KR20060071717A

KR20060071717A - 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치

Info

Publication number: KR20060071717A
Application number: KR1020040110689A
Authority: KR
Inventors: 김명남; 서향기; 김응욱
Original assignee: 주식회사 포스코; 김응욱
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-06-27

Abstract

개시되는 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치는, 용광로 풍구의 전단부에 설치된 관찰창을 통해 용광로 내부의 연소 상태를 원격 자동 감시하기 위한 고로풍구 감시장치에 있어서, 상기 풍구에 설치된 열풍로 전단부에 배치된 관찰창의 일측에 상기 용광로 내부의 영상을 촬영하기 위해 상기 풍구 각각에 적어도 하나 이상 설치된 비젼카메라와; 상기 비젼카메라를 상기 관찰창과 소정 각도로 하여 상기 비젼카메라를 견고하게 설치하기 위해 상기 비젼카메라의 외부를 커버하며 설치된 카메라하우징과: 상기 비젼카메라의 전면으로 상기 관찰창의 광축에 설치되어 광로를 2방향으로 나뉘어 지도록 하는 반투명 반사경과; 상기 비젼카메라로 촬영된 영상신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하는 영상신호 변환장치와; 상기 영상신호 변환장치로 변환된 영상 데이터를 이용하여 광도값을 산출하고 운전 정보를 저장하는 컴퓨터와; 상기 영상 데이터와 광도값, 설정값, 및 운전 그래프를 나타내어주는 컴퓨터표시장치:를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 안전하고 효율적인 설비관리가 가능하고, 풍구의 상태를 편리하게 감시가 가능한 이점이 있다.

고로풍구, 비젼카메라, 미분탄 연료

Description

비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치{SYSTEM FOR AUTOMATICALLY MONITORING FURNACE TUYERE USING VISION CAMERA}

도 1은 종래의 기술에 따른 고로풍구 감시장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3은 도 2의 비젼카메라의 배치 상태를 나타내 보인 일 실시예 도면.

도 4는 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 일부 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도

도 5는 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 작동을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 6은 본 발명에 적용된 영상의 광도 구분 설명도.

도 7은 본 발명이 적용되어 출력된 그래프.

도 8은 도 4의 컴퓨터표시장치의 일 실시예 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

131. 연료분사구

140. 용광로

141. 용광로내부

150. 풍구

200. 관찰창

210. 비젼카메라

220. 카메라 하우징

230. 반투명 반사경

240. 열 차단용 필터

250. 영상신호 변환장치

400. 컴퓨터

420. 컴퓨터표시장치

본 발명은 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용광로 내부 연소상태를 자동 원격감시 하기 위한 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치에 관한 것이다.

일반적으로 여러 원인에 의해 미분탄의 연소상태가 나빠지면 미분이 로(Furnace) 내에 축적되어 풍구의 통풍성이 나빠지고, 최악의 상황에서는 미분탄이 풍구를 막는 현상이 초래할 수 있어, 도 1에 도시된 바와 같이, 조업자가 주기적으로 풍구(150)의 관찰창(200)을 통해 용광로 내부의 미분탄 연소상태 및 생광 낙화 상태를 감시하고 이상 유무를 작업자가 판단하였다.

즉, 용광로 내부의 연소 상태를 감시하기 위한 종래의 방법은, 풍구(150)의 전단부에 설치된 관찰창(200)을 통하여 용광로 내부 연소 상태를 육안으로 확인하는 것이었다.

이러한 감시방법은 용광로 주변의 고열과 가스에 노출되어 안전사고 위험과 작업자의 판정기준의 차이로 설비의 효율적인 관리와 최적의 운전이 어렵다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 대한민국 공개특허공보 제2001-0063896호에는 도면에는 도시하지 않았지만, 용광로의 원주 방향의 풍구(150)의 상부에 환상레일을 설치하여 풍구(150) 전단부로 카메라를 이동시켜 관찰창(200)을 통해 주기적으로 원격 감시하는 방법이 상술 되어있다.

한편, 도 1 및 후술하는 도 2에서 설명되지 않은 참조부호 100은 열풍 환상관을 나타내 보인 것이다.

그러나, 이러한 방법으로는 가격의 범용성, 계속성, 신뢰성과 정밀 조정을 자주 해야 하는 문제로 조업에의 활용에 관해서는 많은 과제가 따른다.

상기한 바와 같이 대한민국 공개특허공보 제2001-0063896호에 개시된 용광로의 풍구(150)를 자동원격 감시하는 종래의 장치로는, 풍구(150)의 전단 관찰창(200)에 카메라의 위치를 정확하게 정지시키기가 어렵고, 풍구(150)를 정비한 후 관찰창(200)의 각도가 조금만 변화하거나, 카메라의 흔들림에 의해 풍구(150) 내부의 영상을 일정한 방향과 크기로 취득하기가 매우 어려운 점이 있다.

또한 이상 유무를 자동 판독할 수가 없어 조업자가 늘 화면을 감시해야 하 며, 관찰 대상의 풍구(150)를 자동감시 상태와 현장에서 육안으로 동시에 확인할 수 없는 단점이 있었다.

그리고 고열과 유해가스가 상존하는 용광로 주변의 열악한 장소에 설치된 다수의 풍구(150)를 일정 주기로 작업자에 의해 확인하는 방법으로는 관측에 위험 요소가 따르고, 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 다수의 사람이 교대로 근무하며 관측할 경우 판단 기준이 각자의 주관에 따라 달라질 수 있고, 이상 상태의 기록 유지가 어려우며, 실시간 감시가 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 용광로내의 연소상태의 변화를 일정 주기로 연속적인 자동감시와 운전정보를 자동 기록할 수 있게 하여 안전하고 효율적인 설비관리가 가능하고, 풍구의 상태를 편리하게 감시가 가능하며, 최적의 설비 유지관리가 가능하도록 한 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치는, 용광로 풍구의 전단부에 설치된 관찰창을 통해 용광로 내부의 연소 상태를 원격 자동 감시하기 위한 고로풍구 감시장치에 있어서, 상기 풍구에 설치된 열풍로 전단부에 배치된 관찰창의 일측에 상기 용광로 내부의 영상을 촬영하기 위해 상기 풍구 각각에 적어도 하나 이상 설치된 비젼카메라와; 상기 비젼카메라를 상기 관찰창과 소정 각도로 하여 상기 비젼카메라를 견고하게 설치하기 위해 상기 비젼카메라의 외부를 커버하며 설치된 카메라하우징과: 상기 비젼카메라의 전면으로 상기 관찰창의 광축에 설치되어 광로를 2방향으로 나뉘어 지도록 하는 반투명 반사경과; 상기 비젼카메라로 촬영된 영상신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하는 영상신호 변환장치와; 상기 영상신호 변환장치로 변환된 영상 데이터를 이용하여 광도값을 산출하고 운전 정보를 저장하는 컴퓨터와; 상기 영상 데이터와 광도값, 설정값, 및 운전 그래프를 나타내어주는 컴퓨터표시장치:를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

여기에서 종래의 구성과 동일한 구성은 동일한 참조부호를 사용한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치는, 용광로(140) 풍구(150)의 전단부에 설치된 관찰창(200)을 통해 용광로내부(141)의 연소 상태를 원격 자동 감시하기 위한 것으로, 상기 용광로(140)의 풍구(150)에 설치된 열풍로(120) 전단부에 배치된 관찰창(200)의 일측에 용광로내부(141)의 영상을 촬영하기 위해 풍구(150) 각각에 적어도 하나 이상 설치된 비젼카메라(210)와, 이 비젼카메라(210)를 상기 관찰창(200)과 소정 각도로 비젼카메라(210)를 견고하게 설치하기 위해 상기 비젼카메라(210)의 외부를 커버하며 설치된 카메라하우징(220)과, 상기 비젼카메라(210)의 전면으로 관찰창(200)의 광축에 설 치되어 광로를 2방향으로 나뉘어 지도록 하는 반투명 반사경(230)(Half mirror)을 포함하여 구성된다.

한편, 도 2에서 설명되지 않은 참조부호 110은 단열재, 142는 용광로(140)의 내화물, 130은 연료 주입 배관을 각각 나타내 보인 것이다.

그리고 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비젼카메라(210)로 촬영된 영상신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하는 영상신호 변환장치(Grabber)(250)와, 이 영상신호 변환장치(250)로 변환된 영상 데이터를 이용하여 광도값을 산출하고 운전 정보를 저장하는 컴퓨터(400)와, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 영상 데이터와 광도값, 설정값, 및 풍구(150)의 운전상태 그래프(330)를 나타내어주는 컴퓨터표시장치(Monitor)(420)가 구비된다.

또한 상기 비젼카메라(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 관찰창(200)에 대하여 직각으로 설치된다.

그리고 상기 광도값은 영상 전체의 평균 광도값으로 산출한다. 다시 말해서, 상기 광도값은 영상 전체의 평균 광도값 즉, 후술하는 도 6 및 도 8의 연료분사구(131) 부분과, 미분탄 연료(300) 공급 부분과, 연소실 불꽃(310) 부분 전체의 평균 광도값을 산출하거나, 집중적인 감시가 필요한 특정 부위를 선택적으로 설정하여 산출할 수 있다.

그리고 상기 카메라하우징(220)의 전면에는 용광로내부(141)의 복사열을 차단하기 위한 열 차단용 필터(240)가 설치된다.

또한 상기 비젼카메라(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 용광로(140)의 하부에 원주방향으로 동일 간격으로 배치된 풍구(150)에 다수개 예컨대, 32대가 설치된다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 컴퓨터(400)에는 전원장치(Power)(413)와, 입력장치(Keyboard, Mouse 등)(430)의 신호를 처리하는 신호입출력 처리장치(Interface Board)(412)와, 중앙처리장치(CPU)(410) 및 기억장치(Memory)(411)등을 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치는, 용광로내부(141)의 연소상태를 자동 원격 감시하기 위한 것이다.

용광로(140)의 하부에 원주방향으로 동일 간격의 풍구(150)가 있고, 여기로부터 고온의 열풍과 미분탄 연료(300)가 송풍된다. 참고로 대형 용광로(140)의 풍구(150)는 약 30~40여 개가 설치되어 용광로내부(141)의 온도를 균일하게 유지한다.

그리고 본 발명은, 용광로(140) 내의 연소상태의 변화를 일정주기로 연속적인 자동감시와 운전정보를 자동 기록한다.

또한 영상 취득방법으로는, 각각의 풍구(150) 관찰창(200) 광축에 반투명 반사경(230)으로 광로를 2방향으로 나누어 관찰창(200) 방향과 직각으로 비젼카메라(210)를 고정 설치하고, 이 비젼카메라(210)에서 취득한 영상정보를 영상신호 변환 장치(250)에서 디지털 화상으로 변환하여 영상을 컴퓨터표시장치(420)에 나타내 준다. 그리고 영상의 특정부분 광도값을 계산하여 수치로 나타내고, 입력된 정상 상태의 광도값과 비교하여 이상 유무를 자동 판독한다.

그리고 도 8에 나타낸 바와 같이, 주기적으로 측정한 값은 그래프(330)로 도시하여 운전자가 풍구(150) 상태를 쉽게 판독할 수 있도록 하고, 이상 상태의 영상을 자동 저장하여 이상 내용을 분석할 수 있는 자료로 활용한다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

종래에는 도 1을 들어 전술한 바와 같이, 용광로내부(141)의 연소 상태를 감시하기 위해 풍구(150)의 관찰창(200)을 통해 용광로내부(141)의 연소 상태를 육안으로 확인하였다.

그러나, 본 발명은, 용광로(140)의 풍구(150)와 풍구(150) 전단부에 설치된 관찰창(200) 사이에 비젼카메라(210)를 설치하기 위해 관찰창(200) 내에 반투명 반사경(230)을 설치하여 광로를 2방향으로 나누어 관찰창(200) 방향과 직각으로 비젼카메라(210)를 설치하였으며, 이 비젼카메라(210)를 견고하게 설치하기 위한 카메라하우징(220)과 비젼카메라(210) 방향으로 복사열을 차단하기 위한 열 차단용 필터(240)를 설치하여 풍구(150) 내부의 상태 즉, 연료분사구(PC Lance)(131), 미분탄(300) 공급상태, 연소실 불꽃(310) 등을 감시할 수 있도록 되어 있다.

그리고　용광로(140)의 하부에 원주 방향으로 동일 간격의 풍구(150) 전단부에 비젼카메라(210)와 카메라하우징(220)을 각각 설치하여 각각의 풍구(150) 내부를 감시할 수 있도록 배치한다.

또한 용광로(140) 풍구(150) 전단에 설치된 비젼카메라(210)로부터 전송되어온 용광로내부(141)의 영상을 영상신호 변환장치(250)로 디지털(Digital) 신호로 변환 데이터화하여 컴퓨터(400)의 신호 입출력 처리장치(412)로 보내어진다.

그리고 상기 신호 입출력 처리장치(412)에서 영상을 컴퓨터표시장치(420)로 표시하고, 데이터는 중앙처리장치(410)에서 광도값으로 산출하며, 입력 화상의 광도가 설정범위 내인지 여부를 판정하는 단계를 거쳐 정상이면 새로운 영상의 값을 측정하는 단계로 전환되고, 설정범위를 벗어나면 경고 메시지. 텍스트(Text) 로그저장, 비정상 영상을 컴퓨터(400)의 기억장치(411)에 저장하고 그 결과를 컴퓨터 표시장치(420)에 숫자나 문자, 그래프(330) 등으로 표시하게 하여 운전자가 쉽게 판단할 수 있도록 한다.

도 5에는 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치의 작동을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.

우선, 상기 비젼카메라(210)로부터 입력된 영상 신호를 영상신호 변환장치(250)를 통해 디지털 신호로 변환한다.(단계 510)

그리고 상기 비젼카메라(210)의 디지털(Digital) 영상 데이터를 컴퓨터(400)의 기억장치(411)에 저장한다.(단계 520) 이때, 상기 기억장치(411)에 저장하는 방법은 큐(Que) 형태의 기억장치(RAM)(411)에 데이터 포맷의 헤드 부분을 뺀 이미지 데이터만 저장한다.

이렇게 기억장치(411)에 저장된 영상 신호를 광원 화상으로 변경, 화상을 광도값으로 산출한다.(단계 530)

또한 상기 기억장치(411)에 저장된 비젼카메라(210)의 디지털 영상 데이터를 컴퓨터 표시장치(420)의 화면에 나타내어준다.(단계 540)

이어서, 풍구(150)의 칼라 화상을 광원 화상으로 변형하는 방법은 공지된 기술인 YCB 칼라 공간으로 전환한 뒤 Y만 사용하여 광도값을 만든다.

이때 사용하는 수식은 다음과 같다.

Y = 0.29900 × R + 0.58700 × G + 0.11400 × B

광원 화상에서 평균 광도는 본 발명에서 관찰하고자 하는 영상의 영역에 포함된 픽셀(Pixel)의 Y의 평균치를 구하는 방법을 적용하여 광도값을 산출하였다.

상기한 광도값은 영상 전체의 평균 광도값 즉, 도 6의 연료분사구(131)부분과 미분탄 연료(300) 공급 부분, 연소실 불꽃(310) 전체의 평균 광도값을 산출하거나, 집중적인 감시가 필요한 특정부위 예를 들면 연료분사구(Lance)(131)로부터 공급되는 미분탄 연료(300) 공급부분의 광도만을 산출할 수도 있어 용광로내부(141)의 특정 부위의 정밀 감시가 가능하다.

그리고 산출된 광도값은 용광로(140) 설비 운전자가 쉽게 판독할 수 있도록 컴퓨터 표시장치(420)에 그래프(330)로 나타내어준다.(단계 550)

또한 등록 데이터베이스(Database)에 저장되어 있는 설정값과 광도 및 허용범위를 비교한다.(단계 560,570)

이어서, 입력 화상의 광도가 설정범위 내인지 여부를 판정한다.(단계 580)

상기 단계 580에서 설정범위 내이면, 새로운 영상의 값을 측정하는 단계로 전환되고, 설정범위를 벗어나면 경고 메시지를 출력하고, 텍스트 로그저장, 비정상 영상을 저장하고, 새로운 영상의 값을 측정하는 단계로 전환된다.(단계 590)

그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 표시장치(420) 출력화면으로, 예컨대, 컴퓨터(400) 프로그램으로 전체 풍구(150)의 측정값을 비교해주는 그래프로 각각의 풍구(150) 상태 비교를 통해 전체 풍구(150)의 연소상태와 일정기간의 연소상태 변화를 파악할 수 있고, 저장된 데이터 베이스를 이용하여 각각 풍구(150)의 미분탄 연료(300)의 주입시간 등을 도시화할 수 있는 등 다양한 표시 방법이 고려될 수 있다.

상기에서, 용광로(140)의 설비 운영자가 쉽게 상태를 판독할 수 있도록 컴퓨터표시장치(420)에 그래프로 나타내어 주는 방법은 도 7과 같이 그래프(330)의 Y축에 광도값, X축에 측정 주기별 시간(t)으로 나타낼 수 있으며 풍구(150) 전체의 평균광도 값을 표시한 그래프(340)와 미분탄 연료(300) 공급 부분의 광도값을 표시한 그래프(350)로 나타낼 수 있는 개념을 도시한 것이며, 설정값과 측정값을 조합하여 다양하게 표시할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

육안에 의한 방법과 비젼카메라와 컴퓨터를 이용하여 자동 판독하는 방법을 병행해서 사용할 수 있도록 하여 안전하고 효율적인 설비관리가 가능하고, 컴퓨터 화면에 표시된 영상과 자동 판독한 정보를 통하여 풍구의 상태를 편리하게 감시가 가능하며, 컴퓨터에 저장된 자료를 활용하여 최적의 설비 유지관리와, 생산성 향상 을 위한 기초 데이터로 활용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

용광로 풍구의 전단부에 설치된 관찰창을 통해 용광로 내부의 연소 상태를 원격 자동 감시하기 위한 고로풍구 감시장치에 있어서,

상기 풍구에 설치된 열풍로 전단부에 배치된 관찰창의 일측에 상기 용광로 내부의 영상을 촬영하기 위해 상기 풍구 각각에 적어도 하나 이상 설치된 비젼카메라와;

상기 비젼카메라를 상기 관찰창과 소정 각도로 하여 상기 비젼카메라를 견고하게 설치하기 위해 상기 비젼카메라의 외부를 커버하며 설치된 카메라하우징과:

상기 비젼카메라의 전면으로 상기 관찰창의 광축에 설치되어 광로를 2방향으로 나뉘어 지도록 하는 반투명 반사경(Half mirror)과;

상기 비젼카메라로 촬영된 영상신호를 수신하여 이를 디지털 신호로 변환하는 영상신호 변환장치와;

상기 영상신호 변환장치로 변환된 영상 데이터를 이용하여 광도값을 산출하고 운전 정보를 저장하는 컴퓨터와;

상기 영상 데이터와 광도값, 설정값, 및 운전 그래프를 나타내어주는 컴퓨터표시장치:를 포함하는 것을 특징으로 하는 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치.
제1항에 있어서,

상기 광도값은 영상 전체의 평균 광도값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치.
제1항에 있어서,

상기 카메라하우징의 전면에 설치되어 상기 용광로 내부의 복사열을 차단하기 위한 열 차단용 필터를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치.
제1항에 있어서,

상기 비젼카메라는 상기 관찰창에 대하여 직각으로 설치된 것을 특징으로 하는 비젼카메라를 이용한 고로풍구 자동 감시장치.