DK201600503A1

DK201600503A1 - Måleinstrument til analyse af partikler og især til analyse af små partikler

Info

Publication number: DK201600503A1
Application number: DKPA201600503A
Authority: DK
Inventors: Janus Egholm
Original assignee: Scangrading Aps
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-19
Also published as: EP3507586A1; DK180012B1; DK3507586T3; EP3507586B1; WO2018041314A1

Abstract

Måleinstrument og metode til analyse af partikler, som f.eks. sukker og kaffe, bestående af to doseringsrender fastgjort til hver sin frekvensstyret vibrationsgenerator, som styres af signaler fra kameraer, placeret under hver doseringsrende. Under hver doseringsrende er der en lyskilde og et kamera, som anvendes til at optage billeder af partikler, der falder fra doseringsrenderne. Signalerne fra kameraerne modtages af en computer, som analyserer dem, og ud fra de målte partikeltætheder imellem den første og den sidste doseringsrende og efter den sidste doseringsrende, styres fremføringshastigheden i de to doseringsrender. Fremføringshastigheden i den sidste doseringsrende sættes højt, mens den første doseringsrende styres således, at der opnås et konstant flow af partikler til den efterfølgende doseringsrende, mens flowhastigheden tilpasses efter partiklernes separation, når de forlader den sidste doseringsrende.

Description

<¹θ> DANMARK

0°) DK 2016 00503 A1

PATENTANSØGNING

(12)

Patent- og

Varemærkestyrelsen (51) Int.CI.: G 01N 15/02 (2006.01) (21) Ansøgningsnummer: PA 2016 00503 (22) Indleveringsdato: 2016-08-30 (24) Løbedag: 2016-08-30 (41) Aim. tilgængelig: 2018-03-01 (71) Ansøger: SCANGRADING ApS, Farum Gydevej 65, st. 2., 3520 Farum, Danmark (72) Opfinder: Janus Egholm, Fuglevænget 11,3520 Farum, Danmark (74) Fuldmægtig: Holme Patent A/S, Valbygårdsvej 33,1., 2500 Valby, Danmark (54) Benævnelse: Måleinstrument til analyse af partikler og især til analyse af små partikler (56) Fremdragne publikationer:

WO 02/44692 A1 EP 0195420 A2 EP 2581726 A2 JP 2016-200518 A (57) Sammendrag:

Måleinstrument og metode til analyse af partikler, som f.eks. sukker og kaffe, bestående af to doseringsrender fastgjort til hver sin frekvensstyret vibrationsgenerator, som styres af signaler fra kameraer, placeret under hver doseringsrende. Under hver doseringsrende er der en lyskilde og et kamera, som anvendes til at optage billeder af partikler, der falder fra doseringsrenderne. Signalerne fra kameraerne modtages af en computer, som analyserer dem, og ud fra de målte partikeltætheder imellem den første og den sidste doseringsrende og efter den sidste doseringsrende, styres fremføringshastigheden i de to doseringsrender.

Fremføringshastigheden i den sidste doseringsrende sættes højt, mens den første doseringsrende styres således, at der opnås et konstant flow af partikler til den efterfølgende doseringsrende, mens flowhastigheden tilpasses efter partiklernes separation, når de forlader den sidste doseringsrende.

Fortsættes ...

DK 2016 00503 A1

Fig. 1.

DK 2016 00503 A1

Opfindelsen angår et måleinstrument til analyse af partikler og især til analyse af partikelstørrelser for små partikler.

I mange industrielle produktioner, som f.eks. i sukkerproduktionen, er fordelingen af kornstørrelsen et vigtigt parameter i produktionen, men også for mange af de industrier, der anvender sukker i deres produkter, er kornstørrelsesfordelingen vigtig. Som eksempel kan nævnes at opløsningshastigheden er afhængig af kornstørrelsen, og derfor kontrolleres kornstørrelsen ofte hos slutbrugeren. Dette gælder bl.a. kageproducenter, slikproducenter, sodavandsproducenter m.v. Kontrollen udføres ofte som stikprøvekontrol, hvor der tages prøver fra produktionen, som bliver analyseret i særlige instrumenter, der kan angive kornstørrelsesfordelingen.

Der findes manuelle metoder, som bygger på et system med sigter i serie, hvor sigterne har en aftagende maskestørrelse og hvor det, der ligger på hver sigte, vejes. Ud fra de sigtede fraktioner beregnes så kornstørrelsesfordelingen. I sukkerindustrien kaldes denne metode ICUMSA metoden.

Der findes også computerbaserede analysemetoder hvor materialeprøverne forsøges separeret og hvor der tages billederne af partiklerne i frit fald. Ud fra billedanalyse findes partiklernes størrelse og fordelingen beregnes.

Ved de kendte løsninger, hvor doseringsrender anvendes til dosering af partikler, er det rysterendens udformning og rystehastigheden, der betinger hvor meget partiklerne kan separeres inden de falder ud over rysterendens kant. Denne form for separation af partikler er vanskelig eller umulig at styre. Dette er især vanskeligt for små partikler hvor spredningen i partikelstørrelsen er relativ stor. I et forsøg på at styre mængden af partikler, der føres frem i rysterenden, findes løsninger i eksisterende systemer, hvor påfyldningstragtens hals føres tæt på rysterendens bund, for at begrænse lagtykkelsen på rysterenden, eller hvor der sættes en ekstra vibrator på rysterenden således, at rysterenden påføres vibrationer vinkelret på fremføringsretningen.

For at den computerbaserede analysemetode skal være nøjagtig, er det vigtigt at partiklerne ikke overlapper, mens de falder igennem det område hvor billederne genereres. Såfremt der er sammenfald af partikler, vil billedanalysen opfatte to eller flere sammenfaldende partikler som en partikel og dermed bliver partikelfordelingen forkert.

DK 2016 00503 A1

I produkter som f.eks. sukker er der tendens til at kornene klæber sammen eller at de fæstner til det underlag de er i berøring med, og begge dele forårsager unøjagtigheder i de computerbaserede analysemetoder, idet størrelsesfordelingen er baseret på billedanalysernes resultat.

På baggrund af ovenstående, er formålet med denne opfindelse, at lave et måleinstrument til bestemmelse af partikelstørrelse, -form og farve. Instrumentet har indbygget et system til adskillelse af partikler således, at partikelstørrelsen og -form kan måles med stor præcision.

Formålet løses med et måleinstrument for måling af partikelstørrelse, -form og farve, som er i overensstemmelse med opfindelsen og som har de funktioner nævnt i krav 1.

Metoden som er i overensstemmelse med opfindelsen er beskrevet i krav 7. Den nærmere udformning af opfindelsen er nærmere beskrevet i underkravene.

Måleinstrument til måling af partikler, som er i overensstemmelse med opfindelsen til analyse af partikler, er i hovedsagen beregnet til at fastlægge fordelingen af partikelstørrelsen i en bulk materialeprøve og i instrumentet er der indbygget to doseringsrender. På hver doseringsrende er der fastgjort en frekvensstyret vibrator, som kan variere i vibrationsstyrke og dermed kan doseringsrenden transportere partiklerne med forskellig hastighed fra den lukkede ende til den åbne ende. Doseringsrenderne er placeret således, at den sidste modtager partiklerne fra den første doseringsrende. Under den første doseringsrende er installeret lys og kameraudstyr, som kan måle partikeltætheden, mens der under den sidste doseringsrende er installeret lys og kameraudstyr, der måler partikelstørrelsen og partikeltætheden. De to sæt kameraer er koblet op til en computer, der udfører analysen af signalerne fra kameraerne.

Med de to doseringsrender, er det muligt at dosere partiklerne fra den første til den sidste doseringsrende således, at partiklerne under transporten på den sidste doseringsrende separeres inden de falder ud over kanten af den sidste doseringsrende. Dermed vil det være muligt at opnå en god præcision for analyseresultaterne, der beregner partikelfordelingen, og anordningen med to doseringsrender monteret på frekvensstyrede vibrationsgeneratorer gør, at der endvidere opnås stor reproducerbarhed.

DK 2016 00503 A1

Med et farvekamera under doseringsrenden er det endvidere muligt at måle partiklernes farve, som også kan være et parameter, som producenten og slutbrugeren vil kende. F.eks. kan det være vigtigt for slutbrugerne af sukker, idet sukker bl.a. anvendes til sodavand, som skal have en veldefineret farve eller ikke skal være farvet.

Begge doseringsrender er fastgjort til en frekvensstyret vibrationsgenerator, og vibrationshastigheden på begge doseringsrender styres af computerens billedanalyse resultater. Vibrationshastigheden af den første doseringsrende styres af analysen, der giver partikeltætheden på vej til den sidste rende. I tilfælde af at tætheden er større end ønsket, reduceres vibrationshastigheden og omvendt hvis partikeltætheden bliver mindre end ønsket.

Den sidste doseringsrende har som udgangspunkt en høj fremføringshastighed i forhold til den første rendes fremføringshastighed, og på den måde separeres partiklerne inden de falder ud af den sidste doseringsrendes åbne ende. Ud over at måle partikelstørrelsen analyseres også partikeltætheden for de partikler, der falder ned fra den sidste doseringsrendes åbne ende. Her undersøges om der er overlap. Skulle der opstå situationer med overlap, reduceres hastigheden på den sidste doseringsrende indtil partikeltætheden igen er som ønsket hvorefter vibrationshastigheden igen sættes op i et passende tempo indtil den ønskede høje hastighed er opnået. Viser det sig, at det ikke er muligt at opnå den ønskede høje hastighed, der separerer partiklerne tilstrækkeligt, vil den ønskede partikeltæthed fra den første doseringsrende blive justeret ned således, at den ønskede fremføringshastighed på den sidste rende opnås.

Efterhånden som den første doseringsrende bliver tømt, kommer der færre og færre partikler til den sidste rende og partikeltætheden, som kamerasystemet detekterer, bliver mindre og mindre. Computeren får signaler herom og sender signal videre til vibrationsgeneratorens frekvensomformer hvorefter vibrationshastigheden på den første doseringsrende øges for til sidst at være på maksimum. Når doseringsrendens vibrationshastighed er på maksimum, løsrives de sidste partikler, som eventuelt klæber til overfladen. Når der efter en forudbestemt tid ikke kommer flere partikler ud over den åbne kant på den sidste doseringsrende, stopper begge vibratorer og computeren beregner partikelfordelingen og eventuelt farven på prøven.

DK 2016 00503 A1

De to doseringsrender i det beskrevne måleinstrument kan i vandret plan placeres i en vilkårlig vinkel i forhold til hinanden, og den første doseringsrendes åbne ende leverer materiale til den sidste doseringsrende. Doseringsrendernes hældning i det beskrevne instrument er positiv, men kan være enten positiv, nul eller negativ i forhold til vandret.

I alle udformninger af måleinstrumentet er der en eller flere computere, der analyserer data fra kameraerne til analyse af partikelprøven samt til styring af doseringsrendernes vibrationshastighed.

I måleinstrumenter, der ud over partikelstørrelse og -form også måler farve, installeres mindst et farvekamera under en af renderne.

Andre fordele og funktioner ved denne opfindelse følger af udformningen, som forklares nærmere i det følgende under henvisning til vedlagte tegninger.

De vedlagte tegninger er:

Fig.1. viser et skematisk sidebillede af et måleinstrument til analyse af partikler, i overensstemmelse med opfindelsen.

Fig. 2. viser et skematisk billede af doseringsrenderne set fra oven i instrumentet til analyse af partikler, i overensstemmelse med opfindelsen.

Under henvisning til Fig. 1 og 2 beskrives udformningen af måleinstrumentet til analyse af partikler i overensstemmelse med opfindelsen, som følger.

Det kamerabaserede måleinstrument, som skematisk er vist som sidebillede i Fig. 1, skal anvendes til at analysere partikler 2 og især små og meget små partikler i bulk varer, som sukker, kaffe og lignende. Nogle enkeltpartikler 18 og 23 er vist i Fig. 1.

Partikelfordelingen i de to doseringsrender er i skematisk form vist i Fig.2, og doseringsrenden 1, som er den første af to render i måleinstrumentets udformning, er udformet med en lukket ende 4 og en åben ende 5, hvor partiklerne føres hen til således, at partiklerne 6 i frit fald tilføres den sidste doseringsrende 17.

I Fig. 1 er doseringsrenden 1 vist med en positiv vinkel 20 i forhold til vandret således, at den falder fra den lukkede ende 4 til den åbne ende 5. Med denne udformning vil tyngdekraften hjælpe til med partiklernes 2 bevægelse hen mod den åbne ende 5, men i

DK 2016 00503 A1 andre udformninger kan vinklen 20 blive 0 (vandret) eller negativ med en stigning fra den lukkede ende 4 til den åbne ende 5.

Doseringsrenden 1 er ved en mekanisk forbindelse 3 koblet til en frekvensstyret vibrationsgenerator 19.

Den frekvensstyrede vibrationsgenerators 19 funktion er at skabe fremdrift af partiklerne 2 på doseringsrenden 1, og ved at øge eller sænke frekvensen på vibrationsgeneratorens 19 motor, kan partiklernes 2 fremdrift styres i henhold til partikeltætheden, som kameraet 7 observerer.

I Fig. 1 er doseringsrenden 17 vist med en positiv vinkel 22 i forhold til vandret således, at den falder fra den lukkede ende 10 til den åbne ende 16. Med denne udformning vil tyngdekraften hjælpe til med partiklernes 18 bevægelse hen mod den åbne ende 16, men i andre udformninger kan vinklen 22 blive 0 (vandret) eller negativ med en stigning fra den lukkede ende 10 til den åbne ende 16.

Doseringsrenden 17 er ved en mekanisk forbindelse 11 koblet til en frekvensstyret vibrationsgenerator 12.

Den frekvensstyrede vibrationsgenerators 12 funktion er at skabe tilstrækkelig stor fremdrift til at partiklerne 6, som falder ned på doseringsrenden 17, med stor hastighed føres frem imod den åbne ende 16 af doseringsrenden 17. Dermed separeres partiklerne 18, som vist i Fig.2, inden de falder ud over kanten af den åbne ende 16.

For at udføre målingen for partikeltæthed og eventuelt farve af partiklerne 6, er der placeret en lyskilde 8 således, at partiklerne 6 falder igennem den optiske sti 9 mellem kameraet 7 og lyskilden 8 på vej ned i doseringsrenden 17.

For at udføre målingen for partikelstørrelse, -form, -tæthed og eventuelt farve, er der placeret en lyskilde 15, som lyser imod kameraet 13, og partiklerne 18, som falder ud over den åbne ende 16 i doseringsrenden 17, passerer den optiske sti 14 mellem lyskilden 15 og kameraet 13.

Kameraerne 7 og 13 samt vibrationsgeneratorerne 19 og 12 er forbundet til en computerenhed 21, som modtager signaler fra kameraerne 7 og 13.1 computerenheden 21 analyseres signalerne fra kameraet 7 for partikeltæthed og eventuelt farve, mens

DK 2016 00503 A1 signalerne fra kameraet 13 analyseres for partikelstørrelse, -form, -tæthed og eventuelt farve.

Ud fra analyseresultaterne for partikeltætheden af partiklerne 6, sendes et signal til vibrationsgeneratorens 19 frekvensomformer og den ønskede frekvens indstilles. På denne måde opnås altid den ønskede partikeltæthed, som er afpasset således, at partiklerne 18, er separeret tilstrækkeligt inden de falder ud over kanten i den åbne ende 16 af doseringsrenden 17.

Som udgangspunkt skal hastigheden af den frekvensstyrede vibrationsgenerator 12 være høj, men den kan reguleres af computerenheden 21. Dette gøres i tilfælde af at kameraet 13 detekterer for stor partikeltæthed af partiklerne 23, der falder ud over kanten i den åbne ende 16 af doseringsrenden 17. Ved for stor partikeltæthed af partiklerne 23 i det frie fald efter den åbne ende 16, reduceres hastigheden af vibrationsgeneratoren 12 midlertidigt indtil partikeltætheden normaliseres. Herefter øges hastigheden af vibrationsgeneratoren 12 igen til den ønskede høje værdi.

Hvis partikeltætheden af partiklerne 6, som kameraet 7 observerer, er for stor, er der risiko for at separationen af partiklerne i den efterfølgende doseringsrende 17 ikke er tilstrækkelig, og dermed kan der forekomme overlap af de partikler 23, der falder ud over kanten i den åbne ende 16 af doseringsrenden 17.1 denne situation vil flere partikler kunne blive set som en for stor partikel, og målingen af sådanne overlappende partikler vil give forkert resultat.

I tilfælde af vedholdende overlappende partikler 23, bliver målingen af størrelsesfordelingen forkert og resultatet af analysen bliver værdiløs.

I tilfælde af at kameraet 13 måler for stor partikeltæthed for partiklerne 23, sendes signalet til computerenheden 21, som reducerer den ønskede partikeltæthed af partiklerne 6, der måles af kameraet 7, og dermed sendes signal til vibrationsgeneratoren 19 således, at fremføringshastigheden af partiklerne 2 reduceres. På denne måde opnås en optimal separation af partiklerne 23 inden partikelanalysen, samtidig med at analysehastigheden er optimal for den aktuelle prøve.

Når der ikke kommer flere partikler ud over den åbne ende 5 af doseringsrenden 1, øges frekvensen på vibrationsgeneratoren 19 indtil frekvensen er på maksimum, og på denne måde tømmes doseringsrenden 1 for evt. små partikler, som har siddet fast på

DK 2016 00503 A1 overfladen. Når doseringsrenden 1 og 17 har kørt på maksimum i en på forhånd defineret tid, sat i computeren 21, stoppes systemet, og systemet er klar til næste prøve. Denne metode til tømning af systemet for partikler gør, at det kun i sjældne tilfælde er nødvendigt et foretage en manuel rengøring af doseringsrenderne 1 og 17.

I sin helhed er opfindelsen et måleinstrument for små partikler, som giver analyseresultater vedrørende bulk varers (små partikler) specifikke parametre, som er sammenlignelige med de anerkendte manuelle metoder, f.eks. ICUMSA for sukker. Dette gælder partikelstørrelse, partikelform, størrelsesfordeling og farve.

DK 2016 00503 A1

Claims

Patentkrav

1) Et måleinstrument til analyse af partikler og især små partikler, som består af to doseringsrender fastgjort til hver sin frekvensstyret vibrationsgenerator samt lys og kameraer under hver af doseringsrenderne. Doseringsrenderne er placeret således i forhold til hinanden, at den første er højere oppe end den sidste, og dermed kan partiklerne i frit fald leveres til den sidste doseringsrende. Vibrationsgeneratorerne og kameraerne er forbundet til en computerenhed. Doseringshastigheden i doseringsrenderne, styres af signalerne fra kameraerne, som analyseres i computerenheden. Det karakteristiske ved denne anordning er, at partikelstrømmen, som falder ud over kanten af den første doseringsrendes åbne ende, styres således, at partiklerne i den sidste doseringsrende separeres inden de falder ud over kanten af den åbne ende i den sidste doseringsrende.
2) Måleinstrumentet til analyse af partikler i henhold til krav 1) indeholder to kameraenheder og to lyskilder. Det ene sæt lys og kamera er placeret under den første doseringsrende, mens det andet sæt kamera og lys er placeret under den sidste doseringsrende. Placering aflys og kamera i begge tilfælde er således, at partiklerne falder frit igennem den optiske sti imellem kamera og lyskilde.
3) Måleinstrumentet til analyse af partikler i henhold til krav 1) indeholder en computerenhed, hvis formål er at modtage signalerne fra kameraerne og analysere disse med henblik på at styre vibrationsgeneratorerne samt at analysere enkeltpartiklerne.
4) Måleinstrumentet til analyse af partikler i henhold til krav 1) hvor hver af de to doseringsrender er fastgjort til en frekvensstyret vibrationsgenerator således, at doseringsrendernes vibrationshastighed hver især kan styres uafhængig af hinanden. Når der ikke kommer en tilstrækkelig mængde partikler ud over kanten på den første rende, sættes vibrationshastigheden op på denne doseringsrende og til sidst, når der kun er få partikler tilbage, tømmes doseringsrenden på tid med fuld hastighed på begge vibrationsgeneratorer. På denne måde løsrives de meget små partikler, som har tendens til at hæfte sammen og binde sig til doseringsrendernes overflade, og dermed bliver den analyserede partikelfordeling pålidelig.

DK 2016 00503 A1
5) Måleinstrumentet til analyse af partikler i henhold til krav 1) hvor doseringsrenderne har en hældning fra den lukkede ende til den åbne ende, som kan være nedadgående, vandret eller opadgående.
6) Måleinstrumentet til analyse af partikler i henhold til krav 1) hvor doseringsrenderne er udformet med en lukket ende, en åben ende og med sider, som sikrer at partiklerne ikke forlader doseringsrenden før partiklerne falder ud over kanten på doseringsrendens åbne ende, mens bunden kan være konkav, konveks eller helt flad. Der kan være forskel på udformningen af den første og sidste doseringsrende.
7) En metode til analyse af partikler hvor partikelprøver transporteres i to doseringsrender med vibrationsgeneratorer der styres på en sådan måde, at partiklerne på den sidste doseringsrende separeres inden de falder frit igennem den optiske sti efter den sidste doseringsrende. Metoden er karakteriseret ved, at partikelstrømmen ud over kanten af den første doseringsrende reguleres af signalerne fra kameraet under den første doseringsrende, og at der er feed back af signalerne fra kameraet under den sidste doseringsrende til computerenheden således, at en eventuel for stor partikeltæthed, der falder igennem den optiske sti efter den sidste doseringsrende, medfører en reduktion i partikelstrømmen fra den første doseringsrende, samt en midlertidig reduktion i transporten på den sidste doseringsrende.
8) Metoden i henhold til krav 7) hvor hastigheden af de frekvensstyrede vibrationsgeneratorer på begge doseringsrender styres kontinuerligt.
9) Metoden i henhold til krav 7) hvor hastigheden af de frekvensstyrede vibrationsgeneratorer sættes på fuld hastighed og styres på tid når prøven afsluttes.

DK 2016 00503 A1