JPS5818104A - 散乱体雰囲気中での被測定面の形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は、散乱体雰囲気中での被陶足面の形状測定方法
に９に少、４ＩＫ、高炉々扉内部のように、ダストおよ
びオスト等の散乱体が浮遊する雰囲気中において光切断
法を適用した、散乱体雰囲気中での被測定面の形状測定
方法に関する。

従来よ）、被測定物の位置、形状、寸法および変位等を
測定する方法として、光切断法が知られている。この光
切断法を用いて被測定面の形状を測定する場合には、第
１図に示すように、投光装置２および撮僧装置４を用い
、投光装ｆ１２にょシ被一定面６上に想定京れた被測定
線８に光を照射し、撮像装置４で被測定線８１＆：撮憶
シ、１儂されたｌｌｉ俸に基いて被測定面の形状を求め
るものである。すなわち、まず、投光装置２のａ点から
一定面（光切断ｆｆ１）ａｂｃ内に光ビームを走査する
かまたは帯状光ａｔ−ｐ射して被測定＃８を点らし、一
定面ａｂｃ外に配醇された撮像装置４を用いて被測定ｓ
８を撮像する。元ビーム金走査する場合には、被＃ＪＪ
定ｌＩ８は光軌跡の像として撮像され、。

帯状光Ｓを照射する場合には、被測定線８は被鋤定ａＩ
ｋ沿う輝＆＃像として撮像される。続いて、撮像された
ｉｉｉｒＭ上での被側定＃便の各点の２次元位置座ｉｌ
を求め、得られた２次元位置座標と、一定面ａｂｅと撮
像装置との幾何学的配置とから、座標変換によシ被測定
面上の被測定線の各点における３次元位舒座標を求める
。そして、被測定面６上Ｋ１１ｌ数本の被測定線管想定
して、一定面ａｂＣの方位角を変化させるととくよシ各
被測定線に光を照射し、前述と同様にして各被測定線の
各点における３次元位置座標を求めてこの３次元位置座
標から包絡面を求めれば、被測定面の形状を求めること
ができる。

しかし、かかる光切断法は、光を用いているために、測
定環境が散乱体雰囲気中である場合には、被測定面に投
射した光の一部が、浮遊する散乱体によって散乱され、
皺醐定ａｔ−撮僚すると、被測定［１ｇＩの他に背景画
像（散乱光のｇＩ）が撮像される。この背景ｉｉ＊は、
散乱体の空間的および時間的１１１分布の変化に応じて
その輝度分布を変え、かかる背景ｉｉ＊が生じることに
よシ、被測定［１ｇＩ！のＳＮ比が劣化し、検出が極め
て困難になった９、背景画ｇＩを被測定線像として誤検
出する場合が生じる、という問題点がある。

ｔた、高炉々潰裂入物のストック面のプロフィル１測定
する場合には、炉芯部からの発光が多層体じ、この発光
が不動僚として撮像されて、前述の背景画像と同様に作
用し、前述と同様の問題点が生ずる。

本発明は、上記問題点を解消すべく成さｎたもので、背
景画像および発光が生じる悪環境においも良好に被測定
面の形状を測定できるようにした散乱体雰囲気中での被
測定面の形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、散乱体雰囲気中の被測定面上に想定された第
１の被測定線上に光を照射して該第１の皺醐定ａｔ撮儂
したときの第１の画像信号を求めると共Ｋ、前記第１の
被測定線から所定距離離れた位ＩＦＫ想定された第２の
被側定線上に光を照射して該第２の被測定線を撮像した
ときの第２０画像信号を求めた後、前記第１の画像信号
から前記第２の画像信号を減算して新たなｉｉＩ像信号
を求め、前記新たな画像信号に基いて前記第１の被測定
線が撮像されているｉ１ｊ面上における第１の被測定線
像の２次元位置座Ｓｔ−演算し、前記２次元位置座標を
座標変換して前記被測定面上における前記第１の被測定
線の３次元位置座標を求めることによシ上記目的を達成
したものである。

次に１本発明の原理１第２図から第６図を参照して鮫、
明する。なお、以下では散乱体による背景画像を除去し
た例について説明する。第２図に示すように１投光装置
２および撮像装置４を従来の光切断法の配置と同様に配
置する。投光装瞳２の点ａかも一定ｒｋＪａ　ｂ　ａ内
に光ビームを走査するかまたは帯状光線を照射して、被
測定ｒＩＩＩ６上に想定された第１の被測定＃１０を照
らす。次に、撮像装置４を用いて被測定線１０を撮像す
る。撮”・像によシ得られたｗＪ像Ａｔ−第３図に示す
。この画像Ａには、第１の被測定線像１０′および散乱
体昇囲気去、微分処理およびゲイン駒整を行う信号処理
回路１６によシ信号処理された後、記憶演算回路用に記
憶される。

続いて、投光装ｆ１２’ｆｒ水平面内で所定角度回動さ
せ、投光する光切断面を面”ａ　ｂ　ｃがち面＊　ｂ’
　ｃ’に変更し、前述と同様にして、第１の被測定線１
Ｇから所定距離！離れた位置に想定された第２の被測定
！１１２に光を照射して、撮僚装ｆ１４により第２の被
測定線１２を撮像する。撮像によシ得られたｍ１ｌｌＢ
を第４図に示す。この画像ＢＫは、第２の被測定ｇＩ僚
１２′および散乱体雰囲気１４による同様に高周波除去
、微分処理およびゲイン調整を行う信号処理回路２０に
より信号処理される。記憶演算回路１８では、既に記憶
されている画像ムに対応する画像信号から信号処理回路
２０より入力されたｉ１ｊｇＩ！信号を減算し、新たな
ＦｉｉＪ像信号が求められる。この新たな画像信号に対
応するｍ僚ｃを第５図に示す。図から理解されるように
１記憶演算回路１８での減算により、背景＊ｍは除去さ
れてお夛、第１０被測定線像１０’のみ表われている。

なお、第２の被測定Ｓ像は、減算によシ負の値になるの
で、ｉｉｌｇＩＣＶＣは表われていない。

なお、第１の被測定線と第２の被測定線との距ｌａ／は
、輝度ｍ幅（光ビームを走査する場合は輝点径）の数倍
が適当であ）、記憶演算装置に画像信号を記憶させる場
合の書込み操作は、光ビームの走査により得られる一連
のビデオ画像について多数回行うのがＳＮ比向上にとっ
て有利である。

次に１高炉々頂装入物のプロフィル測定に本発明を適用
した！Ｉ！施例について、図面を参照して説明する。本
実施例は、第７図に示すように、レーザ光源２２と、レ
ーザ光源２２からのレーザビームを９０’反射させる反
射鏡２４と、炉頂装入物面３０上にレーザビームを走査
させるビームスキャナ２６と、撮像装置としてのテレビ
カメラ２８とを含んで構成されている。テレビカメラ２
８には、第１の信号処理回路１６および第１の信号処理
回路１６に並列接続された第２の信号処理回路２０が接
続され、各信号処理回路１６．２０は、記憶演算回路と
してのスキャンコンバータ３２に接Ｍされている。スキ
ャンコンバータ３２は、信号位置検出回路３４を介して
マイクロフンピユータ３６に接続されている。なお、マ
イクロコンピュータ３６には、ビームスキャナ２６の方
位角−が入力されるようＫされている。

スキャンコンバータ３２としてハ、スキャンコンバータ
システムＭＯＤＥＬ６３９Ｓ（１ｍ品名、米国ヒユーズ
（ｆ（ＵＧＨＥＳ）社＃１ｔ−用いた。

このスキャンコンバータは、蓄積管を用いておシ、画像
を蓄積ターゲラ）Ｋ荷電像として記憶している。従って
、この蓄積ターゲット上の各点に対しｊ放電、充電を制
御することＫよＪ＞ａｊｉ儂の加減算を行うことができ
る。

また、ビームスキャナ２６は、８＠Ｏ反射向を持り略８
角柱状の反射体で構成され、軸を中心に回転させること
Ｋよシ、反射面の角度が変化するように構成されてｈる
。従って、ビームス中ヤナ２６を回転させることによシ
、炉頂装入物ｆｆ１３０上の被測定線に沿ってレーザビ
ームを走査させることがてきる。

なお、テレビカメラ２８は、通常Ｏ配ｔＫ対して９０’
（ロ）転させて用いている。従って、ビデオ走査線は、
ｊｉｉ面の縦方向に表われる。

以下図面を参照して本１１！施例の動作Ｋ）いて説明す
る。まず、レーザ光源２２よりレーザビームｔ−照射し
、反射鏡２４によシリ０８反射させて、ビームスキャナ
２６０反射１１ｉＫＲ＠射する。ここで、ビームスキャ
ナ２６の水平方位角をｌに設定して。

回転させるととｋよシ、炉頂装入物向３０上に想定され
九＠１の被測定＠１０に沿ってレーザビームが走査され
る。そして、第１の被測定ＩＭ１０が少なくとも１．ｉ
ｉ！査されたと自に、テレビカメラ困を用いて第１の被
測定−１０を撮像する。撮像により得られ九ｏｈｉ＊ム
を第８図に示す。−像ＡＫは第１の被測定Ａｌｌ像１０
″、散乱体１４による背景−像１４′および炉芯部から
の高ｍ発光部做１１が煉像されてｉる。なお、Ｌはビデ
オ走、垂紐、Ｌｖは特定位置に訃けるビデオ走査線であ
る。

ここで、テレビカメラ２８から出力される画像ムの両管
信号を信号処理回路１６で処理し良後、電圧Ｖと時間ｔ
で表わされる、ビデオ走査１１１Ｌν上のビデオ信号ム
を求めると、第１０図（ａ）　Ｋ示すようにはる。図に
おいて、ｒは同期信号、Ｉは散乱曹、町はレーザ軌跡像
、ζは高温発光部像に各々対応している。

次に、ビームスキャナ２６の水平方位角−４１−ｅ−マ
に設定して、第１の被測定線ｌＯよシ所定距離離れ九位
置Ｋａ定された第２の被測定線１２に沿って、レーザビ
ーＡを走査する。ここで、角度ツの大きさは、レーザビ
ームによる１ｉｉｉ面±の脚点曽径に依存するが、通常
ｒ程度が最適であ石。そして、テレビカメラ２８を用い
て、第２の被測定線１２ｔ−撮曹すると、第９図の画像
Ｂが得られる。

図において、１２’は第２の被測定線像、１ｆは散乱体
１４による背景画像である。また、前述と同様にして、
ビデオ走査線ｌ、　ｗ　Ｊ：　ｔＤビデオ信号Ｂｔ−求
めると８１０図（ロ）に示すようになる。図において、
＃ｌはレーザ軌跡像である。

ここで、ビデオ信号Ａからビデオ信号Ｂを減算すると、
第１０図（ｃ）のビデオ信号が得られ、レーｆ＠＊＠−
，の例えば平均値を求めることにより次の信号位！検出
回路３４でビデオ信号Ｌν上０２次犬位管座禅（Ｈ、Ｖ
）を求めることができる。

而して、全てのビデオ走査ＭＩＬＫついて、前述の処ｊ
Ｊを施せば、ｋｆｌｌｈ上における、１ＩＩＥ１の被側
定Ｓ＊の各々、における２次元位曾座律が求められる。

なお、枦Ｉのビデオ信号Ａからのビデオ信号Ｂの＃！、
３Ｉに、スｄＦマンコンバータ３２の充電を制御するこ
とにより行なわれる。また、ビデオ信号Ａおよびビデオ
信号ＢＦｉ時間ｔＩＩ！上での位ｍが異る高Ｊ１５波ノ
イズを含み、レーザ執跡倫−１，−■の信号強斐がパン
クグラウンドよシもかなシ小さい場合も住じるので、本
実ｍ例では、レーザ＠ｗｌ像の信号ｎ度のＳＮ比低下に
対する対策として、ビデオ信号Ａ、Ｂを別置−前処理す
る信号処理回路１６．２０を設けて、第１の信号処理回
路１６に比軟して−２の信号処Ｓ回路２０の微分効果お
よびゲイン験！！を小さく設定している。

上記Ｏようにして得られた２次元位置座１１（Ｈ１■）
は、マイクロコンピュータ３６′で、ビームスキャナ２
６の水平方位角−、テレビカメラ２８０方位角およびビ
ームスキャナ２６とテレビカメラ２８の堆付位置に関す
る幾例字的定数を用いて、座欅変換によシ、炉内装入物
ｌ１ｉ３０上の第１１２）豪掬定１１１０上の各点の３
次元位置座健（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）Ｋ変換される。

次に、第１１図に示すようＫ、炉内装入物３０上に、例
えｒ：１０°関隔で９本の第１４Ｑ被醐定−Ｐ１〜Ｐａ
を想定すると共に１各第１４２）被側定■Ｐ１〜Ｐ９か
ら５°離れた位ＩＩｔＫ第２０豪測定−９１〜ｑｅを想
定し、上記のようにして、炉内装入−面３０上の１ｇ１
の被−り定１１ｐｓ〜Ｐ＠Ｏ各点における３次元位置座
１ＩＩＹｒ求め、３次元位置座標から包ｌｌ１１面を求
めれば、炉内装入物ｍａｏｏ形状を求めることができる
。

なお、上記で、は１、ス中ヤンコンバーメを用いてビデ
オ信号を減算するＮＫ”：）いて述べたが、ディジタル
メモリとマイクロコンピュータを用いて次Ｏように減算
処理するようＫしてもよい、すなわち、前処理された画
像信号を各々別個にディジタルメモリに記憶し、同一ビ
デオ走査線に相嶋するアドレスのデータを両ディジタル
メモリから読込んで、減算を行う方法である。なお、デ
ィジタルメモリとしては、ビデオ７レームメモリＶＭＦ
−１（東光■製、商品名）がある。

因に、従来の光切断法においては、全ｍ像データに対し
て検出不能および誤検出であった画像データの割合が約
６０５１であったが、本実施例では約４０１に改善され
た。

以上説明し念ようＫ、本発明によれば、散乱体雰囲気中
においても良好に被測定面の形状を測定することができ
る、という優れた効果が得られも

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光切断法を説明する丸めの説明図、第
２図は、本発明の詳細な説明するための説明図、第３図
乃至第５図は、各々前記原理における画像Ａ１画像Ｂお
よび＃Ｊ偉Ｃを示す線図、第６図は、前記ＩＩＡ理にお
いて歯儂Ａおよび１俸Ｂから画像Ｃｔ求めるための回路
のブロック線図、第７図は、本発明を炉内装入物面測定
に適用した場合の実施例を示すブロック線図、第８因お
よび第９図は、各々前記実施例における画ｍＡおよ、び
画像Ｂを示す線図、第１０図（ａ）、　（ｂ）、　（ｅ
）は、各々第８図における画ｍＡのビデオ信号Ａ１第９
図における＃偉Ｂのビデオ信号Ｂ、ビデオ信号Ａからビ
デオ信号Ｂを減算したビデオ信号を示す線図、第１１図
は、炉内装入物面全体にわ念って測定する場合に想定さ
れた被測定線を示す線図である。 ２・・・・投光装置、４・・・・撮ｇＩ装置、１０・・
・・第１の被測定線、１２・・・拳第２の被測定線、１
４・・ｅ・散乱体、１６．２０−・轡・信号処理回路、
１８・・・・記憶演算回路、２２・・・・レーザ光源、
２６・・・・ビームスキャナ、２８・・・・テレビカメ
ラ、３０・・・・炉内装入物面、３２・・・・スキャン
コ７パータ。 代理人　鵜　沼　辰　之 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 散乱体雰囲気中の被＃ｊ定面上に想定された１ｇｌの被
   測定線上に光を胛射して該第１Ｃ）被測定線を撮菅した
   とき１Ｊｉｌの画像係号を求めると共に、前記第１の被
   測定線から所定距勉鈑れた位置に想定された１ｇ２の被
   測定線上に光を照射して該第２の被測定Ｓを撮像し九と
   きの第２のＩ！ｉＩＩ！信号を求めた螢、前記ＩＩＩの
   ｊｉｉｉ＃信号から前記第２の画像４７１号を減員して
   新たな画像係号を求め、助記新た＆ｉｊ曹信号に基いて
   ｌｆＪ紀第１の値測定−が撮像されて−る画面上番ζお
   ける第１の被＃１定線像の２次元位置座＊を演算し、前
   記２次元位置座標を座標変換して前記普＆ｌＪ炬面上に
   おける前に第１の被測定線の３次元位置座Ｗを求Ｖる敏
   阪体蓚囲気中での被測定面の形状測定方法。