JP2006514737A - Method and apparatus for measuring the amount of non-aggregating particles in a mixture - Google Patents

Method and apparatus for measuring the amount of non-aggregating particles in a mixture Download PDF

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Abstract

本発明は、混合物中の異なる光学的性質および/または形状を有する粒子の相対量を動的に測定するための方法および装置に関するものであり、粒子が下って移動する傾斜通路と、傾斜通路に粒子を送給するフィーダーと、傾斜通路上の粒子を照明する照明源と、粒子の反射光画像を記録する画像レシーバーと、反射光画像に基づいて粒子の相対量を決定する組成カルキュレーターとを含んでなる。The present invention relates to a method and apparatus for dynamically measuring the relative amount of particles having different optical properties and / or shapes in a mixture, wherein the particles are moved down, A feeder for delivering particles, an illumination source for illuminating the particles on the inclined passage, an image receiver for recording a reflected light image of the particles, and a composition calculator for determining the relative amount of particles based on the reflected light image Comprising.

Description

本発明は、粒子の混合物のサンプル中の異なるタイプの非凝集性粒子の比率の動的決定を可能にする方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus that enables the dynamic determination of the proportion of different types of non-aggregating particles in a sample of a mixture of particles.

顆粒状物質のサイズ分布および組成を測定するためのさまざまな装置が公知である。たとえば、特許文献1には、粒子混合物において粒子サイズ分布を決定するためのおよび粒子形状を特性付けるための装置が記載されている。粒子は、光源と画像収集デバイスとの間で計量され、重力の影響下で垂直方向に転がり落ちる。粒子を分析するために、粒子のシルエット投影面積のディジタル記録が使用される。類似のデバイスが特許文献2に記載されている。そこでは、シルエット投影法が使用される。このデバイスでは、降下粒子のサンプルを貫通するように方向付けられた平行レーザービームと、サンプルを通過した光を記録するための手段と、が使用される。シルエット画像のディジタル化画像が使用され、表面積、表面積の平方根、最大幅、および最大高さに関する判定基準に従って粒子の分析が行われる。特許文献3には、粒子の粒子サイズ分布を測定すべくシルエット投影法に付される粒子の降下装置が記載されている。   Various devices are known for measuring the size distribution and composition of granular materials. For example, U.S. Patent No. 6,057,049 describes an apparatus for determining particle size distribution and characterizing particle shape in a particle mixture. The particles are weighed between the light source and the image acquisition device and roll down vertically under the influence of gravity. A digital record of the silhouette projected area of the particle is used to analyze the particle. A similar device is described in US Pat. There, a silhouette projection method is used. In this device, a collimated laser beam directed to penetrate a sample of descending particles and a means for recording the light that has passed through the sample are used. A digitized image of the silhouette image is used to analyze the particles according to the criteria for surface area, square root of surface area, maximum width, and maximum height. Patent Document 3 describes a particle descending device that is subjected to a silhouette projection method to measure the particle size distribution of particles.

特許文献4には、粒子の降下単層カーテンをいかに生成させるかが教示されている。この場合、次に、それらを従来の光源で照明することが可能である。上記の特許文献2のときと同じようにシルエット投影が利用される。投影された光を受け取るための記録ユニットは、降下粒子のシルエットに関する情報の収集を可能にするものであり、粒子の種々の色またはグレー色調を識別するために使用しうる。単層形態で粒子カーテンを生成させるための手段は、プレート上の粒子滞留時間が制御されるように水平線と進入角度をなす円錐形振動プレート上に粒子を供給することよりなる。   U.S. Pat. No. 6,057,059 teaches how to generate a falling single layer curtain of particles. In this case, they can then be illuminated with a conventional light source. As in the case of the above-mentioned Patent Document 2, silhouette projection is used. A recording unit for receiving the projected light allows the collection of information about the silhouette of the descending particles and can be used to identify the various colors or gray tones of the particles. The means for generating the particle curtain in a single layer form consists of supplying the particles on a conical vibrating plate that makes an entry angle with the horizon so that the particle residence time on the plate is controlled.

特許文献5には、規格外の粒子、とくに、極端に着色した米穀粒を除去するための検出デバイスが記載されている。粒子は、傾斜プレートの端から自由落下するときに照明され、そしてそれらの色が測定される。閾値レベルを超える測定色を有する粒子は、エアノズルを用いて排出される。   Patent Document 5 describes a detection device for removing non-standard particles, particularly extremely colored rice kernels. The particles are illuminated as they fall free from the end of the tilt plate and their color is measured. Particles having a measured color that exceeds a threshold level are ejected using an air nozzle.

コンピューター翻訳によれば、特許文献6には、異なるタイプの粒子の混合物の静止サンプルを上側照明し、ディジタルカメラを用いてサンプルの画像を収集し、次に、これを解析してたとえば色により識別される粒子タイプの比率を決定しうる手段が記載されている。   According to computer translation, US Pat. No. 6,057,017 illuminates a stationary sample of a mixture of different types of particles and collects an image of the sample using a digital camera, which is then analyzed and identified, for example, by color Means are described that can determine the proportions of the particle types that are produced.

特許文献7には、粒子のサイズを連続的に測定してグラニュレーターに供給される水と粉末の比を調整すべくフィードバックを行うための手段を利用することにより一定した品質の粒子を製造できる顆粒化装置が記載されている。粒子サイズ測定法では、粒子は、粒子の降下垂直ストリームから、光源により照明される傾斜プレート上に、偏向されるようにみえる。反射光は、サンプルに関する情報を取り込むディジタルカメラにより検出され、このデータは、後で、前述のグラニュレーターの制御を調整するために使用されるサイズおよび分布の情報に変換される。   In Patent Document 7, particles having a constant quality can be produced by using means for continuously measuring the size of the particles and using feedback to adjust the ratio of water and powder supplied to the granulator. A granulation apparatus is described. In the particle sizing method, the particles appear to be deflected from a descending vertical stream of particles onto a tilted plate illuminated by a light source. The reflected light is detected by a digital camera that captures information about the sample, and this data is later converted into size and distribution information that is used to adjust the control of the aforementioned granulator.

異なる粒子の混合物中の非凝集性粒子に関する情報を得ることが望まれる。この場合、該情報により、該粒子の粒子サイズおよび形状が記述されるだけでなく、さらに、化学含有物の指標となりうる色またはグレイ色調のような他の観察可能な特性に従って各タイプの粒子の分率も測定される。以上で引用した技術分野で、研究者らは、さまざまな方法を用いて粒子に関するデータを収集してきたが、それらはすべて、組成を決定するうえでかなりの制約を有する。   It is desirable to obtain information about non-aggregating particles in a mixture of different particles. In this case, the information not only describes the particle size and shape of the particles, but also for each type of particle according to other observable properties such as color or gray tone that may be indicative of chemical inclusions. The fraction is also measured. In the technical fields cited above, researchers have collected data on particles using a variety of methods, all of which have significant limitations in determining composition.

特許文献1、特許文献3、特許文献2、および特許文献4に記載されているシステムでは、粒子が垂直に降下するときに、粒子の投影画像またはシルエット画像が収集される。この構成では、粒子は、降下時に転がり落ちるので、収集される画像は、ランダムな方向で表された三次元粒子の二次元表現である。ランダムな方向であるので、個別粒子に関して決定しうる形状および寸法の情報は限られている。さらに、投影画像またはシルエット画像が使用されるので、上側照明を必要とする性質(たとえば色)の識別が困難になる。特許文献4では、コントラストプレートを用いて粒子の色またはグレイ色調を決定する能力が力説されているが、降下粒子のカーテンの両側に示されたカメラおよび光源に対してコントラストプレートをいかに配置するかについての説明がなく、色またはグレイ色調に関連したそのただ1つの実施例では、色調が大きく異なる黒色粒子および明色粒子の数の決定が引き合いに出されている。特許文献5には、欠陥のある顆粒(この場合は米)を同定してからそれらを排除するための機構が提供されている。この刊行物には、米サンプルの組成の測定を改良しようとする意図は示されておらず、そのための機構は提供されていない。   In the systems described in Patent Literature 1, Patent Literature 3, Patent Literature 2, and Patent Literature 4, when a particle descends vertically, a projected image or silhouette image of the particle is collected. In this configuration, the particles roll down as they descend, so the collected image is a two-dimensional representation of the three-dimensional particles represented in random directions. Because of the random orientation, the shape and size information that can be determined for individual particles is limited. Furthermore, since a projection image or a silhouette image is used, it becomes difficult to identify a property (for example, color) that requires upper illumination. In US Pat. No. 6,057,086, the ability to determine the color or gray tone of particles using a contrast plate is emphasized, but how to place the contrast plate relative to the cameras and light sources shown on both sides of the curtain of falling particles. In the only example relating to color or gray tones, reference is made to the determination of the number of black and light particles that differ greatly in tone. Patent Document 5 provides a mechanism for identifying defective granules (in this case rice) and then eliminating them. This publication does not indicate an intention to improve the measurement of the composition of the rice sample and provides no mechanism for it.

特許文献6では、サンプル粒子が静止状態に保持されるので、1つの寸法を一定方向に保持した状態でカメラに提示することができる。そのようなシステムを用いた場合、1つの色またはグレイ色調の粒子を、異なる色またはグレイ色調の他の粒子と対比して、同定できるようになる。一方のタイプまたは他方のタイプの粒子の面積を決定することも可能であるので、一方のタイプの粒子と他方のタイプとの比率の測定を行うことができる。しかしながら、このシステムの静止構成では、代表的サンプルの画像化を可能にする互いに接触しない十分な粒子を組み込むことが難しい可能性がある。この制約により、非現実的な時間要件および労力のかかる操作が必要になる可能性がある。   In Patent Document 6, since the sample particles are held in a stationary state, one dimension can be presented to the camera while being held in a fixed direction. With such a system, one color or gray tone particle can be identified in contrast to other particles of different color or gray tone. Since it is also possible to determine the area of one type or the other type of particles, a measurement of the ratio of one type of particle to the other type can be made. However, the static configuration of this system can be difficult to incorporate enough particles that do not contact each other to allow imaging of a representative sample. This constraint may require unrealistic time requirements and laborious operations.

特許文献7では、顆粒化装置で製造された粒子は、傾斜プレート上に誘導される。プレートは上側照明され、粒子が下降するときにディジタルカメラにより粒子の画像が記録される。粒子が「適切な速度」でプレートを下って移動するように、プレートの角度が調整される。顆粒形状は規定されていないが、実施例では球が言及されている。粒子をプレートに送給する方法は、規定されていない。この刊行物によれば、粒子サイズおよび粒子サイズ分布が決定される。顆粒を傾斜プレートにいかに導入するかに関して注意深い制御を行わなければ、プレートの平面にアラインメントされることが保証されず、そのような制御を行わない場合、球形状顆粒だけが正確に測定されるにすぎない。たとえば、細長い形状を有する顆粒はバウンスし、上面図画像が歪んで、それらの真の寸法の測定が不正確になるであろう。この刊行物に開示されている方法および装置では、球様粒子の粒子サイズ分布の決定に限定され、粒子の形状または光学的性質に基づいて分布を決定することは意図されていない。   In patent document 7, the particles produced by the granulating device are guided on an inclined plate. The plate is illuminated upward and an image of the particles is recorded by a digital camera as the particles descend. The angle of the plate is adjusted so that the particles move down the plate at “appropriate speed”. The granule shape is not defined, but in the examples spheres are mentioned. The method of delivering particles to the plate is not specified. According to this publication, the particle size and particle size distribution are determined. Without careful control of how the granules are introduced into the tilted plate, it is not guaranteed to align with the plane of the plate, otherwise only spherical granules will be accurately measured. Only. For example, granules having an elongated shape will bounce and the top view image will be distorted, resulting in inaccurate measurement of their true dimensions. The method and apparatus disclosed in this publication is limited to determining the particle size distribution of spherical particles and is not intended to determine the distribution based on particle shape or optical properties.

米国特許第6,061,130号明細書US Pat. No. 6,061,130 米国特許第4,497,576号明細書U.S. Pat. No. 4,497,576 英国特許出願GB2012948A号明細書UK patent application GB2012948A 国際公開第89/05971号パンフレットInternational Publication No. 89/05971 Pamphlet 欧州特許出願公開第1083007−A2号明細書European Patent Application No. 1083007-A2 特開平10−332567号公報JP-A-10-332567 特開平8[1996]−89780号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8 [1996] -89780

本発明は、混合物中の異なる粒子タイプの比率を決定する方法に関する。この方法は、
(i)通路に沿って粒子を下降させるのに十分な角度で傾斜させた通路に少なくとも2つの粒子タイプの非凝集性粒子(ここで、各粒子タイプは、他の粒子タイプと異なる少なくとも1つの光学的性質および/または形状を有する)を含んでなる混合物を供給し;
(ii)傾斜通路に沿って粒子を照明し;
(iii)照明された粒子の反射光画像を収集し;
(iv)少なくとも1つの異なる光学的性質および/または形状を示す反射光画像のデータに基づいて少なくとも1つの粒子タイプの比率を計算する
ことを含んでなる。少なくとも1つの光学的性質は、好ましくは、可視波長、紫外波長、または赤外波長における反射率、ルミネセンス、およびそれらの変動のうちの少なくとも1つである。傾斜通路は、より特定的には、表面により提供される。好ましくは、比率は、個数分率、重量分率、および体積分率のうちの少なくとも1つに基づく。
The present invention relates to a method for determining the ratio of different particle types in a mixture. This method
(I) non-aggregating particles of at least two particle types in a channel inclined at an angle sufficient to lower the particles along the channel, wherein each particle type is at least one different from the other particle types Providing a mixture comprising optical properties and / or shapes;
(Ii) illuminate the particles along the inclined path;
(Iii) collecting a reflected light image of the illuminated particles;
(Iv) calculating a ratio of at least one particle type based on data of the reflected light image exhibiting at least one different optical property and / or shape. The at least one optical property is preferably at least one of reflectance, luminescence, and variations thereof at visible, ultraviolet, or infrared wavelengths. The inclined passage is more particularly provided by a surface. Preferably, the ratio is based on at least one of a number fraction, a weight fraction, and a volume fraction.

本発明のさらなる態様は、混合物中の異なる粒子タイプの粒子の比率を決定する装置である。この装置は、
(i)出口端を有する粒子フィーダーと;
(ii)非凝集性粒子が傾斜通路を下って下降できるようにフィーダーの出口端に隣接してその下方に位置する上部入口端を有する傾斜通路と;
(iii)粒子が傾斜通路を下って下降するときに粒子を上側照明できるように傾斜通路に対して方向付けられた照明源と;
(iv)粒子が傾斜通路を下って下降するときに粒子の反射光画像を収集できるように傾斜通路に対して方向付けられた画像レシーバーと;
(v)画像レシーバーから受け取った反射光画像信号を、粒子の少なくとも1つの光学的性質および/または形状に基づいて、混合物中の粒子タイプの少なくとも1つの比率を示すデータに変換する組成カルキュレーターと
を含んでなる。
A further aspect of the invention is an apparatus for determining the ratio of particles of different particle types in a mixture. This device
(I) a particle feeder having an exit end;
(Ii) an inclined passage having an upper inlet end located adjacent to and below the outlet end of the feeder so that non-aggregating particles can descend down the inclined passage;
(Iii) an illumination source oriented with respect to the inclined passage so that the particle can be illuminated upward as the particle descends down the inclined passage;
(Iv) an image receiver oriented with respect to the inclined passage so that a reflected light image of the particle can be collected as the particle descends down the inclined passage;
(V) a composition calculator for converting the reflected light image signal received from the image receiver into data indicative of at least one ratio of particle types in the mixture based on at least one optical property and / or shape of the particles; Comprising.

以下のように記述された添付の図面を参照すれば、本発明についてより完全に理解しうる。   The present invention can be more fully understood with reference to the accompanying drawings described as follows.

本開示で使用される場合、以下の用語は、以下のように指定された定義を有するものとする。   As used in this disclosure, the following terms shall have the definitions specified as follows:

「粒子」とは、比較的小さい個別部分または個別量の固体物質を意味し、より特定的には、比較的小さい固体物体を意味する。   “Particle” means a relatively small individual part or amount of solid material, and more particularly a relatively small solid object.

「粒子タイプ」とは、異なる光学的性質および/または形状を有する他のクラスの粒子と識別しうる共通の光学的性質および/または形状を共有する粒子のクラスを意味する。粒子の混合物は、2つ以上の粒子タイプを含んでなることもある。2つ以上の粒子タイプを含んでなる混合物の例としては、赤色粒子と緑色粒子との混合物(この場合、赤色粒子および緑色粒子は、それぞれ、識別可能な粒子タイプを構成する);円柱状粒子と球状粒子との混合物(この場合、円柱状粒子および球状粒子は、それぞれ、識別可能な粒子タイプを構成する);破壊種子と非破壊種子との混合物(この場合、破壊種子および非破壊種子は、それぞれ、識別可能な粒子タイプを構成する)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   By “particle type” is meant a class of particles that share a common optical property and / or shape that can be distinguished from other classes of particles having different optical properties and / or shapes. A mixture of particles may comprise more than one particle type. Examples of mixtures comprising two or more particle types include a mixture of red and green particles (where red and green particles each constitute a distinguishable particle type); cylindrical particles And spherical particles (in this case, cylindrical and spherical particles each constitute an identifiable particle type); a mixture of broken and non-destructive seeds (in this case, broken and non-destructive seeds are , Each of which constitutes an identifiable particle type), but is not limited thereto.

「非凝集性」とは、互いに付着または固着することにより運動が拘束される傾向を無視しうることを示唆する粒子の性質を意味する。   By “non-aggregating” is meant a particle property that suggests that the tendency of movement to be constrained by sticking or sticking to each other can be ignored.

「粒子タイプ標準」とは、特定の粒子タイプを示しかつこの特定の粒子タイプと他の粒子タイプとを識別する指定の光学的性質および/または形状に関連付けられるものである。粒子タイプ標準は、寸法関係ならびに/または形状および/もしくは光学的性質(たとえば、色、色分布など)を示唆する他の特性を基準にしうる。たとえば、暗色粒子タイプと識別される白色粒子タイプの標準は、グレースケール閾値(この値を超える粒子は白色粒子タイプに分類される)を基準にしうる。黄色粒子タイプの色標準は、赤色、緑色、および青色の強度を指定しうる。粒子は、その光学的性質および/もしくは形状が粒子タイプ標準からの許容される偏差(すなわち許容差)の範囲内に含まれるかまたは粒子タイプ標準に対して指定された閾値を満足もしくは凌駕するかに基づいて、粒子タイプに割り当てることができる。他の選択肢として、どの粒子タイプ標準に光学的性質および/または形状が最も近いかの判定に基づいて、粒子を粒子タイプに割り当てることができる。   A “particle type standard” is one that is associated with a specified optical property and / or shape that indicates a particular particle type and distinguishes this particular particle type from other particle types. Particle type standards may be based on dimensional relationships and / or other properties that suggest shape and / or optical properties (eg, color, color distribution, etc.). For example, a white particle type standard identified as a dark particle type may be based on a gray scale threshold (particles above this value are classified as a white particle type). Yellow particle type color standards may specify red, green, and blue intensities. Does the particle have an optical property and / or shape that falls within an acceptable deviation (ie tolerance) from the particle type standard or meets or exceeds the threshold specified for the particle type standard? Can be assigned to a particle type. As another option, particles can be assigned to a particle type based on a determination of which particle type standard is closest in optical properties and / or shape.

「粒子タイプ組成物」とは、少なくとも2つの粒子タイプの粒子を含んでなる組成物である。本発明の方法および装置によりそのような粒子タイプ組成物を記述する場合、少なくとも1つの比率、たとえば、個数分率または体積分率もしくは重量分率のような関連する分率が言及され、この分率には、少なくとも2つの粒子タイプの相対量が含まれる。   A “particle type composition” is a composition comprising particles of at least two particle types. When describing such particle type compositions by the method and apparatus of the present invention, reference is made to at least one ratio, for example, a relevant fraction such as a number fraction or a volume fraction or a weight fraction. The rate includes the relative amounts of at least two particle types.

「個数分率」とは、1つの粒子タイプに属する粒子の比率を意味し、少なくとも2つの粒子タイプの粒子の組成物中のその粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプに属する粒子の合計数が比較基準となる。個数分率は、1つの粒子タイプの粒子の数の合計を、その粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプの粒子の数の合計で割ることにより計算することができる。また、個別粒子体積(または粒子体積の計算に利用できる寸法)が決定されているのであれば、個数分率を用いて体積分率を誘導することができる。また、個別粒子重量(または粒子重量の計算に利用できる体積)が決定されているのであれば、個数分率から重量分率を誘導することができる。「個数パーセント」とは、個数分率に100%を掛けた値である。   “Number fraction” means the proportion of particles belonging to one particle type, the total number of particles belonging to that particle type and at least one other particle type in the composition of particles of at least two particle types. Is the reference for comparison. The number fraction can be calculated by dividing the sum of the number of particles of one particle type by the sum of the number of particles of that particle type and at least one other particle type. In addition, if the individual particle volume (or a dimension that can be used to calculate the particle volume) is determined, the volume fraction can be derived using the number fraction. Also, if the individual particle weight (or volume available for particle weight calculation) is determined, the weight fraction can be derived from the number fraction. The “number percentage” is a value obtained by multiplying the number fraction by 100%.

「体積分率」は、1つの粒子タイプの粒子の体積の合計を、少なくとも2つの粒子タイプの粒子の組成物中のその粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプの粒子の体積の合計で割ることにより、計算される。「体積パーセント」とは、体積分率に100%を掛けた値である。   “Volume fraction” divides the sum of the volume of particles of one particle type by the sum of the volume of particles of that particle type and at least one other particle type in the composition of particles of at least two particle types. Is calculated. The “volume percent” is a value obtained by multiplying the volume fraction by 100%.

「重量分率」とは、1つの粒子タイプの粒子の重量比率を意味し、少なくとも2つの粒子タイプの粒子の組成物中のその粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプの粒子の重量が基準になる。個別粒子の重量をその体積おびエンベロープ密度から決定し、次に、1つの粒子タイプの粒子の重量の合計をその粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプの粒子の重量の合計で割ることにより、重量分率を計算することができる。「重量パーセント」とは、重量分率に100%を掛けた値である。   “Weight fraction” means the weight ratio of particles of one particle type, based on the weight of that particle type and at least one other particle type in the composition of at least two particle types. become. Determining the weight of an individual particle from its volume and envelope density, and then dividing the sum of the weight of particles of one particle type by the sum of the weight of particles of that particle type and at least one other particle type; The weight fraction can be calculated. The “weight percent” is a value obtained by multiplying the weight fraction by 100%.

「エンベロープ密度」とは、個別粒子の重量対体積比を意味し、各粒子タイプ内で実質的に均一である。   “Envelope density” refers to the weight-to-volume ratio of individual particles and is substantially uniform within each particle type.

「嵩密度」とは、多くの粒子で構成されたバルクサンプルの重量対体積比を意味する。バルクサンプルの体積には、個別粒子の体積だけでなく粒子間の間隙の体積も含まれる。   “Bulk density” means the weight to volume ratio of a bulk sample composed of many particles. The volume of the bulk sample includes not only the volume of the individual particles but also the volume of the gap between the particles.

「バウンス角」とは、粒子の最長寸法を通るベクトルの偏角を意味し、本発明の方法および装置に供すべく記述された傾斜通路上または傾斜表面上で粒子が平衡状態(すなわち静止状態)にあるときのベクトル位置が基準になる。より特定的には、バウンス角とは、傾斜通路または傾斜表面に垂直な方向(すなわち、傾斜通路または傾斜表面から離れる方向またはそれに向かう方向)の偏角成分であり、通路または表面に平行な方向の偏角成分は含まれない。   “Bounce angle” means the deviation angle of a vector through the longest dimension of a particle, and the particle is in equilibrium (ie, stationary) on an inclined path or surface that is described for use in the method and apparatus of the present invention. The position of the vector at More specifically, the bounce angle is a declination component in a direction perpendicular to the inclined passage or the inclined surface (that is, a direction away from or toward the inclined passage or the inclined surface), and a direction parallel to the passage or the surface. Is not included.

「ルミネセンス」とは、他の電磁周波数の光で照明することにより生じる1つもしくはそれ以上の電磁周波数の光の放射を意味し;ルミネセンスとしては、たとえば、蛍光および燐光が挙げられる。   “Luminescence” refers to the emission of light at one or more electromagnetic frequencies caused by illumination with light at other electromagnetic frequencies; luminescence includes, for example, fluorescence and phosphorescence.

「反射率」とは、表面に入射する1つもしくは複数の周波数の光の量に対する表面により反射される特定の電磁周波数または電磁周波数範囲の光の量の比を意味する。   “Reflectivity” means the ratio of the amount of light in a particular electromagnetic frequency or electromagnetic frequency range reflected by a surface to the amount of light at one or more frequencies incident on the surface.

「反射光画像」とは、物体を画像化するときと同一の全体方向から照明された物体の画像を意味する。ごく一般的には、反射光は、照明と同一の全体スペクトル領域の光の反射により生じる。しかしながら、反射光には、蛍光および燐光による光が含まれることもある。たとえば、蛍光性または燐光性の表面を有する物体に紫外光照明を行うと、可視光が放出され、それが集光されて反射光画像を形成することもある。   The “reflected light image” means an image of an object illuminated from the same overall direction as when the object is imaged. Most commonly, the reflected light is caused by the reflection of light in the same overall spectral region as the illumination. However, the reflected light may include light due to fluorescence and phosphorescence. For example, when ultraviolet light illumination is performed on an object having a fluorescent or phosphorescent surface, visible light may be emitted and collected to form a reflected light image.

「グレースケール」とは、ビデオカメラからディジタル化画像のピクセル上に集光される光の相対量を指定する数値(典型的には整数)スケールを意味する。グレースケールを用いて、ディジタル化画像の各ピクセルに数値を割り当てることができる。この値は、ピクセルにより取り込まれる画像化物体の一部分からの反射光の量に関連する。本質的に光がピクセル上に集光されない場合(たとえば、非反射性黒色バックグラウンドを画像化する場合)、グレースケールレベルは、典型的には、0の値が割り当てられる。ピクセル上に集光される特定の高レベルまたはそれを超えるレベルの光(たとえば、鮮明な白色物体を画像化するときの光)は、典型的には、グレースケールの上限値が割り当てられる。この値は、16ビットバイナリーグレースケールでは、255である。   “Grayscale” means a numerical (typically integer) scale that specifies the relative amount of light collected from a video camera onto pixels of a digitized image. Gray scale can be used to assign a numerical value to each pixel of the digitized image. This value is related to the amount of reflected light from the portion of the imaging object captured by the pixel. If essentially no light is collected on the pixel (eg, imaging a non-reflective black background), the grayscale level is typically assigned a value of zero. A particular high level or higher level of light collected on a pixel (eg, light when imaging a sharp white object) is typically assigned an upper grayscale value. This value is 255 for 16-bit binary grayscale.

「形状」とは、その規定寸法間の幾何学に基づくまたは経験的に決定される関係により記述しうる識別可能な三次元形態を意味する。幾何学に基づく形状の中で最も簡単なものは、球である。これは、その直径だけを指定することにより完全に記述しうる。球の投影図はすべて、直径を示す。円形の断面を有する円柱は、その長さおよび直径を指定することにより記述しうる。円柱の長さおよび直径は、一般的には、その長方形上面図画像の長さおよび幅から決定することができる。この場合、円柱がその側面を接して置かれていれば、長方形画像の長さ(最長寸法)は円柱の長さに対応し、長方形画像の幅(最短寸法)は円柱の直径に対応することになる。この情報を用いれば、円柱の体積を計算することができる。他の規則的形状としては、楕円体(オーストラリアンフットボールまたはアメリカンフットボールに類似した形状)が挙げられる。これは、その最長寸法および最短寸法に基づいて記述することができる。この情報もまた、その上面投影図から取得することが可能である。不規則的形状粒子では、形状により粒子を識別するために、解析前にさまざまな経験的情報を収集することが必要になる可能性がある。しかし、フレーク形状粒子対ビーズ様物体(たとえば、コーンフレーク対レーズン)のように十分な形状差があれば、異なる形状の粒子の識別は、困難ではない。異なる形状の例としては、球、円柱、楕円体、立方体、長斜方体、ディスク、フレーク、トウモロコシ種子形状などが挙げられる。特定の形状は、さまざまな寸法をとりうる。たとえば、円柱は、異なる直径および/または長さを有するという点で互いに異なる可能性がある。異なるサイズの円柱は、比例関係を共有して同一の長さ対幅比を有することもあれば、円柱はまた、その長さ対幅比が異なるという点で異なることもある。   “Shape” means an identifiable three-dimensional form that can be described by a geometry-based or empirically determined relationship between its defined dimensions. The simplest shape based on geometry is a sphere. This can be fully described by specifying only its diameter. All projections of the sphere show the diameter. A cylinder with a circular cross-section can be described by specifying its length and diameter. The length and diameter of the cylinder can generally be determined from the length and width of its rectangular top view image. In this case, if the cylinder is placed on its side, the length (longest dimension) of the rectangular image corresponds to the length of the cylinder, and the width (shortest dimension) of the rectangular image corresponds to the diameter of the cylinder. become. Using this information, the volume of the cylinder can be calculated. Other regular shapes include ellipsoids (shapes similar to Australian football or American football). This can be described based on its longest and shortest dimensions. This information can also be obtained from the top view. For irregularly shaped particles, it may be necessary to collect a variety of empirical information prior to analysis in order to identify the particles by shape. However, if there is a sufficient shape difference, such as flake shaped particles versus bead-like objects (eg, corn flakes vs raisins), it is not difficult to distinguish between different shaped particles. Examples of different shapes include spheres, cylinders, ellipsoids, cubes, rhomboids, disks, flakes, corn seed shapes, and the like. A particular shape can take various dimensions. For example, the cylinders can differ from each other in that they have different diameters and / or lengths. Different sized cylinders may share the same proportionality and have the same length-to-width ratio, while cylinders may also differ in that their length-to-width ratios are different.

「球様」とは、球に類似している丸みを帯びた形状を意味する。球様形状を貫通する平面状断面はすべて、実質的に円形である。球様形状の中心を貫通する3つの垂直軸は、ほぼ同一の長さを有する。   “Spherical” means a rounded shape similar to a sphere. All planar cross-sections that pass through the spherical shape are substantially circular. The three vertical axes that pass through the center of the spherical shape have approximately the same length.

「楕円体状」とは、いくつかの平面状断面が円形ではなく楕円形(すなわち卵形)であり、楕円体形状が楕円体の中心を貫通する3つの垂直軸により記述可能であり、これらの軸のうちの少なくとも1つの軸が他の軸と実質的に等しくない(つまり、他の軸と組み合わされて非円形の楕円を規定する)という点で球と異なる丸みを帯びた形状を意味する。   “Ellipsoidal” means that some planar cross-sections are not circular but elliptical (ie, oval), and the ellipsoidal shape can be described by three vertical axes that penetrate the center of the ellipsoid, Means a rounded shape that differs from a sphere in that at least one of the axes is not substantially equal to the other axis (ie, combined with another axis to define a non-circular ellipse) To do.

本明細書に示されている詳細事項は、例として挙げられたものであり、本発明の実施形態を例示的に考察することを目的としたものにすぎず、何が最も有用であると考えられるかを提供し本発明の原理および概念的態様を容易に理解すべく提示されている。この点に関して、本発明の基本的理解に必要な以上に詳細に本発明の構成細目を示そうとするものでなく、本発明のいくつかの形態をどのように実際に具体化しうるかは、本説明から当業者に明らかになるであろう。   The details provided herein are given by way of example only and are intended to exemplify the embodiments of the invention and what is considered most useful. Are provided to facilitate understanding of the principles and conceptual aspects of the present invention. In this regard, it is not intended that the details of the invention be set out in more detail than is necessary for a basic understanding of the invention, but how some forms of the invention may actually be implemented is described in this book. The description will become apparent to those skilled in the art.

本発明に係る方法および装置を用いれば、きわめて正確な粒子解析が容易に行えるようになる。そのような装置および方法を使用することにより、異なる光学的性質および/または形状を有する粒子サンプル中の粒子をいくつかの光学特性および/または寸法特性に基づいて識別することができる。たとえば、そのような光学特性および/または寸法特性としては、色、色変動、破壊形状対非破壊形状、サイズ、粗さ、および明るさが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明の装置および方法によれば、本明細書の背景の節で先に記載したこれまでのデバイスで遭遇する問題が解決される。   By using the method and apparatus according to the present invention, extremely accurate particle analysis can be easily performed. By using such an apparatus and method, particles in a particle sample having different optical properties and / or shapes can be identified based on a number of optical and / or dimensional characteristics. For example, such optical and / or dimensional characteristics include, but are not limited to, color, color variation, destructive versus non-destructive shape, size, roughness, and brightness. The apparatus and method of the present invention solves the problems encountered with previous devices previously described in the background section of this specification.

本発明の方法および装置は、異なる光学的性質および/または形状に基づいて識別される少なくとも2つの粒子タイプの非凝集性粒子を含んでなる粒子混合物中の異なる粒子タイプの比率を計算するのに有用である。本発明の方法および装置は、粒子タイプ組成物中の粒子タイプの比率を決定するために使用できるだけでなく、この方法および装置を用いれば、粒子の上面図反射光画像から最長寸法、最短寸法、および周長のような寸法を決定して面積のような誘導寸法特性を計算することもできる。粒子タイプ組成物中の少なくとも1つの粒子タイプの比率を決定することに加えて、反射光画像を用いて粒子の少なくとも1つの寸法特性をも計算する場合、本発明に係る方法はとくに有用である。好ましくは、少なくとも1つの寸法特性は、最長寸法、最短寸法、面積、および周長のうちの少なくとも1つである。厚さが既知であるかまたは上面図から推測可能である場合、粒子体積および体積分率を計算することができる。(他の方法で粒子体積がわかるのであれば、同様に体積分率を計算することができる。)エンベロープ密度も既知である場合、粒子重量および重量分率を計算することもできる。(他の方法で粒子重量がわかるのであれば、同様に重量分率を計算することができる。)   The method and apparatus of the present invention is used to calculate the ratio of different particle types in a particle mixture comprising non-aggregating particles of at least two particle types identified based on different optical properties and / or shapes. Useful. The method and apparatus of the present invention can be used not only to determine the ratio of particle types in a particle type composition, but with this method and apparatus, the longest dimension, the shortest dimension, It is also possible to calculate dimensions such as area by determining dimensions such as perimeter. In addition to determining the proportion of at least one particle type in the particle type composition, the method according to the invention is particularly useful when the reflected light image is also used to calculate at least one dimensional property of the particles. . Preferably, the at least one dimensional characteristic is at least one of a longest dimension, a shortest dimension, an area, and a circumference. If the thickness is known or can be inferred from the top view, the particle volume and volume fraction can be calculated. (If the particle volume is known by other methods, the volume fraction can be calculated similarly.) If the envelope density is also known, the particle weight and weight fraction can also be calculated. (If the particle weight is known by other methods, the weight fraction can be calculated similarly.)

本発明の方法および装置は、非凝集性である多種多様な粒子に使用することができる。静電的相互作用が働くと、非常に小さい粒子は、付着一体化される可能性があり、この効果は、低密度を有する粒子のときにより顕在化する。したがって、本発明の方法および装置は、典型的には、少なくとも約0.1mmの直径、より好ましくは少なくとも約0.5mmの直径、最も好ましくは少なくとも約1mmの内接球を収容しうる表面を有する粒子に使用される。本発明の方法および装置は、約5cm以下の最長寸法を有する粒子に最も便利に使用されるが、傾斜表面をはじめとする装置構成要素を適切にスケールアップすれば、より大きい粒子を使用することができる。本発明に有用な粒子の例としては、顆粒、チップ、ペブル、キャンディー、宝石、ビーズ、金属散弾、弾丸、コイン、種子、加工食品、鉱物、丸剤など挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい実施形態では、本発明の方法および装置は、実質的に円柱状の形状の粒子を含んでなる非凝集性粒子の混合物に使用される。より好ましい実施形態では、本発明の方法および装置は、円形断面をもつ実質的に円柱状の形状を有する粒子を含んでなる非凝集性粒子の混合物に使用される。   The method and apparatus of the present invention can be used with a wide variety of particles that are non-aggregating. When electrostatic interactions work, very small particles can adhere and integrate, and this effect is more pronounced when particles have low density. Accordingly, the methods and apparatus of the present invention typically have a surface that can accommodate an inscribed sphere of at least about 0.1 mm in diameter, more preferably at least about 0.5 mm in diameter, and most preferably at least about 1 mm. Used for having particles. The method and apparatus of the present invention is most conveniently used for particles having a longest dimension of about 5 cm or less, but larger particles can be used if the device components, including inclined surfaces, are appropriately scaled up. Can do. Examples of particles useful in the present invention include, but are not limited to, granules, chips, pebbles, candy, jewelry, beads, metal shots, bullets, coins, seeds, processed foods, minerals, pills, and the like. is not. In a preferred embodiment, the method and apparatus of the present invention is used with a mixture of non-aggregating particles comprising particles that are substantially cylindrical in shape. In a more preferred embodiment, the method and apparatus of the present invention is used for a mixture of non-aggregating particles comprising particles having a substantially cylindrical shape with a circular cross section.

好ましくは、本発明の方法および装置は、種子および/または少なくとも1種の農業的活性物質を含んでなる粒子を含んでなる粒子混合物に使用される。農業的活性物質とは、農業で使用される任意の種類の生物学的活性物質を意味するものとする。農業的活性物質としては、たとえば、作物保護剤(たとえば、除草剤、殺菌・殺カビ剤、殺バクテリア剤、無脊椎有害生物防除剤)、植物成長調節剤(たとえば、開花または結実の促進剤または抑制剤、収穫向上剤または器官脱離剤、成長および再成長の阻害剤)、葉乾枯剤、化学雑種形成剤(たとえば、受粉阻害剤または滅菌剤)、ならびに植物栄養剤(たとえば、肥料)が挙げられる。好ましい実施形態では、本発明の方法および装置は、少なくとも1種の作物保護剤を含んでなる粒子を含んでなる非凝集性粒子の混合物に使用される。作物保護剤は、ごく一般的には化学物質であるが、バチルス・チューリンジェンシス(Bacillus thuringiensis)および昆虫病原性細菌、ウイルス、ならびに真菌のような生物学的作用剤であってもよい。農業的活性物質を含んでなる非凝集性粒子の混合物は、農業的活性物質を含有しないがたとえば界面活性剤のような他の有用成分を含有する非凝集性粒子を含んでなるものであってもよい。好ましい実施形態では、本発明の方法および装置は、少なくとも1種の農業的活性物質を含んでなる粒子を含んで実質的に円柱状の形状、典型的には実質的に円形の断面の形状を有する非凝集性粒子の混合物に使用することができる。少なくとも1種の農業的活性物質を含んでなる実質的に円柱状の非凝集性粒子は、たとえば湿潤粉末(たとえば、ペースト押出顆粒の場合)もしくは熱活性化バインダーを含んでなる加熱組成物(たとえば、熱押出顆粒の場合)を圧縮することにより、またはより一般には押出することにより(押出顆粒が提供される)、作製することができる。   Preferably, the method and apparatus of the present invention is used for a particle mixture comprising seeds and / or particles comprising at least one agriculturally active substance. Agroactive substance shall mean any kind of biologically active substance used in agriculture. Agricultural active substances include, for example, crop protection agents (eg herbicides, fungicides, fungicides, bactericides, invertebrate pesticides), plant growth regulators (eg flowering or fruiting promoters or Suppressors, harvest enhancers or organ detachment agents, growth and regrowth inhibitors), leaf drying agents, chemical hybrid formation agents (eg, pollination inhibitors or sterilants), and plant nutrients (eg, fertilizers) Can be mentioned. In a preferred embodiment, the method and apparatus of the present invention is used for a mixture of non-aggregating particles comprising particles comprising at least one crop protection agent. Crop protection agents are most commonly chemicals, but may also be biological agents such as Bacillus thuringiensis and entomopathogenic bacteria, viruses, and fungi. A mixture of non-agglomerated particles comprising an agriculturally active substance comprises non-aggregating particles that do not contain an agriculturally active substance, but contain other useful ingredients such as surfactants. Also good. In a preferred embodiment, the method and apparatus of the present invention comprises a particle comprising at least one agriculturally active substance and has a substantially cylindrical shape, typically a substantially circular cross-sectional shape. It can be used in a mixture of non-aggregating particles. The substantially cylindrical non-agglomerated particles comprising at least one agriculturally active substance are, for example, wet compositions (eg in the case of paste extruded granules) or heating compositions comprising a heat activated binder (eg , In the case of hot extruded granules), or more generally by extrusion (extruded granules are provided).

農業的活性物質は、非作物栽培用途に使用することもできる。たとえば、無脊椎有害生物防除剤は、他の園芸用途(たとえば、森林、温室、苗圃の植物、または畑で栽培されない観賞植物)、一般大衆(人)および動物の保健用途、住宅構造物用途および商業構造物用途、家庭用品用途および貯蔵品用途に有用でありうる。   Agroactive substances can also be used for non-crop cultivation applications. For example, invertebrate pest control agents can be used in other horticultural applications (eg, forests, greenhouses, nursery plants, or ornamental plants that are not cultivated in the field), general (human) and animal health applications, residential structures applications and It may be useful for commercial construction applications, household products applications and storage applications.

本発明に係る方法を実施する場合、非凝集性粒子は、傾斜通路(典型的には、傾斜表面により提供される)に供給される。粒子は、重力の支配下で実質的に回転および/または摺動によりそれを下って下降する。したがって、粒子は、それを下って下降するとき、一般的には表面に接触した状態を保持し、非球様粒子の最長軸は、表面に平行にアライメントされる傾向を示すであろう。粒子は、傾斜通路を下って下降するときに照明される。この構成では、好ましくは傾斜通路に垂直に向けられたビデオカメラなどにより、粒子の反射光個別上面図画像を用いて記録することができる。画像解析を行えば、光学的性質および/または形状を識別したり、最長寸法、最短寸法、面積、および周長のような寸法特性を決定したりすることができる。他のパラメーターが利用可能であれば、粒子体積、体積分率、粒子重量、および重量分率を計算することができる。   When carrying out the method according to the invention, the non-agglomerated particles are fed into an inclined passage (typically provided by an inclined surface). The particle descends below it by rotation and / or sliding substantially under the control of gravity. Thus, as the particle descends below it, it will generally remain in contact with the surface and the longest axis of the non-spherical particle will tend to be aligned parallel to the surface. The particles are illuminated when descending down the inclined passage. In this configuration, it is possible to record using the individual reflected top view image of the particle, preferably by a video camera or the like oriented perpendicular to the inclined path. Image analysis can identify optical properties and / or shapes and determine dimensional characteristics such as longest dimension, shortest dimension, area, and perimeter. If other parameters are available, particle volume, volume fraction, particle weight, and weight fraction can be calculated.

画像解析を容易にするために、好ましくは、粒子は、傾斜通路に沿って下降するときに粒子接触(たとえば、一方の粒子と他方の粒子との接触)が最小になるように、さらにまた実質的に通路の平面内に保持されるように、供給される。好ましくは、傾斜通路上の粒子の25%未満が、反射光画像中で他の粒子に接触しており、より好ましくは粒子の10%未満、最も好ましくは2%未満が、反射光画像中で他の粒子に接触している。スループットを最大化しつつ粒子接触を最小限に抑えるために、好ましくは、粒子は、通路を提供する傾斜表面の入口端に沿って均一に堆積されるように供給される。   To facilitate image analysis, preferably the particles are also substantially more substantial so that particle contact (eg, contact between one particle and the other) is minimized when descending along the inclined path. To be held in the plane of the passageway. Preferably, less than 25% of the particles on the slant path are in contact with other particles in the reflected light image, more preferably less than 10%, most preferably less than 2% of the particles in the reflected light image. It is in contact with other particles. In order to minimize particle contact while maximizing throughput, the particles are preferably fed so that they are uniformly deposited along the inlet end of the inclined surface providing the passage.

本発明に係る供給は、粒子が傾斜通路に供給されるフィーダーの出口端の近傍に粒子を配置することを含んでなり、かつ傾斜通路は、供給出口端に隣接してその下方に位置する入口端を含んでなる。供給の動きに対処するために、典型的には、供給出口端と傾斜通路の入口端との間にギャップが規定される。実質的に表面の平面内に粒子を配置しかつ非球様粒子のバウンス角を最小限に抑えるために、ギャップは、好ましくは、測定対象の粒子の最短寸法以下である。粒子のバウンス角が10度以下である場合、非球様粒子の上面図画像の寸法測定は、より正確である。出願人は、粒子が非球様である本発明の態様において、供給出口端と傾斜通路入口端との間のギャップが粒子の最短寸法に等しいかまたはそれ以下であると、傾斜通路上の粒子の少なくとも80%が10度以下のバウンス角を有することを見いだした。ギャップを狭くするにつれて、10度以下のバウンス角を有する粒子のパーセントが減少する可能性がある。好ましくは粒子の少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%が、10度以下のバウンス角を有する。   The supply according to the invention comprises arranging the particles in the vicinity of the outlet end of the feeder where the particles are supplied to the inclined passage, and the inclined passage is adjacent to the supply outlet end and located below it Comprising an end. In order to cope with supply movement, a gap is typically defined between the supply outlet end and the inlet end of the inclined passage. In order to place the particles substantially in the plane of the surface and minimize the bounce angle of the non-spherical particles, the gap is preferably below the shortest dimension of the particles to be measured. When the bounce angle of the particles is 10 degrees or less, the dimensional measurement of the top view image of the non-spherical particles is more accurate. In an embodiment of the invention in which the particles are non-spherical, Applicant has determined that if the gap between the feed outlet end and the inclined channel inlet end is less than or equal to the shortest dimension of the particle, the particles on the inclined channel It has been found that at least 80% of these have a bounce angle of 10 degrees or less. As the gap is narrowed, the percentage of particles having a bounce angle of 10 degrees or less may decrease. Preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the particles have a bounce angle of 10 degrees or less.

粒子は、粒子フィーダーにより傾斜通路に供給される。多種多様なフィーダー設計が、本発明の方法および装置に好適である。振動を用いて粒子を供給したり、またはコンベヤーベルト上などで機械的に搬送したりすることができる。一実施形態では、2つもしくはそれ以上の粒子タイプの物理的混合物のサンプルが、ホッパーによりフィーダーに供給される。ホッパー中のサンプルは、測定対象の混合物の代表的サンプルを含んでなるのに十分な粒子を含有する。また、ホッパーおよびフィーダーが単一の一体化ユニットである場合も、本発明の範囲内にある。好ましくは、フィーダーは、供給される傾斜表面の上端から上方に分析対象粒子の最短寸法よりも高くならない距離に、好ましくは、傾斜表面の上部端に接触しないより近い位置に、配置された前縁を有する水平振動フィーダーである。好ましくは、フィーダーの縁は傾斜表面に平行に整合させ、その中心は傾斜表面の中心の上方に位置決めされる。フィーダーの出口端の幅は、傾斜表面の幅に等しいかまたはそれ以下でありうる。   The particles are supplied to the inclined passage by a particle feeder. A wide variety of feeder designs are suitable for the method and apparatus of the present invention. The particles can be supplied using vibration, or mechanically conveyed, such as on a conveyor belt. In one embodiment, a sample of a physical mixture of two or more particle types is fed to the feeder by a hopper. The sample in the hopper contains enough particles to comprise a representative sample of the mixture to be measured. It is also within the scope of the present invention for the hopper and feeder to be a single integrated unit. Preferably, the feeder is arranged at a distance not higher than the shortest dimension of the analyte particle upward from the upper end of the supplied inclined surface, preferably closer to the upper edge of the inclined surface. A horizontal vibration feeder having Preferably, the edge of the feeder is aligned parallel to the inclined surface and its center is positioned above the center of the inclined surface. The width of the outlet end of the feeder can be equal to or less than the width of the inclined surface.

粒子フィード速度は、粒子フィーダーの設計および/または粒子フィーダー中の要素の構成の調整により設定することができる。他の選択肢として、粒子フィード速度および粒子フィーダーは、たとえば、水平振動フィーダーの振動数またはコンベヤーベルト付きフィーダーの速度を変化させることのできるフィードコントローラーにより制御することができる。フィードコントローラーは、手作業により、または組成カルキュレーターもしくは関連計算システムからのフィードバックに基づいて、調整することができる。   The particle feed rate can be set by adjusting the particle feeder design and / or the configuration of the elements in the particle feeder. As another option, the particle feed rate and particle feeder can be controlled by a feed controller that can vary, for example, the frequency of a horizontal vibratory feeder or the speed of a feeder with a conveyor belt. The feed controller can be adjusted manually or based on feedback from a composition calculator or related computing system.

傾斜表面は、重力の支配下でたとえば回転または摺動によりそれを下って粒子を下降させるのに十分な程度に傾斜させることだけが必要とされる。粒子に動きを付与するのに十分な最小傾斜角(水平に対する傾斜角)は、粒子のサイズ、密度、および表面との摩擦係数のような因子に依存する。傾斜表面を振動させれば、最小傾斜角を非常に小さい値に減少させることができるので、傾斜表面を振動させることは本発明の範囲内にあるが、過度に振動させると過度のバウンスを生じる可能性があり、それにより粒子画像の人為的な拡大または縮小を引き起こす可能性があるので、本発明の典型的な方法および装置では、傾斜表面は顕著に振動させない。特定の傾斜表面および粒子混合物に対する最小傾斜角を決定するために、ごくわずかな実験が必要となるにすぎない。傾斜角を急にするほど、より迅速な粒子移動が促進され、スループットが向上するので、好ましくは、傾斜角は最小傾斜角よりも有意に大きい。典型的には、傾斜角は水平線を基準に少なくとも30°である。しかしながら、傾斜角の増加により引き起こされるより迅速な粒子移動の結果として粒子の分離が起こり、フィーダーにより補償することができなければ、各画像中の粒子が少なくなりすぎるおそれがある。さらに、傾斜が急すぎると、粒子が転がり落ちるようになって、バウンス角が10度を超えるおそれもある。したがって、傾斜表面は、好ましくは水平線と約60°以下の角度をなす。典型的には、水平線と約45°の角度をなす傾斜表面であれば、本発明の方法および装置で良好に機能する。   The tilted surface need only be tilted to a degree sufficient to lower the particles down under gravity control, for example by rotation or sliding. The minimum tilt angle (tilt angle relative to horizontal) sufficient to impart motion to the particles depends on factors such as the size, density, and coefficient of friction with the surface of the particles. If the inclined surface is vibrated, the minimum inclination angle can be reduced to a very small value, so it is within the scope of the invention to vibrate the inclined surface, but excessive vibration causes excessive bounce. In an exemplary method and apparatus of the present invention, the inclined surface is not significantly oscillated, as it can potentially cause artificial enlargement or reduction of the particle image. Only very little experimentation is required to determine the minimum tilt angle for a particular tilted surface and particle mixture. Preferably, the steeper angle is significantly greater than the minimum tilt angle, since steeper tilt angles promote faster particle movement and improve throughput. Typically, the tilt angle is at least 30 ° with respect to the horizon. However, if the particle separation occurs as a result of faster particle movement caused by the increase in tilt angle and cannot be compensated for by the feeder, there may be too few particles in each image. Furthermore, if the inclination is too steep, the particles roll down and the bounce angle may exceed 10 degrees. Accordingly, the inclined surface preferably makes an angle of about 60 ° or less with the horizon. Typically, an inclined surface that makes an angle of about 45 ° with the horizon will work well with the method and apparatus of the present invention.

傾斜表面は、平面状であっても、凸状であっても、または平行通路に粒子を誘導するいくつかの「V」形断面のうちの1つを有するものであってもよい。「凸状」とは、中心線から両側に向かって下向きに傾斜するわずかに湾曲した表面を意味し、その目的は、粒子が傾斜通路を下降するときに、相互の粒子の分離を増大することである。平面状表面が好ましい。なぜなら、設計が単純であり、しかも画像レシーバー(たとえば、カメラ)から比較的一定した焦点距離に保つことができるからである。   The inclined surface may be planar, convex, or have one of several “V” shaped cross-sections that direct particles to parallel passages. “Convex” means a slightly curved surface that slopes downwards from the center line toward both sides, the purpose of which is to increase the separation of particles from one another as they descend the slant path. It is. A planar surface is preferred. This is because the design is simple and it can be kept at a relatively constant focal length from the image receiver (eg, camera).

傾斜表面は、好ましくは、適度に非反射性となるようにコーティングまたはペインティングされ、粒子の正確な上面図画像の記録を可能にするコントラストを提供するように作製される。たとえば、無光沢黒色ペイントで裏側がコーティングされた平滑非反射性ガラスを構成する表面は、可視光、白黒カメラ、および灰白色から中濃褐色までの暗色度の粒子を用いたときに、良好に機能する。この構成では、粒子が下降するガラスの平滑表面と、画像解析に適した良好なコントラストを与える暗色のバックグラウンドと、が提供される。速度低下を起こすことなく粒子を下降させるのに十分な程度に表面が平滑であるかぎり、傾斜表面と粒子との間の特定の摩擦係数は、重要ではない。   The inclined surface is preferably coated or painted to be reasonably non-reflective and is made to provide a contrast that allows the recording of an accurate top view image of the particles. For example, the surface comprising a smooth non-reflective glass coated with a matte black paint on the back side works well when using visible light, black and white cameras, and dark gray particles from gray to dark brown To do. This configuration provides a smooth surface of the glass where the particles descend and a dark background that provides good contrast suitable for image analysis. As long as the surface is smooth enough to lower the particles without causing a reduction in speed, the specific coefficient of friction between the inclined surface and the particles is not critical.

好ましくは、傾斜表面は、容易にブローイングされて蓄積塵埃を含まない。とくに好ましい本発明の一実施形態では、非凝集性粒子が少量(たとえば、0.2重量%)の塵埃を含有する場合でさえも、傾斜表面に対してほぼ平行に、ただし、わずかに下向きに不活性ガスのストリームを吹き込んで、蓄積するおそれのある塵埃粒子を取り除く。そのような蓄積が起こると、実際の粒子を表さない画像が形成されたり、または2回以上カウントされるおそれのある静止フラグメントが生成されたりする可能性がある。「不活性ガス」とは、粒子または本発明の装置と反応しない任意のガスを意味する。典型的には、不活性ガスは空気である。ガスフローは粒子の搬送に必要ではないので、ガスフローの速度およびガスフローを平面で向ける角度は、粒子の乱流またはバウンスを引き起こすほど大きくしてはならない。ガスフローは、都合または必要に応じて、連続的であっても周期的であってもよい。ガスフローは、傾斜表面に対してほぼ平行に、ただし、わずかに下向きにガスストリームを吹き込むように意図された1つもしくはそれ以上のノズルにより提供することができる。ガスストリームは、傾斜表面に平行に配置されかつ傾斜表面の幅に類似した幅を有するスリット形オリフィスを備えた単一のノズルにより、最も簡単に供給することができる。   Preferably, the inclined surface is easily blown and does not contain accumulated dust. In one particularly preferred embodiment of the invention, even when the non-agglomerated particles contain a small amount (eg 0.2% by weight) of dust, they are generally parallel to the inclined surface but slightly downwards. Blow an inert gas stream to remove dust particles that may accumulate. Such accumulation can result in the formation of images that do not represent actual particles or the generation of static fragments that can be counted more than once. By “inert gas” is meant any gas that does not react with the particles or apparatus of the present invention. Typically, the inert gas is air. Since gas flow is not necessary for particle transport, the gas flow velocity and the angle at which the gas flow is directed in a plane should not be so great as to cause particle turbulence or bounce. The gas flow may be continuous or periodic as convenient or necessary. The gas flow can be provided by one or more nozzles intended to blow the gas stream substantially parallel to the inclined surface, but slightly downward. The gas stream can be delivered most simply by a single nozzle with a slit-shaped orifice arranged parallel to the inclined surface and having a width similar to the width of the inclined surface.

傾斜表面上の粒子の終端速度とは、粒子が傾斜表面を下って移動するときに粒子の速度が(終端速度に向かって)自然に低下する場合の下限速度である。終端速度は、傾斜角のほかに粒子のサイズおよび密度ならびに粒子と傾斜表面との間の摩擦係数に依存するであろう。粒子が傾斜表面上で速度低下に起因して集合一体化するのを防止するために、フィーダーからの粒子の速度は、傾斜表面を下降する粒子の終端速度未満でなければならない。典型的には、フィーダーからの粒子の速度は、終端速度よりもかなり遅く、粒子は、傾斜表面を下って移動するときに加速されるが、本発明の方法および装置で一般に使用される比較的短い表面長さでは、終端速度に到達することはないであろう。傾斜表面への粒子のフィード速度は、粒子が表面を下って移動するときに互いに接触するのを最小限に抑えるように調整することができる。   The terminal velocity of a particle on an inclined surface is the lower limit velocity when the particle velocity naturally decreases (toward the terminal velocity) as the particle moves down the inclined surface. Terminal velocity will depend on the size and density of the particles as well as the tilt angle and the coefficient of friction between the particles and the tilted surface. In order to prevent the particles from aggregating on the inclined surface due to the reduced speed, the velocity of the particles from the feeder must be less than the terminal velocity of the particles descending the inclined surface. Typically, the velocity of the particles from the feeder is much slower than the terminal velocity, and the particles are accelerated as they move down the inclined surface, but are relatively common in the methods and apparatus of the present invention. With a short surface length, the terminal velocity will not be reached. The feed rate of the particles to the inclined surface can be adjusted to minimize contact with each other as the particles move down the surface.

傾斜表面の底部縁から送出される粒子は、必要および好みに応じて取り扱うことができる。典型的には、粒子は、廃棄処分または再循環に供すべくキャッチトレー中に収集される。フィーダーからの粒子の最初の通過で画像化され解析される粒子の数が代表的サンプルとして十分でない場合、捕集された粒子をフィーダーに戻してさらに装置に通すことができる。   Particles delivered from the bottom edge of the inclined surface can be handled as needed and preferred. Typically, the particles are collected in catch trays for disposal or recirculation. If the number of particles imaged and analyzed in the first pass of particles from the feeder is not sufficient as a representative sample, the collected particles can be returned to the feeder for further passage through the device.

本発明の装置はまた、混合システムの出力に連結して、出力混合物中の異なる粒子タイプの比率を併行して決定できるようにすることも可能である。出力混合物の代表的サンプルを周期的または連続的に取り出して、本装置に供給することができる。次に、解析された粒子を混合システムの出力ストリームに戻すことができる。次に、本発明の方法により決定された出力混合物中の異なる粒子タイプの比率を移動平均としてまたは一定時間に対して記録し表示することにより、経時的に混合物組成の変動を示すことができる。   The apparatus of the present invention can also be coupled to the output of the mixing system so that the proportions of different particle types in the output mixture can be determined in parallel. A representative sample of the output mixture can be removed periodically or continuously and fed to the apparatus. The analyzed particles can then be returned to the output stream of the mixing system. The mixture composition variation over time can then be shown by recording and displaying the ratio of the different particle types in the output mixture determined by the method of the present invention as a moving average or for a fixed time.

粒子は、傾斜通路を下って下降するときに、粒子の上面図の反射光画像を収集できるように十分に照明される。典型的には、照明は、1つもしくはそれ以上の人工光源により通常提供される可視光を用いて行われるが、日光を使用することもできる。画像レシーバー(たとえば、カメラを含んでなるレシーバー)がそれぞれの電磁波長に対して感度をもつのであれば、赤外光源および紫外光源を使用することもできる。また、画像化される粒子が蛍光性または燐光性である場合(紫外光から可視光への変換が起こる場合)、可視光に対して感度をもつ画像レシーバーと共に紫外光源を使用することができる。好適な光源は、たとえば、白熱ランプ(たとえば、窒素および/またはアルゴン中のタングステンフィラメント;ハロゲン中のタングステンフィラメント:石英−ハロゲンランプ、タングステンハロゲンランプ)、放電ランプ(たとえば、蛍光ランプ、水銀蒸気ランプ、ナトリウム蒸気ランプ、メタル−ハライドランプ、カーボン−アークランプ、キセノンフラッシュチューブ)、半導体(たとえば、発光ダイオード)、および火炎加熱(たとえば、ウェルスバッハマントルおよびライムライト)でありうる。単純であるという理由で、白熱ランプが好ましい可視光源である。水銀蒸気ランプおよび紫外波長発光蛍燐光体を有する蛍光ランプは、好ましい紫外光源である。   The particles are sufficiently illuminated so that they can collect a reflected light image of the top view of the particles as they descend down the inclined passage. Typically, the illumination is performed using visible light normally provided by one or more artificial light sources, although sunlight can also be used. If the image receiver (for example, a receiver including a camera) is sensitive to the respective electromagnetic wave length, an infrared light source and an ultraviolet light source can be used. Also, if the particles to be imaged are fluorescent or phosphorescent (when conversion from ultraviolet light to visible light occurs), an ultraviolet light source can be used with an image receiver that is sensitive to visible light. Suitable light sources are, for example, incandescent lamps (eg tungsten filaments in nitrogen and / or argon; tungsten filaments in halogen: quartz-halogen lamps, tungsten halogen lamps), discharge lamps (eg fluorescent lamps, mercury vapor lamps, Sodium vapor lamps, metal-halide lamps, carbon-arc lamps, xenon flash tubes), semiconductors (eg, light emitting diodes), and flame heating (eg, Welsbach mantle and limelite). An incandescent lamp is the preferred visible light source because it is simple. A mercury vapor lamp and a fluorescent lamp having an ultraviolet wavelength emitting phosphor are preferred ultraviolet light sources.

上面図画像が収集される粒子の部分を十分に照明するために、1つもしくはそれ以上の光源を配置することが必要である。とくに、光源が、広い領域全体に拡散して広がる照明ではなく狭い照明を提供する場合、光源は、好ましくは、画像レシーバーの近くに配置され、画像レシーバーが向けられる方向とほぼ同一の方向に向けられる。典型的には、1つもしくはそれ以上の光源により提供される照明は連続的であるが、特定のランプ設計(たとえば、キセノンフラッシュチューブ)を用いる場合、画像レシーバーが画像を受け取るときだけ照明が提供される。   In order to adequately illuminate the part of the particle from which the top view image is collected, it is necessary to arrange one or more light sources. In particular, where the light source provides narrow illumination rather than diffusely spreading over a large area, the light source is preferably located near the image receiver and oriented in approximately the same direction as the image receiver is directed. It is done. Typically, the illumination provided by one or more light sources is continuous, but when using a specific lamp design (eg, a xenon flash tube), illumination is provided only when the image receiver receives an image. Is done.

粒子の上面図画像は、傾斜通路の方向に向けられた画像レシーバーにより取り込まれた反射光を用いて収集される。好ましくは、粒子の反射光画像は、傾斜通路にほぼ垂直な方向で収集されるので、画像レシーバーを傾斜通路にほぼ垂直に向けることが必要とされる。画像レシーバーは、感光性エレメント上に画像を結像させるレンズシステムを備えたカメラを含んでなる。感光性エレメントは、たとえば、オルシコンチューブもしくはビジコンチューブまたは電荷結合デバイス(CCD)でありうる。モノクロカメラ(すなわち、全光レベルだけを記録しうる「白黒」カメラ)で十分なこともあれば、異なる色が関与する光学特性に従って粒子タイプが識別されるならば、カラーカメラが使用されることもある。本発明の装置の好ましい実施形態では、画像レシーバーはカラー画像レシーバーであり、カラーカメラを含んでなる。   A top view image of the particles is collected using reflected light captured by an image receiver directed in the direction of the inclined path. Preferably, the reflected light image of the particles is collected in a direction substantially perpendicular to the inclined passage, so that it is necessary to point the image receiver substantially perpendicular to the inclined passage. The image receiver comprises a camera with a lens system that forms an image on the photosensitive element. The photosensitive element can be, for example, an orthicon tube or a vidicon tube or a charge coupled device (CCD). A monochrome camera (ie, a “black and white” camera that can only record all light levels) may be sufficient, or a color camera may be used if the particle type is identified according to the optical properties involving different colors. . In a preferred embodiment of the device according to the invention, the image receiver is a color image receiver and comprises a color camera.

単一のモノクロカメラまたはカラーカメラを用いて粒子タイプのほとんどの混合物を解析することができるが、本発明は、単一のカメラの使用に限定されるものではない。一例として、好ましくは同期化された2台のカメラを使用することが有利なこともある。たとえば、1つの粒子タイプが、スペクトルの赤外領域で強い反射を起こすタイプである場合、その領域に感度をもつ1台のカメラを用いて画像を提供し、赤外で強い反射を起こす粒子を同定することができる。次に、可視光カメラを第1のカメラに同期化させて、赤外で強い反射を起こさない粒子の同定に使用される画像を収集することができる。いずれのカメラも寸法情報を収集するために使用することができる。   Although a single monochrome or color camera can be used to analyze most mixtures of particle types, the invention is not limited to the use of a single camera. As an example, it may be advantageous to use two cameras, preferably synchronized. For example, if one particle type is a type that causes strong reflection in the infrared region of the spectrum, an image is provided using a single camera with sensitivity in that region, and particles that cause strong reflection in the infrared region are detected. Can be identified. The visible light camera can then be synchronized to the first camera to collect images used to identify particles that do not cause strong reflections in the infrared. Either camera can be used to collect dimensional information.

カメラは、画像のアナログ信号またはディジタル表現を生成することができる。カメラがアナログ信号を生成する場合、画像レシーバー中の信号処理要素、組成を計算するためのユニット、または他のユニットにより、信号を画像のディジタル表現(本明細書中ではディジタル化画像と記載する)に変換する。そのようなディジタル化技術は、当技術分野ではごく普通の技術である。ディジタル化画像とは、画像が画素(すなわちピクセル)のマトリックスとして表され、画像が白黒である場合(すなわち、モノクロの場合)、それぞれにグレースケール値が割り当てられることを意味される。画像がカラーの場合、いくつかのカラー画像表現スキームのうちの1つに従って各ピクセルにいくつかの値が割り当てられる(たとえば、RGB系では、赤色、緑色、および青色の成分のそれぞれについて強度値が割り当てられる)。次に、ディジタル化画像を組成カルキュレーターにより処理することができる。組成カルキュレーターでは、ディジタル化画像から収集されたデータが、特定の粒子タイプに対して定められた閾値または他の粒子タイプ標準と比較され、それにより、粒子の少なくとも1つの光学的性質および/または形状に基づいて粒子タイプ組成を記述する少なくとも1つの比率が決定される。組成カルキュレーターは、典型的には、ディジタル処理ユニットおよびメモリを含んでなり(たとえば、ディジタルコンピューター)、そして典型的には、コンピューターによく使用される種類の1つもしくはそれ以上の出力デバイス(たとえば、インクジェット紙、インパクト紙、感熱紙、もしくは感光紙、レーザー、トナー、熱ワックス転写、および/または染料昇華技術を用いるプリンター、発光ダイオード(LED)アレイ、陰極線管ディスプレイ(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)、CRT技術、LCD技術、またはミラー(DMD、DLP)技術に基づくプロジェクター)を用いて出力組成データ(たとえば、レポート)を出力する。組成データはまた、保管または他のコンピューターへの転送のために、磁気ディスクドライブ(たとえば、フロッピーディスケット、Zip(登録商標)ディスク)および光ディスクドライブ(たとえば、CDライターおよびDVDライター)のようなリムーバブル記憶デバイスに電子形式で出力することもできる。組成データはまた、たとえば、導電性ワイヤー、光ファイバー、または無線周波数送信に基づいてネットワークを介して他のコンピューターに送信することもできる。   The camera can generate an analog signal or a digital representation of the image. When the camera produces an analog signal, the signal is represented by a digital representation of the image (referred to herein as a digitized image) by a signal processing element in the image receiver, a unit for calculating composition, or other unit Convert to Such digitization techniques are very common in the art. A digitized image means that if the image is represented as a matrix of pixels (ie, pixels) and the image is black and white (ie, monochrome), each is assigned a grayscale value. If the image is color, each pixel is assigned several values according to one of several color image representation schemes (for example, in the RGB system, the intensity value is for each of the red, green, and blue components). Assigned). The digitized image can then be processed by a composition calculator. In a composition calculator, the data collected from the digitized image is compared to a threshold or other particle type standard defined for a particular particle type, thereby at least one optical property of the particle and / or At least one ratio describing the particle type composition based on the shape is determined. A composition calculator typically comprises a digital processing unit and memory (eg, a digital computer), and typically one or more output devices of the type commonly used in computers (eg, , Inkjet paper, impact paper, thermal paper or photosensitive paper, laser, toner, thermal wax transfer, and / or dye sublimation technology, light emitting diode (LED) array, cathode ray tube display (CRT), liquid crystal display (LCD) ), CRT technology, LCD technology, or a projector based on mirror (DMD, DLP) technology) to output output composition data (eg, report). Composition data is also removable storage such as magnetic disk drives (eg floppy diskettes, Zip® disks) and optical disk drives (eg CD writers and DVD writers) for storage or transfer to other computers. It can also be output to the device in electronic form. The composition data can also be transmitted to other computers via a network based on, for example, conductive wires, optical fibers, or radio frequency transmission.

システムにより1秒あたりに処理される画像の数は、典型的には、分析対象のサンプル中の粒子の10%超が画像化されるように、好ましくはカメラの視野から出る前に粒子が2回画像化されることがないように、粒子の移動速度およびカメラの視野に従って選択される。   The number of images processed per second by the system is typically such that the particles are preferably 2 before exiting the camera field of view, such that more than 10% of the particles in the sample to be analyzed are imaged. It is selected according to the moving speed of the particles and the field of view of the camera so that they are not imaged twice.

好ましくは、カメラのシャッター速度は、動きの方向に真の長さの1〜2%以下で人為的に動きが拡大された粒子画像を取り込むのに十分な程度に迅速である。本発明では、粒子速度は、主として傾斜表面および周囲空気との摩擦力により拘束される重力加速度によって生成される。画像寸法の拡大は、粒子がシャッターの開閉間で移動する距離から生じる。市販のカメラの典型的なシャッター速度は、1/8000秒である。粒子移動速度を100mm/秒未満に保持すれば、いずれの寸法も約0.01mm超の拡大を生じることはないであろう。したがって、傾斜表面を下って移動する運動方向の長さが3mmの粒子の画像は、0.06mmを超えて拡大されて見えることはないであろう。より高い測定確度が特定の解析に必要とされる場合、これは、より迅速なシャッター速度を備えたカメラを用いて、または粒子速度を低下させる手段を提供することにより、たとえば、より緩やかな15°〜30°の表面角度を使用することにより、達成することが可能である。また、画像の拡大は予測可能でありかつ系統的であるので、ソフトウェアに補正係数を組み入れることにより、画像の面積、幅、および長さを補正することが可能である(これは、十分に当該技術の範囲内にある)。   Preferably, the shutter speed of the camera is rapid enough to capture a particle image with an artificially enlarged motion that is no more than 1-2% of the true length in the direction of motion. In the present invention, the particle velocity is generated primarily by gravitational acceleration constrained by frictional forces with the inclined surface and ambient air. The enlargement of the image size results from the distance that the particles move between opening and closing of the shutter. A typical shutter speed of a commercially available camera is 1/8000 second. If the particle moving speed is kept below 100 mm / sec, any dimension will not result in an enlargement of greater than about 0.01 mm. Thus, an image of a 3 mm long moving particle moving down an inclined surface will not appear to be magnified beyond 0.06 mm. If higher measurement accuracy is required for a particular analysis, this can be done using a camera with a faster shutter speed, or by providing a means to reduce particle speed, for example 15 It can be achieved by using a surface angle of between -30 °. Also, since image enlargement is predictable and systematic, it is possible to correct the area, width, and length of the image by incorporating correction factors into the software (this is sufficient Within the scope of technology).

好ましくは、傾斜表面の全幅が視野に取り込まれるように、つまりサンプル中の粒子がすべてカメラの視野を通過するように、カメラを配置するかまたはカメラのズームレンズを調整する。すべての粒子が視野を通過するようにすれば、確実に代表的サンプルを画像化するのに役立つ。好ましくは、傾斜表面の下りの長さは、少なくともカメラの視野と同程度の長さである。経済上および便宜上、傾斜表面の下りの長さは、典型的には、カメラの視野よりもそれほど長くはない。   Preferably, the camera is positioned or the camera zoom lens is adjusted so that the full width of the tilted surface is captured in the field of view, i.e., all particles in the sample pass through the field of view of the camera. Ensuring that all particles pass through the field of view helps ensure that a representative sample is imaged. Preferably, the downward length of the inclined surface is at least as long as the field of view of the camera. For economic and convenience purposes, the downhill length of the inclined surface is typically not much longer than the field of view of the camera.

カメラ、使用される光、照明方法、傾斜表面の光吸収特性、およびカメラの画像からデータを解析するソフトウェアは、異なる粒子タイプの粒子を互いに識別できるように粒子特性に従って選択される。たとえば、粒子タイプの差が、異なる形状または異なるグレースケール値に基づく場合、簡単な白黒カメラが適切であろう。異なる粒子タイプ間に色差が存在する場合、カラーカメラが好ましいかまたは必要とされるであろう。赤外光または紫外光の反射率の大きさの差が粒子タイプの識別の基礎である場合、適切な赤外光または紫外光の電磁周波数に有用である光源およびカメラが必要である。異なる組成を有する粒子タイプ(たとえば、異なる作物保護活性剤)が、それ以外に、本発明の方法に準拠してそれらを識別するのに十分な形状、色差、または色調差を有していない場合、識別できるようにその製造の一部分として1つの粒子タイプの色または色調を増強することが可能であろう。たとえば、他の粒子タイプと識別される色またはグレイレベルのコントラストを増強するように、追加顔料を1つの粒子タイプに添加することが可能である。二酸化チタンまたはカーボンブラックのような不活性剤を組成物に添加して、その色をそれぞれ明るくしたり暗くしたりすることが可能である。他の可能な方法は、1つの粒子タイプの組成物に蛍光成分を添加することにより、紫外光を照射したときに可視光を放出させるようにする方法である。この方法は、周囲可視光を除外することを必要とするので、より簡単な解決策を用いることができない場合のみ、好ましい。   The camera, the light used, the illumination method, the light absorption characteristics of the inclined surface, and the software that analyzes the data from the camera images are selected according to the particle characteristics so that particles of different particle types can be distinguished from each other. For example, if the particle type difference is based on different shapes or different grayscale values, a simple black and white camera may be appropriate. If there are color differences between the different particle types, a color camera will be preferred or required. If the difference in infrared or ultraviolet light reflectance magnitude is the basis for particle type identification, then a light source and camera that is useful for the electromagnetic frequency of the appropriate infrared or ultraviolet light is needed. Particle types with different compositions (eg, different crop protection actives) otherwise do not have sufficient shape, color difference, or color difference to distinguish them according to the method of the present invention It would be possible to enhance the color or tone of one particle type as part of its manufacture so that it can be identified. For example, additional pigments can be added to one particle type to enhance the color or gray level contrast identified with other particle types. An inert agent such as titanium dioxide or carbon black can be added to the composition to lighten or darken the color, respectively. Another possible method is to add a fluorescent component to a composition of one particle type so that visible light is emitted when irradiated with ultraviolet light. This method is preferred only if a simpler solution cannot be used because it requires the exclusion of ambient visible light.

図1に示される本発明の例示的な一実施形態では、分析対象の少なくとも2つの粒子タイプを含有する粒子混合物が、ホッパー1に入れられる。粒子3は、粒子フィーダー2(水平振動フィーダーとして示されている)から、水平線と角度α(45°近傍で示されている)をなして傾斜させた傾斜表面4に供給される。粒子フィード速度は、フィードコントローラー11を用いて、手動モードでまたは組成カルキュレーター8からのフィードバックに基づいてフィードバックモードで制御される。フィード速度は、粒子が表面を下って下降するときに互いにほとんど接触しないようにしかも同一の粒子が、好ましくは、逐次画像中で2回画像化されることがないように制御される。粒子が傾斜表面4を下って下降するときに、照明源5(複数ユニットとして示されている)は、粒子3を照明し、一方、画像レシーバー6(ビデオカメラとして示されている)は、移動する粒子の画像を取り込む。画像は、出力デバイス9を用いて組成レポートを出力する組成カルキュレーター8(たとえば、ディジタルコンピューター)を用いて解析される。出力デバイス9は、典型的には、少なくとも1台のコンピューターモニターを含んでなる。この例示的な実施形態では、傾斜表面4から送出される粒子3は、キャッチトレー7中に捕集され、そして傾斜表面4を塵埃の含まれない状態に保持するために、ノズル10を用いて不活性ガスのストリームが吹き込まれる。   In an exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 1, a particle mixture containing at least two particle types to be analyzed is placed in a hopper 1. Particles 3 are supplied from a particle feeder 2 (shown as a horizontal vibratory feeder) to an inclined surface 4 that is inclined at an angle α (shown near 45 °) with a horizontal line. The particle feed rate is controlled using the feed controller 11 in manual mode or in feedback mode based on feedback from the composition calculator 8. The feed rate is controlled so that the particles are hardly in contact with each other as they descend below the surface, and the same particles are preferably not imaged twice in successive images. As the particles descend below the inclined surface 4, the illumination source 5 (shown as multiple units) illuminates the particles 3, while the image receiver 6 (shown as a video camera) moves. The image of the particles to be captured The image is analyzed using a composition calculator 8 (for example, a digital computer) that outputs a composition report using the output device 9. The output device 9 typically comprises at least one computer monitor. In this exemplary embodiment, the particles 3 delivered from the inclined surface 4 are collected in a catch tray 7 and using a nozzle 10 to keep the inclined surface 4 free of dust. A stream of inert gas is blown.

図2は、黒色着色傾斜表面上の2つの異なるグレースケール値を有する円柱状粒子の典型的なモノクロカメラ画像がどのように見えるかを示している。   FIG. 2 shows how a typical monochrome camera image of cylindrical particles with two different gray scale values on a black colored inclined surface looks.

図3Aおよび図3Bは、粒子バウンスが起こる様子を示している。測定対象の粒子が球様である場合、傾斜表面に沿ったバウンスは、測定確度に関してとくに問題にならない。しかしながら、非球様粒子の場合、傾斜表面に沿って実質的なバウンスが起こると、測定確度が実質的な影響を受けるので、そのような例にはあてはまらない。図3Aは、最短寸法が直径dである円形断面を有する円筒形状の粒子3を含むときの粒子フィーダー2と傾斜表面4との関係の拡大概略図を示している。粒子フィーダー2の出口端は、傾斜表面4の前縁から上方に距離hで配置される。粒子3は、各粒子の前縁が傾斜表面4に接触する前に下降しなければならない距離があるので、粒子フィーダー2から送出されるときにわずかに傾く。これにより、粒子3の一部分がわずかにバウンスを起こす可能性がある。   3A and 3B show how particle bounce occurs. If the particles to be measured are spherical, bounce along the inclined surface is not a problem with respect to measurement accuracy. However, in the case of non-spherical particles, this is not the case because substantial accuracy bounces along the inclined surface will have a substantial impact on measurement accuracy. FIG. 3A shows an enlarged schematic view of the relationship between the particle feeder 2 and the inclined surface 4 when it includes cylindrical particles 3 having a circular cross section with the shortest dimension being the diameter d. The exit end of the particle feeder 2 is arranged at a distance h above the front edge of the inclined surface 4. The particles 3 are tilted slightly when delivered from the particle feeder 2 because there is a distance that the leading edge of each particle must descend before contacting the inclined surface 4. As a result, a part of the particles 3 may slightly bounce.

図3Bは、粒子が粒子長さlの方向にバウンス角βだけ平面から変位すると、傾斜表面に垂直に作成される上面図画像中の粒子の対応する画像長さlが縮小される可能性があることを示している。バウンス角βの関数としての画像長さlと粒子長さlとの比の関係は、式1により与えられる。
式1
/l=cos(β)
バウンス角βが10度を超えない場合、画像長さlは、粒子長さlよりも2%未満小さくなるので、上面図画像中で98%超の確度が提供されるであろう。
FIG. 3B shows that when a particle is displaced from the plane by a bounce angle β in the direction of particle length l, the corresponding image length l s of the particle in the top view image created perpendicular to the inclined surface may be reduced. It shows that there is. The relationship between the ratio of image length l s and particle length l as a function of bounce angle β is given by equation 1.
Formula 1
l s / l = cos (β)
If the bounce angle β does not exceed 10 degrees, the image length l s will be less than 2% less than the particle length l, which will provide more than 98% accuracy in the top view image.

他の粒子寸法(たとえば、厚さ)に依存して、バウンス角βはまた、粒子の側面が上向きになって上面図画像に組み込まれることに起因して、人為的に画像長さを拡大する原因となりうる。人為的な画像の縮小および拡大はいずれも望ましくないので、バウンス角βは、好ましくは最小限に抑えられる。   Depending on other particle dimensions (eg, thickness), the bounce angle β may also artificially increase the image length due to the side of the particle being face up and incorporated into the top view image. It can be a cause. Since neither artificial image reduction nor enlargement is desirable, the bounce angle β is preferably minimized.

図3Aに示されように、バウンスは、傾斜表面4の上部に粒子フィーダー2から粒子3が送出された直後に最も大きくなる傾向があり、傾斜表面4を下降する後続の移動と共に減少する。好ましくは、傾斜表面4上の非球様粒子の少なくとも80%は、10度以下のバウンス角を有する。より好ましくは、非球様粒子の少なくとも90%は、10度以下のバウンス角を有する。最も好ましくは、非球様粒子の少なくとも95%は、10度以下のバウンス角を有する。球形状粒子では、バウンス角は問題にならない。出願人は、hがd以下のときに傾斜表面4上の粒子3のバウンス角βが通常10度未満になることを見いだした。   As shown in FIG. 3A, the bounce tends to be greatest immediately after the particle 3 is delivered from the particle feeder 2 to the top of the inclined surface 4 and decreases with subsequent movement down the inclined surface 4. Preferably, at least 80% of the non-spherical particles on the inclined surface 4 have a bounce angle of 10 degrees or less. More preferably, at least 90% of the non-spherical particles have a bounce angle of 10 degrees or less. Most preferably, at least 95% of the non-spherical particles have a bounce angle of 10 degrees or less. For spherical particles, the bounce angle is not a problem. Applicants have found that the bounce angle β of the particles 3 on the inclined surface 4 is typically less than 10 degrees when h is less than or equal to d.

粒子タイプ組成物内の異なる粒子タイプの比率は、傾斜表面上の粒子のディジタル化画像を解析する組成カルキュレーターを用いて計算される。光学特性および/または形状に基づいて異なる特性を識別するディジタル化画像の解析に基づいて、組成カルキュレーターは、解析された各粒子を2つもしくはそれ以上の粒子タイプのうちの1つに属するものとして同定する。特定の解析された粒子を2つもしくはそれ以上の粒子タイプのうちの1つに属するものとして同定することは、粒子のディジタル化画像から収集されたデータを比較し、それを特定の粒子タイプに対して定められた閾値または他の粒子タイプ標準と比較することにより、行うことができる。次に、各粒子タイプに割り当てられた粒子の数を合計することができる。特定の粒子タイプの個数分率は、その特定のタイプを有する粒子の合計をその粒子タイプおよび少なくとも1つの他の粒子タイプの粒子の合計で割った値である。   The ratio of different particle types within the particle type composition is calculated using a composition calculator that analyzes a digitized image of the particles on the inclined surface. Based on the analysis of digitized images that identify different properties based on optical properties and / or shape, the compositional calculator will assign each analyzed particle to one of two or more particle types Identify as Identifying a particular analyzed particle as belonging to one of two or more particle types compares the data collected from the digitized image of the particle and puts it into a particular particle type This can be done by comparing to a threshold defined for other or other particle type standards. The number of particles assigned to each particle type can then be summed. The number fraction of a particular particle type is the sum of particles having that particular type divided by the sum of particles of that particle type and at least one other particle type.

光学特性および/または形状に基づいて粒子タイプを識別するのに必要とされる計算法は、識別される特定の光学的な差および/または形状の差に依存するであろう。本方法は大幅に変化させることができるが、好適な方法は、識別される特定の特性を考慮すれば、当業者に明白なものとなろう。そのような方法をコンピューターコードに組み込むことは、十分に当業者の能力の範囲内である。   The computational method required to identify the particle type based on optical properties and / or shape will depend on the particular optical difference and / or shape difference identified. While the method can vary greatly, suitable methods will be apparent to those skilled in the art in view of the particular characteristics identified. Incorporating such methods into computer code is well within the ability of those skilled in the art.

図4は、粒子のディジタル化上面図画像の光学特性に基づいて粒子タイプの同定を行う方法を例示している。画像の上面図の図心21を長方形の対角線20aおよび20bの交点に位置決めする。次に、図心21の周囲のカーネル22中の25個のピクセルの画像データを解析する。たとえば、グレースケールを用いて粒子を識別する場合、「閾値」グレースケール値を選択し、明着色粒子ピクセル値がその値以上の値になりかつ暗着色粒子ピクセル値がその値未満になるようにする。次に、測定された各粒子を同定し、暗着色グループまたは明着色グループのいずれかのメンバーとしてとタグ付けすることができる。データ集合中の粒子をすべて評価し、一方のグループまたは他方のグループに割り当てる。色が識別光学特性である場合、カーネル22中のピクセルにより収集されたいくつかの波長の光の平均強度を決定し、標準色値と比較して、最も可能性の高い粒子の色を同定する。これを収集されたすべての画像について反復し、次に、各画像化粒子を色により規定された粒子タイプに割り当てる。   FIG. 4 illustrates a method for particle type identification based on the optical properties of the digitized top view image of the particles. The centroid 21 of the top view of the image is positioned at the intersection of the rectangular diagonals 20a and 20b. Next, the image data of 25 pixels in the kernel 22 around the centroid 21 is analyzed. For example, when identifying particles using grayscale, select a “threshold” grayscale value so that the light colored particle pixel value is greater than or equal to that value and the dark colored particle pixel value is less than that value. To do. Each measured particle can then be identified and tagged as a member of either the dark or light colored group. All particles in the data set are evaluated and assigned to one group or the other. If the color is an identifying optical property, determine the average intensity of several wavelengths of light collected by the pixels in the kernel 22 and compare to the standard color value to identify the most likely particle color . This is repeated for all collected images and then each imaged particle is assigned to a particle type defined by color.

一方のタイプの粒子を他方のタイプの粒子と識別することは、電磁スペクトルの可視、赤外(近赤外を含む)、および紫外の領域における反射率およびルミネセンスならびにその変動(電磁周波数による変動、さらにはストライプ、バンディング、モットリング、均一性などの空間的な変動の両方を含む)をはじめとする多種多様な光学特性に基づいて行うことができる。そのような場合、粒子画像の図心の周囲の25ピクセルカーネルを解析することは、適切な計算法ではない可能性がある。たとえば、ストライプ状粒子では、粒子画像の長さに沿ったセクションを調べ、このようにしてグレースケールまたは波長の変動を確認し、さまざまなパターンを示唆する方法を選択することが可能である。可視光領域では、異なる光学特性は、典型的には、すべての周波数で等しく反射されない光を含み、色(たとえば、色相および彩度により記述され)ならびに異なる全体的明度を生じる。赤外領域および紫外領域の光もまた、典型的には、すべての周波数で等しく反射されないので、この変動を解析に使用することもできる。光学特性の差異を強調して解析時に粒子を正確に同定できるようにする薬剤(たとえば、暗色化用のカーボンブラック、明色化用の二酸化チタン、蛍光または燐光を誘起するための蛍燐光体)を含むように、混合物中の1つの粒子タイプの粒子を配合することができる。   Distinguishing one type of particle from the other is the reflection and luminescence in the visible, infrared (including near infrared), and ultraviolet regions of the electromagnetic spectrum and their variations (variations with electromagnetic frequency). , And even spatial variations such as stripes, banding, mottling, and uniformity). In such a case, analyzing the 25 pixel kernel around the centroid of the particle image may not be a proper calculation method. For example, for striped particles, it is possible to examine sections along the length of the particle image, thus checking for grayscale or wavelength variations, and selecting methods that suggest different patterns. In the visible light region, different optical properties typically include light that is not equally reflected at all frequencies, resulting in color (eg, described by hue and saturation) and different overall lightness. Infrared and ultraviolet light is also typically not reflected equally at all frequencies, so this variation can also be used for analysis. Agents that emphasize differences in optical properties to allow accurate identification of particles during analysis (eg, carbon black for darkening, titanium dioxide for lightening, phosphors to induce fluorescence or phosphorescence) The particles of one particle type in the mixture can be formulated to contain.

粒子タイプ組成物内の少なくとも1種の粒子タイプの比率を計算するとともに、いずれも十分に当該通常技術の範囲内にあるさまざまな計算手順またはアルゴリズムを用いて、最長寸法、最短寸法、面積、および周長のような上面図画像の寸法特性を決定することができる。たとえば、ナショナル・インストラメンツ・コーポレーション(National Instruments Corporation)(テキサス州オースティン(Austin,Texas))製のラボビュー・イメイク(LabVIEW IMAQ)のような市販のソフトウェアは、粒子のディジタル化上面図二次元画像の面積および周長のような情報を提供する。   Calculate the ratio of at least one particle type in the particle type composition and use various calculation procedures or algorithms, all well within the ordinary skill in the art, to determine the longest dimension, shortest dimension, area, and The dimensional characteristics of the top view image, such as the perimeter, can be determined. For example, commercially available software such as LabView IMAQ from National Instruments Corporation (Austin, Texas) can be used to generate a digitized top view of a particle two-dimensional image. Provides information such as area and perimeter.

粒子の上面図面積は、そのディジタル化画像中のピクセルを最初にカウントすることにより、容易に計算で決定することができる。図5は、図2から得られる代表的粒子画像のディジタル化形態(すなわち、円柱状粒子の画像化などから得られる長方形上面図画像形状)を示している。次に、mmのような物量単位で上面図面積を与えるために、ディジタル化粒子画像中のピクセル数にディジタル化画像校正係数(これ以降では単に「校正係数」と記す)の二乗の逆数を掛ける。校正係数は、ディジタル化粒子画像のディジタル測定値を実際の粒子寸法に関連付けるものであり、画像化粒子の物量単位距離(たとえば、mm)に対応するディジタル化粒子画像中のピクセル幅により表現される。たとえば、傾斜表面上に既知の直径の薄い円形マット化白色着色ディスクを配置して、ディスク画像の直径をカバーするピクセル幅の数を実際のディスク直径(たとえば、mm単位の直径)で割ることにより、校正係数を決定することができる。 The top view area of a particle can be easily determined by calculation by first counting the pixels in the digitized image. FIG. 5 shows a digitized form of a representative particle image obtained from FIG. 2 (ie, a rectangular top view image shape obtained from imaging a cylindrical particle or the like). Next, in order to give a top view area in a quantity unit such as mm 2 , the reciprocal of the square of the digitized image calibration coefficient (hereinafter simply referred to as “calibration coefficient”) is added to the number of pixels in the digitized particle image. Multiply. The calibration factor relates the digital measurement of the digitized particle image to the actual particle size and is expressed by the pixel width in the digitized particle image corresponding to the physical unit distance (eg, mm) of the imaged particle. . For example, by placing a thin circular matted white colored disc of known diameter on an inclined surface and dividing the number of pixel widths covering the disc image diameter by the actual disc diameter (eg, diameter in mm) The calibration factor can be determined.

ピクセルのカウントに基づく上面図粒子面積の決定は、系統誤差の影響を受ける。「系統誤差」とは、システム要素の特定の構成および使用される測定方法に関する規則的かつ予測可能な大きさの誤差を意味する。面積測定の系統誤差は、ディジタル化画像の解像度(有限の校正係数を生じる)およびピクセルにより粒子画像の境界または縁を規定する手順およびアルゴリズムの制約により主として生じる。粒子画像の実際の境界は、ピクセルの中間を横切ることも多いであろう。画像の一部分として横切られたピクセルをカウントすると、粒子の上面図面積をわずかに大きめに見積もる傾向になり、一方、横切られたピクセルをカウントしないと、粒子の上面図面積を少なめに見積もることになろう。   The determination of top view particle area based on pixel count is subject to systematic errors. “Systematic error” means a regular and predictable error with respect to the particular configuration of system elements and the measurement method used. Systematic errors in area measurement are primarily caused by the resolution of the digitized image (which produces a finite calibration factor) and the limitations of the procedures and algorithms that define the boundaries or edges of the particle image by pixels. The actual boundary of the particle image will often cross the middle of the pixel. Counting the crossed pixels as part of the image tends to estimate the top view area of the particle slightly larger, whereas if you do not count the crossed pixels, you will estimate the top view area of the particle slightly less. Let's go.

図5は、使用した測定法が粒子画像の一部分として粒子境界により横切られたピクセルをカウント?する粒子画像を示している。図5では、各正方形はピクセルを示している。図5に示される斜線部分は、測定法により決定された面積を表しており、この場合、456個のピクセルの面積を生成する。しかしながら、粒子画像が交差したピクセルを小数として扱って真の上面図面積を与えることができるとすれば、その面積は、405個の正方形ピクセルに対応するにすぎないことがわかるであろう。したがって、相対誤差は、(456−405)/405=12.6%である。粒子が小さくなるほど、一般的には、より大きい正の相対誤差を示し、粒子が大きくなるほど、より小さい正の相対誤差を示すであろう。粒子面積を増大させるだけではなく、校正係数を増大させることによっても、相対誤差は減少する。この系統誤差を予測することができるのであれば、より正確に実際の面積を表すように、測定された粒子面積を調整することができる。また、各ピクセルにより取り込まれた光の量および周波数(たとえば、グレースケール、色の深み)の解析では、副次部分だけが粒子画像により占有されたピクセルを除外し、主要部分が粒子画像により占有されたピクセルをカウントするようにできる。   Figure 5 shows the measurement method used counts the pixels crossed by the particle boundary as part of the particle image? A particle image is shown. In FIG. 5, each square represents a pixel. The hatched portion shown in FIG. 5 represents the area determined by the measurement method, and in this case, an area of 456 pixels is generated. However, if the pixels that the particle image intersects can be treated as decimals to give a true top view area, it will be appreciated that the area only corresponds to 405 square pixels. Therefore, the relative error is (456-405) /405=12.6%. Smaller particles will generally exhibit a larger positive relative error, and larger particles will exhibit a smaller positive relative error. Not only increasing the particle area, but also increasing the calibration factor reduces the relative error. If this systematic error can be predicted, the measured particle area can be adjusted to more accurately represent the actual area. Also, in the analysis of the amount and frequency of light captured by each pixel (eg grayscale, color depth), the pixels where only the secondary part is occupied by the particle image are excluded and the main part is occupied by the particle image It is possible to count the number of processed pixels.

ディジタル化粒子画像を用いて行いうる他の測定は、画像を横切る最短距離(すなわち、その幅)である。この距離を決定する方法は、種々存在し、いずれも当該技術の範囲内にあり、これらはそれぞれ、それに関連付けられる誤差要因を有する。実例として、粒子画像が長方形の場合(たとえば、円柱状粒子から得られる場合)に有用な特定の幅の決定方法について、ここで論じる。図5では、画像の上面図の図心31を長方形の対角線30aおよび30bの交点に位置決めする。水平線32および垂直線33をディジタル化粒子画像ピクセルの図心31から縁まで引く。線34を水平線32と垂直線33との間に45°の角度で引く。次に、3つの追加線35、36、および37を、線32、33、および34のうちで最も短い2つの線(この場合、線32および34)の間に引く。次に、線32〜37のうちで最も短い線(この場合、線34)により幅の位置を規定し、ディジタル化粒子画像ピクセルからバックグラウンドピクセルに交差するまで、この線を延長する。次に、ディジタル化粒子画像がバックグラウンドに移行する位置にある線の両端の2個のピクセル間の距離として幅を指定する。幅および面積を計算した後、面積を幅で割ることにより、長方形のディジタル化粒子画像の長さを計算することができる。   Another measurement that can be made using a digitized particle image is the shortest distance (ie, its width) across the image. There are various ways of determining this distance, all within the skill of the art, each having an error factor associated with it. By way of illustration, a method of determining a specific width that is useful when the particle image is rectangular (eg, obtained from cylindrical particles) will now be discussed. In FIG. 5, the centroid 31 of the top view of the image is positioned at the intersection of the rectangular diagonals 30a and 30b. A horizontal line 32 and a vertical line 33 are drawn from the centroid 31 of the digitized particle image pixel to the edge. Line 34 is drawn between horizontal line 32 and vertical line 33 at an angle of 45 °. Next, three additional lines 35, 36, and 37 are drawn between the two shortest lines of lines 32, 33, and 34 (in this case, lines 32 and 34). Next, the position of the width is defined by the shortest of the lines 32-37 (in this case, line 34), and this line is extended from the digitized particle image pixel to the background pixel. The width is then specified as the distance between the two pixels at the ends of the line where the digitized particle image is in the background. After calculating the width and area, the length of the rectangular digitized particle image can be calculated by dividing the area by the width.

図5はまた、幅の測定時に誤差がいかにして生じうるかを示している。正確な幅の測定は、辺a’およびb’を備えた三角形の斜辺である。実際に測定されるのは、辺aおよびbを備えた三角形の斜辺である。この特定の方法では、粒子画像により部分的に占有されているにすぎない可能性のあるピクセルの外側境界線まで線を引くので、相対誤差は常に正であろう。いくつかの場合には、図5の線32および33の場合のように、真の値と測定値は、本質的には同一である。これが起こるのは、線が0°および90°で引かれるからである。これらの線は、両方とも、ピクセル境界グリッド線に平行であり、この場合にはピクセル境界グリッド線に一致する。線33、34、35、36、および37はいずれも、図心31からバックグラウンドへの粒子画像移行部まで引くことのできる最短線を表していない可能性があるので、幅の測定時の他の誤差要因を生じる。十分に当該技術の範囲内にある方法を用いてソフトウェアに補正を組み込むことにより、これらの系統誤差を減少させることができるが、さらなるコンピューター処理時間または速度が必要になる可能性がある。また、面積計算に関して、副次部分だけが粒子画像により占有されたピクセルを除外し、主要部分が粒子画像により占有されたピクセルをカウントするように、各ピクセルにより取り込まれた光の量および周波数(たとえば、グレースケール、色の深み)の解析を行うことにより、幅の測定時の誤差を減少させることが可能である。   FIG. 5 also shows how errors can occur when measuring the width. The exact width measurement is the hypotenuse of a triangle with sides a 'and b'. What is actually measured is the hypotenuse of a triangle with sides a and b. In this particular method, the relative error will always be positive because the line is drawn to the outer boundary of the pixel that may only be partially occupied by the particle image. In some cases, as in the case of lines 32 and 33 in FIG. 5, the true value and the measured value are essentially the same. This occurs because the line is drawn at 0 ° and 90 °. Both of these lines are parallel to the pixel boundary grid lines and in this case coincide with the pixel boundary grid lines. None of the lines 33, 34, 35, 36, and 37 may represent the shortest line that can be drawn from the centroid 31 to the particle image transition to the background. Cause an error factor. By incorporating corrections into the software using methods well within the skill in the art, these systematic errors can be reduced, but additional computer processing time or speed may be required. Also, for the area calculation, the amount and frequency of light captured by each pixel (so that only the sub-portion excludes pixels occupied by the particle image and counts pixels where the main portion is occupied by the particle image ( For example, by performing analysis of gray scale and color depth, it is possible to reduce errors when measuring the width.

粒子タイプの粒子体積が一定の既知の値である場合、各粒子タイプの粒子の数を決定した後、既知の粒子体積を用いて、体積分率を計算することができる。粒子タイプの粒子体積が一定でない場合、体積分率を計算するには、各粒子の体積を決定する必要がある。   If the particle volume of a particle type is a constant known value, the volume fraction can be calculated using the known particle volume after determining the number of particles of each particle type. If the particle volume of the particle type is not constant, to calculate the volume fraction, it is necessary to determine the volume of each particle.

直接測定することはできないがいくつかの形状では上面図粒子画像から推測できる寸法情報(たとえば、厚さ)の利用可能性に依存して、粒子の体積を計算することができる。図6A〜図6Gは、本発明の方法およびプロセスを用いて評価しうるさまざまな粒子形状を例示している。図6Aは、典型的には丸みを帯びた縁を有する円柱状粒子の上面図40、側面図41、および正面図42を示している。図6Bは、2つの等しい短軸および1つのより長い軸を有する楕円体状粒子の上面図43、側面図44、および正面図45を示している。図6Cは、丸形ディスク粒子の上面図46、側面図47、および正面図48を示している。図6Dは、六角形ディスク粒子の上面図49、側面図50、および正面図51を示している。図6Eは、丸い卵形粒子の上面図52、側面図53、および正面図54を示している。図6Fは、球様粒子の上面図55、側面図56、および正面図57を示している。図6Gは、いくらか不規則的であるが2つの鏡映面および1つの回転軸(C2v対称群)により実質的な対称性を有する粒子の上面図58、側面図59、および正面図60を示している。 Depending on the availability of dimensional information (eg, thickness) that cannot be measured directly but can be inferred from top view particle images for some shapes, the volume of the particles can be calculated. 6A-6G illustrate various particle shapes that can be evaluated using the methods and processes of the present invention. FIG. 6A shows a top view 40, a side view 41, and a front view 42 of a cylindrical particle that typically has rounded edges. FIG. 6B shows a top view 43, a side view 44, and a front view 45 of an ellipsoidal particle having two equal minor axes and one longer axis. FIG. 6C shows a top view 46, a side view 47, and a front view 48 of the round disc particle. FIG. 6D shows a top view 49, a side view 50, and a front view 51 of the hexagonal disk particles. FIG. 6E shows a top view 52, a side view 53, and a front view 54 of the round oval particle. FIG. 6F shows a top view 55, a side view 56, and a front view 57 of the spherical particles. FIG. 6G shows a top view 58, a side view 59, and a front view 60 of a particle that is somewhat irregular but has substantial symmetry due to two mirror planes and one axis of rotation (C 2v symmetry group). Show.

図6A〜6Gに示される形状のいくつかは、農業および栄養物に本発明の方法および装置を適用するうえでとくに重要である。円形ダイに通して押し出された顆粒は、図6Aに示されるような円筒形状を有する。パン顆粒化を用いて作製された顆粒およびいくつかの農作物種子は、図6Bに示されるような楕円体形状を有する。いくつかの栄養補助食品錠剤は、図6Cに示されるような丸形ディスク形状を有する。いくつかのキャンディーは、図6Eに示されるような丸い卵形形状を有する。流動床顆粒化を用いて作製された顆粒およびダイズのようないくつかの農作物種子は、図6Fに示されるような球様形状を有する。トウモロコシ種子は、図6Gに示される形状を有する。   Some of the shapes shown in FIGS. 6A-6G are particularly important in applying the method and apparatus of the present invention to agriculture and nutrition. The granules extruded through a circular die have a cylindrical shape as shown in FIG. 6A. Granules and some crop seeds made using bread granulation have an ellipsoid shape as shown in FIG. 6B. Some dietary supplement tablets have a round disc shape as shown in FIG. 6C. Some candies have a round oval shape as shown in FIG. 6E. Granules made using fluid bed granulation and some crop seeds such as soybeans have a spherical shape as shown in FIG. 6F. Corn seeds have the shape shown in FIG. 6G.

図6Aに示される円筒形状、図6Bに示される楕円体形状、および図6Fに示される球様形状では、隠れた(厚さ)寸法は、上面図粒子画像の幅と同一であると推測することができる。体積は、標準的な数式を用いて計算することができる。たとえば、図6Aの円筒形状の体積Vは、式2:
式2
V(πdl)/4
により与えられる。式中、dは、粒子直径(粒子画像の幅から推測された粒子直径)であり、lは、粒子長さ(粒子画像の長さから得られた粒子長さ)である。種々の形状の体積を計算する特定の式は、幾何学技術分野で周知である。より一般的には、粒子の断面積を関数f(x)として指定できる場合(ここで、xは、断面に垂直な軸に沿った距離を指定する)、体積Vは、式3に従って粒子の一方の端から他方の端まで軸に沿って解析積分または数値積分することにより取得することができる。
In the cylindrical shape shown in FIG. 6A, the ellipsoidal shape shown in FIG. 6B, and the spherical shape shown in FIG. 6F, the hidden (thickness) dimension is assumed to be the same as the width of the top view particle image. be able to. The volume can be calculated using standard mathematical formulas. For example, the cylindrical volume V of FIG.
Formula 2
V (πd 2 l) / 4
Given by. In the formula, d is the particle diameter (particle diameter estimated from the width of the particle image), and l is the particle length (particle length obtained from the length of the particle image). Specific formulas for calculating volumes of various shapes are well known in the geometric art. More generally, if the cross-sectional area of a particle can be specified as a function f (x) (where x specifies a distance along an axis perpendicular to the cross-section), the volume V is the particle's It can be obtained by analytical integration or numerical integration along the axis from one end to the other end.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

図6C、図6D、図6E、および図6Gに示される形状では、上面図粒子画像から厚さを推測することができない。しかし、図6C、図6D、および図6Eに示される形状の厚さが、他の方法でわかるのであれば(たとえば、厚さが粒子間で均一であれば)、比較的高い確度で上面図画像から粒子体積を容易に計算することができる。いくつか例を挙げると、円柱、球、楕円体、およびディスクのような幾何学的規則性を有する形状では、本発明の方法および装置を用いて測定される最大の寸法確度が得られる。形状規則性または予測性が減少するにつれて、粒子寸法測定確度も減少する。図6Gに示されるトウモロコシ種子のようないくつかのいくらか不規則的な形状でさえも、形状規則性は、厚さ寸法がある程度わかれば近似体積の計算ができる程度に十分に一貫性がある。厚さ寸法情報が既知であるかまたは上面図粒子画像から推測可能である場合、ほぼすべての形状タイプについて、より高いまたはより低い精度で体積を計算することができる。しかしながら、本発明の方法および装置の多くの用途(たとえば、異なる色を有するキャンディーの混合物中の赤色キャンディーの比率を決定する用途または作物種子と比較して雑草種子の比率を決定する用途)では、異なる粒子タイプの粒子のカウントに基づいて個数分率を計算することが、望まれる唯一の計算であろう。   For the shapes shown in FIGS. 6C, 6D, 6E, and 6G, the thickness cannot be inferred from the top view particle images. However, if the thicknesses of the shapes shown in FIGS. 6C, 6D, and 6E are known in other ways (eg, if the thickness is uniform between particles), the top view with relatively high accuracy. The particle volume can be easily calculated from the image. In some examples, geometrically regular shapes such as cylinders, spheres, ellipsoids, and disks provide the maximum dimensional accuracy measured using the method and apparatus of the present invention. As shape regularity or predictability decreases, so does the particle size measurement accuracy. Even for some somewhat irregular shapes, such as the corn seed shown in FIG. 6G, the shape regularity is sufficiently consistent that approximate volume calculations can be made with some knowledge of the thickness dimension. If thickness dimensional information is known or can be inferred from top view particle images, the volume can be calculated with higher or lower accuracy for almost all shape types. However, in many applications of the method and apparatus of the present invention (for example, an application that determines the proportion of red candy in a mixture of candy having different colors or a ratio of weed seeds compared to crop seeds), It would be the only calculation desired to calculate the number fraction based on the counts of particles of different particle types.

粒子タイプの粒子重量が一定の既知の値である場合、各粒子タイプの粒子の数を決定した後、既知の粒子重量を用いて重量分率を計算することができる。粒子タイプの粒子重量が一定でない場合、重量分率を計算するには、粒子の重量を決定する必要がある。粒子の重量は、粒子のエンベロープ密度にそれらの体積を掛けることにより決定することができる。エンベロープ密度は、粒子が可溶性でない液体中に特定の粒子タイプの測定された重量の粒子を浸漬することにより測定することができる。粒子の重量を押しのけられた液体の体積で割れば、エンベロープ密度が得られる。   If the particle weight of a particle type is a constant known value, the weight fraction can be calculated using the known particle weight after determining the number of particles of each particle type. If the particle weight of the particle type is not constant, it is necessary to determine the weight of the particles to calculate the weight fraction. The weight of the particles can be determined by multiplying the envelope density of the particles by their volume. The envelope density can be measured by immersing a measured weight of a particular particle type in a liquid in which the particles are not soluble. Dividing the weight of the particles by the volume of displaced liquid gives the envelope density.

異なる量の化学成分を有する粒子タイプの混合物中の化学成分の全重量パーセントを決定することが望まれる場合もある。たとえば、農薬工業製品は、各粒子タイプが異なる農業的活性物質(すなわち活性成分)を含有する2つもしくはそれ以上の粒子タイプの粒子の混合物を含んでなることもある。活性成分それ自体が粒子タイプを容易に識別するのに十分な光学特性差を提供しない場合、粒子の識別可能な光学特性および/または形状を提供するように他の成分を添加して、異なる化学組成、たとえば、異なる活性成分を有する粒子タイプを識別するマーカーとして使用することができる。通常、粒子タイプ中の成分(たとえば、活性成分)のパーセントは、粒子の作製に使用された成分の量から、または作製された粒子の化学分析から、混合前に入手可能である。この情報を用いれば、混合物中の特定の成分の全パーセントを容易に計算することができる。   It may be desirable to determine the total weight percent of chemical components in a mixture of particle types having different amounts of chemical components. For example, an agrochemical product may comprise a mixture of particles of two or more particle types, each particle type containing a different agriculturally active substance (ie, active ingredient). If the active ingredient itself does not provide sufficient optical property differences to easily identify the particle type, other components can be added to provide distinct chemistry and / or shape of the particles to provide different chemistry. It can be used as a marker to identify the composition, for example, particle types with different active ingredients. Typically, the percentage of an ingredient (eg, active ingredient) in a particle type is available prior to mixing from the amount of ingredient used to make the particle or from a chemical analysis of the made particle. With this information, the total percentage of a particular component in the mixture can be easily calculated.

さらなる労力をかけることなく、当業者は、以上の説明を用いて、本発明をその最大限まで利用できると考えられる。したがって、以下の実施例は、単なる例示にすぎず、本開示をなんら限定しようとするものではないとみなされる。以下の実施例に示される種々の計算の選択肢は、単に例示のために提示されたものにすぎない。   Without further effort, those skilled in the art will be able to utilize the present invention to its fullest extent using the above description. Accordingly, the following examples are considered merely illustrative and are not intended to limit the present disclosure in any way. The various calculation options presented in the following examples are merely presented for illustration.

実施例1
例示的装置およびその操作
以下の実施例では、この第1の実施例に記載されている本発明の装置および方法を利用する。概略図としての図1を参照すると、装置は、次の部分よりなる。
Example 1
Exemplary Apparatus and its Operation The following example utilizes the apparatus and method of the present invention described in this first example. Referring to FIG. 1 as a schematic, the device consists of the following parts:

粒子フィーダー2への粒子3の供給を提供するホッパー1は、上端の直径が約5インチ(12.7cm)のステンレス鋼漏斗(コール−パーマー・モデルSR−07265−00(Cole−Parmer Model SR−07265−00))であり、上端から下端の0.5インチ(1.3cm)以上の開口まで狭窄化されている。粒子フィーダー2は、シントロン(登録商標)(モデルFL−TO−C)ライト・キャパシティー・エレクトロマグネティック・バイブレイティング・フィーダー(エフエムシー・コーポレーション)(Syntron(登録商標)(Model FL−TO−C)Light Capacity Electromagnetic Vibrating Feeder(FMC Corp.))であり、装置が着座するテーブルまたはベンチトップ(図示せず)に平行に支持されている。漏斗は、振動フィーダーのバックエンドに配置され、漏斗出口がフィーダーから上方に3/8〜5/8インチ(1.0〜1.6cm)の位置にくるように固定されている。   The hopper 1 that provides the supply of particles 3 to the particle feeder 2 is a stainless steel funnel (Cole-Parmer Model SR-07265-00 (Cole-Parmer Model SR-) with an upper end diameter of about 5 inches (12.7 cm). 07265-00)), which is narrowed from the upper end to the opening of 0.5 inches (1.3 cm) or more from the lower end. The particle feeder 2 is a Syntron (registered trademark) (model FL-TO-C) light capacity electromagnetic vibrating feeder (FM Corporation) (Syntron (registered trademark) (Model FL-TO-C). Light Capacity Electromagnetic Vibrating Feeder (FMC Corp.), supported in parallel by a table or bench top (not shown) on which the device is seated. The funnel is located at the back end of the vibratory feeder and is fixed so that the funnel outlet is 3/8 to 5/8 inch (1.0 to 1.6 cm) above the feeder.

傾斜表面4は、幅2.9インチ(7.4cm)および長さ4.0インチ(10cm)の寸法を有するフラットな非反射性ガラス部片である。ガラスの裏側は、無光沢黒色ペイントでコーティングされている。ガラス部片は、このガラスと同一の寸法を有する厚さ1/8インチ(0.3cm)のポリエチレンフォームシートの部片(図示せず)上に緩衝されて着座されている。ガラスおよびフォームは、水平線と45°の傾斜角αをなして支持されている。粒子フィーダー2の前縁(すなわち出口端)は、傾斜表面4の上端(すなわち上部入口端)から上方に1mm以下の位置に配置されている。粒子フィーダー2および傾斜表面4のガラスは接触しない。フィーダー振動数(つまりフィード速度)は、フィードコントローラー11としてのFMCパワー・コントローラー(モデルCC−1A)(FMC Power Controller(Model CC−1A))で制御される。   The inclined surface 4 is a flat, non-reflective glass piece having dimensions of 2.9 inches (7.4 cm) wide and 4.0 inches (10 cm) long. The back side of the glass is coated with a matte black paint. The glass piece is cushioned and seated on a piece (not shown) of a polyethylene foam sheet having the same dimensions as the glass and having a thickness of 1/8 inch (0.3 cm). Glass and foam are supported at an inclination angle α of 45 ° with the horizon. The front edge (that is, the outlet end) of the particle feeder 2 is disposed at a position of 1 mm or less upward from the upper end (that is, the upper inlet end) of the inclined surface 4. The glass of the particle feeder 2 and the inclined surface 4 is not in contact. Feeder frequency (that is, feed speed) is controlled by an FMC power controller (model CC-1A) (FMC Power Controller (Model CC-1A)) as the feed controller 11.

画像レシーバー6は、ビデオカメラ(プルニックス・ブラック・アンド・ホワイト・プログレッシブ・スキャン・アナログ・モデル9701(Pulnix Black and white Progressive Scan Analog Model 9701))であり、そのズームレンズは、傾斜表面4から約9〜10インチ(23〜25cm)の位置に配置されかつそれに垂直な方向を向いている。カメラのズームレンズは、コール・パーマー・モデル#P−48901−04(Cole−Parmer model #P−48901−04)の等価物である。カメラのシャッター速度は、1/8000秒であり、カメラの解像度は640×480ピクセルである。   The image receiver 6 is a video camera (Prunix Black and White Progressive Scan Analog Model 9701), whose zoom lens is approximately from the inclined surface 4 It is located at 9-10 inches (23-25 cm) and points in a direction perpendicular thereto. The zoom lens of the camera is equivalent to Cole Palmer model # P-48901-04 (Cole-Parmer model # P-48901-04). The camera shutter speed is 1/8000 sec and the camera resolution is 640 × 480 pixels.

画像レシーバー6の両側に、W・A・Cロング・ライフ10,000アワー#EXN 50W MR16フラッドライト(W・A・C Long Life 10,000 hour #EXN 50W MR16 floodlights)(ニューヨーク州11530ガーデン・シティーのW・A・Cライティング・カンパニー(W・A・C Lighting Co.,615 South Street,Garden City,New York 11530)より販売されている)と等価な2つのタングステン−ハロゲンランプが照明源5として配置されている。アステックLPS253、12V DC、20ampパワー・サプライ(Astec LPS 253,12V DC,20 amp Power Supply)(図示せず)により電力供給されるランプは、傾斜表面4を一様に照明するように向けられた低電圧マウントであるW・A・Cライティング#LP007ブラック・サーフェイス(W・A・C Lighting #LP007 Black Surface)中で収容される。   W / A / C Long Life 10,000 hours #EXN 50W MR16 floodlight (W / A / C Long Life 10,000 hours #EXN 50W MR16 floodlights) (11530 Garden City, New York) Two tungsten-halogen lamps equivalent to the W.A.C Lighting Company (available from W.A.C Lighting Co., 615 South Street, Garden City, New York 11530) as the illumination source 5 Has been placed. Lamps powered by Astec LPS 253, 12V DC, 20 amp power supply (not shown) (not shown) were directed to illuminate the inclined surface 4 uniformly. It is housed in the W • A • C Lighting # LP007 Black Surface (W • A • C Lighting # LP007 Black Surface) which is a low voltage mount.

ノズル10からのエアストリームは、傾斜表面4をスイーピングして塵埃を除去するために使用される。ノズル10は、1.75インチ×0.02インチ(4.44cm×0.05cm)の寸法を有しかつ長い寸法を傾斜表面4に平行にして配置されたスリットを含んでなる。ノズル10は、エアストリームが傾斜表面4を斜角でスイーピングするように、傾斜表面4の上端の上方にかつ水平線と50°の角度をなして下向きに配置されている。ノズル10へのエア供給は、5〜10psi(34.5〜68.9kPa)であり、これは、70psig(483kPa)エア源(図示せず)に連結された0〜30psi(0〜207kPa)圧力調整器(図示せず)であるSMC NAR 2000−N01により提供される。   The air stream from the nozzle 10 is used to sweep the inclined surface 4 to remove dust. The nozzle 10 comprises a slit having a dimension of 1.75 inches × 0.02 inches (4.44 cm × 0.05 cm) and arranged with a long dimension parallel to the inclined surface 4. The nozzle 10 is arranged downward above the upper end of the inclined surface 4 and at an angle of 50 ° with the horizontal so that the air stream sweeps the inclined surface 4 at an oblique angle. The air supply to the nozzle 10 is 5-10 psi (34.5-68.9 kPa), which is 0-30 psi (0-207 kPa) pressure connected to a 70 psig (483 kPa) air source (not shown). Provided by SMC NAR 2000-N01, a regulator (not shown).

粒子が表面を下って下降するときに粒子を捕集する適切なサイズの受器がキャッチトレー7に使用される。   An appropriately sized receiver is used for the catch tray 7 that collects the particles as they descend below the surface.

インテル・ペンティアムII200メガヘルツ・プロセッサー(Intel Pentium II 200−megahertz processor)およびマイクロソフト・ウィンドウズ95オペレーティング・システム(Microsoft Windows 95 operating system)を備えたコンピューターが組成カルキュレーター8として使用される。カメラ画像を処理するために、ナショナル・インストラメンツ・ラボビュー・イメイク・ソフトウェア(National Instrument’s LabView IMAQ software)が利用される。アナログ画像をディジタル化するために、ナショナル・インストラメンツ「フレイムグラバー」ボード#1408(National Instrument’s “Framegrabber” Board #1408)がコンピューター内に取り付けられている。カメラ画像の処理で得られたデータから表および/またはグラフを含んでなるレポートを作成するために、マイクロソフト・エクセル(Microsoft Excel)を含むソフトウェアが使用される。出力デバイス9は、コンピューターモニターとプリンターの両方を含んでなる。   A computer equipped with an Intel Pentium II 200 megahertz processor (Intel Pentium II 200-megahertz processor) and Microsoft Windows 95 operating system is used as the composition calculator 8. National Instruments' LabView IMAQ software is used to process the camera images. A National Instruments “Frame Grabber” board # 1408 (National Instrument's “Framegrabber” Board # 1408) is installed in the computer to digitize analog images. Software, including Microsoft Excel, is used to create reports comprising tables and / or graphs from data obtained from camera image processing. The output device 9 includes both a computer monitor and a printer.

システムは次のように校正される。白色ペーパーの部片をガラスプレートに当接させてフラットに配置し、光がペーパー上に一様に分配されるように光を調整する。次に、正確にわかっている直径約10mmの黒色円を有する他のペーパー部片を白色ペーパー部片上に配置し、カメラの焦点調整を十分に行った後、1ミリメートルあたりのピクセル辺の数を決定して、後続のサンプル解析に使用すべくピクセル/mm単位で校正係数を求める。   The system is calibrated as follows. A piece of white paper is placed flat against the glass plate and the light is adjusted so that the light is evenly distributed on the paper. Next, place another paper piece with a precisely known black circle with a diameter of about 10 mm on the white paper piece, and after fully adjusting the camera focus, determine the number of pixel sides per millimeter. Determine and determine the calibration factor in pixels / mm for use in subsequent sample analysis.

20〜40gの粒子サンプルを漏斗に配置し、エア供給を開始してガラス表面をスイーピングし、粒子が通過する視野内の画像を取り込むようにカメラズームレンズを調整する。振動フィーダーを作動させ、1画像あたり5〜10粒子が取り込まれるようにフィード速度を設定する。これは、毎秒約100〜150粒子のフィード速度に対応する。毎秒約2〜3画像を取り込み、漏斗に配置されたすべての粒子が視野を通過するまで解析を継続する。取り込まれた画像を以下の実施例に記載されているように解析する。   A 20-40 g particle sample is placed in the funnel, the air supply is started, the glass surface is swept, and the camera zoom lens is adjusted to capture an image in the field of view through which the particles pass. The vibratory feeder is activated and the feed rate is set so that 5-10 particles are captured per image. This corresponds to a feed rate of about 100-150 particles per second. Capture approximately 2-3 images per second and continue analysis until all particles placed in the funnel have passed through the field of view. The captured image is analyzed as described in the examples below.

実施例2
粒子混合物の複数サンプルの解析
活性成分として25重量%のチフェンスルフロン−メチルを含有するピナクル(登録商標)25DF(Pinnacle(登録商標)25DF)除草剤ペースト押出粒子(デュポン(DuPont)、126.4g)および活性成分として75重量%のスルフェントラゾンを含有するオーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)除草剤ペースト押出粒子(エフエムシー・コーポレーション(FMC Corporation)、126.3g)を用いて、混合物を作製された。直径を約1mmに設定し、長さを約1mm〜5mmの範囲で変化させて、両方の粒子タイプを円柱状に造形した。ピナクル(登録商標)25DF(Pinnacle(登録商標)25DF)の色は薄黄褐色であり、測定エンベロープ密度は1.85g/cmであった。オーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)の色は中濃褐色であり、測定エンベロープ密度は1.43g/cmであった。粒子を一緒にタンブリングしてほぼ均一な混合物を生成させた(ただし、均一性はこの実験の特定の目標ではなかった)。次に、252.7gの混合物をアリコートに分けて、17.31〜27.60gの範囲の重量を有する10個のサンプルを提供した。
Example 2
Analysis of multiple samples of particle mixture Pinnacle (R) 25DF (Pinnacle (R) 25DF) herbicide paste extruded particles (DuPont, 126.4g) containing 25 wt% thifensulfuron-methyl as active ingredient ) And 75% by weight of sulfentrazone as the active ingredient Authority® 75DF (Authenticity® 75DF) herbicide paste extruded particles (FMC Corporation, 126.3 g). Used to make a mixture. Both particle types were shaped into columns by setting the diameter to about 1 mm and changing the length in the range of about 1 mm to 5 mm. The color of Pinnacle (R) 25DF (Pinnacle (R) 25DF) was light tan, and the measured envelope density was 1.85 g / cm < 3 >. The color of Authority (registered trademark) 75DF (Authority (registered trademark) 75DF) was medium brown, and the measured envelope density was 1.43 g / cm 3 . The particles were tumbled together to produce a nearly uniform mixture (although uniformity was not a specific goal of this experiment). Next, 252.7 g of the mixture was divided into aliquots to provide 10 samples having weights ranging from 17.31 to 27.60 g.

本発明の方法を用いて可視光下で10個の各サンプルを解析した。黒色傾斜表面上の上面図画像の外観は、図2により例示されているものに類似していた。各粒子の図心を取り囲む25ピクセルカーネルの平均グレースケール値および16ビットグレースケールに基づく190の閾値を利用して図4に対して説明した方法により、粒子を明色(すなわちピナクル(登録商標)(Pinnacle(登録商標)))または暗色(すなわちオーソリティー(登録商標)(Authority(登録商標)))として同定した。   Ten samples were analyzed under visible light using the method of the present invention. The appearance of the top view image on the black slanted surface was similar to that illustrated by FIG. Using the method described for FIG. 4 utilizing the average grayscale value of the 25 pixel kernel surrounding each particle's centroid and a threshold of 190 based on the 16-bit grayscale, the particles are colored (ie, Pinnacle®). (Pinnacle (R))) or dark (i.e. Authority (R)).

コンピューターソフトウェアを用いて図5に対して説明した方法により、粒子画像幅を決定した。ラボビュー・イメイク(LabView IMAQ)ソフトウェアを用いて上面図粒子画像の面積を決定した。粒子画像面積を粒子画像幅で割ることにより、粒子長さを計算した。粒子が円柱状であるので、粒子画像幅が正確に粒子直径を表すとみなして、式2に従って粒子の体積を計算した。これにより体積パーセントを計算することができた。式4は、n個の明着色粒子とn個の暗着色粒子との混合物中の明着色粒子の体積パーセントVPの計算式を示している。式中、ΣV は、明着色粒子の体積の合計であり、ΣV は暗着色粒子の体積の合計である。 The particle image width was determined by the method described for FIG. 5 using computer software. The area of the top view particle image was determined using LabView IMAQ software. The particle length was calculated by dividing the particle image area by the particle image width. Since the particles are cylindrical, the particle volume was calculated according to Equation 2, assuming that the particle image width accurately represents the particle diameter. This allowed the volume percent to be calculated. Equation 4 shows a formula for calculating the volume percent VP L of light colored particles in a mixture of n L light colored particles and n D dark colored particles. In the formula, ΣV L i is the sum of the volumes of the light colored particles, and ΣV D j is the sum of the volumes of the dark colored particles.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

明着色粒子(すなわちピナクル(登録商標)(Pinnacle(登録商標)))および暗着色粒子(すなわちオーソリティー(登録商標)(Authority(登録商標)))の体積パーセントを粒子長さに基づいて解析した。たとえば、表1は、サンプル2の種々の長さ範囲の粒子についてパーセント体積を列挙したものである。サンプル2では、約1690の明着色粒子画像および3110の暗着色粒子画像を解析した。   The volume percentages of light colored particles (ie Pinnacle® (Pincle®)) and dark colored particles (ie Authority®) were analyzed based on particle length. For example, Table 1 lists the percent volume for particles of various length ranges in Sample 2. In sample 2, about 1690 light colored particle images and 3110 dark colored particle images were analyzed.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

表1は、ピナクル(登録商標)(Pinnacle(登録商標))およびオーソリティー(登録商標)(Authority(登録商標))の粒子が類似の長さ分布を有していたことを示している。この分布は、粒子の均一混合物を作製するのに望ましい。   Table 1 shows that the particles of Pinnacle® (Pinnacle®) and Authority® (Authority®) had similar length distributions. This distribution is desirable to make a uniform mixture of particles.

体積パーセントおよびエンベロープ密度に基づいて重量パーセントを計算した。明着色粒子および暗着色粒子のエンベロープ密度がそれぞれ1.85および1.43g/cmであるので、式5から、体積パーセントVPの明着色粒子および体積パーセントVPの暗着色粒子を含有するサンプル中の明着色粒子の重量パーセントWPが得られる。 Weight percent was calculated based on volume percent and envelope density. Since the envelope density of the light colored particles and dark colored particles are 1.85 and 1.43 g / cm 3 , respectively, from equation 5, it contains light colored particles of volume percent VP L and dark colored particles of volume percent VP D. wt% WP L of bright colored particles in a sample can be obtained.

式5
WP=100%・(1.85・VP)/(1.85・VP+1.43・VP
Formula 5
WP L = 100% · (1.85 · VP L ) / (1.85 · VP L + 1.43 · VP D )

10個の全サンプルの総括データを表2に列挙する。   Summary data for all 10 samples is listed in Table 2.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

表2の列FおよびIの下端は、全サンプルで計算された明色および暗色の粒子の重量の合計である。これらの合計は、個別成分の初期測定重量と本質的に等しい。この結果は、この分析方法の顕著な潜在能力を示している。出願人は、この方法を用いて、十分に混合された粒子混合物の組成をそのもとの成分に分解することができた。   The bottom of columns F and I in Table 2 is the sum of the weights of light and dark particles calculated for all samples. These sums are essentially equal to the initial measured weight of the individual components. This result shows the remarkable potential of this analytical method. Applicants have been able to use this method to break down the composition of a well-mixed particle mixture into its original components.

実施例3
既知組成範囲を有する粒子混合物サンプルの解析
表3に示されるように、活性成分(a.i.)として25重量%のクロリムロン−エチルを含有する測定重量の明着色クラシック(登録商標)25DF(Classic(登録商標)25DF)除草剤ペースト押出粒子(デュポン(DuPont))を、活性成分として75重量%のスルフェントラゾンを含有する測定重量の暗着色オーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)除草剤ペースト押出粒子(エフエムシー・コーポレーション(FMC Corp.))と混合することにより、それぞれ約20gの7つの粒子混合物サンプルを作製した。列BおよびCには、各粒子タイプの量が列挙されている。列DおよびFは、サンプル中の各粒子タイプの対応するパーセントを示し、列EおよびGは、それらの既知の組成に基づいて計算されたサンプル中の活性成分クロリムロン−エチル(CE)およびスルフェントラゾンのパーセントを示している。
Example 3
Analysis of Particle Mixture Samples with Known Composition Ranges As shown in Table 3, a measured weight of Light Colored Classic® 25DF (Classic) containing 25% by weight of chlorimuron-ethyl as the active ingredient (ai) (R) 25DF) Herbicide Paste Extruded Particles (DuPont) with a measured weight of dark colored Authority® 75DF (Authority®) containing 75% by weight of sulfentrazone as active ingredient 75DF) Herbicide paste extruded particles (FMC Corp.) were mixed to produce 7 particle mixture samples of approximately 20 g each. Columns B and C list the amount of each particle type. Columns D and F show the corresponding percentage of each particle type in the sample, and columns E and G represent the active ingredients chlorimuron-ethyl (CE) and sulfene in the sample calculated based on their known composition. Shows the percentage of trazones.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

本発明の方法を用いてサンプルをそれぞれ解析した。4000個の粒子を画像化するように、サンプルを本装置に2回以上通した。先の実施例2に記載したのと同一の方法でデータを処理した。次に、各粒子タイプの体積パーセント、それらの測定されたエンベロープ密度、およびそれぞれに含まれる既知の活性成分のパーセントに基づいて、各サンプル中の各活性成分のパーセントの推定を行った。結果を表4に示す。   Each sample was analyzed using the method of the present invention. The sample was passed through the apparatus more than once to image 4000 particles. Data was processed in the same manner as described in Example 2 above. Next, an estimate of the percentage of each active ingredient in each sample was made based on the volume percent of each particle type, their measured envelope density, and the percentage of known active ingredient contained in each. The results are shown in Table 4.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

列AおよびEは、本発明の方法により決定された各混合サンプルに含まれるクラシック(登録商標)25DF(Classic(登録商標)25DF)粒子およびオーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)粒子の体積パーセントを列挙したものである。列BおよびFは、クラシック(登録商標)25DF(Classic(登録商標)25DF)のエンベロープ密度1.43g/cmおよびオーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)のエンベロープ密度1.53g/cmに基づいて計算された配合物の重量パーセントを列挙したものである。列CおよびGは、配合物の計算重量パーセントおよび各粒子タイプ中の活性成分の既知濃度からそれぞれ計算されたクロリムロン−エチル活性成分およびスルフェントラゾン活性成分の測定重量パーセント(測定重量%)を列挙したものである。これらの測定値を、列DおよびHに示されるようにサンプルの作製に使用されたクラシック(登録商標)25DF(Classic(登録商標)25DF)およびオーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)の重量に基づいて計算された仕込重量パーセント(仕込重量%)と、比較した。列CおよびDと列GおよびHとの比較から、サンプルの作製に使用されたクラシック(登録商標)25DF(Classic(登録商標)25DF)およびオーソリティー(登録商標)75DF(Authority(登録商標)75DF)の重量から計算された対応する値と対比して、クロリムロン−エチルの測定重量パーセントは、その値に近いが終始一貫してそれよりもわずかに小さく、スルフェントラゾンの測定重量パーセントは、その値に近いが終始一貫してそれよりもわずかにより大きいことが示された。 Columns A and E are Classic® 25DF (Classic® 25DF) particles and Authority® 75DF (Authority® 75DF) contained in each mixed sample determined by the method of the present invention. It lists the volume percent of particles. Rows B and F show the envelope density of Classic® 25DF (Classic® 25DF) of 1.43 g / cm 3 and Authority® 75DF (Authority® 75DF) of 1.53 g. Table 1 lists the weight percent of the formulation calculated based on / cm 3 . Columns C and G show the measured weight percent (measured weight%) of the chlorimuron-ethyl active ingredient and sulfentrazone active ingredient calculated from the calculated weight percentage of the formulation and the known concentration of the active ingredient in each particle type, respectively. It is enumerated. These measurements were taken from the Classic® 25DF (Classic® 25DF) and Authority® 75DF (Authority® 75DF) used to make the samples as shown in columns D and H. ) And the feed weight percent calculated based on the weight of (). From the comparison of columns C and D with columns G and H, Classic® 25DF (Classic® 25DF) and Authority® 75DF (Authority® 75DF) used to make the samples were used. In contrast to the corresponding value calculated from the weight of chlorimuron-ethyl, the measured weight percent of chlorimuron-ethyl is close to that value, but consistently slightly less than that, and the measured weight percent of sulfentrazone is It was shown to be close to the value but consistently slightly larger than that.

実施例4
7つの異なる着色粒子タイプの混合物の解析
着色コーテッドキャンディーのパッケージを購入した。51個のキャンディーよりなるサンプルを十分に混合した。このサンプルは、直径約12mmおよび最大厚さの位置で厚さ約5mmの丸い卵形形状(図6Eに示したものに類似した形状)の均一な粒子を含有していた。各粒子は別個の色を有していた。異なる7つの色が混合物中に存在した。この実施例では、色に基づく粒子の分布を本発明の方法により解析した。白黒カメラの代わりにカラーのソニーDFW−X700ディジタル・ビデオ・カメラ(Sony DFW−X700 Digital Video Camera)を画像レシーバー6(図1中)として用いた以外は実施例1に記載の本装置を利用した。サンプルを装置の傾斜表面4(図1)に供給し、サンプル中の51個の全粒子が傾斜表面4を下って通過し終わった時点で、同一のサンプルを再び供給した。41の粒子画像が収集されるまで、これを数回繰り返した。これらの粒子画像をディジタル化し、各ピクセルからの情報を、カラーカメラ出力を記憶するための個別に構成された2つの独立した電子バッファーに同時に供給した。第1のバッファーを各ピクセル上の光の全強度を記憶するように構成することにより、傾斜表面の黒色バックグラウンドを降下粒子のプロファイルと識別して各粒子画像のピクセル単位の面積を決定できるようにした。さらに、このデータを評価して粒子画像の周長を決定し、これから粒子直径を直接計算した。第2のバッファーは、赤色、緑色、および青色の波長の光の強度を記憶するように構成した。次に、0〜255単位の赤色(R)、緑色(G)、および青色(B)の光の尺度で、各粒子画像の図心を取り囲む25個の各ピクセルの強度(励起レベル)を評価し、その後、各粒子について25ピクセル領域の平均の赤色、緑色、および青色の強度を計算した。7つの異なる色の各粒子タイプを代表する粒子を選択して色標準校正値を規定した。色測定を行う間、代表粒子を固定状態に保持した。結果を表5に列挙する。
Example 4
Analysis of a mixture of seven different colored particle types Colored coated candy packages were purchased. A sample consisting of 51 candies was thoroughly mixed. This sample contained uniform particles of round oval shape (similar to that shown in FIG. 6E) having a diameter of about 12 mm and a thickness of about 5 mm at the maximum thickness. Each particle had a distinct color. Seven different colors were present in the mixture. In this example, the color-based particle distribution was analyzed by the method of the present invention. The apparatus described in Example 1 was used except that a color Sony DFW-X700 Digital Video Camera was used as the image receiver 6 (in FIG. 1) instead of the monochrome camera. . The sample was fed to the inclined surface 4 of the device (FIG. 1), and when all 51 particles in the sample had passed down the inclined surface 4, the same sample was again fed. This was repeated several times until 41 particle images were collected. These particle images were digitized and the information from each pixel was fed simultaneously into two independently configured electronic buffers for storing the color camera output. By configuring the first buffer to store the total intensity of light on each pixel, the black background of the inclined surface can be identified from the falling particle profile to determine the area in pixels of each particle image. I made it. In addition, this data was evaluated to determine the perimeter of the particle image, from which the particle diameter was directly calculated. The second buffer was configured to store the intensity of light of red, green, and blue wavelengths. Next, the intensity (excitation level) of each of the 25 pixels surrounding the centroid of each particle image is evaluated on a scale of 0 to 255 units of red (R), green (G), and blue (B) light. The average red, green, and blue intensities in the 25 pixel area were then calculated for each particle. Color standard calibration values were defined by selecting particles representing each particle type of seven different colors. The representative particles were kept fixed during the color measurement. The results are listed in Table 5.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

粒子画像中の各ピクセルの色の決定に用いたアルゴリズムの一例を、黄色標準について式6に示す。   An example of the algorithm used to determine the color of each pixel in the particle image is shown in Equation 6 for the yellow standard.

式6
|R測定−R計算(y)|+|G測定−G計算(y)|+|B測定−B計算(y)|=黄色カラーマッチ偏差
式6中、R測定、G測定、およびB測定は、各粒子の赤色光、緑色光、および青色光の測定強度である。黄色校正値R計算(y)、G計算(y)、およびB計算(y)に、黄色標準に対して表5に列挙した赤色、緑色、および青色の強度値を代入すると、式6aが得られる。
Equation 6
| R measurement- R calculation (y) | + | G measurement- G calculation (y) | + | B measurement- B calculation (y) | = yellow color match deviation equation 6, R measurement , G measurement , and B measurement Is the measured intensity of red, green and blue light for each particle. Substituting the red, green, and blue intensity values listed in Table 5 for the yellow standard into the yellow calibration value R calculation (y) , G calculation (y) , and B calculation (y) , Equation 6a is obtained. It is done.

式6a
|R測定−255|+|G測定−255|+|B測定−129|=黄色カラーマッチ偏差
式6および6aでは、黄色カラーマッチ偏差は、赤色、緑色、青色の測定強度と、黄色標準の対応する校正強度との間の絶対偏差の合計である。
Equation 6a
| R measurement- 255 | + | G measurement- 255 | + | B measurement- 129 | = Yellow color match deviation In equations 6 and 6a, the yellow color match deviation is the red, green, blue measured intensity and the yellow standard It is the sum of absolute deviations from the corresponding calibration strength.

各粒子画像で、式6および6aと類似の式を用いて、7つの色すべてについてこのプロセスを繰り返した。たとえば、粒子が黄色である場合、測定励起値は、表5に列挙された黄色標準の値に近くなければならず、式6および6aに示される差の絶対値の合計は、小さくなければならない(実際にはおよそ0)。次に、他の色標準に対する励起レベルに置き換えた場合、計算されたカラーマッチ偏差は、黄色カラーマッチ偏差よりも大きくなければならない。   For each particle image, the process was repeated for all seven colors, using an equation similar to Equations 6 and 6a. For example, if the particles are yellow, the measured excitation value should be close to the yellow standard values listed in Table 5 and the sum of the absolute values of the differences shown in Equations 6 and 6a must be small. (Actually about 0). Next, when replaced with excitation levels for other color standards, the calculated color match deviation must be greater than the yellow color match deviation.

表6は、取り込まれた41の各粒子画像について、式6および6aならびにそれらの類似式から計算されたカラーマッチ偏差を示している。太字で示された最小カラーマッチ偏差値に基づいて、データを粒子の最も可能性のある色(最後の列に示す)で分類した。   Table 6 shows the color match deviation calculated from Equations 6 and 6a and their similar equations for each of the 41 captured particle images. Based on the minimum color match deviation value shown in bold, the data was classified by the most likely color of the particles (shown in the last column).

Figure 2006514737
Figure 2006514737

Figure 2006514737
Figure 2006514737

51個の粒子よりなるサンプルから収集した41粒子画像では、サンプリングによるいくつかの統計誤差が予想される。比較のために、実際の粒子色の分布および本発明の方法および装置を用いて測定された粒子色の分布を表7に示す。   In a 41 particle image collected from a sample of 51 particles, some statistical errors due to sampling are expected. For comparison, Table 7 shows the actual particle color distribution and the particle color distribution measured using the method and apparatus of the present invention.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

表7の列BおよびDは、もとのサンプルの各色の実際の数対測定された数を示している。列CおよびEは、サンプル中の各色の粒子のパーセント対測定値に基づいてより直接的な比較を提供する。解析されたサンプル中の粒子の数が少ないことを考慮して、比較では著しく類似している。   Columns B and D in Table 7 show the actual number of each color of the original sample versus the number measured. Columns C and E provide a more direct comparison based on the percentage of particles of each color in the sample versus measurement. In view of the small number of particles in the analyzed samples, the comparison is remarkably similar.

粒子画像に基づく粒子の直径の決定では、カリパスを用いた直接測定による12.7〜14mmと比較して11.7mmの平均が得られた。この場合にもまた、実験の予備的特質を考慮して良好な一致であった。   In determining the particle diameter based on the particle image, an average of 11.7 mm was obtained compared to 12.7-14 mm by direct measurement using a caliper. Again, there was good agreement considering the preliminary nature of the experiment.

実施例5
1つの粒子タイプに識別色が付与されている粒子混合物の解析
多くの場合、異なる粒子タイプは、可視光下で目視したときにグレースケール値が類似しているので、先の実施例2および3で用いたような白黒ビデオカメラでは識別できない。異なる分光特性を提供するために、粒子タイプのうちの1つの組成物に染料を組み込むことができる。この実施例では、約1重量%のFD&Cブルー・ダイ#1(FD&C Blue Dye #1)(CAS No:2650−18−2)をカオリンクレー系ペースト押出粒子配合物に組み込む。得られる粒子は、色が青色になり、450〜500nmの光を反射する。他のカオリンクレー系ペースト押出粒子配合物では、粒子の色が薄黄褐色に保持されるように、染料を添加しない。
Example 5
Analysis of particle mixtures in which a distinctive color is assigned to one particle type. In many cases, different particle types have similar gray scale values when viewed under visible light, so the previous Examples 2 and 3 Cannot be identified with a black and white video camera such as Dye can be incorporated into the composition of one of the particle types to provide different spectral properties. In this example, about 1% by weight of FD & C Blue Dye # 1 (CAS No: 2650-18-2) is incorporated into the Kaolin clay based paste extruded particle formulation. The resulting particles are blue in color and reflect 450-500 nm light. In other kaolin clay based extruded particle formulations, no dye is added so that the color of the particles is kept light tan.

画像レシーバー6(図1中)がカラービデオカメラであること以外は実施例1に記載の本装置を使用する。20gの黄褐色着色粒子と20gの青色着色粒子とを十分に混合することにより、40gのサンプルを作製する。約1mmの直径および1〜4mmの範囲の粒子長さを有するように円柱状に各粒子タイプを造形する。薄黄褐色粒子と青色粒子との混合物を本発明の方法により解析する。画像をディジタル化し、各ピクセルからの情報を、カラーカメラ出力を記憶するための個別に構成された2つの独立したバッファーに供給する。第1のバッファーを各ピクセル上の光の全強度を記憶するように構成することにより、傾斜表面の黒色バックグラウンドを降下粒子のプロファイルと識別して各粒子画像のピクセル単位の面積を決定できるようにする。さらに、実施例2に記載の方法に従って、このデータを処理し、粒子の幅、長さ、および体積を求める。第2のバッファーは、赤色、緑色、および青色の波長の光の強度を同時に記憶するように構成する。次に、各粒子画像の図心を取り囲む25個の各ピクセルが受け取った青色光の強度を調べ、各粒子ごとに平均を計算する。この情報を用いて、実施例4に記載されている一般的方法により画像化粒子を「青色」粒子タイプまたは「非青色」粒子タイプに属するものとして同定する。次に、計算された粒子体積および測定されたエンベロープ密度を用いて、実施例2に記載されている一般的方法により、混合物中の各粒子タイプの体積パーセントおよび重量パーセントを計算する。   The apparatus described in Example 1 is used except that the image receiver 6 (in FIG. 1) is a color video camera. A 40 g sample is made by thoroughly mixing 20 g tan colored particles and 20 g blue colored particles. Each particle type is shaped into a cylinder so as to have a diameter of about 1 mm and a particle length in the range of 1-4 mm. A mixture of light tan and blue particles is analyzed by the method of the present invention. The image is digitized and the information from each pixel is fed into two independently configured buffers for storing the color camera output. By configuring the first buffer to store the total intensity of light on each pixel, the black background of the inclined surface can be identified from the falling particle profile to determine the area in pixels of each particle image. To. Further, this data is processed according to the method described in Example 2 to determine the width, length, and volume of the particles. The second buffer is configured to simultaneously store the intensities of red, green, and blue wavelengths of light. Next, the intensity of the blue light received by each of the 25 pixels surrounding the centroid of each particle image is examined and an average is calculated for each particle. Using this information, the imaged particles are identified as belonging to the “blue” particle type or “non-blue” particle type by the general method described in Example 4. The calculated particle volume and measured envelope density are then used to calculate the volume percent and weight percent of each particle type in the mixture by the general method described in Example 2.

実施例6
粒子タイプがUV光を用いて識別される粒子混合物の解析
粒子配合物がリグニンスルホネート界面活性剤のような暗着色成分を含有する場合、着色成分を一方の配合物に添加しても、光学特性に基づいて他方の成分と十分に識別することができない。2つの暗着色粒子タイプを混合一体化する場合、粒子タイプを識別する他の方法は、フルオレセインのように紫外光下で蛍光を発する異なるレベルの成分と共にそれらを配合する方法である。この実施例では、0.5重量%のフルオレセインを含有するように、リグニンスルホネートを含有するカオリン系ペースト押出粒子を配合する。1重量%のフルオレセインを含有するように、リグニンスルホネートを含有する他のカオリン系ペースト押出粒子を配合する。画像形成時に蛍光を用いれば周囲可視光が最もうまく除外されるので、図1を参照して実施例1で説明した本装置を図7に示されように改造する。図7に示される装置の要素は、図1に対して実施例1で説明したとおりであるが、以下に示される差異を有する。チャンバー12は、傾斜表面4および画像レシーバー6を含む装置の要素を取り囲んで、それらに周囲可視光が入らないようにする。チャンバー12に開口を設けることにより、評価される粒子3をホッパー1に導入できるようにし、解析されたサンプルをキャッチトレー7で取り出せるようにし、さらに照明源5aが降下粒子3を照射して画像レシーバー6が降下粒子3の画像を記録できるようにする。照明源5aは、水銀蒸気放電ランプのような紫外光源を含んでなる。画像レシーバー6は、白黒カメラを含んでなる。
Example 6
Analysis of particle mixtures where the particle type is identified using UV light If the particle formulation contains a dark colored component such as a lignin sulfonate surfactant, the optical properties can be added even if the colored component is added to one formulation. Cannot be sufficiently distinguished from the other component. When mixing two dark colored particle types together, another way to identify the particle type is to combine them with different levels of components that fluoresce under ultraviolet light, such as fluorescein. In this example, kaolin-based paste extruded particles containing lignin sulfonate are compounded to contain 0.5% by weight of fluorescein. Other kaolin-based paste extruded particles containing lignin sulfonate are compounded to contain 1% by weight of fluorescein. If fluorescence is used during image formation, ambient visible light is best excluded, so the apparatus described in Example 1 with reference to FIG. 1 is modified as shown in FIG. The elements of the apparatus shown in FIG. 7 are as described in Example 1 with respect to FIG. 1 but have the differences shown below. The chamber 12 surrounds the elements of the apparatus including the inclined surface 4 and the image receiver 6 to prevent them from entering ambient visible light. By providing an opening in the chamber 12, the particles 3 to be evaluated can be introduced into the hopper 1, the analyzed sample can be taken out by the catch tray 7, and the illumination source 5 a irradiates the falling particles 3 to receive the image receiver. 6 makes it possible to record the image of the falling particles 3. The illumination source 5a includes an ultraviolet light source such as a mercury vapor discharge lamp. The image receiver 6 includes a black and white camera.

フルオレセインは、紫外光で照射されたときに橙色着色光を放出する。各粒子タイプ中のフルオレセイン含有率を異なるレベルに設定することにより、異なるレベルのルミネセンスが白黒カメラにより取り込まれるようにする。より高レベルのルミネセンスを示す粒子画像は、1%重量のフルオレセインを含有する粒子に対応し、より低レベルのルミネセンスを示す粒子画像は、0.5重量%のフルオレセインを含有する粒子に対応する。次に、サンプルに対して収集されたデータを、実施例2に記載されている一般的方法に基づいて解析することができる。   Fluorescein emits orange colored light when illuminated with ultraviolet light. By setting the fluorescein content in each particle type to a different level, different levels of luminescence are captured by the black and white camera. Particle images showing higher levels of luminescence correspond to particles containing 1% by weight fluorescein, and particle images showing lower levels of luminescence correspond to particles containing 0.5% by weight fluorescein To do. The data collected for the sample can then be analyzed based on the general method described in Example 2.

実施例7
可視光を用いる米製品の品質分析
米食品は、異なる供給元からの加工米穀粒を含有する可能性がある。これらの組合せにより、顧客に喜ばれる香味と芳香とのブレンドを生成させる。この実施例では、2つの加工米タイプ、すなわち、白色着色長形穀粒米および暗着色ワイルドライス種を含有する米製品を作製する。製品は、2つのタイプの混合物であり、組成は、75重量パーセントの白米と25重量パーセントのワイルドライスとの比を目標値とする。製造ラインから米製品のパッケージを無作為に抜き取って、本発明を用いて白米とワイルドライスとの比を解析することを含む品質保証システムを考案する。2つの米タイプのエンベロープ密度を測定し、本質的に同一であることがわかっている。実施例2に記載されている一般的方法を用いて、8オンス(227g)の各サンプルの全量を評価する。このタイプの製品の分析では、±10%の相対精度があれば十分である。したがって、米穀粒の形状を円柱状として処理することも可能であるが、穀粒の形状を楕円体状であるとみなす代替アルゴリズムを用いれば、簡単であろう。図1に対して実施例1で説明した装置に製品パッケージの全内容物を供給する。実施例2に記載されている一般的方法に従って、各画像化穀粒の体積を対応する粒子画像から計算する。また、各画像を処理して、対応する穀粒を白米タイプまたはワイルドライスタイプのメンバーとして同定し、各タイプの体積パーセントの計算を行えるようにする。2つの米タイプのエンベロープ密度が等しいので、両方の成分に関する重量パーセントは体積パーセントに等しい。
Example 7
Quality analysis of rice products using visible light Rice foods may contain processed rice grains from different sources. These combinations produce a flavor and aroma blend that will please customers. In this example, a rice product is produced that contains two processed rice types: white colored long grain rice and dark colored wild rice seed. The product is a mixture of two types and the composition targets a ratio of 75 weight percent white rice to 25 weight percent wild rice. A quality assurance system is devised that includes randomly extracting a package of rice products from a production line and analyzing the ratio of white rice to wild rice using the present invention. The envelope density of the two rice types was measured and found to be essentially the same. Using the general method described in Example 2, the total amount of each 8 ounce (227 g) sample is evaluated. For analysis of this type of product, a relative accuracy of ± 10% is sufficient. Therefore, it is possible to process the shape of the rice grain as a cylinder, but it would be easy to use an alternative algorithm that regards the shape of the grain as an ellipsoid. The entire contents of the product package are supplied to the apparatus described in Embodiment 1 with respect to FIG. According to the general method described in Example 2, the volume of each imaged kernel is calculated from the corresponding particle image. Each image is also processed to identify the corresponding grain as a member of the white rice type or wild rice type so that the volume percent of each type can be calculated. Since the envelope densities of the two rice types are equal, the weight percent for both components is equal to the volume percent.

実施例8
2つの異なる形状を有する粒子の混合物の解析
この実施例では、本発明の方法を用いて円柱状粒子と楕円体状粒子との混合物をいかにして解析的に分離しうるか示す。
Example 8
Analysis of a mixture of particles having two different shapes This example shows how a mixture of cylindrical and ellipsoidal particles can be analytically separated using the method of the present invention.

ペースト押出方法により作製された円柱状粒子をパン顆粒化法により作製されたほぼ楕円体状の粒子と混合することにより、3つのサンプルを作製した。3つの混合物は、表8に示されるように作製した。   Three samples were made by mixing the cylindrical particles made by the paste extrusion method with the nearly ellipsoidal particles made by the pan granulation method. Three mixtures were made as shown in Table 8.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

ペースト押出粒子は、約1mmの直径および0.5mm〜5mmの範囲の長さの円柱であった。パン顆粒化粒子は、全体的に幅の50%以下の長さ分だけ長い長さをもつほぼ楕円体状のペレットの形に造形した。それらの楕円体状粒子のサイズ変動は、全体的に長さおよび幅のいずれについても比例的な伸長を含むものであった。   Paste extruded particles were cylinders with a diameter of about 1 mm and a length in the range of 0.5 mm to 5 mm. The bread granulated particles were shaped in the form of almost ellipsoidal pellets having a length that is longer than 50% of the overall width. The size variation of these ellipsoidal particles generally included proportional elongation in both length and width.

実施例1に記載されている本装置を用いて、サンプルを解析した。各サンプルを装置に繰り返し通してデータを蓄積することにより、サンプル1、2、および3についてそれぞれ912、472、および551の個別粒子画像を得た。粒子画像およびそれらの寸法パラメーターを円柱状粒子グループと楕円体状粒子グループとに分離することを意図して、データを解析した。   Samples were analyzed using the apparatus described in Example 1. Individual samples of 912, 472, and 551 were obtained for samples 1, 2, and 3, respectively, by repeatedly passing each sample through the instrument and accumulating data. The data was analyzed with the intention of separating the particle images and their dimensional parameters into cylindrical and ellipsoidal particle groups.

ラボビュー・イメイク(LabView IMAQ)ソフトウェアおよび実施例2に記載されている一般的方法を用いて、粒子の長さ、幅、周長、および面積を決定した。図8に示されるように、各粒子画像について面積/周長比(A/P)を長さ/幅比(L/W)に対してプロットした。視覚的に明瞭なデータ点のクラスター化に基づいて、斜線70(傾き0.6417およびy軸切片5.3を有する)を引いて、楕円体状粒子データ点のクラスター71と円柱状粒子データ点のクラスター72とを分離した。この方法により、3つのサンプルのデータ集合のそれぞれを、一方の部分集合に楕円体状データを含み他方の部分集合に円柱状データを含む2つの部分集合に分割することができた。この粒子画像解析から、サンプル1では817個の可能性のある円柱状粒子および95個の可能性のある楕円体状粒子、サンプル2では329個の可能性のある円柱状粒子および143個の可能性のある楕円体状粒子、サンプル3では337個の可能性のある円柱状粒子および214個の可能性のある楕円体状粒子が示唆された。   The length, width, perimeter and area of the particles were determined using LabView IMAQ software and the general method described in Example 2. As shown in FIG. 8, the area / circumference ratio (A / P) was plotted against the length / width ratio (L / W) for each particle image. Based on the clustering of visually distinct data points, a diagonal line 70 (having a slope of 0.6417 and a y-axis intercept of 5.3) is drawn to create a cluster 71 of ellipsoidal particle data points and cylindrical particle data points. The cluster 72 was separated. This method allowed each of the three sample data sets to be divided into two subsets, one containing ellipsoidal data in one subset and cylindrical data in the other. From this particle image analysis, Sample 1 has 817 possible cylindrical particles and 95 possible ellipsoidal particles, Sample 2 has 329 possible cylindrical particles and 143 possible Suggested 3 ellipsoidal particles, sample 3 showed 337 possible columnar particles and 214 possible ellipsoidal particles.

混合物中の各粒子タイプの重量パーセントを決定するために、各タイプの粒子の全体積を最初に計算した。図8にプロットされたL/W比の計算に必要な粒子の長さを計算するために、粒子画像面積を粒子画像長さで単純に割った。長方形画像を与える円柱状粒子の体積を計算するうえで、長さを計算するこの方法は、適度に正確である。しかしながら、楕円形画像を与える楕円体状粒子の体積を計算する場合、式7(式中、Lは長さであり、Aは画像面積であり、そしてWは画像幅である)により記述される正確な方法を用いた。 To determine the weight percent of each particle type in the mixture, the total volume of each type of particle was first calculated. In order to calculate the particle length required to calculate the L / W ratio plotted in FIG. 8, the particle image area was simply divided by the particle image length. This method of calculating length is reasonably accurate in calculating the volume of cylindrical particles that give a rectangular image. However, when calculating the volume of an ellipsoidal particle that gives an elliptical image, it is described by Equation 7 where Le is the length, A is the image area, and W is the image width. The exact method used was used.

式7
=(4・A)/(π・W)
Equation 7
L e = (4 · A) / (π · W)

次に、各粒子の個別体積を計算した。円柱状粒子では、式8(式中、Vは体積であり、Wは画像幅であり、そしてLは長さである)に従って体積を計算した。 Next, the individual volume of each particle was calculated. For cylindrical particles, the volume was calculated according to Equation 8 (where V c is the volume, W is the image width, and L c is the length).

式8
=π・(W/2)・L
Equation 8
V c = π · (W / 2) 2 · L c

楕円体状粒子では、式9(式中、Vは体積であり、Wは画像幅であり、そしてLは長さである)に従って体積を計算した。 For ellipsoidal particles, the volume was calculated according to Equation 9 (where V e is the volume, W is the image width, and Le is the length).

式9
=(4/3)・π・(W/2)・(L/2)
Equation 9
V e = (4/3) · π · (W / 2) 2 · (L e / 2)

円柱状粒子および楕円体状粒子の体積を別々に合計し、次に、各粒子タイプの体積分率を計算した。全体積にエンベロープ密度を掛けることにより、各粒子タイプの全重量を計算した。エンベロープ密度は、ペースト押出円柱では1.33g/cm、パン顆粒化楕円体では1.21g/cmであった。全重量を用いて、各サンプル中の各粒子タイプの重量分率を計算した。比較のために実際の重量分率と共に、本発明に従って測定された重量分率を表9に列挙する。 The volume of the cylindrical and ellipsoidal particles was summed separately and then the volume fraction of each particle type was calculated. The total weight of each particle type was calculated by multiplying the total volume by the envelope density. Envelope density is the paste extrusion cylinder 1.33 g / cm 3, a pan granulation ellipsoid was 1.21 g / cm 3. The total weight was used to calculate the weight fraction of each particle type in each sample. Table 9 lists the weight fractions measured according to the present invention along with the actual weight fractions for comparison.

Figure 2006514737
Figure 2006514737

円柱状粒子と楕円体状粒子とを識別するために用いた小さいサンプルサイズおよび経験的方法を考慮して、本発明の方法および装置から得られた結果が実際のサンプル組成にかなり近いことが結果から示される。最大サンプルサイズつまり最小統計的サンプリング誤差を有していたサンプル1で、最も正確な結果が得られた。統計的サンプリング誤差以外に、とくに、クラスターが接触する領域にA/P比およびL/P比を有する粒子の場合、A/P対L/Pクラスター法を用いて円柱状粒子の画像を楕円体状粒子の画像と完全に正確に識別することができないことが原因で、いくらかの誤差を生じた可能性がある。粒子画像中の長方形アウトラインを楕円形アウトラインと識別する場合のような他の画像解析では、より正確に粒子タイプを同定できるであろう。しかしながら、この実施例から得られた結果は、識別特性が粒子形状である粒子混合物の組成を決定するうえで、本発明の方法がかなりの価値を有することを十分に具体的に示すものである。   The results obtained from the method and apparatus of the present invention are fairly close to the actual sample composition, taking into account the small sample sizes and empirical methods used to distinguish between cylindrical and ellipsoidal particles Indicated by. The most accurate results were obtained with sample 1, which had the largest sample size or smallest statistical sampling error. In addition to statistical sampling errors, in the case of particles having an A / P ratio and an L / P ratio in the area where the clusters contact, an image of cylindrical particles is ellipsoidal using the A / P vs. L / P cluster method. Some errors may have been caused by the inability to completely distinguish from the particle-like image. Other image analysis, such as identifying a rectangular outline in a particle image as an elliptical outline, could identify the particle type more accurately. However, the results obtained from this example are sufficiently specific to show that the method of the present invention has considerable value in determining the composition of a particle mixture whose distinguishing characteristic is particle shape. .

本発明の装置およびその主要構成要素の一実施形態の全体図を示している。1 shows an overall view of one embodiment of the apparatus of the present invention and its major components. 図1のビデオカメラにより撮影可能な具体例の画像を示している。The example of the image which can be image | photographed with the video camera of FIG. 1 is shown. 傾斜表面とフィーダーとの関係および「粒子バウンス」効果を例示している。The relationship between the inclined surface and the feeder and the “particle bounce” effect are illustrated. 画像情報から粒子の光学的性質を決定する方法を例示している。3 illustrates a method for determining the optical properties of particles from image information. 画像情報から粒子断面の面積および最短距離を計算する方法を示しており、面積および幅の測定時に系統誤差がいかにして起こりうるかを例示している。A method for calculating the area and the shortest distance of a particle cross section from image information is shown, and illustrates how systematic errors can occur when measuring area and width. 本発明の方法および装置に好適ないくつかの典型的な粒子形状を例示している。Illustrates some typical particle shapes suitable for the method and apparatus of the present invention. 実施例6に関するものであり、紫外光照明を使用するように改造された本装置の実施形態を示している。Example 6 relates to Example 6 and shows an embodiment of the device modified to use ultraviolet light illumination. 実施例8に関するものであり、粒子画像データを楕円体集合および円柱集合にクラスター化するグラフを示している。The graph relates to Example 8 and shows a graph in which particle image data is clustered into an ellipsoid set and a cylinder set.

Claims (23)

混合物中の異なる粒子タイプの比率を決定する方法であって、
(i)通路に沿って粒子を下降させるのに十分な角度で傾斜させた通路に少なくとも2つの粒子タイプの非凝集性粒子(ここで、各粒子タイプは、他の粒子タイプと異なる少なくとも1つの光学的性質および/または形状を有する)を含んでなる混合物を供給し;
(ii)傾斜通路に沿って粒子を照明し;
(iii)照明された粒子の反射光画像を収集し;
(iv)少なくとも1つの異なる光学的性質および/または形状を示す反射光画像のデータに基づいて少なくとも1つの粒子タイプの比率を計算する
ことを含んでなる方法。
A method for determining the ratio of different particle types in a mixture comprising:
(I) non-aggregating particles of at least two particle types in a channel inclined at an angle sufficient to lower the particles along the channel, wherein each particle type is at least one different from the other particle types Providing a mixture comprising optical properties and / or shapes;
(Ii) illuminate the particles along the inclined path;
(Iii) collecting a reflected light image of the illuminated particles;
(Iv) A method comprising calculating a ratio of at least one particle type based on data of a reflected light image exhibiting at least one different optical property and / or shape.
少なくとも1つの光学的性質が、可視波長、紫外波長、および赤外波長における反射率、ルミネセンス、およびそれらの変動のうちの少なくとも1つである請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the at least one optical property is at least one of reflectance, luminescence, and variations thereof at visible, ultraviolet, and infrared wavelengths. 少なくとも1つの寸法特性を計算することをさらに含んでなる請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, further comprising calculating at least one dimensional characteristic. 少なくとも1つの寸法特性が、最長寸法、最短寸法、面積、および周長のうちの少なくとも1つである請求項3に記載の方法。   The method of claim 3, wherein the at least one dimensional characteristic is at least one of a longest dimension, a shortest dimension, an area, and a circumference. 傾斜通路が水平線と約60°以下の角度をなす請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the inclined passage makes an angle of less than about 60 ° with the horizontal. 反射光画像が傾斜通路にほぼ垂直な方向で収集される請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the reflected light image is collected in a direction substantially perpendicular to the inclined path. 供給することが、粒子が傾斜通路に供給されるフィーダーの出口端の近傍に粒子を配置することを含んでなり、かつ傾斜通路が、供給出口端に隣接してその下方に位置する入口端を含んでなる請求項1に記載の方法。   Feeding comprises positioning the particles in the vicinity of the outlet end of the feeder where the particles are fed into the inclined passage, and the inclined passage has an inlet end located below and adjacent to the feeding outlet end. The method of claim 1 comprising. 傾斜通路上の粒子の25%未満が反射光画像中で他の粒子に接触している請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein less than 25% of the particles on the inclined path are in contact with other particles in the reflected light image. 傾斜通路上の粒子の10%未満が反射光画像中で他の粒子に接触している請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein less than 10% of the particles on the inclined path are in contact with other particles in the reflected light image. 傾斜通路上の粒子の2%未満が反射光画像中で他の粒子に接触している請求項9に記載の方法。   10. The method of claim 9, wherein less than 2% of the particles on the inclined path are in contact with other particles in the reflected light image. 非凝集性粒子が非球様であり、かつ粒子の少なくとも80%が10度以下のバウンス角を有する請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the non-aggregating particles are non-spherical and at least 80% of the particles have a bounce angle of 10 degrees or less. 粒子の少なくとも90%が10度以下のバウンス角を有する請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein at least 90% of the particles have a bounce angle of 10 degrees or less. 粒子の少なくとも95%が10度以下のバウンス角を有する請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein at least 95% of the particles have a bounce angle of 10 degrees or less. 供給することが、粒子が傾斜通路に供給されるフィーダーの出口端の近傍に粒子を配置することを含んでなり、かつ傾斜通路が、供給出口端に隣接してその下方に位置する入口端を含んでなり、出口端と入口端との間のギャップを規定する請求項11に記載の方法。   Feeding comprises positioning the particles in the vicinity of the outlet end of the feeder where the particles are fed into the inclined passage, and the inclined passage has an inlet end located below and adjacent to the feeding outlet end. 12. The method of claim 11, comprising comprising defining a gap between the outlet end and the inlet end. ギャップが、[測定対象の]粒子の最短寸法以下である長さを有する請求項14に記載の方法。   15. A method according to claim 14, wherein the gap has a length that is less than or equal to the shortest dimension of the [measuring] particle. 非凝集性粒子の混合物が実質的に円柱状の形状の粒子を含んでなる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the mixture of non-aggregating particles comprises substantially cylindrically shaped particles. 非凝集性粒子の混合物が、円形断面をもつ実質的に円柱状の形状を有する粒子を含んでなる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the mixture of non-aggregating particles comprises particles having a substantially cylindrical shape with a circular cross section. 非凝集性粒子の混合物が種子を含んでなる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the mixture of non-aggregating particles comprises seeds. 非凝集性粒子の混合物が、少なくとも1種の農業的活性物質を含んでなる粒子を含んでなる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the mixture of non-aggregating particles comprises particles comprising at least one agriculturally active substance. 非凝集性粒子の混合物が、少なくとも1種の作物保護剤を含んでなる粒子を含んでなる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the mixture of non-aggregating particles comprises particles comprising at least one crop protection agent. 不活性ガスが、傾斜通路の表面を横切って吹き込まれる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1 wherein the inert gas is blown across the surface of the inclined passage. 混合物中の異なる粒子タイプの粒子の比率を決定する装置であって、
(i)出口端を有する粒子フィーダーと;
(ii)非凝集性粒子が傾斜通路を下って下降できるようにフィーダーの出口端に隣接してその下方に位置する上部入口端を有する傾斜通路と;
(iii)粒子が傾斜通路を下って下降するときに粒子を上側照明できるように傾斜通路に対して方向付けられた照明源と;
(iv)粒子が傾斜通路を下って下降するときに粒子の反射光画像を収集できるように傾斜通路に対して方向付けられた画像レシーバーと;
(v)画像レシーバーから受け取った反射光画像信号を、粒子の少なくとも1つの光学的性質および/または形状に基づいて、混合物中の粒子タイプの少なくとも1つの比率を示すデータに変換する組成カルキュレーターと
を含んでなる装置。
An apparatus for determining a ratio of particles of different particle types in a mixture,
(I) a particle feeder having an exit end;
(Ii) an inclined passage having an upper inlet end located adjacent to and below the outlet end of the feeder so that non-aggregating particles can descend down the inclined passage;
(Iii) an illumination source oriented with respect to the inclined passage so that the particle can be illuminated upward as the particle descends down the inclined passage;
(Iv) an image receiver oriented with respect to the inclined passage so that a reflected light image of the particle can be collected as the particle descends down the inclined passage;
(V) a composition calculator for converting the reflected light image signal received from the image receiver into data indicative of at least one ratio of particle types in the mixture based on at least one optical property and / or shape of the particles; A device comprising:
画像レシーバーがカラーカメラを含んでなる請求項22に記載の装置。
The apparatus of claim 22, wherein the image receiver comprises a color camera.
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