DE102017010271A1

DE102017010271A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von körnerartigen Feststoff-Partikeln sowie Computerprogramm

Info

Publication number: DE102017010271A1
Application number: DE102017010271.6A
Authority: DE
Inventors: Paul Meissner; David Scherr; Maik Klotzbach; Guido Baucke
Original assignee: K S AG; K+S AG
Current assignee: K S AG; K+S AG
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-05-09
Also published as: BR112020009004A2; EP3723897A1; IL274516A; US20200355595A1; CN111526937A; WO2019091507A1; CA3081884A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von körnerartigen Feststoff-Partikeln aus wenigstens einer, typisch aber zwei Ausgangssubstanzen, wobei mit einem optischen Erfassungssystem die hergestellten Partikel optisch erfasst werden, wobei durch das optische Erfassungssystem optisch erfasste Daten der hergestellten Partikel bereitgestellt werden, und aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel wenigstens eine Kenngröße, typisch aber zwei Kenngrößen der hergestellten Partikel bestimmt wird, wobei zumindest ein optisch ermittelter Parameter, typisch aber zwei Parameter synergetisch den Herstellungsprozess weiterer Partikel automatisch aufgrund der optisch erfassten- Daten der hergestellten Partikel beeinflussen Die Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von körnerartigen Feststoff-Partikeln aus wenigstens einer Ausgangssubstanz, wobei mit einem optischen Erfassungssystem die hergestellten Partikel optisch erfasst werden, wobei durch das optische Erfassungssystem optisch erfasste Daten der hergestellten Partikel bereitgestellt werden, und aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel wenigstens eine Kenngröße der hergestellten Partikel bestimmt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens.
Körnerartige Feststoff-Partikel, die hier auch kurz als „Partikel“ bezeichnet werden, gibt es in verschiedensten Ausführungen, zum Beispiel in Form von Pellets, Granulat, Briketts oder ähnlichem Schüttgut. Von dem Begriff der Partikel seien dabei beliebige Formen und Größen erfasst, wobei eine pulverartige Konsistenz nicht mehr hierzu gerechnet wird.
Bei der Herstellung der Partikel ist in der Regel die Einhaltung bestimmter Formvorgaben und Größenvorgaben gewünscht. Bei vielen Herstellungsprozessen kann die exakte Einhaltung dieser Vorgaben aber nicht sichergestellt werden. Es werden daher auch Toleranzen zugelassen, wobei die Toleranzen nicht zu groß werden sollen, um eine gleichbleibende Produktqualität der Partikel zu gewährleisten. Es gibt bereits Vorschläge für eine optische Sortierung solcher Partikel, zum Beispiel in der US 8,833,566 B2 . Hierbei wird automatisch der bei der Herstellung erzeugte Ausschuss aussortiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozess solcher körnerartigen Feststoff-Partikel effizienter und mit weniger Ausschuss zu gestalten.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zumindest ein Parameter des Herstellungsprozesses weiterer Partikel automatisch aufgrund der wenigstens einen aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel ermittelten Kenngröße beeinflusst wird, wobei die ermittelte Kenngröße die Korngröße oder Korngrößenverteilung der hergestellten Partikel oder eine daraus ermittelte Größe ist. Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf Grundlage der optischen Erfassung der hergestellten Partikel aktiv in den Herstellungsprozess eingegriffen wird und dieser dahingehend angepasst werden kann, dass der Ausschuss minimiert wird. Dies ist eine vollständige Abkehr von den Vorschlägen im Stand der Technik, wie z.B. in der US 8,833,566 B2 beschrieben, in denen die Varianz des Herstellungsprozesses und der dadurch erzeugte Ausschuss einfach hingenommen werden. Die vorliegende Erfindung hat daher nicht nur einen kommerziellen Nutzen für den Anwender, sondern kommt auch dem Schutz natürlicher Ressourcen und dem Umweltschutz zugute.
Die Erfindung ist bei diversen Herstellungsprozessen anwendbar, bei denen körnerartige Feststoff-Partikel hergestellt werden, zum Beispiel bei der Dünger-Herstellung, bei der Herstellung von Eisenerzpellets, bei der Herstellung von sonstigen Streumitteln, bei der Herstellung von Trockenfutter für Tiere.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel ermittelte Kenngröße die Korngröße oder Korngrößenverteilung der hergestellten Partikel oder eine daraus ermittelte Größe ist. Auf diese Weise kann die Korngröße oder zumindest über die Korngrößenverteilung ein statistischer Mittelwert der Korngröße mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kontrolliert und die Herstellung weiterer Partikel entsprechend angepasst werden. Als Korngrößenverteilung kann beispielsweise der d₅₀-Wert bestimmt werden. Dieser gibt einen mittleren Durchmesser der Partikel an, zum Beispiel derart, dass der Durchmesser der Partikel bei 50% der kumulativen Verteilung angegeben wird. Anders gesagt, der d₅₀-Wert bezieht sich auf die Partikel, die zumindest so groß sind wie der auf den d₅₀-Wert bezogene Durchmesser, das heißt 50% der Partikel sind kleiner als der angegebene Wert. Als ermittelte Kenngröße können auch eine oder mehrere weitere Größen aus den optisch erfassten Daten bestimmt werden, zum Beispiel die Partikelanzahl, das Volumen, als abgeleiteter Durchmesser dargestellt zum Beispiel als Feret-, flächenäquivalenter oder hydraulischer Durchmesser oder als Kennwerte welche die Form der Partikel hinsichtlich „Rundheit“ und „Gleichförmigkeit“ beschreiben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass-für die wenigstens eine aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel ermittelte Kenngröße ein Sollwert vorgegeben ist und das Verfahren im Sinne einer Regelung derart durchgeführt wird, dass durch die Beeinflussung des zumindest einen Parameters des Herstellungsprozesses die weiteren Partikel mit einer im Wesentlichen dem Sollwert entsprechenden Kenngröße hergestellt werden. Auf diese Weise kann eine Regelung auf den Sollwert durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren beispielsweise durch Methoden der Regelungstechnik realisiert werden kann, zum Beispiel durch Einsatz von in der Regelungstechnik bekannten Reglertypen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelung wenigstens mittels eines Primärregelparameters durchgeführt wird, wobei der Primärregelparameter die Korngröße oder Korngrößenverteilung der hergestellten Partikel oder eine daraus ermittelte Größe ist. Auf diese Weise kann die Korngröße der hergestellten Partikel zumindest im Mittel im Wesentlichen auf den gewünschten Sollwert geführt werden. Noch auftretende Toleranzen können minimiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelung wenigstens mittels eines Primärregelparameters und eines Sekundärregelparameters durchgeführt wird, wobei der Primärregelparameter Vorrang gegenüber dem Sekundärregelparameter hat. Dies hat den Vorteil, dass durch die Einführung eines weiteren Regelparameters, das heißt des Sekundärregelparameters, die Regelung noch flexibler auf besondere Situationen bei der Herstellung der Partikel reagieren kann. So kann beispielsweise aufgrund des Sekundärregelparameters eine schnelle oder sprunghafte Veränderung des durch die Regelung beeinflussten Parameters des Herstellungsprozesses durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sekundärregelparameter die Partikelanzahl und/oder die zeitliche Veränderung der Partikelanzahl pro Zeiteinheit oder eine daraus ermittelte Größe ist. Dies hat den Vorteil, dass die hergestellten Partikel nicht nur hinsichtlich der Korngröße oder Korngrößenverteilung optimiert werden, sondern zudem auch hinsichtlich der Partikelanzahl und/oder deren zeitlicher Veränderung. Versuche haben gezeigt, dass in manchen Fällen über die Auswertung der Partikelanzahl und/oder deren zeitlicher Veränderung besondere unerwünschte Tendenzen im Herstellungsprozess der Partikel schneller erkannt werden können als nur durch die Beurteilung der Korngröße oder Korngrößenverteilung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Partikel aus zumindest einer ersten und einer davon verschiedenen zweiten Ausgangssubstanz hergestellt werden und der zumindest eine Parameter des Herstellungsprozesses, der automatisch beeinflusst wird, das Mischungsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Ausgangssubstanz oder die Zumengung der ersten und/oder der zweiten Ausgangssubstanz zu dem Herstellungsprozess der Partikel ist. Die hergestellten Partikel können durch die Mischung der beiden Ausgangssubstanzen auch auf Basis eines chemischen Zusammenwirkens in ihren physikalischen Eigenschaften wie Härte verbessert werden. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Düngemittel effizient herstellen. Beispielsweise kann die erste Ausgangssubstanz eine pulverförmige Substanz sein, die zweite Ausgangssubstanz kann eine flüssige Substanz sein.
Das optische Erfassungssystem kann einen oder mehrere optische Sensoren aufweisen, zum Beispiel in Form einer Zeilenkamera oder eines mehrdimensionalen Photosensors, zum Beispiel in Form einer Flächenkamera, mit welcher eine zweidimensionale Bildinformation bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die hergestellten Partikel mittels wenigstens einer Kamera des optischen Erfassungssystems optisch erfasst werden. Dies erlaubt eine sehr präzise und hoch auflösende optische Erfassung der Partikel. Vorteilhafterweise können die durch die Kamera erzeugten Bilder einer nachfolgenden Bildverarbeitung unterzogen werden, was es insbesondere ermöglicht, einzelne Partikel im aufgenommenen Bild zu identifizieren und von anderen Partikeln zu differenzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die hergestellten Partikel bei der optischen Erfassung mit der Auflichtmethode durch eine Lichtquelle des optischen Erfassungssystems beleuchtet werden. Hierdurch kann das optische Erfassungssystem einfach und zuverlässig realisiert werden. Die Kenngröße kann aus den optisch erfassten Daten zuverlässig bestimmt werden. Der Vorteil dieser Art der Beleuchtung ist eine homogene Ausleuchtung des zu analysierenden Bereichs sowie - und vor allem - die Minimierung von sich zeitlich ändernden Fremdlichteinflüssen. Umgesetzt werden kann die Beleuchtung mit Halogenlichtquellen oder - um Energie zu sparen - durch LEDs. Bei der Verwendung von LEDs ist es vorteilhaft, wenn ein LED Treiber vorgeschaltet ist, welcher eine Frequenz von mindestens 500 Hz bereit stellt, sodass kein Flimmern bei den Aufnahmen entsteht. Der mitgefilmte Untergrund oder Hintergrund kann ebenfalls angepasst werden. Um maximalen Kontrast zu den hergestellten z.B. gräulich/weißen Partikeln zu erzeugen, kann eine schwarze Platte z.B. aus PTFE als Untergrund oder Hintergrund eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil des PTFE ist, dass sich keine Anbackungen bilden, was die Aufnahmen verfälschen könnte.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Einrichtung zur Herstellung von körnerförmigen Feststoff-Partikeln aus wenigstens einer Ausgangssubstanz, mit wenigstens einer ersten Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung, wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der wenigstens einen Ausgangssubstanz und wenigstens einem optischen Erfassungssystem, das eingerichtet ist zur optischen Erfassung der aus der Verarbeitungseinrichtung austretenden Partikel und mit wenigstens einer Steuerungseinrichtung, die zur Steuerung zumindest eines Parameters des Herstellungsprozesses zumindest in Abhängigkeit von wenigstens einer durch das optische Erfassungssystem ermittelten Kenngröße eingerichtet ist, wobei die Einrichtung zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art eingerichtet ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die erste Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung dient dazu, die erste Ausgangssubstanz zur Verarbeitungseinrichtung zuzuführen. In der Verarbeitungseinrichtung erfolgt dann eine Verarbeitung der zugeführten ersten Ausgangssubstanz. Die Verarbeitungseinrichtung erzeugt die hergestellten Partikel. Der ganze Vorgang kann durch die Steuerungseinrichtung gesteuert werden, zum Beispiel indem die Steuerungseinrichtung ein Computerprogramm ausführt, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Hierfür kann die Steuerungseinrichtung einen Rechner aufweisen, zum Beispiel einen Personal-Computer (PC), einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung wenigstens eine zweite Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung für eine zweite Ausgangssubstanz aufweist, wobei die zweite Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung eine Ventilanordnung mit mehreren in parallelen Zweigen angeordneten schaltbaren Ventilen aufweist, durch die die zweite Ausgangssubstanz in unterschiedlicher, von der Ventilbetätigung der Ventile abhängiger Zumengung der Verarbeitungseinrichtung zuführbar ist. Durch die zweite Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung kann die zweite Ausgangssubstanz zur Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden. Die mehreren in parallelen Zweigen angeordneten schaltbaren Ventile haben den Vorteil, dass die Menge der abgegebenen zweiten Ausgangssubstanz auf einfache Weise in ausreichender Feinheit geregelt eingestellt werden kann. Der hierfür erforderliche apparative Aufwand ist gering, es können einfache schaltbare Ventile wie z.B. pneumatische Ventile, Magnetventile oder Piezoventile eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung eine Ventilanordnung mit mehreren in parallelen Zweigen angeordneten schaltbaren Ventilen aufweist, durch die die erste Ausgangssubstanz in unterschiedlicher, von der Ventilbetätigung der Ventile abhängiger Zumengung der Verarbeitungseinrichtung zuführbar ist. Hierdurch kann die zugeführte Menge der ersten Ausgangssubstanz auf einfache Weise eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auch die Ausgangssubstanzen, beispielsweise Kieserit-M (gemahlener ESTA-Kieserit) und Kieserit-E (ungemahlener feiner ESTA-Kieserit), bereits vor der Zuführung zur Verarbeitungseinrichtung mittels einer optischen Messung der Korngröße bzw. Korngrößenverteilung (wie oben beschrieben) erfasst werden. Da eine spätere Bedüsung der ersten Ausgangssubstanz durch eine zweite Ausgangssubstanz (Flüssigkeit) erfolgen kann, kann durch die Bestimmung der Korngrößen bzw. Korngrößenverteilungen die spezifische Oberfläche der Ausgangsstoffe und hieraus die zur Bedüsung erforderliche Flüssigkeitsmenge bei gewünschter gleicher Zielkorngröße berechnet werden und durch eine Ventilregelung kann die zuzuführende Menge an Flüssigkeit eingestellt werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens der zuvor erläuterten Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Das - Computerprogramm kann zum Beispiel auf einem Rechner der zuvor erläuterten Einrichtung beziehungsweise von dessen Steuerungseinrichtung ausgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Herstellung von körnerförmigen Feststoff-Partikeln und
2 ein Flussdiagramm eines Ablaufs bei der optischen Datenerfassung und
3 im Rahmen des Ablaufs der 2 erzeugte Bilddaten und
4 einen Ablauf der Regelung des zumindest einen Parameters des Herstellungsprozesses in einem Zeitdiagramm.

Die in 1 dargestellte Einrichtung weist eine erste Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung 1, 3 auf. Diese beinhaltet einen Vorratsbehälter 1, in dem ein Vorrat einer ersten Ausgangssubstanz 2 des Herstellungsprozesses vorhanden ist, und eine Fördereinrichtung 3. Es sei angenommen, dass die erste Substanz 2 eine pulverförmige Konsistenz hat. Um diese pulverförmige erste Ausgangssubstanz 2 weiter zu fördern, ist die Fördereinrichtung 3, zum Beispiel - eine Schnecke, unterhalb des Vorratsbehälters 1 angeordnet. Die Fördereinrichtung 3 fördert einen Zuführstrom 4 der ersten Ausgangssubstanz 2 zu einer Verarbeitungseinrichtung 12. Die Verarbeitungseinrichtung 12 kann zum Beispiel als Granulier- oder Pelletierteller ausgebildet sein, der gedreht wird. Durch die Drehbewegung erfolgt eine Aufbauagglomeration der zugeführten ersten Ausgangssubstanz 2, in Kombination mit einer zusätzlich zugeführten zweiten Ausgangssubstanz 6. Die hierbei entstehenden körnerartigen Feststoff-Partikel 14 werden über eine Ausgabeeinrichtung 15, zum Beispiel eine Schurre oder ein Fließband, einer weiteren Verwendung zugeführt.
Die Einrichtung weist eine zweite Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung 5, 7, 9 auf. Diese beinhaltet einen zweiten Vorratsbehälter 5, in dem die beispielsweise flüssige zweite Ausgangssubstanz 6 vorhanden ist, und Leitungen 7, 9. Die zweite Ausgangssubstanz 6 wird über die Leitungen 7, 9 der Verarbeitungseinrichtung 12 zugeführt, zum Beispiel indem die zweite Ausgangssubstanz 6 am Ende der Leitung 9 ausgesprüht wird. Über eine weitere Leitung 8 kann die zweite Ausgangssubstanz 6 einer weiteren Anwendung zugeführt werden, zum Beispiel zur Einspeisung in einen Mischer.
Die Einrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung 18 auf, zum Beispiel in Form einer elektronischen Steuereinrichtung. Die elektronische Steuereinrichtung kann im Wesentlichen durch einen Computer realisiert sein, gegebenenfalls ergänzt durch entsprechende Hardware-Erweiterungen für Schnittstellen zu den nachfolgend noch erläuterten Komponenten.
Die Steuereinrichtung 18 ist mit einem Durchflussmesser 11 verbunden. Über den Durchflussmesser 11 kann der Massenstrom des Zuführstroms 4 gemessen werden. Die Steuereinrichtung 18 ist außerdem mit einem optischen Erfassungssystem 16, 17 verbunden. Das optische Erfassungssystem weist eine Kamera 16 auf, die auf die Partikel 14 ausgerichtet ist, um diese aufzunehmen und entsprechende Bilder an die Steuereinrichtung 18 abzugeben. Um die Qualität der Aufnahmen der Kamera 16 zu verbessern, werden die Partikel 14 durch Lichtquellen 17 beleuchtet.
In der Leitung 9 ist ferner eine Ventilanordnung 10 vorhanden, durch die die aus der Leitung 9 ausgesprühte Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 beeinflusst werden kann. Die Ventilanordnung 10 kann beispielsweise mehrere in parallelen Zweigen angeordnete schaltbare Ventile aufweisen, so dass durch wahlweises Ein- oder Ausschalten von einem oder mehreren dieser Ventile die Abgabe der zweiten Ausgangssubstanz 6 vollständig abgeschaltet werden kann oder in unterschiedlichen Stärken eingestellt werden kann.
Die Steuereinrichtung 18 liest die von dem Durchflussmesser 11 abgegebenen Daten sowie die von der Kamera 16 abgegebenen Bilddaten ein und verarbeitet diese. Im Rahmen dieser Verarbeitung erzeugt die Steuereinrichtung 18 Ansteuerdaten für die Ventilanordnung 10. Über die Ventilanordnung 10 und die entsprechenden Ansteuerdaten wird der zumindest eine Parameter des Herstellungsprozesses weiterer Partikel 14 beeinflusst und damit der zuvor erläuterte Regelvorgang realisiert, was nachfolgend anhand der weiteren Abbildungen noch näher erläutert wird.
2 zeigt die Verarbeitung der Bilder der Kamera 16 in der Steuerungseinrichtung 18, zum Beispiel in Form eines Computerprogramms, wobei hierbei aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel 14 die wenigstens eine Kenngröße der hergestellten Partikel 14 bestimmt wird. Diese Kenngröße wird dann für die weitere Regelung herangezogen.
In einem Schritt 20 erfolgt eine Initialisierung des Computerprogramms. In einem darauffolgenden Schritt 21 erfolgt eine Initialisierung der Kamera 16. In einem Schritt 22 wird der Programmablauf festgelegt. Dies beinhaltet zudem eine Warteschleife, die z.B. ausgeführt wird, wenn bei der Bildverarbeitung auf neue Ausgangsdaten gewartet werden muss.
In einem auf den Schritt 22 folgenden Schritt 23 wird zunächst eine Überprüfung des Kamerabildes hinsichtlich Helligkeit und Bedeckung durchgeführt. Es handelt sich um eine zunächst durchgeführte Plausibilitätsprüfung der Bilddaten. Daraufhin werden im Schritt 24 eine Bildkonvertierung und eine Kalibrierung des optischen Erfassungssystems durchgeführt, das heißt der Größenmaßstab wird bestimmt. Dieser Schritt 24 muss einmal zur Einrichtung des optischen Erfassungssystems durchgeführt werden. In einem darauffolgenden Schritt 25 können weitere Bildanpassungen vorgenommen werden, zum Beispiel eine Vorfilterung (Blur/Sharp). Dieser Schritt ist optional. Des Weiteren ist ein Weiß/Helligkeitsabgleich einmalig durchzuführen. In einem darauffolgenden Schritt 26 wird ein schwarz/weiß-Schwellwert definiert. Es wird ein zu bearbeitender Bildausschnitt festgelegt. In einem darauffolgenden Schritt 27 werden kleinste Partikel in den Bilddaten ausgefiltert. Es kann eine zusätzliche Segmentierung der Bilddaten erfolgen. Der Schritt 27 ist ebenfalls optional.
Sodann wird ein Algorithmus im Schritt 28 zur Segmentierung durchgeführt. Segmentierung bedeutet, dass in dem Kamerabild durch den genannten Algorithmus automatisch die einzelnen Partikel erkannt werden, selbst wenn sie sich bei der Bildaufnahme der Kamera 16 teilweise überlagern. Es kann beispielsweise im Schritt 29 die Segmentierung durch Berechnung einer Distance-Map erfolgen. Die Berechnung kann nach der Danielson-Methode oder der Standard-Methode erfolgen. Alternativ kann im Schritt 30 eine Segmentierung durch Anwendung eines Unschärfefilters mit Kantenerhaltung durchgeführt werden. Es ist auch möglich, beide Segmentierungs-Algorithmen durchzuführen und die hierbei erzeugten Daten anschließend zu überlagern bzw. zu kombinieren.
In einem darauffolgenden Schritt 31 wird eine Watershed-Analyse durchgeführt. Die hierbei erzeugten Daten werden in einem darauffolgenden Schritt 32 mit den im Schritt 26 oder im Schritt 27 erzeugten Daten kombiniert, zum Beispiel mittels pixelweiser Multiplizierung. In einem darauffolgenden Schritt 33 wird ein Overlay-Bild erstellt, in dem die im Schritt 26 erzeugten Bilddaten mit den im Schritt 32 erzeugten Bilddaten überlagert werden. Dieser Schritt dient nur zur besseren Veranschaulichung des Prozessergebnisses und ist in der Regel zur Optimierung der Rechenzeit deaktiviert. In einem darauffolgenden Schritt 34 werden aus den nun erzeugten Bilddaten Kenngrößen der Partikel 14 bestimmt, zum Beispiel deren Korngröße oder Korngrößenverteilung, insbesondere der d₅₀-Wert oder ein anderes geeignetes Perzentil der Kornverteilung.
In einem darauffolgenden Schritt 35 können weitere Durchgangswerte und/oder Mittelwerte bestimmt werden. In einem darauffolgenden Schritt 36 werden die Daten des Zuführstroms 4 aus dem optional verwendbaren Durchflussmesser 11 eingelesen.
In darauffolgenden Schritten 37 und 38 erfolgen Aufbereitungen der auf diese Weise gewonnenen Daten. In einem Schritt 39 kann eine Speicherung der erzeugten Daten sowie der Bilder der Kamera 16 erfolgen. Sodann wird wiederum mit dem Schritt 22 fortgefahren.
Die 3 zeigt anhand der in einigen der Schritte der 2 angegebenen Ziffernkennungen beispielhafte Bilddaten vor und nach deren Verarbeitung. Durch die Multiplikationssymbole wird die Kombination der Daten im Schritt 32 symbolisiert. Wie man erkennt, kann durch die Segmentierung eine sehr gute Trennung der einzelnen erfassten Partikel in den Bilddaten erfolgen, so dass im Bild sehr dicht zusammen angeordnete Partikel nicht wie ein einziger großer Partikel erkannt werden, sondern als einzelne Partikel automatisch erkannt und ausgewertet werden können.
Die in den Schritten 34 und 35 gewonnenen Daten, die auf den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel beruhen, werden nun zur Beeinflussung wenigstens eines Parameters des Herstellungsprozesses herangezogen, das heißt in diesem Fall zur Steuerung der Ventile der Ventilanordnung 10. Dies kann beispielsweise in der in 4 dargestellten Weise erfolgen.
4 zeigt in dem Kurvenverlauf 40 die d₅₀-Werte der Partikel 14 und in dem Kurvenverlauf 41 die Partikelanzahl pro Zeiteinheit. Die hergestellten Partikel 14 sollen mit einer Partikelgröße von beispielsweise 3,5 mm (d₅₀-Wert) hergestellt werden. Dies ist somit ein Sollwert für die Regelung. Da bei dem Herstellungsprozess keine ganz exakte Einhaltung dieses Sollwerts möglich ist, werden Toleranzen zugelassen. Hierauf basierend werden zur Durchführung der Regelung und insbesondere zur Ansteuerung der Ventilanordnung 10 bestimmte Schwellwerte 50, 51, 53, 54 bezüglich der d₅₀-Werte (Kurvenverlauf 40) festgelegt. Abhängig von der Über- oder Unterschreitung bestimmter Schwellwerte durch den dso-Wert werden Ansteuermuster für die Ventile der Ventilanordnung 10 ermittelt.
Wird bei dem Herstellungsprozess beispielsweise als erste Ausgangssubstanz Kieserit-M oder Kieserit-E oder eine Mischung aus beiden verwendet und als zweite Ausgangssubstanz eine MgSO₄-Lösung so muss bei der Regelung bei zu geringem d₅₀-Wert eine größere Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 zugeführt werden als erforderlich ist, wenn der d₅₀-Wert im erwünschten Bereich liegt. Steigt der d₅₀-Wert zu stark an, muss die Zufuhr der zweiten Ausgangssubstanz 6 reduziert werden oder ganz abgeschaltet werden.
Bei dem Ablauf gemäß 4 ist der gewünschte Bereich der Bereich zwischen den Schwellwerten 51 und 53. Befindet sich der d₅₀-Wert in diesem Bereich, liegt der sogenannte Normalbetrieb vor. In diesem Fall wird eine dem Normalbetrieb zugeordnete Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 über die Leitung 9 und die Ventilanordnung 10 abgegeben. Wird der Schwellwert 51 überschritten, erfolgt eine erste Reduzierung der Menge an zugeführter zweiter Ausgangssubstanz 6. Wird der Schwellwert 50 überschritten, erfolgt eine noch stärkere Reduzierung der Zuführung der zweiten Ausgangssubstanz 6 oder eine Abschaltung der Zufuhr. Wird der Schwellwert 53 unterschritten, dann wird die zugeführte Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 erhöht. Wird der Schwellwert 54 unterschritten, wird die zugeführte Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 noch weiter erhöht.
Eine weitere Verbesserung der Regelung kann durch Berücksichtigung der Steigung des Kurvenverlaufs 41 erzielt werden. Weist der Kurvenverlauf 41 nur relativ kurze Zeitabschnitte mit Anstiegen und Abfällen des Kurvenverlaufs oder nur geringe Steigungen auf, wie zum Beispiel in den Zeiträumen 42 und 45, so ist die Regelung aufgrund des Primärregelparameters d₅₀ ausreichend. In den Zeiträumen 43, 46 und 48 ist aber ein zusätzlicher Eingriff erforderlich. Dieser erfolgt als positiver Boost derart, dass eine erhebliche Erhöhung der abgegebenen Menge der zweiten Ausgangssubstanz 6 über die Ventilanordnung 10 eingestellt wird. In den Zeiträumen 44, 47 erfolgt ein negativer Boost, das heißt in diesen Zeiträumen wird die abgegebene zweite Ausgangssubstanz ganz erheblich reduziert. Die Zeiträume für einen solchen negativen oder positiven Boost können in der Regelung auf einen vorbestimmten zeitlichen Grenzwert beschränkt sein, zum Beispiel auf 20 Sekunden.
Die d₅₀-Werte bilden dabei den Primärregelparameter, die Partikelanzahl bildet den Sekundärregelparameter. Bei Auftreten der entsprechenden Schwellwert-Kriterien der Schwellwerte 50 bis 54 kann der Primärregelparameter immer den Sekundärregelparameter überschreiben, das heißt der Primärregelparameter hat in solchen Fällen Priorität bei der Regelung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8833566 B2 [0003, 0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung von körnerartigen Feststoff-Partikeln aus wenigstens einer Ausgangssubstanz (2, 6), wobei mit einem optischen Erfassungssystem (16, 17) die hergestellten Partikel (14) optisch erfasst werden, wobei durch das optische Erfassungssystem (16, 17) optisch erfasste Daten der hergestellten Partikel (14) bereitgestellt werden, und aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel (14) wenigstens eine Kenngröße der hergestellten Partikel (14) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Parameter des Herstellungsprozesses weiterer Partikel automatisch aufgrund der wenigstens einen aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel (14) ermittelten Kenngröße beeinflusst wird, wobei die ermittelte Kenngröße die Korngröße oder Korngrößenverteilung der hergestellten Partikel (14) oder eine daraus ermittelte Größe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine aus den optisch erfassten Daten der hergestellten Partikel (14) ermittelte Kenngröße ein Sollwert (52) vorgegeben ist und das Verfahren im Sinne einer Regelung derart durchgeführt wird, dass durch die Beeinflussung des zumindest einen Parameters des Herstellungsprozesses die weiteren Partikel mit einer im Wesentlichen dem Sollwert (52) entsprechenden Kenngröße hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung wenigstens mittels eines Primärregelparameters (40) durchgeführt wird, wobei der Primärregelparameter (40) die Korngröße oder Korngrößenverteilung der hergestellten Partikel (14) oder eine daraus ermittelte Größe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung wenigstens mittels eines Primärregelparameters (40) und eines Sekundärregelparameters (41) durchgeführt wird, wobei der Primärregelparameter (40) Vorrang gegenüber dem Sekundärregelparameter (41) hat.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärregelparameter (41) die Partikelanzahl und/oder die zeitliche Veränderung der Partikelanzahl pro Zeiteinheit oder eine daraus ermittelte Größe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus zumindest einer ersten und einer davon verschiedenen zweiten Ausgangssubstanz (2, 6) hergestellt werden und der zumindest eine Parameter des Herstellungsprozesses, der automatisch beeinflusst wird, das Mischungsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Ausgangssubstanz (2, 6) oder die Zumengung der ersten und/oder der zweiten Ausgangssubstanz (2, 6) zu dem Herstellungsprozess der Partikel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellten Partikel (14) mittels wenigstens einer Kamera (16) des optischen Erfassungssystems (16, 17) optisch erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellten Partikel (14) bei der optischen Erfassung mit der Auflichtmethode durch eine Lichtquelle (17) des optischen Erfassungssystems (16, 17) beleuchtet werden.
Einrichtung zur Herstellung von körnerförmigen Feststoff-Partikeln aus wenigstens einer Ausgangssubstanz (2, 6), mit wenigstens einer ersten Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung (1, 3), wenigstens einer Verarbeitungseinrichtung (12) zur Verarbeitung der wenigstens einen Ausgangssubstanz (2, 6) und wenigstens einem optischen Erfassungssystem (16, 17), das eingerichtet ist zur optischen Erfassung der aus der Verarbeitungseinrichtung (12) austretenden Partikel (14) und mit wenigstens einer Steuerungseinrichtung (18), die zur Steuerung zumindest eines Parameters des Herstellungsprozesses zumindest in Abhängigkeit von wenigstens einer durch das optische Erfassungssystem ermittelten Kenngröße eingerichtet ist, wobei die Einrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Einrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens eine zweite Ausgangssubstanz- i Zuführeinrichtung (5, 7, 9) für eine zweite Ausgangssubstanz (6) aufweist, wobei die zweite Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung (5, 7, 9) eine Ventilanordnung (10) mit mehreren in parallelen Zweigen angeordneten schaltbaren Ventilen aufweist, durch die die zweite Ausgangssubstanz (6) in unterschiedlicher, von der Ventilbetätigung der Ventile abhängiger Zumengung der Verarbeitungseinrichtung (12) zuführbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgangssubstanz-Zuführeinrichtung (1, 3) eine Ventilanordnung mit mehreren in parallelen Zweigen angeordneten schaltbaren Ventilen aufweist, durch die die erste Ausgangssubstanz (2) in unterschiedlicher, von der Ventilbetätigung der Ventile abhängiger Zumengung der Verarbeitungseinrichtung (12) zuführbar ist.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.