CN105181394B - 用于颗粒采集和分析的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于颗粒采集和分析的方法和系统，该方法用于来自颗粒产生源的颗粒的采集和分析，该颗粒产生源被包封在具有入口和出口的包封物内。该方法包括如下步骤：通过入口将经过滤的空气供应至包封物内；利用真空源，通过出口抽取包括来自颗粒产生源的颗粒的气雾流；经由采样塔，将来自包封物的出口的气雾流引导至真空源。采样塔包括用于对气雾流进行采样的至少一个喷嘴。该方法包括如下步骤：利用联接到喷嘴的检测仪器检测气雾流中的颗粒的至少一个特征；以及向计算装置输出与气雾流中的颗粒的所检测到的特征有关的数据。

Description

用于颗粒采集和分析的方法和系统

技术领域

本公开的领域涉及用于来自加工过程的颗粒的采集和分析的方法和系统。

背景技术

许多材料的干(即，无冷却液)钻、铣、磨以及其它加工过程产生尘埃颗粒。所产生的灰尘颗粒在不同材料之间、在单种材料的单种操作期间、在材料上不同类型的操作之间、在不同的刀具之间等可以尺寸各异。来自一些已知材料的加工的颗粒可包括(其它尺寸中)极其细小并可吸入的颗粒。

一些已知的系统对颗粒产生装置周围的空气中的颗粒进行露天采样。在这样的系统中，检测仪器相对于颗粒源的距离和位置可显著地影响颗粒分析的结果。此外，如果被研究的颗粒产生装置与激活的除尘系统一起使用，则如此采样的结果无法精确表示由装置所产生的颗粒。然而，如果对颗粒产生装置进行研究而不激活装置除尘系统，则装置周围的区域可被来自颗粒产生装置的灰尘污染。

发明内容

本公开的一个方面是在颗粒采集和分析中使用的系统。该系统包括：包封物、过滤器、真空源以及采样塔。包封物被构造为附接到颗粒产生装置，并且包括入口和出口。过滤器被构造为联接到包封物的入口，并且被构造为过滤通过入口导向包封物的空气。真空源被构造为与包封物的出口流动联通地联接，以产生从包封物至真空源的气雾流。该气雾流包括由颗粒产生装置产生的颗粒。采样塔被构造为联接在真空源与包封物出口之间。采样塔包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴延伸到采样塔内，并且被构造为对从包封物到真空源的气雾流进行采样。

公开的另一个方面是用于来自颗粒生成源的颗粒的采集和分析的方法，该颗粒产生源被包封在具有入口和出口的包封物内。该方法包括如下步骤：通过入口将经过滤的空气供应至包封物内；利用真空源，通过出口抽取气雾流，该气雾流包括来自颗粒产生源的颗粒；经由采样塔，将来自包封物的出口的气雾流引导至真空源。采样塔包括用于对气雾流进行采样的至少一个喷嘴。该方法包括如下步骤：利用联接到喷嘴的检测仪器，检测气雾流中的颗粒的至少一个特征；以及向计算装置输出与气雾流中的颗粒的所检测到的特征有关的数据。

在另一个方面中，一种在颗粒的采集和分析中使用的封闭的系统，该颗粒在颗粒产生装置的颗粒产生位置处产生，该系统包括：包封物、过滤器、第一真空源以及采样塔的。包封物附接到颗粒产生装置。在颗粒产生位置周围，包封物和颗粒产生装置共同地建立一个大体密封的体积。包封物包括到密封体积的入口和从密封体积的出口。过滤器联接到包封物的入口，并且被构造为过滤穿过入口导向包封物的空气。第一真空源具有入口和出口。第一真空源入口与包封物的出口流动联通地联接，以生成从包封物至第一真空源的气雾流。该气雾流包括由颗粒产生装置产生的颗粒。第一真空源出口与过滤器流动联通地联接，以向包封物提供经过滤的空气。采样塔联接在第一真空源入口与包封物出口之间。采样塔包括多个采样喷嘴，所述多个采样喷嘴延伸到采样塔内，并且被构造为对从包封物到真空源的气雾流进行采样。

已经被讨论的特点、功能以及优势可以在各种实施方式中独立地实现，或在其他实施方式中可以被合并，其进一步的细节可参照下面的描述和附图看出。

此外，本公开包括根据下列条款的实施方式：

条款1、一种在颗粒采集和分析中使用的系统，所述系统包括：

包封物，该包封物被构造为附接到颗粒产生装置，所述包封物包括入口和出口；

过滤器，该过滤器被构造为联接到所述包封物的所述入口，并且所述过滤器被构造为对通过所述入口被导向所述包封物的空气进行过滤；

真空源，该真空源被构造为与所述包封物的所述出口流动联通地联接，以产生从所述包封物至所述真空源的气雾流，其中，所述气雾流包括由所述颗粒产生装置产生的颗粒；以及

采样塔，该采样塔被构造为联接在所述真空源和所述包封物出口之间，所述采样塔包括至少一个采样喷嘴，所述至少一个采样喷嘴延伸至所述采样塔内，并且被构造为对从所述包封物至所述真空源的所述气雾流进行采样。

条款2、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括鼓风机，该鼓风机被构造为联接到所述过滤器，以向所述包封物提供经过滤的空气。

条款3、根据条款2所述的系统，其中，所述鼓风机被构造为以与被构造为从所述包封物抽取空气的所述真空源大体相同的速率向所述包封物提供空气。

条款4、根据条款1所述的系统，其中，所述至少一个采样喷嘴包括等速采样喷嘴。

条款5、根据条款4所述的系统，所述系统进一步包括检测仪器，该检测仪器被构造为检测包括在所述气雾流中的所述颗粒的至少一个特征。

条款6、根据条款5所述的系统，所述系统进一步包括计算装置，该计算装置被构造为通信地联接到所述检测仪器，以从所述检测仪器接收于包括在所述气雾流中的所述颗粒的所检测到的特征有关的数据。

条款7、根据条款5所述的系统，其中，所述仪器是级联冲击器、颗粒计数器、质量浓度监视器和单阶冲击器中的一个。

条款8、根据条款4所述的系统，其中，所述采样塔进一步包括皮托管，该皮托管联接到差压计，以在所述采样塔中检测所述气雾流的速率。

条款9、根据条款1所述的系统，其中，所述真空源包括鼓风机出口，该鼓风机出口被构造为联接到所述过滤器，以向所述包封物提供经过滤的空气。

条款10、根据条款1所述的系统，其中，所述颗粒产生装置包括颗粒生成的位置，并且其中，所述包封物被构造为将所述包封物出口维持在相对于所述颗粒生成的位置的大体固定的位置中。

条款11、根据条款1所述的系统，所述颗粒产生装置包括颗粒生成的位置，并且其中，所述包封物被构造为当所述包封物附接到所述颗粒产生装置时在所述颗粒生成的位置周围提供大体密封的体积。

条款12、一种用于来自颗粒产生源的颗粒的采集和分析的方法，所述颗粒产生源被包封在具有入口和出口的包封物内，所述方法包括如下步骤：

通过所述入口将经过滤的空气供应至所述包封物内；

利用真空源,通过所述出口抽取气雾流，该气雾流包括来自所述颗粒产生源的颗粒；

经由采样塔，将来自所述包封物的所述出口的所述气雾流引导至所述真空源，所述采样塔包括用于对所述气雾流进行采样的至少一个喷嘴；

利用联接到所述喷嘴的检测仪器，检测所述气雾流中的所述颗粒的至少一个特征；以及

向计算装置输出与所述气雾流中的所述颗粒的所检测到的特征有关的数据。

条款13、根据条款12所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：

通过所述采样塔确定样本气雾流的速率；

至少部分地基于所述样本气雾流的所确定的速率，来确定所述至少一个喷嘴的尺寸，使得所述至少一个喷嘴中的速率大体等于所确定的速率；以及

在所述采样塔中安装具有所确定的尺寸的所述至少一个喷嘴。

条款14、根据条款12所述的方法，其中，所述颗粒产生源是颗粒产生装置的一部分，并且其中，所述方法进一步包括如下步骤：

将所述包封物附结到所述颗粒产生装置，使得所述包封物大体包封所述颗粒产生源，其中，所述包封物包括柔性膜。

条款15、根据条款12所述的方法，其中，采样塔包括用于对所述气雾流进行采样的多个喷嘴，并且其中联接到所述喷嘴所述检测仪器检测所述气雾流中的颗粒的多个特征。

条款16、根据条款15所述的方法，其中，所述采样塔具有大体圆形横截面，并且其中，所述方法进一步包括如下步骤：在所述采样塔中将所述多个喷嘴定位为在所述采样塔周围在外周方向上交错。

条款17、一种在颗粒的采集和分析中使用的系统，该颗粒在颗粒产生装置的颗粒产生位置处产生，所述系统包括：

包封物，该包封物附接到颗粒产生装置，在所述颗粒产生位置周围所述包封物和所述颗粒产生装置共同地建立大体密封的体积，所述包封物包括到所述密封体积的入口和从所述密封体积的出口；

过滤器，该过滤器联接到所述包封物的入口，并且被构造为对穿过入口导向所述包封物的空气进行过滤；

第一真空源，该第一真空源具有入口和出口，所述第一真空源入口与所述包封物出口流动联通地联接，以生成从所述包封物至所述第一真空源的气雾流，其中，所述气雾流包括由颗粒产生装置产生的颗粒，并且其中，所述第一真空源出口与所述过滤器流动联通地联接，以向所述包封物提供经过滤的空气；以及

采样塔，该采样塔联接在所述第一真空源入口与所述包封物出口之间，所述采样塔包括多个采样喷嘴，所述多个采样喷嘴延伸到所述采样塔内，并且被构造为对从所述包封物到所述真空源的气雾流进行采样。

条款18、根据条款17所述的系统，所述系统进一步包括：第二真空源，该第二真空源具有入口和出口，其中，所述第二真空源入口与所述包封物外的体积流动联通地联接，并且所述第二真空源出口与所述过滤器流动联通地联接，以向所述包封物提供经过滤的空气。

条款19、根据条款17所述的系统，所述系统进一步包括：联接到所述多个喷嘴的多个检测仪器，其中各检测仪器被构造为检测所述气雾流中的所述颗粒的至少一个特征。

条款20、根据条款17所述的系统，其中，所述包封物被构造为将所述包封物出口维持在相对于所述颗粒产生位置的大体固定的位置中。

附图说明

图1是计算装置的框图。

图2是用于由颗粒产生装置产生的颗粒的采集和分析的系统的框图。

图3是图2中所示的系统的实施方案的视图。

图4是图2中所示的系统的另一个实施方案的视图。

图5是在设计用于颗粒的采集和分析的系统中使用的方法的流程图。

图6是用于图2、3和/或4中所示的系统的分解的喷嘴的视图。

图7是图3中所示的采样塔的横截面图。

具体实施方式

本文所描述的主题涉及由工业过程所产生的颗粒。更具体地，该主题涉及用于颗粒采集和分析的方法和系统。

如本文所使用的,以单数提及并以措词“一个”或“一种”修饰的要素或步骤应理解为不排除多个要素或步骤，除非明确指出。此外，参照本发明的“一个实施方案”或“示例性实施方案”意图不在于被解释为排除另外的也并入列举的特征的实施方案的存在。

本文所描述的示例方法和系统可利用一个或多个控制器实现和/或可包括一个或多个控制器。该控制器可包括具有如本文所描述的执行的能力的模拟和/或数字控制器的任何适当的组合。在一些实施方案中，控制器包括计算装置。图1是可被用在用于评估推进剂输送的系统中的示例性计算装置100的框图。在示例性实施方案中,计算装置100包括存储器106和联接到存储器106用于执行编程指令的处理器104。处理器104可包括一个或多个处理单元(例如，在多核结构中)。计算装置100是可编程的，用于通过编程存储器106和/或处理器104来执行本文所描述的一个或多个操作。例如，处理器104可通过将操作编码为一个或多个可执行指令并将该可执行指令提供至存储器装置106中而被编程。

处理器104可包括，但是不限于，通用中央处理器(CPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文所描述的功能的任何其它电路或处理器。本文所描述的方法可被编码为包括在包括(不限于)存储装置和/或存储器装置的计算机可读介质中的可执行指令。当通过处理器104执行时，此类指令使得处理器104执行本文所描述的方法的至少一部分。上述例子只是示例性的，并且因此不旨在以任何方式限制术语处理器的定义和/或含义。

如本文所描述的，存储器装置106是一个或多个可对诸如可执行指令和/或其他数据的信息进行存储以及检索的装置。存储器装置106可包括一个或多个计算机可读介质，诸如(不限于)动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态盘和/或硬盘。存储器装置106可被构造为存储(不限于)维护事件日志、诊断记录、故障信息和/或适合于以本文所描述的方法和系统使用的任何其它类型的数据。

在示例性实施方案中，计算装置100包括联接到处理器104的演示界面108。该演示界面108输出(例如，显示、打印和/或其它方式的输出)诸如(但不限于)安装数据、配置数据、测试数据、错误信息和/或任何其它类型数据的信息至用户114。例如，演示界面108可包括这样的显示适配器(图1中未示出)，该显示适配器联接到诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器和/或“电子墨水”显示器这样的显示装置。在一些实施方案中，演示界面108包括一个以上的显示装置。另外，或作为选择，演示界面108可包括打印机。

在示例性实施方案中，计算装置100包括接收来自用户114的输入的输入界面110。例如，输入界面110可被被构造为接收选择、请求、认证和/或来自用户114的适合于以本文所描述的方法和系统使用的任何其它类型的输入。在示例性实施方案中，输入界面110联接到处理器104，并且可包括(例如)键盘、读卡器(例如，智能卡读卡器)、指示装置、鼠标、触笔、触摸感应面板(例如，触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器、和/或音频输入界面。诸如触摸屏这样的单个部件可用作演示界面108的显示装置和用作输入界面110两者。

在示例性实施方案中，计算装置100包括联接到存储器106和/或处理器104的通信接口112。该通信接口112以通信联接于这样的远程装置，诸如其它计算装置100、远程传感器、检测仪等。例如，通信接口112可包括(不限于)有线网络适配器、无线网络适配器、仪器输入端口和/或移动电信适配器。

用于操作系统和应用的指令以函数的形式位于非临时性存储器106上，用于通过处理器104执行以执行一个或多个本文所描述的过程。在不同实施方案中的这些指令可被实施在不同的物理或有形的计算机可读介质中，诸如存储器106或者诸如可包括(不限于)闪存驱动器、CD-ROM、拇指驱动器、软盘等这样的计算机可读介质118的其它存储器。此外，指令以函数的形式位于可包括(不限于)闪存驱动器、CD-ROM、拇指驱动器、软盘等的非临时性计算机可读介质118上。该计算机可读介质118是选择性地可插入的，和/或可从计算装置100移出的，以允许通过处理器104访问和/或执行。在一个示例中，计算机可读介质118包括光盘或磁盘，该光盘或磁盘被插入或者装入到CD/DVD驱动器或者与存储器106和/或处理器104相关联的其它装置中。在某些情况下，计算机可读介质118可以是不可移动的。

图2是用于在颗粒采集和分析中使用的系统200的示例实施方案的简化图。系统200用于采集和/或分析来自颗粒产生装置202的颗粒。

颗粒产生装置202是产生、生成(或以其它方式)感兴趣的颗粒源204的任何装置。例如，在一些实施方案中，颗粒产生装置202是对工件进行切割、钻、磨、刨、塑形、研磨、加工等的制造工具(例如，锯、铣床、钻床、多轴机床、加工中心、便携式钻具系统、磨削中心等)。由颗粒产生装置202执行的处理去除掉一些这样的材料形成颗粒204(例如，灰尘)，工件由该材料制成。在其它实施方案中，颗粒产生装置202是产生可被采集和/或分析的颗粒204的任何其它装置。颗粒204可能是由颗粒产生装置202执行的处理的副产物，或者可能本身是由颗粒产生装置202执行的处理的最终产物。系统200具体地从颗粒产生装置202的颗粒生成源(图2中未示出)采集颗粒。例如，如果颗粒产生装置202是锯，则颗粒生成源就是锯片。颗粒生成的位置(也被称为颗粒产生位置)是在颗粒产生装置202上/中的颗粒源的位置。

系统200包括附接到颗粒产生装置202的包封物206。在图2中，包封物206大体包围颗粒产生装置202。在其它实施方案中，包封物206通过(例如)包围颗粒源或者包围围绕颗粒源的空间的体积而大体包围颗粒生成的位置。包封物206可通过本身、或者与颗粒产生装置202的一个或多个部分协作地、其它结构(诸如墙或地板)或者其它装置大体包围颗粒生成的位置。例如，包封物206和颗粒产生装置202的工作台(图1中未示出)可协作地限定大体密封的包围颗粒源的体积。

包封物206可由任何适合的材料制成，用于大体包围颗粒生成的位置周围的体积。例如，包封物206可由木材、金属塑料、橡胶、玻璃、玻璃纤维、丙烯酸类材料、层压材料等制成。此外，包封物206可由材料的组合制成。例如，包封物206的一部分可由刚性或半刚性材料制成，同时包封物206的另一部分可由柔性材料制成。尤其地，一些实施方案在包封物中包括柔性部分，以允许包封物随着颗粒产生装置的诸如刀头、X-Y工作台等这样的移动组件移动。柔性部分可被具体地构造为用于研究中的机器的类型。例如，不同的结构可被用于具有固定刀具和移动工件工作台的二维装置，该移动工件工作台将被用于具有相对于固定工件移动的钻头(刀具)的钻床。此外，颗粒产生装置202的工件、刀具或其它组件的移动量可影响包封物206所期望的结构。

包封物206包括入口208和出口210。出口210包括用于从包封物206排出颗粒204的喷嘴(图2中未示出)。在示例性实施方案中，喷嘴是柔性的、抗静电的喷嘴，其位于颗粒源的附近，以提供有效的颗粒去除。可使用任何合适的类型的喷嘴，包括一体化到颗粒产生装置202的喷嘴。其它实施方案不包括喷嘴。颗粒计数器或“嗅探器”(未示出)可被用于通过喷嘴验证捕获的效率。入口208被联接到过滤器212以提供经过滤的空气至至少部分由壳体206所限定的体积207内。在示例性实施方案中，过滤器212是高效微粒空气(HEPA)过滤器。在其它实施方案中，过滤器212可以是用于提供经过滤的空气至包封物206的任何其它合适的过滤器。鼓风机214经由过滤器212与入口208流动联通地相联接，以提供经过滤的空气至包封物206。在示例性实施方案中，鼓风机214是诸如车间真空这样的真空装置的鼓风机输出。可选地，鼓风机214可以是专用鼓风机，或者任何其它适合于提供气流至由包封物206所限定的体积207内的装置。在一些实施方案中，鼓风机214也包括内置过滤器，其被构造为联接用于过滤由鼓风机214所排出的空气，该内置过滤器可以是HEPA过滤器或任何其它适合的类型的过滤器。

真空源216与出口210流动联通地相联接用于从包封物206内部抽取空气和颗粒204，以形成从包封物206至真空源216的流(例如，气雾流或者空气和/或颗粒流)。在示例性实施方案中，真空源216是真空，诸如车间真空。可选地，真空源可以是任何其它适合的真空和/或气流的源。在一些实施方案中，真空源216也包括被构造为联接用于过滤其排出的空气的过滤器，该过滤器可以是HEPA过滤器或任何其它适合的类型的过滤器。

采样塔218联接在真空源216与出口210之间，使得从包封物206至真空源216的流穿过采样塔218。采样塔218由具有已知的恒定直径(比如在4到10英寸之间)的圆形横截面的导电管道或管(例如，铝)制成。在其它实施方案中，采样塔218可具有任何其它适合的直径，或者更大或者更小，和/或可由任何其它适合的材料制成。此外，在一些实施方案中，采样塔218具有不是圆形的横截面。采样塔218被垂直定向，有助于较大的颗粒(有时被称为“石块”)，例如大于约50微米，通过重力向真空源216的移动。在其它实施方案中，采样塔218被水平定向。

采样塔218包括延伸到采样塔218内的喷嘴220，以允许从包封物206至真空源216的流的采样。尽管在图2中示出了单个喷嘴220，但是系统200可包括任何适合数量的喷嘴220。在示例性实施方案中，喷嘴220是等速喷嘴。在其它实施方案中，采样塔218包括任何其它适合类型的喷嘴。喷嘴220通常被居中定位在采样塔218内，并且与从包封物206至真空源216的流的流动方向平行，以便流中的空气和颗粒204可进入喷嘴220。在一些实施方案中，采样塔218包括一个或多个附加的传感器或检测器，诸如皮托管、差压传感器、风速计等。

喷嘴220联接到检测系统222。该检测系统222包括检测仪器和/或计算装置(在图2中二者都未被分别示出)。检测仪器是用于与喷嘴220使用的任何适合的检测仪器，诸如级联冲击采样器、颗粒计数器、质量浓度监视器、单阶碰撞器等。计算装置可以是(例如)计算装置100或任何其它适合的计算装置。检测系统222检测流和/或流中的颗粒204的至少一个特征。所检测到的特征可包括流中颗粒204的浓度、颗粒204的尺寸、颗粒的数量、不同尺寸颗粒的浓度、颗粒204的质量、颗粒204的成分等。

为满足等速采样条件，喷嘴220处的速率应该等于采样塔218中的速率。这可在系统200中通过如下方式来实现：在塔218中使用皮托管或等效方法测量速率，并且选择由检测仪器的流率(通常在7与28lpm之间)确定的恰当直径喷嘴220。在一些实施方式中，通过采样塔218或检测仪器的流率(速率)被调整以达到针对等速采样条件的喷嘴220中所需的速率。

采样塔218的长度221基于喷嘴220的所需比率和/或采样塔218中的其它传感器/检测器的需求而确定，以促成等速采样条件。例如，针对皮托管，建议的是，采样塔218具有：是塔218直径的8.5倍的皮托管的长度上游；以及是塔218的直径的至少1.5倍的长度下游。因此，针对4英寸直径采样塔218，采样塔的最小长度221(仅基于皮托管)是40英寸。

与检测系统222结合，喷嘴220允许用于直接读取，从包封物206至真空源216的流和/或颗粒204的特征的实时监控。附加地，喷嘴220和检测系统222可被用于之后的流和颗粒204的特征的监控。例如，所采集的收据可被转移到用于随后的检查或分析的计算装置100。此外，一些检测仪器可产生数据，其需要随后分析或交互(可能无法实时完成)，以产生描述正通过检测仪器被监控的特征的数据。分析的输出(例如，检测系统222的输出)可包括标准化的颗粒计数分布曲线图、总计数以及浓度曲线图、各过滤器所采集的材料的质量(当多个过滤器时使用)、标准化的颗粒质量分布图、室内空气质量分析、颗粒尺寸概率图和/或任何其它适合的分析结果。

真空源216、采样塔218和出口210通过管道224流动联通地联接在一起。示例性管道224是柔性的、抗静电的或导电的真空管。导电的或抗静电的真空管限制颗粒粘附到管道224的壁的可能性。可选地，任何其它适合的管道可被用于引导从包封物206经由采样塔218至真空源216的流。

通常，系统200通过利用真空捕获颗粒204来操作。出口210被构造为提供足够的用于典型的操作的吸力，以试图确保所有的或大部分的颗粒204被采集。包封物206被定位在颗粒源的周围，并且轻轻地挤压利用HEPA过滤的来自鼓风机214经由过滤器212的净化空气。经过滤的空气在包封物206内保持纯净，以隔离外部污染物，以便只捕捉并随后分析所生成的感兴趣的颗粒204。在一些实施方案中，送入包封物206的空气被扩散(比如经由扩散器)，因此不会干扰颗粒提取。为了平衡，从鼓风机214进入包封物206的流量近似等于从包封物206流出至真空源216的流量。在这样的实施方案中，其中包封物206包括柔性部分，平衡净化空气和真空流量有助于保持包封物206轻微地膨胀，以避免干扰颗粒产生装置202的操作。生成的颗粒204穿过抗静电管道224到等速采样塔218。流中的一些颗粒204被喷嘴220捕获，并提供给检测系统222，其确定颗粒204和/或流的至少一个特征。

图3是在颗粒采集和分析中使用的系统300的示图。系统300是上述系统200的一个实施方案。相似的组件通过相同的附图标记表示。除下文另行描述的之外，系统300相似于系统200，并且与系统200作用相同。

在图3中，颗粒产生装置202是三维加工工具302。该三维加工工具302具有工作台304，在工作台304上安装有工件306。安装有刀具310的z轴柱位于工作台304上方。刀具310是诸如钻头、铣刀钻头等这样的用于切割工件306的工具。当刀具310在工件306上操作(即，切割)时，生成用于制成工件306的材料的颗粒。因此，刀具310可被认为是颗粒源，并且刀具310周围的区域可被认为是颗粒产生位置311(有时也被称为颗粒生成的位置)。工作台304沿X和Y方向(如图3中所示页面的左-右和里-外)移动，以便相对于柱308(和刀具310)移动工件306。z轴柱308沿Z方向(如图3中所示的上下)移动，以改变刀具310相对于工件306的高度。

在图3中所示的实施方案中，包封物206安装在加工工具302上。包封物206包围由包封物206与加工工具302共同限定的体积207。更具体地，体积207由包封物206、工作台304和柱308的一部分限定。

在图3中，包封物206具有第一部分312和第二部分314。在示例性实施方案中，第一部分312大体由诸如刚性塑料或者丙烯酸材料这样的刚性材料制成，第二部分314是柔性膜。可选地，第一部分312和第二部分314二者可以都由柔性材料制成。包封物206被牢固地附接到加工工具302，使得，除入口208和出口210以外，体积207是大体密封的。附接以及密封的方法可以变化，以适应特定的颗粒产生装置202以及所期望的特定安装方式(例如，永久的和临时的/可移动的)。例如，包封物206可使用胶带、胶水、铆接、柔性密封胶、螺钉/紧固件、焊接等安装和或密封到加工工具302。柔性第二部分314使得包封物206能够移动，并且当在工件306上进行操作期间柱308和/或工作台304移动时维持大体密封到加工工具302。用于包封物206的材料(尤其第二部分314)针对具有不同移动方向以及不同移动量的不同的颗粒产生装置202而可以变化，以确保包封物206维持大体密封颗粒产生位置311周围的体积207。此外，如图1中所示，可以调节包封物206的尺寸以完全地包围颗粒产生装置202，该实现方式可不需任何柔性第二部分314。

出口210包括可调节的出口喷嘴316。喷嘴316被附接到z轴柱308，并且可被调节以相对于刀具310改变其位置。例如，喷嘴316可以被弯曲、翻转、拉伸、收缩等，以改变开口318相对于刀具310的位置。因为喷嘴316被附接到柱308，所以喷嘴316将随着柱308移动，并且将维持与刀具310以及颗粒产生位置311的大体固定的关系。因此，颗粒源不会改变其与出口喷嘴316的距离，该距离可改变颗粒采集的效率。出口喷嘴316可通过任何适合的紧固件被附接到柱308，该紧固件包括夹具、胶带、螺钉/螺栓、铆钉、钩环紧固件等。

在图3中所示的实施方案中，采样塔218包括两个喷嘴220。采样塔218还包括联接到外部压力计的皮托管330，以检测包括颗粒204的流的速率。喷嘴220平行于流的流动方向延伸到采样塔218内，并且具有其面向到来的空气和颗粒204的流(图3中未示出)的开口320。喷嘴220的尺寸(包括开口320的直径)可针对特定的检测仪器以及为维持等速采样条件而改变。喷嘴220联接到包括计算装置100和两个检测仪器322和324的检测系统222。在示例性实施方案中，检测仪器322是诸如颗粒计数器、质量浓度检测器这样的实时检测仪器。检测仪器324是包括级联冲击器326和采样泵328的级联冲击器系统。检测仪器322和324提供它们的所获取的和/或所计算的数据到计算装置100，用于进一步处理、存储和/或显示给用户。计算装置100可与系统300的剩余部分并置，或者可以远程地定位并经由诸如局域网、广域网、互联网等这样的网络与检测仪器直接通信地联接。其它实施方案不包括计算装置100。此外，在一些实施方案中，检测仪器322和324可以与计算装置100一体化。

图4是在颗粒采集和分析中使用的封闭系统400的示图。系统400是上述系统200的闭合环路实施方案。此外,在一些实施方案中,系统400是自身封闭的系统.相似的组件通过相同的附图标记表示。除下文另行描述的之外，系统400相似于上述系统200和300，并且与上述系统200和300作用相同。简明起见，喷嘴220、皮托管330、压力计332、检测系统222和检测系统222的组件未在图4中示出，但是可以包括在系统400中。

系统400包括以与系统300相同的方式安装到加工工具302的包封物206。加工工具302和包封物206位于更大的包封物402内。在示例实施方案中，包封物402是建筑物内的房间。在其它实施方案中，包封物402可以是能够包围加工工具302和包封物206的任何大体密封的包封物。尽管鼓风机214、真空源216、采样塔218、过滤器212和管道224的一部分被示出在包封物402的外部，但它们也可以位于包封物402内。

在图4的所例示的实施方案中，鼓风机214包括与由包封物402所限定的体积406(图4中仅示出了其二维布局)流动联通的进气口404。包封物402是围绕包封物206的外部包封物，并且用作鼓风机214的入口源。因此，鼓风机214经由过滤器212输出到包封物206的进入空气是从包封物402内取出的。此外，在示例性实施方案中，真空源216提供额外的吹制空气到包封物206，以补充鼓风机214。真空源216包括输出(即，吹动)空气的输出端408。输出端408经由过滤器212与包封物206流动联通地联接。在其它实施方案中，鼓风机214不提供吹制空气到包封物206和真空源216，且作用与用于系统400的真空源和鼓风机二者一样。在一些实施方案中，其中，真空源216不提供额外的吹制空气到包封物206，输出端408与体积406流动联通地联接。在这样的实施方案中，用于鼓风机214的入口和用于真空源216的排气口是针对同一个体积(即，体积406)，因此提供了自身封闭的系统400。

平衡阀410联接在鼓风机214、真空源输出端408和过滤器212之间，以平衡从体积406且到包封物206的气流。平衡阀410防止从包封物402提取过多的空气，其可能将包封物402内的压强降低到无法接受的程度，并且防止提供过多的空气到包封物206，其可能将包封物206内的压强增大到无法接受的高度。此外，平衡阀410帮助维持使至包封物206的输入流的速率与来自包封物206的输出流的速率大体相同。

图5是设计在颗粒采集和分析中使用的系统的方法500的流程图，该系统诸如为系统200、300和/或400。特别地，针对使用采样塔218和/或具有圆形横截面几何结构的管道224的系统描述了方法500。方法500可被用于采用管道和具有利用适当的修改成在方法中所使用的规则的不同几何结构(例如，方形、六边形等)的采样塔的系统。

在502处，最小所需真空容量被确定。最小所需真空容量(例如，HP、流率(cfm))通过用以获取在源处生成的颗粒的满意的百分比的最小需求来确定。这确定了所需真空源的大小。在一些实施方案中，系统可能已经就位，真空容量可通过所安装的系统来确定。颗粒捕获效率可通过测试和经由皮托管测量的流量、风速计等确定。来自源的延伸管可用于提供恒定流量和用于确定可接受的流量的直径。

用于测试的仪器在504处加以标识。基于所期望的输出(例如，颗粒计数分布、颗粒质量分布等)来选择仪器。一些仪器具有针对所有范围恒定的流率。其它的可适应于针对不同分析范围不同的流率。例如，一种已知的便携式气雾分光计输出颗粒尺寸浓度和颗粒质量分布，并且需要1.2升每分钟(lpm)的气流。一种已知的超微颗粒计数器需要0.7lpm的气流。另一种已知的气雾监测器测量颗粒的质量浓度，并且根据颗粒尺寸范围需要1.5-8lpm的气流。一些已知的级联冲击器需要9lpm的流量。给出针对不同的测量仪器、所期望的颗粒数据和用以获取为了确定空气流量需求而必须被确定的数据的特定的仪器的流量需求的可变性。

在506处，该方法包括确定采样管道(例如，采样塔218)直径。该直径基于要使用的采样探头的数量、包括皮托管、真空源流量和用于采样塔的可用的管道/管的尺寸来确定。根据所选择的仪器，在管道中的目标速率可以是大约2到25lpm之间。任何制造商都应该拥有现成的等速喷嘴，可针对喷嘴有目的性地设置速率。管道直径通常通过下列公式确定：

Q＝VA (1)

其中Q＝流率、V＝速率、A＝面积，以及通过：

A＝πD²/4 (2)

其中D是管道直径。所选择的直径也需要足够大以拥有用于管道中的喷嘴/管的足够的空隙。

采样塔218的长度在508处确定。该长度基于针对喷嘴220和/或其它传感器、检测器等的所需的、所建议的或者所期望的上游和下游需求的比来确定。例如，为期望获得更高的精度皮托管具有最小所需的上游部分和具有更长部分的下游部分的比。在采样塔218中喷嘴220的布置的位置也可能影响采样塔的长度。根据经验，采样喷嘴220不应该比采样塔218的直径的4倍更靠近采样塔218的入口。如果系统意图在于可移植的，采样塔218的长度应该保持尽可能的短(同时仍满足喷嘴220以及其它装置的需求)以便在颗粒产生装置之间移动采样塔218。

在510处基于所选择的仪器、采样塔直径和在采样塔中的目标速率确定喷嘴孔的直径。针对等速条件，由上述等式(1)和(2)算出喷嘴直径，其中V是喷嘴速率和在采样塔中的速率、Q是喷嘴将要联接到的仪器所需的流量、以及D是喷嘴孔的直径。

喷嘴管和喷嘴管外直径在512处确定。图6是示例喷嘴220的视图。如图6中所示喷嘴220包括管600和附接到管的尖端602。为了最大灵活性和可移植性，喷嘴尖端被设计成可更换的。这可通过使用带有螺纹的喷嘴尖端来实现。喷嘴管的直径的尺寸由在510处确定的喷嘴孔的直径、可用的次和主螺纹直径以及可用的管尺寸来确定。在示例性实施方案中，对于喷嘴220(包括管600和尖端602)由不锈钢制成。可选地，喷嘴220可由任何适合的材料制成。喷嘴孔(即，在喷嘴尖端中的孔)应该小于螺纹的次直径和螺纹的主直径，必须刚好匹配喷嘴管。喷嘴管直径应该保持尽量小，以限制在采样塔中对颗粒的干扰。

在采样塔218内的喷嘴220的布置在514处确定。图7是采样塔218沿图3中所示的线A-A的横截面图。喷嘴220和皮托管330布置在采样塔218内，交错在采样塔218外周的周围，以避免对颗粒流的干扰。喷嘴220应该被布置成允许在采样塔218中的最大流量，并且应该具有定位为尽量靠近采样塔218的中心700的尖端602。喷嘴220可沿采样塔218被纵向(例如，沿图2和3中所示的长度221)间隔开。上游喷嘴220不应该阻碍下游喷嘴220，如果它们交错布置在采样塔218外周的周围，这可能发生。

在516处，如果期望进一步的优化，方法500在喷嘴220的布置已经被确定之后返回到502。当不期望进一步的优化时，在518处选择净化空气源。净化空气源(例如，鼓风机214)可以是(例如)来自车间真空的鼓风机、专用鼓风机等。所选择的净化空气源应该能够提供至少与通过所选择的真空源从包封物206抽出的空气一样多的空气。

如果所设计的系统意图在于可移植的系统，则系统的设计可能需要在系统移动到不同的装置时进行调整。为了使用相同的等速采样塔218，针对不同于所设计的颗粒产生装置202的颗粒产生装置202，当采样塔218连接到新的颗粒产生装置202时，对采样塔218中的速率(诸如通过使用皮托管和差压计)进行计算或测量。一旦新的采样塔218速率是已知的，喷嘴管600上的喷嘴尖端602可以被这样喷嘴尖端602替换，其导致喷嘴中的速率与采样塔218中的新的速率相等(如果新的速率不同于老的速率)。可如上所述在510处选择新的尖端602。如果新的速率不同于原始速率，可能需要选择新的净化空气源，或者可能需要调整源，如参照518所描述的。

本文所描述的示例性系统和方法能够对由颗粒产生装置产生的大体所有的颗粒进行量化和表征。精确地量化尺寸、分布和由制造所产生的颗粒的量有助于加工技术的研究以及健康和安全。理解所产生的全部颗粒的尺寸、数量和分布有助于提高捕获效率、优化刀具设计、研究新的材料系统以及创造多产并且安全的加工过程。示例性系统可效力于几乎任何灰尘可通过真空捕获的加工过程，并且是可移植的以及适用于各种的机器(包括移动机器)、刀具、处理、材料。系统可使多种的检测/采样仪器。示例性系统具有相对低的成本和相对简易的安装。经过滤为净化的空气的使用有助于限制污染物，以确保仅对由被研究的装置所产生的颗粒进行分析。此外，示例性系统可联接到外部真空管线和/或现有的除尘系统，以最小化对现有系统的干扰、简化安装、提升系统可移植性和最小化成本。通过使用本文所描述的方法和系统，能够理解和表征从材料去除过程中产生的颗粒。关于所产生的颗粒的知识可用于保护工人的健康和安全、最大限度地减少对环境的影响、改进刀具的设计、改善去除过程(例如，步骤的顺序，每次切割的深度等)以及改善除尘系统设计。示例性系统的使用通过颗粒分析提供了对在不同的加工条件下材料断裂的改进的认识。可对关于新材料系统可能出现的安全隐患和新机器的效率进行研究，并且对当前系统的理解可以得到改进。示例性系统允许针对新材料系统的新的标准或者现有标准的改变，以被定量地解决。此外，该系统可用于针对颗粒的有意产品(例如，增强剂、填充剂等)的实时监控。此外，所描述的系统的封闭版本可用于监测和/或控制涉及有害或者潜在有害材料的加工过程。

应当理解，当被构造为执行本文所描述的功能、方法和/或过程时，本公开的一个或多个方面可将普通用途的计算装置改造成特殊用途的计算装置。

本书面说明书使用了包括最佳模式的实施例来公开各种实施方案，以使得本领域任何技术人员能够实施这些实施方式，包括制作和使用任何装置或者系统以及执行任何相结合的方法。要求保护的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中技术人员想到的其他示例。如果它们具有没有不同于所述权利要求的文字表述的结构元件，或如果它们包括实质上不同于所述权利要求的文字表述的等同的结构元件，则这些其他示例落在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种在颗粒采集和分析中使用的系统(200)，所述系统包括：

包封物(206)，该包封物被构造为附接到颗粒产生装置(202)，所述颗粒产生装置在该颗粒产生装置的操作期间将在颗粒生成位置处产生颗粒，所述包封物包括入口(208)和出口(210)，所述出口包括用于从所述包封物(206)提取颗粒(204)的柔性的、抗静电的喷嘴，当所述包封物附接到所述颗粒产生装置时，所述喷嘴能够定位为靠近所述颗粒生成位置；

过滤器(212)，该过滤器被构造为联接到所述包封物的所述入口，并且所述过滤器被构造为对通过所述入口被导向所述包封物的空气进行过滤；

真空源(216)，该真空源被构造为与所述包封物的所述出口流动联通地联接，以产生从所述包封物至所述真空源的气雾流，其中，所述气雾流包括气流以及在所述包封物附接到所述颗粒产生装置的情况下由所述颗粒产生装置在该颗粒产生装置的操作期间产生的颗粒(204)；以及

采样塔(218)，该采样塔被构造为联接在所述真空源和所述包封物出口之间，所述采样塔包括至少一个采样喷嘴(220)，所述至少一个采样喷嘴延伸至所述采样塔内，并且被构造为对从所述包封物至所述真空源的所述气雾流进行采样。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括鼓风机(214)，该鼓风机被构造为联接到所述过滤器(212)，以向所述包封物(206)提供经过滤的空气。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述鼓风机(214)被构造为以与被构造为从所述包封物抽取空气的所述真空源相同的速率向所述包封物(206)提供空气。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述至少一个采样喷嘴(220)包括等速采样喷嘴。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，所述系统进一步包括检测仪器(322、324)，该检测仪器被构造为检测包括在所述气雾流中的所述颗粒的至少一个特征。

6.根据权利要求5所述的系统，所述系统进一步包括计算装置(100)，该计算装置被构造为通信地联接到所述检测仪器(322、324)，以从所述检测仪器接收与包括在所述气雾流中的所述颗粒的所检测到的特征有关的数据。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述仪器是级联冲击器、颗粒计数器、质量浓度监视器和单阶冲击器中的一个。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述采样塔(218)进一步包括皮托管(330)，该皮托管联接到差压计，以在所述采样塔中检测所述气雾流的速率。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述真空源(216)包括鼓风机出口，该鼓风机出口被构造为联接到所述过滤器(212)，以向所述包封物提供经过滤的空气。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述包封物被构造为将所述包封物的出口维持在相对于所述颗粒生成位置的固定的位置中。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述包封物(206)被构造为当所述包封物附接到所述颗粒产生装置时在所述颗粒生成位置周围提供密封的体积。

12.一种用于对来自颗粒产生源的颗粒的采集和分析的方法，所述颗粒产生源被包封在具有入口(208)和出口(210)的包封物(206)内，所述出口包括用于从所述包封物(206)提取颗粒(204)的柔性的、抗静电的喷嘴，所述方法包括如下步骤：

以输入流的速率通过所述入口将经过滤的空气供应至所述包封物内；

利用真空源(216)，以与所述输入流的速率相等的输出流的速率通过所述出口(210)抽取气雾流，该气雾流包括气流以及来自所述颗粒产生源的颗粒；

经由采样塔(218)，将来自所述包封物的所述出口(210)的所述气雾流引导至所述真空源(216)，所述采样塔包括用于对所述气雾流进行采样的至少一个喷嘴(220)；

利用联接到所述至少一个喷嘴的检测仪器，检测所述气雾流中的所述颗粒的至少一个特征；以及

向计算装置输出与所述气雾流中的所述颗粒的所检测到的特征有关的数据。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：

通过所述采样塔(218)确定样本气雾流的速率；

至少部分地基于所述样本气雾流的所确定的速率，来确定所述至少一个喷嘴(220)的尺寸，使得所述至少一个喷嘴中的速率等于所确定的速率；以及

在所述采样塔中安装具有所确定的尺寸的所述至少一个喷嘴(220)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述颗粒产生源是颗粒产生装置(202)的一部分，并且其中，所述方法进一步包括如下步骤：

将所述包封物(206)附接到所述颗粒产生装置(202)，使得所述包封物包封所述颗粒产生源，其中，所述包封物包括柔性膜。

15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述采样塔(218)具有圆形横截面，并且其中，所述方法进一步包括如下步骤：在所述采样塔中将所述至少一个喷嘴定位为在所述采样塔周围在外周方向上交错。

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