AT410599B - Vorrichtung und verfahren zum erfassen der grösse von partikeln - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Grösse und gegebenenfalls Form von Partikeln einer Partikelmenge mit wenigstens einer Bildaufnahmeeinrichtung, einer Lichtquelle, sowie einer Zuführeinrichtung für die Partikel menge, und mit einer Fördereinrichtung mit einer AuflageflÅache, an der die Partikel während der Bilderfassung anliegen, und ein Verfahren zum Erfassen der Grösse und gegebenenfalls Form von Partikeln einer Partikelmenge, bei dem die Partikel von einer Lichtquelle beleuchtet werden und an einer definierten Auflagefläche anliegend an wenigstens einer Bildaufnahmeeinrichtung vorbeigeführt und von dieser erfasst werden. 



   Das Ermitteln der Formverteilung und der Grössenverteilung von Partikeln von trockenen,   schüttbaren   Partikelmengen gestaltet sich sehr schwierig, da die Partikel meist eine unregelmässige Form aufweisen und für die erforderliche, statistische Genauigkeit eine sehr grosse Partikelmenge erfasst werden muss. 



   Aus der DE 198 02141 A und der EP 518 188 A sind Verfahren zum Bestimmen der Partikelgrössenverteilung von Partikelgemischen bekannt, bei denen die Partikel im freien Fall zwischen einer Lichtquelle und einer Bilderfassungseinrichtung durchfallen. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen ist allerdings, dass im freien Fall keine eindeutig definierten Bedingungen herrschen, da die Fallgeschwindigkeit variieren kann und die Lage der Partikel zur Bilderfassungseinheit weitgehend undefiniert ist. 



   Aus der US-5, 157, 976 A ist eine gattungsgemässe Vorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden die Partikel auf einem Förderband liegend unter einer Kamera vorbeigeführt, die unter anderem die Grösse der Partikel erfassen kann. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist 
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 aufweisen, dass Partikel mit einer derartigen Grösse erfasst werden können. Damit so kleine Parti-   kei   erfasst werden können ist es erforderlich, dass diese exakt im Brennpunkt der Bildaufnahmeeinrichtung an dieser vorbeigeführt werden, wobei der Schärfentiefebereich einer Kamera bei einer so hohen Vergrösserung nur äusserst klein ist.

   Durch die ungleichmässige Bewegung des   Förder-   bandes in "Blickrichtung" der Kamera befinden sich die Partikel aber nicht immer im Bereich der Kamera mit hoher Tiefenschärfe, so dass die für sehr kleine Körner erforderliche starke   Vergrösse-   rung und gleichzeitig "scharfe" Erfassung der Partikel nicht möglich ist. 



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Grösse von Partikeln einer Partikelmenge anzugeben, die möglichst einheitliche Bedingungen während des Erfassungsvorganges bieten. 



   Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6. 



   Dadurch, dass die Partikel erfindungsgemäss während des Erfassungsvorganges an einer Auflagefläche einer Fördereinrichtung anliegen, ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel während des Erfassungsvorganges genau definiert und einstellbar. Des weiteren kommen die Partikel im allgemeinen so an der Auflagefläche zu liegen, dass sich die Ebene der grössten Erstreckung der Partikel automatisch weitgehend parallel zur Auflagefläche ausrichtet, so dass die Partikel in ihrer grössten Erstreckungsebene sehr genau erfasst werden können. Ober entsprechende Programmeinstellungen kann dann die Erstreckung der Partikel in der Richtung normal zur Auflagefläche bzw. grössten Erstreckungsebene anhand von statistischen Erfahrungswerten berechnet werden, was wesentlich genauere Ergebnisse ergibt, als wenn die Lage der Partikel, wie im freien Fall, völlig undefiniert ist. 



   Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Abstand zwischen den Partikeln und der Bildaufnahmeeinrichtung viel genauer als im freien Fall eingestellt werden kann, weil die Partikel bei der Erfindung an einer Auflagefläche aufliegen. Des weiteren wird dadurch garantiert, dass sich auch sehr kleine Partikel im Schärfentiefenbereich des verwendeten Objektivs der Bildaufnahmeeinrichtung befinden. Damit kann eine scharfe Abbildung der Partikel gewährleistet werden. 



   Insbesondere da die Fördereinrichtung eine rotierende Scheibe ist, ist diese einerseits technisch einfach herstellbar und ermöglicht anderseits einen präzisen Abstand zur Bildaufnahmeeinrichtung. 



   Grundsätzlich ist es möglich, die Auflagefläche entweder vertikal, oder horizontal oder in beliebigen anderen Lagen anzuordnen. 



   Bevorzugt ist allerdings, wenn die Auflagefläche der Fördereinrichtung für die Partikel in einer 

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 horizontalen Ebene liegt. Die Partikel werden dann alleine durch die Schwerkraft gegen die Aufla- gefläche gedrückt und wie bereits oben beschrieben, mit ihrer Ebene der grössten Erstreckung weitgehend parallel zur   Auflagefläche   ausgerichtet. 



   Falls die Auflagefläche nicht horizontal ausgerichtet ist, kann es hilfreich oder notwendig sein, zusätzliche Massnahmen vorzusehen, um die Partikel in Anlage an die Auflagefläche zu halten. 



   Diese hängen natürlich von den Eigenschaften der Partikel ab und können   z. B.   elektromagnetische oder elektrostatische Massnahmen umfassen, welche die Partikel gegen die Auflagefläche drücken. 



   Es versteht sich, dass derartige Massnahmen unterstützend auch bei einer horizontalen Ausrichtung der Auflagefläche vorgesehen sein können. 



   Zum Zuführen der Partikelmenge zur Fördereinrichtung hat sich eine Schüttelrutsche bewährt, deren Fördervolumen je Zeiteinheit so regelbar ist, dass die je Zeiteinheit an der Bildaufnahmeein- richtung vorbeigeführt Zahl der Partikel - innerhalb gewisser zulässiger Abweichungen - einem
Sollwert entspricht. 



   Eine wesentliche Bedeutung kommt bei der Erfindung der Beleuchtung zu, da von dieser das exakte Erfassen der Kontur der Partikel abhängt. Dies gilt besonders für fast vollständig transpa- rente oder auch nur teilweise transparente Partikel, da deren Kontur naturgemäss nur einen von der Transparenz abhängigen, mehr oder weniger grossen Kontrast aufweist. 



   Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, dass besonders gute Lichtverhältnisse geschaffen werden können, wenn die Fördereinrichtung transparent, insbesondere milchig transparent ist und die Lichtquelle auf der der Auflagefläche gegenüberliegenden Seite und die Bildaufnahmeeinrichtung auf der der Auflagefläche zugewandten Seite der Fördereinrichtung liegt. 



   Auf diese Weise kann eine sehr homogene Grundbeleuchtung erzeugt werden, die auch das Erfassen von Konturen fast vollständig transparenter Partikel z. B. Diamantstaub, ermöglicht. 



  Ausserdem wird dadurch eine gewisse Unabhängigkeit von der Farbe der Partikel geschaffen. 



   Um das möglichst genaue Erfassen von unterschiedlichen Grössenbereichen von Partikeln zu ermöglichen, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass zwei Bildaufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind, die in unterschiedlichem Abstand zur Auflagefläche angeordnet sind. 



   Um das Erfassen der Grösse bzw. Form der Partikel noch genauer durchführen zu können, wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass zwei Bildaufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind, die den selben Bildbereich auf der Auflagefläche aus unterschiedlichem Winkel erfassen. Durch die Anordnung von zwei Kameras, die den selben Bildbereich aus unterschiedlichen   Blickwinkeln   aufnehmen, ist es möglich, von jedem Partikel ein dreidimensionales Bild zu erfassen, das eine noch genauere Berechnung der Form bzw. Grösse der Partikel ermöglicht. 



   Es versteht sich, dass die Anordnung von zwei Bildaufnahmeeinrichtungen, die den selben Bildbereich aus unterschiedlichen Winkeln aufnehmen, mit der weiter oben erwähnten Anordnung von mehreren Bildaufnahmeeinrichtungen, die in unterschiedlichem Abstand zur Auflagefläche angeordnet sind, kombiniert werden kann. 



   Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche. 



   Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung. Es zeigt : Fig. 1 eine Ausführungform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, teilweise im Schnitt und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 

Claims (7)

1. In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, die als wesentlichste Teile eine drehbar gelagerte Milchglasscheibe 1, eine Lichtquelle 2 unterhalb der Milchglasscheibe 1, zwei Kameras 3 und 4 oberhalb der Milchglasscheibe 1 bzw. der Lichtquelle 2 und eine Zuführeinrichtung 5 für die Partikelmenge aufweist. Die Milchglasscheibe 1 ist an einer Rahmenplatte 6 drehbar gelagert und wird mit Hilfe eines Antriebsmotors 7 in Richtung des Pfeiles 8 angetrieben. Die Lichtquelle 2 besteht einmal aus einer Halogenlampe 18, die unter der näheren Kamera 3 angeordnet und das andere Mal aus einem Leuchtdiodenfeld 17, das unter der entfernteren Kamera 4 angeordnet ist. Die Kameras 3 und 4 sind beispielsweise CCD-Kameras, die in unterschiedlichen Abständen von der Milchglasscheibe 1 angeordnet sind. Dadurch ergeben sich unterschiedlich grosse Bildbe- <Desc/Clms Page number 3> reiche und auch unterschiedlich hohe Auflösungen, so dass Partikel in einem sehr, breiten Grössenbereich von beispielsweise 40 p. m bis zu 20 mm aufgenommen werden können., Zum Zuführen der Partikelmenge auf die Milchglasscheibe 1 ist ein Trichter 9 mit einem Verbindungsschlauch 10 vorgesehen, durch den die Partikel auf eine Rüttelrinne 11 fallen. Die Rüttelrinne 11 ist zur Milchglasscheibe 1 hin geringfügig geneigt und wird von einem Rüttler 12 in Schwingung versetzt. Die Frequenz des Rüttlers 12 ist einstellbar, wodurch die Anzahl der Partikel je Zeiteinheit, die auf die Milchglasscheibe 1 fallen, steuer- bzw. regelbar ist. Die Partikel fallen auf eine Auflagefläche 13 der Milchglasscheibe 1 und kommen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit mit ihren zwei grössten Achsen weitgehend parallel zur Auflagefläche 13 zu liegen. Da für den Auswertealgorhitmus immer der grösstmögliche Partikelquerschnitt sichtbar ist, kann somit die Partikelgrössen- und Formanalyse mit sehr guter Genauigkeit durchgeführt werden. Der Stellwert für den Regelkreis zum Zuführen der Partikel wird über die Anzahl der vom Auswerteaigorhitmus ermittelten Partikel je Zeiteinheit sowie aus der durch die Partikel abgedeckten Fläche bestimmt, so dass sehr konstante Messbedingungen geschaffen werden können. Als weiterer einstellbarer Parameter für den Messablauf ist die Drehzahl der Milchglasscheibe 1 zu nennen, die beispielsweise 12 cm/sec betragen und über einen Geschwindigkeitsbereich von z. B. : t 50 % regelbar sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Anzahl von 100 bis 500 Partikel/sec von den Kameras 3 und 4 erfasst werden. Nachdem die Partikel an der Mündung 14 der Rüttelrinne 11 auf die Auflagefläche 13 der sich drehenden Milchglasscheibe 1 gefallen sind, bewegen sie sich unter den Kameras 3 und 4 durch, wo deren Fläche parallel zur Auflagefläche 13 erfasst und einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt wird, in der die erfassten Daten mittels geeigneter Algorithmen verarbeitet werden. Nachdem die Partikel unter der zweiten Kamera 4 durchgefördert wurden, werden sie von einer sich drehenden Bürste 15 von der Milchglasscheibe 1 in einen Aufnahmebehälter 16 entfernt. PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zum Erfassen der Grösse und gegebenenfalls Form von Partikeln einer Parti- kelmenge mit wenigstens einer Bildaufnahmeeinrichtung (3,4), einer Lichtquelle (2), sowie einer Zuführeinrichtung (9,10, 11,12) für die Partikel menge, und mit einer Fördereinrich- tung (1) mit einer Auflagefläche (13), an der die Partikel während der Bilderfassung anlie- gen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) als rotierende Scheibe aus- gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) transparent ist, dass die Lichtquelle (2), auf der der Auflagefläche (13) gegenüberliegenden Seite und die Bildaufnahmeeinrichtung (3,4) auf der der Auflagefläche (13) zugewandten Seite der Fördereinrichtung (1) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) mil- chig transparent ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bild- aufnahmeeinrichtungen (3,4) vorgesehen sind, die in unterschiedlichem Abstand zur Auf- lageflÅache (13) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bild- aufnahmeeinrichtungen (3,4) vorgesehen sind, die den selben Bildbereich auf der Aufla- gefläche (13) aus unterschiedlichem Winkel erfassen.

6. Verfahren zum Erfassen der Grösse und gegebenenfalls Form von Partikeln einer Partikel- menge, bei dem die Partikel von einer Lichtquelle beleuchtet werden und an einer definier- ten Auflagefläche anliegend an wenigstens einer Bildaufnahmeeinrichtung vorbeigeführt und von dieser erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel an einer drehen- den Scheibe anliegend an der Bildaufnahmeeinrichtung vorbeigeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel zwischen der Licht- quelle und der Bildaufnahmeeinrichtung durchgeführt werden. <Desc/Clms Page number 4>