JPH02502575A - 自動粒子分析方法および分析を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自動粒子分析方法および分析を実施する装置技術分野 この発明は、所要される形状および色からの粒度分布と偏差を決めるように自動 分析する方法に間するものである。この方法は粒子試料の収集と、単層形の軽量 化と分析される像を取る単層形の粒子カーテンの発生とを含んでいる。また、こ の発明は粒子供給装置における該方法を実施する装置に関するものである。この 装置は単層形の粒子カーテンを発生する装置を含んでいる。

背景技術 粒子材料の製造の際、或はこの様な粒子材料が少なくとも１つの製造工程にて加 えられるべきである方法においては、方法を制御するように出来ることが重要で あるので、粒子形成材料の所要の粒度分布が得られる。併し乍ら、粒子の形状は 製品の品質に重要で、従って所要される形と色から粒子偏差を知ることが所要さ れるので、この様な基準に関して方法が制御できる。

肥料工業においては、最終製品の粒度分布と粒子形状に就いての確実な情報を有 することが、これらパラメーターの最適な値が全く経済的な見地からと製品を使 用する時、例えば製造された丸薬や顆粒を散布する時との両方に重要である時に 長い間所要されている。更に、もし、戻りに運ばれるようになる大きな小片を篩 分けすることなく輻狭い篩目範囲によって製品を与えれば、最も経済的な方法と なろう。

幾つかの分析装置と測定技術が既に有効であり、上述した問題を解決するように 使用されるが、その適応性は非常に特別な方法に一般的に限られている。従って 、粒子分析装置は、シルエット投影方法が使用される米国特許第４．４９７，５ ７６号にて知られている。また、分析装置は粒子の試料を通って指向される平行 なレーザービームと、通過した光を記録する装置の使用を含んでいる。

上述した試料における粒度分布を示すようにこの記録が次いで分析される１表示 される測定において満足される一連の状態が該特許に記載されているが、この様 な状態が実現できるかは明確に示していない０分析される粒子はコンベヤベルト によって運ばれて光源の前でコンベヤベルトから落下して、処理されるよう次の コンベヤベルトの上に落ちる。説明される１つの状態は、コンベヤベルトから落 下した粒子が粒子の単層を形成して同じ速度で落下することである。併し乍ら、 特別に得られるこの様な単層は説明されず、上述した装置は利用に適していない のが明らかである。

更に、ドイツ国特許第２７　４１３２１号から、ビデオ画像の記録と分析による 落下粒子流内の粒度分布を決定する装置が知られている０粒子はサイロの伸長し た溝穴から流出し、これによって熱映像カメラが設けられたビデオレコーダーを 通過する粒子のカーテンを形成する。

粒度分布に加えて、粒子熱容量が記録される時に粒子が球面形状から大きく偏っ ているかを装置が記録する。特許は、代表的な試料を如何に取るかを記載してい ないし、特別な測定が代表されるべき分析された粒子カーテンに必要であるかも 記載していない、微細な塵が分析結果を実質的に乱さないことが記載されている 。アスファルトの種々な添加物の粒度分布の分析のために装置が主に用いられる 。

粒子分析の問題を成る程度明確にする情報を上述の特許が与えているが、これら 特許は粒子分析を経た肥料造粒／丸薬化を制御する問題に対する実際的な解決を 与えて居らず、また発明者が解決を見い出すように主に何をしたかを記載してい ない。

発明の開示 この発明の目的は、所要される形状、或は色や粒度から粒子偏差の目下の情報を 与えて、これによって一層均等な製品の品質を得て製造中の作動変化に迅速に応 答することが出来る方法と装置を開発することにある。

粒子Ｗ造、例えば肥料丸薬化の良好な制御を得る第１の状態は、いつでも中間ま たは最終製品の代表的な試料が取ることが出来ることである６発明者は、通常の 試料採取装置の利用による種々な具合に問題が解決できることを見い出した。従 って、粒子入口のための溝穴の有る容器が使用できる。この様な試料採取装置に よって、コンベヤベルト上の製品粒子の流れを横切る容器溝穴開口を通すか或は コンベヤベルトから降下することによって試料を採取出来る。溝穴開口は正常速 度で粒子流れの全横断面積を通さなければならず、試料容器の溢出を避けるよう に十分速くなければならない、更に、試料容器を迅速に完全に空にするように出 来なければならず、これによって新しい試料を採取出来る。横断は例えば複動圧 縮空気シリンダの助けによって実施できる。

分析方法の次の工程は、試料が採取された後に分析されて直ぐに表示されるよう に欲せられる代表的な分析を得る試料を造ることである。この問題に対する解決 は成る程度粒子試料を分析するように選ばれる技術に基いている。Ｓ分けと計量 は時間が掛かり過ぎてこの利用に適していないことを見出した。併し乍ら、粒子 カーテンの成る形の画像表示に関心が引かれた１次いで、採取される試料の再生 可能で代表的な粒子流れを供給するように作業が行われた。レーザービーム、赤 外線による粒子の計量またはフィルム／ビデオカメラ或は写真機を用いる画像撮 影を選ぶが、粒子の単層の形の粒子流れを得るのが実際的であることが見出され た。このために上述した米国特許第４．４９７．５７６号に示される装置は使用 できない、他の事項の中で、コンベヤベルトの寸法を適切に決めてコンベヤベル トの全幅に互って粒子の単層を得ることを確実にするように速度を設定すること は非常に困難である。この装置は、粒子の自由落下速度が知られていることを更 に仮定している。

この発明は、従って落下する粒子の単層を生じるように振動板上に粒子を供給す るように選ぶ、第１試験の結果、考えの一層の展開が始められたことを約束する ように成った。振動板上に落下する粒子を用量することは臨界的パラメータであ ることが明らかである。出口開口が振動板から一定の調節可能な間隔を以って設 けられたサイロの使用によって問題が解決された。更に、出口開口の直径は分析 される粒子に適合出来る大きさを持っていた０通常のサイロはこのためには使用 できたが、振動板に対する間隔とサイロ内の粒子のレベルとを測定するようにレ ベルセンサを設けるよう必要とされることが明らかである。前述のレベルセンサ は試料採取器にインパルスを与えることが出来たので、例えば多かれ少なかれ一 定粒子レベルがサイロ内に維持された。振動板に対する間隔は、振動板から粒子 の適切な量の供給を得るように臨界的であるのが明らかであった。更に、発明者 は、振動板から供給される粒子の正常な単層を得るように振動板の設計が重要で あることを見出した０粒子の正常な単層は、円形板の選択と振幅および周波数の 調節とによってサイロからの供給に適合できる振幅板の周辺を囲んで総て供給さ れた。別のパラメータが、良好な結果を決めるべく別の試験において明らかに成 った。１！ｉ幅板に対する製品傾斜角度が滑り角度以下に維持された。関連した 型の製品における滑り角度が従って決められるべきで、試験した粒子試料におい ては２８°であった。正しい角度が種々な具合に或はその組合わせによって得る ことが出来た。従って、振動板は僅かに円錐形状に出来、これによって振動板の 上の粒子の量が減少されるので、振動板上の粒子の残留時間がまた減少される。

水平な板に対する製品の傾斜角度が滑り角度の約２／３である時に、板に従って 非常に良好に装置が作用したことを経験は示している８粒子供給装置が上述した 原理に従って構築され、製品特性、特に粒子の直径と滑り角度に対して臨界的パ ラメータを適合することによって単層の粒子の正常流れを供給するように出来る ことを見出した。

単層の粒子の分析は既に述べた様に種々な具合に実施出来るが、粒子のシルエッ ト画像が得られるように例えばビデオカメ・うによって連続して或は断続して単 層の画像を取るのが最も有効であることを発明者は見出した。

これによって、形状と粒度分布との両者が記録された。

所要される形状からの偏差の計算のための特別なコンピュータープログラムが開 発された１個々の粒子の円周と面積の測定によって、所要された形状からの偏差 と製品流れ内の粒度分布が計算できた。試料採取、粒子カーテンの生成、粒子の 分析が連続的に実施出来るので、製品パラメータが分析結果の関数として調節出 来る。

この発明の特別な特長は添付の請求の範囲に規定されている。

この発明は以下の実施例と図面に更に説明されよう。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明に従った粒子供給装置を示す概要図、第２図はこの発明に従っ た方法の実施の下に使用される装置組合せを示す概要図、 である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に示される粒子供給装置は、製造工程中の適宜な点、例えばコンベヤベル ト（口承しない）にて粒子試料を採取する試料採取器１を有する。試料採取器１ は縦長の溝穴開口を有した容器とすることが出来る。試料が採取される時に、試 料採取器１はサイロ３内に直接に注出されか、或は試料がパイプまたは移送装置 ２を介してサイロ３に送られる。サイロ３は、サイロ３の出口開口に可動延長部 ６が設けられる０粒子７はサイロ３から振動板８上に落下するよう放出され、実 施においては粒子７の層が水平な振動板８と角度αを以って振動板８上に形成さ れる。角度αは分析される製品すなわち粒子の滑り角度よりも小さい１例えば、 角度αは滑り角度よりも穀皮だけ小さくして感知し易いのを避けるように出来、 滑り角度の２７３はどの角度αが好適に使用される。角度αは幾つかの異なった 具合に、特に振動板８の外縁からサイロ３の中心までの間隔すに対する間隔ａ、 或は所要される値の角度αを与える横断面積に延長部６を調節することによって 設定できる。

サイロ３には間隔センサ５を設けることが出来、これによって間隔ａを調節する ように出来る。更に、サイロ３は少なくとも１つのレベルセンサ４を有している ０例えば、サイロ３内の最小および最大レベルの両方が記録出来る。レベルセン サ４は試料採取のための信号を発信する。試料採取器１は、試料採取中はコンベ ヤベルト上に在る試料流れ或はコンベヤベルトから落下する試料流れの全幅を横 切って試料採取器１から取出す複動シリンダに従って接続できる０粒子はそこで 試料採取中の試料採取器１の速度の適切な選択を以って試料採取器１の溝穴内に 捕捉され、湿田することがなく、同時に製品流れの代表的な試料が保証される。

また、サイロ３は垂直な仕切りの助けによって幾つかの室に分けることが出来る 。

振動板８は周知な具合に振動でき、振幅と周波数の両方が調節できる。角度αが 滑り角度よりも小さく成るような間隔ａの調節と振動板８の振動とによって、粒 子は振動板８の縁からこぼれ落ちる。好適には、円形の振動板８が使用されて、 この振動板８の成る扇形部分が見えなく出来るので、粒子は振動板８の周囲の部 分を越えてこぼれ落ちるだけである。振動板８は僅かに円錐形に遣ることが出来 るが、この様な円錐角度は滑り角度よりも小さい、振動の大きさや周波数の調節 によって、粒子が振動板８から粒子の単層すなわち粒子カーテン１０を以って落 下することを確実にするように容易に構成できる。

粒子流れすなわち粒子カーテン１０は次いで光源９によって照射できる。光２１ ９は正常なランプ、一連のレーザービームや信号を発信するフラッシュとするこ とが出来る。

第２図は、粒子カーテン１０の画像を撮る装置や、“オンライン”分析とデータ 処理の装置に接続されて自動粒子分析用の完全な装置を構成する第１図に従った 粒子供給装置を示している。

装置１１はフィルムやビデオカメラ或は光１例えばレーザービームが透過する記 録装置とすることが出来る。

いつでも写真を撮るビデオカメラが好適に使用されるが、もし光源がフラッシュ ならば、写真は各フラッシュの度にだけ記録される。装置１２は画像を連続また は断続して分析する画像分析器である。この装置１２は、フラッシュ９を発光し たり或は装置１１によって画像を撮ってその度毎に画像の分析が完了されるよう 信号１３を発信する装置を有することが出来る。

装置１１は粒子カーテン１０の粒子のシルエットを撮影するように使用できるし 、また粒子の種々な色または灰色の陰の間の区別に使用することが出来る。

今日のビデオ画像は５１２Ｘ５１２のポイント（画像素子、ピクセル）から成っ ている。黒くなった多数のビクセルが各画像の面を形成している。

外周は外形追従ルーチンによって決められる。ＰＣと一体に出来る画像分析器１ ２は、ビデオ画像の各粒子の面積と外周の測定が出来るよう画像の読み取りと記 憶のための必要なコンピュータープログラムを有している。

画像分析器１２からの生のデータが次いで後データ処理のために、例えばＰＣｌ ４に使用される。適宜なデータ処理プログラムの助けによって、生のデータが処 理されるので、特別な粒度分布と所要される形状からの粒子偏差のための種々な 表示が得られる。

ＰＣ装置１４からのデータは次いでプリンターやコンピュータースクリーン等と することが出来る少なくとも１つの装置１５に表示され、最適な製造と製造品質 に向かって製造方法を制御するための工程の適切な部分に画像分析結果が次いで 転換される。勿論、データは製造方法の適切な部分の後の検討のために記憶でき る。

実施例１ この実施例は第１図に従った装置による単層形の粒子カーテンの製造を示してい る。

流れ特性と滑り角度が異なった型の製品において最初に測定された。そこで、各 型の製品が順々に送られてサイロを経て振動する円形板の上に落下された。サイ ロ内の粒子レベルは新しい粒子を供給することによって試験中は多少一定に維持 され、大きな粒子または粒子の塊が流出できることを保証する大きさを持ったサ イロ開口が使用された１円形延長部（第１図の可動延長部６）がサイロ開口の回 りに設けられ、振動板とサイロ開口との間の間隔を調整するように延長部を上下 動することが出来た。

間隔ａは、平らな円盤に向かう製品の傾斜が製品の滑り角度の大体２／３に成る ような具合に設定された。振動器が始動され、これによって粒子が円盤の周囲を 越えて規則的に流れるように始まった。Ｓ動器の周波数乃至は振幅を変えること によって、振動器を設定するように比較的に容易に構成できるので、粒子カーテ ンが粒子の単層に遣られた。振動器の適正な設定が最初に見られる時に、設定が 全試験における同−型の製品においてはシ一定に維持出来る。幾つかの型の製品 を試験する時に、水平面に対する製品の傾斜角度αが滑り角度の下に少なくとも ５％、好適にはこの角度の５０％以上に在ることが見出された。単層を得るため の振動器の調節は、傾斜角度αが製品の滑り角度の７０〜６０％の間に在る時に 、多くの型の製品において最も容易であった。

振動器調節乃至は延長部６は、必要ならば、コンピュータープログラムの助けに よって制御出来るので、画像内の多数の粒子がはｆ一定に維持される。

実施例２ この実施例はこの発明に従った自動粒子分析を示しており、所要される形状から の偏差と同様に試料の伝統的な篩分は方法（実験室篩分け）と結果が比較される 。

目盛り定めはビデオカメラの前に既知の直径の完全球形の球を置くことによって 行われた。ミリメータ単位の直径がコンピュータープログラムに読み込まれ、画 像分析が異なる粒度の完全球形粒子に就いて続いて試験された。更に、球形から の偏差を判定するように個々の試料の粒子が前厄って手動で制御された。

約２ｋｔｔの丸薬にされた肥料の８つの試料が採取された。

各試料は、粒度分布、所要形状からの偏差を判定するように実験室試験された０ 次いで、試料はこの発明に従って分析され、粒子が第１図に従った粒子供給装置 の助けによって供給され、粒子の画像を撮るビデオカメラを通過する。１０〜２ ０粒子を含むこの画像に示される分析は分析に１秒大体撮懸かった。しかし、分 析時間は相当減縮できる０画像の処理が完了すると直ちに、信号が撮影される新 しい画像に与えられる。

この発明に従った画像分析（Ｂ）と実験室篩分け（Ｌ）と所要形状からの偏差の 結果が第１表に示されており、同表は粒度分布と所要形状からの試料備差とを百 分率で示している。篩分けは１００グラム当たりのグラム数である０表から明ら かな様に、実験室篩分けは画像分析よりも幾分幅広い間隔（篩分カテゴリー）を 覆う。

第１表に明らかな様に、同表にては実験室篩分けとこの発明に従った方法とによ って測定された粒度分布の結果の間に非常に良好な一致が見られる０球形からの 偏差の分析に関する限りは、良し悪しの製品に関する共通の判定に良く対応する 。しかし、この発明に従った方法は所要形状からの粒子偏差の一層正確な表示を 与えている。

実施例３ この実施例は粒状肥料粒子の調査を示している。実施例１にて説明されたと同様 な具合に考察が行われたが、最後の実施例で所要形状からの偏差はこの発明に従 った方法によってだけ調査された。この偏差の結果が第２表に示めされている。

また、粒状製品においては、粒度分布に関する限りは２つの分析方法の間に良好 な一致がある。所要形状からの粒子の偏差の分析はこの型の製品においても実際 の状態と良好な一致を見せている。

試料が製品流れから採取される様に粒子供給装置が丸薬化工程に接続された時に 、粒子分析器に記録される迄、製造方法の関連した部分の作動状態の変化から５ 分以内に総て行われた６通常の分析方法と比較して、これは最も特別な方法にお けるよりも十分に速い。

しかし、全分析時間を短縮することが出来ると共に、分析の質と精度に影響を及 ぼすことなく応答時間もまた短縮出来る。

自動粒子分析器が０．５〜１０．０ｉｍの測定範囲内の粒子のために良好に設置 されるが、小さな物理的変化によってこの測定範囲を相当移すように十分可能で あることを試験は示している。更に、粒子試料内の塵が何等問題を与えないこと を示している。

注文で行われる特別な適用は異なった色／灰色の陰のおよび明るい粒子を測定出 来ることが見られた。これは粒子カーテンを撮影する際にコントラスト板を適用 することによって達成された。同時に、粒度分布の分析を行うことが出来た。

この発明において、試料／製品流れの粒子分布に代表的な粒子の単層の形の粒子 カーテンに粒子試料を不変で実用的な形にて転換できる粒子供給装置が達成され る。

この様な構成の装置によって、１つ或は幾つかの製品流れの代表的な試料が、特 に粒度分布と所要形状からの偏差とに関して分析できる単層に迅速に出来ると共 に転換出来る。

粒子を分析する時に、画像が完全に処理されると直ちに、自動的に開始されるフ ラッシュによって粒子を照らすのが特に好適であることを見出した。各フラッシ ュにおいて１粒子の写真が撮影された。これは粒子カーテンの非常な精度と迅速 な分析を与えた。

この発明に従った方法と装置は総ての周知の特別な方法と、所要粒度と形状を持 った粒子の添加が重要である方法等に適用出来る。また、この発明は仕上げられ た特別な製品の確認にも適用出来る。この様な適用には、ばら荷装入やｇ！また は同等物への包装、或は粒子製品の明細の１ｉ１認の際の分析がある。この発明 に従った粒子分析器は実験室で少しの試料を分析する時にまた適用出来る。

Ｆし９．１ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　１年　８月１１日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子試料の収集、単層の形の粒子カーテンの形成、単層の照明、分析される 画像の記録を含む、粒子の粒度分布および所要の形や色の偏差を測定する自動分 析方法において、 下方に配置された振動板に対する間隔（ａ）が振動板の外縁とサイロの中心線と の間の間隔（ｂ）に対する長さを有し且つ粒子がサイロから流出して振動板の上 に落ちて該振動板が振動する時に振動板の縁を越えて落ちるよう十分に大きなサ イロを経て粒子試料を通すことによつて単層の形の粒子を形成し、粒子材料の滑 り角度の９５〜５０％である角皮αを水平面とで形成し、粒子カーテンを照らし て粒子カーテン内の粒子のシルエットを記録して分析して少なくとも１つの場所 にて表すことを特徴とする自動分析方法。
2. ２．画像分析装置からの信号でフラッシュまたは他の光源によつて粒子カーテン を照らし、粒子画像の分析が各々の時に完了されることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の自動分析方法。
3. ３．異なつた色または灰色の陰の粒子を分析する時に、灰色／色付きの陰が排除 される画像カメラ内のコントラスト装置が使用されろことを特徴とする請求の範 囲第２項記載の自動分析方法。
4. ４．試料採取器（１）を有する請求の範囲第１〜３項記載の方法を実施するため の装置において、 試料採取器（１）に加えて、サイロ（３）内の粒子のレベルを記録すると共に試 料を収集すべく試料採取器（１）に信号を与える少なくとも１つのレベルセンサ （４）を有したサイロ（１）と、サイロ（１）の出口開口に在る垂直方向に移動 自在な延長部（６）とを備え、該延長部（６）の下部は振動板（８）から間隔（ ａ）に在ることを特徴とする自動分析装置。
5. ５．間隔（ａ）を記録する間隔センサ（５）がサイロ（３）に設けられ、間隔セ ンサ（５）からの記録が延長部（６）の手動または自動垂直移動のために使用さ れることを特徴とする請求の範囲第４項記載の自動分析装置。
6. ６．振動板（８）が円形で、傾斜角度αより小さな円錐角を有していることを特 徴とする請求の範囲第４項記載の自動分折装置。
7. ７．振動板（８）の振動が、振動板（８）に連結された振動器の周波数乃至は振 幅の調整によつて調節出来ることを特徴とする請求の範囲第４項記載の自動分折 装置。