JP6478281B2 - 粗大粒子の測定方法および粗大粒子の測定装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、透明フラットセル内にトナー粒子を通過させ、通過中のトナー粒子を検出し、粒度分布を測定した後、一定時間遅延の後、パルスレーザーを発光させてカメラで撮影し、得られた静止画像に撮影されたトナー粒子の大きさを測定および画像分析をすることにより、粒子の粒度分布、粗大粒子数を測定することが記載されている。
例えば、基材の表面の粒子は、粉体を濃縮する工程により、所定の粒子径以上の粒子が選別されたものである。
例えば、基材の表面の粒子は、粉体を濃縮する工程により、所定の粒子径以上の粒子が選別されたものである。
図1は本発明の実施形態の粗大粒子の測定方法に用いられる測定装置を示す模式図である。
測定装置10は、粉体中に含まれる所定の粒子径以上の粒子の数を測定する測定装置である。
測定装置10は、ステージ12と、撮影部14と、測定ユニット16と、ステージコントローラ18とを有する。測定装置10では、測定ユニット16により、撮影部14およびステージコントローラ18が制御される。
基材22は、その表面22aに粉体の粒子24がある。粒子24が測定対象である。粒子24は、基材22の表面22aに存在していればよい。しかし、測定精度を上げることができ、かつ測定時間を短縮できることから、粒子24は表面22aに均一に分散していることが好ましい。
粉体は、例えば、粉体を濃縮する工程で使用する溶液に溶解しない粉体であればよく、水に溶解しない色を持つ食品粉体、塗料粉体、金属粉体、金属化合物粉体およびその他の粉体であり、具体的には、ターメリック、トナー、金等が挙げられる。
上述のように、粉体中に含まれる所定の粒子径以上の粒子の粒子径と数を測定する測定装置10であるが、所定の粒子径以上とは、その粉体の本来求められる粒度分布の上限を逸脱している粒子の粒子径を指し、上限としてはmmオーダーであり、下限としては光学的な撮影限界により制限を受け概ね2〜5μm程度である。所定の粒子径以上の粒子のことを、粗大粒子ともいう。
撮影部14は、測定する粒子は、上述のように小さいものでは2〜5μmであるため、具体的には、光学顕微鏡にCCDを組合せた構成となる。
撮影部14で得られた撮影画像の撮影画像データは、測定ユニット16に出力され、例えば、測定ユニット16のメモリ38に記憶される。
表示部40は、例えば、撮像画像、画像処理部32で得られた画像、測定部36での測定結果、ヒストグラム(図5参照)等を表示するものであり、公知の各種のディスプレイが用いられる。また、表示部40には各種情報を出力媒体に表示するためのプリンター等のデバイスも含まれる。入力部42は、マウスおよびキーボード等の各種情報をオペレータの指示により入力するための各種の入力デバイスである。
また、撮影領域26の座標を、撮影範囲25における位置に応じて、撮影範囲25における座標に変換してもよい。この撮影範囲25の座標と撮影領域26の座標の設定、および上述の撮影領域26の座標の変換は設定部30でなされる。設定部30で設定した撮影範囲25の座標、撮影領域26の座標、撮影領域26の位置情報は、メモリ38に記憶され、ステージコントローラ18でのステージ移動に利用される。
色抽出処理ついては、基材22の表面22aの色と粒子24の色を抽出することができれば、色抽出方法は、特に限定されるものではなく、色抽出方法には公知の方法が適宜利用可能である。基材22の表面22aの色については、基材22として使用するものが予め決まっていれば、予め決定しておいてもよい。また、基材22の表面22aの色については、使用する基材22毎にライブラリとしてメモリ38に記憶しておき、表示部40にライブラリの色をパレットで表示させて、オペレータが入力部42を介して設定するようにしてもよい。
また、基材22の表面22aに目的とする粒子24以外の粉塵または糸くず等が混入している場合、粒子24の色を抽出する際に、幅を持たせ、それに合致しないものを棄却するようにしてもよい。
輪郭の抽出方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法が適宜利用可能である。例えば、粒子24の二値化像において、エッジ抽出のためのフィルタ処理を施し、エッジを抽出し、エッジの閾値とした濃度の画素をつないでいくことで輪郭線を得る。
画像処理部32では、輪郭画像形成後、例えば、輪郭を構成する画素について、隣接する画素間の距離を閾値として、輪郭画像が閉じた面であるかを判定する。
隣接する画素がない場合、輪郭は閉じた面を構成しないとする。具体的には、図3(b)に示す輪郭画像50aのように、輪郭線52aが撮影領域26の外縁29に接しており、不連続になっている状態のことである。
粒子24の重心位置は、例えば、粒子24の輪郭画像の面積を求め、その面積の重心位置を求めることで、特定することができる。なお、粒子24の重心位置を求める方法は、公知の方法を適宜利用することができる。
さらに、粒子24の重心位置の撮影範囲25における座標を求める。この場合、撮影領域26が撮影範囲25の座標で表されるものであれば、重心位置の座標が撮影範囲25における座標である。また、撮影領域26が撮影範囲25の座標で表されるものでない場合には、設定部30で重心位置の座標が撮影範囲25の座標に変換される。これにより、粒子24の像の位置を特定することができる。
ここで、少なくとも一部が欠損して撮影された粒子を取り除くとは、先の処理を行わないことである。本発明では、重心位置の数を基に粒子の数を数えるため、重心位置が求められてない粒子24については数を数える対象から外れることになる。
また、輪郭画像について粒子24の少なくとも一部が欠損して撮影されたとは上述の通りである。
なお、除去部34で、重複して撮影された粒子24を1つに集約する場合、1つの粒子24を除いて、フラグを立ててメモリ38に記憶させる。
粒子24の粒子径はフェレ径に限定されるものではなく、例えば、外接円の直径でもよい。フェレ径および外接円の直径の求め方は、特に限定されるものではなく公知の方法が適宜利用可能である。
測定部36では、数えられた粒子24の数と、数えられた各粒子24の粒子径を基に、ヒストグラムを作成するものである。ヒストグラムは、例えば、図5に示すようなものであり、表示部40に表示される。
また、測定部36は、粒子径が求められた全ての粒子24について、粒子24の数と、数えられた各粒子24の粒子径を基に、ヒストグラムを作成することもできる。
また、撮影領域26のつなぎ合わせる場合、撮影領域26のために多くの画像メモリが必要になりコストが嵩むが、測定装置10では、そのようなことがなく、コスト増大も抑制することができる。
図6は、本発明の実施形態の粒子の測定方法を工程順に示すフローチャートであり、図7は本発明の実施形態の粗大粒子の測定方法のうち、粒子像の抽出工程および粒子径算出工程を工程順に示すフローチャートである。
まず、測定対象の粉体を用意する。次に、粉体を定量計り取る。測定対象となる粒子の粒子径の下限が予め設定されている。粉体中の測定対象となる粒子径の下限未満の粒子と、測定対象となる粒子径の粒子を後述のようにして選別する。この場合、測定対象の粒子径下限未満のメッシュ数のフィルターで、粉体を包む。次に、粉体を包んだフィルターを溶媒に浸漬し、溶媒に、測定対象の粒子径の下限未満の粒子(以下、微粉という)を分散させて、測定対象となる粒子径の粒子(粗大粒子)と微粉を分ける。次に、吸引濾過で粗大粒子をフィルターに捕集する。このようにして、粉体を選別する(ステップS10)。この場合、フィルターが基材22になる。
そして、図2(a)に示すように表面22aに粒子24がある基材22に対し、測定ユニット16の設定部30(図1参照)で撮影範囲25を設定する。撮影範囲25に対して複数の撮影領域26(図2(b)参照)を、各撮影領域26の一部を重ねて設定する(図2(c)参照)。この場合、各撮影領域26の重ねる領域27aの幅W1、重ねる領域27bの幅W2も設定する。
このとき、設定部30では、撮影範囲25に対して座標を割り当て、各撮影領域26についても座標を割り当てる。各撮影領域26では、撮影範囲25における位置に応じた座標を撮影領域26に割り当てもよい。すなわち、各撮影領域26の座標を個別に設定するのではなく、撮影範囲25の座標で設定する。このようにして撮影領域26を設定する(ステップS12)。各撮影領域26の位置情報は、メモリ38に記憶される。
各撮影領域26の撮影の際には、各撮影領域26の位置情報に基づきステージコントローラ18でステージ12を移動させる。
次に、粒子24像の抽出を行い、粒子24像の粒子径を算出する(ステップS18)。ステップS18で抽出された粒子像を基に、粒子24の数を数える(ステップS20)。数えられた粒子24の数は、粒子径とともにメモリ38に記憶される。
一方、ステップS22において、全ての撮影領域を撮影したと判定された場合には、各撮影領域での粒子24の集計工程(ステップS24)に進む。
次に、全ての撮影領域での粒子24の数を集計し(ステップS24)、全ての撮影領域での粒子24の数と粒子径とを得る。ステップS24での粒子24の数の集計結果は、粒子24の粒子径とともにメモリ38に記憶される。
なお、所定の粒子径以上の粒子の数を測定することができればよく、ステップS26のヒストグラムの作成は、必ずしも行わなくともよい。
ヒストグラムについては、上述のように、粒子径が求められた全ての粒子24の数と各粒子24の粒子径を基に作成することもできる。
図7に示すように、ステップS18の粒子24像の抽出、および粒子24像の粒子径を算出する工程では、まず、色抽出の結果に基づき、撮影画像において、少なくとも一部が欠損して撮影された粒子24を除去部34で取り除く。この場合、除去部34で、色抽出処理された粒子24の撮影画像が、撮影領域26の外縁29と接するか否かを判定する(ステップS30)。ステップS30において、撮影領域26の外縁29と接すると判定された場合には、以降の処理がされない(ステップS32)。ステップS30における撮影領域26の外縁29と接するか否かは、例えば、粒子24の色と判定された領域に撮影領域26の外縁29が含まれるか否かで判定される。撮影領域26の外縁29と接すると判定された粒子24の像のデータについては、上述のように、フラグを立ててメモリ38に記憶させる。
一方、ステップS30において、撮影領域26の外縁29と接しないと判定された場合には、次の多階調処理(ステップS34)が施される。
次に、画像処理部32で、粒子24の多階調像に基づき、粒子24の像の輪郭を抽出し、粒子24の輪郭画像を得る(ステップS36)。上述のように、輪郭の抽出方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法が適宜利用可能である。粒子24の輪郭画像のデータはメモリ38に記憶される。
一方、ステップS38で閉じた面であると判定されたものについては、重心位置が特定される(ステップS42)。
さらに、粒子24の重心位置の撮影範囲25における座標を求める。この場合、撮影領域26が撮影範囲25の座標で表されるものであれば、重心位置の座標が撮影範囲25における座標である。また、撮影領域26が撮影範囲25の座標で表されるものでない場合には、設定部30で重心位置の座標を撮影範囲25の座標に変換する。変換された重心位置の座標は、メモリ38に記憶される。このようにして、粒子24の像の位置を特定する。
ステップS44において、同じ粒子であると判定された粒子については、除去部34で重複した粒子24を排除し(ステップS46)、複数の粒子のうち、1つの粒子24に集約する。集約した1つの粒子24について粒子径を算出する(ステップS48)。1つの粒子24に集約する際、1つの粒子24を除いて、フラグを立ててメモリ38に記憶させる。
ステップS44において、他の粒子と一致していると判定されなかった粒子の粒子径を測定部36で算出する(ステップS48)。
次に、測定部36で粒子24の粒子径が所定の粒子径以上であるか判定する(ステップS50)。ステップS50において、粒子24の粒子径が所定の粒子径未満である場合、それ以降の処理をしない(ステップS52)。この場合、粒子数のカウントの対象から外す。
12 ステージ
14 撮影部
16 測定ユニット
18 ステージコントローラ
22 基材
24 粒子
25 撮影範囲
26 撮影領域
30 設定部
32 画像処理部
34 除去部
36 測定部
38 メモリ
40 表示部
42 入力部
Claims (6)
- 粉体中に含まれる所定の粒子径以上の粒子の粒子径と数を測定する測定方法であって、
表面に粒子がある基材に対し、撮影範囲を設定し、前記撮影範囲に対して複数の撮影領域を、各撮影領域の一部を重ねて設定する工程と、
前記各撮影領域を撮影し撮影画像を得る工程と、
前記撮影画像について、前記基材表面の色と前記粒子の色を抽出する工程と、
前記色抽出の結果に基づき、前記撮影画像において欠損して撮影された粒子を取り除く工程と、
前記色抽出の結果に基づき、前記撮影画像において前記粒子の像を、少なくとも2階調の多階調処理を行う工程と、
前記粒子の多階調像に基づき、前記粒子の像の輪郭を抽出し、前記粒子の輪郭画像を得る工程と、
前記粒子の輪郭画像に基づき、前記粒子の重心位置を求め、前記重心位置の前記撮影範囲における座標を求め、前記粒子の像の位置を特定する工程と、
前記粒子の像の位置に基づき、前記複数の撮影領域で重複して撮影された粒子を抽出し、重複した粒子を1つの粒子に集約する工程と、
前記粒子の輪郭画像に基づき、粒子の粒子径を求める工程と、
前記粒子の粒子径のうち、前記所定の粒子径以上の粒子について、前記粒子の重心位置に基づき、前記粒子の数を数える工程とを有することを特徴とする粗大粒子の測定方法。 - 前記粒子の輪郭画像のうち、輪郭線が閉じていない粒子を特定する工程を有し、
前記輪郭画像において前記輪郭線が閉じていない粒子は、前記粒子の数を数える対象から外す請求項1に記載の粗大粒子の測定方法。 - 前記基材の表面の前記粒子は、前記粉体を濃縮する工程により、前記所定の粒子径以上の粒子が選別されたものである請求項1または2に記載の粗大粒子の測定方法。
- 粉体中に含まれる所定の粒子径以上の粗大粒子の粒子径と数を測定する測定装置であって、
表面に粒子がある基材を載置するステージと、
表面に粒子がある基材に対し、撮影範囲を設定し、前記撮影範囲に対して複数の撮影領域を、各撮影領域の一部を重ねて設定する設定部と、
前記ステージ上に配置され、前記ステージに対して相対的に移動して、前記各撮影領域を撮影し撮影画像を得る撮影部と、
前記撮影画像について、前記基材表面の色と前記粒子の色を抽出し、前記色抽出の結果に基づき、前記撮影画像において前記粒子の像を、少なくとも2階調の多階調処理を行い、前記粒子の多階調像に基づき、前記粒子の像の輪郭を抽出し、前記粒子の輪郭画像を得て、前記粒子の輪郭画像に基づき、前記粒子の重心位置を求め、前記重心位置の前記撮影範囲における座標を求め、前記粒子の像の位置を特定する画像処理部と、
前記粒子の像の位置に基づき、前記複数の撮影領域で重複して撮影された粒子を抽出し、重複した粒子を1つの粒子に集約し、かつ前記色抽出の結果に基づき、前記撮影画像において欠損して撮影された粒子を取り除く除去部と、
前記粒子の輪郭画像に基づき、粒子の粒子径を求め、前記粒子の粒子径のうち、前記所定の粒子径以上の粒子について、前記粒子の重心位置に基づき、前記粒子の数を数える測定部とを有することを特徴とする粗大粒子の測定装置。 - 前記画像処理部は、粒子の輪郭画像のうち、輪郭線が閉じていない粒子を特定するものであり、
前記除去部は、前記輪郭画像において前記輪郭線が閉じていない粒子を、前記測定部での前記粒子の数を数える対象から外す請求項4に記載の粗大粒子の測定装置。 - 前記基材の表面の前記粒子は、前記粉体を濃縮する工程により、前記所定の粒子径以上の粒子が選別されたものである請求項4または5に記載の粗大粒子の測定装置。
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