JP6099525B2 - ペレット粒径測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ペレット粒の粒径や、粒径分布などの粒度を測定するペレット粒径測定方法に関する。

鉄鋼原料として高炉に装入される鉄鉱石ペレットは、以下の手順で製造されている。まず、鉄鉱石ペレットの主原料となる粉鉱石に、必要に応じて石灰石などの副原料やベントナイトなどのバインダを添加し、さらに所定量の水分を加えることでペレット原料を得る。こうして得られたペレット原料をパン型造粒機などを用いて成形しペレット粒として造粒する。この成形されたペレット粒をグレート・キルンなどにより乾燥・焼成することで、鉄鉱石ペレットが製造される。

ところで、ペレット粒の造粒段階において、主原料及び副原料の粒度や供給量の変動、添加水分量など造粒条件の変動、さらには造粒機の回転速度や回転角度に応じて造粒されたペレット粒の粒度が変わることは、よく知られている。
この造粒後のペレット粒は、グレート・キルンなどにより乾燥・焼成されるが、乾燥及び焼結の各工程においてペレット粒間の通気性を確保するためには、造粒後のペレット粒の粒度バラツキを小さく、望ましくは均一にすることが要求される。

そのため、造粒機で造粒されたペレット粒は振動篩等によって所定の粒度幅に篩われ、粒径が規格内にあるペレット粒のみが乾燥・焼成工程に送られる。規格外の粒径のペレット粒は、ペレット原料として再利用されるものの、鉄鉱石ペレットの生産量を確保し生産効率を向上させるためには、規格外のペレット粒の発生はできるだけ少ない方がよい。
そこで、操業者（造粒機のオペレータ）は、造粒機の回転速度などを変化させて、造粒後ペレット粒の粒度のバラツキを調整する。しかし、現状では、操業者がペレット粒の粒度をリアルタイムに把握するのは困難であり、操業者はペレット粒が搬送されている現場に出向いて目視にてペレット粒の粒度を確認している。そのため、ペレット粒の粒度のバラツキを調節する操業アクションを頻繁に行うことが出来ず、ペレット粒の粒度の均一性を向上させるのは困難である。

係る状況の改善策として、画像処理の技術を用いた遠隔計測技術の採用が考えられる。ペレット粒の形状や粒度を画像処理の技術を用いて検出する技術としては、以下の特許文献１〜３に開示される技術がある。
特許文献１は、撮像手段により撮影された画像データに基づいて、被写体の輪郭としての輪郭円の検出を行う画像処理装置を開示するものである。この画像処理装置は、処理対象エリアを指定する処理対象エリア指定手段と、上記処理対象エリア内における上記輪郭円の周方向を指定する周方向指定手段と、上記処理対象エリア及び上記周方向に基づいて、処理対象エリア内に周方向の位置を異ならせた３以上の領域をエッジ検出領域として指定するエッジ検出領域指定手段と、上記エッジ検出領域内における輝度分布に基づいて、上記輪郭円の径方向に関するエッジ位置を識別するエッジ位置識別手段と、上記各エッジ検出領域について識別されたエッジ位置に基づいて、輪郭円を決定する輪郭円決定手段とを備えたことを特徴とする。

特許文献２は、粉体の造粒装置を開示するものである。この粉体の造粒装置は、造粒機から排出する造粒ペレットを傾斜板上に流下させる機構と、傾斜板および造粒ペレットに白熱光を照射する光源と、傾斜板および造粒ペレットの反射輝度を検知するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラにより検知した電気信号を造粒ペレットの粒子径に変換する機構と、該機構により造粒粉体の供給量を制御する機構とからなることを特徴とする。

特許文献２の粉体の造粒装置では、まず、白熱光がペレット粒に照射され、その反射光の輝度がＣＣＤカメラにて検知される。その上で、最も輝度が高いところをペレット粒の中心として、検知された輝度が中心から左右（水平）方向にスキャンされ、特定のしきい値までの距離が計算されてその値がペレット粒の直径とされる。
特許文献３は、ベルトコンベアで搬送されるばら物の粒度検知方法を開示するものであ
る。このばら物の粒度検知方法は、ベルトコンベア上で観測位置にあるばら物に、観測位置の斜め上方に設置された光源から光を照射し、該ばら物から散乱された光を、照射光軸とベルトコンベア面の交点の略真上に設置されたカメラで採取し、採取画像について画像処理を行って該採取画像の輝度分布を得、該輝度分布における最大ピークのピーク値から粒度を検知することを特徴とする。

特開２００７−１０８３３５号公報 特開平８−８９７８０号公報 特開２０００−３２９６８３号公報

上述の特許文献は、操業者が目視や振動篩によって得ていたペレット粒の形状や粒度を画像処理などを用いて検出する技術を開示しているが、いずれの技術を用いても、リアルタイムで連続的にペレット粒の粒度を測定することは困難である。
特許文献１の画像処理装置を用いてペレット粒の粒度を測定する場合、この画像処理装置では、ペレット粒のエッジ位置を探索する領域を決定する外郭円をオペレータによって手入力する必要がある。そのため、ペレット粒の粒径測定をオペレータ（人間）による手作業なしで行うことができず、ペレット粒の粒径測定をリアルタイムで連続的に処理することは困難である。

また、特許文献２の粉体の造粒装置を用いてペレット粒の粒度を測定する場合、この造粒装置では、ペレット粒の中心から、左右（水平）方向にスキャンすることでしかペレット粒の粒子径を測定していない。また、特許文献２の粉体の造粒装置では、ペレット粒表面での乱反射などの外乱や、ペレット粒が完全な真球ではないことなどを要因として、必ずしもペレット粒の中心の輝度が最も高くはならないので、検出されたペレット粒の中心位置が実際の中心位置からずれる場合が多々ある。従って、この造粒装置によって得られる距離データがペレット粒の真の直径値から乖離してしまうという問題が頻発する。

さらに、特許文献３の粒度検知方法を用いてペレット粒の粒度を測定する場合、ペレット粒の粒度を決定するための基となる輝度分布は、複数のペレット粒から散乱した光全体を足し合わせた輝度分布である。このような、いわば複数のペレット粒の特性が平均化された大雑把な情報である輝度分布を基にペレット粒の粒度を１ｍｍ単位で検出することは困難を極めるので、特許文献３の粒度検知方法では、正確にペレット粒の粒度を測定したいという要望に応えることは難しい。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、ペレット粒の大きさをリアルタイムで連続的に測定できるペレット粒径測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係るペレット粒径測定方法は、球形状のペレット粒の粒径を測定するペレット粒径測定方法であって、前記ペレット粒を撮影してペレット粒画像を取得する撮影工程と、前記撮影工程で取得したペレット粒画像の輝度分布を予め用意された基準画像の輝度分布と比較して、前記ペレット粒画像の中心位置を検出する中心位置検出工程と、前記ペレット粒画像の輝度分布において、前記中心位置検出工程で検出した中心位置から該中心位置を離れる径方向に輝度の変化を検出し、前記輝度の変化が最も大きい位置を前記ペレット粒画像の外周端部の位置として検出する外周端部検出工程と、前記ペレット粒画像の中心位置から前記外周端部検出工程で検出した外周端部の位置までの距離に基づいて前記ペレット粒の粒径を演算するペレット粒演算工程と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記撮影工程は、複数の前記ペレット粒を一つの画像内に撮影することで、前記ペレット粒画像を複数含むペレット粒群画像を取得し、前記中心位置検出工程は、前記複数のペレット粒のうち最も粒径の小さいペレット粒よりも小さい径の画像を前記基準画像として予め保持し、前記ペレット粒群画像の輝度分布において前記基準画像の輝度分布
との偏差が最小となる偏差最小位置を検出し、該検出した位置においてペレット粒画像の中心位置を検出するとよい。

また、外周端部検出工程は、前記中心位置が検出されたペレット粒画像の輝度分布において、前記ペレット粒画像の外周端部の位置を複数検出し、前記ペレット粒演算工程は、前記ペレット粒画像の中心位置から前記外周端部検出工程で検出した複数の外周端部の位置までの各々の距離を算出し、前記算出した複数の距離に基づいて前記ペレット粒の粒径を演算するとよい。

さらに、前記中心位置検出工程で用いられる前記基準画像として、予め撮影されたペレット粒の画像から該ペレット粒の中心位置を含む画像を切り出すと共に、前記切り出された画像の輝度に対してぼかし処理を施した画像を用いるとよい。
ここで、前記ペレット粒演算工程は、前記算出した複数の距離である各方向半径が以下の式を満足するペレット粒画像に基づく粒径のみを用いて平均粒径を取得するとよい。なお、以下の式における代表半径は、ペレットの各方向半径の平均値、メジアン値、最小二乗半径値のいずれかの値である。

本発明のペレット粒径測定方法によれば、ペレット粒の大きさをリアルタイムで連続的に測定することができる。

本発明の実施形態によるペレット粒径測定装置の配置を示す図である。 本実施形態によるペレット粒径測定装置で取得したペレット粒群画像と、ペレット粒径測定装置に予め用意された基準画像を示す図である。 中心位置が決定されたペレット粒画像の外周端部を検出する方法を説明する図である。 ペレット粒画像の中心位置から外周端部へ向かっての輝度を示す図である。 本実施形態によるペレット粒径測定装置が実施するペレット粒径測定方法のフローチャートを示す図である。 本実施形態によるペレット粒径測定装置が測定したペレット粒径の平均値の時間推移を例示する図である。 実際に計測した実測粒径と本実施形態によるペレット粒径測定装置によって測定した測定粒径との対応を表すグラフを示す図である。 判定パラメータとペレット選択率との関係を表すグラフを示す図である。 判定パラメータとペレット粒径測定装置の精度との関係を表すグラフを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。
（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａ及びペレット粒径測定方法について説明する。

まず、図１を参照し、本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａについて説明する。
図１は、ベルトコンベア２によって搬送されるペレット粒３に対するペレット粒径測定装置１ａの配置を示す図である。図１に示すベルトコンベア２は、高炉に装入される鉄鋼原料である鉄鉱石ペレットに焼成される前の略球形状のペレット粒３を搬送している。
ペレット粒径測定装置１ａは、ハロゲンランプやＬＥＤランプなどで構成される光源４、ＣＣＤカメラなどによって構成される輝度測定装置５、及び図示しない粒径検出装置を有する。

図１に示すように、ハロゲンランプやＬＥＤランプなどの光源４は、ベルトコンベア２の上方に設けられ、ベルトコンベア２で搬送される複数のペレット粒３に光を照射するものである。複数の光源４をベルトコンベア２の上方に配置して、異なる方向からペレット粒３を照らしてもよい。
ＣＣＤカメラなどの輝度測定装置５は、光源４と同様にベルトコンベア２の上方に設けられ、光源４によって照らされた複数のペレット粒３を撮影してペレット粒群画像６を取得する（撮影工程）。

粒径検出装置は、輝度測定装置５で取得されたペレット粒群画像６を用いて、略球形状のペレット粒３の粒径を演算して検出するものであり、ペレット粒群画像６に撮像された複数のペレット粒３の各々の画像であるペレット粒画像１３の中心位置１１を検出する中心位置検出部と、ペレット粒画像１３の外周端部の位置を検出する外周端部検出部と、ペレット粒３の粒径を演算するペレット粒演算部とを有する。

以下、図２〜図４を参照しながら、中心位置検出部、外周端部検出部、及びペレット粒演算部の動作について説明する。
図２を参照し、中心位置検出部について説明する。図２は、本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａで取得したペレット粒群画像６と、ペレット粒径測定装置１ａに予め保持された基準画像７を示す図である。図２に示す実線の四角形は、ＣＣＤカメラなど輝度測定装置５で撮影された撮影画像の範囲を示す枠（撮影枠）８であり、実線で示した枠８の内側がペレット粒群画像６である。また、ペレット粒群画像６の隣に示す破線９で囲まれた画像は、後に詳しく説明する基準画像７である。

中心位置検出部は、ＣＣＤカメラなどの輝度測定装置５で取得されたペレット粒群画像６の輝度分布を、予め用意された基準画像７の輝度分布と比較して、ペレット粒群画像６に撮影されたあるペレット粒画像１３の中心位置１１を検出する（中心位置検出工程）。
中心位置検出部に保持される基準画像７は、以下の手順で作成される。
まず、過去に輝度測定装置５で撮影したペレット粒群画像６において任意に選定された１粒のペレット粒画像１３の画像から、該ペレット粒画像１３の中心を含んで、ペレット粒群画像６中の複数のペレット粒画像１３のうち最も粒径の小さいペレット粒画像１３よりも小さい径の領域（画像）を切り出して基準画像７とする。

図２においてペレット粒群画像６の隣に示す破線９で囲まれた画像が、ペレット粒画像１３から中心を含んで円形に切り取られた基準画像７である。なお、基準画像７は、図２に示すような円形である必要はなく、任意の四角形でも、輝度測定装置５の撮影枠８、つまりペレット粒群画像６に相似の四角形でもよい。
中心位置検出部は、基準画像７の輝度分布を記憶しておくと共に、基準画像７の中心位置１１と、輝度測定装置５の枠８に沿った基準画像７の水平方向及び垂直方向における長さ（画素数）とを記憶しておく。

中心位置検出部は、輝度測定装置５によってあるタイミングで撮影されたペレット粒群画像６に対して以下の処理を行うことで、粒径を測定する対象となるペレット粒３のペレット粒画像１３における中心位置１１を検出する。
まず、中心位置検出部は、図２に示すように、例えばペレット粒群画像６の最も左上において基準画像７と形状及び大きさが同じ比較領域１０を抽出し、基準画像７と抽出された比較領域１０とを重ね合わせるように、抽出された比較領域１０の輝度分布と基準画像７の輝度分布を比較して、両輝度分布の偏差を算出しその値を記憶する。

次に、中心位置検出部は、ペレット粒群画像６の最も左上の位置で抽出した比較領域１０の位置から１画素分だけ水平方向あるいは垂直方向に移動した位置を次の比較領域１０として抽出して、抽出された次の比較領域１０と基準画像７の輝度分布の偏差を算出しその値を記憶する。
中心位置検出部は、この方法による輝度分布の偏差の算出をペレット粒群画像６の全体
にわたって行い、輝度分布の偏差が最も小さくなる比較領域１０を得る。中心位置検出部は、輝度分布の偏差が最も小さい比較領域１０（偏差最小位置）の中心位置を、粒径を測定する対象となるペレット粒画像１３の中心位置１１として検出し決定する。

中心位置検出部は、上述の一連の中心位置検出工程を実施することで、粒径の測定対象となるペレット粒画像１３の中心位置１１を決定するが、この中心位置１１をより正確に決定するために、基準画像７に対して、ぼかし処理とよばれる前処理を行ってもよい。
ぼかし処理とは、例えば、ある画素の輝度値をその画素の上下及び左右に隣接する画素の輝度の平均値で置き換える移動平均法に似た処理を用いて、基準画像７の全ての画素の輝度値を、隣接する画素の平均化された輝度値で置き換えることである。

ここで、基準画像７の輝度分布は、基準画像７を切り取ったペレット粒画像１３の大きさ、つまり該ペレット粒画像１３として撮影された元のペレット粒３の表面を構成する球面の曲率などに依存する。例えば、ペレット粒３の球面の曲率が大きければ、ペレット粒画像１３の中心位置１１から離れるにつれて輝度値の変化も大きくなるが、曲率が小さければ、輝度値の変化も小さくなるなど、基準画像７の輝度分布は、ペレット粒画像１３として撮影された元のペレット粒３の形状の影響を受ける。加えて、ペレット粒群画像６に撮影された複数のペレット粒３は、均一な粒径及び球形を有するものではなく、粒径及び形状にある程度の幅（つまり、分布）が存在し、ペレット粒群画像６内に撮影された各ペレット粒３は、基準画像７の元のペレット粒３の粒径及び球形と異なる可能性がある。

そこで、基準画像７に対してぼかし処理を施せば、元のペレット粒３の形状に依存しない基準画像７の輝度分布を得ることができる。このようなぼかし処理を基準画像７に施せば、基準画像７の元のペレット粒３の形状及び大きさに近いペレット粒画像１３ばかりが中心位置検出部による中心位置１１の検出対象となってしまうという問題を回避することができる。

つまり、基準画像７の元のペレット粒３の形状及び大きさに近いペレット粒画像１３の中心位置１１が選択される確率を抑制し、様々な形状及び大きさのペレット粒画像１３の中心位置１１を決定することで、ペレット粒群画像６が異なれば、中心位置１１が決定されるペレット粒３の大きさ及び形状も異なるものとなる。従って、異なるペレット粒群画像６において中心位置１１が決定される複数のペレット粒３の粒径及び形状の幅（分布）は、ベルトコンベア２で運搬される、つまりペレット粒群画像６に撮影される複数のペレット粒３の粒径及び形状の幅（分布）に対応することとなる。

以上をまとめると、基準画像７に対してぼかし処理を施すことによって、ペレット粒３の影の形状や大きさに起因する影響を除去することができ、その結果、中心位置検出部は、予め記憶する基準画像７の元のペレット粒３の大きさや形状に依存することなくペレット粒画像１３の中心位置１１を抽出することができ、複数のペレット粒群画像６から正確にペレット粒３の粒径分布（粒度）を測定できる。

次に、図３及び図４を参照し、外周端部検出部について説明する。図３は、中心位置１１が決定されたペレット粒画像１３の外周端部を検出する方法を説明する図である。また、図４は、中心位置１１が決定されたペレット粒画像１３の中心位置１１から外周端部へ向かっての輝度を示す図である。
外周端部検出部は、ペレット粒群画像６の輝度分布において、中心位置検出部で検出した中心位置１１から、ペレット粒画像１３の径方向に沿って該中心位置１１を離れる方向に輝度の変化を検出し、輝度の変化が最も大きい位置を中心位置１１が設定されたペレット粒画像１３の外周端部の位置として検出する（外周端部検出工程）。

図３を参照すれば、外周端部検出部は、ペレット粒群画像６の輝度分布において、中心位置検出部で決定された中心位置１１から、例えば８等分など、等分割された円周に対応する複数の径方向のそれぞれに沿って輝度変化が最も大きくなる位置を探索し、輝度変化が最も大きくなる位置を検出する。
つまり、図４を参照すると、中心位置検出部で決定された中心位置１１で高い値を示す輝度値は、径方向に沿って中心位置１１から離れるにつれて緩やかに低下する。しかし、中心位置１１からある距離だけ離れた位置において輝度値が急激に低下している。外周端
部検出部は、輝度値が予め定められた閾値を超えて急激に低下した位置を検出し、検出された位置を、造粒ペレットの輪郭（外周）位置である外周端部位置１２として決定し記憶する。

図３に示すように、中心位置検出部によってペレット粒画像１３の中心位置１１が決定し、外周端部検出部によって８つの外周端部位置１２が決定する。
さらに、図５を参照し、ペレット粒演算部、及びペレット粒径測定装置１ａの動作について説明する。
ペレット粒演算部は、中心位置検出部によって決定されたペレット粒画像１３の中心位置１１から、外周端部検出部によって決定された８つの外周端部位置１２までの８つの距離を算出する。その上で、ペレット粒演算部は、算出した８つの距離の平均値やメジアン値を求めるなど、８つの距離に基づいてペレット粒３の半径の値を演算する（ペレット粒演算工程）。ペレット粒演算部は、このペレット粒３の半径を２倍した値をペレット粒３の粒径として検出し記憶する。

しかし、ペレット粒群画像６の輝度分布は、輝度測定装置５による撮影時に様々な外乱の影響を受けるので、外周端部検出部によって決定された８つの外周端部位置１２が、全て適正な外周端部の位置を示すとは限らない。外周端部検出部が、実際の外周端部から大きく乖離した位置を外周端部位置１２として決定する場合がある。実際から大きく乖離した位置を外周端部位置１２として採用すると、中心位置１１から外周端部位置１２までの距離が実際のペレット粒３の粒径からかけ離れた異常値となる場合がある。そのため、中心位置１１から外周端部位置１２までの距離がある閾値を超えた場合や、ある閾値に満たない場合に、閾値を超えた又は満たない値を除いて、８つ未満の距離に基づいてペレット粒３の粒径を演算する。

図５を参照し、上述のペレット粒径測定装置１ａによる動作の順序をまとめる。図５は、本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａが実施するペレット粒径測定方法のフローチャートを示す図である。
まず、ペレット粒径測定装置１ａは、ベルトコンベア２上を運搬されるペレット粒３をＣＣＤカメラなどの輝度測定装置５で撮影し、ペレット粒群画像６として取得する画像入力を行う（ステップＳ１：撮影工程）。

次に、中心位置検出部は、予め保持している基準画像７に対してぼかし処理を施す（ステップＳ２：ぼかし処理工程）。
続いて、中心位置検出部は、ステップＳ１で取得したペレット粒群画像６とステップＳ２でぼかし処理を施した基準画像７とを用いて、粒径の測定対象となるペレット粒画像１３の中心位置１１を検出し決定する（ステップＳ３：中心位置検出工程）。

この後、外周端部検出部は、ペレット粒群画像６の輝度分布に基づいて、ステップＳ３で中心位置１１が決定されたペレット粒画像１３の外周端部位置１２を検出する（ステップＳ４：外周端部検出工程）。
最後に、ペレット粒演算部は、ステップＳ４で検出された外周端部位置１２に基づいて、中心位置１１が決定されたペレット粒３の粒径を演算する（ステップＳ５：ペレット粒演算工程）。

本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａは、上述の図５に示す処理を経て、１枚のペレット粒群画像６から１つのペレット粒３の粒径を得ることができる。図５のフローに示す処理を、例えば１秒毎など、ある時間毎に繰り返して複数のペレット粒３の粒径を取得し、取得した複数のペレット粒３の粒径やそれら粒径の平均値などを、操業中に、造粒機の操業者に対してＰＣモニタなどの画面にリアルタイムで表示することができる。操業者は、ペレット粒３の粒径やそれら粒径の平均値の時間推移を見ながら、ペレット粒３の粒径が所望の値となるように、造粒機の回転速度や回転角度などの調整作業を適切に実施することができる。

具体的には、図６に示すように、例えば１秒毎などの時間単位毎に図５のフローに示す処理を繰り返して、ペレット粒３の粒径を１つずつ取得し、例えば１５分などの時間区間幅において取得された複数のペレット粒３の粒径の平均値（平均粒径）や頻度分布を算出
してもよい。
時間区間幅が１５分で１秒毎に１つのペレット粒３の粒径を取得する場合、９００個のペレット粒３の粒径データを用いて、ペレット粒３の粒径の平均値や頻度分布を算出することになる。

例えば、図６に示すグラフのように、１５分間で取得した９００個のペレット粒３の粒径の平均値（平均粒径）を、ＰＣモニタなどの画面に直近３時間〜４時間分表示すると、ＰＣモニタを見た操業者は、ペレット粒３の平均粒径の時間推移を適切に把握することができる。
上述のとおり、本実施形態によるペレット粒径測定装置１ａは、造粒されたペレット粒３の大きさをリアルタイムで連続的に測定することができる。その上で、その測定したペレット粒３の粒径の推移を操業者にリアルタイムで提示すれば、操業者は、造粒機やペレット粒３を搬送するベルトコンベア２まで度々出向いてペレット粒３の粒径を実測する必要がなくなる。従って、操業者は、造粒機やベルトコンベア２まで度々出向くことなく造粒機の回転速度や回転角度を適宜調節することができ、ペレット粒３の粒度のバラツキを抑制することができる。粒度のバラツキの抑制は、以下のような効果を生む。

まず、造粒後の篩機にて除外されるペレット粒３の割合を減少させることができ、鉄鉱石ペレットの生産性向上を実現することができる。また、粒径のバラツキが少ないペレット粒３をグレート・キルン工程に供給することができるので、グレート・キルン炉におけるペレット粒３間の通気性が良好に確保される。これによって、鉄鉱石ペレットの焼成効率を高め、燃料原単位を低減することができる。
（第２実施形態）
以下、図１〜図３、図５及び図７〜図９を参照して、本発明の第２実施形態によるペレット粒径測定装置１ｂ及びペレット粒径測定方法について説明する。

本実施形態によるペレット粒径測定装置１ｂは、第１実施形態によるペレット粒径測定装置１ａとほぼ同様の構成を有するが、粒径検出装置においてペレット粒３の粒径を演算するペレット粒演算部の動作は、第１実施形態とは異なる。以下、ペレット粒演算部によるペレット粒３の粒径の演算方法について説明する。
まず、第１実施形態によるペレット粒演算部は、図３に示すように、ペレット粒画像１３の中心位置１１から、外周端部検出部によって決定された８つの外周端部位置１２までの８つの距離を各方向半径として算出した。その上で、ペレット粒演算部は、算出した８つの距離の平均値やメジアン値を求めるなど、８つの距離に基づいて、ペレット粒画像１３の基となったペレット粒３の半径の値を演算した（ペレット粒演算工程）。ペレット粒演算部は、このペレット粒３の半径を２倍した値をペレット粒３の粒径として検出し記憶した。

このとき、第１実施形態では、輝度測定装置５による撮影時の様々な外乱の影響によって、算出した８つの距離である各方向半径が実際のペレット粒３の粒径からかけ離れた異常値となる場合があることに対処する方法を備えていた。その方法では、ペレット流画像１３の中心位置１１から外周端部位置１２までの距離（各方向半径）がある閾値を超えた場合や、ある閾値に満たない場合に、閾値を超えた又は満たない各方向半径を除いて、８つ未満の各方向半径に基づいてペレット粒３の粒径を演算し、該粒径の平均である平均粒径を演算した。

このように、第１実施形態では、図５に示すフローのステップＳ５（ペレット粒演算工程）において、中心位置１１を検出した「全て」のペレット粒画像１３について、各方向半径（例えば８個）を求めてペレット粒３の粒径を演算した。
それに対し、本実施形態によるペレット粒演算部は、当該ステップＳ５の工程において、第１実施形態と同様に中心位置１１を検出した全てのペレット粒画像１３の各方向半径を求めてペレット粒３の粒径を算出するが、各方向半径のばらつきを判定し、ばらつきが大きいペレット粒画像１３については粒径の平均である平均粒径の演算の対象とはしないことを特徴としている。つまり、各方向半径のばらつきが小さい、つまり真円（真球）により近いペレット粒画像１３を選別して、選別されたペレット粒画像１３に基づくペレッ
ト粒３の粒径のみを平均粒径の演算対象とする。

これによって、輝度測定装置５によるペレット粒画像１３の撮影時の様々な外乱の影響を排除してペレット粒３の粒径を演算すると共に平均粒径を得ることができ、ペレット粒径測定装置１ｂで測定したペレット３の粒径の平均（測定粒径）と実際のペレット３の粒径の平均（実測粒径）とが良好に対応（又は一致）するようになる。このように、外乱の影響を排除したペレット粒３の粒径を用いれば、実際の操業における、例えば１５分などの時間区間幅において取得された複数のペレット粒３の粒径の平均値（平均粒径）や頻度分布が、実際のペレット３の粒径（実測粒径）を基に算出した平均値（平均粒径）や頻度分布と良好に対応（又は一致）するようになる。

以下、本実施形態のペレット粒演算部によるペレット粒３の平均粒径の演算方法について具体的に説明する。
図５に示すフローのステップＳ３（中心位置検出工程）において中心位置検出部によって中心位置１１が検出されたペレット粒画像１３について、ステップＳ４（外周端部検出工程）において、ペレット粒画像１３の中心位置１１から、外周端部検出部によって決定された、例えば１２個の外周端部位置１２までの１２個の距離（各方向半径）を算出する。

その上で、ペレット粒演算部は、以下の式（１）を用いて、１２個の各方向半径を算出したペレット粒画像１３に対して、該ペレット粒画像１３に対応するペレット粒３の粒径を平均粒径の演算の対象とするか否か（つまり、平均粒径の演算に加えるか否か）を判定する。

まず、算出した１２個の各方向半径を基に、該１２個の各方向半径の平均値、メジアン又は最小二乗半径などを求めて、中心位置１１を検出した当該ペレット粒画像１３の代表半径とする。ここで、最小二乗半径とは、以下の式（２）の値を最小にする代表半径のことである。

式（１）に示すように、１２個の各方向半径の各々と上述のように決定した代表半径との差の総和を求め、その総和を代表半径で除していわゆる正規化を施す。この正規化された値が小さいペレット粒画像１３を真円（真球）に近いとみなして、該正規化された値が所定の定数である判定パラメータの値より小さなペレット粒画像１３のみを、ペレット粒３の粒径（ペレット粒径）の算出、及び平均粒径や頻度分布の算出の対象とする。

このように、本実施形態によるペレット粒演算部のペレット粒演算工程は、算出した複数の距離である各方向半径が式（１）を満足するペレット粒画像に基づくペレット粒３の粒径のみを用いて平均粒径を取得する。
図７に本実施形態のペレット粒径測定装置１ｂ及びペレット粒径測定方法によるペレット粒径の算出結果を示す。図７は、ペレット粒径測定装置によって測定したペレット粒３の平均粒径である測定粒径と、該ペレット粒３を実際に篩機等のゲージを用いて計測した平均粒径である実測粒径との対応を表すグラフを示す図である。図７（ａ）は、第１実施形態によるペレット粒径測定装置１ａ及びペレット粒径測定方法による結果を示し、図７（ｂ）は、第２実施形態によるペレット粒径測定装置１ｂ及びペレット粒径測定方法による結果を示す。

測定粒径は、式（１）を満足する複数の（多数の）ペレット粒画像１３を基に得られた多数のペレット粒３の粒径の平均粒径を計算することで、ペレット粒径測定装置１ｂによって得られる測定値である。実測粒径は、測定粒径を計算した複数の（多数の）ペレット粒３の粒径の実測値であって、測定粒径を計算した多数のペレット粒３の粒径を篩機などを用いて計測し、それら計測した粒径の平均粒径を計算することで得られる実測値である。

図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると、本実施形態による結果を示す図７（ｂ）のグラフでは、第１実施形態による結果を示す図７（ａ）のグラフよりもさらに値のばらつきが小さく、ほぼ一直線上に値が揃っている。このように、本実施形態のペレット粒径測定装置１ｂ及びペレット粒径測定方法によれば、測定粒径と実測粒径との対応がほぼ一対一となり、計測精度が大幅に向上していることがわかる。参考までに、図７（ａ）に示す結果における値のばらつき（分布σ）は１.３４ｍｍであるが、図７（ｂ）に示す結果における値のばらつき（分布σ）は０.５８ｍｍに改善されている。

しかし、図７（ｂ）に示す結果は、式（１）において設定された判定パラメータの値の影響を受ける。
図８の判定パラメータの値の大きさとペレット選択率との関係を表すグラフに示されるように、判定パラメータを大きくすれば式（１）を満たすペレット粒画像１３の数は多くなるので、中心位置１１が検出されたペレット粒画像１３のうち、ペレット粒３の平均粒径の演算対象として選ばれる割合（ペレット選択率）は高くなり、逆に判定パラメータを小さくすれば、ペレット選択率は低くなる。

ここで、式（１）は、１２個の各方向半径と代表半径との差を判定パラメータによって評価するための式であるので、判定パラメータの値を大きくすればするほど、１２個の各方向半径と代表半径との差が大きく精度の低い（つまり、真円から遠い）ペレット粒画像１３が多く選択されて平均粒径の演算対象となるので、大きな値の判定パラメータを採用することは良い結果をもたらさない。その一方、式（１）によれば、判定パラメータの値を小さくすればするほど、より１２個の各方向半径と代表半径との差が小さい、つまり真円（真球）に近いペレット粒画像１３を選択することができる。

しかし、１粒のペレット粒３の粒径を演算する場合とは別に、実際の操業形態のように、例えば１５分などの時間区間幅において取得された複数のペレット粒３の粒径の平均値（平均粒径）を取得する場合、判定パラメータの値があまりにも小さいと、図８に示すようにペレット選択率が非常に低くなり、粒径の演算対象となるペレット粒画像１３の数が少なくなり過ぎてしまう。つまり、平均値（平均粒径）を算出するためのサンプル数が非常に少なくなってしまうので、得られた平均値に偏りが生じペレット粒径測定装置１ｂとしての精度が低くなってしまう。

図９に、判定パラメータの値の大きさとペレット粒径測定装置１ｂの精度との関係を示す。図９は、判定パラメータの値に対する、粒径測定装置１ｂによって得られた平均値（上述の平均粒径）と実測によって得られた平均値（上述の実測粒径）の差の絶対値、つまり絶対値偏差（精度）の変化を表すグラフを示している。
図９のグラフに示されるように、ペレット粒径測定装置１ｂの精度を示す絶対値偏差は、判定パラメータの値が１.５〜２となる範囲で極小となっている。ここで、要求される精度（絶対値偏差）を０.２ｍｍ以下として、閾値を０.２ｍｍとすると、閾値以下の精度が得られる判定パラメータとしては、値１.６〜１.９が適正であることがわかる。以上のように、判定パラメータの値は、小さければ小さいほど良いというものではなく、ペレット粒径測定装置１ｂの精度が所望の値となるように設定しなくてはならない。

以上に説明したように、本実施形態のペレット粒径測定装置１ｂ及びペレット粒径測定方法によれば、平均粒径の算出対象とするペレット粒３を、ペレット粒画像１３における各方向半径がペレット粒画像１３の真円（真球）の程度を評価する式（１）を満たすもののみに限定している。この限定によって、測定粒径と実測粒径とが良好に対応（又は一致）し、ペレット粒３の粒径の測定を非常に高い精度で行うことができる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考
えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ａ，１ｂ ペレット粒径測定装置
２ ベルトコンベア
３ ペレット粒
４ 光源
５ 輝度測定装置
６ ペレット粒群画像
７ 基準画像
８ 枠
９ 破線
１０ 比較領域
１１ 中心位置
１２ 外周端部位置
１３ ペレット粒画像

Claims (5)

1. 球形状のペレット粒の粒径を測定するペレット粒径測定方法であって、
   前記ペレット粒を撮影してペレット粒画像を取得する撮影工程と、
   前記撮影工程で取得したペレット粒画像の輝度分布を予め用意された基準画像の輝度分布と比較して、前記ペレット粒画像の中心位置を検出する中心位置検出工程と、
   前記ペレット粒画像の輝度分布において、前記中心位置検出工程で検出した中心位置から該中心位置を離れる径方向に輝度の変化を検出し、前記輝度の変化が最も大きい位置を前記ペレット粒画像の外周端部の位置として検出する外周端部検出工程と、
   前記ペレット粒画像の中心位置から前記外周端部検出工程で検出した外周端部の位置までの距離に基づいて前記ペレット粒の粒径を演算するペレット粒演算工程と、を備えることを特徴とするペレット粒径測定方法。
2. 前記撮影工程は、複数の前記ペレット粒を一つの画像内に撮影することで、前記ペレット粒画像を複数含むペレット粒群画像を取得し、
   前記中心位置検出工程は、前記複数のペレット粒のうち最も粒径の小さいペレット粒よりも小さい径の画像を前記基準画像として予め保持し、前記ペレット粒群画像の輝度分布において前記基準画像の輝度分布との偏差が最小となる偏差最小位置を検出し、該検出した位置においてペレット粒画像の中心位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のペレット粒径測定方法。
3. 外周端部検出工程は、前記中心位置が検出されたペレット粒画像の輝度分布において、前記ペレット粒画像の外周端部の位置を複数検出し、
   前記ペレット粒演算工程は、前記ペレット粒画像の中心位置から前記外周端部検出工程で検出した複数の外周端部の位置までの各々の距離を算出し、前記算出した複数の距離に基づいて前記ペレット粒の粒径を演算することを特徴とする請求項２に記載のペレット粒径測定方法。
4. 前記中心位置検出工程で用いられる前記基準画像として、予め撮影されたペレット粒の画像から該ペレット粒の中心位置を含む画像を切り出すと共に、前記切り出された画像の輝度に対してぼかし処理を施した画像を用いることを特徴とする請求項２に記載のペレット粒径測定方法。
5. 前記ペレット粒演算工程は、前記算出した複数の距離である各方向半径が以下の式を満足するペレット粒画像に基づく粒径のみを用いて平均粒径を取得することを特徴とする請求項３に記載のペレット粒径測定方法。
   なお、以下の式における代表半径は、ペレットの各方向半径の平均値、メジアン値、最小二乗半径値のいずれかの値である。