专利名称：炉内观察装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对以辐射光发光的热风炉等的炉内进行观察的炉内观察装置。
背景技术：
例如对制铁用高炉供给高温的热风的热风炉具有从地面起大约50m的高度和IOm 以上的内径，内壁温度在运转时达到大约1600°C，在停风时达到大约1400°C。此外，这样的热风炉由于是大型设备，所以建设期间长达大约3年，并且在建成后在20年的长期间中连续运转。因此，即使是1台变成不能使用的情况的话，也不得不长期间停工，因此定期地进行炉内诊断的维护是重要的。作为1种方法，从以前就进行监视炉壁的损伤状况。在炉内观察方法中，已有通过对壁面照射红外线等的激光而测定距离来计测损伤的程度的方法、通过CCD摄影机等对炉壁进行摄像而实施图像处理等来计测损伤的程度的方法等。例如，专利文献1记载的炉壁观察装置具有对炉壁照射光的照明装置；以及对照射了该光的炉壁进行摄像的CCD摄影机。而且，照明装置和CCD摄影机收容在1个框体内， 从在该框体形成的摄像用的观察窗对照明装置的光进行照射。再有，作为本申请的其它现有技术文献，有下述的专利文献2、3。在专利文献2中，对炉内的炉壁投射激光裂隙光(laser slit light)，经由仅使激光裂隙光的反射光通过的滤波器对炉壁表面进行摄影，将获得的影像与不经由该滤波器摄影而获得的影像进行合成，比较合成图像上的激光裂隙线的变形和成为基准的尺寸，求取对象物表面的凹凸程度。在专利文献3中，对炉内的炉壁照射脉冲激光，使来自炉壁表面的脉冲激光的反射光通过仅使该反射光的波长透射的光学滤波器，并且通过与照射时间同步地打开的高速快门进行摄影，由此抑制激光的照射能量，并且降低辐射光的噪声，作为比较大范围的图像获得炉壁的状态。现有技术文献专利文献
专利文献1 日本特开2005-146164号公报； 专利文献2 日本特开2002-90124号公报； 专利文献3 日本特开2008-157559号公报。
发明内容
发明要解决的问题
可是，在专利文献1所述的炉壁观察装置中，如上述的热风炉那样，在炉内暴露于高温，炉壁以辐射光进行发光的情况下，存在辐射光的明亮度强，仅能获得对比度低的图像的问题，以及难以拍摄凹陷、龟裂等的影子，容易受到散射光的影响等的问题。此外，在专利文献2所述的炉壁观察装置中，作为炉壁的信息仅能获得裂隙的信息，不能获得炉壁的龟裂、凹陷等的判断整体的大范围的图像。此外，不经由滤波器的辐射光的信息在炉壁温度变为1100°C以上时，实际上由于辐射光的噪声过大而不能鲜明地获得炉壁的信息，不能获得炉壁的龟裂等的信息。因此，不能获知作为基准的耐火物的接缝的宽度，难以根据合成图像求取凹凸的尺寸。此外，在专利文献3所述的炉壁观察装置中，由于炉壁的信息是通过脉冲激光的比较大范围的反射光而获得，所以即使是1100°c以上的高温，通过照射与辐射光相比具有大的能量密度的脉冲激光，能够获得炉壁的凹凸、龟裂的影子，但对比度不太高，此外，作为图像信息仅能获得激光的信息，因此有时难以根据获得的图像来判别炉壁的凹凸、龟裂。本发明正是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供一种炉内观察装置，即使在炉壁以辐射光发光的情况下，也能取得对比度高、且不仅包含激光的反射光的图像信息还包含辐射光的一部分的图像信息的图像，并且能够容易判别炉壁的凹凸、龟裂的影子。用于解决课题的方案
为了抑制辐射光、散射光的影响，考虑使用如在专利文献3中也记载的那样的仅使照射激光的波长透射的光学滤波器。可是，即使这样，也难以取得对比度充分高、且能够充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。可是，本申请的发明者发现，通过使用不仅使照射激光的波长、也使3原色中的红色的波长区域的光透射的光学滤波器，能够取得对比度充分高、并且能够充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像(这样的见解没有在上述专利文献 Γ3中公开)。S卩，为了实现上述目的，根据本发明，提供一种炉内观察装置，对以辐射光发光的炉内进行观察，其特征在于，
具备激光照射装置，对所述炉内的炉壁面照射激光；以及光接收装置，对来自所述炉壁面的反射激光进行光接收， 所述光接收装置具备
光学滤波器，使所述激光、以及3原色中的与红色对应的波长区域内的规定波长范围的光透射；以及
图像生成装置，基于通过了该光学滤波器的包含上述反射激光的光，生成所述炉壁面的图像。在上述本发明中，所述光接收装置具备使所述激光的波长及3原色中的红色的波长区域内的规定波长范围的光透射的光学滤波器；以及基于通过了该光学滤波器的包含所述反射激光的光来生成所述炉壁面的图像的图像生成装置，因此如上述那样，不仅能够使用照射激光的图像信息，也能够使用3原色中的红色(辐射光)的波长区域的光的图像信息来生成图像，由此，能够获得对比度充分高，并且在遮挡辐射光的红色的波长区域内的规定波长范围以外的成为噪声的辐射光的同时信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。根据本发明的优选实施方式，所述激光的波长被包含在3原色中的与绿色对应的波长区域中。像这样，所述激光的波长被包含在原色中的绿色光的波长区域中，因此作为激光照射装置能够使用一般的YAG激光器，并且能够捕获绿色的反射激光的成分和红色辐射光的成分，由此能够获得对比度更足够高、且信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。
所述光学滤波器仅使所述激光的波长以及其附近的波长范围的光、和红色光的所述波长范围的光选择性地透射。像这样，因为所述光学滤波器仅使所述激光的波长及其附近的波长范围的光、和红色光的所述规定波长范围的光选择性地透射，所以能够一边抑制散射光等的其它的影响，一边利用激光和必要的量的红色辐射光，由此，对比度充分高、且能一并获得激光的反射光的波长附近的图像信息，因此能够获得信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。所述规定波长范围与所述辐射光的波长中的辐射光强度成为顶峰的波长不同。像这样，因为所述规定波长范围与所述辐射光的波长中的辐射光强度成为顶峰的波长不同，所以能够适合地抑制利用的所述辐射光量，能够获得噪声更少的图像信息。所述图像生成装置具备以减少所述激光的强度与所述红色光的所述规定波长范围的光的强度的差的方式，对通过了所述光学滤波器的光的强度进行补正的强度补正部。像这样，所述图像生成装置具备以减少所述激光的强度、和所述红色光的波长区域的光的强度的差的方式对通过了所述光学滤波器的光的强度进行补正的强度补正部，因此能够一边抑制辐射光的影响，一边也利用辐射光来生成图像。由此，能够获得对比度充分高、且在抑制噪声的同时信息量多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。发明的效果
根据上述的本发明的炉内观察装置，能够获得对比度充分高、且在遮挡辐射光的红色的波长区域内的规定波长范围以外的成为噪声的辐射光的同时信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。
图1是表示本发明的实施方式的炉内观察装置的结构图。图2是表示本发明的实施方式的炉内观察装置的作用的图。图3是表示本发明的实施方式的光学滤波器的特性例的图。图4是表示本发明的实施方式的光学滤波器的其它的特性例的图。图5A是表示比较例的图像。图5B是表示本发明的实施方式的效果的图像，是本发明的实施方式的情况。图6A是表示比较例的图像。图6B是表示本发明的实施方式的效果的图像，是本发明的实施方式的情况。图7A是表示炉内温度为1200°C的情况下的、快门速度和图像生成装置8的光接收强度的关系的图表。图7B是表示炉内温度为1300°C的情况下的、快门速度和图像生成装置8的光接收强度的关系的图表。图7C是表示炉内温度为1400°C的情况下的、快门速度和图像生成装置8的光接收强度的关系的图表。图8A是表示炉内温度为1200°C的情况下的、快门速度和图像生成装置基于光接收生成的图像的三原色(RGB)各自的亮度的关系的图表。
图8B是表示炉内温度为1300°C的情况下的、快门速度和图像生成装置基于光接收生成的图像的三原色(RGB)各自的亮度的关系的图表。图8C是表示炉内温度为1400°C的情况下的、快门速度和图像生成装置基于光接收生成的图像的三原色(RGB)各自的亮度的关系的图表。图9是表示对按每个摄像范围获得的图像进行合成的图像处理单元的框图。图10是表示本发明的炉内观察装置的第二实施例的概略结构图。
具体实施例方式以下，针对本发明的实施方式，使用图1、图2进行说明。在这里，图1、图2是表示本发明的炉内观察装置的结构图。本实施方式的对以辐射光H发光的炉内进行观察的炉内观察装置具备对所述炉内的炉壁面照射激光的激光照射装置100 ；以及对来自所述炉壁面的反射激光进行光接收的光接收装置200。再有，在本实施方式中，所述炉壁面变为iioo°c以上的高温。所述光接收装置200具备使所述激光的波长和3原色中的红色光的波长区域内的规定波长范围透射的光学滤波器15 ；以及基于通过了该光学滤波器15的包含反射激光的光，生成所述炉壁面的图像的图像生成装置8。所述激光的波长被包含在3原色中的绿色光的波长区域中。在本申请中，3原色中的绿色光的波长区域是495 470nm，红色光的波长区域是超过570nm (例如575nm以上)且 830nm以下。在本实施方式中，优选所述激光的波长是532nm。例如，能够将YAG激光器的二次谐波(532nm)作为所述激光。在图3、图4中表示能够使用的光学滤波器15的特性例。如图3、图4的例子所示，所述光学滤波器15仅使所述激光的波长以及其附近的波长范围的光、和红色光的所述波长区域中的所述规定波长范围的光选择性地透射。该规定波长范围如果是红色波长区域内的话是哪里均可，但包含60(T800nm范围、SOOnm范围等的与激光的波长范围分离的红色波长范围能够获得更鲜明的图像信息，因此优选。此外，能够使用市场销售的光学滤波器，比较简便。再有，图3表示使离散的多个(2个)波长范围的光透射的光学滤波器15的特性例，图4表示具有连续的透射波长区域的光学滤波器15的特性例。为了获得这样的图3、图 4的光学滤波器的特性，组合多个光学滤波器来构成光学滤波器15也可。此外，在图3、图 4的例子中，使所述激光的波长以及其附近的波长范围透射，但也可以使用仅选择性地使所述激光的波长(例如532nm)和所述规定波长范围的光(例如SOOnm)透射的光学滤波器15。 再有，光学滤波器15针对来自所述炉壁面的辐射光，仅使该辐射光中的一部分透射。更优选光学滤波器15使来自所述炉壁面的辐射光中包含的红色光的波长区域的辐射光中的、 该波长区域的一部分的波长区域的辐射光透射，抑制噪声的影响。此外，只要是仅使所述激光的波长及该波长附近的波长范围和所述规定波长范围的光选择性地透射的光学滤波器， 或仅使所述激光的波长和所述规定波长范围的光选择性地透射的光学滤波器的话，即使是具有图3、图4以外的特性的滤波器，也能够作为本实施方式的光学滤波器15而使用。所述图像生成装置8具备以自动地减少所述激光的强度与所述红色光的所述规定波长范围的光的强度的差的方式，对通过所述光学滤波器的光的强度进行补正的强度补正部201。强度补正部201进行减少所述激光(532nm的光)的强度、和所述规定波长范围内的光的合计强度的差的补正。例如，以所述激光(532nm的光)的强度与所述规定波长范围内的光的合计强度一致的方式，对通过所述光学滤波器的光的强度进行补正。基于这样补正的数据，图像生成装置8生成炉壁面的图像。在上述的实施方式中，所述光接收装置200具备使所述激光的波长及3原色中的红色的波长区域内的规定波长范围的光透射的光学滤波器15 ；以及基于通过该光学滤波器15的包含所述反射激光的光来生成所述炉壁面的图像的图像生成装置8，因此如上述那样，不仅能够使用照射激光的波长，也能够使用3原色中的红色的波长区域的光来生成图像，由此，能够获得对比度充分高、并且遮挡辐射光的红色的波长区域内的规定波长范围以外的成为噪声的辐射光、同时信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。此外，所述激光的波长被包含在原色中的绿色光的波长区域中，因此作为激光照射装置能够使用一般的YAG激光器，并且能够捕获绿色的反射激光的成分和红色辐射光的成分，由此能够获得对比度充分高、且信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。进而，因为所述光学滤波器15仅使所述激光的波长及其附近的波长范围的光、和所述规定波长范围的红色辐射光选择性地透射，所以能够一边抑制散射光等的其它的影响，一边利用激光和必要的量的红色辐射光，由此，对比度充分高、且能一并获得激光的反射光的波长附近的图像信息，因此能够获得信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。本实施方式的效果换句话说如下所述。由于反射激光的能量高，所以如后述的图 8A、图8B、图8C那样，与反射激光相当的G亮度变高，有从炉壁面放射的G波长区域的辐射被反射激光遮隐的倾向。另一方面，作为图像信息取得的B波长区域的亮度(B亮度)如后述的图8A、图8B、图8C那样，与R、G相比较低，因此作为信息较弱(不充分)。相对于此，R 波长范围的辐射光的图像信息如后述的图8A、图8B、图8C那样，作为信息最优越。因此，通过将反射激光的G亮度的图像信息(S卩，炉壁面的影子的信息)、与根据从炉壁面放射的R波长区域的辐射的R亮度的图像信息进行合成，从而与仅根据反射激光的图像信息的情况相比，能够获得可更详细地观察炉壁面的图像。此外，所述图像生成装置8具备以减少所述激光的强度、和所述规定波长范围的红色辐射光的强度的差的方式对通过所述光学滤波器15的光的强度进行补正的强度补正部201，因此能够一边抑制辐射光的影响，一边适合地利用辐射光来生成图像。由此，能够获得对比度充分高、且噪声更少的图像信息，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。图5A、图5B、图6A、图6B是表示本实施方式的效果的图像。图5A、图6A是仅利用反射激光而生成的炉壁面的图像，图5B、图6B是通过本实施方式，根据反射激光以及所述规定波长范围的红色光而生成的炉壁面的图像。如这些图所示，在本实施方式中，与仅利用反射激光的情况相比，能够取得对比度充分高、且可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的图像。以下，说明本实施方式能够应用的炉内观察装置的整体结构例。如图1、图2所示，激光照射装置100包括对所述炉内的炉壁面照射激光L的激光振荡装置1 ；能够调整激光 L的照射范围的投光透镜(projection lens) 2 ；以及使激光L反射来照射所希望的观察部分的投光镜3。再有，如图1、图2那样，设置有使来自投光镜3的激光L透射的第二观察窗 4，以及使来自观察部分的反射光R透射的第二观察窗5。光接收装置200具备使透射了第二观察窗5的反射光R反射的光接收镜6 ；经由上述光学滤波器15接收来自光接收镜6 的反射光R并使反射光R聚光并且能够调整摄像范围的光接收透镜7 ；以及对通过光接收透镜7聚光了的反射光R进行光接收并生成图像的上述的图像生成装置8。此外，炉内观察装置具有使投光镜3驱动的投光用电动机9 ；使光接收镜6驱动的光接收用电动机10 ；以及控制投光用电动机9和光接收用电动机10的驱动的控制单元11，投光透镜2和光接收透镜7以使激光L的照射范围与图像生成装置8的摄像范围变得大致相同尺寸的方式进行调整，控制单元11以照射范围和摄像范围大致一致的方式使投光镜3和光接收镜6连动。所述激光振荡装置1是照射用于照亮炉内的观察部分的照明(激光L)的装置。再有，在高炉用热风炉中，反射光H是在红外范围的2 3 μ m具有顶峰波长的光。在该情况下， 激光振荡装置1例如采用1. 06 μ m或0. 53 μ m ( 二次谐波)的波长的Nd =YAG激光器装置。当然，激光振荡装置1是从辐射光H的顶峰波长(2 3μ m)充分离开的波长，优选是能够照射3原色中的绿色光的波长范围(例如50(T665nm)内的波长(例如，532nm)的激光L的装置。此外，为了抵抗辐射光H而照亮观察部分，优选以发散角尽力变小的方式进行调整。 再有，在激光振荡装置1，连接有赋予对晶体、器件进行激励的能量的电源12。来自激光振荡装置1的激光是脉冲光也可，是连续光也可。所述投光透镜2是调整激光L的照射范围的设备。投光透镜2优选使用例如共焦点透镜式的透镜，但也可以使用单焦点透镜式的透镜。投光透镜2以使从激光振荡装置1 照射的极细(直径Imm左右)的激光L在观察部分(大约8米远的炉壁)中形成直径50cm左右的照射范围的方式被调整。再有，在由于激光L的直进性而发散角充分�。鲆约す庹竦醋爸�1能够调整照射范围的情况下、能够确保所希望的照射范围的情况下，也可以省略投光透镜2。此外，在图1中，直接连接激光振荡装置1和投光透镜2，但也可以使用光纤等的传输管道进行连接。通过使用传输管道，能够使激光振荡装置1和投光透镜2分离配置，能够使布局的自由度提高。所述投光镜3是将从激光振荡装置1照射的激光L反射并照射所希望的观察部分的设备。在图1所示的投光镜3连接有投光用电动机9，以能够向固定方向摇摆并变更角度的方式构成。此外，也可以连接使投光用镜3的角度在与摇摆方向大致垂直的方向变化的第二投光用电动机。再有，在投光透镜2和投光镜3之间(投光镜3的上游侧)配置光学滤波器13也可。光学滤波器13仅使激光L的波长通过，隔断除此之外的波长。光学滤波器 13例如使用干涉滤波器。此外，光学滤波器13配置在投光镜3和第一观察窗4之间(投光镜3的下游侧)也可。所述第一观察窗4和第二观察窗5是用于观察炉的内部(特别是炉壁)的观察窗。 第一观察窗4和第二观察窗5形成于炉的一部分或者插入炉内的部件。此外，由于炉内是高温状态，所以第一观察窗4和第二观察窗5通过耐热玻璃构成。如图1的例子那样，优选在投光系统和光接收系统中使用不同的观察窗(第一观察窗4和第二观察窗5)，但在投光系统和光接收系统中使用相同的观察窗也可。通过不同的观察窗，能够使投光系统和光接收系统的光轴偏离，能够对观察部分倾斜地照射激光L，能够较大地映出炉壁的凹凸、龟裂的影子，能够将该影子的部分作为图像进行摄像。此外，也可以在第一观察窗4和第二观察窗5的外侧配置耐热快门14。耐热快门 14是机械地遮蔽光的快门，例如是使开孔的叶轮旋转的设备。在图1的例子中，构成为包括具有使激光L通过的切缺孔的耐热圆板14d ；使耐热圆板14d旋转驱动的电动机14m。 因此，当以电动机14m使耐热圆板14d旋转时，仅在切缺孔移动到第一观察窗4和第二观察窗5的位置时能够照射激光L，在此之外时能够维持封闭第一观察窗4和第二观察窗5的状态。因此，能够防止在不需要激光L的照射的时刻，辐射光H进入设备，能够保护设备类不受热影响。再有，电动机14m的旋转速度通过后述的控制单元11，以激光L的照射和切缺孔通过第一观察窗4和第二观察窗5的定时同步的方式进行控制。以从耐热快门14的切缺孔到下一个切缺孔的时间间隔，成为为了保护设备类不受热影响所需要的时间间隔的方式，适宜地设定耐热圆板14d的旋转速度、切缺孔的宽度、以及切缺孔的圆周方向间隔即可。接着，为了光接收量的控制，能够配置高速快门16或耐热快门14。以下，在仅提起快门速度时，快门速度意味着高速快门16或耐热快门14的快门速度，但在使用高速快门16 和耐热快门14的双方的情况下，快门速度意味着高速快门16和耐热快门14的快门速度中的快的快门速度。快门速度(每一次快门开时的打开时间)优选以如下方式设定，即，图像生成装置 8基于光接收而生成的图像的三原色(RGB)各自的亮度不饱和，并且该图像的三原色分别成为为了使该图像鲜明所需要的规定的亮度(例如，在将图像结构上的亮度范围设为0 255 时为200)以上。针对快门速度的设定例进行说明。在这里，计算在炉内的温度为1200°C、130(TC、 1400°C中的最优的快门速度。作为计算的前提条件，使用炉内观察装置21的数值(CCD摄影机8、透镜7、光学滤波器15、激光器等)。此外炉壁面的反射率、放射率等使用经验值。设激光的照射面积是 1. 223m2，摄影机8的视野范围是0. 949m2。此外，激光的发光时间是纳秒 数十纳秒级，与快门速度相比极其短，因此激光的光接收强度不受快门速度影响而是固定的。由于辐射光是连续光，所以C⑶摄影机(图像生成装置)8光接收的辐射光的光接收强度与快门速度成比例。图7A、图7B、图7C是分别表示炉内温度为1200°C、1300°C、1400°C的情况下的、快门速度和图像生成装置8的光接收强度的关系的图表。再有，在图7A、图7B、图7C中，符号 A表示来自炉壁面的辐射光的光接收强度，符号B表示根据激光振荡装置1的来自炉壁面的反射激光的光接收强度。辐射光的光接收强度是对RGB全部的波长区域进行光接收的强度，反射激光的光接收强度是作为照射激光使用YAG激光器的二次谐波、532nm波长的脉冲激光，以炉内耐火物表面的能量密度是0. 5ff/m2的强度(30脉冲/秒，发光时间10纳秒)进行照射而光接收的强度。图7A、图7B、图7C是表示决定快门速度的通常的考虑方式的图，是以反射激光的光接收强度比辐射光的光接收强度大的方式缩短快门速度的考虑方式。由此，能够使反射激光的光接收强度比辐射光(亮度饱和而成为噪声的辐射光)大，能够获得根据反射激光的炉内的图像信息。即，在图7A、图7B、图7C中，通过使快门速度在炉内温度为1200°C时为0. 0006秒以下，在炉内温度为1300°C时为0. 0002秒以下，在炉内温度为1400°C时为 0. 0001秒以下，从而能够获得根据反射激光的炉内的图像信息。接着，针对在本发明中，基于使用光学滤波器使激光和3原色中的与红色对应的波长区域内的规定波长范围的光透射的光来生成图像是有效的理由和优选快门速度进行说明。图8A、图8B、8C是分别表示炉内温度分别为1200°C、1300°C、1400°C的情况下的、 快门速度和图像生成装置8基于光接收生成的图像的三原色(RGB)各自的亮度的关系的图表。作为激光，使用YAG激光器的二次谐波、532nm波长的脉冲激光，以炉内耐火物表面的能量密度为0.5W/m2的强度(30脉冲/秒，发光时间10纳秒)进行照射。图中的G亮度、R亮度、B亮度表示使用仅使R、G、B各自的波长区域透射的光学滤波器进行光接收时的亮度(在试验中，在RGB的光接收元件中分别使用对应的上述光学滤波器，求取RGB各自的亮度)。在图像生成装置8中，由于不区别根据激光振荡装置1的来自炉壁面的反射激光和来自炉壁面的辐射光进行光接收，所以将该反射激光和该辐射光相加，考虑图像生成装置8的灵敏度特性，计算映到图像生成装置(摄影机)8的三原色(RGB)的亮度((Γ255)。因此，G亮度通过将成为G波长区域的反射激光和G波长区域的辐射光合成而决定。此外，R 亮度通过R波长区域的辐射光决定，B亮度通过B波长区域的辐射光决定。在炉内的温度为1200°C的情况下，如图8A所示，当快门速度变为0. 00036秒以上时，G亮度变为255以上，变得饱和而不适用。此外，为了鲜明地观看，需要某种程度的明亮度，在这里当规定为G的亮度需要200以上时，快门需要打开0. 00015秒以上。因此，在该情况下，最优的快门速度是0. 00015 0. 00036秒(1/4000秒等)。在炉内的温度为1300°C的情况下，如图8B所示，当快门速度变为0. 00012秒以上时，G亮度变为255以上，变得饱和而不适用。此外，为了鲜明地观看，需要某种程度的明亮度，在这里当规定为G的亮度需要200以上时，快门需要打开0. 00005秒以上。因此，在该情况下，最优的快门速度是0. 00005 0. 00012秒(1/10000秒等)。在炉内的温度为1400°C的情况下，如图8C所示，当快门速度变为0. 00005秒以上时，G亮度变为255以上，变得饱和而不适用。此外，为了鲜明地观看，需要某种程度的明亮度，在这里当规定为G的亮度需要200以上时，快门需要打开0. 00002秒以上。因此，在该情况下，最优的快门速度是0. 00002 0. 00005秒(1/40000秒等)。此外，仅以反射激光的图像信息，对比度低，此外作为信息也有被局限的方面，因此在本发明中，还一起光接收使辐射光中的、与红色对应的波长区域内的规定波长范围的光透射后的光。从图8A、图8B、图8C可知，在1200°C 1400°C的任一个炉内温度中，R亮度大幅超过B亮度，并且比G亮度�。挥斜ズ汀Ｒ虼耍诒痉⒚髦校ü褂檬狗瓷浼す獾牟ǔで蚝头涔獾腞波长区域的双方透射的光学滤波器，也能够获得R波长区域的辐射光的图像信息，并且通过合成能够获得对比度高的图像信息。最佳的快门速度由于主要的图像信息具有反射激光，所以与上述的快门速度相同。像这样，虽然根据炉内温度，适合的快门速度不同，但在本发明中，不仅能够使用照射激光的波长(在图中相当于G亮度)，而且也使用3原色中的红色的波长区域的光(在图中相当于R亮度)来生成图像，由此能够获得对比度充分高、并且在能够遮挡辐射光的红色的波长区域内的规定波长范围以外的成为噪声的辐射光(在图中相当于B亮度)的同时信息量更多的图像，能够取得可充分判别炉壁的凹凸、龟裂的影子的鲜明的图像。所述光接收镜6是对透射了第二观察窗5的激光L的反射光R进行反射，使其射入图像生成装置8的设备。在图1所示的光接收镜6连接有光接收用电动机10，以能够向固定方向摇摆并变更角度的方式构成。此外，也可以连接使光接收用镜6的角度在与摇摆方向大致垂直的方向变化的第二光接收用电动机。再有，光学滤波器15也可以配置在光接收镜6的上游侧。所述光接收透镜7是调整图像生成装置8的摄像范围的设备。光接收透镜7优选使用例如望远透镜式的透镜。通过调节这样的望远透镜的光阑和焦点，以使图像生成装置 8的摄像范围成为与激光L的照射范围大致相同大小的方式进行调节。理想的是优选照射范围与摄像范围一致，但至少以摄像范围中包含照射范围、且尽力不包含除此之外的部分的方式进行调整。例如，以在观察部分(大约8m远的炉壁)形成直径50cm左右的摄像范围的方式进行调整。再有，光接收透镜7不限于望远透镜式的透镜，也可以是通过多个透镜的组合而能够调节焦点的形式的透镜。所述图像生成装置8是对来自光接收透镜7的反射光R进行光接收并生成图像的设备。这样的图像生成装置8例如使用能够生成彩色(RGB)图像的C⑶摄影机。在图1所示的图像生成装置8中，在与光接收透镜7之间具备高速快门16。上述的高速快门16指的是例如限制CCD元件积攒光的时间的电子快门(通常内置于CCD摄影机)等的不机械式工作的快门，由于没有机械的运转部，所以能够实现1/10000秒等的快的快门速度。高速快门16与激光L的照射定时同步地通过控制单元11被开闭。通过配置这样的高速快门16， 能够使辐射光H难以射入图像生成装置8，能够保护图像生成装置8不受热影响。当然，在耐热快门14是足够的情况下省略高速快门16也可，也可以仅在第一观察窗4配置耐热快门14，在图像生成装置8配置高速快门16。在省略高速快门16而仅采用耐热快门14的情况下，耐热快门14兼发挥控制亮度的高速快门的作用，但在炉内为高温的情况下适合的快门速度非常短，难以机械地控制，因此在仅采用耐热快门14的情况下，优选在炉内是比较低温(例如，1200°C以下)的情况下进行应用。此外，省略耐热快门14而仅采用高速快门也可，但在该情况下，从第二观察窗5侵入的多余的辐射光被高速快门和光学滤波器15遮挡， 从第一观察窗4侵入的多余的辐射光被光学滤波器13遮挡，由此能够实现耐热的作用。再有，高速快门16内置于C⑶摄影机也可，也可以是数字地切取图像的数字快门。所述控制单元11是控制激光振荡装置1的照射定时、耐热快门14和高速快门16 的开闭定时、投光镜3和光接收镜6的摇摆定时等的设备。控制单元11使激光振荡装置1 的照射定时和打开耐热快门14及高速快门16的定时同步。通过这样的处理，能够在必要的定时对观察部分照射激光L，并且对其反射光R进行光接收而取得图像，在没有照射激光 L时，能够防止辐射光H向设备的射入。此外，控制单元11以照射范围和摄像范围大致一致的方式使投光镜3与光接收镜6连动。具体地，控制投光用电动机9和光接收用电动机 10的旋转，使投光镜3与光接收镜6连动。例如，在投光用电动机9和光接收用电动机10 设置旋转编码器等的能够感测旋转量的传感器，一边计测该数据一边使其连动。由于使照射范围和摄像范围一致的条件(投光用电动机9和光接收用电动机10的旋转量)根据炉内观察装置的设备结构、观察窗的配置(距离)等的条件而不同，所以优选事先以在实际使用的条件下照射范围和摄像范围一致的方式通过试验或模拟求取连动的条件(投光用电动机 9和光接收用电动机10的旋转量)。此外，控制单元11连接于计算机17，以基于来自计算机17的指令进行上述的处理的方式被设定并且工作。计算机17具备CPU (中央处理装置)、RAM、ROM、硬盘等的存储装置、键盘等的输入装置以及显示器等的输出装置，构成对通过图像生成装置8取得的图像进行处理的图像处理单元。在这里，图9是表示对按每个摄像范围获得的图像进行合成的图像处理单元的框图。在计算机17的存储装置31中保存有按每个摄像范围获得的图像 P1、P2、P3。通过计算机17的CPU操作的图像处理单元32调用在存储装置31中保存的图像PI、P2、P3，将全景合成了这些图像PI、P2、P3的全景图像P4输出到显示器等的输出装置。通过这样的处理，能够容易地把握被摄像的炉壁的整体像。再有，图像处理单元32在上述的图像合成之外，也能够对按每个摄像范围获得的图像PI、P2、P3的对比度、白平衡、 剪裁(trimming)等的调整、壁面的凹凸、龟裂的影子的提取等进行处理。接着，针对本发明的炉内观察装置的作用进行说明。在这里，图2是表示本发明的炉内观察装置的作用的图。再有，针对与图1相同的结构部件赋予相同的符号，并且简略地图示炉内观察装置的结构。如图2所示，炉内观察装置21配置在形成有第一观察窗4和第二观察窗5的炉的外侧。形成有第一观察窗4和第二观察窗5的壁面部22是炉的外壁也可，是包围从炉的开口部插入炉内的炉内观察装置21的框体也可。此外，炉内观察装置21以激光振荡装置1 的照射范围与图像生成装置8的摄像范围在作为观察部分的炉壁23中成为大致相同大小 (在图中施加网格的观察部分S)的方式进行调整。由于炉壁23与第一观察窗4和第二观察窗5的位置/距离关系根据炉而不同，所以优选利用模拟设置处所的试验设备等预先以照射范围与摄像范围成为大致相同大小的方式进行调整。当然，在将炉内观察装置21设置在规定的处所之后再以照射范围与摄像范围成为大致相同大小的方式进行调整也可，在设置后进行微调整也可。再有，在照射范围和摄像范围的调整时，使用图1所示的投光透镜2 和光接收透镜7。在本发明中，分别独立地形成投光系统的第一观察窗4和光接收系统的第二观察窗5。通过采用这样的结构，能够倾斜地对观察部分S照射激光L，能够较大地明确地映出观察部分S中的凹凸、龟裂的影子。此外，能够防止第一观察窗4中的反射光W、炉内的粉尘等导致的散射光D射入图像生成装置8，能够取得噪声少的图像。此外，通过控制单元11使投光用电动机9和光接收用电动机10驱动，使投光镜3 和光接收镜6连动地转动，如图2所示，使其一边维持激光振荡装置1的照射范围和图像生成装置8的摄像范围是大致一致的状态，一边在炉壁23的规定的方向对观察部分S进行扫描。在这里，图示了在图的AB方向上扫描观察部分S的情况，但通过在投光镜3和光接收镜6再设置另外的电动机，在与AB方向大致垂直的方向上扫描观察部分S也可。此外，投光镜3和光接收镜6通过投光用电动机9和光接收用电动机10以固定的速度平滑地转动也可，以规定的相位间隔间歇地转动也可，与激光L的照射定时同步地转动也可。如上所述，通过以照射范围与摄像范围成为大致相同大小的方式进行调整，如在观察部分S所示那样，能够提高狭窄范围的摄像图像的鲜明度。此外，通过以照射范围与摄像范围大致一致的方式使投光镜3和光接收镜6连动，能够将大范围的炉壁23作为多个图像进行摄像。进而，通过将这些图像以图9所示那样进行全景合成，能容易地观察炉壁23 的整体像。再有，在使用脉冲激光的情况下，虽然在图2中省略，但在图像生成装置8和光接收镜6之间配置高速快门16。接着，针对本发明的炉内观察装置的其它实施例进行说明。在这里，图10是表示本发明的炉内观察装置的第二实施例的概略结构图。再有，针对与图1所示的炉内观察装置相同的结构部件赋予相同符号并省略重复的说明。图10所示的炉内观察装置41具有筒状的框体42，在侧面形成有第一观察窗4和第二观察窗5，并且在内部配置有激光振荡装置1、投光透镜2、投光镜3、光接收镜6、光接收透镜7、图像生成装置8等；以及驱动单元43，使框体42轴中心地旋转。这样的炉内观察装置41例如从在炉44的上部形成的开口部插入到炉内，以第一观察窗4和第二观察窗5与作为观察部分的炉壁对峙的方式配置。而且，通过使投光镜3及光接收镜6连动地转动，能够沿着炉壁的上下方向扫描观察部分S。再有，在图10所示的炉内观察装置41中，图示有以光纤18连接激光振荡装置1和投光透镜2的情况。所述框体42由于插入到高温状态的炉内，所以优选具有水冷却套。因此，框体42 以能够从外部对水冷却套注入冷却水，将冷却水排出到外部的方式构成。此外，在框体42 的上端的外周部，形成有与驱动单元43连结的齿轮。驱动单元43构成为包括以能够旋转驱动的方式配置的电动机43m、和连接于电动机43m的前端的齿轮43g。此外，电动机43m 连接于炉内观察装置41的控制单元11，基于控制单元11或计算机17的指令被旋转驱动。 再有，驱动单元43的结构不限于图示的结构，也可以是能够以手动进行旋转的结构，也可以是通过带驱动、链驱动能够旋转的结构。此外，框体42和驱动单元43是炉44具备的机构也可。在该情况下，在框体42的内部插入具有激光振荡装置1、投光透镜2、投光镜3、光接收镜6、光接收透镜7、图像生成装置8等的炉内观察装置41即可。如该第二实施例那样，通过配置驱动单元43能够将炉内观察装置41本身相对于炉44相对地旋转，能够沿着炉壁的水平方向扫描观察部分S。因此，仅使用1个炉内观察装置41，就能在炉壁的大范围取得图像。炉内观察装置41通过驱动单元43缓慢地平滑地旋转也可，在上下方向的扫描完成后以规定的相位间隔间歇地旋转也可。如图10所示，通过将炉内观察装置41从炉44的中央上部插入，即使是在以驱动单元43使炉内观察装置41旋转的情况下，也能够将第一观察窗4和第二观察窗5与炉壁的距离保持为固定，能够省略使炉内观察装置41旋转导致的照射范围与摄像范围的大小和位置的微调整。再有，在通过炉内观察装置41的旋转，第一观察窗4与第二观察窗5和炉壁的距离变化的情况下，按每个旋转对照射范围和摄像范围的大小与位置进行微调整也可，通过预先取得数据而与旋转相位连动地对照射范围和摄像范围的大小与位置自动地进行调整也可。进而，驱动单元43不限定于是旋转驱动炉内观察装置41的单元，是直进驱动的单元也可，具备旋转驱动用和直进驱动用的双方的功能也可。通过使炉内观察装置41直进驱动，能够观察仅以投光镜3和光接收镜6的操作不能摄像的部分。在使炉内观察装置41直进驱动的情况下，将框体42的长度形成为与希望直进驱动的长度同等以上，通过千斤顶、 致动器使框体42驱动也可。此外，将炉内观察装置41搭载于在炉壁或地面等的炉内驱动的移动架台、壁面机器人进行驱动也可。 实施例将与本发明对应的实施例1、2与比较例广3以如下方式实施。(实施例1)
使用图10那样的观察炉内的装置，观察温度1200°c的高炉用热风炉的炉内内壁。作为向炉内壁面照射的激光，使用YAG激光器的二次谐波、532nm波长的脉冲激光，以对象耐火物表面的能量密度为0. 5ff/m2的强度(30脉冲/秒，17mJ/脉冲、发光时间10 纳秒)进行照射。作为光学滤波器15，使用图3所示的透射495 570nm、77(T820nm的波长区域的光学滤波器15。此外，高速快门16的快门速度设为4000分之1秒，以在脉冲激光的光接收时开放高速快门16的方式进行同步。一边在炉的圆周方向改变照射位置，一边以9度的间隔取得合计41图像(360度的量)，进行全景合成，取得图5B那样的图像(再有，在全景制作中，是9度的间隔的话以40 图像就足够了，在本实施例中，在一周后在相同的位置再取得1个图像，取得41个图像)。由此，能够鲜明地把握构成炉壁的砖表面的接缝状态。(实施例2)
使用图10那样的观察炉内的装置，观察温度1200°c的高炉用热风炉的炉内的连络管
口卷结构。一边在炉的圆周方向改变照射位置，一边作为每次脉冲激光的光接收的图像的向炉内壁面照射的激光，使用YAG激光器的二次谐波、532nm波长的脉冲激光，以在宽度中对象耐火物表面的能量密度为0. 5ff/m2的强度(30脉冲/秒，17mJ/脉冲、发光时间10纳秒) 进行照射。作为光学滤波器15，使用图3所示的透射495 570nm、77(T820nm的波长区域的光学滤波器15。此外，高速快门16的快门速度设为4000分之1秒，以在脉冲激光的光接收时开放快门的方式进行同步。—边在炉的圆周方向改变照射位置，一边取得每次脉冲激光的光接收的图像(每秒30枚)，进行全景合成，通过对原始数据增强三原色中的R数据的亮度(+150)，获得图6B 那样的图像。这样能够把握以原始图像不能判别的口卷结构砖的接缝裂开状态和表面微龟裂。(比较例1)
除了将光学滤波器变更为仅使激光波长范围通过的滤波器之外，以与实施例1同样的条件进行实施。结果，获得图5A的图像。像这样成为热条件下的壁砖的微龟裂和接缝细节不明瞭的信息。(比较例2)
除了将光学滤波器变更为仅使激光波长范围通过的滤波器之外，以与实施例2同样的条件进行实施。结果，获得图6A的图像。像这样成为在热条件下的口卷和周围砖的微龟裂和接缝细节不明瞭的信息。(比较例3)
再有，代替使激光的波长和3原色中的红色的波长区域内的规定波长范围的光透射的光学滤波器15，使用使激光的波长和3原色中的蓝色的波长区域(45(T490nm)的辐射光透射的光学滤波器，除此以外与实施例1以相同条件进行试验，结果对比度下降，与使用仅使激光的波长透射的光学滤波器的比较例1的情况相比几乎没有差别。(实施例3)
代替实施例1的光学滤波器，使用具有图4的透射特性的滤波器，除此以外以与实施例 1同样的条件进行实施，虽然与实施例1相比鲜明度变差，但能够获得与实施例1相比可鲜明地把握壁砖的微龟裂和接缝的图像信息。本发明并不限于上述各实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围中进行各种变更。附图标记说明
1激光振荡装置 2投光透镜 3投光镜 4第一观察窗 5第二观察窗 6光接收镜 7光接收透镜 8图像生成装置 9投光用电动机 10光接收用电动机 11控制单元 12电源
13、15光学滤波器 14耐热快门 14d耐热圆板 14m电动机 16高速快门 17计算机
21,41炉内观察装置 31存储装置 32图像处理单元 42框体 43驱动单元 43m电动机 43g齿轮 44炉
100激光照射装置 200光接收装置 201强度补正部
权利要求
1.一种炉内观察装置，对以辐射光发光的炉内进行观察，其特征在于，具备激光照射装置，对所述炉内的炉壁面照射激光；以及光接收装置，对来自所述炉壁面的反射激光进行光接收，所述光接收装置具备光学滤波器，使所述激光、以及3原色中的与红色对应的波长区域内的规定波长范围的光透射；以及图像生成装置，基于通过了该光学滤波器的包含所述反射激光的光，生成所述炉壁面的图像。
2.根据权利要求1所述的炉内观察装置，其特征在于，所述激光的波长被包含在3原色中的与绿色对应的波长区域中。
3.根据权利要求1或2所述的炉内观察装置，其特征在于，所述光学滤波器仅使所述激光的波长及其附近的波长范围的光、和红色光的所述规定波长范围的光选择性地透射。
4.根据权利要求广3的任一项所述的炉内观察装置，其特征在于，所述规定波长范围与所述辐射光的波长中的辐射光强度成为顶峰的波长不同。
5.根据权利要求广4的任一项所述的炉内观察装置，其特征在于，所述图像生成装置具备强度补正部，以减少所述激光的强度与所述红色光的所述规定波长范围的光的强度的差的方式，对通过了所述光学滤波器的光的强度进行补正。
全文摘要
一种炉内观察装置(21)，对以辐射光发光的炉内进行观察，其中，具备激光照射装置(100)，对炉内的炉壁面照射激光；以及光接收装置(200)，对来自炉壁面的反射激光进行光接收。光接收装置(200)具备光学滤波器(15)，使激光、以及3原色中的与红色对应的波长区域内的规定波长范围的光透射；以及图像生成装置(8)，基于通过了该光学滤波器(15)的包含反射激光的光，生成炉壁面的图像。
文档编号G01N21/27GK102246022SQ20098014468
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月9日 优先权日2008年11月10日
发明者仓田孝男, 新田法生 申请人:新日本制铁株式会社, 株式会社Ihi检查计测
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
