TWI480509B - 突起物偵測裝置以及突起物偵測方法 - Google Patents

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Description

突起物偵測裝置以及突起物偵測方法
本發明是有關於一種對金屬面上的突起物進行偵測的突起物偵測裝置以及突起物偵測方法。本發明尤其是有關於一種對移動的金屬的金屬面上的突起物進行偵測的突起物偵測裝置以及突起物偵測方法。
在金屬的加工製程中，例如，在冷軋線或連續退火線等中，因根據鋼板(以下，亦稱作金屬條(stripe))的形狀或輥(roll)的形狀的不同，作用於鋼板的張力不均一等的各種原因，移動的鋼板會沿寬度方向產生稱作彎曲、變形(或者翹曲(buckling))的突起物。
當在鋼板發生變形時，若持續移動則變形的程度會增大，從而有可能引起鋼板的斷裂。若在加工製程中鋼板發生斷裂，則會明顯阻礙生產，因此必需在發生變形時之前發現該斷裂。
作為提前發現變形的方法，有利用工業用電視(Industrial Television，ITV)目視觀察的方法，或例如專利文獻1或專利文獻2所示，自設置於輥的一側面側的投光器照射雷射光等的平行光，並根據藉由設置於另一側面側的受光器所計測到的受光量等的變化來進行偵測的方法。
然而，在藉由ITV相機進行目視觀察的方法中，有因人為的失誤或圖像的不清晰等而發生漏看的可能性，又， 存在必需一直觀察監視器等的問題。又，如專利文獻1及2所揭示般的自輥側面照射平行光的方法中，因受到移動的鋼板的不均的影響，使得設置場所被限定在鋼板的不均較少的輥附近。此處，鋼板的不均是指相對於鋼板的面為垂直的方向上的位置變動。此外，還存在受光器與投光器的設置位置等的事前調整要耗費精力時間，或者因溫度或粉塵等周圍環境的影響而導致誤偵測等的問題。
如此一來，在金屬條的加工製程中，尚未開發出一種即便產生金屬條的不均且周圍的環境惡劣，亦可準確偵測出金屬條的變形的突起物(變形)偵測裝置以及突起物偵測方法。更一般而言，尚未開發出一種即便與移動中的金屬物體的移動方向不同的方向的位置發生變化且周圍的環境惡劣，亦可確實偵測出移動中的金屬物體面上的沿移動方向連續存在的突起物的突起物偵測裝置以及突起物偵測方法。
先行技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平6-294627號
專利文獻2：日本專利特開平9-257442號
因此，存在對於即便與移動中的金屬物體的移動方向不同的方向的位置發生變化且周圍的環境惡劣，亦可確實偵測出移動中的金屬物體面上的突起物的突起物偵測裝置以及突起物偵測方法的需求。
本發明的突起物偵測裝置對移動的金屬物體的面上的突起物進行偵測，且包括：發送用天線，放射電磁波；接收用天線，接收經反射的電磁波；以及發送接收信號處理部，對發送信號及接收信號進行處理。上述發送用天線及上述接收用天線具有單方向指向性，上述接收用天線被設置成並不捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面上的突起物反射的電磁波。
於本發明的突起物偵測裝置中，因發送用天線及接收用天線被設置成並不捕捉自發送用天線放射後由金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自發送用天線放射後由金屬面上的突起物反射的電磁波，故而能夠以高感度確實偵測到突起物。又，因使用電磁波，故而不易受到周圍的環境的影響。於本發明的突起物偵測裝置中，因發送用天線及接收用天線具有單方向指向性，故而能夠有效地偵測到在該單方向上存在的突起物。又，偵測範圍沿該單方向具有規定的擴展。因此，即便於金屬條的加工製程中的金屬條的不均等，而使移動的金屬物體的位置發生變化的情況下，亦不會受到位置變化的影響而可進行突起物的偵測。
於本發明的實施形態中，以上述發送用天線及上述接收用天線處理的電磁波的電場面均與上述金屬物體的移動方向平行的方式，而設置著上述發送用天線及上述接收用天線。
突起物主要沿金屬物體的移動方向生成，因此能夠被 具有與金屬物體的移動方向平行的電場面的電磁波更好地偵測到。
於本發明的實施形態中，上述發送用天線及上述接收用天線構成為，指向性增益(directional gain)為15至25dBi，且鄰接設置著，自上述發送用天線放射的電磁波相對於上述金屬面以40度至60度的角度而入射。
於電磁波相對於金屬面以60度以下的角度入射的情況下，接收用天線不捕捉由無突起物的金屬面反射的電磁波。又，於電磁波相對於金屬面以40度以上的角度入射的情況下，接收用天線可捕捉由突起物反射的電磁波。因此，根據本實施形態，接收用天線能夠僅捕捉由突起物反射的電磁波。
本發明的實施形態中，上述移動的金屬為金屬條。
根據本實施形態，即便產生金屬條的不均且周圍的環境惡劣，亦能夠確實偵測到金屬條的變形。
於本發明的實施形態中，上述信號處理部根據自放射電磁波起至接收電磁波為止的時間來偵測突起物的位置。
根據本實施形態，可獲得與突起物的位置相關的資訊。
於本發明的實施形態中，上述信號處理部根據上述突起物可能存在的位置的範圍，規定時間軸上的預定時間(gate)，僅於上述預定時間的範圍內偵測突起物。
根據本實施形態，能夠防止不可能存在突起物的位置的突起物的誤偵測。
於本發明的實施形態中，上述信號處理部根據對不存 在上述突起物的金屬面放射電磁波的情況下的反射波的信號，將上述突起物以外的對象物的反射波的信號除去。
根據本實施形態，藉由除去突起物以外的對象物的反射波的信號，而能夠以高精度偵測到突起物。
本發明的突起物偵測裝置在金屬面上偵測沿規定的方向連續的突起物，且包括：發送用天線，放射電磁波；接收用天線，接收經反射的電磁波；以及發送接收信號處理部，對發送信號及接收信號進行處理。上述發送用天線及上述接收用天線的指向性增益為15至25dBi，上述接收用天線被設置成不捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面上的突起物反射的電磁波。
於本發明的突起物偵測裝置中，發送用天線及接收用天線被設置成並不捕捉自發送用天線放射後由金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自發送用天線放射後由金屬面上的突起物反射的電磁波，因此能夠以高感度確實地偵測到突起物。又，因使用電磁波，故而不易受到周圍的環境的影響。於本發明的突起物偵測裝置中，因發送用天線及接收用天線的指向性增益為15至25dBi，故而偵測範圍具有規定的擴展。因此，即便於突起物的位置發生變化的情況下，亦可不受位置變化的影響而進行突起物的偵測。
本發明的對移動的金屬物體的面上的突起物進行偵測的突起物偵測方法包括下述步驟：藉由信號處理部生成發送信號；及藉由發送用天線來對上述移動的金屬物體的面 放射電磁波以作為發送信號。本方法更包括下述步驟：藉由接收用天線，不接收由上述移動的金屬物體的面反射的電磁波，而接收由上述移動的金屬物體的面上的突起物反射的電磁波，該接收用天線被設置成並不捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面上的突起物反射的電磁波；藉由上述信號處理部來對所接收的電磁波進行處理而生成接收信號；以及使用上述發送信號及上述接收信號來對上述移動的金屬物體的面上的突起物進行偵測。
於本方法中，接收用天線被設置成並不捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面反射的電磁波，而僅捕捉自上述發送用天線放射後由上述金屬面上的突起物反射的電磁波，因此能夠以高感度確實地偵測到突起物。又，因使用電磁波，故而不易受到周圍的環境的影響。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1是表示本發明的一實施形態的突起物偵測裝置100的構成的圖。突起物偵測裝置100包括發送用天線23、接收用天線24、發送接收信號處理部200以及信號輸出部250。發送接收信號處理部200生成要發送的信號，併發送給發送用天線23。發送用天線23將電磁波朝向測定對象物放射。此處，測定對象物為金屬面上的突起物305。接 收用天線24接收藉由測定對象物反射的電磁波。於本實施形態中，發送用天線23及接收用天線24鄰接而配置著。發送接收信號處理部200對所發送的信號及所接收的信號進行處理，並生成表示金屬面上的突起物的資訊的突起物信號。信號輸出部250將表示金屬面上的突起物的資訊的突起物信號轉換成所期望的形態後加以輸出。作為一例，信號輸出部250為顯示突起物的位置及大小的顯示器或通知突起物的發生的聲音警告器等。
其次，對發送接收信號處理部200進行說明。發送接收信號處理部200例如亦可使用日本專利特開2009-98097號公報所揭示的發送接收信號處理部。以下對發送接收信號處理部200的動作原理及構成的概要進行說明，此外，詳細情況已揭示於日本專利特開2009-98097號公報中。
首先，對發送接收信號處理部200的動作原理進行說明。發送接收信號處理部200發揮如下功能：藉由所發送的信號及由測定對象物反射後被接收的信號的時間差，來獲取測定對象物的有無、形狀以及位置等的資訊。
發送接收信號處理部200使用第1及第2偽隨機(pseudo random)信號。將第1偽隨機信號的重複頻率設為f1 ，第2偽隨機信號的重複頻率設為f2 ，各個偽隨機信號的圖案設為相同。此處，設為f1 >f2 。
若將根據發送的第1偽隨機信號與第2偽隨機信號的相關性而獲得的基準信號為最大值的週期設為TB ，則該TB 間所包含的第1偽隨機信號與第2偽隨機信號的波數 (wave number)的差正好成為1週期的波數N。
亦即，TB ．f1 =TB ．f2 +N，若將上述加以整理，則TB 為下述(1)式所示。
TB =N/(f1 -f2 )......(1)
亦即，2個時脈頻率的差越小，則基準信號為最大值的週期TB 越大。
發送接收信號處理部200利用第1偽隨機信號而將載波(carrier wave)相位調變後發送至發送用天線23。藉由發送用天線23發送的電磁波被對象物反射後由接收用天線24接收。將自發送起至接收為止的傳播時間設為τ。將自基準信號的脈衝狀信號發生時刻開始，計測到對象物偵測信號的脈衝狀信號發生的時刻所得的時間差設為TD ，上述對象物偵測信號是發送接收信號處理部200利用第2偽隨機信號來對該接收信號進行解調並實施同調檢測(coherent detection)所獲得。如此，TD 間產生的第2偽隨機信號的波數較TD 間產生的第1偽隨機信號的波數僅少了τ時間內產生的第1偽隨機信號的波數，因而下式成立。
TD ．f2 =TD ．f1 -τ．f1
若對上式進行整理，則TD 為下述(2)式所示。
TD =τ．f1 /(f1 -f2 )......(2)
亦即，傳播時間τ在時間上僅擴大了f1 /(f1 -f2 )倍，或者作為低速化的TD 而計測。
此處，就傳播時間τ而言，若將傳播速度設為v、至對象物為止的距離設為x，則根據τ=2x/v，並藉由(2)式可獲得如下的(3)式。
x=(f1 -f2 )．v．TD /(2f1 )......(3)
根據(3)式，時間差TD 與距離x相對應。
圖2是表示發送接收信號處理部200的概要的圖。發送接收信號處理部200包括微波處理部210及數位信號處理部。於圖2中，1、2為時脈發生器，3、4為偽隨機信號(PN(Pseudo Noise，偽雜訊)碼)發生器，5至9分別為乘法器(混合器(mixer))，例如包含雙平衡混波器(double balanced mixer)。此處，乘法器6作為載波的相位調變單元而使用。
10至12分別為低通濾波器。進行第1偽隨機信號與第2偽隨機信號的相關運算的第1相關運算單元包括乘法器5及低通濾波器10。進行第2偽隨機信號與接收信號的相關運算的第2相關運算單元包括乘法器7以及低通濾波器11及12。13、14為分配器，15、16為平方器(squarer)，17為加法器。正交檢測(quadrature detection)單元包括 乘法器8及9、平方器15及16、以及加法器17。
突起物信號生成部27根據低通濾波器10的輸出即基準信號、加法器17的輸出及相位偵測部31的輸出而生成突起物信號。相位偵測部31的輸出是為了提高至對象物為止的距離的精度而使用。
圖3是表示對低通濾波器10的輸入信號(I)、低通濾波器10的輸出信號(Ⅱ)、加法器17的輸出即偵測信號(III)以及基準信號(IV)的圖。基準信號為低通濾波器10的輸出信號。該些信號藉由上述符號而示於圖2中。
能夠藉由如上述般所取得的偵測信號來取得測定對象物的有無、形狀及位置等的資訊。
於上述實施形態中，在突起物偵測中使用了偽隨機信號方式。此外，在雷達(radar)技術中，亦可使用廣為人知的脈衝壓縮方式或頻率調變連續波(Frequency Modulated Continuous Wave，FM-CW)方式。
本實施形態的突起物偵測裝置中使用具有單方向指向性的天線。所謂具有單方向指向性的天線，是指僅朝規定的一個方向放射電波的天線。具體而言，為喇叭天線(horn antenna)或拋物線形天線(parabolic antenna)等。藉由使用具有單方向指向性的天線，能夠有效地偵測到存在於該單方向上的突起物。
圖4(a)、圖4(b)是表示本實施形態中所使用的發送用天線23及接收用天線24的構成的一例的圖。於本實施形態中，天線為角錐喇叭天線。作為表示天線的性能的 重要參數，有指向性增益。指向性增益是將放射為最大的放射角的能量強度作為以所有方向上均等放射電波的假想的等向性(isotropic)天線為基準的天線的增益而表示，單位為dBi。指向性增益越大則天線的指向性越尖銳。例如，若增大圖4(a)、圖4(b)的A、B及C，則指向性增益增加。又，指向性增益會受到電磁波的頻率，亦即波長的影響。電磁波自圖4(b)所示的開口面發送或者接收。
圖14是概念性地表示自發送用天線23放射的電磁波的電場面510及磁場面610的圖。電場面510與開口面垂直，且與長度A的開口面的短邊平行地形成。磁場面610與開口面垂直，且與長度B的開口面的長邊平行地形成。亦即，電場面510與磁場面610彼此正交。
圖15是表示天線的開口面與金屬條300的移動方向330的關係的圖。圖15是與金屬條的面垂直的剖面圖。於圖15中，金屬條300沿與紙面垂直的方向移動。圖15中附加於金屬條的中央的記號表示金屬條沿紙面的近前方向移動。以發送用天線23處理的電磁波的電場面510及接收用天線24處理的電磁波的電場面520均與金屬條300的移動方向平行的方式來設置發送用天線23及接收用天線24。於圖15中，金屬條的移動方向330為與紙面垂直的方向，因此若以長度A的開口面的短邊與紙面垂直的方式來設置發送用天線23及接收用天線24，則發送用天線23處理的電磁波的電場面510及接收用天線24處理的電磁波的電場面520是與金屬條的移動方向330平行。因突起物(變 形)沿著金屬條300的移動方向而生成，故而能夠藉由具有與金屬條300的移動方向平行的電場面的電磁波而更好地偵測到突起物。此處，電磁波沿與天線的開口面垂直的方向前進。電磁波的前進方向與金屬條的面的角度以θ來表示。關於θ將於以後進行說明。
圖16是表示天線與金屬條的移動方向330的關係的圖。於圖16中，金屬條300的面及天線的開口面是與紙面平行。亦即，圖16表示圖15的θ為90度的情況。實際上，如以後所說明般，θ較佳為40度至60度。於θ設為40度至60度的情況下，若以長度A的開口面的短邊與金屬條的中心軸340(亦即，金屬條的移動方向330)平行的方式來設置天線，則發送用天線23處理的電磁波的電場面510及接收用天線24處理的電磁波的電場面520是與金屬條的移動方向330平行。
本實施形態的突起物偵測裝置中所使用的電磁波的頻率範圍為3-30GHz(厘米帶(centimeter))及30-300GHz(毫米帶(millimeter))。若提高頻率，則解析度提高，偵測精度亦提高。然而，當天線的開口面積相同時，若提高頻率則指向性變狹，因此難以捕捉廣範圍的目標(target)。對此，將電磁波的頻率範圍設為上述範圍。具體而言，於本實施形態中，使用10GHz及24GHz的電磁波。
圖5(a)、圖5(b)是表示天線的指向性與偵測能力的關係的圖。圖5(a)表示指向性增益高的情況，圖5(b)表示指向性增益低的情況。於圖5(a)中，自發送用天線 23朝金屬條300而於405所示的範圍內放射電磁波。此處，由310來表示金屬條的寬度方向的中央位置。405所示的範圍因指向性增益高而縮小。因此，偵測範圍變窄。另一方面，偵測的解析度提高。於圖5(b)中，自發送用天線23朝金屬條300而於410所示的範圍內放射電磁波。410所示的範圍因指向性增益低而變寬。因此，偵測範圍變寬。另一方面，偵測的解析度降低。
另外，於本實施形態中，發送用天線23及接收用天線24於使金屬條的寬度方向的中央位置自310偏向任一端部的位置處大致鄰接而配置著。如上述般，發送用天線23及接收用天線24的開口面是與金屬條的移動方向，亦即，圖5(a)、圖5(b)的紙面的垂直方向平行。又，發送用天線23及接收用天線24的位置可互換。
於本實施形態中，圖5(a)、圖5(b)所示的距離L設為500至1200mm，假設可對金屬條上的相當於直徑3mm的金屬棒的突起物進行偵測，則將指向性增益的範圍設為15dBi以上25dBi以下。於指向性增益小於上述下限值的情況下，難以獲得用於偵測上述大小的突起物的解析度。而且，於指向性增益大於上述上限值的情況下，無法獲得寬度方向的充分的偵測範圍。
圖6及圖7是用於說明金屬面與藉由天線23而放射的電磁波所成的角度θ與電磁波的行為的關係的圖。圖6表示金屬條300上不存在突起物的情況，圖7表示金屬條300上存在突起物305的情況。在圖6所示的情況下，當角度 θ為規定的範圍時，由天線23而放射的電磁波415被金屬條300的面反射後成為反射波420，且不會被接收用天線24所接收。在圖7所示的情況下，當角度θ為規定的範圍時，由天線23放射的電磁波的一部分425與圖6所示的情況相同，被金屬條300的面反射後成為反射波430，且不會被接收用天線24所接收。然而，由天線23放射的電磁波的另一部分435被突起物305反射後成為反射波440，且會被接收用天線24所接收。本申請案的發明者獲得如下見解：於角度θ為40度至60的情況下，接收用天線24於圖6的情況下不會偵測到反射波，於圖7的情況下能夠確實地偵測到來自突起物305的反射波。於角度θ小於下限值時，在圖7的情況中來自突起物305的反射波的成分減小，會產生接收用天線24無法偵測到上述反射波的成分的情況。當角度θ大於上限值時，於圖6的情況下可能出現接收用天線24偵測到來自金屬條300的面的反射的情況。角度θ與突起物偵測性能的關係將於以下進行詳細說明。
圖8(a)~圖8(d)是表示在圖7的情況下，改變天線與突起物的距離時的角度θ與突起物偵測裝置的輸出的關係的圖。圖8(a)~圖8(d)的各圖的橫軸表示角度θ，縱軸表示突起物偵測裝置的輸出(偵測位準)。
電磁波的頻率為24GHz。天線的指向性增益為20dBi。測定對象物為以下所示。
[表1]
圖8(a)~圖8(d)是距離L為500mm、700mm、1000mm、1200mm的情況。根據圖8(a)~圖8(d)，N1、N2以及J1中，作為一例，將偵測位準的臨界值設為0.2V至0.5V的範圍的任意的值時可充分地進行偵測。然而，就N1而言，隨著角度θ減小而輸出減小，因此較佳為角度θ為40度以上。另外，認為於角度θ為60度的情況下，亦可根據40度至55度的資料來進行推定而充分地進行偵測。
圖9是表示圖6的情況下的角度θ與突起物偵測裝置的輸出(偵測位準)的關係的圖。圖9的橫軸表示角度θ，縱軸表示突起物偵測裝置的輸出。電磁波的頻率為24GHz。如上述般，作為一例，用於突起物偵測的輸出的臨界值為0.2V至0.5V的範圍的任意值。圖9表示距離L為500mm、700mm、1000mm、1200mm的資料。在為任一距離的情況下，若角度θ超過60度，則輸出會增大。其原因在於，如上述般來自金屬條300的反射會被接收用天線24偵測到。因此，如上述般，較佳為角度θ為60度以下。
根據圖8(a)~圖8(d)及圖9所示的資料，如上述般，角度θ較佳為40度以上60度以下。
將基於上述結果的突起物偵測裝置的規格的一例示於 以下的表2中。
此處，對發送用天線23及接收用天線24的方向進行說明。變形主要在金屬條的寬度方向的中央位置附近沿著金屬條的前進方向而產生。因此，若以發送用天線23及接收用天線24的開口面與金屬條的移動方向平行的方式來設置發送用天線23及接收用天線24，則來自發送用天線23的電磁波與開口面垂直地前進，且與變形的方向，亦即金屬條的前進方向垂直地入射，反射後到達接收用天線的開口面。此處，「垂直」並不僅指嚴格意義上的垂直，也可包含獲得來自突起物(變形)的充分大小的反射的包括90度在內的角度範圍。藉由以此方式來設置發送用天線23及接收用天線24，能夠確實地捕捉來自金屬條的寬度方向的中央位置附近所產生的變形的反射。
圖10是表示藉由發送接收信號處理部200來對由以上述方式設定的發送用天線23及接收用天線24所獲得的反射波的信號進行處理而得的突起物信號的圖。圖10的橫軸表示資料的取樣數。資料的取樣數與時間相對應。圖10 的縱軸表示信號的大小。突起物信號由401而表示。圖10中除突起物信號401之外，亦有來自突起物305以外的物體的反射信號403及405。該些信號例如為由設置於金屬條300的周圍的裝置等所反射的信號。突起物(即，變形)305在大多情況下是在金屬條300的寬度方向的中央位置附近產生。於圖10中，由310來表示金屬條300的寬度方向的中央位置。因此，在時間軸上，於包含金屬條300的寬度方向的中央位置310在內的規定的區域設置有預定時間(gate)範圍，亦可僅將預定時間範圍內的信號作為突起物信號來進行處理。作為一例，該預定時間範圍亦可設為金屬條300的寬度的30%至70%的值。若如圖10所示來規定該預定時間範圍，則可除去信號403及信號405。
圖11是用以說明多餘信號除去方法的圖。圖11的上側的圖是表示藉由發送接收信號處理部200對在無突起物的狀態下，亦即圖6所示的狀態下，藉由發送用天線23及接收用天線24所獲得的反射波的信號進行處理所得的信號的圖。圖11的橫軸表示資料的取樣數。資料的取樣數與時間相對應。圖11的縱軸表示信號的大小。圖11的上側的圖中有來自突起物305以外的物體的反射信號。將該些信號稱作多餘信號407及409。另外，為了易於理解，圖11中將多餘信號的大小放大而表示。圖11的下側的圖表示將多餘信號的符號設為相反的信號。將該些信號稱作負的多餘信號。亦即，若將多餘信號407及對應的負的多餘信號411相加則為零，若將多餘信號409及對應的負的 多餘信號413相加則為零。
發送接收信號處理部200的突起物信號生成部27對在無突起物的狀態下所獲得的負的多餘信號411及413加以預先記憶，且將該些經記憶的負的多餘信號與偵測信號(圖2的(III))相加，從而生成突起物信號。根據上述方法，時間軸上的位置與突起物信號重合，從而亦可除去無法根據預定時間除去的多餘信號。
圖12是表示發送接收信號處理部200的突起物信號生成部27的動作的流程圖。
於圖12的步驟S010中，判斷是否接收到基準信號(圖3的信號(IV))。若接收到該基準信號，則進入步驟S030。若尚未接收到該基準信號，則進入步驟S020。
於圖12的步驟S020中，在規定的時間延遲後，回到步驟S010。
於圖12的步驟S030中，對接收到基準信號起算的時間加以記憶。
於圖12的步驟S040中，判斷時間是否處於預定時間範圍內。若時間處於預定時間範圍內，則進入至步驟S050。若時間並不處於預定時間範圍內則進入至步驟S060。
於圖12的步驟S050中，將該時間的偵測信號(圖3的信號(III))的值設為輸出。
於圖12的步驟S060中，將輸出設為0而進入至步驟S080。
於圖12的步驟S070中，進行多餘信號除去處理。具體而言，將負的多餘信號與步驟S050中所得的輸出相加後設為輸出。
於圖12的步驟S080中，對時間是否處於偵測範圍內進行判斷。若時間處於偵測範圍內，則回到步驟S030。則時間並不處於偵測範圍內，則結束處理。
圖13是用於說明金屬條的移動中的與面垂直方向的位置變化(不均)的圖。不均的大小在金屬條300的寬度方向端部最大達到約20mm(圖13的320及325)。在金屬條的寬度方向中央位置310附近，最大約10mm(圖13的315)。於圖13中，由360來表示發送用天線23的電磁波的放射範圍，由370來表示接收用天線24的接收範圍。又，由365來表示突起物偵測範圍。於突起物偵測範圍365內，即使於金屬條300朝向面的垂直方向改變了10mm位置的情況下，亦可確認突起物偵測裝置的輸出與無不均的情況大致相同。認為其理由在於，因藉由不均而將金屬條300的面的角度保持為大致固定，故而來自面的反射的狀態及來自突起物的反射的狀態並無變化。本發明的突起物偵測裝置使用的是如上述般具有某程度的擴展的偵測範圍365內的反射，因此與使用規定的位置的資訊的雷射方式等相比，對於板的不均較為穩固(robust)。
於上述實施形態中，已對產生突起物的金屬為移動的金屬條的情況進行了說明。於其他實施形態中，金屬例如只要為包含反射電磁波的面的形狀即可，亦可為管狀或棒 狀等其他形狀。又，本發明相對於測定對象物的位置的變動及周圍的環境較為穩固，因此對於移動中的測定對象物尤其適合使用，亦可適用於靜止的測定對象物。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1、2‧‧‧時脈(PN碼)發生器
3、4‧‧‧偽隨機信號(PN碼)發生器
5~9‧‧‧乘法器
10~12‧‧‧低通濾波器
13、14‧‧‧分配器
15、16‧‧‧平方器
17‧‧‧加法器
21‧‧‧發送器
23‧‧‧發送用天線
24‧‧‧接收用天線
27‧‧‧突起物信號生成部
31‧‧‧相位偵測部
100‧‧‧突起物偵測裝置
200‧‧‧發送接收信號處理部
210‧‧‧微波處理部
250‧‧‧信號輸出部
300‧‧‧金屬條
305‧‧‧突起物
310‧‧‧金屬條的寬度方向的中央位置
315、320、325‧‧‧不均
330‧‧‧移動方向
340‧‧‧中心軸
360‧‧‧發送用天線23的電磁波的放射範圍
365‧‧‧突起物偵測範圍
370‧‧‧接收用天線24的接收範圍
401‧‧‧突起物信號
403、405‧‧‧反射信號
407、409‧‧‧多餘信號
410‧‧‧範圍
411、413‧‧‧負的多餘信號
420、430、440‧‧‧反射波
425‧‧‧電磁波的一部分
435‧‧‧電磁波的另一部分
510、520‧‧‧電磁波的電場面
610‧‧‧電磁波的磁場面
A、B‧‧‧長度
f1 ‧‧‧第1偽隨機信號的重複頻率
f2 ‧‧‧第2偽隨機信號的重複頻率
L‧‧‧距離
TD ‧‧‧時間差
TB ‧‧‧週期
θ‧‧‧角度
圖1是表示本發明的一實施形態的突起物偵測裝置的構成的圖。
圖2是表示發送接收信號處理部的概要的圖。
圖3是表示對低通濾波器10的輸入信號(I)、低通濾波器10的輸出信號(Ⅱ)、加法器17的輸出即偵測信號(III)、以及基準信號(IV)的圖。
圖4(a)、圖4(b)是表示本實施形態中所使用的發送用天線及接收用天線的構成的一例的圖。
圖5(a)、圖5(b)是表示天線的指向性增益與偵測能力的關係的圖。
圖6是用於說明在金屬條上不存在突起物的情況下，金屬面與由天線放射的電磁波所成的角度θ與電磁波的行為的關係的圖。
圖7是用於說明在金屬條上存在突起物的情況下，金屬面與由天線放射的電磁波所成的角度θ與電磁波的行為的關係的圖。
圖8(a)~圖8(d)是表示在圖7的情況下改變天線與突起物的距離時的角度θ與突起物偵測裝置的輸出的關係的圖。
圖9是表示圖6的情況下的角度θ與突起物偵測裝置的輸出的關係的圖。
圖10是表示藉由發送接收信號處理部對由發送用天線及接收用天線所獲得的反射波的信號進行處理而得的突起物信號的圖。
圖11是用於說明多餘信號除去方法的圖。
圖12是表示發送接收信號處理部的突起物信號生成部的動作的流程圖。
圖13是用於說明金屬條的移動中的與面垂直方向的位置變化的圖。
圖14是概念性地表示自發送用天線放射的電磁波的電場面及磁場面的圖。
圖15是表示天線的開口面與金屬的移動方向的關係的圖。
圖16是表示天線與金屬條的移動方向的關係的圖。
23‧‧‧發送用天線
24‧‧‧接收用天線
100‧‧‧突起物偵測裝置
200‧‧‧發送接收信號處理部
250‧‧‧信號輸出部
300‧‧‧金屬條
305‧‧‧突起物

Claims (7)

  1. 一種突起物偵測裝置，對移動的金屬條的面上的突起物進行偵測，包括：發送用天線，放射電磁波；接收用天線，接收經反射的電磁波；以及發送接收信號處理部，對發送信號及接收信號進行處理，上述發送用天線及上述接收用天線是構成為在自金屬條的寬度方向的中央位置偏向任一端部的位置處，且其開口面以與上述金屬條的移動方向平行的方式而鄰接配置，自上述發送用天線放射之沿著與上述發送用天線及上述接收用天線的開口面垂直前進的電磁波是相對於上述金屬條的面，以40度至60度的角度而入射，且上述發送用天線及上述接收用天線更以具有單方向性，且偵測範圍沿在上述單方向性具有規定的擴展。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之突起物偵測裝置，其中自上述開口面到上述金屬條的中央位置的距離L為500至1200mm，上述發送用天線及上述接收用天線構成為，指向性增益為15至25dBi。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之突起物偵測裝置，其中上述發送接收信號處理部是構成為，將發送的電磁波以重複頻率f1 的第1偽隨機信號來調變，而接收的電磁波 以具有和上述第1偽隨機信號相同的圖案且比重複頻率f1 的低的重複頻率f2 的第2偽隨機信號來調變。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之突起物偵測裝置，其中上述信號處理部根據自放射電磁波起至接收電磁波為止的時間來偵測突起物的位置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之突起物偵測裝置，其中上述信號處理部根據上述突起物可能存在的位置的範圍，對時間軸上的預定時間作出規定，且僅於上述預定時間的範圍內偵測突起物。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之突起物偵測裝置，其中上述信號處理部根據對不存在上述突起物的金屬條面放射電磁波的情況下的反射波的信號，將上述突起物以外的對象物的反射波的信號除去。
  7. 一種突起物偵測方法，對移動的金屬條的面上的突起物進行偵測，包括下述步驟：藉由信號處理部生成發送信號；藉由發送用天線來對上述移動的金屬條的面放射電磁波以作為發送信號，其中所述發送用天線是在自金屬條的寬度方向的中央位置偏向任一端部的位置處，且其開口面以與上述金屬條的移動方向平行的方式而設置，且指向性增益為15至25dBi，藉此所述電磁波為沿著與上述開口面 垂直前進，且以相對於上述移動的金屬條的面，以40度至60度的角度而入射；藉由接收用天線，接收由上述移動的上述金屬條的面上的突起物反射的電磁波，其中所述接收用天線是在自金屬條的寬度方向的中央位置偏向任一端部的位置處，且其開口面以與上述金屬條的移動方向平行且與上述發送用天線鄰接的方式而設置，且指向性增益為15至25dBi；藉由上述信號處理部來對所接收的電磁波進行處理而生成接收信號；以及使用上述發送信號及上述接收信號來對上述移動的上述金屬條的面上的突起物進行偵測。
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