СПОСОБ И АППАРАТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОЛИ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ Российский патент 2022 года по МПК C21B5/00 G01N15/02 C21B7/24 

Область технического применения

Настоящее изобретение относится к техническому решению измерения доли мелких частиц для измерения доли мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала, например руды и кокса, являющихся сырьевыми материалами для доменных печей.

Уровень техники

В производственных процессах, в которых используют сырьевые материалы, например минералы, распределение размеров частиц сырьевых материалов воздействует на ход производственных процессов. Таким образом, необходимо предварительное измерение распределения размеров частиц сырьевых материалов. В частности, в действии доменной печи, важно знать распределение размеров частиц сырьевых материалов, например руды и кокса, для обеспечения проникновения газа в печь. Также необходимо внимательно следить за действием доменной печи, чтобы доля мелких частиц (например, мелких частиц с размером частиц 5 мм или менее), прилипших к более крупным частицам (кускам) сырьевых материалов.

Для того, чтобы знать распределение размеров частиц сырьевых материалов при обычном действии доменной печи, размеры частиц измеряли посредством периодического взятия проб и просеивания сырьевых материалов. Однако этот способ занимает время при выполнении анализов. В патентном документе 1 раскрыто техническое решение, согласно которому автоматически отбирают образцы сырьевого материала для увеличения частоты выполнения анализов. Однако если взятие проб выполняют слишком часто, то рабочий процесс может быть замедлен. Также при взятии проб, выполняемом с целью проверки, сталкиваются с проблемой репрезентативности.

В отличие от упомянутого выше обычного технического решения, согласно которому размеры частиц измеряли посредством взятия проб и просеивания сырьевых материалов, были предложены технические решения, согласно которым размеры частиц сырьевого материала во время транспортирования измеряли в реальном времени, используя, например, камеру.

Например, в патентном документе 2 раскрыто техническое решение определения размера частиц насыпного сырьевого материала, транспортируемого на конвейере. Техническое решение включает получение изображения насыпного сырьевого материала на конвейере для создания данных изображения, определения распределения яркости по данным и определения размера частиц насыпного сырьевого материала, используя максимальную высоту вершин кривой распределения яркости.

В патентном документе 3 раскрыто техническое решение, согласно которому содержание воды в материале, подлежащем загрузке в aдоменную печь, - определяют из спектроскопической информации, получаемой из отраженного света, близкого к инфракрасному, включенного в свет, отраженный от материала, подлежащего загрузке. В этом техническом решении долю мелких частиц материала, подлежащего загрузке, определяют в реальном времени на основании отношения между содержанием воды в материале, подлежащем загрузке, и долей мелких частиц, прилипших к материалу, подлежащему загрузке.

В патентном документе 4 раскрыто техническое решение, согласно которому средняя яркость по данным изображения, полученного посредством съемки изображения кусков материала, определяется как характеристическое значение признака. В этом техническом решении доля мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала, определяется по характеристическому значению признака, описанному выше.

Перечень процитированных документов

Патентные документы (ПД)

ПД 1: Японская патентная заявка, не прошедшая экспертизу, № 2005-134301

ПД 2: Японская патентная заявка, не прошедшая экспертизу, № 2000-329683

ПД 3: Японская патентная заявка, не прошедшая экспертизу, № 2015-124436

ПД 4: Международная публикация № 2018/101287

Краткое описание изобретения

Техническая проблема

При использовании обычных технических решений, описанных выше, сталкиваются со следующими проблемами.

Из-за ограничений разрешающей способности камеры, с помощью технического решения, раскрытого в патентном документе 2, невозможно полностью обеспечить точность измерений насыпного сырьевого материала, содержащего прилипшие к нему мелкие частицы.

С помощью технического решения, раскрытого в патентном документе 3, невозможно обеспечить достаточный уровень точности измерений из-за того, что взаимоотношение между содержанием воды в материале, подлежащем загрузке, и долей мелких частиц в материале, подлежащем загрузке, не обязательно является высоким.

Подобно техническому решению, раскрытому в патентном документе 3, с помощью технического решения, раскрытого в патентном документе 4, невозможно обеспечить достаточный уровень точности измерений из-за того, что взаимоотношение между яркостью изображения, достигаемой с помощью камеры, и долей мелких частиц не обязательно является высоким.

Соответственно целью настоящего изобретения является решение проблем, возникающих при использовании обычных технических решений, описанных выше. Согласно настоящему изобретению созданы способ измерения доли мелких частиц и аппарат для измерения доли мелких частиц, с помощью которых можно измерять долю мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала, в реальном времени с высокой точностью.

Решение проблемы

Создатели настоящего изобретения провели различные исследования для развития технического решения измерения доли мелких частиц, с помощью которого можно решить проблемы, описанные выше. Создатели настоящего изобретения установили, что доля мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала, может быть измерена в реальном времени с высокой точностью посредством следующего технического решения. Техническое решение включает: измерение расстояния до кусков материала (объект измерения - доля мелких частиц) с использованием дальномера; определение по полученным в результате данным о расстоянии характеристического значения признака, который соотносится с долей мелких частиц; и преобразование характеристического значения признака в значение доли мелких частиц.

Настоящее изобретение, выполненное на основании открытий, описанных выше, обобщено следующим образом.

1. Способ измерения доли мелких частиц включает: этап S1 измерения расстояния x между устройством для измерения расстояния и кусками материала; этап S2 вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, полученным на этапе S1; и этап (S3) преобразования характеристического значения признака, вычисленного на этапе S2, в значение доли мелких частиц.

2. Согласно способу измерения доли мелких частиц по п. 1, характеристическое значение признака, вычисленное на этапе S2, представляет колебание расстояния, вычисленного по данным о расстоянии, полученным на этапе S1.

3. Согласно способу измерения доли мелких частиц по п. 2, характеристическое значение признака, вычисленное на этапе S2, основано на среднеквадратических отклонениях в матрице среднеквадратических отклонений, получаемой посредством наложения фильтра среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии, полученные на этапе S1.

4. Согласно способу измерения доли мелких частиц по п. 3, характеристическое значение признака, вычисленное на этапе S2, является модальным среднеквадратическим отклонением в матрице среднеквадратических отклонений, получаемой посредством наложения фильтра среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии, полученные на этапе S1.

5. Согласно способу измерения доли мелких частиц по п. 3 или 4, диапазон фильтрации фильтра среднеквадратических отклонений составляет 10 × 10 пикселей или менее.

6. Согласно способу измерения доли мелких частиц по любому одному из пп. 1-5, на этапе S1, с помощью устройства для измерения расстояния, установленного над кусками материала x, измеряют расстояние до кусков материала x.

7. Аппарат для измерения доли мелких частиц содержит: устройство 1 для измерения расстояния, выполненное с возможностью измерения расстояния до кусков материала x; и компьютерное устройство 2, содержащее вычислительные средства 2a и преобразующие средства 2b. Вычислительные средства 2a выполнены с возможностью вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, получаемым посредством устройства 1 для измерения расстояния; а преобразующие средства 2b выполнены с возможностью преобразования характеристического значения признака, вычисленного с помощью вычислительных средств 2a, в значение доли мелких частиц.

8. В аппарате по п. 7 для измерения доли мелких частиц, с помощью вычислительных средств 2a вычисляют характеристическое значение признака, представляющее колебание расстояния по данным о расстоянии, получаемым посредством устройства 1 для измерения расстояния.

9. В аппарате по п. 8 для измерения доли мелких частиц, с помощью вычислительных средств 2a накладывают фильтр среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии, получаемые посредством устройства 1 для измерения расстояния, и вычисляют характеристическое значение признака на основании среднеквадратических отклонений по полученной в результате матрице среднеквадратических отклонений.

10. В аппарате по п. 9 для измерения доли мелких частиц, с помощью вычислительных средств 2a накладывают фильтр среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии, получаемые посредством устройства 1 для измерения расстояния, и вычисляют модальное среднеквадратическое отклонение по полученной в результате матрице среднеквадратических отклонений, как характеристическое значение признака.

11. В аппарате по п. 9 или 10 для измерения доли мелких частиц, диапазон фильтрации с помощью фильтра среднеквадратических отклонений составляет 10 × 10 пикселей или менее.

12. В аппарате по любому одному из пп. 7-11 для измерения доли мелких частиц, устройство 1 для измерения расстояния установлено над кусками материала, и с его помощью измеряют расстояние до кусков материала x.

Благоприятные эффекты изобретения

Благодаря использованию настоящего изобретения может быть измерена доля мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала, в реальном времени с высокой точностью. Таким образом можно, например, точно узнавать долю мелких частиц в коксе, подаваемом в доменную печь (т.е. долю мелких частиц кокса) до загрузки кокса в доменную печь. Этим вносят вклад в стабильное действие доменной печи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана пояснительная диаграмма варианта применения настоящего изобретения для измерения доли мелких частиц в коксе до его загрузки в доменную печь;

на фиг. 2 показано примерное изображение трехмерной формы кокса, основанное на измеренном расстоянии, получаемом посредством устройства для измерения расстояния в варианте осуществления, показанном на фиг. 1;

на фиг. 3 показана пояснительная диаграмма примерного технического решения вычисления, используемого при вычислении характеристического значения признака по данным о расстоянии, получаемым посредством устройства для измерения расстояния, где фильтр среднеквадратических отклонений накладывают на данные о расстоянии для определения матрицы среднеквадратических отклонений данных о расстоянии, согласно настоящему изобретению;

на фиг. 4 показана диаграмма распределения среднеквадратических отклонений в матрице среднеквадратических отклонений, определенной посредством вычислений, представленных на фиг. 3;

на фиг. 5 показано черно-белое двухцветное изображение, полученное при пороговом значении 0,5, являющимся среднеквадратическим отклонением в выходной матрице 800 × 1000 среднеквадратических отклонений, при наложении фильтра среднеквадратических отклонений с диапазоном фильтрации матрицы 3 × 3 (3 × 3 пикселей), на данные о расстоянии изображения, показанного на фиг. 2;

на фиг. 6 показана схематическая диаграмма изображения наложения частиц кокса (кусков);

на фиг. 7 показана диаграмма соотношения между характеристическим значением признака, определенным согласно настоящему изобретению, и известной долей мелких частиц, где среднее среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений использовано как характеристическое значение признака;

на фиг. 8 показана диаграмма соотношения между характеристическим значением признака, определенным согласно настоящему изобретению, и известной долей мелких частиц, где модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений использовано как характеристическое значение признака;

на фиг. 9 показана блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления

Способ измерения доли мелких частиц согласно настоящему изобретению является способом измерения доли мелких частиц на кусках материала x, на основании количества мелких частиц, прилипших к поверхности кусков материала x. Способ измерения доли мелких частиц включает: этап (S1) измерения расстояния до кусков материала x с помощью устройства для измерения расстояния; этап (S2) вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, получаемым на этапе (S1); и этап (S3) преобразования характеристического значения признака, вычисленного на этапе (S2), в значение доли мелких частиц.

Аппарат для измерения доли мелких частиц, согласно настоящему изобретению, используют для осуществления способа измерения доли мелких частиц, описанного выше. Аппарат для измерения доли мелких частиц содержит: устройство 1 для измерения расстояния, выполненное с возможностью измерения расстояния до кусков материала x; и компьютерное устройство 2, содержащее вычислительные средства 2a и преобразующие средства 2b. С помощью вычислительных средств 2a вычисляют характеристическое значение признака по данным о расстоянии, основанным на расстоянии, получаемом посредством устройства 1 для измерения расстояния. С помощью преобразующих средств 2b преобразуют характеристическое значение признака, вычисленное посредством вычислительных средств 2a, до значения доли мелких частиц.

Примеры кусков материала x, относительно которых надлежит измерять долю мелких частиц, согласно настоящему изобретению, включают, но они не ограничены кусками сырьевых материалов (например, руды и кокса), используемых в процессах плавления металла, например, процессах изготовления железа.

Здесь долю мелких частиц определяют как долю массы мелких частиц с предварительно определенным размером или менее от общей массы кусков материала x, содержащих мелкие частицы, прилипшие к их поверхности.

Вариант осуществления настоящего изобретения далее описан с использованием примера, в котором куски материала x (объект измерения доли мелких частиц) являются кусками кокса до загрузки в доменную печь.

На фиг. 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения и специально -пример, в котором настоящее изобретение применено для измерения доли мелких частиц в коксе до его загрузки в доменную печь. На чертеже, позицией номер 3 обозначен питатель, позицией номер 4 обозначено сито, позицией номер 5 обозначен конвейер и позицией номер x_c обозначен кокс, являющийся объектом измерения доли мелких частиц. Также позициями номер 1 и 2 обозначены устройство для измерения расстояния и компьютерное устройство, соответственно, которые составляют аппарат для измерения доли мелких частиц, согласно настоящему изобретению. Компьютерное устройство 2 содержит: вычислительные средства 2a, с помощью которых вычисляют характеристическое значение признака по данным о расстоянии, получаемым посредством устройства 1 для измерения расстояния; и преобразующие средства 2b, с помощью которых преобразовывают характеристическое значение признака, вычисленное посредством вычислительных средств 2a до значения доли мелких частиц.

Кокс x_c, загружаемый в доменную печь, хранится в питателе 3. Кокс x_c, выпускаемый из питателя 3, просеивают, используя сито 4, для удаления мелкой пыли, передают на конвейер 5 и транспортируют на конвейере 5 к доменной печи (или к питателю над печью). Кокс x_c, транспортируемый конвейером 5, содержит частицы кокса (куски) на сите 4 и прилипшие мелкие частицы (мелкие частицы кокса), прилипшие к частицам кокса, которые не проходят через сито 4.

В данном варианте осуществления кокс <составляющие его части> x_c, транспортируемый конвейером 5, измеряют следующим образом для определения доли мелких частиц, в основном состоящие из прилипших мелких частиц, описанных выше.

Во-первых, с помощью устройства 1 для измерения расстояния, установленного над конвейером 5, измеряют расстояние до кокса x_c на конвейере 5, и снимают данные, определяющие трехмерную форму кокса x_c (этап S1). Например, в качестве устройства 1 для измерения расстояния может быть использован двухмерный лазер-дальномер.

При использовании лазера-дальномера, описанного выше, расстояние до кокса x_c измеряют построчно посредством сканирования кокса x_c лазерным лучом по ширине конвейера. Каждая линия соответствует ширине лазерного луча, которым облучают кокс x_c по ширине конвейера. Так как кокс x_c транспортируют и перемещают на конвейере 5, данные о трехмерной форме кокса x_c получают посредством линейного измерения расстояния до кокса x_c лазером-дальномером в виде регулярных циклов измерения, а затем последовательно соединяют измеренные величины в линии. Техническое решение, описанное выше, является таким, согласно которому трехмерную форму объекта, подлежащего измерению, снимают по так называемому способу светового сечения. Для осуществления технического решения могут быть использованы обычный лазер-дальномер и обычные средства обработки данных.

Лазер-дальномер предпочтительно является таким, который охватывает измеряемую область, соответствующую ширине конвейера, и который пригоден для измерения полностью (или всей поверхности) кокса x_c, транспортируемого конвейером 5. Более короткие циклы измерения, в частности, 1 кГц или более, являются предпочтительными. В данном варианте осуществления циклы измерения настроены на 4 кГц.

Устройство 1 для измерения расстояния не обязательно должно быть двухмерным лазером-дальномером. Например, может быть применено устройство для измерения расстояния, основанное на стереоскопическом принципе с использованием двух камер.

На фиг. 2 показано примерное изображение трехмерной формы кокса x_c (т.е. изображение кокса x_c на конвейере 5, вид сверху), основанное на расстоянии, полученном посредством двухмерного лазера-дальномера. В изображении в оттенках серого, показанном на фиг. 2, более светлые области являются более высокими и расположенными ближе к дальномеру. Изображение содержит 800 пикселей по ширине (по ширине конвейера) и 1000 пикселей по длине (в направлении движения конвейера). Каждый пиксель изображения соответствует 2 мм по ширине и 4 мм по длине. Расстояние определяется для каждого пикселя.

Это означает, что изображение, показанное на фиг. 2, получено посредством соединения 1000 линий данных о расстоянии (далее также называемых "данными о расстоянии") по ширине конвейера, где каждая линия содержит 800 пикселей. Таким образом получают данные о расстоянии, состоящие из 800 пикселей × 1000 пикселей. Разрешающая способность в направлении высоты составляет 5 мкм.

При обычной обработке изображения, выполняемой с использованием данных, определяющих трехмерную форму, данные, определяющие трехмерную форму кокса, включающего неравномерности, обычно подвергают воздействию сигнала обработки, под действием которого кокс разделяется на отдельные частицы. Количество частиц кокса, получаемых посредством воздействия, вызывающего разделение частиц, подсчитывают для каждого диапазона размеров, для создания гистограммы и вычисления распределения размеров частиц.

Например, когда устройство 1 для измерения расстояния обладает минимальной разрешающей способностью, составляющей 4 мм × 2 мм по длине и ширине, и разрешающей способностью, составляющей 5 мкм в направлении высоты, так как кокс, загружаемый в доменную печь, обычно имеет размер частиц 35 мм или более, разрешающие способности являются достаточными для измерения размеров частиц кокса (кусков) посредством сигнала обработки. Однако прилипшие мелкие частицы (мелкие частицы кокса), прилипшие к поверхности частиц кокса (кусков), часто содержат частицы, имеющие размер, составляющий 1 мм или менее. Если такие прилипшие мелкие частицы являются сферическими, то разрешающая способность устройства 1 для измерения расстояния является недостаточной по длине и ширине, хотя она вполне достаточна в направлении высоты. Соответственно, в отличие от случая подсчета частиц кокса (кусков), сложно подсчитывать количество прилипших мелких частиц и определять долю мелких частиц.

Если устройство для измерения расстояния подводят как можно ближе к коксу для сужения ширины диапазона измерения устройства для измерения расстояния и увеличения разрешающей способности по длине и ширине, то возможно охватить прилипшие мелкие частицы на поверхности кокса и измерить долю мелких частиц. Однако, когда устройство для измерения расстояния подводят ближе к коксу, могут быть охвачены прилипшие мелкие частицы только на части кокса. Таким образом невозможно определить долю мелких частиц во всем коксе, транспортируемом на конвейере (т.е. долю мелких частиц по ширине конвейера). Установка множества устройств для измерения расстояния может быть возможна. Однако это делает обработку данных сложной, ведет к добавлению ограничений установки и к увеличению ее стоимости.

Согласно настоящему изобретению, где вся ширина конвейера находится в области измерения, доля мелких частиц может быть измерена с высокой точностью даже тогда, когда разрешающая способность по длине и ширине является недостаточно высокой. Это означает, что настоящее изобретение создано для измерения расстояния до кокса x_c, определяемого по полученным в результате данным о расстоянии в виде характеристического значения признака, представляющего микроскопические колебания расстояния, и преобразованию характеристического значения признака в значение доли мелких частиц таким образом, чтобы была определена доля мелких частиц, прилипших к поверхности кокса x_c.

Согласно настоящему изобретению, характеристическое значение признака, представляющего микроскопическое колебание расстояния, вычисляют по данным о расстоянии (по данным трехмерной формы кокса), измеренным с помощью устройства 1 для измерения расстояния, как описано выше (этап S2). Разрешающая способность данных о расстоянии, получаемых посредством устройства 1 для измерения расстояния, является недостаточно высокой по длине и ширине для измерения доли мелких частиц, но является достаточно высокой в направлении высоты, даже когда вся ширина конвейера находится в области измерения.

Авторами настоящего изобретения установлено, что, если количество мелких частиц, прилипших к поверхности кокса, увеличивается (т.е. если доля мелких частиц увеличивается), то микроскопическая неравномерность поверхности кокса в направлении высоты в трехмерной форме увеличивается (т.е. микроскопические колебания расстояния кокса в направлении высоты увеличиваются). Соответственно, согласно настоящему изобретению, микроскопическое колебание расстояния используют в качестве характеристического значения признака и определяют долю мелких частиц по характеристическому значению признака.

В данном варианте осуществления микроскопическое колебание расстояния рассматривают как локальное колебание высоты в данном месте, накладывают фильтр среднеквадратических отклонений (т.е. фильтр для вычисления среднеквадратических отклонений), обладающий небольшим диапазоном фильтрации данных о расстоянии, и получают характеристическое значение признака из полученных в результате среднеквадратических отклонений. Чем больше микроскопические неравномерности в поверхности кокса, получающиеся в результате высокой доли мелких частиц, тем больше среднеквадратические отклонения получаются в результате наложения фильтра среднеквадратических отклонений. Характеристическое значение признака, таким образом, получают из среднеквадратических отклонений.

Во-первых, снятые данные о расстоянии, делят на пиксели. Например, данные о расстоянии, показанные на фиг. 2, делят на 800 × 1000 пикселей. Далее создают матрицу 800 × 1000 посредством задания соответствующего расстояния для каждого пикселя. Затем обычно используемый фильтр среднеквадратических отклонений, обладающий диапазоном фильтрации матрицы 3 × 3 (соответствующей 3 × 3 пикселей) накладывают на данные о расстоянии матрицы 800 × 1000 для определения среднеквадратического отклонения для каждой матрицы 3 × 3. Характеристическое значение признака выводят из полученных в результате среднеквадратических отклонений.

На фиг. 3 проиллюстрирована примерная методика вычислений (изображение вычислений), включающая наложение фильтра среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии. На фиг. 3 позицией номер 6 обозначен фильтр среднеквадратических отклонений; позицией номер 7 обозначена матрица 4 × 4 среднеквадратических отклонений на выходе. В этом примере фильтр 6 среднеквадратических отклонений с диапазоном фильтрации в виде матрицы 3 × 3, накладывают на данные о расстоянии в виде матрицы 4 × 4 (соответствующей 4 × 4 пикселей). На фиг. 3(A) показано изображение наложения фильтра 6 среднеквадратических отклонений в виде матрицы 3 × 3 на матрицу 4 × 4 входных данных. На фиг. 3(B) показано изображение сохранения вычисленных величин в матрице 4 × 4 среднеквадратических отклонений на выходе. Матрица среднеквадратических отклонений на выходе, показанная на фиг. 3(B), создана из матрицы входных данных, показанной на фиг. 3(A). Следует отметить, что цифры, показанные на фиг. 3(A) и фиг. 3(B), являются примерами, представленными с целью пояснения.

Далее подробно описана процедура.

Во-первых, выходную матрицу 4 × 4 7 создают и 0s (нули) хранят во всей выходной матрице 7. Как показано на фиг. 3(A), среднеквадратическое отклонение всех 9 пикселей в целевом диапазоне фильтрации вычисляют и вычисленное среднеквадратическое отклонение является выходным на позиции в выходной матрице 7, соответствующей центральной позиции в диапазоне фильтрации. Фильтр 6 среднеквадратических отклонений затем перемещают в следующий диапазон, где повторяют тот же процесс. В примере на фиг. 3 процесс вычисления фильтрации, описанный выше, выполняют в общем четыре раза для одной матрицы 4 × 4 входных данных.

В случае данных о расстоянии, показанных на фиг. 2, эти вычисления накладывают на данные о расстоянии матрицы 800 × 1000 таким образом, чтобы матрица среднеквадратических отклонений для данных о расстоянии 800 × 1000 стала выходной. Характеристическое значение признака определяют, используя матрицу 800 × 1000 среднеквадратических отклонений.

Для охвата микроскопических колебаний, фильтр 6 среднеквадратических отклонений предпочтительно должен обладать небольшим диапазоном фильтрации (количеством пикселей). Диапазон фильтрации предпочтительно составляет 10 × 10 пикселей или менее (или общее количество 100 пикселей или менее), а более предпочтительно – 5 × 5 пикселей или менее (или общее количество 25 пикселей или менее). Диапазон фильтрации составляет, в частности, предпочтительно 3 × 3 пикселей (или общее количество 9 пикселей), как описано выше, а наиболее предпочтительно - 2 × 2 пикселей. Это требуется потому, что при небольшом диапазоне фильтрации можно уменьшить влияние, например формы кокса или наклон измеряемой поверхности кокса относительно устройства для измерения расстояния.

На фиг. 4 показана диаграмма распределения среднеквадратических отклонений в матрице среднеквадратических отклонений, полученной посредством применения процедуры, описанной выше, к данным о расстоянии, показанным на фиг. 2. Вершина среднеквадратических отклонений, обозначенная на чертеже позицией номер 8, представляет модальное среднеквадратическое отклонение. В данном примере среднеквадратические отклонения в матрице среднеквадратических отклонений разделены на достаточное количество классов (50000 классов в данном примере (с интервалами 0,00002)), и наиболее часто случающееся среднеквадратическое отклонение в классах определяют как модальное среднеквадратическое отклонение. Следует отметить, что этим исключается частота среднеквадратического отклонения, равного 0 (нулю).

На фиг. 5 показано черно-белое двухцветное изображение, полученное при пороговом значении 0,5, являющимся среднеквадратическим отклонением в выходной матрице 800 × 1000 среднеквадратических отклонений при наложении фильтра среднеквадратических отклонений с диапазоном фильтрации матрицы 3 × 3 (3 × 3 пикселей) на данные о расстоянии на фиг. 2. Белая часть двухцветного изображения соответствует среднеквадратическому отклонению 0,5 или более, а черная часть двухцветного изображения соответствует среднеквадратическому отклонению, меньшему 0,5. При сравнении изображений на фиг. 5 и фиг. 2 раскрывается, что множество элементов матрицы, обладающих среднеквадратическим отклонением 0,5 или более, расположено на ступеньках или границах между наложенными кусками кокса (обозначены позицией номер 9 на фиг. 5).

На фиг. 6 показана схематическая диаграмма наложения частиц (кусков) кокса. На чертеже позицией номер 10 обозначено наложение кусков кокса. Позицией номер 11 обозначен фильтр среднеквадратических отклонений, наложенный на поверхность кокса, а позицией номер 12 обозначен фильтр среднеквадратических отклонений, наложенный на ступеньку или границу между наложенными кусками кокса. Как описано выше, в матрице среднеквадратических отклонений, полученной из данных о расстоянии, имеется множество величин, вычисленных посредством наложения фильтра среднеквадратических отклонений на ступеньки или границы между наложенными кусками кокса, и среднеквадратические отклонения являются очень большими.

Согласно настоящему изобретению, среднеквадратические отклонения, представляющие микроскопические колебания, вызываемые присутствием мелких частиц, прилипших к поверхности кокса, должны быть включены в характеристическое значение признака. Соответственно, предпочтительно исключать среднеквадратические отклонения, вызванные наличием ступенек или границ между наложенными кусками кокса. Среднее среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений (например, в матрице 800 × 1000 среднеквадратических отклонений), включает разрывы, вызываемые наличием ступенек или границ между наложенными кусками кокса. С другой стороны, на модальное среднеквадратическое отклонение 8 в матрице среднеквадратических отклонений, показанных на фиг. 4, очень слабо влияет наличие ступенек или границ между наложенными кусками кокса, если частицы (куски) кокса достаточно большие. Это означает, что хотя среднее среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений может быть использовано как характеристическое значение признака, предпочтительно, чтобы модальное среднеквадратическое отклонение 8 в матрице среднеквадратических отклонений, показанных на фиг. 4, было использовано как характеристическое значение признака.

В данном варианте осуществления способ, согласно которому используют фильтр среднеквадратических отклонений, применяют для вычисления характеристического значения признака, представляющее микроскопическое колебание расстояния. Однако способ не ограничен этим. Например, способ использования высокочастотных компонентов двухмерного преобразования Фурье, может быть применен посредством рассмотрения матриц 800 × 1000 в качестве изображения.

Далее характеристическое значение признака, полученное как это описано выше, преобразуют до значения доли мелких частиц (этап S3). Это преобразование выполняют, используя коэффициент (реляционное выражение), предварительно определенное на основании взаимоотношения между характеристическим значением признака и известной долей мелких частиц.

На фиг. 7 и 8 (на каждом) показано соотношение между характеристическим значением признака и известной долей мелких частиц. Среднее среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений используют в качестве характеристического значения признака на фиг. 7, а модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений используют в качестве характеристического значения признака на фиг. 8. На фиг. 7 и 8 показаны результаты, полученные посредством использования кусков кокса в качестве кусков материала, описанного выше. Куски кокса имеют размер частиц 35 мм или более, и содержат мелкие частицы кокса с размером частиц 1 мм или менее, прилипшие к их поверхности. На фиг. 7 и 8 по вертикальной оси представлена доля мелких частиц (масс. %) кокса размером 1 мм или менее, прилипших к кускам кокса, а по горизонтальной оси представлено характеристическое значение признака, представляющее микроскопические колебания, вычисленные по данным о расстоянии, полученным посредством измерения кусков кокса, содержащих мелкие частицы кокса размером 1 мм или менее, прилипшие к ним.

Куски кокса с размером частиц 35 мм или более, использовавшиеся в испытаниях, готовили посредством просеивания кокса с использованием сита с размером ячейки 35 мм. Использовали сто или более кусков кокса. Долю мелких частиц кокса размером 1 мм или менее, прилипших к поверхности кусков кокса, вычисляли следующим образом. Во-первых, куски кокса высушивали при температуре от 120°C до 200°C в течение 4 часов или более до постоянного веса, а затем просеивали, используя сито с размером ячейки 1 мм. Долю мелких частиц, описанную выше, вычисляли как долю (или процентную долю) по разнице массы кусков кокса до и после просеивания, отнесенной к массе до просеивания. При использовании этого способа принимали во внимание тот факт, что прилипшие мелкие частицы отпадают в сухом состоянии.

На фиг. 7 и 8 показано чистое соотношение между характеристическим значением признака и долей мелких частиц. В случае определения среднего значения среднеквадратического отклонения в матрице среднеквадратических отклонений, показанного на фиг. 7, однако коэффициент корреляции составляет R = 0,60, а ошибка измерения (среднеквадратичная ошибка) составляет σ = 0,23, тогда как в случае модального среднеквадратического отклонения в матрице среднеквадратических отклонений, показанного на фиг. 8, коэффициент корреляции составляет R = 0,70, а ошибка измерения σ = 0,20. Модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений, таким образом, показывает лучшее соотношение. Таким образом, при наличии множества ступенек и границ между наложенными кусками кокса предпочтительно использовать модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений. Уклон "a" и y-перерыв "b", полученные посредством линейной регистрации характеристического значения признака и известной доли мелких частиц составляют a = 4,89 и b = -2,16 на фиг. 7, и a = 35,6 и b = -1,6 на фиг. 8. Хотя здесь выполнена линейная регистрация, могут быть выполнены множественная линейная регистрация или нелинейная регистрация.

Согласно настоящему изобретению, коэффициент (реляционное выражение) предварительно определяют на основании взаимоотношения между характеристическим значением признака (предпочтительно модальным среднеквадратическим отклонением в матрице среднеквадратических отклонений) и известной долей мелких частиц, например, показанными на фиг. 7 и 8. Затем характеристическое значение признака (предпочтительно модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений) преобразуют до значения доли мелких частиц, используя коэффициент. Долю мелких частиц в коксе, таким образом, измеряют с высокой точностью измерения (например, с ошибкой измерения σ, составляющей 0,3 или менее).

На фиг. 9 показана блок-схема варианта осуществления настоящего изобретения, описанного выше. В данном варианте осуществления, как описано выше, коэффициент (реляционное выражение) преобразования характеристического значения признака до значения доли мелких частиц предварительно определяют, исходя из взаимоотношения между характеристическим значением признака и известной долей мелких частиц.

С помощью устройства 1 для измерения расстояния измеряют расстояние до кусков материала x (объекта измерения доли мелких частиц), например, кокса x_c, транспортируемого на конвейере, для охвата данных о расстоянии (данных трехмерной формы) (этап S1). Далее с помощью вычислительных средств 2a компьютерного устройства 2 накладывают фильтр среднеквадратических отклонений на данные о расстоянии для определения среднеквадратических отклонений; вычисляют модальное среднеквадратическое отклонение в матрице среднеквадратических отклонений; и используют модальное среднеквадратическое отклонение в качестве характеристического значения признака (этап S2). Далее с помощью преобразующих средства 2b компьютерного устройства 2 преобразуют характеристическое значение признака до значения доли мелких частиц, используя известный коэффициент (реляционное выражение) для определения доли мелких частиц, прилипших к кускам материала x (этап S3).

Затем этап S1 выполняют при предварительно определенных циклах измерения. Каждый раз данные о расстоянии получают на этапе S1; этап S2 и этап S3 выполняют для определения доли мелких частиц.

Долю мелких частиц на кусках материала x, таким образом, измеряют в реальном времени с высокой точностью.

В варианте осуществления используют настоящее изобретение для измерения доли мелких частиц в коксе x_c до его загрузки в доменную печь. Настоящее изобретение применимо не только для этого, но также для измерения доли мелких частиц в кусках материала x различного рода.

Настоящее изобретение относится к способу, пригодному для измерения, в реальном времени, доли мелких частиц на кусках материала x (например, кокса или руды) при транспортировании, например, на конвейере. Настоящее изобретение также применимо для измерения доли мелких частиц на кусках материала x в неподвижном состоянии. Это выполняют посредством перемещения устройства 1 для измерения расстояния, для измерения трехмерной формы кусков материала x в неподвижном состоянии.

Хотя прилипшие мелкие частицы описаны как имеющие размер 1 мм или менее, их размер не ограничен этой величиной, и он может быть соответствующим образом определен. Например, даже если прилипшие мелкие частицы имеют размер 2 мм или менее (не 1 мм или менее), то доля мелких частиц может быть измерена посредством предварительного определения взаимоотношения между характеристическим значением признака и долей мелких частиц.

Расшифровка номеров позиций, указанных на чертежах

1 - Устройство для измерения расстояния

2 - Компьютерное устройство

2a - Вычислительные средства

2b - Преобразующие средства

3 - Питатель

4 - Сито

5 - Конвейер

6 - Фильтр среднеквадратических отклонений

7 - Выходная матрица

8 - Модальное среднеквадратическое отклонение

9 - Ступенька или граница между наложенными кусками кокса

10 - Наложенные куски кокса

11 - Схематическая диаграмма фильтра среднеквадратических отклонений, накладываемого на поверхность кокса

12 - Схематическая диаграмма фильтра среднеквадратических отклонений, накладываемого на ступеньку или границу между кусками кокса.

Предложен способ измерения доли мелких частиц, который включает: этап S1 измерения расстояния между устройством для измерения расстояния и кусками материала; этап S2 вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, полученным на этапе S1; и этап S3 преобразования характеристического значения признака, вычисленного на этапе S2, до значения доли мелких частиц. Характеристическое значение признака, вычисленное на этапе S2, представляет колебание расстояния, вычисленное по данным о расстоянии, полученным на этапе S1. Более высокая доля мелких частиц на кусках материала означает большее микроскопическое колебание расстояния, вызываемое микроскопической неравномерностью на поверхности кусков материала в направлении высоты в трехмерной форме. Технический результат заключается в том, что доля мелких частиц на кусках материала может быть измерена в реальном времени с высокой точностью. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ измерения доли мелких частиц, включающий:

этап (S1) измерения расстояния между устройством для измерения расстояния и кусками материала (x);

этап (S2) вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, полученным на этапе (S1); и

этап (S3) преобразования характеристического значения признака, вычисленного на этапе (S2), до значения доли мелких частиц, в котором

устройство для измерения расстояния представляет двухмерное устройство для измерения расстояния, и

характеристическое значение признака, вычисленное на этапе (S2), представляет данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные на этапе (S1) с использованием двухмерного устройства для измерения расстояния.

2. Способ измерения доли мелких частиц по п. 1, в котором характеристическое значение признака, вычисленное на этапе (S2), основано на среднеквадратических отклонениях в матрице среднеквадратических отклонений, полученной посредством наложения фильтра среднеквадратических отклонений (фильтра вычисления среднеквадратических отклонений) на данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные на этапе (S1).

3. Способ измерения доли мелких частиц по п. 2, в котором характеристическое значение признака, вычисленное на этапе (S2), является модальным среднеквадратическим отклонением в матрице среднеквадратических отклонений, полученной посредством наложения фильтра среднеквадратических отклонений (фильтра вычисления среднеквадратических отклонений) на данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные на этапе (S1).

4. Способ измерения доли мелких частиц по п. 2 или 3, в котором диапазон фильтрации фильтра среднеквадратических отклонений (фильтра вычисления среднеквадратических отклонений) составляет 10 × 10 пикселей или менее.

5. Способ измерения доли мелких частиц по любому одному из пп. 1-4, в котором на этапе (S1), с помощью двухмерного устройства для измерения расстояния, установленного над кусками материала (x), измеряют расстояние до кусков материала (x).

6. Аппарат для измерения доли мелких частиц, содержащий:

устройство (1) для измерения расстояния, выполненное с возможностью измерения расстояния до кусков материала (x); и

компьютерное устройство (2), содержащее вычислительные средства (2a) и преобразующие средства (2b); где вычислительные средства (2a) выполнены с возможностью вычисления характеристического значения признака по данным о расстоянии, полученным посредством устройства (1) для измерения расстояния; где преобразующие средства (2b) выполнены с возможностью преобразования характеристического значения признака, вычисляемого посредством вычислительных средств (2a), до значения доли мелких частиц, в котором

устройство для измерения расстояния представляет двухмерное устройство для измерения расстояния, и

вычислительные средства (2a) вычисляют характеристическое значение признака, представляющее данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные с использованием двухмерного устройства для измерения расстояния.

7. Аппарат для измерения доли мелких частиц по п. 6, в котором с помощью вычислительных средств (2a) накладывают фильтр среднеквадратических отклонений (фильтр вычисления среднеквадратических отклонений) на данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные с использование двухмерного устройства для измерения расстояния, и вычисляют характеристическое значение признака на основании среднеквадратических отклонений в полученной в результате матрице среднеквадратических отклонений.

8. Аппарат для измерения доли мелких частиц по п. 7, в котором с помощью вычислительных средств (2a) накладывают фильтр среднеквадратических отклонений (фильтр вычисления среднеквадратических отклонений) на данные о расстоянии в каждом пикселе, полученные с использованием двухмерного устройства для измерения расстояния, и вычисляют модальное среднеквадратическое отклонение в полученной в результате матрице среднеквадратических отклонений в виде характеристического значения признака.

9. Аппарат для измерения доли мелких частиц по п. 7 или 8, в котором диапазон фильтрации фильтра среднеквадратических отклонений (фильтра вычисления среднеквадратических отклонений) составляет 10 × 10 пикселей или менее.

10. Аппарат для измерения доли мелких частиц по любому одному из пп. 6-9, в котором двухмерное устройство для измерения расстояния установлено над кусками материала (x) и с его помощью измеряют расстояние до кусков материала (x).