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2015 年度 実績報告書

レーザー3D形状解析によるソーティングシステムの高度化

研究課題

研究課題/領域番号 15H02851
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

古屋仲 茂樹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 研究グループ長 (60357035)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード廃棄物再資源化 / 環境技術 / スクラップ選別 / アルミニウム / 鉄 / ニューラルネットワーク / ベイズ統計理論
研究実績の概要

本研究では研究代表者らが開発した「レーザー3次元解析法によるソーティングシステム(ARENNAソータ)の大量処理性能を飛躍的に向上させることを目的としている。今年度は以下の検討を実施した。
(試料サンプリング及びデータベース構築)協力企業から「アルミ破砕スクラップ(約700個)」ならびに「鉄破砕スクラップ(約3000個)」のサンプル提供を受け、アルミについては、A:「展伸材」とB:「鋳造材」に、鉄については、A:「圧延鋼板」とB:「非圧延鋼板」にグループ分けしたものを選別試料とした。ARENNAソータの制御プログラムを改造し、アルミ破砕スクラップと鉄破砕スクラップについて、次の9種類の測定データと成分を記録した。重量(W)、体積(V)、面積(S)、縦長(L1)、横長(L2)、最大高(MH)、重心点高(OH)、周囲長(CL)、表面凹凸度(DX)、成分(A又はB)
(ベイズフィルタによる識別アルゴリズムの開発)9種類の測定データごとに、成分AとBの頻度分布に閾値(両成分間の頻度累積値の差が最大となる値)を設定し、閾値より大きな値を取る確率を算出した。ある試料について得られる9種の測定値をそれぞれ閾値と比較し、その測定値が出現する確率を記録、9種すべての測定値についての出現確率と事前確率(A,Bの存在比)の積を計算し、その値が大となる成分を識別結果として判断した。このようなベイズフィルタの計算フローをプログラム化して、「鉄スクラップ」が正しく識別される割合を評価した結果、正解率はAで70%、Bで80%程度となり、従来のニューラルネットワーク法よりもそれぞれ10ポイント程度低い値を示すことが分った。
(重量値不要、並列処理システムの開発)上述の通り、周囲長(CL)、表面凹凸度(DX)を加えた9種類の変数を用いた識別演算が可能となるようにソーティングシステムの制御プログラムを改造した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究項目として設定した、①試料サンプリング、データベース構築、②ベイズフィルタによる識別、③重量値不要・並列処理システム、のすべてにおいて当初の計画通りに進捗した。

今後の研究の推進方策

今後も引きつづき、外部企業の協力を得つつ、アルミ及び鉄の破砕スクラップの識別技術の開発を進める、次年度には、重量値不要・並列処理が可能かつ17種の識別変数の測定が可能なようにARENNAソータ制御プログラムをさらに改造し、ニューラルネットワーク法とベイズ法の識別特性を比較する。もし、ベイズ法の識別精度が90%に達しない場合は、ベイズフィルタの利用は測定データ中の異常値のスクリーニングに用いることを検討する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [学会発表] Mutual Separation of Aluminum Alloys by Combining Appearance Recognition with Neural Network Analysis (ARENNA) and Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Sorters2016

    • 著者名/発表者名
      張田真、大和田秀二、古屋仲茂樹、加藤由章、高杉篤美、葛谷幹夫
    • 学会等名
      Sensor Based Sorting & Control 2016
    • 発表場所
      アーヘン工科大学、アーヘン、ドイツ
    • 年月日
      2016-02-24
    • 国際学会
  • [学会発表] Automatic sorting of small electronic device scraps for rare metal recycling2015

    • 著者名/発表者名
      古屋仲茂樹
    • 学会等名
      EcoDesign 2015
    • 発表場所
      東京国際フォーラム、東京
    • 年月日
      2015-12-02
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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