JP2014509392A - 冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を検出及び測定するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を検出及び測定するための装置に関する。

Description

本発明は、冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を検出及び測定するためのデバイスに関する。

図１は、典型的な冶金応用を示すが、本発明を何ら限定するものではない。耐火性ベース１２で内側の覆われた冶金管１０を見て取ることができ、その内部に、略シリンダー状の耐火性セラミック流出口１４が位置し、流出口１４は中央の排出口１６を備え、その中央の排出口１６を通って、金属溶融物が冶金管１０から連続的な塊で流れる。

溶融物の流れ方向（矢印Ｓ）において、流出口１４の次に、スライディングゲート（弁）１８が続き、そのスライディングゲート１８は、上部スライディングプレート１８ｏと、中央スライディングプレート１８ｍと、下部スライディングプレート１８ｕとを備え、その下部スライディングプレート１８ｕに浸漬流入ノズル２０が接続されている。上述の全ての部品は、金属溶融物の排出口（排出チャネル１６に対応）を備えることを特徴としており、これが、図１の対応する部分に符号１６が付されている理由である。

図１によると、中央スライディングゲート１８ｍは可動性であり、金属溶融物を流すことができるように、ロック位置（図１）から、全ての排出口１６が整列した位置に移動する。

上述の部品（流出口１４、スライディングプレート１８ｏ、１８ｍ、１８ｕ、浸漬ノズル２０）は、それぞれの排出口１６を形成するためにシリンダー状内部表面を備える。ここで、“シリンダー状”との用語は、厳密な数学的意味で理解されるものではなく、技術用語として理解されるものである。

耐火性（耐熱性）部品は、溶融物の冶金学的アタック（浸食）によって摩耗し、又は、逆に、凝集塊が表面上に形成される（所謂、目詰まり）。

排出チャネル１６の表面の摩耗及び目詰まりは、鋳造（鋳込み）プロセスに深刻な影響を与える。従って、例えば、過度に摩耗してしまった部品の交換、排出チャネル中の凝集塊の焼却／削ぎ取りの結論を出すために、排出チャネル１６の幾何学的形状についての情報を定期的に知る必要がある。

関連する部品が鋳造プロセスの終了から長時間経ってもまだ数百度の高温であり得るため、関連する表面をモニタリングすることは困難である。

目視での判定は非常に不正確であり、かなり距離が離れた場合のみ可能である。そこで、フックで表面をサンプリングする（走査する）ことが試みられている。この場合も、非常に不正確な結果しか得られていない。従って、経験的値が用いられることが多いが、大抵の場合、これは完全に誤った結果をもたらす。

本発明の課題は、冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を正確に検出及び測定して、影響を受けた部品を修理又は交換する必要があるかどうかを決めるための信頼できる一組のデータを得る可能性を提供する。

本発明は、内視鏡の基本的アイディアを用いるが、特定の応用に対してそれを革新的に適合させている。本発明の基本的アイディアは、まず、“低温部（ｃｏｌｄ ｐａｒｔ）”及び“高温部（ｈｏｔ ｐａｒｔ）”を備えるようにデバイスを設計することである。“高温部”は、検査される部品の領域に到達して、所望の検査を“オンサイト（その場）”で行うように設計される。“低温部”は、“高温部”から実質的に離れて配置されて、例えば室温等の顕著に低温の領域である。

カメラ等の感知測定デバイスを、“低温部”に設置することができる一方、“高温部”は、検査される表面に測定ビームを向けるためだけに用いられる。

これを背景として、本発明のデバイスは、検査される部品のシリンダー状表面の特定の部分を撮影するカメラを備えて、また、距離測定も行うことができるというアイディアにも基づいていて、これら両方の情報を用いて、検査される領域の三次元画像を求めることができる。

最も基本的な実施形態において、本発明は、冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を検出及び測定するためのデバイスに関し、そのデバイスは以下の特徴を有する：
‐ 測定パイプ、
‐ カメラが測定パイプの中又は上に配置され、そのカメラの対物レンズは、測定パイプの内部に位置する少なくとも一つの反射表面と整列される、
‐ 反射表面は、対物レンズに対して或る距離で存在し、測定パイプの軸方向（Ａ）に対して傾斜している、
‐ 測定パイプは、反射表面に対向する周辺部において半透明であり、カメラが、対物レンズと反射表面との間の対応する焦点距離において、測定パイプに対して或る半径方向距離で隣接する耐火性セラミック部品のシリンダー状表面の一部を撮影するようになっている、
‐ 距離測定用デバイスが、測定パイプの中又は上に配置され、これを用いて、カメラによって撮影された耐火性セラミック部品のシリンダー状表面の一部の点又は領域から固定された参照点までの距離が求められる。

特定の表面の光学検査が、カメラ及び距離測定用デバイスを用いて行われ、対応する表面部から参照点（例えば、測定パイプの中心の長手軸）までの距離の評価が行われる。

カメラは、例えば、対応する焦点距離の方向が測定パイプの中心の長手軸と同軸状になるように配置される。反射表面は、カメラを用いて、中心の長手軸に対して或る距離で半径方向に存在するセラミック部品の表面部を撮影するのに役立つ。この点に関して、反射表面に対向する測定パイプの部分は半透明であり、例えば開いている。

具体的には、反射領域は、好ましくは測定パイプの中心長手軸に対して略４５°の角度で存在するが、これよりも大きい又は小さい角度（４５±１０°）も可能である。所定の角度は、対応する光波の主方向に関係している。この点に関して、所定の角度とは、厳密に数学的に理解されるものではなく、技術的に理解されるものである。

これは、反射表面が平坦ではなくて、湾曲している場合に特に有効であり、耐火性部品のより大きな又は小さな表面部が撮影される。

一実施形態によると、距離測定用デバイスはレーザ又はダイオードを含み、そのレーザ又はダイオードは、測定パイプ内に配置されたミラーの上に光ビームを向けて、次に、測定パイプの半透明領域を介して、カメラによって撮影されるセラミック部品のシリンダー状表面の部分にビームを向ける。

このミラーについては、反射表面についての上述の実施形態が同様に有効である。

ミラーを反射表面から或る距離で配置することができる点を考慮されたい。そこで、特定の一実施形態では、ミラーが、反射表面の前方において測定パイプの軸方向に存在していて、例えば、壁側、つまり、測定パイプの内壁の領域に存在する。レーザ源は、ビームがミラーに当たる前に測定パイプの内側表面に対して或る距離で平行に延伸するように配置され得る。

この配置では、ミラーの傾斜角度は、反射表面の傾斜角度よりも小さくて、対応する一組のデータを受け取るように、反射された光ビームは、カメラによって撮影される表面領域部のほぼ中心に当たる。この点に関して、ミラーの角度は、例えば、測定パイプの中心の長手軸に対して１０°から３０°である。

測定パイプは例えばシリンダー状であるが、他の幾何学的形状も可能である。

反射表面及び／又はミラーは、その光学面側に耐熱性コーティングを備えることができて、長時間の測定期間にわたる測定スポットの領域での高温によって損傷しないようにする。このようなコーティングとしてクロムから成るものが考えられる。クロムめっきされた表面は、長期間にわたって４００から５００℃程度まで耐えることができる。

これまでの説明に対して、本デバイスが、検査される部品のシリンダー状表面の少なくとも一部分を定期的に光学的に撮影することができる点を明確にしておく。この点に関して、一実施形態では、測定パイプは、反射表面が配置されて、ミラーも配置され得る領域において少なくとも回転可能及び／又は軸方向移動可能であるように設定される。これによって、部品のシリンダー状表面の任意の部分領域を連続的に又は逐次的に撮影して、測定することが可能になる。

測定パイプの回転は、好ましくは中心の長手軸周りで行われる。何ら問題なく、カメラ及びレーザ等の対応する備品を含んだ測定パイプ全体が回転可能である。

測定パイプが、少なくとも反射表面が配置され、ミラーも配置され得る領域において断熱されていることが好ましく、例えば８００℃の温度に耐えられるようにする。この断熱材は、ミラー／反射表面の後方、つまり、反射表面／ミラーの非光学面と測定パイプの内壁との間に配置された鉱物繊維断熱材であり得る。

カメラによって撮影された写真及び距離測定によるデータの分析を、手動で行うことができるが、好ましくは電子的に行う。そのため、本発明の一実施形態では、カメラ及び距離測定用デバイスから受け取ったデータ及び画像を収集するメモリユニットを備えたデバイスを設計する。これらのデータ及び画像は、分析ユニットによって分析可能である。

例えば、スライディングプレートの排出口の領域の摩耗が特定の限界を超えた場合、影響を受けたスライディングプレートを交換する必要が生じる。そこで、本発明に係るデバイスは、スライディングプレートに関してだけではなく、設備全体に関する重要な安全面を守り、例えば、溶融物の漏出を防止する。

本デバイスは可動式で利用可能であるが、冶金管上に装置を介して固定することもできて、画像及びデータが、明確な参照サイズで撮影される。

本発明の更なる特徴は、従属項の特徴及び他の文献から導出されるものである。

以下、一実施形態を参照して、本発明を説明する。

典型的な冶金応用を示す。 スライディングプレートの排出口を検出及び測定する本発明のデバイスの側面図である。 図１に係るデバイスのスライディングプレートの領域の一部の拡大図である。

図２及び図３は、第一の端部３２（所謂、“低温端部”）及び第二の端部３４（所謂、“高温端部”）を備えたシリンダー状測定パイプ３０を示す。

測定パイプ３０は、第一の端部３２において広げられて、そこでカメラ３８（ここでは、ＳＬＲ（一眼レフ，ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｎｓ ｒｅｆｌｅｘ）カメラを保持する。

カメラ３８は、反射表面４０に対して整列されて、その反射表面４０は、測定パイプ３０の第二の端部３４内に位置していて、測定パイプ３０の中心の長手軸Ａに対して４５°以内にある。

測定パイプ３０は、隣接する壁部に対応する開口４２を備えて、カメラ３８を用いて、スライディングプレート１８のシリンダー状表面１８ｏの一部を、反射表面４０を介して、撮影／検出することができる。

図２では、新品のスライディングプレートのシリンダー状表面が破線（１８ｚ’）で示されていて、実線（１８ｚ）が、本発明に係るデバイスによって撮影及び評価される例示的な摩耗状態を表す。

反射表面４０に対してカメラ３８の焦点距離を調整すると、測定パイプ３０に対して或る半径方向距離で存在しているスライディングプレートの表面１８ｚの一部を光学的に撮影及び検査することができる。これ自体は、スライディングプレート１８の摩耗の程度を決定するのに十分ではない。何故ならば、元々の表面から摩耗した表面までの距離は、カメラ３８では求めることができないからである。

このため、筐体３６内にレーザ４４が配置され、そのレーザビーム４４ｌは、測定パイプ３０の内壁に対して或る距離で平行に伝わり、ミラー４６に当たる。そのミラー４６は、図２及び図３に示されるように、反射表面４０に隣接して、カメラ３８と反射表面４０との間において測定パイプ３０の中心の長手軸Ａの方向に配置されている。

特に図３を参照すると、ミラー４６の平面が垂直面に対して略２３°の角度βで延在するという追加情報が得られる。この値は、ミラー４６によって反射されたレーザビームが、カメラ３８によって撮影されるスライディングゲートのシリンダー状表面１８ｚの中心領域部に当たるように選択されていて、この点は、図３において概略的にＳの符号が付されている。

筐体３６は登録ユニット（図示せず）を含み、その登録ユニットは、カメラ３８によって撮影された写真と、レーザ４０によって測定されたスライディングプレート１８の表面１８ｚから測定パイプ３０の中心の長手軸Ａまでの距離とを保存する。

較正手段によって、ミリメートル単位の分解能で、スライディングプレート１８の表面１８ｚの領域における摩耗の程度がどの程度であるのかを求めることができて、言い換えると、新品のスライディングプレートの元々のシリンダー状表面と対応する現在の状態との間の距離がどれ位であるのかを求めることができ、ここで、参照データが、後で、コンピュータ及び／又は保安員によって判定されて、後どれ位の期間、関連するスライディングプレートを使用することができるのか、又は修理若しくは交換が必要であるかが決定される。

本デバイスは、高温の凝集塊においても使用可能であるように設計される。これは、図１に係る管１０からの溶融物の流出後に、図２に示されるように測定ヘッド（“高温端部”の部分３４）が検査される領域内に入るまで、本デバイスが好ましくは下から排出口１６内に挿入されることを意味する。

このようにするため、デバイス全体を冶金管に固定することができ、好ましくは、測定パイプの中心の長手軸Ａが、対応する排出口１６の理想的中心の長手軸の軸方向範囲内にあるようにする。

そして、カメラ３８による第一の撮影と、距離測定のための第一のレーザ三角測量が行われる。その後、測定パイプ３０を特定の角度でねじり及び／又は特定の距離で軸方向にずらすことによって、スライディングプレート１８の表面１８ｚの隣接する部分を撮影する。このプロセスを任意で繰り返すことができて、スライディングプレートのどの部分を検査するのかに応じて、少数又は多数の部分的ステップで繰り返される。

その後、デバイスが取り外される。デバイスの耐久性を増加させるため、第二の部分３４において、測定パイプ３０が内側に鉱物繊維断熱材を備えることが提案される。追加的に、反射表面４０と測定パイプ３０の内壁との間のキャビティ全体が発砲ガラスで充填される。反射表面４０の光学面とミラー４６の光学面はそれぞれクロムめっきされる。

１６ 排出口
１８ 耐火性セラミック部品
３０ 測定パイプ
３８ カメラ
４０ 反射表面
４４ 距離測定用デバイス
４６ ミラー

Claims (15)

1. 冶金応用における耐火性セラミック部品のシリンダー状表面を検出及び測定するためのデバイスであって、
   測定パイプ（３０）と、
   前記測定パイプ（３０）の中又は上に配置されたカメラ（３８）と、
   前記測定パイプ（３０）の中又は上に配置された距離測定用デバイス（４４）とを含み、
   前記カメラ（３８）の対物レンズが、前記測定パイプ（３０）の中に配置された少なくとも一つの反射表面（４０）と整列されて、
   前記反射表面（４０）が、前記対物レンズに対して或る距離で存在し、前記測定パイプ（３０）の軸方向（Ａ）に対して傾斜し、
   前記測定パイプ（３０）は、前記反射表面（４０）に対向する周辺部において半透明であり、前記カメラ（３８）が、前記対物レンズと前記反射表面（４０）との間の対応する焦点距離において、前記測定パイプ（３０）に対して或る半径方向距離で隣接する耐火性セラミック部品（１８）のシリンダー状表面（１８ｚ）を撮影し、
   前記距離測定用デバイス（４４）を用いて、前記カメラ（３８）によって撮影された耐火性セラミック部品（１８）のシリンダー状表面（１８ｚ）の一部の点又は領域から固定参照点までの距離が求められる、デバイス。
2. 前記距離測定用デバイス（４４）が、前記測定パイプ（３０）内に配置されたミラーの上に光ビーム（４４ｌ）を向けて、次に前記測定パイプ（３０）の半透明な周辺部（４２）を介して、前記カメラ（３８）によって撮影されたセラミック部品（１８）のシリンダー状表面（１８ｚ）の一部に前記光ビームを向けるレーザ又はダイオードを含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記測定パイプ（３０）の半透明な周辺部（４２）が、前記測定パイプ（３０）の開口によって設けられている、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記反射表面（４０）が、１０°〜８０°の角度で光波の向きを変えるように配置されている、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記反射表面（４０）が、４５±１０°の角で光波の向きを変えるように配置されている、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記ミラー（４６）が、前記反射表面（４０）の前方において前記測定パイプ（３０）の軸方向（Ａ）に配置されている、請求項２に記載のデバイス。
7. 前記ミラー（４６）が、前記カメラ（３８）によって撮影されるセラミック部品（１８）のシリンダー状表面（１８ｚ）の一部の中心領域に向けて反射された光ビームの向きが変えられるような前記測定パイプ（３０）の軸方向（Ａ）に対する角度で配置されている、請求項２に記載のデバイス。
8. シリンダー状測定パイプ（３０）を備えた請求項１に記載のデバイス。
9. 前記反射表面（４０）及び／又は前記ミラー（４６）が、光学面上に耐熱性コーティングを備える、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記反射表面及び／又は前記ミラー（４６）の光学面がクロムめっきされている、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記測定パイプ（３０）が、該測定パイプの中心の長手軸（Ａ）に沿って回転可能及び／又は軸方向に移動可能である、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記測定パイプ（３０）が、最大８００℃の温度に耐えられるように、前記反射表面が配置されていて且つミラー（４６）が配置され得る領域において少なくとも断熱されている、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記カメラ（３８）及び前記距離測定用デバイス（４４）から受け取ったデータ及び画像を収集するメモリユニットを備えた請求項１に記載のデバイス。
14. 必要であれば予め保存した後に、前記カメラ（３８）及び前記距離測定用デバイス（４４）から受け取ったデータ及び画像を分析する分析ユニットを備えた請求項１に記載のデバイス。
15. 前記耐火性セラミック部品（１８）が配置された冶金管に前記デバイスを固定する装置を備えた請求項１に記載のデバイス。

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