WO2009119501A1 - 炉内観察方法及び装置 - Google Patents

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WO2009119501A1
WO2009119501A1 PCT/JP2009/055659 JP2009055659W WO2009119501A1 WO 2009119501 A1 WO2009119501 A1 WO 2009119501A1 JP 2009055659 W JP2009055659 W JP 2009055659W WO 2009119501 A1 WO2009119501 A1 WO 2009119501A1
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light
mirror
furnace
light receiving
imaging
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PCT/JP2009/055659
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孝男 倉田
法生 新田
泰次郎 松井
Original Assignee
株式会社Ｉｈｉ検査計測
新日本製鐵株式会社
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Publication date
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Priority to KR1020107017904A priority patent/KR101221014B1/ko
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954—Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4709—Backscatter

Definitions

  • the present invention relates to an in-furnace observation method and apparatus for observing the inside of a furnace such as a hot air furnace emitting light by radiant light, and is used particularly when the light projecting system and the light receiving system have different viewing windows.
  • the present invention relates to a furnace observation method and apparatus.
  • a hot blast furnace for supplying hot blast to a steel blast furnace has a height of about 50 m above the ground and an inner diameter of 10 m or more, and the inner wall temperature is about 1600 ° C. during operation and about about 1 m at rest. It reaches 1400 ° C.
  • this hot stove is a large facility, the construction period is as long as about 3 years, and after completion, it is continuously operated over a long period of about 20 years. Therefore, if even one unit becomes unusable, it will be forced to stop the operation for a long period of time. Therefore, it is important to perform maintenance in the furnace periodically. As one of the means, monitoring of the damage state of the furnace wall has long been performed.
  • In-furnace observation methods include methods of measuring the extent of damage by irradiating a laser beam such as infrared rays on the wall surface and measuring the distance, and imaging the furnace wall with an imaging device such as a CCD camera.
  • an imaging device such as a CCD camera.
  • a furnace wall observation device described in Patent Literature 1 includes an illumination device that irradiates light to the furnace wall and an imaging device that images the furnace wall irradiated with the light.
  • the illumination device and the imaging device are housed in one housing, and the light of the illumination device is irradiated from an imaging observation window formed in the housing.
  • the present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and even when the furnace wall is emitting radiation, it is possible to obtain a high-contrast image, as well as unevenness and cracks in the furnace wall. It is an object of the present invention to provide an in-furnace observation method and apparatus capable of easily distinguishing the shadows of the furnace.
  • an in-furnace observation method for observing the inside of a furnace emitting light by radiation light, a laser oscillation device that emits laser light, and a projection that reflects the laser light to illuminate a desired observation portion.
  • An optical mirror, a first viewing window that transmits the laser light from the projection mirror, a second viewing window that transmits reflected light from the observation portion, and reflected light that has passed through the second viewing window are reflected.
  • an in-furnace observation device having a light receiving mirror and an imaging device that receives reflected light from the light receiving mirror and acquires an image
  • the irradiation range of the laser light and the imaging range of the imaging device are approximately the same size
  • the laser oscillation device and the imaging device are adjusted so that the irradiation range and the imaging range are substantially matched, and the projection mirror and the light receiving mirror are interlocked to obtain an image of the observation portion. Observe inside the furnace Furnace observation wherein the is provided.
  • a control unit includes the light projection A mirror and the light receiving mirror may be interlocked. Instead, based on the image acquired by the imaging device, the control unit may link the light projecting mirror and the light receiving mirror so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide.
  • the in-furnace observation device may be rotated to acquire an image of the observation portion, or the image obtained for each imaging range may be combined to observe the inside of the furnace. .
  • an in-furnace observation device for observing the inside of a furnace emitting light by radiation light, a laser oscillation device for irradiating laser light, and a light projecting lens capable of adjusting the irradiation range of the laser light,
  • a projection mirror that reflects the laser light to illuminate a desired observation portion, a first viewing window that transmits the laser light from the projection mirror, and a second viewing window that transmits the reflected light from the observation portion
  • a light receiving mirror for reflecting the reflected light transmitted through the second viewing window, a light receiving lens for condensing the reflected light from the light receiving mirror and adjusting an imaging range, and a reflection collected by the light receiving lens
  • An imaging device that receives light to acquire an image, a light projecting motor that drives the light projecting mirror, a light receiving motor that drives the light receiving mirror, and a drive of the light projecting motor and the light receiving motor.
  • Control means to control The light projecting lens and the light receiving lens are adjusted so that an irradiation range of the laser light and an imaging range of the imaging device are substantially the same size, and the control means includes the irradiation range
  • An in-furnace observation apparatus is provided in which the light projecting mirror and the light receiving mirror are interlocked so that the imaging range substantially coincides with the imaging range.
  • a condition for interlocking the light projecting mirror and the light receiving mirror is set so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide, and the control means, according to the condition, The light projecting mirror and the light receiving mirror may be interlocked.
  • the control unit may link the light projecting mirror and the light receiving mirror so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide with each other based on the image acquired by the imaging device.
  • a cylindrical housing in which the first viewing window and the second viewing window are formed on a side surface and the laser oscillation device, the light projecting mirror, the light receiving mirror, and the imaging device are disposed therein, Drive means for rotating the housing around the axis. Furthermore, you may have an image processing means to synthesize
  • observation windows first observation window and second observation window
  • they are inclined with respect to the observation part in the furnace. Irradiation can be performed by irradiating a laser beam, the unevenness of the furnace wall and the shadow of the crack can be clearly projected, and the damaged state of the furnace wall can be easily observed.
  • the optical axes of the light projecting system and the light receiving system are shifted, there is little effect on the light receiving system of scattered light due to dust or the like when laser light is irradiated into the furnace, reflected light from the viewing window, etc. An image with less noise can be taken.
  • a narrow range can be imaged clearly by adjusting the irradiation range and the imaging range to be approximately the same size.
  • a wide range of furnace walls can be captured as a plurality of images by interlocking the light projecting mirror and the light receiving mirror so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide. Furthermore, by synthesizing these images, the entire image of the furnace wall can be easily observed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an in-furnace observation apparatus according to the present invention.
  • the in-furnace observation apparatus of the present invention shown in FIG. 1 is an in-furnace observation apparatus for observing the inside of a furnace emitting light with radiation light H.
  • the laser oscillation apparatus 1 for irradiating laser light L, and the laser light L A projection lens 2 that can adjust the irradiation range, a projection mirror 3 that reflects the laser beam L to illuminate a desired observation portion, a first viewing window 4 that transmits the laser beam L from the projection mirror 3,
  • the second viewing window 5 that transmits the reflected light R from the observation portion, the light receiving mirror 6 that reflects the reflected light R that has passed through the second viewing window 5, and the reflected light R from the light receiving mirror 6 is condensed and imaged.
  • a light receiving lens 7 whose range can be adjusted, an imaging device 8 that receives the reflected light R collected by the light receiving lens 7 and acquires an image, a light projecting motor 9 that drives the light projecting mirror 3, and a light receiving mirror A light receiving motor 10 for driving 6, a light projecting motor 9, and And a light projecting lens 2 and a light receiving lens 7 so that the irradiation range of the laser light L and the imaging range of the imaging device 8 are substantially the same size.
  • the control means 11 is characterized in that the projection mirror 3 and the light receiving mirror 6 are interlocked so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide.
  • the laser oscillation device 1 is a device that irradiates illumination (laser light L) for illuminating an observation portion in the furnace. Since the furnace wall emits the radiation light H, it is necessary to irradiate the laser beam L stronger than the radiation light H in order to illuminate the observation portion with the desired illumination.
  • the radiant light H is light having a peak wavelength in the infrared region of 2 to 3 ⁇ m.
  • an Nd: YAG laser device having a wavelength of 1.06 ⁇ m or 0.53 ⁇ m (second harmonic) is employed.
  • the laser oscillation device 1 can irradiate laser light L having a wavelength sufficiently separated from the peak wavelength (2 to 3 ⁇ m) of the radiation light H, preferably in the visible light range (0.38 to 0.77 ⁇ m). If there is, it is not limited to the Nd: YAG laser device, and is appropriately selected according to the type of furnace (hot air furnace, coke oven, converter, etc.) and the intensity of the radiant light. Further, in order to illuminate the observation portion against the radiant light H, it is preferable to adjust the spread angle to be as small as possible.
  • the laser oscillation device 1 is connected to a power source 12 that applies energy for exciting crystals and elements.
  • the light projecting lens 2 is a device that adjusts the irradiation range of the laser light L.
  • a confocal lens type is preferably used as the light projecting lens 2, but a single focus lens type may also be used.
  • the light projecting lens 2 is adjusted so as to form an irradiation range of about 50 cm in diameter in the observation part (furnace wall about 8 m ahead) of the ultra-fine (about 1 mm in diameter) laser light L irradiated from the laser oscillation device 1. .
  • the light projecting lens 2 is omitted when the divergence angle is sufficiently small due to the straightness of the laser light L and the irradiation range can be adjusted only by the laser oscillation device 1 or when a desired irradiation range can be secured. May be.
  • the laser oscillation device 1 and the light projecting lens 2 are directly connected, but may be connected using a transmission tube such as an optical fiber. By using the transmission tube, the laser oscillation device 1 and the projection lens 2 can be arranged apart from each other, and the degree of freedom in layout can be improved.
  • the projection mirror 3 is a device that reflects the laser light L emitted from the laser oscillation device 1 and illuminates a desired observation portion.
  • a light projecting motor 9 is connected to the light projecting mirror 3 shown in FIG. 1 so that the angle can be changed by swinging in a certain direction. Further, a second light projection motor that changes the angle of the light projection mirror 3 in a direction substantially perpendicular to the swing direction may be connected.
  • the optical filter 13 may be disposed between the light projecting lens 2 and the light projecting mirror 3 (on the upstream side of the light projecting mirror 3). The optical filter 13 passes only the wavelength of the laser light L and cuts other wavelengths. For example, an interference filter is used as the optical filter 13.
  • the optical filter 13 may be disposed between the light projecting mirror 3 and the first viewing window 4 (on the downstream side of the light projecting mirror 3).
  • the first viewing window 4 and the second viewing window 5 are viewing windows for observing the inside of the furnace (particularly the furnace wall).
  • the first viewing window 4 and the second viewing window 5 are formed in a part of the furnace or a part inserted into the furnace.
  • the first viewing window 4 and the second viewing window 5 are made of heat-resistant glass.
  • the present invention is characterized in that different observation windows (first observation window 4 and second observation window 5) are used in the light projecting system and the light receiving system.
  • the optical axis of the light projecting system and the light receiving system can be shifted, the laser light L can be irradiated obliquely to the observation portion, and the unevenness of the furnace wall and the shadow of the crack can be projected greatly.
  • the shadow portion can be captured as an image.
  • the heat-resistant shutter 14 may be disposed outside the first viewing window 4 and the second viewing window 5.
  • the heat-resistant shutter 14 includes a heat-resistant disc 14d having a notch hole through which the laser light L passes, and a motor 14m that rotationally drives the heat-resistant disc 14d. Therefore, when the heat-resistant disk 14d is rotated by the motor 14m, the laser beam L can be irradiated only when the cutout hole has moved to the position of the first viewing window 4 and the second viewing window 5, otherwise Can maintain the closed state of the first viewing window 4 and the second viewing window 5. Accordingly, it is possible to prevent the radiation light H from entering the device at a timing when the irradiation with the laser beam L is unnecessary, and to protect the devices from heat.
  • the rotational speed of the motor 14m is controlled by the control means 11 to be described later so that the irradiation of the laser beam L and the timing at which the cutout hole passes through the first and second viewing windows 4 and 5 are synchronized.
  • the light receiving mirror 6 is a device that reflects the reflected light R of the laser light L that has passed through the second viewing window 5 and enters the imaging device 8.
  • a light receiving motor 10 is connected to the light receiving mirror 6 shown in FIG. 1 so that the angle can be changed by swinging in a certain direction.
  • a second light receiving motor that changes the angle of the light receiving mirror 6 in a direction substantially perpendicular to the swing direction may be connected.
  • the optical filter 15 may be disposed on the downstream side of the light receiving mirror 6.
  • the optical filter 15 passes only the wavelength of the laser light L and cuts other wavelengths.
  • an interference filter is used as the optical filter 15.
  • the optical filter 15 may be arranged on the upstream side of the light receiving mirror 6.
  • the light receiving lens 7 is a device that adjusts the imaging range of the imaging device 8.
  • a telephoto lens type is preferably used.
  • the imaging range of the imaging device 8 is adjusted to be approximately the same as the irradiation range of the laser light L.
  • the irradiation range and the imaging range coincide with each other, but adjustment is performed so that at least the irradiation range is included in the imaging range and other portions are not included as much as possible.
  • it is adjusted so as to form an imaging range having a diameter of about 50 cm in the observation portion (furnace wall about 8 m away).
  • the light receiving lens 7 is not limited to a telephoto lens type, and may be of a type that can adjust the focus by a combination of a plurality of lenses.
  • the imaging device 8 is a device that receives the reflected light R from the light receiving lens 7 and acquires an image.
  • a CCD camera is used for the imaging device 8.
  • the imaging device 8 shown in FIG. 1 includes a high-speed shutter 16 between the light receiving lens 7.
  • the high-speed shutter 16 is opened and closed by the control means 11 in synchronization with the irradiation timing of the laser light L. By disposing the high-speed shutter 16, it is possible to make it difficult for the radiation light H to enter the imaging device 8 and to protect the imaging device 8 from heat.
  • the high-speed shutter 16 may be omitted, or the heat-resistant shutter 14 may be disposed only in the first viewing window 4 and the high-speed shutter 16 may be disposed in the imaging device 8. Good.
  • the high-speed shutter 16 may be built in the CCD camera or may be a digital shutter that digitally cuts an image.
  • the control means 11 is a device for controlling the irradiation timing of the laser oscillation device 1, the opening / closing timing of the heat-resistant shutter 14 and the high-speed shutter 16, the swing timing of the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6, and the like.
  • the control unit 11 synchronizes the irradiation timing of the laser oscillation device 1 with the timing of opening the heat-resistant shutter 14 and the high-speed shutter 16. With this process, the laser beam L can be irradiated onto the observation portion at a necessary timing, and the reflected light R can be received to acquire an image. When the laser beam L is not irradiated, the radiation light H is incident on the device. Can be prevented.
  • control unit 11 interlocks the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide.
  • the rotation of the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10 is controlled to interlock the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6.
  • a sensor capable of detecting the amount of rotation such as a rotary encoder is installed in the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10 and linked while measuring this data.
  • the conditions for matching the irradiation range and the imaging range (the amount of rotation of the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10) differ depending on the conditions such as the equipment configuration of the in-furnace observation apparatus and the arrangement (distance) of the observation window.
  • a condition (rotation amount of the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10) to be interlocked, for example, by performing a test or simulation so that the irradiation range and the imaging range coincide with each other. .
  • the drawing data of the furnace 44 can be used. That is, based on the drawing data of the furnace 44, it is possible to acquire conditions for interlocking the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide.
  • the rotation angle relationship between the rotation angle of the light projecting motor 9 and the rotation angle of the light receiving motor 10 is estimated or calculated in advance.
  • the analogy or calculation of the rotation angle relationship may be performed by the computer 17 by inputting drawing data of the furnace 44 to the computer 17.
  • the control unit 11 interlocks the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 according to the condition (that is, the rotation angle relationship).
  • the image acquired by the imaging device 8 can be used to acquire the interlocking condition.
  • the control unit 11 interlocks the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide with each other based on the image acquired by the imaging device 8. Specifically, the control unit 11 determines whether or not the irradiation range and the imaging range substantially match based on the luminance of each pixel in the image, and when determining that they do not match, The rotation angle of the light projecting motor 9 or the light receiving motor 10 is corrected so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide.
  • a person may look at the image acquired by the imaging device 8 and manually correct the rotation angle of the light projecting motor 9 or the light receiving motor 10. For example, when a person looks at the image and determines that the irradiation range and the imaging range do not match, the correction value of the rotation angle of the light projecting motor 9 or the light receiving motor 10 is input to the control means 11. The control means 11 corrects the rotation angle of the light projecting motor 9 or the light receiving motor 10 based on the correction value. After this correction, a person looks at the image acquired by the imaging device 8 and determines whether the irradiation range and the imaging range match. If they do not match, the correction value is input again, and correction by the control means 11 based on this input is performed again.
  • the input correction value is a condition to be linked.
  • the control unit 11 interlocks the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 in accordance with the condition (that is, the correction value).
  • the control means 11 is connected to the computer 17 and is set and operated to perform the above-described processing based on a command from the computer 17.
  • the computer 17 includes a CPU (central processing unit), a storage device such as a RAM, a ROM, and a hard disk, an input device such as a keyboard, and an output device such as a display, and constitutes image processing means that processes an image acquired by the imaging device 8.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an image processing means for synthesizing images obtained for each imaging range.
  • the storage device 31 of the computer 17 stores images P1, P2, and P3 obtained for each imaging range.
  • the image processing means 32 operated by the CPU of the computer 17 calls the images P1, P2, and P3 stored in the storage device 31, and outputs a panoramic image P4 obtained by panoramic synthesis of these images P1, P2, and P3 to a display or the like. Output to the device. By such processing, the captured whole image of the furnace wall can be easily grasped.
  • the image processing means 32 adjusts the contrast, white balance, trimming, etc. of the images P1, P2, and P3 obtained for each imaging range, and extracts wall irregularities and crack shadows. Can also be processed.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the in-furnace observation apparatus according to the present invention.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the configuration of the in-furnace observation apparatus is illustrated in a simplified manner.
  • the in-furnace observation device 21 is arranged outside the furnace in which the first viewing window 4 and the second viewing window 5 are formed.
  • the wall surface portion 22 on which the first viewing window 4 and the second viewing window 5 are formed may be an outer wall of the furnace, or a casing that surrounds the in-furnace observation device 21 inserted into the furnace from the opening of the furnace. It may be.
  • the irradiation range of the laser oscillation device 1 and the imaging range of the imaging device 8 have substantially the same size (observation portion S shaded in the drawing) in the furnace wall 23 that is an observation portion. Have been adjusted so that.
  • the irradiation range and the imaging range are approximately the same in advance using a test facility that simulates the installation location. It is preferable to adjust so that Of course, the in-furnace observation apparatus 21 may be installed at a predetermined location and then adjusted so that the irradiation range and the imaging range become substantially the same size, or may be finely adjusted after installation. In adjusting the irradiation range and the imaging range, the light projecting lens 2 and the light receiving lens 7 shown in FIG. 1 are used.
  • the first viewing window 4 of the light projecting system and the second viewing window 5 of the light receiving system are formed separately.
  • the observation portion S can be irradiated with the laser beam L from an oblique direction, and the unevenness and crack shadows in the observation portion S can be projected clearly and clearly.
  • the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10 are driven by the control means 11 so that the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 are rotated in conjunction with each other, and as shown in FIG.
  • the observation portion S is scanned in a predetermined direction on the furnace wall 23 while maintaining the state in which the irradiation range and the imaging range of the imaging device 8 substantially match.
  • the case where the observation portion S is scanned in the AB direction in the figure is shown, but by installing another motor on the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6, the observation is performed in a direction substantially perpendicular to the AB direction.
  • the portion S may be scanned.
  • the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 may be smoothly rotated at a constant speed by the light projecting motor 9 and the light receiving motor 10, or may be intermittently rotated at a predetermined phase interval. Alternatively, it may be rotated in synchronization with the irradiation timing of the laser beam L.
  • the furnace wall 23 in a wide range can be imaged as a plurality of images by interlocking the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6 so that the irradiation range and the imaging range substantially coincide. Furthermore, by panoramicly synthesizing these images as shown in FIG. 3, the entire image of the furnace wall 23 can be easily observed.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the in-furnace observation apparatus according to the present invention. Note that the same components as those in the in-furnace observation apparatus shown in FIG.
  • the in-furnace observation apparatus 41 shown in FIG. 4 has a first viewing window 4 and a second viewing window 5 formed on the side surfaces, and a laser oscillation device 1, a light projecting lens 2, a light projecting mirror 3, and a light receiving mirror 6. And a cylindrical casing 42 in which the light receiving lens 7, the imaging device 8 and the like are arranged, and a driving means 43 that rotates the casing 42 about the axis.
  • the in-furnace observation apparatus 41 is inserted into the furnace from an opening formed in the upper part of the furnace 44, for example, so that the first viewing window 4 and the second viewing window 5 face the furnace wall as an observation part. Be placed.
  • observation part S can be scanned along the up-down direction of a furnace wall by rotating the light projection mirror 3 and the light reception mirror 6 interlockingly.
  • observation apparatus 41 shown in FIG. 4 the case where the laser oscillation apparatus 1 and the light projection lens 2 are connected by the optical fiber 18 is illustrated.
  • the casing 42 has a water cooling jacket because it is inserted into a furnace in a high temperature state. Therefore, the housing 42 is configured so that cooling water can be poured into the water cooling jacket from the outside and the cooling water can be discharged to the outside.
  • a gear connected to the driving means 43 is formed on the outer periphery of the upper end of the housing 42.
  • the drive means 43 is comprised from the motor 43m arrange
  • the motor 43m is connected to the control means 11 of the in-furnace observation apparatus 41, and is driven to rotate based on a command from the control means 11 or the computer 17.
  • the configuration of the driving means 43 is not limited to the illustrated one, and may be a configuration that can be manually rotated, or a configuration that can be rotated by belt driving or chain driving. Further, the housing 42 and the driving means 43 may be a mechanism provided in the furnace 44. In this case, if the in-furnace observation device 41 having the laser oscillation device 1, the light projection lens 2, the light projection mirror 3, the light receiving mirror 6, the light receiving lens 7, the imaging device 8, etc. is inserted into the housing 42. Good.
  • the driving means 43 is arranged so that the in-furnace observation apparatus 41 itself can be rotated relative to the furnace 44, so that the observation portion S is aligned along the horizontal direction of the furnace wall. Can be scanned. Therefore, an image can be acquired over a wide range of the furnace wall by using only one in-furnace observation apparatus 41.
  • the in-furnace observation apparatus 41 may be rotated slowly and smoothly by the driving means 43, or may be rotated intermittently at a predetermined phase interval after the vertical scanning is completed.
  • the first viewing window 4 and the second observation window 4 are provided.
  • the distance between the observation window 5 and the furnace wall can be kept constant, and fine adjustment of the irradiation range and the size and position of the imaging range by rotating the in-furnace observation device 41 can be omitted.
  • the size and position of the irradiation range and the imaging range are finely adjusted for each rotation.
  • the size and position of the irradiation range and the imaging range may be automatically adjusted in conjunction with the rotation phase.
  • the drive means 43 is not limited to the one that rotates the in-furnace observation apparatus 41, and may be a straight drive, or may have both a rotary drive function and a straight drive function.
  • By driving the in-furnace observation device 41 straight it is possible to observe a portion that cannot be imaged only by operating the light projecting mirror 3 and the light receiving mirror 6.
  • the length of the casing 42 is formed to be equal to or longer than the length to be driven linearly, and the casing 42 is driven by a jack or an actuator.
  • the in-furnace observation apparatus 41 may be mounted and driven on a movable carriage or a wall surface robot driven in a furnace such as a furnace wall or a floor surface.

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Abstract

　レーザ光Ｌを照射するレーザ発振装置１と、照射範囲を調整可能な投光レンズ２と、所望の観察部分を照らす投光ミラー３と、レーザ光Ｌを透過させる第一覗き窓４と、反射光Ｒを透過させる第二覗き窓５と、反射光Ｒを反射させる受光ミラー６と、撮像範囲を調整可能な受光レンズ７と、反射光Ｒを受光して画像を取得する撮像装置８と、投光ミラー３を駆動させる投光用モータ９と、受光ミラー６を駆動させる受光用モータ１０と、投光用モータ９及び受光用モータ１０の駆動を制御する制御手段１１と、を有し、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさに調整され、略一致するように連動される。

Description

炉内観察方法及び装置 発明の背景
発明の技術分野
　本発明は、輻射光で発光している熱風炉等の炉内を観察する炉内観察方法及び装置に関し、特に、投光系と受光系で異なる覗き窓を有する場合に用いられる炉内観察方法及び装置に関する。
関連技術の説明
　例えば、製鉄用高炉に高温の熱風を供給する熱風炉は、地上より約５０ｍの高さと１０ｍ以上の内径を有し、内壁温度は運転時で約１６００℃、休風時で約１４００℃にも達する。また、かかる熱風炉は、大型設備であるため建設期間が約３年と長く、しかも完成後は約２０年という長期に渡って連続運転される。したがって、１基でも使用不能な状況となれば、長期間の操業停止を余儀なくされるため、定期的に炉内診断するメンテナンスが重要となる。その１つの手段として、炉壁の損傷状況を監視することが古くから行われている。
　炉内観察方法には、赤外線等のレーザ光を壁面に照射して距離を測定することにより損傷の程度を計測する方法や、ＣＣＤカメラ等の撮像装置により炉壁を撮像して画像処理等を施すことにより損傷の程度を計測する方法等が既に存在している。例えば、特許文献１に記載の炉壁観察装置は、炉壁に光を照射する照明装置と、該光を照射した炉壁を撮像する撮像装置と、を有する。そして、照明装置と撮像装置とは１つの筐体内に収容されており、該筐体に形成された撮像用の観察窓から照明装置の光を照射している。
特開２００５－１４６１６４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された炉壁観察装置では、上述した熱風炉のように、炉内が高温に曝され炉壁が輻射光で発光しているような場合、輻射光の明るさが強くてコントラストの低い画像しか得られないという問題や、撮像方向と照明方向が略同一であるため、窪みや亀裂等の影が写り難い、散乱光の影響を受け易い等の問題があった。
発明の要約
　本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、炉壁が輻射光で発光している場合であっても、コントラストの高い画像を取得することができるとともに、炉壁の凹凸や亀裂の影を判別し易くすることができる炉内観察方法及び装置を提供することを目的とする。
　本発明によれば、輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察方法であって、レーザ光を照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光を反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、を有する炉内観察装置を用い、前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように前記レーザ発振装置及び前記撮像装置を調整し、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させ、前記観察部分の画像を取得して前記炉内を観察する、ことを特徴とする炉内観察方法が提供される。
　前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件を取得し、前記条件に従って、制御手段が、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてよい。代わりに、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、制御手段が、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてもよい。
　また、前記炉内観察装置を回転させて前記観察部分の画像を取得するようにしてもよいし、前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成して前記炉内を観察するようにしてもよい。
　本発明によれば、輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、レーザ光を照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光の照射範囲を調整可能な投光レンズと、前記レーザ光を反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズと、該受光レンズにより集光された反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、前記投光ミラーを駆動させる投光用モータと、前記受光ミラーを駆動させる受光用モータと、前記投光用モータ及び前記受光用モータの駆動を制御する制御手段と、を有し、前記投光レンズ及び前記受光レンズは、前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、前記制御手段は、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする炉内観察装置が提供される。
　前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件が設定されており、前記制御手段は、前記条件に従って、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてよい。代わりに、前記制御手段は、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させてもよい。
　また、側面に前記第一覗き窓及び前記第二覗き窓が形成されるとともに内部に前記レーザ発振装置、前記投光ミラー、前記受光ミラー及び前記撮像装置が配置される筒状の筐体と、該筐体を軸中心に回転させる駆動手段と、を有していてもよい。さらに、前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を有していてもよい。
　上述した本発明の炉内観察方法及び装置によれば、投光系と受光系で異なる覗き窓（第一覗き窓及び第二覗き窓）を有するため、炉内の観察部分に対して斜めにレーザ光を照射して照らすことができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を明確に映し出すことができ、炉壁の損傷状態を容易に観察することができる。また、投光系と受光系の光軸がずれていることにより、レーザ光を炉内に照射したときの粉塵等による散乱光や覗き窓からの反射光等が受光系に与える影響が少なく、ノイズの少ない画像を撮像することができる。
さらに、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整することにより、狭い範囲を鮮明に撮像することができる。また、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラーと受光ミラーとを連動させることにより、広範囲の炉壁を複数の画像として撮像することができる。さらに、これらの画像を合成することにより、炉壁の全体像を容易に観察することができる。
本発明に係る炉内観察装置を示す構成図である。 本発明に係る炉内観察装置の作用を示す図である。 撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。 本発明に係る炉内観察装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
好ましい実施例の説明
　以下、本発明の実施形態について図１～図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る炉内観察装置を示す構成図である。
　図１に示した本発明の炉内観察装置は、輻射光Ｈで発光している炉内を観察する炉内観察装置であり、レーザ光Ｌを照射するレーザ発振装置１と、レーザ光Ｌの照射範囲を調整可能な投光レンズ２と、レーザ光Ｌを反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラー３と、投光ミラー３からのレーザ光Ｌを透過させる第一覗き窓４と、観察部分からの反射光Ｒを透過させる第二覗き窓５と、第二覗き窓５を透過した反射光Ｒを反射させる受光ミラー６と、受光ミラー６からの反射光Ｒを集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズ７と、受光レンズ７により集光された反射光Ｒを受光して画像を取得する撮像装置８と、投光ミラー３を駆動させる投光用モータ９と、受光ミラー６を駆動させる受光用モータ１０と、投光用モータ９及び受光用モータ１０の駆動を制御する制御手段１１と、を有し、投光レンズ２及び受光レンズ７は、レーザ光Ｌの照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる、ことを特徴とする。
　前記レーザ発振装置１は、炉内の観察部分を照らすための照明（レーザ光Ｌ）を照射する装置である。炉壁は輻射光Ｈで発光しているため、観察部分を所望の照明で照らし出すためには、輻射光Ｈよりも強いレーザ光Ｌを照射する必要がある。例えば、高炉用熱風炉では、輻射光Ｈは赤外域の２～３μｍにピーク波長を有する光である。この場合、レーザ発振装置１には、例えば、１．０６μｍ又は０．５３μｍ（第２高調波）の波長のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置が採用される。勿論、レーザ発振装置１は、輻射光Ｈのピーク波長（２～３μｍ）から十分離れた波長、好ましくは可視光域（０．３８～０．７７μｍ）の波長のレーザ光Ｌを照射できるものであれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置に限られるものではなく、炉の種類（熱風炉、コークス炉、転炉等）や輻射光の強さに応じて適宜選択されるものである。また、輻射光Ｈに抗して観察部分を照らし出すために、広がり角は極力小さくするように調整するのが好ましい。なお、レーザ発振装置１には、結晶や素子を励起させるエネルギーを付与する電源１２が接続されている。
　前記投光レンズ２は、レーザ光Ｌの照射範囲を調整する機器である。投光レンズ２には、例えば、共焦点レンズ式のものを使用することが好ましいが、単焦点レンズ式のものを使用してもよい。投光レンズ２は、レーザ発振装置１から照射された極細（直径１ｍｍ程度）のレーザ光Ｌを観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の照射範囲を形成するように調整される。なお、レーザ光Ｌの直進性から広がり角が十分に小さく、レーザ発振装置１のみで照射範囲を調整することができる場合や所望の照射範囲を確保できる場合には、投光レンズ２を省略してもよい。また、図１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを直に接続するようにしているが、光ファイバ等の伝送管を用いて接続するようにしてもよい。伝送管を用いることにより、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを離して配置することができ、レイアウトの自由度を向上させることができる。
　前記投光ミラー３は、レーザ発振装置１から照射されたレーザ光Ｌを反射して所望の観察部分を照らす機器である。図１に示した投光ミラー３には、投光用モータ９が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に投光用ミラー３の角度を変化させる第二投光用モータを接続してもよい。なお、投光レンズ２と投光ミラー３との間（投光ミラー３の上流側）に、光学フィルタ１３を配置してもよい。光学フィルタ１３は、レーザ光Ｌの波長のみを通し、それ以外の波長をカットする。光学フィルタ１３には、例えば、干渉フィルタが使用される。また、光学フィルタ１３は、投光ミラー３と第一覗き窓４の間（投光ミラー３の下流側）に配置してもよい。
　前記第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の内部（特に炉壁）を観察するための覗き窓である。第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の一部又は炉内に挿入される部品に形成されている。また、炉内は高温状態であるため、第一覗き窓４及び第二覗き窓５は耐熱ガラスにより構成される。図１に示したように、本発明では、投光系と受光系とで異なる覗き窓（第一覗き窓４及び第二覗き窓５）を使用していることを一つの特徴とする。かかる構成により、投光系と受光系の光軸をずらすことができ、観察部分に対して斜めにレーザ光Ｌを照射することができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を大きく映し出すことができ、その影の部分を画像として撮像することができる。
　また、第一覗き窓４及び第二覗き窓５の外側に耐熱シャッター１４を配置するようにしてもよい。耐熱シャッター１４は、レーザ光Ｌを通過させる切欠孔を有する耐熱円板１４ｄと、耐熱円板１４ｄを回転駆動させるモータ１４ｍとから構成される。したがって、モータ１４ｍで耐熱円板１４ｄを回転させると、切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５の位置に移動してきたときのみレーザ光Ｌを照射することができ、それ以外のときは第一覗き窓４及び第二覗き窓５を閉鎖した状態を維持することができる。したがって、レーザ光Ｌの照射が不要なタイミングにおける輻射光Ｈの機器への進入を防止することができ、機器類を熱から保護することができる。なお、モータ１４ｍの回転速度は、後述する制御手段１１により、レーザ光Ｌの照射と切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５を通過するタイミングが同期するように制御される。
　前記受光ミラー６は、第二覗き窓５を透過したレーザ光Ｌの反射光Ｒを反射して撮像装置８に入射させる機器である。図１に示した受光ミラー６には、受光用モータ１０が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に受光用ミラー６の角度を変化させる第二受光用モータを接続してもよい。なお、受光ミラー６の下流側に光学フィルタ１５を配置してもよい。光学フィルタ１５は、レーザ光Ｌの波長のみを通し、それ以外の波長をカットする。光学フィルタ１５には、例えば、干渉フィルタが使用される。また、光学フィルタ１５は、受光ミラー６の上流側に配置してもよい。
　前記受光レンズ７は、撮像装置８の撮像範囲を調整する機器である。受光レンズ７には、例えば、望遠レンズ式のものを使用することが好ましい。かかる望遠レンズの絞りと焦点を調節することにより撮像装置８の撮像範囲を、レーザ光Ｌの照射範囲と略同じ大きさとなるように調節する。理想的には照射範囲と撮像範囲が一致することが好ましいが、少なくとも撮像範囲の中に照射範囲が含まれ、かつ、それ以外の部分が極力含まれないように調整される。例えば、観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の撮像範囲を形成するように調整される。なお、受光レンズ７は、望遠レンズ式のものに限られず、複数のレンズの組み合わせにより焦点を調節できる形式のものであってもよい。
　前記撮像装置８は、受光レンズ７からの反射光Ｒを受光して画像を取得する機器である。かかる撮像装置８には、例えば、ＣＣＤカメラが使用される。図１に示した撮像装置８では、受光レンズ７との間に高速シャッター１６を備えている。高速シャッター１６は、レーザ光Ｌの照射タイミングと同期させて制御手段１１により開閉される。かかる高速シャッター１６を配置することにより、撮像装置８に輻射光Ｈが入射し難くすることができ、撮像装置８を熱から保護することができる。勿論、耐熱シャッター１４で十分な場合には高速シャッター１６を省略してもよいし、耐熱シャッター１４を第一覗き窓４にのみ配置して撮像装置８に高速シャッター１６を配置するようにしてもよい。なお、高速シャッター１６は、ＣＣＤカメラに内蔵されていてもよいし、画像をデジタル的に切り取るデジタルシャッターでもよい。
　前記制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミング、耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６の開閉タイミング、投光ミラー３及び受光ミラー６のスイングタイミング等を制御する機器である。制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミングと耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６を開くタイミングとを同期させる。かかる処理により、必要なタイミングでレーザ光Ｌを観察部分に照射するとともに、その反射光Ｒを受光して画像を取得することができ、レーザ光Ｌが照射されないときには輻射光Ｈの機器への入射を防止することができる。また、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。具体的には、投光用モータ９と受光用モータ１０の回転を制御して、投光ミラー３と受光ミラー６を連動させる。例えば、投光用モータ９と受光用モータ１０にロータリエンコーダ等の回転量を検知できるセンサを設置しておき、このデータを計測しながら連動させる。照射範囲と撮像範囲とを一致させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）は、炉内観察装置の機器構成や覗き窓の配置（距離）等の条件によって異なるため、実際に使用する条件で照射範囲と撮像範囲とが一致するように試験又はシミュレーションすること等によって連動させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）を事前に求めておくことが好ましい。
　連動させる条件を取得するために、炉４４の図面データを使用できる。即ち、炉４４の図面データに基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる条件を取得できる。例えば、連動させる条件として、投光用モータ９の回転角と受光用モータ１０の回転角との回転角関係を事前に類推または計算する。この回転角関係の類推または計算は、炉４４の図面データをコンピュータ１７に入力することで、このコンピュータ１７により行われてよい。この場合、制御手段１１は、前記条件（即ち、前記回転角関係）に従って、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。
　代わりに、連動させる条件を取得するために、撮像装置８が取得した前記画像を使用できる。この場合、制御手段１１は、撮像装置８が取得した前記画像に基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。具体的には、制御手段１１は、前記画像内の各画素の輝度に基づいて、照射範囲と撮像範囲が略一致しているかどうかを判断するとともに、一致していないと判断した場合には、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正する。
　なお、連動させるために、撮像装置８が取得した前記画像を人が見て、手動で、投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正してよい。例えば、人が、前記画像を見て、照射範囲と撮像範囲が一致していないと判断したら、投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角の修正値を制御手段１１に入力することで、制御手段１１がこの修正値に基づいて投光用モータ９または受光用モータ１０の回転角を修正する。この修正後に、撮像装置８が取得した画像を人が見て、照射範囲と撮像範囲が一致しているかを判断する。一致していなければ、再度、修正値の入力と、この入力に基づく制御手段１１による修正を行う。このような修正を試験段階で行う。入力された前記修正値が、連動させる条件となる。修正後、実際に炉４４内を観察する時に、制御手段１１は、前記条件（即ち、前記修正値）に従って、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。
　また、制御手段１１は、コンピュータ１７に接続されており、コンピュータ１７からの指令に基づいて上述した処理を行うように設定されるとともに作動する。コンピュータ１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶装置、キーボード等の入力装置及びディスプレイ等の出力装置を備え、撮像装置８により取得した画像を処理する画像処理手段を構成する。ここで、図３は、撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。コンピュータ１７の記憶装置３１には、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が保存されている。コンピュータ１７のＣＰＵにより操作される画像処理手段３２は、記憶装置３１に保存された画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を呼び出し、これらの画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をパノラマ合成したパノラマ画像Ｐ４をディスプレイ等の出力装置に出力する。かかる処理により、撮像した炉壁の全体像を容易に把握することができる。なお、画像処理手段３２は、上述した画像合成以外にも、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のコントラスト、ホワイトバランス、トリミング等の調整や壁面の凹凸や亀裂の影の抽出等を処理することもできる。
　次に、本発明に係る炉内観察装置の作用について説明する。ここで、図２は、本発明に係る炉内観察装置の作用を示す図である。なお、図１と同じ構成部品については同じ符号を付すとともに、炉内観察装置の構成は簡略して図示している。
　図２に示すように、炉内観察装置２１は、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された炉の外側に配置される。第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された壁面部２２は、炉の外壁であってもよいし、炉の開口部から炉内に挿入される炉内観察装置２１を囲う筐体であってもよい。また、炉内観察装置２１は、レーザ発振装置１の照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが、観察部分である炉壁２３において略同じ大きさ（図で網掛けした観察部分Ｓ）となるように調整されている。炉壁２３と第一覗き窓４及び第二覗き窓５との位置・距離関係は炉によって異なるため、設置箇所を模擬した試験設備等を利用して予め照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整しておくことが好ましい。勿論、炉内観察装置２１を所定の箇所に設置してから照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整してもよいし、設置後に微調整するようにしてもよい。なお、照射範囲と撮像範囲の調整に際しては、図１に示した投光レンズ２及び受光レンズ７を用いる。
　本発明では、投光系の第一覗き窓４と受光系の第二覗き窓５とが別々に形成されている。かかる構成を採用することにより、観察部分Ｓにおいて斜めからレーザ光Ｌを照射することができ、観察部分Ｓにおける凹凸や亀裂の影を大きく明確に映し出すことができる。また、第一覗き窓４における反射光Ｗや炉内の粉塵等による散乱光Ｄが撮像装置８に入射することを防止することができ、ノイズの少ない画像を取得することができる。
　また、制御手段１１により投光用モータ９及び受光用モータ１０を駆動させて、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動して回動させ、図２に示したように、レーザ発振装置１の照射範囲と撮像装置８の撮像範囲とが略一致した状態を維持させながら、観察部分Ｓを炉壁２３の所定の方向に走査させる。ここでは、図のＡＢ方向に観察部分Ｓを走査させる場合を図示しているが、投光ミラー３及び受光ミラー６にさらに別のモータを設置することにより、ＡＢ方向と略垂直な方向に観察部分Ｓを走査させるようにしてもよい。また、投光ミラー３及び受光ミラー６は、投光用モータ９及び受光用モータ１０により一定の速度で滑らかに回動させてもよいし、所定の位相間隔で間欠的に回動させてもよいし、レーザ光Ｌの照射タイミングに同期させて回動させるようにしてもよい。
　上述したように、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整することにより、観察部分Ｓで示したように狭い範囲を鮮明に撮像することができる。また、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３と受光ミラー６とを連動させることにより、広範囲の炉壁２３を複数の画像として撮像することができる。さらに、これらの画像を図３で示したようにパノラマ合成することにより、炉壁２３の全体像を容易に観察することができる。
　次に、本発明に係る炉内観察装置の他の実施形態について説明する。ここで、図４は、本発明に係る炉内観察装置の第二実施形態を示す概略構成図である。なお、図１に示した炉内観察装置と同じ構成部品については同じ符号を付し重複した説明を省略する。
　図４に示した炉内観察装置４１は、側面に第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成されるとともに内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、撮像装置８等が配置される筒状の筐体４２と、筐体４２を軸中心に回転させる駆動手段４３と、を有する。かかる炉内観察装置４１は、例えば、炉４４の上部に形成された開口部から炉内に挿入され、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が観察部分である炉壁と対峙するように配置される。そして、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させて回動させることにより、観察部分Ｓを炉壁の上下方向に沿って走査させることができる。なお、図４に示した炉内観察装置４１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを光ファイバ１８で接続した場合を図示している。
　前記筐体４２は、高温状態の炉内に挿入されるため、水冷ジャケットを有していることが好ましい。したがって、筐体４２は、外部から冷却水を水冷ジャケットに注水し、外部に冷却水を排水することができるように構成されている。また、筐体４２の上端の外周部には、駆動手段４３と連結される歯車が形成されている。駆動手段４３は、回転駆動可能に配置されたモータ４３ｍと、モータ４３ｍの先端に接続された歯車４３ｇとから構成されている。また、モータ４３ｍは炉内観察装置４１の制御手段１１に接続されており、制御手段１１又はコンピュータ１７の指令に基づいて回転駆動される。なお、駆動手段４３の構成は図示したものに限定されず、手動で回転できる構成であってもよいし、ベルト駆動やチェーン駆動により回転できる構成であってもよい。また、筐体４２及び駆動手段４３は、炉４４に備え付けの機構であってもよい。この場合、筐体４２の内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、撮像装置８等を有する炉内観察装置４１を挿入するようにすればよい。
　かかる第二実施形態のように、駆動手段４３を配置して炉内観察装置４１そのものを炉４４に対して相対的に回転できるようにしたことにより、観察部分Ｓを炉壁の水平方向に沿って走査させることができる。したがって、１つの炉内観察装置４１を用いるだけで、炉壁の広範囲に渡って画像を取得することができる。炉内観察装置４１は、駆動手段４３により、ゆっくりと滑らかに回転させてもよいし、上下方向の走査が完了してから所定の位相間隔で間欠的に回転させるようにしてもよい。
　図４に示すように、炉内観察装置４１を炉４４の中央上部から挿入することにより、炉内観察装置４１を駆動手段４３で回転させた場合であっても第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離を一定に保持することができ、炉内観察装置４１を回転させたことによる照射範囲と撮像範囲の大きさと位置の微調整を省略することができる。なお、炉内観察装置４１の回転により、第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離が変化する場合には、回転ごとに照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を微調整してもよいし、予めデータを取得しておくことにより回転位相と連動して照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を自動的に調整するようにしてもよい。
　さらに、駆動手段４３は、炉内観察装置４１を回転駆動させるものに限定されず直進駆動させるものであってもよいし、回転駆動用と直進駆動用の両方の機能を備えていてもよい。炉内観察装置４１を直進駆動させることにより、投光ミラー３及び受光ミラー６の操作だけでは撮像できない部分を観察することができる。炉内観察装置４１を直進駆動させる場合には、筐体４２の長さを直進駆動させたい長さと同等以上に形成し、ジャッキやアクチュエータにより筐体４２を駆動させるようにすればよい。また、炉内観察装置４１を炉壁又は床面等の炉内で駆動される移動台車や壁面ロボットに搭載して駆動させるようにしてもよい。
　本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

Claims (10)

  1. 　輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察方法であって、
    　レーザ光を照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光を反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、を有する炉内観察装置を用い、
    　前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように前記レーザ発振装置及び前記撮像装置を調整し、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させ、前記観察部分の画像を取得して前記炉内を観察する、ことを特徴とする炉内観察方法。
  2. 　前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件を取得し、
    　前記条件に従って、制御手段が、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察方法。
  3. 　前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、制御手段が、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察方法。
  4. 　前記炉内観察装置を回転させて前記観察部分の画像を取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察方法。
  5. 　前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成して前記炉内を観察する、ことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の炉内観察方法。
  6. 　輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、
    　レーザ光を照射するレーザ発振装置と、前記レーザ光の照射範囲を調整可能な投光レンズと、前記レーザ光を反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラーと、該投光ミラーからのレーザ光を透過させる第一覗き窓と、前記観察部分からの反射光を透過させる第二覗き窓と、該第二覗き窓を透過した反射光を反射させる受光ミラーと、該受光ミラーからの反射光を集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズと、該受光レンズにより集光された反射光を受光して画像を取得する撮像装置と、前記投光ミラーを駆動させる投光用モータと、前記受光ミラーを駆動させる受光用モータと、前記投光用モータ及び前記受光用モータの駆動を制御する制御手段と、を有し、
    　前記投光レンズ及び前記受光レンズは、前記レーザ光の照射範囲と前記撮像装置の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、前記制御手段は、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする炉内観察装置。
  7. 　前記炉の図面データに基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる条件が設定されており、
    　前記制御手段は、前記条件に従って、前記前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の炉内観察装置。
  8. 　前記制御手段は、前記撮像装置が取得した前記画像に基づいて、前記照射範囲と前記撮像範囲が略一致するように前記投光ミラー及び前記受光ミラーを連動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の炉内観察装置。
  9. 　側面に前記第一覗き窓及び前記第二覗き窓が形成されるとともに内部に前記レーザ発振装置、前記投光ミラー、前記受光ミラー及び前記撮像装置が配置される筒状の筐体と、該筐体を軸中心に回転させる駆動手段と、を有することを特徴とする請求項６に記載の炉内観察装置。
  10. 　前記撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を有する、ことを特徴とする請求項６又は請求項９に記載の炉内観察装置。
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