KR20110086699A - 퍼니스 내부 관찰 장치 - Google Patents

Abstract

복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치(21)로서, 레이저광을 퍼니스 내부의 퍼니스 벽면에 조사하는 레이저 조사 장치(100)와, 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광을 수광하는 수광 장치(200)를 구비한다. 수광 장치(200)는, 레이저광, 및 3원색 중 적색에 대응하는 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터(15)와, 광학 필터(15)를 통과한 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거하여 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치(8)를 구비한다.

Description

퍼니스 내부 관찰 장치{FURNACE INTERIOR MONITORING DEVICE}

본 발명은 복사광으로 발광하고 있는 열풍로(air heating furnace) 등의 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 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 등에 의해 퍼니스 벽을 촬상하여 화상 처리 등을 함으로써 손상의 정도를 계측하는 방법 등이 이미 존재하고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 퍼니스 벽 관찰 장치는 퍼니스 벽에 빛을 조사하는 조명 장치와, 이 빛을 조사한 퍼니스 벽을 촬상하는 CCD 카메라를 가진다. 그리고, 조명 장치와 CCD 카메라는 1개의 하우징 내부에 수용되어 있고, 이 하우징에 형성된 촬상용 관찰창으로부터 조명 장치의 빛을 조사하고 있다.

한편, 본 출원의 다른 선행 기술 문헌으로서, 하기의 특허문헌 2 및 3이 있다.

특허문헌 2에서는, 퍼니스 내부의 퍼니스 벽에 레이저·슬릿광을 투사하고, 퍼니스 벽 표면을, 레이저·슬릿광의 반사광만을 통과시키는 필터를 통해 촬영하여 얻은 촬상과, 당해 필터를 통하지 않고 촬영하여 얻은 촬상을 합성하고, 합성 화상 상의 레이저·슬릿선의 일그러짐과 기준이 되는 치수를 비교하여 대상물 표면의 요철 정도를 구하고 있다.

특허문헌 3에서는, 퍼니스 내부의 퍼니스 벽에 펄스 레이저광을 조사하고, 퍼니스 벽 표면으로부터의 펄스 레이저광의 반사광을, 당해 반사광의 파장만 투과하는 광학 필터를 통과시킴과 함께, 조사 시간에 동기하여 열리는 고속 셔터를 통과시켜 촬영함으로써, 레이저광의 조사 에너지를 억제함과 함께 복사광의 노이즈를 저감하여, 퍼니스 벽의 상태를 비교적 광범위한 화상으로 얻고 있다.

그렇지만, 특허문헌 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, 움푹 팬 곳이나 균열 등의 그림자가 찍히기 어렵고, 산란광의 영향을 받기 쉬운 등의 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 퍼니스 벽 관찰 장치에서는, 퍼니스 벽의 정보는 슬릿 정보로밖에 얻을 수 없어서, 퍼니스 벽의 균열이나 움푹 팬 곳 등의 전체를 알 수 있는 광범위한 화상은 얻을 수 없다. 또한, 필터를 통과하지 않은 복사광의 정보는 퍼니스 벽 온도가 1100℃ 이상이 되면 실제로는 복사광의 노이즈가 너무 커서 퍼니스 벽의 정보는 선명하게는 얻을 수 없고, 퍼니스 벽의 균열 등의 정보도 얻을 수 없다. 따라서, 기준이 되는 내화물의 줄눈(masonry joint)의 폭도 알 수 없어서, 합성 화상으로부터 요철 사이즈를 구하는 것도 어려웠다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 퍼니스 벽 관찰 장치에서는, 퍼니스 벽의 정보는 펄스 레이저광의 비교적 광범위한 반사광에 의해 얻어지기 때문에, 1100℃ 이상의 고온이라도, 복사광보다 큰 에너지 밀도를 가지는 펄스 레이저광을 조사함으로써 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 얻을 수는 있었지만, 콘트래스트가 그다지 높지 않고, 또한 화상 정보로서는 레이저광의 정보밖에 얻어지지 않기 때문에, 얻어진 화상으로부터 퍼니스 벽의 요철이나 균열을 판별하기 어려운 문제가 있었다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-146164호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-90124호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2008-157559호 공보

본 발명은 상술한 문제점에 착안하여 창안된 것으로, 퍼니스 벽이 복사광으로 발광하고 있는 경우라도 콘트래스트가 높고, 또한 레이저광의 반사광의 화상 정보뿐만 아니라 복사광의 일부의 화상 정보도 더한 화상을 취득할 수 있음과 함께, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 판별하기 쉽게 할 수 있는 퍼니스 내부 관찰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

복사광이나 산란광의 영향을 억제하기 위하여, 특허문헌 3에도 기재되어 있는 바와 같이, 조사 레이저광의 파장만을 투과하는 광학 필터를 이용하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 그렇더라도, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득하는 것이 곤란하였다. 그런데, 본 발명의 발명자는, 조사 레이저광의 파장뿐만 아니라, 3원색 중 적색에 파장 영역의 빛도 투과시키는 광학 필터를 이용함으로써, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있음을 발견하였다(이와 같은 지견(知見)은 상술한 특허문헌 1 내지 3에는 개시되어 있지 않다).

즉, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치로서,

레이저광을 상기 퍼니스 내부의 퍼니스 벽면에 조사하는 레이저 조사 장치와, 상기 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광을 수광하는 수광 장치를 구비하고,

상기 수광 장치는,

상기 레이저광, 및 3원색 중 적색에 대응하는 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터와,

이 광학 필터를 통과한 상기 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거하여 상기 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치가 제공된다.

상기 본 발명에서는, 상기 수광 장치는, 상기 레이저광의 파장 및 3원색 중 적색의 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터와, 이 광학 필터를 통과한 상기 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거해 상기 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치를 구비하므로, 상술한 바와 같이, 조사 레이저광의 화상 정보뿐만 아니라, 3원색 중 적색(복사광)의 파장 영역의 빛의 화상 정보도 이용하여 화상을 생성할 수 있고, 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 복사광의 적색 파장 영역 내의 소정 파장 영역 이외의 노이즈가 되는 복사광을 차단하면서도, 보다 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 레이저광의 파장은, 3원색 중 녹색에 대응하는 파장 영역에 포함된다.

이와 같이, 상기 레이저광의 파장은, 원색 중 녹색광의 파장 영역에 포함되므로, 레이저 조사 장치로서 일반적인 YAG 레이저를 사용할 수 있음과 함께, 녹색의 반사 레이저광의 성분과 적색 복사광의 성분을 얻을 수 있고, 이에 의해, 한층 더 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

상기 광학 필터는, 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역의 빛과, 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시킨다.

이와 같이, 상기 광학 필터는, 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역의 빛과, 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키므로, 산란광 등의 다른 영향을 억제하면서, 레이저광과 필요한 양만큼의 적색 복사광을 이용할 수 있고, 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 레이저광의 반사광의 파장 부근의 화상 정보도 함께 얻을 수 있기 때문에, 더욱 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

상기 소정 파장 영역은, 상기 복사광의 파장 중 복사광 강도가 피크가 되는 파장과 다르다.

이와 같이, 상기 소정 파장 영역은, 상기 복사광의 파장 중 복사광 강도가 피크가 되는 파장과 다르므로, 이용하는 상기 복사광량을 적절히 억제할 수 있어서, 보다 노이즈가 적은 화상 정보를 얻을 수 있다.

상기 화상 생성 장치는, 상기 레이저광의 강도와, 상기 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛의 강도의 차이를 저감하도록 상기 광학 필터를 통과한 빛의 강도를 보정하는 강도 보정부를 구비한다.

이와 같이, 상기 화상 생성 장치는, 상기 레이저광의 강도와, 상기 적색광의 파장 영역의 빛의 강도의 차이를 저감하도록 상기 광학 필터를 통과한 빛의 강도를 보정하는 강도 보정부를 구비하므로, 복사광의 영향을 억제하면서, 복사광도 이용하여 화상을 생성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 노이즈를 보다 억제하면서 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

상술한 본 발명의 퍼니스 내부 관찰 장치에 따르면, 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 복사광의 적색 파장 영역 내의 소정 파장 영역 이외의 노이즈가 되는 복사광을 차단하면서도, 보다 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 작용을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 필터의 특성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 필터의 다른 특성예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 형태에 따른 효과를 나타내는 화상으로서, 도 5a는 비교예를 나타내는 화상이고, 도 5b는 본 발명의 실시 형태의 경우이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 형태에 따른 효과를 나타내는 화상으로서, 도 6a는 비교예를 나타내는 화상이고, 도 6b는 본 발명의 실시 형태의 경우이다.
도 7a는 퍼니스 내부의 온도가 1200℃인 경우의, 셔터 스피드와 화상 생성 장치(8)에 의한 수광 강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 퍼니스 내부의 온도가 1300℃인 경우의, 셔터 스피드와 화상 생성 장치(8)에 의한 수광 강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7c는 퍼니스 내부의 온도가 1400℃인 경우의, 셔터 스피드와 화상 생성 장치(8)에 의한 수광 강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 퍼니스 내부의 온도가 1200℃인 경우의, 셔터 스피드와, 수광에 근거해 화상 생성 장치가 생성하는 화상의 3원색(RGB)의 각각의 휘도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 퍼니스 내부의 온도가 1300℃인 경우의, 셔터 스피드와, 수광에 근거해 화상 생성 장치가 생성하는 화상의 3원색(RGB)의 각각의 휘도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8c는 퍼니스 내부의 온도가 1400℃인 경우의, 셔터 스피드와, 수광에 근거해 화상 생성 장치가 생성하는 화상의 3원색(RGB)의 각각의 휘도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 촬상 범위마다 얻어진 화상을 합성하는 화상 처리 수단을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 제2 실시예를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치를 나타내는 구성도이다.

복사광(H)으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 본 실시 형태에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치는 레이저광을 상기 퍼니스 내부의 퍼니스 벽면에 조사하는 레이저 조사 장치(100)와, 상기 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광을 수광하는 수광 장치(200)를 구비한다. 한편, 본 실시 형태에서는, 상기 퍼니스 벽면은 1100℃ 이상의 고온으로 되어 있다.

상기 수광 장치(200)는 상기 레이저광의 파장 및 3원색 중 적색광의 파장 영역 내의 소정 파장 영역을 투과시키는 광학 필터(15)와, 이 광학 필터(15)를 통과한 상기 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거해 상기 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치(8)를 구비한다.

상기 레이저광의 파장은 3원색 중 녹색광의 파장 영역에 포함된다. 본 발명에 있어서, 3원색 중, 녹색광의 파장 영역은 495~570㎚이고, 적색광의 파장 영역은 570㎚ 초과(예를 들어, 575㎚ 이상)이고 830㎚ 이하이다.

본 실시 형태에서는, 바람직하게는, 상기 레이저광의 파장은 532㎚이다. 예를 들어, YAG 레이저의 제2 고조파(532㎚)를 상기 레이저광으로 할 수 있다. 사용 가능한 광학 필터(15)의 특성예를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3 및 도 4의 예에 나타내는 바와 같이, 상기 광학 필터(15)는 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역의 빛과, 적색광의 상기 파장 영역 중 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시킨다. 당해 소정 파장 영역은 적색 파장 영역 내이면 어디라도 상관없지만, 600~800㎚ 영역이나 800㎚ 영역 등, 레이저광의 파장 영역과는 떨어진 적색 파장 영역을 포함하는 것이, 보다 선명한 화상 정보를 얻기 위해서는 바람직하다. 또한, 시판 중인 광학 필터를 사용하는 것이 간편하다.

한편, 도 3은 이산(離散)된 복수(2개)의 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터(15)의 특성예를 나타내고, 도 4는 연속하는 투과 파장 영역을 가지는 광학 필터(15)의 특성예를 나타낸다. 이와 같은 도 3 및 도 4의 광학 필터의 특성을 얻기 위해, 복수의 광학 필터를 조합하여 광학 필터(15)를 구성해도 된다. 또한, 도 3 및 도 4의 예에서는, 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역을 투과시키고 있지만, 상기 레이저광의 파장(예를 들어, 532㎚)과 상기 소정 파장 영역의 빛(예를 들어, 800㎚)만을 선택적으로 투과시키는 광학 필터(15)를 사용해도 된다. 한편, 광학 필터(15)는 상기 퍼니스 벽면으로부터의 복사광에 대해서는, 당해 복사광 중 일부만을 투과시킨다. 보다 바람직하게는, 광학 필터(15)는 상기 퍼니스 벽면으로부터의 복사광에 포함되는 적색광의 파장 영역의 복사광 중, 당해 파장 영역의 일부의 파장 영역의 복사광만을 투과시켜, 노이즈의 영향을 억제시킨다. 또한, 상기 레이저광의 파장 및 당해 파장 부근의 파장 영역과 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 광학 필터, 또는, 상기 레이저광의 파장과 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 광학 필터이면, 도 3 및 도 4 이외의 특성을 가지는 필터라도 본 실시 형태의 광학 필터(15)로서 사용할 수 있다.

상기 화상 생성 장치(8)는 상기 레이저광의 강도와, 상기 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛의 강도의 차이를 자동으로 저감하도록 상기 광학 필터를 통과한 빛의 강도를 보정하는 강도 보정부(201)를 구비한다. 강도 보정부(201)는, 상기 레이저광(532㎚의 빛)의 강도와, 상기 소정 파장 영역 내의 빛의 합계 강도의 차이를 저감하는 보정을 행한다. 예를 들어, 상기 레이저광(532㎚의 빛)의 강도와, 상기 소정 파장 영역 내의 빛의 합계 강도가 일치하도록 상기 광학 필터를 통과한 빛의 강도를 보정한다. 이와 같이 보정된 데이터에 근거하여 화상 생성 장치(8)는 퍼니스 벽면의 화상을 생성한다.

상술한 실시 형태에서는, 상기 수광 장치(200)는, 상기 레이저광의 파장 및 3원색 중 적색의 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터(15)와, 이 광학 필터(15)를 통과한 상기 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거하여 상기 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치(8)를 구비하므로, 상술한 바와 같이, 조사 레이저광의 파장뿐만 아니라, 3원색 중 적색의 파장 영역의 빛도 이용하여 화상을 생성할 수 있고, 이에 의해 충분히 콘트래스트가 높고, 또한 복사광의 적색 파장 영역 내의 소정 파장 영역 이외의 노이즈가 되는 복사광을 차단하면서도, 보다 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

또한, 상기 레이저광의 파장은 원색 중 녹색광의 파장 영역에 포함되므로, 레이저 조사 장치로서 일반적인 YAG 레이저를 사용할 수가 있음과 함께, 녹색의 반사 레이저광의 성분과 적색 복사광의 성분을 얻을 수 있고, 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고 또한 보다 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

또한, 상기 광학 필터(15)는 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역의 빛과, 상기 소정 파장 영역의 적색 복사광만을 선택적으로 투과시키므로, 산란광 등의 다른 영향을 억제하면서, 레이저광과 필요한 양만큼의 적색 복사광을 이용할 수 있고, 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고 또한 레이저광의 반사광의 파장 부근의 화상 정보도 함께 얻을 수 있기 때문에, 더욱 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

본 실시 형태의 작용 효과를 바꾸어 말하면 다음과 같다. 반사 레이저광의 에너지가 높기 때문에, 후술하는 도 8a, 도 8b, 도 8c와 같이, 반사 레이저광에 해당하는 G휘도가 높아져서, 퍼니스 벽면으로부터 방사되는 G파장 영역의 복사는 반사 레이저광에 의해 감춰지는 경향이 있다. 한편, 화상 정보로서 취득하는 B파장 영역의 휘도(B휘도)는 후술하는 도 8a, 도 8b, 도 8c와 같이, R이나 G에 비해 낮기 때문에, 정보로서 약하다(불충분하다). 이에 대해, R파장 영역의 복사광의 화상 정보는 후술하는 도 8a, 도 8b, 도 8c와 같이, 정보로서 가장 우수하다. 따라서, 반사 레이저광의 G휘도의 화상 정보(즉, 퍼니스 벽면에 있어서의 그림자 정보)를, 퍼니스 벽면으로부터 방사되는 R파장 영역의 복사에 의한 R휘도의 화상 정보와 합성함으로써, 반사 레이저광에 의한 화상 정보만의 경우와 비교하여 퍼니스 벽면을 보다 상세하게 관찰할 수 있는 화상을 얻을 수 있다.

또한, 상기 화상 생성 장치(8)는 상기 레이저광의 강도와, 상기 소정 파장 영역의 적색 복사광의 강도의 차이를 저감하도록 상기 광학 필터(15)를 통과한 빛의 강도를 보정하는 강도 보정부(201)을 구비하므로, 복사광의 영향을 억제하면서, 복사광도 적절히 이용해 화상을 생성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고 또한 보다 노이즈가 적은 화상 정보를 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상을 취득할 수 있다.

도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b는 본 실시 형태에 따른 효과를 나타내는 화상이다. 도 5a 및 도 6a는 반사 레이저광만을 이용해 생성한 퍼니스 벽면의 화상이고, 도 5b 및 도 6b는 본 실시 형태에 따라, 반사 레이저광 및 상기 소정 파장 영역의 적색광으로부터 생성한 퍼니스 벽면의 화상이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 반사 레이저광만을 이용하는 경우와 비교하여, 충분히 콘트래스트가 높고 또한 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 화상이 취득된다.

이하, 본 실시 형태가 적용 가능한 퍼니스 내부 관찰 장치의 전체 구성예를 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사 장치(100)는, 레이저광(L)을 상기 퍼니스 내부의 퍼니스 벽면에 조사하는 레이저 발진 장치(1)와, 레이저광(L)의 조사 범위를 조정 가능한 투광 렌즈(2)와, 레이저광(L)을 반사시켜 원하는 관찰 부분을 비추는 투광 미러(3)로 이루어진다. 한편, 도 1 및 도 2와 같이, 투광 미러(3)로부터의 레이저광(L)을 투과시키는 제1 관찰창(4)이 마련되고, 관찰 부분으로부터의 반사광(R)을 투과시키는 제2 관찰창(5)이 마련된다. 수광 장치(200)는, 제2 관찰창(5)을 투과한 반사광(R)을 반사시키는 수광 미러(6)와, 수광 미러(6)로부터의 반사광(R)을 상술한 광학 필터(15)를 통해 수광해 반사광(R)을 집광시킴과 함께 촬상 범위를 조정 가능한 수광 렌즈(7)와, 수광 렌즈(7)에 의해 집광된 반사광(R)을 수광해 화상을 생성하는 상술한 화상 생성 장치(8)를 구비한다. 또한, 퍼니스 내부 관찰 장치는, 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, 투광 렌즈(2) 및 수광 렌즈(7)는 레이저광(L)의 조사 범위와 화상 생성 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 연동시킨다.

상기 레이저 발진 장치(1)는 퍼니스 내부의 관찰 부분을 비추기 위한 조명(레이저광(L))을 조사하는 장치이다. 한편, 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 파장이며, 바람직하게는 3원색 중 녹색광의 파장 영역(예를 들어, 500~565㎚) 내의 파장(예를 들어, 532㎚)의 레이저광(L)을 조사할 수 있는 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. 레이저 발진 장치(1)로부터의 레이저광은 펄스광이라도 되고 연속광이라도 된다.

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. 한편, 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 1의 예와 같이, 투광계와 수광계에서 서로 다른 관찰창(제1 관찰창(4) 및 제2 관찰창(5))을 사용하는 것이 바람직하지만, 투광계와 수광계에서 동일한 관찰창을 사용해도 된다. 서로 다른 관찰창에 의해, 투광계와 수광계의 광축을 다르게 할 수 있고, 관찰 부분에 대하여 비스듬하게 레이저광(L)을 조사할 수 있어서, 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 기계적으로 빛을 차폐하는 셔터이며, 예를 들어 구멍이 뚫린 물레바퀴가 회전하는 것이다. 도 1의 예에서는, 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. 내열 셔터(14)의 노치 홀에서 다음 노치 홀까지의 시간 간격은, 기기류를 열로부터 보호하기 위해 필요한 시간 간격이 되도록, 내열 원판(14d)의 회전 속도, 노치 홀의 폭 및 노치 홀의 원주 방향 간격을 적절히 설정하면 된다.

이어서, 수광량의 제어를 위하여, 고속 셔터(16) 또는 내열 셔터(14)를 배치할 수 있다. 이하에서 단지 셔터 스피드라고 할 때에는 셔터 스피드는 고속 셔터(16) 또는 내열 셔터(14)의 셔터 스피드를 의미하지만, 고속 셔터(16)와 내열 셔터(14)를 모두 이용하는 경우, 고속 셔터(16) 및 내열 셔터(14)의 셔터 스피드 중 빠른 편의 셔터 스피드를 의미한다.

셔터 스피드(셔터 개방 시의 1회당 개방 시간)는 바람직하게는, 수광에 근거하여 화상 생성 장치(8)가 생성하는 화상의 3원색(RGB) 각각의 휘도가 포화되지 않고, 또한 당해 화상의 3원색 각각이 당해 화상을 선명하게 하기 위해 필요한 소정의 휘도(예를 들어, 화상 구성상의 휘도 범위 0~255로 했을 때 200) 이상이 되도록 설정된다.

셔터 스피드의 설정예에 대하여 설명한다. 여기에서는, 퍼니스 내부의 온도가 1200℃, 1300℃, 1400℃일 때 최적의 셔터 스피드를 계산하였다.

계산의 전제 조건으로서, 퍼니스 내부 관찰 장치(21)의 수치(CCD 카메라(8), 렌즈(7), 광학 필터(15), 레이저 등)를 이용하였다. 또한, 퍼니스 벽면의 반사율, 방사율 등은 경험치를 이용하였다. 레이저광의 조사 면적은 1.223㎡이며 카메라(8)의 시야 범위는 0.949㎡로 하였다. 또한, 레이저광의 발광 시간은 나노초~수십 나노초 규모로, 셔터 스피드에 비해 매우 짧기 때문에, 레이저광의 수광 강도는 셔터 스피드에 영향을 받지 않고 일정해진다. 복사광은 연속광이기 때문에, CCD 카메라(화상 생성 장치)(8)가 수광하는 복사광의 수광 강도는 셔터 스피드에 비례한다.

도 7a, 도 7b, 도 7c는 각각 퍼니스 내부의 온도가 1200℃, 1300℃, 1400℃인 경우의, 셔터 스피드와 화상 생성 장치(8)에 따른 수광 강도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 7a, 도 7b, 도 7c에서, 부호 A는 퍼니스 벽면으로부터의 복사광의 수광 강도를 나타내고, 부호 B는 레이저 발진 장치(1)에 의한 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광의 수광 강도를 나타낸다. 복사광의 수광 강도는 RGB 전체의 파장 영역을 수광한 강도이며, 반사 레이저광의 수광 강도는 조사 레이저광으로서 YAG 레이저 제2 고조파, 532㎚ 파장의 펄스 레이저광을 이용하고, 퍼니스 내부 내화물 표면의 에너지 밀도가 0.5W/㎡가 되는 강도(30펄스/초, 발광 시간 10나노초)로 조사해 수광한 강도이다.

도 7a, 도 7b, 도 7c는 셔터 스피드를 결정하는 일반적인 방법을 나타내는 것으로, 반사 레이저광의 수광 강도가 복사광의 수광 강도보다 커지도록, 셔터 스피드를 짧게 하는 방법이다. 이에 의해, 반사 레이저광의 수광 강도를 복사광(휘도가 포화되어 노이즈가 되는 복사광)보다 크게 할 수 있어서, 반사 레이저광에 의한 퍼니스 내부의 화상 정보를 얻을 수 있다. 즉, 도 7a, 도 7b, 도 7c에서는, 셔터 스피드를, 퍼니스 내부 온도가 1200℃에서는 0.0006초 이하, 퍼니스 내부 온도가 1300℃에서는 0.0002초 이하, 퍼니스 내부 온도가 1400℃에서는 0.0001초 이하로 함으로써, 반사 레이저광에 의한 퍼니스 내부의 화상 정보를 얻을 수 있다.

이어서, 본 발명에서 광학 필터를 이용해, 레이저광, 및 3원색 중 적색에 대응하는 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시킨 빛에 근거해 화상을 생성하는 것이 효과적인 이유와 바람직한 셔터 스피드에 대하여 설명한다.

도 8a, 도 8b, 도 8c는 각각 퍼니스 내부의 온도가 1200℃, 1300℃, 1400℃인 경우의, 셔터 스피드와, 수광에 근거해 화상 생성 장치(8)가 생성하는 화상의 3원색(RGB) 각각의 휘도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 레이저광으로서는 YAG 레이저 제2 고조파, 532㎚ 파장의 펄스 레이저광을 이용하고, 퍼니스 내부 내화물 표면의 에너지 밀도가 0.5W/㎡가 되는 강도(30펄스/초, 발광 시간 10나노초)로 조사하였다. 도면 중의 G휘도, R휘도, B휘도는 R, G, B 각각의 파장 영역만 투과시키는 광학 필터를 이용해 수광했을 때의 휘도를 나타내는 것이다(시험에서는 RGB의 수광 소자 각각에서 대응하는 상기의 광학 필터를 사용하여, RGB 각각의 휘도를 구하였다).

화상 생성 장치(8)에서는 레이저 발진 장치(1)에 의한 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광과 퍼니스 벽면으로부터의 복사광을 구별 없이 수광하기 때문에, 당해 반사 레이저광과 당해 복사광을 더하고, 화상 생성 장치(8)의 감도 특성을 고려하여, 화상 생성 장치(카메라)(8)에 비춰지는 3원색(RGB)의 휘도(0~255)를 산출하였다. 따라서, G휘도는 G파장 영역이 되는 반사 레이저광과 G파장 영역의 복사광이 합성되어 결정된다. 또한, R휘도는 R파장 영역의 복사광에 의해 결정되고, B휘도는 B파장 영역의 복사광에 의해 결정된다.

퍼니스 내부의 온도가 1200℃인 경우에는, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 셔터 스피드가 0.00036초 이상이 되면, G휘도가 255 이상이 되어 포화되어 적절하지 않다. 또한, 선명하게 보기 위해서는 어느 정도의 밝기가 필요하며, 여기서 G의 휘도가 200 이상 필요하다고 규정하면, 0.00015초 이상 셔터가 열려 있을 필요가 있다. 그래서, 이 경우에는 최적의 셔터 스피드는 0.00015~0.00036초(1/4000초 등)이다.

퍼니스 내부의 온도가 1300℃인 경우에는, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 셔터 스피드가 0.00012초 이상이 되면, G휘도가 255 이상이 되어 포화되어 적절하지 않다. 또한, 선명하게 보기 위해서는 어느 정도의 밝기가 필요하며, 여기서 G의 휘도가 200 이상 필요하다고 규정하면, 0.00005초 이상 셔터가 열려 있을 필요가 있다. 그래서, 이 경우에는 최적의 셔터 스피드는 0.00005~0.00012초(1/10000초 등)이다.

퍼니스 내부의 온도가 1400℃인 경우에는, 도 8c에 나타내는 바와 같이, 셔터 스피드가 0.00005초 이상이 되면, G휘도가 255 이상이 되어 포화되어 적절하지 않다. 또한, 선명하게 보기 위해서는 어느 정도의 밝기가 필요하며, 여기서 G의 휘도가 200 이상 필요하다고 규정하면, 0.00002초 이상 셔터가 열려 있을 필요가 있다. 그래서, 이 경우에는 최적의 셔터 스피드는 0.00002~0.00005초(1/40000초 등)이다.

또한, 반사 레이저광의 화상 정보만으로는 콘트래스트가 낮고, 또한 정보로서도 한정되어 있는 면이 있기 때문에, 본 발명에서는 복사광 중 적색에 대응하는 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시킨 빛도 함께 수광한다. 도 8a, 도 8b, 도 8c로부터 알 수 있는 바와 같이, 1200℃~1400℃의 어느 퍼니스 내부 온도에서도 R휘도는 B휘도를 크게 상회하고 있고, 또한 G휘도보다 작기 때문에 포화되어 있지 않다.

따라서, 본 발명에서는, 반사 레이저광의 파장 영역과 복사광의 R파장 영역을 모두 투과하는 광학 필터를 사용함으로써, R파장 영역의 복사광의 화상 정보도 얻을 수 있고, 또한 합성에 의해 콘트래스트가 높은 화상 정보로 할 수 있다. 최적의 셔터 스피드는, 주된 화상 정보는 반사 레이저광이 가지기 때문에, 상술한 셔터 스피드와 다르지 않다.

이와 같이, 퍼니스 내부 온도에 따라 적정한 셔터 스피드는 다르지만, 본 발명에서는 조사 레이저광의 파장(도면에서는 G휘도에 해당)뿐만 아니라, 3원색 중 적색 파장 영역의 빛(도면에서는 R휘도에 해당)도 이용하여 화상을 생성할 수 있고, 이에 의해, 충분히 콘트래스트가 높고 또한 복사광의 적색 파장 영역 내의 소정 파장 영역 이외의 노이즈가 되는 복사광(도면에서는 B휘도에 해당)을 차단하면서도, 보다 정보량이 많은 화상을 얻을 수 있어서, 퍼니스 벽의 요철이나 균열의 그림자를 충분히 판별할 수 있는 선명한 화상을 취득할 수 있게 된다.

상기 수광 미러(6)는 제2 관찰창(5)을 투과한 레이저광(L)의 반사광(R)을 반사하여 화상 생성 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. 또한, 광학 필터(15)는 수광 미러(6)의 상류 측에 배치해도 된다.

상기 수광 렌즈(7)는 화상 생성 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 화상 생성 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 화상 생성 장치(8)는 수광 렌즈(7)로부터의 반사광(R)을 수광하여 화상을 생성하는 기기이다. 이와 같은 화상 생성 장치(8)에는 예를 들어, 칼라(RGB) 화상을 생성할 수 있는 CCD 카메라가 사용된다. 도 1에 나타낸 화상 생성 장치(8)에서는 수광 렌즈(7)와의 사이에 고속 셔터(16)를 구비하고 있다. 상술한 고속 셔터(16)는 예를 들어, CCD 소자가 빛을 모으는 시간을 제한하는 전자 셔터(통상적으로 CCD 카메라에 내장된다) 등, 기계적으로 동작하지 않는 셔터를 가리키며, 기계적인 가동부가 없기 때문에 1/10000초 등의 빠른 셔터 스피드가 가능해진다. 고속 셔터(16)는 레이저광(L)의 조사 타이밍과 동기시켜 제어 수단(11)에 의해 개폐된다. 이와 같은 고속 셔터(16)를 배치함으로써, 화상 생성 장치(8)에 복사광(H)이 입사되기 어렵게 할 수 있고, 화상 생성 장치(8)를 열로부터 보호할 수 있다. 물론, 내열 셔터(14)로 충분한 경우에는 고속 셔터(16)를 생략해도 되며, 내열 셔터(14)를 제1 관찰창(4)에만 배치하고 화상 생성 장치(8)에 고속 셔터(16)를 배치하도록 해도 된다. 고속 셔터(16)를 생략하고 내열 셔터(14)만으로 하는 경우, 내열 셔터(14)가 휘도를 제어하는 고속 셔터의 역할을 겸하게 되지만, 퍼니스 내부가 고온에서는 적정한 셔터 스피드가 매우 짧아져 기계적으로 제어하는 것은 어려워지기 때문에, 내열 셔터(14)만으로 하는 경우에는 퍼니스 내부가 비교적 저온(예를 들어, 1200℃ 이하)에서 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 내열 셔터(14)를 생략하고 고속 셔터만으로 해도 되며, 이 경우는 제2 관찰창(5)으로부터 침입하는 여분의 복사광은 고속 셔터 및 광학 필터(15)로 차단하고, 제1 관찰창(4)으로부터 침입하는 여분의 복사광은 광학 필터(13)로 차단함으로써, 내열의 역할을 다할 수 있다. 한편, 고속 셔터(16)는 CCD 카메라에 내장되어 있어도 되고, 화상을 디지털적으로 잘라내는 디지털 셔터도 무방하다.

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.

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, 화상 생성 장치(8)에 의해 취득한 화상을 처리하는 화상 처리 수단을 구성한다. 여기서, 도 9은 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 화상 생성 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 화상 생성 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 화상 생성 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 범위의 촬상 화상의 선명도를 높일 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 9에서 나타낸 바와 같이 파노라마 합성함으로써, 퍼니스 벽(23)의 전체상을 용이하게 관찰할 수 있다. 한편, 펄스 레이저광을 이용하는 경우는, 화상 생성 장치(8)와 수광 미러(6) 사이에, 도 2에서는 도시를 생략하고 있지만, 고속 셔터(16)가 배치된다.

이어서, 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 여기서, 도 10은 본 발명에 따른 퍼니스 내부 관찰 장치의 제2 실시예를 나타내는 개략 구성도이다. 한편, 도 1에 나타낸 퍼니스 내부 관찰 장치와 동일한 구성 부품에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.

도 10에 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), 화상 생성 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 10에 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), 화상 생성 장치(8) 등을 가지는 퍼니스 내부 관찰 장치(41)를 삽입하도록 하면 된다.

이와 같은 제2 실시예와 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 10에 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.

실시예

본 발명에 대응하는 실시예 1 및 2와, 비교예 1 내지 3을 이하와 같이 실시하였다.

(실시예 1)

도 10과 같은 퍼니스의 내부를 관찰하는 장치를 이용하여, 온도 1200℃의 용광로용 열풍로의 퍼니스 내부 내벽을 관찰하였다.

퍼니스 내부 벽면에 조사하는 레이저로서는 YAG 레이저 제2 고조파, 532㎚ 파장의 펄스 레이저광을 이용하고, 대상 내화물 표면의 에너지 밀도가 0.5W/㎡가 되는 강도(30펄스/초, 17mJ/펄스, 발광 시간 10나노초)로 조사하였다. 광학 필터(15)로서는 도 3에 나타내는 495~570㎚ 및 770~820㎚의 파장 영역을 투과하는 광학 필터(15)를 사용하였다. 또한, 고속 셔터(16)에 의한 셔터 속도는 4000분의 1초로 하고, 펄스 레이저광의 수광 시에 고속 셔터(16)가 해방되도록 동기시켰다.

조사 위치를 퍼니스의 원주 방향으로 바꾸면서 9도 간격으로 합계 41화상(360도분)을 취득하고, 파노라마 합성하여 도 5b와 같은 화상을 얻었다(한편, 파노라마 작성 시, 9도 간격일 경우 40화상이면 충분하지만, 본 실시예에서는 1주하여 같은 위치에서 1화상을 더 취득해 41화상을 얻었다).

이에 의해, 퍼니스 벽을 구성하는 벽돌 표면의 줄눈 상태까지 선명하게 파악할 수 있었다.

(실시예 2)

도 10과 같은 퍼니스의 내부를 관찰하는 장치를 이용하여, 온도 1200℃의 용광로용 열풍로의 퍼니스 내부에서의 연결관구 구조를 관찰하였다.

조사 위치를 퍼니스의 원주 방향으로 바꾸면서, 펄스 레이저광의 수광마다의 화상을 위한 퍼니스 내부 벽면에 조사하는 레이저로서는 YAG 레이저 제2 고조파, 532㎚ 파장의 펄스 레이저광을 이용하고, 폭으로 대상 내화물 표면의 에너지 밀도가 0.5W/㎡가 되는 강도(30펄스/초, 17mJ/펄스, 발광 시간 10나노초)로 조사하였다. 광학 필터(15)로서는 도 3에 나타내는 495~570㎚ 및 770~820㎚의 파장 영역을 투과하는 광학 필터(15)를 사용하였다. 또한, 고속 셔터(16)에 의한 셔터 속도는 4000분의 1초로 하고, 펄스 레이저광의 수광 시에 셔터가 해방되도록 동기시켰다.

조사 위치를 퍼니스의 원주 방향으로 바꾸면서, 펄스 레이저광의 수광마다의 화상(매초 30장)을 취득하고, 파노라마 합성하여 원(raw) 데이터에 더해 3원색 중 R데이터의 휘도를 보강(+150)함으로써 도 6b와 같은 화상을 얻었다.

원(raw) 화상에서는 판별할 수 없었던 연결관구 구성 벽돌의 줄눈 벌어짐 상태 및 표면의 미세균열을 선명하게 파악할 수 있었다.

(비교예 1)

광학 필터를 레이저광 파장 영역만 통과하는 것으로 변경하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 실시하였다. 그 결과, 도 5a의 화상을 얻었다. 이와 같이 열간(熱間)에서의 벽돌의 미세균열 및 줄눈의 상세는 불명료한 정보가 되었다.

(비교예 2)

광학 필터를 레이저광 파장 영역만 통과하는 것으로 변경하는 것 이외에는 실시예 2와 동일한 조건으로 실시하였다. 그 결과, 도 6a의 화상을 얻었다. 이와 같이 열간에서의 연결관구 및 주위 벽돌의 미세균열 및 줄눈의 상세는 불명료한 정보가 되었다.

(비교예 3)

한편, 레이저광의 파장 및 3원색 중 적색의 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터(15) 대신에, 레이저광의 파장 및 3원색 중 청색의 파장 영역(450~490㎚)의 복사광을 투과시키는 광학 필터를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험한 결과, 콘트래스트는 저하되고, 레이저광의 파장만을 투과시키는 광학 필터를 이용한 비교예 1의 경우와 거의 차이가 없었다.

(실시예 3)

광학 필터를 실시예 1의 것에 대신하여 도 4의 투과 특성을 가지는 것으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 실시한 결과, 실시예 1보다는 선명도가 떨어지지만, 비교예 1보다는 벽돌의 미세균열 및 줄눈을 선명하게 파악할 수 있는 화상 정보를 얻을 수 있었다.

본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다.

1…레이저 발진 장치
2…투광 렌즈
3…투광 미러
4…제1 관찰창
5…제2 관찰창
6…수광 미러
7…수광 렌즈
8…화상 생성 장치
9…투광용 모터
10…수광용 모터
11…제어 수단
12…전원
13, 15…광학 필터
14…내열 셔터
14d…내열 원판
14m…모터
16…고속 셔터
17…컴퓨터
21, 41…퍼니스 내부 관찰 장치
31…기억 장치
32…화상 처리 수단
42…하우징
43…구동 수단
43m…모터
43g…기어
44…퍼니스
100…레이저 조사 장치
200…수광 장치
201…강도 보정부

Claims (5)

1. 복사광으로 발광하고 있는 퍼니스의 내부를 관찰하는 퍼니스 내부 관찰 장치로서,
   레이저광을 상기 퍼니스 내부의 퍼니스 벽면에 조사하는 레이저 조사 장치와, 상기 퍼니스 벽면으로부터의 반사 레이저광을 수광하는 수광 장치를 구비하고,
   상기 수광 장치는,
   상기 레이저광, 및 3원색 중 적색에 대응하는 파장 영역 내의 소정 파장 영역의 빛을 투과시키는 광학 필터와,
   상기 광학 필터를 통과한 상기 반사 레이저광을 포함하는 빛에 근거하여 상기 퍼니스 벽면의 화상을 생성하는 화상 생성 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저광의 파장은, 3원색 중 녹색에 대응하는 파장 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 광학 필터는, 상기 레이저광의 파장 및 그 부근의 파장 영역의 빛과, 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소정 파장 영역은, 상기 복사광의 파장 중 복사광 강도가 피크가 되는 파장과 다른 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 화상 생성 장치는, 상기 레이저광의 강도와, 상기 적색광의 상기 소정 파장 영역의 빛의 강도의 차이를 저감하도록 상기 광학 필터를 통과한 빛의 강도를 보정하는 강도 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 퍼니스 내부 관찰 장치.

Images