特開 2024-152394 装入物の表面プロフィール検出装置及び操業方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152394

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】装入物の表面プロフィール検出装置及び操業方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/04 20060101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

G01B15/04 C

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066558

(22)【出願日】2023-04-14

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】593207271

【氏名又は名称】株式会社ＷＡＤＥＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】萱野 早衛

(72)【発明者】

【氏名】黒瀬 憲二

(72)【発明者】

【氏名】松本 幸一

(72)【発明者】

【氏名】井本 博之

【テーマコード（参考）】

2F067

【Ｆターム（参考）】

2F067AA53

2F067BB24

2F067CC07

2F067EE02

2F067HH02

2F067JJ02

2F067KK08

2F067NN04

2F067NN08

2F067NN09

2F067RR35

(57)【要約】

【課題】装入物の表面プロフィールを３次元的に検出するための装置構成をより簡素化して、安価な検出装置を提供する。また、このような検出装置を用い、検出結果を基に設備の容器への装入物の供給を行う操業方法を提供する。
【解決手段】装入物の表面プロフィール検出装置１００は、検出波Ｍを発信し、受信する送受信手段１０１と、送受信手段１０１に接続し、検出波Ｍを送信・受信するアンテナ１０４と、検出波Ｍを容器１の周方向に走査する周方向走査手段と、検出波Ｍを角度可変反射板１０６の傾動により容器１の径方向に走査する径方向走査手段とを備えるとともに、径方向走査手段は、周方向走査手段を駆動する駆動源により駆動される揺動機構（トラバースカム１２１）とスプライン１２３とにより角度可変反射板１０６を傾動させる。そして、周方向走査手段と径方向走査手段とを協働して装入物の表面プロフィールを３次元的に検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各種設備の容器の開口に設置され、前記容器に供給され、堆積している装入物の表面に向けて前記開口を通じて検出波を送信し、前記表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記検出波を発信し、受信する送受信手段と、
前記送受信手段に接続し、前記検出波を送信し、受信するアンテナと、
前記検出波を、前記容器の周方向に走査する周方向走査手段と、
前記検出波を、角度可変反射板の傾動により前記容器の径方向に走査する径方向走査手段と、を備えるとともに、
前記径方向走査手段は、前記周方向走査手段を駆動する駆動源により駆動される揺動機構とスプラインとにより前記角度可変反射板を傾動させるとともに、
前記周方向走査手段と前記径方向走査手段とを協働し、前記検出波で前記容器の周方向に走査しながら、前記容器の径方向に走査させることを特徴とする装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項2】

前記揺動機構は、トラバースカム又はクランク機構であることを特徴とする請求項１に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項3】

前記トラバースカムを、前記スプラインとは別に単独で駆動することを特徴とする請求項２に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項4】

前記容器と対向する底面に開口が形成された回転ケースを設けることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項5】

前記回転ケース内に、前記アンテナを収納し、前記アンテナを回転させないことを特徴とする請求項４に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項6】

前記回転ケース内に、前記アンテナからの前記検出波を角度固定反射板に送る角度固定板と、前記角度可変反射板と、前記角度可変反射板に連結するリンク機構とを収納し、前記角度固定反射板と前記角度可変反射板と前記リンク機構とを同時に回転させることを特徴とする請求項４に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項7】

前記検出波を透過する耐熱材料からなる断熱材で前記回転ケースの前記開口を覆うとともに、前記断熱材を半径方向に沿って前記容器側からパージガスを噴出して前記断熱材に付着した粉塵を除去することを特徴とする請求項４に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項8】

前記回転ケースを包囲して前記容器の前記開口に取りけられる外箱と、
前記容器の前記開口を塞ぎ、前記検出波を透過する耐熱材料からなるエアーフィルタと、を備えるとともに、
前記外箱に付設したパージガス取込口から取り入れたパージガスを、前記エアーフィルタから排出することを特徴とする請求項４に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項9】

前記周方向走査手段と、前記径方向走査手段の駆動を間歇的に停止し、停止位置にて複数回計測して平均値を求めることを特徴とする請求項１に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【請求項10】

請求項１～３及び９の何れか１項に記載の装入物の表面プロフィール検出装置による検出結果を基に、前記容器への前記装入物の供給を行うことを特徴とする操業方法。

【請求項11】

請求項４に記載の装入物の表面プロフィール検出装置による検出結果を基に、前記容器への前記装入物の供給を行うことを特徴とする操業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各種設備の容器内に堆積している装入物の表面プロフィールを３次元的に検出するための検出装置に関する。また、本発明は、前記検出装置を用いて操業する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉内の鉄鉱石やコークス、転炉内の溶鋼、ホッパー内の石炭、焼却炉内のゴミ、サイロ等の貯蔵庫内の穀物類等、各種設備の容器に装入され、堆積している装入物の表面に向けて検出波を送信し、その反射波を受信して装入物の表面プロフィールを検出するための検出装置が知られている。

【0003】

例えば高炉では、通常、炉頂から鉄鉱石とコークスとを交互に装入し、装入物の表面プロフィールが蟻地獄の如き逆錘状になるように装入操作を行う。このような高炉では、鉄鉱石やコークスの適正な堆積状態を形成することにより、炉内のガス流れが安定し、燃料費低減や炉体の長寿命化が可能となる。適正な堆積状態を得るためには、鉄鉱石やコークスの表面プロフィールを短時間で正確に測定し、予め求めておいた理論的な堆積状態、即ち「理論堆積プロフィール」となるように鉄鉱石やコークスを補給する必要がある。

【0004】

このような高炉の装入物の表面プロフィールを検出するために、本出願人も先に特許文献１に示す検出装置を提案している。特許文献１に記載の検出装置では、検出波の反射面の高炉側への傾斜角度を可変にした角度可変反射板と、角度固定反射板とを用いるとともに、角度可変反射板及び角度固定反射板を、高炉の開口部と水平に回動する回転板に取り付け、回転板を回動させることにより、高炉内に堆積していている装入物の表面プロフィールを線状又は面状に、迅速に検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６８５７９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の検出装置では、回転板を回動させながら、角度可変反射板の傾斜角度により高炉の径方向に検出波を送信する構成となっている。そのため、回転板を回動させるためのモータ（特許文献１の図２の符号１１３）と、角度可変反射板の傾斜角度を変えるためのモータ（特許文献１の図２の符号１２５）の２つのモータが必要になる。また、モータを制御するための制御手段も２つ必要になる。

【0007】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、装入物の表面プロフィールを３次元的に検出するための装置構成をより簡素化して、安価な検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような検出装置を用い、検出結果を基に設備の容器への装入物の供給を行う操業方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明は、下記（１）～（９）の装入物の表面プロフィール検出装置を提供する。

【0009】

（１） 各種設備の容器の開口に設置され、前記容器に供給され、堆積している装入物の表面に向けて前記開口を通じて検出波を送信し、前記表面で反射された前記検出波を受信して前記装入物の表面プロフィールを検出する検出装置であって、
前記検出波を発信し、受信する送受信手段と、
前記送受信手段に接続し、前記検出波を送信し、受信するアンテナと、
前記検出波を、前記容器の周方向に走査する周方向走査手段と、
前記検出波を、角度可変反射板の傾動により前記容器の径方向に走査する径方向走査手段と、を備えるとともに、
前記径方向走査手段は、前記周方向走査手段を駆動する駆動源により駆動される揺動機構とスプラインとにより前記角度可変反射板を傾動させるとともに、
前記周方向走査手段と前記径方向走査手段とを協働し、前記検出波で前記容器の周方向に走査しながら、前記容器の径方向に走査させることを特徴とする装入物の表面プロフィール検出装置。
（２） 前記揺動機構は、トラバースカム又はクランク機構であることを特徴とする（１）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（３） 前記トラバースカムを、前記スプラインとは別に単独で駆動することを特徴とする（２）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（４） 前記容器と対向する底面に開口が形成された回転ケースを設けることを特徴とする（１）～（３）の何れか１つに記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（５） 前記回転ケース内に、前記アンテナを収納し、前記アンテナを回転させないことを特徴とする（４）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（６） 前記回転ケース内に、前記アンテナからの前記検出波を角度固定反射板に送る角度固定板と、前記角度可変反射板と、前記角度可変反射板に連結するリンク機構とを収納し、前記角度固定反射板と前記角度可変反射板と前記リンク機構とを同時に回転させることを特徴とする（４）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（７） 前記検出波を透過する耐熱材料からなる断熱材で前記回転ケースの前記開口を覆うとともに、前記断熱材を半径方向に沿って前記容器側からパージガスを噴出して前記断熱材に付着した粉塵を除去することを特徴とする（４）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（８） 前記回転ケースを包囲して前記容器の前記開口に取りけられる外箱と、
前記容器の前記開口を塞ぎ、前記検出波を透過する耐熱材料からなるエアーフィルタと、を備えるとともに、
前記外箱に付設したパージガス取込口から取り入れたパージガスを、前記エアーフィルタから排出することを特徴とする（４）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。
（９） 前記周方向走査手段と、前記径方向走査手段の駆動を間歇的に停止し、停止位置にて複数回計測して平均値を求めることを特徴とする（１）に記載の装入物の表面プロフィール検出装置。

【0010】

また、上記課題を解決するために本発明は、下記（１０）の操業方法を提供する。

【0011】

（１０） （１）～（９）の何れか１つに記載の装入物の表面プロフィール検出装置による検出結果を基に、前記容器への前記装入物の供給を行うことを特徴とする操業方法。

【0012】

なお、以降の説明において、「装入物の表面プロフィール検出装置」を、単に「検出装置」ともいう。

【発明の効果】

【0013】

本発明の検出装置では、周方向走査手段及び径方向走査手段を備え、装入物の表面プロフィールを３次元的に検出できるとともに、周方向走査手段及び径方向走査手段の駆動源を共通化しているため、装置構成が簡素であり、安価である。

【0014】

また、本発明の操業方法では、装入物の表面プロフィールを３次元的に検出でき、各種の設備において装入物を的確に供給でき、良好な操業が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の検出装置に係る第１実施形態の装置構成を模式的に示す断面図である。

【図1A】図１Ａは、付着物除去用のパージガスを噴出するノズルの構造を示す図であり、図１Ａの（ａ）は、断熱材から見た上面図、図１Ａの（ｂ）は、図１Ａの（ａ）のＡ－Ａ矢視図、図１Ａの（ｃ）は、図１Ａの（ａ）のＢ－Ｂ矢視図である。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに示すノズルを用いた時の検出波Ｍの反射状態を示す模式図であり、図１Ａの（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。

【図1C】図１Ｃは、図１Ａに示すノズルを用いた時の検出波Ｍの反射状態を示す模式図であり、図１Ａの（ａ）のＤ－Ｄ断面図である。

【図2】図２は、本発明の検出装置に係る第２実施形態の装置構成を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、本発明の検出装置に係る第３実施形態の装置構成を模式図に示す断面である。

【図4】図４は、本発明の検出装置に係る第４実施形態の装置構成を、第１実施形態を基に示す模式図である。

【図5】図５は、本発明の検出装置の走査原理を示す模式図である。

【図6】図６は、第２実施形態において、クランク機構の動作を変えた時の走査線を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

【0017】

［検出装置］
（基本構成）
検出装置の基本構成は、検出波Ｍを容器の周方向に走査する周方向走査手段と、検出波Ｍを容器の径方向に走査する径方向走査手段とを備え、周方向走査手段及び径方向走査手段を共に稼働して検出波を容器の周方向に走査しながら、容器の径方向への走査を行う構成になっており、後述するように、容器内の装入物の挿入面の高さＺ（図５参照）と、角度可変反射板の反射面の傾斜角度を基に刻々と計算することにより、装入物の表面プロフィールを３次元的に検出することができる。また、周方向走査手段と径方向走査手段の駆動源を共通化している。

【0018】

（第１実施形態）
このような検出装置の例として、図１に要部断面図で示す検出装置１００を挙げることができる。なお、検出波Ｍは設備や装入物の種類により適宜選択されるが、ここでは、検出波Ｍとしてマイクロ波やミリ波を例示して説明する。マイクロ波やミリ波は、高温で、ミストや粉塵を伴う高炉のような設備でも好適に使用できる。

【0019】

図示されるように、検出波Ｍの発信及び受信を行う送受信手段１０１に、固定軸１０２の内部を挿通する導波管１０３を通じてアンテナ１０４が接続している。なお、同図では、アンテナ１０４には誘電体レンズ１０４ａが付随されており、アンテナ１０４の小型化や検出波Ｍの指向性を高めているが、誘電体レンズ１０４ａは必ずしも必要ではない。また、アンテナ１０４を図示されるホーンアンテナとする他にも、パラボラアンテナやカセグレンアンテナにすることもできる。

【0020】

アンテナ１０４の図中下方には、角度固定反射板１０５が配置されている。角度固定反射板１０５は、回転ケース１１５に収容されており、角度固定反射板１０５の反射面１０５ａは、アンテナ１０４のアンテナ面に対して、４５°傾斜して対向配置されている。

【0021】

また、角度固定反射板１０５と対向して、角度可変反射板１０６が配置されている。角度可変反射板１０６は、反射面１０６ａの傾斜角度が図中の符号Ｘで示す方向に可変する反射板である。この角度可変反射板１０６では、反射面１０６ａとは反対側の面（裏面）の中心に、リンク機構１２０の第１リンク１２４が固定されており、第１リンク１２４には第２リンク１２５が連結している。リンク機構１２０により、角度可変反射板１０６の反射面１０６ａが傾動する。

【0022】

回転ケース１１５は、天板１１６の図中の上から見た形状は小判形であり、天板１１６を囲むように側壁が連続している。そして、側壁の直線部分に、角度固定反射板１０５、角度可変反射板１０６及びリンク機構１２０が固定されている。また、天板１１６の中央が開口しており、開口部１１７に固定軸１０２が挿通される。そのため、アンテナ１０４は、回転ケース１１５の内部に吊り下げられた状態で収容される。

【0023】

固定軸１０２の外周面には、上下回転軸１１４が遊嵌されている。そして、上下回転軸１１４が、回転ケース１１５の開口部１１７に挿通される。また、上下回転軸１１４は、下端から回転ケース１１５の側壁１１８ａに向かってクランク状に延びており、先端が角度可変反射板１０６の第２リンク１２５に連結している。

【0024】

回転ケース１１５の開口部１１７には、中心に貫通口を有する円盤からなるギア１１３が一体に設けられている。ギア１１３には、モータ１１１のシャフトに取り付けたギア１１２が噛合しており、モータ１１１を駆動することにより、回転ケース１１５が図中のＹ方向に回転する。回転ケース１１５の回転は、ギア１３１を介して回転検出エンコーダ１３２により検出される。

【0025】

また、ギア１１３には、スプライン１２３が取り付けられており、スプライン１２３の内周面に上下回転軸１１４の外周面が取り付けられている。

【0026】

したがって、モータ１１１により回転ケース１１５をＹ方向に回転させると、角度固定反射板１０５、角度可変反射板１０６及びリンク機構１２０、上下回転軸１１４が同方向に共回りする。これにより、装入物に対して周方向への走査を行う。

【0027】

一方、アンテナ１０４は、回転ケース１１５の軸線が回転しても、固定軸１０２とともに回転せず、固定したままである。

【0028】

また、上下回転軸１１４の外周面には、トラバースカム１２１が取り付けられている。トラバースカム１２１は、シャフトに螺旋溝が加工されていて、両端でその螺旋溝が繋がって無限ループを形成している。そして、トラバースカム１２１が回転すると、トラバースカム１２１がシャフト上を一方の端部から他方の端部に向かう移動を繰り返し行う。この移動が「揺動」である。また、トラバースカム１２１の適所に、トラバースカム１２１のトラバースカム上下反転金具１２２が設けられている。なお、図１では、トラバースカム１２１が上端まで移動した状態を示しており、トラバースカム１２１が上端にくると方向が反転して下方に移動し、トラバースカム上下反転金具１２２により再び上方向に反転する。この上下方向への移動を符号Ｈで示すが、上下の移動量が上下検出エンコーダ１３３で検出され、制御される。

【0029】

このようなトラバースカム１２１の動作が、上下回転軸１１４を通じてリンク機構１２０に伝達され、リンク機構１２０の動きに連動して角度可変反射板１０６の反射面１０６ａの傾斜角が図中左右方向に変化する。そして、角度可変反射板１０６の傾動に伴い、検出波Ｍの送信角度θが変化する。検出波Ｍの送信角度θは、角度可変反射板１０６の反射面１０６ａの傾斜角が角度固定反射板１０５の反射面１０５ａの傾斜角と同じ４５°のときにゼロ（θ_０）となり、角度可変反射板１０６の反射面１０６ａが角度固定反射板１０５の反射面１０５ａに対して最大の仰角となったときに最大（θ_ｍａｘ）となる。このθ_ｍａｘは、容器の内径に応じて、適宜設定される。なお、θ_ｍａｘは、トラバースカム１２１の長さを変えたり、第１リンク１２４及び第２リンク１２５の長さを変えることにより、決めることができる。このように、角度可変反射板１０６の反射面１０６ａの傾動により、装入物に対して径方向への走査を行うことができる。

【0030】

また、回転ケース１１５が、外箱１４４に収容される。

【0031】

このように、周方向の走査を行う回転ケース１１５の回転を行う駆動源と、径方向の走査を行う上下回転軸１１４の上下方向へ移動を、トラバースカム１２１を介して行う駆動源とを、同一のモータ１１１で行うことができる。更に、モータ１１１は一方向に連続して回転するため、制御盤（図示せず）が不要となる。

【0032】

なお、検出装置１００は、外箱１４４を容器１の開口２に取り付けて使用されるが、容器１の内部の浮遊物が開口２から侵入する。そこで、検出装置１００の回転ケース１１５の底面１１８ｂの開口部１１９を、検出波Ｍを透過する耐熱材料からなる断熱材１４１で覆うとともに、断熱材１４１の容器側（図中の下側）にノズル１４２を配置し、パージガスＧを噴出して断熱材１４１の付着物を除去する。なお、回転ケース１１５の底面１１８ｂの開口部１１９は、回転ケース１１５が回転するため、図示されるように、角度可変反射板１０６の下方部分、即ち天板１１６の長軸の半分に相当する部分が開口していればよく、開口部１１９が断熱材１４１で覆われる。

【0033】

ノズル１４２による検出波Ｍの送信への影響を抑えるために、例えば図１Ａに示すノズル１４２を用いることが好ましい。なお、図１Ａは、ノズル１４２の構造を示す図であり、図１Ａの（ａ）は、断熱材１４１から見た上面図、図１Ａの（ｂ）は、図１Ａの（ａ）のＡ－Ａ矢視図、図１Ａの（ｃ）は、図１Ａの（ａ）のＢ－Ｂ矢視図である。

【0034】

図示されるように、ノズル１４２は、円形パイプ（円管）からなる本体部１４２ａから突出し、パージガスＧの噴出口（噴射口）１４２ｂに向かって徐々に広がる突出部１４２ｃから構成されている。本体部１４２ａにパージガスＧが供給され、突出部１４２ｃを通じて噴出口１４２ｂからパージガスＧを外部に噴出する。回転ケース１１５が回転するため、図示のように、パージガスＧは回転ケース１１５の半径に沿って噴出されればよい。

【0035】

また、図１Ｂは、図１Ａの（ａ）のＣ－Ｃ断面図、図１Ｃは、図１Ａの（ａ）のＤ－Ｄ断面図であるが、断熱材１４１を透過し、ノズル１４２に入射する検出波Ｍにおいて、図１Ｂに実線で示すように、検出波Ｍの一部は、ノズル先端の噴出口１４２ｂにより入射方向と同方向に反射される。この入射方向と同方向の反射波が、断熱材１４１を透過する検出波Ｍと干渉し、送受信手段１０１から送信される検出波Ｍの送信強度を減衰させる。

【0036】

そのため、噴出口１４２ｂで反射される検出波Ｍをより少なくするためには、噴出口１４２ｂの開口面積をより小さくすればよく、例えば噴出口１４２ｂを本体部１４２ａに沿って線状に配置するとともに、噴出口１４２ｂの開口形状を、図１Ａの（ａ）に示すように、本体部１４２ａの長手方向を長径とする横長にする。噴出口１４２ｂの短径が短いほど、噴出口１４２ｂで反射される検出波Ｍを少なくすることができる。また、図１Ｃに実線で示すように、噴出口１４２ｂと噴出口１４２ｂとの間では、検出波Ｍは本体部１４２ａの外周面で反射され、その一部が入射方向と同方向に反射される。このように、検出波Ｍの一部が、本体部１４２ａの長手方向に沿って、線状に反射される。

【0037】

一方、その他の検出波Ｍは、図１Ｂ及び図１Ｃに破線で示すように、本体部１４２ａの外周面により種々の方向に反射される、

【0038】

このように、入射方向と同方向に反射される検出波Ｍを、入射方向とは異なる方向に反射される検出波Ｍよりも少なくすることにより、ノズル１４２による反射波の影響を、実質的に排除することができる。

【0039】

（第２実施形態）
第１実施形態の検出装置１００では、「揺動機構」としてトラバースカム１２１を用いていたが、第２実施形態では図２に示すように、クランク機構２２０を用いることもできる。なお、図２では、クランク機構２２０以外は、第１実施形態の検出装置１００と同様であり、同じ符号を付して説明を省略する。

【0040】

図２に示すように、第２実施形態の検出装置２００において、モータ１１１はシャフトが貫通したものであり、シャフトの一端がギア１１２に接続し、他端がベベルギア２３２に接続している。ベベルギア２３２は、第１ベベルギア２３３と第２ベベルギア２３４とで構成される。そのため、モータ１１１が回転すると、回転ケース１１５とともに、第１ベベルギア２３３が同方向に回転し、第２ベベルギア２３４へと伝達される。

【0041】

クランク機構２２０は、第１クランク２２６と第２クランク２２７とで構成されている、そして、第１クランク２２６が第２ベベルギア２３４に連結し、第２クランク２２７が上下回転軸１１４に連結している。

【0042】

そして、第１ベベルギア２３３がモータ１１１により回転すると、第２ベベルギア２３４に回転が伝達され、図２の右側に示すように、第１クランク２２６がＲ方向に回転して、一点鎖線で示すように円運動する。それに伴って第２クランク２２７も円運動し、第２クランク２２７に連結している上下回転軸１１４が、符号Ｈで示すように上下に移動する。

【0043】

このように、周方向の走査を行う回転ケース１１５の回転を行う駆動源と、径方向の走査を行う上下回転軸１１４の上下方向へ移動を、クランク機構２２０を介して行う駆動源とを、同一のモータ１１１で行うことができる。

【0044】

（第３実施形態）
第１実施形態では、トラバースカム１２１を上下回転軸１１４に直接取り付けていたが、第３実施形態では図３に示すように、トラバースカム１２１Ａを独立して駆動することもできる。なお、図３では、トラバースカム１２１Ａ以外は、第１実施形態と同様であり、同じ符号を付して説明を省略する。

【0045】

図３に示すように、第３実施形態の検出装置３００において、モータ１１１にはトラバースカム１２１Ａを回転させるためのギア３１６、３１７が噛合している。そして、モータ１１１が回転して、トラバースカム上下反転金具１２２Ａが上下に移動して、上下回転軸１１４がＨ方向に上下に移動する。すると、ギア３１６、３１７が回転し、トラバースカム１２１Ａが回転してＨ方向に上下に移動する。なお、図３では、トラバースカム上下反転金具１２２Ａが上端まで移動した状態を示しており、トラバースカム上下反転金具１２２Ａが上端にくると、方向が反転して下方に移動し、トラバースカム上下反転金具１２２Ａにより再び上方向に反転する。

【0046】

また、トラバースカム上下反転金具１２２Ａが上下に移動している間に、ギア１１２、１１３が回転して回転ケース１１５がＹ方向に回転する。それと同時に、スプライン１２３が回転し、トラバースカム上下反転金具１２２Ａが上下に移動することにより、上下回転軸１１４が上下に移動し、角度可変反射板１０６が傾動する。第３実施形態ではトラバースカム上下反転金具１２２Ａが固定されていたが、第３実施形態ではトラバースカム上下反転金具１２２Ａが上下することが、第１実施形態とは異なる。

【0047】

この場合も、回転ケース１１５の回転を行う駆動源と、上下回転軸１１４の上下方向への移動を行う駆動源とを、同一のモータ１１１で行うことができる。

【0048】

また、第１実施形態と比べると、導波管１０３を短くすることができる。そのため、検出波Ｍが導波管１０３の内部を伝搬する際の減衰を少なくすることができ、検出装置３００の高さ方向の寸法が短くなり、装置全体を小型にすることができる。

【0049】

（第４実施形態）
上記の第１～３実施形態では、回転ケース１１５の開口部１１９を断熱材１４１で塞ぎ、ノズル１４２からパージガスＧを吹き付けて容器１からの粉塵の侵入及び付着物の除去を行っていたが、図４に示す構成とすることもできる。なお、図４は、第１実施形態の検出装置１００を例にして示すが、第２実施形態及び第３実施形態においても同様である。

【0050】

図示されるように、外箱１４４にパージガスＧを取り込むパージガス取込口１４５を付設する、また、容器１の開口２を、検出波Ｍを透過する耐熱性の材料からなるエアーフィルタ１４６で塞ぐ。なお。エアーフィルタ１４６の開口２側に、金網１４７を付設してもよく、金網１４７により大きな塊の粉塵からエアーフィルタ１４６を保護することができる。そして、パージガス取込口１４５から取り入れたパージガスＧを、エアーフィルタ１４６を通じて容器１の内部に排出する。このような構成により、エアーフィルタ１４６を通じて粉塵が侵入するのを防止するとともに、エアーフィルタ１４６に付着した粉塵を除去することができる。

【0051】

（走査原理）
上記した第１実施形態の検出装置１００、第２実施形態の検出装置２００及び第３実施形態の検出装置３００では、図５に模式的に示すように、回転ケース１１５をＹ方向に回転させながら、上下回転軸１１４を符号Ｈで示すように上下移動させて、検出波Ｍの周方向走査と径方向走査とを同時に行う。その際、検出波Ｍの送信角度θが０°（θ＝０）の時に上下回転軸１１４のＨ方向の位置が最高点にあり、検出波Ｍの送信角度が最大（θ＝θ_ｍａｘ）の時に上下回転軸１１４のＨ方向の位置が最低点にあるとすると、回転ケース１１５の回転に伴って上下回転軸１１４の上下位置が連続的に変わり、検出波Ｍの走査線Ｓは、θ＝０に相当する中心Ｃからθ_ｍａｘに相当する最外周の点Ｆに向かって渦巻きしながら向かう。そして、θ＝θ_ｍａｘに達すると、上下移動が反転し、Ｐから中心Ｃに渦巻きしながら向かう。この渦巻状の走査線Ｓに沿った測定点Ｐがあり、各測定点Ｐにおける位置情報と、送受信手段１０１から測定点Ｐまでの距離情報（送受信の時間差）とが得られ、装入物の表面プロフィールを３次元的に検出することができる。

【0052】

また、第２実施形態の検出装置２００では、第１ベベルギア２３３と第２ベベルギア２３４とのギア比を調整して、回転ケース１１５が１回転する間に角度可変反射板１０６の反射面１０６ａ（図１参照）を複数回傾斜させることができ、図６に示すように、走査線Ｓを花びら状にすることができる。

【0053】

第３実施形態でも、トラバースカム１２１Ａが別駆動されているため、ギア３１６、３１７のギア比を調整して、回転ケース１１５が１回転する間に角度可変反射板１０６（の反射面１０６ａ（図１参照）を複数回傾斜させることができ、図６に示す花びら状の走査線Ｓにすることができる。

【0054】

上記の走査において、モータ１１１を間歇的に停止させ、停止位置にて複数回（Ｎ回）繰り返して計測し、得られた受信データスペクトル波形を加算平均することにより、フロアノイズを１／√Ｎだけ下げることができる。この機能をつけると、アンテナ１０４の開口径をより小さくすることができ、省スペースにできる。なお、このノイズレベルを下げる方法については、例えば特許第７１４９０２６号公報を参照することができる。

【0055】

［操業方法］
本発明はまた、上記の検出装置１００、２００、３００を用いて各種装置を操業する方法に関する。即ち、検出装置１００、２００、３００を用い、設備の容器に供給され、堆積している装入物の表面プロフィールを３次元的に検出することにより、検出結果を基に装入物の供給を的確に行うことができ、安定した操業が可能になる。例えば、高炉では、鉄鉱石及びコークスの各供給量、「Ｏ／Ｃ」などの操業条件を調整することで、より安定した操業が可能になる。

【符号の説明】

【0056】

１００、２００、３００ 検出装置（装入物の表面プロフィール検出装置）
１０１ 送受信手段
１０２ 固定軸
１０３ 導波管
１０４ アンテナ
１０４ａ 誘電体レンズ
１０５ 角度固定反射板
１０６ 角度可変反射板
１１１ モータ
１１４ 上下回転軸
１１５ 回転ケース
１２０ リンク機構
１２１、１２１Ａ トラバースカム
１２２，１２２Ａ トラバースカム上下反転金具
１２３ スプライン
１３２ 回転検出エンコーダ
１３３ 上下検出エンコーダ
１４１ 断熱材
１４２ ノズル
１４５ パージガス取込口
１４６ エアーフィルタ
１４７ 金網
２２０ クランク機構
２２６ 第１クランク
２２７ 第２クランク
２３２ ベベルギア

【図1】

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】