СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ГРАНУЛ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2005 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу для определения геометрических размеров частиц сыпучего материала, а также к гранулометрической системе для осуществления этого способа.

Из статей "The quality control system of sintering paint at Kashima Steel Works", Arai О., Yamamoto A., Yoko Т., Inada K., Yumoto S., Autom. Mining, Miner and Metal Process, 1983, Proc. 4-симпозиум IFAC, Хельсинки, 22-25 авг., 1983. Oxford е.а. 1984, стр.347-355 и "Determining size distribution of moving pelets by computer image processing", Steven G. Grannes, Appl. Comput. And Oper. Res. Miner. Ind.: 19-й Межд. Симп., Univercity Park, Pa, апрель 14-16, 1986. Littleton, Colo, 1986, стр.545-552, известен способ определения геометрических размеров частиц окомкованного или гранулированного материала путем представления видеоизображения частиц на растровой сетке и определение геометрических размеров из структуры растра. Однако этот способ оказался очень неточным.

Известен способ и система для определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала (пат. РФ №2154814, опубл. 20.08.2000, бюл. №23, прототип), который подвергают воздействию направленного электромагнитного излучения. Затем измеряют двумерное распределение интенсивности отраженного от частиц излучения, причем в распределении интенсивности отраженного излучения определяют максимумы и минимумы, а также их расстояние друг от друга в 8 или более направлениях. Из расстояний между максимумами и минимумами интенсивности определяют статистическое распределение, которое используют в качестве статистического распределения геометрических размеров частиц. Гранулометрическая система для определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала содержит, по меньшей мере, один источник для облучения частиц, по меньшей мере, одно устройство измерения отраженного от частиц излучения и, по меньшей мере, один блок оценки. Блок оценки выполнен с возможностью определения из распределения интенсивности отраженного излучения максимумов и минимумов, а также их расстояний друг от друга в 8 или более направлениях. При этом устройство измерения выполнено в виде камеры, а источник излучения в виде электромагнитного источника излучения. Известный способ и гранулометрическая система для его осуществления обеспечивают достаточно точное измерение геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала. Сущность этого изобретения связана именно со специфической формой исследуемых частиц (окатыши, гранулы, форма которых близка к шарообразной). Именно такая форма обеспечивает чередование четких максимумов и минимумов интенсивности отраженного от частиц излучения.

Однако в случае необходимости определения геометрических размеров гранул сыпучего материала произвольной формы (например, дробленой породы перед обогащением) этот способ теряет свои преимущества. В случае определения размеров гранул произвольной формы распределение интенсивности отраженного излучения представляет собой неравномерную функцию по поверхности частицы с уменьшением интенсивности на границе. Четкого чередования минимумов и максимумов нет, их однозначные величины отсутствуют.

Таким образом, перед автором стояла задача разработать способ определения геометрических размеров гранул произвольной формы и систему для его осуществления, применяя хорошо зарекомендовавшую себя идею использования неравномерности интенсивности отраженного от гранул излучения на поверхности гранулы и на ее границе.

Поставленная задача решена предлагаемым согласно изобретению способом определения геометрических размеров гранул сыпучего материала, который подвергают воздействию направленного электромагнитного излучения, измеряют двумерное распределение интенсивности отраженного от гранул излучения, путем выделения минимумов в распределении интенсивности последовательно выявляют границы облученных гранул и получают их двумерное контурное изображение, из которого определяют, например, габаритный (максимальный) геометрический размер каждой облученной гранулы, причем сами гранулы имеют произвольную форму. В качестве статистического распределения используют габаритные геометрические размеры облученных гранул.

Способ согласно изобретению может быть осуществлен посредством гранулометрической системы (п.4 формулы). Эта гранулометрическая система содержит, по меньшей мере, один источник электромагнитного излучения для облучения гранул, по меньшей мере, одно устройство измерения отраженного от гранул излучения, например видеокамеру, и, по меньшей мере, один блок оценки. Блок оценки выполнен с возможностью последовательного выявления границ облученных гранул, построения их двумерного контурного изображения, определения габаритных геометрических размеров каждой из них и их последующей статистической обработки.

В настоящее время из патентной и научной литературы неизвестна совокупность предлагаемых согласно изобретению признаков, позволяющих решить изложенную выше техническую задачу.

Итак, согласно изобретению способ определения геометрических размеров гранул сыпучего материала произвольной формы заключается в первоначальном выделении (построении контурного изображения) каждой гранулы (камень, окатыш, зерно) из их общего изображения с последующим определением ее (максимального) габаритного геометрического размера. Построение контурного изображения каждой гранулы осуществляется путем выделения ее граничных точек по минимальной интенсивности отраженного излучения.

Дальнейшие подробности изобретения следуют из приведенного примера осуществления способа с помощью чертежей. На них изображены:

фиг.1 - установка для дробления породы;

фиг.2 - двумерное распределение интенсивности отраженного излучения;

фиг.3 - распределение интенсивности вдоль линии сечения А-В из фиг.2 - видеоизображение;

фиг.4 - алгоритм обработки видеоизображения;

фиг.5 - двумерное контурное изображение;

На фиг.1 показана установка для дробления добываемых на горнорудных предприятиях из недр земли железных и марганцевых руд, известняков, используемых в металлургическом производстве. В качестве примера рассмотрим работу гранулометрической системы в составе реальной технологической линии. Подлежащая дроблению порода через ленточный транспортер (1) подается в дробильные установки (2). Дробленый материал отводится через следующий ленточный транспортер (3). Дробильные установки управляются и регулируются с целью получения кусков-гранул породы определенных габаритных геометрических размеров. Именно для этого габаритный геометрический размер кусков-гранул измеряют. Это измерение может производиться тогда, когда куски падают на ленточный транспортер (3) или когда они лежат на ленточном транспортере (3). Измерительный блок (4) состоит предпочтительно из нескольких источников электромагнитного излучения, равномерно распределенных по окружности, и видеокамеры или электронного фотоаппарата. Поставляемое видеокамерой (фотоаппаратом) изображение через линию данных передают на ЭВМ (5), в частности промышленную ЭВМ. Оценка этого переданного сигнала происходит в ЭВМ (5) так, что там может быть получена информация о статистическом распределении габаритных геометрических размеров дробленых кусков-гранул, которая является необходимой для регулирования работы дробильных установок (2).

На фиг.2 (видеоизображение) видно, что границы гранул очень размыты, и определить размеры гранул достаточно точно невозможно. Фиг.3 также подтверждает вывод о неравномерности распределения интенсивности отраженного излучения и его неупорядоченный вид.

На фиг.4 показана схема оценки распределения интенсивности - алгоритм обработки видеоизображения. Образованное видеокамерой изображение (6) вначале преобразуется в цифровую форму в цифровом преобразователе (7). Выходной сигнал цифрового преобразователя (7) подводят к блоку (8) подчеркивания граничных точек исследуемых гранул. Подчеркивание границ можно реализовать, например, методом статистического дифференцирования Р. Уоллиса (Wallis R. Н. An Aproatch for the Space Variant Restoration and Enhancement of Image, Proceedings Symposiom on Current Mathtmatical Problems in Image Science, Monterey California, November 1976 г.). Выходной сигнал с блока (8), например, одновременно подается в блок (9) - блок формирования граничных областей по гистограмме функции яркости изображения и в блок (10) - блок формирования граничных областей по градиенту функции яркости изображения. Оба бинарных изображения граничных точек поступают на вход блока (11) - блока связывания граничных точек. Данная процедура реализуется по алгоритму, описанному в (Бакут П. А., Колмогоров С. С. Сегментация изображений: методы выделения границ областей.// Зарубежная радиоэлектроника. 1987, №10, с.25-47). В блоке (12) происходит разметка внутренних точек областей, ограниченных замкнутыми контурами. Размеченные области и будут искомыми изображениями облученных гранул - получили двумерное контурное изображение (фиг.5). Сканируя каждую размеченную область, например, по четырем направлениям (например, горизонтальному, вертикальному и двум диагональным), определяют (максимальный) габаритный геометрический размер каждой. Габаритные геометрические размеры гранул можно определять и другими способами. Например, в качестве критериев размера можно использовать диаметр минимальной описанной окружности, площадь размеченной области и др. Полученная информация о габаритных геометрических размерах гранул поступает в статистический модуль (13) для вычисления статистического распределения гранул различных габаритных геометрических размеров. Возможны иные варианты формирования граничных областей, например, только по одному из критериев: по гистограмме функции яркости или по градиенту функции яркости изображения. Из соображений большей точности в качестве примера описан вариант получения бинарного изображения граничных точек. Используя двумерное контурное изображение распределения интенсивности отраженного излучения (фиг.5), можно определять и среднее значение геометрических размеров облученных гранул. В этом случае статистическое распределение не определяется.

Сущность: гранулы сыпучего материала подвергают воздействию направленного электромагнитного излучения. Измеряют двумерное распределение интенсивности отраженного от гранул излучения. Выделяя минимумы в распределении интенсивности, последовательно выявляют границы облученных гранул и получают их двумерное контурное изображение. По нему определяют, например, габаритный (максимальный) геометрический размер каждой, причем сами гранулы имеют произвольную форму. Габаритные геометрические размеры облученных гранул могут использоваться в качестве статистического распределения габаритных геометрических размеров гранул сыпучего материала. Гранулометрическая система для осуществления способа содержит, по меньшей мере, один источник электромагнитного излучения для облучения гранул, по меньшей мере, одно устройство измерения отраженного от гранул излучения, например видеокамеру, по меньшей мере, один блок оценки. При этом блок оценки выполнен с возможностью последовательного выявления границ подвергаемых облучению гранул, построения их двумерного контурного изображения и определения, например, габаритных геометрических размеров каждой из них с последующей, например, их статистической обработкой. Технический результат изобретения: обеспечение возможности определения геометрических размеров гранул произвольной формы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения геометрических размеров гранул сыпучего материала, который подвергают воздействию направленного электромагнитного излучения, отражают его, измеряют двумерное распределение интенсивности отраженного излучения и определяют геометрические размеры каждой облученной гранулы, отличающийся тем, что для гранул произвольной формы путем выделения минимумов в распределении интенсивности отраженного излучения последовательно выявляют границы каждой, после чего получают ее двумерное контурное изображение, из которого и определяют геометрические размеры.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по двумерному контурному изображению определяют габаритные геометрические размеры каждой из гранул произвольной формы.3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что габаритные геометрические размеры используют для вычисления статистического распределения габаритных размеров гранул сыпучего материала, имеющих произвольную форму.4. Гранулометрическая система для определения геометрических размеров гранул сыпучего материала, содержащая, по меньшей мере, один источник направленного электромагнитного излучения для облучения гранул, по меньшей мере, одно устройство измерения отраженного от гранул излучения, например видеокамеру, и, по меньшей мере, один блок оценки, выполненный с возможностью определения геометрических размеров каждой облученной гранулы, отличающаяся тем, что для гранул произвольной формы блок оценки выполнен с дополнительными возможностями выделения минимумов в распределении интенсивности отраженного излучения, последующего выявления границ каждой из облученных гранул, построения ее двумерного контурного изображения и определения по нему геометрических размеров.5. Гранулометрическая система по п.4, отличающаяся тем, что блок оценки выполнен с возможностью определения по двумерному контурному изображению габаритных геометрических размеров гранулы произвольной формы.