JP2001503848A

JP2001503848A - 流体粒子のパラメータを測定する装置および方法

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Publication number: JP2001503848A
Application number: JP53751297A
Authority: JP
Inventors: カナル・ブルース・トーマス; ステキ・ジャケック・スタニスロー; プレズロズニ・ザビッグニュー; ヒュアン・ジ; ドラン・クリストファー・ユージン
Original assignee: モントールピー・ティー・ワイエル・ティー・ディー; モンテックメディカルデベロプメントピー・ティー・ワイエル・ティー・ディー; デンタイアピー・ティー・ワイエル・ティー・ディー; カーブリッジピー・ティー・ワイエル・ティー・ディー
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2001-03-21
Also published as: TW330241B; CA2251861C; WO1997040360A1; KR20000010549A; US5790246A; EP0900370A4; NZ332306A; EP0900370A1; AU2281797A; AU706758B2; CA2251861A1

Abstract

(57)【要約】流体中の粒子のパラメータを測定する装置および方法、殊に、機械で使用される流体中の不純物混入や摩耗粒子を測定することにより不純物混入や機械摩耗を測定する装置および方法を開示するものである。第１実施例では、測定セル（１０）に流体流路を設け、そして、この流体流路に近接して第１ホールプローブ（６０）を配置し、反磁性、常磁性、強磁性の粒子を検出できるようにするとともに、発光ダイオード（５０）からなる第２光センサとフォトトランジスタ（４２）とを設けて粒子を光学的に検知するようにする。そして、ホールプローブ（６０）と光検出器との相関関係により粒子の表示を行ない、それら粒子のパラメータを求めて不純物混入や機械摩耗の徴候を示せるようにした。第２実施例では、流体室を有する測定セル（１０）を設けるとともに、そのセルにパルス光源を２個配置して、流体中を荷電結合素子（９２）まで光を透過させ、流体中を透過し粒子を通過した光により第１像を形成するとともに、第２パルス光源を設けて粒子が反射するようにして、反射光による第２像を形成するようにした。そして、第１像と第２像との比較により金属粒子を測定して、その粒子のパラメータを測定するようにし、以って、不純物混入や機械摩耗の徴候を示せるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】流体粒子のパラメータを測定する装置および方法技術分野本発明は、流体中の粒子のパラメータ、例えば、混入粒子や機械摩耗粒子等、を測定する装置および方法に関するものであり、特に、機械や加工に用いられる流体の摩耗粒子の測定に関するものである。なお、流体としては、機械用潤滑油、油圧装置に用いられる作動液、機械加工用切削流体等の切削油剤、鉱物採集処理等におけるスラリー等の加工流体が挙げられる。発明の背景および従来技術機械の摩耗を測定することは、運転状態および／または機械や処理加工の残存寿命を正確に知る上で重要である。混入粒子や摩耗粒子を検討することは、振動や、ノイズや、温度性能や、人間の感覚等をモニターすることによる他の方法よりも、処理工程における故障や機械の故障の徴候を早期に示すことができるという利点を有している。本発明は、この種のモニターに関するものである。運ばれる流体粒子を測定する場合、従来技術では、粒子を含有する流体に光を透過させる工程と、その透過光を検出する工程から構成するのが一般的である。流体内の粒子で流体を透過する光を遮り、その光の変化を検出装置により検出して、粒子のサイズ分布をとるのである。しかし、従来の粒子計数法に関する問題の１つは、特定の種類の粒子を特定することができない、すなわち、流体を透過する光は、実際には、機械の運転で生じた摩耗粒子や、流体内に存在する可能性のある塵等の混入物等の他の不純物によっても遮られる可能性があるのであるが、それら種類の異なる粒子を識別することができないという問題があった。発明の開示本発明の目的は、このような問題点を克服軽減することにある。本発明に係る流体中の粒子のパラメータを測定するための装置は、以下のものから成る装置である：流体中の一定種類の粒子を検出するとともに、流体中の粒子のパラメータに関する情報を提供する検出手段；および前記流体中の一定種類の粒子のパラメータを測定する処理手段。本発明の好適実施例において、装置は、不純物混入や機械摩耗を測定する装置であり、流体は、機械流体や加工処理流体から成るものである。また、機械流体や加工処理流体中の一定種類の粒子のパラメータの測定値は、不純物混入や機械摩耗の徴候を示す。斯くして、本発明は、一定種類の粒子、例えば機械摩耗の徴候に最も関連すると考えられる粒子、を特定可能とし、且つその粒子のパラメータを測定可能として機械摩耗の徴候を示せるようにした。本発明の一実施例では、検出手段は、反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を検出する磁気センサと、前記反磁性、常磁性、または強磁性の粒子のパラメータを示す出力を出す光センサとから構成している。また、別の実施例では、検出手段は、流体を透過する光によって形成される流体中粒子の第１像（イメージ）と、流体中の一定種類の粒子からの反射光によって形成される一定種類の流体中粒子の第２像（イメージ）と、を形成するセンサから構成し、前記第１像の提供する情報から、第２像に示される前記一定種類の粒子のパラメータを測定して不純物混入や機械摩耗の徴候を示せるようにしている。従って、第１像からは、粒子の大きさ、形状、面積、暗さ、を抽出することができ、また、同粒子の第２像からは、その粒子の明るさが提供される。従って、それらの異った光学的吸収率および反射係数に基づき、粒子の分類別けを行うことができる。本発明は、また、流体中の粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程からなる方法に係るものである：流体中の一定種類の粒子を検出し、該一定種類の粒子を特定する工程；および流体中の粒子を検出し、該粒子のパラメータに関する情報を提供するようにして、前記一定種類の粒子のパラメータを測定できるようにする工程。また、本発明の好適実施例において、前記方法は、不純物混入や機械摩耗の測定に関するもので、前記流体は、機械流体または加工処理流体であり、また前記一定種類の粒子のパラメータの測定値は、不純物混入または機械摩耗の徴候を示す。本発明は、また、流体中の粒子のパラメータを測定する装置に使用する測定セルであって、（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す第１検出手段；および（ｃ）流体中の粒子を検出し、且つ該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す第２検出手段から成り、前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして前記第２検出手段により検出した一定種類の粒子を特定するようするとともに、それら出力を処理して前記一定種類のパラメータを測定するようにした測定セルに係るものでもある。また、本発明は、粒子のパラメータを測定する装置に使用する測定セルであって、（ａ）粒子を含む流体を収容する室；（ｂ）電磁放射を生じしめ、且つ該電磁放射を前記室の一方側から他方側へ前記流体中を伝搬させる第１手段；（ｃ）電磁放射を生じしめ、粒子の反射を得るようにする第２手段；および（ｄ）伝搬された電磁放射から第１像を製作し、反射された電磁放射から第２像を製作して、これら第１、第２像を比較し双方の像に共通な粒子を特定できるようにするとともに、双方の像に共通の粒子のパラメータを測定する、センサ手段を備えてなる測定セルに係るものでもある。さらに、本発明に係る、粒子のパラメータを測定する装置は、以下のものから構成した装置も含む：測定セル、該測定セルは以下のものから成る；（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す第１検出手段；および（ｃ）前記流体中の粒子を検出し、且つ該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す第２検出手段；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして、前記第２検出手段により検出した前記一定種類の粒子を特定するようにした相互関連付け手段；および前記一定種類のパラメータを測定する処理手段。本発明は、従って、第１検出器と第２検出器との相互関連から、金属粒子のような、特定の種類の粒子を特定することができるのである。なお、第１検出器により検出する特定の粒子は、不純物混入や機械摩耗を測定する上で特に関心のあるものとすればよく、従って、それら粒子は、第２検出手段により検出される全粒子の中から特定することが可能であり、それら粒子のパラメータを考慮して不純物混入や機械摩耗の徴候を示すようにすることができる。前記室は、セルを貫く流路を設けて、セルを流体通路における所定位置に配置し機械摩耗を測定できるようすることが好ましい。測定は、オン−ライン測定でもオフ−ライン測定でもよい。第１検出器は、磁場を生み出して反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を磁化する磁気手段と、該磁化した粒子を検出する少なくとも１つの磁束検出器とから構成することが好ましい。また、磁束検出器は、少なくとも１つのホール効果装置から構成することが好ましい。また、第２検出手段は、光源から成る光検出器と、前記光源から流体を通り透過してくる光を検出するフォトトランジスタとから構成することが好ましい。また、前記相互関連付け手段と前記処理手段とでパーソナルコンピュータのようなプロセッサを構成するのが好ましい。本発明に係る、粒子のパラメータを測定する方法は、以下の工程から構成した方法も含む：機械や加工処理で使用される一定種類の粒子を含む粒子を含有する流体中の前記一定種類の粒子を第１検出器で検出するとともに、前記第１検出器により検出された一定種類の摩耗粒子を表示する出力を生じしめる工程；流体における粒子を第２検出手段で検出し、その粒子のパラメータの測定を可能にする第２出力を生じしめる工程；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けて、前記第２検出工程で検出された前記一定種類の粒子を特定できるようにした工程；および、前記一定種類の粒子のパラメータを測定する工程。また、本発明は、粒子のパラメータを測定する装置であって、以下のものから成る装置も含む：測定セル、該測定セルは以下のものを有する；（ａ）粒子を含んだ流体を収容する室；（ｂ）電磁放射を生じしめ、且つ該電磁放射を前記室の一方側から他方側へ前記流体中を伝搬させる第１手段；（ｃ）電磁放射を生じしめ、粒子の反射を得るようにする第２手段；（ｄ）伝搬された電磁放射から第１像を製作し、反射された電磁放射から第２像を製作するセンサ手段；およびこれら第１、第２像を比較し双方の像に共通な摩耗粒子を特定するようにするとともに、双方の像に共通の粒子のパラメータを測定する、処理手段。反射放射とその放射から生まれる像とを使うことで、一定種類の粒子、例えば光を反射し易い粒子、の特定が可能である。従って、流体中のあらゆる流体が、その透過放射に効果的に影を落とし第１像に現れるが、第２像を用いて、例えば不純物混入や機械摩耗に最も関連すると思われる粒子、を特定できるようにしているので、その粒子のパラメータを測定することで機械摩耗の徴候を示すようにすることができる。なお、前記室は、前記セルを貫く流路を備え、前記セルを流体通路における所定位置に配置し機械摩耗の測定に組入れ可能とすることが好ましい。また、測定は、オン−ラインでもオフ−ラインでもよい。また、前記像の形成時、流体は前記室において実質上静止しているのが好ましい。また、ポンプを設けて流体が前記セルを循環するよう為すとともに、前記像の形成時、ポンプを切って前記通路内の流体を停止させるようにすることが好ましい。また、前記センサは、荷電結合素子を備えて成ることが好ましい。また、前記第１手段は、パルス光源と光学レンズとから構成し、平行化光線を作り出して前記通路と光学式拡大装置とを通って前記センサへ伝搬するようすることが好ましい。また、前記第２手段は、前記通路における前記センサと同じ側に設けたパルス光源から成り、前記粒子の反射作用で前記センサに至る光を作り出すようにすることが好ましい。また、前記プロセッサは、パーソナルコンピュータから成るものであることが好ましい。本発明は、粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程から成る方法も含む：流体中の粒子の第１像を、光を前記流体中を透過させることによって形成する工程；流体中の一定種類の粒子の第２像を、光を前記流体中における前記一定種類の粒子に反射させることによって形成する工程；および前記第１像と第２像とを比較して前記第１像における前記一定種類の粒子を特定するよう為し、該第１像から前記一定種類の粒子のパラメータが測定できるようにした工程。以上述べたように、上記した方法および装置は、機械摩耗を測定するものであり、流体は、機械で使用される流体であり、一定の粒子とは、機械の運転時生じる摩耗粒子であり、その一定種類の粒子のパラメータで、求めるべき機械摩耗の徴候を示すことを可能にしたものである。図面の簡単な説明一例として挙げた本発明の好適な実施例を添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例に用いる測定セルの横断面図；図２は、図１のＡ−Ａ線断面図；図３は、図１の実施例で用いる加工処理装置の概略ブロック線図；図４は、図１の実施例で用いる分析を示すフローチャート；図５は、図１の実施例の装置で検出した粒子を例示する相互相関関数を示すグラフ；図６は、検出された全粒子数を示すグラフ；図７は、検出された所定種の全粒子数を示すグラフ；図８は、本発明の第２実施例の概略図；図９は、図８の実施例で用いられる測定セルの横断面図；図１０は、図９の実施例に係る装置の同期化を示す図；そして図１１は、粒子パラメータの分析と測定を示すフローチャートである。好適実施例の説明図１、２に、好適実施例に用いる測定セル１０を示す。測定セル１０は、２個の半割体１２、１４に形成して、これらを結合してセル１０を形成している。半割セル１４は、入口孔１６および出口孔１８を有しており、入口孔１６には入口管２０が溶接され、また出口孔１８には出口管２２が溶接されている。前記入口管２０および出口管２２は、機械におけるオイルライン等の流体供給路に結合されるようにして、機械の使用時、機械のラインモニターを行う実時間中、油が後述するように該セルを循環するようにしている。前記半割セル１４は、孔２６および孔２８を有している。これら孔は、前記入口孔１６および出口孔１８に対し横方向に延び、且つ孔２６が前記入口管２０と、また孔２８が前記出口管２２とそれぞれ連通している。前記半割セル１４の上面３０には、前記孔２６、２８を相互連結させる溝部３１を設けて、前記半割セル１４、２２を図２に示すように結合した際、セル１０に通路３２が形成され、流体が入口管２０から流入して孔２６、通路３２、孔２８を通って、出口管２２から出るようにしている。前記通路３２は、通常、図２に示すように、深さ１．０ｍｍ、また、図１に示すように、幅５ｍｍの寸法を有している。前記半割セル１４の面３０には凹部３４を設けて、該凹部に光学ガラスディスク３６を接着している。また、このディスク３６から前記半割セル１４を貫通して前記半割セル１４上に設けられたフォトトランジスタ４２搭載用トランジスター台４０にまで延びる、孔３８を設けている。前記半割セル１２には、前記凹部３４に対向する凹部４４を設け、該凹部４４にディスク３６を配設している。また、このディスク４６から前記半割セル１２を貫通して前記半割セル１２に発光ダイオード台５２を介し取付けられた発光ダイオード５０にまで延びる、孔４８を設けている。また、前記半割セル１２、１４に、一対の永久磁石５４、５６を配置するとともに、ホールプローブ６０等のホール効果の生じる装置を、測定セル１０の通路３２と斉合した状態で配設している。後で詳述するが、一対のホールプローブ６０を、該ホールプローブ６０が発光ダイオード５０およびフォトトランジスタ４２に対し横断するよう、測定セル１０の各側に配設してもよい。図３に示すように、ホールプローブ６０は、適宜のポータブル・コンピュータ８０のようなプロセッサに結合させており、また前記フォトトランジスタ４２も、プロセッサ８０に結合させている。なお、ホールプローブ６０およびフォトトランジスタ４２からの出力は、アナログ‐デジタル変換器等の増幅および調整用回路構成７９で増幅および調整して、プロセッサ８０に適用させるようにしてもよい。なお、ホールプローブ６０、フォトトランジスタ４２、および発光ダイオード５０への電力は、電源（図示せず）により供給される。また、測定セル１０を挿入する流体ラインの適宜の位置にポンプ（図示せず）を配置して、機械からの流体が通路３２を確実に流れるようにしてもよい。斯くすることで、潤滑油のような機械からの流体でも、通路３２からホールプローブ６０および光学ガラスディスク３６、４６を通過して流すことができる。流体内の粒子としては、塵等を含んだ不純物の外、強磁性の粒子を含んでいる。強磁性の粒子は、粒子が通路３２を流動するのに伴い、永久磁石５４で磁化され、その磁化された粒子の磁束をホールプローブ６０が検出し且つ出力を生み出す。したがって、粒子は、前記通路３２およびディスク４６、３６間を連続的に流れる。発光ダイオード５０の励起で、光を、孔４８、ディスク４４、通路３２、ディスク３６を通って孔３８内に伝送し、フォトトランジスタ４２で検出できるようにしている。また、発光ダイオード５０とフォトトランジスタ４２との間の光路には、コリメータ９９を配設し、発光ダイオード５０で発光した光を平行化し且つ通路３２の深部全体を実質的に横切って延びるフィールドの深度を与えるようにしている。なお、コリメータの開口は、通常３００ミクロンである。通路３２内およびディスク３６、４６間を流れる粒子は、従って、発光ダイオード５０からフォトトランジスタ４２へ発せられる光を遮ることとなり、光線が粒子で遮られたときの光の強さの変化がフォトトランジスタ４２で検知されることになる。このように、ホールプローブ６０で検出された磁化粒子は、発光ダイオード５０とフォトトランジスタ４２とから構成される光検出器に所定の時間を置いて到達することになる。また、ホールプローブ６０で生じた出力を有効利用して光検出器を作動できるようにして、該光検出器で、磁化された粒子を検出且つ測定して、機械の摩耗度を表すようにしている。このように、磁気粒子のサイジングは、永久磁石５４、５６およびホール装置６０により構成される磁気検出器と、発光ダイオード５０およびフォトトランジスタ４２により構成される光センサとの相互相関に基づいて行われる。フォトトランジスタの出力の変化は、粒子のサイズに比例する。原則として、出力は次のように概算される。Ｖｏ＝Ｖｄｃ（１−（Ａｐ／Ａｄ））Ｆここで、Ｖｄｃ −ｄｃは、フォトトランジスタからの出力（通路内にオイル無し）Ｆ −オイルの不透明度因数（０乃至１）Ａｐ −粒子横断面Ａｄ −検出面積を表す。ホールプローブ６０からの出力電圧は、磁場において、飽和状態まで４００ガウスの一般レベルで直線的に増加する。流体内に磁気粒子が存在する場合、磁気粒子は静磁場で磁化し、粒子の通過に伴って磁束の変化がホールプローブ６０で検出される。磁石５４、５６およびホールプローブ６０により構成された磁気センサと、発光ダイオード５０およびフォトトランジスタ４２により構成される光センサとの時間相互相関は、次式で表される：ここで、 τは、時間遅れ、ｐ（τ）は、時間遅れτでの正規化相関、ＲＡＢ（τ）は、時間遅れτでの信号Ａと信号Ｂとの相関、ｘは、ホールプローブからの信号、ｙは、フォトトランジスタからの信号を表す。上記したように、フォトトランジスタ４２の出力は、検出する粒子のサイズに比例する。なお、本発明の好適実施例で使用される光センサは、以下のやり方で較正するのが好ましい。すなわち、検出された粒子のサイズは、信号Ｖ０の交流成分に比例する。開口が、それぞれ５００、２００、１００ミクロンのディスクを用いて、較正線を求めるようにする。そして、発光ダイオード光源の拡散によるシャドー拡大に対する修正を行う。運転中においては、平均値Ｖｏを用いてオイルＦの不透明度を求める。オイルの状態や種類が変ると、この因子が自動的に調整され、正しい粒子断面が得られるように為し、Ａｐを記録する。また、フォトトランジスタの出力Ｖｏも温度に左右されるため、フォトトランジスタに近い温度をモニターして、ＤＣｒａｄｉｎｇの変化と不透明度の変化との相互関係を示せるようすることが好ましい。斯くすることにより、不透明度の変化を流体温度の変化と識別できるようにすることができる。図４は、本発明の好適実施例における磁気センサと光センサの双方、および、光センサのみ、に用いる分析シーケンスのフローチャートである。図５は、上述した磁気センサと光センサとの相互相関を示したもので、同図の符号（Ａ）で示した最高点は、磁気粒子の存在を示す。図５における小さなピークは、ホールプローブ６０と光学検知器とによる粒子の検知において、光学検知器にランダムに到達する他の粒子の検知によるものである。図６は、光学検知器により検知された１００ｍｌの流体における総粒子数を示し、図７は、１００ｍｌの流体における磁気粒子の数を示している。このように、本装置の対象粒子のヒストグラムは積上げることが可能、特に強磁性の粒子のヒストグラムの積上げが可能であり、粒子の数およびサイズを示すことができる。粒子のサイズおよび数は、上記したようにプロセッサ８０で測定される。斯くして本実施例の装置により検知された摩耗粒子に基づいて機械摩耗の診断をすることができる。本実施例では、強磁性の金属性粒子を考慮して機械の摩耗を示すようにしたが、他の実施例として、流体中の不純物のようなその他粒子や、加工処理流体中の粒子を測定して流体や処理操作における不純物混入を示すようにすることも可能である。また、本発明の別の実施例としては、測定セルで検知した磁気粒子のサイズアスペクト比（縦横比）を測定できる改良型性能検査装置を提供することもできる。この場合、上記したホールプローブを２個必要とし、また双方のホールプローブに対し光センサを発動させて強磁性粒子の体積対面積比の統計的分布をとる必要がある。図８、９に本発明の別の実施例を示す。本実施例は、機械（図示せず）の流体ライン１２中に配置するようにした測定セル１０を備えている。また、ポンプ１４を設けて、流体がライン１２とセル１０を確実に流れるようしている。また、プロセッサ２０を設けて、セル１０からの出力を受け（後で詳述する）、且つ画像にしてモニター３０に表示できるようにしている。また、プロセッサ２０で生み出された画像のハードコピーをプリンタ（図示せず）でとるようにしている。なお、プロセッサ２０で前記ポンプ１４の制御も行うようにしてもよい。測定セル１０は、図９に良く示されているように、一対の半割セル４０、４２から成り、一方の半割セル４２には、図１の流体ライン１２への接続用入口管４４と出口管４６とを設けている。そして、入口管４４から横穴部４８が、また出口管４６から横穴部５０がそれぞれ延びていて、半割セル４２における横穴部４８、５０間には通路７０を設けている。また、半割セル４２には、凹部６０を設け、該凹部６０にガラスディスク６２を設けている。また、この半割セル４２は、他方の半割セル４０を受け入れる前部６６を有している。半割セル４０の凹部６８には、ディスク６６を係止している。前記通路７０は、前記横穴部４８から横穴部５０に延びる溝部５２により構成するか、或は、半割セル４０、４２との間にガスケット５３を介装して所定間隔を設け、図９に示すように、ディスク６８と６２との間に通路７０を設けるようにする。なお、通路７０は、図９に示すように、深さ約０．８ｍｍ，幅約５ｍｍとするのが好ましい。斯くすることで、流体が入口管４４からセル１０を通り出口管４６に流れる。半割セル４２における横穴部８４に配置した取付け台８２には、第１光源８０を配設している。また、前記横穴部８４には光学レンズを設けて、通路７０の深部を横切って平行光線が形成されるようにしている。半割セル４０の穴部９３にも管９０を取り付けており、この管９０の端部には荷電結合素子９２を配設している。なお、管９０は、その穴部内部９３内の部分にレンズを設けて、光を荷電結合素子９２に集束するようにしてもよい。また、管９０と、その付属構成要素、および荷電結合素子９２からなる光学装置を最適化して、フィールドの深度により粒子が通路７０前後で実質上集束した状態にしておくようするのが好ましい。半割セル４０には、通路７０の前記光源８０に対する同じ側に第２光源９８を設けている。前記光源８０、９８は、図８に示すように、プロセッサ２０の影響下で制御するようにしている。また、ポンプ１４を停止すると、セル１０内の流体の流れも効果的に止まるようにしており、流れを静止状態にして、測定できるようにしている。光源８０およびその関係レンズで、平行光線を作り、該平行光線を通路７０の一方から他方を通して荷電結合素子９２へと通して、通路７０における流体中の摩耗粒子を含む任意の粒子の像が、荷電結合素子９２において影として現れるようにしている。斯くして、通路７０を通って透過される光で荷電結合素子９２に第１像を形成し、それを結合素子９２よりプロセッサ２０に出力して、その像をモニター３０に表示し、必要に応じ、その像のハードコピーを出せるようにしている。また、プロセッサ２０の制御下、光源９８からの反射光で第２像を形成するようにしている。すなわち、光源９８からの光を、スペース１００よりディスク６８を通して通路７０に送り、そして流体中の金属粒子のような反射粒子に反射させて管９０を通し荷電結合素子９２に送る。このように、透過光で形成される第１像は、対象の金属摩耗粒子のみならず塵等の他の不純物をも含んだ流体中の任意の粒子を示すものとなる。この第１像は、粒子の影の輪郭から見て粒子のサイズを求めることができる情報を提供するので、プロセッサ２０でその粒子のサイズに関する情報を出して機械摩耗の徴候を示すようにすることができる。図１０は、図８、９の実施例に係る同期とタイミングを表した図である。電子制御部２１は、ポンプ、セル１０の光源８０、９８、および、荷電結合素子９２からフレームを一つづつ取り込んで透過光源および反射光源８０、９８の双方についての粒子の像を形成するフレーム取込み体９１、の同期をとる。フレーム取込み体９１は、上記した像を処理する像処理コンピュータ２０にデータを送る。図１１に示すように、本分析は、一般に透過光および反射光による粒子の像を検討分析するもので、透過光の像から粒子の境界を求め、それを反射光による像における粒子の境界上に貼着し、透過光による像から求めた粒子の境界と貼着した粒子の境界とから、粒子についてのパラメータ、特に、一連のパラメータ、すなわち、計測を取っている粒子のサイズ、面積、アスペクト比、明るさ；粒子のサイズの分布；粒子濃度；不透明粒子のサイズ、面積、アスペクト比；金属粒子のサイズ分布；および金属粒子濃度、を得るようにする。機械摩耗を測定する上で重要である、どの粒子が実際金属粒子であるのかを求めるには、反射光により形成される像の場合、金属粒子は大量の光を反射し像中で容易に視認、識別できるため、この金属粒子を検知することのできる反射光による像を、透過光により形成される像と比較する、すなわち、反射像を透過像に写像することによる比較を行う。斯くすることにより、第２像における金属粒子を使って第１像における対応の粒子を特定することができる。このように、反射像を透過像に写像することにより、不透明粒子を特定し、その不透明粒子のサイズや他のパラメータを求めて機械摩耗の徴候を示すことができる。なお、プロセッサ２０には、像処理のソフトウェアを含ませて第２像の金属粒子を第１像に相互関連付けして第１像中で特定した後、該第１像から粒子サイズを求めるようにしてもよい。なお、図８乃至１１の実施例において、金属粒子に関するデータを用いるかわりに、金属粒子を対象とせず、不純物等の他の粒子を検討対象とし、それら粒子のパラメータを求めて、その粒子を製造する装置に関する情報を提供するようにすることもできる。機械摩耗の分析において、オイル等の機械流体を変量したり攪拌したりすると、得られる結果に影響したり、センサが流体中の粒子を感知するのが困難になることがある。そのような状況下では、油溜め（図示せず）を設けて分析前に流体を貯蔵し沈降させてから測定セルに用いるようにしてもよい。なお、データを測定セルおよび増幅および調整用回路構成からポータブルコンピュータへ伝送する方法としては、ハードワイヤ、テレメトリ、モデム、あるいはその他好適な任意の伝達方式により行うことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年２月１８日（１９９８．２．１８）【補正内容】特定の種類の粒子を特定することができない、すなわち、流体を透過する光は、実際には、機械の運転で生じた摩耗粒子や、流体内に存在する可能性のある塵等の混入物等の他の不純物によっても遮られる可能性があるのであるが、それら種類の異なる粒子を識別することができないという問題があった。発明の開示本発明の目的は、このような問題点を克服軽減することにある。本発明に係る機械流体中の粒子のパラメータを測定するための装置は、以下のものから成る：前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ第１出力を出す、第１磁気検出器；前記流体中の粒子を検出し、且つそれら粒子のパラメータに関する情報を提供する、第２光検出器、該２検出器は、第２出力を出す；および前記第１出力と第２出力とを比較して、前記粒子の中から前記一定種類の粒子を特定するとともに、該一定種類の粒子のパラメータを測定できるようにする、比較手段。斯くして、本発明は、一定種類の粒子、例えば機械摩耗の徴候に最も関連すると考えられる粒子、を特定可能とし、且つその粒子のパラメータを測定可能として機械摩耗の徴候を示するようにした。本発明の一実施例では、検出手段は、反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を検出する磁気センサと、前記反磁性、常磁性、または強磁性の粒子のパラメータを示す出力を出す光センサとから構成している。本発明は、機械流体中の粒子のパラメータを測定するための装置であって、以下のものから成る装置を含むものである：測定セル、該測定セルは以下のものを有する；（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す、第１磁気検出手段；および（ｃ）前記流体中の粒子を検出し、且つ該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す、第２光検出手段；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして、前記第２検出手段により検出した前記一定種類の粒子を特定するようにした相互関連付け手段；および前記一定種類の粒子のパラメータを測定する処理手段。本発明は、従って、第１検出器と第２検出器との相互関連から、金属粒子のような、特定の種類の粒子を特定することができるのである。なお、第１検出器により検出する特定の粒子は、不純物混入や機械摩耗を測定する上で特に関心のあるものとすればよく、従って、それら粒子は、第２検出手段により検出される全粒子の中から特定することが可能であり、それら粒子のパラメータを考慮して不純物混入や機械摩耗の徴候を示すようにすることができる。なお、前記室は、前記セルを貫く流路を備えて成り、前記セルを流体通路における所定位置に配置し不純物混入または機械摩耗の測定ラインに組入れ可能とするのが好ましい。測定は、オン−ライン測定でも、オフ−ライン測定でもよい。また、前記第１検出器は、磁場を生み出して反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を磁化する磁気手段と、該磁化した粒子を検出する少なくとも１つの磁束検出器とから構成するのが好ましい。また、前記磁束検出器は、少なくとも１つのホール効果装置から構成するのが好ましい。また、前記第２検出手段は、光源と、該光源から流体を通り透過してくる光を検出するフォトトランジスタとから成る光検出器から構成するのが好ましい。また、前記相互関連付け手段と前記処理手段とでパーソナルコンピュータ等のプロセッサを構成するのが好ましい。本発明に係る粒子のパラメータを測定する方法は、以下の工程からなる：機械や加工処理で使用される一定種類の粒子を含む粒子を含有した流体中における前記一定種類の粒子を第１磁気検出器で検出するとともに、前記第１検出器により検出された前記一定種類の摩耗粒子を示す出力を生み出す工程；前記流体における粒子を第２光検出器で検出し、それら粒子のパラメータの測定を可能にする第２出力を出す工程；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けて、前記第２検出工程で検出された前記一定種類の粒子を特定できるようにした工程；および、前記一定種類の粒子のパラメータを測定する工程。請求の範囲１．機械流体中の粒子のパラメータを測定するための装置であって、以下のものから成る装置：前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ第１出力を出す、第１磁気検出器；前記流体中の粒子を検出し、且つそれら粒子のパラメータに関する情報を提供する、第２光検出器、該２検出器は、第２出力を出す；および前記第１出力と第２出力とを比較して、前記粒子の中から前記一定種類の粒子を特定するとともに、該一定種類の粒子のパラメータを測定できるようにする、比較手段。２．前記第１磁気センサが、反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を検出するホール効果装置であり、前記第２光検出器が、前記反磁性、常磁性、または強磁性の粒子のパラメータを示す出力を出すフォトトランジスタから成り、前記第１出力が、反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を示す出力であり、前記第２出力が、前記粒子のパラメータを示すものである、請求項１に記載の装置。３．機械流体中の粒子のパラメータを測定するための装置であって、以下のものから成る装置：測定セル、該測定セルは以下のものを有する；（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す、第１磁気検出手段；および（ｃ）前記流体中の粒子を検出し、且つ該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す、第２光検出手段；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして、前記第２検出手段により検出された前記一定種類の粒子を特定するようにした相互関連付け手段；および前記一定種類の粒子のパラメータを測定する処理手段。４．前記室が、前記セルを貫く流路を備えて成り、前記セルを流体通路における所定位置に配置し不純物混入または機械摩耗の測定ラインに組入れ可能とした、請求項３に記載の装置。５．前記第１検出器が、磁場を生み出して反磁性、常磁性、または強磁性の粒子を磁化する磁気手段と、該磁化した粒子を検出する少なくとも１つの磁束検出器とから成る、請求項３に記載の装置。６．前記磁束検出器が、少なくとも１つのホール効果装置から成る、請求項５に記載の装置。７．前記第２検出手段が、光源と、該光源から流体を通り透過してくる光を検出するフォトトランジスタとから成る、請求項３に記載の装置。８．前記相互関連付け手段と前記処理手段とでプロセッサを構成した、請求項３に記載の装置。９．機械流体中の粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程からなる方法：機械や加工処理で使用される一定種類の粒子を含む粒子を含有した流体中における前記一定種類の粒子を第１磁気検出器で検出するとともに、前記第１検出器により検出された前記一定種類の摩耗粒子を表示する出力を生み出す工程；前記流体における粒子を第２光検出器で検出し、それら粒子のパラメータの測定を可能にする第２出力を出す工程；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けて、前記第２検出工程で検出された前記一定種類の粒子を特定できるようにした工程；および、前記一定種類の粒子のパラメータを測定する工程。１０．粒子のパラメータを測定する装置であって、以下のものから成る装置：測定セル、該測定セルは以下のものを有する；（ａ）粒子を含んだ流体を収容する室；（ｂ）電磁放射を生じしめ、該電磁放射を前記室の一方側から他方側へ前記流体中を伝搬させる、第１手段；（ｃ）電磁放射を生じしめ、前記粒子の反射を得るようにする、第２手段；（ｄ）伝搬された電磁放射から第１像（イメージ）を製作し、反射された電磁放射から第２像（イメージ）を製作する、センサ手段；およびこれら第１、第２像を比較して双方の像に共通な摩耗粒子を特定するようにし、且つ双方の像に共通の粒子のパラメータを測定する、処理手段。１１．前記室が前記セルを貫く流路を備えて成り、前記セルを流体通路における所定位置に配置し機械摩耗の時間測定に組入れ可能とした、請求項１０に記載の装置。１２．前記像の形成時、前記流体が前記室において実質上静止している、請求項１０に記載の装置。１３．ポンプを設けて流体が前記セルを循環するよう為すとともに、前記像の形成時、前記ポンプを切って前記流路内の流体を停止させるようにした、請求項１２に記載の装置。１４．前記センサが荷電結合素子を備えて成る、請求項１０に記載の装置。１５．前記第１手段が、パルス光源と光学レンズとからなり、平行光線を作り前記通路と光学式拡大装置とを通って前記センサへ伝搬するようにした、請求項１０に記載の装置。１６．前記第２手段が、前記流路における前記センサと同じ側に設けたパルス光源から成り、前記粒子の反射作用で前記センサに至る光を作り出すようにした、請求項１０に記載の装置。１７．前記プロセッサがコンピュータから成る、請求項１０に記載の装置。１８．粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程から成る方法：流体中の粒子の第１像を、光を前記流体中を透過させることによって形成する工程；前記流体中の一定種類の粒子の第２像を、光を前記流体中における前記一定種類の粒子に反射させることによって形成する工程；および前記第１像と第２像とを比較して前記第１像における前記一定種類の粒子を特定するよう為し、該第１像から前記一定種類の粒子のパラメータが測定できるようにした工程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＫＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (71)出願人モンテックメディカルデベロプメントピー・ティー・ワイエル・ティー・ディーオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3000 メルボルンコリンズストリート30 レベル１エー・シー・エヌ 060 498 562 (71)出願人デンタイアピー・ティー・ワイエル・ティー・ディーオーストラリア国エヌ・エス・ダブリュー2000 シドニーチフリスクエアザ・チフリタワーレベル15 エー・シー・エヌ 060 170 738 (71)出願人カーブリッジピー・ティー・ワイエル・ティー・ディーオーストラリア国エヌ・エス・ダブリュー2217 コガレイモントゴメリーストリート４―16 セントジョージハウス方エー・シー・エヌ 060 295 114 (72)発明者カナル・ブルース・トーマスオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3146 グレンアイリスパークロード55 (72)発明者ステキ・ジャケック・スタニスローオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3104 ノースボールウィンボンビューロード９ (72)発明者プレズロズニ・ザビッグニューオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3174 ノーブルパークジャクソンズロード43 (72)発明者ヒュアン・ジオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3204 オーモンドワイルドチェリーロード６／７ (72)発明者ドラン・クリストファー・ユージンオーストラリア国ヴィー・アイ・シー 3133 バーモントサウスマスターコート３【要約の続き】との比較により金属粒子を測定して、その粒子のパラメータを測定するようにし、以って、不純物混入や機械摩耗の徴候を示せるようにした。

Claims

【特許請求の範囲】１．流体中の粒子のパラメータを測定するための装置であって、以下のものから成る装置：流体中の一定種類の粒子を検出するとともに、機械流体における粒子のパラメータに関する情報を提供する検出手段；および前記流体中の一定種類の粒子のパラメータを測定する処理手段。２．前記検出手段が、反磁性、常磁性、強磁性の粒子を検出する磁気センサと、前記反磁性、常磁性、強磁性の粒子のパラメータを示す出力を出す光センサとから成る、請求項１に記載の装置。３．前記検出手段が、前記流体を透過する光によって形成される流体中粒子の第１像（イメージ）と、流体中の一定種類の粒子からの反射光によって形成される一定種類の流体中粒子の第２像とを形成するセンサから成り、前記第１像が、第２像（イメージ）に示される前記一定種類の粒子の測定を行える情報を提供する、請求項１に記載の装置。４．流体中の粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程からなる方法：前記流体中の一定種類の粒子を検出し、該一定種類の粒子を特定する工程；および流体中の粒子を検出し、該粒子のパラメータに関する情報を提供して、前記一定種類の粒子のパラメータを測定できるようにする工程。５．前記方法が、不純物混入や機械摩耗の測定に関するもので、前記流体が、機械流体または加工処理流体であり、また前記一定種類の粒子のパラメータの測定により不純物混入または機械摩耗の徴候を表した、請求項４に記載の方法。６．流体中の粒子のパラメータを測定する装置に使用する測定セルであって、（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す第１検出手段；および（ｃ）流体中の粒子を検出し、該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す第２検出手段から成り、前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして前記第２検出手段により検出した一定種類の粒子を特定するようするとともに、それら出力を処理して前記一定種類のパラメータを測定するようにした測定セル。７．流体中の粒子のパラメータを測定する装置に使用する測定セルであって、以下のものから成る測定セル：（ａ）粒子を含む流体を収容する室；（ｂ）電磁放射を生じしめ、且つ該電磁放射を前記室の一方側から他方側へ前記流体中を伝搬させる第１手段；（ｃ）電磁放射を生じしめ、粒子の反射を得るようにする第２手段；および（ｄ）伝搬された電磁放射から第１像を製作し、反射された電磁放射から第２像を製作して、これら第１、第２像を比較し双方の像に共通な粒子を特定できるようにするとともに、双方の像に共通の粒子のパラメータを測定する、センサ手段。８．粒子のパラメータを測定する装置であって、以下のものから成る装置：測定セル、該測定セルは以下のものから成る；（ａ）一定種類の粒子を含んだ粒子を含有する流体を収容する室；（ｂ）前記流体中の一定種類の粒子を検出し、且つ該一定種類の粒子の存在を示す第１出力を生み出す第１検出手段；および（ｃ）流体中の粒子を検出し、且つ該流体中の粒子のパラメータを示す第２出力を生み出す第２検出手段；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けして、前記第２検出手段により検出した一定種類の粒子を特定するようにした相互関連付け手段；および前記一定種類の粒子のパラメータを測定する処理手段。９．前記室が、前記セルを貫く流路を備えて成り、前記セルを流体通路における所定位置に配置し不純物混入または機械摩耗の測定ラインに組入れ可能とした、請求項８に記載の装置。１０．第１検出器が、磁場を生み出して反磁性、常磁性、強磁性の粒子を磁化する磁気手段と、該磁化した粒子を検出する少なくとも１つの磁束検出器とから成る、請求項８に記載の装置。１１．前記磁束検出器が、少なくとも１つのホール効果装置から成る、請求項１０に記載の装置。１２．前記第２検出手段が、光源から成る光検出器と、前記光源から流体を通り透過してくる光を検出するフォトトランジスタとから成る、請求項８に記載の装置。１３．前記相互関連付け手段と前記処理手段とでプロセッサを構成した、請求項８に記載の装置。１４．粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程からなる方法：機械や加工処理で使用される一定種類の粒子を含む粒子を含有する流体中における前記一定種類の粒子を第１検出器で検出するとともに、前記第１検出器により検出された一定種類の摩耗粒子を表示する出力を生じしめる工程；流体における粒子を第２検出手段で検出し、その粒子のパラメータの測定を可能にする第２出力を生じしめる工程；前記第１出力と第２出力とを相互関連付けて、前記第２検出工程で検出された前記一定種類の粒子を特定できるようにした工程；および、前記一定種類の粒子のパラメータを測定する工程。１５．粒子のパラメータを測定する装置であって、以下のものから成る装置：測定セル、該測定セルは以下のものを有する；（ａ）粒子を含んだ流体を収容する室；（ｂ）電磁放射を生じしめ、該電磁放射を前記室の一方側から他方側へ前記流体中を伝搬させる第１手段；（ｃ）電磁放射を生じしめ、粒子の反射を得るようにする第２手段；（ｄ）伝搬された電磁放射から第１像を製作し、反射された電磁放射から第２像を製作するセンサ手段；およびこれら第１、第２像を比較し双方の像に共通な摩耗粒子を特定できるようにするとともに、双方の像に共通の粒子のパラメータを測定する、処理手段。１６．前記室が前記セルを貫く流路を備えて成り、前記セルを流体通路における所定位置に配置し機械摩耗の時間測定に組入れ可能とした、請求項１５に記載の装置。１７．前記像の形成時、前記流体が前記室において実質上静止している、請求項１５に記載の装置。１８．ポンプを設けて流体が前記セルを循環するよう為すとともに、前記像の形成時、前記ポンプを切って前記通路内の流体を停止させるようにした、請求項１７に記載の装置。１９．前記センサが荷電結合素子を備えて成る、請求項１５に記載の装置。２０．前記第１手段が、パルス光源と光学レンズとからなり、平行化光線を作り出して前記通路と光学式拡大装置とを通って前記センサへ伝搬するようにした、請求項１５に記載の装置。２１．前記第２手段が前記通路における前記センサと同じ側に設けたパルス光源から成り、前記粒子の反射作用で前記センサに至る光を作り出すようにした、請求項１５に記載の装置。２２．前記プロセッサがコンピュータから成る、請求項１５に記載の装置。２３．粒子のパラメータを測定する方法であって、以下の工程から成る方法：流体中の粒子の第１像を、光を前記流体中を透過させることによって形成する工程；流体中の一定種類の粒子の第２像を、光を前記流体中における前記一定種類の粒子に反射させることによって形成する工程；および前記第１像と第２像とを比較して前記第１像における前記一定種類の粒子を特定するよう為し、該第１像から前記一定種類の粒子のパラメータが測定できるようにした工程。