WO2017027938A1 - Processo e dispositivo para distribuição homogênea de amostras de particulados e granulados para análise por imagem - Google Patents

Processo e dispositivo para distribuição homogênea de amostras de particulados e granulados para análise por imagem Download PDF

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WO2017027938A1
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Adilson Jorge DA SILVA
Hugo Alexander DE MORAES PIMENTEL
Cláudio Duval DE ARAÚJO
Rogerio Caldeira BRANT COSTA
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Da Silva Adilson Jorge
De Moraes Pimentel Hugo Alexander
De Araújo Cláudio Duval
Brant Costa Rogerio Caldeira
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing

Definitions

  • the object of this Patent is applicable to all technologies and human activities in which a given universe of goods is analyzed by sampling only.
  • Figure 1 of this Report is a copy of Figure 2 of the first cited document and is presented with its own numbering - which does not interfere with the numerical references in this Report - only to illustrate the system used to make the layered sample available in the appropriate dimensions. analysis and serve as a reference for criticism of the State of Technique;
  • the parameters of the devices and the captures of images that are taken by the digital camera (21) are mentioned, at the ratio of 3 images of the sample per second, which are taken on the surface of a display wheel (17), which it rotates at a tangential velocity of 70 mm / s, therefore, from the moving sample, and the sample is placed there from a silo (8), the contents of which are extracted by deposition and drag by a dosing wheel (14) , which rotates under its lower end and whose contents are cast on the surface of a inclined plane (16), provided with a vibrator (15), which operates at audible frequencies, and, from said inclined plane (16), falls on the surface of the display wheel (17) forming the sample layer whose image is
  • the devices available for the sample capture besides having expensive maintenance, carry a high risk of introducing difficult to detect errors in the process, being the two main ones, sufficient for this either alone or in combination: -
  • the vibrator quoted forms stationary and random waves of particulate distribution, such as those observed on the sands of meek beaches, or as created in sui generis geometric forms in Acoustics experiments when plates of any shape containing sand on them. , are scratched by violin bow,
  • the vibrator alters the particle size of the sample because, as is known, vibrations applied to the particles cause smaller particles to move vertically to the bottom of the continents, stratigraphically altering the composition of the samples.
  • the digital camera captures 30 images per second, compared to only 3, by the State of the Art, with a capture time of 50 microseconds,
  • the equipment is more friendly to work hygiene, because it is quiet, since without vibrator, there are no sound vibrations that propagate from the interior of the cabinet to the environment, besides the illumination of LEDs, switching in sync with the camera capture, does not provide heat to the environment and does not cause visual disturbance, as it is made at a frequency consistent with the effects of retinal persistence.
  • Figure 2 is a schematic front view of the state-of-the-art set of devices that constitute the core of the innovations of the "PROCESS AND DEVICE FOR HOMOGENETIC DISTRIBUTION OF IMAGE SAMPLES” (1), object of this patent;
  • Figure 3 is an exploded diagonal view of the rectangular trapezoidal particulate distributor (8), viewed from above and parabolic profile, viewed from the side plane as detailed in Figure 6, whose heights as well as the clearance angle (w) were determined experimentally for each type of particulate and its granulation, as an example usually measuring the crack (f), between 1 mm and 2 mm, being a function of the physical characteristics of the particulate to be analyzed as well as the amount of sample to be analyzed every second.
  • the clearance angle (w) is smaller than the pellet stacking angle and is as small as possible to cause some delay in the passage of the pellet through the trapezoidal particulate distributor.
  • Figure 4 is a schematic, non-proportional top view of the trapezoidal particulate distributor (8) showing the rectangular profile (13) of the upper opening of the trapezoidal particulate distributor (8) as well as the slot (F ) from its bottom, its front cover (9), its rear cover (11), its two side walls (10) and also four specimens of the screws (P) used for mounting the trapezoidal particulate distributor (8), which is made of stainless steel and the surfaces of its parts, which turn inwards, are ground.
  • Figure 5 is a schematic top view of the bottom showing the slot (F) of the trapezoidal particulate distributor (8) and its front cover (9), its rear cover (11), its two side walls ( 10).
  • Figure 6 is a schematic side plan view showing in detail the slot (F) of the trapezoidal particulate distributor (8) which is formed by the relative positions of the two side walls (10).
  • the trapezoidal particle distributor (8) is simple to operate: it is about 100 mm high, which has been experimentally determined to, along with the other dimensions mentioned, such as the tangential velocity of the display wheel (6), to faithfully distribute , the particulate sample on its circumference surface, so that the camera (4) digitally captures images of the homogeneous sample (7) at the movement speeds and dimensions established by the operating protocol of the "HOMOGENIC SAMPLING PROCESS AND DEVICE" OF PARTICULATES FOR IMAGE ANALYSIS "(2), subject matter of this Patent.

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Abstract

Processo e dispositivo para exposição de amostras em análise de particulados por imagem e redução de custos e aumento de confiabilidade em análises de particulados por tratamento de imagens. Avanços sobre o Estado da Técnica Elimina os dispositivos – roda dosadora, plano inclinado e vibrador – e os substitui por um único dispositivo fixo denominado "distribuidor trapezoidal de particulados", permite a captura de maior número de imagens por segundo, economiza em investimentos iniciais com equipamentos e reduz o consumo energético, equipamento é mais amigável. O objeto da presente patente é destinado a substituir os tradicionais dispositivos utilizados, tais como roda dosadora, plano inclinado e vibrador, por um único distribuidor trapezoidal de particulados, distribuir, fielmente, a amostra do particulado sobre a superfície da circunferência da roda expositora e ser basicamente constituído de elementos que dispõem os particulados a serem analisados de forma homogênea e ser basicamente constituída de conector (2) para acoplamento da câmera digital (4) com um computador e conector da entrada de energia (3) para a luminária de leds (5), roda expositora (6) e distribuidor trapezoidal de particulados (8).

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS E GRANULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM".
Campos desta Patente:
· Processo e dispositivo para exposição de amostras em análise de particulados por imagem.
• Redução de custos e aumento de confiabilidade em análises de particulados por tratamento de imagens.
Estado da Técnica.
Neste Relatório de Patente será feita referência apenas à tecnologia de análises de particulados de minério de ferro, onde se acumulam décadas de experiências dos Autores, sendo que as inovações do objeto desta Patente aplicam-se a todos os materiais particulados e granulados independentemente de suas naturezas ou dimensões.
O objeto desta Patente é aplicável a todas as tecnologias e atividades humanas nas quais, um determinado universo de mercadorias é analisado apenas por amostragem.
A fiel representação de um grande universo por uma pequena amostra é um ramo avançado da Estatística e as atividades humanas o aplicam dentro de métodos específicos que preservam os fundamentos científicos.
No caso do mercado internacional de minérios os fornecimentos são estabelecidos por contratos de altos valores, de longas durações, sendo enormes os compromissos dos fornecedores quanto a conformidade de seus embarques, que obedecem aos acordos de certificações de Qualidade, quanto ao alto grau de produtividade, seguindo a necessidade mundial por competitividade, e quanto à redução do impacto ambiental, que são regidas pela comunidade ao redor. O controle de processos através de análises expeditas, onde se aplica a patente em questão, proporciona o atendimento aos compromissos citados anteriormente. De fato, os compradores, que podem estar no outro lado do mundo, costumam ter plantas diretamente ligadas aos portos e processam os materiais recebidos com análises periódicas; entretanto, os custos oriundos das desconformidades de qualidade do produto ou ambientais, que porventura venham a incidir sobre os fornecedores, além das multas, incluem os custos de transporte, os prejuízos industriais do comprador e os prejuízos da comunidade.
Assim, os investimentos em conformidade feitos pelos fornecedores, por maiores que sejam, são pequenos perto das consequências das desconformidades.
Nas últimas décadas, foi extremamente relevante o avanço obtido nos procedimentos de análise de amostras, onde podemos citar os métodos por raios X on line ou mais recentemente o método de análise por imagens, de forma expedita para controle do processo. No caso dos métodos por raios X on line podemos citar como principais problemas a disponibilidade operacional dos equipamentos, complexidade de instalação e alto custo. Já para a tecnologia atual por método de análise por imagens temos como principais problemas a complexidade no processo de exposição de amostras e disponibilidade operacional do equipamento.
O Estado da Técnica é preferentemente ilustrado pelos documentos PI0202682-1 , depositado em 12/07/2002, "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE SÍLICA EM MINÉRIO DE FERRO, POR ANÁLISE DE IMAGEM" e PCTBR2014000389 depositado em 21 /10/2014, "PROCESSO DE ANÁLISE DE PARTICULADOS VIA MODELAGEM POR PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS", sendo que este último consiste num grande avanço técnico sobre o primeiro, principalmente no que se refere ao tratamento de imagens.
A Figura 1 deste Relatório é cópia da Figura 2 do primeiro documento citado e é apresentada com sua numeração própria - que não interfere com as referências numéricas deste Relatório - apenas para ilustrar o sistema usado para disponibilizar a amostra em forma de camada nas dimensões adequadas para realização da análise e servir de referência para as críticas ao Estado da Técnica; neste documento são citados os parâmetros dos dispositivos e das capturas de imagens que são realizadas, pela câmera digital (21 ), à razão de 3 imagens da amostra por segundo, as quais são tomadas sobre a superfície de uma roda expositora (17), que gira à velocidade tangencial de 70 mm/s, portanto, da amostra em movimento, sendo que a amostra é aí colocada, a partir de um silo (8), cujo conteúdo é extraído por deposição e arraste, por uma roda dosadora (14), que gira sob sua extremidade inferior e cujo conteúdo é lançado sobre a superfície de um plano inclinado (16), dotado de um vibrador (15), que atua em frequências audíveis, e, do citado plano inclinado (16), cai, sobre a superfície da roda expositora (17) formando a camada da amostra cuja imagem vai ser capturada digitalmente, dentro da formatação que determina suas dimensões de altura, largura e comprimento.
Os avanços sobre o Estado da Técnica trazidos pelo PI0202682-1 relativamente à disposição do particulado sobre a superfície da roda expositora, para ser capturada a imagem digitalmente, tendo sido obedecido o conjunto dos outros parâmetros metodológicos do processo, teoricamente preserva a fiel significação obtida pelo processo de amostragem; entretanto, na prática ele é extremamente problemático, conforme a seguir.
Crítica ao Estado da Técnica.
Os últimos três passos da tecnologia de análise de particulados, em que consiste o Estado da Técnica, são:
1 . Disposição da amostra significativa sobre a roda dosadora para ser capturada imagem digitalmente, como descrito,
2. Captura da imagem via tecnologia digital e
3. Processamento informatizado por software adequado, capaz de gerar, rapidamente, resultados confiáveis.
Os dispositivos disponibilizadores da amostra para captura de imagens, segundo o Estado da Técnica, além de ter manutenção cara, abriga alto risco de introduzir erros de difícil detecção no processo, sendo os dois principais, suficientes para tanto, de forma isolada ou combinada:-
A. O vibrador citado forma ondas estacionárias e aleatórias de distribuição dos particulados, como as observadas nas areias de praias mansas, ou como as criadas, em formas geométricas sui generis, nas experimentações de Acústica, quando placas de quaisquer formas, contendo areia sobre elas, são arranhadas por arco de violino,
B. O vibrador altera a disposição granulométrica da amostra, pois, como é sabido, vibrações aplicadas aos particulados fazem com que as partículas menores se movimentem em direção vertical para o fundo dos continentes, alterando, estratigraficamente, a composição das amostras.
Em qualquer dos casos, isolados ou combinados, quando o plano inclinado, acionado pelo vibrador, despeja a amostra sobre a roda expositora, esta se deposita de forma alterada, podendo chegar a inviabilizar as análises, introduzindo incertezas nos resultados e gerando a necessidade de reajustes frequentes.
Avanços sobre o Estado da Técnica trazidos pelo "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM" objeto desta Patente.
O objeto desta Patente faz avançar o Estado da Técnica pelas seguintes razões:
1 Q - Elimina os dispositivos - roda dosadora, plano inclinado e vibrador - e os substitui por um único dispositivo fixo denominado "distribuidor trapezoidal de particulados", que realiza a disposição do particulado a ser analisado, sobre roda expositora, de forma homogénea e, portanto, mais fielmente representativa da amostra, agregando maior segurança aos resultados da análise e evitando a necessidade de repetições de análises, realizadas sobre as amostras preservadas, com redução do custo das mesmas;
2Q - Permite a captura de maior número de imagens por segundo, pois:- A - A roda expositora, que disponibiliza a deposição em forma de camada a ser capturada a imagem digitalmente, gira em maior velocidade, 300 mm/s, ou 22 RPM,
B - A câmera digital captura 30 imagens por segundo, contra apenas 3, pelo Estado da Técnica, com tempo de captura de 50 microssegundos,
C - A qualidade das imagens capturadas é superior a do Estado da Técnica, pois, a iluminação é feita por leds, de cores adequadas, contidos em luminárias facilmente cambiáveis, que disponibilizam 300 Watts de energia luminosa sobre as amostras em movimento, ao invés de iluminação halógena, 3Q - Economiza em investimentos iniciais com equipamentos e reduz o consumo energético pela eliminação dos dispositivos acima descritos e porque a iluminação das amostras pelos leds é chaveada em sincronismo com a captura da câmera, oscilando à frequência de 60 Hz,
4Q - O equipamento é mais amigável para com a Higiene do Trabalho, pois é silencioso, uma vez, que não possuindo vibrador, não ocorrem vibrações sonoras que se propagam do interior do gabinete para o ambiente, além disso, a iluminação dos leds, chaveada em sincronismo com a captura da câmera, não fornece calor ao ambiente e não gera incómodo visual, pois é feita em frequência condizente com os efeitos de persistência retiniana.
Descrição, ilustrações e funcionamento do "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM", objeto desta Patente.
A Figura 2 é uma vista frontal, esquemática, do conjunto de dispositivos que faz avançar o Estado da Técnica e que consistem no núcleo das inovações do "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM" (1 ), objeto desta Patente; nela vemos o conector (2) para acoplamento da câmera digital (4) com um computador (não mostrado) e conector da entrada de energia (3) para a luminária de leds (5), roda expositora (6), que gira no sentido indicado pelas setas "AB", em cuja superfície de sua circunferência se deposita a camada de particulado a ser analisado, que consiste de amostra homogénea
(7) a qual, após ter sua imagem capturada digitalmente, vai caindo no interior de recipiente de preservação de amostra, até ser descartado convenientemente; a deposição correta da amostra homogénea (7) só é conseguida em função do distribuidor trapezoidal de particulados (8), que consiste no âmago do funcionamento do objeto desta Patente e será descrito nas Figuras 3, 4, 5 e 6.
A Figura 3 é uma vista explodida, diagonal, do distribuidor trapezoidal de particulados (8), retangular, se vista em plano superior e perfil parabólico, se vista pelo plano lateral como detalhado na Figura 6, cujas alturas, bem como o ângulo de afastamento (w) foram determinados, experimentalmente, para cada tipo de particulado e de sua granulação, como exemplo geralmente medindo a fenda (f), entre 1 mm e 2 mm, sendo função das características físicas do particulado a ser analisado bem como da quantidade de amostra a ser analisada, a cada segundo.
O ângulo de afastamento (w) é menor que ângulo de empilhamento do granulado e é tão reduzido quanto possível para causar certo retardamento da passagem do granulado pelo interior do distribuidor trapezoidal de particulados
(8) , estabelecendo a velocidade de disponibilização do particulado sobre a roda expositora (6).
Nesta Figura 3 vemos, também, os prismas (12) de fixação do distribuidor trapezoidal de particulados (8) sobre o chassis do equipamento, o qual é compacto, podendo assim, operar tanto num laboratório afastado da planta, como no campo, uma vez que seus sinais podem ser conectados à internet ou qualquer outra forma de comunicação sem fio.
A Figura 4 é uma vista superior, esquemática, sem obediência às proporções, do distribuidor trapezoidal de particulados (8), para mostrar o perfil retangular (13) da abertura superior do distribuidor trapezoidal de particulados (8), bem como a fenda (F) de sua parte inferior, sua tampa frontal (9), sua tampa traseira (1 1 ), suas duas paredes laterais (10) e, também quatro exemplares dos parafusos (P) usados para a montagem do distribuidor trapezoidal de particulados (8), o qual é fabricado em aço inoxidável e as superfícies de suas peças, que se voltam para seu interior, são retificadas.
A Figura 5 é uma vista superior, esquemática, da parte inferior, mostrando a fenda (F), do distribuidor trapezoidal de particulados (8) e sua tampa frontal (9), sua tampa traseira (1 1 ), suas duas paredes laterais (10).
A Figura 6 é uma vista de plano lateral, esquemática, que mostra, em detalhes, a fenda (F) do distribuidor trapezoidal de particulados (8), a qual é formada pelas posições relativas das duas paredes laterais (10).
O funcionamento do distribuidor trapezoidal de particulados (8) é simples: ele tem cerca de 100 mm de altura, a qual foi determinada experimentalmente para, juntamente com as outras dimensões citadas, como a velocidade tangencial da roda expositora (6), distribuir, fielmente, a amostra do particulado sobre a superfície da circunferência desta, de forma que a câmera (4) capture digitalmente imagens da amostra homogénea (7) nas velocidades de movimentação e dimensões estabelecidas pelo protocolo de funcionamento do "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM" (2), objeto desta Patente.

Claims

REIVINDICAÇÕES
PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS E GRANULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM", destinado a substituir os tradicionais dispositivos utilizados, roda dosadora, plano inclinado e vibrador por um único distribuidor trapezoidal de particulados, distribuir, fielmente, a amostra do particulado sobre a superfície da circunferência da roda expositora, caraterizado por dispor os particulados a serem analisados de forma homogénea e ser basicamente constituída de conector (2) para acoplamento da câmera digital (4) com um computador e conector da entrada de energia (3) para a luminária de leds (5), roda expositora (6) e distribuidor trapezoidal de particulados (8).
"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS E GRANULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM", de acordo coma reivindicação 1 , caraterizado pelo fato do distribuidor trapezoidal de particulados (8) dispor de tampa frontal (9), tampa traseira (1 1 ), as quais têm os orifícios ajustados (0), paredes laterais (10) que possuem orifícios rosqueados (0), ditas peças sendo independentes e aparafusadas às outras peças correspondentes, pelos parafusos (P) e arruelas (A), formando um volume interno trapezoidal de ângulo de afastamento (w) e, cujas partes inferiores destas paredes (10), ao serem montadas, deixam entre si uma fenda (F); e ainda por possuir prismas (12) de fixação do distribuidor trapezoidal de particulados (8) sobre o chassis do equipamento.
"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS E GRANULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM", de acordo coma reivindicação 1 , caraterizado pelo fato do ângulo de afastamento (w) ser determinado para cada tipo de particulado e de sua granulação, preferentemente medindo a fenda (f), entre 1 mm e 2 mm, dito ângulo de afastamento (w) sendo menor que ângulo de empilhamento do granulado "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIÇÃO HOMOGÉNEA DE AMOSTRAS DE PARTICULADOS E GRANULADOS PARA ANÁLISE POR IMAGEM", de acordo coma reivindicações 1 e 3, caraterizado pelo fato do ângulo de afastamento (w) ser de dimensão reduzida para causar certo retardamento da passagem do granulado pelo interior do distribuidor trapezoidal de particulados (8), estabelecendo a velocidade de disponibilização do particulado sobre a roda expositora (6).
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