DE112004000879T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Teilchenparameters und der Prozessorleistung in einem Kohle- und Mineral-Verarbeitungssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Teilchenparameters und der Prozessorleistung in einem Kohle- und Mineral-Verarbeitungssystem Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Leistungsvermögens einer Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung eines teilchenförmigen Materials, wobei das Verfahren umfasst:
die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material, das der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt werden soll, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material, das aus der Verarbeitungsvorrichtung ausgetreten ist, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
die Messung der Dicke jedes Teilchens;
die Bestimmung eines Parameters des teilchenförmigen Materials sowohl in der Probe aus dem der Vorrichtung zuzuführenden Material als auch in der Probe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, aus den aufgenommenen Strahlungsbildern; und
die Bestimmung eines Leistungsindex der Vorrichtung durch Berücksichtigung des Parameters des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, im Verhältnis zu einem erwarteten Parameter des Materials, das aus...

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Teilchendurchmessers und auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Prozessorleistung.
  • Die Erfindung ist anwendbar auf ein Verarbeitungssystem für ein teilchenförmiges Material und insbesondere auf ein System, in dem Mineralien und kohlenstoffhaltige Feststoffe, wie z.B. Kohle, Eisenerz, Mangan, Diamanten und andere Materialien, verarbeitet werden. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Verarbeitung von Kohle und wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Verarbeitung von Kohle näher beschrieben. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung auch auf die Verarbeitung anderer Materialien anwendbar ist, wie z.B. solcher, wie sie oben angegeben sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Die Erfindung betrifft außerdem die Bestimmung eines Parameters eines Teilchens. Die Bestimmung des Parameters kann angewendet werden in Relation zur Bestimmung der Prozessorleistung oder sie kann angewendet werden in einer anderen Umgebung einfach zur Bestimmung des Parameters eines Teilchens für andere Zwecke.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Rohkohle wird aus dem Erdboden abgebaut und verarbeitet zur Herstellung eines wünschenswerten Handelsprodukts. Rohkohle enthält eine bestimmte Menge an Gangart, die nach dem Verbrennen unter Standardbedingungen einen festen Ascherückstand zurücklässt. Im Handel erhältliche Kohle weist am meisten bevorzugt einen festgelegten Aschegehalt-Grenzwert auf, der normalerweise in einer vertraglichen Vereinbarung zwischen dem Produzenten und dem Käufer festgelegt wird. Ein typisches Beispiel für einen Aschegehalt-Grenzwert für qualitativ hochwertige Verkokungskohle beträgt 10 %. Wenn der Aschegehalt der produziereten Kohle über diesen Wert hinaus ansteigt, kann das Produkt noch verkäuflich sein, sein Preis ist jedoch gemindert und/oder es können für den Produzenten Strafen vorgesehen sein.
  • Rohkohle kann nach der Gewinnung mit Hilfe einer Siebeinrichtung oder einer anderen Klassierungseinrichtung zu einer speziellen Teilchengröße klassiert werden, um die Rohkohle in vorher festgelegte Teilchengrößen aufzutrennen, die beispielsweise definiert werden durch die Sieböffnungsgröße des Sieb-Separators.
  • Die aufgetrennte Kohle mit der gewünschten Teilchengröße wird dann einem Prozessor zugeleitet, in diesem Beispiel einem Schwerflüssigkeits-Separator. Es gibt eine Reihe von unterschiedlichen Schwerflüssigkeits-Separatoren, die derzeit verwendet werden, je nach Größe der zu behandelnden Teilchen. Beispielsweise können große Stücke (Klumpen) in Schwerflüssigkeits-Trommeln, in Schwerflüssigkeits-Bädern, in Schwerflüssigkeits-Behältern, in Larkodemen und dgl. verarbeitet werden, und kleinere, jedoch noch grobe Teilchen können in Schwerflüssigkeits-Cyclonen, Schwerflüssigkeits-Cycloiden und dgl. verarbeitet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Wörter "schwer" und "dicht" im vorliegenden Zusammenhang untereinander austauschbar verwendet werden können. In diesen Typen von Schwerflüssigkeits-Einrichtungen wird ein geeignetes oder inertes fein gemahlenes Pulver von schweren Feststoffen (wie z.B. Magnetit oder Ferrosilicium) in Wasser aufgeschlämmt zur Bildung einer Schwerflüssigkeit (Schwertrübe), deren Dichte durch den Mengenanteil an Feststoffen in der Aufschlämmung eingestellt werden kann. Durch Mischen der Rohkohle mit der Schwerflüssigkeit ist es möglich, diese auf der Basis ihrer Dichte relativ zur Dichte der Schwerflüssigkeit aufzutrennen. Beispielsweise kann Kohle mit einem Aschegehalt von 10 % von Rohkohle mit einem höheren Aschegehalt abgetrennt werden durch Zugabe der Rohkohle zu einer Schwerflüssigkeit mit einer Dichte von beispielsweise 1400 kg/m3. In diesem Beispiel schwimmt die gewonnene Kohle mit einem Aschegehalt von 10 % eindeutig auf der Kohle mit einem höheren Aschegehalt, die die Neigung hat, in die Schwerflüssigkeit einzusinken. Das Material, das auf der Oberfläche schwimmt, führt einen Wert (Menge) an den Überlauf-Auslass eines Separators ab und dasjenige, das nach unten sinkt, führt einen Wert (Menge) an den Ablauf-Auslass ab.
  • Im spezifischen Fall eines Schwerflüssigkeits-Cyclons ist der Auftrennungswirkungsgrad der Kohleteilchen häufig der für die Maximierung der Ausbeute und der Qualität kritische Wert. Der anerkannte Industriestandard für die Bestimmung des Wirkungsgrades (der Leistung) ist die Verteilungskoeffizientenkurve mit ihren charakteristischen D50- und Eo-Parametern. Der D50-Parameter ist die Abtrennungsdichte der Teilchen und der Ep-Parameter ist ein Maß für die Schärfe der Abtrennung (ein höherer Wert für Ep zeigt eine stärkere Fehlanordnung der Teilchen und damit einen niedrigeren Wirkungsgrad an). Während der D50-Parameter der Abtrennung in enger Beziehung zu der Schwerflüssigkeit steht, gibt es außerdem Maschineneffekte, die nahezu unvermeidlich dazu führen, dass der D50-Parameter etwas höher ist als die mittlere Dichte des Mediums. Das Ausmaß, in dem er größer ist, hängt von einer Reihe von Parametern ab, wie z.B., ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, von der Dichte des Mediums, der Stabilität des Mediums, dem Schwerflüssigkeits-Cyclon-Druck, der Rohkohle-Zuführungsrate, dem Grad der Cyclon-Welle und Variationen davon. Die Gesamtschärfe der Abtrennung ist eine strenge Funktion der Schwankungen jedes dieser Parameter.
  • Die derzeitigen Verteilungskurven für Schwerflüssigkeits-Cyclone (DMCs) und somit für den DMC-Umlauf-Wirkungsgrad, werden erhalten aus der Labor-Waschbarkeits-Analyse oder aus Tracer-Testarbeiten in der Anlage. Die erhaltenen Daten weisen einen Grad der Genauigkeit auf, der bisher die Basis der Industrie-Entscheidungen über das DMC-Leistungsvermögen und darüber, ob Korrekturarbeitsgänge erforderlich sind, bildete. Unglücklicherweise sind diese Tests charakterisiert durch ihre verhältnismäßig hohen Kosten und ihre langen Zeitspannen, bevor die Informationen verfügbar werden. Bei häufigen Prüfungen wird eine suboptimale Leistung festgestellt, was zu signifikanten Kohleverlusten führt.
  • Wenn es gelänge, einen speziellen Parameter eines Teilchens schneller zu bestimmen, wäre es dadurch möglich, das Prozessor-Leistungsvermögen zu bestimmen und erforderlichenfalls schneller Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, dass der Prozessor in zufriedenstellender Weise arbeitet. Die Bestimmung eines Parameters eines Teilchens ist auch eine nützliche Information in einer Umgebung, die völlig unabhängig von dem Prozessor-Leistungsvermögen ist, wie z.B. die Teilchengröße des Materials, die durch Zerkleinerungen entsteht, der Grad der Calcinierung des Materials und dgl.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es gemäß einem ersten Aspekt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Prozessor-Leistungsvermögens zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zur Bestimmung des Leistungsvermögens einer Verarbeitungsvorrich tung zur Verarbeitung von teilchenförmigem Material, wobei das Verfahren umfasst:
    die Aufnahme (Erstellung) eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus einem teilchenförmigen Material passiert hat, das in die Verarbeitungsvorrichtung eingeführt werden soll, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
    die Aufnahme (Erstellung) eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus einem teilchenförmigen Material passiert hat, das aus der Verarbeitungsvorrichtung ausgetreten ist, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
    die Bestimmung eines Parameters des teilchenförmigen Materials mittels der aufgenommenen Strahlungsbilder sowohl der Materialprobe, die der Vorrichtung zugeführt worden ist, als auch der Materialprobe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist; und
    die Bestimmung des Leistungsindex der Vorrichtung durch Berücksichtigung des Parameters des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, in Bezug auf einen erwarteten Parameter des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, unter Berücksichtigung des Parameters des teilchenförmigen Materials, das der Vorrichtung zugeführt worden ist.
  • Der erste Aspekt der Erfindung kann auch angesehen werden als eine Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsvermögens einer Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung eines teilchenförmigen Materials, wobei die Vorrichtung umfasst:
    einen Sensor für die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material, das der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt werden soll, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teil chenförmige Material verändert worden ist, und für die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus einem teilchenförmigen Material passiert hat, das aus der Verarbeitungsvorrichtung ausgetreten ist, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
    und
    eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Parameters des teilchenförmigen Materials aus den aufgenommenen Strahlungsbildern sowohl der Materialprobe, die der Vorrichtung zugeführt worden ist, als auch der Materialprobe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, und zur Bestimmung des Leistungsindex der Vorrichtung unter Berücksichtigung des Parameters des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, im Hinblick auf einen erwarteten Parameter des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, der abhängt von dem Parameter des teilchenförmigen Materials, das der Vorrichtung zugeführt worden ist.
  • Wenn der erwartete Leistungsindex der Verarbeitungsvorrichtung nicht mit dem übereinstimmt, der nach dem Verfahren und in der Vorrichtung bestimmt worden ist, kann angezeigt werden, dass die Verarbeitungsvorrichtung nicht in zufriedenstellender Weise arbeitet und dass Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, um die Verarbeitungsvorrichtung zu korrigieren. Bei einem spezifischen Beispiel, bei dem das Material Kohle ist und die Verarbeitungsvorrichtung ein Schwerflüssigkeits-Separator ist und der Parameter die Dichte des teilchenförmigen Materials ist, kann dann, wenn die Dichte des Materials, das in den Separator eingeführt werden soll, bestimmt wird, die Dichte des Materials, die auf einen Überlaufauslass aufgegeben wird, und/oder die Dichte des Materials, die auf einen Abstrom-Auslass aufgegeben wird, abgeschätzt werden. Auf diese Weise kann die Verteilungszahl (d.h. die Materialmenge, die dem Überlauf zugeführt werden sollte, im Vergleich zu derjenigen, die dem Ablauf zugeführt werden sollte) bestimmt werden. Wenn festgestellt wird, dass die Verteilungszahl nicht derjenigen entspricht, die erwartet wird, ist dies ist ein Hinweis darauf, dass der Separator nicht zufriedenstellend arbeitet und eine geeignete Korrektur durchgeführt werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Verarbeitungsvorrichtung ein Separator und die Probe aus dem Material, das aus der Vorrichtung abgeführt wird, ist eine erste Materialprobe, die dem Überlauf zugeführt wird, und bei der es sich um das Produkt handelt, und eine Probe aus einem zweiten Material, das dem Ablauf zugeführt wird und das Abfall darstellt, wobei das Verfahren außerdem umfasst die Erstellung eines Bildes einer Strahlung, die von der ersten Probe aus dem teilchenförmigen Material emittiert wird, und die Erstellung eines Bildes einer Strahlung, die von der zweiten Probe aus dem teilchenförmigen Materials emittiert wird, wobei, bezogen auf die festgelegten Parameter des teilchenförmigen Materials sowohl in dem Probenmaterial, das der Vorrichtung zugeführt werden soll, als auch des Probenmaterials, das aus der Vorrichtung abgeführt worden ist, der Leistungsindex bestimmt werden kann anhand der Menge des Materials, die dem Überlauf zugeführt werden sollte und der Menge, die dem Ablauf zugeführt werden sollte, wenn der Separator in zufriedenstellender Weise arbeitet, und aus der Bestimmung des Parameters der ersten Probe und des Parameters der zweiten Probe erhält man einen Hinweis auf die Menge an Material, die tatsächlich dem Ablauf und dem Überlauf zugeführt wird, und durch Vergleich dieser Mengen mit den erwarteten Mengen kann der Leistungsindex des Separators bestimmt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Separator vorzugsweise ein Schwerflüssigkeits-Cyclon.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Parameter vorzugsweise die Dichte des teilchenförmigen Materials oder sein Mineralgehalt und die Materialmenge, die dem Ablauf zugeführt wird, und die Materialmenge, die dem Überlauf zugeführt wird, wird bestimmt durch die Dichten des Materials oder den Mineralgehalt des Materials, das dem Ablauf zugeführt wird, und die Dichten des Materials oder den Mineralgehalt des Materials, das dem Überlauf zugeführt wird, so dass dann, wenn die jeweiligen Dichten oder der jeweilige Mineralgehalt dem Ablauf zugeführt wird (werden), der (die) tatsächlich dem Überlauf zugeführt werden sollte(n), eine Bestimmung durchgeführt werden kann, dass der Separator nicht in zufriedenstellender Weise arbeitet.
  • Vorzugsweise ist die Strahlung eine Röntgenstrahlung.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Vorzerkleinerungsvorrichtung zum Vorzerkleinern des teilchenförmigen Materials auf eine geringere Teilchengröße und der Parameter ist die Teilchengröße oder die Dichte oder der Mineralgehalt des teilchenförmigen Materials.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Calciniervorrichtung und der Parameter ist der Grad der Calcinierung des teilchenförmigen Materials.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Veränderung der Strahlung um eine Schwächung (Dämpfung) der Strahlung.
  • Vorzugsweise wird die Strahlung aufgezeichnet durch einen Sensor durch Bestrahlen des teilchenförmigen Materials mit einer Strahlungsquelle, sodass die Strahlung durch das teilchenförmige Material hindurch in den Sensor gelangt.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch das teilchenförmige Material selbststrahlend sein oder selbststrahlend gemacht sein durch Einarbeitung eines Strahlung erzeugenden Materials in das teilchenförmige Material.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung außerdem eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Strahlung zum Bestrahlen des teilchenförmigen Materials, sodass die Strahlung von dem teilchenförmigen Material emittiert werden kann.
  • Vorzugsweise sind der Sensor und die Strahlungsquelle in einem Gehäuse angeordnet und es ist eine Fördereinrichtung vorgesehen, um das teilchenförmige Material zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor zu transportieren, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und auf diese Weise die jeweiligen Bilder durch den Sensor aufgenommen werden können. Alternativ wird das teilchenförmige Material auf einer stationären ebenen Platte zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor angeordnet, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und auf diese Weise die jeweiligen Bilder von dem Sensor aufgenommen werden können.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor um einen Röntgendetektor mit linearer Anordnung, der auf verschiedenen Nachweismethoden basiert, beispielsweise einen Szintillationszähler und einen Fotoleiter oder einen CCD-Röntgendetektor, der eine Vielzahl von Rasterpunkten (Pixeln) zur Erzeugung eines Bildes aufweist.
  • Vorzugsweise besteht das aufgenommene Bild aus einer Anzahl von Bildpunkten (Rasterpunkten bzw. Pixeln), von denen jeder einen Intensitätswert aufweist, der von dem Grad abhängt, in dem die Strahlung durch das Teilchen geschwächt (gedämpft) worden ist, das die Strahlung passiert hat. Vorzugsweise umfassen die Intensitätswerte Graustufen-Werte und RGB-Farb-Werte.
  • Die Bestimmung des Parameters umfasst vorzugsweise die Stufen der Erzeugung eines lokalen Bildfensters, innerhalb dessen nur ein Teilchen oder nur eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen, die Berechnung der Bildcharakteristika jedes identifizierten lokalen Bildfensters, die Berechnung der Indikator-Variablen, welche die Informationen zusammenfassen, die in den Bildcharakteristika enthalten sind, durch multivariante statistische Methoden, wie z.B. durch die Hauptkomponenten-Analyse (PCA) und die partielle Methode der kleinsten Quadrate (PLS) und die Bestimmung mindestens eines Parameters jedes Teilchens oder jeder Gruppe von sich überlappenden Teilchen in dem teilchenförmigen Material aus den Indikator-Variablen durch Verwendung eines mathematischen Vorhersage-Modells.
  • Die Bildcharakteristika umfassen vorzugsweise, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, statistische Merkmale auf der Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms, bei dem es sich um ein Diagramm handelt, in dem die Frequenz der Intensitätswerte gegen die Intensitäten von Bildpunkten (Rasterpunkten bzw. Pixeln) bei einem lokalen Bildfenster aufgetragen sind, Strukturmerkmale, die auf einer gleichzeitig auftretenden Grauwert-Matrix basieren (auch als räumliche Grauwert-abhängige Matrix bezeichnet) (vgl. die Literaturstelle R. M. Haralick, K. Shanmugam und I. Dinstein, "IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics", SMC-3, 1973, Seiten 601 – 621), die Gabor-Merkmale, die auf Gabor-Filtern basieren, und die Merkmale, die auf Wavelet-Informationen basieren.
  • Die statistischen Merkmale auf Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms umfassen vorzugsweise, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, die Gesamtanzahl der Bildpunkte (Pixel), den Mittelwert, den Medianwert, die Standardabweichung, die Kurtosis und die Schiefe (den Schrägverlauf). Die Strukturmerkmale auf Basis der gleichzeitig auftretenden Grauwert-Matrix umfassen vorzugsweise, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, die Entropie, den Kontrast, die Korrelation, die Energie, die lokale Homogenität, die maximale Wahrscheinlichkeit, die Summenentropie und die Differenzentropie.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Durchführung einer Messung der Dicke des Materials, die einen Dickenwert ergibt und den Dickenwert als weiteres charakteristisches Merkmal bereitstellt zur Bestimmung des Parameters.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Dickenmessung erhalten durch Lichtquellen zur Belichtung des Materials und durch Kameras zum Nachweis des belichteten Materials, sodass ein dreidimensionales Bild des Materials erhalten wird, aus dem an jedem Punkt eines teilchenförmigen Materials ein Dickenwert bestimmt werden kann. Der Dickenwert kann aber auch durch Anwendung anderer Methoden erhalten werden.
  • Das mathematische Vorhersagemodell zur Bestimmung des Parameters umfasst vorzugsweise, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, künstliche Neural-Netzwerke und multivariante Regressionsmodelle.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Trainierung und Validierung eines künstlichen Neural-Netzwerkmodells mit einer Reihe von Eichproben mit aufgenommenen Röntgenbildern und bekannten Parametern des teilchenförmigen Materials. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung von Parametern in einem mathematischen Vorhersagemodell unter Verwendung einer Reihe von Bildcharakteristika oder Indikator-Variablen mit bekannten Parametern des teilchenförmigen Materials.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Bestimmung des Parameters eines Teilchens. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar zur Bestimmung eines Parameters für die Verwendung bei einer früheren Erfindung, und sie ist außerdem anwendbar zur Bestimmung eines Parameters eines Teilchens für Zwecke, die mit denjenigen der ersten Erfindung nicht im Zusammenhang stehen. Die vorliegende Erfindung kann somit auch in einer Umgebung verwendet werden, in der es wünschenswert ist, einen Teilchenparameter eines teilchenförmigen Materials zu bestimmen.
  • Der zweite Aspekt der Erfindung kann somit angesehen werden als ein Verfahren zur Bestimmung eines Parameters eines teilchenförmigen Materials, das umfasst:
    die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist;
    die Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb deren nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen;
    die Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf statistische Merkmale, Strukturmerkmale, Gabor-Merkmale und Merkmale beziehen, die auf Wavelet-Umwandlungen basieren;
    den Vergleich der Gruppe von Bildcharakteristika mit einer vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf das teilchenförmige Material beziehen; und
    die Bestimmung des Parameters aus dem Vergleich.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch bestehen in einer Vorrichtung zur Bestimmung des Parameters eines Teilchens, die umfasst:
    einen Sensor zur Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist; und
    einen Datenprozessor zur Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen und durch Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf statistische Merkmale, Strukturmerkmale, Gabor-Merkmale und Merkmale auf Basis von Wavelet-Transformationen, beziehen, durch Vergleich der Gruppe von Bildcharakteristika mit einer vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf das teilchenförmige Material beziehen, und durch Bestimmung des Parameters aus dem Vergleich.
  • Nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann somit der Teilchenparameter schnell bestimmt werden durch Aufnahme von Bildern von Proben aus dem teilchenförmigen Material und Verarbeitung des Bildes zur Bestimmung des Parameters auf der Basis eines Vergleichs von vorgegebenen Charakteristika mit einer vorgegebenen Gruppe von Charakteristika, die sich auf diejenigen des Teilchen-Typs beziehen.
  • Vorzugsweise ist der Parameter die Dichte des teilchenförmigen Materials.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Strahlung um Röntgenstrahlung.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Veränderung der Strahlung um die Schwächung (Dämpfung) der Strahlung.
  • Vorzugsweise wird die Strahlung aufgenommen durch einen Sensor durch Bestrahlen des teilchenförmigen Materials mit einer Strahlenquelle, sodass die Strahlung durch das teilchenförmige Material hindurch in den Sensor gelangt.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann das teilchenförmige Material jedoch selbststrahlend sein oder selbststrahlend gemacht werden durch Einschluss eines Strahlung erzeugenden Materials innerhalb des teilchenförmigen Materials.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung außerdem eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung zum Bestrahlen des teilchenförmigen Materials, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann.
  • Vorzugsweise sind der Sensor und die Strahlungsquelle in einem Gehäuse angeordnet und eine Fördereinrichtung ist vorgesehen, um das teilchenförmige Material zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor zu transportieren, so dass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und die jeweiligen Bilder durch das teilchenförmige Material aufgenommen werden können.
  • Alternativ ist das teilchenförmige Material auf einer stationären ebenen Platte zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor angeordnet, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und somit die jeweiligen Bilder von dem Sensor aufgenommen werden können.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor um einen Röntgendetektor mit linearer Anordnung, der auf verschiedenen Nachweismethoden basiert, beispielsweise um einen Szintillationszähler oder Fotoleiter oder um einen CCD-Röntgendetektor, der eine Vielzahl von Bildpunkten (Pixeln) zur Erzeugung von Bildern aufweist.
  • Vorzugsweise ist das aufgenommene Bild aus einer Reihe von Bildpunkten (Pixeln) aufgebaut, von denen jeder einen Intensitätswert hat, je nach Umfang, bis zu dem die Strahlung durch das Teilchen geschwächt worden ist, das die Strahlung passiert hat. Vorzugsweise umfassen die Intensitätswerte Grauwerte und RGB-Farbwerte.
  • Der Parameter wird vorzugsweise bestimmt durch Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen, durch Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika, die sich beziehen auf statistische Merkmale, Strukturmerkmale, Gabor-Merkmale und Merkmale auf der Basis von Wavlet-Transformationen, durch Vergleich der Gruppe von Bildcharakteristika mit einer vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika, die sich beziehen auf den Teilchen-Typ, und durch Bestimmung des Parameters aus dem Vergleich zwischen der Gruppe von Bildcharakteristika mit der vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika.
  • Vorzugsweise werden die Charakteristika ausgewählt aus einer Vielzahl von Charakteristiken, wie z.B. der Gesamtanzahl der Bildpunkte (Pixel), dem Mittelwert, der Medianlinie, der Standardabweichung, der Kurtosis, der Schiefe (dem Schräglauf), der Enthropie, dem Kontrast, der Korrelation, der Energie, der lokalen Homogenität, der maximalen Wahrscheinlichkeit, der Summenentropie, der Differenzentropie, und Merkmalen auf der Basis der Gabor-Filter und Wavelet-Transformationen.
  • Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung eines Parameters durch intelligente (Software) Datenanalyse von Bildcharakteristika, die aus dem aufgenommenen Bild entnommen werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung der Materialdicke zur Durchführung einer Messung der Dicke des Materials, sodass die Dickenmessung als eines der Charakteristika verwendet werden kann, welche die Bestimmung des Parameters erlauben.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Lichtquellen zum Bestrahlen des Materials und Kameras zum Nachweis des bestrahlten Materials, sodass ein dreidimensionales Bild aus dem Material erzeugt wird, aus dem eine Dickenmessung vorgenommen werden kann.
  • Die intellegente (Software-)Informationsverarbeitungstechnik kann umfassen künstliche neurale Netzwerke, generische Algorithmen oder eine multivariable Korrelation.
  • Vorzugsweise wird ein Röntgenbild eines Eich-Probenmaterials aufgenommen, bei dem der Parameter bekannt ist, und es wird eine Gruppe von Bildcharakteristika bestimmt, die sich auf diesen Parameter des Eichmaterials beziehen.
  • Vorzugsweise werden die Bildcharakteristika ausgewählt auf der Basis derjenigen Bildcharakteristika, die sich am genauesten auf den bekannten Parameter des Eichmaterials beziehen.
  • Vorzugsweise ist die Anzahl der Charakteristika in der Gruppe von Bildcharakteristika so niedrig wie möglich, um den erforderlichen Grad von Genauigkeit und Zuverlässigkeit in dem bestimmten Parameter zu erhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei zeigen:
  • 1 ein Diagramm, das eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Kohle erläutert, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
  • 2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Konzepts, in dem unterschiedliche Dichten die Röntgenstrahlung durch unterschiedliche Mengen schwächen (dämpfen);
  • 3 Proben-Röntgenbilder aus einem teilchenförmigen Material mit unterschiedlichen Dichten;
  • 4 Histogramme von aufgenommenen Röntgenbildern von Kohleproben;
  • 5 Diagramme der relativen Dichte (RD) in Abhängigkeit von dem Mittelwert und der Standardabweichung des Histogramms für verschiedene Kohleproben;
  • 6 Diagramme, in denen die relative Dichte (RD) gegen den Mittelwert und die Standardabweichung des Histogramms für andere Kohleproben aufgetragen ist;
  • 7 eine Ansicht der Verarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein schematisches Diagramm, das sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bezieht; und
  • 9 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Dickenmessung, die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angewendet wird.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nachstehend wird ein spezifisches Beispiel für einen allgemeinen Schwerflüssigkeits-Cyclon-Kreislauf beschrieben. Er dient nur der Erläuterung, wie die Erfindung angewendet werden kann und beschränkt nicht den Bereich der Erfindung auf das angegebene spezifische Beispiel.
  • Vor Beginn des Verfahrens, wie es in 1 dargestellt ist, kann die Rohkohle auf eine Teilchengröße von höchstens 50 mm zerkleinert werden. Wie in der 1 dargestellt, wird die Rohkohle auf einem Bogensieb 1 und einem nachfolgenden Rüttelsieb 2 mit Waschwasser-Zugabe 3 aufgetrennt. Diese Vorrichtung entfernt Feinteilchen, in der Regel mit einer Teilchengröße von 2 bis 0,2 mm, aus der Rohkohle und die gesamte Untergröße wird in Vorrichtungen verarbeitet, die hier nicht beschrieben werden. Das Material mit Übergröße sinkt unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten in einen Sumpf 4, aus dem es bei 5 in den Schwerflüssigkeits-Cyclon 6 gepumpt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in der 1 die Schwerflüssigkeit (das dichte Medium) den groben Kohleteilchen in dem Schwerflüssigkeits-Cyclon-Beschickungssumpf 4 zugegeben wird. Die grobe Rohkohle wird in dem Schwerflüssigkeits-Cyclon 6 aufgetrennt zur Bildung eines Produkts mit niedrigerem Aschegehalt und eines Abfalls mit höherem Aschegehalt. Das Produkt wird von der Schwerflüssigkeit auf dem Bogensieb 7 und dem Durchlaufsieb 8 und dem Spülsieb 9 abgetrennt. Das Bogensieb und die Durchlaufsiebe entfernen die Masse der Schwerflüssigkeit, die dann in den Schwerflüssigkeits-Sumpf 14 im Kreislauf zurückgeführt werden kann. In dem Spülsieb 9 erfolgt eine Wasserzugebe 21, 22 (schmutzig und geklärt), um die Entfernung der an den Kohleteilchen haftenden Schwerflüssigkeit zu unterstützen. Der Spülsieb-Ablauf ist signifikant verdünnt und muss konzentriert werden, sodass das Wasser entfernt wird, bevor es beim Betrieb des Schwerflüssigkeits-Cyclons wiederverwendet werden kann. Ähnliche Bogensiebe 10, Ablaufsiebe 11 und Spülsiebe 12 ergeben eine Rückgewinnung der Schwerflüssigkeit für das Schwerflüssigkeits-Cyclon-Ablauf-Material.
  • Die verdünnte Schwerflüssigkeit wird mit magnetischen Separatoren 16 und 17 entwässert. Die zurückgewonnene Schwerflüssigkeit wird in den Schwerflüssigkeitssumpf 18 eingeleitet, aus dem sie bei 15 in den Schwerflüssigkeitssumpf 14 gepumpt wird. Das abgetrennte Wasser wird im Kreislauf zurückgeführt für die Verwendung an einer beliebigen Stelle in der Anlage, beispielsweise als Wasserzusatz zu den vorstehend beschriebenen Klassierungsarbeitsgängen.
  • Die einen Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung ist in der 1 dargestellt und sie umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 50, einen Detektor 52, beispielsweise eine CCD-Anordnung oder dgl., und einen Prozessor 54, der mit dem Sensor 52 in Verbindung steht, die vorgesehen sind, um Bilder von dem Material aufzunehmen, das in den Cyclon 6 eingeführt werden soll. In entsprechender Weise sind eine Röntgenstrahlenquelle 50a und ein Detektor 52a auf der Überllaufeitung vorgesehen, der das Produkt zugeführt wird, und eine Röntgenstrahlenquelle 50b und ein Detektor 52b sind auf der Überlaufleitung vorgesehen, welcher der Abfall zugeführt wird. Die Röntgenstrahlenquellen und die Sensoren 52 sind aus Sicherheitsgründen in geeigneter Weise abgeschirmt und das teilchenförmige Material wird zwischen den Röntgenstrahlenquellen 50 und den Detektoren 52 hindurchgeführt. Es ist klar, dass die 1 drei Gruppen von Röntgenstrahlenquellen und Detektoren für die Aufnahme von Bildern des Materials, das dem Cyclon 6 zugeführt wird, zeigt, wobei das Material bei dem Überlauf aus dem Cyclon 6 ankommt wird und das Material an dem Ablauf aus dem Cyclon 6 ankommt, dies dient jedoch lediglich der Erläuterung und zeigt eine Situation, die auftreten kann, wenn es beab sichtigt ist, eine permanente Online-Überwachung des Cyclons 6 durchzuführen. Die wahrscheinlichere Anordnung ist jedoch die, dass eine Röntgenstrahlenquelle 50 und ein Detektor 52 in ihrem eigenen Gehäuse vorgesehen sind mit einer Förderanordnung, die zwischen der Röntgenstrahlenquelle 50 und dem Detektor 52 angeordnet ist, auf der die Materialproben, die dem Cyclon 6 zugeführt werden sollen, angeordnet sein können, um ein Bild aufzunehmen, und dann die Materialprobe, die in den Überlauf gelangt ist, angeordnet sein kann, um ein Bild aufzunehmen, und danach ein Probenmaterial, das in den Ablauf gelangt ist, angeordnet sein kann, um ein Bild aufzunehmen. Vorzugsweise wird das Probenmaterial einfach auf einer Fördereinrichtung abgelagert, die das Probenmaterial aus der Röntgenstrahlenquelle 50 zu dem Detektor 52 transportiert, wobei die verschiedenen Proben von der Beschickungsleitung, dem Überlauf und dem Ablauf aufgenommen werden. Das Probenmaterial wird vorzugsweise auf der Fördereinrichtung abgeschieden und verteilt zur Erzielung eines verhältnismäßig dünnen Körpers aus dem Probenmaterial, der von der Röntgenstrahlung aus der Quelle 50 passiert wird, die dann in den Detektor 52 gelangt.
  • Die Sensoren 52 sind mit einem elektronischen Prozessor 54 für die Verarbeitung der von den Sensoren aufgenommenen Daten verbunden. Wenn das System in Betrieb ist, dann stehen auch die Sensoren 50a und 50b mit dem Prozessor 54 in Verbindung. Wenn jedoch das System außer Betrieb ist und die Beschickungs-, Überlauf- und Ablauf-Proben einfach von der Einrichtung aufgenommen werden, dann sind offensichtlich nur eine Röntgenstrahlenquelle 50, ein Sensor 52 und ein Prozessor 54 vorgesehen. Bei einer alternativen Anordnung muss der Prozessor 54 nicht auf der Vorrichtung vorgesehen sein und kann von der Vorrichtung entfernt angeordnet sein, wobei die von dem Sensor 52 aufgenommenen Daten einfach zu dem Prozessor transportiert und in diesen eingegeben werden zur Durchführung der Verarbeitung.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einfach die Schwächung (Dämpfung) der Röntgenstrahlung 56 erläutert, die durch die Röntgenstrahlenquelle 50 erzeugt werden, durch das teilchenförmige Material mit beispielsweise einem Rd von 1,3 und einem Rd von 1,8. Die "Bolzen" 56 auf der rechten Seite der Zeichnung erläutern einfach die Schwächung der Strahlung 55.
  • Um das erfindungsgemäße Konzept zu erläutern, wurden Proben eines Entschleimungssieb-Überlaufs aus einer Kohleverarbeitungsanlage erhalten und im Labor bis auf eine Waschbarkeits-Teilchengröße und dichten Fraktionen RD (50 × 16; 16 × 4; 4 × 2 und 2 × 0,5 mm mit Flotten 1,3; 1,35; 1,4; 1,45; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9 und 2,0 als relative Dichten) vorbehandelt.
  • Ein Röntgenscanner, wie z.B. ein Scanner vom Modell PXM, wurde verwendet zur Bereitstellung der Röntgenstrahlungsquelle 50 und auch des Sensors 52 und es wurden Schwächungsbilder für die oben genannte Probe aufgenommen. Beispiele für die Bilder sind in der 3 dargestellt. Daraus ist zu ersehen, dass der Grauwert des Teilchenbildes mit zunehmender Kohleteichendichte abnimmt (d.h. je höher die Teilchendichte Rd ist, umso dunkler ist das Teilchenbild). Das aufgenommene Bild bestand aus einer Anzahl von Bildpunkten (Pixeln), von denen jeder einen quantitativen Grauwert hatte, der vom Grad abhing, in dem die Röntgenstrahlung durch das Material in dem Teilchen, das von der Strahlung passiert wurde, geschwächt wurde. Für jedes Teilchen kann die Anzahl der Bildpunkte (Pixels) mit einem speziellen Grauwert in Form eines Diagramms aufgetragen werden gegen den Grauwert in Form eines Histogramms. Beispiele für die Histogramme der Teilchenbilder sind in der 4 dargestellt. Diese Histogramme bewegen sich zur linken Seite und werden breiter mit steigender Teilchendichte RD. Dies ist eine Folge davon, dass saubere Kohle durch mineralisches Material ersetzt wird und mehr heterogener Natur wird.
  • Aus dem Histogramm, d.h. der Verteilung, können zwei Parameter, der mittlere Grauwert (GLmittel) und die Breite der Verteilung, gegeben durch die Standardabweichung (GLBreite) errechnet werden. Dabei handelte es sich um die beiden leichtesten Werte, die errechnet werden können, um die Verteilung zu be schreiben, es gibt jedoch viele andere Faktoren, die ebenfalls verwendet werden können. Diagramm dieser beiden Parameter, in denen diese gegen die relative Dichte (RD) der Kohleteilchen aufgetragen sind, sind in den 5 und 6 für Teilchen bis herunter zu einer Teilchengröße von 4 mm dargestellt. Daraus ist zu ersehen, dass die relative Dichte (RD) in einer klaren Korrelation steht zu der GLmittel und der GLBreite Die GLmittel nimmt mit steigender RD ab und die GLBreite nimmt mit steigender RD zu. Diese Korrelationen stellen die Basis für die Bestimmung der Teilchendichte aus dem Röntgenbild dar.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Bestimmung der Teilchendichte nicht nur auf der Korrelation zwischen der RD und den beiden Parametern basiert, sondern auch basiert auf einer intelligenten (Software-)Datenanalyse aller wichtigen Bildcharakteristika, die aus dem Teilchenbild entnommen wurden. Es gibt eine Reihe von Bildcharakteristika oder Parameter, die aus dem Röntgenbild entnommen wurden, die zur Erhöhung der Genauigkeit der Dichtebestimmung verwendet werden können. Die Bildcharakteristika umfassen nicht nur die GLmittel und GLBreite, sondern auch Parameter, die aus Teilchenbildern entnommen wurden, wie z.B. die Medianlinie, die Kurtosis, die Schiefe (Schräglage), die Enthropie, der Kontrast, die Korrelation, die Energie, die lokale Homogenität, die maximale Wahrscheinlichkeit, die Summenentropie, die Differenzentropie und Merkmale auf der Basis von Gabor-Filtern und Wavelet-Transformationen.
  • Das aufgenommene Röntgenbild der Kohleteilchen enthält Informationen, die sich nicht nur auf die Teilchendichte, sondern auch auf die Teilchengröße, die Teilchengestalt und die mineralische Zusammensetzung und die Anordnung der Teilchen beziehen. Die aus dem Röntgenbild entnommenen Bildcharakteristika beziehen sich daher sowohl auf die Kohleteilchendichte als auch auf andere Faktoren.
  • Durch die Aufnahme von Bildern einer Eichprobe, wie z.B. derjenigen, wie sie unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben worden ist, kann eine Gruppe von Bildcharakteristika, wie z.B. der Mittelwert und die Standardabweichung, für bekannte Teilchenparameter, wie z.B. bekannte Dichten und die bekannte Dicke der Eichprobe der Teilchen aufgestellt werden. Dadurch wird eine Referenz zum Vergleich bereitgestellt, um die Parameter des Materials aus der in der 1 dargestellten Anlage zu bestimmen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bilder aufgenommen durch Erzeugung einer Röntgenstrahlung, die aus einer Röntgenquelle austritt, und durch Bereitstellung eines Detektors für den Nachweis der geschwächten Strahlung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist. Das Bild kann aber auch auf andere Weise aufgenommen werden, beispielsweise als ein RMI-Bild.
  • Unter den verschiedenen Methoden zum Beschreiben und Modellieren von quantitativen Beziehungen, die für analytische Verfahren oder empirische Regeln zu komplex sind, sind künstliche Intelligenz(Software)-Daten-Analysenmethoden, insbesondere das künstliche Neutral-Netzwerk, bevorzugt zur Identifizierung oder Kartierung von komplexen nicht-linearen Beziehungen, ohne dass die spezifische Kenntnis der Modellstruktur erforderlich ist. Künstliche Neural-Netzwerk (ANN)-Methoden sind sehr wirksam und zuverlässig bei der Berechnung als Folge ihrer Feedforward-Natur und sie haben auch eine höhere Fehlertoleranz in Bezug auf die Eingabedaten als andere Parameterabschätzungs-Methoden. Ein künstliches Back-Propagations-Neural-Netzwerk (BPANN) wird verwendet zur Abschätzung der Kohleteilchen-Dichteverteilung aus den gemessenen Röntgenbildern von Kohleteilchen.
  • Wie in der 7 dargestellt, enthält das künstliche Drei-Schichten-Back-Propagations-Neural-Netzwerk (BPANN) eine Input-Schicht, eine verdeckte Schicht und eine Output-Schicht. Die Bilddaten jedes Teilchens in dem Netzwerk werden vorverarbeitet zur Berechnung von Bildcharakteristika, wie z.B. des Durchschnittswertes, der Standardabweichung, des Medianwertes (Zentralwertes), der Kurtosis, der Schiefe (des Schrägverlaufs), der Enthropie, des Kontrasts, der Korrelation, der Energie, der lokalen Homogenität, der maximalen Wahrscheinlichkeit, der Summenentropie, der Differenzentropie und von der Merkmalen auf Basis von Gabor-Filtern und Wavelet-Transformationen. Diese Parameter werden dann direkt in das Neural-Netzwerk eingegeben zur Berechnung der Kohleteilchendichte oder sie werden vorverarbeitet zur Verminderung der Anzahl von Variablen unter Anwendung von Merkmalextraktionsverfahren, wie z.B. der Hauptkomponenten-Analyse (PCA) und der partiallen Methode der kleinsten Quadrate (PLS), bevor sie in das Neural-Netzwerk eingeführt werden, um die Kohleteilchendichte zu berechnen.
  • Die 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der das durch den Sensor 50 aufgenommene Bild verarbeitet wird, um die Dichte des teilchenförmigen Materials zu bestimmen. Offensichtlich wird das gleiche Verfahren durchgeführt für das Probenmaterial, das in den Cyclon 6 eingeführt werden soll, für das Überlaufmaterial aus dem Cyclon 6 und das Ablaufmaterial aus dem Cyclon 6. In entsprechender Weise kann auch ein teilchenförmiges Material aus jeder beliebigen anderen Umgebung verwendet werden zur Erzeugung des Bildes, das dann verarbeitet wird zur Bestimmung der Dichte dieses Materials.
  • Wie in 8 dargestellt, liegt das von dem Röntgenstrahl-Sensor 52 aufgenommene Bild 100 in Form einer Anordnung von Bildpunkten (Pixeln) 101 vor, die alle einen Intensitätswert im Hinblick auf die Strahlungsmenge aufweisen, die auf den Bildpunkt auftrifft, wenn das Bild aufgenommen wird. Die Strahlung, die von der Quelle 50 abgegeben wird, wird verändert durch den Durchgang durch das teilchenförmige Material, und sie wird insbesondere geschwächt durch dieses Material in Abhängigkeit von den speziellen Eigenschaften, beispielsweise der Dichte, des Materials.
  • Die Intensität jedes der Bildpunkte (Pixel) 101 in Bezug auf die Grauskala- oder RGB-Farbwerte sind alle voneinander verschieden je nach Intensität der Strahlung, die auf diese Bildpunkte (Pixel) auftrifft, die ihrerseits von der Dichte des Materials abhängt, das die Strahlung passiert hat.
  • Der Röntgenstrahlen-Sensor 52 ist somit in der Lage, ein Röntgenbild zu erzeugen, aus dem bestimmte Bildcharakteristika ermittelt werden können, wie z.B. der Mittelwert, die Standardabweichung, zusammen mit den anderen Charakteristika, wie sie weiter oben genannt sind. Diese Bildcharakteristika werden bestimmt und sind erläutert bei 105 in der 8.
  • Diese Bildcharakteristika ergeben daher die Rohdaten, die in der Stufe 107 mittels der Hauptkomponenten-Analyse (PCA) verarbeitet werden, um Merkmale zu entnehmen zur Bereitstellung eines künstlichen Neural-Netzwerks, wie es in der Stufe 108 in 8 erläutert ist. Die Merkmalsextraktionsmethode dient dazu, eine geringere Anzahl von Merkmalen zu entnehmen, welche die Gruppe von Bildcharakteristika zusammenfassen kann. Am meisten ist es bevorzugt, dass so wenige Charakteristika wie möglich ausgewählt werden, um den Grad der Genauigkeit zu erhöhen und die Zuverlässigkeit bei der endgültigen Dichtemessung, die durchgeführt werden soll, zu verbessern. Die Vorverarbeitung zur Entnahme der Merkmale in der Stufe 107 ergibt daher einen Input für das Netzwerk in der Stufe 108. Das künstliche Neural-Netzwerk in der Stufe 108 bearbeitet dann die Input-Daten zur Bestimmung der Teilchendichte unter Verwendung der Netzwerk-Gewichtskoeffizienten-Matrix, die in der Trainingsstufe vorher festgelegt worden ist.
  • Da die Bestimmung des Parameters, wie z.B. der Dichte, bei der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 9 dargestellt ist, vorgenommen wird durch Messung der Röntgenstrahlung, die das Material passiert hat, basieren die Messungen auf der Schwächung der Röntgenstrahlung. Da das Probenmaterial unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen kann und im Allgemeinen unterschiedliche Gestalten der Teilchen aufweist, selbst wenn es in Form einer extrem dünnen Schicht ausgebreitet wird, hängt die Schwächung von der tatsächlichen Dicke des Materials ab, welche die Röntgenstrahlung passiert hat.
  • Wenn beispielsweise das Material eine brammenartige Gestalt hat, die verhältnismäßig dünn ist, tritt eine bestimmte Schwächung auf. Wenn das Material genau die gleiche Dichte hat, jedoch eine Block-artige Gestalt oder eine unregelmäßigere Gestalt aufweist, ist eine stärkere Schwächung zu erwarten, weil die Röntgenstrahlung eine größere Dicke des gleichen Materials durchquert hat. Auf diese Weise kann die Messung des tatsächlichen Parameters, der zur Bestimmung der Leistung der Vorrichtung verwendet wird, oder einfach verwendet wird zur Erzielung eines Maßes für den Parameter selbst, stark verbessert werden, wenn eine Dickenmessung für das Material vorgesehen ist zusammen mit den oben genannten Merkmalen für das Neural-Netzwerk für die Verarbeitung zur Bestimmung des Parameters.
  • Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform sind die Röntgenstrahlenquellen 52b und der Detektor 52a (beispielsweise) in schematischer Form dargestellt zur Bereitstellung des oben genannten Bildes des Materials M, das auf einem Förderband 10 zugeführt werden kann. In entsprechender Weise können auch Dickenmessungen in Kombination mit den anderen Sensor- und Detektor-Paaren 50a, 52a und 50b, 52b, wie in Bezug auf die 1 beschrieben, durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 150 zur Bestimmung der Dicke eine IVP-Ranger-Vorrichtung M50. Diese Vorrichtung umfasst eine Laser-Lichtquelle 152 und eine Kamera 154. Die Vorrichtung 150 enthält auch ihre eigene Software zur Erzeugung eines Bildwertes von dem durch die Kamera 154 aufgenommenen Bild. Der Laser 152 erzeugt ein dünn ausgebreitetes fächerartiges Licht, das sich über das Material M erstreckt, und ein dreidimensionales Bild des bestrahlen Materials M wird durch die Kamera 154 aufgenommen. Durch Verarbeitung des dreidimensionalen Bildes innerhalb der Vorrichtung kann eine Dickenmessung des Materials M durchgeführt werden, die Bezug nimmt auf die Messungen, die durch den Detektor 52a erhalten wurden.
  • Die Merkmale, die in der Stufe 108 in 8 auf das Neural-Netzwerk aufgegeben werden, können somit umfassen die Dickenmessung, welche die Ergebnisse stark verbessert, weil ein weiteres charakteristisches Merkmal, das die tatsächliche Dicke des Materials anzeigt, bereitgestellt wird, das in Relation gesetzt werden kann zu den Schwächungswerten und anderen charakteristischen Merkmalen, um dadurch die Genauigkeit der Dichtemessungen, die erhalten werden, zu verbessern.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen der Typ der Röntgenstrahlenquelle und der Detektor in Form einer konventionellen Röntgenapparatur vor, die einen im Allgemeinen L-förmigen Detektor aufweist. Das Material passiert die Röntgenstrahlquelle und den Detektor in Form einer verhältnismäßig dünnen Schicht auf einem Band. Dies führt zu einem im Allgemeinen fächerartigen Röntgenstrahl und einer speziellen räumlichen Verteilung der Kamera- oder Detektor-Elemente. Infolgedessen kann sich das Röntgenbild für das gleiche Teilchen ändern in Abhängigkeit von seiner Anordnung in der Längsrichtung des Bandes, auf dem die Teilchen transportiert werden. Die Bildcharakteristika für die gleichen Teilchen hängen daher nicht nur von der Dichte und Dicke des Teilchens, sondern auch von der Anordnung des Teilchens auf dem Band ab. Um diesem Effekt Rechnung zu tragen, kann die zentrale Anordnung jedes identifizierten Teilchens in dem Bildrahmen ebenfalls verwendet werden als Input für die mathematische Modellbildung, die unter Bezugnahme auf die 7 und 8 weiter oben beschrieben worden ist. Wenn unterschiedliche Formen von Detektoren mit einer geeigneten Auflösung verwendet werden, ist dies nicht erforderlich.
  • In den nachfolgenden Patentansprüchen und in der vorhergehenden Beschreibung der Erfindung, wird, ausgenommen dort, wo der Kontext aufgrund der angewendeten Sprache oder der erforderlichen Präzisierung, dies anders erfordert, der Ausdruck "umfassend" oder Variationen davon, wie z.B. "umfasst" oder "umfassen", in einem weiten Sinn angewendet, d.h. er soll angeben die Anwesenheit der genannten Merkmale, nicht jedoch die Anwesenheit oder Zu gabe weiterer Merkmale bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ausschließen.
  • Zusammenfassung
  • Ein Bild eines teilchenförmigen Materials, beispielsweise ein Röntgenbild von Kohle, wird aufgenommen und verarbeitet zur Bestimmung eines Parameters des Materials, beispielsweise der Teilchendichte oder der Teilchengrößenverteilung. Das Leistungsvermögen oder der Wirkungsgrad eines Verarbeitungssystems, wie z.B. eines Schwerflüssigkeits-Separators, kann bewertet werden durch Bestimmung von Parametern des Materials vor dem Eintritt in das und nach dem Austritt aus dem Verarbeitungssystem. Der Parameter wird bestimmt durch Vergleich von Bildcharakteristika (die sich auf statistische Merkmale oder dgl. des Materials beziehen) mit einer vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika. Wenn das Bild durch Transmission von Strahlung durch das Material hindurch erhalten wird, kann die Genauigkeit verbessert werden durch Messung der Dicke des Materials.

Claims (60)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Leistungsvermögens einer Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung eines teilchenförmigen Materials, wobei das Verfahren umfasst: die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material, das der Verarbeitungsvorrichtung zugeführt werden soll, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist; die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material, das aus der Verarbeitungsvorrichtung ausgetreten ist, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist; die Messung der Dicke jedes Teilchens; die Bestimmung eines Parameters des teilchenförmigen Materials sowohl in der Probe aus dem der Vorrichtung zuzuführenden Material als auch in der Probe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, aus den aufgenommenen Strahlungsbildern; und die Bestimmung eines Leistungsindex der Vorrichtung durch Berücksichtigung des Parameters des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, im Verhältnis zu einem erwarteten Parameter des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, unter Berücksichtigung des Parameters des teilchenförmigen Materials, das in die Vorrichtung eingeführt worden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Verarbeitungsvorrichtung ein Separator ist und die Probe des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, eine erste Materialprobe ist, die in einen Überlauf gelangt und die das Produkt darstellt, und eine zweite Materialprobe ist, die in den Ablauf gelangt und Abfall darstellt, wobei das Verfahren außerdem darin besteht, dass mittels Strahlung, die von der ersten Probe des teilchenförmigen Materials emittiert wird, ein Strahlungsbild aufgenommen wird, und mittels Strahlung, die von der zweiten Probe des teilchenförmigen Materials emittiert wird, ein zweites Strah lungsbild aufgenommen wird und wobei auf der Basis der bestimmten Parameter des teilchenförmigen Materials sowohl in der Materialprobe, die der Vorrichtung zugeführt werden soll, als auch in der Materialprobe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, der Leistungsindex bestimmt werden kann im Hinblick darauf, wie viel Material in den Überlauf gelangen sollte und wie viel Material in den Ablauf gelangen sollte, wenn der Separator in zufriedenstellender Weise arbeitet, und aus der Bestimmung des Parameters der ersten Probe und des Parameters der zweiten Probe die Menge an tatsächlich in den Überlauf gelangendem Material und in den Ablauf gelangendem Material bestimmt werden kann, und durch Vergleich dieser Mengen mit den erwarteten Mengen der Leistungsindex des Separators bestimmt werden kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Separator ein Schwerflüssigkeits-Cyclon ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin der Parameter die Dichte des teilchenförmigen Materials oder ihr Mineralgehalt ist und die Menge des Materials, die in den Ablauf gelangt, und die Menge des Materials, die in den Überlauf gelangt, bestimmt wird durch die Dichten oder den Mineralgehalt des Materials, das in den Ablauf gelangt, und die Dichten oder den Mineralgehalt des Materials, das in den Überlauf gelangt, sodass dann, wenn spezielle Dichten oder Mineralgehalte in den Ablauf gelangen, die tatsächlich in den Überlauf gelangen sollten, festgestellt werden kann, dass der Separator nicht in zufriedenstellender Weise arbeitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Strahlung eine Röntgenstrahlung ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Vorrichtung eine Grobzerkleinerungsvorrichtung zum groben Zerkleinern des teilchenförmigen Materials auf eine geringere Teilchengröße ist und der Parameter die Größe oder Dichte oder der Mineralgehalt des teilchenförmigen Materials ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Vorrichtung eine Calciniervorrichtung ist und der Parameter der Grad der Calcinierung des teilchenförmigen Materials ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Veränderung der Strahlung eine Schwächung der Strahlung ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Strahlung von dem Sensor aufgenommen wird durch Bestrahlen des teilchenförmigen Materials mit einer Strahlungsquelle, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passiert und in den Sensor gelangt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin das teilchenförmige Material selbststrahlend ist oder selbststrahlend gemacht worden ist durch Einschluss eines Strahlung erzeugenden Materials innerhalb des teilchenförmigen Materials.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, worin das aufgenommene Strahlungsbild aus einer Anzahl von Bildpunkten (Pixeln) aufgebaut ist, von denen jeder einen Intensitätswert aufweist, der von dem Grad abhängt, bis zu dem die Strahlung geschwächt worden ist durch den Durchgang der Strahlung durch das Teilchen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Intensitätswerte Grauwerte und RGB-Farbwerte umfassen.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Bestimmung des Parameters die folgenden Stufen umfasst: Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen, Berechnung von Bildcharakteristika jedes identifizierten lokalen Bildfensters, Berechnung von Indikatorvariablen, welche die Informationen, die in den Bildcharakteristika enthalten sind, zusammenfassen, durch multivariante statistische Methoden und Bestimmung mindestens eines Parameters jedes Teilchens oder einer Gruppe von sich überlappenden Teilchen aus den Indikatorvariablen in dem teilchenförmigen Material unter Verwendung eines mathematischen Vorhersage-Modells.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, worin die Bildcharakteristika ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus einem oder mehreren statistischen Merkmalen auf der Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms, bei dem es sich um eine schematische Darstellung der Frequenz der Intensitätswerte in Abhängigkeit von den Intensitäten der Bildpunkte bei einem lokalen Bildfenster handelt, Strukturmerkmalen auf der Basis einer gleichzeitig vorliegenden Grauwert-Matrix, Gabor-Merkmalen auf der Basis von Gabor-Filtern und Merkmalen auf der Basis von Wavelet-Transformationen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, worin die statistischen Merkmale auf der Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus einem oder mehreren der Merkmale Gesamtanzahl der Bildpunkte (Pixel), Mittelwert, Medianwert, Standardabweichung, Kurtosis und Schiefe (Schrägverlauf), und die Strukturmerkmale auf der Basis des gleichzeitigen Auftretens einer Grauwert-Matrix ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus einem oder mehreren Merkmalen aus der Gruppe Entropie, Kontrast, Korrelation, Energie, lokale Homogenität, maximale Wahrscheinlichkeit, Summenentropie und Differenzentropie.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, worin das Verfahren umfasst eine Messung der Dicke des Materials zur Erzielung eines Dickenwertes und die Bereitstellung des Dickenwertes als weiteres charakteristisches Merkmal zur Bestimmung des Parameters.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, worin die Dickenmessung erzielt wird mittels Lichtquellen zum Bestrahlen des Materials und Kameras zum Nachweis des bestrahlten Materials, sodass ein dreidimensionales Bild des Materials erhalten wird, aus dem der Dickenwert bestimmt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, worin das mathematische Modell zur Bestimmung des Parameters künstliche Neural-Netzwerke oder multivariante Regressionsmodelle umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem umfasst das Training und die Validierung des künstlichen Neural-Netzwerk-Modells mit einer Reihe von Eichproben mit aufgenommenen Röntgenbildern und bekannten Parametern und der Dicke des teilchenförmigen Materials.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem umfasst die Berechnung der Parameter in einem mathematischen Vorhersage-Modell unter Verwendung einer Reihe von Bildcharakteristika oder Indikator-Variablen mit der bekannten Dicke des teilchenförmigen Materials.
  21. Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsvermögens einer Verarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung eines teilchenförmigen Materials, wobei diese Vorrichtung umfasst: einen Sensor für die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe eines teilchenförmigen Materials, das in die Verarbeitungsvorrichtung eingeführt werden soll, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist, und für die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe eines teilchenförmigen Materials, das aus der Verarbeitungsvorrichtung ausgetreten ist, passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist; und eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Parameters des teilchenförmigen Materials sowohl in der Probe des Materials, das in die Vor richtung eingeführt werden soll, als auch in der Probe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, aus den aufgenommenen Strahlungsbildern und zur Bestimmung des Leistungsindex der Vorrichtung durch Berücksichtigung des Parameters des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, in Bezug auf einen erwarteten Parameter des Materials, das aus der Vorrichtung ausgetreten ist, unter Berücksichtigung des Parameters des teilchenförmigen Materials, das in die Vorrichtung eingeführt worden ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, in der die Verarbeitungsapparatur ein Separator ist und die Probe aus dem Material, das aus der Apparatur ausgetreten ist, eine erste Materialprobe ist, die dem Überlauf zugeführt wird, und die das Produkt darstellt, und eine zweite Materialprobe ist, die dem Ablauf zugeführt wird und die Abfall darstellt, wobei das Verfahren außerdem darin besteht, dass man aus der Strahlung, die von der ersten Probe des teilchenförmigen Materials emittiert wird, ein Bild aufnimmt, und aus der Strahlung, die von der zweiten Probe des teilchenförmigen Materials emittiert wird, ein Bild aufnimmt und auf der Basis der bestimmten Parameter des teilchenförmigen Materials sowohl in der Materialprobe, die der Vorrichtung zugeführt werden soll, als auch in der Materialprobe, die aus der Vorrichtung ausgetreten ist, einen Leistungsindex bestimmen kann in Bezug darauf, wie viel Material in den Überlauf gelangen sollte und wieviel Material in den Ablauf gelangen sollte, wenn der Separator zufriedenstellend arbeitet, und aus der Bestimmung des Parameters der ersten Probe und des Parameters der zweiten Probe die Materialmenge bestimmt werden kann, die tatsächlich in den Ablauf und in den Überlauf gelangt, und dass durch Vergleich dieser Mengen mit den erwarteten Mengen der Leistungsindex des Separators bestimmt werden kann.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, worin der Separator vorzugsweise ein Schwerflüssigkeits-Cyclon ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, worin der Parameter die Dichte des teilchenförmigen Materials oder der Mineralgehalt desselben ist und die Menge des Materials, die in den Ablauf gelangt, und die Menge des Materials, die in den Überlauf gelangt, bestimmt wird durch die Dichten oder den Mineralgehalt des Materials, das in den Ablauf gelangt, und die Dichten oder den Mineralgehalt des Materials, das in den Überlauf gelangt, sodass dann, wenn spezielle Dichten oder ein spezieller Mineralgehalt in den Ablauf gelangt, der in den Überlauf gelangen sollte, bestimmt werden kann, dass der Separator nicht zufriedenstellend arbeitet.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 21, worin die Apparatur eine Vorzerkleinerungseinrichtung zum Vorzerkleinern des teilchenförmigen Materials bis auf eine geringere Teilchengröße ist und der Parameter die Größe oder Dichte oder der Mineralgehalt des teilchenförmigen Materials ist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 21, worin die Apparatur eine Calcinierungsapparatur ist und der Parameter der Grad der Calcinierung des teilchenförmigen Materials ist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem umfasst eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Strahlung zum Bestrahlen des teilchenförmigen Materials, sodass das teilchenförmige Material Strahlung emittieren kann.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, worin der Sensor und die Strahlungsquelle in einem Gehäuse untergebracht sind und eine Fördereinrichtung vorgesehen ist zum Transportieren des teilchenförmigen Materials, das zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor hindurchgeführt wird, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und die jeweiligen Strahlungsbilder von dem Sensor aufgenommen werden können.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, worin der Sensor ein Röntgenstrahlen-Detektor mit linearer Anordnung ist, der auf verschiedenen Nachweismethoden basiert, beispielsweise ein Szintillationszähler und ein Fotoleiter, oder ein CCD- Röntgenstrahlendetektor, der eine Vielzahl von Bildpunkten (Pixeln) aufweist zur Erzeugung eines Bildes.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 21, worin das aufgenommene Bild aus einer Reihe von Bildpunkten (Pixeln) besteht, von denen jeder einen Intensitätswert hat, der von dem Grad abhängt, bis zu dem die Strahlung durch das Teilchen, welches die Strahlung passiert hat, geschwächt worden ist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, worin die Strahlungswerte Grauwerte und RGB-Farbwerte umfassen.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 21, worin die Verarbeitungseinrichtung dient zur Bestimmung des Parameters durch Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen, zur Berechnung der Bildcharakteristika jedes identifizierten lokalen Bildfensters, zur Berechnung der Indikatorvariablen, welche die Informationen zusammenfassen, die in den Bildcharakteristika enthalten sind, durch Anwendung multivarianter statistischer Methoden und zur Bestimmung mindestens eines Parameters jedes Teilchens oder einer Gruppe von sich überlappenden Teilchen aus den Indikatorvariablen in dem teilchenförmigen Material unter Verwendung eines mathematischen Vorhersage-Modells.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 32, worin die Bildcharakteristika ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus einem oder mehreren der folgenden Methode: statistische Merkmale auf der Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms, bei dem es sich um eine schematische Darstellung der Frequenz der Intensitätswerte in Abhängigkeit von den Intensitäten von Bildpunkten (Pixeln) bei einem lokalen Bildfenster handelt, Struktur-Merkmale auf der Basis einer gleichzeitig auftretenden Grauwert-Matrix, Gabor-Merkmale auf der Basis von Gabor-Filtern und Merkmale auf der Basis von Wavelet-Transformationen.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, worin die statistischen Merkmale auf der Basis eines Grauwert- oder RGB-Farbwert-Histogramms ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus einem oder mehreren der folgenden Merkmale: Gesamtanzahl der Bildpunkte (Pixel), Mittelwert, Medianwert, Standardabweichung, Kurtosis und Schiefe (Schrägverlauf).
  35. Vorrichtung nach Anspruch 33, die außerdem umfasst eine Dickenmesseinrichtung zur Durchführung einer Dickenmessung bei dem Material.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, worin die Dickenmesseinrichtung besteht aus Lichtquellen zur Bestrahlung des Materials und Kameras zum Nachweis des bestrahlten Materials, sodass ein dreidimensionales Bild des Materials erhalten wird, aus dem die Dicke bestimmt wird.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 35, worin die Verarbeitungseinrichtung außerdem künstliche Neural-Netzwerke oder multivariante Regressions-Modelle umfasst zur Bereitstellung eines mathematischen Vorhersagemodells für die Bestimmung des Parameters.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, worin die Verarbeitungseinrichtung außerdem bestimmt ist zum Trainieren und Validieren des künstlichen Neural-Netzwerk-Modells mit einer Reihe von Eichproben mit aufgenommenen Röntgenstrahlbildern und bekannten Parametern und bekannter Dicke des teilchenförmigen Materials.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 37, worin die Verarbeitungseinrichtung außerdem dient zur Berechnung von Parametern in dem mathematischen Vorhersage-Modell unter Verwendung einer Reihe von Bildcharakteristika oder Indikatorvariablen bei bekannter Dicke des teilchenförmigen Materials.
  40. Verfahren zur Bestimmung eines Parameters eines teilchenförmigen Materials, das umfasst: die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist; die Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen; die Messung der Dicke jedes Teilchens; die Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika in Bezug auf statistische Merkmale, Struktur-Merkmale, Gabor-Merkmale und Merkmale auf der Basis von Wavelet-Transformationen; und die Bestimmung des Parameters aus der Gruppe von Bildcharakteristika und aus der Dicke der Teilchen unter Verwendung eines mathematischen Vorhersage-Modells.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, worin der Parameter die Dichte des teilchenförmigen Materials ist.
  42. Verfahren nach Anspruch 40, worin die Strahlung eine Röntgenstrahlung ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 40, worin die Veränderung der Strahlung eine Schwächung der Strahlung ist.
  44. Verfahren nach Anspruch 40, worin die Strahlung von dem Sensor aufgenommen wird durch Bestrahlung des teilchenförmigen Materials mit einer Strahlungsquelle, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passiert und in den Sensor gelangt.
  45. Verfahren nach Anspruch 40, worin das teilchenförmige Material selbststrahlend ist oder selbststrahlend gemacht worden ist durch Einarbeitung eines Strahlung erzeugenden Materials in das teilchenförmige Material.
  46. Verfahren nach Anspruch 40, worin das aufgenommene Strahlungsbild aufgebaut ist aus einer Reihe von Bildpunkten (Pixeln), von denen jeder einen Intensitätswert aufweist, der von dem Grad abhängt, in dem die Strahlung durch das Passieren des Teilchens geschwächt worden ist, wobei die Intensitätswerte vorzugsweise Grauwerte und RGB-Farbwerte umfassen.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, worin der Parameter bestimmt wird durch Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen, durch Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika, die sich beziehen auf statistische Merkmale, Struktur-Merkmale, Gabor-Merkmale und Merkmale auf der Basis von Wavelet-Transformationen, und durch Bestimmung des Parameters aus der Gruppe von Bildcharakteristika und aus der Dicke jedes Teilchens unter Verwendung eines mathematischen Vorhersage-Modells.
  48. Verfahren nach Anspruch 47, worin die Gruppe von Charakteristika ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus zwei oder mehr einer Vielzahl von Charakteristika, die umfassen die Gesamtanzahl der Bildpunkte (Pixel), den Mittelwert, den Medianwert, die Standardabweichung, die Kurtosis, die Schiefe (den Schrägverlauf), die Entropie, den Kontrast, die Korrelation, die Energie, die lokale Homogenität, die maximale Wahrscheinlichkeit, die Summenentropie, die Differenzentropie und Merkmale auf der Basis von Gabor-Filtern und Wavelet-Transformationen.
  49. Verfahren nach Anspruch 48, worin die Bestimmung eines Parameters durchgeführt wird durch intelligente (Software-)Datenanalyse von Bildcharakteristika, die aus dem aufgenommenen Bild entnommen worden sind.
  50. Verfahren nach Anspruch 48, das außerdem umfasst die Charakteristik einer Materialdicke, die gemessen worden ist zur Bestimmung eines Maßes für die Dicke des Materials.
  51. Verfahren nach Anspruch 40, worin ein Röntgenbild eines Eich-Probenmaterials aufgenommen wird, in dem der Parameter bekannt ist, und eine Gruppe von Bildcharakteristika bestimmt wird, die sich auf diesen Parameter des Eichmaterials beziehen.
  52. Verfahren nach Anspruch 48, worin die Bildcharakteristika ausgewählt werden auf der Basis der Bildcharakteristika, die sich am genauesten auf den bekannten Parameter des Eichmaterials beziehen.
  53. Verfahren nach Anspruch 52, worin die Anzahl der Charakteristika in der Gruppe von Bildcharakteristika so gering wie möglich ist, um den erforderlichen Grad von Genauigkeit und Zuverlässigkeit in Bezug auf den bestimmten Parameter zu erzielen.
  54. Vorrichtung zur Bestimmung des Parameters eines Teilchens, die umfasst: einen Sensor für die Aufnahme eines Strahlungsbildes, nachdem die Strahlung eine Probe aus dem teilchenförmigen Material passiert hat, wobei die Strahlung durch das teilchenförmige Material verändert worden ist, und einen Datenprozessor für die Erzeugung von lokalen Bildfenstern, innerhalb denen nur ein Teilchen oder eine Gruppe von sich überlappenden Teilchen vorliegt, durch Identifizieren der Grenzen der einzelnen Teilchen oder Gruppen von sich überlappenden Teilchen und zur Bestimmung einer Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf statistische Merkmale, Strukturmerkmale, Gabor- Merkmale und Merkmale auf der Basis von Wavelet-Transformationen beziehen, durch Vergleich der Gruppe von Bildcharakteristika mit einer vorgegebenen Gruppe von Bildcharakteristika, die sich auf das teilchenförmige Material beziehen, und durch Bestimmung des Parameters aus dem Vergleich.
  55. Vorrichtung nach Anspruch 54, in der die Strahlung von einem Sensor aufgenommen wird durch Bestrahlen des teilchenförmigen Materials mit einer Strahlungsquelle, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passiert und in den Sensor gelangt.
  56. Vorrichtung nach Anspruch 54, worin die Vorrichtung außerdem eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Strahlung zum Bestrahlen des teilchenförmigen Materials umfasst, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann.
  57. Vorrichtung nach Anspruch 56, worin der Sensor und die Strahlungsquelle in einem Gehäuse angeordnet sind und eine Fördereinrichtung zum Transportieren des teilchenförmigen Materials zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor vorgesehen ist, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann und die jeweiligen Bilder nach dem Passieren des teilchenförmigen Materials aufgenommen werden können.
  58. Vorrichtung nach Anspruch 54, worin das teilchenförmige Material auf einer stationären ebenen Platte zwischen der Strahlungsquelle und dem Sensor angeordnet ist, sodass die Strahlung das teilchenförmige Material passieren kann, und die jeweiligen Bilder von dem Sensor aufgenommen werden können.
  59. Vorrichtung nach Anspruch 56, worin der Sensor ein Röntgenstrahlendetektor mit linearer Anordnung ist, der auf verschiedenen Nachweismethoden basiert, beispielsweise ein Szintillationszähler und ein Fotoleiter oder ein CCD- Röntgendetektor mit einer Vielzahl von Bildpunkten (Pixeln) zur Erzeugung der Bilder.
  60. Vorrichtung nach Anspruch 54, die außerdem eine Einrichtung zur Messung der Dicke des Materials umfasst zur Bereitstellung eines Dickenwertes zur Verbesserung der Genauigkeit der Bestimmung des Parameters.
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