KR20100132488A - 퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20100132488A
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가부시키가이샤 아이에이치아이 인스펙션 앤드 인스트러먼테이션
신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

레이저광(L)을 조사하는 레이저 발진 장치(1)와, 조사 범위를 조정 가능한 투광 렌즈(2)와, 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러(3)와, 레이저광(L)을 투과시키는 제1 관찰창(4)과, 반사광(R)을 투과시키는 제2 관찰창(5)과, 반사광(R)을 반사시키는 수광 미러(6)와, 촬상 범위를 조정 가능한 수광 렌즈(7)와, 반사광(R)을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치(8)와, 투광 미러(3)를 구동시키는 투광용 모터(9)와, 수광 미러(6)를 구동시키는 수광용 모터(10)와, 투광용 모터(9) 및 수광용 모터(10)의 구동을 제어하는 제어 수단(11)을 가지고, 조사 범위와 촬상 범위가 대략 같은 크기로 조정되고, 대략 일치하도록 연동된다.

Description

퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치{FURNACE-OBSERVING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 복사광으로 발광하고 있는 열풍로(air heating furnace) 등의 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 투광계와 수광계에서 서로 다른 관찰창을 가지는 경우에 이용되는 퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 제철용 용광로에 고온의 열풍을 공급하는 열풍로는 지상으로부터 약 50m의 높이와 10m 이상의 내경을 가지고, 내벽 온도는 운전 시에 약 1600℃, 휴풍(休風) 시에 약 1400℃에 달한다. 또한, 이와 같은 열풍로는 대형 설비이기 때문에 건설 기간이 약 3년으로 길고, 완성 후에는 약 20년이라는 장기간에 걸쳐 연속 운전된다. 따라서, 1기라도 사용 불능인 상황이 되면 장기간의 조업 정지를 피할 수 없게 되기 때문에, 정기적으로 퍼니스 내부를 진단하는 유지 및 보수가 중요해진다. 그 한 수단으로서, 퍼니스 벽의 손상 상황을 감시하는 것이 종래부터 행해지고 있다.
퍼니스 내부 관찰 방법에는 적외선 등의 레이저광을 벽면에 조사하여 거리를 측정함으로써 손상의 정도를 계측하는 방법과, CCD 카메라 등의 촬상 장치에 의해 퍼니스 벽을 촬상하여 화상 처리 등을 함으로써 손상의 정도를 계측하는 방법 등이 이미 존재하고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에 기재된 퍼니스 벽 관찰 장치는 퍼니스 벽에 빛을 조사하는 조명 장치와, 이 빛을 조사한 퍼니스 벽을 촬상하는 촬상 장치를 가진다. 그리고, 조명 장치와 촬상 장치는 1개의 하우징 내부에 수용되어 있고, 이 하우징에 형성된 촬상용 관찰창으로부터 조명 장치의 빛을 조사하고 있다.
그렇지만, 특허 문헌 1에 기재된 퍼니스 벽 관찰 장치에는, 상술한 열풍로와 같이 퍼니스 내부가 고온에 노출되고 퍼니스 벽이 복사광으로 발광하고 있는 경우 복사광의 밝기가 강해서 콘트래스트가 낮은 화상밖에 얻을 수 없는 문제나, 촬상 방향과 조명 방향이 대략 동일하기 때문에 움푹 팬 곳이나 균열 등의 그림자가 찍히기 어렵고, 산란광의 영향을 받기 쉬운 등의 문제가 있었다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-146164호 공보
본 발명은 상술한 문제점에 착안하여 창안된 것으로, 퍼니스 벽이 복사광으로 발광하고 있는 경우라도 콘트래스트가 높은 화상을 취득할 수 있음과 함께, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 판별하기 쉽게 할 수 있는 퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 방법으로서, 레이저광을 조사하는 레이저 발진 장치와, 상기 레이저광을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러와, 이 투광 미러로부터의 레이저광을 투과시키는 제1 관찰창과, 상기 관찰 부분으로부터의 반사광을 투과시키는 제2 관찰창과, 이 제2 관찰창을 투과한 반사광을 반사시키는 수광 미러와, 이 수광 미러로부터의 반사광을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치를 가지는 퍼니스 내부 관찰 장치를 이용하고, 상기 레이저광의 조사 범위와 상기 촬상 장치의 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 상기 레이저 발진 장치 및 상기 촬상 장치를 조정하고, 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키고, 상기 관찰 부분의 화상을 취득하여 상기 퍼니스의 내부를 관찰하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법이 제공된다.
상기 퍼니스의 도면 데이터에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 조건을 취득하고, 상기 조건에 따라 제어 수단이, 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시켜도 된다. 대안으로서, 상기 촬상 장치가 취득한 상기 화상에 근거하여 제어 수단이, 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시켜도 된다.
또한, 상기 퍼니스 내부 관찰 장치를 회전시켜 상기 관찰 부분의 화상을 취득하도록 해도 되고, 상기 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하여 상기 퍼니스의 내부를 관찰하도록 해도 된다.
본 발명에 따르면, 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치로서, 레이저광을 조사하는 레이저 발진 장치와, 상기 레이저광의 조사 범위를 조정 가능한 투광 렌즈와, 상기 레이저광을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러와, 이 투광 미러로부터의 레이저광을 투과시키는 제1 관찰창과, 상기 관찰 부분으로부터의 반사광을 투과시키는 제2 관찰창과, 이 제2 관찰창을 투과한 반사광을 반사시키는 수광 미러와, 이 수광 미러로부터의 반사광을 집광시킴과 함께 촬상 범위를 조정 가능한 수광 렌즈와, 이 수광 렌즈에 의해 집광된 반사광을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치와, 상기 투광 미러를 구동시키는 투광용 모터와, 상기 수광 미러를 구동시키는 수광용 모터와, 상기 투광용 모터 및 상기 수광용 모터의 구동을 제어하는 제어 수단을 가지고, 상기 투광 렌즈 및 상기 수광 렌즈는 상기 레이저광의 조사 범위와 상기 촬상 장치의 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정되어 있고, 상기 제어 수단은 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치가 제공된다.
상기 퍼니스의 도면 데이터에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 조건이 설정되어 있고, 상기 제어 수단은 상기 조건에 따라 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시켜도 된다. 대안으로서, 상기 제어 수단은 상기 촬상 장치가 취득한 상기 화상에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시켜도 된다.
또한, 측면에 상기 제1 관찰창 및 상기 제2 관찰창이 형성됨과 함께 내부에 상기 레이저 발진 장치, 상기 투광 미러, 상기 수광 미러 및 상기 촬상 장치가 배치되는 원통 형상의 하우징과, 이 하우징을 축 중심으로 회전시키는 구동 수단을 가지고 있어도 된다. 또한, 상기 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하는 화상 처리 수단을 가지고 있어도 된다.
상술한 본 발명의 퍼니스 내부 관찰 방법 및 장치에 따르면, 투광계와 수광계에서 서로 다른 관찰창(제1 관찰창 및 제2 관찰창)을 가지기 때문에, 퍼니스 내부의 관찰 부분에 대하여 비스듬하게 레이저광을 조사하여 비출 수 있어 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 명확하게 투영할 수 있고, 퍼니스 벽의 손상 상태를 용이하게 관찰할 수 있다. 또한, 투광계와 수광계의 광축이 어긋나 있음으로써, 레이저광을 퍼니스 내부에 조사했을 때의 분진 등에 의한 산란광이나 관찰창으로부터의 반사광 등이 수광계에 미치는 영향이 적어, 노이즈가 적은 화상을 촬상할 수 있다.
또한, 조사 범위와 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정함으로써, 좁은 범위를 선명하게 촬상할 수 있다. 또한, 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러와 수광 미러를 연동시킴으로써, 광범위한 퍼니스 벽을 복수의 화상으로 촬상할 수 있다. 또한, 이들 화상을 합성함으로써, 퍼니스 벽의 전체상을 용이하게 관찰할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 작용을 나타내는 도면이다.
도 3은 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하는 화상 처리 수단을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1에 나타낸 본 발명의 퍼니스 내부 관찰 장치는 복사광(H)으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치이며, 레이저광(L)을 조사하는 레이저 발진 장치(1)와, 레이저광(L)의 조사 범위를 조정할 수 있는 투광 렌즈(2)와, 레이저광(L)을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러(3)와, 투광 미러(3)로부터의 레이저광(L)을 투과시키는 제1 관찰창(4)과, 관찰 부분으로부터의 반사광(R)을 투과시키는 제2 관찰창(5)과, 제2 관찰창(5)을 투과한 반사광(R)을 반사시키는 수광 미러(6)와, 수광 미러(6)로부터의 반사광(R)을 집광시킴과 함께 촬상 범위를 조정할 수 있는 수광 렌즈(7)와, 수광 렌즈(7)에 의해 집광된 반사광(R)을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치(8)와, 투광 미러(3)를 구동시키는 투광용 모터(9)와, 수광 미러(6)를 구동시키는 수광용 모터(10)와, 투광용 모터(9) 및 수광용 모터의 구동을 제어하는 제어 수단(11)을 가지고, 투광 렌즈(2) 및 수광 렌즈(7)는 레이저광(L)의 조사 범위와 촬상 장치(8)의 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정되어 있고, 제어 수단(11)은 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 발진 장치(1)는 퍼니스 내부의 관찰 부분을 비추기 위한 조명(레이저광(L))을 조사하는 장치이다. 퍼니스 벽은 복사광(H)으로 발광하고 있기 때문에, 관찰 부분을 원하는 조명으로 비추기 위해서는 복사광(H)보다 강한 레이저광(L)을 조사할 필요가 있다. 예를 들어, 용광로용 열풍로에서 복사광(H)은 적외선 영역인 2~3㎛에 피크 파장을 가지는 빛이다. 이 경우, 레이저 발진 장치(1)로는 예를 들어, 1.06㎛ 또는 0.53㎛(제2 고조파) 파장의 Nd:YAG 레이저 장치가 채용된다. 물론, 레이저 발진 장치(1)는 복사광(H)의 피크 파장(2~3㎛)으로부터 충분히 떨어진 파장, 바람직하게는 가시광선 영역(0.38~0.77㎛) 파장의 레이저광(L)을 조사할 수 있는 것이면 Nd:YAG 레이저 장치로 한정되는 것은 아니며, 퍼니스의 종류(열풍로, 코크스로(coke oven), 전로(converter) 등)나 복사광의 강도에 따라 적절히 선택되는 것이다. 또한, 복사광(H)에 대항하여 관찰 부분을 비추기 위하여, 확대각은 매우 작게 하도록 조정하는 것이 바람직하다. 한편, 레이저 발진 장치(1)에는 결정이나 소자를 여기(勵起)시키는 에너지를 부여하는 전원(12)이 접속되어 있다.
상기 투광 렌즈(2)는 레이저광(L)의 조사 범위를 조정하는 기기이다. 투광 렌즈(2)에는 예를 들어, 공초점 렌즈식인 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 단초점 렌즈식인 것을 사용해도 된다. 투광 렌즈(2)는 레이저 발진 장치(1)로부터 조사된 극세(직경 1㎜ 정도)의 레이저광(L)을 관찰 부분(약 8m 앞의 퍼니스 벽)에서 직경 50㎝ 정도의 조사 범위를 형성하도록 조정된다. 또한, 레이저광(L)의 직진성으로 인하여 확대각이 충분히 작고 레이저 발진 장치(1)만으로 조사 범위를 조정할 수 있는 경우나 원하는 조사 범위를 확보할 수 있는 경우에는 투광 렌즈(2)를 생략해도 된다. 또한, 도 1에서는 레이저 발진 장치(1)와 투광 렌즈(2)를 직접 접속하도록 하고 있지만, 광섬유 등의 전송관을 이용하여 접속하도록 해도 된다. 전송관을 이용함으로써, 레이저 발진 장치(1)와 투광 렌즈(2)를 떨어뜨려 배치할 수 있고, 레이아웃의 자유도를 향상시킬 수 있다.
상기 투광 미러(3)는 레이저 발진 장치(1)로부터 조사된 레이저광(L)을 반사하여 원하는 관찰 부분을 비추는 기기이다. 도 1에 나타낸 투광 미러(3)에는 투광용 모터(9)가 접속되어 있고, 일정 방향으로 스윙하여 각도를 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 스윙 방향과 대략 수직인 방향으로 투광용 미러(3)의 각도를 변화시키는 제2 투광용 모터를 접속해도 된다. 한편, 투광 렌즈(2)와 투광 미러(3) 사이(투광 미러(3)의 상류 측)에 광학 필터(13)를 배치해도 된다. 광학 필터(13)는 레이저광(L)의 파장만 통과시키고, 그 이외의 파장을 차단한다. 광학 필터(13)에는 예를 들어, 간섭 필터가 사용된다. 또한, 광학 필터(13)는 투광 미러(3)와 제1 관찰창(4) 사이(투광 미러(3)의 하류 측)에 배치해도 된다.
상기 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)은 퍼니스의 내부(특히 퍼니스 벽)를 관찰하기 위한 관찰창이다. 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)은 퍼니스의 일부 또는 퍼니스 내부에 삽입되는 부품에 형성되어 있다. 또한, 퍼니스 내부는 고온 상태이기 때문에 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)은 내열 유리에 의해 구성된다. 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에서는, 투광계와 수광계에서 서로 다른 관찰창(제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5))을 사용하고 있는 것을 하나의 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의해, 투광계와 수광계의 광축을 다르게 할 수 있고, 관찰 부분에 대하여 비스듬하게 레이저광(L)을 조사할 수 있어, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 크게 투영할 수 있고, 그 그림자 부분을 화상으로 촬상할 수 있다.
또한, 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)의 외측에 내열 셔터(14)를 배치하도록 해도 된다. 내열 셔터(14)는 레이저광(L)을 통과시키는 노치 홀을 가지는 내열 원판(14d)과, 내열 원판(14d)을 회전 구동시키는 모터(14m)로 구성된다. 따라서, 모터(14m)로 내열 원판(14d)을 회전시키면, 노치 홀이 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)의 위치로 이동해 왔을 때만 레이저광(L)을 조사할 수 있고, 그 이외의 때는 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)을 폐쇄한 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 레이저광(L)의 조사가 불필요한 타이밍에 복사광(H)이 기기로 진입하는 것을 방지할 수 있고, 기기류를 열로부터 보호할 수 있다. 한편, 모터(14m)의 회전 속도는 후술하는 제어 수단(11)에 의해, 레이저광(L)의 조사와 노치 홀이 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)을 통과하는 타이밍이 동기하도록 제어된다.
상기 수광 미러(6)는 제2 관찰창(5)을 투과한 레이저광(L)의 반사광(R)을 반사하여 촬상 장치(8)에 입사시키는 기기이다. 도 1에 나타낸 수광 미러(6)에는 수광용 모터(10)가 접속되어 있고, 일정 방향으로 스윙하여 각도를 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 스윙 방향과 대략 수직인 방향으로 수광용 미러(6)의 각도를 변화시키는 제2 수광용 모터를 접속해도 된다. 한편, 수광 미러(6)의 하류 측에 광학 필터(15)를 배치해도 된다. 광학 필터(15)는 레이저광(L)의 파장만 통과시키고, 그 이외의 파장을 차단한다. 광학 필터(15)에는 예를 들어, 간섭 필터가 사용된다. 또한, 광학 필터(15)는 수광 미러(6)의 상류 측에 배치해도 된다.
상기 수광 렌즈(7)는 촬상 장치(8)의 촬상 범위를 조정하는 기기이다. 수광 렌즈(7)에는 예를 들어, 망원 렌즈식인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 망원 렌즈의 조리개와 초점을 조절함으로써 촬상 장치(8)의 촬상 범위를, 레이저광(L)의 조사 범위와 대략 같은 크기가 되도록 조절한다. 이상적으로는 조사 범위와 촬상 범위가 일치하는 것이 바람직하지만, 적어도 촬상 범위 안에 조사 범위가 포함되고 또한 그 이외의 부분이 가능한 한 포함되지 않게 조정된다. 예를 들어, 관찰 부분(약 8m 앞의 퍼니스 벽)에서 직경 50㎝ 정도의 촬상 범위를 형성하도록 조정된다. 한편, 수광 렌즈(7)는 망원 렌즈식인 것에 한정되지 않으며, 복수의 렌즈의 조합에 의해 초점을 조절할 수 있는 형식인 것이라도 된다.
상기 촬상 장치(8)는 수광 렌즈(7)로부터의 반사광(R)을 수광하여 화상을 취득하는 기기이다. 이와 같은 촬상 장치(8)에는 예를 들어, CCD 카메라가 사용된다. 도 1에 나타낸 촬상 장치(8)에서는 수광 렌즈(7)와의 사이에 고속 셔터(16)를 구비하고 있다. 고속 셔터(16)는 레이저광(L)의 조사 타이밍과 동기시켜 제어 수단(11)에 의해 개폐된다. 이와 같은 고속 셔터(16)를 배치함으로써, 촬상 장치(8)에 복사광(H)이 입사되기 어렵게 할 수 있고, 촬상 장치(8)를 열로부터 보호할 수 있다. 물론, 내열 셔터(14)로 충분한 경우에는 고속 셔터(16)를 생략해도 되고, 내열 셔터(14)를 제1 관찰창(4)에만 배치하여 촬상 장치(8)에 고속 셔터(16)를 배치하도록 해도 된다. 한편, 고속 셔터(16)는 CCD 카메라에 내장되어 있어도 되고, 화상을 디지털적으로 잘라내는 디지털 셔터라도 된다.
상기 제어 수단(11)은 레이저 발진 장치(1)의 조사 타이밍, 내열 셔터(14) 및 고속 셔터(16)의 개폐 타이밍, 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)의 스윙 타이밍 등을 제어하는 기기이다. 제어 수단(11)은 레이저 발진 장치(1)의 조사 타이밍과 내열 셔터(14) 및 고속 셔터(16)를 여는 타이밍을 동기시킨다. 이와 같은 처리에 의해, 필요한 타이밍에 레이저광(L)을 관찰 부분에 조사함과 함께, 그 반사광(R)을 수광하여 화상을 취득할 수 있고, 레이저광(L)이 조사되지 않을 때에는 복사광(H)이 기기로 입사하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제어 수단(11)은 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시킨다. 구체적으로, 투광용 모터(9)와 수광용 모터(10)의 회전을 제어하여 투광 미러(3)와 수광 미러(6)를 연동시킨다. 예를 들어, 투광용 모터(9)와 수광용 모터(10)에 로터리 인코더 등의 회전량을 검지할 수 있는 센서를 설치해 두고, 이 데이터를 계측하면서 연동시킨다. 조사 범위와 촬상 범위를 일치시키는 조건(투광용 모터(9)와 수광용 모터(10)의 회전량)은 퍼니스 내부 관찰 장치의 기기 구성이나 관찰창의 배치(거리) 등의 조건에 따라서 다르기 때문에, 실제로 사용하는 조건에서 조사 범위와 촬상 범위가 일치하도록 시험 또는 시뮬레이션 등을 함으로써 연동시키는 조건(투광용 모터(9)와 수광용 모터(10)의 회전량)을 사전에 구해 두는 것이 바람직하다.
연동시키는 조건을 취득하기 위하여 퍼니스(44)의 도면 데이터를 사용할 수 있다. 즉, 퍼니스(44)의 도면 데이터에 근거하여 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시키는 조건을 취득할 수 있다. 예를 들어, 연동시키는 조건으로서, 투광용 모터(9)의 회전각과 수광용 모터(10)의 회전각의 회전각 관계를 사전에 유추 또는 계산한다. 이 회전각 관계의 유추 또는 계산은 퍼니스(44)의 도면 데이터를 컴퓨터(17)에 입력함으로써, 컴퓨터(17)에 의해 행해져도 된다. 이 경우, 제어 수단(11)은 상기 조건(즉, 상기 회전각 관계)에 따라서 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시킨다.
대안으로서, 연동시키는 조건을 취득하기 위하여 촬상 장치(8)가 취득한 상기 화상을 사용할 수 있다. 이 경우, 제어 수단(11)은 촬상 장치(8)가 취득한 상기 화상에 근거하여 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시킨다. 구체적으로, 제어 수단(11)은 상기 화상 내의 각 화소의 휘도에 근거하여 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하고 있는지 아닌지를 판단함과 함께, 일치하지 않는다고 판단한 경우에는 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광용 모터(9) 또는 수광용 모터(10)의 회전각을 수정한다.
한편, 연동시키기 위하여, 촬상 장치(8)가 취득한 상기 화상을 사람이 보고 수동으로 투광용 모터(9) 또는 수광용 모터(10)의 회전각을 수정해도 된다. 예를 들어, 사람이 상기 화상을 보고 조사 범위와 촬상 범위가 일치하지 않는다고 판단하면, 투광용 모터(9) 또는 수광용 모터(10)의 회전각의 수정값을 제어 수단(11)에 입력함으로써, 제어 수단(11)이 이 수정값에 근거하여 투광용 모터(9) 또는 수광용 모터(10)의 회전각을 수정한다. 이 수정 후, 촬상 장치(8)가 취득한 화상을 사람이 보고 조사 범위와 촬상 범위가 일치하고 있는지를 판단한다. 일치하지 않으면 다시 수정값의 입력과, 이 입력에 근거하는 제어 수단(11)에 의한 수정을 행한다. 이와 같은 수정을 시험 단계에서 행한다. 입력된 상기 수정값이, 연동시키는 조건이 된다. 수정 후 실제로 퍼니스(44) 내부를 관찰할 때, 제어 수단(11)은 상기 조건(즉, 상기 수정값)에 따라서 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시킨다.
또한, 제어 수단(11)은 컴퓨터(17)에 접속되어 있고, 컴퓨터(17)로부터의 명령에 근거하여 상술한 처리를 행하도록 설정됨과 함께 작동한다. 컴퓨터(17)는 CPU(중앙 처리 장치), RAM, ROM, 하드 디스크 등의 기억 장치, 키보드 등의 입력 장치 및 디스플레이 등의 출력 장치를 구비하고, 촬상 장치(8)에 의해 취득한 화상을 처리하는 화상 처리 수단을 구성한다. 여기서, 도 3은 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하는 화상 처리 수단을 나타내는 블록도이다. 컴퓨터(17)의 기억 장치(31)에는 촬상 범위마다 얻어진 화상 P1, P2, P3가 보존되어 있다. 컴퓨터(17)의 CPU에 의해 조작되는 화상 처리 수단(32)은 기억 장치(31)에 보존된 화상 P1, P2, P3를 불러내고, 이들 화상 P1, P2, P3를 파노라마 합성한 파노라마 화상 P4를 디스플레이 등의 출력 장치에 출력한다. 이와 같은 처리에 의해, 촬상한 퍼니스 벽의 전체상을 용이하게 파악할 수 있다. 한편, 화상 처리 수단(32)은 상술한 화상 합성 이외에도, 촬상 범위마다 얻어진 화상 P1, P2, P3의 콘트래스트, 화이트 밸런스, 트리밍 등의 조정이나, 벽면의 요철이나 균열의 그림자의 추출 등도 처리할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 작용에 대하여 설명한다. 여기서, 도 2는 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 작용을 나타내는 도면이다. 한편, 도 1과 동일한 구성 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여함과 함께, 퍼니스 내부 관찰 장치의 구성은 간략화하여 도시하고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 퍼니스 내부 관찰 장치(21)는 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)이 형성된 퍼니스의 외측에 배치된다. 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)이 형성된 벽면부(22)는 퍼니스의 외벽이라도 되고, 퍼니스의 개구부로부터 퍼니스 내부에 삽입되는 퍼니스 내부 관찰 장치(21)를 둘러싸는 하우징이라도 된다. 또한, 퍼니스 내부 관찰 장치(21)는 레이저 발진 장치(1)의 조사 범위와 촬상 장치(8)의 촬상 범위가, 관찰 부분인 퍼니스 벽(23)에서 대략 같은 크기(도면에서 해칭한 관찰 부분(S))가 되도록 조정되어 있다. 퍼니스 벽(23)과 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)의 위치·거리 관계는 퍼니스에 따라서 다르기 때문에, 설치 개소를 모의한 시험 설비 등을 이용하여 미리 조사 범위와 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정해 두는 것이 바람직하다. 물론, 퍼니스 내부 관찰 장치(21)를 소정 개소에 설치하고 나서 조사 범위와 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정해도 되고, 설치 후에 미세 조정하도록 해도 된다. 한편, 조사 범위와 촬상 범위의 조정 시에는 도 1에 나타낸 투광 렌즈(2) 및 수광 렌즈(7)를 이용한다.
본 발명에서는 투광계의 제1 관찰창(4)과 수광계의 제2 관찰창(5)이 따로따로 형성되어 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 관찰 부분(S)에 비스듬하게 레이저광(L)을 조사할 수 있고, 관찰 부분(S)의 요철이나 균열의 그림자를 크고 명확하게 투영할 수 있다. 또한, 제1 관찰창(4)의 반사광(W)이나 퍼니스 내부의 분진 등에 의한 산란광(D)이 촬상 장치(8)에 입사되는 것을 방지할 수 있고, 노이즈가 적은 화상을 취득할 수 있다.
또한, 제어 수단(11)에 의해 투광용 모터(9) 및 수광용 모터(10)를 구동시켜 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동하여 회동시키고, 도 2에 나타낸 바와 같이 레이저 발진 장치(1)의 조사 범위와 촬상 장치(8)의 촬상 범위가 대략 일치한 상태를 유지시키면서, 관찰 부분(S)을 퍼니스 벽(23)의 소정 방향으로 주사시킨다. 여기에서는 도면의 AB 방향으로 관찰 부분(S)을 주사시키는 경우를 도시하고 있지만, 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)에 또 다른 모터를 마련함으로써 AB 방향과 대략 수직인 방향으로 관찰 부분(S)을 주사시키도록 해도 된다. 또한, 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)는 투광용 모터(9) 및 수광용 모터(10)에 의해 일정한 속도로 부드럽게 회동시켜도 되고, 소정의 위상 간격으로 간헐적으로 회동시켜도 되고, 레이저광(L)의 조사 타이밍에 동기시켜 회동시키도록 해도 된다.
상술한 바와 같이, 조사 범위와 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정함으로써, 관찰 부분(S)으로 나타낸 바와 같이 좁은 범위를 선명하게 촬상할 수 있다. 또한, 조사 범위와 촬상 범위가 대략 일치하도록 투광 미러(3)와 수광 미러(6)를 연동시킴으로써, 광범위한 퍼니스 벽(23)을 복수의 화상으로 촬상할 수 있다. 또한, 이들 화상을 도 3에서 나타낸 바와 같이 파노라마 합성함으로써, 퍼니스 벽(23)의 전체상을 용이하게 관찰할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 여기서, 도 4는 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 한편, 도 1에 나타낸 퍼니스 내부 관찰 장치와 동일한 구성 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 4에 나타낸 퍼니스 내부 관찰 장치(41)는 측면에 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)이 형성됨과 함께 내부에 레이저 발진 장치(1), 투광 렌즈(2), 투광 미러(3), 수광 미러(6), 수광 렌즈(7), 촬상 장치(8) 등이 배치되는 원통 형상의 하우징(42)과, 하우징(42)을 축 중심으로 회전시키는 구동 수단(43)을 가진다. 이와 같은 퍼니스 내부 관찰 장치(41)는 예를 들어, 퍼니스(44)의 상부에 형성된 개구부로부터 퍼니스 내부에 삽입되고, 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)이 관찰 부분인 퍼니스 벽과 대치하도록 배치된다. 그리고, 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)를 연동시켜 회동시킴으로써, 관찰 부분(S)을 퍼니스 벽의 상하 방향을 따라 주사시킬 수 있다. 한편, 도 4에 나타낸 퍼니스 내부 관찰 장치(41)에서는 레이저 발진 장치(1)와 투광 렌즈(2)를 광섬유(18)로 접속한 경우를 도시하고 있다.
상기 하우징(42)은 고온 상태의 퍼니스 내부에 삽입되므로 수냉(water cooling) 재킷을 가지고 있는 것이 바람직하다. 따라서, 하우징(42)은 외부로부터 냉각수를 수냉 재킷에 주입하고, 외부로 냉각수를 배출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 하우징(42) 상단의 외주부에는 구동 수단(43)과 연결되는 기어가 형성되어 있다. 구동 수단(43)은 회전 구동 가능하게 배치된 모터(43m)와, 모터(43m)의 선단에 접속된 기어(43g)로 구성되어 있다. 또한, 모터(43m)는 퍼니스 내부 관찰 장치(41)의 제어 수단(11)에 접속되어 있고, 제어 수단(11) 또는 컴퓨터(17)의 명령에 근거하여 회전 구동된다. 한편, 구동 수단(43)의 구성은 도시한 것으로 한정되지 않으며, 수동으로 회전 가능한 구성이라도 되고, 벨트 구동이나 체인 구동에 의해 회전 가능한 구성이라도 된다. 또한, 하우징(42) 및 구동 수단(43)은 퍼니스(44)에 구비된 기구라도 된다. 이 경우, 하우징(42) 내부에 레이저 발진 장치(1), 투광 렌즈(2), 투광 미러(3), 수광 미러(6), 수광 렌즈(7), 촬상 장치(8) 등을 가지는 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 삽입하도록 하면 된다.
이와 같은 제2 실시 형태와 같이, 구동 수단(43)을 배치하여 퍼니스 내부 관찰 장치(41) 그 자체를 퍼니스(44)에 대하여 상대적으로 회전할 수 있도록 함으로써, 관찰 부분(S)을 퍼니스 벽의 수평 방향을 따라 주사시킬 수 있다. 따라서, 1개의 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 이용하는 것만으로, 퍼니스 벽의 광범위에 걸쳐 화상을 취득하는 것이 가능하다. 퍼니스 내부 관찰 장치(41)는 구동 수단(43)에 의해 천천히 부드럽게 회전시켜도 되고, 상하 방향의 주사가 완료되고 나서 소정의 위상 간격으로 간헐적으로 회전시키도록 해도 된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 퍼니스(44)의 중앙 상부로부터 삽입함으로써, 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 구동 수단(43)으로 회전시키더라도 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)과 퍼니스 벽과의 거리를 일정하게 유지할 수 있고, 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 회전시킴에 따른 조사 범위와 촬상 범위의 크기와 위치의 미세 조정을 생략할 수 있다. 한편, 퍼니스 내부 관찰 장치(41)의 회전에 의해 제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5)과 퍼니스 벽과의 거리가 변화하는 경우에는, 회전시마다 조사 범위와 촬상 범위의 크기와 위치를 미세 조정해도 되고, 미리 데이터를 취득해 둠으로써 회전 위상과 연동하여 조사 범위와 촬상 범위의 크기와 위치를 자동으로 조정하도록 해도 된다.
또한, 구동 수단(43)은 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 회전 구동시키는 것으로 한정되지 않으며 직진 구동시키는 것이라도 되고, 회전 구동과 직진 구동 기능을 모두 구비하고 있어도 된다. 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 직진 구동시킴으로써 투광 미러(3) 및 수광 미러(6)의 조작만으로는 촬상할 수 없는 부분을 관찰할 수 있다. 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 직진 구동시키는 경우에는, 하우징(42)의 길이를 직진 구동시키고자 하는 길이와 동등 이상으로 형성하고, 잭(jack)이나 액츄에이터에 의해 하우징(42)을 구동시키도록 하면 된다. 또한, 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 퍼니스 벽 또는 바닥면(floor surface) 등의 퍼니스 내부에서 구동되는 이동 캐리지(carriage)나 벽면 로봇에 탑재하여 구동시키도록 해도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 방법으로서,
    레이저광을 조사하는 레이저 발진 장치와, 상기 레이저광을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러와, 상기 투광 미러로부터의 레이저광을 투과시키는 제1 관찰창과, 상기 관찰 부분으로부터의 반사광을 투과시키는 제2 관찰창과, 상기 제2 관찰창을 투과한 반사광을 반사시키는 수광 미러와, 상기 수광 미러로부터의 반사광을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치를 가지는 퍼니스 내부 관찰 장치를 이용하고,
    상기 레이저광의 조사 범위와 상기 촬상 장치의 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 상기 레이저 발진 장치 및 상기 촬상 장치를 조정하고, 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키고, 상기 관찰 부분의 화상을 취득하여 상기 퍼니스의 내부를 관찰하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼니스의 도면 데이터에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 조건을 취득하고,
    상기 조건에 따라 제어 수단이, 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 장치가 취득한 상기 화상에 근거하여 제어 수단이, 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 퍼니스 내부 관찰 장치를 회전시켜 상기 관찰 부분의 화상을 취득하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하여 상기 퍼니스의 내부를 관찰하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 방법.
  6. 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치로서,
    레이저광을 조사하는 레이저 발진 장치와, 상기 레이저광의 조사 범위를 조정 가능한 투광 렌즈와, 상기 레이저광을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러와, 상기 투광 미러로부터의 레이저광을 투과시키는 제1 관찰창과, 상기 관찰 부분으로부터의 반사광을 투과시키는 제2 관찰창과, 상기 제2 관찰창을 투과한 반사광을 반사시키는 수광 미러와, 상기 수광 미러로부터의 반사광을 집광시킴과 함께 촬상 범위를 조정 가능한 수광 렌즈와, 상기 수광 렌즈에 의해 집광된 반사광을 수광하여 화상을 취득하는 촬상 장치와, 상기 투광 미러를 구동시키는 투광용 모터와, 상기 수광 미러를 구동시키는 수광용 모터와, 상기 투광용 모터 및 상기 수광용 모터의 구동을 제어하는 제어 수단을 가지고,
    상기 투광 렌즈 및 상기 수광 렌즈는 상기 레이저광의 조사 범위와 상기 촬상 장치의 촬상 범위가 대략 같은 크기가 되도록 조정되어 있고, 상기 제어 수단은 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 퍼니스의 도면 데이터에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 조건이 설정되어 있고,
    상기 제어 수단은 상기 조건에 따라 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 촬상 장치가 취득한 상기 화상에 근거하여 상기 조사 범위와 상기 촬상 범위가 대략 일치하도록 상기 투광 미러 및 상기 수광 미러를 연동시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    측면에 상기 제1 관찰창 및 상기 제2 관찰창이 형성됨과 함께 내부에 상기 레이저 발진 장치, 상기 투광 미러, 상기 수광 미러 및 상기 촬상 장치가 배치되는 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징을 축 중심으로 회전시키는 구동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하는 화상 처리 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
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