形状測定方法
【課題】形状測定装置自体の振動や蛇行の影響を受けずに測定対象の形状を正確に測定すること。
【解決手段】高さ方向に関する測定対象の形状を左右同時に測定する測定ステップ（ＳＴＰ１）と、測定対象の右側及び左側の面全体を走査する走査ステップ（ＳＴＰ２）と、測定対象の右側測定データと左側測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップ（ＳＴＰ３）と、短周期成分を除去した右側測定データと左側測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップ（ＳＴＰ４）とを含む。
【解決手段】高さ方向に関する測定対象の形状を左右同時に測定する測定ステップ（ＳＴＰ１）と、測定対象の右側及び左側の面全体を走査する走査ステップ（ＳＴＰ２）と、測定対象の右側測定データと左側測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップ（ＳＴＰ３）と、短周期成分を除去した右側測定データと左側測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップ（ＳＴＰ４）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉等の大規模設備の内壁面の形状を測定する形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉のような大規模設備の検査の一つとして、設備内壁（例えば炉内炉壁）の形状を測定することによって設備内壁の劣化状態を評価する形状測定方法がある。この形状測定方法では、形状測定装置を設備内に装入し、当該装置を前進させることにより内壁全体を走査しながら設備内壁の形状測定を行うことが一般的である。ところが、このような形状測定方法では、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響が形状測定結果に含まれてしまうことがある。このため、この形状測定方法では、測定した情報から形状測定装置自体の振動や蛇行に起因する成分を除去することが重要である。
【０００３】
このような背景から、形状測定装置の振動や蛇行の状態を炉外から測定することにより、形状測定装置に起因する振動・蛇行成分を除去する形状測定方法が提案されている。例えば、特許文献１記載の形状測定方法は、炉内の形状測定装置に設置した光源からの照射光と、炉外から炉体に照射したスリット光源からの反射光とを炉外撮像装置で検出し、その画像内の検出位置から形状測定装置とコークス炉の位置関係を求めるものである。また、特許文献２記載の形状測定方法は、コークス炉壁の健全時の形状を既知とし、健全時の形状に最も良く合致するように測定データを当てはめることにより、形状測定装置の振動や蛇行の影響がなく炉壁の劣化部を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５８５９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の形状測定方法では、振動により光源と撮像装置との位置関係が歪み、検出誤差が大きくなるという問題がある。また、炉壁の全面計測を行う場合、新たな専用設備を設けることになるが、必ずしも適切な位置に装置増設ができるとは限らない。一方、特許文献２記載の形状測定方法は、健全時のコークス炉壁の形状が平面であると仮定し、測定データから平面部を求め、その部分からの差異を劣化部分と判断しているので、劣化の激しい炉の場合、平面部が少ないため、劣化を正確に判定できないことがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響を受けずに測定対象の形状を正確に測定可能な形状測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる形状測定方法は、形状測定装置の進行方向右側及び左側にて測定対象の高さ方向の形状を同時に測定する測定ステップと、前記測定対象の進行方向右側面の測定データと前記測定対象の進行方向左側面の測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、前記振動除去ステップで短周期成分を除去した前記測定対象の進行方向右側面の測定データと前記測定対象の進行方向左側面の測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップと、前記振動除去ステップ及び前記蛇行除去ステップによる処理後の前記右側測定データ及び前記左側測定データを用いて測定対象の形状を評価する評価ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる形状測定方法によれば、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響を受けずに測定対象の形状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、コークス炉の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、コークス炉の炭化室内部を上方から見た断面図である。
【図３】図３は、炭化室内における形状測定装置を中心とする座標系を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法のフローチャートである。
【図５】図５は、振動除去ステップのフローチャートである。
【図６】図６は、蛇行除去ステップのフローチャートである。
【図７】図７は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である（その１）。
【図８】図８は、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である（その１）。
【図９】図９は、振動および蛇行成分の除去方法を適用したシミュレーション図である（その１）。
【図１０】図１０は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である（その２）。
【図１１】図１１は、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である（その２）。
【図１２】図１２は、振動および蛇行成分の除去方法を適用したシミュレーション図である（その２）。
【図１３】図１３は、本発明の効果を検証するための比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
始めに、図１および図２を参照して、本発明の実施形態にかかる形状測定方法について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法の測定対象の例となるコークス炉１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、コークス炉１は、複数の炭化室２及び燃焼室３を有する。複数の炭化室２及び燃焼室３は、蓄熱室４の上部に交互に形成され、各炭化室２の天井部には、複数の装炭口５が形成されている。
【００１３】
複数の装炭口５は、コークス炉１の上部を走行する装炭車６によって運ばれた石炭を炭化室２内に装入するためのものである。装炭口５から炭化室２に装入された石炭は、燃焼室３からの熱を受けて乾留し、赤熱コークスとなって炭化室２から押出機７によって押し出される。炭化室２から押し出された赤熱コークスは、ガイド車８を経て消火車９に受け渡され、消火車９によって搬出される。炭化室２は、押出機７の押出ラム１０が挿入される入側窯口と赤熱コークスが押し出される出側窯口とを有する。
【００１４】
図２は、炭化室２の内部を上方から見た断面図である。図２における（ａ）および（ｂ）は、炭化室２を形状測定装置１１により測定する際の正常位置と振動・蛇行位置との違いを示すものである。図２に示されるように、炭化室２は、多数のレンガを積み上げることによって形成された炭化室炉壁２ａ，２ｂにより構成されている。なお、図２に示された炭化室２は、幅が入側３５０ｍｍ、出側４５０ｍｍ程度のテーパがついた長さ約１５ｍ、高さ約７ｍの例である。
【００１５】
本発明の実施形態である形状測定方法は、図２（ａ）に示されるように、押出ラム１０の先端部に形状測定装置１１を取り付け、押出ラム１０を炭化室２に装入して移動させて行う。形状測定装置１１は、炭化室炉壁２ａ，２ｂと形状測定装置１１の間の距離（Ｚｌ，Ｚｒ）を測長することができる装置である。したがって、形状測定装置１１が、炭化室２の中心線上を前進しながら炭化室炉壁２ａ，２ｂの高さ方向についての１次元的な測長を行えば、炭化室炉壁２ａ，２ｂの全体の走査を行うことができる。
【００１６】
しかしながら、形状測定装置１１が前進する際に炉底に残っているコークスに乗り上げたり、形状測定装置１１自体が傾いたりすることにより振動・蛇行が発生すると、図２（ｂ）に示されるように、炭化室炉壁２ａ，２ｂに対して形状測定装置１１の位置が変化する。その場合、炭化室炉壁２ａ，２ｂと形状測定装置１１の間の距離（Ｚｌ，Ｚｒ）も変化してしまい、正確な測定ができない。
【００１７】
以下、本発明の実施形態に従い、上記のように発生してしまう形状測定装置１１の振動・蛇行に起因する振動・蛇行成分を測定データから除去する方法について説明する。なお、以下では、形状測定装置１１が装置両側の炉壁形状を同じタイミングで測定可能なものとし、その装置から左右炉壁の全長全高の測定データが得られているものとし、左右の測定データに同じ振動・蛇行成分が含まれているものとする。
【００１８】
以下の説明を容易にするため、図３に示すように、形状測定装置１１を中心とする炭化室２内のＸＹＺ座標系を定める。すなわち、形状測定装置１１の直進方向をＸ軸とし、炭化室炉壁２ａ，２ｂの凹凸方向（形状測定装置１１から見て左右方向）をＺ軸とし、炭化室２の高さ方向（図３において紙面垂直方向）をＹ軸とする。また、このような座標軸を設けた場合に、形状測定装置１１の左右に得られる全長全高の測定データをそれぞれＺｌ(ｘ，ｙ)，Ｚｒ(ｘ，ｙ)とする。なお、上記座標軸の定義からＺｌ(ｘ，ｙ)＞０，Ｚｒ(ｘ，ｙ)＜０となる。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法のフローチャートである。本発明の実施形態である形状測定方法は、図４に示されるように、測定対象の形状を測定する測定ステップと（ステップＳＴＰ１）、測定対象の面全体を走査する走査ステップ（ステップＳＴＰ２）と、振動を除去するステップと（ステップＳＴＰ３）、蛇行を除去するステップ（ステップＳＴＰ４）との４つのステップに大別される。
【００２０】
測定ステップでは、形状測定装置１１の進行方向の右側及び左側にて炭化室炉壁２ａ，２ｂの高さ方向の形状を左右同時に測定する（ステップＳＴＰ１）。走査ステップでは、形状測定装置１１の前進に従い、炭化室炉壁２ａ，２ｂの面全体の走査する（ステップＳＴＰ２）。
【００２１】
そして、振動除去ステップでは、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する（ステップＳＴＰ３）。振動は短い空間周期であるため、必ずしも左右での振動の位相が厳密には合わないという理由から、左右の測定データそれぞれに振動除去処理を施す。
【００２２】
その後、蛇行除去ステップでは、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する（ステップＳＴＰ４）。蛇行は長い空間周期であり左右間で多少の空間位相のずれは許容できるので、左右両方の測定データを用いて蛇行成分の推定精度を向上させる。
【００２３】
短周期成分、長周期成分とはそれぞれ、振動、蛇行の持つ支配的な周期のことを指し、測定データから判断して設定するものである。測定データに振動による数十ｍｍ周期の成分と左右に倒れながら蛇行した数百ｍｍ周期の成分が観測された場合には、例えば１００ｍｍ以下を振動による短周期成分、１００ｍｍ以上を蛇行による長周期成分として扱えばよい。周期で分ける理由は、振動的な成分の空間位相のずれが左右炉壁の測定データ間で許容できるかどうかで処理をわける必要があるためであり、振動・蛇行が周期では区別がつけられない場合でも空間位相のずれを考慮して周期に閾値を設定し、閾値以下の短周期成分を振動、閾値以上の長周期成分を蛇行とみなして扱えばよい。
【００２４】
以下では、図５および図６に示されるフローチャートを参照しながら、上記振動除去ステップと蛇行除去ステップとについて、より具体的な例を挙げながら説明する。
【００２５】
炭化室２から得られた形状測定データは、１）炭化室２の形状に起因するテーパ成分と、２）レンガ目地部分の損耗等による低周期の形状成分と、３）装炭口から石炭を入れること等によるレンガ数個分に及ぶ損耗による長周期の形状成分と、４）低周期の振動成分と、５）長周期の蛇行成分とからなると考えることが出来る。また、振動と蛇行は形状測定装置１１がＸ方向に走査する際にＺ方向に装置が移動して生じる成分であるため、Ｙ方向のどの地点におけるＸ−Ｚ平面内でも同じ振動・蛇行が観測され、言い換えるとＸ方向のどの地点におけるＹ−Ｚ平面内でも振動的な成分はないということを仮定している。
【００２６】
はじめに、図５に示されるフローチャートを参照しながら、振動除去ステップについて説明する。まず、振動除去ステップでは、長周期成分を除外するためにＸ方向１ラインごとにハイパスフィルタを適用する。これにより、テーパ成分と長周期の形状成分と蛇行成分が除外され、低周期の形状成分と振動成分が残る。例えばハイパスフィルタに関しては、以下のような実施をすることができる。
【００２７】
まず、測定したデータをデータ１と呼ぶことにし、データ１に対してローパスフィルタの一種である移動平均フィルタをかけたものをデータ２とする（ステップＳ１）。データ１からデータ２を減算したものをデータ３とすれば（ステップＳ２）、実装が容易な移動平均フィルタを用いてハイパスフィルタを実現できる。なお、上記ステップＳ１およびステップＳ２の処理を施したデータ３は、低周期の形状成分と振動成分の形状を含むデータである。
【００２８】
その後、低周期の形状成分と振動成分の形状を含むデータ３について、Ｙ方向にメディアンフィルタを適用し、この結果をデータ４とする（ステップＳ３）。Ｙ方向には振動成分がないため、Ｙ方向にメディアンフィルタを用いると、測定対象本来の細かい形状（低周期の形状成分）のみを除外することが出来るため、振動成分（データ４）を分離することができる。最後にデータ１から分離した振動成分であるデータ４を減算することで振動除去を行う（ステップＳ４）。
【００２９】
上記振動除去ステップを行った段階で、形状測定データは、１）炭化室２の形状に起因するテーパ成分と、２）レンガ目地部分の損耗等による低周期の形状成分と、３）装炭口から石炭を入れること等によるレンガ数個分に及ぶ損耗による長周期の形状成分と、５）長周期の蛇行成分とで構成されている。次に、図６に示されるフローチャートを参照しながら、蛇行除去ステップについて説明する。
【００３０】
まず、蛇行除去ステップでは、左右の測定データ（左の測定データをデータ１’、右の測定データをデータ２’とする）を加算平均し、この結果をデータ３’とする（ステップＳ５）。具体的には、データ１’をＺｌ(ｘ，ｙ)としデータ２’をＺｒ(ｘ，ｙ)とした場合、データ３’は(Ｚｌ(ｘ，ｙ)＋Ｚｒ(ｘ，ｙ))／２である。測定データに含まれるテーパ成分はＸ−Ｚ平面内でＸ方向に対して逆方向に増減する（ｘが増加するに従ってＺｌ(ｘ，ｙ)は増加、Ｚｒ(ｘ，ｙ)は減少する）ものであるのに対し、蛇行成分は、形状計測装置１１がＺ方向に蛇行することにより生じるため、Ｘ−Ｚ平面内でＸ方向に対して位相の揃った周期成分である。そのため、このステップＳ５により、１）テーパ成分を相殺し、２）蛇行成分を測定対象本来の形状成分に対して相対的に強調することができる。
【００３１】
その後、データ３’をＹ方向に関して平均化する処理をして、Ｘ方向に関する１次元データを取得し、これをデータ４’とする（ステップＳ６）。データ３’は測定対象本来の形状成分と蛇行成分で構成されるが、Ｙ方向には蛇行成分は一様であるため、このステップＳ６により、炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状は平均化されて影響が小さくなり、形状測定装置１１に起因する蛇行成分を相対的に強調することができる。
【００３２】
次に、このステップ６の処理により蛇行成分が強調された１次元データであるデータ４’に対して、ローパスフィルタを適用して測定対象本来の形状成分を除外し蛇行成分を抽出して、この結果をデータ５’とする（ステップＳ７）。なお、この場合のローパスフィルタは移動平均でよい。そして、データ５’を元の測定データ（データ１’またはデータ２’）から減算することにより、蛇行除去を行う（ステップＳ８）。
【００３３】
以下では、上述の本発明の実施形態にかかる形状測定方法をコークス炉壁測定へ適用することを想定し、振動・蛇行除去のシミュレーションを行ったものを説明する。
【００３４】
〔実施シミュレーション１〕
図７は、炭化室炉壁２ａ，２ｂの目地のみが劣化部であるとして作成したシミュレーション図である。すなわち、図７は、本シミュレーションにおける炉壁形状のオリジナル形状データを示している。グレースケールのカラーバーは炉壁面垂直方向（つまりＺ方向）の距離を表し、単位はｍｍである（以下すべての図にて同じ）。レンガは縦１３０ｍｍ、横３４０ｍｍとした。レンガの目地部分の劣化として、幅４０ｍｍ、深さ１０ｍｍの逆山形の溝を設定している。炭化室炉壁２ａ，２ｂのＺ方向のテーパはＸ＝０ｍｍ時に窯幅が３５０ｍｍ、Ｘ＝２０００ｍｍ時に窯幅が４５０ｍｍとした。また、左右の炉壁はＸ−Ｙ平面に対して対称な形状とした。
【００３５】
図８は、上記設定の炭化室炉壁２ａ，２ｂを形状測定装置１１で測定した場合における、振動および蛇行成分を含む形状測定データを示すシミュレーション図である。つまり、上述説明におけるデータ１に相当するデータである。具体的には、図７に示されるデータに対して、振動として空間周期５０ｍｍで振幅２０ｍｍの正弦波と、蛇行として空間周期５００ｍｍで振幅５０ｍｍの正弦波とを加えたものである。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法を、上記振動および蛇行成分を含む形状測定データ（図８に示される形状測定データ）に適用したシミュレーション図である。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ上述の振動および蛇行成分の除去処理を１〜３回施したものである。なお、下の図ほど端領域のデータが切れているのは、Ｘ方向の移動平均フィルタ長に足りない端領域を表示させていないためであり、本発明における本質的部分ではない。
【００３７】
図９に示されるように、本発明の実施形態にかかる形状測定方法によれば、段階的に振動および蛇行成分の除去できていることが確認できる。３回の処理を施したデータ（図９（ｃ）に示されるデータ）と炉壁形状のオリジナル形状データ（図７に示されるデータ）との差分を取り、この差の標準偏差を計算すると０．２ｍｍであった。すなわち、本シミュレーションによれば、形状測定データに含まれていた振幅２０ｍｍの振動と振幅５０ｍｍの蛇行が精度良く除去できることが示されている。
【００３８】
なお、上記シミュレーションにおける設定パラメータは以下のとおりである。振動除去ステップにおけるＸ方向のハイパスフィルタは、フィルタ長１００ｍｍの移動平均をかけたデータを元のデータから減算する処理により実施した（図５ステップＳ１およびＳ２参照）。また、Ｙ方向のメディアンフィルタにはフィルタ長２６０ｍｍのメディアンフィルタである（図５ステップＳ３参照）。メディアンフィルタ長は本来の凹凸形状と振動を分離するために想定される本来の凹凸形状幅より十分大きく設定する必要がある。今回は目地部分が最も劣化して凹凸が大きいと想定し、レンガの縦の長さの２倍とした。蛇行除去ステップにおける蛇行抽出のためのローパスフィルタは、フィルタ長２００ｍｍの移動平均を用いた（図６ステップＳ７参照）。
【００３９】
〔実施シミュレーション２〕
２つ目の実施シミュレーションとして、右側の炉壁のみに炉壁の一部欠損がある場合のシミュレーションを行った。
【００４０】
図１０は、本シミュレーションにおける炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である。具体的には、図７に示した炉壁形状のオリジナル形状データから、高さ３００ｍｍ、幅１１３ｍｍ、最深２０ｍｍの半楕円体の形状を欠損させたものを右側炉壁の形状としたものである。なお左側の炉壁は、図７に示した炉壁形状と同じ平面的な炉壁モデルをＸ−Ｙ平面に対して対称に移したものとした。
【００４１】
図１１は、上記設定の炭化室炉壁２ａ，２ｂを形状測定装置１１で測定した場合における、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である。具体的には、図１０に示されるデータに対して、振動として空間周期５０ｍｍで振幅２０ｍｍの正弦波と、蛇行として空間周期５００ｍｍで振幅５０ｍｍの正弦波とを加えたものである。
【００４２】
図１２は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法を、上記振動および蛇行を含む形状測定データ（図１１に示される形状測定データ）に適用したシミュレーション図である。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ上述の振動および蛇行成分の除去処理を１〜３回施したものである。なお、下の図ほど端領域のデータが切れているのは、Ｘ方向の移動平均フィルタ長に足りない端領域を表示させていないためであり、本発明における本質的部分ではない。なお、本シミュレーションにおける設定パラメータは、上述実施シミュレーション１と同じである。
【００４３】
図１２に示されるように、本発明の実施形態にかかる形状測定方法によれば、段階的に振動および蛇行成分を除去できていることが確認できる。３回の処理を施したデータ（図１２（ｃ）に示されるデータ）と炉壁形状のオリジナル形状データ（図１０に示されるデータ）との差分を取り、この差の標準偏差を計算すると１．３ｍｍである。すなわち、本シミュレーションによれば、形状測定データに含まれていた振幅２０ｍｍの振動と振幅５０ｍｍの蛇行が精度良く除去できているが、炉壁に欠損が無い場合のシミュレーションに比べると精度が悪化している。そこで、以下では、本シミュレーションの結果についてより詳細な検証をする。
【００４４】
図１３は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法の効果を検証するための比較図である。図１３（ａ）は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図であり、図１０に示した図と同じものである。図１３（ｂ）は、上記振動および蛇行を含む形状測定データに振動および蛇行成分の除去処理を３回施した結果のシミュレーション図であり、図１２（ｃ）に示した図と同じものである。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）および（ｂ）に示された除去処理前および除去処理後の測定データについての、Ｙ＝６００ｍｍにおける断面プロットである。真のデータ（ａ）と比較して、除去処理後のデータ（ｂ）は欠損部が浅くなっており、最大で４．９ｍｍの差がある。これは真データの欠損最大深さ２０ｍｍに対して約２５％の違いが有ることになる。
【００４５】
上記のような誤差が発生する理由は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法が左右の測定データにおける長周期の同相成分（左右がＺ方向に同じ方向で動く成分）は蛇行とみなして除去するように構成されているためである。しかしながら、１）測定対象物の本来の形状の空間周期と、振動・蛇行の空間周期とが可能な限り離れるように装置上の設計を行い、２）発明の実施形態にかかる形状測定方法におけるフィルタ長を、上記振動・蛇行の空間周期に対して適切に設定することを行えば、振動・蛇行除去の精度を向上させることが可能である。
【００４６】
以上より、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、形状測定装置１１の進行方向右側及び左側にて、高さ方向に関する炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状を左右同時に測定する測定ステップと、形状測定装置１１の前進に従い、炭化室炉壁２ａ，２ｂの右側及び左側の面全体を走査して、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとを取得する走査ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、振動除去ステップにより短周期成分を除去した左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップとを含むので、形状測定装置１１の位置情報も炭化室炉壁２ａ，２ｂの健常状態の情報も必要とせずに、形状測定装置１１が取得した測定データから形状測定装置１１に起因する振動および蛇行成分を除去することができる。
【００４７】
さらに、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、振動除去ステップが、形状測定装置１１の進行方向に関する１画素ラインごとに左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとからハイパスフィルタによって長周期成分を除去する長周期成分除去ステップと、長周期成分除去ステップの結果から、高さ方向に関する１画素ラインごとに振動と炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状とをメディアンフィルタによって分離する振動分離ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから振動分離ステップの結果を減算する振動減算ステップとを含むので、形状測定装置１１に起因する蛇行成分と炭化室２の形状に起因するテーパ成分とを除去しつつも、炭化室炉壁２ａ，２ｂ本来の細かい形状を損なわずに振動を分離することができる。
【００４８】
また、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、蛇行除去ステップが、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとを対応する位置ごとに加算平均するテーパ相殺ステップと、テーパ相殺ステップの結果を高さ方向に関する１画素ラインごとに加算平均して、形状測定装置１１の進行方向に関する１次元データを得る形状相殺ステップと、当該１次元データから長周期成分をローパスフィルタにより抽出する蛇行抽出ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから蛇行抽出ステップの結果を減算する蛇行減算ステップとを含むので、炭化室２の形状に起因するテーパ成分を相殺し且つ炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状の影響を小さくして、その結果、強調された形状測定装置１１に起因する蛇行成分を除去することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ コークス炉
２ 炭化室
２ａ，２ｂ 炭化室炉壁
３ 燃焼室
４ 蓄熱室
５ 装炭口
６ 装炭車
７ 押出機
８ ガイド車
９ 消火車
１０ 押出ラム
１１ 形状測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉等の大規模設備の内壁面の形状を測定する形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉のような大規模設備の検査の一つとして、設備内壁（例えば炉内炉壁）の形状を測定することによって設備内壁の劣化状態を評価する形状測定方法がある。この形状測定方法では、形状測定装置を設備内に装入し、当該装置を前進させることにより内壁全体を走査しながら設備内壁の形状測定を行うことが一般的である。ところが、このような形状測定方法では、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響が形状測定結果に含まれてしまうことがある。このため、この形状測定方法では、測定した情報から形状測定装置自体の振動や蛇行に起因する成分を除去することが重要である。
【０００３】
このような背景から、形状測定装置の振動や蛇行の状態を炉外から測定することにより、形状測定装置に起因する振動・蛇行成分を除去する形状測定方法が提案されている。例えば、特許文献１記載の形状測定方法は、炉内の形状測定装置に設置した光源からの照射光と、炉外から炉体に照射したスリット光源からの反射光とを炉外撮像装置で検出し、その画像内の検出位置から形状測定装置とコークス炉の位置関係を求めるものである。また、特許文献２記載の形状測定方法は、コークス炉壁の健全時の形状を既知とし、健全時の形状に最も良く合致するように測定データを当てはめることにより、形状測定装置の振動や蛇行の影響がなく炉壁の劣化部を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５８５９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の形状測定方法では、振動により光源と撮像装置との位置関係が歪み、検出誤差が大きくなるという問題がある。また、炉壁の全面計測を行う場合、新たな専用設備を設けることになるが、必ずしも適切な位置に装置増設ができるとは限らない。一方、特許文献２記載の形状測定方法は、健全時のコークス炉壁の形状が平面であると仮定し、測定データから平面部を求め、その部分からの差異を劣化部分と判断しているので、劣化の激しい炉の場合、平面部が少ないため、劣化を正確に判定できないことがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響を受けずに測定対象の形状を正確に測定可能な形状測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる形状測定方法は、形状測定装置の進行方向右側及び左側にて測定対象の高さ方向の形状を同時に測定する測定ステップと、前記測定対象の進行方向右側面の測定データと前記測定対象の進行方向左側面の測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、前記振動除去ステップで短周期成分を除去した前記測定対象の進行方向右側面の測定データと前記測定対象の進行方向左側面の測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップと、前記振動除去ステップ及び前記蛇行除去ステップによる処理後の前記右側測定データ及び前記左側測定データを用いて測定対象の形状を評価する評価ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる形状測定方法によれば、形状測定装置自体の振動や蛇行の影響を受けずに測定対象の形状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、コークス炉の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、コークス炉の炭化室内部を上方から見た断面図である。
【図３】図３は、炭化室内における形状測定装置を中心とする座標系を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法のフローチャートである。
【図５】図５は、振動除去ステップのフローチャートである。
【図６】図６は、蛇行除去ステップのフローチャートである。
【図７】図７は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である（その１）。
【図８】図８は、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である（その１）。
【図９】図９は、振動および蛇行成分の除去方法を適用したシミュレーション図である（その１）。
【図１０】図１０は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である（その２）。
【図１１】図１１は、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である（その２）。
【図１２】図１２は、振動および蛇行成分の除去方法を適用したシミュレーション図である（その２）。
【図１３】図１３は、本発明の効果を検証するための比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
始めに、図１および図２を参照して、本発明の実施形態にかかる形状測定方法について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法の測定対象の例となるコークス炉１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、コークス炉１は、複数の炭化室２及び燃焼室３を有する。複数の炭化室２及び燃焼室３は、蓄熱室４の上部に交互に形成され、各炭化室２の天井部には、複数の装炭口５が形成されている。
【００１３】
複数の装炭口５は、コークス炉１の上部を走行する装炭車６によって運ばれた石炭を炭化室２内に装入するためのものである。装炭口５から炭化室２に装入された石炭は、燃焼室３からの熱を受けて乾留し、赤熱コークスとなって炭化室２から押出機７によって押し出される。炭化室２から押し出された赤熱コークスは、ガイド車８を経て消火車９に受け渡され、消火車９によって搬出される。炭化室２は、押出機７の押出ラム１０が挿入される入側窯口と赤熱コークスが押し出される出側窯口とを有する。
【００１４】
図２は、炭化室２の内部を上方から見た断面図である。図２における（ａ）および（ｂ）は、炭化室２を形状測定装置１１により測定する際の正常位置と振動・蛇行位置との違いを示すものである。図２に示されるように、炭化室２は、多数のレンガを積み上げることによって形成された炭化室炉壁２ａ，２ｂにより構成されている。なお、図２に示された炭化室２は、幅が入側３５０ｍｍ、出側４５０ｍｍ程度のテーパがついた長さ約１５ｍ、高さ約７ｍの例である。
【００１５】
本発明の実施形態である形状測定方法は、図２（ａ）に示されるように、押出ラム１０の先端部に形状測定装置１１を取り付け、押出ラム１０を炭化室２に装入して移動させて行う。形状測定装置１１は、炭化室炉壁２ａ，２ｂと形状測定装置１１の間の距離（Ｚｌ，Ｚｒ）を測長することができる装置である。したがって、形状測定装置１１が、炭化室２の中心線上を前進しながら炭化室炉壁２ａ，２ｂの高さ方向についての１次元的な測長を行えば、炭化室炉壁２ａ，２ｂの全体の走査を行うことができる。
【００１６】
しかしながら、形状測定装置１１が前進する際に炉底に残っているコークスに乗り上げたり、形状測定装置１１自体が傾いたりすることにより振動・蛇行が発生すると、図２（ｂ）に示されるように、炭化室炉壁２ａ，２ｂに対して形状測定装置１１の位置が変化する。その場合、炭化室炉壁２ａ，２ｂと形状測定装置１１の間の距離（Ｚｌ，Ｚｒ）も変化してしまい、正確な測定ができない。
【００１７】
以下、本発明の実施形態に従い、上記のように発生してしまう形状測定装置１１の振動・蛇行に起因する振動・蛇行成分を測定データから除去する方法について説明する。なお、以下では、形状測定装置１１が装置両側の炉壁形状を同じタイミングで測定可能なものとし、その装置から左右炉壁の全長全高の測定データが得られているものとし、左右の測定データに同じ振動・蛇行成分が含まれているものとする。
【００１８】
以下の説明を容易にするため、図３に示すように、形状測定装置１１を中心とする炭化室２内のＸＹＺ座標系を定める。すなわち、形状測定装置１１の直進方向をＸ軸とし、炭化室炉壁２ａ，２ｂの凹凸方向（形状測定装置１１から見て左右方向）をＺ軸とし、炭化室２の高さ方向（図３において紙面垂直方向）をＹ軸とする。また、このような座標軸を設けた場合に、形状測定装置１１の左右に得られる全長全高の測定データをそれぞれＺｌ(ｘ，ｙ)，Ｚｒ(ｘ，ｙ)とする。なお、上記座標軸の定義からＺｌ(ｘ，ｙ)＞０，Ｚｒ(ｘ，ｙ)＜０となる。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法のフローチャートである。本発明の実施形態である形状測定方法は、図４に示されるように、測定対象の形状を測定する測定ステップと（ステップＳＴＰ１）、測定対象の面全体を走査する走査ステップ（ステップＳＴＰ２）と、振動を除去するステップと（ステップＳＴＰ３）、蛇行を除去するステップ（ステップＳＴＰ４）との４つのステップに大別される。
【００２０】
測定ステップでは、形状測定装置１１の進行方向の右側及び左側にて炭化室炉壁２ａ，２ｂの高さ方向の形状を左右同時に測定する（ステップＳＴＰ１）。走査ステップでは、形状測定装置１１の前進に従い、炭化室炉壁２ａ，２ｂの面全体の走査する（ステップＳＴＰ２）。
【００２１】
そして、振動除去ステップでは、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する（ステップＳＴＰ３）。振動は短い空間周期であるため、必ずしも左右での振動の位相が厳密には合わないという理由から、左右の測定データそれぞれに振動除去処理を施す。
【００２２】
その後、蛇行除去ステップでは、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する（ステップＳＴＰ４）。蛇行は長い空間周期であり左右間で多少の空間位相のずれは許容できるので、左右両方の測定データを用いて蛇行成分の推定精度を向上させる。
【００２３】
短周期成分、長周期成分とはそれぞれ、振動、蛇行の持つ支配的な周期のことを指し、測定データから判断して設定するものである。測定データに振動による数十ｍｍ周期の成分と左右に倒れながら蛇行した数百ｍｍ周期の成分が観測された場合には、例えば１００ｍｍ以下を振動による短周期成分、１００ｍｍ以上を蛇行による長周期成分として扱えばよい。周期で分ける理由は、振動的な成分の空間位相のずれが左右炉壁の測定データ間で許容できるかどうかで処理をわける必要があるためであり、振動・蛇行が周期では区別がつけられない場合でも空間位相のずれを考慮して周期に閾値を設定し、閾値以下の短周期成分を振動、閾値以上の長周期成分を蛇行とみなして扱えばよい。
【００２４】
以下では、図５および図６に示されるフローチャートを参照しながら、上記振動除去ステップと蛇行除去ステップとについて、より具体的な例を挙げながら説明する。
【００２５】
炭化室２から得られた形状測定データは、１）炭化室２の形状に起因するテーパ成分と、２）レンガ目地部分の損耗等による低周期の形状成分と、３）装炭口から石炭を入れること等によるレンガ数個分に及ぶ損耗による長周期の形状成分と、４）低周期の振動成分と、５）長周期の蛇行成分とからなると考えることが出来る。また、振動と蛇行は形状測定装置１１がＸ方向に走査する際にＺ方向に装置が移動して生じる成分であるため、Ｙ方向のどの地点におけるＸ−Ｚ平面内でも同じ振動・蛇行が観測され、言い換えるとＸ方向のどの地点におけるＹ−Ｚ平面内でも振動的な成分はないということを仮定している。
【００２６】
はじめに、図５に示されるフローチャートを参照しながら、振動除去ステップについて説明する。まず、振動除去ステップでは、長周期成分を除外するためにＸ方向１ラインごとにハイパスフィルタを適用する。これにより、テーパ成分と長周期の形状成分と蛇行成分が除外され、低周期の形状成分と振動成分が残る。例えばハイパスフィルタに関しては、以下のような実施をすることができる。
【００２７】
まず、測定したデータをデータ１と呼ぶことにし、データ１に対してローパスフィルタの一種である移動平均フィルタをかけたものをデータ２とする（ステップＳ１）。データ１からデータ２を減算したものをデータ３とすれば（ステップＳ２）、実装が容易な移動平均フィルタを用いてハイパスフィルタを実現できる。なお、上記ステップＳ１およびステップＳ２の処理を施したデータ３は、低周期の形状成分と振動成分の形状を含むデータである。
【００２８】
その後、低周期の形状成分と振動成分の形状を含むデータ３について、Ｙ方向にメディアンフィルタを適用し、この結果をデータ４とする（ステップＳ３）。Ｙ方向には振動成分がないため、Ｙ方向にメディアンフィルタを用いると、測定対象本来の細かい形状（低周期の形状成分）のみを除外することが出来るため、振動成分（データ４）を分離することができる。最後にデータ１から分離した振動成分であるデータ４を減算することで振動除去を行う（ステップＳ４）。
【００２９】
上記振動除去ステップを行った段階で、形状測定データは、１）炭化室２の形状に起因するテーパ成分と、２）レンガ目地部分の損耗等による低周期の形状成分と、３）装炭口から石炭を入れること等によるレンガ数個分に及ぶ損耗による長周期の形状成分と、５）長周期の蛇行成分とで構成されている。次に、図６に示されるフローチャートを参照しながら、蛇行除去ステップについて説明する。
【００３０】
まず、蛇行除去ステップでは、左右の測定データ（左の測定データをデータ１’、右の測定データをデータ２’とする）を加算平均し、この結果をデータ３’とする（ステップＳ５）。具体的には、データ１’をＺｌ(ｘ，ｙ)としデータ２’をＺｒ(ｘ，ｙ)とした場合、データ３’は(Ｚｌ(ｘ，ｙ)＋Ｚｒ(ｘ，ｙ))／２である。測定データに含まれるテーパ成分はＸ−Ｚ平面内でＸ方向に対して逆方向に増減する（ｘが増加するに従ってＺｌ(ｘ，ｙ)は増加、Ｚｒ(ｘ，ｙ)は減少する）ものであるのに対し、蛇行成分は、形状計測装置１１がＺ方向に蛇行することにより生じるため、Ｘ−Ｚ平面内でＸ方向に対して位相の揃った周期成分である。そのため、このステップＳ５により、１）テーパ成分を相殺し、２）蛇行成分を測定対象本来の形状成分に対して相対的に強調することができる。
【００３１】
その後、データ３’をＹ方向に関して平均化する処理をして、Ｘ方向に関する１次元データを取得し、これをデータ４’とする（ステップＳ６）。データ３’は測定対象本来の形状成分と蛇行成分で構成されるが、Ｙ方向には蛇行成分は一様であるため、このステップＳ６により、炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状は平均化されて影響が小さくなり、形状測定装置１１に起因する蛇行成分を相対的に強調することができる。
【００３２】
次に、このステップ６の処理により蛇行成分が強調された１次元データであるデータ４’に対して、ローパスフィルタを適用して測定対象本来の形状成分を除外し蛇行成分を抽出して、この結果をデータ５’とする（ステップＳ７）。なお、この場合のローパスフィルタは移動平均でよい。そして、データ５’を元の測定データ（データ１’またはデータ２’）から減算することにより、蛇行除去を行う（ステップＳ８）。
【００３３】
以下では、上述の本発明の実施形態にかかる形状測定方法をコークス炉壁測定へ適用することを想定し、振動・蛇行除去のシミュレーションを行ったものを説明する。
【００３４】
〔実施シミュレーション１〕
図７は、炭化室炉壁２ａ，２ｂの目地のみが劣化部であるとして作成したシミュレーション図である。すなわち、図７は、本シミュレーションにおける炉壁形状のオリジナル形状データを示している。グレースケールのカラーバーは炉壁面垂直方向（つまりＺ方向）の距離を表し、単位はｍｍである（以下すべての図にて同じ）。レンガは縦１３０ｍｍ、横３４０ｍｍとした。レンガの目地部分の劣化として、幅４０ｍｍ、深さ１０ｍｍの逆山形の溝を設定している。炭化室炉壁２ａ，２ｂのＺ方向のテーパはＸ＝０ｍｍ時に窯幅が３５０ｍｍ、Ｘ＝２０００ｍｍ時に窯幅が４５０ｍｍとした。また、左右の炉壁はＸ−Ｙ平面に対して対称な形状とした。
【００３５】
図８は、上記設定の炭化室炉壁２ａ，２ｂを形状測定装置１１で測定した場合における、振動および蛇行成分を含む形状測定データを示すシミュレーション図である。つまり、上述説明におけるデータ１に相当するデータである。具体的には、図７に示されるデータに対して、振動として空間周期５０ｍｍで振幅２０ｍｍの正弦波と、蛇行として空間周期５００ｍｍで振幅５０ｍｍの正弦波とを加えたものである。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法を、上記振動および蛇行成分を含む形状測定データ（図８に示される形状測定データ）に適用したシミュレーション図である。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ上述の振動および蛇行成分の除去処理を１〜３回施したものである。なお、下の図ほど端領域のデータが切れているのは、Ｘ方向の移動平均フィルタ長に足りない端領域を表示させていないためであり、本発明における本質的部分ではない。
【００３７】
図９に示されるように、本発明の実施形態にかかる形状測定方法によれば、段階的に振動および蛇行成分の除去できていることが確認できる。３回の処理を施したデータ（図９（ｃ）に示されるデータ）と炉壁形状のオリジナル形状データ（図７に示されるデータ）との差分を取り、この差の標準偏差を計算すると０．２ｍｍであった。すなわち、本シミュレーションによれば、形状測定データに含まれていた振幅２０ｍｍの振動と振幅５０ｍｍの蛇行が精度良く除去できることが示されている。
【００３８】
なお、上記シミュレーションにおける設定パラメータは以下のとおりである。振動除去ステップにおけるＸ方向のハイパスフィルタは、フィルタ長１００ｍｍの移動平均をかけたデータを元のデータから減算する処理により実施した（図５ステップＳ１およびＳ２参照）。また、Ｙ方向のメディアンフィルタにはフィルタ長２６０ｍｍのメディアンフィルタである（図５ステップＳ３参照）。メディアンフィルタ長は本来の凹凸形状と振動を分離するために想定される本来の凹凸形状幅より十分大きく設定する必要がある。今回は目地部分が最も劣化して凹凸が大きいと想定し、レンガの縦の長さの２倍とした。蛇行除去ステップにおける蛇行抽出のためのローパスフィルタは、フィルタ長２００ｍｍの移動平均を用いた（図６ステップＳ７参照）。
【００３９】
〔実施シミュレーション２〕
２つ目の実施シミュレーションとして、右側の炉壁のみに炉壁の一部欠損がある場合のシミュレーションを行った。
【００４０】
図１０は、本シミュレーションにおける炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図である。具体的には、図７に示した炉壁形状のオリジナル形状データから、高さ３００ｍｍ、幅１１３ｍｍ、最深２０ｍｍの半楕円体の形状を欠損させたものを右側炉壁の形状としたものである。なお左側の炉壁は、図７に示した炉壁形状と同じ平面的な炉壁モデルをＸ−Ｙ平面に対して対称に移したものとした。
【００４１】
図１１は、上記設定の炭化室炉壁２ａ，２ｂを形状測定装置１１で測定した場合における、振動および蛇行を含む形状測定データを示すシミュレーション図である。具体的には、図１０に示されるデータに対して、振動として空間周期５０ｍｍで振幅２０ｍｍの正弦波と、蛇行として空間周期５００ｍｍで振幅５０ｍｍの正弦波とを加えたものである。
【００４２】
図１２は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法を、上記振動および蛇行を含む形状測定データ（図１１に示される形状測定データ）に適用したシミュレーション図である。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ上述の振動および蛇行成分の除去処理を１〜３回施したものである。なお、下の図ほど端領域のデータが切れているのは、Ｘ方向の移動平均フィルタ長に足りない端領域を表示させていないためであり、本発明における本質的部分ではない。なお、本シミュレーションにおける設定パラメータは、上述実施シミュレーション１と同じである。
【００４３】
図１２に示されるように、本発明の実施形態にかかる形状測定方法によれば、段階的に振動および蛇行成分を除去できていることが確認できる。３回の処理を施したデータ（図１２（ｃ）に示されるデータ）と炉壁形状のオリジナル形状データ（図１０に示されるデータ）との差分を取り、この差の標準偏差を計算すると１．３ｍｍである。すなわち、本シミュレーションによれば、形状測定データに含まれていた振幅２０ｍｍの振動と振幅５０ｍｍの蛇行が精度良く除去できているが、炉壁に欠損が無い場合のシミュレーションに比べると精度が悪化している。そこで、以下では、本シミュレーションの結果についてより詳細な検証をする。
【００４４】
図１３は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法の効果を検証するための比較図である。図１３（ａ）は、炉壁形状のオリジナル形状データを示すシミュレーション図であり、図１０に示した図と同じものである。図１３（ｂ）は、上記振動および蛇行を含む形状測定データに振動および蛇行成分の除去処理を３回施した結果のシミュレーション図であり、図１２（ｃ）に示した図と同じものである。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）および（ｂ）に示された除去処理前および除去処理後の測定データについての、Ｙ＝６００ｍｍにおける断面プロットである。真のデータ（ａ）と比較して、除去処理後のデータ（ｂ）は欠損部が浅くなっており、最大で４．９ｍｍの差がある。これは真データの欠損最大深さ２０ｍｍに対して約２５％の違いが有ることになる。
【００４５】
上記のような誤差が発生する理由は、本発明の実施形態にかかる形状測定方法が左右の測定データにおける長周期の同相成分（左右がＺ方向に同じ方向で動く成分）は蛇行とみなして除去するように構成されているためである。しかしながら、１）測定対象物の本来の形状の空間周期と、振動・蛇行の空間周期とが可能な限り離れるように装置上の設計を行い、２）発明の実施形態にかかる形状測定方法におけるフィルタ長を、上記振動・蛇行の空間周期に対して適切に設定することを行えば、振動・蛇行除去の精度を向上させることが可能である。
【００４６】
以上より、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、形状測定装置１１の進行方向右側及び左側にて、高さ方向に関する炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状を左右同時に測定する測定ステップと、形状測定装置１１の前進に従い、炭化室炉壁２ａ，２ｂの右側及び左側の面全体を走査して、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとを取得する走査ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、振動除去ステップにより短周期成分を除去した左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップとを含むので、形状測定装置１１の位置情報も炭化室炉壁２ａ，２ｂの健常状態の情報も必要とせずに、形状測定装置１１が取得した測定データから形状測定装置１１に起因する振動および蛇行成分を除去することができる。
【００４７】
さらに、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、振動除去ステップが、形状測定装置１１の進行方向に関する１画素ラインごとに左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとからハイパスフィルタによって長周期成分を除去する長周期成分除去ステップと、長周期成分除去ステップの結果から、高さ方向に関する１画素ラインごとに振動と炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状とをメディアンフィルタによって分離する振動分離ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから振動分離ステップの結果を減算する振動減算ステップとを含むので、形状測定装置１１に起因する蛇行成分と炭化室２の形状に起因するテーパ成分とを除去しつつも、炭化室炉壁２ａ，２ｂ本来の細かい形状を損なわずに振動を分離することができる。
【００４８】
また、本発明の実施にかかる形状測定方法によれば、蛇行除去ステップが、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとを対応する位置ごとに加算平均するテーパ相殺ステップと、テーパ相殺ステップの結果を高さ方向に関する１画素ラインごとに加算平均して、形状測定装置１１の進行方向に関する１次元データを得る形状相殺ステップと、当該１次元データから長周期成分をローパスフィルタにより抽出する蛇行抽出ステップと、左側の炭化室炉壁２ａの測定データと右側の炭化室炉壁２ｂの測定データとから蛇行抽出ステップの結果を減算する蛇行減算ステップとを含むので、炭化室２の形状に起因するテーパ成分を相殺し且つ炭化室炉壁２ａ，２ｂの形状の影響を小さくして、その結果、強調された形状測定装置１１に起因する蛇行成分を除去することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ コークス炉
２ 炭化室
２ａ，２ｂ 炭化室炉壁
３ 燃焼室
４ 蓄熱室
５ 装炭口
６ 装炭車
７ 押出機
８ ガイド車
９ 消火車
１０ 押出ラム
１１ 形状測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状測定装置の進行方向右側及び左側にて、高さ方向に関する測定対象の形状を左右同時に測定する測定ステップと、
前記形状測定装置の前進に従い、前記測定対象の右側及び左側の面全体を走査して、前記測定対象の右側測定データと左側測定データとを取得する走査ステップと、
前記測定対象の右側測定データと左側測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、
前記振動除去ステップにより短周期成分を除去した前記右側測定データと前記左側測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップと、
を含むことを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
前記振動除去ステップは、
前記形状測定装置の進行方向に関する１画素ラインごとに前記右側測定データと前記左側測定データとから長周期成分を除去する長周期成分除去ステップと、
前記長周期成分除去ステップの結果から、前記高さ方向に関する１画素ラインごとに振動と前記測定対象の形状とを分離する振動分離ステップと、
前記右側測定データと前記左側測定データとから前記振動分離ステップの結果を減算する振動減算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記長周期成分除去ステップは、ハイパスフィルタによって長周期成分を除去し、
前記振動分離ステップは、メディアンフィルタによって振動と前記測定対象の形状とを分離する、
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記蛇行除去ステップは、
前記右側測定データと前記左側測定データとを対応する位置ごとに平均化するテーパ相殺ステップと、
前記テーパ相殺ステップの結果を前記高さ方向に関する１画素ラインごとに平均化して、前記形状測定装置の進行方向に関する１次元データを得る形状相殺ステップと、
前記１次元データから長周期成分を抽出する蛇行抽出ステップと、
前記右側測定データと前記左側測定データとから前記蛇行抽出ステップの結果を減算する蛇行減算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項５】
前記テーパ相殺ステップは、前記右側測定データと前記左側測定データとを対応する位置ごとに加算平均し、
前記形状相殺ステップは、前記高さ方向に関する１画素ラインごとに加算平均にし、
前記蛇行抽出ステップは、ローパスフィルタにより長周期成分を抽出する、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の振動および形状測定方法。
【請求項１】
形状測定装置の進行方向右側及び左側にて、高さ方向に関する測定対象の形状を左右同時に測定する測定ステップと、
前記形状測定装置の前進に従い、前記測定対象の右側及び左側の面全体を走査して、前記測定対象の右側測定データと左側測定データとを取得する走査ステップと、
前記測定対象の右側測定データと左側測定データとから、それぞれ独立に短周期成分を除去する振動除去ステップと、
前記振動除去ステップにより短周期成分を除去した前記右側測定データと前記左側測定データとの両方を用いて長周期成分を除去する蛇行除去ステップと、
を含むことを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
前記振動除去ステップは、
前記形状測定装置の進行方向に関する１画素ラインごとに前記右側測定データと前記左側測定データとから長周期成分を除去する長周期成分除去ステップと、
前記長周期成分除去ステップの結果から、前記高さ方向に関する１画素ラインごとに振動と前記測定対象の形状とを分離する振動分離ステップと、
前記右側測定データと前記左側測定データとから前記振動分離ステップの結果を減算する振動減算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記長周期成分除去ステップは、ハイパスフィルタによって長周期成分を除去し、
前記振動分離ステップは、メディアンフィルタによって振動と前記測定対象の形状とを分離する、
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記蛇行除去ステップは、
前記右側測定データと前記左側測定データとを対応する位置ごとに平均化するテーパ相殺ステップと、
前記テーパ相殺ステップの結果を前記高さ方向に関する１画素ラインごとに平均化して、前記形状測定装置の進行方向に関する１次元データを得る形状相殺ステップと、
前記１次元データから長周期成分を抽出する蛇行抽出ステップと、
前記右側測定データと前記左側測定データとから前記蛇行抽出ステップの結果を減算する蛇行減算ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項５】
前記テーパ相殺ステップは、前記右側測定データと前記左側測定データとを対応する位置ごとに加算平均し、
前記形状相殺ステップは、前記高さ方向に関する１画素ラインごとに加算平均にし、
前記蛇行抽出ステップは、ローパスフィルタにより長周期成分を抽出する、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の振動および形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７７５９５（Ｐ２０１２−１７７５９５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０１５７（Ｐ２０１１−４０１５７）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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