JPH0329111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コークス炉の炉口の状態及び位置を
画像処理して識別する炉口状況認識装置に関する
ものである。

従来技術 コークス炉設備は熱膨長や経年変化等により、
設備の状況が変化する。従来、こうしたコークス
炉特有の現象を把握してコークス炉設備の円滑な
操業を行なう為に、現場に作業員を配置して確認
作業を行なう必要があつた。

この発明が解決すべき問題点 しかしながら、コークス炉設備は高温で塵芥が
多く従業員にとつては劣悪な環境であり、迅速な
作業は望めず、操業の自動化は難しかつた。

そこで、本発明はコークス炉設備の操業上必要
な設備状況把握を非接触及び無人で行ない、コー
クス炉設備の自動運転化を進めることの可能なコ
ークス炉の炉口状況認識装置を提供することを目
的とする。

問題点を解決するための手段 本発明のコークス炉の炉口状況認識装置は、コ
ークス炉口に沿つて移動自在に支承されて炉口上
部と炉口底部とを各々撮像領域とする２台の撮像
装置と、これらの撮像装置の一フレーム画像を
各々格納する２台のメモリと、これらのメモリに
アクセスして任意のアドレスの画素を読み込んで
画素の輝度差から画像処理により炉口状況を認識
する画像認識装置を備えた点に特徴がある。

実施例 以下、図示する本発明の実施例により説明す
る。

第１図及び第２図に示したように、コークス炉
の炉口近傍には上下方向に２台のビデオカメラ
１，２が設けられている。これらのビデオカメラ
１，２は鉛直方向に撮像中心があわせられてお
り、各々炉口上部及び炉口底部画像を撮像可能で
あり、コークス炉の炉口に沿つて移動可能として
いる。

また、ビデオカメラ１，２には各々ビデオメモ
リ３，４が接続されており、このビデオメモリ
３，４はビデオカメラ１，２で撮像した一フレー
ムの画像を画素データとして格納する。

このビデオメモリ３，４は画像切替器６を介し
て画像認識装置５に接続されている。画像切替装
置６は画像認識装置５の指令によりビデオメモリ
３，４の何れかに切り替えて、その格納内容を画
像認識装置５に出力する。

また、画像認識装置５は画像切替器６に信号を
送つてビデオメモリ３，４の何れかに切替えると
共にビデオメモリ３，４に格納された画像のフレ
ーム中の画素アドレスを指定して、任意のアドレ
スの画素データを読み込み可能としている。

こうして構成された装置の中でビデオカメラ
１，２はコークス炉作業機械の炉側において、ビ
デオカメラ１の撮像中心の鉛直下方にビデオカメ
ラ２の撮像中心が合うように調節して取付け、他
の機器はコークス炉から離れた場所に配置するこ
ともできる。

また、各々のビデオカメラ１，２の撮像画像は
第１図に示した様に温度差から炉壁７が暗部に、
炉口８は明部として捉えられる。

炉口上部の画像処理を行なう時に、画像認識装
置５は炉口上部の画像が得られる様に画像切替器
６をビデオメモリ３側に切り替えておき、このビ
デオメモリ３にフリーズ信号を出力してビデオカ
メラ１にて撮像された炉口一部画像を蓄えさせて
おく。

同画像は、画像認識装置５のＩ／Ｏポート（図
示せず）からビデオメモリ３に処理に必要とする
画素に該当する画素アドレスを出力すると該当の
画素データがビデオメモリ３から画像認識装置５
へ送られ、この画素アドレスを順次ずらして出力
することにより一画面分の画像データが得られ
る。そして、この画素データは光の明暗度の情報
を持つことになる。

画像認識装置５は上記処理を行なつて一画面分
の画像データを得て炉口芯検出の処理を行なう
が、まず最初に炉口上端ａの境界を検出する為に
第３図の様に画面センターの垂直方向の画素アド
レスを画面上端から下方に順次出力する。

ここで、予め画像認識装置５には炉口明度が設
定されており、画素データを入力しながら設定さ
れた炉口明度と比較して炉口明度以上の明度を持
つ画素データを探し、該当画素データを検出する
と検出回数の積算を開始し、さらに下方の画素デ
ータの比較を継続する。

同積算値が（設定されている）炉口内と規定し
ている積算数以上の時、最初に検出された炉口明
度以上の明度の画素データを持つ画素アドレスを
炉壁７と炉口８上端との境界として同画素アドレ
スを記憶する。

次に、炉口左端と炉口右端との境界を検出する
為に第４図に示した様に、上記炉口上端の画素ア
ドレスより数ライン上方から水平方向の画素アド
レスを画面左端から右端方向へ順次出力し、画素
データを入力しながら設定されている炉口明度と
比較し同炉口明度以上の明度を持つ画素データを
探す。そして、水平方向に画面センターまで探索
しても該当画素データが検出されなければ一ライ
ン下方の水平方向の画素データの探索を行なう。

こうして探索している時に、該当画素データを
検出すると検出回数の積算を回始し、さらに右方
の画素データの比較を継続する。

ここで、積算数が設定されている炉口内積算数
値以上の時、最初に検出された炉口明度以上の明
度の画素データを持つ画素アドレスを炉壁７と炉
口８左端との境界として同画素アドレスｂを記憶
する。

次に、炉口右端を検出する為に右方向への探索
を継続して、入力した画素データが炉口明度未満
の明度の時は炉壁の画素データとして検出回数の
精算を回始し、さらに右方向の画素データの比較
を継続する。

同積算数が炉壁と規定している積算数以上の
時、最後に検出された炉口明度以上の明度の画素
データを持つ画素アドレスを炉口８右端と炉壁７
との境界として同画素アドレスｃを記憶する。そ
して、記憶されている画素アドレスに基ずき下記
(1)式により炉口８画素数を求め記憶する。

炉口画素数 ＝炉口右端の画素アドレス −炉口左端の画素アドレス ……(1) 上記処理を画面下端まで行なつて各水平ライン
毎の炉口画素数を記憶する。

そして、記憶されている各水平ライン毎の全炉
口画素数の中から最大炉口画素数を探し出し、そ
の炉口左端アドレスと炉口右端アドレスとから下
記(2)式により炉口上部の中心画素アドレスｅを得
る。

炉口上部の中心画素アドレス＝炉口右端の画素ア
ドレス−炉口左端の画素アドレス／２……(2) さらに、下記(3)式により画面中心の画素アドレ
スｄから炉口上部の中心偏差ｆを求め記憶してお
く。

炉口上部の中心偏差 ＝（画面中心の画素アドレス −炉口上部の中心画素アドレス） ×一画素の分解能mm／画素 ……(3) 次に炉口下部の画像処理を行なう為に画像認識
装置５は炉口８底部の画像が得られる様に画像切
替器６をビデオ・メモリ４側に切替える。そし
て、ビデオ・メモリ４にフリーズ信号を出力して
新しい炉口８底部の一画面分の画像データを蓄え
させて、前述と同じく画素アドレスを出力して指
定した画素データを入力して炉口８底部の中心検
出の処理を行なう。ここで、炉口８下端の境界を
検出する為に第５図に示した様画面センターの垂
直方向の画素アドレスを画面下端から上方に順次
出力して画素データを入力し前述と同じ方法で炉
壁７と炉口８下端との境界の画素アドレスｂを探
し出し記憶する。

次に炉口８左端と炉口８右端との境界を検出す
る為に第６図に示した様に画面上部の左端から右
端方向へ順次画素アドレスを出力して画素データ
を入力する。この後、前述と同じ方法で炉口左端
の画素アドレスｂと炉口右端の画素アドレスｃを
探し出し(1)式で炉口画素数を求め記憶し、上記炉
口下端の画素アドレスより数アドレス下方まで前
記操作をくり返し各ライン毎の炉口画素数を求め
記憶する。そして、記憶している全炉口画素数の
中から最大炉口画素数を探し出し、その炉口左端
の画素アドレスｂと炉口右端の画素アドレスｃと
から(2)式により炉口底部の中心画素アドレスｈ
を、(3)式により炉口底部の中心偏差ｉを求める。

以上の画素アドレス毎の輝度差識別による炉口
８と炉壁７の状況把握を他の炉状況の認識に用い
る場合について、以下事例毎に列挙して説明す
る。

(1) 炉蓋の着脱確認 コークス炉作業機械が炉蓋脱完了後、前述の
検出方法で炉口８もしくは炉壁７との境界が検
出できることで炉蓋脱（炉口開）とし、逆に炉
蓋着完了後、同検出方法で炉口８もしくは炉口
８と炉壁７との境界が検出できないことで、炉
ブタ着（炉口閉）の確認が非接触で短時間に、
かつ確実に行なえる。

(2) コークス排出時の炉口開のインターロツク (1)項の炉口開の検出方法を応用したものであ
り、炉の両側を移動する作業機械が同じ炉番に
停止していることを通信装置（図示せず）にて
確認し、さらに(1)項の方法で両作業機械が炉蓋
脱を完了し炉口が開の状態であることを通信装
置にて確認することにより室炉の両炉口が開
で、コークスの排出が可であることのインター
ロツクに用いる。

(3) 装炭時の炉口閉のインターロツク (1)項の炉口閉の検出方法を応用したものであ
り、コークス排出完了後両作業機械が炉蓋着を
完了し炉口が閉の状態であることを通信装置に
て確認することにより、室炉の両炉口が閉で装
炭が可であることのインターロツクにも用いる
ことができる。

(4) 炉口の変形検出 第７図に示した様に、前述の炉口８と炉壁と
の境界の検出方法で求められる炉口上部の中心
偏差と炉口底部の中心偏差の差をとり、この差
が許容値以上の時炉口異常変形の警報を出し炉
体の保守をうながす。

また、線分ｊ，ｋの長さを用いてｊ／ｋの演
算を行ない、その値から判定することもでき
る。

(5) 炉芯位置検出 作業機械に取付けられた光波距離計、シンク
ロ・エンコーダ、パルスジエネレータ等の距離
計は、計測点がビデオ・カメラ１，２の中心の
鉛直線上に一致する様に作業機械に取付けら
れ、計測点から走行路原点までの距離を走行距
離として計測し、この計測値は画像認識装置５
に出力される。

ここで、前述の炉口８と炉壁７との境界の検
出方法で求められる炉口上部の中心偏差と炉口
底部の中心偏差の平均を演算して得られる炉口
８の中心平均偏差ｍと作業機械の距離計から得
られる走行距離ｌを第８図で例示した様に加算
することにより炉芯位置が得られる。

こうして得られる炉芯位置を、作業機械の次
回同炉への停止目標位置に用いたり、全炉の炉
心位置を印字し、これを蓄積することにより炉
体の経年変化の状態及び保全に必要な資料の集
収に寄与することができる。

(6) 炉体の通り芯の検出 前記(5)項の炉芯位置の検出方法を応用したも
のであり、第９図に示した様に炉の両側を移動
する作業機械等に設置された前記炉口状況認識
装置により両炉口の炉芯位置ｎを検出して、そ
の差ｏを求める。

こうして得られる両炉芯位置の差ｏが許容値
以上の時、通り芯異常の警報を出力して炉体の
保守をうながす。また、全炉の両炉芯位置ｎを
印字し、これを蓄積することにより炉体の経年
変化の状態及び保全に必要な資料の集収に寄与
することもできる。

(7) 炉底レベルの検出 (1)項の炉口開の検出方法を応用したものであ
り、炉口底部の画像の画素データを第１０図
ａ，ｂに示した様に鉛直方向の明度差認識処理
を行なう。

こうして、炉口底部下端と炉壁との境界を検
出して得られた炉口画素数から最大画素数を求
め、基準画素アドレスと最大画素数の炉口底部
の境界画素アドレスとの差に一画素の分解能
（mm／画素）を掛けて炉底偏差値を得、(4)式に
より炉底レベルを求める。

炉底レベル＝基準値−炉底偏差値 ……(4) 算出した炉底レベルから、第１０図ｃに示し
たプツシヤーロツド１０の底部の高さＰ及びラ
ム・シユー１１の底部の高さｑのいずれかが炉
底レベルより低いとコークス１２の排出を禁止
して炉体を守ると共に、炉体の保守をうながす
ことができる。

(8) クリーニング効果の定量的把握 前述の炉口と炉壁との境界の検出方法を応用
したものであり、第１１図ａ，ｂに示した様に
クリーニング実施前の画像とクリーニング実施
後の画像とを比較し、カーボンに相当する明度
の画素数の減少率からクリーニング効果ｓを定
量的に把握する。

カーボンの画素はＸ軸及びＹ軸の最大炉口画
素数r_x，r_yを各々破線のごとくＹ軸及びＸ軸に
延長して交点を求め、この延長線と炉口境界と
の間をカーボンの画素とする。

(9) プツシヤー・ロツドと炉壁との干渉監視 前述の炉口と炉壁との境界の検出方法を応用
したものであり、炉前にて一旦停止したプツシ
ヤー・ロツド１０を含めた炉口上部を撮像する
と第１２図に示した映像が得られる。そして、
炉壁７と炉口８及び炉口８とプツシヤー・ロツ
ド１０との各境界を検出し、炉壁７とプツシヤ
ー・ロツド１０との間にある炉口８の画素数ｔ
が許容値以下の時、プツシヤー・ロツド１０と
炉壁８との干渉の危険ありの警報を発して操作
員に注意を促がす。

また、プツシヤー・ロツド１０と炉壁７とが
干渉している時は押出禁止信号を発して炉体の
安全を図る。

(10) 炉底残コークスの検出 前述の炉口８と炉壁７との境界の検出方法を
応用したものであり、炉口クリーニング完了後
ビデオ・カメラで炉口下部を撮像すると第１３
図に示した映像が得られる。

ここで、炉口下部に残コークス１２があると
燃焼する炎の為炉口８より明るく写り、設定さ
れている残コークスの明度を持つ画素数が許容
値以上の時には炉底残コークス有りの警報を発
して、操作員に注意をうながすことができる。

許容値以上の残コークス１２があると実質的
な炉底レベルの上昇となり、炉蓋９の装着の完
全性に直接的に影響することになる。そこで、
前記方法で炉底残コークス１２が検出された場
合には再クリーニングにてこれを除去する。

(11) 複数装入口芯のずれ巾検出 この場合には、炉口８に沿つて移動するよう
構成してあつたビデオ・カメラ１，２を、炉頂
面の装入蓋を取り外した状態での装入口１４を
撮像するように装入車１３にビデオ・カメラを
取付けたものである。

ここで、第１３図に示した様にl₁，l₂，−l₃，
l₄が装入車１３に対する装入口１４の芯ずれで
あるものとして検出される。

この値から、装入可能な装入車１３の機械的
寸法許容値をＬとして、 最大値〔絶対値（l₁，l₂，l₃，l₄）〕≦Ｌにより
操業可否が判定できる。

これにより、装入車機械芯に対する複数の装
入口の相対的な芯ずれを判定して、有入運転に
代わる装入車の自動運転、さらには無入運転を
達成することもできる。

(12) 複数装入口の平均位置検出 前項（11）で装入口芯のずれを検出し、装炭
作業の可否を判定したが、前回作業の装入口芯
のずれ平均値を取り、この値を次回の装入口芯
位置合わせの基準に使うことができる。

こうすることにより、装入車１３はより柔軟
に装入口芯をとらえる事ができる。

発明の効果 本発明によるコークス炉の炉口状況認識装置実
施例は以上の通りであり次に述べる効果を挙げる
ことができる。

コークス炉設備の操業上必要な設備状況把握を
非接触及び無人で行ない、コークス炉設備の自動
運転化を進めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す炉口上下部の画
像例図、第２図は装置構成図、第３図及び第４図
は炉口上部認識処理例図、第５図及び第６図は炉
口下部認識処理例図、第７図は炉口変形検出原理
図、第８図は炉心位置検出原理図、第９図は炉体
通り芯検出原理図、第１０図ａ，ｂ，ｃは炉底レ
ベル検出原理図、第１１図ａ，ｂはクリーニング
効果の定量把握原理図、第１２図はプツシヤー・
ロツドと炉壁との干渉監視原理図、第１３図は炉
底残コークス検出原理図、第１４図は複数装入口
芯のずれ巾検出原理図である。 １，２……ビデオ・カメラ、３，４……ビデ
オ・メモリ、５……画像認識装置、６……画像切
替器、７……炉壁、８……炉口、９……炉蓋、１
０……プツシヤー・ロツド、１１……ラム・シユ
ー、１２……コークス、１３……装入車、１４…
…装入口、ａ……炉口上端、ｂ……炉口左端の画
素アドレス、ｃ……炉口右端の画素アドレス、ｄ
……画面中心の画素アドレス、ｅ……炉口上部の
中心画素アドレス、ｆ……炉口上部の中心偏差、
ｇ……炉口下端の画素アドレス、ｈ……炉口下部
の中心画素アドレス、ｉ……炉口下部の中心偏
差、ｌ……計測点、ｍ……炉口の中心平均偏差、
ｎ……通り芯、ｏ……両炉芯位置差、r_x，r_y……
最大画素、ｓ……クリーニング効果、ｔ……炉壁
とプツシヤー・ロツド間の炉口画素数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水平方向撮像中心を一致させて上下方向に配
   置されると共にコークス炉口に沿つて移動自在に
   支承され、炉口上部と炉口底部とを各々撮像領域
   とする２台の撮像装置と、 これら２台の撮像装置に各々接続され、当該撮
   像装置で撮像された炉口上部と炉口底部の一フレ
   ーム画像を各々格納する２台のメモリと、 当該２台のメモリにアクセスして任意のアドレ
   スの画素を読み込んで画素の輝度差により炉口状
   況を把握する画像認識装置を備えたことを特徴と
   するコークス炉の炉口状況認識装置。