JP2003207321A

JP2003207321A - 高温物体の形状計測装置

Info

Publication number: JP2003207321A
Application number: JP2002004692A
Authority: JP
Inventors: Kohei Nishikawa; 晃平西川; Katsuya Takaoka; 克也高岡; Yasuhiro Wasa; 泰宏和佐
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】装置を小型化することができる高温物体の形
状計測装置を提供する。【解決手段】高温物体の形状計測装置１は、光学ミラ
ー２と、光波距離計３と、計測器駆動装置５と、ミラー
駆動機構６とを備えている。光波距離計３は、レーザ光
４を光学ミラー２に向けて投光し、光学ミラー２、計測
対象物である溶銑樋７及び光学ミラー２の順で反射して
戻ってきたレーザ光４を受光することにより、レーザ光
４の投受光時間差又は投受光位相差に基づいて光学ミラ
ー２を経由した計測対象物７までの距離を計測する。計
測器駆動装置５は、溶銑樋７の長手方向に沿って高温物
体の形状計測装置１を移動させる。ミラー駆動機構６
は、光学ミラー２を昇降させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温物体の形状計
測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉より出銑された溶銑は、溶銑樋と呼
ばれる流路を通じて搬送台車に流し込まれ、次工程に搬
送されるのが一般的である。この溶銑樋は、凹断面の鉄
枠の内側に耐火物を貼った構造をしている。この溶銑樋
を溶銑が流れると、桶内面に貼られた耐火物が溶損侵食
され、通銑時間の増大とともに耐火物厚みが薄くなり、
鉄枠にまで達すると、鉄枠が溶損され溶銑が流れ出る事
故を招き多大な生産損失を生じる。このような事故を未
然に防止するため、溶銑桶内面の形状、溶損状態を定期
的に測定することは、出銑管理上重要な作業となってい
る。

【０００３】この作業では、作業員が樋内面を目視した
後、測定が必要と思われる部位を接触式の専用工具を用
いて樋内面幅を測定している。しかし、人手による接触
式工具を用いた作業は測定精度が悪い上、スポット的な
測定となるため、耐火物溶損部の見落としによる溶銑の
漏出防止の観点から余裕を持った耐火物残厚で内面補修
を実施しており、耐火物のコストアップの要因となって
いる。

【０００４】このような課題に対応するため、特開平６
−２００３０９号公報には、樋の内側面に向かってレー
ザースポットを投射して内側面からの乱反射光を受光
し、三角測量の原理に基づき、樋内面までの距離を測定
する光波距離計を用いた高炉出銑樋内面プロフィル測定
装置が開示されている。この特開平６−２００３０９号
公報の高炉出銑樋内面プロフィル測定装置では、二式の
三角測量方式のレーザ距離計を組み込んだセンサ部を樋
深さ方向に昇降させ、かつ樋長手方向に移動せしめるこ
とにより、樋内面形状を連続的に測定している。さら
に、高温物体自体が自発光ノイズを生じるため、遮熱板
（ガラス表面に金属や誘電体をコーティングすることに
よって特定の波長域の光だけを通すようにした干渉フィ
ルタ）を使用することにより、ノイズを除去し、必要な
波長のみを透過して受光している。

【０００５】

【発明の解決しようとする課題】しかし、三角測量方式
の計測精度は、レーザ距離計と計測対象物との距離の二
乗で低下するため、精度確保の観点から、レーザ距離計
と計測対象物間を大きく設定することができず、レーザ
距離計を樋内部に挿入するセンサ部に設置することが必
要となる。従って、１０００℃近傍の高温環境内で三角
測量方式のレーザ距離計を内蔵したセンサ部を昇降させ
ることが必要となり、センサ部に内蔵された光学機器や
センサ部と信号処理部を結ぶ信号線保護のため、水冷や
空冷による冷却機構などが必要となり、特殊な耐熱機構
の付加が必要となるとともに、装置の大型化が問題とな
っていた。

【０００６】本発明は、上記問題点を鑑みてされたもの
であり、小型化することができる高温物体の形状計測装
置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の高温物体の形状計測装置
は、所定波長近傍の波長を有する光だけを反射する光学
ミラーと、前記所定波長近傍の波長を有するレーザ光を
前記光学ミラーに向けて投光し、前記光学ミラー、計測
対象物である高温物体及び前記光学ミラーの順で反射し
て戻ってきたレーザ光を受光することにより、レーザ光
の投受光時間差又は投受光位相差に基づいて前記光学ミ
ラーを経由した前記計測対象物までの距離を測定する光
波距離計と、前記光波距離計と前記光学ミラーとの間の
距離を測定するための測定手段と、前記光学ミラーを前
記光波距離計から投光されるレーザ光の出射方向に移動
させるためのミラー移送手段とを備えていることを特徴
としている。

【０００８】この請求項１の構成によると、投光レーザ
と受光レーザとの時間差または位相差から距離を計測す
る光波距離計を用いるため、レーザ距離計と計測対象物
間距離を大きく設定することができる。従って、高温環
境内に曝されるセンサ部に光学機器を内蔵する必要がな
い。ゆえに、センサ部の冷却機構や特殊な耐熱機構を設
ける必要がなく、装置の大型化の問題を回避することが
できる。また、高温環境内には反射ミラー部である光学
ミラーしか設置しないため、装置の軽量化と、保守費用
の低減を図ることができる。さらに、光学ミラー（干渉
ミラー等）は、光波距離計から投受光されるレーザ波長
近傍のみを反射し、他の波長を透過させる特性を有する
ため、光波距離計の受光部では投光レーザ波長のみの受
光を行なうことができ、計測のＳ／Ｎ向上が図れる。

【０００９】請求項２に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項１に記載の高温物体の形状計測装置であっ
て、前記光学ミラー及び前記光波距離計の組を複数備え
ていることを特徴としている。

【００１０】この請求項２の構成によると、光学ミラー
及び光波距離計の組を複数備えているため、計測対象物
について、同時に複数箇所の測定が可能となる。従っ
て、測定の時間・手間を軽減することができる。

【００１１】請求項３に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項２に記載の高温物体の形状計測装置であっ
て、前記ミラー移送手段は、複数の前記光学ミラーをこ
れらが実質的に同じ位置を保つように移動させることを
特徴としている。

【００１２】この請求項３の構成によると、ミラー移送
手段により複数の光学ミラーが実質的に同じ位置に保た
れることから、計測対象物について、実質的に同じ位置
における周囲複数個所を測定することができる。従っ
て、測定の時間・手間を軽減することができる。

【００１３】請求項４に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高温物体の形
状計測装置であって、前記測定手段が、前記ミラー移送
手段によって前記光学ミラーと共に移動させられる反射
体と、前記反射体に向けてレーザ光を投光し、前記反射
体で反射して戻ってきたレーザ光を受光することによ
り、レーザ光の投受光時間差又は投受光位相差に基づい
て前記反射体までの距離を測定する第２の光波距離計と
を含んでいることを特徴としている。

【００１４】この請求項４の構成によると、測定手段が
第２の光波距離計と反射体とを含んでいることから、第
２の光波距離計により第２の光波距離計と反射体間の距
離を計測することができる。また、反射体と光学ミラー
とがミラー移送手段により共に移動させられるため、反
射体と光学ミラーとの距離は一定となる。さらに、第１
の光波距離計と第２の光波距離計は固定されているた
め、第１の光波距離計と第２の光波距離計との距離も一
定となる。以上から、第２の光波距離計と反射体間の距
離から実質的に光波距離計と光学ミラーとの間の距離を
計測ができる。したがって、光波距離計と光学ミラーと
の間の距離の計測について、計測の精度を向上すること
ができる。

【００１５】請求項５に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項１に記載の高温物体の形状計測装置であっ
て、前記光学ミラーを複数備えていると共に、前記光波
距離計から投光されたレーザ光が複数の前記光学ミラー
のそれぞれで反射されるようにするためのレーザ受光位
置変更手段をさらに備えていることを特徴としている。

【００１６】この請求項５の構成によると、レーザ受光
位置変更手段を備えていることから、１つの光波距離計
により複数の光学ミラーについてレーザ光の投受光を行
なうことができる。従って、光波距離計を複数備える必
要がないため、装置の大型化を防止することができ、ま
た、コストの増加を抑えることができる。

【００１７】請求項６に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項５に記載の高温物体の形状計測装置であっ
て、前記測定手段が、前記光学ミラーと実質的に同じ位
置に配置され且つ前記ミラー移送手段によって前記光学
ミラーと共に移動させられる反射体を含んでおり、前記
レーザ受光位置変更手段が、前記光波距離計から投光さ
れたレーザ光が複数の前記光学ミラー及び前記反射体の
それぞれで反射されるようにすることを特徴としてい
る。

【００１８】この請求項６の構成によると、レーザ受光
位置変更手段を備えていることから、１つの光波距離計
により複数の光学ミラーおよび反射体についてレーザ光
の投受光を行なうことができる。従って、複数の光波距
離計または第２の光波距離計を備える必要がないため、
装置の大型化を防止することができ、また、コストの増
加を抑えることができる。

【００１９】請求項７に記載の高温物体の形状計測装置
は、請求項６に記載の高温物体の形状計測装置であっ
て、前記光波距離計から投光されたレーザ光が通過可能
な開孔が前記反射体に設けられていることを特徴として
いる。

【００２０】この請求項７の構成によると、反射体にレ
ーザ光が通過可能な開孔が設けられているため、計測対
象物の光波距離計と対向する部分までの距離についても
測定することが可能となる。このため、光波距離計と対
向する部分と、反射体と実質的に同じ位置に配置されて
いる光学ミラーとの間の距離を算出することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
における高温物体の形状計測装置の実施形態について説
明する。尚、以下に説明する本実施形態に係る高温物体
の形状計測装置は、溶銑樋を計測対象物として、溶銑樋
の耐火物劣化測定に適用する例を示したものである。

【００２２】[実施形態１]本発明の第１の実施形態を図
１に基づいて以下に説明する。図１は、本発明に係る高
温物体の形状計測装置の第１の実施形態を示す概念図で
ある。図１に示すように、計測対象物である溶銑樋７
は、鉄枠７ａと耐火物７ｂとから構成されており、鉄枠
７ａの内面に耐火物７ｂが貼られている。本実施形態に
係る高温物体の形状計測装置１は、溶銑樋７上方の作業
床８から溶銑樋７内部に挿入し、耐火物７ｂの形状を非
接触で計測する。

【００２３】図１に示すように、高温物体の形状計測装
置１は、光学ミラー２と、光波距離計３と、計測器駆動
装置５と、ミラー駆動機構６とを備えている。

【００２４】光学ミラー２は、ガラス基板の表面に金属
や誘電体をコーティングすることで特定の波長域の光の
みを反射させるようにした干渉ミラーで形成されてい
る。本実施形態においては、耐熱性を確保する観点か
ら、耐熱ガラスを使用している。例えば、ガラス基板の
材質としては、石英ガラスがある。また、光学ミラー２
は、光を入射させる角度も指定されており、本実施形態
においては、４５度の角度で入射するように使用され
る。また、透過波長域は、レーザ光波長の±１０ｎｍ
（あるいはそれ以下の範囲）以外に設定することが望ま
しい。例えば、レーザ光波長が６２３ｎｍである場合
は、６４３ｎｍ以上と、６２３ｎｍ以下となる。なお、
光学ミラー２は、高温物体からの輻射熱を反射するステ
ンレス製ミラーボックス１０内に収納されている。

【００２５】光波距離計３は、光源に半導体レーザ等の
レーザ光４を使用している。光波距離計３は、レーザ光
４を光学ミラー２に向けて投光し、光学ミラー２、計測
対象物である溶銑樋７及び光学ミラー２の順で反射して
戻ってきたレーザ光４を受光する。光波距離計３は、計
測対象物である溶銑樋７までの距離をレーザ光の投受光
時間差あるいは変調レーザ光の投受光位相差により測定
を行なう。

【００２６】レーザ光の投受光時間差により距離を計測
する場合は、光波距離計３からレーザ光としてパルス光
源を用い、光学ミラー２（または溶銑樋７）に向けて入
射したとき、戻ってきた反射光が送信信号に対してΔｔ
の遅れをもっていたとすると、計測対象物である溶銑樋
７までの距離ＬをＬ＝ｃ×Δｔ／２（ｃは大気中の光
速）で算出する。

【００２７】一方、レーザ光の投受光位相差により距離
を計測する場合は、光波距離計３からレーザ光として正
弦波等で振幅変調（強度変調）の光源を用い、光学ミラ
ー２（または溶銑樋７）に向けて入射したとき、戻って
きた反射光の位相を測定することにより計測対象物であ
る溶銑樋７までの距離を算出する。

【００２８】ミラー駆動機構６は、ミラー移送手段であ
り、ミラー昇降用ワイヤ６ａと、ミラーガイド６ｂと、
ミラー駆動部６ｃとを有している。ミラー駆動部６ｃは
実質的に光波距離計３と同位置に配置されている。ミラ
ー駆動部６ｃとミラーボックス１０とは、ミラー昇降用
ワイヤ６ａで接続されている。また、ミラーボックス１
０の昇降は、ミラー駆動部６ｃ内に設けられた図示され
ないステッピングモータで行なわれる。ミラーガイド６
ｂは、ミラーボックス１０がミラーガイド６ｂに沿って
昇降するように、ミラーボックス１０に貫通して構成さ
れている。

【００２９】また、ステッピングモータには測定手段で
あるエンコーダ（図示せず）が付加されている。ステッ
ピングモータに付加したエンコーダにより、ミラーボッ
クス１０の位置、即ちミラーボックス１０とミラー駆動
部６ｃとの間の距離を測定して、パーソナルコンピュー
タ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ（以下、「Ｐ
Ｃ」と略する））５ａで演算される。なお、光波距離計
３とミラー駆動部６ｃは実質的に同位置に配置されてい
るため、ミラーボックス１０とミラー駆動部６ｃとの間
の距離が求まると、光波距離計３と光学ミラー２間の距
離が求まる。

【００３０】計測器駆動装置５は、溶銑樋７上方の作業
床８上に形成されている。計測器駆動装置５は、ミラー
ガイド６ｂとＰＣ５ａとを把持しており、高温物体の形
状計測装置１を溶銑樋７の長手方向に沿って移動させ
る。

【００３１】上記の構成において、高温物体の形状計測
装置１の動作について説明する。

【００３２】高温物体の形状計測装置１は、溶銑樋７上
方の作業床８から溶銑樋７内部に挿入され、溶銑樋耐火
物７ｂの形状を非接触で計測する。まず、光波距離計３
から投光されたレーザ光４は、光学ミラー２で反射さ
れ、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射される。耐火物７
ｂの表面で乱反射したレーザ光４は、再度光学ミラー２
で反射され、光波距離計３に戻る。従って、光波距離計
３において、レーザ光の投受光時間差あるいは変調レー
ザ光の投受光位相差より、光波距離計３からレーザ光乱
反射部までの距離Ｘを非接触に測定できる。一方、ミラ
ー駆動部６ｃ内のステッピングモータに付加したエンコ
ーダの出力により、計測時の光波距離計３と光学ミラー
２間の距離（ミラー昇降用ワイヤ長さ）Ｙが求まる。こ
の結果、（光波距離計計測値Ｘ−ミラー昇降用ワイヤ長
さＹ）を求めることにより、光学ミラー２と耐火物７ｂ
間の距離が検出される。

【００３３】さらに、ミラー駆動機構６によりミラーガ
イド６ｂに沿ってミラーボックス１０を昇降させつつ、
また、計測器駆動装置５により、溶銑樋７の長手方向に
沿って高温物体の形状計測装置１を移動させつつ、以上
の計測を順次進めることにより、溶銑樋耐火物７ｂの形
状計測が行なわれる。

【００３４】このように、本実施形態に係る高温物体の
形状計測装置１によれば、レーザ光の投受光時間差ある
いは変調レーザ光の投受光位相差より距離計測を行なう
光波距離計３を用いて計測対象物である溶銑樋７までの
距離を測定している。このため、光波距離計３と測定対
象物７間の距離を大きくとることができ、光波距離計３
を高温の溶銑樋７内部に挿入する必要がない。従って、
従来の三角測量方式レーザ距離計にみられた溶銑樋内部
に挿入するセンサ部の冷却機構を簡略化することでき、
装置の大型化防止と保守費用の低減を図ることができ
る。

【００３５】さらに、溶銑樋７内部を昇降させる反射ミ
ラーとして、光波距離計３から投光させるレーザ波長近
傍のみを反射し、他の波長を透過させる特性を有する光
学ミラー（干渉ミラー）を用いている。従って、高温の
ために赤熱した溶銑樋７側面からの外乱光は光学ミラー
を透過し反射されないため、光波距離計３の受光部では
投光レーザ波長のみの受光を行なうことができ、計測の
Ｓ／Ｎ向上を図ることができる。また、干渉ミラーを用
いる場合は、レーザ光は空気中のみを通過するため、干
渉フィルタのように距離計測値の再調整が不要となり、
校正の簡易化を図ることができる。さらに、干渉ミラー
を用いる場合は、干渉フィルタの透過率よりも干渉ミラ
ーの反射率のほうが高いため、光量を有効に利用するこ
とができる。

【００３６】［実施形態２］次に、本発明の第２の実施
形態を図２に基づいて以下に説明する。図２は、本発明
に係る高温物体の形状計測装置の第２の実施形態を示す
概念図である。尚、第１の実施形態と同一の部材には同
一の符号を付記してその説明を省略する。

【００３７】本実施形態に係る高温物体の形状計測装置
１は、図２に示すように、計測器駆動装置５と、ミラー
駆動機構６と、光学ミラーおよび光波距離計の複数（図
示では２つ）の組とを備えている。

【００３８】光波距離計３ａからのレーザ光４ａは光学
ミラー２ａに反射されて溶銑樋７の側面（図示では右側
面）に照射され、一方、光波距離計３ｂからのレーザ光
４ｂは光学ミラー２ｂに反射されて溶銑樋７の側面（図
示では左側面）に照射される。

【００３９】また、光学ミラー２ａ・２ｂは、共にミラ
ーボックス１０内に収納されている。従って、ミラー駆
動部６ｃ内に設置された図示されないステッピングモー
タによりミラー昇降用ワイヤ６ａに接続されたミラーボ
ックス１０が昇降され、即ち、光学ミラー２ａ・２ｂが
実質的に同じ位置を保ちながら昇降される。

【００４０】その他の構成は、第１の実施形態と同一で
ある。

【００４１】上記の構成において、高温物体の形状計測
装置１の動作について説明する。

【００４２】高温物体の形状計測装置１は、溶銑樋７上
方の作業床８から溶銑樋７内部に挿入され、溶銑樋耐火
物７ｂの形状を非接触で計測する。まず、光波距離計３
ａから投光されたレーザ光４ａは、光学ミラー２ａで反
射され、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射される。耐火
物７ｂの表面で乱反射したレーザ光４ａは、再度光学ミ
ラー２ａで反射され、光波距離計３ａに戻る。また、光
波距離計３ｂから投光されたレーザ光４ｂは、光学ミラ
ー２ｂで反射され、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射さ
れる。耐火物７ｂの表面で乱反射したレーザ光４ｂは、
再度光学ミラー２ｂで反射され、光波距離計３ｂに戻
る。従って、光波距離計３ａ・３ｂのそれぞれにおい
て、レーザ光の投受光時間差あるいは変調レーザ光の投
受光位相差より、光波距離計３ａ・３ｂからレーザ光乱
反射部までの距離Ｘ１、Ｘ２を非接触に測定できる。

【００４３】一方、ミラー駆動部６ｃ内のステッピング
モータに付加したエンコーダの出力により、計測時の光
波距離計３ａ・３ｂと光学ミラー２ａ・２ｂ間の距離
（ミラー昇降用ワイヤ長さ）Ｙが求まる。この結果、
（光波距離計計測値Ｘ１−ミラー昇降用ワイヤ長さＹ）
または（光波距離計計測値Ｘ２−ミラー昇降用ワイヤ長
さＹ）を求めることにより、光学ミラー２ａまたは２ｂ
と耐火物７ｂ間の距離が検出される。また、光波距離計
３ａ・３ｂにより投受光されるレーザ光４ａ・４ｂの光
路の間隔をＷとすると、（光波距離計計測値Ｘ１−ミラ
ー昇降用ワイヤ長さＹ＋光波距離計計測値Ｘ２−ミラー
昇降用ワイヤ長さＹ＋レーザ光の光路の幅Ｗ）を求める
ことにより、耐火物７ｂの幅が検出される。

【００４４】さらに、ミラー駆動機構６によりミラーガ
イド６ｂに沿ってミラーボックス１０を昇降させて光学
ミラー２ａ・２ｂを実質的に同じ位置を保つように移動
させつつ、また、計測器駆動装置５により、溶銑樋７の
長手方向に沿って高温物体の形状計測装置１を移動させ
つつ、以上の計測を順次進めることにより、溶銑樋耐火
物７ｂの形状計測が行なわれる。

【００４５】このように、本実施形態に係る高温物体の
形状計測装置１によれば、光学ミラー２ａ・２ｂと光波
距離計３ａ・３ｂの組を備え、光学ミラー２ａ・２ｂを
実質的に同じ位置を保つように移動させることができ
る。このため、光学ミラー２ａ・２ｂを昇降させつつ計
測を行なうことにより、対向する溶銑樋耐火物７ｂの内
面を同時に測定することができる。従って、計測の時間
及び手間の低減を図ることができる。

【００４６】［実施形態３］次に、本発明の第３の実施
形態を図３に基づいて以下に説明する。図３は、本発明
に係る高温物体の形状計測装置の第３の実施形態を示す
概念図である。尚、第１の実施形態と同一の部材には同
一の符号を付記してその説明を省略する。

【００４７】本実施形態に係る高温物体の形状計測装置
１は、図３に示すように、光学ミラー２と、光波距離計
３・３ｃと、計測器駆動装置５と、ミラー駆動機構６
と、拡散板９とを備えている。

【００４８】反射体である拡散板９は、光学ミラー２と
実質的に同じ位置に配置されている。また、拡散板９
は、光学ミラー２と同じ位置を保ちつつ、ミラー駆動機
構６により移動されるように構成されている。拡散板９
は、光波距離計３ｃと対向して、ミラー駆動機構６のミ
ラーガイド６ｂと垂直になるように配置されている。ま
た、光学ミラー２及び拡散板９は、共にミラーボックス
１０内に収納されている。なお、拡散板９は、ガラス基
板から形成されるミラーでもよいが、光を散乱・拡散さ
せる半透明な板から形成される拡散板であることが望ま
しい。

【００４９】光波距離計３ｃは、光波距離計３と実質的
に同じ位置に形成されている。また、光波距離計３ｃ
は、光源に半導体レーザ等のレーザ光４ｃを使用して、
レーザ光４ｃを拡散板９に向けて投光し、拡散板９で反
射して戻ってきたレーザ光４ｃを受光する。光波距離計
３ｃは、拡散板９までの距離をレーザ光の投受光時間差
あるいは変調レーザ光の投受光位相差により測定を行な
う。

【００５０】その他の構成は、第１の実施形態と同一で
ある。

【００５１】上記の構成において、高温物体の形状計測
装置１の動作について説明する。

【００５２】高温物体の形状計測装置１は、溶銑樋７上
方の作業床８から溶銑樋７内部に挿入され、溶銑樋耐火
物７ｂの形状を非接触で計測する。まず、光波距離計３
から投光されたレーザ光４は、光学ミラー２で反射さ
れ、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射される。耐火物７
ｂの表面で乱反射したレーザ光４は、再度光学ミラー２
で反射され、光波距離計３に戻る。従って、光波距離計
３において、レーザ光の投受光時間差あるいは変調レー
ザ光の投受光位相差より、光波距離計３からレーザ光乱
反射部までの距離Ｘを非接触に測定できる。

【００５３】一方、光波距離計３ｃから投光されたレー
ザ光４ｃは、拡散板９で反射され、光波距離計３ｃに戻
る。従って、光波距離計３ｃにおいて、レーザ光の投受
光時間差あるいは変調レーザ光の投受光位相差により、
光波距離計３ｃから拡散板９までの距離、すなわち計測
時の光波距離計３と光学ミラー２間の距離Ｙが求まる。
この結果、（光波距離計計測値Ｘ−光波距離計３ｃから
拡散板９までの距離Ｙ）を求めることにより、光学ミラ
ー２と耐火物７ｂ間の距離が検出される。

【００５４】さらに、ミラー駆動機構６によりミラーガ
イド６ｂに沿ってミラーボックス１０及び拡散板９を昇
降させつつ、また、計測器駆動装置５により、溶銑樋７
の長手方向に沿って高温物体の形状計測装置１を移動さ
せつつ、以上の計測を順次進めることにより、溶銑樋耐
火物７ｂの形状計測が行なわれる。

【００５５】このように、本実施形態に係る高温物体の
形状計測装置１によれば、計測器駆動装置５では、レー
ザ光の投受光時間差あるいは変調レーザ光の投受光位相
差より距離計測を行なう光波距離計３ｃを用いて拡散板
９までの距離を測定して、ＰＣ５ａで演算する。このた
め、光波距離計３ｃから拡散板９までの距離、すなわち
計測時の光波距離計３と光学ミラー２間の距離に関する
測定の精度を高めることができる。また、ミラーボック
ス１０の位置、即ちミラーボックス１０とミラー駆動部
６ｃとの間の距離を測定するために、ミラー駆動部６ｃ
内に設けられたステッピングモータにエンコーダを付加
する必要がない。

【００５６】［実施形態４］次に、本発明の第４の実施
形態を図４及び図５に基づいて以下に説明する。図４
は、本発明に係る高温物体の形状計測装置の第４の実施
形態を示す概念図である。図５は、光学ミラー２ａ・２
ｂ及び拡散板９の断面図である。尚、第１の実施形態と
同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略す
る。

【００５７】本実施形態に係る高温物体の形状計測装置
１は、図４に示すように、光学ミラー２ａ・２ｂと、光
波距離計３と、計測器駆動装置５と、ミラー駆動機構６
と、拡散板９と、光波距離計移動機構１１を備えてい
る。

【００５８】レーザ受光位置変更手段である光波距離計
移動機構１１は、光波距離計３に構成されている。光波
距離計移動機構１１は、光波距離計３自体を平行に移動
させることにより、レーザ光４の投受光位置を変更させ
る。即ち、光波距離計３は、光波距離計移動機構１１で
レーザ光４の投受光位置を変更することにより、光学ミ
ラー２ａ・２ｂ及び拡散板９にレーザ光４の投受光を行
なえるように構成されている。

【００５９】光学ミラー２ａ・２ｂ及び拡散板９は、一
体型として設けられている。また、光学ミラー２ａ・２
ｂ及び拡散板９は、共にミラーボックス１０内に収納さ
れている。従って、ミラー駆動部６ｃ内に設置された図
示されないステッピングモータによりミラー昇降用ワイ
ヤ６ａに接続されたミラーボックス１０が昇降される。
即ち、光学ミラー２ａ・２ｂ及び拡散板９は、実質的に
同じ位置を保ちつつ、ミラー駆動機構６により移動され
るように構成されている。

【００６０】光学ミラー２ａは、光波距離計３からのレ
ーザ光４を反射して溶銑樋７の側面（図示では右側面）
に照射する。一方、光学ミラー２ｂは、光波距離計３か
らのレーザ光を反射して溶銑樋７の側面（図示では左側
面）に照射する。

【００６１】拡散板９は、光波距離計３と対向して、ミ
ラー駆動機構６のミラーガイド６ｂと垂直になるように
配置されている。拡散板９は、ガラス基板から形成され
るミラーでもよいが、光を散乱・拡散させる半透明な板
から形成される拡散板であることが望ましい。また、図
５に示すように、拡散板９に開孔９ａを設けてもよい。
開孔９ａは、光波距離計３から投光されたレーザ光が通
過可能な大きさで形成されている。

【００６２】その他の構成は、第１の実施形態と同一で
ある。

【００６３】上記の構成において、高温物体の形状計測
装置１の動作について説明する。

【００６４】高温物体の形状計測装置１は、溶銑樋７上
方の作業床８から溶銑樋７内部に挿入され、溶銑樋耐火
物７ｂの形状を非接触で計測する。まず、光波距離計３
から投光されたレーザ光４は、光学ミラー２ａで反射さ
れ、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射される。耐火物７
ｂの表面で乱反射したレーザ光４は、再度光学ミラー２
ａで反射され、光波距離計３に戻る。また、光波距離計
３から投光されたレーザ光４は、光学ミラー２ｂで反射
され、溶銑樋７側面の耐火物７ｂに照射される。耐火物
７ｂの表面で乱反射したレーザ光４は、再度光学ミラー
２ｂで反射され、光波距離計３に戻る。従って、光波距
離計３において、レーザ光の投受光時間差あるいは変調
レーザ光の投受光位相差より、光学ミラー２ａ・２ｂそ
れぞれについて光波距離計３からレーザ光乱反射部まで
の距離Ｘ１、Ｘ２を非接触に測定できる。

【００６５】一方、光波距離計３から投光されたレーザ
光４は、拡散板９で反射され、光波距離計３に戻る。従
って、光波距離計３において、レーザ光の投受光時間差
あるいは変調レーザ光の投受光位相差により、光波距離
計３から拡散板９までの距離、すなわち計測時の光波距
離計３と光学ミラー２ａ・２ｂ間の距離Ｙが求まる。こ
の結果、（光波距離計計測値Ｘ１−光波距離計３から拡
散板９までの距離Ｙ）または（光波距離計計測値Ｘ２−
光波距離計３から拡散板９までの距離Ｙ）を求めること
により、光学ミラー２ａまたは２ｂと耐火物７ｂ間の距
離が検出される。

【００６６】また、光波距離計３により投受光されるレ
ーザ光の光路の間隔をＷとすると、（光波距離計計測値
Ｘ１−光波距離計３から拡散板９までの距離Ｙ＋光波距
離計計測値Ｘ２−光波距離計３から拡散板９までの距離
Ｙ＋レーザ光の光路の幅Ｗ）を求めることにより、耐火
物７ｂの幅が検出される。

【００６７】また、拡散板９に開孔９ａが設けられてい
る場合、拡散板９に設けられた開孔９ａを通過したレー
ザ光４ｃは、耐火物７ｂの底面に照射される。耐火物７
ｂの底面の表面で乱反射したレーザ光４ｃは、再度開孔
９ａを通過して、光波距離計３に戻る。従って、光波距
離計３において、レーザ光の投受光時間差あるいは変調
レーザ光の投受光位相差より、光波距離計３から耐火物
７ｂの底面のレーザ光乱反射部までの距離Ｚを測定する
ことができる。この結果、（光波距離計３から拡散板９
までの距離Ｙ−光波距離計３から耐火物７ｂの底面まで
の距離Ｚ）を求めることにより、拡散板９と耐火物７ｂ
の底面間の距離が検出される。

【００６８】さらに、ミラー駆動機構６によりミラーガ
イド６ｂに沿ってミラーボックス１０を昇降させつつ、
また、計測器駆動装置５により、溶銑樋７の長手方向に
沿って高温物体の形状計測装置１を移動させつつ、以上
の計測を順次進めることにより、溶銑樋耐火物７ｂの形
状計測が行なわれる。

【００６９】このように、本実施形態に係る高温物体の
形状計測装置１によれば、光波距離計３は、レーザ受光
位置変更手段を備えている。従って、光学ミラー２ａ・
２ｂの位置決めを行なった後、計測時に光波距離計３を
光波距離計移動機構１１によりレーザ受光位置を変更す
ることにより、１台の光波距離計３で、光学ミラー２ａ
及び光学ミラー２ｂにより対向する溶銑樋耐火物７ｂの
凹部両面の距離計測が可能となる。また同時に、光波距
離計３を光波距離計移動機構１１によりレーザ受光位置
を変更することにより、光学ミラー２ａ・２ｂと実質的
に同位置に設置した拡散板９までの距離も、１台の光波
距離計３で計測することができる。

【００７０】また、拡散板９にレーザ光が通過すること
ができる開孔９ａが複数設けられている場合、溶銑樋７
の耐火物７ｂの側面部だけでなく底面部の形状計測も行
なうことができる。従って、耐火物７ｂの両側面の測定
形状を耐火物７ｂの底面からの測定高さをパラメータと
して表現することができる。

【００７１】尚、本発明に係る高温物体の形状計測装置
の実施形態は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな
設計変更が可能である。

【００７２】例えば、前記実施形態は、溶銑樋を計測対
象物とし、溶銑樋の内面形状を測定する際に用いられる
高温物体の形状計測装置の一例を示したものであるが、
溶銑樋以外のものを計測対象物としてもよい。例えば、
転炉等の反応炉を計測対象物として用いることもでき
る。

【００７３】また、前記実施形態２では、光学ミラー２
ａと２ｂは１つのミラーボックス１０に収容されている
が、それぞれ別のミラーボックスに収容してもよい。ま
た、光学ミラー２ａと２ｂは実質的に同じ位置を保ちな
がら移動しているが、それぞれ別々に移動するようにし
てもよい。

【００７４】同様に、前記実施形態３では、光学ミラー
２と拡散板９とは同じ１つのミラーボックス１０に収容
されているが、それぞれ別のミラーボックスに収容して
も良い。また、光学ミラー２と拡散板９と実質的に同じ
位置に配置されているが、離れた位置に配置されていて
も良い。但し、光学ミラー２と拡散板９とは同じ距離を
保ちつつ、ミラー駆動機構６により移動されるように構
成されている必要がある。

【００７５】前記実施形態４では、光波距離計移動機構
１１は、光波距離計３自体を平行に移動させることによ
りレーザ受光位置を変更しているが、それに限られな
い。光波距離計移動機構１１は、レーザ受光位置を変更
するものであればよく、光波距離計３自体を回転させた
りすることにより、レーザ光の投受光位置を変更させる
機構であってもよい。

【００７６】前記実施形態２では、光波距離計３ａと光
波距離計３ｂとを別々に設けているが、光波距離計３ａ
を光波距離計３ｂと兼用しても良い。即ち、光波距離計
３ａに、レーザ受光位置変更手段である光波距離計移動
機構を備えてもよい。光波距離計移動機構は、光波距離
計３自体を移動させたり、光波距離計３自体を回転させ
たりすることにより、レーザ光の投受光位置を変更させ
る手段である。従って、光波距離計３ａは、光波距離計
移動機構でレーザ光の投受光位置を変更することによ
り、光学ミラー２ａ及び光学ミラー２ｂの双方に対して
レーザ光の投受光を行なうことができる。同様に、前記
実施形態３では、光波距離計３と光波距離計３ｃとを別
々に設けているが、光波距離計３に光波距離計移動機構
を備えることにより、光波距離計３を光波距離計３ｃと
兼用しても良い。光波距離計３は、光波距離計移動機構
でレーザ光の投受光位置を変更することにより、光学ミ
ラー２及び拡散板９の双方に対してレーザ光の投受光を
行なうことができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明の高温物体の形状計測装置による
と、投光レーザと受光レーザとの時間差または位相差か
ら距離を計測する光波距離計をレーザ距離計として用い
るため、レーザ距離計と計測対象物間距離を大きく設定
することができる。従って、高温環境内に曝されるセン
サ部に光学機器を内蔵する必要がない。ゆえに、センサ
部の冷却機構や特殊な耐熱機構を設ける必要がなく、装
置の大型化の問題を回避することができる。また、高温
環境内には反射ミラー部である光学ミラーしか設置しな
いため、装置の軽量化と、保守費用の低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高温物体の形状計測装置の、第１
の実施形態を示す概念図である。

【図２】本発明に係る高温物体の形状計測装置の、第２
の実施形態を示す概念図である。

【図３】本発明に係る高温物体の形状計測装置の、第３
の実施形態を示す概念図である。

【図４】本発明に係る高温物体の形状計測装置の、第４
の実施形態を示す概念図である。

【図５】光学ミラー２ａ、２ｂ及び拡散板９の断面図で
ある。

【符号の説明】

１高温物体の形状計測装置２光学ミラー３光波距離計４レーザ光５計測器駆動装置６ミラー駆動機構７計測対象物（溶銑樋）８作業床９拡散板１０ミラーボックス１１光波距離計移動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和佐泰宏兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 AA60 AA63 CC00 FF12 FF13 FF32 GG04 LL12 LL20 MM14 MM24 4K015 EC03 KA07 4K056 AA01 FA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定波長近傍の波長を有する光だけを反
射する光学ミラーと、前記所定波長近傍の波長を有するレーザ光を前記光学ミ
ラーに向けて投光し、前記光学ミラー、計測対象物であ
る高温物体及び前記光学ミラーの順で反射して戻ってき
たレーザ光を受光することにより、レーザ光の投受光時
間差又は投受光位相差に基づいて前記光学ミラーを経由
した前記計測対象物までの距離を測定する光波距離計
と、前記光波距離計と前記光学ミラーとの間の距離を測定す
るための測定手段と、前記光学ミラーを前記光波距離計から投光されるレーザ
光の出射方向に移動させるためのミラー移送手段とを備
えていることを特徴とする高温物体の形状計測装置。
【請求項２】前記光学ミラー及び前記光波距離計の組
を複数備えていることを特徴とする請求項１に記載の高
温物体の形状計測装置。
【請求項３】前記ミラー移送手段は、複数の前記光学
ミラーをこれらが実質的に同じ位置を保つように移動さ
せることを特徴とする請求項２に記載の高温物体の形状
計測装置。
【請求項４】前記測定手段が、前記ミラー移送手段によって前記光学ミラーと共に移動
させられる反射体と、前記反射体に向けてレーザ光を投光し、前記反射体で反
射して戻ってきたレーザ光を受光することにより、レー
ザ光の投受光時間差又は投受光位相差に基づいて前記反
射体までの距離を測定する第２の光波距離計とを含んで
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の高温物体の形状計測装置。
【請求項５】前記光学ミラーを複数備えていると共
に、前記光波距離計から投光されたレーザ光が複数の前記光
学ミラーのそれぞれで反射されるようにするためのレー
ザ受光位置変更手段をさらに備えていることを特徴とす
る請求項１に記載の高温物体の形状計測装置。
【請求項６】前記測定手段が、前記光学ミラーと実質
的に同じ位置に配置され且つ前記ミラー移送手段によっ
て前記光学ミラーと共に移動させられる反射体を含んで
おり、前記レーザ受光位置変更手段が、前記光波距離計から投
光されたレーザ光が複数の前記光学ミラー及び前記反射
体のそれぞれで反射されるようにすることを特徴とする
請求項５に記載の高温物体の形状計測装置。
【請求項７】前記光波距離計から投光されたレーザ光
が通過可能な開孔が前記反射体に設けられていることを
特徴とする請求項６に記載の高温物体の形状計測装置。