(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する金属ストリップの面上の突起物を検出する突起物検出装置であって、
電磁波を放射する送信用アンテナと、
反射された電磁波を受信する受信用アンテナと、
送信信号及び受信信号を処理する送受信信号処理部と、を備え、
前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナは、前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、それらの開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように隣接して設置され、前記送信用アンテナから放射された、前記開口面に垂直に進行する電磁波が、前記金属ストリップの面に対して４０度から６０度の角度で入射するように構成され、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナは、単方向性を有し、検出範囲は該単方向に所定の広がりを有するように構成された突起物検出装置。
【請求項２】
前記開口面から前記金属ストリップの中央位置までの距離Ｌが５００乃至１２００ミリメータであり、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナの指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉであるように構成された請求項１に記載の突起物検出装置。
【請求項３】
送受信信号処理部が、送信される電磁波を、繰り返し周波数ｆ１の第１の疑似ランダム信号によって変調し、受信された電磁波を、第１の疑似ランダム信号と同じパターンを有し、ｆ１より低い繰り返し周波数ｆ２の第２の疑似ランダム信号によって復調するように構成された、請求項１または２に記載の突起物検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、電磁波が放射されてから受信されるまでの時間によって、突起物の位置を検出する、請求項１から３のいずれかに記載の突起物検出装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記突起物の存在しうる位置の範囲に応じて、時間軸上のゲートを定め、前記ゲートの範囲内においてのみ突起物を検出する、請求項４に記載の突起物検出装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記突起物が存在しない金属面に電磁波が放射された場合の反射波の信号に基づいて、前記突起物以外の対象物による反射波の信号を除去する、請求項１から５のいずれかに記載の突起物検出装置。
【請求項７】
走行する金属ストリップの面上の突起物を検出する突起物検出方法であって、
信号処理部によって送信信号を生成するステップと、
前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、その開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように設置された、指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉの送信用アンテナによって、前記開口面に垂直に進行する電磁波が、前記走行する金属ストリップの面に対して４０度から６０度の角度で入射するように、前記金属ストリップの中央位置までの距離Ｌが５００乃至１２００ミリメータの位置から、送信信号として電磁波を放射するステップと、
前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、その開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように前記送信用アンテナに隣接して設置された、指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉの受信用アンテナによって、前記金属ストリップの面上の突起物に反射された電磁波を受信するステップと、
前記信号処理部によって受信された電磁波を処理して受信信号を生成するステップと、
前記送信信号及び前記受信信号を使用して、前記走行する前記金属ストリップの面上の突起物を検出するステップと、を含む、突起物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属面上の突起物を検出する突起物検出装置及び突起物検出方法に関する。本発明は、特に、走行する金属の金属面上の突起物を検出する突起物検出装置及び突起物検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の加工プロセス、たとえば、冷間圧延ラインや連続焼鈍ライン等において、鋼板（以下、ストリップとも呼称する）の形状やロールの形状により、鋼板に作用する張力が不均一になるなど、種々の原因によって、走行する鋼板が幅方向に座屈し、絞り（またはバックリング）と称する突起物が生じることがある。
【０００３】
鋼板に絞りが発生した場合、走行を継続すると絞りの程度が大きくなり、鋼板の破断に至る可能性がある。加工プロセスにおいて鋼板が破断すると、生産が著しく阻害されるため、絞りが発生した場合に早期に発見する必要がある。
【０００４】
絞りを早期に発見する方法としては、ＩＴＶで目視により観察する方法や、たとえば、特許文献１や特許文献２に示すように、ロールの一方の側面側に設置した投光器からレーザ光などの平行光を照射し、もう一方の側面側に設置された受光器によって計測される受光量などの変化から検出する方法がある。
【０００５】
しかし、ＩＴＶカメラによって目視で観察する方法では、人為的なミスや画像の不鮮明さなどのため見逃しが生じる可能性があり、また、常時モニターを観察する必要があるなどの問題点がある。また、特許文献１及び２に開示された、ロール側面から平行光を照射する方法では、走行する鋼板のバタツキの影響を受けるため、設置場所が鋼板のバタツキの少ないロール付近に限定される。ここで、鋼板のバタツキとは、鋼板の面に対する垂直方向の位置変動を言う。さらに、受光器と投光器の設置位置などの事前調整に手間がかかったり、温度や粉塵など周囲の環境の影響により誤検出したりするなどの問題点がある。
【０００６】
このように、金属ストリップの加工プロセスにおいて、ストリップのバタツキが生じ、周囲の環境が劣悪であっても、ストリップの絞りを正確に検出することができる突起物（絞り）検出装置及び突起物検出方法は開発されていない。より一般的に、走行中の金属物体の走行方向と異なる方向の位置が変化し、周囲の環境が劣悪であっても、走行中の金属物体面上の、走行方向に連続して存在する突起物を確実に検出することができる突起物検出装置及び突起物検出方法は開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９４６２７号
【特許文献２】特開平９−２５７４４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、走行中の金属物体の走行方向と異なる方向の位置が変化し、周囲の環境が劣悪であっても、走行中の金属物体面上の突起物を確実に検出することができる突起物検出装置及び突起物検出方法に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による突起物検出装置は、走行する金属ストリップの面上の突起物を検出する突起物検出装置であって、電磁波を放射する送信用アンテナと、反射された電磁波を受信する受信用アンテナと、送信信号及び受信信号を処理する送受信信号処理部と、を備える。前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナは、前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、それらの開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように隣接して設置され、前記送信用アンテナから放射された、前記開口面に垂直に進行する電磁波が、前記金属ストリップの面に対して４０度から６０度の角度で入射するように構成され、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナは、単方向性を有し、検出範囲は該単方向に所定の広がりを有するように構成されている。
【００１０】
本発明による突起物検出装置において、送信用アンテナ及び受信用アンテナは、送信用アンテナから放射され金属面に反射された電磁波を捉えることがなく、送信用アンテナから放射され金属面上の突起物に反射された電磁波のみを捉えるように設置されているので、突起物を高い感度で確実に検出することができる。また、電磁波を使用するので、周囲の環境の影響を受けにくい。本発明による突起物検出装置において、送信用アンテナ及び受信用アンテナは、単方向指向性を有するので、該単方向に存在する突起物を効率的に検出することができる。また、検出範囲は、該単方向に所定の広がりを有している。したがって、金属ストリップの加工プロセスにおけるストリップのバタツキなど、走行する金属物体の位置が変化した場合にも、位置変化の影響を受けずに突起物の検出を行うことができる。
【００１１】
本発明の実施形態において、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナが取り扱う電磁波の電界面が、ともに前記金属物体の走行方向と平行になるように、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナが設置されている。
【００１２】
突起物は、主に金属物体の走行方向に沿って生成されるので、金属物体の走行方向と平行な電界面を有する電磁波によってよりよく検出される。
【００１３】
本発明の実施形態において、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナは指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉであり、隣接して設置されており、前記送信用アンテナから放射された電磁波が、前記金属面に対して４０度から６０度の角度で入射するように構成されている。
【００１４】
電磁波が金属面に対して６０度以下の角度で入射する場合には、受信用アンテナは、突起物がない金属面で反射された電磁波を捉えられることはない。また、電磁波が金属面に対して４０度以上の角度で入射する場合には、受信用アンテナは、突起物に反射された電磁波を捉えることができる。したがって、本実施形態によれば、受信用アンテナは、突起物に反射された電磁波のみを捉えることができる。
【００１５】
本発明の実施形態において、前記走行する金属が金属ストリップである。
【００１６】
本実施形態によれば、ストリップのバタツキが生じ、周囲の環境が劣悪であっても、ストリップの絞りを確実に検出することができる。
【００１７】
本発明の実施形態において、前記信号処理部は、電磁波が放射されてから受信されるまでの時間によって、突起物の位置を検出する。
【００１８】
本実施形態によれば、突起物の位置に関する情報を得ることができる。
【００１９】
本発明の実施形態において、前記信号処理部は、前記突起物の存在しうる位置の範囲に応じて、時間軸上のゲートを定め、前記ゲートの範囲内においてのみ突起物を検出する。
【００２０】
本実施形態によれば、突起物の存在し得ない位置における突起物の誤検出を防止することができる。
【００２１】
本発明の実施形態において、前記信号処理部は、前記突起物が存在しない金属面に電磁波が放射された場合の反射波の信号に基づいて、前記突起物以外の対象物による反射波の信号を除去する。
【００２２】
本実施形態によれば、突起物以外の対象物による反射波の信号を除去することにより、高い精度で突起物を検出することができる。
【００２３】
本発明の参考形態による突起物検出装置は、金属面上に、所定の方向に連続して存在する突起物を検出する突起物検出装置であって、電磁波を放射する送信用アンテナと、反射された電磁波を受信する受信用アンテナと、送信信号及び受信信号を処理する送受信信号処理部と、を備える。前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナの指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉであり、前記受信用アンテナは、前記送信用アンテナから放射され前記金属面に反射された電磁波を捉えることがなく、前記送信用アンテナから放射され前記金属面上の突起物に反射された電磁波のみを捉えるように設置されている。
【００２４】
本発明による突起物検出装置において、送信用アンテナ及び受信用アンテナは、送信用アンテナから放射され金属面に反射された電磁波を捉えることがなく、送信用アンテナから放射され金属面上の突起物に反射された電磁波のみを捉えるように設置されているので、突起物を高い感度で確実に検出することができる。また、電磁波を使用するので、周囲の環境の影響を受けにくい。本発明による突起物検出装置において、送信用アンテナ及び受信用アンテナの指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉであるので、検出範囲が所定の広がりを有している。したがって、突起物の位置が変化した場合にも、位置変化の影響を受けずに突起物の検出を行うことができる。
【００２５】
本発明による、走行する金属物体の面上の突起物を検出する突起物検出方法は、信号処理部によって送信信号を生成するステップと、前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、その開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように設置された、指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉの送信用アンテナによって、前記開口面に垂直に進行する電磁波が、前記走行する金属ストリップの面に対して４０度から６０度の角度で入射するように、前記金属ストリップの中央位置までの距離Ｌが５００乃至１２００ミリメータの位置から、送信信号として電磁波を放射するステップと、前記金属ストリップの幅方向の中央位置からいずれかの端部に偏った位置に、その開口面が、前記金属ストリップの走行方向と平行となるように前記送信用アンテナに隣接して設置された、指向性利得が１５乃至２５ｄＢｉの受信用アンテナによって、前記金属ストリップの面上の突起物に反射された電磁波を受信するステップと、前記信号処理部によって受信された電磁波を処理して受信信号を生成するステップと、前記送信信号及び前記受信信号を使用して、前記走行する前記金属ストリップの面上の突起物を検出するステップと、を含む。
【００２６】
本方法において、受信用アンテナは、送信用アンテナから放射され金属面に反射された電磁波を捉えることがなく、送信用アンテナから放射され金属面上の突起物に反射された電磁波のみを捉えるように設置されているので、突起物を高い感度で確実に検出することができる。また、電磁波を使用するので、周囲の環境の影響を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による突起物検出装置の構成を示す図である。
【図２】送受信信号処理部の概要を示す図である。
【図３】ローパスフィルタ１０への入力信号（ァ）、ローパスフィルタ１０の出力信号（イ）、加算器１７の出力である検出信号（ウ）及び基準信号（エ）を示す図である。
【図４】本実施形態に使用される送信用アンテナ及び受信用アンテナの構成の一例を示す図である。
【図５】アンテナの指向性利得と検出能力との関係を示す図である。
【図６】金属ストリップ上に突起物が存在しない場合に、金属面とアンテナによって放射された電磁波のなす角度θと電磁波の挙動との関係を説明するための図である。
【図７】金属ストリップ上に突起物が存在する場合に、金属面とアンテナによって放射された電磁波のなす角度θと電磁波の挙動との関係を説明するための図である。
【図８】図７の場合において、アンテナと突起物との距離を変えたときの角度θと突起物検出装置の出力との関係を示す図である。
【図９】図６の場合における角度θと突起物検出装置の出力との関係を示す図である。
【図１０】送信用アンテナ及び受信用アンテナによって得た反射波の信号を、送受信信号処理部によって処理して得られた突起物信号を示す図である。
【図１１】不要信号除去方法を説明するための図である。
【図１２】送受信信号処理部の突起物信号生成部の動作を示す流れ図である。
【図１３】金属ストリップの走行中の、面に垂直方向の位置変化を説明するための図である。
【図１４】送信アンテナから放射される電磁波の電界面及び磁界面を概念的に示す図である。
【図１５】アンテナの開口面とストリップの走行方向との関係を示す図である。
【図１６】アンテナとストリップの走行方向との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態による突起物検出装置１００の構成を示す図である。突起物検出装置１００は、送信用アンテナ２３、受信用アンテナ２４、送受信信号処理部２００及び信号出力部２５０を含む。送受信信号処理部２００は、送信される信号を生成し、送信用アンテナ２３に送る。送信用アンテナ２３は、電磁波を測定対象物に向けて放射する。ここで、測定対象物は金属面上の突起物３０５である。受信用アンテナ２４は、測定対象物によって反射された電磁波を受信する。本実施形態において、送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４は隣接して配置されている。送受信信号処理部２００は、送信された信号及び受信された信号を処理して、金属面上の突起物の情報を示す突起物信号を生成する。信号出力部２５０は、金属面上の突起物の情報を示す突起物信号を所望の形態に変換して出力する。信号出力部２５０は、一例として、突起物の位置および大きさを表示するディスプレイや突起物の発生を知らせる音声アラームなどである。
【００２９】
つぎに、送受信信号処理部２００について説明する。送受信信号処理部２００は、たとえば、特開２００９-９８０９７号公報に開示されたものを使用してもよい。以下に、送受信信号処理部２００の動作原理及び構成の概要について説明するが、さらに詳細については、特開２００９-９８０９７号公報に開示されている。
【００３０】
最初に、送受信信号処理部２００の動作原理について説明する。送受信信号処理部２００は、送信された信号と測定対象物によって反射された後、受信された信号との時間差によって、測定対象物の有無、形状及び位置などの情報を取得するように機能する。
【００３１】
送受信信号処理部２００は、第１及び第２の擬似ランダム信号を使用する。第１の擬似ランダム信号の繰り返し周波数をｆ１、第２の擬似ランダム信号の繰り返し周波数をｆ２とし、各々擬似ランダム信号のパターンは同一とする。ここでｆ１＞ｆ２とする。
【００３２】
送信される第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号との相関をとって得られる基準信号が最大値となる周期をＴＢとすると、このＴＢ間に含まれる第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号の波数の差がちょうど１周期の波数Ｎになる。
【００３３】
すなわち、ＴＢ・ｆ１＝ＴＢ・ｆ２＋Ｎ上記を整理するとＴＢは次の(1)式で与えられる。
ＴＢ ＝Ｎ／（ｆ１−ｆ２）……(1)
【００３４】
すなわち、２つのクロック周波数の差が小さいほど、基準信号が最大値となる周期ＴＢは大きくなる。
【００３５】
送受信信号処理部２００は、搬送波を第１の擬似ランダム信号で位相変調し、送信用アンテナ２３に送る。送信用アンテナ２３によって送信された電磁波は、対象物で反射し、受信用アンテナ２４によって受信される。送信されてから受信されるまでの伝播時間をτとする。送受信信号処理部２００が、この受信信号を第２の擬似ランダム信号で復調し、コヒーレント検波して得られる対象物検出信号のパルス状信号が発生する時刻を、基準信号のパルス状信号発生時刻から計測した時間差をＴＤとする。そうすると、ＴＤ間に発生する第２の擬似ランダム信号の波数は、ＴＤ間に発生する第１の擬似ランダム信号の波数より、τ時間に発生する第１の擬似ランダム信号の波数だけ少ないので、次式が成立する。
ＴＤ・ｆ２＝ＴＤ・ｆ１−τ・ｆ１
【００３６】
上式を整理するとＴＤは次の(2)式で与えられる。
ＴＤ＝τ・ｆ１／（ｆ１ −ｆ２）……(2)
【００３７】
すなわち、伝播時間τは、ｆ１ ／（ｆ１−ｆ２）倍だけ時間的に拡大され、あるいは低速化されたＴＤ として計測される。
【００３８】
ここで、伝播時間τは、伝播速度をｖ、対象物までの距離をｘとするとτ＝２ｘ／ｖであるから(2) 式により次の(3) 式を得る。
ｘ＝（ｆ１−ｆ２）・ｖ・ＴＤ／（２ｆ１）……(3)
【００３９】
(3)式により時間差ＴＤは、距離ｘに対応する。
【００４０】
図２は、送受信信号処理部２００の概要を示す図である。送受信信号処理部２００は、マイクロ波処理部２１０及びデジタル信号処理部から構成される。図２において、１，２はクロック発生器、３，４は擬次ランダム信号（ＰＮ符号）発生器、５乃至９はそれぞれ乗算器（ミキサ）で例えばダブルバランスドミキサにより構成される。ここで乗算器６は搬送波の位相変調手段として使用される。
【００４１】
１０乃至１２はそれぞれローパスフィルタである。第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号との相関演算を行なう第１の相関演算手段は乗算器５及びローパスフィルタ１０により構成される。第２の擬似ランダム信号と受信信号との相関演算を行なう第２の相関演算手段は乗算器７並びにローパスフィルタ１１及び１２により構成される。１３、１４は分配器、１５、１６は二乗器、１７は加算器である。直交検波手段は乗算器８及び９、２乗算器１５及び１６、並びに加算器１７により構成される。
【００４２】
突起物信号生成部２７は、ローパスフィルタ１０の出力である基準信号、加算器１７の出力及び位相検出部３１の出力から突起物信号を生成する。位相検出部３１の出力は、対象物までの距離の精度を向上させるため使用される。
【００４３】
図３は、ローパスフィルタ１０への入力信号（ア）、ローパスフィルタ１０の出力信号（イ）、加算器１７の出力である検出信号（ウ）及び基準信号（エ）を示す図である。基準信号は、ローパスフィルタ１０の出力信号である。これらの信号は、上記の符号によって図２に示した。
【００４４】
上記のように取得した検出信号により測定対象物の有無、形状及び位置などの情報を取得することができる。
【００４５】
上記の実施形態においては、突起物検出に擬似ランダム信号方式を使用した。そのほかに、レーダー技術において、よく知られたパルス圧縮方式やＦＭ−ＣＷ方式を使用してもよい。
【００４６】
本実施形態による突起物検出装置には、単方向指向性を有するアンテナを使用する。単方向指向性を有するアンテナとは、所定の一方向にのみ電波を放射するアンテナである。具体的には、ホーンアンテナやパラボラアンテナなどである。単方向指向性を有するアンテナを使用することにより、該単方向に存在する突起物を効率的に検出することができる。
【００４７】
図４は、本実施形態に使用される送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４の構成の一例を示す図である。本実施形態においてアンテナは角錐ホーンアンテナである。アンテナの性能を表す重要なパラメータとして指向性利得がある。指向性利得は、放射が最大となる放射角におけるエネルギーの強さを、全ての方向に均等に電波を放射する仮想的な等方向性（アイソトロピック）アンテナを基準とするアンテナの利得として表したものであり、単位は、ｄＢｉである。指向性利得が大きいほどアンテナの指向性は鋭くなる。たとえば、図４のＡ、Ｂ及びＣを大きくすれば指向性利得は増加する。また、指向性利得は、電磁波の周波数、すなわち波長の影響を受ける。電磁波は、図４（ｂ）に示す開口面から送信または受信される。
【００４８】
図１４は、送信アンテナ２３から放射される電磁波の電界面５１０及び磁界面６１０を概念的に示す図である。電界面５１０は、開口面に垂直であり、かつ、長さＡの開口面の短い辺に平行に形成される。磁界面６１０は、開口面に垂直であり、かつ、長さＢの開口面の長い辺に平行に形成される。すなわち、電界面５１０と磁界面６１０とは互いに直交する。
【００４９】
図１５は、アンテナの開口面とストリップ３００の走行方向３３０との関係を示す図である。図１４は、ストリップの面に垂直な断面図である。図１５において、ストリップ３００は、紙面に垂直な方向に走行する。図１４においてストリップの中央に付された記号は、ストリップが紙面の手前方向に走行することを示す。送信用アンテナ２３が取り扱う電磁波の電界面５１０及び受信用アンテナ２４が取り扱う電磁波の電界面５２０が、ともにストリップ３００の走行方向と平行になるように送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４を設置する。図１５において、ストリップの走行方向３３０は、紙面に垂直な方向であるので、長さＡの開口面の短い辺が紙面と垂直になるように送信アンテナ２３及び受信アンテナ２４を設置すれば、送信用アンテナ２３が取り扱う電磁波の電界面５１０及び受信用アンテナ２４が取り扱う電磁波の電界面５２０は、ストリップの走行方向３３０と平行となる。突起物（絞り）はストリップ３００の走行方向に沿って生成されるので、ストリップ３００の走行方向と平行な電界面を有する電磁波によって突起物がよりよく検出される。ここで、電磁波は、アンテナの開口面と垂直な方向に進行する。電磁波の進行方向とストリップの面との角度をθで表す。θについては、後で説明する。
【００５０】
図１６は、アンテナとストリップの走行方向３３０との関係を示す図である。図１６において、ストリップの３００の面及びアンテナの開口面は、紙面と平行である。すなわち、図１６は、図１５のθが９０度の場合を示している。実際には、後で説明するように、θは４０度乃至６０度であるのが好ましい。θを４０度乃至６０度とする場合でも、長さＡの開口面の短い辺が、ストリップの中心軸３４０（すなわち、ストリップの走行方向３３０）と平行となるようにアンテナを設置すれば、送信用アンテナ２３が取り扱う電磁波の電界面５１０及び受信用アンテナ２４が取り扱う電磁波の電界面５２０は、ストリップの走行方向３３０と平行となる。
【００５１】
本実施形態による突起物検出装置に使用する電磁波の周波数範囲は、３−３０ＧＨｚ（センチメートル帯）及び３０−３００ＧＨｚ（ミリメートル帯）である。周波数を高くすると分解能が向上し、検出精度も向上する。しかし、アンテナの開口面積が同じときに周波数を高くすると指向性が狭くなるため、広い範囲におけるターゲットを捉えるのが困難となる。そこで、電磁波の周波数範囲には、上記の範囲とした。具体的に、本実施形態においては、１０ＧＨｚ及び２４ＧＨｚの電磁波を使用した。
【００５２】
図５は、アンテナの指向性と検出能力との関係を示す図である。図５（ａ）は、指向性利得が高い場合を表し、図５（ｂ）は、指向性利得が低い場合を表す。図５（ａ）において、金属ストリップ３００に向けて送信用アンテナ２３から電磁波が、４０５で示す範囲に放射される。ここで、金属ストリップの幅方向の中央位置を３１０で示す。４０５で示す範囲は、指向性利得が高いので絞られている。このため、検出範囲は狭くなる。他方、検出の分解能は高くなる。図５（ｂ）において、金属ストリップ３００に向けて送信用アンテナ２３から電磁波が、４１０で示す範囲に放射される。４１０で示す範囲は、指向性利得が低いので広がっている。このため、検出範囲は広くなる。他方、検出の分解能は低くなる。
【００５３】
なお、本実施形態において、送信アンテナ２３及び受信アンテナ２４は、金属ストリップの幅方向の中央位置を３１０からいずれかの端部に偏った位置にほぼ隣接して配置されている。上述のように、送信アンテナ２３及び受信アンテナ２４の開口面は、ストリップの走行方向、すなわち、図５の紙面に垂直な方向と平行である。また、送信アンテナ２３及び受信アンテナ２４の位置は置き換えてもよい。
【００５４】
本実施形態においては、図５に示した距離Ｌが５００乃至１２００ｍｍとして、金属ストリップ上の直径３ｍｍの金属棒に相当する突起物を検出することを想定し、指向性利得の範囲を１５ｄＢｉ以上２５ｄＢｉ以下とした。指向性利得が上記下限値より小さい場合は、上記の大きさの突起物を検出するための分解能を得るのが困難である。また、指向性利得が上記上限値より大きい場合は、幅方向の十分な検出範囲が得られない。
【００５５】
図６及び図７は、金属面とアンテナ２３によって放射された電磁波とのなす角度θと電磁波の挙動との関係を説明するための図である。図６は、金属ストリップ３００上に突起物が存在しない場合を示し、図７は、金属ストリップ３００上に突起物３０５が存在する場合を示す。図６に示す場合おいて、角度θが所定の範囲である場合には、アンテナ２３によって放射された電磁波４１５は、金属ストリップ３００の面で反射され、反射波４２０となり、受信用アンテナ２４に受信されることはない。図７に示す場合において、角度θが所定の範囲である場合には、アンテナ２３によって放射された電磁波の一部４２５は、図６に示した場合と同様に、金属ストリップ３００の面で反射され、反射波４３０となり、受信用アンテナ２４に受信されることはない。しかし、アンテナ２３によって放射された電磁波の他の部分４３５は、突起物３０５によって反射され、反射波４４０となり、受信用アンテナ２４に受信される。本願の発明者は、角度θが４０度乃至６０である場合に、受信用アンテナ２４が、図６の場合に反射波を検出することがなく、図７の場合に突起物３０５からの反射波を確実に検出することができるとの知見を得た。角度θが下限値より小さい場合には、図７の場合に、突起物３０５からの反射波の成分が小さくなり、受信用アンテナ２４が、上記反射波の成分を検出できない場合が生じる。角度θが上限値より大きい場合には、図６の場合に、受信用アンテナ２４が、金属ストリップ３００の面からの反射を検出してしまう場合が生じる。角度θと突起物検出性能との関係について以下に詳細に説明する。
【００５６】
図８は、図７の場合において、アンテナと突起物との距離を変えたときの角度θと突起物検出装置の出力との関係を示す図である。図８の各図の横軸は、角度θを表し、縦軸は、突起物検出装置の出力（検出レベル）を表す。
【００５７】
電磁波の周波数は２４ＧＨｚである。アンテナの指向性利得は、２０ｄＢｉである。測定対象物は以下のとおりである。
【表１】
0005566078.tif 000002
【００５８】
図８（ａ）乃至（ｄ）は、距離Ｌが、５００ｍｍ、７００ｍｍ、１０００ｍｍ、１２００ｍｍの場合である。図８（ａ）乃至（ｄ）によると、Ｎ１、Ｎ２及びＪ１は、検出レベルのしきい値を、一例として、０．２Ｖから０．５Ｖの範囲の任意の値として十分に検出が可能である。ただし、Ｎ１については、角度θが小さくなるに従って出力が小さくなるので、角度θが４０度以上であるのが好ましい。なお、角度θが６０度の場合も、４０度乃至５５度のデータから推定して十分に検出が可能であると考えられる。
【００５９】
図９は、図６の場合における角度θと突起物検出装置の出力（検出レベル）との関係を示す図である。図９の横軸は、角度θを表し、縦軸は、突起物検出装置の出力を表す。電磁波の周波数は２４ＧＨｚである。上述のとおり、突起物検出のための出力のしきい値は、一例として、０．２Ｖから０．５Ｖの範囲の任意の値である。図９は、距離Ｌが、５００ｍｍ、７００ｍｍ、１０００ｍｍ、１２００ｍｍのデータを示している。いずれの距離の場合にも、角度θが６０度を超えると、出力が大きくなる。これは、上述のとおり、金属ストリップ３００からの反射が受信用アンテナ２４によって検出されるためである。したがって、上述のとおり、角度θは６０度以下であるのが好ましい。
【００６０】
図８（ａ）乃至（ｄ）及び図９に示されたデータから、上述のとおり、角度θは、４０度以上６０度以下であるのが好ましい。
【００６１】
上記の結果に基づいた、突起物検出装置の仕様の一例を以下の表２に示す。
【表２】
0005566078.tif 000003
【００６２】
ここで、送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４の方向について説明する。絞りは、主に金属ストリップの幅方向の中央部付近にストリップの進行方向に生じる。したがって、送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４の開口面が、金属ストリップの走行方向に平行になるように、送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４を設置すると、送信アンテナ２３からの電磁波は、開口面に垂直に進行し、絞りの方向、すなわちストリップの進行方向に垂直に入射し、反射されて受信用アンテナの開口面にいたる。ここで、「垂直」とは、厳密な垂直だけではなく、突起物（絞り）からの十分な大きさの反射が得られる、９０度を含む角度範囲を含むものとする。送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４をこのように設置することにより、金属ストリップの幅方向の中央部付近に生じる絞りからの反射を確実に捉えることができる。
【００６３】
図１０は、上記のように設定した送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４によって得た反射波の信号を、送受信信号処理部２００によって処理して得られた突起物信号を示す図である。図１０の横軸は、データのサンプリング数を表す。データのサンプリング数は時間に対応する。図１０の縦軸は信号の大きさを表す。突起物信号は、４０１で示される。図１０には、突起物信号４０１の他に、突起物３０５以外の物体からの反射信号４０３及び４０５が現れている。これらの信号は、たとえば、金属ストリップ３００の周囲に設置された装置などに反射された信号である。突起物である絞り３０５は、金属ストリップ３００の幅方向の中央部付近に生じる場合が多い。図１０において、金属ストリップ３００の幅方向の中央部を３１０で示す。このため、時間軸上で、金属ストリップ３００の幅方向の中央部３１０を含む所定の領域にゲート範囲を設け、ゲート範囲内の信号のみを突起物信号として扱ってもよい。ゲート範囲は、一例として、金属ストリップ３００の幅の３０乃至７０％の値としてもよい。図１０のようにゲート範囲を定めれば、信号４０３及び信号４０５を除去することができる。
【００６４】
図１１は、不要信号除去方法を説明するための図である。図１１の上側の図は、突起物がない状態すなわち、図６に示した状態で、送信用アンテナ２３及び受信用アンテナ２４によって得た反射波の信号を、送受信信号処理部２００によって処理して得られた信号を示す図である。図１１の横軸は、データのサンプリング数を表す。データのサンプリング数は時間に対応する。図１１の縦軸は信号の大きさを表す。図１１の上側の図には、突起物３０５以外の物体からの反射信号４０７及び４０９が現れている。これらの信号を不要信号と呼称する。なお、わかりやすくするために、図１１において不要信号の大きさは拡大している。図１１の下側の図は、不要信号の符合を逆にした信号を示す。これらの信号を負の不要信号と呼称する。すなわち、不要信号４０７及び対応する負の不要信号４１１を加算するとゼロになり、不要信号４０９及び対応する負の不要信号４１３を加算するとゼロになる。
【００６５】
送受信信号処理部２００の突起物信号生成部２７は、突起物がない状態で得られた、負の不要信号４１１及び４１３を予め記憶しておき、検出信号（図２の（ウ））に、これらの記憶された負の不要信号を加算して突起物信号を生成する。上記の方法によれば、時間軸上の位置が突起物信号と重なり、ゲートによって除去することのできない不要信号も除去することができる。
【００６６】
図１２は、送受信信号処理部２００の突起物信号生成部２７の動作を示す流れ図である。
【００６７】
図１２のステップＳ０１０において、基準信号（図３の信号（エ））が受信されたかどうか判断する。受信されれば、ステップＳ０３０に進む。受信されていなければ、ステップＳ０２０に進む。
【００６８】
図１２のステップＳ０２０において、所定の時間遅延した後、ステップＳ０１０に戻る。
【００６９】
図１２のステップＳ０３０において、基準信号受信からの時間を記憶する。
【００７０】
図１２のステップＳ０４０において、時間はゲート範囲内であるかどうか判断する。時間がゲート範囲内であればステップＳ０５０に進む。時間がゲート範囲内でなければステップＳ０６０に進む。
【００７１】
図１２のステップＳ０５０において、該時間における検出信号（図３の信号（ウ））の値を出力とする。
【００７２】
図１２のステップＳ０６０において、出力を０としてステップＳ０８０に進む。
【００７３】
図１２のステップＳ０７０において、不要信号除去処理を行う。具体的に、ステップＳ０５０で得た出力に負の不要信号を加算して出力とする。
【００７４】
図１２のステップＳ０８０において、時間が検出範囲内であるかどうか判断する。時間が検出範囲内であれば、ステップＳ０３０に戻る。時間が検出範囲内でなければ処理を終了する。
【００７５】
図１３は、金属ストリップの走行中の、面に垂直方向の位置変化（バタツキ）を説明するための図である。バタツキの大きさは、金属ストリップ３００の幅方向端部で最大約２０ｍｍ（図１３の３２０及び３２５）に達する。金属ストリップの幅方向中央位置３１０付近では、最大約１０ｍｍ（図１３の３１５）である。図１３において、送信用アンテナ２３の電磁波の放射範囲を３６０で示し、受信用アンテナ２４の受信範囲を３７０で示す。また、突起物検出範囲を３６５で示す。突起物検出範囲３６５内で、ストリップ３００が面の垂直方向に１０ｍｍ位置を変えた場合でも、突起物検出装置の出力は、バタツキがない場合とほぼ同じであることが確認された。その理由は、バタツキによっても金属ストリップ３００の面の角度はほぼ一定に保持されるので、面からの反射の状態及び突起物からの反射の状態が変化しないためであると考えられる。本発明の突起物検出装置は、上述のようにある程度の広がりを持った検出範囲３６５内における反射を使用するので、所定の位置の情報を使用するレーザ方式などに比較して、板のバタツキに対してロバストである。
【００７６】
上記の実施形態において、突起物が生じる金属が、走行する金属ストリップである場合について説明した。他の実施形態において、金属は、たとえば、電磁波を反射する面を備えた形状であれば、管状又は棒状など他の形状であってもよい。また、本発明は、測定対象物の位置の変動及び周囲の環境に対してロバストであるため、走行中の測定対象物に対して特に有利に適用することができるが、静止している測定対象物に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７７】
２３  送信用アンテナ
２４  受信用アンテナ
２００  送受信信号処理部
２５０  出力部
【図１】
0005566078.tif 000004
【図２】
0005566078.tif 000005
【図３】
0005566078.tif 000006
【図４】
0005566078.tif 000007
【図５】
0005566078.tif 000008
【図６】
0005566078.tif 000009
【図７】
0005566078.tif 000010
【図８】
0005566078.tif 000011
【図９】
0005566078.tif 000012
【図１０】
0005566078.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005566078.tif 000017
【図１５】
0005566078.tif 000018
【図１６】
0005566078.tif 000019