JP2024140886A - Granular material particle size measuring device and granular material particle size measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】コンベア上に積載された粒状物の内部に存在する粒状物を考慮しつつ、粒状物の粒度分布をオンラインで測定できる粒状物の粒度測定装置及び粒度測定方法を提供する。【解決手段】コンベア上に積載されて搬送される粒状物の粒度分布を測定する粒状物の粒度測定装置であって、搬送方向に異なる複数の位置における粒状物のラインプロファイルデータを作成するラインセンサと、画像処理装置と、を備え、画像処理装置は、ラインセンサによって作成された複数のラインプロファイルデータを用いて、粒状物の3次元形状データを作成する3次元形状作成部と、3次元形状データを用いて、粒状物の粒径と数を測定するとともに粒状物の面積比率が粒状物の重量比率であるとして、粒状物の粒度分布を算出する粒度算出部と、を有する。【選択図】図2[Problem] To provide a particle size measuring device and a particle size measuring method for a granular material that can measure the particle size distribution of a granular material online while taking into account granular materials present inside the granular material loaded on a conveyor. [Solution] A particle size measuring device for a granular material that measures the particle size distribution of a granular material loaded on a conveyor and transported includes a line sensor that creates line profile data of the granular material at a plurality of different positions in the transport direction, and an image processing device, the image processing device having a three-dimensional shape creation section that uses the plurality of line profile data created by the line sensor to create three-dimensional shape data of the granular material, and a particle size calculation section that uses the three-dimensional shape data to measure the particle size and number of the granular material and calculates the particle size distribution of the granular material by assuming that the area ratio of the granular material is the weight ratio of the granular material. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、コンベア上に積載されて搬送される粒状物の粒度分布をオンラインで測定できる粒状物の粒度測定装置及び粒状物の粒度測定方法に関する。 The present invention relates to a particle size measuring device and a particle size measuring method for granular materials that can measure the particle size distribution of granular materials loaded and transported on a conveyor online.
鉄鋼製品を製造する原料として、石炭は重要な役割を果たす。石炭はコークス炉におけるコークス製造の原料として用いられる。コークスは鉄鉱石の還元材として使用される。現在、コークスの製造に必要となる粘結炭は世界的に枯渇傾向にあり、良質な粘結炭をコークスの製造に用いることは大幅なコスト増につながる。低品質な石炭を用いて高強度のコークスを製造するには、コークス炉に装入する前に低品位な石炭を成型して成型炭にし、当該成型炭をコークス炉に装入して乾留する必要がある。 Coal plays an important role as a raw material for manufacturing steel products. Coal is used as a raw material for producing coke in coke ovens. Coke is used as a reducing agent for iron ore. Currently, the caking coal required for coke production is on the verge of being depleted worldwide, and using high-quality caking coal to produce coke leads to a significant increase in costs. In order to produce high-strength coke using low-quality coal, it is necessary to mold the low-quality coal into molded coal before charging it into the coke oven, and then charge the molded coal into the coke oven for carbonization.
成型炭に関しては粒度が重要な要素の1つとなる。その理由は、搬送中の振動や衝撃によってコークス炉に装入する前に成型炭が破壊されて粒径が小さくなると、高強度のコークスが製造できなくなるからである。また、成型炭を用いずに石炭をそのまま使用する場合においても、石炭の状態を把握するために石炭の粒度分布を測定することは、非常に重要となる。 When it comes to molded coal, particle size is one of the important factors. The reason is that if the molded coal is destroyed by vibrations and shocks during transportation before being charged into the coke oven and the particle size becomes small, it will not be possible to produce high-strength coke. Even when using coal as is without molding it, it is very important to measure the particle size distribution of the coal in order to understand its condition.
成型炭や石炭等の粒状物の粒度分布は、これらを目開きの異なる複数の篩で篩分けを実施し、各粒径の度数を算出することで求められる。このように、篩分けを用いた粒度の測定方法は、測定結果が得られるまでに相当の時間を必要とする。このため、粒状物の製造条件の変動により粒度分布が変化した場合に、その変化が検出されるまでに相当の時間が必要となる。成型炭の粒度分布の変化を迅速に検出するには、粒状物の粒度をオンラインで測定することが必要になる。粒状原料の粒径をオンラインで測定する技術として、特許文献1には、運搬経路上を移動する粒状原料を撮像した画像データにおける各粒子と撮像部との間の距離を測定し、当該距離に基づいて粒状原料の粒径を算出する粒径算出手段を有する粒径測定装置が開示されている。特許文献1によれば、当該粒径測定装置を用いることで、運搬経路上を移動する粒状原料の粒径がオンラインで測定できるとしている。 The particle size distribution of granular materials such as molded coal and coal is obtained by sieving them through multiple sieves with different mesh sizes and calculating the frequency of each particle size. In this way, the particle size measurement method using sieving requires a considerable amount of time before the measurement results are obtained. Therefore, if the particle size distribution changes due to a change in the manufacturing conditions of the granular material, a considerable amount of time is required before the change can be detected. In order to quickly detect a change in the particle size distribution of molded coal, it is necessary to measure the particle size of the granular material online. As a technology for measuring the particle size of granular raw materials online, Patent Document 1 discloses a particle size measurement device having a particle size calculation means that measures the distance between each particle and an imaging unit in image data obtained by capturing an image of the granular raw material moving on a transport route, and calculates the particle size of the granular raw material based on the distance. According to Patent Document 1, the particle size measurement device can be used to measure the particle size of the granular raw material moving on a transport route online.
特許文献1では、粒状原料を撮像した画像データを用いて粒状原料の粒径を測定している。このため、特許文献1に開示の粒径測定装置で測定される粒径は、搬送経路に積載されている粒状原料のうち、表層に存在する粒状原料のみを考慮したものであって、その内部に存在する粒状原料が考慮されていない。このため、特許文献1に開示されている粒径測定装置は、搬送経路に積載されている粒状原料の内部の状態によっては、粒状原料の粒径測定精度が低くなる場合がある、という課題があった。本発明はこのような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、コンベア上に積載された粒状物の内部に存在する粒状物を考慮しつつ、粒状物の粒度分布をオンラインで測定できる粒状物の粒度測定装置及び粒度測定方法を提供することである。 In Patent Document 1, the particle size of the granular raw material is measured using image data of the granular raw material. Therefore, the particle size measured by the particle size measuring device disclosed in Patent Document 1 takes into account only the granular raw material present on the surface layer of the granular raw material loaded on the conveying path, and does not take into account the granular raw material present inside. Therefore, the particle size measuring device disclosed in Patent Document 1 has a problem that the accuracy of measuring the particle size of the granular raw material may be low depending on the internal state of the granular raw material loaded on the conveying path. The present invention has been made in consideration of such problems in the conventional technology, and its purpose is to provide a particle size measuring device and a particle size measuring method for granular material that can measure the particle size distribution of granular material online while taking into account the granular material present inside the granular material loaded on the conveyor.
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1]コンベア上に積載されて搬送される粒状物の粒度分布を測定する粒状物の粒度測定装置であって、搬送方向に異なる複数の位置における前記粒状物のラインプロファイルデータを作成するラインセンサと、画像処理装置と、を備え、前記画像処理装置は、前記ラインセンサによって作成された複数のラインプロファイルデータを用いて、前記粒状物の3次元形状データを作成する3次元形状作成部と、前記3次元形状データを用いて、前記粒状物の粒径と数を測定するとともに前記粒状物の面積比率が前記粒状物の重量比率であるとして、前記粒状物の粒度分布を算出する粒度算出部と、を有する、粒状物の粒度測定装置。
[2]前記粒度算出部は、前記粒径と前記数と下記(1)、(2)式とを用いて前記粒状物の粒度分布を算出する、[1]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[3]前記粒度算出部は、前記3次元形状データが予め定められた条件を満足する場合に、前記3次元形状データを用いて前記粒状物の重量度数を算出し、前記3次元形状データが予め定められた条件を満足しない場合には、前記3次元形状データを用いて前記粒状物の重量度数を算出しない、[1]又は[2]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[4]前記粒度算出部は、前記3次元形状データの高さの平均値を前記粒状物の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲内であり、高さの標準偏差を前記粒状物の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内である場合に、前記条件を満足すると判断し、前記正規化平均高さ及び前記正規化標準偏差の少なくとも1つが上記範囲外である場合に前記条件を満足しないと判断する、[3]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[5]前記粒度算出部は、前記3次元形状データの高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が、予め定められた閾値よりも大きい場合に前記条件を満足すると判断し、前記高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が前記閾値以下である場合に、前記条件を満足しないと判断する、[3]又は[4]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[6]前記粒度算出部は、ラインプロファイルデータを作成している間の前記コンベアの速度の変化量が予め定められた範囲内である場合に前記条件を満足すると判断し、前記コンベアの速度の変化量が予め定められた範囲外である場合に前記条件を満足しないと判断する、[3]から[5]のいずれかに記載の粒状物の粒度測定装置。
[7]前記粒度算出部は、入力が3次元形状データであり、出力が前記条件を満足するか否かを示すデータである学習済みの機械学習モデルに、前記3次元形状作成部によって作成された3次元形状データを入力し、前記学習済の機械学習モデルから前記条件を満足することを示すデータが出力された場合に前記条件を満足すると判断し、前記学習済の機械学習モデルから前記条件を満足しないことを示すデータが出力された場合に前記条件を満足しないと判断する、[3]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[8]前記機械学習モデルは、3次元形状データと、前記3次元形状データが前記条件を満足するか否かを示すデータとを1組とする複数のデータセットを教師データとして機械学習されるディープラーニングネットワークである、[7]に記載の粒状物の粒度測定装置。
[9]コンベア上に積載されて搬送される粒状物の粒度分布を測定する粒状物の粒度測定方法であって、ラインセンサを用いて、搬送方向に異なる複数の位置における前記粒状物のラインプロファイルデータを作成するラインプロファイルデータ作成ステップと、複数のラインプロファイルデータを用いて前記粒状物の3次元形状データを作成する3次元形状データ作成ステップと、前記3次元形状データを用いて、前記粒状物の粒径と数を測定するとともに、前記粒状物の面積比率が前記粒状物の重量比率であるとして、前記粒状物の粒度分布を算出する、粒度算出ステップと、を有する、粒状物の粒度測定方法。
[10]前記粒度算出ステップでは、前記粒径と前記数と下記(1)、(2)式とを用いて前記粒状物の粒度分布を算出する、[9]に記載の粒状物の粒度測定方法。
[11]前記粒度算出ステップでは、前記3次元形状データが予め定められた条件を満足する場合に、前記3次元形状データを用いて前記粒状物の重量度数を算出し、前記3次元形状データが予め定められた条件を満足していない場合には、前記3次元形状データを用いて前記粒状物の重量度数を算出しない、[9]又は[10]に記載の粒状物の粒度測定方法。
[12]前記粒度算出ステップでは、前記3次元形状データの高さの平均値を前記粒状物の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲内であり、高さの標準偏差を前記粒状物の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内である場合に、前記条件を満足するとし、前記正規化平均高さ及び前記正規化標準偏差の少なくとも1つが上記範囲外である場合に前記条件を満足しないとする、[11]に記載の粒状物の粒度測定方法。
[13]前記粒度算出ステップでは、前記3次元形状データの高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が予め定められた閾値より大きい場合に前記条件を満足するとし、前記高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が前記閾値以下である場合に前記条件を満足しないとする、[11]又は[12]に記載の粒状物の粒度測定方法。
[14]前記粒度算出ステップでは、ラインプロファイルデータを作成している間の前記コンベアの速度の変化量が予め定められた範囲内である場合に前記条件を満足するとし、前記コンベアの速度の変化量が予め定められた範囲外である場合に前記条件を満足しないとする、[11]から[13]のいずれかに記載の粒状物の粒度測定方法。
The means for solving the above problems are as follows.
[1] A particle size measuring device for a granular material that measures the particle size distribution of a granular material loaded and transported on a conveyor, the device comprising: a line sensor that creates line profile data of the granular material at a plurality of different positions in a transport direction; and an image processing device, the image processing device having a three-dimensional shape creation unit that creates three-dimensional shape data of the granular material using the plurality of line profile data created by the line sensor; and a particle size calculation unit that uses the three-dimensional shape data to measure the particle size and number of the granular material and calculates the particle size distribution of the granular material by assuming that the area ratio of the granular material is the weight ratio of the granular material.
[2] The particle size calculation unit calculates the particle size distribution of the granular material using the particle size, the number, and the following equations (1) and (2).
[3] The particle size calculation unit of the granular material particle size measuring device described in [1] or [2] calculates the weight frequency of the granular material using the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data satisfies predetermined conditions, and does not calculate the weight frequency of the granular material using the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data does not satisfy predetermined conditions.
[4] The particle size calculation unit determines that the condition is satisfied if a normalized average height, calculated by dividing the average value of the heights of the three-dimensional shape data by the average particle size of the granular materials, is within a range of 3 to 8, and a normalized standard deviation, calculated by dividing the standard deviation of the heights by the average particle size of the granular materials, is within a range of 0.5 to 1.8, and determines that the condition is not satisfied if at least one of the normalized average height and the normalized standard deviation is outside the above range.
[5] A particle size measuring device for granular material described in [3] or [4], wherein the particle size calculation unit determines that the condition is satisfied when the average width direction of the standard deviation of the height of the three-dimensional shape data in the conveying direction is greater than a predetermined threshold value, and determines that the condition is not satisfied when the average width direction of the standard deviation of the height in the conveying direction is equal to or less than the threshold value.
[6] A particle size measuring device for granular material described in any of [3] to [5], wherein the particle size calculation unit determines that the condition is satisfied if the amount of change in the conveyor speed while creating the line profile data is within a predetermined range, and determines that the condition is not satisfied if the amount of change in the conveyor speed is outside the predetermined range.
[7] The particle size calculation unit inputs three-dimensional shape data created by the three-dimensional shape creation unit into a trained machine learning model, the input of which is three-dimensional shape data and the output of which is data indicating whether the condition is satisfied or not, and determines that the condition is satisfied if data indicating that the condition is satisfied is output from the trained machine learning model, and determines that the condition is not satisfied if data indicating that the condition is not satisfied is output from the trained machine learning model. This is a particle size measuring device for granular material described in [3].
[8] The particle size measuring device for granular material described in [7], wherein the machine learning model is a deep learning network that is machine-learned using multiple data sets, each set of which is a set of three-dimensional shape data and data indicating whether the three-dimensional shape data satisfies the condition, as training data.
[9] A method for measuring the particle size of a granular material, which measures the particle size distribution of a granular material loaded and transported on a conveyor, comprising: a line profile data creation step of creating line profile data of the granular material at a plurality of different positions in the transport direction using a line sensor; a three-dimensional shape data creation step of creating three-dimensional shape data of the granular material using the plurality of line profile data; and a particle size calculation step of measuring the particle size and number of the granular material using the three-dimensional shape data, and calculating the particle size distribution of the granular material by assuming that the area ratio of the granular material is the weight ratio of the granular material.
[10] The method for measuring the particle size of a granular material described in [9], wherein in the particle size calculation step, the particle size distribution of the granular material is calculated using the particle size, the number, and the following equations (1) and (2).
[11] A method for measuring the particle size of a granular material described in [9] or [10], wherein in the particle size calculation step, if the three-dimensional shape data satisfies a predetermined condition, the three-dimensional shape data is used to calculate the weight frequency of the granular material, and if the three-dimensional shape data does not satisfy the predetermined condition, the weight frequency of the granular material is not calculated using the three-dimensional shape data.
[12] The method for measuring the particle size of a granular material described in [11], wherein in the particle size calculation step, the condition is satisfied if a normalized average height obtained by dividing the average value of the heights of the three-dimensional shape data by the average particle size of the granular material is within a range of 3 to 8 and a normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the heights by the average particle size of the granular material is within a range of 0.5 to 1.8, and the condition is not satisfied if at least one of the normalized average height and the normalized standard deviation is outside the above range.
[13] A method for measuring the particle size of a granular material described in [11] or [12], wherein in the particle size calculation step, the condition is satisfied when the average value of the width direction of the standard deviation of the height of the three-dimensional shape data in the conveying direction is greater than a predetermined threshold value, and the condition is not satisfied when the average value of the width direction of the standard deviation of the height in the conveying direction is equal to or less than the threshold value.
[14] A method for measuring the particle size of a granular material described in any one of [11] to [13], wherein in the particle size calculation step, the condition is satisfied if the amount of change in the speed of the conveyor while creating the line profile data is within a predetermined range, and the condition is not satisfied if the amount of change in the speed of the conveyor is outside the predetermined range.
本発明に係る粒状物の粒度測定装置及び粒度測定方法では、コンベア上に積載されている粒状物のうち表層の粒状物だけでなく、内部に存在する粒状原料を考慮して粒度分布をオンラインで測定する。このため、コンベア上に積載されている表層の粒状物を撮像した画像データを用いて粒径を測定する従来の粒径測定装置よりも高い精度で粒状物の粒度分布を測定できる。 The particle size measuring device and method of the present invention measure the particle size distribution online by taking into account not only the surface layer of the granular material loaded on a conveyor, but also the granular raw material present inside. This makes it possible to measure the particle size distribution of the granular material with higher accuracy than conventional particle size measuring devices that measure particle size using image data of the surface layer of the granular material loaded on a conveyor.
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る粒状物の粒度測定装置及び粒状物の粒度測定方法を説明する。なお、以下の実施形態では、粒状物が成型炭である例を用いて説明するが、粒状物は成型炭に限らず、コンベア上に積載されて搬送される粒状物であれば本発明を適用できる。 The following describes a particle size measuring device and a particle size measuring method for granular material according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that in the following embodiment, an example will be described in which the granular material is molded coal, but the granular material is not limited to molded coal, and the present invention can be applied to any granular material that is loaded and transported on a conveyor.
図1は、成型炭が製造されてコークス炉に装入されるまでの工程を示す模式図である。低品位の石炭である原料炭10は、混合機12によりバインダーを含む複数の材料と混合される。混合機12で混合された混合原料は、成型機14でブリケット形状の成型炭16に成型される。成型炭16は、コンベア18上に積載されてコークス炉20に向けて搬送される。成型炭16は、コークス炉20の装炭孔から装入されて乾留され、コークスが製造される。なお、図1には、成型機14とコークス炉20との間に1つのコンベア18しか示していないが、実際には、複数のコンベア18を乗り継いで、成型炭16はコークス炉20に搬送される。 Figure 1 is a schematic diagram showing the process from when molded coal is produced to when it is charged into a coke oven. Raw coal 10, which is low-grade coal, is mixed with multiple materials including a binder by a mixer 12. The mixed raw materials mixed in the mixer 12 are molded into molded coal 16 in the form of briquettes by a molding machine 14. The molded coal 16 is loaded onto a conveyor 18 and transported toward a coke oven 20. The molded coal 16 is loaded into the coke oven 20 through a coal-charging hole and carbonized to produce coke. Note that while only one conveyor 18 is shown between the molding machine 14 and the coke oven 20 in Figure 1, in reality, the molded coal 16 is transported to the coke oven 20 via multiple conveyors 18.
図2は、本実施形態に係る粒状物の粒度測定装置22を示す模式図である。図2に示すように、粒状物の粒度測定装置22は、コンベア18の近傍に設けられる。粒状物の粒度測定装置22は、ラインセンサ24と、画像処理装置26とを備える。ラインセンサ24は、例えば、レーザー距離計である。 Figure 2 is a schematic diagram showing a granular material particle size measuring device 22 according to this embodiment. As shown in Figure 2, the granular material particle size measuring device 22 is provided near the conveyor 18. The granular material particle size measuring device 22 includes a line sensor 24 and an image processing device 26. The line sensor 24 is, for example, a laser distance meter.
ラインセンサ24は、コンベア18の上方に設けられる。ラインセンサ24は、コンベア18によって一定の速度で搬送される成型炭16にコンベア18の幅方向に沿ったライン状のレーザー光を連続的に照射して、反射光をCMOS等の撮像素子に結像させる。ラインセンサ24は、撮像素子に結像された画像データを用いて、コンベア18の幅方向であって、搬送方向に異なる複数の位置の成型炭16の高さ情報を含むラインプロファイルデータを作成する。ラインセンサ24は、作成した複数のラインプロファイルデータを画像処理装置26に出力する。 The line sensor 24 is provided above the conveyor 18. The line sensor 24 continuously irradiates the molded charcoal 16, which is transported at a constant speed by the conveyor 18, with a line-shaped laser light that runs along the width direction of the conveyor 18, and forms an image of the reflected light on an imaging element such as a CMOS. The line sensor 24 uses the image data formed on the imaging element to create line profile data that includes height information of the molded charcoal 16 at multiple positions in the width direction of the conveyor 18 that are different in the transport direction. The line sensor 24 outputs the multiple line profile data that have been created to the image processing device 26.
画像処理装置26は、ラインセンサ24によって作成された複数のラインプロファイルデータを用いて、成型炭16の3次元形状データを作成する。なお、3次元形状データに欠損データが含まれる場合には、画像処理装置26は、当該欠損データを補完することが好ましい。 The image processing device 26 creates three-dimensional shape data of the molded coal 16 using the multiple line profile data created by the line sensor 24. If the three-dimensional shape data includes missing data, it is preferable that the image processing device 26 complements the missing data.
画像処理装置26は、成型炭16の3次元形状データを用いて、成型炭16の粒径と数を測定する。画像処理装置26は、粒状物の面積比率が粒状物の重量比率であるとして、成型炭16の粒径と数を用いて成型炭16の粒度分布を算出する。具体的に画像処理装置26は、成型炭16の粒径と下記(1)とを用いて成型炭16の数を算出し、粒状物の面積比率が粒状物の重量比率であるとして、成型炭16の粒径と数と下記(2)式とを用いて、成型炭16の粒度分布を算出する。 The image processing device 26 measures the particle size and number of the molded coal 16 using the three-dimensional shape data of the molded coal 16. The image processing device 26 calculates the particle size distribution of the molded coal 16 using the particle size and number of the molded coal 16, assuming that the area ratio of the granules is the weight ratio of the granules. Specifically, the image processing device 26 calculates the number of molded coal 16 using the particle size of the molded coal 16 and the following (1), and calculates the particle size distribution of the molded coal 16 using the particle size and number of the molded coal 16 and the following formula (2), assuming that the area ratio of the granules is the weight ratio of the granules.
なお、成型炭16の数を測定するにあたり、画像処理装置26は、3次元形状データにおける成型炭16の境界を特定したり、3次元形状データを二値化処理したり、3次元形状データのノイズを除去することが好ましい。このようにして、本実施形態に係る粒状物の粒度測定装置22は、コンベア18上に積載されて搬送される成型炭16の粒度を測定する。さらに、画像処理装置26は、3次元形状データが、成型炭16の数を測定するのに適しているか否かを判断した上で、成型炭16の数を測定することが好ましい。 When measuring the number of molded coals 16, it is preferable that the image processing device 26 identify the boundaries of the molded coals 16 in the three-dimensional shape data, binarize the three-dimensional shape data, and remove noise from the three-dimensional shape data. In this way, the particle size measuring device 22 of this embodiment measures the particle size of the molded coals 16 loaded and transported on the conveyor 18. Furthermore, it is preferable that the image processing device 26 measures the number of molded coals 16 after determining whether the three-dimensional shape data is suitable for measuring the number of molded coals 16.
図3は、画像処理装置26の構成例を示す模式図である。画像処理装置26は、例えば、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータである。画像処理装置26は、制御部28と、入力部30と、出力部32と、記憶部34とを有する。制御部28は、例えば、CPU等であって、記憶部34に格納されているプログラムを実行することにより、制御部28を3次元形状作成部36及び粒度算出部38として機能させる。 Figure 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the image processing device 26. The image processing device 26 is, for example, a general-purpose computer such as a workstation or a personal computer. The image processing device 26 has a control unit 28, an input unit 30, an output unit 32, and a memory unit 34. The control unit 28 is, for example, a CPU, and executes a program stored in the memory unit 34, causing the control unit 28 to function as a three-dimensional shape creation unit 36 and a grain size calculation unit 38.
入力部30は、例えば、キーボード、ディスプレイと一体的に設けられたタッチパネル等である。出力部32は、例えば、LCD又はCRTディスプレイ等である。記憶部34は、例えば、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリーカード等の情報記録媒体およびその読み書き装置である。記憶部34には、制御部28が各機能を実行するためのプログラムや当該プログラムが使用するデータ等が格納されている。 The input unit 30 is, for example, a keyboard, a touch panel that is integrated with a display, etc. The output unit 32 is, for example, an LCD or CRT display, etc. The storage unit 34 is, for example, an updatable flash memory, a built-in hard disk or a hard disk connected via a data communication terminal, an information recording medium such as a memory card, and a read/write device for the information recording medium. The storage unit 34 stores programs for the control unit 28 to execute each function, data used by the programs, etc.
次に、3次元形状作成部36、粒度算出部38が実行する処理について説明する。3次元形状作成部36は、ラインセンサ24から複数のラインプロファイルデータを取得する。3次元形状作成部36は、複数のラインプロファイルデータに含まれる高さ情報をグレイスケールにおける256階調の輝度値に換算するとともに、輝度値に換算した複数のラインプロファイルデータを搬送方向に並べることで成型炭16の3次元形状データを作成する。3次元形状作成部36は、搬送方向の長さが0.5m以上4.0m以下になる数のラインプロファイルデータを用いて3次元形状データを作成することが好ましい。 Next, the processing executed by the three-dimensional shape creation unit 36 and the particle size calculation unit 38 will be described. The three-dimensional shape creation unit 36 acquires a plurality of line profile data from the line sensor 24. The three-dimensional shape creation unit 36 converts the height information contained in the plurality of line profile data into 256 gradations of brightness values in the grayscale, and creates three-dimensional shape data of the molded coal 16 by arranging the plurality of line profile data converted into brightness values in the conveying direction. It is preferable that the three-dimensional shape creation unit 36 creates the three-dimensional shape data using a number of line profile data such that the length in the conveying direction is 0.5 m or more and 4.0 m or less.
ラインセンサ24から取得されるラインプロファイルデータには欠損データが含まれる場合がある。図4は、欠損データが発生する状況を説明する模式図である。ラインセンサ24は、成型炭16にライン状のレーザー光を照射し、成型炭16によって反射される反射光を撮像素子に結像させることでラインプロファイルデータを作成する。図4(a)に示すように、成型炭16の表面の状態(例えば、表面の光沢の度合い)によっては成型炭16からの反射光が結像しない部位が生じ、当該部位が欠損データとなる。また、図4(b)に示すように、ラインセンサ24ではレーザー光を照射する位置と、反射光を受光する位置が異なるので、反射光の一部が成型炭16に遮られて、反射光が結像しない部位が生じ、当該部位が欠損データとなる。 The line profile data acquired from the line sensor 24 may contain missing data. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a situation in which missing data occurs. The line sensor 24 creates line profile data by irradiating the molded charcoal 16 with a line-shaped laser beam and forming an image of the reflected light reflected by the molded charcoal 16 on an imaging element. As shown in FIG. 4(a), depending on the surface condition of the molded charcoal 16 (e.g., the degree of surface gloss), there may be areas where the reflected light from the molded charcoal 16 does not form an image, and these areas become missing data. Also, as shown in FIG. 4(b), in the line sensor 24, the position where the laser beam is irradiated and the position where the reflected light is received are different, so that part of the reflected light is blocked by the molded charcoal 16, and there may be areas where the reflected light does not form an image, and these areas become missing data.
ラインプロファイルデータに欠損データが含まれる場合、これらデータから作成される3次元形状データにも欠損データが含まれる。3次元形状データに欠損データが含まれると、当該3次元形状データを用いて、成型炭16の大きさ及び数を測定する際、その測定精度が低下する。このため、3次元形状作成部36は、作成した3次元形状データに含まれる欠損データを補完することが好ましい。 If the line profile data contains missing data, the three-dimensional shape data created from these data will also contain missing data. If the three-dimensional shape data contains missing data, the measurement accuracy will decrease when the three-dimensional shape data is used to measure the size and number of molded coals 16. For this reason, it is preferable that the three-dimensional shape creation unit 36 complements the missing data contained in the created three-dimensional shape data.
図5は、欠損データの補完処理の一例を示す説明図である。3次元形状作成部36は、例えば、左から右に、上から下に3次元形状データをラスタースキャンし、欠損データを検出したら、その周囲8個の画素の平均輝度値で補完する。図5に示した例では、3次元形状作成部36は、欠損データである画素0を、画素0の周囲の8画素(図5における画素1~8)のうち欠損データではない画素1~4の平均輝度値で補完する。なお、画素0の右側の画素5も欠損データであるが、画素5の欠損データの補完には、画素1~4の平均輝度値で補完された画素0の輝度値も用いる。3次元形状作成部36は、このような欠損データの補完処理を3次元画像データに対して実行する。 Figure 5 is an explanatory diagram showing an example of missing data complementation processing. For example, the three-dimensional shape creation unit 36 raster scans the three-dimensional shape data from left to right and top to bottom, and when missing data is detected, it complements it with the average luminance value of the surrounding eight pixels. In the example shown in Figure 5, the three-dimensional shape creation unit 36 complements pixel 0, which is missing data, with the average luminance value of pixels 1 to 4, which are not missing data, among the eight pixels (pixels 1 to 8 in Figure 5) surrounding pixel 0. Note that pixel 5 to the right of pixel 0 is also missing data, but the luminance value of pixel 0 complemented with the average luminance value of pixels 1 to 4 is also used to complement the missing data of pixel 5. The three-dimensional shape creation unit 36 performs such missing data complementation processing on the three-dimensional image data.
図6は、補完処理前後の成型炭16の3次元形状画像である。図6(a)は、欠損データ補完処理前の成型炭16の3次元形状画像である。図6(b)は、欠損データ補完処理後の成型炭16の3次元形状画像である。上記補完処理により、図6(a)の3次元形状画像において散見された欠損データが自然な形で補完でき、図6(b)に示したような欠損データを含まない3次元形状データにすることができる。 Figure 6 shows three-dimensional shape images of molded charcoal 16 before and after the interpolation process. Figure 6(a) shows a three-dimensional shape image of molded charcoal 16 before the missing data interpolation process. Figure 6(b) shows a three-dimensional shape image of molded charcoal 16 after the missing data interpolation process. By the above-mentioned interpolation process, the missing data scattered in the three-dimensional shape image of Figure 6(a) can be interpolated in a natural way, and three-dimensional shape data that does not include missing data as shown in Figure 6(b) can be obtained.
なお、図5に示した例では、欠損データの周囲の画素の8画素のうち、欠損データではない画素の平均輝度値で補完する例を示したが、これに限らない。3次元形状作成部36は、欠損データの周囲8画素の中央輝度値、最小輝度値又は最大輝度値で補完してもよく、欠損データの周囲8画素の最大輝度値及び最小輝度値を除いた平均輝度値や中央輝度値で補完してもよい。また、異常値を排除する目的で、過去の実績から輝度値の範囲を予め設定し、設定された範囲内の画素の平均値や中央値を用いて欠損データを補完してもよい。さらに、ラスタースキャンの順序も左から右に、上から下に限らず、右左方向及び上下方向の4つの組み合わせの何れかの順でスキャンしてもよい。 In the example shown in FIG. 5, the missing data is complemented with the average luminance value of the non-missing pixels among the eight pixels surrounding the missing data, but this is not limited to the above. The three-dimensional shape creation unit 36 may complement the missing data with the median luminance value, minimum luminance value, or maximum luminance value of the eight pixels surrounding the missing data, or may complement the missing data with the average luminance value or median luminance value excluding the maximum luminance value and minimum luminance value of the eight pixels surrounding the missing data. In addition, in order to eliminate abnormal values, a luminance value range may be set in advance based on past performance, and the missing data may be complemented using the average value or median value of the pixels within the set range. Furthermore, the order of raster scanning is not limited to left to right and top to bottom, but may be any of four combinations of right to left and up and down.
3次元形状作成部36は作成した成型炭16の3次元形状データを粒度算出部38に出力する。粒度算出部38は、3次元形状データを用いて成型炭16の粒径と数とを測定し、これらを用いて成型炭16の粒度分布を算出するが、その前に、3次元形状データに対し、成型炭16の境界を特定したり、3次元形状データを二値化処理したり、3次元形状データのノイズを除去することが好ましい。これにより、3次元形状データを用いて成型炭16の数を測定する際に、その測定精度を向上させることができる。以下、これらの処理について説明する。 The three-dimensional shape creation unit 36 outputs the created three-dimensional shape data of the molded coal 16 to the particle size calculation unit 38. The particle size calculation unit 38 uses the three-dimensional shape data to measure the particle size and number of the molded coal 16, and uses these to calculate the particle size distribution of the molded coal 16. However, before that, it is preferable to identify the boundaries of the molded coal 16, binarize the three-dimensional shape data, and remove noise from the three-dimensional shape data. This makes it possible to improve the measurement accuracy when measuring the number of molded coals 16 using the three-dimensional shape data. These processes are described below.
まず、成型炭16の境界を特定する境界特定処理について説明する。図7は、極小値探索法により成型炭の境界を特定する処理を説明するグラフである。図7(a)は谷の検出方法を示すグラフであり、図7(b)は段差の検出方法を示すグラフである。粒度算出部38は、図7(a)に示すように、3次元形状データ中の注目画素の輝度値が「右傾き≧0、左傾き≦0」且つ「(右傾き-左傾き)≧閾値」を満たした場合に、当該注目画素が谷であると検出する。また、粒度算出部38は、注目画素の近傍の画素の輝度値の差が閾値よりも大きい場合に当該注目画素が段差であると検出する。粒度算出部38は、検出した谷及び段差の注目画素が成型炭16の境界画素であると特定し、当該画素の輝度値を「0」に変更する。以下、成型炭16の境界画素の輝度値を「0」に変更する処理を「ゼロ埋め」と記載する。 First, the boundary identification process for identifying the boundary of the molded charcoal 16 will be described. FIG. 7 is a graph for explaining the process for identifying the boundary of the molded charcoal by the minimum value search method. FIG. 7(a) is a graph showing the valley detection method, and FIG. 7(b) is a graph showing the step detection method. As shown in FIG. 7(a), when the luminance value of the target pixel in the three-dimensional shape data satisfies "right tilt ≧ 0, left tilt ≦ 0" and "(right tilt - left tilt) ≧ threshold", the granularity calculation unit 38 detects that the target pixel is a valley. In addition, when the difference in luminance value between the target pixel and the neighboring pixel is greater than the threshold, the granularity calculation unit 38 detects that the target pixel is a step. The granularity calculation unit 38 identifies the target pixel of the detected valley and step as a boundary pixel of the molded charcoal 16, and changes the luminance value of the pixel to "0". Hereinafter, the process of changing the luminance value of the boundary pixel of the molded charcoal 16 to "0" will be referred to as "zero filling".
図8は、成型炭の境界を特定する処理による3次元形状データの変化を示す画像である。粒度算出部38は、図8(a)に示した処理前画像に対応した3次元形状データに対して縦方向に走査して成型炭16の境界画素を検出し、当該画素のゼロ埋めを実行する。この縦方向の境界画素をゼロ埋めした3次元形状画像が図8(b)である。同様に、粒度算出部38は、図8(a)に示す処理前画像に対応した3次元形状データに対して横方向に走査して成型炭16の境界画素を検出し、当該画素のゼロ埋めを実行する。この横方向の境界画素をゼロ埋めした3次元形状画像が図8(c)である。 Figure 8 is an image showing the change in three-dimensional shape data due to processing to identify the boundaries of molded coal. The grain size calculation unit 38 vertically scans the three-dimensional shape data corresponding to the pre-processing image shown in Figure 8(a) to detect the boundary pixels of molded coal 16, and performs zero-filling of the pixels. The three-dimensional shape image in which the vertical boundary pixels have been zero-filled is shown in Figure 8(b). Similarly, the grain size calculation unit 38 horizontally scans the three-dimensional shape data corresponding to the pre-processing image shown in Figure 8(a) to detect the boundary pixels of molded coal 16, and performs zero-filling of the pixels. The three-dimensional shape image in which the horizontal boundary pixels have been zero-filled is shown in Figure 8(c).
粒度算出部38は、図8(b)、(c)の画像を「OR演算」で合成して、縦方向及び横方向の境界画素をゼロ埋めした3次元形状データを作成する。この3次元形状データに対応する3次元形状画像が図8(d)である。このように、成型炭16の境界を特定する境界特定処理を実施することで、成型炭16の境界が明確になり、その後に実行する成型炭16の数の測定精度が向上する。なお、本実施形態に係る粒状物の粒度測定装置22では、粒度算出部38が極小値探索法を用いて成型炭16の境界を特定する例を示したが、これに限らない。粒度算出部38は、極小値探索法、Cannyエッジ抽出法、ソーベルフィルタによるエッジ抽出法及びラプラシアンフィルタによるエッジ抽出法のうちの少なくとも1つを用いて成型炭16の境界を特定してもよい。 The particle size calculation unit 38 combines the images of FIG. 8(b) and (c) by "OR operation" to create three-dimensional shape data in which the boundary pixels in the vertical and horizontal directions are filled with zeros. The three-dimensional shape image corresponding to this three-dimensional shape data is shown in FIG. 8(d). In this way, by performing a boundary identification process for identifying the boundary of the molded coal 16, the boundary of the molded coal 16 becomes clear, and the measurement accuracy of the number of molded coals 16 performed thereafter is improved. In the particle size measurement device 22 of the granular material according to this embodiment, the particle size calculation unit 38 identifies the boundary of the molded coal 16 using the minimum value search method, but this is not limited to this. The particle size calculation unit 38 may identify the boundary of the molded coal 16 using at least one of the minimum value search method, the Canny edge extraction method, the edge extraction method using a Sobel filter, and the edge extraction method using a Laplacian filter.
例えば、Cannyエッジ抽出法で成型炭16の境界を検出する場合、3次元形状作成部36は、ガウシアンフィルタで平滑化した3次元形状データをソーベルフィルタなどで微分処理し、その後、ヒステリシスを用いた閾値処理により成型炭16の境界である否かを判断する。また、3次元形状作成部36は、ソーベルフィルタやラプラシアンフィルタで3次元形状データを処理し、その後、閾値処理により成型炭16の境界を特定してもよい。このように、成型炭16の境界を特定して当該境界画素をゼロ埋めすることで、その後に実施する成型炭16の数の測定精度が向上する。 For example, when detecting the boundary of molded coal 16 using the Canny edge extraction method, the three-dimensional shape creation unit 36 performs differentiation processing on the three-dimensional shape data smoothed by a Gaussian filter using a Sobel filter or the like, and then determines whether or not it is the boundary of molded coal 16 by threshold processing using hysteresis. The three-dimensional shape creation unit 36 may also process the three-dimensional shape data using a Sobel filter or Laplacian filter, and then identify the boundary of molded coal 16 by threshold processing. In this way, by identifying the boundary of molded coal 16 and filling the boundary pixels with zero, the accuracy of the measurement of the number of molded coals 16 performed thereafter is improved.
次に、二値化処理について説明する。粒度算出部38は、図8(d)に示したゼロ埋め画像に対応した3次元形状データを二値化処理することが好ましい。二値化に用いる閾値は、予め定められて記憶部34に格納されている。このように、3次元形状データを二値化処理することで、その後に実施する成型炭16の数の測定精度が向上する。 Next, the binarization process will be described. The particle size calculation unit 38 preferably performs binarization processing on the three-dimensional shape data corresponding to the zero-filled image shown in FIG. 8(d). The threshold value used for binarization is determined in advance and stored in the memory unit 34. In this way, by performing binarization processing on the three-dimensional shape data, the accuracy of the measurement of the number of molded coals 16 performed thereafter is improved.
次に、ノイズ除去処理について説明する。粒度算出部38は、膨張処理、収縮処理、メディアンフィルター及び平均化処理のうちの少なくとも1つを1回以上実施して、二値化処理後の3次元形状データのノイズを除去することが好ましい。このようにノイズを除去することで、その後に実施する成型炭16の数の測定精度が向上する。 Next, the noise removal process will be described. It is preferable that the particle size calculation unit 38 removes noise from the three-dimensional shape data after the binarization process by performing at least one of the expansion process, contraction process, median filter, and averaging process at least once. By removing noise in this manner, the accuracy of the measurement of the number of molded coals 16 that is performed thereafter is improved.
粒度算出部38は、ノイズを除去した二値化処理後の3次元形状データに対してwatershedによる領域分割を実施する。これにより、成型炭16同士の重なりを排除でき、それぞれの成型炭16の数を測定できるようになる。粒度算出部38は、領域分割された3次元形状データを用いて、3次元形状データに含まれる成型炭16の数を測定する。その後、粒度算出部38は、測定された成型炭16の粒径と数と、下記(1)式とを用いて、粒径Diの成型炭16の数を算出する。なお、粒径Diは、3次元形状データに含まれる成型炭16のいずれかの粒径であって、粒度算出部38によって測定された粒径である。
粒度算出部38は、粒径Diの成型炭16の数を算出すると、粒状物の面積比率が粒状物の重量比率であるとして、当該数と下記(2)式とを用いて、粒径Diの成型炭16の重量度数を算出する。ここで重量度数とは、成型炭16に含まれる粒径Diの成型炭の重量比率である。
粒度算出部38は、三次元形状データに含まれる全ての成型炭16の重量度数を算出する。これにより、粒度算出部38は、成型炭16の粒度分布を算出できる。なお、粒度算出部38は、測定された成型炭16の粒径を予め定められた範囲でまとめて計算してもよい。例えば、粒径が3.0mmより大きく6.0mm以下の範囲内の成型炭16を粒径4.5mmの成型炭16としてまとめて測定してもよく、粒径が6.0mmより大きく10.0mm以下の範囲内の成型炭16を粒径8.0mmの成型炭16としてまとめて測定してもよい。 The particle size calculation unit 38 calculates the weight frequency of all molded coal 16 included in the three-dimensional shape data. This allows the particle size calculation unit 38 to calculate the particle size distribution of the molded coal 16. The particle size calculation unit 38 may collectively calculate the particle sizes of the measured molded coal 16 in a predetermined range. For example, molded coal 16 with a particle size in the range of more than 3.0 mm and not more than 6.0 mm may be collectively measured as molded coal 16 with a particle size of 4.5 mm, and molded coal 16 with a particle size in the range of more than 6.0 mm and not more than 10.0 mm may be collectively measured as molded coal 16 with a particle size of 8.0 mm.
ここで、上記(1)、(2)式について説明する。図9は、積み重なった粒状物の領域内での存在確率を説明する図である。図9(a)は積み重なった粒状物の上視図であり、図9(b)は側面視図である。 Here, we explain the above formulas (1) and (2). Figure 9 is a diagram that explains the probability of existence within an area of piled granular matter. Figure 9(a) is a top view of the piled granular matter, and Figure 9(b) is a side view.
図9に示すように、積み重なった粒状物の所定領域内の存在確率は粒径に反比例するという考えに基づくと、3次元形状データの領域内に存在する粒径Diの成型炭16の数niは、成型炭16の数の測定値に(粒径Diの逆数)/(全ての粒径の逆数の和)を乗じることで算出できる。この考えに基づいて任意の粒径Diの成型炭16の個数を求める式が上記(1)式である。 9, based on the idea that the probability of piled granules existing in a given region is inversely proportional to the particle size, the number ni of briquettes 16 with particle size Di existing in a region of the three-dimensional shape data can be calculated by multiplying the measured number of briquettes 16 by (the reciprocal of particle size Di )/(the sum of the reciprocals of all particle sizes). Based on this idea, the above formula (1) is used to calculate the number of briquettes 16 with an arbitrary particle size Di.
また、コンベア18上には成型炭16以外は存在しないので、粒径Diの重量度数は、成型炭16の体積比で算出できる。粒径Diの成型炭16の体積が(4/3)×π×(Di/2)3×niで算出され、これから上記(2)式が得られる。このようにして、粒度算出部38は、成型炭16の重量度数及び粒度分布を算出する。これら重量度数や粒度分布は成型炭16の一部の重量度数及び粒度分布なので、この処理を繰り返し実施して得られる多数の重量度数及び粒度分布を用いることでコンベア18上を搬送される成型炭16の粒度分布が求められる。 Furthermore, since there is nothing other than the briquettes 16 on the conveyor 18, the weight frequency of the diameter D i can be calculated by the volume ratio of the briquettes 16. The volume of the briquettes 16 with diameter D i is calculated by (4/3) x π x (D i /2) 3 x n i , from which the above formula (2) is obtained. In this manner, the particle size calculation unit 38 calculates the weight frequency and particle size distribution of the briquettes 16. Since these weight frequencies and particle size distributions are only a portion of the briquettes 16, the particle size distribution of the briquettes 16 transported on the conveyor 18 can be obtained by using a large number of weight frequencies and particle size distributions obtained by repeatedly performing this process.
成型炭16の粒度分布を算出すると、粒度算出部38は、算出した成型炭16の粒度や粒度分布を出力部32に表示させてもよい。これにより、オペレータは出力部32に表示された成型炭16の粒度や粒度分布を視認することで、成型炭16の粒度や粒度分布を把握できる。 When the particle size distribution of the molded coal 16 is calculated, the particle size calculation unit 38 may display the calculated particle size and particle size distribution of the molded coal 16 on the output unit 32. This allows the operator to visually check the particle size and particle size distribution of the molded coal 16 displayed on the output unit 32 and thereby understand the particle size and particle size distribution of the molded coal 16.
このように、粒度算出部38は、成型炭16の重量度数や粒度分布を算出するが、3次元形状作成部36から取得した3次元形状データが成型炭16の粒度の算出に適さない場合には、粒度算出部38は、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いないことが好ましい。例えば、コンベア18上に成型炭16が積載されていない部分が含まれる場合には、当該3次元形状データは重量度数の算出に適さないと判断して、粒度算出部38は、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いないことが好ましい。3次元形状データが重量度数の算出に適するか適しないかを判断するための条件を予め定めておき、粒度算出部38は、当該条件を満足するか否かを判断することで、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いるか否かを判断する。以下、3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを判断するための条件について説明する。 In this way, the particle size calculation unit 38 calculates the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16. However, if the three-dimensional shape data acquired from the three-dimensional shape creation unit 36 is not suitable for calculating the particle size of the molded coal 16, it is preferable that the particle size calculation unit 38 does not use the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. For example, if the conveyor 18 includes a portion where the molded coal 16 is not loaded, it is preferable that the three-dimensional shape data is determined to be not suitable for calculating the weight frequency, and the particle size calculation unit 38 does not use the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. Conditions for determining whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency are determined in advance, and the particle size calculation unit 38 determines whether the conditions are satisfied, thereby determining whether the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data are used. Below, the conditions for determining whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency are explained.
3次元形状データに成型炭16が積載されていない部分が含まれるか否かは、3次元形状データの高さの平均値を成型炭16の平均粒径で除した正規化平均高さと、当該高さの標準偏差を成型炭16の平均粒径で除した正規化標準偏差とから判断できる。したがって、粒度算出部38は、3次元形状作成部36から取得した3次元形状データの高さの平均値と成型炭16の平均粒径とを用いて正規化平均高さを算出する。また、粒度算出部38は、3次元形状データの高さと成型炭16の平均粒径とを用いて正規化標準偏差を算出する。成型炭16の平均粒径は、データの選別を行う前に3次元形状データを用いて求められる粒径Diとその数から算出できる。なお、成型炭16の平均粒径は測定開始後、所定の期間測定された粒径Diとその数を用いて求めてもよい。 Whether or not the three-dimensional shape data includes a portion where the briquettes 16 are not loaded can be determined from the normalized average height obtained by dividing the average value of the heights of the three-dimensional shape data by the average particle diameter of the briquettes 16, and the normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the heights by the average particle diameter of the briquettes 16. Therefore, the particle size calculation unit 38 calculates the normalized average height using the average value of the heights of the three-dimensional shape data acquired from the three-dimensional shape creation unit 36 and the average particle diameter of the briquettes 16. In addition, the particle size calculation unit 38 calculates the normalized standard deviation using the heights of the three-dimensional shape data and the average particle diameter of the briquettes 16. The average particle diameter of the briquettes 16 can be calculated from the particle diameters D i and the number of particles obtained using the three-dimensional shape data before the data is sorted. The average particle diameter of the briquettes 16 may be obtained using the particle diameters D i and the number of particles measured for a predetermined period after the start of measurement.
そして、正規化平均高さが3~8の範囲内であって、且つ、正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内である場合に、粒度算出部38は、3次元形状データが重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いる。一方、正規化平均高さが3~8の範囲外であるか、正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲外である場合に、粒度算出部38は、3次元形状データが重量度数の算出に適さないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いない。これにより、粒度算出部38によって算出される成型炭16の粒度の算出精度を向上させることができる。なお、上記例では、3次元形状データの高さの平均値を成型炭16の平均粒径で除した正規化平均高さと、3次元形状データの標準偏差を成型炭16の平均粒径で除した正規化標準偏差を用いたが、これに限らず、3次元形状データの高さの平均値と、3次元形状データの標準偏差を用いて判断してもよい。 If the normalized average height is within the range of 3 to 8 and the normalized standard deviation is within the range of 0.5 to 1.8, the particle size calculation unit 38 determines that the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency, and uses the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. On the other hand, if the normalized average height is outside the range of 3 to 8 or the normalized standard deviation is outside the range of 0.5 to 1.8, the particle size calculation unit 38 determines that the three-dimensional shape data is not suitable for calculating the weight frequency, and does not use the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. This makes it possible to improve the calculation accuracy of the particle size of the molded coal 16 calculated by the particle size calculation unit 38. In the above example, a normalized average height obtained by dividing the average value of the height of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal 16 and a normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal 16 were used, but this is not limiting and the judgment may be made using the average value of the height of the three-dimensional shape data and the standard deviation of the three-dimensional shape data.
さらに、コンベア18が停止していたり、コンベア18上に成型炭16が全く積載されていない場合にも、上記(1)、(2)式を用いて各粒径の重量度数を正確に算出できない。コンベア18が停止しているか否か、及び、コンベア18上に成型炭16がまったく積載されていないか否かは、3次元形状データの高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が予め定められた閾値よりも大きいか否かで判断できる。したがって、粒度算出部38は、3次元形状作成部36から取得した3次元形状データの高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値を算出する。そして、当該値が予め定められた閾値よりも大きい場合に、粒度算出部38は、3次元形状データが重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いる。一方、粒度算出部38は、3次元形状データの高さの搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が予め定められた閾値以下の場合には、3次元形状データが重量度数の算出に適しないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出した成型炭16の重量度数や粒度分布を用いない。これにより、さらに、粒度算出部38によって算出される成型炭16の重量度数や粒度分布の算出精度を向上させることができる。 Furthermore, when the conveyor 18 is stopped or when no molded coal 16 is loaded on the conveyor 18, the weight frequency of each particle size cannot be accurately calculated using the above formulas (1) and (2). Whether the conveyor 18 is stopped or whether no molded coal 16 is loaded on the conveyor 18 can be determined by whether the average value of the width direction of the standard deviation of the height of the three-dimensional shape data in the conveying direction is greater than a predetermined threshold value. Therefore, the particle size calculation unit 38 calculates the average value of the width direction of the standard deviation of the height of the three-dimensional shape data acquired from the three-dimensional shape creation unit 36 in the conveying direction. Then, when the value is greater than a predetermined threshold value, the particle size calculation unit 38 determines that the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency, and uses the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. On the other hand, when the average widthwise value of the standard deviation of the height of the three-dimensional shape data in the conveying direction is equal to or less than a predetermined threshold value, the particle size calculation unit 38 determines that the three-dimensional shape data is not suitable for calculating the weight frequency, and does not use the weight frequency or particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. This further improves the calculation accuracy of the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated by the particle size calculation unit 38.
また、粒度算出部38は、入力が3次元形状データであり、出力が当該3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを示すデータである学習済みの機械学習モデルに、3次元形状作成部36によって作成された3次元形状データを入力することで、3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを判断してもよい。このような学習済の機械学習モデルには、3次元形状データと当該3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを示すデータとを1セットとする多数のデータセットを教師データとして機械学習されたディープラーニングネットワークを用いることが好ましい。これにより、3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを容易に判断できる。この学習済の機械学習モデルは、予め作成されて記憶部34に格納される。 The granularity calculation unit 38 may also determine whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating weight frequency by inputting the three-dimensional shape data created by the three-dimensional shape creation unit 36 into a trained machine learning model in which the input is three-dimensional shape data and the output is data indicating whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating weight frequency. For such trained machine learning model, it is preferable to use a deep learning network that has been machine-trained using as training data a large number of data sets in which the three-dimensional shape data and data indicating whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating weight frequency. This makes it easy to determine whether the three-dimensional shape data is suitable for calculating weight frequency. This trained machine learning model is created in advance and stored in the storage unit 34.
また、成型炭16は、コンベア18によって一定速度で搬送されることが好ましい。一定速度で成型炭16が搬送されれば、ラインセンサ24によって、搬送方向に規則的な間隔でラインプロファイルデータが作成されるようになり、当該ラインプロファイルデータを用いることで、成型炭16の積載状態がより正確に反映された3次元形状データが作成される。一方、ラインプロファイルデータを作成している間にコンベア18の速度が変化すると、規則的な間隔でラインプロファイルデータを作成されず、当該ラインプロファイルデータを用いて作成された3次元形状データも不正確なデータとなる。 It is also preferable that the molded coal 16 is transported at a constant speed by the conveyor 18. If the molded coal 16 is transported at a constant speed, the line sensor 24 creates line profile data at regular intervals in the transport direction, and the line profile data is used to create three-dimensional shape data that more accurately reflects the loading state of the molded coal 16. On the other hand, if the speed of the conveyor 18 changes while the line profile data is being created, the line profile data will not be created at regular intervals, and the three-dimensional shape data created using the line profile data will also be inaccurate.
このため、粒度算出部38は、直接的又は間接的にコンベア18から速度情報を取得し、ラインプロファイルデータを作成している間にコンベア18の速度が変化したか否かを判断する。粒度算出部38は、ラインプロファイルデータを作成している間のコンベア18の速度の変化量が予め定められた範囲内である場合に、コンベア18の速度が変化しておらず、3次元形状データが重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出された成型炭16の重量度数や粒度分布を用いる。一方、粒度算出部38は、ラインプロファイルデータを作成している間のコンベア18の速度の変化量が予め定められた範囲外である場合に、コンベア18の速度が変化し、3次元形状データが重量度数の算出に適さないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出された成型炭16の重量度数や粒度分布を用いない。これにより、さらに、粒度算出部38によって算出される成型炭16の重量度数や粒度分布の算出精度を向上させることができる。 Therefore, the particle size calculation unit 38 directly or indirectly acquires speed information from the conveyor 18 and determines whether the speed of the conveyor 18 has changed while the line profile data is being created. When the amount of change in the speed of the conveyor 18 while the line profile data is being created is within a predetermined range, the particle size calculation unit 38 determines that the speed of the conveyor 18 has not changed and that the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency, and uses the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. On the other hand, when the amount of change in the speed of the conveyor 18 while the line profile data is being created is outside the predetermined range, the particle size calculation unit 38 determines that the speed of the conveyor 18 has changed and that the three-dimensional shape data is not suitable for calculating the weight frequency, and does not use the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated using the three-dimensional shape data. This further improves the calculation accuracy of the weight frequency and particle size distribution of the molded coal 16 calculated by the particle size calculation unit 38.
図10は、本実施形態に係る粒状物の粒度測定方法の一例を示すフロー図である。次に、図10を用いて、本実施形態に係る粒状物の粒度測定方法を説明する。図10に示すフローは、例えば、粒状物の粒度測定装置22が立ち上げられ、画像処理装置26の入力部30から成型炭16の粒度分布の測定開始を指示する入力を受け付けることで開始される。 Figure 10 is a flow diagram showing an example of a method for measuring the particle size of granular material according to this embodiment. Next, the method for measuring the particle size of granular material according to this embodiment will be described with reference to Figure 10. The flow shown in Figure 10 is started, for example, when the particle size measuring device 22 for granular material is started and an input is received from the input unit 30 of the image processing device 26 instructing the start of measurement of the particle size distribution of the molded coal 16.
ラインセンサ24は、ラインプロファイルデータ作成ステップを実行して、成型炭16にコンベア18の幅方向に沿ったライン状のレーザー光を照射し、搬送方向に異なる複数の位置における成型炭16の高さ情報を含むラインプロファイルデータを作成する(ステップS101)。ラインセンサ24は作成したラインプロファイルデータを画像処理装置26の3次元形状作成部36に出力する。 The line sensor 24 executes a line profile data creation step to irradiate the molded coal 16 with a line-shaped laser beam along the width direction of the conveyor 18, and creates line profile data including height information of the molded coal 16 at multiple different positions in the conveying direction (step S101). The line sensor 24 outputs the created line profile data to the three-dimensional shape creation unit 36 of the image processing device 26.
3次元形状作成部36は、3次元形状データ作成ステップを実行して、搬送方向に異なる複数の位置のラインプロファイルデータを用いて成型炭16の3次元形状データを作成する(ステップS102)。なお、3次元形状作成部36は、作成した3次元形状データに含まれる欠損データを補完することが好ましい。3次元形状作成部36は、作成した3次元形状データを粒度算出部38に出力する。 The three-dimensional shape creation unit 36 executes a three-dimensional shape data creation step to create three-dimensional shape data of the molded coal 16 using line profile data from multiple different positions in the conveying direction (step S102). It is preferable that the three-dimensional shape creation unit 36 complements missing data contained in the created three-dimensional shape data. The three-dimensional shape creation unit 36 outputs the created three-dimensional shape data to the particle size calculation unit 38.
粒度算出部38は、3次元形状データを用いて成型炭16の粒径と数を測定する(ステップS103)。なお、粒度算出部38は、成型炭16の粒径と数を測定するにあたり、成型炭16の境界を特定する境界特定処理、二値化処理及びノイズ除去処理を実行することが好ましい。 The particle size calculation unit 38 measures the particle size and number of molded coals 16 using the three-dimensional shape data (step S103). In measuring the particle size and number of molded coals 16, it is preferable that the particle size calculation unit 38 executes a boundary identification process for identifying the boundaries of the molded coals 16, a binarization process, and a noise removal process.
粒度算出部38は、3次元形状データを用いて成型炭16の粒径と数を測定すると、当該数と、下記(1)、(2)式を用いて、粒径Diの成型炭の重量度数及び粒度分布を算出する(ステップS104)。このステップS103及びステップS104の処理が、粒状物の粒度測定方法における粒度算出ステップに相当する。
粒度算出部38は、測定した成型炭16の粒度分布を出力部32に表示する(ステップS15)。これにより、オペレータは、コンベア上に積載されて搬送される成型炭16の粒度分布を視認できる。その後、粒度算出部38は、入力部30を介して成型炭16の粒度分布の算出処理を終了させる指示する入力が受け付けられているか否かを判断する(ステップS106)。粒度算出部38は、当該入力が受け付けられている場合に、終了指示有りと判断し(ステップS106:Yes)、図10に示したフローを終了させる。一方、成型炭16の強度推定の終了を示す入力がされていない場合に、終了指示無しと判断し(ステップS106:No)、処理をステップS101に戻して、再び、ステップS101からの処理を繰り返し実行する。 The particle size calculation unit 38 displays the measured particle size distribution of the molded coal 16 on the output unit 32 (step S15). This allows the operator to visually confirm the particle size distribution of the molded coal 16 loaded on the conveyor and transported. Thereafter, the particle size calculation unit 38 judges whether an input instructing to end the calculation process of the particle size distribution of the molded coal 16 has been received via the input unit 30 (step S106). If the input has been received, the particle size calculation unit 38 judges that there is an end instruction (step S106: Yes) and ends the flow shown in FIG. 10. On the other hand, if there is no input indicating the end of the strength estimation of the molded coal 16, it judges that there is no end instruction (step S106: No), returns the process to step S101, and repeats the process from step S101 again.
このように、本実施形形態に係る粒状物の粒度測定装置22及び粒状物の粒度測定方法では、コンベア18上に積載されている成型炭16のうち表層の粒状物だけでなく、内部に存在する成型炭16を考慮して成型炭16の粒度分布をオンラインで測定する。このため、コンベア18上に積載されている表層の粒状物を撮像した画像データから粒径を測定している従来の粒径測定装置よりも高い精度で粒状物の粒度分布を測定できる。 In this way, the granular material particle size measuring device 22 and granular material particle size measuring method according to this embodiment measure the particle size distribution of the molded coal 16 online, taking into account not only the surface layer of the molded coal 16 loaded on the conveyor 18, but also the molded coal 16 present inside. Therefore, the particle size distribution of the granular material can be measured with higher accuracy than conventional particle size measuring devices that measure particle size from image data of the surface layer of the granular material loaded on the conveyor 18.
<実施例1>
次に、図2に示した粒状物の粒度測定装置22を用いて、落下試験後の成型炭16の数を測定した実施例1を説明する。図11は、実施例1における成型炭16の落下試験を説明する模式図である。図11(a)、(b)に示すように、高さ2mの位置から1~3回の落下試験を実施した。その後、成型炭を篩(目開き径15×15mm)で篩分けし、篩上に篩分けられた成型炭を、コンベアを模擬した移動ステージ上に載せ、粒状物の粒度測定装置22を用いて成型炭の数を測定した。使用したラインセンサの幅方向の撮像分解能は0.3mm/pixelであり、搬送方向の撮像分解能は0.4mm/pixelであり、移動ステージの移動速度は200mm/secである。また、作成した3次元画像データに対し、欠損データ補完処理、境界特定処理、二値化処理、ノイズ除去処理を実施した。下記表1に成型炭の数の測定結果を示す。
Example 1
Next, a description will be given of Example 1 in which the number of molded coals 16 after the drop test was measured using the particle size measuring device 22 for granular materials shown in FIG. 2. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the drop test of the molded coals 16 in Example 1. As shown in FIGS. 11(a) and 11(b), one to three drop tests were performed from a position of 2 m height. Thereafter, the molded coals were sieved with a sieve (mesh size 15×15 mm), and the molded coals sieved on the sieve were placed on a moving stage simulating a conveyor, and the number of molded coals was measured using the particle size measuring device 22 for granular materials. The imaging resolution in the width direction of the line sensor used was 0.3 mm/pixel, the imaging resolution in the conveying direction was 0.4 mm/pixel, and the moving speed of the moving stage was 200 mm/sec. In addition, missing data complementation processing, boundary identification processing, binarization processing, and noise removal processing were performed on the created three-dimensional image data. The measurement results of the number of molded coals are shown in Table 1 below.
上記表1において、1-1~1-5、2-1~2-5、3-1~3-5の行は、移動ステージ上のサンプルを並び替えて5回測定したそれぞれの結果を示す。「成型炭個数」の列は、粒状物の粒度測定装置22によって測定された成型炭の数を示す。また、「実測個数」の列は、目視により計測した成型炭の数を示す。表1に示すように、成型炭個数と実測個数とがほぼ同数になっており、本実施形態に係る粒状物の粒度測定装置22によって高い精度で成型炭の個数が測定できることが確認された。 In Table 1 above, rows 1-1 to 1-5, 2-1 to 2-5, and 3-1 to 3-5 show the results of five measurements taken after rearranging the samples on the moving stage. The "Number of briquettes" column shows the number of briquettes measured by the granular material particle size measuring device 22. The "Actual number" column shows the number of briquettes measured visually. As shown in Table 1, the number of briquettes and the actual number are almost the same, confirming that the number of briquettes can be measured with high accuracy by the granular material particle size measuring device 22 according to this embodiment.
<実施例2>
次に、成型炭の製造ラインのコンベア上で、図2に示した粒状物の粒度測定装置22を用いて、成型炭の重量度数を算出した実施例2を説明する。撮像分解能が縦横ともに0.3mm/pixelのラインセンサを用いて、240m/minの速度で搬送するコンベアの上に3段程度に積載された成型炭のラインプロファイルデータを作成した。なお、測定前に成型炭を積載させていないコンベアのプロファイルデータを作成することで、高さのゼロレベルを設定した。
Example 2
Next, Example 2 will be described in which the weight frequency of molded coal was calculated using the particle size measuring device 22 for granular materials shown in Figure 2 on the conveyor of the molded coal production line. Using a line sensor with an imaging resolution of 0.3 mm/pixel in both the vertical and horizontal directions, line profile data of molded coal loaded in about three layers on a conveyor transporting the coal at a speed of 240 m/min was created. Note that the zero level of the height was set by creating profile data of a conveyor on which no molded coal was loaded before the measurement.
発明例1では、作成したラインプロファイルデータを用いて3次元形状データを作成した。作成した3次元形状データに欠損データ補完処理、境界特定処理、二値化処理、ノイズ除去処理を実施した上で成型炭の粒径と数を測定し、これらの測定結果と上記(1)、(2)式を用いて、各粒径の重量度数を算出した。そして、算出した各粒径の重量度数を用いて成型炭の度数分布曲線を算出した。 In Example 1, three-dimensional shape data was created using the created line profile data. The created three-dimensional shape data was subjected to missing data completion processing, boundary identification processing, binarization processing, and noise removal processing, and then the particle size and number of molded coal were measured. These measurement results and the above formulas (1) and (2) were used to calculate the weight frequency of each particle size. The calculated weight frequency of each particle size was then used to calculate the frequency distribution curve of the molded coal.
発明例2では、発明例1と同じ条件で作成したラインプロファイルデータを用いて3次元形状データを作成した。作成した3次元形状データに欠損データ補完処理、境界特定処理、二値化処理、ノイズ除去処理を実施した。この3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲内であって、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内である場合には3次元形状データは重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いた。なお、成型炭の平均粒径は10mmである。そして、これら各粒径の重量度数を用いて成型炭の度数分布曲線を算出した。 In Example 2, three-dimensional shape data was created using line profile data created under the same conditions as in Example 1. The created three-dimensional shape data was subjected to missing data completion processing, boundary identification processing, binarization processing, and noise removal processing. If the normalized average height obtained by dividing the average value of the height of this three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 3 to 8, and the normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 0.5 to 1.8, the three-dimensional shape data was determined to be suitable for calculating weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data was used. The average particle size of the molded coal was 10 mm. The frequency distribution curve of the molded coal was then calculated using the weight frequencies of each particle size.
一方、3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲外であるか、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲外である場合には3次元形状データは重量度数の算出に適さないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いずに破棄した。 On the other hand, if the normalized average height, calculated by dividing the average height of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal, is outside the range of 3 to 8, or if the normalized standard deviation, calculated by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal, is outside the range of 0.5 to 1.8, the three-dimensional shape data is determined to be unsuitable for calculating weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data is discarded without being used.
発明例3では、発明例1と同じ条件で作成したラインプロファイルデータを用いて3次元形状データを作成した。作成した3次元形状データに欠損データ補完処理、境界特定処理、二値化処理、ノイズ除去処理を実施した。この3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲内であって、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内であって、搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が10より大きい場合には3次元形状データは重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いた。そして、これら各粒径の重量度数を用いて成型炭の度数分布曲線を算出した。 In Example 3, three-dimensional shape data was created using line profile data created under the same conditions as Example 1. The created three-dimensional shape data was subjected to missing data complementation, boundary identification, binarization, and noise removal. If the normalized average height obtained by dividing the average value of the height of this three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 3 to 8, the normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 0.5 to 1.8, and the average value of the standard deviation in the conveying direction in the width direction was greater than 10, it was determined that the three-dimensional shape data was suitable for calculating the weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data was used. The weight frequency of each particle size was then used to calculate the frequency distribution curve of the molded coal.
一方、3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲外であるか、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲外であるか、搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が10以下である場合には3次元形状データは重量度数の算出に適さないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いずに破棄した。 On the other hand, if the normalized average height, calculated by dividing the average height of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal, is outside the range of 3 to 8, if the normalized standard deviation, calculated by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal, is outside the range of 0.5 to 1.8, or if the average value of the standard deviation in the conveying direction in the width direction is 10 or less, then the three-dimensional shape data is determined to be unsuitable for calculating the weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data is discarded without being used.
発明例4では、発明例1と同じ条件で作成したラインプロファイルデータを用いて3次元形状データを作成した。作成した3次元形状データに欠損データ補完処理、境界特定処理、二値化処理、ノイズ除去処理を実施した。この3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲内であって、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲内であって、搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が10より大きく、且つ、ラインプロファイルデータを作成している間のコンベアの速度の変化量が±10%以内である場合には、3次元形状データは重量度数の算出に適すると判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いた。そして、これら各粒径の重量度数を用いて成型炭の度数分布曲線を算出した。 In Example 4, three-dimensional shape data was created using line profile data created under the same conditions as in Example 1. The created three-dimensional shape data was subjected to missing data complementation, boundary identification, binarization, and noise removal. If the normalized average height obtained by dividing the average value of the height of this three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 3 to 8, the normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal was within the range of 0.5 to 1.8, the average value of the standard deviation in the conveying direction in the width direction was greater than 10, and the change in the speed of the conveyor while the line profile data was created was within ±10%, the three-dimensional shape data was determined to be suitable for calculating the weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data was used. Then, the weight frequency of each particle size was used to calculate the frequency distribution curve of the molded coal.
一方、3次元形状データの高さの平均値を成型炭の平均粒径で除した正規化平均高さが3~8の範囲外であるか、3次元形状データの標準偏差を成型炭の平均粒径で除した正規化標準偏差が0.5~1.8の範囲外であるか、搬送方向の標準偏差の幅方向の平均値が10以下であるか、ラインプロファイルデータを作成している間のコンベアの速度の変化量が±10%を超える場合には、3次元形状データは重量度数の算出に適さないと判断し、当該3次元形状データを用いて算出した各粒径の重量度数を用いずに破棄した。なお、上記例ではコンベア18の速度の変化量を±10%以内で判断する例を示したが、コンベアの速度の変化量を±3%以内で判断することがより好ましい。 On the other hand, if the normalized average height obtained by dividing the average height of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal is outside the range of 3 to 8, the normalized standard deviation obtained by dividing the standard deviation of the three-dimensional shape data by the average particle size of the molded coal is outside the range of 0.5 to 1.8, the average widthwise value of the standard deviation in the conveying direction is 10 or less, or the change in conveyor speed during the creation of the line profile data exceeds ±10%, the three-dimensional shape data is determined to be unsuitable for calculating the weight frequency, and the weight frequency of each particle size calculated using the three-dimensional shape data is discarded without being used. Note that, although the above example shows an example in which the change in speed of the conveyor 18 is determined to be within ±10%, it is more preferable to determine the change in conveyor speed within ±3%.
比較例1では、ラインセンサに代えて撮像分解能が縦横ともに0.25mm/pixelのエリアカメラで撮像された画像データを解析して成型炭の表層の粒径と数を測定し、これらの測定結果から算出される成型炭の体積比を用いて、成型炭の重量度数を算出した。そして、算出した各粒径の重量度数を用いて成型炭の度数分布曲線を算出した。 In Comparative Example 1, instead of a line sensor, image data captured by an area camera with an imaging resolution of 0.25 mm/pixel in both the vertical and horizontal directions was analyzed to measure the particle size and number of molded coal surface layers, and the molded coal weight frequency was calculated using the molded coal volume ratio calculated from these measurement results. The molded coal frequency distribution curve was then calculated using the calculated weight frequency of each particle size.
これら発明例1~4、比較例1の粒径の度数分布曲線と、同じ成型炭を篩分けして実測した粒径の度数分布曲線(以下、「実測度数分布曲線」と記載する。)との相関関係を確認した。その結果を下記表2に示す。 The correlation between the particle size frequency distribution curves of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 and the particle size frequency distribution curves actually measured by sieving the same molded coal (hereinafter referred to as the "actually measured frequency distribution curves") was confirmed. The results are shown in Table 2 below.
表2に示す通り、発明例1~4で算出された重量度数から求められた成型炭の度数分布曲線と実測度数分布曲線との決定係数(R2)は0.80以上となり、高い精度で成型炭の重量度数が算出できることが確認された。また、3次元形状データが重量度数の算出に適するか否かを判断し、3次元形状データが重量度数の算出に適さないと判断された場合には、当該データから算出された重量度数データを用いないとすることで、成型炭の粒度測定精度が向上することも確認された。 As shown in Table 2, the coefficient of determination (R 2 ) between the frequency distribution curve of the molded coal calculated from the weight frequency calculated in Examples 1 to 4 and the actually measured frequency distribution curve was 0.80 or more, and it was confirmed that the weight frequency of the molded coal could be calculated with high accuracy. In addition, it was confirmed that the accuracy of the particle size measurement of the molded coal was improved by determining whether or not the three-dimensional shape data is suitable for calculating the weight frequency, and not using the weight frequency data calculated from the three-dimensional shape data when it is determined that the three-dimensional shape data is not suitable for calculating the weight frequency.
一方、比較例1で測定された重量度数から求められた成型炭の度数分布曲線と、実測度数分布曲線との決定係数(R2)は0.43となり、高い精度で成型炭の重量度数を算出することができなかった。エリアカメラで撮像された画像データでは成型炭の境界が特定しづらく、このため、成型炭の粒径と数の測定精度が低下し、重量度数の測定精度が低下したものと考えられる。さらに、比較例1では、コンベア上に積載されている成型炭の内部の状態が考慮されていないので、これにより、成型炭の重量度数の測定精度がさらに低下したものと考えられる。 On the other hand, the coefficient of determination ( R2 ) between the molded coal frequency distribution curve calculated from the weight frequency measured in Comparative Example 1 and the actual measured frequency distribution curve was 0.43, and the molded coal weight frequency could not be calculated with high accuracy. It is difficult to identify the boundaries of molded coal in the image data captured by the area camera, and this is thought to have reduced the measurement accuracy of the particle size and number of molded coal, and therefore the measurement accuracy of the weight frequency. Furthermore, in Comparative Example 1, the internal state of the molded coal loaded on the conveyor is not taken into consideration, and this is thought to have further reduced the measurement accuracy of the molded coal weight frequency.
10 原料炭
12 混合機
14 成型機
16 成型炭
18 コンベア
20 コークス炉
22 粒状物の粒度測定装置
24 ラインセンサ
26 画像処理装置
28 制御部
30 入力部
32 出力部
34 記憶部
36 3次元形状作成部
38 粒度算出部
Reference Signs List 10 Raw coal 12 Mixer 14 Molding machine 16 Molded coal 18 Conveyor 20 Coke oven 22 Granular material particle size measuring device 24 Line sensor 26 Image processing device 28 Control unit 30 Input unit 32 Output unit 34 Memory unit 36 Three-dimensional shape creation unit 38 Particle size calculation unit
Claims (22)
搬送方向に異なる複数の位置における前記粒状物のラインプロファイルデータを作成するラインセンサと、
画像処理装置と、を備え、
前記画像処理装置は、前記ラインセンサによって作成された複数のラインプロファイルデータを用いて、前記粒状物の3次元形状データを作成する3次元形状作成部と、
前記3次元形状データを用いて、前記粒状物の粒径と数を測定するとともに前記粒状物の面積比率が前記粒状物の重量比率であるとして、前記粒状物の粒度分布を算出する粒度算出部と、を有する、粒状物の粒度測定装置。 A particle size measuring device for measuring a particle size distribution of a granular material loaded and transported on a conveyor, comprising:
a line sensor that creates line profile data of the granular object at a plurality of different positions in a conveying direction;
An image processing device,
the image processing device includes a three-dimensional shape creation unit that creates three-dimensional shape data of the granular object using a plurality of line profile data created by the line sensor;
a particle size calculation unit that uses the three-dimensional shape data to measure the particle size and number of the granular objects and calculates the particle size distribution of the granular objects by assuming that the area ratio of the granular objects is the weight ratio of the granular objects.
前記学習済の機械学習モデルから前記条件を満足することを示すデータが出力された場合に前記条件を満足すると判断し、前記学習済の機械学習モデルから前記条件を満足しないことを示すデータが出力された場合に前記条件を満足しないと判断する、請求項3に記載の粒状物の粒度測定装置。 The granularity calculation unit inputs the three-dimensional shape data created by the three-dimensional shape creation unit into a trained machine learning model, the trained machine learning model being an input of the three-dimensional shape data and an output of data indicating whether or not the condition is satisfied,
A particle size measuring device for granular matter as described in claim 3, which determines that the condition is satisfied when data indicating that the condition is satisfied is output from the trained machine learning model, and determines that the condition is not satisfied when data indicating that the condition is not satisfied is output from the trained machine learning model.
ラインセンサを用いて、搬送方向に異なる複数の位置における前記粒状物のラインプロファイルデータを作成するラインプロファイルデータ作成ステップと、
複数のラインプロファイルデータを用いて前記粒状物の3次元形状データを作成する3次元形状データ作成ステップと、
前記3次元形状データを用いて、前記粒状物の粒径と数を測定するとともに、前記粒状物の面積比率が前記粒状物の重量比率であるとして、前記粒状物の粒度分布を算出する、粒度算出ステップと、
を有する、粒状物の粒度測定方法。 A method for measuring the particle size distribution of granular objects loaded and transported on a conveyor, comprising the steps of:
a line profile data creation step of creating line profile data of the granular object at a plurality of different positions in a conveying direction using a line sensor;
a three-dimensional shape data creation step of creating three-dimensional shape data of the granular object using a plurality of line profile data;
a particle size calculation step of measuring the particle size and number of the granular objects using the three-dimensional shape data, and calculating a particle size distribution of the granular objects by assuming that the area ratio of the granular objects is the weight ratio of the granular objects;
A method for measuring the particle size of a granular material, comprising the steps of:
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