(57)【要約】【課題】本発明の一実施形態によると、移送される原料の粒度と乾湿状態を迅速かつ容易に測定することができる粒度及び乾湿測定装置、及び混合原料の粒度測定装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態による原料粒度及び乾湿測定装置は、移送される原料に可視光線を照射する可視光線照明と、原料に赤外線を照射する赤外線照明と、可視光線及び赤外線が照射される原料の画像を、可視光線照明の照射方向とは異なる方向から撮影するカメラと、画像を分析して原料の粒度情報と乾湿情報を生成する画像処理部と、を有することができる。【選択図】図１
2020504296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移送される原料に可視光線を照射する可視光線照明と、
前記原料に赤外線を照射する赤外線照明と、
前記可視光線と前記赤外線が照射される原料の画像を、前記可視光線照明の照射方向とは異なる方向から撮影するカメラと、
前記画像を分析して前記原料の粒度情報と乾湿情報を生成する画像処理部と、
を有することを特徴とする粒度及び乾湿測定装置。
【請求項２】
前記可視光線照明の照射方向とは異なる方向から前記原料に可視光線を照射する第２可視光線照明をさらに含み、
前記第２可視光線照明の照射方向は、前記カメラの撮影方向とは異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項３】
前記可視光線照明と前記第２可視光線照明は、前記カメラの画像撮影方向から見てそれぞれ一側領域と他側領域に配置されることを特徴とする請求項２に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項４】
前記可視光線照明と前記第２可視光線照明のうち一つは、上端から前記原料の移送方向に向かって斜めに照射し、他の一つは、上端から前記原料の移送方向と反対方向に向かって斜めに照射し、
前記可視光線照明と前記第２可視光線照明は、前記原料の移送経路の幅よりも長い幅を有することを特徴とする請求項２に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項５】
前記可視光線照明、前記第２可視光線照明、前記赤外線照明、及び前記カメラは一体化された一体化モジュールであることを特徴とする請求項２に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項６】
前記カメラの前記原料に対する距離は、前記可視光線照明の前記原料に対する距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、前記画像において基準明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）よりも低い明るさを有するピクセルの集合を前記原料の境界として設定し、前記境界がなす影の形と大きさに対応して前記粒度情報を生成し、前記境界がなす影の明るさに対応して前記乾湿情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項８】
前記原料は、第１種類の第１原料と第２種類の第２原料を含み、
前記画像処理部は、前記画像において基準明るさよりも低い明るさを有する複数のピクセル集合のうち、第１基準範囲内の粒度を有する第１ピクセル集合の第１粒度情報と、前記複数のピクセル集合のうち、第２基準範囲内の粒度を有する第２ピクセル集合の第２粒度情報とを生成して前記第１及び第２原料の粒度情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項９】
前記画像処理部は、前記第１ピクセル集合がなす形状の明るさに対応する第１乾湿情報と、前記第２ピクセル集合がなす形状の明るさに対応する第２乾湿情報とを生成して、前記第１及び第２原料の乾湿情報を生成することを特徴とする請求項８に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項１０】
前記画像処理部は、前記第１原料の第１坪量（ｂａｓｉｓ  ｗｅｉｇｈｔ）情報と前記第２原料の第２坪量情報を受け取り、前記第１及び第２坪量情報をそれぞれ前記第１及び第２粒度情報に適用して前記第１及び第２原料の包括的粒度情報を生成することを特徴とする請求項８に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２原料は、ベルトコンベア上における単位領域ごとにそれぞれ混合されて移送され、
前記画像処理部は、前記単位領域ごとの前記第１及び第２原料の坪量情報を受け取り、前記第１及び第２原料の坪量情報を前記第１及び第２粒度情報に適用して前記単位領域ごとの前記第１及び第２原料の包括的粒度情報を生成することを特徴とする請求項１０に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項１２】
前記包括的粒度情報は、坪量加重平均粒度、坪量加重粒度分布及び坪量加重粒度歪度（ｓｋｅｗｎｅｓｓ）の少なくとも二つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項１３】
前記画像処理部は、前記第１ピクセル集合がなす形状の明るさに対応する第１乾湿情報と、前記第２ピクセル集合がなす形状の明るさに対応する第２乾湿情報とを生成して前記第１及び第２原料の乾湿情報を生成し、前記第１及び第２坪量情報をそれぞれ前記第１及び第２乾湿情報に適用して前記第１及び第２原料の包括的乾湿情報を生成することを特徴とする請求項１０に記載の粒度及び乾湿測定装置。
【請求項１４】
ベルトコンベア上の単位領域ごとにそれぞれ混合されて移送される第１種類の第１原料と第２種類の第２原料に可視光線を照射する可視光線照明と、
前記可視光線が照射される単位領域の画像を前記可視光線照明の照射方向とは異なる方向から撮影するカメラと、
前記画像において基準明るさよりも低い明るさを有する複数のピクセル集合のうち、第１基準範囲内の粒度を有する第１ピクセル集合の第１粒度情報と、前記複数のピクセル集合のうち、第２基準範囲内の粒度を有する第２ピクセル集合の第２粒度情報とを生成して前記単位領域ごとに前記第１及び第２原料の粒度情報を生成する画像処理部と、
を有することを特徴とする混合原料の粒度測定装置。
【請求項１５】
前記画像処理部は、前記単位領域ごとの前記第１及び第２原料の坪量情報を受け取り、前記第１及び第２原料の坪量情報を前記第１及び第２粒度情報に適用して前記単位領域ごとの前記第１及び第２原料の包括的粒度情報を生成することを特徴とする請求項１４に記載の混合原料の粒度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移送される原料の粒度及び乾湿測定装置、及び混合原料の粒度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工程の操業条件は、工程に供給される原料の粒度及び乾湿の影響を受ける。
【０００３】
例えば、装入されるコークス、焼結鉱、整粒鉱、ペレットなどの原料の粒度が大きかったり、上記原料が湿っているほど、高炉（ｂｌａｓｔ  ｆｕｒｎａｃｅ）炉頂の温度を高くする必要がある。
【０００４】
原料の粒度及び乾湿に関する操業条件が設定されていない場合、高炉炉頂は炉況を悪化させたり、不必要なエネルギーの消費となることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、移送される原料の粒度と乾湿状態を迅速かつ容易に測定することができる粒度及び乾湿測定装置、及び混合原料の粒度測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置は、移送される原料に可視光線を照射する可視光線照明と、上記原料に赤外線を照射する赤外線照明と、可視光線及び赤外線が照射される原料の画像を上記可視光線照明の照射方向とは異なる方向から撮影するカメラと、上記画像を分析して原料の粒度情報と乾湿情報を生成する画像処理部と、を有している。
【０００７】
本発明の一実施形態による混合原料の粒度測定装置は、ベルトコンベア上の単位領域ごとにそれぞれ混合されて移送される第１種類の第１原料と第２種類の第２原料に可視光線を照射する可視光線照明と、上記可視光線が照射される単位領域の画像を、上記可視光線照明の照射方向とは異なる方向から撮影するカメラと、上記画像において基準明るさよりも低い明るさを有する複数のピクセル集合のうち、第１基準範囲内の粒度を有する第１ピクセル集合の第１粒度情報と、上記複数のピクセル集合のうち、第２基準範囲内の粒度を有する第２ピクセル集合の第２粒度情報を生成して上記単位領域ごとに第１及び第２原料の粒度情報を生成する画像処理部と、を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態によると、移送される原料の粒度と乾湿状態を迅速かつ容易に測定することができる。これにより、移送される原料が投入される工程の操業条件に、原料の粒度と乾湿状態を迅速かつ正確に反映させることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、混合された原料のそれぞれの粒度を迅速かつ容易に測定することができる。これにより、混合された原料が投入される工程の操業条件に、混合された原料の粒度情報を迅速かつ正確に反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置を示す図である。
【図２】可視光線照明、第２可視光線照明、赤外線照明、及びカメラを一体化した一体化モジュールを示す図である。
【図３】カメラが撮影した画像を例示する図である。
【図４】本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置、及び粒度測定装置を示す図である。
【図５】可視光線照明の位置と幅を例示する図である。
【図６】第１原料の一例（焼結鉱）及び／または第２原料の一例（整粒鉱）、ペレットが配置された単位領域の画像を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図面における要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張されることができ、図面上における同一の符号で表示される要素は同一の要素である。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置を示す図である。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置は、可視光線照明１１０、第２可視光線照明１１５、赤外線照明１２０、カメラ１３０、及び画像処理部を有している。
【００１４】
原料１０は、例えば、コークス、焼結鉱、整粒鉱、ペレットの少なくとも一つであり、ベルトコンベア２０によって移送される。図１は、上記原料１０の移送方向を基準に示している。
【００１５】
可視光線照明１１０は、移送される原料１０に可視光線を照射する。
【００１６】
第２可視光線照明１１５は、可視光線照明１１０の照射方向とは異なる方向から原料１０に可視光線を照射している。
【００１７】
可視光線照明１１０と第２可視光線照明１１５は、例えば、ベルトコンベア２０の全幅に対して可視光線を均一に照射する棒状（ｂａｒ）の照明装置で行うことができる。
【００１８】
赤外線照明１２０は、原料１０に赤外線を照射する。赤外線は、原料１０に含有されている水分に吸収されるので、湿った原料の赤外線反射エネルギーは、乾燥した原料の赤外線反射エネルギーよりも小さくなる。
【００１９】
原料１０が焼結鉱またはコークスである場合、この原料１０は、波長の長さが１２００ｎｍである赤外線を最も強く吸収するので、赤外線照明１２０は、１２００ｎｍに近い波長の赤外線を照射することができるものがよいが、これに限定されない。例えば、上記赤外線照明１２０は、約９４０ｎｍの波長の赤外線を照射するＬＥＤで、または約１０６４ｎｍの波長の赤外線を照射するＮｄ−ＹＡＧレーザーで実現できる。この赤外線の最適波長は、原料１０の種類または大きさによって変わる。
【００２０】
カメラ１３０は、可視光線及び赤外線が照射される原料１０を撮影して画像を作成する。例えば、カメラ１３０は、移送される原料１０を高画質画像で得るために、ラインスキャン方式で原料１０を連続的に撮影する、またはストロボ方式で原料１０を撮影して停止画面を得る。
【００２１】
ここで、カメラ１３０の撮影方向は、可視光線照明１１０の照射方向及び第２可視光線照明１１５の照射方向とは異なるようにする。これにより、カメラ１３０が撮影した画像に原料１０の影を写すことができ、影によって原料１０の境界が明確になる。
【００２２】
例えば、カメラ１３０を、可視光線照明１１０と第２可視光線照明１１５との間に配置する。即ち、カメラ１３０の撮影方向から見たとき、可視光線照明１１０と第２可視光線照明１１５をそれぞれ、一側と他側に配置するようにする。これにより、カメラ１３０が撮影した画像には、可視光線照明１１０による原料１０の一側面の影と、第２可視光線照明１１５による原料１０の他側面の影が写し出され、原料１０の形状が画面上に明確に表現できる。
【００２３】
一方、可視光線照明１１０、第２可視光線照明１１５、赤外線照明１２０、及びカメラ１３０は、図２に示すように一体化モジュールとすることができる。この一体化モジュールは、外部からの物理的な衝撃によって可視光線照明１１０、第２可視光線照明１１５、赤外線照明１２０及びカメラ１３０の位置関係が変わるのを防ぐことができ、発光及び受光の状態が悪くなるのを防止することができる。
【００２４】
一方、カメラ１３０の原料１０に対する距離（例えば、１ｍ以上）は、可視光線照明１１０の原料１０に対する距離と、第２可視光線照明１１５の原料１０に対する距離のいずれよりも長くする。これにより、原料１０に影を形成させるに必要な発光エネルギーを少なくして、画像に光の散乱や外部環境によって発生するノイズを減少させることができる。
【００２５】
設計に応じて、上記一体化モジュールは、さらに、気体放射部（図に示していない）を設けて、カメラ１３０とベルトコンベア２０との間の埃を除くように清浄気体を噴射することができる。この気体放射部は、カメラ１３０の下端一側から他側に清浄気体を放射する。一体化モジュールでは、清浄気体によって除去された埃がカメラ１３０に付着しないように密閉ケースに収納することができる。即ち、このケースは、カメラ１３０のレンズを中心にして、カメラ１３０、可視光線照明１１０、第２可視光線照明１１５、赤外線照明１２０をすべて囲むように配置される。
【００２６】
画像処理部は、カメラ１３０が撮影した画像を分析して原料１０の粒度情報と乾湿情報を生成する。ここで、上記画像処理部は、画像における影の形と大きさを分析して原料１０の粒度情報を生成することができる。
【００２７】
また、上記画像処理部は、画像の影の明るさを分析して原料１０の乾湿情報を生成することができる。原料１０から反射された赤外線は、肉眼ではなく、カメラ１３０で撮影して画像とする。
【００２８】
したがって、図３に示すように、上記画像処理部が分析する画像には、原料１０から反射された赤外線が反映されている。湿った原料の赤外線反射エネルギーは、乾燥した原料の赤外線反射エネルギーよりも小さいため、画像処理部は、画像の影が暗いほど原料１０が湿っていると判断することができる。
【００２９】
例えば、画像処理部は、画像の影で基準明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）よりも低い明るさを有するピクセル集合を上記原料の境界として設定し、この境界がなす影の形と大きさに対応して粒度情報を生成し、さらに、この境界がなす影の明るさに対応して乾湿情報を生成することができる。
【００３０】
通常の原料１０は、移送して工程に供給されるが、移送過程の状況によって原料の粒度及び乾湿は変わることがある。本発明の一実施形態による粒度及び乾湿測定装置は、原料１０が工程に供給される直前に原料１０の粒度及び乾湿を迅速に測定することができ、測定結果を操業条件にリアルタイムに反映させることができる。これにより、工程の操業条件に、正確な原料１０の粒度及び乾湿情報を反映させることができる。
【００３１】
例えば、原料１０が供給される工程は、原料１０が相対的に湿った状態であるか、または原料１０の粒度が大きい場合には高い温度で行い、原料１０が相対的に乾燥した状態であるか、または原料１０の粒度が小さい場合には低い温度で行う。
【００３２】
図４を参照すると、ベルトコンベア２０は、第１、第２及び第３単位領域２１、２２、２３に区画されている。
【００３３】
ベルトコンベア２０の作動時では、原料１０の一部は第１時点で第１単位領域２１に、原料１０の他の一部は、第２時点で第２単位領域２２に、原料１０の残りは、第３時点で第３単位領域２３にある。原料１０は、ビン（ｂｉｎ）に入った状態でベルトコンベア２０上に投入されるが、上記の第１、第２及び第３時点は、上記ビンのゲートが開閉する時点に対応させることができる。
【００３４】
ここで、第１、第２及び第３単位領域２１、２２、２３は、互いに異なる時点でカメラ１３０の撮影領域を通過するようにする。画像処理部１４０は、カメラ１３０の撮影時間により、先の時点での撮影画像を第１単位領域２１に、後の時点での撮影画像を第３単位領域２３に対応させる。
【００３５】
例えば、画像処理部１４０は、原料１０の一部がベルトコンベア２０に配置される時点情報と、距離情報及びベルトコンベア２０の移送速度情報（例えば、ベルトコンベアの車輪に設置されたエンコーダの出力値）を受け取り、時点情報、距離情報及び移送速度情報に基づいて計算して第１単位領域２１に対するカメラ１３０の第１撮影時点情報とする。さらに画像処理部１４０は、この第１撮影時点情報に基づいてカメラ１３０の撮影を精密に制御することができる。
【００３６】
また、第１、第２及び第３単位領域２１、２２、２３の少なくとも一部には、第１種類（例えば、焼結鉱、コークス）の第１原料と第２種類（例えば、整粒鉱、ペレット、ブリケット）などの第２原料が共に配置することができる。例えば、第１及び第２原料は、互いに異なる中継槽にそれぞれ配置された状態で一つの単位領域に同時に投入されるか、または第１及び第２原料の分類過程で用いられる篩の目詰まりによって１つの中継槽に共に配置された状態で一つの単位領域に投入される。
【００３７】
第１原料の主粒度と第２原料の主粒度が大きく異なる場合、画像処理部１４０は、まず画像から第１原料と第２原料を識別した後、第１原料の第１粒度情報と第２原料の第２粒度情報をそれぞれ生成する。これにより、画像処理部１４０は、単位領域に混合された第１及び第２原料の粒度情報をより効率的に生成することができる。
【００３８】
例えば、上記画像処理部１４０は、カメラ１３０が第１撮影時点で撮影した画像から、基準明るさよりも低い明るさを有し、且つ所定の形状（例えば、円形、半円、楕円、多角形、楔形）などを有する複数のピクセル集合（または境界）を抽出する。その後、画像処理部１４０は、複数のピクセル集合それぞれの概略的粒度情報を生成し、概略的粒度がそれぞれ、第１原料の主粒度（例えば、１２．５ｍｍ）に基づく第１基準範囲（例えば、１０ｍｍ〜１５ｍｍ）内であるか否かと、第２原料の主粒度に基づく第２基準範囲内であるか否かを判断する。以後、画像処理部１４０は、複数のピクセル集合のうち、第１基準範囲内の粒度を有する第１ピクセル集合の第１粒度情報と、複数のピクセル集合のうち、第２基準範囲内の粒度を有する第２ピクセル集合の第２粒度情報を生成することにより、それぞれ第１及び第２原料の粒度情報をそれぞれ生成することができる。
【００３９】
設計に応じて、画像処理部１４０は、第１ピクセル集合がなす影の明るさに対応して第１乾湿情報を生成し、第２ピクセル集合がなす影の明るさに対応して第２乾湿情報を生成することにより、それぞれ第１及び第２原料の乾湿情報とすることができる。これにより、画像処理部１４０は、単位領域に混合された第１及び第２原料の乾湿情報をより効率的に生成することができる。
【００４０】
一方、図４を参照すると、坪量情報部３０は、第１、第２及び第３単位領域２１、２２、２３ごとの第１及び第２原料の坪量情報を生成することができる。
【００４１】
例えば、上記坪量情報部３０は、第１原料が入った第１ビン（ｂｉｎ）の重量と第２原料が入った第２ビンの重量をそれぞれ測定して測定結果に基づいて坪量情報を生成したり、第１原料の規格情報と第２原料の規格情報をそれぞれ受け取って規格情報から坪量情報を抽出したりすることができる。
【００４２】
画像処理部１４０は、坪量情報部３０から坪量情報を受け取り、この坪量情報に基づいて第１及び第２粒度情報を組み入れた包括的粒度情報を生成することができる。
【００４３】
坪量情報によって、包括的粒度情報は、原料１０が投入される工程の最適操業条件に対してさらに高い相関関係を持たせることができる。したがって、原料が投入される工程は、この包括的粒度情報を用いて操業条件をさらに最適化させることができる。
【００４４】
例えば、包括的粒度情報は、坪量加重平均粒度、坪量加重粒度分布及び坪量加重粒度歪度（ｓｋｅｗｎｅｓｓ）の少なくとも二つを含むことができる。
【００４５】
坪量加重平均粒度は、下記数１で表現される。ここで、ｉは原料の順番、ｗは原料の坪量、ｘは原料の粒度を示している。
【００４６】
【数１】
2020504296.tif 000003
【００４７】
上記坪量加重粒度分布は、数２で表現することもできる。ここで、ｓは標準偏差、ｖは分布を示している。
【００４８】
【数２】
2020504296.tif 000004
【００４９】
坪量加重粒度歪度は、さらに、数３で表現することもできる。
【数３】
2020504296.tif 000005
【００５０】
一方、上記画像処理部１４０は、上記数１、数２及び数３の粒度を乾湿パラメータ（例えば、乾度、湿度）に置き換えることにより、第１及び第２坪量情報をそれぞれ第１及び第２乾湿情報に適用して第１及び第２原料の包括的乾湿情報を生成することができる。坪量情報によって、包括的乾湿情報は、原料１０が投入される工程の最適操業条件に対してさらに高い相関関係を持たせることができる。したがって、原料が投入される工程は、包括的乾湿情報を用いてさらに操業条件を最適化させることができる。
【００５１】
一方、可視光線照明１１０と第２可視光線照明１１５のうち一つは、上端から原料１０の移送方向に向かって斜めに可視光線を照射し、他の一つは、上端から原料１０の移送方向と反対方向に向かって斜めに可視光線を照射することができる。
【００５２】
図５を参照すると、可視光線照明１１０ａと第２可視光線照明は、原料１０の移送経路の幅ｗよりも長い幅（ｌ＝ｓ＋ｗ＋ｓ）としている。これにより、可視光線照明１１０ａと第２可視光線照明は、原料１０の中心から端部まで可視光線を均一に照射することができ、画像解析部は、撮影された画像全体に対して均等に粒度情報と乾湿情報を抽出することができる。
【００５３】
図６を参照すると、第１単位領域には、第１原料の一例（焼結鉱）と第２原料の一例（整粒鉱）が、第２単位領域には、第１原料の一例（焼結鉱）のみが、第３単位領域には、第１原料の一例（焼結鉱）と第２原料の一例（ペレット）がある。ここで、このペレットは、粉末を塊状に圧縮して成形することにより形成されるブリケットに置き換えてもよい。
【００５４】
焼結鉱の主粒度は、整粒鉱の主粒度よりも大きく、整粒鉱の主粒度はペレットの主粒度よりも大きい。したがって、画像処理部は、第２単位領域にある原料の粒度が最も大きく、第３単位領域にある原料の粒度が最も小さいと判断することができる。
【００５５】
本発明は、上述の実施形態及び添付された図面によって限定されない。添付された特許請求の範囲によって権利範囲を限定し、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは、当技術分野における通常の知識を有する者に自明である。
【図１】
2020504296.tif 000006
【図２】
2020504296.tif 000007
【図３】
2020504296.tif 000008
【図４】
2020504296.tif 000009
【図５】
2020504296.tif 000010
【図６】
2020504296.tif 000011
【国際調査報告】
2020504296.tif 000012
2020504296.tif 000013
2020504296.tif 000014
2020504296.tif 000015