KR20130114189A - 노벽 형상 측정 장치, 노벽 형상 측정 시스템, 및 노벽 형상 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

노벽 표면의 요철 형상을 측정하기 위한 레이저광과 노벽의 자발광을 동시에 취득하면서도 레이저광과 자발광이 간섭하지 않고, 노벽 표면에 대해 수직 방향의 계측 가능 범위 및 레이저광의 조사 범위를 넓게 한다. 슬릿상의 창 (2) 을 갖는 단열성 보호 상자 (3) 의 내부에 배치된, 슬릿상의 레이저광을 사출하는 슬릿 레이저 광원 (4) 과, 레이저광을 반사시켜 창 (2) 을 통하여 노벽 표면에 레이저광을 조사하는 레이저광용 미러 (5) 와, 창 (2) 을 통하여 단열성 보호 상자 (3) 의 내부에 입사되는, 레이저광의 조사에 의한 노벽 표면의 반사광 및 노벽 표면이 발하는 자발광을 반사하는 촬상용 미러 (6) 와, 촬상용 미러 (6) 로부터 반사된 자발광과 반사광을 광학 필터 (7) 를 통하여 촬상하는 촬상 장치 (8) 를 구비한다.

Description

노벽 형상 측정 장치, 노벽 형상 측정 시스템, 및 노벽 형상 측정 방법{FURNACE WALL SHAPE MEASURING DEVICE, FURNACE WALL SHAPE MEASURING SYSTEM AND FURNACE WALL SHAPE MEASURING METHOD}
본 발명은, 노벽 형상 측정 장치, 노벽 형상 측정 시스템, 및 노벽 형상 측정 방법에 관한 것이다.
공업용 노 (爐) 의 노체 수명에 영향을 미치는 노벽 표면 부착물로는, 예를 들어 코크스로의 노벽 표면에 부착된 카본이 있다. 코크스로에서는, 노 내에 투입된 석탄을 일정 시간 건류시켜, 완성된 적열 코크스를 코크스 압출 장치에 의해 노 외로 배출한다는 조업을 반복하여 실시한다. 이와 같은 조업을 실시해 가면, 코크스로의 노벽 표면 상에 카본이 석출되어, 불균일하게 성장한다. 이 성장이 진행되면, 석출 카본의 일부가 박리를 일으켜, 노 내에 탈락하는 경우가 있다.
또, 노벽 표면을 구성하고 있는 내화 연와 (煉瓦) 는, 석탄 투입시의 기계적 또는 열적인 충격을 받거나, 혹은 벽면에 성장한 카본과 함께 내화 연와의 일부가 박리되는 것 등에 의해 서서히 침식을 받는다. 이 결과, 코크스로의 노벽 표면이 요철이 되어, 코크스 압출 작업시에는 가마 막힘의 원인이 된다. 가마 막힘은, 코크스로의 조업 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 노체에 대해 큰 부하를 가하고, 나아가서는 노체의 수명을 단축시킨다. 특히, 노벽 표면 상에 부착 및 성장한 카본이 박리되면, 노벽 표면 상에 생긴 요철에 의한 단차가 커지는 경우가 많기 때문에, 코크스 압출시에 가마 막힘이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 코크스로에 있어서 벽면의 평활도를 유지하는 것은, 코크스로의 조업상 매우 중요하다.
한편, 현재 행해지고 있는 조업에서는, 코크스로에 있어서 노벽 표면에 요철이 생기는 것은 불가피하다. 따라서, 노체의 수명을 가능한 한 길게 연장하기 위해서는, 노벽 표면에 생긴 요철을 파악하여, 효율적으로 요철을 평활화하는 보수를 적절히 실시해 갈 필요가 있다.
이것을 위한 노벽 형상 측정 장치로서, 예를 들어, 리니어 이미지 카메라로 노벽 표면 화상을 촬상함과 함께, 스폿상의 레이저광을 이용하여 요철 형상 계측을 실시하는 기술이 알려져 있다 (특허문헌 1 참조). 또, 동일한 촬상 장치가, 슬릿상의 레이저광을 노벽 표면에 조사하여 요철 형상 계측을 실시하고, 또한 노벽 표면의 자발광을 촬상하는 기술도 알려져 있다 (특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2000-266475호 일본 공개특허공보 2004-77019호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술은, 스폿상의 레이저광을 각 노벽 연와에 1 점 조사하여 노벽의 요철 정보를 얻으므로, 노벽 전체면의 요철 정보는 취득할 수 없다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 기술은, 슬릿상의 레이저광의 조사 각도가 얕아, 노벽 표면에 대해 수직 방향의 계측 가능 범위를 넓게 취할 수 없고, 또 요철 정보에 관한 레이저광과 자발광을 동시에 1 대의 촬상 장치로 취득하고 있지만, 서로 헐레이션되지 않도록 휘도 레벨을 조정하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서, 노벽 표면의 요철 형상을 측정하기 위한 레이저광과 자발광이 간섭하지 않고, 노벽 표면에 대해 수직 방향의 계측 가능 범위 및 레이저광의 조사 범위가 넓은 노벽 형상 측정 장치가 요망되고 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 노벽 표면의 요철 형상을 측정하기 위한 레이저광과 노벽의 자발광을 동시에 취득하면서도 레이저광과 자발광이 간섭하지 않고, 노벽 표면에 대해 수직 방향의 계측 가능 범위 및 레이저광의 조사 범위가 넓은 노벽 형상 측정 장치, 노벽 형상 측정 시스템, 및 노벽 형상 측정 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 장치는, 슬릿상의 창을 갖는 단열성 보호 상자 내에 배치된, 슬릿상의 레이저광을 사출하는 슬릿 레이저 광원과, 상기 레이저광을 반사시켜 상기 창을 통하여 노벽 표면에 그 레이저광을 조사하는 레이저광용 미러와, 상기 창을 통하여 상기 단열성 보호 상자 내에 입사되는, 상기 레이저광의 조사에 의한 노벽 표면으로부터의 반사광 및 상기 노벽 표면이 발하는 자발광을 반사하는 촬상용 미러와, 상기 촬상용 미러로부터 반사된 상기 자발광과 상기 반사광을 광학 필터를 통하여 촬상하는 촬상 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 시스템은, 본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 장치와, 상기 노벽 형상 측정 장치의 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 상기 노벽 형상 측정 장치의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상과 상기 노벽 형상 측정 장치의 위치로부터 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 시스템은, 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을 하나의 화상 내에서 분리하여 촬상할 수 있는 노벽 형상 측정 장치와, 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 상기 노벽 형상 측정 장치의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상과 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치로부터 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 방법은, 위치 검출 수단이 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 단계와, 상기 노벽 형상 측정 장치가 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을 하나의 화상 내에서 분리하여 촬상하는 촬상 단계와, 화상 처리 수단이 상기 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인을 추출하는 1 차원 자발광 라인 추출 단계와, 상기 화상 처리 수단이 상기 반사광이 촬상된 화상 영역 중 상기 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향의 1 차원 요철 형상 라인을 산출한 요철 형상 산출 단계와, 상기 화상 처리 수단이, 상기 위치 검출 단계에 의해 검출한 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치와, 상기 1 차원 자발광 라인 추출 단계에 의해 추출한 1 차원 자발광 라인과, 상기 요철 형상 산출 단계에 의해 추출한 1 차원 요철 형상 라인을 이용하여 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 노벽 형상 측정 장치, 노벽 형상 측정 시스템, 및 노벽 형상 측정 방법에 의하면, 노벽 표면의 요철 형상을 측정하기 위한 레이저광과 노벽의 자발광을 동시에 취득하면서도 레이저광과 자발광이 간섭하지 않고, 노벽 표면에 대해 수직 방향의 계측 가능 범위 및 레이저광의 조사 범위를 넓게 하는 것이 가능하다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치의 개략 구성도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치의 부분 구성도이다.
도 3 은, 자발광 및 반사광의 광로를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 광학 필터를 확대한 모식도이다.
도 5 는, 촬상 장치로 촬상한 화상 및 그 휘도 분포의 그래프이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법의 일부를 이루는 노벽의 자발광 화상과 형상 화상을 합성하는 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 7 은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 마다 얻어지는 자발광 및 노벽 형상의 1 라인 데이터를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8 은, 노벽 연와의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상이다.
이하에, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 개략 구성도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 노벽 형상 측정 장치 (1) 는, 슬릿상의 창 (2) 을 갖는 단열성 보호 상자 (3) 안에 배치된, 슬릿상의 레이저광을 사출하는 슬릿 레이저 광원 (4) 과, 레이저광을 반사시켜 창 (2) 을 통하여 노벽 표면으로 유도하는 레이저광용 미러 (5) 와, 노벽 표면이 발하는 자발광과 레이저광에 의한 노벽 표면으로부터의 반사광을 반사하는 촬상용 미러 (6) 와, 촬상용 미러 (6) 로부터 반사된 자발광과 반사광을 광학 필터 (7) 를 통하여 촬상하는 촬상 장치 (8) 를 구비한다.
본 실시형태의 노벽 형상 측정 장치 (1) 는, 우측의 노벽 형상과 좌측의 노벽 형상을 동시에 측정 가능한 구성으로, 슬릿 레이저 광원 (4), 레이저광용 미러 (5), 및 촬상용 미러 (6) 는, 각각 우측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4r) 과 좌측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4l), 우측 노벽용 레이저광용 미러 (5r) 와 좌측 노벽용 레이저광용 미러 (5l), 및 우측 노벽용 촬상용 미러 (6r) 와 좌측 노벽용 촬상용 미러 (6l) 라는 쌍을 이루고 있다. 또한, 광학 필터 (7) 및 촬상 장치 (8) 는, 우측의 노벽 형상의 측정과 좌측의 노벽 형상의 측정에 있어서 공통 이용하는 구성이다. 이하, 우측의 노벽 형상 측정에 관련된 구성 요소와 좌측의 노벽 형상 측정에 관련된 구성 요소는, 참조 부호의 첨자 「r」 「l」에 의해 구별하고, 특별히 양자를 구별할 필요가 없을 때에는 당해 첨자를 생략한 참조 부호를 사용한다. 또, 설명 중에 있어서의 우측 및 좌측은, 도면 중 화살표 A 방향을 기준으로 하여 정의한다.
본 실시형태의 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 있어서의 슬릿 레이저 광원 (4) 은, 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면에 대해 평행하게 배치되고, 슬릿상의 레이저광 단면이 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면에 대해 평행해지도록 레이저광을 사출한다. 레이저광용 미러 (5) 는, 상기 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면에 대해 30 도 이상의 각도를 이루어 배치하고, 레이저광의 입사각 φ 이 60 도 이하가 되도록 배치한다.
이 때, 우측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4r) 은, 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면 중, 좌측의 길이면 (3l) 의 근방에 배치하고, 좌측의 노벽 형상을 측정하기 위한 좌측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4l) 은, 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면 중 우측의 길이면 (3r) 의 근방에 배치한다. 즉, 우측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4r) 및 좌측 노벽용 슬릿 레이저 광원 (4l) 으로부터 사출된 레이저광은, 각각 우측 노벽용 레이저광용 미러 (5r) 와 좌측 노벽용 레이저광용 미러 (5l) 로 반사된 후에, 광로가 교차하여 노벽에 조사되는 구성이다.
본 실시형태의 노벽 형상 측정 장치 (1) 는, 상기 구성에 의해, 단열성 보호 상자 (3) 가 작아도 유효하게 레이저광의 광로 길이를 연장할 수 있다. 단열성 보호 상자 (3) 를 작게 함으로써, 냉각시키는 용적을 작게 억제할 수 있음과 동시에, 광로 길이를 연장함으로써 1 대의 노벽 형상 측정 장치 (1) 로 코크스로의 높이 방향으로 측정 가능한 범위를 크게 확보할 수 있다. 따라서, 코크스로의 전체를 계측하기 위해서 복수 대의 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 높이 방향으로 나열하여 사용할 때에, 대수를 적게 억제하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 이용하는 코크스로에 있어서의 벽면 간 거리의 최단 거리는 300 ㎜ 정도이다. 따라서, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 폭 (요컨대 단열성 보호 상자 (3) 의 폭) 은, 상기 서술한 300 ㎜ 보다 작게 구성할 필요가 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태의 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 있어서, 단열성 보호 상자 (3) 를 폭 250 ㎜, 길이 방향 길이 500 ㎜ 로 설계한 경우에도, 단열성 보호 상자 (3) 를 비스듬하게 가로지르는 거리분을 유효하게 사용할 수 있다. 그 때문에, 레이저광의 광로 길이를 250∼500 ㎜ 정도 확보할 수 있다. 이 때, 확대각이 90 도인 슬릿 레이저 광원 (4) 을 이용하면, 레이저광의 라인 방향 (슬릿 방향) 의 조사 범위를 500∼1000 ㎜ 정도로 넓게 확보할 수 있다.
본 실시형태의 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 있어서의 촬상 장치 (8) 는, 우측 노벽용 촬상용 미러 (6r) 와 좌측 노벽용 촬상용 미러 (6l) 에 의한 반사를 통하여, 우측의 노벽과 좌측의 노벽의 이미지를 동시에 촬상한다. 이 때, 이후에 상세히 서술하는 바와 같이, 광학 필터 (7) 에 의해, 노벽 표면이 발하는 자발광과 레이저광에 의한 노벽 표면으로부터의 반사광을 분리하여 촬상한다. 요컨대, 촬상 장치 (8) 는, 우측 노벽에 있어서의 자발광 및 레이저광의 반사광과, 좌측 노벽에 있어서의 자발광 및 레이저광의 반사광을 동시에 취득하게 된다.
또한, 우측 노벽용 촬상용 미러 (6r) 및 좌측 노벽용 촬상용 미러 (6l) 는, 단열성 보호 상자 (3) 의 좌우 대칭 위치에 형성된 우측 노벽용 촬상용 창 (2) 및 좌측 노벽용 촬상용 창 (2) 을 통하여, 우측의 노벽 및 좌측의 노벽을 적절히 촬상할 수 있도록, 서로 대략 90 도의 각도를 이루어 배치된다.
다음으로, 도 2 를 참조하면서, 본 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 촬상 시야 (F) 및 계측 가능 범위 (R) 에 대해 설명한다.
도 2 는, 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 있어서의 좌측 노벽의 계측에 관련된 구성만을 표시한 부분 구성도이고, 본 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 는 좌우 대칭의 구성을 하고 있으므로, 좌측 노벽의 계측에 관련된 구성을 생략하고 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 슬릿 레이저 광원 (4) 으로부터 사출된 레이저광은, 촬상 장치 (8) 의 촬상 시야 (F) 의 일부를 조사한다. 이 때, 슬릿 레이저 광원 (4) 으로부터 사출된 레이저광은 조사 각도 θ (여기서는 레이저광과 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면의 각도를 말한다) 로 노벽을 조사하므로, 촬상 시야 (F) 안에 노벽의 요철이 있었을 경우, 레이저광의 조사 위치가 변화된다. 도 2 에 있어서는, 높이 (h) 의 돌기부가 촬상 시야 (F) 에 있는 경우, 시야의 단으로부터 x 의 위치로 레이저광의 조사 위치가 변화되는 것이 나타나 있다.
이상의 고찰로부터, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 측정 가능 범위 (R) 는, 촬상 시야 (F) 및 조사 각도 θ 에 의해 정해져,
계측 가능 범위 (R)=촬상 시야 (F)×tan θ…(식 1)
이라는 관계가 성립되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 대한 바람직한 크기 또는 구성이 이하와 같이 유도된다.
본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용하는 코크스로에 있어서의 벽면 간 거리의 최단 거리는 300 ㎜ 정도이다. 따라서, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 폭, 요컨대 단열성 보호 상자 (3) 의 폭은, 상기 서술한 300 ㎜ 보다 작게 구성할 필요가 있고, 이것에 수반하여, 촬상용 미러 (6) 의 크기는 좌우의 편측에서 150 ㎜ 폭 안에 들어가야 한다. 또한 150 ㎜ 폭 안에는, 단열성 보호 상자 (3) 의 두께나 촬상용 미러 (6) 장착 지그를 위한 공간이 필요하다. 그 때문에, 촬상용 미러 (6) 는 폭 방향으로 100 ㎜ 정도 안에 들어가는 크기가 된다. 그 결과, 촬상 장치 (8) 의 화각에 의한 확대분을 고려했다고 해도, 촬상 장치 (8) 의 촬상 시야 (F) 는, 최대로 120 ㎜ 정도밖에 되지 않는다.
한편, 코크스로의 벽면 간 거리의 최대 거리는 450 ㎜ 정도이다. 또, 연와의 열화에 의한 요철의 범위가 약 50 ㎜ 인 것을 고려하면,
노벽 표면 최장 폭 450 ㎜-장치 폭 약 300 ㎜＋요철 범위 약 50 ㎜=200 ㎜ 가 요구되는 계측 가능 범위 (R) 이다. 여기서, (식 1) 의 관계를 고려하면, 120 ㎜×tan (60°)≒200 ㎜ 이므로, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 에서는 조사 각도 θ 가 60 도 이상인 것이 필요한 것으로 유도된다.
또한, 레이저광의 입사각 φ 와, 상기의 조사 각도 θ 에는
180 도=2φ＋θ
의 관계가 있다. 이 관계로부터, 상기의 조사 각도 θ 가 60 도 이상이라는 조건은, 레이저광용 미러 (5) 를 단열성 보호 상자 (3) 의 길이면에 대해 30 도 이상의 각도를 이루어 배치하고, 입사각 φ 이 60 도 이하가 되도록 배치함으로써 만족된다.
다음으로, 도 3 및 도 4 를 참조하면서, 본 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 광학 필터 (7) 의 작용 효과에 대해 설명한다.
도 3 은, 촬상 장치 (8) 가 노벽 표면을 촬상할 때의, 노벽 표면이 발하는 자발광 및 레이저광에 의한 노벽 표면으로부터의 반사광의 광로를 나타내는 도면이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 노벽 표면이 발하는 자발광 및 레이저광에 의한 노벽 표면의 반사광은, 단열성 보호 상자 (3) 에 형성된 창 (2) 을 통하여 단열성 보호 상자 (3) 에 입사되고, 촬상용 미러 (6) 로 반사한 후에, 광학 필터 (7) 를 투과하여 촬상 장치 (8) 에 입사된다는 점에서 동일하다. 그러나, 자발광과 반사광에서는, 투과하는 광학 필터 (7) 의 영역이 상이하다. 도 3 에 나타나는 예에서는, 반사광이 광학 필터 (7) 의 반사광 투과 영역 (7a) 을 투과하고, 자발광이 광학 필터 (7) 의 자발광 투과 영역 (7b) 을 투과하고 있다.
도 4 는, 광학 필터 (7) 를 확대한 모식도이다. 도 4 에 있어서, 반사광 투과 영역 (7a) 은 광학 필터 (7) 의 중앙의 띠 형상 영역이고, 자발광 투과 영역 (7b) 은 반사광 투과 영역 (7a) 의 양측에 둘러진 띠 형상 영역이다. 반사광 투과 영역 (7a) 은, 슬릿 레이저 광원 (4) 의 레이저광 파장이 투과하는 협대역의 밴드 패스 필터로 하고, 자발광 투과 영역 (7b) 은, 노벽의 자발광을 투과하는 광대역의 밴드 패스 필터로 한다. 따라서, 광학 필터 (7) 에 있어서의 반사광 투과 영역 (7a) 의 띠 형상 영역은, 슬릿 레이저 광원 (4) 으로부터의 레이저광에 의한 노벽 표면의 반사광을 투과할 수 있도록, 슬릿 방향으로 평행한, 즉 노벽 표면의 수직 방향으로 동일한 띠 형상 영역으로서 구성된다. 또, 광학 필터 (7) 에 있어서의 자발광 투과 영역 (7b) 의 띠 형상 영역은, 반사광 투과 영역 (7a) 의 양측에 둘러진 띠 형상 영역이므로, 필연적으로 슬릿 방향으로 평행한 띠 형상 영역으로서 구성된다.
본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 가 레이저광의 조사 위치를 촬상 장치 (8) 로 촬상하기 위해서는, 레이저광에 의한 반사광의 휘도가 노벽의 자발광의 휘도보다 크다는 조건 A 를 만족해야 한다. 그러나, 만일 단일한 파장 특성을 갖는 광학 필터 (7) 를 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 사용한 경우, 조건 A 를 만족하도록 슬릿 레이저 광원 (4) 의 출력 조절을 실시하는 것은 곤란하다. 그래서, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 에서는, 광학 필터 (7) 에 파장 특성이 상이한 영역을 만듦으로써, 레이저광이 촬상되는 범위에서는 항상 레이저광에 의한 반사광의 휘도가 노벽의 자발광의 휘도보다 커지도록 되어 있다.
다음으로, 상기에 설명한 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법에 대해 설명한다. 이하에서는, 상기에 설명한 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템에 따라 노벽 형상 측정 방법의 설명을 실시하지만, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법의 실시는, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템에 한정되지 않는다.
도 5 는, 코크스로 내를 촬상 장치 (8) 로 촬상한 화상의 일부 및 상기 일부 화상의 가로 방향의 휘도 분포를 세로 방향으로 평균하여 수치화한 그래프를 대비하여 표시한 것이다. 도 5 에 있어서의 상측 화상은, 코크스로 내를 촬상 장치 (8) 로 촬상한 1 장의 화상 중에서, 좌측 노벽에 대응하고 있는 화상의 좌측 절반을 잘라낸 후, 그 세로 방향의 일부를 잘라낸 화상이고, 좌측 노벽 표면이 발하는 자발광과 좌측 노벽으로부터 반사된 슬릿상의 레이저광이 포함된 영역이다. 도 5 에 나타난 화상의 휘도는, 256 계조로 취득되어 있고, 이 휘도를 화상의 세로 방향으로 평균하여 수치화한 그래프의 값 (즉 세로축) 도 256 계조로 되어 있다.
도 5 에 있어서의 상측 화상의 좌단 부근 (가로 방향의 0∼50 픽셀의 위치) 은, 광학 필터 (7) 의 자발광 투과 영역 (7b) 을 통하여, 또 나머지 영역 (가로 방향의 50∼150 픽셀의 위치) 은 광학 필터 (7) 의 반사광 투과 영역 (7a) 을 통하여 취득된 광선을 화상화한 것이다. 이하, 광학 필터 (7) 의 반사광 투과 영역 (7a) 을 통하여 취득된 광선의 화상을 반사광 화상이라고 부르고, 자발광 투과 영역 (7b) 을 통하여 취득된 광선의 화상을 자발광 화상이라고 부른다. 또, 도 5 에 있어서의 상 화상에 있어서의 반사광 화상에 상당하는 영역을 반사광 화상 영역이라고 부르고, 자발광 화상에 상당하는 영역을 자발광 화상 영역이라고 부른다.
도 5 에 있어서의 상측 화상 및 하측 그래프로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 좌단 부근의 자발광 화상 영역에서는 레이저광의 피크 휘도와 자발광의 휘도가 동등한 레벨의 휘도로 되어 있지만, 우측의 반사광 화상 영역에서는 레이저광에 의한 반사광의 휘도가 노벽의 자발광의 휘도보다 커져 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 에 의하면, 광학 필터 (7) 가 반사광 투과 영역 (7a) 과 자발광 투과 영역 (7b) 을 구비하고 있음으로써, 레이저광에 의한 반사광과 노벽의 자발광이 서로 할레이션을 일으키지 않고, 동시에 반사광과 자발광을 취득하는 것이 가능하다. 이하에서는, 도 6 의 플로우 차트를 참조하면서, 도 5 로 대표되는 화상으로부터 노벽의 자발광 화상과 형상 화상을 합성하는 순서에 대해 설명한다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법의 일부를 이루는 노벽의 자발광 화상과 형상 화상을 합성하는 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 상기 노벽의 자발광 화상과 형상 화상을 합성하는 방법은, 코크스로 탄화실 내에서 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 이동시켜, 각 위치에 있어서의 하기 처리의 루프에 의해 구성된다. 상기 루프는, 코크스로 탄화실 내에 있어서의 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 를 측정하는 것으로부터 시작된다 (단계 S1). 이 때, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 는, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템이 별도로 구비하는 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 위치를 검출하는 위치 검출 수단에 의해 측정된다.
노벽 형상 측정 장치 (1) 의 위치를 검출하는 위치 검출 수단은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 구동시키는 구동 모터의 회전을 PLG 등으로 측정하는 방법 또는 타임 오브 플라이트법에 의한 레이저 거리계를 사용하는 방법 등으로 실현할 수 있다.
다음으로, 자발광 화상 영역의 좌단 부근의 세로 방향의 1 라인을 촬상 시점에서의 자발광부로서 추출하고, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 와 대응시켜 기억 수단에 기억시킨다 (단계 S2). 또한, 단계 S2 의 기억 수단은, 노벽 형상 측정 시스템이 구비하는 화상 처리 수단이 갖는 메모리에 의해 실현될 수 있다. 자발광 화상 영역에 있어서의 세로 1 라인, 요컨대 노벽의 수직 방향 1 라인의 선택 방식은, 할레이션이 발생하지 않고 자발광이 적절한 강도인 범위 내에 있어서 임의로 선택할 수 있다.
다음으로, 반사광 화상 영역 내에서 각 가로 방향 1 라인마다 휘도의 피크 서치를 실시하여, 1 라인의 피크 위치 데이터를 얻는다 (단계 S3). 단계 S3 의 처리에 의해 구해진 레이저광의 피크 위치는, 촬상 장치와 레이저광의 위치 관계에 의해 정해지고, 삼각 측량의 원리에 기초한 일반적인 복원 연산을 사용함으로써 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 중심으로 한 삼차원 위치로 변환시킬 수 있다 (도 2 참조) (단계 S4).
상기 처리에 의해 얻어진 1 라인상의 삼차원 위치에 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 를 더함으로써, 코크스로 탄화실에 있어서의 노 길이 방향, 요컨대 수평 방향의 위치에 대응한 노벽 형상의 삼차원 데이터로서 보존한다 (단계 S5).
단계 S1∼S5 의 루프로, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 전진 또는 후퇴시키면서 상기 처리를 반복함으로써, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 마다 대응한 자발광 및 노벽 형상의 수직 방향 1 라인의 데이터가 얻어진다. 도 7 은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 마다 얻어지는 자발광 및 노벽 형상의 1 라인 데이터를 개념적으로 나타낸 도면이다.
이와 같이, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 마다 얻어지는 자발광 및 노벽 형상의 1 라인 데이터를 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 현재 위치 X 에 관해서 나열함으로써, 노벽의 자발광 화상과 형상 화상을 구성할 수 있다 (단계 S6). 또한, 코크스로 탄화실은 수직 방향으로도 어느 정도의 높이를 가지므로, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 수직 방향으로 나열하여 측정함으로써, 수직 방향으로 모든 노벽의 자발광 화상과 형상의 화상을 얻는 것이 가능하다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용하여 촬상한, 노벽 연와의 자발광 화상과 노벽의 요철 형상을 그레이 스케일 표시한 화상이다. 도 8 에 있어서, 상단의 자발광 화상에서는, 노벽 연와의 자발광의 휘도를 그레이 스케일 표시하고, 하단의 노벽의 요철 형상을 나타내는 화상은, 안측 길이 방향 (Z 방향) 거리를 그레이 스케일 표시하고 있다. 도 8 에 나타나는 화상은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 촬상 장치 (8) 에 의해 취득되는 화상 (예를 들어 도 5 에 나타나는 화상) 과, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치로부터 생성할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치를 측정하는 수단과, 촬상 장치 (8) 에 의해 취득되는 화상으로부터 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 별도로 구비한다. 도 8 에 의하면, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 는 연와의 자발광 화상과 요철 형상의 양방 동시 취득이 가능한 것을 확인할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 는, 슬릿상의 창 (2) 을 갖는 단열성 보호 상자 (3) 의 내부에 배치된, 슬릿상의 레이저광을 사출하는 슬릿 레이저 광원 (4) 과, 레이저광을 반사시켜 창 (2) 을 통하여 노벽 표면에 레이저광을 조사하는 레이저광용 미러 (5) 와, 창 (2) 을 통하여 단열성 보호 상자 (3) 의 내부에 입사되는, 레이저광의 조사에 의한 노벽 표면의 반사광 및 노벽 표면이 발하는 자발광을 반사하는 촬상용 미러 (6) 와, 촬상용 미러 (6) 로부터 반사된 자발광과 반사광을 광학 필터 (7) 를 통하여 촬상하는 촬상 장치 (8) 를 구비하므로, 레이저광의 조사 각도를 깊게 할 수 있고, 또한 레이저광의 광로 길이를 길게 확보할 수 있다. 그 결과, 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 크게 하지 않고, 노벽 수직 방향의 계측 가능 범위 및 레이저광의 조사 범위를 넓게 취할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 는, 광학 필터 (7) 가 레이저광의 파장을 투과하는 협대역의 밴드 패스 특성을 갖는 반사광 투과 영역 (7a) 과 자발광의 파장을 투과하는 광대역의 밴드 패스 특성을 갖는 자발광 투과 영역 (7b) 을 가지므로, 노벽의 요철 형상과 자발광을 동시에 계측해도 할레이션을 일으키지 않는다.
또한 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템은, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 위치를 검출하는 위치 검출 수단과 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 촬상 장치 (8) 에 의해 촬상된 화상 및 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 위치로부터 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 구비하므로, 복합적으로 노의 열화 상태를 파악할 수 있다. 요철 형상의 화상으로부터는 요철성의 열화 상태를 판단할 수 있는 한편, 자발광 화상으로부터는 연와마다의 열 전도의 차나 연와의 표면 상태를 판단할 수 있다. 이들 정보로부터 전략적인 노의 보수를 실시함으로써, 노의 수명 연장이 가능하다.
또한 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 장치 (1) 를 사용한 노벽 형상 측정 시스템은, 화상 처리 수단이, 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인과, 반사광이 촬상된 화상 영역 중 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향 1 라인의 요철 형상을 산출한 1 차원 요철 형상 라인을 위치 검출 수단이 검출한 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치에 관해서 정렬함으로써, 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성함으로써, 노벽의 연와의 자발광 화상과 요철 형상의 양방 동시 취득이 가능하다.
또, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 시스템은, 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을 1 개의 화상 내에서 분리하여 촬상할 수 있는 노벽 형상 측정 장치 (1) 와, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 촬상 장치 (8) 에 의해 촬상된 화상과 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치로부터 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리를 구비하므로, 복합적으로 노의 열화 상태를 파악할 수 있다. 요철 형상의 화상으로부터는 요철성의 열화 상태를 판단할 수 있는 한편, 자발광 화상으로부터는 연와마다의 열 전도의 차나 연와의 표면 상태를 판단할 수 있다. 이들 정보로부터 전략적인 노의 보수를 실시함으로써, 노의 수명 연장이 가능하다.
또한 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 시스템은, 화상 처리 수단이, 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인과, 반사광이 촬상된 화상 영역 중 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향 1 라인의 요철 형상을 산출한 1 차원 요철 형상 라인을 위치 검출 수단이 검출한 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치에 관해서 정렬시킴으로써, 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성함으로써, 노벽의 연와의 자발광 화상과 요철 형상의 양방 동시 취득이 가능하다.
또, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법은, 위치 검출 수단이 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 단계와, 노벽 형상 측정 장치 (1) 가 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을 1 개의 화상 내에서 분리하여 촬상하는 촬상 단계와, 화상 처리 수단이 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인을 추출하는 1 차원 자발광 라인 추출 단계와, 화상 처리 수단이 반사광이 촬상된 화상 영역 중 상기 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향의 1 차원 요철 형상 라인을 산출한 요철 형상 산출 단계와, 화상 처리 수단이, 위치 검출 단계에 의해 검출한 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치와, 1 차원 자발광 라인 추출 단계에 의해 추출한 1 차원 자발광 라인과, 요철 형상 산출 단계에 의해 추출한 1 차원 요철 형상 라인을 이용하여 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 생성 단계를 포함함으로써, 복합적으로 노의 열화 상태를 파악할 수 있다. 요철 형상의 화상으로부터는 요철성의 열화 상태를 판단할 수 있는 한편, 자발광 화상으로부터는 연와마다의 열 전도의 차나 연와의 표면 상태를 판단할 수 있다. 이들 정보로부터 전략적인 노의 보수를 실시함으로써, 노의 수명 연장이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시형태에 관련된 노벽 형상 측정 방법은, 화상 생성 단계가, 화상 처리 수단이, 1 차원 자발광 라인 추출 단계에 의해 추출한 1 차원 자발광 라인과, 요철 형상 산출 단계에 의해 추출한 1 차원 요철 형상 라인과, 노벽 형상 측정 장치 (1) 의 노 내 위치에 관해서 정렬시킴으로써, 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성함으로써, 노벽의 연와의 자발광 화상과 요철 형상의 양방 동시 취득이 가능하다.
1 : 노벽 형상 측정 장치
2 : 창
3 : 단열성 보호 상자
4 : 슬릿 레이저 광원
5 : 레이저광용 미러
6 : 촬상용 미러
7 : 광학 필터
8 : 촬상 장치

Claims (9)

  1. 슬릿상의 창을 갖는 단열성 보호 상자 내에 배치된,
    슬릿상의 레이저광을 사출하는 슬릿 레이저 광원과,
    상기 레이저광을 반사시켜 상기 창을 통하여 노벽 표면에 그 레이저광을 조사하는 레이저광용 미러와,
    상기 창을 통하여 상기 단열성 보호 상자 내에 입사되는, 상기 레이저광의 조사에 의한 반사광 및 상기 노벽 표면이 발하는 자발광을 반사하는 촬상용 미러와,
    상기 촬상용 미러로부터 반사된 상기 자발광과 상기 반사광을 광학 필터를 통하여 촬상하는 촬상 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 필터는, 상기 레이저광의 파장을 투과하는 협대역의 밴드 패스 특성을 갖는 제 1 투과 영역과 상기 자발광의 파장을 투과하는 광대역의 밴드 패스 특성을 갖는 제 2 투과 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 슬릿 레이저 광원이 사출하는 레이저광의 광축은, 상기 단열성 보호 상자의 길이면에 대해 평행하게 배치되고,
    상기 레이저광용 미러에 대한 상기 레이저광의 입사각이 60 도 이하인 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 노벽 형상 측정 장치와,
    상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,
    상기 노벽 형상 측정 장치의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상과 상기 노벽 형상 측정 장치의 위치로부터 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 구비하는 노벽 형상 측정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화상 처리 수단은, 상기 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인과, 상기 반사광이 촬상된 화상 영역 중 상기 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향 1 라인의 요철 형상을 산출한 1 차원 요철 형상 라인을, 상기 위치 검출 수단이 검출한 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치에 관해서 정렬함으로써, 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 시스템.
  6. 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을, 1 개의 화상 내에서 분리하여 촬상할 수 있는 노벽 형상 측정 장치와,
    상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,
    상기 노벽 형상 측정 장치의 촬상 장치에 의해 촬상된 화상과 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치로부터 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 화상 처리 수단은, 상기 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인과, 상기 반사광이 촬상된 화상 영역 중 상기 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향 1 라인의 요철 형상을 산출한 1 차원 요철 형상 라인을, 상기 위치 검출 수단이 검출한 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치에 관해서 정렬시킴으로써, 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 시스템.
  8. 위치 검출 수단이, 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치를 검출하는 위치 검출 단계와,
    상기 노벽 형상 측정 장치가, 노벽 표면에 조사된 슬릿상의 레이저광의 반사광과, 그 노벽 표면이 발하는 자발광을, 1 개의 화상 내에서 분리하여 촬상하는 촬상 단계와,
    화상 처리 수단이, 상기 자발광이 촬상된 화상 영역 중 수직 방향 1 라인의 1 차원 자발광 라인을 추출하는 1 차원 자발광 라인 추출 단계와,
    상기 화상 처리 수단이, 상기 반사광이 촬상된 화상 영역 중 상기 슬릿상의 레이저광의 이미지로부터 삼각 측량의 원리에 기초하여 노벽의 수직 방향의 1 차원 요철 형상 라인을 산출한 요철 형상 산출 단계와,
    상기 화상 처리 수단이, 상기 위치 검출 단계에 의해 검출한 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치와, 상기 1 차원 자발광 라인 추출 단계에 의해 추출한 1 차원 자발광 라인과, 상기 요철 형상 산출 단계에 의해 추출한 1 차원 요철 형상 라인을 이용하여, 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 화상 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 화상 생성 단계는, 상기 화상 처리 수단이, 상기 1 차원 자발광 라인 추출 단계에 의해 추출한 1 차원 자발광 라인과, 상기 요철 형상 산출 단계에 의해 추출한 1 차원 요철 형상 라인과, 상기 노벽 형상 측정 장치의 노 내 위치에 관해서 정렬시킴으로써, 상기 노벽 표면의 자발광 화상 및 요철 형상의 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 노벽 형상 측정 방법.
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