粉體層體積測定裝置的製作方法
2023-06-09 04:02:01
專利名稱：粉體層體積測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種粉體層體積測定裝置。
背景技術：
粉體的物性值，以休止角、崩潰角、刮鏟角、松密度/振實密度、壓縮度、凝聚度、分散度、差角等各種參數來測定。關於對這些物性值進行測定的裝置，可以在專利文獻I中了解到其示例。專利文獻I公開了一種對粉體的堆積密度進行測定的裝置。在專利文獻I記載的裝置中，將放入有粉體試樣的測定用杯(量筒)設置在敲擊臺上，該敲擊臺被設置在該測定裝置所具備的用於實施測定的局部空間、即測定室內的底部。在所述測定室的頂棚上，於測定用杯的正上方的位置處設置有天窗，且在其上設置有傳感器盒匣。被配置在傳感器盒匣中的非接觸型傳感器對測定用杯中的粉體面高低進行測定。用傳感器來對該測定用杯內為空狀態時的情況進行測定，從而預先求取基準值(高度O)。然後將試樣粉體放入測定用杯內，用傳感器來測量粉體面高低H。在此，利用測定用杯的底面面積A和粉體面高低的測定值(距離測定用杯的底部的高度)H的乘積，來求取試樣粉體的體積。在先技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利第4368738號公報
發明內容
發明所要解決的課題在使用量筒作為測定用杯時，作為與投入到量筒內的試樣粉體的壓縮性相關的評價方法，具有對振實密度(也稱作敲擊密度)和體積減小度進行測定的方法。作為振實密度的測定方法，具有如下方法，即，將預定量的試樣粉體放入量筒內之後，以預定的衝程量以及預定的振動頻率(每單位時間內的敲擊次數)實施預定次數或預定時間的敲擊，從而求取振實密度的方法。當採用例如美國藥典(USP)敲擊法和美國材料與試驗協會(ASTM)敲擊法時，用投入到量筒內的試樣粉體的質量除以敲擊後的試樣粉體的體積來求取振實密度。另外，在川北方程粉體壓縮評價法中，也利用相同方法進行敲擊，當敲擊前的試樣粉體的體積為Vci,敲擊後的試樣粉體的體積為V時，利用(Vc1-V) /V0來求取體積減小度。如此，無論在哪一種測定方法中，均通過對敲擊前和/或敲擊後的量筒內的粉體層的體積進行測定，從而求取振實密度和體積減小度。此時的體積測定優選為，以不壓迫粉體層的非接觸方式來實施。當然，雖然使用專利文獻I記載的裝置那樣的非接觸型傳感器，但根據試樣粉體的種類和粒子直徑、或粉體面的凹凸情況，有時會存在採用超聲波傳感器這種非接觸型傳感器難以進行高精度體積測定的情況。本發明是鑑於上述點而完成的，其目的在於，提供一種能夠對透明或半透明的圓筒形容器內的粉體層的體積進行高精度測定的粉體層體積測定裝置。
用於解決問題的方法本發明的粉體層體積測定裝置具備攝像頭；背光部件，其被配置在與所述攝像頭相向的位置處；圓筒形容器，其為透明或半透明的，且被配置在所述攝像頭和所述背光部件之間；升降裝置，其使所述攝像頭在垂直方向上移動；控制裝置，其實施對所述攝像頭和所述升降裝置的動作控制；位移量測定裝置，其對所述攝像頭從所述控制裝置所設定的初始設定位置起的垂直方向位移量進行檢測，並輸出至所述控制裝置；圖像分析裝置，其對所述攝像頭拍攝的、所述容器內的粉體層的圖像進行分析，並將分析結果輸出至所述控制裝置；運算單元，其根據所述攝像頭從所述初始設定位置起的垂直方向位移量來計算粉體層的體積。在本發明的粉體層體積測定裝置中，所述圓筒形容器被安裝在設定了衝程量和振動數的敲擊裝置的敲擊臺上。在本發明的粉體層體積測定裝置中，所述圓筒形容器由量筒構成。發明效果根據本發明，由於圓筒形容器內的粉體層的圖像由圖像分析裝置進行分析，並對攝像頭從初始設定位置起的垂直方向位移量進行檢測，從而根據該垂直方向位移量來計算粉體層的體積，因此能夠進行高精度的體積測定。
圖1為粉體物性測定裝置的概要主視圖。
圖2為粉體物性測定裝置的概要側視圖。
圖3為粉體物性測定裝置的概要剖視圖。
圖4為背光部件的概要剖視圖，且為從側面觀察時的圖。
圖5為對圖像處理的概念進行說明的說明圖。
圖6為粉體層體積測定裝置的結構框圖。
圖7為用於對振實密度或體積減小度測定進行說明的概要剖視圖。
符號說明
I粉體物性測定裝置
2本體
3蓋
10測定室
20攝像裝置
21攝像頭
23升降裝置
30背光部件
41圖像分析裝置
42位移量測定裝置
50敲擊裝置
51尚支擊臺
52敲擊軸
104圓筒形容器
具體實施例方式本發明所涉及的粉體層體積測定裝置，作為能夠對投入至透明或半透明的圓筒形容器內的試樣粉體的振實密度和體積減小度進行測定的粉體物性測定裝置I而實現。構成粉體物性測定裝置I的外觀的二大要素為，本體2和遮蓋其前部的蓋3。本體2為，使用板金制的筐體4將圖未示的架臺結構的外側包圍而成的構件，其通過高度可調的多個支承腳5而支承在支承面上。蓋3的主要部分由透明的合成樹脂形成，並通過左右一對臂6而被安裝在本體2的左右兩個側面上。臂6的前端成為與本體2連結的支點部7，蓋3以支點部7為中心而在垂直面內轉動。當放下蓋3時將成為圖2中的實線的狀態。此時，被蓋3包圍的空間成為圖3所示的測定室10。如上所述，由於蓋3的主要部位是透明的，因此，即使在放下了蓋3的狀態下也能夠看穿到測定室10的內部。作業者能夠在以目視來確認試樣的狀況等的同時，在不受粉塵影響的條件下進行測定作業。在蓋3的正面形成有把手部3a，用手抓住把手部3a，從而能夠將蓋3提起至圖2的虛線位置。當提起至圖2的點劃線位置時，即使將手放開，蓋3仍將停留在該位置。在以這種方式使測定室10處於開放狀態的基礎上，作業者再實施對測定結束的試樣或用於測定的用具的整理、新的測定作業的設定、保養檢修作業等。在不需要預先使測定室10處於開放狀態時，則放下蓋3。在通過支點部7來支承蓋3的軸上組合有阻尼器，從而在放下的中途將手放開時，蓋3將緩慢地下降，由此將在不會發生衝擊的條件下安靜地關閉。在本體2外側的、從正面觀看時的左側位置處，配置有攝像裝置20。在測定室10的內部配置有背光部件30。背光部件30被安裝在從測定室10的進深側的內壁突出的託架31上。透明或半透明的圓筒形容器104被配置在攝像裝置20和背光部件30之間，對此將在後文進行詳細說明。攝像裝置20具備攝像頭21，其具備C-MOS或C⑶這種固體攝像元件；立柱22，其對攝像頭21進行支承。立柱22豎立在從本體2的所述未圖示的架臺結構突出的託架2a的上表面上。攝像裝置20上附帶有使攝像頭21沿著立柱22在垂直方向上移動的升降裝置23。升降裝置23由固定在立柱22的側面上的垂直的直線導軌24、能夠沿著直線導軌24升降的滑塊25、連結在滑塊25上並通過自身旋轉而使滑塊25升降的垂直的滾珠絲杆26、使滾珠絲杆26旋轉的附帶減速裝置的步進電機27構成。攝像頭21以被保持在滑塊25上的方式進行升降。作為背光部件30的光源的是發光二極體(以下稱作「LED」)。LED被構成為LED燈32 (參照圖4)。LED燈32具備細長的容器33，其具備透明或半透明的蓋板33a ;多個LED34，其在容器33的內部被配置為一列。LED34為通常使用的類型的二極體，優選使用白色 LED。LED燈32被配置為，將其長度方向設置為垂直，並使光的出射方向朝向攝像裝置20。方筒狀的燈罩35包圍該LED燈32。燈罩35由乳白色的丙烯酸樹脂形成，將多個LED34各自發出的光轉變為均勻的面狀光。並且，燈罩35的材料並不限於丙烯酸樹脂。
攝像頭21將信號輸出至控制裝置40(參照圖6)。控制裝置40是一種被定位於計算機的裝置，並向攝像頭21、升降裝置23和背光部件30輸出控制信號。攝像頭21具備圖像分析裝置41 (參照圖6)，圖像分析裝置41對拍攝圖像進行分析，並將分析結果作為信號輸出至控制裝置40。作為攝像頭21，可以使用例如基恩士公司製造的CV-3000S0605系列、歐姆龍公司製造的FQ-S10100F、松下電工株式會社製造的ANM832CE、康耐視公司製造的Checker傳感器G47等。升降裝置23具備位移量測定裝置42 (參照圖6)，位移量測定裝置42對攝像頭21從控制裝置40所設定的初始設定位置起的垂直方向位移量進行測定，並輸出至控制裝置40。位移量測定裝置42利用連結在與攝像頭21 —起升降的部件上、或連結在攝像頭21本身上的線性編碼器來實現，對於本實施方式中的結構來說，所述與攝像頭21 —起升降的部件即滑塊25。或者利用與使滑塊25升降的滾珠絲杆26、或使滾珠絲杆26旋轉的減速裝置或步進電機27等相連結的迴轉式編碼器或解析器等來實現。攝像頭21拍攝的圖像成為如圖5所示的圖像。圖像由多個像素的集合構成。在圖5中圖示了透明的圓筒形容器的內部存在有筒狀的粉體層的狀況。粉體物性測定裝置I具備振實密度和體積減小度的測定裝置的功能。振實密度和體積減小度的測定中所必需的設備是敲擊裝置。如圖3所示，將敲擊裝置50配置在粉體物性測定裝置I所具備的用於實施測定的局部空間、即測定室10的地面部上。敲擊裝置50具備敲擊臺51、對敲擊臺51進行支承的敲擊軸52。圖6所示的敲擊電機53，利用圖未示的頂杆來使敲擊軸52升起，並實施敲擊動作。敲擊電機53是步進電機，並由電機驅動器54來驅動。當控制裝置40向電機驅動器54輸送控制信號時,與控制信號對應的驅動脈衝從電機驅動器54輸出。敲擊電機53僅以與驅動脈衝數對應的角度進行旋轉。由於敲擊電機53是步進電動機，因此能夠比較自由地設定施加於頂杆的轉動角度和轉動速度。因此，易於根據試樣的物性和測定目的來設定敲擊的衝程量和振動頻率，從而提高了敲擊裝置50的使用自由度。在粉體物性測定裝置I中設置有，使試樣粉體經過振動篩的篩振動裝置。篩振動裝置的本體部分位於筐體4內，僅有該本體部分所具備的振動杆60(參照圖7)的一部分向測定室10突出。環狀的篩安裝框61被固定在振動杆60上。振動杆60通過圖6所示的電磁鐵62而被施加了上下方向的振動。如圖6所示，除了前文所記載的攝像裝置20、升降裝置23、背光部件30、位移量測定裝置42、敲擊電機53、電機驅動器54、電磁鐵62這些構成要素以外，在控制裝置40上還連接有顯示裝置70。顯示裝置70由外置的監視器裝置等構成，並用於實施測定數據或計算結果等的顯示。接下來，根據圖3和圖7，對如何使用粉體物性測定裝置I進行說明。圖7所示的為利用USP敲擊法或ASTM敲擊法來測定振實密度時、或利用川北方程粉體壓縮評價法來測定體積減小度時的設定。將斜槽102、篩100、篩按壓件101順次重疊在篩安裝框61上，並通過緊固件103將上述部件固定在篩安裝框61上。將透明或半透明的圓筒形容器104安裝在敲擊臺51上，在此，圓筒形容器104為量筒。當對量筒內的粉體層的體積進行測定時，首先，利用攝像頭21和控制裝置40來測定從初始設定位置起至量筒的第I刻度線為止的高度(_)，並存儲在控制裝置40所具備的存儲單元中。通過對攝像頭21從初始設定位置移動至刻度線的高度時的脈衝數(前文所述的線性編碼器、迴轉式編碼器、解析器等輸出的脈衝數)進行計數，並利用控制裝置40對其進行轉換，從而求取高度(_)。控制裝置40具備運算單元，以下所說明的粉體層的體積計算也通過該運算單元來實施。以後的說明中的「存儲」、「計算」等是指，通過控制裝置40的存儲單元和運算單元來實施其動作。然後，對從初始設定位置起至量筒的第2刻度線為止的高度(mm)進行存儲。根據第I刻度線和第2刻度線之間的容積差和高度(mm)差，來決定每Imm的量筒的容積。根據每Imm的量筒的容積、和已經儲存的第I刻度線或第2刻度線的位置，能夠計算出基準點(Oml的位置)的高度。例如，從初始設定位置起至50ml的第I刻度線為止的高度為30. OOmm,接下來從初始設定位置起至250ml的第2刻度線為止的高度為130. 00mm。此時，由於容積差為200ml，且第I刻度線和第2刻度線之間的高度差為100. OOmm,因此每Imm的量筒容積為2 (ml/mm)，由此，能夠計算出基準點的高度為，距離初始設定位置5. OOmm的位置處。而且，當從初始設定位置起至粉體層的粉體面為止的高度為80. OOmm時，通過用2 (ml/mm)乘以75. OOmm(粉體層的粉體面高度-基準點的高度)，從而得到量筒內的粉體層的體積為150ml。 當將試樣粉體投入到篩按壓件101和篩100中，並通過振動杆60來使篩安裝框61振動時，穿過了篩100的試樣粉體從斜槽102通過並落下，並進入到圓筒形容器104中。當將預定量的試樣粉體投入到了圓筒形容器104中時，使振動杆60的振動停止。然後利用後述的方法來對粉體層的粉體面進行檢測，並對根據此時的高度而求取的容量(ml)進行存儲。然後實施敲擊。當實施了預定次數的敲擊時，粉體層被壓縮，粉體層的粉體面與敲擊前的粉體層的粉體面相比而下降。接下來，對粉體層的粉體面的檢測方法進行說明。在敲擊後，攝像頭21從量筒的最下部起沿著粉體層而緩慢上升。量筒內的粉體層部分因為不會有來自背光部件30的光透過，所以變暗，量筒內沒有粉體層的部分因為有來自背光部件30的光透過，所以被識別為明亮色。通過將明亮色預先記錄在控制裝置40中，從而將除此之外的其他顏色識別為暗色。在攝像頭21上升的途中，當在攝像頭21的攝像畫面中的色面積檢測區域內檢測到的明亮色的色面積超過了預先在控制裝置40中所設定的明亮色的色面積的閾值時，使攝像頭21自動停止。並且，對根據從基準點起至粉體層的粉體面為止的高度而求取的容積(ml)進行存儲。而且，除了色面積之外，通過對明亮色和暗色進行二值化處理，也能檢測粉體層的粉體面。此外，由於縮短了測定時間，因此能夠實現攝像頭21的上升時間的縮短。也就是說，能夠採用如下方式，即，暫時使攝像頭21以高速上升至超過粉體層的粉體面的位置之後，使攝像頭21下降至該粉體面的下方的位置，然後再次使攝像頭21緩慢上升，並對該粉體面進行檢測。或者能夠採用如下方式，即，使攝像頭21以高速上升至未超過粉體層的粉體面、但接近該粉體面的位置之後，使攝像頭21緩慢上升，並對該粉體面進行檢測。如上述例示所示，根據從基準點起至粉體層的粉體面為止的高度、以及每Imm的量筒容積，能夠求取量筒內的粉體層的體積。
在粉體層的粉體面的檢測中使用攝像頭具有下述優點。例如，在使用雷射傳感器時，當在量筒的壁面上附著有試樣粉體時，或在該附著僅是局部性附著而開有孔穴的狀態下，雷射不能透過，或即使透過，但該透過的雷射的強度也較弱，從而無法檢測粉體層的粉體面。然而當使用雷射的強度較強的傳感器時，檢測誤差會增大。此外，當使用超聲波傳感器時，存在如下問題，即，精度低，且對於多孔性的試樣粉體來說，不能檢測粉體層的粉體面。對此，如果使用攝像頭21來實施圖像判斷，則判定範圍較廣，即使在量筒的壁面上附著有試樣粉體時，只要壁面上存在一點試樣粉體未附著的部位，便能穿過該部位來識別粉體層的粉體面，因此能夠高精度地進行測定。振實密度的測定方法具有USP敲擊法、ASTM敲擊法等，體積減小度的測定方法具有川北方程敲擊法等方法。根據實施測定所採用的是哪種方法，從而使用與其相符的圓筒形容器(量筒)104和敲擊臺51、以及斜槽102。例如當採用USP敲擊法時，使用容積為250ml或IOOml的玻璃量筒。此外，當採用ASTM敲擊法時，使用容積為IOOml或250ml的玻璃量筒。雖然在上述實施方式中，攝像頭21具備圖像分析裝置41，但也可以採用並不是攝像頭21具備圖像分析裝置41，而是控制裝置40具備圖像分析裝置41的結構。以上，雖然對本發明的實施方式進行了說明，但本發明的範圍並不被限定於此，能夠在不脫離發明的主旨的範圍內加以各種改變來實施。產業上的可利用性本發明可以廣泛應用於粉體層體積測定裝置。
權利要求
1.一種粉體層體積測定裝置，具備以下的結構 攝像頭； 背光部件，其被配置在與所述攝像頭相向的位置處； 圓筒形容器，其為透明或半透明的容器，且被配置在所述攝像頭和所述背光部件之間； 升降裝置，其使所述攝像頭在垂直方向上移動； 控制裝置，其實施對所述攝像頭和所述升降裝置的動作控制； 位移量測定裝置，其對所述攝像頭從所述控制裝置所設定的初始設定位置起的垂直方向位移量進行檢測，並輸出至所述控制裝置； 圖像分析裝置，其對所述攝像頭拍攝的、所述容器內的粉體層的圖像進行分析，並將分析結果輸出至所述控制裝置； 運算單元，其根據所述攝像頭從所述初始設定位置起的垂直方向位移量來計算粉體層的體積。
2.如權利要求1所述的粉體層體積測定裝置，其具備以下的結構 所述圓筒形容器被安裝在敲擊裝置的敲擊臺上。
3.如權利要求1所述的粉體層體積測定裝置，其具備以下的結構 所述圓筒形容器由量筒構成。
全文摘要
本發明提供一種粉體層體積測定裝置，其具備攝像頭(21)、使攝像頭在垂直方向上移動的升降裝置(23)、被配置在與攝像頭相向的位置處的背光部件(30)、被配置在攝像頭和背光部件之間的透明或半透明的圓筒形容器(104)、和實施動作控制的控制裝置(40)。升降裝置具備位移量測定裝置(42)，位移量測定裝置(42)對攝像頭從控制裝置所設定的初始設定位置起的垂直方向位移量進行檢測。攝像頭拍攝的圖像由圖像分析裝置(41)進行分析，並測量圓筒形容器內的粉體層的粉體面位置，並根據初始設定位置和粉體面位置來計算粉體層的體積。
文檔編號G01B11/00GK103047929SQ20121002435
公開日2013年4月17日 申請日期2012年1月31日 優先權日2011年10月17日
發明者笹邊修司, 清水健司, 藤見利幸, 毛利順一 申請人:細川密克朗集團股份有限公司