포트

Sli 카메라 5a로 본 레이저 스포트 상

Fcy, Fcx 카메라 5a의 광축

Ae 경사각

(발명을 실시하는 최상의 형태)

다음의 본 발명 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.더욱이, 이해를 용이하게 하기 위하여 괄호 내에는, 도면에 나타내어 후술하는 실시예의 대응 요소의 부호를, 참고로 부기하였다.

우선, 본 발명의 벽면 관찰 장치는, 도 3(b) 및 도 1에 나타내는 바와 같이, z축을 포함하는 평면 상에 있어서 그 z축과 직교하는 축에 대하여 경사(Ae)진 레이저 광선(P1)을 사출하고, 관찰 대상면(LW)에 레이저 스포트(S1/ S1a)를 형성시키는 광원(8al);

상기 레이저 스포트(S1/ Sla)를 촬영하기 위하여, 실질상 z방향으로 넓은 시야를 가지는 촬영 수단(5a); 및,

상기 광원(8a1) 및 촬영 수단(5a)을 탑재한 지지대(SP1∼SP3, 1, 2);

를 구비한다.

이것에 의하면, y축에 대하여 레이저 광선(P1)이 경사(Ae: 도 3의 (b))져 있으면, 관찰 대상면이 yz 평면에 평행인 완전 평면이면, 레이저 스포트(S1)는 z방향의 정위치가 되고, 지지대(SP1∼SP3, 1, 2)를 y방향으로 구동하면, 레이저 스포트(S1)의 궤적은 y축에 평행인 직선이 된다. 촬영 수단(5a)의 촬영 화면 상에 있어서 레이저 스포트상은 정위치이다.

레이저 광원(8a1)보다 카메라(5a)가 위에 있는 경우에는, 관찰 대상면에 오목부가 있으면, 도 3(b)에 있어서 S1에 있어야 할 레이저 스포트가, 오목부의 깊이만큼, 벽두께 방향 x로 시프트한 위치의 스포트(S1a)가 되고, 이 시프트 즉 오목부의 깊이만큼, 상기 정위치로부터 z방향으로 상측으로 어긋나고, 촬영 수단(5a)의 화면상에 있어서 z방향으로 레이저 스포트상(Sli)이 어긋난다 (예를 들면, 도 4(c)). 지지대(SP1∼SP 3, 1, 2)를 y방향으로 구동하면, 레이저 스포트의 궤적은, 오목부 위치에서 위로 돌출된 커브가 되고, 촬영 수단(5a)의 촬영 화면상에 나타나는 레이저 스포트상의 z 위치를 y 위치 대응으로 플롯하면, 연속된 플롯의 형태도 이와 마찬가지로, 오목부 위치에서 위로 돌출된 커브를 이룬다. 따라서 촬영 수단(5a)의 촬영 화면상의 레이저 스포트상의 z 위치 궤적에, 직선과는 다른 커브 또는 단차가 있는지를 감시함으로써 표면의 요철을 알 수 있다.

또 본 발명에서의 벽면 관찰 장치는, 상술한 구성 이외에, 도 1, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 촬영 수단(5a)의 전방에 있어서 관찰 대상면(LW)의 레이저 스포트(S1/S1a)를, 리니어 이미지 카메라를 사용하는 촬영 수단(5a)에 반사하는, 상기 지지대 (SP1∼SP3, 1, 2)에 장비한 반사 수단(9L1, 9L2);을 또한 구비한다. 이에 따르면, 좁은 탄화실 내에 있어서, 내벽면에 면 대향하여 내벽면을 촬영하는 것과 동일한 촬영 화상이 얻어지고, 화면상에서의 레이저 스포트상의 인지, 절출이 용이하고도 정확하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 벽면 관찰 장치는, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, z축을 포함하는 평면상에 있어서 그 z축과 직교하는 축에 대하여 경사진 레이저 광선(P1)을 사출하고, 관찰 대상면에, 레이저 스포트(S1/Sla)를 형성시키는 광원(8al);

상기 레이저 스포트(S1/S1a)를 촬영하기 위한, 실질상 z방향으로 넓은 시야를 가지는 촬영 수단(5a);

상기 광원(8al) 및 촬영 수단(5a)을, z축을 중심으로 선회 구동하는 구동 수단(6a);

그 구동 수단(6a)을 지지하는 지지대 (SP1∼SP3, 1, 2); 및,

상기 촬영 수단(5a)의 y 방향 전방에 있어서 상기 지지대(SP1∼SP3, 1, 2)에 구비되어, 상기 광원(8a1)이 투사하는 레이저(P1)를 관찰 대상면(LW, RW)에 반사하고, 관찰 대상면(LW, RW)의 레이저 스포트(S1/ Sla)를 촬영 수단(5a)에 반사하는 반사 수단 (9L1, 9L2, 9Rl, 9R2);

를 구비하는 벽면 관찰 장치이다.

이것은, 예를 들면, 탄화실의 대략 서로 대향하는 수직 2벽면(LW, RW)을, 구동 수단(6a)으로 광원(8a1)및 촬영 수단(5a)의 방향을, 일방의 벽면(LW)에 대향하는 반사면과 타방의 벽면(RW)에 대향하는 반사면에, 또 그 역으로 바꾸어, 2면의 관찰을 선택적으로 할 수 있다.

상술한 벽면 관찰 장치에 장착되는 촬영 수단(5a)은, z방향을 선분(11) 상으로 촬영하는 1차원 카메라이다. 이것에 의하면, 지지대 (SP1∼SP3, 1, 2)를 y방향으로 이동시키면서, 촬영 수단(5a)의 z방향으로 뻗는 선분상의 촬영 화면의 화상 데이터를, y위치 대응으로, yz 평면 화상 메모리에 입력하고, 그 화상 데이터를 2차원 디스플레이에 표시함으로써 관찰 대상면(약 yz 평면) 상의 레이저 스포트 이동 궤적 대응으로, 레이저 스포트상 궤적이 나타나, 디스플레이 상에서 관찰 대상면 대응으로, 면의 함몰, 돌기, 굴곡, 경사(도 4의 (c)의 곡선부)를 인식할 수 있다.

본 발명은, 벽면 상태를 비교적 간편하게 파악할 수 있는 관찰 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 하며, 벽면 요철의 검출 정밀도가 높은 관찰 장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 하며, 코크스로 탄화실의 노벽의 손상에 동반되는 변형, 국소적인 결손부의 위치나 크기, 깊이를 인식할 수 있는 관찰 장치를 제공하는 것을 제3의 목적으로 한다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.(1) z축을 포함하는 평면상에 있어서 그 z축과 직교하는 축에 대하여 경사진 레이저 광선을 사출하고, 관찰 대상면에 레이저 스포트를 형성시키는 광원;상기 레이저 스포트를 촬영하는, 실질상 z방향으로 넓은 시야를 가지는 촬영 수단; 및, 상기 광원 및 촬영 수단을 탑재한 지지대;상기 지지대를 y방향으로 이동시키는 이동수단;상기 촬영수단으로 촬영한 복수의 y위치에 있어서 촬영 화상 데이터를 기록하는 메모리 수단;상기 메모리 수단에 기록되는 촬영 화상 데이터를 기초로, 관찰 대상면 상의 레이저 스포트 이동 궤적을 표시하는 2차원 디스플레이;를 구비하는 것을 특징으로 하는 벽면 관찰 장치.(2) 상기 촬영 수단의 y 방향 전방에 있어서 상기 지지대에 갖추어지고, 상기 광원이 투사하는 레이저를 관찰대상면에 반사하고, 관찰 대상면의 레이저 스포트를 촬영 수단에 반사하는 반사수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 벽면 관찰 장치.

(3) 상기 촬영 수단은, z 방향을 선분 형상으로 촬영하는 1차원 카메라인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 벽면 관찰 장치.

도 1에, 본 발명의 일실시예의 외관을 나타낸다. 중공의 베이스 빔BB와 중공의 상측 빔UB은 평행량이고, 일체로 고착되며, 그것에 중공의 수직주(1)가 내공간을 연속으로 하여 일체로 고착되어 있다. 이 수직주(1)에 평행인 거울관(2)이, 수직주(1)과 내공간을 연속으로 하여 일체로 고착되어 있다. 이들, 베이스 빔(BB), 상측 빔(UB), 수직주(1) 및 거울관(2)는 2중관이고, 내관과 외관의 사이를 냉각수가 통류한다. 이러한 구조의 몸체를 수냉 랜스라고 한다.

수직주(1)의 측면에는, 투광판(3a∼3d)으로 닫은, 수직 벽면 촬영 카메라용 4개의 들여다볼 수 있는 창이 있고, 또 투광판(4a, 4b)으로 닫았던, 선상의 레이저 광선을 출사하기 위한 2개의 창이 있으며, 또한, 좌수직 벽면(LW) 및 우수직 벽면(RW)의 거리를 계측하는 레이저 거리계 (3쌍, 합계 6개)의 레이저 투광용의 투광판(4c∼4e)으로 닫은 3쌍, 합계 6 개의 창이 있다. 수직주(1)의 상단에는, 투광판(3e)로 닫은, 천정면 촬영 카메라용 1개의 창이 있고, 수직주(1)의 하단에는 투광판(3f)로 닫은, 상면 촬영 카메라용의 1개의 창이 있다

수직주(1)의 하단 위치에, 바닥면에 실린 SH가 있고, 이것을 사이에 두고 수냉 랜스의 선단부가 바닥면에서 지지된다. 수냉 랜스의 후단은, 도시하지 않은 코크스 압출기의 압출 램에 장착되어 지지되어 있다. 탄화실의 가마 입구로부터, 거울관(2) 및 수직주(1)를 실내에 넣고, 코크스 압출기로 수냉 랜스를 탄화실 내로 밀어넣음으로써 거울관(2) 및 수직주(1)이 수평 y방향으로 이동하여 탄화실 내에 깊숙히 진입한다. 도 1에는, 거울관(2) 및 수직주(1)가 탄화실 내에 있는 상태를 나타내고, 도 1 상의 오른쪽이 탄화실의 구석측, 왼쪽이 가마 입구측이고, 가마 입구로부터 안쪽을 보았을 경우에, 좌측으로 있는 수직 벽면을 좌벽면(LW)라고 하고, 우측에 있는 수직 벽면을 우벽면(RW)이라고 한다.

도 2에, 수직주(1)의, 투광판(3a, 4a)부의 확대 종단면을 나타낸다. 수직주(1)의 내부에는, 투광판(3a)에 대향하여 제 1 리니어 이미지 카메라(5a)가 배치되고, 투광판(4a)의 내측에는, 제 1 레이저 투광기(8a1∼8a4) 및 제 2 레이저 투광기(8b1∼8b4)가 배치되어 있다. 제 1 카메라(5a)와 레이저 투광기의 사이에는 감속기가 내장된 제 1 전기 모터(6a)가 배치되고, 이 전기 모터(6a)가 수직주(1)에 고정되어 있다. 전기 모터(6a)의 회전축(출력축)에 카메라(5a) 및 지지판(7a)이 결합되어 있고, 이 지지판(7a)에 제1조의 레이저 투광기 (8a1∼8a4) 및 제2조의 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4)가 고정되어 있다.

제1조의 레이저 투광기(8a1∼8a4)는, 그 위에 상방에 있는 카메라(5a)로 촬영하는 레이저 스포트를 형성하기 위한 것, 제2조의 레이저 투광기(8b1∼8b4)는, 그 하방에 있는 미도시한 제2 리니어 이미지 카메라(5b)로 촬영하는 레이저 스포트를 형성하기 위한 것이다. 카메라(5b)는, 투광판 3b(도 1)에 대향하고, 제1 카메라(5a)를 z방향 아래쪽으로 이동시킨 한 것에 상당한다. 카메라(5b)는 카메라(5a)와 같이, 수직주(1)에 고정된, 감속기 내장의 미도시한 제2 전기 모터(6b)의 회전축에 결합되어 있다. 단, 이 제2 카메라(5b) 및 전기 모터(6b)에는, 레이저 투광기는 결합되어 있지 않다.

제1 카메라(5a) 및 제1 및 제2 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4)가 거울관(2)의 관축을 향해 상태에서, 전기 모터(6a)가 정회전(正轉)하면, 카메라(5a) 및 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4)가, 동시에, 좌벽면(LW)에 대면하는 방향으로 동일 각도로 회동한다. 전기 모터(6a)가 역회전한 때에는, 우벽면(RW)에 대면하는 방향으로 회동한다. 제2 카메라(5b)도, z방향으로는 시야 위치가 다르지만, 다른 방향으로는 카메라(5b)의 시야 방향과 동일한 방향이 되도록, 전기 모터(6b)에 의하여 회전 구동된다.

상술한 2조의 카메라(5a, 5b), 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4) 및 전기 모터(6a, 6b)를 1그룹이라고 하면, 이 그룹과 동일한 구성의 제2 그룹이, 투광판(3c, 4b 및 3d)의 영역에 있다. 즉, 제1 카메라(5a)에 대응하는 제3 카메라(5c)가 투광판(3c)의 내측에 있고, 제1 및 제2 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4)에 대응하는 제3 및 제4의 레이저 투광기(8c1∼8c4, 8d1∼8d4)가 투광판(4b)의 내측에 있고, 2의 카메라(5b)에 대응하는 제4 카메라(5d)가 투광판(3d)의 내측에 있다.

도 3의 (a)에, 수직주(1)와 거울관(2)의 수평 단면을 나타낸다. 상술한 바와 같이 카메라 및 레이저 투광기를, 수직z축을 중심으로 선회 구동할 수 있다. 거울관(2)에는, 좌벽면(LW)의 정면(90도) 관찰용의 제1 좌경면(9L1) 및 경사45도 관찰용 제2 좌경면(9L2) 및 우벽용(RW)의 정면 관찰용 제1 우경면(9R1) 및 경사 45도 관찰용 제2 우경면(9R2)이 있고, 카메라 (5a) (및 레이저 투광기 (8a1∼8a4))를, 예를 들면 제1 좌경면(9L1)을 향하는 위치에 회동시키면, 레이저 투광기(8a1∼8a4)가 출사하는 레이저 광선(P1∼P4)이 제1 좌경면(9L1)에 닿아 반사되고, 또한 좌벽면(LW)에 닿고, 레이저 스포트(짧은 라인: 본 실시예에서는, yz 기준 평면상에서 y방향 30mm의 폭, z방향 2mm의 폭)이 좌벽면(LW)에 나타난다. 벽면은 미시적으로는 거친 면이기 때문에, 레이저 스포트로부터 각 방향으로 레이저가 산란한다. 일부가 제1 좌경면(9L1)에 닿아 반사되어 카메라(5a)로 들어간다.

카메라(5a)는, z방향을 촬영하는 리니어 이미지 카메라(1차원 카메라)이고, 예를 들면 제1 좌경면(9L1)을 향하고 있을 때에는, 도 3의 (b)에 도시한, z방향으로 연장되는 직선(10)(단, x방향으로도 약간의 폭이 있음)이 촬영 시야이고, 시야 중심선(Fcy)는, 수냉 랜스가 수평일 때는 수평이고, 대략 y방향으로 뻗는다. 시야 중심선(Fcy)의 yz 평면상의 투영선이 y축에 평행이다.

레이저광이 카메라 시야의 끝부터 비스듬히 입사하는 경우는, 투과 파장이 짧은 쪽으로 시프트한다. 따라서 레이저 투광기(8a1∼8a4)는, 카메라(5a)의 시야 중심 부근에 스포트를 형성하는 것은 685nm, 시야 주변부에 스포트를 형성하는 것은 670nm의 파장의 레이저광을 출사하고 있다.

도 3의 (b)에, 제1조의 레이저 투광기(8a1∼8a4)가 출사하는 레이저 광선(P1∼P4)의 광로(실선)및 벽면상에 나타나는 레이저 스포트(S1∼S4)를 나타낸다. 더욱이, 스포트 S1∼S4는, 벽면이 수직 또한 완전한 평면이라고 가정한 경우의 것이다.

레이저 투광기(8a1)로부터 출사되어 경면(9Ll)에 이르기까지의 레이저 광선(P1)은, 카메라(5a)의 시야 중심선(Fcy) 및 z축을 포함하는 평면상에 있고, 또한 실질상 수평인 시야 중심선(Fcy)에 대하여 상방으로 각도(Ae)를 이룬다. 다른 레이저 투광기(8a2∼8a4)가 출사하는 레이저 광선(P2∼P4)도, 마찬가지로 시야 중심선(Fcy)에 대하여 상방으로 경사되어 있다. 이 때 레이저 광선(P1)에 주목해 보면, 경면을 사이에 두고, 카메라(5a)의 벽면 위의 시야가 도 3(b)에 도시한 11이라고 하고 또한 벽면이 완전 수직 평면이면, 벽면에 레이저 광선(P1)의 스포트(S1)가 나타난다. 이 때, 벽면이 멀어지면(경면/벽면 사이의 거리가 증대), 레이저 광선(P1)이 수평선(Fcy)에 대하여 각도(Ae)의 경사가 있기 때문에, 레이저 광선(P1)의 벽면상의 스포트는 S1로부터 Sla로 옮겨간다. 카메라(5a)의 화면상에서는, 스포트상이 S1로부터 Sli로 이동한다. 즉 z방향으로 위로 시프트한다. 벽면이 다가오면 (경면/벽면간 거리가 감소한다), 역으로 아래로 시프트한다. 즉 벽면이 움푹 패어 있는 곳에서, 촬영 화면상의 레이저 스포트상이 위로 시프트 하고, 돌출하고 있는 곳에서 아래로 시프트한다.

카메라 5a(및 5c)는 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8c1∼8c4)의 상방에 있기 때문에, 상술한 바와 같이 벽면이 움푹 패어 있는 곳에서, 촬영 화면상의 레이저 스포트상이 위로 시프트하고, 돌출되어 있는 곳으로 아래로 시프트하지만, 카메라 5b (및 5d)는 레이저 투광기(8b1∼8b4(8d1∼8d4))의 아래쪽에 있기 때문에, 상기와 반대로, 벽면이 움푹 패어 있는 곳에서는 촬영 화면상의 레이저 스포트상이 아래로 시프트 하고, 돌출되어 있는 곳에서는 위로 시프트한다.

이 실시예에서는, 각 레이저 광선(P1∼P4)는, yz 기준 수직면상에서는, 노벽벽돌의 z방향 분포 피치로 분포하는 레이저 스포트(S1∼S4)를 형성하고, 관찰 대상면이 yz 기준 수직면을 형성하는 벽돌 표면일 때는, z방향 분포 각 벽돌의 z 방향 중앙 위치에 레이저 스포트(S1∼S4)가 나타난다.

레이저 광선(P1∼P4)은, 개략적으로 선상이지만, 레이저 스포트가 기준 위치(S1∼S4)부터 y방향으로 어긋나도 카메라(5a)에 의한 촬영을 '가능'하게 하기 위하여, 횡단면 형상을, yz 기준 수직면상에 있어서 z 방향 폭은 좁지만, y 방향으로는 넓은 장방형을 하고 있다(짧은 라인: 본 실시예에서는, yz 기준 평면상에서 y방향 30mm, z방향 2mm의 각 폭).

z방향으로 연장되는 대략 직선(도 3의 (b)의 11)의 시야를 가지는 리니어 이미지 카메라(5a)를 사용하고, 상술한 벽면의 x방향의 위치 어긋남을 z방향의 위치 어긋남으로 하여 관찰하는 계측 원리로부터, 레이저 광선 P1∼P4의, y, z 기준 수직면에 나타나는 스포트 형상은, y 방향 폭은 넓어도 무방하나, z 방향 폭은, 스포트광을 카메라 5a의 화상 신호상에서 높은 S/N으로 적출할 수 있는 한, 좁을수록 바람직하다. y 방향 폭이 넓고 휘도가 균일한 레이저 광원은, 대형화되어 고가가 된다. 따라서, 이 실시예에서는, 소형의 저렴한 레이저 광원을 사용하여 z방향 폭은 좁고, y방향 폭은 그 광원에 대하여 잡을 수 있는 취할 수 있는 광폭으로, 장방형상 스포트를 나타내도록 하고 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제2조의 레이저 투광기(8b1∼8b4)는, 거울관(2)에 대하여 하향 경사로 레이저 광선을 출사한다. 투광판(3b)의 내측에 있는, 미도시한 제2 카메라(5b)와 제2조의 레이저 투광기(8b1∼8b4)와의 조합은, 투광판(4a)의 중심점에 대하여 제1 카메라(5a) 및 제1조의 레이저 투광기(8a1∼8a4)와 대략 상하 대칭인 관계에 있고, 상술한 제1 카메라(5a)에 의한 레이저 스포트의 촬영과 동일한 촬영을 한다. 즉, 제2조의 레이저 투광기(8b1∼8b4)가 출사하는 레이저 광선의 벽면상의 스포트를 촬영한다. 이 제2 카메라(5b)의 화면상에서는, 제2 카메라(5b)가 레이저 투광기(8b1∼8b4)의 아래쪽에 있기 때문에, 벽면이 오목하게 들어간 곳에서는 촬영 화면상의 레이저 스포트상이 아래로 시프트 하고, 돌출하고 있는 곳에서는 위로 시프트한다.

다시 한 번 도 1을 참조한다. 상술한 제1 카메라(5a), 제1조 및 제2조의 레이저 투광기(8a1∼8a4, 8b1∼8b4) 및 제2 카메라(5b) (투광판3b의 내측에 존재)의 조합 즉 조립체와 동일한 조립체가, 투광판(3c, 4b, 3d)의 내측에 있다. 따라서, 다수의 레이저 광선(P1 등)이 수직주(1)로부터 거울관(2)으로 출사되고, 그곳에서 반사되어 벽면에 닿고, 그 벽면에는 z방향으로 실질상 벽돌 피치로 분포하는 다수의 레이저 스포트(S1 등)가 나타난다. 투광판(3a, 3b, 3c 및 3d)의 내측에 각 1개, 합계 4대의 리니어 이미지 카메라(5a 등) 각각이, 거울관(1)의 경면을 통해 각각 복수개의 레이저 스포트를 촬영한다. 도 3의 (a)를 참조하면, 카메라 (및 레이저 광선)의 지향 방향을 제1 좌경면(9L1)로 하면, 좌벽면(LW)를 정면 대향으로 보는 화상이 얻어지고, 제2 좌경면(9L2)로 하면, 좌벽면(LW)를 45도 방향 비스듬히 보는 화상이 얻어지며, 제2 우경면(9R2)으로 하면, 우벽면(RW)를 45도 방향 비스듬히 보는 화상이 얻어지고, 제1 우경면(9R1)으로 하면, 우벽면(RW)를 정면 대향으로 보는 화상이 얻어진다.

수직주(1) 상단의 상향 투광판(3e) 및 하부의 하향 투광판(3f)의 내측에는, 천정면 전폭 (x방향) 및 상면 전폭 (x방향)의 시야를 가지는 리니어 이미지 카메라가 각각 1대씩 장비되고, 이들은, 직접 천정면 및 바닥면을 촬영한다. 벽면의 요철을 용이하게 식별하기 위하여, 이러한 카메라의 시야 중심선은, 수평면에 대하여 45도 각도(45도 목표)로 설정되어 있다.

베이스 빔(BB), 상측 빔(UB), 수직주(1) 및 거울관(2) 및 그들에 접속하는 중계관의 전부가 고내열의 스테인레스 이중관이고, 그들의 내관과 외관의 사이를 냉각수가 통류하며, 이들을 내부로부터 강제 냉각한다. 거울관(2)의 경면(9Ll, 9L2, 9R1 및 9R2)은, 스테인레스관 표면을 평면으로 연마하고, 그 후 크롬 도금을 실시한 것으로, 경면도 고내열성이다.

다음으로, 상술한 벽면 관찰 장치의 사용 태양에 대하여 설명한다. 카메라(5a)의 지향 방향을 제1 우경면(9R1) 또는 제2 우경면(9R2)로 설정하고, 탄화실 내에 수냉 랜스(BB+UB+1+2)를 전진시키면서, 수냉 랜스의 이동 1mm마다 1펄스의 비율로 생성되는 이동 동기 펄스가, 1펄스 발생할 때마다, 즉 y방향으로 1mm 진행할 때마다, 투광판(3a∼3d)의 내측에 있는 각 카메라의 1라인분의 화상 신호를 A/D변환하고, 각 카메라에 할당된 우벽면용 메모리 영역에 입력하고, 동시에, 투광판(3e, 3f)의 내측에 있는 각 카메라의 1라인분의 화상 신호를 A/D변환하고, 천정면 및 바닥면에 할당된 메모리 영역에 입력한다. 그 밖에도, 투광판(4c∼4e) (합계 6개)의 내측에 있는 각 거리계(합계 6개)의 계측 거리 데이터를, 거리계에 할당된 메모리 영역에 입력한다. 수냉 랜스는, 사행 또는 좌우로 흔들리면서 전진하기 때문에, 요철 계산치를 보정하기 위하여, 선단부에 미도시한 사행 센서를, 마찬가지로 선단부에 미도시한 경사계도 구비하고 있다. 이러한 계측치도 메모리에 입력된다.

코크스로 탄화실의 거의 전체 길이에 걸쳐서, 상술 계측을 마치면, 카메라(5a)의 지향 방향을 제1 좌경면(9L1) 또는 제2 좌경면(9L2)에 설정하고, 수냉 랜스(BB+UB+1+2)를 후퇴시키면서, 마찬가지로 계측을 한다. 단, 천정면 및 바닥면의 촬영은 완료되었으므로, 투광판(3e, 3f)의 내측에 있는 각 카메라에 의한 촬영은, 실시할 필요가 없다.

다음으로 상술한 바와 같이 하여 얻은 우벽면의 화상 데이타의 처리에 대하여 설명한다. 우벽면용 메모리 영역에, 각 카메라의 화상 데이터를, 순차적으로 지정하고, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 불필요부의 화상 데이터를 잘라낸다. 다음으로, 가마 입구로 들어갔을 때의 화상 개시단부터 z방향 pmm의 개시단 범위의 화상 데이타에 쉐이딩 보정을 하고, 또한 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, z방향 pmm의 개시단 범위를, z방향 소 영역 구분한 각 영역의 평균 휘도를 구하고, 각 영역내의 화상 데이타를 규격화한다. 즉 평균 휘도에 대한 휘도 차 데이타로 변환한다. 또한 z방향 각 화소 위치에 대하여, 동일 화소 위치에 있는 휘도차 데이타를 적산하고, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 적산치가 피크가 되는 z방향 화소 위치를, 레이저 스포트 궤적의 개시점 (yO, zO)으로 정한다.

다음으로, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 개시점 y0부터 y방향 m화소(m mm) 진행한 위치 y1=y0+m의, y방향의 3화소의 휘도 평균치를 산출하여 z방향의 휘도 피크 위치(z1)를 구한다. 또한 스포트 궤적 메모리에 y1 대응으로 z1을 입력한다. 다음으로, y1로부터 y방향 m화소 진행된 위치 y2=y0+2m의, Z방향의, z1을 중앙으로 하는 n화소의 화상 데이타군을 z방향으로 필터 처리하여 z방향의 휘도 피크 위치(z2)를 구한다. 또한 스포트 궤적 메모리에 y2 대응으로 z2를 입력한다. 이하 마찬가지 처리를 반복함으로써 스포트 궤적을 추적하고, y방향 m화소 피치로, z방향의 스포트 위치 데이터를 스포트 궤적 메모리에 입력한다.

yi 위치에 있어서 n화소의 화상 데이타군으로부터 추출한 휘도 피크치가 설정 레벨보다 낮은(스포트가 불명료한) 경우에는, 도 5(b) 및 도 5(c)로 나타내는 바와 같이, y방향으로 1 피치(m화소) 진행하고, y(i+1) 위치의 피크 위치z(i+1)를 산출하고, zi를, [z(i-1)+z(i+1)]/2로 한다.

즉, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, y1의 위치에서 레이저 라인이 불명료한 경우에는, y1에서 z좌표의 휘도 피크가 소정의 레벨보다 적은 경우, z1의 값은 0과 z2의 중간치로 설정한다. 또 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, y2의 위치에서 레이저 라인이 불명료한 경우에는, y2에서 z좌표의 휘도 피크가 소정의 레벨보다 작은 경우, z2를 정의하지 않고, (y1, z1)을 새로운 (y0, z0)으로서 계산을 진행시키도록 한다.

상술한 스포트 궤적의 추적을 종료하고, 스포트 궤적 메모리의 z위치를, y방향으로 인접하는 것의 사이를 선으로 연결하는 형태로, 2차원 (y, z) 디스플레이에 표시함으로써 도 4의 (c)에「절출 화상」으로서 나타내는 스포트 궤적(횡선)이 나타난다. 이러한 횡선상의 z방향으로 상하하고 있는 위치가, 벽면상의 요철 위치이고, y 평행선에 대한 z방향 상, 하 피크 위치의 차(Az)가, 요철의 깊이 또는 높이(Ax)에 대응한다. 관찰면이 경사 또는 만곡하고 있는 곳에서는, 횡선이 y축에 대하여 기울어지고, 경사각이 관찰면의 경사각 또는 만곡 반경에 대응한다.

이상과 같이, 상술한 실시예에 의하면, 코크스 탄화실의 거의 전체 길이에 걸쳐, 삼각측량의 원리로 벽면의 요철, 경사, 굴곡을 표현하는 계측 데이타를 얻을 수 있다. 여러 개의 레이저 광선은, 노벽화상과 포개져 동시에 촬영되므로, 손상 위치(y, z)의 파악이나, 진동에 의한 레이저 스포트의 혼란을 용이하게 판별할 수 있다. 손상 부위와 벽돌의 위치의 대응이 가능하기 때문에, 보수(예를 들면 용사 보수) 위치를 특정할 수 있다.

Claims

z축을 포함하는 평면상에 있어서 그 z축과 직교하는 축에 대하여 경사진 레이저 광선을 사출하고, 관찰 대상면에 레이저 스포트를 형성시키는 광원;

상기 레이저 스포트를 촬영하는, 실질상 z방향으로 넓은 시야를 가지는 촬영 수단; 및,

상기 광원 및 촬영 수단을 탑재한 지지대;

상기 지지대를 y방향으로 이동시키는 이동수단;

상기 촬영수단으로 촬영하는 복수의 y위치에 있어서 촬영 화상 데이터를 기록하는 메모리 수단;

상기 메모리 수단에 기록되는 촬영 화상 데이터를 기초로, 관찰 대상면 상의 레이저 스포트 이동 궤적을 표시하는 2차원 디스플레이;

를 구비하는 것을 특징으로 하는 벽면 관찰 장치.
제1항에 있어서,

상기 촬영 수단의 y 방향 전방에 있어서 상기 지지대에 갖추어지고, 상기 광원이 투사하는 레이저를 관찰 대상면에 반사하고, 관찰 대상면의 레이저 스포트를 촬영 수단에 반사하는 반사수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 벽면 관찰 장치.
삭제
제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 촬영 수단은, z방향을 선분상으로 촬영하는 1차원 카메라인 벽면 관찰 장치.