JP5972758B2 - 粒径測定装置及び粒径測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば粒状の工業用原料等に含まれる各粒子の粒径を測定するための粒径測定装置及び粒径測定方法に関する。

製鉄等の鉄鋼業において用いられるコークス、鉄鉱石及び石灰等の粒状工業用原料は、その粒径が生産性に影響するため、その粒径を測定することが重要となる。そのため、このような粒状工業用原料の粒径を測定するための様々な技術が従来提案されている。例えば、特許文献１には、ベルトコンベアの終点又は乗り継ぎ点等から空中に投下される粒状コークスに対してスリット光を照射しながら、当該粒状コークスをカメラによって撮像し、得られた画像データより粒状コークスの各粒子を検出し、検出された各粒子の粒径を算出することで粒度分布を得る粒度測定方法が開示されている。このように粒状コークスにスリット光を照射すると、各粒子の表面には縞模様が形成される。スリット光の当たり方は各粒子の位置によって異なるため、この縞模様は粒子毎にその形状等が異なり、各粒子間において不連続となる。このため、この粒度測定方法によれば、粒子間のスリット光の不連続性を検出することで、例えば、粒子同士が重なっている等により複数の粒子が見かけ上一つの粒子に見えてしまうような粒子群を検出することができる。このようにして粒子群を検出した後、その粒子群を粒径の算出対象から除外することによって、この従来の粒度測定方法では精度の高い粒度分布を得ることができる。

特開平０７−１２８２１４号公報

図９は、上述したような従来の粒度測定方法におけるカメラＤＣの設置位置を説明するための模式図であり、ベルトコンベアＢＣによって運搬される粒状コークスＧＣと、粒状コークスＧＣを撮像するためのカメラＤＣとの位置関係が示されている。この図９に示すように、ベルトコンベアＢＣの終点から粒状コークスＧＣを空中に投下した場合、粒状コークスＧＣに含まれる各粒子それぞれの大きさ及び形状の違い等から、粒状コークスＧＣは一定の広がり（図９中、Ｌで示す範囲）を持って落下する。この従来の粒度測定方法においては、ベルトコンベアＢＣの終点から空中に投下され、広がりながら落下する粒状コークスＧＣを撮像することが可能なようにカメラＤＣが設置されている。

上述した従来技術のようにカメラを用いて測定対象を撮像する場合、カメラと測定対象との間の距離に反比例して撮像素子上に結像する測定対象の像のサイズが変化する。このため、空中に投下され、一定の広がりを持って落下する粒状コークスを撮像した場合、落下中の広がりによって生じる粒状コークスの各粒子それぞれとカメラとの距離の違いにより、画像データ上における各粒子それぞれの倍率が異なってくることになる。しかしながら、上記の従来技術においては、このような投下中の粒状コークスの広がりによって生じる画像データ上での粒子毎の倍率の違いは考慮されていない。この違いに起因して測定誤差が生じるため、上記の従来の粒度測定方法においては高精度での粒径の測定が難しいという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる粒径測定装置及び粒径測定方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の粒径測定装置は、運搬経路上を移動する、複数の粒子を含む粒状原料を含む画像データを撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された画像データの画素毎に、前記画像データにおける前記粒状原料の各粒子それぞれと当該撮像部との間の距離を測定する距離測定手段と、前記撮像部により撮像された画像データ及び前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記粒状原料の各粒子それぞれの粒径を算出する粒径算出手段とを備える。

この態様において、前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記画像データ上において各粒子が重なっているか否かを判定する重なり判定手段と、前記重なり判定手段の判定結果に基づいて、前記画像データ上から処理対象となる粒子を特定する粒子特定手段とをさらに備え、前記粒径算出手段は、前記粒子特定手段により処理対象として特定された粒子の粒径を算出するように構成されていることが好ましい。

この態様において、前記粒子特定手段は、前記重なり判定手段により重なっていると判定された複数の粒子については、前記画像データ上において最前面となる粒子を処理対象として特定するように構成されていることが好ましい。

この態様において、前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記画像データに含まれる各粒子を複数のグループにグループ化するグループ化手段をさらに備え、前記粒径算出手段は、前記グループ化手段によりグループ化された粒子群毎に設定される代表距離に基づいて、当該粒子群に含まれる粒子それぞれの粒径を算出するように構成されていてもよい。

この態様において、前記距離測定手段は、光を発光する発光部と、光を受光する受光部とを具備し、前記発光部から前記粒状原料に対して発光され、当該粒状原料から反射された光を前記受光部が受光することで距離を測定するように構成され、前記撮像部は、前記発光部から発光される光を利用して撮像を行うように構成されていることが好ましい。

この態様において、前記発光部は、赤外線を発光するように構成されていることが好ましい。

この態様において、前記撮像部は、前記運搬経路上で空中に投下される粒状原料を撮像するように配設されていてもよい。

この態様において、前記粒径算出手段により算出される前記粒状原料の各粒子の粒径に基づいて、当該粒状原料の粒度分布を算出する粒度分布算出手段をさらに備えていてもよい。

また、本発明の他の態様の粒径測定方法は、運搬経路上を移動する、複数の粒子を含む粒状原料を撮像部により画像データとして撮像するステップと、前記撮像部と前記撮像するステップによって撮像された前記粒状原料の各粒子それぞれとの間の距離を測定するステップと、前記撮像するステップにおいて得られた画像データ及び前記測定するステップにおいて測定された距離に基づいて、前記粒状原料の各粒子それぞれの粒径を算出するステップとを有している。

本発明に係る粒径測定装置及び粒径測定方法によれば、粒状の工業用原料等の各粒子それぞれの粒径を高い精度で測定することができる。

本発明の実施の形態１に係る粒径測定装置の全体の構成を示すブロック図。 本発明の実施の形態１に係る粒径測定装置が備える撮像部の構成を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係る粒径測定装置が備える撮像部の設置位置を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係る粒径測定装置が備える情報処理部で実行される撮像処理の手順を示すフローチャート。 本発明の実施の形態１に係る粒径測定装置が備える情報処理部で実行される粒度算出処理の手順を示すフローチャート。 本発明の実施の形態２に係る粒径測定装置が備える情報処理部で実行される粒度算出処理の手順を示すフローチャート。 本発明の実施の形態２に係る粒度算出処理において設定される距離範囲を示す模式図。 層別化処理において生成される画像の一例を示す模式図。 層別化処理において生成される画像の一例を示す模式図。 層別化処理において生成される画像の一例を示す模式図。 測定対象の広がりと測定対象及びカメラの距離との関係を示す模式図。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る粒径測定装置１の全体構成を示すブロック図である。本粒径測定装置１は、複数の粒子からなる粒状工業用原料の粒度分布を測定するために用いられる。この粒径測定装置１は、図１に示すように、特定波長の赤外線を粒状工業用原料に対して発光し、粒状工業用原料から反射してきた赤外線を受光する撮像部１１と、撮像部１１の制御及び撮像部１１からの信号に対する処理を行う情報処理部１２とを備えている。

図２は、撮像部１１の構成を示す模式図である。この図に示すように、撮像部１１は、特定の波長の赤外線を発光する発光部１１ａと、複数の受光素子からなる受光部１１ｂと、凸型の光学レンズ１１ｃとを具備している。発光部１１ａは、情報処理部１２と通信可能に接続されており、情報処理部１２からの信号に基づいて赤外線を発光する。受光部１１ｂは、発光部１１ａと同様に情報処理部１２と通信可能に接続されており、情報処理部１２に信号を送信することができる。なお、受光部１１ｂから情報処理部１２には、受光部１１ｂの各受光素子それぞれからの信号が送信され、情報処理部１２は、これらの信号に基づいて画像データを生成する。この受光部１１ｂは、その受光面が発光部１１ａの発光方向に向くように設置されている。これにより、受光部１１ｂは、発光部１１ａから測定対象Ｔｏに向かって発光され、測定対象Ｔｏから反射された赤外線を、その受光面において受光することができる。また、光学レンズ１１ｃは、受光部１１ｂの受光面の前方に設けられている。このように光学レンズ１１ｃが設けられているため、測定対象Ｔｏによって反射された赤外線は、光学レンズ１１ｃを通じて受光部１１ｂの受光面上に照射され、その結果この受光面上に測定対象Ｔｏの実像Ｔｒが結像される。

図３は、粒径測定装置１の撮像部１１の設置位置を示す模式図である。なお、図中の矢印は粒状工業用原料ＧＭが運搬される方向を示している。また、以下では、粒状工業用原料ＧＭが運搬されていく方向を前方、それとは反対の方向を後方と定義する。この図３に示すように、上流に設置されているベルトコンベアＢＣ１の前方が、下流に設置されているベルトコンベアＢＣ２の後方よりも高くなっている。この高低差が設けられている地点は「乗り継ぎ点」と呼ばれる。この乗り継ぎ点において、粒状工業用原料ＧＭは、ベルトコンベアＢＣ１からベルトコンベアＢＣ２に向かって落下し、その結果、ベルトコンベアＢＣ１，ＢＣ２間での粒状工業用原料ＧＭの乗り継ぎが行われる。撮像部１１は、この乗り継ぎ点の前方において、発光部１１ａの光軸が乗り継ぎ点に向くようにして設置される。これにより、撮像部１１は、乗り継ぎ点においてベルトコンベアＢＣ１から空中に投下された粒状工業用原料ＧＭを撮像することができる。

次に、情報処理部１２の構成について説明する。情報処理部１２はコンピュータによって実現される。図１に示すように、情報処理部１２は、ＣＰＵ１２ａ、ＲＯＭ１２ｂ、ＲＡＭ１２ｃ、ハードディスク１２ｄ、入出力インタフェース１２ｅ、入力部１２ｆ、及び画像表示部１２ｇを備えており、これらのＣＰＵ１２ａ、ＲＯＭ１２ｂ、ＲＡＭ１２ｃ、ハードディスク１２ｄ、入出力インタフェース１２ｅ、入力部１２ｆ、及び画像表示部１２ｇは、バス１２ｊによって接続されている。

ＣＰＵ１２ａは、ＲＡＭ１２ｃにロードされたコンピュータプログラムを実行することができる。また、ハードディスク１２ｄに記録されているコンピュータプログラムを当該ＣＰＵ１２ａが実行することで、情報処理部１２は、粒径測定装置１の演算制御装置として機能する。

ＲＯＭ１２ｂは、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、又はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable PROM）等によって構成されており、ＣＰＵ１２ａにより実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。

ＲＡＭ１２ｃは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。ＲＡＭ１２ｃは、ハードディスク１２ｄに記録されている種々のコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、ＲＡＭ１２ｃは、ＣＰＵ１２ａがコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ１２ａの作業領域として利用される。

ハードディスク１２ｄは、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ１２ａに実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。なお、これらのコンピュータプログラムは、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録デバイス等によって、入出力インタフェース１２ｅを介してハードディスク１２ｄに提供される。

また、ハードディスク１４ｄには、例えば、米マクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明において、本実施の形態に係る情報処理部１２上で実行されるコンピュータプログラムは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。

入出力インタフェース１２ｅは、例えばＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、又はＲＳ−２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、ＳＣＳＩ、ＩＤＥ、又はＩＥＥＥ１２８４等のパラレルインタフェース、及びＤ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。この入出力インタフェース１２ｅには、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録デバイス、又はプリンタ等の出力装置等が接続される。これにより、入出力インタフェース１２ｅを介してデータの入出力を行うことができる。なお、撮像部１１は、この入出力インタフェース１２ｅを介して情報処理部１２と接続されており、これにより撮像部１１と情報処理部１２とは相互にデータの送受信が可能となっている。

入力部１２ｆは、キーボード及びマウスからなり、測定者が当該入力部１２ｆを使用することにより、情報処理部１２にデータを入力することができる。

画像表示部１２ｇは、ＬＣＤ又はＣＲＴ等で構成されており、ＣＰＵ１２ａから与えられる映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。

次に、上述したように構成及び設置された粒径測定装置１の動作について、フローチャート等の図面を参照しながら説明する。本実施の形態の粒径測定装置１にて実行される主な処理として、（１）測定対象を撮像し、画像データを生成する撮像処理、及び（２）撮像処理によって得られた画像データを画像処理し、粒度分布を算出する粒度算出処理がある。以下では、これらの各処理について説明する。

（１）撮像処理
粒径を算出するための画像データを生成する撮像処理について、図２及びフローチャートを参照しながら説明する。

図４は、本実施の形態の粒径測定装置１の情報処理部１２にて実行される撮像処理の処理手順を示すフローチャートである。この撮像処理は、粒状工業用原料の運搬が開始されるのと共に開始される。撮像処理が開始されると、情報処理部１２のＣＰＵ１２ａは、撮像部１１の発光部１１ａに対して発光を指示するための発光指示信号を送信する（ステップＳ１０１）。この発光指示信号を受けた発光部１１ａは赤外線を発光する。ここで、ＣＰＵ１２ａは、発光部１１ａに対して発光指示信号を送信した時刻を発光時刻としてＲＡＭ１２ｃに記憶する（ステップＳ１０２）。

発光部１１ａから発光された赤外線は、粒状工業用原料に当たり、反射される。粒状工業用原料から反射してきた赤外線は、光学レンズ１１ｃを通って、受光部１１ｂの受光面上に照射される。受光部１１ｂの各受光素子が赤外線を受光すると、各受光素子は受光した赤外線の光強度を示す受光強度信号を情報処理部１２に送信する。

情報処理部１２のＣＰＵ１２ａは、各受光素子から受光強度信号を受信する（ステップＳ１０３）と、その受信した時刻を各受光素子の受光時刻としてＲＡＭ１２ｃに記憶する（ステップＳ１０４）。次に、ＣＰＵ１２ａは、受光素子毎の受光強度に応じて各受光素子に対応する画素の濃淡を設定し、画像データを生成する（ステップＳ１０５）。

画像データが生成されると、ＣＰＵ１２ａは、この画像データに含まれる全ての被撮像物と受光部１１ｂとの間の距離を、その画像データの画素毎に算出する（ステップＳ１０６）。この処理の詳細を説明すると、ＣＰＵ１２ａはまず、発光時刻と、各画素に対応する受光素子毎の受光時刻とを参照し、発光時刻から受光時刻までの時間差を画素毎に算出する。そして、ＣＰＵ１２ａは、光速及び算出された画素毎の時間差から、各画素に係る距離を算出する。次に、ＣＰＵ１２ａは、このようにして画素毎に算出された距離を示す画素距離情報を、画像データと対応付けてハードディスク１２ｄに記憶する（ステップＳ１０７）。

このように、本実施の形態では、距離を測定するための光を利用して測定対象を撮像している。これにより、距離の測定と撮像とを併せて行うことができ、画素毎の距離を正確に測定することができる。また、このように構成されていることで、距離測定装置と撮像装置とをそれぞれ別個に備える必要が無く、装置の簡略化及び小型化を図ることができる。

なお、この撮像処理は、粒状工業用原料が運搬されている間、所定の間隔で繰り返し実行され、粒状工業用原料の運搬が終了すると共に終了する。撮像処理が終了すると、この撮像処理で生成された複数の画像データを処理対象として以下の粒度算出処理が実行される。

（２）粒度算出処理
次に、撮像処理によって得られた複数の画像データに対して画像処理を行い、粒度分布を算出する粒度算出処理について、フローチャート等を参照しながら説明する。

図５は、本実施の形態の粒径測定装置１の情報処理部１２にて実行される粒度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。この粒度算出処理は、撮像処理によって所定の数以上の画像データが得られた後に実行される。粒度算出処理が実行されると、まず、情報処理部１２のＣＰＵ１２ａは、処理対象となる画像データを設定し（ステップＳ２０１）、この画像データを所定の閾値によって二値化する（ステップＳ２０２）。次に、ＣＰＵ１２ａは、二値化された画像データ中の境界を特定し、その境界によって囲まれた範囲を粒子が存在する粒子範囲として抽出する（ステップＳ２０３）。

次に、ＣＰＵ１２ａは、処理対象の画像データに対応付けられた画素距離情報を取得する（ステップＳ２０４）。画素距離情報を取得すると、ＣＰＵ１２ａは、その画素距離情報に基づいて、ステップＳ２０３において抽出された粒子範囲内において複数の粒子による重なりが生じていないかを検出する（ステップＳ２０５）。このステップＳ２０５における具体的な処理について、以下に説明する。まず、ＣＰＵ１２ａは、ステップＳ２０４において取得した画素距離情報より、各粒子範囲に含まれる各画素に係る距離を特定し、その距離の分布を算出する。ここで算出された分布において、２以上の数のピークが存在している場合、その粒子範囲内には複数の粒子が重なりあって存在していると判定される。他方、各画素の距離の分布において、単一のピークしか存在していない場合、その粒子範囲には単一の粒子しか存在していないと判定される。

次に、ＣＰＵ１２ａは、ステップＳ２０５の検出結果に基づいて、画像データ内における粒子を抽出する（ステップＳ２０６）。より具体的には、ステップＳ２０５において複数の粒子が重なりあっていると判定された粒子範囲の複数のピークの内、最も距離が短いピークを特定し、そのピークに含まれる画素で構成された範囲を単一の粒子として抽出する。他方、ステップＳ２０５において、単一の粒子しか含まれていないと判定された粒子範囲は、その粒子範囲がそのまま粒子として抽出される。このようにして抽出された粒子を示す情報はＲＡＭ１２ｃに一時記憶される。

二値化された画像データより粒子を抽出した後、ＣＰＵ１２ａは、各粒子と撮像部１１との間の距離を、粒子毎に算出する（ステップＳ２０７）。このステップＳ２０７における具体的な処理について、以下に説明する。まず、ＣＰＵ１２ａは、画像データより抽出された粒子毎に、その粒子に含まれる全ての画素に係る距離を画素距離情報より取得する。次に、ＣＰＵ１２ａは、取得した距離より粒子毎にその平均値を算出し、算出された平均値から光学レンズ１１ｃと受光部１１ｂとの間の距離を引いた値を、各粒子それぞれと撮像部１１との間の距離として算出する。ここで得られた各粒子に係る距離は、粒子距離情報としてＲＡＭ１２ｃに一時記憶される。なお、各粒子と受光部１１ｂとの間の距離は、各粒子に含まれる全ての画素の平均値から算出する値に限定されるものではなく、各粒子の重心となる画素に係る距離等、他の値に基づいて算出されてもよい。

次に、ＣＰＵ１２ａは、各粒子の粒径を算出する（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０８における具体的な処理について、以下に説明する。まず、ＣＰＵ１２ａは、ステップＳ２０６において抽出された粒子のうち、一つを処理対象として設定する。次に、ＣＰＵ１２ａは、ＲＡＭ１２ｃに記憶された粒子距離情報より、処理対象の粒子と撮像部１１との間の距離を特定する。処理対象の粒子の粒子−撮像部１１間の距離及び光学レンズ１１ｃ−受光部１１ｂ間の距離から、この粒子の画像データ上の倍率を算出する。次に、ＣＰＵ１２ａは、処理対象として設定された粒子の境界を特定し、この粒子の画像データ上での大きさを特定する。画像データ上での大きさを特定した後、ＣＰＵ１２ａは、画像データ上における粒子の大きさ及び粒子の倍率から、粒子の粒径を算出する。以上の処理を、ステップＳ２０６において抽出された全ての粒子に対して行い、各粒子それぞれの粒径を算出する。このようにして算出された各粒子の粒径を示す粒径情報は、画像データに対応付けられた後、ハードディスク１２ｄに記憶される。

次に、ＣＰＵ１２ａは、全ての画像データが処理されたか否かを判定する（ステップＳ２０９）。この結果、まだ処理されていない画像データが有ると判定された場合（ステップＳ２０９でＮＯ）、ステップＳ２０１へ戻り、新たな画像データを処理対象として設定した後、ステップＳ２０２以降の処理を繰り返す。他方、全ての画像データが処理されたと判定された場合（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、ステップＳ２０８で算出された粒径に基づいて、粒度分布を示すグラフを作成する（ステップＳ２１０）。より具体的には、ＣＰＵ１２ａは、ハードディスク１２ｄに記憶された粒径情報より、ステップＳ２０８で算出された全ての粒子の粒径を参照し、ｘ軸を粒径、ｙ軸を存在比率としたグラフを作成する。このような粒度分布図が作成されると、ＣＰＵ１２ａは、その粒度分布図を画像表示部１２ｇに表示させ（ステップＳ２１１）、粒度算出処理を終了する。

本実施の形態では、粒子毎の粒子−撮像部１１間の距離を算出している。したがって、粒子毎の画像データ上の倍率の違いを考慮することができ、正確な粒径を算出することができる。

また、従来の粒度測定方法では、画像データ上における粒子の重なりを検出することは可能であるが、それぞれの粒子がどのように重なっているかといったことは検出することができないため、重なっていると判定された粒子群は粒度の算出からは除外される。したがって、従来の粒度測定方法においては、その標本数が少なくなってしまい、信頼性が低下してしまうという問題がある。本実施の形態では、各粒子に含まれる画素毎の距離に基づいて、画像データ上における粒子の重なりを検出しているために、見かけ上一つに見える粒子群の重なり方を検出することができ、最も手前の粒子のみを抽出することで、粒子群の中から少なくとも１つの粒子を標本に加えることが可能である。したがって、本実施の形態によれば、従来の粒度測定方法よりも、得られる粒度分布の信頼性を高めることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、各粒子の粒径を算出する際に、粒子毎に距離を取得している。これに対し、実施の形態２では、各粒子をその距離に基づいて層別化し、層毎に設定された代表距離を用いて、各粒子の粒径を算出する。なお、本実施の形態に係る粒径測定装置の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。以下、本実施の形態の粒径測定装置の動作について、フローチャート等の図を参照しながら説明する。

実施の形態２においても、実施の形態１における各処理と同様の処理を実行するが、（２）粒度算出処理については、実施の形態１の場合と異なる処理を実行する。以下、本実施の形態において実行される粒度算出処理について説明する。

（２）粒度算出処理
図６は、本実施の形態の粒径測定装置１の情報処理部１２にて実行される粒度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。この粒度算出処理は、実施の形態１と同様に、撮像処理によって所定の数以上の画像データが得られた後に実行される。粒度算出処理が実行されると、まず、情報処理部１２のＣＰＵ１２ａは、処理対象となる画像データを設定し（ステップＳ３０１）、その画像データを所定の閾値によって二値化する（ステップＳ３０２）。次に、ＣＰＵ１２ａは、粒子範囲を抽出する（ステップＳ３０３）。粒子範囲を抽出すると、ＣＰＵ１２ａは、画素距離情報を取得し（ステップＳ３０４）、粒子の重なりを検出した後（ステップＳ３０５）、粒子を抽出する（ステップＳ３０６）。次に、ＣＰＵ１２ａは、各粒子と撮像部１１との間の距離を算出する（ステップＳ３０７）。なお、これらのステップＳ３０３からステップＳ３０７までの具体的な処理の内容は、実施の形態１における粒度測定処理のステップＳ２０３からステップＳ２０７と同様である。

次に、ＣＰＵ１２ａは、ＲＡＭ１２ｃに一時記憶されている各粒子の距離情報に基づいて、画像データ上の粒子をその距離によって層別化する（ステップＳ３０８）このステップＳ３０８における具体的な処理について、以下に説明する。まず、ＣＰＵ１２ａは、ＲＡＭ１２ｃに記憶された粒子距離情報を参照し、撮像部１１からの距離が最も遠い粒子及び最も近い粒子を特定し、その距離を取得する。これらの距離を取得した後、ＣＰＵ１２ａは、２つの粒子の間に３つの領域を設定する。例えば、撮像部１１から最も離れた粒子までの距離が３ｍ、最も近い粒子までの距離が２．４ｍであった場合、この間の範囲を均等に分割し、２．４ｍから２．６ｍまでの範囲、２．６ｍから２．８ｍまでの範囲、２．８ｍから３ｍまでの範囲の３つの領域が設定される（図７中、Ａ，Ｂ，Ｃで示す領域）。次に、ＣＰＵ１２ａは、粒子距離情報を参照し、各粒子を各距離範囲に分類する。これにより、各粒子がその距離によって層別化される。画像データ上の粒子を層別化した後、ＣＰＵ１２ａは、層毎に層別化画像データを生成する（ステップＳ３０９）。より具体的には、ＣＰＵ１２ａは、各層それぞれに含まれる粒子のみを層毎に抽出し、図８Ａ乃至図８Ｃに示すような層別化画像データを層毎に生成する。ここで、図８Ａ乃至図８Ｃは、図７におけるＡ乃至Ｃの領域にそれぞれ対応する層別化画像データの例を示している。

次に、ＣＰＵ１２ａは、ステップＳ３０９において生成された各層別化画像データを画像処理し、層別化画像データそれぞれに含まれる粒子の粒径を算出する（ステップＳ３１０）。このステップＳ３１０における具体的な処理について、以下に説明する。まず、ＣＰＵ１２ａは、層別化画像データの距離範囲を参照し、その中心値（例えば、２．４ｍから２．６ｍまでの範囲の層別化画像データの場合は２．５ｍ）を各層別化画像データに含まれる各粒子と撮像部１１との間の距離に設定する。なお、本実施の形態では、代表距離として中心値を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、層別化画像データに含まれる全粒子の距離の平均値又は中央値等、他の値を代表距離として用いてもよい。このようにして設定された層別化画像データ毎の代表距離及び光学レンズ１１ｃ−受光部１１ｂ間の距離から、ＣＰＵ１２ａは、層別化画像データ毎の倍率を算出する。層別化画像データの倍率を算出した後、ＣＰＵ１２ａは、層別化画像データ上における各粒子の境界を特定し、層別化画像データ上の全ての粒子について、層別化画像データ上での大きさを特定する。次に、ＣＰＵ１２ａは、算出された倍率及び層別化画像データ上における粒子の大きさから、層別化画像データ上の全ての粒子の粒径を算出する。算出された各粒子の粒径を示す粒径情報は、画像データに対応付けられた後、ハードディスク１２ｄに記憶される。

次に、ＣＰＵ１２ａは、全ての画像データが処理されたか否かを判定する（ステップＳ３１１）。この結果、まだ処理されていない画像データが有ると判定された場合（ステップＳ３１１でＮＯ）、ステップＳ３０１へ戻り、新たな画像データを処理対象として設定した後、ステップＳ３０２以降の処理を繰り返す。他方、全ての画像データが処理されたと判定された場合（ステップＳ３１１でＹＥＳ）、実施の形態１の粒度算出処理におけるステップＳ２１０と同様にして、粒度分布図を作成する（ステップＳ３１２）。粒度分布図が作成されると、ＣＰＵ１２ａは、その粒度分布図を画像表示部１２ｇに表示させ（ステップＳ３１３）、粒度算出処理を終了する。

本実施の形態では、各粒子をその距離に基づいて層別化し、代表値を用いて各粒子の粒径を算出している。これにより、粒径を算出する際に、粒子毎にその距離を取得する必要がなく、処理を簡略化することができる。また、層別化しているため、このように処理を簡略化したとしても、従来の粒度測定方法よりも測定誤差を小さくすることができる。なお、本実施の形態の層別化では、粒子を３つの層に分類しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２以上の層に分類するのであれば、層の数はいくつであってもよいことは言うまでもない。

（その他の実施の形態）
上記の各実施の形態では、撮像及び距離を測定するための光として赤外線を利用している。これは、赤外線は、他の光線と比較して、周囲の光の影響を受けにくく、透過性に優れているという特長を有しているからである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像及び距離の測定が可能であれば、紫外線又は可視光等の他の光線を利用してもよい。また、上記の実施の形態では、光線を利用して撮像及び距離の測定を併せて行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像するためのカメラと、距離を測定するための距離測定装置とを個別に備えていてもよい。なお、このような場合、距離測定装置は、音波又は電磁波等を利用して測定対象との距離を測定するように構成されていてもよい。

また、上記の各実施の形態では、画像処理により粒径を算出した後、算出された粒径に基づいて粒度分布を算出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、粒度分布の算出は行わず、粒径を算出するのみであってもよい。

また、上記の各実施の形態では、複数の粒子が重なっていると判定された粒子群については、画像データ上で最前面となる粒子のみを処理対象として抽出するように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、重なっていると判定された粒子群の後方の粒子について、その形状を画像データ上に写る範囲から予測し、その予測された形状に基づいて粒径を概算するように構成されていてもよい。

また、上記の各実施の形態では、乗り継ぎ点等の粒状工業用原料が空中に投下される地点において、粒状工業用原料を撮像するように構成されている。これは、このように空中に投下された粒状工業用原料は散逸しながら落下するため、複数の粒子の重なりを抑制することができ、より多くの粒子を撮像し、処理対象とすることができるためである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ベルトコンベア等の運搬手段上の粒状工業用原料を撮像するように構成されていてもよい。なお、このような場合であっても、本発明では、他の粒子の重なりにより、その全体を把握することができないような粒子を処理対象から除外し、正確に粒径を測定することができる粒子のみを抽出することができるため、高い精度で粒径及び粒度分布を測定することができる。

本発明の粒径測定装置及び粒径測定方法は、粒状の工業用原料等の各粒子それぞれの粒径を測定するための粒径測定装置及び粒径測定方法等として有用である。

１ 粒径測定装置
１１ 撮像部
１１ａ 発光部
１１ｂ 受光部
１１ｃ 光学レンズ
１２ 情報処理部
１２ａ ＣＰＵ
１２ｂ ＲＯＭ
１２ｃ ＲＡＭ
１２ｄ ハードディスク
１２ｅ 入出力インタフェース
１２ｆ 入力部
１２ｇ 画像表示部
１２ｊ バス

Claims (9)

1. 運搬経路上を移動する、複数の粒子を含む粒状原料を含む画像データを撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された画像データの画素毎に、前記画像データにおける前記粒状原料の各粒子それぞれと当該撮像部との間の距離を測定する距離測定手段と、
   前記撮像部により撮像された画像データ及び前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記粒状原料の各粒子それぞれの粒径を算出する粒径算出手段と
   を備える粒径測定装置。
2. 前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記画像データ上において各粒子が重なっているか否かを判定する重なり判定手段と、
   前記重なり判定手段の判定結果に基づいて、前記画像データ上から処理対象となる粒子を特定する粒子特定手段とをさらに備え、
   前記粒径算出手段は、前記粒子特定手段により処理対象として特定された粒子の粒径を算出するように構成される、
   請求項１に記載の粒径測定装置。
3. 前記粒子特定手段は、前記重なり判定手段により重なっていると判定された複数の粒子については、前記画像データ上において最前面となる粒子を処理対象として特定するように構成される、
   請求項２に記載の粒径測定装置。
4. 前記距離測定手段により測定された距離に基づいて、前記画像データに含まれる各粒子を複数のグループにグループ化するグループ化手段をさらに備え、
   前記粒径算出手段は、前記グループ化手段によりグループ化された粒子群毎に設定される代表距離に基づいて、当該粒子群に含まれる粒子それぞれの粒径を算出するように構成される、
   請求項１乃至３の何れかに記載の粒径測定装置。
5. 前記距離測定手段は、光を発光する発光部と、光を受光する受光部とを具備し、前記発光部から前記粒状原料に対して発光され、当該粒状原料から反射された光を前記受光部が受光することで距離を測定するように構成され、
   前記撮像部は、前記発光部から発光される光を利用して撮像を行うように構成される、
   請求項１乃至４の何れかに記載の粒径測定装置。
6. 前記発光部は、赤外線を発光するように構成される、
   請求項５に記載の粒径測定装置。
7. 前記撮像部は、前記運搬経路上で空中に投下される粒状原料を撮像するように配設される、
   請求項１乃至６の何れかに記載の粒径測定装置。
8. 前記粒径算出手段により算出される前記粒状原料の各粒子の粒径に基づいて、当該粒状原料の粒度分布を算出する粒度分布算出手段をさらに備える、
   請求項１乃至７の何れかに記載の粒径測定装置。
9. 運搬経路上を移動する、複数の粒子を含む粒状原料を撮像部により画像データとして撮像するステップと、
   前記撮像部と前記撮像するステップによって撮像された前記粒状原料の各粒子それぞれとの間の距離を測定するステップと、
   前記撮像するステップにおいて得られた画像データ及び前記測定するステップにおいて測定された距離に基づいて、前記粒状原料の各粒子それぞれの粒径を算出するステップと
   を有する粒径測定方法。

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