JP5673092B2 - スクラップ表面プロファイル計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、容器内に積層されたスクラップの表面プロファイルを計測するスクラップ表面プロファイル計測方法に関するものである。

鉄系のスクラップは、溶解して再利用が可能であるため、製鉄所においては鉄源として重要である。スクラップを溶解するスクラップ溶解炉としては、電気炉、シャフト炉、キュポラ等が挙げられ、広義の意味では転炉もこれに当てはまる。このようなスクラップ溶解炉は、炉内に装入されたスクラップを加熱して溶解し、溶鋼を得るものである。従来の高炉法による銑鉄の生産は効率的であるものの、設備投資コストや粗鋼生産量等を考慮すると、特に小規模な工場では、スクラップ溶解炉を用いるほうがより適切な生産規模の操業が可能であり、また、場合によっては粗鋼１ｔあたりのＣＯ₂排出量が高炉よりも低減できる利点もある。

ところで、スクラップ溶解炉では、予め炉内に装入するスクラップの嵩密度を求め、求めた嵩密度に応じて溶解能力を調節することでエネルギー効率や操業効率の最適化を図っている。例えば、電極を炉内に挿入し、電気抵抗によるジュール熱でスクラップを溶解する電気炉では、嵩密度が低い場合、スクラップの温度が上昇しにくいため電流を多く流すことで効率的にスクラップを溶解して操業効率を上げている。一方、嵩密度が高い場合には、流す電流を少なくしてエネルギー効率を最適化している。

ここで、嵩密度は、装入するスクラップの重量を予め計測しておき、その体積を求めることで算出できる。体積は、装入するスクラップを容積が既知である容器、例えば搬送用の台車内に収容し、この容器内のスクラップ表面の層高を計測することで算出できる。そして、層高は、例えば、各種距離計を用いて容器内のスクラップ表面までの距離を計測することで計測されている。例えば、特許文献１には、音波を用いる距離計を製錬炉内の上下方向、半径方向および周方向に移動可能に設け、製錬炉内装入物の層高さを測定する技術が開示されている。この他、レーザー距離計を用いたものも知られている。

特開平３−１３４１０９号公報

しかしながら、炉内に装入するスクラップは様々な形状をしており、容器内にはこれら様々な形状のスクラップが積層された状態で収容されるため、容器内のスクラップ表面は平らではなく、また、表層に存在する個々のスクラップの表面やエッジ部分は様々な方向を向いている。このため、特許文献１の技術を適用してスクラップ表面までの距離を計測する場合、スクラップ表面に向けて送信した音波がその反射位置におけるスクラップ表面の状態によっては乱反射してしまい、正確な距離計測が困難な場合があった。また、レーザー距離計を用いた場合も、反射位置におけるスクラップ表面の状態によっては、十分な強度の反射波が得られずにデータの欠損が発生する場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容器内に積層されたスクラップ表面までの距離を適正に計測して容器内のスクラップの表面プロファイルを高精度に計測することができるスクラップ表面プロファイル計測方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるスクラップ表面プロファイル計測方法は、大きさの異なるスクラップが内部に積層された容器内の前記スクラップの表面プロファイルを計測するスクラップ表面プロファイル計測方法であって、前記容器内の前記スクラップ表面上に前記スクラップのうちの大きいスクラップのサイズと同程度または該サイズ以下の大きさのスポットが照射されるように調整されたビーム幅の電磁波を送信し、該送信した電磁波の反射波を受信することで前記スクラップ表面までの距離を計測する計測工程を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかるスクラップ表面プロファイル計測方法は、上記の発明において、前記スポットのビーム幅は２００ｍｍ以上でかつ８００ｍｍ以下であり、前記電磁波の搬送周波数は１ＧＨｚ以上でかつ１００ＧＨｚ以下であることを特徴とする。

また、本発明にかかるスクラップ表面プロファイル計測方法は、上記の発明において、前記計測工程は、前記スクラップ表面の上方で計測位置を移動させながら前記スクラップ表面までの距離を順次計測し、前記計測位置を移動させながら計測した一連の前記スクラップ表面までの距離の計測値から異常値を除去し、該異常値を除去した後の前記計測値をもとに移動平均処理を行う信号処理工程を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかるスクラップ表面プロファイル計測方法は、上記の発明において、前記信号処理工程は、前記計測位置の移動方向に沿って前記計測位置を所定距離毎の区間に分割し、該区間毎に前記計測値の最小値を代表値として抽出して、該代表値に対して移動平均処理を行うことを特徴とする。

本発明のスクラップ表面プロファイル計測方法では、スクラップ表面上に照射されるスポットのサイズが容器内のスクラップのうちの大きいスクラップのサイズと同程度またはそれ以下となるように調整されたビーム幅の電磁波を送信し、その反射波を受信することでスクラップ表面までの距離を計測することとした。これによれば、スポットが小さすぎることによって受ける乱反射等の影響で生じる反射率の低下を抑制しつつ、スポットが大きすぎることによって受ける干渉等の影響で生じる距離計測精度の低下を抑制することができる。したがって、容器内に積層されたスクラップ表面までの距離を適正に計測して容器内のスクラップの表面プロファイルを高精度に計測することができる。

図１は、スクラップ表面プロファイル計測装置の構成およびスクラップを収容するための容器の内部を示した模式図である。 図２は、容器の平面図である。 図３は、ビーム幅と反射率との関係およびビーム幅と距離計測精度との関係を示す図である。 図４は、ビーム幅と計測性能指数との関係を示す図である。 図５は、プロファイル計測処理の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、容器の平面図である。 図７は、実施例における表面プロファイルの計測結果を示す図である。 図８は、図７の計測結果に対して上記した移動平均処理を施した結果を示す図である。 図９は、比較例における表面プロファイルの計測結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明のスクラップ表面プロファイル計測方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態のスクラップ表面プロファイル計測装置１の構成およびこのスクラップ表面プロファイル計測装置１が計測対象とするスクラップ２１を収容するための容器２の側面を切り欠いて内部の様子を示した模式図である。

容器２は、上面が開口した箱状を有し、スクラップ溶解炉に装入されるスクラップ２１が内部に積層されて収容される。ここで、容器２の容積は既知である。この容器２内に収容されるスクラップ２１は、種々雑多な形状をしている。例えば、平板状の鋼材や、断面視Ｈ字状、Ｌ字状、円形状等の鋼材、ワイヤ状の鋼材、球状の鋼塊、あるいはこれらのものに孔が形成されたもの、粒状に細かく裁断されたもの等が混在する。また、その大きさも様々であり、大きいもので数百ｍｍ〜１ｍ程度、小さいもので数十ｍｍ程度である。ここで、容器２内に収容される各種形状、各種大きさのスクラップ２１の組み合わせや混在割合は一定ではなく、その都度（チャージ毎に）異なる。また、収容時にサイズの小さいスクラップ２１が大きいものの隙間に入り込む場合がある。このため、容器２内に積層されたスクラップ２１の嵩密度は、チャージ毎に異なる。この嵩密度を精度良く求めるためには、容器２内のスクラップ２１の体積を精度良く求める必要があり、そのためには、容器２内に積層されたスクラップ２１表面（容器２の上面側に露出する表層のスクラップ２１の表面）の層高（容器２の内底面からの高さ）を高精度に計測する必要がある。

スクラップ表面プロファイル計測装置１は、前述のスクラップ２１表面の層高を求めるため、容器２の上面開口上方の全域で計測位置を移動させながら、各計測位置からスクラップ２１表面までの距離を容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルとして計測する。このスクラップ表面プロファイル計測装置１は、電磁波距離計測部１１を備える。電磁波距離計測部１１は、電磁波距離計等で構成され、容器２の内部に電磁波（送信信号）を送信し、その反射波（反射信号）を受信して電磁波の反射位置、すなわち容器２内に積層されたスクラップ２１表面までの距離を計測するものであり、容器２の上面開口と対向配置されて容器２の内部に向けて電磁波を送信するとともに、送信した電磁波の反射波を受信するためのアンテナ１１１を備える。

アンテナ１１１は、不図示の搬送装置により、容器２の上面開口上方の所定の高さ位置（Ｚ位置；以下、「計測高さ位置」と呼ぶ。）において、鉛直方向（Ｚ軸方向）に直交する水平面（ＸＹ平面）内で移動自在に構成される。例えば、搬送装置は、そのＺ位置が前述の計測高さ位置となるようにアンテナ１１１を保持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にモータ駆動で移動する保持部材や、この保持部材の移動を案内するガイドレール等で構成される。

この電磁波距離計測部１１は、計測高さ位置のアンテナ１１１をＸＹ平面内で移動させて容器２の上面開口上方の全域を走査させながら、容器２内に積層されたスクラップ２１表面までの距離Ｄを順次計測していく。計測した距離Ｄの計測値（距離計測値）は、計測時のアンテナ１１１の初期位置からの移動量とともに後述する記憶部１２５に出力され、移動量によって定まる各計測位置における距離データとして記憶部１２５に記憶される。

また、スクラップ表面プロファイル計測装置１は、装置各部の動作を制御する制御部１２を備える。例えば、制御部１２は、電磁波距離計測部１１の動作を制御し、容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを計測するための処理を行う。

この制御部１２は、入力部１２１や表示部１２３、記憶部１２５と接続されている。入力部１２１は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の各種入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた入力信号を制御部１２に出力する。表示部１２３は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置によって実現されるものであり、各種設定入力や各種表示出力のための画面を表示する。記憶部１２５は、更新記憶可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、ハードディスク、各種記憶媒体等の記憶装置によって実現される。この記憶部１２５には、スクラップ表面プロファイル計測装置１を動作させ、容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを計測するのに必要な各種プログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶され、あるいは処理の都度一時的に記憶される。例えば、記憶部１２５には、上記したように、電磁波距離計測部１１によって計測された容器２の上面開口上方の各計測位置における距離データが記憶される。

図２は、容器２の平面図である。電磁波距離計測部１１のアンテナ１１１から送信された電磁波は、図２に示すように、アンテナ１１１下方のスクラップ２１表面内の位置において、アンテナ１１１の指向角に応じたビーム幅のスポットＳ１として照射される。一般に、電磁波距離計を用いた距離計測では、アンテナ１１１からの距離が離れるほどビーム幅が広がることが知られている。そして、距離計測値は、アンテナ１１１からスポットＳ１の照射範囲内のスクラップ２１表面までの平均的な距離として計測される。

ところで、上記したように、容器２内のスクラップ２１は、形状も大きさも様々である。このため、容器２内のスクラップ２１表面の形状は平らではなく、表層に存在する個々のスクラップ２１の表面やエッジ部分が形成する数十ｃｍ程度の凹凸が複数存在し、且つ、これら個々のスクラップ２１の表面やエッジ部分は様々な方向を向いている。このため、ビーム幅が狭すぎると、スポットの照射範囲内に例えばスクラップ２１の角やワイヤ状のスクラップ２１が存在する場合に、照射した電磁波の乱反射（散乱）によって反射率が低下してしまう。一方で、ビーム幅が広すぎると、スポットの照射範囲内に例えばスクラップ２１同士の隙間等の凹凸の大きい部分が存在する場合に、アンテナ１１１からみて奥側の箇所（凹部）を反射位置とする反射波と、アンテナ１１１からみて手前側の箇所（凸部）を反射位置とする反射波とが干渉して距離計測値の計測精度が低下してしまう。したがって、スポットの大きさが、容器２内に収容されるスクラップ２１のうちの大きいもののサイズと略同程度またはそれ以下の大きさとなるようにすれば、乱反射等の影響を抑えて反射率を向上させつつ、干渉等の影響による距離計測値の計測精度の低下を抑制することが可能となる。

なお、容器２内に収容されるスクラップ２１の大きさは予め既知であり、事前に取得できる。また、スポットの大きさを大きいスクラップ２１のサイズに応じた大きさとするのは、スポットの照射範囲内になるべく凹凸等の高低差の大きい箇所が含まれないようにするためである。したがって、その形状が縦長のものについては、例えば短手方向の長さをその大きさとして取得しておく。

実際に、容器２内のスクラップ２１表面にビーム幅の異なる電磁波を照射して距離計測を行い、ビーム幅と反射率との関係およびビーム幅と距離計測精度（例えば、標準偏差の逆数で与えられる精度指数等）との関係を調査した。図３は、得られたビーム幅と反射率との関係およびビーム幅と距離計測精度との関係を示す図であり、ビーム幅（ｍｍ）に対する反射率の変化曲線Ｌ２１を一点鎖線で示すとともに、ビーム幅（ｍｍ）に対する距離計測精度の変化曲線Ｌ２３を実線で示している。これら変化曲線Ｌ２１，Ｌ２３が示すように、ビーム幅が狭くなると、距離計測精度が向上する一方、前述の乱反射等の影響を受けて反射率は低下している。また、ビーム幅が広くなると、反射率は向上するものの、反射波の干渉等の影響を受けて距離計測精度が低下している。ここで、容器２内のスクラップ２１表面に対し、スポットの大きさがサイズの大きいスクラップ２１と略同程度となるように電磁波を照射するためのビーム幅の範囲は、図３中に矢印で示す範囲Ｒ２であった。そして、この範囲Ｒ２内での反射率および距離計測精度の各値は、いずれもある程度大きい値として得られている。

また、図４は、ビーム幅と計測性能指数との関係を示す図であり、ビーム幅（ｍｍ）に対する計測性能指数の変化曲線Ｌ３を示している。ここでは、図３に示したビーム幅と反射率との関係と、ビーム幅と距離計測精度との関係との積、具体的には、反射率の値と距離計測精度の値との積をビーム幅毎に求め、その最大値を１として正規化したビーム幅毎の値を計測性能指数としている。図４に示すように、計測性能指数が０．８以上であるビーム幅の範囲は、２００ｍｍ〜８００ｍｍであった。なお、この計測性能指数が０．８以上となるビーム幅２００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲は、スポットの大きさがサイズの大きいスクラップ２１と略同程度となるビーム幅の範囲Ｒ２（図３を参照）と略一致している。よって、本例では、アンテナ１１１が送信する電磁波のビーム幅は、２００ｍｍ〜８００ｍｍを採用するのがよいと結論付けた。

ここで、電磁波による距離計測で用いられるアンテナ１１１としては、ホーンアンテナ、パラボラアンテナ、スロットアレイアンテナ等が比較的容易に入手可能なものとして知られている。これらのうち、指向角を最も狭くすることが可能なものは、送受一体型のアンテナであるスロットアレイアンテナである。スロットアレイアンテナの指向角は、３°以下まで調整して製作することが可能であり、例えば、距離計測値が２ｍ〜４ｍの間で変化する場合、指向角を３°としたときのビーム幅（スポット径）は２２９ｍｍ〜４５８ｍｍ程度となり、大きいスクラップ２１のサイズと略一致している。

また、搬送周波数としては、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ程度の周波数帯域を用いるのが適切である。この周波数帯域の波長は、３ｍｍ〜３００ｍｍ程度であり、スクラップ２１の大きさの範囲と略一致している。より好ましくは、Ｋバンド帯（１８ＧＨｚ〜２５ＧＨｚ）の周波数を用いると、アンテナ１１１を適度な大きさに設計でき、計測も正確に行える。また、適切な信号処理を行うことで距離計測精度をさらに向上させることが可能となる。

なお、スロットアレイアンテナ以外のアンテナ、例えばホーンアンテナ等でも狭指向角となるような設計は可能であるが、アンテナが大型化してしまい、設置スペースを確保できない場合が生じ得る。また、広指向角のアンテナであっても、容器２内のスクラップ２１表面に近接させることである程度の狭指向角は実現可能ではあるが、電磁波距離計を用いた距離計測では、近距離での計測が困難である。したがって、指向角を狭指向角（例えば３°）として製作したスロットアレイアンテナをアンテナ１１１として採用し、電磁波距離計測部１１を構成するのがよい。

次に、以上のように構成される電磁波距離計測部１１、すなわち、スクラップ２１表面に対して大きいスクラップ２１のサイズと略同程度のスポット径で電磁波が照射されるようにビーム幅が調整された電磁波距離計測部１１を備えたスクラップ表面プロファイル計測装置１が行うプロファイル計測処理の処理手順について説明する。図５は、プロファイル計測処理の処理手順を示すフローチャートである。

このプロファイル計測処理では、先ず、電磁波距離計測部１１が、制御部１２の制御のもと、アンテナ１１１をＸＹ平面内で移動させて容器２の上面開口上方の全域を走査させながら、この上面開口上方の各計測位置においてスクラップ２１表面までの距離を計測する（ステップａ１；計測工程）。具体的には、電磁波距離計測部１１は、アンテナ１１１のＸ位置を初期位置から所定量づつずらして計測位置をＸ軸方向に沿って順次移動させる処理を、Ｙ位置を所定量づつずらしながら各Ｙ位置において行う。そして、電磁波距離計測部１１は、各計測位置においてアンテナ１１１から電磁波を送信し、アンテナ１１１によってその反射波を受信することで鉛直下方のスクラップ２１表面までの距離を計測して、容器２内のスクラップ２１の表面全域で表面プロファイルを計測する。

このステップａ１で行う電磁波を用いた距離計測の手法としては、公知の手法を適宜用いることとしてよい。例えば、Time Of Flight方式を採用し、一定間隔で所定の分解能となるパルスを送信信号としてアンテナ１１１から送信するとともに、その反射信号をアンテナ１１１によって受信する。そして、送信信号を送信してから反射信号を受信するまでの時間から、スクラップ２１表面までの距離を算出する。

また、符号拡散方式を採用してもよい。この場合には、クロック周波数がわずかに異なる２つのＭ系列信号（擬似ランダム信号の１つ）を用意する。そして、一方のＭ系列信号を搬送波信号（ｓｉｎ波）と合成し、送信信号としてアンテナ１１１から送信するとともに、その反射信号をアンテナ１１１によって受信する。そして、搬送波信号を検波処理し、他方のＭ系列信号との相関処理を行うことで時間軸を拡大し（すなわち距離分解能を向上させて）、距離を算出する。この方法では、２つのＭ系列信号を合成し、ローパスフィルタ処理することで時間基準を作成でき、反射信号との相関処理の結果得られたパルスの時間遅れを計算して距離を算出する。

また、ＦＭＣＷ方式を採用してもよい。この場合には、搬送周波数を中心として周波数を連続的に三角波状に変調を繰り返す送信信号をアンテナ１１１から送信するとともに、その反射信号をアンテナ１１１によって受信し、送信信号と反射信号とを合成してビート周波数を取得する。そして、ビート周波数に基づき、変調周波数の変調幅や変調する三角波の周波数等をもとに距離を算出する。

続いて、制御部１２が、信号処理工程として、先ず、ステップａ１で計測した各計測位置における一連のスクラップ２１表面までの距離計測値から異常値を除去し（ステップａ３）、異常値を除去した後の距離計測値に対して移動平均処理を行う（ステップａ５）。上記したように、スポットの照射範囲内に例えばスクラップ２１の角やワイヤ状のスクラップ２１が存在すると、照射した電磁波の乱反射の影響で反射率が低下してしまう。あるいは、スポットの照射範囲内に例えばスクラップ２１同士の隙間等の凹凸の大きい部分が存在すると、干渉の影響で距離計測精度が低下してしまう。このため、このような箇所では、データが大きく変動する場合がある。そこで、このステップａ３では、前後の距離計測値と大きく外れた距離計測値を異常値として除去する。そして、続くステップａ５では、除去した後の距離計測値をもとに移動平均処理を行う。具体的には、例えば先ず、計測位置のＹ位置毎にそのＸ位置を所定距離毎の区間に分割し、この区間毎に該当する区間内の距離計測値の最小値を代表値として抽出する。そして、抽出した各区間の代表値に対して移動平均処理を行い、表面プロファイルを補正（再構成）する。

以上説明したように、本実施の形態では、ビーム幅のスポットがサイズの大きいスクラップ２１と略同程度となるように指向角を調整して製作したスロットアレイアンテナをアンテナ１１１として用いて電磁波距離計測部１１を構成することとした。そして、この電磁波距離計測部１１を備えたスクラップ表面プロファイル計測装置１がプロファイル計測処理を行うことで容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを計測することとした。また、距離計測値から異常値を除去して移動平均処理を行うこととした。これによれば、スポットが小さすぎることによって受ける乱反射等の影響で生じる反射率の低下を抑制しつつ、スポットが大きすぎることによって受ける干渉等の影響で生じる距離計測精度の低下を抑制することができる。したがって、容器２内に積層されたスクラップ２１表面までの距離を適正に計測して容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを高精度に計測することができる。

また、以上のようにして計測・再構成した表面プロファイルは、計測高さ位置から容器２の内底面までの距離を用いて容器２内のスクラップ２１表面の層高を算出するのに用いられ、高精度な層高の算出が実現できる。すなわち、計測・再構成した表面プロファイルをもとに、予め測定しておいた計測高さ位置から容器２の内底面までの距離との差分を求めることで、容器２内のスクラップ２１表面の層高を精度良く求めることができる。そして、このようにして求めた層高から容器２内のスクラップ２１の体積を求める。予め容器２に装入するスクラップの重量を測定する。スクラップ重量を求めた体積で除算して容器２内のスクラップ２１の嵩密度を求めることが可能である。

なお、上記した実施の形態では、１つの電磁波距離計を用いて電磁波距離計測部１１を構成し、計測高さ位置のアンテナ１１１をＸＹ平面内で移動させて容器２の上面開口上方の全域を走査させることによって、容器２内のスクラップ２１の表面全域で表面プロファイルを計測することとした。これに対し、電磁波距離計を複数用意して電磁波距離計測部１１を構成し、各々のアンテナを移動させることで表面プロファイルを計測するようにしてもよい。

例えば、３つの電磁波距離計を用いて電磁波距離計測部１１を構成し、３つの電磁波距離計の各々のアンテナを容器２の上面開口上方にＹ軸方向に並べて設置する。図６は、この場合の容器２の平面図であり、３つのアンテナから送信され、スクラップ２１表面に照射される電磁波のスポットＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３を破線で示すとともに、各アンテナの移動経路を矢印Ａ４１，Ａ４２，Ａ４３によって示している。このようにすれば、これら３つのアンテナを同時にＸ軸方向に沿って所定量づつ移動させながら距離計測を行うことができ、上記した実施の形態のように１つのアンテナ１１１を上面開口上方の全域で移動させる場合と比較して短時間でスクラップ表面プロファイルを計測することができる。

また、移動方向と垂直な方向においてスクラップ２１表面が均されている場合、例えば、スクラップ２１表面がＹ軸方向に沿って均されている場合には、必ずしもＹ位置をずらしながら距離計測を行う必要はない。すなわち、このような場合には、１つのＹ位置について計測位置をＸ軸方向に沿って移動させながら距離計測を行い、各Ｘ位置での距離計測値をＹ軸方向に補完処理することで、スクラップ２１の表面全域における表面プロファイルを取得できる。

（実施例）
本実施例では、搬送周波数が２４ＧＨｚである電磁波距離計を用い、アンテナ１１１をスロットアレイアンテナとして電磁波距離計測部１１を構成した。また、スロットアレイアンテナとしたアンテナ１１１の指向角を３°とした。そして、図５に示した処理手順に従ってプロファイル計測処理を行い、容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを計測した。図７は、本実施例における表面プロファイルの計測結果を示す図であり、横軸を位置（具体的には、あるＹ位置におけるアンテナ１１１の初期位置からのＸ軸方向への移動量（ｍｍ））、縦軸を距離（ｍ）として、そのＹ位置においてアンテナ１１１のＸ位置を所定量づつ移動させながら順次各計測位置で計測した距離計測値をグラフ化して示している。また、図７では、実際に計測高さ位置（アンテナ１１１の高さ位置）から鉛直下方のスクラップ２１表面までの距離を測定し、測定した実測値のプロットを示している。図７に示すように、実施例の計測結果は、実測値と略一致することが確かめられた。

また、図８は、図７の計測結果に対して上記した移動平均処理を施した結果を示す図であり、例えば図７中に破線で囲って示す距離計測値Ｄ５のように前後の距離計測値と大きく外れた距離計測値を異常値として除去した上で移動平均処理を施した結果を、図７の実施例における計測結果とともに示している。図８に示すように、距離計測値に対して移動平均処理を施すことで、表面プロファイルを滑らかなものに再構成することができる。

また、比較のため、搬送周波数が実施例と同じ２４ＧＨｚである電磁波距離計を用い、アンテナ１１１をホーンアンテナとして電磁波距離計測部１１を構成した。また、ホーンアンテナとしたアンテナ１１１の指向角を１１°とした。そして、比較例として、図５に示した処理手順に従ってプロファイル計測処理を行い、容器２内のスクラップ２１の表面プロファイルを計測した。図９は、本比較例における表面プロファイルの計測結果を示す図であり、横軸を位置（あるＹ位置におけるアンテナ１１１の初期位置からのＸ軸方向への移動量（ｍｍ））、縦軸を距離（ｍ）として、実施例と同様にそのＹ位置においてアンテナ１１１のＸ位置を所定量づつ移動させながら順次各計測位置で計測した距離計測値をグラフ化して示している。また、図９においても、実測値のプロットを併せて示している。図９に示すように、アンテナ１１１としてホーンアンテナを用いた比較例では、距離計測値が実測値と大きく異なる結果となっている。これは、ホーンアンテナの指向角（ここでは１１°）では、スクラップ２１上に照射されるスポットのビーム幅が広すぎてしまい、スクラップ２１同士の隙間等の凹凸の大きい部分での干渉の影響を大きく受けたことによるものと考えられる。

以上のように、本発明のスクラップ表面プロファイル計測方法は、容器内に積層されたスクラップ表面までの距離を適正に計測して容器内のスクラップの表面プロファイルを高精度に計測するのに適している。

１ スクラップ表面プロファイル計測装置
１１ 電磁波距離計測部
１１１ アンテナ
１２ 制御部
１２１ 入力部
１２３ 表示部
１２５ 記憶部
２ 容器
２１ スクラップ

Claims (4)

1. 大きさの異なるスクラップが内部に積層された容器内の前記スクラップの表面プロファイルを計測するスクラップ表面プロファイル計測方法であって、
   前記容器内の前記スクラップ表面上に前記スクラップのうちの大きいスクラップのサイズと同程度または該サイズ以下の大きさのスポットが照射されるように、ビーム幅と反射率との関係と、ビーム幅と距離計測精度との関係との積として定義される計測性能指数が所定の値以上であるビーム幅の電磁波を送信し、該送信した電磁波の反射波を受信することで前記スクラップ表面までの距離を計測する計測工程を含み、
   前記計測工程は、前記スクラップ表面の上方で計測位置を移動させながら前記スクラップ表面までの距離を順次計測し、
   前記計測位置を移動させながら計測した一連の前記スクラップ表面までの距離の計測値から異常値を除去し、該異常値を除去した後の前記計測値をもとに移動平均処理を行う信号処理工程をさらに含み、
   前記信号処理工程は、前記計測位置の移動方向に沿って前記計測位置を所定距離毎の区間に分割し、該区間毎に前記計測値の最小値を代表値として抽出して、該代表値に対して移動平均処理を行うことを特徴とするスクラップ表面プロファイル計測方法。
2. 前記スポットのビーム幅は２００ｍｍ以上でかつ８００ｍｍ以下であり、前記電磁波の搬送周波数は１ＧＨｚ以上でかつ１００ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスクラップ表面プロファイル計測方法。
3. 大きさの異なるスクラップが内部に積層された容器内の前記スクラップの表面プロファイルを計測するスクラップ表面プロファイル計測方法であって、
   前記容器内の前記スクラップ表面上に前記スクラップのうちの大きいスクラップのサイズと同程度または該サイズ以下の大きさのスポットが照射されるように調整されたビーム幅の電磁波を送信し、該送信した電磁波の反射波を受信することで前記スクラップ表面までの距離を計測する計測工程を含み、
   前記計測工程は、前記スクラップ表面の上方で計測位置を移動させながら前記スクラップ表面までの距離を順次計測し、前記計測位置を移動させながら計測した一連の前記スクラップ表面までの距離の計測値から異常値を除去し、該異常値を除去した後の前記計測値をもとに移動平均処理を行う信号処理工程を含み、
   前記信号処理工程は、前記計測位置の移動方向に沿って前記計測位置を所定距離毎の区間に分割し、該区間毎に前記計測値の最小値を代表値として抽出して、該代表値に対して移動平均処理を行うことを特徴とするスクラップ表面プロファイル計測方法。
4. 前記スポットのビーム幅は２００ｍｍ以上でかつ８００ｍｍ以下であり、前記電磁波の搬送周波数は１ＧＨｚ以上でかつ１００ＧＨｚ以下であることを特徴とする請求項３に記載のスクラップ表面プロファイル計測方法。

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