KR101575891B1 - 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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안지환
유광석
김관호
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한국지질자원연구원
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Abstract

본 발명은 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법을 공개한다. 이 방법은 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서, (a) 마이크로폰이 상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 단계; (b) AD 컨버터가 상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 단계; (c) 주파수 스펙트럼 생성부가 상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 (d) 최적 운전 조건 추출부가 상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 최적 운전 조건을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 시료 충전량에 따른 음향특성을 분석하여 볼 매개체의 장입량과 시료 충전량의 상관 관계가 추출되어, 시료의 분쇄를 최적화하고 볼 매개체 및 볼 밀 용기의 마모를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 시료 입자의 양이 적을 경우에도 충돌로 인한 에너지 소모량이 감소되고, 실제 현장에서도 실험실과 같이 볼 밀 용기의 운전 변수가 통제 가능하게 되어 분쇄 공정을 정확하고 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

Description

볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법{An acoustical monitoring apparatus of ball mill system and a method thereof}
본 발명은 음향 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 볼 밀 용기의 회전에 의해 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에서 볼 매개체의 음향 신호를 수집하고, 음압 진폭 및 주파수 특성을 분석하여 볼 매개체의 장입량과 시료 충전량의 상관 관계를 추출함으로써 시료를 최적의 조건으로 분쇄시킬 수 있는 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 분쇄 공정은 선광 공정 중 물질의 입도를 감소시키는 중요한 단계이며, 볼 밀(ball mill)은 미분쇄 단계에서 널리 사용되고 있다.
분쇄 매체인 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기가 회전하여 용기 내 볼 매개체의 임팩트 에너지를 이용하여 시료의 분쇄를 유도하게 된다.
볼 밀을 운전하기 위해서는 볼 매개체의 장입량과 시료 충전량이 매우 중요하며, 이 조건들을 적절히 유지하여 시료의 최대 분쇄 효과와 최적의 볼 매개체의 마모를 달성할 수 있다.
볼 매개체의 장입량(J)은 밀 부피의 약 30-50% 정도로 설정하는데, 연속공정의 경우 입자의 투입과 배출을 고려하여 더 낮은 장입량을 이용하기도 한다.
분쇄되는 시료 입자의 장입량인 시료 충전량(U)은 볼 매개체 사이의 공극을 가득 채울 정도 (U=1.0), 즉, 볼 매개체의 겉보기 부피의 약 40% 정도를 이용하는 것이 가장 효율적이라고 알려져 있다.
시료 입자의 양이 적을 경우 볼 매개체와 볼 매개체 간, 볼 매개체와 분쇄 용기인 볼 밀 용기의 내벽 간 충돌로 인한 에너지 소모량이 커지며, 볼 매개체와 볼 밀 용기의 마모도 늘어난다.
그러나, 볼 밀 용기의 모든 운전 변수가 통제 가능한 실험실과 달리 실제 현장에서는 이들 조건을 유지하는 것은 쉽지 않으며, 많은 운전조건의 변화를 숙련된 기술자가 감지하여 공정을 제어해야 하는 문제점이 있었다.
그리고, 대부분 볼 밀은 내부를 모니터링하기 어렵기 때문에 주로 외부의 진동, 음향에 근거하여 최적의 운전여부를 판단한다.
이러한 요소는 크게 진동신호와 음향 신호분석으로 구분되는데, 진동 신호들은 최근 압전소자를 이용한 가속도형 진동센서들이 개량되어 감에 따라 쉽게 측정이 가능하고 실제로 볼 밀에 적용하고자 하는 연구가 수행되고 있다.
하지만, 진동 신호는 볼 밀의 이상진단(Fault diagnosis)의 파악만 가능한 한계가 있었다.
반면, 음향신호는 마이크를 통한 신호 측정은 간단하지만, 실제 숙련 기술자와 같이 인간의 뇌 인식을 통한 복잡한 분석 및 판단이 어렵기 때문에 지금까지 많은 연구가 진행되지 못한 것이 현 실정이다.
이에 본 발명자는 시료 충전량에 따른 음향특성을 분석하여 음향 기반의 볼 밀 모니터링 시스템을 구축하기 위한 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법을 고안하기에 이르렀다.
(특허문헌 1) JP 3268241 B2
본 발명의 목적은 볼 밀 용기의 회전에 따라 볼 매개체의 충격 에너지로 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에서, 마이크로폰을 이용하여 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하고, 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 볼 밀 용기의 최적 운전 조건을 추출함으로써 시료를 최적의 상태로 분쇄시키기 위한 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 음향 모니터링 장치의 음향 모니터링 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치는 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서, 상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 마이크로폰; 상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 주파수 스펙트럼 생성부; 및 상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 최적 운전 조건을 추출하는 최적 운전 조건 추출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법은 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서, (a) 마이크로폰이 상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 단계; (b) AD 컨버터가 상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 단계; (c) 주파수 스펙트럼 생성부가 상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 (d) 최적 운전 조건 추출부가 상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 최적 운전 조건을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 의할 경우, 시료 충전량에 따른 음향특성을 분석하여 볼 밀을 운전하는데 있어서 중요한 볼 매개체의 장입량과 시료 충전량의 상관 관계가 추출되어, 이를 기초로 시료의 분쇄를 최적화하고 볼 매개체 및 볼 밀 용기의 마모를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 시료 입자의 양이 적을 경우에도 충돌로 인한 에너지 소모량이 감소되고, 실제 현장에서도 실험실과 같이 볼 밀 용기의 운전 변수가 통제 가능하게 되어, 운전조건의 변화를 자동으로 감지하여 분쇄 공정을 정확하고 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 볼 밀 장치에서 볼 밀 용기의 회전에 따른 볼 매개체의 움직임을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법을 구현하기 위한 볼 밀 시스템의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법을 구현하기 위한 볼 밀 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S130)에 따라 생성된 주파수 스펙트럼의 결과 화면이다.
도 6은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S140)에 따라 분석된 음압 진폭의 분석 결과 화면이다.
도 7은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S140)에 따라 주요 시료 충전량 조건(U=0.0, 0.5, 1.0, 1.25)에서 분석된 주파수 스펙트럼 분포의 결과 그래프이다.
도 8은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S150)에 따라 산출된 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함 또는 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈", "장치", "단계" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 일반적인 볼 밀 장치에서 볼 밀 용기의 회전에 따른 볼 매개체의 움직임을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법을 구현하기 위한 볼 밀 시스템의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법을 구현하기 위한 볼 밀 시스템의 블록도로서, 볼 밀 용기(110), 마이크로폰(120), AD 컨버터(130), 주파수 스펙트럼 생성부(140) 및 최적 운전 조건 추출부(150)를 구비한다.
도 4는 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S130)에 따라 생성된 주파수 스펙트럼의 결과 화면이다.
도 6은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S140)에 따라 분석된 음압 진폭의 분석 결과 화면으로서, (a) 측정될 원시 데이터(Raw data)를 나타내고, (b)는 시료 충전량(U)에 따른 진폭 평균치의 증가분을 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S140)에 따라 주요 시료 충전량 조건(U=0.0, 0.5, 1.0, 1.25)에서 분석된 주파수 스펙트럼 분포의 결과 그래프이다.
도 8은 도 4에 도시된 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법 중 단계(S150)에 따라 산출된 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법을 구현하기 위한 볼 밀 시스템의 각 블록의 기능을 설명하면 다음과 같다.
시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기(110)의 회전에 따라 볼 매개체의 충격 에너지로 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서, 마이크로폰(120)은 볼 밀 용기(110)의 회전에 따른 내부 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집한다(S110).
AD 컨버터(130)는 마이크로폰(120)으로부터 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환한다(S120).
주파수 스펙트럼 생성부(140)는 AD 컨버터(130)로부터 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성한다(S130).
최적 운전 조건 추출부(150)는 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여(S140) 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계를 산출하고(S150), 볼 밀 용기(110)의 최적 운전 조건을 추출한다(S160).
볼 밀 용기(110)는 최적 운전 조건 추출부(150)로부터 산출된 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계를 인가받아 추출된 볼 밀 용기(110)의 최적 운전 조건에 응답하여 시료를 최적의 상태로 분쇄시킨다(S170).
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법의 세부적인 동작을 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 음향 모니터링 시스템은 음향 데이터 수집, 데이터 가공 및 가공된 데이터의 분석 단계를 거친다.
먼저, 선광 공정 중 물질의 입도를 감소시키는 분쇄공정의 미분쇄 단계에서 볼 밀이 사용된다.
즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기(110)가 도 2에서와 같은 소정의 복수개 롤러(50)의 회전에 따라 회전하면, 볼 밀 용기(110) 내벽에 구비된 리프터(115)가 볼 매개체들(100)을 들어 올린다.
중력에 의해 높이 들어 올려진 볼 매개체들(100)은 큰 낙하 운동(cataracting)을 하고, 들어 올려진 볼 매개체들(100)은 작은 낙하 운동(cascading)을 하여 볼 밀 용기(110) 내에 볼 매개체(100)의 충격 에너지가 발생한다.
이에 따라 충전되는 시료가 충격 에너지에 의하여 미분쇄되게 된다.
이때, 알루미나 재질의 랩스케일 볼 밀을 사용하였고, 볼 매개체(100)는 25 내지 26 mm, 바람직하게는 25.4 mm의 볼을 사용하여 납석 시료를 대상으로 70 내지 72 RPM, 바람직하게는 71 RPM의 회전속도(임계속도의 70 %)로 회전한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 볼 밀 용기(110)와 약 30 cm 거리를 두고 설치된 마이크로폰(120)은 컨덴서 마이크로폰으로서, 동일한 볼 장입량 조건에서 시료 충전량(U)를 0~1.25(0 ~ 125 %)까지 25 %씩 증가시켜 가면서 볼 밀 용기(110)의 회전에 따른 내부 볼 매개체(100)의 음향에 대한 녹음을 실시한다.
이때, 녹음 조건은 주변에서 발생하는 잡음을 최소화하기 위하여 지향성(Directional) 세팅으로 카르디오이드(Cardioid) 방식을 사용한다.
이와 같이, 음향 데이터 수집 단계에서는 마이크로폰(120)을 이용하여 볼 밀 용기(110)의 회전에 따른 내부 볼 매개체(100)의 음향의 아날로그 신호를 수집하여, AD 컨버터(130)를 통하여 디지털 신호로 변환한다.
다음의 데이터 가공의 단계에서는 변환된 디지털 신호를 의미 있는 분석을 위해 디지털 상에서 변환한다.
즉, 음향의 경우 진폭은 볼륨 제어(Volume control), 정규화(Normalize), 압축(Compression), 게이트(Gate) 등의 변환이 있으며, 주파수 영역에서는 로우 패스, 하이 패스, 셀빙(shelving), 밴드 패스 필터를 주로 사용한다.
또한, 음향 데이터 수집 단계에서 녹음된 파일을 매트랩(MATLAB)의 사운드 라이브러리를 활용하여 자체코딩하고, 도 5에서 보는 바와 같이, 역 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform, FFT)을 이용하여 원하는 주파수 스펙트럼을 시료 충전량(U)=0, 0.5, 1.0 조건에 대해 생성한다.
최종적으로 데이터의 분석 단계에서는 데이터 가공 단계에서 변환 및 가공된 신호들을 다음과 같이 분석하여 음향 모니터링을 수행하게 된다.
도 6에서 보는 바와 같이, 시료 충전량(U)에 따른 음압의 변화 중 도 6(a)에서는 최초 분쇄실에 배경 노이즈가 녹음되고 있음을 확인할 수 있으며, 이는 약 평균 -36 dB로 나타났다.
시료 충전량(U)=0, 즉 시료가 없이 볼 매개체(100)만 구동시 가장 음압이 커짐을 확인하였으며, 약 25 dB의 배경 노이즈 대비 차이를 보였다.
시료가 충진 될수록 이러한 운전 소음은 감소하며 시료 충전량(U)에 대한 배경 노이즈 대비 음압 차이는 도 6(b)의 그래프와 같다.
시료 충전량(U)가 증가할수록 음압 차이는 꾸준히 감소하였으며, 특히 시료 충전량(U)가 1.0 보다 크게 증가하면 분쇄 효과가 감소하는 경향을 나타내는데, 이와 유사하게 상대 음압 또한 큰 폭으로 음향이 감소하는 현상을 확인하였으며, 급격한 음압 감소 역시 볼 밀 용기(110) 내부에서 분쇄 효과가 원활하지 못하다는 것을 유추할 수 있다.
도 5를 참조하여 스펙트럼 분석 결과, 볼 매개체(100)만으로 운전 시 1K hz 이상의 중/고음대의 음향이 명확하게 관측 되었다.
시료 충전량(U)의 증가에 따라서 저음(주로 500 hz 이하)의 영역에서는 감소 현상이 관측되지 않았지만, 중/고음대의 감소가 특징적으로 나타났다.
이와 같이 스펙트럼의 경향을 파악한 후 주요 시료 충전량 조건(U=0.0, 0.5, 1.0, 1.25)에서 주파수 스펙트럼 분포를 분석한 결과, 도 7에서 보는 바와 같이, 중음역 구간(1~5 khz)에서는 특징적인 분포변화가 보이지 않지만, 낮은 시료 충전량(U) 구간에서는 저주파 영역(150 hz)의 분포가 낮았으며, 상대적으로 높은 시료 충전량(U)에서는 고주파 영역(10 khz)의 분포가 감소하는 경향을 보였다.
따라서, 이를 토대로 주파수 음압비(1000 hz/150 hz)와 시료 충전량(U)의 상관관계에 대하여 분석한 결과, 도 8에서 보는 바와 같이, 매우 강한 상관관계가 있음을 확인하였고, 회귀분석 결과 다음 수학식 1과 같이 산출되었다.
Figure 112015077313258-pat00001
여기에서, F.R은 주파수 음압비 (1000 hz /150 hz)이며, U는 시료 충전량이다.
이와 같이, 본 발명은 볼 밀을 대상으로 음향 모니터링 시스템을 구축하기 위한 기초 음향 분석을 수행하였다.
고정된 볼 장입량 조건에서 시료 충전량(U)를 변화시켜 음압 진폭과 주파수 특성을 분석한 결과, 시료 충전량(U)이 증가할수록 음압이 감소하는 현상을 보였으며, 시료 충전량(U)=1.0 조건에서 약 15 dB로 나타났다.
주파수가 1~5 khz 영역에서는 큰 차이를 보이지 않으나, 시료 충전량(U)이 증가할수록 150 hz 영역은 증가하고, 9000 hz 영역은 감소함을 확인하였다.
주파수 음압비(F9000/F150)와 시료 충전량(U)은 세미로그 그래프에서 직선의 경향성을 보이며
Figure 112015077313258-pat00002
과 같은 지수 함수의 상관관계가 있음을 확인하였다.
이와 같이, 본 발명의 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법은 볼 밀 용기(110)의 회전에 따라 볼 매개체(100)의 충격 에너지로 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에서, 마이크로폰(120)을 이용하여 볼 매개체(100)의 음향 아날로그 신호를 수집하고, 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 볼 밀 용기(110)의 최적 운전 조건을 추출함으로써 시료를 최적의 상태로 분쇄시키기 위한 볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치 및 방법을 제공한다.
이를 통하여, 시료 충전량에 따른 음향특성을 분석하여 볼 밀을 운전하는데 있어서 중요한 볼 매개체(100)의 장입량과 시료 충전량의 상관 관계가 추출되어, 이를 기초로 시료의 분쇄를 최적화하고 볼 매개체(100) 및 볼 밀 용기(110)의 마모를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 시료 입자의 양이 적을 경우에도 충돌로 인한 에너지 소모량이 감소되고, 실제 현장에서도 실험실과 같이 볼 밀 용기(110)의 운전 변수가 통제 가능하게 되어, 운전조건의 변화를 자동으로 감지하여 분쇄 공정을 정확하고 효율적으로 제어할 수 있게 된다.
이상, 일부 실시예를 들어서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 이와 같은 설명은 예시적인 것에 불과한 것으로서, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수 없다 할 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하거나 수정 또는 치환하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서,
    상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 마이크로폰;
    상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터;
    상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 주파수 스펙트럼 생성부; 및
    상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 요구되는 운전 조건을 추출하는 최적 운전 조건 추출부;
    를 포함하고,
    상기 최적 운전 조건 추출부는
    상기 분석된 주파수 특성을 기초로 하여 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계를 산출하며,
    상기 산출된 상관관계는
    Figure 112015113608469-pat00013
    로 표현되고,
    상기 F.R은 상기 주파수 음압비이며, 상기 U는 상기 시료 충전량인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은
    상기 볼 매개체의 동일한 장입량 조건에서 상기 시료 충전량이 0 내지 125 %까지 25 %씩 증가되면서 상기 볼 매개체의 상기 음향 아날로그 신호를 수집하는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은
    지향성 세팅으로 카르디오이드 방식을 사용하여 상기 음향 아날로그 신호를 수집하는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은
    컨덴서 마이크로폰인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 스펙트럼 생성부는
    역 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼을 생성하는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적 운전 조건 추출부는
    저주파 영역(150 hz), 중주파 영역(1~5 khz) 및 고주파 영역 (10 khz)에 대하여 상기 주파수 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 밀 용기는
    상기 산출된 상관관계를 통해 추출된 상기 요구되는 운전 조건에 응답하여 상기 시료를 요구되는 상태로 분쇄시키는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 장치.
  10. 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서,
    (a) 마이크로폰이 상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 단계;
    (b) AD 컨버터가 상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (c) 주파수 스펙트럼 생성부가 상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
    (d) 최적 운전 조건 추출부가 상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 요구되는 운전 조건을 추출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계는
    상기 분석된 주파수 특성을 기초로 하여 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계가 산출되며,
    상기 산출된 상관관계는
    Figure 112015113608469-pat00014
    로 표현되고,
    상기 F.R은 상기 주파수 음압비이며, 상기 U는 상기 시료 충전량인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    상기 볼 매개체의 동일한 장입량 조건에서 상기 시료 충전량이 0 내지 125 %까지 25 %씩 증가되면서 상기 볼 매개체의 상기 음향 아날로그 신호가 수집되는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    지향성 세팅으로 카르디오이드 방식을 사용하여 상기 음향 아날로그 신호가 수집되는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은
    컨덴서 마이크로폰인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    역 고속 푸리에 변환을 이용하여 상기 주파수 스펙트럼이 생성되는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    저주파 영역(150 hz), 중주파 영역(1~5 khz) 및 고주파 영역 (10 khz)에 대하여 상기 주파수 특성이 분석되는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  16. 삭제
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 주파수 음압비가 1000 hz /150 hz 인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  18. 삭제
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 볼 밀 용기가 상기 산출된 상관관계를 통해 추출된 상기 요구되는 운전 조건에 응답하여 상기 시료를 요구되는 상태로 분쇄시키는 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
  20. 시료 및 볼 매개체가 채워진 볼 밀 용기의 회전에 따라 상기 볼 매개체의 충격 에너지로 상기 시료를 분쇄시키는 볼 밀 시스템에 있어서,
    (a) 마이크로폰이 상기 볼 밀 용기의 회전에 따른 상기 볼 매개체의 음향 아날로그 신호를 수집하는 단계;
    (b) AD 컨버터가 상기 수집된 음향 아날로그 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하는 단계;
    (c) 주파수 스펙트럼 생성부가 상기 변환된 디지털 신호를 인가받아 시료 충전량의 변화에 따라 주파수 스펙트럼을 생성하는 단계;
    (d) 최적 운전 조건 추출부가 상기 생성된 주파수 스펙트럼의 영역별로 음압 진폭과 주파수 특성을 분석하여 상기 볼 밀 용기의 요구되는 운전 조건을 추출하는 단계; 및
    (e) 상기 볼 밀 용기가 상기 추출된 상기 요구되는 운전 조건에 응답하여 상기 시료를 요구되는 상태로 분쇄시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계는
    상기 분석된 주파수 특성을 기초로 하여 주파수 음압비와 시료 충전량의 상관관계가 산출되며,
    상기 산출된 상관관계는
    Figure 112015113608469-pat00015
    로 표현되고,
    상기 F.R은 상기 주파수 음압비이며, 상기 U는 상기 시료 충전량인 것을 특징으로 하는,
    볼 밀 시스템의 음향 모니터링 방법.
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