JP3073647B2 - 銅含有スクラップの識別方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄スクラップ回生処理に
おいて、鉄スクラップ群から不純物元素である銅を含有
したスクラップを自動識別する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクラップ回生により生産される鉄の品
質低下を避けるためには、一般にトランプエレメントと
呼称される銅、亜鉛、錫などの非鉄不純物元素の混入を
防ぐ必要がある。亜鉛や錫は主としてめっき鋼板の表層
に存在しているのに対し、銅は主として自動車、家電製
品中のモーターコアの中に銅線として存在するため破砕
屑段階で識別し分離するのが混入防止に最も効果的であ
る。

【０００３】従来より回生業者により行われてきた処理
は、自動車、家電製品などの廃棄物をまずシュレッダー
と呼ばれる破砕機により長寸サイズで約数十mmのスクラ
ップ片に裁断し、風選により布、プラスチックなど非金
属の細片、粉体を除去したり、渦流式選別により非金属
片と金属片の分離を行ったり、さらには磁気選別により
鉄と非鉄金属片の分離を行うというものであり、最終的
に分離された鉄スクラップが製鉄メーカーに鉄原料とし
て引き渡されている。

【０００４】しかしながら銅の最も大きな混入源である
モーターコアは銅線と鉄芯が機械的に絡み合っているた
め磁選によっても銅と鉄を分離することができないた
め、結局はベルトコンベア上を搬送される途中で作業員
の目視による識別と手選別により分離されてきた。

【０００５】このような人手による識別作業にはスク
ラップ処理量の拡大が困難、多大な人件費投入が経済
的に困難、銅除去後のスクラップの均一品質確保が困
難、作業環境の改善が困難、などの問題がある。この
作業の自動化手段として、レーザ光線照射によりスクラ
ップ自動識別を行う方法の提案もなされている(Dr. H.
-P Sattler: VDI BERICHTE NR. 934, 1991: 'Scrap sor
ting with Lazer-an automatic process for mixed non
-ferrous metals from automobile shredders'）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の方法は
高価なパルスレーザ照射器を利用するために、装置コス
ト削減が難しく、またレーザおよび分光器を悪環境で使
用しなければならないため、装置メンテナンスにコスト
と人手がかかることが実用上問題であった。また、銅を
含有したスクラップを自動識別する方法としてはすでに
色相角による自動識別方法を特許出願している（特願平
５−１３５１１９号；鉄スクラップ群から銅の含有され
たスクラップを識別する方法）。

【０００７】しかし色相角のみによる方法ではスクラッ
プ中彩度値の低い部分において、色相角が不安定になる
ため銅と鉄の識別精度の低下が認められた。また、分離
プロセスで銅含有スクラップの分離を効率的に行うため
には、識別処理の中で個々のスクラップの認識処理と銅
含有スクラップの位置情報を求めて分離プロセスへ伝送
する必要があり、それらの情報を同時に獲得する必要が
あった。

【０００８】本発明が解決しようとする課題は、装置コ
ストおよびメンテナンスコストが小さな識別方法を実現
するために、色相角を用いて銅含有スクラップの識別精
度の向上を図るとともに、銅含有スクラップの位置情報
を分離プロセスへ伝送できるための識別方法を構築する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。 １）カラーテレビカメラにより鉄スクラップ群を撮像
し； ２）該画像内の各画素について、該点の持つＲＧＢ信号
値から輝度値Ｉ、彩度値Ｓ、色相角値Ｈ、を求め； ３）該画像に対して各画素の彩度値が予め設定されたし
きい値以上であるか否かを判別し；該画素の彩度値がし
きい値以上である場合は、該画素の色相角値が予め設定
された銅の色相角値範囲内にあるとき、該画素は銅であ
ると判別し；該画素の色相角値が予め設定された銅の色
相角値範囲内にないとき、該画素は銅でないと判別し；
該画素の彩度値がしきい値以上でない場合は、該画素は
銅でないと判別する；ことにより該画像内の銅と判別さ
れる画素を求め； ４）輝度値Ｉを用いて該画像全体にラベリング処理を施
してスクラップの個体認識を行うとともに、個々のスク
ラップの総面積Ｓｔすなわちスクラップが占める画素数
を求め；該スクラップの占める画像領域の中の銅面積Ｓ
Ｃｕすなわち銅と判別された画素の総数を求め； ５）各スクラップに対して銅面積ＳＣｕとＳｔの比Ｒ＝
ＳＣｕ／Ｓｔを求めて、比Ｒが予め設定されたしきい値
Ｒmin 以上である場合には該スクラップを銅含有スクラ
ップと識別し、その重心位置（Ｘ，Ｙ）すなわち総面積
Ｓｔの重心の画素番地を求める。

【００１０】

【作用】図１に示すように、鉄スクラップ群１を光源２
で照らした状態で、鉄スクラップ群１内の銅識別を要す
る範囲についてカラーテレビカメラ３で撮像する。ただ
し、特に光源が無くともカラーテレビカメラによる撮像
が可能である場合には、光源が必ずしも必要でない。

【００１１】カラーテレビカメラのＲＧＢ信号４はＨＳ
Ｉ変換装置５により色相角度Ｈ（６），彩度Ｓ（７），
および輝度Ｉ（８）信号に変換されて識別処理装置９に
伝送される。識別処理装置９は後述する，，の画
像処理を行って銅を含有すると識別されたスクラップの
重心位置（Ｘ，Ｙ）信号１０を出力する。

【００１２】ベルトコンベアの搬送方向後部に設置され
ている分離装置（図示せず）の制御装置は銅含有スクラ
ップの重心位置（Ｘ，Ｙ）信号１０を受けるとともに、
該スクラップの搬送時間遅れを補正するいわゆるトラッ
キング処理を行って該スクラップが分離装置に到達する
時刻にしかるべき分離処理を実行する。

【００１３】識別処理装置９での処理は複雑な画像処理
を含むため場合によっては実時間処理ができないことも
あるが、そのときは図１に示すように該画像の撮像時刻
信号１１を分離装置の制御装置に伝送すれば適切なトラ
ッキング処理を行うことが可能である。識別処理装置９
で実時間処理が可能な場合には、該画像の撮像時刻信号
１１を分離装置の制御装置に伝送しなくても、搬送時間
遅れの補正のみで適切なトラッキング処理を行うことが
可能であることは言うまでもない。

【００１４】識別処理装置９は撮影した画像に対して、
以下の処理を行うことにより銅含有スクラップの識別を
行う。 各画素についてその彩度値が、予め設定されたしきい
値以上であるか否かを調べ；彩度値がしきい値以上の場
合には該画素の色相角値を求め、その値を予め設定され
ている銅の色相角値範囲の対応関係と比較参照し、色相
角がその範囲内に収まっている場合は、該画素を銅であ
ると判別し、収まっていない場合には銅ではないと判別
し、彩度値がしきい値未満の場合には、銅ではないと判
別する。

【００１５】該画像全体に輝度値Ｉを用いてラベリン
グ処理を施してスクラップの個体認識を行うとともに、
個々のスクラップの総面積Ｓｔすなわちスクラップが占
める画素数を求め；該スクラップの占める画像領域の中
の銅面積ＳＣｕすなわちの処理により銅と判別された
画素の総数を求め； 各スクラップに対して銅面積ＳＣｕとＳｔの比Ｒ＝Ｓ
Ｃｕ／Ｓｔを求めて、比Ｒが予め設定されたしきい値Ｒ
min 以上である場合には該スクラップを銅含有スクラッ
プと識別し、その重心位置（Ｘ，Ｙ）すなわち総面積Ｓ
ｔの重心の画素番地を求める。

【００１６】

【実施例】図２に本発明の方法を実施した識別装置構成
例を示す。この例では工場内の蛍光灯などの光の影響を
減ずるため暗室２２を設けてその中で測定を行った。光
源としてはベルトコンベア上を搬送されるスクラップを
４方向から照らす４点光源２４を使用し、カラーテレビ
カメラとしてＣＣＤカメラ２３を使用した。４点光源２
４は１方向から照らす光源と比較すると、スクラップ上
およびその設置台上に生ずる影を減らす効果を持つ。影
の発生を、識別処理に差し支えのない範囲にとどめるこ
とが可能なのであれば、必ずしも４点光源が必要となら
ない。

【００１７】画像取り込み装置２７はＣＣＤカメラ２３
からのＲＧＢ信号２６を入力してＨＳＩ信号２８に変換
して識別処理装置２９へ出力する。該識別処理装置２９
は、銅の色相角範囲および彩度値のしきい値を記憶し，
輝度Ｉ信号によってラベリング処理された画像内のすべ
てのスクラップに対して銅含有スクラップであるか否か
を識別し、銅含有と識別されたスクラップの位置情報
（Ｘ，Ｙ）信号を出力する。また、本実施例では、ＣＣ
Ｄカメラ２３で撮像された鉄スクラップ画像を識別処理
装置２９に取り込むにあたってのタイミング処理の簡便
化のため、一旦ＲＧＢ信号２６を画像取込装置２７に記
憶しＨＳＩ信号に変換して出力している。

【００１８】図２に示した識別装置を用いて、自動車の
シュレッダー屑中の鉄スクラップと、鉄と銅からなるモ
ータコアスクラップの自動識別実験を行った。本実験で
用いたシュレッダー試料は、自動車、家電製品などの廃
棄物をまずシュレッダーにより長寸サイズで約８０mmの
スクラップ片に裁断し、風選により布、プラスチックな
ど非金属の細片、粉体を除去し、渦流式選別により非金
属片と金属片の分離を行い、さらに磁気選別により鉄と
非鉄金属片の分離を行った結果鉄として、すなわち磁性
を持つものとして分離されたものであり、純粋に鉄だけ
よりなる鉄スクラップと銅を混入しているモーターコア
スクラップが混在したものである。すなわち本実験で用
いたスクラップ試料は従来作業員の目視と手作業によっ
てのみ識別分離されてきたものである。

【００１９】実際の識別実験に先立ち、以下に記す３種
類の予備実験を実施して本実験の設定値の決定などを行
った。まず第１に、銅識別の為の彩度値と色相角値の境
界値を定めるための予備実験を実施した。識別時と同じ
光学的条件（光源２４，ＣＣＤカメラ２３の作動条件、
暗室２２、機器間・対象スクラップ間距離などの設定条
件）において、スクラップ銅部、スクラップ鉄部、スク
ラップの置かれている台部それぞれが持つ色相角値分布
状況を実測した。

【００２０】さらに、同じ条件で、スクラップ銅部、ス
クラップ鉄部、ベルトコンベア部それぞれがもつ彩度値
分布状況を実測した。これらの予備実験の結果より、銅
判別を行うための適正な彩度値Ｓの範囲および銅部の持
つ色相角度値Ｈの範囲を見いだした。これらは、図３，
図４に示す通り、彩度値については（０．３≦Ｓ≦１．
０）（３０）、色相角値については（０≦Ｈ≦５２゜お
よび３２９゜≦Ｈ＜３６０゜）（３１）である。以下に
記述する識別実は、これらの識別のための彩度値と色相
角値の境界値を使用した。☆第２に、輝度信号を用いて
画像内のスクラップを個体認識するいわゆるラベリング
処理実験を行った。ベルトコンベア部は黒色であり輝度
信号値はきわめて低いことを利用してある輝度信号しき
い値を設定して画像を２値化し、しきい値以上の部分の
画素の連続性を用いてラベリング処理をおこなったとこ
ろ、鉄スクラップ、銅を含有するモーターコアスクラッ
プなどをベルトコンベア部と分離し、かつ個々のスクラ
ップ片を容易に個体認識することができた。

【００２１】輝度信号しきい値は予め設定しておいても
よいが、照明光強度の変動がある場合にも対応できるよ
うに画像全体の平均輝度のたとえば２５％の値をもって
しきい値と自動設定するなど、従来から種々提案されて
いるラベリング処理を利用することができるのは言うま
でもない。

【００２２】第３に、銅を含有するスクラップであるか
否かを識別するために必要となる、銅面積ＳＣｕとＳｔ
の比Ｒ＝ＳＣｕ／Ｓｔのしきい値Ｒmin を求める実験を
おこなっ。すなわち、銅を含有するモーターコアスクラ
ップ１００サンプルと、鉄スクラップ１００サンプルを
用いて全サンプルのＲ値を実測した。この結果、今回の
実験においてはＲmin ＝０．１とすればモーターコアス
クラップと鉄スクラップをほ完全に識別可能であること
が判明した。

【００２３】すなわち、モーターコアサンプルを誤って
鉄サンプルと誤識別したのは２サンプルだけで、鉄サン
プルを誤ってモーターコアサンプルと誤識別したのは３
サンプルだけであった。ただし、実際の識別分離処理に
あたってはどの程度まで銅含有スクラップの鉄スクラッ
プへの混入が許容されるかによってＲmin の設定値は変
化しうることは言うまでもない。また、銅含有スクラッ
プと識別されたスクラップの重心位置（Ｘ，Ｙ）は、ラ
ベリング処理による２値化画像を用いて各スクラップの
画素位置を単純平均することで容易に計算できる。

【００２４】実際の識別実験で用いた識別処理装置２９
が行う識別処理の具体的手順を示すフローチャートを図
５に示す。識別実験ではモーターコアスクラップ１００
個、鉄スクラップ２，４００個をランダムに混ぜて６０
（ｍ/min）の速度で運転されているベルコンベア上に送
り出して識別実験を行った。識別装置２９は実時間で高
速画像処理できる能力があるものを使用したため分離装
置までの搬送時間遅れを補正するだけで容易にトラッキ
ングが可能であった。銅含有スクラップと鉄スクラップ
に分離されたスクラップをそれぞれ分析したところ、銅
含有スクラップ中に誤識別されて分離された鉄スクラッ
プが１７個、鉄スクラップ中に誤識別されて分離された
銅含有スクラップが４個であり実用上充分な識別分離性
能であると評価された。

【００２５】図６は採取したある画像の輝度（Ｉ）信号
を用いてベルトコンベア上のスクラップを個体認識した
結果を示した例である。この場合は、ベルトコンベアが
黒色で極めて輝度が低いために、予め設定されたしきい
値以上の部分の連続性を判断することで容易に５つのス
クラップ片を個体認識することができている。白く示し
た領域が一つ一つのスクラップと認識され、その総面積
Ｓｔが求められる。

【００２６】図７は該画像の色相角度（Ｈ）信号と彩度
（Ｓ）信号から銅と判別された画素を白く示したもので
ある。各スクラップ片に対して銅と判別された領域の面
積ＳＣｕが求められる。その結果、各スクラップ片に対
して銅と判別された領域の面積と総面積の比Ｒ＝ＳＣｕ
／Ｓｔが計算され、銅含有スクラップと識別するための
しきい値Ｒmin ＝０．１を超えるＲ値をもつ図中で２お
よび５で表示されたスクラプ片が銅含有スクラップと識
別された。

【００２７】これに対応するカラー原画像により、各ス
クラップ片材質を確認したところ２および５は破砕され
たモーターコアであり、残りは鉄のみより構成される鉄
スクラップであることが判明した。図７に示したように
１，３，および４の鉄スクラップでも一部に銅と判別さ
れた領域が存在するがこれは銅の色調に近い赤色の塗料
が施されたスクラップ面や、赤錆が付着した面や、ある
いは照明と反射角度の関係で色相角度、彩度が銅の範囲
に入った部分と考えられた。しかしながら、このような
微小な誤識別部分があっても、比Ｒのしきい値Ｒmin を
適宜設定することにより容易に鉄スクラップと銅含有ス
クラップの誤識別を防ぐことが可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明の方法を用いたスクラップ群中の
銅識別方法を利用すれば、従来作業員の目視によりなさ
れてきた識別作業の自動化と高精度化が可能になりその
結果スクラップ処理量の拡大が容易、多大な人件費
投入が不必要、銅除去後のスクラップの均一品質確保
が容易、作業環境の改善が容易、など従来の問題点の
解決が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく識別方法を実現する装置構成の
説明図。

【図２】識別実験に用いた装置構成の説明図。

【図３】実施例における銅の彩度値範囲の分布図。

【図４】実施例における銅の色相角度値範囲の分布図。

【図５】実施例に用いた識別処理フローチャート。

【図６】輝度（Ｉ）信号によるラベリング結果例の識別
図。

【図７】色相角度（Ｈ）信号と彩度（Ｓ）信号による銅
部の判別結果例の識別図。

【符号の説明】

１ 鉄スクラップ群 ２ 光源 ３ カラーテレビカメラ ４ ＲＧＢ信号 ５ ＨＳＩ変換装置 ６ 色相角度Ｈ信号 ７ 彩度Ｓ信号 ８ 輝度Ｉ信号 ９ 識別処理装置 １０ 銅含有スクラップの重心位置（Ｘ，Ｙ）信号 １１ 撮像時刻信号 ２２ 暗室 ２３ ＣＣＤカメラ ２４ ４点式光源 ２５ モニタテレビ ２６ ＲＧＢ信号 ２７ 画像取込装置 ２８ ＨＳＩ信号 ２９ 識別処理装置 ３０ 識別処理にあたっての彩度適正範囲 ３１ 銅のもつ色相角範囲

フロントページの続き (72)発明者 内藤 修治 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社 技術開発本部内 (72)発明者 伊藤 雅浩 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平５−131175（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223641（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−324825（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232030（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B07C 5/342 G01N 21/00 - 21/958

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベルトコンベア上を搬送される破砕後の
   鉄スクラップ群から銅含有スクラップを識別分離するプ
   ロセスにおいて １）カラーテレビカメラにより鉄スクラップ群を撮像
   し； ２）該画像内の各画素について、該点の持つＲＧＢ信号
   値から輝度値Ｉ、彩度値Ｓ、色相角値Ｈ、を求め； ３）該画像に対して各画素の彩度値が予め設定されたし
   きい値以上であるか否かを判別し；該画素の彩度値がし
   きい値以上である場合は、該画素の色相角値が予め設定
   された銅の色相角値範囲内にあるとき、該画素は銅であ
   ると判別し；該画素の色相角値が予め設定された銅の色
   相角値範囲内にないとき、該画素は銅でないと判別し；
   該画素の彩度値がしきい値以上でない場合は、該画素は
   銅でないと判別する；ことにより該画像内の銅と判別さ
   れる画素を求め； ４）輝度値Ｉを用いて該画像全体にラベリング処理を施
   してスクラップの個体認識を行うとともに、個々のスク
   ラップの総面積Ｓｔすなわちスクラップが占める画素数
   を求め；該スクラップの占める画像領域の中の銅面積Ｓ
   Ｃｕすなわち銅と判別された画素の総数を求め； ５）各スクラップに対して銅面積ＳＣｕとＳｔの比Ｒ＝
   ＳＣｕ／Ｓｔを求めて、比Ｒが予め設定されたしきい値
   Ｒmin 以上である場合には該スクラップを銅含有スクラ
   ップと識別し、その重心位置（Ｘ，Ｙ）すなわち総面積
   Ｓｔの重心の画素番地を求める；ことによる銅含有スク
   ラップの識別方法。