KR102614845B1 - 분율 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

괴상 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 리얼타임으로 고정밀도로 측정한다.
거리 측정 장치와 괴상의 물질의 거리를 측정하는 스텝 S1 과, 이 스텝 S1 에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 스텝 S2 와, 이 스텝 S2 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 스텝 S3 을 갖고, 스텝 S2 에서 산출되는 특징량은, 스텝 S1 에서 얻어진 거리 데이터로부터 산출되는 거리 변동을 나타내는 것이다. 괴상 물질의 분율이 높아지면, 괴상 물질 표면의 높이 방향의 삼차원 형상 내에서의 미소한 요철에 의한 미소한 거리 변동이 커지기 때문에, 이것을 특징량으로 함으로써, 괴상 물질의 분율을 리얼타임으로 고정밀도로 측정할 수 있다.

Description

분율 측정 방법 및 장치
본 발명은, 고로 원료인 광석이나 코크스 등과 같은 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 측정하기 위한 분율 측정 기술에 관한 것이다.
광물 등의 원료를 사용하는 제조 프로세스에서는, 원료의 입도 분포가 제조 프로세스의 조업에 영향을 주기 때문에, 사전에 원료의 입도 분포를 측정할 필요가 있다. 특히 고로의 조업에 있어서는, 노 내 통기를 확보하기 위해서, 광석이나 코크스 등의 원료의 입도 분포의 파악이 중요하고, 원료 중에서 큰 알갱이 (덩어리) 에 부착된 가루 (예를 들어 입경 5 ㎜ 이하의 것) 의 비율에도 주의하여 조업을 실시할 필요가 있다.
종래의 고로 조업에서는, 원료의 입도 분포를 파악하기 위해서, 정기적인 원료의 샘플링과 체에 의한 입도 측정이 실시되어 왔지만, 이 방법에서는 분석에 시간을 필요로 한다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1 에는, 원료의 샘플링을 자동화함으로써 분석의 빈도를 높이는 기술이 개시되어 있지만, 샘플링의 빈도를 지나치게 높이면 조업 프로세스의 지연을 초래할 우려가 있고, 또한, 발췌 검사이기 때문에, 샘플링의 대표성에 문제가 있다.
상기와 같은 원료의 샘플링과 체에 의한 입도 측정을 실시하는 종래법에 대하여, 반송 중인 원료의 입도를, 카메라 등을 사용하여 리얼타임으로 측정하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 2 에는, 컨베이어로 반송되는 원료 대용량물을 컨베이어 상에서 촬상하여 화상 데이터를 작성하고, 이 화상 데이터로부터 휘도 분포를 구하고, 이 휘도 분포의 최대 피크 높이를 사용하여 원료 대용량물의 입도를 검지하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3 에는, 고로에 장입되는 장입물로부터의 반사광 중 근적외 영역의 반사광으로부터 얻어지는 분광 정보로부터 장입물의 수분량을 검출하고, 미리 파악되어 있는 장입물의 수분량과 장입물의 부착 가루의 분율의 관계에 기초하여, 장입물의 분율을 리얼타임으로 검출하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 4 에는, 괴상의 물질을 촬상한 화상 데이터의 평균 휘도를 특징량으로서 구하고, 이 특징량으로부터 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 구하는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-134301호 일본 공개특허공보 2000-329683호 일본 공개특허공보 2015-124436호 국제 공개 제2018/101287호
그러나, 상기 서술한 종래 기술에는, 이하와 같은 문제가 있다.
먼저, 특허문헌 2 의 방법은, 카메라의 분해능의 제약에 의해, 원료 대용량물 주위의 부착 가루도 포함한 측정 정밀도를 충분히 확보할 수 없다.
또한, 특허문헌 3 의 방법은, 장입물의 수분량과 분율은 반드시 상관이 높은 것은 아니기 때문에, 측정 정밀도가 충분하지 않다.
또한, 특허문헌 4 의 방법은, 특허문헌 3 과 마찬가지로, 카메라 화상 휘도와 분율은 반드시 상관이 높은 것은 아니기 때문에, 측정 정밀도가 충분하지 않다.
따라서 본 발명의 목적은, 이상과 같은 종래 기술의 과제를 해결하고, 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 리얼타임으로 고정밀도 (high accuracy) 로 측정할 수 있는 분율 측정 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결할 수 있는 새로운 분율 측정 기술을 알아내기 위하여 검토를 거듭하였다. 그 결과, 거리계에 의해 분율 측정 대상물인 괴상의 물질까지의 거리를 측정하고, 이 측정된 거리 데이터로부터 분율과 상관하는 특징량을 구하고, 이 특징량을 분율로 변환함으로써, 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 리얼타임으로 고정밀도로 측정할 수 있는 것을 알아냈다.
본 발명은, 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 한다.
[1] 거리 측정 장치와 괴상의 물질 (x) 의 거리를 측정하는 스텝 (S1) 과,
그 스텝 (S1) 에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 스텝 (S2) 와,
그 스텝 (S2) 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 스텝 (S3),
을 갖는 분율 측정 방법.
[2] 스텝 (S2) 에서 산출되는 특징량은, 스텝 (S1) 에서 얻어진 거리 데이터로부터 산출되는 거리 변동을 나타내는 것인, 상기 [1] 에 기재된 분율 측정 방법.
[3] 스텝 (S2) 에서 산출되는 특징량은, 스텝 (S1) 에서 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용함으로써 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값에 기초하는 것인, 상기 [2] 에 기재된 분율 측정 방법.
[4] 스텝 (S2) 에서 산출되는 특징량은, 스텝 (S1) 에서 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용함으로써 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치인, 상기 [3] 에 기재된 분율 측정 방법.
[5] 표준 편차 필터의 필터 처리 범위가 10 × 10 화소 이하인, 상기 [3] 또는 상기 [4] 에 기재된 분율 측정 방법.
[6] 스텝 (S1) 에서는, 상기 괴상의 물질 (x) 의 상방에 설치된 거리 측정 장치에 의해 상기 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는, 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 하나에 기재된 분율 측정 방법.
[7] 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 (1) 와,
그 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 산출 수단 (2a) 및 그 산출 수단 (2a) 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 변환 수단 (2b) 을 갖는 연산 장치 (2),
를 구비하는 분율 측정 장치.
[8] 상기 산출 수단 (2a) 은, 상기 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리 데이터로부터 거리 변동을 나타내는 특징량을 산출하는, 상기 [7] 에 기재된 분율 측정 장치.
[9] 상기 산출 수단 (2a) 은, 상기 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하고, 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값에 기초하여 특징량을 산출하는, 상기 [8] 에 기재된 분율 측정 장치.
[10] 상기 산출 수단 (2a) 은, 상기 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하고, 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 특징량으로서 산출하는, 상기 [9] 에 기재된 분율 측정 장치.
[11] 상기 표준 편차 필터의 필터 처리 범위가 10 × 10 화소 이하인, 상기 [9] 또는 상기 [10] 에 기재된 분율 측정 장치.
[12] 상기 거리 측정 장치 (1) 는, 상기 괴상의 물질 (x) 의 상방에 설치되고, 상기 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는, 상기 [7] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 분율 측정 장치.
본 발명에 의하면, 괴상의 물질의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 리얼타임으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어, 고로용 코크스의 분율 (코크스 가루의 비율) 을 고로에 장입하기 전에 적확하게 파악할 수 있어, 고로 조업의 안정화에 기여한다.
도 1 은, 본 발명을, 고로에 장입되기 전의 코크스의 분율 측정에 적용했을 경우의 일 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 2 는, 도 1 의 실시형태에 있어서, 거리 측정 장치에 의해 얻어진 거리에 기초하는 코크스의 삼차원 형상의 화상의 일례이다.
도 3 은, 본 발명에 있어서, 거리 측정 장치에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출할 때에, 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하여 거리 데이터의 표준 편차 행렬을 구할 때의 계산 수법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 도 3 의 계산으로 구해진 표준 편차 행렬의 표준 편차 값의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5 는, 도 2 의 화상의 거리 데이터에 대하여, 필터 처리 범위가 3 × 3 행렬 (3 × 3 화소) 의 표준 편차 필터를 적용했을 때에 출력된 800 × 1000 분의 표준 편차 행렬 중에서, 0.5 의 표준 편차 값을 임계값으로 하여 백과 흑으로 2 치화했을 때의 도면이다.
도 6 은, 서로 겹친 코크스립 (덩어리) 의 이미지를 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 본 발명에 있어서 구해지는 특징량과 이미 알려진 분율의 상관 관계를 나타내는 그래프로서, 특징량으로서 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 평균치를 사용한 것이다.
도 8 은, 본 발명에 있어서 구해지는 특징량과 이미 알려진 분율의 상관 관계를 나타내는 그래프로서, 특징량으로서 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 사용한 것이다.
도 9 는, 본 발명의 일 실시형태의 플로도이다.
본 발명의 분율 측정 방법은, 괴상의 물질 (x) 의 표면에 부착된 가루의 양에 기초하는 괴상의 물질 (x) 의 분율을 측정하는 방법으로서, 거리 측정 장치에 의해 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는 스텝 S1 과, 이 스텝 S1 에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 스텝 S2 와, 이 스텝 S2 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 스텝 S3 을 갖는다.
또한, 이 분율 측정 방법의 실시에 제공되는 본 발명의 분율 측정 장치는, 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 (1) 와, 이 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리에 기초하는 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 산출 수단 (2a) 및 이 산출 수단 (2a) 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 변환 수단 (2b) 을 갖는 연산 장치 (2) 를 구비한다.
본 발명에 있어서 분율 측정의 대상이 되는 괴상의 물질 (x) 로는, 예를 들어, 제철 프로세스 등의 금속 제련 프로세스에서 사용되는 괴상 원료 (광석, 코크스 등) 를 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
여기서, 분율은, 표면에 분체가 부착된 괴상의 물질 (x) 의 전체의 질량에 대한, 소정 크기 이하의 분체의 질량의 비율로 한다.
이하, 분율 측정 대상물인 괴상의 물질 (x) 이 고로에 장입되기 전의 코크스인 경우를 예로, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 것으로, 고로에 장입되기 전의 코크스의 분율 측정에 본 발명을 적용했을 경우를 나타내고 있다. 도면에 있어서, 부호 3 은 호퍼, 부호 4 는 체, 부호 5 는 컨베이어, 부호 xc 는 분율 측정 대상물인 코크스이다. 또한, 부호 1 은, 본 발명의 분율 측정 장치를 구성하는 거리 측정 장치, 부호 2 는, 동일하게 연산 장치이다. 이 연산 장치 (2) 는, 거리 측정 장치 (1) 에서 얻어진 거리 데이터로부터 특징량을 산출하는 산출 수단 (2a) 과, 이 산출 수단 (2a) 에서 산출된 특징량을 분율로 변환하는 변환 수단 (2b) 을 가지고 있다.
고로에 장입되는 코크스 (xc) 는 호퍼 (3) 에 저장되어 있고, 이 호퍼 (3) 로부터 내보내진 코크스 (xc) 는, 체 (4) 에서 체질로 분급되어 미세한 가루가 떨어진 후, 컨베이어 (5) 로 옮겨지고, 이 컨베이어 (5) 에서 고로 (노 정상부의 호퍼) 에 반송된다. 컨베이어 (5) 로 반송되는 코크스 (xc) 는, 체 (4) 의 체 위의 코크스립 (덩어리) 과, 이 코크스립에 부착되는 등 하고 있었기 때문에 체 (4) 에서 체질로 분급되지 않은 부착 가루 (코크스 가루) 이다.
본 실시형태에서는, 컨베이어 (5) 로 반송되는 코크스 (xc) 를 대상으로 하여, 주로 상기 부착 가루로 구성되는 가루의 비율 (분율) 을 이하와 같이 하여 측정한다.
먼저, 컨베이어 (5) 의 상방에 설치된 거리 측정 장치 (1) 에 의해 컨베이어 (5) 상의 코크스 (xc) 까지의 거리를 측정하고, 코크스 (xc) 의 삼차원 형상 데이터를 취득한다 (스텝 S1). 거리 측정 장치 (1) 로는, 예를 들어, 이차원의 레이저 거리계를 사용할 수 있다.
이 레이저 거리계를 사용하는 경우, 레이저 광을 컨베이어 폭 방향으로 조사하여, 코크스 (xc) 까지의 거리를 1 라인 마다 측정한다. 여기서, 1 라인이란, 컨베이어의 폭 방향으로 조사된 레이저 광의 폭에 상당한다. 코크스 (xc) 는 컨베이어 (5) 로 반송되어 움직이고 있기 때문에, 레이저 거리계가 일정 측정 주기로 라인상으로 코크스 (xc) 까지의 거리를 측정하고, 그들 라인의 측정치를 순차적으로 연결하여 맞춤으로써 코크스 (xc) 의 삼차원 형상 데이터가 얻어진다. 이상의 방법은, 이른바 광 절단 방법에 의해 피측정물의 삼차원 형상을 취득하는 방법으로서, 그것을 위한 레이저 거리계나 데이터 처리 수단은 종래 사용되고 있는 것을 이용하면 된다.
레이저 거리계는, 컨베이어 폭과 동일한 측정 영역을 갖고, 컨베이어 (5) 에 의해 반송되는 코크스 (xc) 의 전체 (전면) 를 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 측정 주기는 짧을수록 바람직하고, 특히 1 ㎑ 이상이 바람직하다. 본 실시형태에서는 4 ㎑ 의 측정 주기로 설정되어 있다.
또한, 거리 측정 장치 (1) 로는, 이차원의 레이저 거리계 이외의 것을 사용해도 되고, 예를 들어, 2 개의 카메라를 이용한 스테레오 수법 등에 의한 거리 계측 장치여도 된다.
도 2 는, 이차원의 레이저 거리계에 의해 얻어진 거리에 기초하는 코크스 (xc) 의 삼차원 형상의 화상 (컨베이어 (5) 상의 코크스 (xc) 를 상방으로부터 부감한 화상) 의 일례이다. 도 2 에 있어서, 그레이 스케일에서 하얗게 될수록 높이가 높고, 거리계까지의 거리가 가까운 것을 나타내고 있다. 이 화상은, 가로 방향이 컨베이어 폭 방향으로서 800 화소이고, 세로 방향이 컨베이어 진행 방향으로서 1000 화소이고, 1 화소의 크기는 가로 2 ㎜ × 세로 4 ㎜ 이다. 그리고, 화소 마다 거리를 구한다.
요컨대, 도 2 는, 1 라인이 800 화소인 컨베이어 폭 방향의 거리의 데이터 (이하, 「거리 데이터」 라고도 한다) 를, 1000 라인 분 연결하여 맞춘 것이다. 이것으로, 800 화소 × 1000 화소분의 거리 데이터가 얻어진다. 또한, 높이 방향의 분해능은 5 ㎛ 이다.
여기서, 삼차원 형상 데이터의 화상 처리를 실시하는 종래법에서는, 통상적으로, 이 코크스의 요철을 포함한 삼차원 형상 데이터로부터, 신호 처리를 실시함으로써, 하나 하나의 코크스의 입자 분리 처리를 실시한다. 이 입자 분리 처리에 의해 분리된 코크스의 입도 별로 입자 수를 카운트하여 히스토그램화하고, 이것에 의해 입도 분포를 산출한다.
이 때, 예를 들어, 거리 측정 장치 (1) 의 가로세로 방향의 최소 분해능이 4 ㎜ × 2 ㎜, 높이 방향의 분해능이 5 ㎛ 라고 하면, 일반적으로 고로에 장입되는 코크스는 입경이 35 ㎜ 이상이기 때문에, 신호 처리에 의해 코크스립 (덩어리) 의 입경을 계측하는 데에 있어서는 충분한 분해능이다. 그러나, 코크스립 (덩어리) 의 표면에 부착되는 부착 가루 (코크스 가루) 에는, 입경이 1 ㎜ 이하인 것도 많이 포함된다. 이 부착 가루가 구체라고 가정하면, 거리 측정 장치 (1) 의 높이 방향의 분해능은 충분히 높지만, 가로세로 방향의 분해능은 부족하다. 따라서, 이 부착 가루에 대해서는, 코크스립 (덩어리) 과 동일하게 입자 수를 카운트하여, 분율을 구하는 것은 어렵다.
한편, 거리 측정 장치를 가능한 한 코크스에 접근시켜, 거리 측정 장치에 의한 측정 범위의 폭을 좁게 함으로써 가로세로 방향의 분해능을 높게 하면, 코크스 표면의 부착 가루를 파악할 수 있고, 분율을 계측하는 것도 가능하기는 하다. 그러나, 거리 측정 장치를 코크스에 접근시키면, 극히 일부의 코크스의 부착 가루 밖에 파악할 수 없고, 컨베이어로 반송되는 코크스 전체 (컨베이어 폭 전체) 의 분율을 구할 수 없게 된다. 거리 측정 장치를 다수 배치하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우에는, 데이터의 처리가 복잡해지고, 설치시의 제약이 크고, 비용이 커지는, 등의 문제가 생긴다.
이에 반하여 본 발명은, 컨베이어 폭 전체를 측정 영역에 넣어, 가로세로 방향의 분해능이 부족한 경우에도 분율을 고정밀도로 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 코크스 (xc) 까지의 거리를 측정하고, 이 거리 데이터로부터 미소한 거리 변동을 나타내는 특징량을 구하고, 이 특징량을 분율로 환산함으로써, 코크스 (xc) 의 표면에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 구하는 것이다.
본 발명에서는, 상기 서술한 바와 같이 하여 거리 측정 장치 (1) 에서 측정한 거리 데이터 (코크스의 삼차원 형상 데이터) 로부터 미소한 거리 변동을 나타내는 특징량을 산출한다 (스텝 S2). 상기 서술한 거리 측정 장치 (1) 에 의한 거리 데이터는, 분율 계측에 대하여 가로세로 방향의 분해능은 부족하지만, 높이 방향의 분해능은 컨베이어 폭 전체를 측정 영역에 넣었다고 해도 충분하다.
본 발명자들은, 코크스 표면에 부착된 가루가 많아지는, 즉 분율이 높아지면, 코크스 표면의 높이 방향의 삼차원 형상 내에서의 미소한 요철, 요컨대 코크스의 높이 방향의 미소한 거리 변동이 커지는 것을 지견하였다. 그래서 본 발명은, 이와 같은 미소한 거리 변동을 특징량으로 하여, 이 특징량으로부터 분율을 구하도록 한 것이다.
또한, 본 실시형태에서는, 미소한 거리 변동은 어느 장소의 높이의 국소적인 편차인 것으로 생각하고, 필터 처리 범위가 작은 표준 편차 필터 (표준 편차를 계산하는 필터) 를 거리 데이터에 적용하고, 얻어진 표준 편차 값으로부터 특징량을 유도하도록 한다. 즉, 분율이 높은 것에서 기인하는 코크스 표면의 미소한 요철이 클수록, 상기 표준 편차 필터를 적용하여 얻어지는 표준 편차 값이 커지기 때문에, 그 표준 편차 값으로부터 특징량을 유도한다.
먼저, 얻어진 거리 데이터를, 화소로 분할한다. 도 2 의 거리 데이터의 경우, 800 × 1000 화소가 된다. 다음으로, 각 화소에 대응하는 각각의 거리를 적용시켜, 800 × 1000 행렬을 작성한다. 그리고, 필터 처리 범위가 3 × 3 행렬 (3 × 3 화소에 상당) 인 일반적인 표준 편차 필터를 800 × 1000 행렬의 거리 데이터에 적용하고, 3 × 3 행렬 마다 표준 편차 값을 구하고, 그 표준 편차 값으로부터 특징량을 유도한다.
도 3 은, 표준 편차 필터를 거리 데이터에 적용할 때의 계산 방법 (계산 이미지) 의 일례를 나타내고 있다. 도 3 에 있어서, 부호 6 은, 표준 편차 필터이고, 부호 7 은, 4 × 4 의 출력용의 표준 편차 행렬이다. 이 예는, 4 × 4 행렬 (4 × 4 화소에 상당) 의 거리 데이터에 대하여, 필터 처리 범위가 3 × 3 행렬의 표준 편차 필터 (6) 를 적용하는 경우를 나타내고 있다. 도 3(A) 는, 입력용 4 × 4 행렬에 3 × 3 행렬의 표준 편차 필터 (6) 를 적용하는 이미지이고, 도 3(B) 는, 출력용의 4 × 4 표준 편차 행렬에 계산치가 격납되어 가는 이미지이다. 도 3(A) 의 입력용 행렬로부터, 도 3(B) 의 출력용 표준 편차 행렬이 만들어진다. 또한, 도 3(A), 도 3(B) 의 숫자는, 설명용의 일례이다.
이하에, 구체적인 순서를 설명한다.
먼저 4 × 4 의 출력용 행렬 (7) 을 만들고, 모두에 0 (제로) 을 격납한다. 도 3(A) 와 같이, 대상 필터 범위 내의 합계 9 화소의 표준 편차를 계산하고, 필터 범위 내의 중앙의 위치에 상당하는 출력용 행렬 (7) 의 위치에, 산출한 표준 편차의 값을 출력한다. 다음의 이웃하는 범위로 이동하여 동일한 처리를 반복한다. 이와 같이 함으로써, 도 3 의 예에서는, 하나의 입력용 4 × 4 행렬에 대하여, 합계 4 회 필터 계산을 실시하게 된다.
도 2 의 거리 데이터의 경우에는, 이와 같은 계산을 800 × 1000 행렬 분의 거리 데이터에 적용하고, 이로써 800 × 1000 분의 거리 데이터의 표준 편차 행렬이 출력되게 되고, 이 800 × 1000 분의 표준 편차 행렬을 사용하여 특징량을 구한다.
또한, 표준 편차 필터 (6) 는, 미소한 변동을 파악하기 위해서 필터 처리 범위 (화소 수) 가 작은 것이 바람직하고, 이 때문에 10 × 10 화소 이하 (또는 합계 100 화소 이하) 가 바람직하고, 5 × 5 화소 이하 (또는 합계 25 화소 이하) 가 보다 바람직하다. 그 중에서도, 상기 서술한 3 × 3 화소 (또는 합계 9 화소) 가 특히 바람직하고, 2 × 2 화소가 가장 바람직하다. 이 이유로서, 필터의 처리 범위가 작은 것이, 코크스 자체의 형상이나, 거리 측정 장치에 대한 코크스의 측정면의 기울기 등의 영향을 잘 받지 않게 되는 것을 들 수 있다.
도 4 는, 상기의 순서를 도 2 의 거리 데이터에 적용한 표준 편차 행렬의 표준 편차 값의 분포를 나타낸 그래프로서, 도면 중의 부호 8 에 나타내는 표준 편차 값의 피크는 표준 편차 값의 최빈치를 나타내고 있다. 이 예에서는, 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값에 대하여 충분한 수의 계급 (이 예에서는 5 만개 (0.00002 간격)) 분류를 하고, 그 계급 중에서 가장 도수가 큰 표준 편차 값을 최빈치로 한다. 단, 표준 편차가 0 (제로) 인 도수는 제외하였다.
도 5 는, 도 2 의 거리 데이터에 대하여, 필터 처리 범위가 3 × 3 행렬 (3 × 3 화소) 인 표준 편차 필터를 적용했을 때에 출력된 800 × 1000 분의 표준 편차 행렬 중에서, 0.5 의 표준 편차 값을 임계값으로 하여 백 (표준 편차 값이 0.5 이상) 과 흑 (표준 편차 값이 0.5 미만) 으로 2 치화했을 때의 도면이다. 이 도 5 와 도 2 의 대비로부터, 표준 편차 값이 0.5 이상인 값이 격납되어 있는 행렬 요소의 상당수는, 서로 겹친 코크스의 단차나 경계 (도 5 중의 부호 9) 에 위치하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6 은 서로 겹친 코크스립 (덩어리) 의 이미지를 나타내는 모식도이다. 도면 중, 부호 10 은, 서로 겹친 코크스이다. 부호 11 은, 표준 편차 필터를 코크스 표면에 적용했을 경우이고, 부호 12 는, 표준 편차 필터를 서로 겹친 코크스의 단차·경계에 적용했을 경우이다. 상기 서술한 바와 같이, 거리 데이터로부터 얻어진 표준 편차 행렬 내에는 서로 겹친 코크스의 단차나 경계에 적용되어 산출된 값이 많이 존재하여, 표준 편차 값이 매우 커진다.
본 발명에서는, 코크스 표면에 부착된 부착 가루에 의한 미소 변동을 대표하고 있는 표준 편차 값을 특징량에 포함시키도록 해야 하는 것으로, 이 때문에, 서로 겹친 코크스의 단차나 경계 등의 영향을 받은 표준 편차 값은 제외하는 것이 바람직하다. 표준 편차 행렬 (예를 들어, 800 × 1000 분의 표준 편차 행렬) 내의 표준 편차 값의 평균치에서는, 서로 겹친 코크스의 단차나 경계의 영향에 의한 노이즈를 포함하지만, 도 4 에 나타내는 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치 8 은, 코크스립 (덩어리) 이 충분히 크면, 서로 겹친 코크스의 단차나 경계의 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 평균치를 특징량으로 해도 되지만, 도 4 에 나타내는 바와 같은 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치 8 을 특징량으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 미소한 거리 변동을 나타내는 특징량의 계산에, 표준 편차 필터를 사용하는 방법을 적용했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 800 × 1000 행렬의 화상이라고 생각하여, 예를 들어 이차원의 푸리에 변환의 고주파 성분을 이용하는 방법을 적용해도 된다.
다음으로, 상기와 같이 하여 얻어진 특징량을 분율로 변환한다 (스텝 S3). 이 변환은, 특징량과 이미 알려진 분율의 상관 관계에 기초하여 미리 구해져 있는 계수 (관계식) 를 사용하여 실시한다.
도 7 및 도 8 은, 상기 특징량과 이미 알려진 분율의 상관 관계를 나타내고 있다. 이 중, 도 7 은, 특징량으로서 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 평균치를 사용한 것이고, 도 8 은, 특징량으로서 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 사용한 것이다. 여기서, 도 7 및 도 8 은, 괴상의 물질로서, 입경 1 ㎜ 이하의 코크스 가루가 표면에 부착된 입경 35 ㎜ 이상의 덩어리 코크스를 사용하여 얻어진 결과이다. 도 7 및 도 8 의 세로축은, 덩어리 코크스에 부착된 1 ㎜ 이하의 코크스 가루의 분율 (질량％) 을 나타내고, 가로축은, 1 ㎜ 이하의 코크스 가루가 부착된 덩어리 코크스를 측정하여 얻어진 거리 데이터로부터 산출한 미소 변동의 특징량이다.
시험에 제공한 입경 35 ㎜ 이상의 덩어리 코크스는, 눈금 간격 35 ㎜ 의 체를 사용하여 코크스를 체질하여 준비하였다. 덩어리 코크스는, 100 개 이상 사용하였다. 덩어리 코크스의 표면에 부착된 1 ㎜ 이하의 코크스 가루의 분율은, 덩어리 코크스를 120 ∼ 200 ℃ 에서 4 시간 이상 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 눈금 간격 1 ㎜ 의 체를 사용하여 체질하고, 체질 전후의 덩어리 코크스의 질량차의 체질 전의 질량에 대한 비율 (백분율) 로서 산출하였다. 이 방법은, 건조 상태에서는 부착 가루가 박리되는 것을 이용한 방법이다.
도 7 및 도 8 의 어느 경우에도, 특징량과 분율에는 명확한 상관 관계가 있다. 단, 도 7 에 나타내는 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 평균치의 경우에는, 상관 계수는 R = 0.60 이고, 측정 오차 (제곱 평균 제곱근 오차) σ 는 σ = 0.23 인 데에 반하여, 도 8 에 나타내는 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치의 경우에는, 상관 계수는 R = 0.70, 측정 오차는 σ = 0.20 로, 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치 쪽이 양호한 상관을 나타낸다. 따라서, 서로 겹친 코크스끼리의 단차나 경계가 많은 경우에는, 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 특징량과 이미 알려진 분율을 선형 회귀했을 때의 기울기 a 및 y 절편 b 는, 도 7 에서는, a = 4.89, b = -2.16 이고, 도 8 에서는, a = 35.6, b = -1.6 이었다. 또한, 여기서는 선형 회귀를 했지만, 다중 회귀나 비선형 회귀를 해도 된다.
본 발명에서는, 도 7 및 도 8 에 나타내는 바와 같은 특징량 (바람직하게는 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치) 과 이미 알려진 분율의 상관 관계에 기초하여 미리 계수 (관계식) 를 구해 두고, 이 계수에 의해 특징량 (바람직하게는 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치) 을 분율로 변환한다. 이로써 코크스의 분율을 높은 측정 정밀도 (예를 들어 측정 오차 σ 가 0.3 이하) 로 측정할 수 있다.
도 9 는, 상기 서술한 본 발명의 일 실시형태의 플로도이다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기와 같이, 특징량과 이미 알려진 분율의 상관 관계로부터, 특징량을 분율로 변환하기 위한 계수 (관계식) 를 미리 구해 둔다.
거리 측정 장치 (1) 에 의해 분율 측정 대상물인 괴상의 물질 (x) (예를 들어, 컨베이어로 반송되는 코크스 (xc)) 과의 거리를 측정하여 거리 데이터 (삼차원 형상 데이터) 를 취득한다 (스텝 S1). 이어서, 연산 장치 (2) 의 산출 수단 (2a) 에 있어서, 그 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하여 표준 편차 값을 구하고, 또한, 그 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 계산하고, 이것을 특징량으로 한다 (스텝 S2). 이어서, 연산 장치 (2) 의 변환 수단 (2b) 에 있어서, 그 특징량을 상기 이미 알려진 계수 (관계식) 를 사용하여 분율로 변환함으로써, 괴상의 물질 (x) 에 부착된 가루의 비율 (분율) 을 구한다 (스텝 S3).
그리고, 상기의 스텝 S1 을 소정 측정 간격으로 실시하고, 스텝 S1 에서 거리 데이터가 구해질 때마다, 스텝 S2, 스텝 S3 을 실시하여, 분율을 각각 구한다.
이와 같이 하여, 괴상의 물질 (x) 의 분율을 리얼타임으로 고정밀도로 측정할 수 있다.
상기 서술한 실시형태는, 본 발명을 고로에 장입되기 전의 코크스 (xc) 의 분율 측정에 적용한 것이지만, 본 발명은, 이것에 한정되지 않고 여러 가지 괴상의 물질 (x) 의 분율 측정에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 컨베이어 등으로 반송 중인 괴상의 물질 (x) (코크스, 광석 등) 의 분율을 리얼타임으로 측정하는 데에 바람직한 방법이지만, 정지 상태의 괴상의 물질 (x) 이 대상이어도, 거리 측정 장치 (1) 를 움직여 삼차원 형상을 측정하면, 정지 상태의 괴상의 물질 (x) 의 분율 측정에도 적용할 수 있다.
상기의 설명에서는, 부착 가루의 크기를 1 ㎜ 이하, 로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 적절히 결정해도 된다. 부착 가루가 1 ㎜ 이하 이외의 크기, 예를 들어 2 ㎜ 이하의 경우에도, 특징량과 분율의 상관 관계를 미리 구해 둠으로써, 분율을 측정할 수 있다.
1 ; 거리 측정 장치
2 ; 연산 장치
2a ; 산출 수단
2b ; 변환 수단
3 ; 호퍼
4 ; 체
5 ; 컨베이어
6 ; 표준 편차 필터
7 ; 출력용 행렬
8 ; 표준 편차 값의 최빈치
9 ; 서로 겹친 코크스의 단차·경계
10 ; 서로 겹친 코크스
11 ; 코크스 표면에 적용된 표준 편차 필터의 모식도
12 ; 코크스의 단차·경계에 적용된 표준 편차 필터의 모식도

Claims (12)

  1. 거리 측정 장치와 괴상의 물질 (x) 의 거리를 측정하는 스텝 (S1) 과,
    그 스텝 (S1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터로부터 거리 변동을 나타내는 특징량을 산출하는 스텝 (S2) 와,
    그 스텝 (S2) 에서 산출된 특징량을 특징량과 분율의 상관 관계에 기초하여 분율로 변환하는 스텝 (S3),
    를 갖는 분율 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스텝 (S2) 에서 산출되는 특징량은, 스텝 (S1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용함으로써 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값에 기초하는 것인, 분율 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    스텝 (S2) 에서 산출되는 특징량은, 스텝 (S1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용함으로써 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치인, 분율 측정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    표준 편차 필터의 필터 처리 범위가 10 × 10 화소 이하인, 분율 측정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스텝 (S1) 에서는, 상기 괴상의 물질 (x) 의 상방에 설치된 거리 측정 장치에 의해 상기 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는, 분율 측정 방법.
  6. 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 (1) 와,
    그 거리 측정 장치 (1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터로부터 거리 변동을 나타내는 특징량을 산출하는 산출 수단 (2a) 및 그 산출 수단 (2a) 에서 산출된 특징량을 특징량과 분율의 상관 관계에 기초하여 분율로 변환하는 변환 수단 (2b) 을 갖는 연산 장치 (2),
    를 구비하는 분율 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산출 수단 (2a) 은, 상기 거리 측정 장치 (1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하고, 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값에 기초하여 특징량을 산출하는, 분율 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 산출 수단 (2a) 은, 상기 거리 측정 장치 (1) 에서 화소마다 얻어진 거리 데이터에 표준 편차 필터를 적용하고, 얻어진 표준 편차 행렬 내의 표준 편차 값의 최빈치를 특징량으로서 산출하는, 분율 측정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 표준 편차 필터의 필터 처리 범위가 10 × 10 화소 이하인, 분율 측정 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치 (1) 는, 상기 괴상의 물질 (x) 의 상방에 설치되고, 상기 괴상의 물질 (x) 까지의 거리를 측정하는, 분율 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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