JP7363841B2 - Module block shape measurement method, module block shape measurement system, and furnace construction method - Google Patents
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Description
本発明は、モジュールブロック形状測定方法、モジュールブロック形状測定システム、および、炉建設方法に関する。 The present invention relates to a module block shape measurement method, a module block shape measurement system, and a furnace construction method.
製鉄に用いられる冶金用コークスは、室炉式コークス炉で石炭を乾留することによって製造される。室炉式コークス炉は、炭化室と、該炭化室に熱を供給する燃焼室とを炉幅方向に交互に配置することによって構成されており、炭化室と燃焼室とを隔てる耐火煉瓦等の定型耐火物を介して燃焼室から炭化室へ熱が供給される。室炉式コークス炉には100門以上の炉室を備えるものもあり、そのような室炉式コークス炉は、全長100m以上、高さ10m以上におよぶ巨大煉瓦構造物といえる。 Metallurgical coke used in steelmaking is produced by carbonizing coal in a room-fired coke oven. A room furnace type coke oven is constructed by arranging carbonization chambers and combustion chambers that supply heat to the carbonization chambers alternately in the width direction of the oven. Heat is supplied from the combustion chamber to the carbonization chamber via the regular refractory. Some indoor furnace coke ovens have more than 100 furnace chambers, and such indoor furnace coke ovens can be said to be huge brick structures with a total length of 100 m or more and a height of 10 m or more.
コークス炉を構成する定型耐火物は、一般的な建築物用の煉瓦と異なり、上面から見た形状が長方形、台形、L字型など、複雑な形状をしている。さらに、それら定型耐火物の側面、上面、底面には、ダボと呼ばれるズレ防止用の嵌合凸部や、ホゾと呼ばれるズレ防止用の嵌合凹部が設けられている場合がある。コークス炉は、このように極めて複雑な形状を有する定型耐火物を組み合わせて建設される。 The standard refractories that make up coke ovens are different from bricks for general buildings, and have complex shapes such as rectangles, trapezoids, and L-shapes when viewed from above. Furthermore, the side, top, and bottom surfaces of these regular refractories are sometimes provided with fitting protrusions called dowels to prevent slippage, and fitting recesses called tenons to prevent slippage. Coke ovens are constructed by combining regular refractories with extremely complex shapes.
このような定型耐火物の形状の複雑さのため、コークス炉の築炉は、現在、築炉工による手積み作業で行われている。手積みによる築炉では、定型耐火物を積む位置にコテ等の工具を用いて所定の目地厚になるようにモルタルを塗布し、次いで、モルタル上へ定型耐火物を積み上げるという作業を繰り返し行う必要がある。その際には、複雑な形状の定型耐火物の表面にモルタルを均一に塗布する必要があるなど、極めて高度な技能が要求されるが、そのような技能を有する熟練した築炉工は常に不足している。また、手作業でモルタルの塗布と定型耐火物の積み上げを行う築炉作業は極めて重労働といえる。 Due to the complexity of the shape of such regular refractories, the construction of coke ovens is currently carried out by hand construction work by furnace builders. When building a furnace by hand, it is necessary to repeatedly apply mortar to the position where the regular refractories are to be stacked using tools such as a trowel to achieve the specified joint thickness, and then stack the regular refractories on top of the mortar. There is. This requires an extremely high level of skill, as it is necessary to evenly apply mortar to the surface of a regular refractory with a complex shape, but there is always a shortage of skilled furnace builders with such skills. are doing. Furnace construction work, which involves applying mortar and stacking standard refractories by hand, can be said to be extremely hard work.
以上の理由から、定型耐火物を積み上げる作業を、少ない人手で効率的に行う方法の開発が求められている。 For the above reasons, there is a need to develop a method for stacking regular refractories efficiently with less manpower.
例えば、特許文献1では、予めコークス炉の建設場所以外の場所で、水平方向に複数の煉瓦を並べた煉瓦層を、鉛直方向に複数段積層したモジュールブロックを製作し、建設場所に運搬して据え付ける方法が提案されている。
For example, in
特許文献1で提案されている方法ではスペースに限りがあるコークス炉建設場所ではない別の場所でモジュールブロックを製造するため、十分な作業スペースを確保することができる。そしてその結果、作業効率が向上することに加え、定型耐火物の積み上げやモルタルの塗布を、ロボット等を用いて自動化することも容易である。
In the method proposed in
しかし、本発明者らの検討の結果、特許文献1などの従来の方法には、以下に述べるようにさらなる改善の余地があることが分かった。
However, as a result of studies conducted by the present inventors, it has been found that the conventional methods such as those disclosed in
すなわち、コークス炉の建設に使用される定型耐火物は焼成して製造されるものであるため、寸法にばらつきがある。例えば、一般的に使用される定型耐火物では、平面視や側面視における対角線距離で1~2mm程度の寸法誤差があり、その寸法誤差は個々の定型耐火物ごとに異なっている。そのため、定型耐火物を積み上げて得られるモジュールブロックにも、個体ごとに形状のばらつきが発生する。 That is, since the regular refractories used in the construction of coke ovens are manufactured by firing, there are variations in dimensions. For example, commonly used standard refractories have a dimensional error of about 1 to 2 mm in diagonal distance in plan view or side view, and the dimensional error differs for each standard refractory. Therefore, even in module blocks obtained by stacking regular refractories, variations in shape occur from one module block to another.
特に、コークス炉においては、石炭を炭化室に挿入して乾留し、得られたコークスを側面から押し出して排出するため、炭化室の壁面には高い平坦度が要求される。したがって、モジュールブロックの製造時には、炭化室の壁面が要求される平坦度を備えるように定型耐火物の積み方を調整することが考えられるが、その場合でも、他の以外の部分における形状のばらつきを完全になくすことはできない。 In particular, in a coke oven, coal is inserted into a carbonization chamber and carbonized, and the obtained coke is extruded from the side and discharged, so that the walls of the carbonization chamber are required to have high flatness. Therefore, when manufacturing module blocks, it is conceivable to adjust the stacking method of regular refractories so that the wall surface of the carbonization chamber has the required flatness, but even in that case, the shape may vary in other parts. cannot be completely eliminated.
このモジュールブロック形状のばらつきのために、コークス炉建設の精度や作業効率が低下するという問題がある。例えば、形状のばらつきのためにモジュールブロック間の距離が小さくなりすぎた場合、モジュールブロックの据付精度が低下することに加え、十分なモルタルの厚さを確保できない場合がある。特に、モジュールブロック同士が干渉する場合には、そのままモジュールブロックを積むことはできないため、干渉が生じないように該モジュールブロックを手直しする必要がある。 Due to this variation in the shape of the module blocks, there is a problem in that the accuracy and work efficiency of coke oven construction are reduced. For example, if the distance between the module blocks becomes too small due to variations in shape, the installation accuracy of the module blocks will decrease, and a sufficient thickness of mortar may not be ensured. In particular, when module blocks interfere with each other, it is not possible to stack the module blocks as they are, so it is necessary to modify the module blocks to prevent interference.
しかし、モジュールブロックの設置作業は通常、モジュールブロックを運搬用の治具によって把持した状態で行われるため、そのままでは手直しを行うことはできない。そこで、一旦モジュールブロックから治具を外したうえで、該モジュールブロックを構成する定型耐火物を削るか、モジュールブロックの少なくとも一部を分解して定型耐火物を積み直す必要がある。このような手直しは非常に手間のかかる作業であり、コークス炉建設現場で手直しを行うことにより作業効率が著しく低下する。また、反対に、モジュールブロック間の距離が大きくなりすぎた場合にも、据付精度が低下する場合があることに加え、モジュールブロック間の隙間を多量のモルタルで充填する必要があるため、やはり作業効率が低下する。 However, since the module block installation work is usually performed while the module block is being held by a transportation jig, it is not possible to modify the module block as it is. Therefore, after removing the jig from the module block, it is necessary to shave off the regular refractories that make up the module block, or to disassemble at least a portion of the module block and reload the regular refractories. Such rework is very time-consuming work, and work efficiency is significantly reduced if the rework is performed at the coke oven construction site. On the other hand, if the distance between the module blocks becomes too large, the installation accuracy may decrease, and the gaps between the module blocks must be filled with a large amount of mortar, so it is still difficult to carry out the work. Efficiency decreases.
そこで、本発明者らは、モジュールブロックを用いたコークス炉建設方法において精度と効率を向上させるために、モジュールブロックを製造した後、コークス炉の建設場所へ運搬する前に該モジュールブロックの3次元形状を測定することを検討した。モジュールブロックの3次元形状を正確に測定することができれば、測定した形状の情報に基づいてモジュールブロックの据付位置の最適化や、形状が不良であるモジュールブロックの判別を行うことが可能となる。 Therefore, in order to improve accuracy and efficiency in a coke oven construction method using modular blocks, the present inventors have developed a three-dimensional We considered measuring the shape. If the three-dimensional shape of a module block can be accurately measured, it will be possible to optimize the installation position of the module block and to identify module blocks with defective shapes based on the information on the measured shape.
しかし、モジュールブロックは複数の定型耐火物を積み上げて製造されるものであるため、比較的サイズが大きい。そのため、1つの測定手段(センサ等)でモジュールブロックの全体的な形状を測定することは難しい。また、3次元形状の測定方法では、原理上、測定範囲の中心から離れるほど測定精度が低下するため、広範囲の形状を高精度で測定することができない。また、上述したようにモジュールブロックの表面にはダボやホゾと呼ばれる凹凸が存在しているため、センサから見て影となる部分の形状データを得ることができないという問題もある。 However, since module blocks are manufactured by stacking a plurality of standard refractories, they are relatively large in size. Therefore, it is difficult to measure the overall shape of a module block with one measuring means (such as a sensor). In addition, in the three-dimensional shape measuring method, in principle, the measurement accuracy decreases as the distance from the center of the measurement range increases, so it is not possible to measure a wide range of shapes with high precision. Furthermore, as described above, since there are irregularities called dowels and tenons on the surface of the module block, there is also the problem that it is not possible to obtain shape data of portions that are shadowed when viewed from the sensor.
形状を広範囲にわたって測定する方法としては、複数の測定手段でモジュールブロックの異なる部分の形状を測定し、得られたデータをつなぎ合わせることも考えられる。しかし、データ精度良くつなぎ合わせるためには、気温の変動などに起因する各測定手段の位置および角度の変化を補正して、複数の測定手段で得られる形状データの座標系を正確に一致させる必要がある。しかし、この方法では精度を維持するために何度もキャリブレーションを行う必要があるため、モジュールブロックの製造効率が低下する。 One possible way to measure the shape over a wide range is to measure the shape of different parts of the module block using a plurality of measuring means and connect the obtained data. However, in order to connect data with high accuracy, it is necessary to correct changes in the position and angle of each measurement method due to changes in temperature, etc., and to accurately match the coordinate systems of shape data obtained by multiple measurement methods. There is. However, with this method, it is necessary to perform calibration many times to maintain accuracy, which reduces the manufacturing efficiency of module blocks.
上記のような理由から、モジュールブロックの3次元形状を精度良く効率的に測定することができる測定方法が求められている。また、上記モジュールブロックを用いた工法は、コークス炉以外の炉の建設にも適用可能であるが、その場合にも、やはり同様に、モジュールブロックの3次元形状を精度良く効率的に測定することができる測定方法が求められる。 For the above reasons, there is a need for a measuring method that can accurately and efficiently measure the three-dimensional shape of a module block. In addition, the construction method using modular blocks described above can be applied to the construction of ovens other than coke ovens, but in that case, it is still necessary to accurately and efficiently measure the three-dimensional shape of the module blocks. There is a need for a measurement method that allows for
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モジュールブロックの3次元形状を精度良く効率的に測定することができる測定方法および測定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a measuring method and a measuring system that can accurately and efficiently measure the three-dimensional shape of a module block.
上記課題を解決するために本発明者らが検討を行った結果、以下の知見を得た。 As a result of studies conducted by the present inventors to solve the above problems, the following findings were obtained.
(1)広範囲の形状を測定するために、複数の測定手段でモジュールブロックの異なる部分の形状を測定し、得られたデータをつなぎ合わせることが考えられる。しかし、複数のデータを精度良くつなぎ合わせるためには、気温の変動などに起因する測定手段の位置の変化を補正して、複数の測定手段で得られる形状データの座標系を正確に一致させる必要がある。しかし、そのためには何度もキャリブレーションを行う必要があるため、モジュールブロックの製造効率が低下する。 (1) In order to measure a wide range of shapes, it is conceivable to measure the shapes of different parts of a module block using a plurality of measuring means and connect the obtained data. However, in order to connect multiple pieces of data with high precision, it is necessary to correct for changes in the position of the measuring means due to changes in temperature, etc., and to accurately match the coordinate systems of the shape data obtained by the multiple measuring means. There is. However, since it is necessary to perform calibration many times for this purpose, the manufacturing efficiency of the module block decreases.
(2)また、複数の測定手段で重複する領域を含むように測定を行い、該重複する領域のデータ同士をフィッティングすることによりデータのつなぎ合わせを行うことも考えられる。しかし、3次元形状の測定データそれ自体が無視できない誤差を含んでいるため、この方法では、高い精度でデータをつなぎ合わせることができない。また、この方法では、測定手段の数、すなわちつなぎ合わせるデータの数が増加するにともなって誤差が蓄積されるため、測定手段の数が多い場合に顕著に精度が低下する。 (2) It is also conceivable to perform measurements using a plurality of measuring means so as to include overlapping areas, and to connect the data by fitting the data of the overlapping areas. However, since the measurement data of the three-dimensional shape itself contains errors that cannot be ignored, this method cannot connect the data with high accuracy. Furthermore, in this method, errors accumulate as the number of measuring means, that is, the number of pieces of data to be joined increases, so the accuracy decreases significantly when the number of measuring means is large.
(3)これに対して、3次元形状データが既知である基準部材を用いて形状測定とフィッティングによる補正を行うことにより、上記の問題を解決し、モジュールブロックの3次元形状を精度良く効率的に測定することが可能となる。 (3) On the other hand, by performing shape measurement and correction by fitting using a reference member whose 3D shape data is known, the above problem can be solved and the 3D shape of the module block can be accurately and efficiently It becomes possible to measure
本発明は上記知見を元に完成されたものであり、その要旨構成は、以下の通りである。 The present invention has been completed based on the above knowledge, and its gist and structure are as follows.
1.複数の定型耐火物を積み上げて製造されたモジュールブロックの形状を測定するモジュールブロック形状測定方法であって、
測定対象のモジュールブロックの近傍に3次元形状データが既知である基準部材を配置する配置工程と、
複数の測定手段を用いて、前記基準部材の少なくとも一部が含まれるように前記モジュールブロックの異なる部分の形状を測定して複数の3次元形状データを得る測定工程と、
前記測定工程で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正する補正工程とを含む、モジュールブロック形状測定方法。
1. A module block shape measuring method for measuring the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of regular refractories, the method comprising:
a placement step of arranging a reference member whose three-dimensional shape data is known near the module block to be measured;
a measuring step of obtaining a plurality of three-dimensional shape data by measuring shapes of different parts of the module block using a plurality of measuring means so that at least a part of the reference member is included;
Each of the plurality of three-dimensional shape data measured in the measurement step is corrected by fitting the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data to the known three-dimensional shape data of the reference member. A method for measuring the shape of a module block, the method comprising: a correction step;
2.前記測定手段が、レーザーを線状に照射して形状を測定するプロファイルセンサと、前記プロファイルセンサを前記モジュールブロックに対して相対的に移動させる移動手段とを備える、上記1に記載のモジュールブロック形状測定方法。 2. The module block shape according to 1 above, wherein the measuring means includes a profile sensor that measures the shape by linearly irradiating a laser, and a moving means that moves the profile sensor relatively to the module block. Measuring method.
3.前記測定工程において、前記モジュールブロックの少なくとも上面と下面の形状を測定する、上記1または2に記載のモジュールブロック形状測定方法。 3. 3. The method for measuring the shape of a module block according to 1 or 2 above, wherein in the measuring step, the shape of at least an upper surface and a lower surface of the module block is measured.
4.複数の定型耐火物を積み上げて製造されたモジュールブロックの形状を測定するモジュールブロック形状測定システムであって、
3次元形状データが既知である基準部材と、
前記基準部材の少なくとも一部が含まれるように前記モジュールブロックの異なる部分の形状を測定し、複数の3次元形状データを得る複数の測定手段と、
前記複数の測定手段で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正する演算手段とを備える、モジュールブロック形状測定システム。
4. A module block shape measurement system that measures the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of standard refractories,
a reference member whose three-dimensional shape data is known;
a plurality of measuring means that measure shapes of different parts of the module block so that at least a part of the reference member is included, and obtain a plurality of three-dimensional shape data;
fitting each of the plurality of three-dimensional shape data measured by the plurality of measuring means to the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data to the known three-dimensional shape data of the reference member; A module block shape measurement system comprising: arithmetic means for correcting the shape of a block;
5.前記測定手段が、レーザーを線状に照射して形状を測定するプロファイルセンサと、前記プロファイルセンサを前記モジュールブロックに対して相対的に移動させる移動手段とを備える、上記4に記載のモジュールブロック形状測定システム。 5. The module block shape according to 4 above, wherein the measuring means includes a profile sensor that measures the shape by linearly irradiating a laser, and a moving means that moves the profile sensor relatively to the module block. measurement system.
6.前記複数の測定手段が、前記モジュールブロックの少なくとも上面と下面の形状を測定するよう構成されている、上記4または5に記載のモジュールブロック形状測定システム。 6. 6. The module block shape measuring system according to 4 or 5 above, wherein the plurality of measuring means are configured to measure the shape of at least the upper surface and the lower surface of the module block.
7.複数のモジュールブロックを用いて炉を建設する炉建設方法であって、
前記炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてモジュールブロックとするモジュールブロック製造工程と、
上記1~3のいずれか一項に記載のモジュールブロック形状測定方法により、前記モジュールブロック製造工程で得られたモジュールブロックの形状を測定し、前記モジュールブロックの3次元形状データを得る測定工程と、
前記測定工程で得た前記モジュールブロックの3次元形状データを用いて、前記モジュールブロックをコンピュータ上で仮想的に据え付ける仮想据付を行い、嵌め合いが良好なモジュールブロックの組み合わせを選択する仮想据付工程と、
前記仮想据付工程の結果に基づいて、前記モジュールブロックを前記炉の建設場所へ運搬するモジュールブロック運搬工程と、
前記モジュールブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程と、
前記モルタルが塗布された位置に前記モジュールブロック運搬工程で運搬されたモジュールブロックを据え付けるモジュールブロック設置工程とを備える、炉建設方法。
7. A furnace construction method for constructing a furnace using a plurality of module blocks,
A module block manufacturing process in which a plurality of regular refractories are piled up to form a module block at a location other than the construction site of the furnace;
A measuring step of measuring the shape of the module block obtained in the module block manufacturing process by the module block shape measuring method according to any one of 1 to 3 above, and obtaining three-dimensional shape data of the module block;
a virtual installation step of performing a virtual installation of virtually installing the module blocks on a computer using the three-dimensional shape data of the module blocks obtained in the measurement step, and selecting a combination of module blocks that fit well; ,
a module block transporting step of transporting the module block to a construction site of the furnace based on the result of the virtual installation step;
a mortar application step of applying mortar to the position where the module block is installed;
A method for constructing a furnace, comprising: installing a module block transported in the module block transporting step at a position where the mortar is applied.
本発明によれば、炉の建設場所における手直し作業を軽減し、高い精度で効率的に炉を建設することができる。 According to the present invention, the rework work at the furnace construction site can be reduced and the furnace can be constructed efficiently with high precision.
以下、本発明の実施形態の例について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の実施形態を例示的に示すものであり、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではない。また、以下の説明においては、特に断りの無い限り、炉に組み込まれた状態における向きを基準として、定型耐火物、及び該定型耐火物を積み上げて製造されるモジュールブロックについて、上、下、水平、鉛直、及び高さとの用語を用いる。 Examples of embodiments of the present invention will be specifically described below. Note that the following description exemplarily shows embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in the following explanation, unless otherwise specified, standard refractories and module blocks manufactured by stacking the standard refractories will be referred to in the upper, lower, and horizontal directions based on the orientation when installed in a furnace. , vertical, and height.
また、本発明における炉の「建設」には、完全に新規に炉を建設する場合に加えて、既存の炉に追加的に新規部分を建設する場合(増設)、および既存の炉の一部を置き換えるように新規部分を建設する場合(補修)も包含するものとする。言い換えると、本発明における「建設」には、新設、増設、および補修を包含する。例えば、稼働中のコークス炉の補修においては、いくつかの燃焼室および炭化室の使用を停止し、それ以外の燃焼室および炭化室については稼働した状態で補修を行うこと(熱間補修)が一般的に行われている。本発明は前記熱間補修にも適用可能である。 In addition, "construction" of a furnace in the present invention includes not only the construction of a completely new furnace, but also the construction of a new part of an existing furnace (expansion), and the construction of a part of an existing furnace. This also includes the case of constructing a new part to replace it (repair). In other words, "construction" in the present invention includes new construction, expansion, and repair. For example, when repairing a coke oven that is currently in operation, it is recommended to stop using some combustion chambers and carbonization chambers, and repair the remaining combustion chambers and carbonization chambers while they are still in operation (hot repair). This is commonly done. The present invention is also applicable to the hot repair described above.
本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定方法は、複数の定型耐火物を積み上げて製造されたモジュールブロックの形状を測定するモジュールブロック形状測定方法であって、以下の工程を含む。
・配置工程
・測定工程
・補正工程
A module block shape measuring method in one embodiment of the present invention is a module block shape measuring method for measuring the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of standard refractories, and includes the following steps.
・Placement process・Measurement process・Correction process
また、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、複数の定型耐火物を積み上げて製造されたモジュールブロックの形状を測定するモジュールブロック形状測定システムであって、以下の構成要素を含む。
・基準部材
・測定手段
・演算手段
Further, a module block shape measuring system according to an embodiment of the present invention is a module block shape measuring system that measures the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of standard refractories, and includes the following components.
・Reference parts・Measurement means・Calculation means
以下、上記モジュールブロック形状測定方法および上記モジュールブロック形状測定システムについて、具体的に説明する。なお、以下の説明では、コークス炉の建設に使用されるモジュールブロックの形状を測定する場合を例として本発明を説明するが、本発明はコークス炉以外の炉に用いられるモジュールブロックにも適用可能である。 Hereinafter, the module block shape measuring method and the module block shape measuring system will be specifically explained. In the following description, the present invention will be explained using an example in which the shape of a module block used in the construction of a coke oven is measured, but the present invention is also applicable to module blocks used in ovens other than coke ovens. It is.
[モジュールブロック]
本発明のモジュールブロック形状測定方法およびモジュールブロック形状測定システムは、任意の炉の製造に用いられるモジュールブロックを測定対象とすることができる。前記モジュールブロックは、複数の定型耐火物を積み上げることにより形成することができる。前記モジュールブロックの製造は、後述するようにコークス炉の建設場所以外の場所において行うことが好ましい。
[Module block]
The module block shape measuring method and module block shape measuring system of the present invention can measure module blocks used in manufacturing any furnace. The module block can be formed by stacking a plurality of regular refractories. It is preferable that the module block is manufactured at a location other than the coke oven construction location, as will be described later.
前記モジュールブロックは、コークス炉のいずれの部分を構成するためのモジュールブロックとすることもできるが、比較的構造が単純な部分や、繰り返し構造を有する部分をモジュールブロック化すれば、作業効率の向上効果が大きい。そのため、前記モジュールブロックは、蓄熱室を構成するモジュールブロックおよび燃焼室を構成するモジュールブロックの少なくとも一方であることが好ましい。 The module block can be a module block for configuring any part of the coke oven, but if a part with a relatively simple structure or a part with a repeated structure is made into a module block, work efficiency can be improved. Great effect. Therefore, it is preferable that the module block is at least one of a module block constituting a heat storage chamber and a module block constituting a combustion chamber.
図1、図2は、本発明の一実施形態におけるモジュールブロックの例を示す模式図であり、コークス炉の燃焼室を構成するモジュールブロックの構造を表している。なお、図1、2を含む各図面においては、説明のため、定型耐火物の形状や組み合わせ方などを簡略化して示しており、実際の正確な構造を示すものではないことを付記する。 FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams showing examples of module blocks in an embodiment of the present invention, and represent the structure of the module blocks that constitute the combustion chamber of a coke oven. It should be noted that in each of the drawings including FIGS. 1 and 2, the shapes and combinations of the standard refractories are shown in a simplified manner for the purpose of explanation, and do not represent the actual exact structure.
モジュールブロック1は、複数の定型耐火物2を積み上げて構成されており、個々の定型耐火物2は、定型耐火物2の間の目地部分に塗布されたモルタル(図示されない)で接合されている。先に述べたように、コークス炉用の定型耐火物2には、図3、図4に示すように、ズレ防止などのための嵌合凸部であるダボ3や嵌合凹部であるホゾ4が設けられており、ダボ3とホゾ4とがモルタル5を介して嵌合した状態で接合される。
The
前記モジュールブロックを製造するための定型耐火物としては、特に限定されることなく、レンガやプレキャストブロック等、任意の定型耐火物を用いることができる。なかでも、手積みでコークス炉を建設する際に用いられる通常の定型耐火物を用いることが好ましい。通常の定型耐火物を使用することにより、本発明の方法で築炉する場合においても、従来と同様の炉の設計とすることが可能となり、その結果、少なくとも従来と同等の炉の性能を保証することが可能となる。また、大型のモジュールレンガを用いた場合には、亀裂が入った場合にモジュール全体にわたって亀裂が広がるおそれがあるが、通常の定型耐火物を使用すれば、仮に定型耐火物に亀裂が入ったとしても、その亀裂の伝搬を1つの定型耐火物内でとどめることができる。なお、ここでいう通常の定型耐火物とは、モジュールレンガではない、手積み用の定型耐火物全般を指すが、その寸法は、一般的には、高さ10~15cm、水平方向の長さが20~40cmである。 The regular refractory for manufacturing the module block is not particularly limited, and any regular refractory such as bricks and precast blocks can be used. Among these, it is preferable to use regular regular refractories that are used when constructing coke ovens by hand. By using ordinary regular refractories, even when constructing a furnace using the method of the present invention, it is possible to design a furnace similar to the conventional one, and as a result, the performance of the furnace is guaranteed to be at least equivalent to that of the conventional one. It becomes possible to do so. In addition, when using large module bricks, if a crack occurs, there is a risk that the crack will spread throughout the entire module, but if regular regular refractories are used, even if the regular refractories crack, However, the propagation of cracks can be stopped within one standard refractory. Note that the regular regular refractories referred to here refer to all standard refractories that are hand-laid, not module bricks, and their dimensions are generally 10 to 15 cm in height and horizontal length. is 20 to 40 cm.
前記モジュールブロックのサイズは特に限定されず、任意のサイズとすることができる。しかし、モジュールブロックの製造を手積みで行う場合、モジュールブロックの高さが過度に高いと、高い位置に定型耐火物を積むために、足場を組み立てる等の方法により作業床を設ける必要がある。例えば、日本においては、労働安全衛生規則第518条の規定により、高さが2m以上で作業を行う場合において墜落のおそれのあるときは、作業床を設けることが求められている。前記モジュールブロックの高さが2m未満であれば、定型耐火物を手積みしてモジュールブロックを製造する場合でも、足場などを設置して高所作業を行う必要がないため、作業効率が高い。また、ロボットを用いてモジュールブロックを製造する場合には、前記モジュールブロックの高さが2m未満であれば、定型耐火物を積む位置の高さを一般的なアーム型ロボットのアームの可動範囲内とすることができる。そのため、ロボットを水平方向に移動させるのみでモジュールブロックを製造することができるため、作業効率が高い。したがって、作業効率の観点からは、モジュールブロックの高さを2m未満とすることが好ましい。一方、前記モジュールブロックの高さの下限についても特に限定されないが、定型耐火物2段以上とすることが好ましい。 The size of the module block is not particularly limited, and can be any size. However, when manufacturing module blocks by hand, if the height of the module blocks is excessively high, it is necessary to set up a work floor by assembling scaffolding or other methods in order to stack standard refractories at high positions. For example, in Japan, Article 518 of the Industrial Safety and Health Regulations requires that a work floor be provided if work is performed at a height of 2 meters or more and there is a risk of falling. If the height of the module block is less than 2 m, even if the module block is manufactured by hand-laying regular refractories, there is no need to install scaffolding or the like to perform work at heights, resulting in high work efficiency. In addition, when manufacturing module blocks using a robot, if the height of the module block is less than 2 m, the height of the position where the standard refractory is loaded is within the movable range of the arm of a general arm-type robot. It can be done. Therefore, module blocks can be manufactured simply by moving the robot in the horizontal direction, resulting in high work efficiency. Therefore, from the viewpoint of work efficiency, it is preferable that the height of the module block is less than 2 m. On the other hand, the lower limit of the height of the module block is not particularly limited either, but it is preferably two or more stages of regular refractories.
また、モジュールブロックの長手方向の長さについても限定されないが、作業効率の観点からは、建設するコークス炉の炉長の1/4以上2/3以下とすることが好ましく、1/4以上1/2以下とすることがより好ましい。 Further, the length in the longitudinal direction of the module block is not limited, but from the viewpoint of work efficiency, it is preferably 1/4 or more and 2/3 or less of the length of the coke oven to be constructed, and 1/4 or more and 1/4 or more. It is more preferable to set it to /2 or less.
なお、ここで「モジュールブロックの長手方向長さ」とは、モジュールブロックの水平方向断面における長手方向の長さを指し、「モジュールブロックの高さ」とは、該モジュールブロックの下面から上面までの高さを指す。なお、前記「モジュールブロックの長手方向長さ」および「モジュールブロックの高さ」には、モジュールブロックの側面、上面、および底面に設けられたダボ等の凹凸は含めないものとする。また、「コークス炉の炉長」とは、コークス炉を構成する個々の燃焼室および炭化室の長手方向の長さを意味する。なお、現在使用されている一般的なコークス炉の炉長は、15~17m程度である。 Note that the "longitudinal length of the module block" here refers to the length in the longitudinal direction of the module block in the horizontal cross section, and the "height of the module block" refers to the length from the bottom surface to the top surface of the module block. refers to height. Note that the "longitudinal length of the module block" and "height of the module block" do not include irregularities such as dowels provided on the side, top, and bottom surfaces of the module block. Moreover, "the oven length of a coke oven" means the length in the longitudinal direction of each combustion chamber and carbonization chamber that constitute the coke oven. The length of the common coke oven currently in use is approximately 15 to 17 m.
[積み台座]
なお、前記モジュールブロックは、フォークリフトなどの運搬機械でハンドリング可能な積み台座上で定型耐火物を積み上げて製造することが好ましい。積み台座上でモジュールブロックを製造した後、前記モジュールブロックを積み台座ごと測定を行うための場所へ運搬することができる。
[Stacking pedestal]
In addition, it is preferable that the module block is manufactured by piling up regular refractories on a stacking pedestal that can be handled by a transport machine such as a forklift. After manufacturing the module blocks on the stacking pedestal, the module blocks can be transported together with the stacking pedestal to a location for measurements.
なお、後述する測定工程において、モジュールブロックの下面の形状を測定する場合、開口を有する積み台座を用いることが好ましい。前記開口を通してモジュールブロック下面の形状を測定することができる。前記開口の数、サイズ、および位置は、所望の領域の形状をモジュールブロックの下方から測定できるように決定すればよい。例えば、ダボおよびホゾの形状を測定する場合、測定対象となるダボおよびホゾの位置に前記開口を設ければよい。 In addition, in the measurement process described later, when measuring the shape of the lower surface of the module block, it is preferable to use a stacking pedestal having an opening. The shape of the lower surface of the module block can be measured through the opening. The number, size, and position of the openings may be determined so that the shape of the desired area can be measured from below the module block. For example, when measuring the shapes of dowels and tenons, the openings may be provided at the positions of the dowels and tenons to be measured.
[配置工程]
まず、測定対象のモジュールブロックの近傍に3次元形状データが既知である基準部材を配置する(配置工程)。
[Placement process]
First, a reference member whose three-dimensional shape data is known is placed near the module block to be measured (placement step).
前記基準部材としては、とくに限定されることなく、3次元形状データが既知である部材であれば任意の部材を用いることができる。しかし、強度や寸法の安定性などの観点からは、前記基準部材は金属製であることが好ましい。また、前記基準部材の形状はとくに限定されないが、製造しやすさや形状データの取り扱いやすさの観点からは、直方体または立方体形状であることが好ましい。なお、直方体または立方体形状の基準部材を、基準ブロックという場合がある。 The reference member is not particularly limited, and any member whose three-dimensional shape data is known can be used. However, from the viewpoint of strength and dimensional stability, it is preferable that the reference member is made of metal. Further, the shape of the reference member is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of manufacture and ease of handling shape data, it is preferably rectangular parallelepiped or cubic. Note that the rectangular parallelepiped or cube-shaped reference member may be referred to as a reference block.
前記基準部材は、後述する補正工程においてデータをフィッティングする基準として使用されるため、該基準部材の3次元形状データが既知である必要がある。前記基準部材の3次元形状データとしては、例えば、該基準部材の設計データ(3次元CADデータなど)を用いることができる。 Since the reference member is used as a reference for fitting data in a correction process to be described later, the three-dimensional shape data of the reference member needs to be known. As the three-dimensional shape data of the reference member, for example, design data (three-dimensional CAD data, etc.) of the reference member can be used.
基準部材を配置する位置は、モジュールブロックの近傍であればよい。ここで、モジュールブロックの近傍とは、後述する測定工程において、複数の測定手段それぞれの測定範囲に、前記基準部材の少なくとも一部が含まれる位置と定義する。したがって、基準部材とモジュールブロックとの間の距離はとくに限定されない。前記基準部材は、測定対象のモジュールブロックに接するように配置してもよく、測定対象のモジュールブロックと接触しないように設置してもよい。基準部材をモジュールブロックと接するように配置する場合、前記基準部材は、前記モジュールブロックと直接接触してもよく、他の部材を介して接触してもよい。 The reference member may be placed near the module block. Here, the vicinity of the module block is defined as a position where at least a portion of the reference member is included in the measurement range of each of the plurality of measurement means in the measurement process described later. Therefore, the distance between the reference member and the module block is not particularly limited. The reference member may be placed so as to be in contact with the module block to be measured, or may be placed so as not to come into contact with the module block to be measured. When the reference member is placed in contact with the module block, the reference member may be in direct contact with the module block or may be in contact with the module block through another member.
また、後述する補正工程におけるフィッティングの精度を高めるという観点からは、前記基準部材がある程度の大きさを有していることが好ましい。具体的には、基準部材の長手方向長さが1m以上であることが好ましく、5m以上であることがより好ましい。一方、基準部材が過度に大きいとモジュールブロックの近傍に設置することが困難となる場合がある。そのため、基準部材の長手方向長さは20m以下であることが好ましく、15m以下であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of increasing the accuracy of fitting in the correction process described later, it is preferable that the reference member has a certain size. Specifically, the longitudinal length of the reference member is preferably 1 m or more, more preferably 5 m or more. On the other hand, if the reference member is too large, it may be difficult to install it near the module block. Therefore, the longitudinal length of the reference member is preferably 20 m or less, more preferably 15 m or less.
また、後述する補正工程におけるフィッティングの精度をさらに高めるという観点からは、前記基準部材自体の寸法精度が高いことが好ましい。具体的には、前記基準部材が対向する表面を有する場合、前記対向する表面の平行度が200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。例えば、直方体または立方体形状の基準部材を用いる場合、前記基準部材の対向する3組の面すべての平行度が200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。ここで、前記平行度はJIS B 0621:1984 で定義される平行度である。同様の理由から、前記基準部材の寸法の公差は±0.5mm以下であることが好ましく、±0.2mm以下であることが好ましい。 Moreover, from the viewpoint of further increasing the accuracy of fitting in the correction process described later, it is preferable that the reference member itself has high dimensional accuracy. Specifically, when the reference member has opposing surfaces, the parallelism of the opposing surfaces is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less. For example, when using a rectangular parallelepiped or cubic reference member, the parallelism of all three pairs of opposing surfaces of the reference member is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less. Here, the parallelism is defined by JIS B 0621:1984. For the same reason, the dimensional tolerance of the reference member is preferably ±0.5 mm or less, and preferably ±0.2 mm or less.
前記基準部材の数は特に限定されず、1または2以上の任意の数とすることができるが、広範囲にわたって精度良く形状を測定するという観点からは、複数の基準部材を用いることが好ましい。特に、モジュールブロックの対向する面の両方の形状を測定する場合には、測定する両方の面の側に少なくとも1個ずつ基準部材を配置することが好ましい。例えば、モジュールブロックの上面と下面の形状を測定する場合、該モジュールブロックの上と下の両方に基準部材を配置することが好ましい。 The number of reference members is not particularly limited and may be any number of 1 or 2 or more, but from the viewpoint of accurately measuring the shape over a wide range, it is preferable to use a plurality of reference members. In particular, when measuring the shapes of both opposing surfaces of the module block, it is preferable to arrange at least one reference member on each side of both surfaces to be measured. For example, when measuring the shapes of the upper and lower surfaces of a module block, it is preferable to arrange reference members both above and below the module block.
複数の基準部材を使用する場合、各基準部材の形状および寸法は異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。複数の基準部材が同じ形状と寸法を有していれば、前記複数の基準部材の3次元形状データとして同じデータを使用することができるため、さらに効率的である。 When using a plurality of reference members, the shapes and dimensions of each reference member may be different, but are preferably the same. If the plurality of reference members have the same shape and dimensions, the same data can be used as the three-dimensional shape data of the plurality of reference members, which is more efficient.
基準部材の配置は、任意の方法で行うことができる。例えば、後述する測定工程における測定を実施する測定場所にモジュールブロックを設置し、次いで、該モジュールブロックの近傍に基準部材を設置することができる。また、後述する測定工程における測定を実施する測定場所に予め基準部材を設置しておき、次いで、前記測定場所にモジュールブロックを設置してもよい。 The reference member can be arranged in any manner. For example, a module block can be installed at a measurement location where measurements in a measurement process to be described later will be performed, and then a reference member can be installed near the module block. Alternatively, a reference member may be installed in advance at a measurement location where measurements in a measurement process to be described later will be performed, and then a module block may be installed at the measurement location.
[測定工程]
次に、複数の測定手段を用いて前記モジュールブロックの異なる部分の形状を測定して複数の3次元形状データを得る(測定工程)。1つの測定手段で測定を行う場合、モジュールブロック自体や、モジュールブロックの表面に存在するダボおよびホゾ、モジュールブロックが載置されている積み台座、前記積み台座を支持する支柱などの周辺構造物によってセンサから照射された光が遮蔽され、測定が阻害される。本発明では、複数の測定手段を用いることにより、遮蔽物の影響を受けることなく測定が可能となる。
[Measurement process]
Next, the shapes of different parts of the module block are measured using a plurality of measuring means to obtain a plurality of three-dimensional shape data (measuring step). When measuring with one measuring means, the measurement is performed by the module block itself, dowels and tenons on the surface of the module block, the stacking pedestal on which the module block is placed, and surrounding structures such as the pillars that support the stacking pedestal. The light emitted from the sensor is blocked and measurement is inhibited. In the present invention, by using a plurality of measurement means, measurement can be performed without being affected by obstructions.
さらに本発明では、前記測定工程において、複数の測定手段により測定される3次元形状データのそれぞれが、前記基準部材の少なくとも一部を含むように測定を行うことが重要である。これにより、次の補正工程において、測定された3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを用いて各測定手段での測定結果を補正することが可能となる。 Furthermore, in the present invention, it is important to carry out the measurement so that each of the three-dimensional shape data measured by the plurality of measuring means includes at least a part of the reference member in the measurement step. Thereby, in the next correction step, it becomes possible to correct the measurement results of each measuring means using the three-dimensional shape data of the reference member included in the measured three-dimensional shape data.
なお、異なる部分の形状を測定するとは、1つの測定手段で測定される領域が、他の測定手段で測定される領域と完全に同じでは無いことを意味するものとする。すなわち、本願発明は、1つの測定手段で測定される領域が、他の測定手段で測定される領域と重複している場合を包含する。むしろ、測定精度をさらに向上させるという観点からは、複数の測定手段に含まれる測定手段のそれぞれは、他の測定手段の少なくとも1つと重複した領域の形状を測定することが好ましい。上述したようにモジュールブロックの表面にはダボやホゾと呼ばれる凹凸が存在しているため、凹凸の影となる部分の形状を測定することが困難である。しかし、同じ領域を複数の測定手段で測定する場合、異なる角度から測定することになるため、凹凸の影響を受けずに一層正確な形状測定が可能となる。 Note that measuring the shapes of different parts means that the area measured by one measuring means is not completely the same as the area measured by another measuring means. That is, the present invention includes a case where an area measured by one measuring means overlaps an area measured by another measuring means. Rather, from the viewpoint of further improving measurement accuracy, it is preferable that each of the measuring means included in the plurality of measuring means measures the shape of a region that overlaps with at least one of the other measuring means. As described above, since the surface of the module block has unevenness called dowels and tenons, it is difficult to measure the shape of the portion shadowed by the unevenness. However, when measuring the same area with a plurality of measuring means, the measurements are taken from different angles, which makes it possible to measure the shape more accurately without being affected by unevenness.
前記測定工程においては、とくに限定されることなくモジュールブロックの任意の面を測定することができ、通常は、モジュールブロックの少なくとも一つの面の形状を測定すればよい。しかし、上述したようにモジュールブロックの上面や下面にはダボおよびホゾと呼ばれる凹凸が存在しており、ダボおよびホゾの位置や寸法が適切でない場合、コークス炉建設現場でモジュールブロックを設置する際に、隣接するモジュールブロック間でダボやホゾが干渉することがある。そのため、ダボおよびホゾの位置や寸法を測定するという観点からは、モジュールブロックの上面および下面の少なくとも一方の形状を測定することが好ましく、モジュールブロックの上面と下面の両方の形状を測定することがより好ましい。 In the measurement step, any surface of the module block can be measured without any particular limitation, and usually it is sufficient to measure the shape of at least one surface of the module block. However, as mentioned above, there are irregularities called dowels and tenons on the top and bottom surfaces of module blocks, and if the positions and dimensions of the dowels and tenons are not appropriate, it will be difficult to install the module block at the coke oven construction site. , dowels and tenons may interfere between adjacent module blocks. Therefore, from the perspective of measuring the positions and dimensions of dowels and tenons, it is preferable to measure the shape of at least one of the top and bottom surfaces of the module block, and it is preferable to measure the shape of both the top and bottom surfaces of the module block. More preferred.
モジュールブロックの上面と下面の両方の形状を測定する場合、上面と下面の形状は、それぞれ別々の測定手段で測定することが好ましい。例えば、複数の上面用測定手段により上面の形状を測定し、複数の下面用測定手段により下面の形状を測定することができる。 When measuring the shapes of both the top and bottom surfaces of the module block, it is preferable that the shapes of the top and bottom surfaces be measured using separate measuring means. For example, the shape of the upper surface can be measured using a plurality of measuring means for the upper surface, and the shape of the lower surface can be measured using the plurality of measuring means for the lower surface.
また、さらに任意に、モジュールブロックの側面の形状を測定することもできる。側面の形状を測定する場合、モジュールブロックの一側面Aに対向するように複数の測定手段を配置するとともに、前記側面Aと平行な他の側面Bと対向するように複数の測定手段を配置し、モジュールブロックの両側から形状を測定することが好ましい。 Furthermore, it is also possible to optionally measure the shape of the side surface of the module block. When measuring the shape of a side surface, a plurality of measuring means are arranged so as to face one side surface A of the module block, and a plurality of measuring means are arranged so as to face another side surface B parallel to said side surface A. , it is preferable to measure the shape from both sides of the module block.
ただし、後述するように測定工程で得たモジュールブロックの3次元形状データを用いて仮想据付を行う場合には、モジュールブロックの上面と下面の形状データがあればよく、必ずしもモジュールブロック全面の形状データは必要ではない。したがって、モジュールブロックの上面と下面の両方の形状を測定し、側面の形状を測定しない態様とすることもできる。 However, when performing virtual installation using the three-dimensional shape data of the module block obtained in the measurement process as described later, it is only necessary to have the shape data of the top and bottom surfaces of the module block, but not necessarily the shape data of the entire surface of the module block. is not necessary. Therefore, it is also possible to measure the shapes of both the top and bottom surfaces of the module block, but not to measure the shape of the side surfaces.
[測定手段]
前記測定手段としては、とくに限定されず、モジュールブロックの3次元形状データを測定できるものであれば任意の手段を用いることができる。前記測定手段としては、モジュールブロックの3次元形状データを、3次元点群データとして取得できる手段を用いることが好ましい。
[Measurement means]
The measuring means is not particularly limited, and any means can be used as long as it can measure three-dimensional shape data of the module block. As the measuring means, it is preferable to use means capable of acquiring three-dimensional shape data of the module block as three-dimensional point group data.
なお、モジュールブロックを構成する定型耐火物の寸法の公差は、一般的に1~2mm程度である。また、コークス炉における定型耐火物の積み付け精度も、一般的に1~2mm程度であることが要求される。そのため、上記輪郭形状の測定において使用する測定方法の測定精度は、2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。 Note that the dimensional tolerance of the regular refractories constituting the module block is generally about 1 to 2 mm. Further, the stacking accuracy of regular refractories in a coke oven is generally required to be about 1 to 2 mm. Therefore, the measurement accuracy of the measurement method used in measuring the contour shape is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less.
例えば、本発明の一実施形態においては、前記測定手段として、フォトグラメトリ方式の3次元形状測定装置を用いることができる。フォトグラメトリ方式の3次元形状測定装置では、異なる視点から撮影した複数の画像から、当該画像に写った同一の点の3次元座標を三角測量の原理で求められる。したがって、画像中の多数の点の3次元座標を求めることにより、モジュールブロックの3次元形状データを取得することができる。 For example, in one embodiment of the present invention, a photogrammetric three-dimensional shape measuring device can be used as the measuring means. In a photogrammetry-based three-dimensional shape measuring device, the three-dimensional coordinates of the same point in a plurality of images taken from different viewpoints can be determined using the principle of triangulation. Therefore, by determining the three-dimensional coordinates of many points in the image, three-dimensional shape data of the module block can be obtained.
また、本発明の他の実施形態においては、前記測定手段として、パターン投影方式の3次元形状測定装置を用いることができる。パターン投影方式の3次元形状測定装置では、既知のパターンを測定対象物の表面に投影し、投影されたパターンを撮影した画像を解析することにより表面の3次元形状が測定される。 Further, in another embodiment of the present invention, a pattern projection type three-dimensional shape measuring device can be used as the measuring means. In a pattern projection type three-dimensional shape measuring device, the three-dimensional shape of the surface is measured by projecting a known pattern onto the surface of the object to be measured and analyzing an image taken of the projected pattern.
本発明の他の実施形態においては、前記測定手段として、LiDAR(Light Detection and Ranging)方式の3次元形状測定装置を用いることができる。典型的なLiDAR方式の3次元形状測定装置では、レーザーを測定対象物の表面に二次元的に走査しながら照射し、反射光を測定することにより測定対象物表面の3次元形状が測定される。反射光による距離の測定に使用できる方法としては、例えば、TOF(Time of Flight)方式や位相差検出方式などを挙げることができるが、これらに限らず任意の方法を用いることができる。 In another embodiment of the present invention, a three-dimensional shape measuring device using LiDAR (Light Detection and Ranging) can be used as the measuring means. In a typical LiDAR type three-dimensional shape measuring device, the three-dimensional shape of the surface of the object to be measured is measured by irradiating the surface of the object to be measured with a laser while scanning the object two-dimensionally and measuring the reflected light. . Methods that can be used to measure distance using reflected light include, for example, a TOF (Time of Flight) method and a phase difference detection method, but are not limited to these and any other method can be used.
本発明の他の実施形態においては、前記測定手段として、レーザーを線状に照射して形状を測定するプロファイルセンサと、前記プロファイルセンサを前記モジュールブロックに対して相対的に移動させる移動手段とを備える3次元形状測定装置を用いることができる。前記プロファイルセンサは、測距センサの一種であり、一般的には、レーザーを線状に照射し、反射光を検出することにより測定対象の表面までの距離を測定する。したがって、プロファイルセンサを用いることにより、レーザーを走査した線の方向(x軸方向)における高さ(z軸方向における位置)のプロファイルを測定することができる。このようなプロファイルセンサは、2次元プロファイルセンサとも称される。 In another embodiment of the present invention, the measuring means includes a profile sensor that measures the shape by linearly irradiating a laser, and a moving means that moves the profile sensor relative to the module block. A three-dimensional shape measuring device can be used. The profile sensor is a type of distance measurement sensor, and generally measures the distance to the surface of the measurement target by emitting a laser in a line and detecting reflected light. Therefore, by using a profile sensor, it is possible to measure the profile of the height (position in the z-axis direction) in the direction of the laser scanned line (x-axis direction). Such a profile sensor is also called a two-dimensional profile sensor.
前記移動手段としては、前記プロファイルセンサを前記モジュールブロックに対して相対的に移動させることができるものであれば任意の移動手段を用いることができる。プロファイルセンサをモジュールブロックに対して相対的に移動させるためには、プロファイルセンサとモジュールブロックの一方または両方を移動させればよいが、モジュールブロックに比べて小型で軽量であるプロファイルセンサを移動させることが好ましい。前記移動手段としては、前記プロファイルセンサを直線的に移動させることができる一軸アクチュエータを用いることが好ましい。 As the moving means, any moving means can be used as long as it can move the profile sensor relative to the module block. In order to move the profile sensor relative to the module block, it is sufficient to move one or both of the profile sensor and the module block, but it is best to move the profile sensor, which is smaller and lighter than the module block. is preferred. As the moving means, it is preferable to use a uniaxial actuator that can linearly move the profile sensor.
図5に、2つのプロファイルセンサを用いた測定手段の構成の一例を示す。なお、図6は測定手段の説明のためのものであるため、基準部材は示していない。 FIG. 5 shows an example of the configuration of a measuring means using two profile sensors. Note that since FIG. 6 is for explaining the measuring means, the reference member is not shown.
プロファイルセンサ11a、11bのそれぞれからは、モジュールブロック1の表面に対してレーザーが直線状に照射される。符号12a、12bは、プロファイルセンサ11a、11bから照射されるレーザーの照射範囲を模式的に示したものであり、以下、「測定平面」という。プロファイルセンサ11a、11bは、レーザーを照射する線が平行となるように配置されており、ここではレーザーが照射される線の方向をx軸とする。言い換えると、測定平面12aと12bが平行となるようにプロファイルセンサ11a、11bが配置されている。
Each of the
プロファイルセンサ11a、11bは、図5(b)に示すように図示しない移動手段によってy軸方向に移動可能に構成されている。ここで、y軸は、測定平面12aと12bの法線方向である。
The
[補正工程]
本発明では、上述したようにモジュールブロックの異なる部分の形状を測定して複数の3次元形状データを得る。得られた複数の3次元形状データを有効に活用するためには、気温の変動などに起因する測定手段の位置および角度の変化を補正して、複数の3次元形状データの座標系を正確に一致させる必要がある。
[Correction process]
In the present invention, as described above, the shapes of different parts of the module block are measured to obtain a plurality of three-dimensional shape data. In order to effectively utilize the obtained multiple 3D shape data, it is necessary to correct the changes in the position and angle of the measurement means due to changes in temperature, etc., and to accurately set the coordinate system of the multiple 3D shape data. need to match.
複数の測定手段で得た測定データを合成する方法としては、重複する領域を含むように測定を行い、重複する領域のデータ同士をフィッティングすることによりデータを合成することが考えられる。しかし、3次元形状の測定データそれ自体が無視できない誤差を含んでいるため、この方法では、高い精度でデータをつなぎ合わせることができない。また、この方法では、測定手段の数、すなわちつなぎ合わせるデータの数が増加するにともなって誤差が蓄積されるため、測定手段の数が多い場合に顕著に精度が低下する。 A conceivable method for synthesizing measurement data obtained by a plurality of measurement means is to perform measurements to include overlapping areas, and then synthesize the data by fitting the data in the overlapping areas. However, since the measurement data of the three-dimensional shape itself contains errors that cannot be ignored, this method cannot connect the data with high accuracy. Furthermore, in this method, errors accumulate as the number of measuring means, that is, the number of pieces of data to be joined increases, so the accuracy decreases significantly when the number of measuring means is large.
また、測定に先立って、形状が既知である基準部材を利用してキャリブレーションを行い、各測定手段の3次元空間における位置および姿勢を同定しておくことも考えられる。しかし、実際の測定環境においては、気温の変動などにより測定手段の位置および姿勢は時々刻々と変化する。例えば、測定手段を指示しているフレームが気温の変動による熱膨張で変形することで、センサの位置が変化する場合がある。そのため、測定に先立ってキャリブレーションを行う方法で十分な測定精度を得ようとすると、測定のたびにキャリブレーションを行う必要があるため、モジュールブロックの製造効率が低下する。 It is also conceivable that, prior to measurement, calibration is performed using a reference member whose shape is known to identify the position and orientation of each measuring means in three-dimensional space. However, in an actual measurement environment, the position and orientation of the measurement means change from moment to moment due to changes in temperature and other factors. For example, the position of the sensor may change due to deformation of the frame indicating the measuring means due to thermal expansion due to changes in temperature. Therefore, if an attempt is made to obtain sufficient measurement accuracy using a method in which calibration is performed prior to measurement, it is necessary to perform calibration every time measurement is performed, which reduces the manufacturing efficiency of the module block.
そこで、本発明では、前記測定工程で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正する(補正工程)。すなわち、測定工程において測定される複数の3次元形状データのそれぞれに、基準部材の少なくとも一部が含まれるように測定を行い、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正を実施する。この方法によれば、毎回の測定自体において補正を行うことができるため、別途キャリブレーションを行わずとも、複数の測定データの位置合わせを正確に行うことができる。言い換えると、上記補正を行うことにより、前記測定工程で測定された複数の3次元形状データの座標系のずれを補正して、単一の座標系の3次元データに変換することができる。 Therefore, in the present invention, each of the plurality of three-dimensional shape data measured in the measurement step is replaced with the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data, and the known three-dimensional shape data of the reference member. (correction process). That is, the measurement is performed so that at least a part of the reference member is included in each of the plurality of three-dimensional shape data measured in the measurement process, and the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data are Correction is performed by fitting to known three-dimensional shape data of the reference member. According to this method, since correction can be performed during each measurement itself, it is possible to accurately align a plurality of measurement data without performing separate calibration. In other words, by performing the above correction, it is possible to correct the shift in the coordinate system of the plurality of three-dimensional shape data measured in the measurement step and convert it into three-dimensional data of a single coordinate system.
補正工程におけるフィッティングの精度向上の観点からは、1つのセンサの測定面積全体に占める基準部材の面積の割合を10%以上とすることが好ましい。 From the viewpoint of improving fitting accuracy in the correction process, it is preferable that the ratio of the area of the reference member to the entire measurement area of one sensor is 10% or more.
[マスキング工程]
本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定方法は、上記補正工程において補正された3次元形状データに対してマスキング処理を施すマスキング工程をさらに含むことが好ましい。前記マスキング工程においては、例えば、3次元形状データのうち、モジュールブロック以外の構造物に対応する部分をマスキングする。
[Masking process]
Preferably, the module block shape measuring method in one embodiment of the present invention further includes a masking step of performing a masking process on the three-dimensional shape data corrected in the correction step. In the masking step, for example, portions of the three-dimensional shape data that correspond to structures other than module blocks are masked.
[ノイズ除去工程]
また、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定方法は、上記補正工程において補正された3次元形状データに含まれるノイズを除去するノイズ除去工程をさらに含むことが好ましい。前記ノイズとしては、例えば、原理的に信頼性が低いエッジ部のデータ(流れノイズ)や、空中に浮遊するデータ(浮きノイズ)などが挙げられる。
[Noise removal process]
Moreover, it is preferable that the module block shape measuring method in one embodiment of the present invention further includes a noise removal step of removing noise included in the three-dimensional shape data corrected in the correction step. Examples of the noise include edge portion data (flowing noise) that is theoretically unreliable, data floating in the air (floating noise), and the like.
[合成工程]
本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定方法は、さらに、前記補正工程で補正された複数の3次元形状データを合成して1つの3次元形状データを生成する合成工程を含んでいてもよい。本発明では、上記補正工程において複数の3次元形状データのそれぞれを補正しているため、それらを合成したとしても、単に重複部分を利用して複数の測定データを順番につなぎ合わせる場合のように誤差が累積することがない。
[Synthesis process]
The module block shape measuring method in one embodiment of the present invention may further include a synthesis step of synthesizing the plurality of three-dimensional shape data corrected in the correction step to generate one three-dimensional shape data. . In the present invention, each of the plurality of three-dimensional shape data is corrected in the above correction process, so even if they are combined, it will not be possible to combine them simply by using the overlapping parts to connect the plurality of measurement data in order. Errors do not accumulate.
上記合成工程においては、最終的に得られた3次元点群データから、3次元ポリゴンモデルを作成してもよい。具体的には、前記測定工程において、3次元形状データとして3次元点群データを測定し、その後の補正工程において前記3次元点群データを補正し、合成工程においては、補正された複数の3次元点群データを用いてモジュールブロックの3次元ポリゴンモデルを作成することが好ましい。得られた3次元ポリゴンモデルは、後述する仮想据付工程などにおいて使用することができる。 In the synthesis step, a three-dimensional polygon model may be created from the finally obtained three-dimensional point group data. Specifically, in the measurement step, three-dimensional point cloud data is measured as three-dimensional shape data, in the subsequent correction step, the three-dimensional point cloud data is corrected, and in the synthesis step, a plurality of corrected three-dimensional point group data are measured. It is preferable to create a three-dimensional polygon model of the module block using dimensional point cloud data. The obtained three-dimensional polygon model can be used in a virtual installation process, etc., which will be described later.
[演算手段]
本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、前記複数の測定手段で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正する演算手段を備えている。言い換えると、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、上記補正工程を実施するための演算手段を備えている。前記演算手段としては、とくに限定されないが、例えば、一般的なコンピュータなどを用いることができる。
[Calculation means]
The module block shape measuring system according to an embodiment of the present invention converts each of the plurality of three-dimensional shape data measured by the plurality of measuring means into the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data. The apparatus includes calculation means for performing correction by fitting to known three-dimensional shape data of the reference member. In other words, the module block shape measurement system in one embodiment of the present invention includes calculation means for implementing the above correction process. The calculation means is not particularly limited, but for example, a general computer can be used.
前記演算手段は、補正された複数の3次元形状データを合成して1つの3次元形状データを生成する機能をさらに備えていてもよい。言い換えると、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、上記補正工程と合成工程を実施するための演算手段を備えることができる。前記演算手段は、上述したマスキング工程およびノイズ除去工程の一方または両方を実施するように構成されていることが好ましい。 The calculation means may further include a function of synthesizing a plurality of corrected three-dimensional shape data to generate one three-dimensional shape data. In other words, the module block shape measuring system in one embodiment of the present invention can be provided with calculation means for implementing the above-mentioned correction step and synthesis step. Preferably, the calculation means is configured to perform one or both of the above-described masking step and noise removal step.
また、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、測定手段などを制御するための制御手段を備えていることが好ましい。前記演算手段が制御手段を兼ねることもできる。また、本発明の一実施形態におけるモジュールブロック形状測定システムは、前記制御手段としてプログラマブルロジックコントローラ(PLC)を備えることもできる。前記PLCは、前記演算手段に接続されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the module block shape measuring system in one embodiment of the present invention includes a control means for controlling the measuring means and the like. The calculation means can also serve as the control means. Moreover, the module block shape measurement system in one embodiment of the present invention can also be provided with a programmable logic controller (PLC) as the control means. Preferably, the PLC is connected to the calculation means.
次に、図面を参照して本発明のより具体的な実施形態の例を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Next, more specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図6は、積み台座の形状の例を示す模式図である。図6に示した積み台座20には、モジュールブロック1の下方の形状測定を可能とするための複数の開口21が、積み台座20の上面から下面まで貫通して複数設けられている。モジュールブロック1の輪郭形状を測定可能とするために、開口21のサイズは、モジュールブロックの輪郭よりも大きいことが好ましい。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the shape of the stacking base. The stacking
図7に示すように、積み台座20の上に定型耐火物を積み上げてモジュールブロック1を製造する。なお、図8に示すように、モジュールブロック1を構成する定型耐火物2の下面には下方へ突出するダボ3が存在する。そのため、ダボ3が積み台座20の上面や地面と干渉することを防止するために、台座20はモジュールブロック1を所定の高さ持ち上げて支持する支持部22を備えることが好ましい。
As shown in FIG. 7, the
次いで、積み台座20上に製造されたモジュールブロック1をフォークリフトで積み台座20ごと持ち上げて、測定エリアに搬送し、所定の位置に配置する。
Next, the module blocks 1 manufactured on the stacking
図9、図10、図11は、それぞれ異なる基準部材の配置を有するモジュールブロック形状測定システム100の構造を示す模式図である。
9, FIG. 10, and FIG. 11 are schematic diagrams showing the structure of a module block
図9に示した例では、モジュールブロック1は積み台座20とともに、支持フレーム30に載置されている。モジュールブロック1の上側には、上面形状を測定するためのプロファイルセンサ11が2つ設置されており、同様に、モジュールブロック1の下側には、下面形状を測定するためのプロファイルセンサ11が2つ設置されている。これら合計4つのプロファイルセンサ11は、それぞれ移動手段としての一軸アクチュエータ13によりy軸方向に移動可能に構成されている。一軸アクチュエータ13は、たわみを防止するためにI形鋼14の上に設置されている。
In the example shown in FIG. 9, the
モジュールブロック1の上には、基準部材としての基準ブロック40が2つ、間隔をあけて設置されている。また、モジュールブロック1の下にも、基準部材としての基準ブロック40が2つ、間隔をあけて設置されている。
Two reference blocks 40 as reference members are installed on the
モジュールブロック形状測定システム100は、さらに図示されないPLC(プログラマブルロジックコントローラ)、前記PLCに接続された演算手段としてのPC、プロファイルセンサ11からのデータを前記PCに取り込む信号配線、一軸アクチュエータ13の走査距離に応じて生成されるパルス信号をプロファイルセンサ11に伝達する信号配線、および全ての機器に電源供給するための電源配線を備えている。
The module block
モジュールブロック1が所定位置に設置され、測定準備が整ったところで、測定作業従事者はPCを操作して、測定開始指令を入力する。事前にPLCでプログラミングされた指令に従い、一軸アクチュエータ13が走査動作を開始し、同時に一軸アクチュエータ13に取り付けられたプロファイルセンサ11が連続的に2次元プロファイルデータを取得する。一軸アクチュエータ13で生成されるパルス信号に基づいてy軸方向におけるプロファイルセンサの位置を表す座標値が算出され、信号線を通じてPCに伝達される。PCでは、測定された2次元プロファイルと前記座標値を統合して3次元プロファイルデータとする。
When the
前記PCには、事前に、基準ブロックの設計データである3次元CADデータをインポートしておく。そして、仮想空間上で、前記基準ブロックの3次元CADデータにフィッティングすることにより、測定された複数の3次元プロファイルデータのそれぞれを補正する。本実施形態では、モジュールブロック上面を測定した2つのデータはモジュールブロック上面に配置した基準ブロック、下面を測定した2つのデータは下面に配置した基準ブロックで、それぞれ位置合わせされる。その後、位置合わせしたデータに含まれる周辺構造物などの余分なデータを除去し、モジュールブロック上面と下面、それぞれの輪郭形状データを抽出する。 Three-dimensional CAD data, which is the design data of the reference block, is imported into the PC in advance. Then, each of the plurality of measured three-dimensional profile data is corrected by fitting to the three-dimensional CAD data of the reference block in virtual space. In this embodiment, the two pieces of data obtained by measuring the top surface of the module block are aligned using a reference block placed on the top surface of the module block, and the two pieces of data obtained by measuring the bottom surface are aligned using a reference block placed on the bottom surface. After that, redundant data such as peripheral structures included in the aligned data is removed, and contour shape data for the top and bottom surfaces of the module block are extracted.
図10は、基準ブロック40を、モジュールブロック1から離れた位置に設置した例である。また、本実施形態では、直方体形状の基準ブロック40を、モジュールブロック1の片側当たり3つずつI字状に組み合わせて配置している。このような配置とすることにより、モジュールブロック上側のプロファイルセンサで測定されるデータと、モジュールブロック下側のプロファイルセンサで測定されるデータに共通の基準ブロックが含まれるため、各センサで測定されたデータを1つの座標系に座標変換することができる。なお、その他の点については図9に示した実施形態と同様とすることができる。
FIG. 10 shows an example in which the
図11は、モジュールブロック1の下面と側面の形状を測定する場合の例である。この例では、基準ブロック40が、モジュールブロック1の下面に設置されており、モジュールブロック1の下方と側方に設置された合計4つのプロファイルセンサ11により、基準ブロック40が測定範囲内に収まるように測定が行われる。この場合にも、4つのプロファイルセンサで測定されるデータに共通の基準ブロックが含まれるため、各センサで測定されたデータを1つの座標系に座標変換することができる。なお、その他の点については図9に示した実施形態と同様とすることができる。
FIG. 11 is an example of measuring the shape of the lower surface and side surface of the
次に、本発明の一実施形態における炉建設方法について説明する。本発明の炉建設方法は、複数のモジュールブロックを用いて炉を建設する炉建設方法であって、以下の工程を含む。
・モジュールブロック製造工程
・測定工程
・仮想据付工程
・モジュールブロック運搬工程
・モルタル塗布工程
・モジュールブロック設置工程
Next, a furnace construction method in one embodiment of the present invention will be described. The furnace construction method of the present invention is a furnace construction method for constructing a furnace using a plurality of module blocks, and includes the following steps.
・Module block manufacturing process ・Measurement process ・Virtual installation process ・Module block transportation process ・Mortar application process ・Module block installation process
[モジュールブロック製造工程]
モジュールブロック製造工程においては、コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてモジュールブロックを製造する。本発明においては、製造したモジュールブロックを、後述するようにコークス炉建設場所に運搬、設置するのみでコークス炉を建設することができるため、従来のように作業性の悪い建設場所において築炉工が一つずつ定型耐火物を手積みする作業を低減し、建設場所における作業効率を格段に向上させることができる。
[Module block manufacturing process]
In the module block manufacturing process, a plurality of standard refractories are piled up at a location other than the coke oven construction site to manufacture the module block. In the present invention, a coke oven can be constructed by simply transporting and installing the manufactured module blocks at a coke oven construction site as described later. This reduces the work of manually stacking standard refractories one by one, and greatly improves work efficiency at the construction site.
前記「コークス炉の建設場所以外の場所」としては、コークス炉の建設現場とは異なり、かつ定型耐火物を積み上げてモジュールブロックを製造することができる場所であれば特に限定されず、任意の場所を用いることができる。例えば、コークス炉の建設を行うための場所に設けられた仮上屋に隣接する土地等のコークス炉建設場所に隣接する場所、該コークス炉を製鉄所内に建設する場合であれば、該製鉄所内の他の場所などでモジュールブロック製造工程を行うことができる。また、ブロックの製造は、コークス炉建設場所から離れた遠隔地で行うことも可能であるが、運搬にかかる時間やコストを考慮すると、コークス炉建設場所に隣接する場所で行うことが好ましい。モジュールブロック製造工程は、一カ所で集約的に行うことが効率上望ましいが、複数の場所で行って、それぞれの場所で製造されたモジュールブロックを、1つのコークス炉建設現場へ運搬、搬入して用いることもできる。 The above-mentioned "place other than the coke oven construction site" is not particularly limited, and may be any place that is different from the coke oven construction site and where modular blocks can be manufactured by stacking regular refractories. can be used. For example, a place adjacent to the coke oven construction site, such as land adjacent to a temporary shed set up at the location where the coke oven will be constructed; The module block manufacturing process can be carried out elsewhere, such as at other locations. Although it is possible to manufacture the blocks at a remote location away from the coke oven construction site, it is preferable to manufacture the blocks at a location adjacent to the coke oven construction site in consideration of transportation time and costs. Although it is desirable for efficiency to perform the modular block manufacturing process centrally at one location, it is also possible to carry out the module block manufacturing process at multiple locations and transport the module blocks manufactured at each location to a single coke oven construction site. It can also be used.
前記モジュールブロックの形状および寸法などはとくに限定されないが、先に述べたとおりとすることができる。 The shape and dimensions of the module block are not particularly limited, but may be as described above.
[[手積みによるブロックの製造]]
上記モジュールブロックの製造は、例えば、手積みによって行うことができる。本発明では、コークス炉の建設場所以外の場所においてモジュールブロックの製造を行うので、コークス炉建設場所で定型耐火物を手積みする場合とは異なり、十分な作業スペースを確保することが可能となる。したがって、同じ手積みであっても作業者への負荷を低減することができる。また、コークス炉建設場所で定型耐火物を積む場合には、積み上げられた定型耐火物の高さに合わせて足場を組み、その上で作業を行う必要があるが、モジュールブロック単位で定型耐火物を積む作業を行うため、高所作業のための足場を用いる必要がなく、足下のよい地面の上で作業を行うことができる。
[[Manufacture of blocks by hand]]
The above module block can be manufactured, for example, by hand-laying. In the present invention, since module blocks are manufactured at a location other than the coke oven construction site, it is possible to secure sufficient work space, unlike when standard refractories are manually loaded at the coke oven construction site. . Therefore, the burden on the worker can be reduced even if the same is done by hand. In addition, when loading standard refractories at a coke oven construction site, it is necessary to construct scaffolding according to the height of the piled standard refractories and work on it, but the standard refractories must be stacked in module blocks. Because the work is carried out by stacking materials, there is no need to use scaffolding for work at heights, and the work can be carried out on the ground with good footing.
[[ロボットによるブロックの製造]]
また、上記モジュールブロックの製造は、ロボットを用いて行うこともできる。この場合、ブロックの製造工程の一部または全部を自動化することができるため、定型耐火物の手積みという重労働に従事する作業員の数を減らすことができるとともに、高度な技能を要求される定型耐火物積み上げ作業の一部または全部をロボットにより自動化することが可能となる。
[[Block manufacturing by robot]]
Moreover, the manufacturing of the above-mentioned module block can also be performed using a robot. In this case, it is possible to automate part or all of the block manufacturing process, which reduces the number of workers involved in the heavy labor of manually stacking standard refractories, and also It becomes possible to automate part or all of the refractory stacking work using robots.
モジュールブロックの製造に用いるロボットとしては、特に限定されることなく、任意のロボットを用いることができるが、定型耐火物をハンドリングすることが可能な可動式のアームを有するアーム型ロボットを用いることが好ましい。前記アーム型ロボットの一例としては、産業用ロボットの一種である垂直多関節型ロボットが挙げられる。また、定型耐火物積み上げ用アーム型ロボットとモルタル塗布用アーム型ロボットを用いてモジュールブロックを製造することもできる。 The robot used for manufacturing module blocks is not particularly limited and any robot can be used, but an arm-type robot with a movable arm that can handle regular refractories can be used. preferable. An example of the arm-type robot is a vertical articulated robot, which is a type of industrial robot. Moreover, a module block can also be manufactured using an arm-type robot for stacking standard refractories and an arm-type robot for applying mortar.
[[モジュールブロック製造ライン]]
なお、手積みで行うかロボットを使用するかに関わらず、モジュールブロックの製造ラインは1つとすることも、複数とすることもできる。複数のラインでモジュールブロックを製造すれば、コークス炉建設場所へのモジュールブロックの供給速度を上げることができるため、作業効率の観点からはモジュールブロックの製造ラインの数を2以上とすることが好ましく、3以上とすることがより好ましい。一方、製造ラインの数の上限は特に限定されないが、必要以上にライン数を増やしても、その後のモジュールブロック運搬工程や、コークス炉建設場所において行われるモルタル塗布工程やモジュールブロック設置工程が律速工程となるため、それ以上コークス炉の建設スピードを向上させることが困難となり、費用対効果が低下する。したがって、ライン数は、コークス炉の規模や各工程における作業速度等を考慮して決定すればよい。
[[Module block production line]]
Note that, regardless of whether the module blocks are stacked manually or by using a robot, the number of manufacturing lines for module blocks may be one or multiple. If module blocks are manufactured on multiple lines, the supply speed of module blocks to the coke oven construction site can be increased, so from the viewpoint of work efficiency, it is preferable to have two or more manufacturing lines for module blocks. , more preferably 3 or more. On the other hand, there is no upper limit to the number of production lines, but even if the number of lines is increased more than necessary, the subsequent module block transportation process, mortar application process and module block installation process performed at the coke oven construction site will be the rate-limiting process. Therefore, it becomes difficult to further improve the construction speed of coke ovens, and cost effectiveness decreases. Therefore, the number of lines may be determined in consideration of the scale of the coke oven, the work speed in each process, and the like.
[積み台座]
先にも述べたように、前記モジュールブロックは、フォークリフトなどの運搬機械でハンドリング可能な積み台座上で定型耐火物を積み上げて製造することが好ましい。積み台座上でモジュールブロックを製造した後、前記モジュールブロックを積み台座ごと測定を行うための場所へ運搬することができる。モジュールブロック下面のダボ、ホゾ位置及びモジュールブロックの輪郭が積み台座の開口部を経由してモジュールブロック下方から入射する測定用光源の測定領域に収まるように、積み台座の開口部寸法、積み台座の厚み、センサ及びアクチュエータ台数、センサ設置位置、基準ブロック形状及び配置を事前に設計しておくことが望ましい。
[Stacking pedestal]
As mentioned above, the module block is preferably manufactured by stacking regular refractories on a stacking platform that can be handled by a transport machine such as a forklift. After manufacturing the module blocks on the stacking pedestal, the module blocks can be transported together with the stacking pedestal to a location for measurements. The dimensions of the opening of the stacking pedestal and the dimensions of the stacking pedestal are adjusted so that the dowel and tenon positions on the bottom of the module block and the outline of the module block fit into the measurement area of the measurement light source that enters from below the module block via the opening of the stacking pedestal. It is desirable to design the thickness, number of sensors and actuators, sensor installation position, reference block shape and arrangement in advance.
[測定工程]
次に、前記モジュールブロック製造工程で得られたモジュールブロックの形状を、上述したモジュールブロック形状測定方法により測定し、前記モジュールブロックの3次元形状データを得る(測定工程)。なお、モジュールブロック製造工程と測定工程とを異なる場所で実施する場合には、製造されたモジュールブロックを、測定工程を実施する場所へ搬送してから測定を行う。モジュールブロックの搬送には、フォークリフトなどの運搬機械を用いることが好ましい。その際には、積み台座上でモジュールブロックを製造した後、前記モジュールブロックを積み台座ごと運搬することが好ましい。
[Measurement process]
Next, the shape of the module block obtained in the module block manufacturing process is measured by the module block shape measuring method described above to obtain three-dimensional shape data of the module block (measuring step). Note that when the module block manufacturing process and the measurement process are performed at different locations, the manufactured module block is transported to the location where the measurement process is performed, and then the measurement is performed. It is preferable to use a transport machine such as a forklift to transport the module blocks. In that case, it is preferable to manufacture the module blocks on the stacking pedestal and then transporting the module blocks together with the stacking pedestal.
測定工程における具体的な測定方法については、すでに説明したとおりとすることができる。 The specific measuring method in the measuring step can be as already described.
[仮想据付工程]
次いで、前記測定工程で得た前記モジュールブロックの3次元形状データを用いて、前記モジュールブロックをコンピュータ上で仮想的に据え付ける仮想据付を行い、嵌め合いが良好なモジュールブロックの組み合わせを選択する(仮想据付工程)。
[Virtual installation process]
Next, virtual installation is performed to virtually install the module blocks on a computer using the three-dimensional shape data of the module blocks obtained in the measurement step, and a combination of module blocks that fit well is selected (virtual installation). installation process).
例えば、後述する隣接するモジュールブロック設置工程において、隣接するモジュールブロック同士が干渉する場合、当該干渉部分において必要な目地厚を確保することができない。また、干渉によりモジュールブロックの設置位置がずれてしまう場合もある。通常、このような干渉は、モジュールブロックを建設場所に運搬し、設置しようとした段階で判明するため、現場においてモジュールブロックの手直しを行う必要があった。これに対して本発明では、測定したモジュールブロックの3次元形状データを用いて前記モジュールブロックをコンピュータ上で仮想的に据え付ける仮想据付を行い、前記仮想据付の結果に基づいて嵌め合いが良好なモジュールブロックの組み合わせを選択する。前記仮想据付を行うことにより、建設場所におけるモジュールブロックの手直しを不要とし、効率的に精度良く炉を建設することが可能となる。 For example, when adjacent module blocks interfere with each other in the step of installing adjacent module blocks, which will be described later, it is not possible to ensure the required joint thickness at the interference portion. Furthermore, the installation position of the module block may shift due to interference. Usually, such interference is discovered when the module block is transported to the construction site and is about to be installed, so it is necessary to modify the module block at the site. In contrast, in the present invention, virtual installation is performed in which the module block is virtually installed on a computer using measured three-dimensional shape data of the module block, and based on the result of the virtual installation, a module with good fit is determined. Select a combination of blocks. By performing the virtual installation, there is no need to modify module blocks at the construction site, and it becomes possible to construct the furnace efficiently and with high precision.
上記仮想据付の方法は特に限定されず、任意の方法で行うことができる。例えば、上記モジュールブロック製造工程において複数のモジュールブロックを製造し、得られた各モジュールブロックの形状を上記測定工程で測定する。その後、得られた各モジュールブロックの3次元形状データを使用して仮想据付を行うことができる。 The virtual installation method described above is not particularly limited, and any method can be used. For example, a plurality of module blocks are manufactured in the module block manufacturing process, and the shape of each module block obtained is measured in the measurement process. Virtual installation can then be performed using the obtained three-dimensional shape data of each module block.
また、上記仮想据付工程において、嵌め合いが良好なモジュールブロックの組み合わせを選択する方法についても、とくに限定されず任意の方法で行うことができる。 Furthermore, in the virtual installation process, the method for selecting a combination of module blocks that fit well is not particularly limited and can be performed using any method.
例えば、まず、仮想据付を行って、対象となるモジュールブロックを据え付けた場合の該モジュールブロックとそれに隣接するモジュールブロックとの間の目地厚dを算定する。この仮想据付を複数のモジュールブロックのそれぞれについて行って、各モジュールブロックを設置した場合の目地厚diを求める。そして、得られた目地厚の値diと、予め定めた目標目地厚d0との差Δdi(=di-d0)の絶対値|Δdi|が最小となるモジュールブロックを使用することとする。この方式において、|Δdi|の算出は少なくとも1カ所において行えばよいが、複数箇所において|Δdi|を算出し、各位置における|Δdi|の合計が最小となるようモジュールブロックを選択することが好ましい。また、|Δdi|の算出は任意の位置で行うことができるが、特にばらつきの影響が大きいダボとホゾの位置を含めることが好ましい。また、1つのダボとホゾの組み合わせについて、2カ所以上、好ましくは3カ所以上で|Δdi|を評価することもできる。 For example, first, a virtual installation is performed to calculate the joint thickness d between a target module block and an adjacent module block when the module block is installed. This virtual installation is performed for each of the plurality of module blocks to determine the joint thickness d i when each module block is installed. Then, a module block is used that minimizes the absolute value |Δd i | of the difference Δd i (=d i −d 0 ) between the obtained joint thickness value d i and the predetermined target joint thickness d 0 That's it. In this method, |Δd i | may be calculated at at least one location, but |Δd i | is calculated at multiple locations, and module blocks are selected so that the sum of |Δd i | at each location is the minimum. It is preferable. Further, although |Δd i | can be calculated at any arbitrary position, it is preferable to include the positions of dowels and tenons, which are particularly affected by variations. Further, for one dowel and tenon combination, |Δd i | can be evaluated at two or more locations, preferably at three or more locations.
[モジュールブロック運搬工程]
次に、上記モジュールブロック製造工程で製造されたモジュールブロックをコークス炉建設場所へ運搬する。その際、運搬するモジュールブロックは、上記仮想据付工程の結果に基づいて決定する。
[Module block transportation process]
Next, the module blocks manufactured in the above module block manufacturing process are transported to a coke oven construction site. At that time, the module blocks to be transported are determined based on the results of the virtual installation process.
モジュールブロック運搬工程におけるモジュールブロックの運搬方法は、特に限定されることなく、モジュールブロックの製造場所とコークス炉の建設場所との距離等に応じて、トラックやトランスポーター(自走運搬台車)、クレーン等の任意の方法を単独または複数組み合わせて使用することができる。例えば、コークス炉建設場所に仮上屋が設けられている場合、モジュールブロックの製造や加工を行った場所から前記仮上屋まではトランスポーターで運搬し、仮上屋内では天井クレーンとステージジャッキを併用して施工位置まで運搬することができる。また、モジュールブロック運搬工程においては、モジュールブロック製造場所からコークス炉建設場所の施工位置まで直接モジュールブロックを運搬することもできるが、まず、モジュールブロック保管場所に運搬して一時的に保管し、築炉の進捗状況に応じて前記ブロック保管場所からコークス炉建設場所の施工位置までモジュールブロックを運搬してもよい。 The method of transporting module blocks in the module block transport process is not particularly limited, and depending on the distance between the module block manufacturing site and the coke oven construction site, trucks, transporters (self-propelled transport carts), cranes, etc. are used. Any method such as the above can be used alone or in combination. For example, if a temporary shed is set up at a coke oven construction site, transporters are used to transport module blocks from the place where they are manufactured or processed to the temporary shed, and an overhead crane and stage jack are installed inside the temporary shed. Can be used together to transport to the construction location. In addition, in the module block transportation process, module blocks can be directly transported from the module block manufacturing site to the construction site of the coke oven construction site, but first, they are transported to the module block storage site and temporarily stored. Depending on the progress of the furnace, the module blocks may be transported from the block storage location to the construction location at the coke oven construction location.
[モルタル塗布工程]
次に、モジュールブロックを設置する位置に、モルタルを塗布する。モルタルの塗布方法は特に限定されず、定型耐火物を積む場合と同様に、モジュールブロックの底面や側面が接触する位置、言い換えれば、モジュールブロックが設置される位置の上面や側面に、モルタルを塗布すればよい。
[Mortar application process]
Next, apply mortar to the locations where the module blocks will be installed. The method of applying mortar is not particularly limited, and as with the case of stacking standard refractories, apply mortar to the position where the bottom and side surfaces of the module blocks come into contact, in other words, to the top and side surfaces of the position where the module blocks will be installed. do it.
モルタルを塗布した面のうち、据え付けられるモジュールブロックの底面と接触する部分、すなわち、水平方向の目地となる部分には、スペーサーを設置することもできる。当該部分には、モジュールブロックの荷重がかかることにより所期の目地厚が確保できない場合がある。そこで、スペーサーを設置し、その上からモジュールブロックを据え付けることにより、目地厚を容易に確保することが可能となる。前記スペーサーでは、目地厚と同じ高さのものを用いることが好ましい。 Spacers can also be installed on the surface coated with mortar that contacts the bottom surface of the module block to be installed, that is, the portion that will serve as a horizontal joint. Due to the load of the module block being applied to this part, it may not be possible to secure the desired joint thickness. Therefore, by installing a spacer and installing a module block from above, it becomes possible to easily ensure the joint thickness. The spacer preferably has the same height as the joint thickness.
[モジュールブロック設置工程]
モルタル塗布工程においてモルタルが塗布された位置に、モジュールブロックを設置する。モジュールブロックの設置方法は特に限定されないが、例えば、クレーン等で揚重したモジュールブロックを、モルタルが塗布された面に位置を調整しつつ設置すればよい。このように、モジュールブロック単位で施工することにより、定型耐火物を一つずつ手積みする場合に比べて作業者の負担を低減し、高い精度で定型耐火物を積み上げることができる。
[Module block installation process]
A module block is installed at a position where mortar is applied in the mortar application process. The method of installing the module block is not particularly limited, but for example, the module block may be lifted by a crane or the like and installed while adjusting the position on the surface coated with mortar. In this way, by constructing the module block by module block, the burden on the worker is reduced compared to the case where the standard refractories are manually stacked one by one, and the standard refractories can be piled up with high precision.
以上の手順でモジュールブロックを設置することによりコークス炉を建設することができる。なお、ここまでの説明ではコークス炉の建設を例として本発明を説明したが、上述したように本発明はコークス炉以外の炉の建設にも適用可能である。 A coke oven can be constructed by installing module blocks using the above steps. Although the present invention has been explained so far by taking the construction of a coke oven as an example, the present invention is also applicable to the construction of furnaces other than coke ovens, as described above.
本発明の効果を確認するために、以下の手順でモジュールブロックを製造し、コークス炉を建設した。 In order to confirm the effects of the present invention, a module block was manufactured according to the following procedure, and a coke oven was constructed.
具体的には、まず、水平方向に6個、鉛直方向に7段の煉瓦(定型耐火物)を積んだモジュールブロックを39個製造した(モジュールブロック製造工程)。次に、得られたモジュールブロックの3次元形状を、図9に示した構造のモジュールブロック形状測定システムを用いて測定し、補正、ノイズ除去を経てモジュールブロック上面及び下面の3次元点群データをそれぞれ取得した。前記測定手段としては、2次元プロファイルセンサと一軸アクチュエータからなる3次元形状測定装置を使用した。使用した2次元プロファイルセンサは、モジュールブロックに対してレーザーを走査しながら照射し、反射光を検出することによって光源からモジュールブロックの表面の各点までの距離を測定する3角測量方式の2次元プロファイルセンサである。前記センサの距離分解能は0.025mm、一軸アクチュエータの走査方向分解能は0.5mmであった。 Specifically, first, 39 module blocks were manufactured in which bricks (standard refractories) were stacked in 6 layers horizontally and 7 layers vertically (module block manufacturing process). Next, the three-dimensional shape of the obtained module block is measured using a module block shape measurement system having the structure shown in Fig. 9, and after correction and noise removal, three-dimensional point cloud data of the upper and lower surfaces of the module block is obtained. Obtained each. As the measuring means, a three-dimensional shape measuring device consisting of a two-dimensional profile sensor and a uniaxial actuator was used. The two-dimensional profile sensor used is a triangulation type two-dimensional sensor that measures the distance from the light source to each point on the surface of the module block by scanning and irradiating the module block with a laser and detecting the reflected light. It is a profile sensor. The distance resolution of the sensor was 0.025 mm, and the scanning direction resolution of the uniaxial actuator was 0.5 mm.
次いで、得られた3次元点群データを用いて、複数のモジュールブロックのそれぞれをコンピュータ上で仮想的に据え付ける仮想据付を行った。前記仮想据付を行った状態において、各モジュールブロックを設置した場合の目地厚diを求め、得られた目地厚の値diと、予め定めた目標目地厚d0との差Δdi(=di-d0)の絶対値|Δdi|を算出した。ここで、前記目地厚としては、対象となるモジュールブロックと、該モジュールブロックに隣接するモジュールブロックとの間のダボとホゾの係合部分における目地厚を使用し、1組のダボとホゾにつき、3カ所の目地厚を求めた。本実施例では、ダボとホゾの係合部分が56カ所であったので、合計168カ所(56×3)の目地厚を求め、|Δdi|の積算値を求め、前記積算値が最小となるモジュールブロックを使用することした(モジュールブロック選択工程)。 Next, virtual installation was performed in which each of the plurality of module blocks was virtually installed on a computer using the obtained three-dimensional point group data. In the state where the virtual installation is performed, the joint thickness d i when each module block is installed is determined, and the difference Δd i (= The absolute value |Δd i | of d i −d 0 ) was calculated. Here, as the joint thickness, the joint thickness at the engaging part of the dowel and tenon between the target module block and the module block adjacent to the module block is used, and for one set of dowel and tenon, The joint thickness at three locations was determined. In this example, there were 56 engagement areas between the dowel and tenon, so the joint thicknesses at a total of 168 locations (56 x 3) were determined, the integrated value of |Δd i | was determined, and it was determined that the integrated value was the minimum. (module block selection process).
前記選択を完了した後、モジュールブロックをコークス炉の建設場所に運搬し(モジュールブロック運搬工程)、当該モジュールブロックを設置する位置にモルタルを塗布し(モルタル塗布工程)、現地に据え付けた(モジュールブロック設置工程)。モジュールブロックの形状の基準値からの外れから予想された、モジュールブロックのホゾでのモジュールブロック間の干渉は発生せず、現地での修正が少なく、効率的に据え付けを行うことができた。 After completing the above selection, the module block was transported to the coke oven construction site (module block transportation process), mortar was applied to the location where the module block was installed (mortar application process), and it was installed at the site (module block installation process). There was no interference between the module blocks at the tenons of the module blocks, which was expected due to the shape of the module blocks deviating from the standard value, and the installation was able to be carried out efficiently with few modifications on site.
1 モジュールブロック
2 定型耐火物
3 ダボ
4 ホゾ
5 モルタル
10 測定手段
11 プロファイルセンサ
12 測定平面
13 一軸アクチュエータ(移動手段)
14 I形鋼
20 積み台座
21 開口
22 支持部
30 支持フレーム
40 基準ブロック(基準部材)
100 モジュールブロック形状測定システム
1
14 I-shaped
100 module block shape measurement system
Claims (7)
測定対象のモジュールブロックの近傍に3次元形状データが既知である基準部材を配置する配置工程と、
複数の測定手段を用いて、前記基準部材の少なくとも一部が含まれるように前記モジュールブロックの異なる部分の形状を測定して複数の3次元形状データを得る測定工程と、
前記測定工程で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正する補正工程と、
前記補正工程で補正された複数の3次元形状データを合成する合成工程を含む、モジュールブロック形状測定方法。 A module block shape measuring method for measuring the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of regular refractories, the method comprising:
a placement step of arranging a reference member whose three-dimensional shape data is known near the module block to be measured;
a measuring step of obtaining a plurality of three-dimensional shape data by measuring shapes of different parts of the module block using a plurality of measuring means so that at least a part of the reference member is included;
Each of the plurality of three-dimensional shape data measured in the measurement step is corrected by fitting the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data to the known three-dimensional shape data of the reference member. a correction process to
A method for measuring the shape of a module block, including a synthesis step of synthesizing a plurality of three-dimensional shape data corrected in the correction step .
3次元形状データが既知である基準部材と、
前記基準部材の少なくとも一部が含まれるように前記モジュールブロックの異なる部分の形状を測定し、複数の3次元形状データを得る複数の測定手段と、
前記複数の測定手段で測定された複数の3次元形状データのそれぞれを、前記3次元形状データに含まれる前記基準部材の3次元形状データを前記基準部材の既知の3次元形状データにフィッティングすることにより補正し、さらに、補正された前記複数の3次元形状データを合成する演算手段とを備える、モジュールブロック形状測定システム。 A module block shape measurement system that measures the shape of a module block manufactured by stacking a plurality of standard refractories,
a reference member whose three-dimensional shape data is known;
a plurality of measuring means that measure shapes of different parts of the module block so that at least a part of the reference member is included, and obtain a plurality of three-dimensional shape data;
fitting each of the plurality of three-dimensional shape data measured by the plurality of measuring means to the three-dimensional shape data of the reference member included in the three-dimensional shape data to the known three-dimensional shape data of the reference member; A module block shape measurement system comprising: a calculation means for correcting the plurality of corrected three-dimensional shape data ;
前記炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてモジュールブロックとするモジュールブロック製造工程と、
請求項1~3のいずれか一項に記載のモジュールブロック形状測定方法により、前記モジュールブロック製造工程で得られたモジュールブロックの形状を測定し、前記モジュールブロックの3次元形状データを得る測定工程と、
前記測定工程で得た前記モジュールブロックの3次元形状データを用いて、前記モジュールブロックをコンピュータ上で仮想的に据え付ける仮想据付を行い、嵌め合いが良好なモジュールブロックの組み合わせを選択する仮想据付工程と、
前記仮想据付工程の結果に基づいて、前記モジュールブロックを前記炉の建設場所へ運搬するモジュールブロック運搬工程と、
前記モジュールブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程と、
前記モルタルが塗布された位置に前記モジュールブロック運搬工程で運搬されたモジュールブロックを据え付けるモジュールブロック設置工程とを備える、炉建設方法。 A furnace construction method for constructing a furnace using a plurality of module blocks,
A module block manufacturing process in which a plurality of regular refractories are piled up to form a module block at a location other than the construction site of the furnace;
A measuring step of measuring the shape of the module block obtained in the module block manufacturing process by the module block shape measuring method according to any one of claims 1 to 3, and obtaining three-dimensional shape data of the module block. ,
a virtual installation step of performing a virtual installation of virtually installing the module blocks on a computer using the three-dimensional shape data of the module blocks obtained in the measurement step, and selecting a combination of module blocks that fit well; ,
a module block transporting step of transporting the module block to a construction site of the furnace based on the result of the virtual installation step;
a mortar application step of applying mortar to the position where the module block is installed;
A method for constructing a furnace, comprising: installing a module block transported in the module block transporting step at a position where the mortar is applied.
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