(57)【要約】【課題】粉粒体の粒度分布を画像処理により計測する方法であって、精度の高い粒度分布計測装置および方法を提供する。【解決手段】ベルトコンベア７上の石炭５を撮像するＣＣＤカメラ１、撮像照明を行う閃光照明装置２、この閃光照明装置２用の閃光照明用電源３、画像撮像と閃光照明起動タイミングを制御する制御装置５、および撮像された石炭画像を収集し粒度分布解析を行う粒度分布解析装置４で構成され、閃光照明装置２は、撮像装置のシャッター開放時間より短い発光時間を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送体に載せられて移動中の粉粒体を撮像装置により撮像し、画像処理によりその粒度分布を計測する装置において、
前記粉粒体の撮像照明を行う閃光照明装置と、
該閃光照明装置と前記撮像装置とを制御する制御装置と、
撮像された画像を画像処理し粒度分布解析する粒度分布解析装置とを有することを特徴とする粒度分布計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒度分布計測装置において、
前記閃光照明装置は、前記撮像装置のシャッター開放時間より短い発光時間を有しており、
前記制御装置は、前記撮像装置のシャッター開放時間内に前記閃光照明装置を発光させるように、前記閃光照明装置と前記撮像装置とを制御することを特徴とする粒度分布計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の粒度分布計測装置において、
前記粉粒体は、石炭であることを特徴とする粒度分布計測装置。
【請求項４】
搬送体に載せられて移動中の粉粒体を撮像し、画像処理によりその粒度分布を計測する方法において、
撮像装置のシャッター開放時間より短い発光時間を有する閃光照明装置を用いて、
シャッター開放時間内に発光させることによって前記粉粒体の画像を撮ることを特徴とする粒度分布計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動中の粉粒体の粒度分布を画像処理を用いて計測する粒度分布計測装置および方法に関するものであり、特にコークス製造における石炭の粒度分布計測装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉粒体の粒度分布を計測することは、粉粒体の製造工程では粉粒体の品質管理上、極めて重要である。例えば、石炭を乾留してコークスを製造する工程は、原料（石炭）荷役貯蔵、石炭処理、乾留、コークス処理および化成品処理の各工程より成り立っている。原料（石炭）荷役貯蔵工程では、船舶等で入荷された石炭は、アンローダにより荷揚げされた後、ベルトコンベアで輸送され、スタッカーにより貯炭場に積み付けられる。次の石炭処理工程は、良質コークスが得られるように各種銘柄の石炭を適量に配合し、それらを最適な粒度に粉砕する工程である。先の貯炭場に貯炭されていた石炭は、払い出し設備すなわちローダーなどで払い出され、さらにコンベアで配合槽まで送炭されて各銘柄別に貯蔵される。配合槽に貯蔵される石炭は、石炭の流動性、不活性物質の多少、硬さ、粒度などの炭質を十分考慮して、各銘柄別に配合される。
【０００３】
通常、原料炭として入荷する石炭は、粉状の粉炭であるが、その粒度は、銘柄によって相当に異なっている。とくに不活性物質の石炭は、コークス化性の観点からできる限り細かくすることが好ましく、細かくすることによりコークス強度の向上が期待できる。しかしながら一方では、必要以上に細粒化すると、コークス炉に装入する段階で嵩密度低下をおこし、生産性低下の原因となるとともに、装入作業時の粉塵飛散やコークス炉窯内でのカーボン付着トラブルをひきおこす等の問題点もある。
【０００４】
そこで、互いに相反する要求に対して、両者を満足させる最適な粒度範囲を見出す必要がある。通常、３ｍｍ粒径以下のものが、全体の８０％前後を占めるような粒度分布になるように操業管理している。具体的には、配合された石炭の粒度分布を計測し、この計測結果に基づき粉砕機の制御を行っている。
【０００５】
このように、コークスの製造工程では、石炭の粒度分布を計測することが操業管理上重要である。従来からの石炭粒度分布の代表的な計測方法として、石炭をサンプリング採取し、乾燥後に粒径別に篩い分け、秤量することにより粒度分布を求める、いわゆる篩い分け法がある。通常、この篩い分け法は、手篩または手分析と呼ばれる作業を人手で行うものと、ロボットと呼ばれるサンプリングから粒度分布分析まで自動で行なうものに分けられ、工場の操業管理に広く用いられている。
【０００６】
この方法を用いることにより、精度良く粒度分布を求めることができるものの、バッチ計測であるという計測頻度の制約（1日に数回程度）から、その結果を用いてリアルタイムに石炭粒度分布管理・粉砕機の回転数制御を行うことは困難であるとともに、自動で行なうロボット装置自体も高価であるという問題があった。
【０００７】
そこで、リアルタイムで粒度分布管理を行える画像解析による粒度分布計測方法の開発が行われてきた。ＣＣＤカメラ等により撮像された石炭画像から画像処理技術により粒度分布を求める方法が考案された。画像処理による粒度分布計測方法の一例として、特開昭６０−１４６１３１号公報（特許文献１）では、粒状物質をブロアにより飛散させ、飛散状態を画像としてとりこむ方法が開示されている。また、特開平５−２３１８２１号公報（特許文献２）では、篩いで細粒を分離後に落下するコークスを撮像する方法が開示されている。さらに、撮像画像の精度を向上させる方法として、特開２００２−２２１４８１号公報（特許文献３）では、移動中の物体表面と撮像装置との距離を一定にさせる方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−１４６１３１号公報
【特許文献２】特開平５−２３１８２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１ないし特許文献３で示される方法は、いずれも移動中の粉粒体をＣＣＤカメラ等の撮像装置により画像として撮像するものであり、カメラのシャッターが開いている間、粉粒体が移動するため撮像される画像は横流れとなり、ぼやけた画像となる。このため、撮像画像の鮮明度が悪くなり、精度の良い粒度分布計測ができないという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、粉粒体の粒度分布を画像処理により計測する方法であって、精度の高い粒度分布計測装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、搬送体に載せられて移動中の粉粒体を撮像装置により撮像し、画像処理によりその粒度分布を計測する装置において、前記粉粒体の撮像照明を行う閃光照明装置と、該閃光照明装置と前記撮像装置とを制御する制御装置と、撮像された画像を画像処理し粒度分布解析する粒度分布解析装置とを有することを特徴とする粒度分布計測装置である。
【００１１】
また本発明は、請求項１に記載の粒度分布計測装置において、前記閃光照明装置は、前記撮像装置のシャッター開放時間より短い発光時間を有しており、前記制御装置は、前記撮像装置のシャッター開放時間内に前記閃光照明装置を発光させるように、前記閃光照明装置と前記撮像装置とを制御することを特徴とする粒度分布計測装置である。
【００１２】
また本発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の粒度分布計測装置において、前記粉粒体は、石炭であることを特徴とする粒度分布計測装置である。
【００１３】
さらに本発明は、搬送体に載せられて移動中の粉粒体を撮像し、画像処理によりその粒度分布を計測する方法において、撮像装置のシャッター開放時間より短い発光時間を有する閃光照明装置を用いて、シャッター開放時間内に発光させることによって前記粉粒体の画像を撮ることを特徴とする粒度分布計測方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、粉粒体の撮像画像が鮮明になり、この画像を用いた粒度分布解析結果の精度向上ができるとともに、この結果を用いたリアルタイムな石炭粉砕機の制御ができ品質の向上、さらに高価なロボット装置の代替による計測装置の設置費用削減といった操業上の効果が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は、粒度分布計測装置の構成の一例を示す図である。図中、１はＣＣＤカメラ、２は閃光照明、３は閃光照明用電源、４は粒度分布解析装置、５は制御装置、６は石炭、および７はベルトコンベアをそれぞれ示している。本粒度分布計測装置は、ベルトコンベア７上の石炭５を撮像するＣＣＤカメラ１、撮像照明を行う閃光照明装置２、この閃光照明装置２用の閃光照明用電源３、画像撮像と閃光照明起動タイミングを制御する制御装置５、および撮像された石炭画像を収集し粒度分布解析を行う粒度分布解析装置４で構成されている。
【００１６】
閃光照明２の発光時間は、1回の発光での光量の発光半値幅で規定される。図２は、この発光半値幅を説明する図である。横軸に時間、縦軸に発光強度をとり、閃光照明の発光波形を模式的に表わしている。発光半値幅は、発光波形の最大発光強度を１００％とし、発光し始めて５０％の発光強度に達する時点から再び５０％の発光強度に戻る時点までの時間ｔで表わし、通常数μsの値である。
【００１７】
例えば、石炭の搬送体であるベルトコンベアの速度が８０ｍ／ｍｉｎでＣＣＤカメラのシャッター速度を１ｍｓで撮像を行なった場合、画像を撮像する間にベルトコンベアおよび石炭粒子は１．３ｍｍ移動していることになる。しかし、閃光照明の発光半値幅を５μsで撮像を行なった場合は、ＣＣＤカメラのシャッター速度に影響されることなく、閃光照明が発光している間の画像が撮像される。この閃光照明が発光している間すなわち発光半値幅５μsの間、ベルトコンベアは０．００６ｍｍだけしか移動していないため、ＣＣＤカメラのシャッター速度に影響されることなく、撮像画像は鮮明になる。このため、この画像を用いた石炭粒度分布計測結果の精度向上が可能となる。閃光照明の据付方法は、良好な陰影が得られるように、原料面に対して４５°の角度で設置することが好ましい。
【００１８】
ベルトコンベア７上の石炭がＣＣＤカメラ下部に搬送された時に、ＣＣＤカメラ１による画像撮像および閃光照明２の同時起動を、制御装置５により可能にしている。このようにして撮像された石炭画像は、粒度分布解析を行なう粒度分布解析装置４へ取り込まれ、粒度分布解析を行ない、解析結果を表示する。
【００１９】
図３は、画像処理による粒度分布計測の処理フローを示す。ベルトコンベア上の石炭の画像をＣＣＤカメラにて撮像し、粒度分布解析装置に転送する。粒度分布解析装置は、画像入力、輝度むら除去、２値化を行ない、撮像粒子の２値化画像を得る。次に、２値化画像内の石炭粒子すべてについて各々の面積を算出し、全粒子の各々の面積から重量換算することにより粒度分布を算出する。さらに、この算出した粒度分布を、プロセス計算機（（図示せず）にデータ転送し、データの蓄積・画面表示を行うと共に、粉砕機等への制御指令に用いることもできる。
【００２０】
上記本発明により撮像された画像と連続照明下で撮像された画像の比較の一例を、図４に示す。閃光照明（a）と連続照明（b）とで全く同じ対象で撮像できていないため、対象画像の違いはあるものの、閃光照明（a）で撮像された画像がより鮮明に撮像されていることが図の下部の画像比較により分かる。また、図の上部には、下部の画像に示した横線上すなわち画像横方向での各々の輝度レベルの変化を表わしている。この輝度レベルを比較すると、閃光照明で撮像された画像の方が鮮明化されている分だけ陰影の差が大きく出ているため、これが輝度レベルの大きな変化として表れている。そして、信号としては、閃光照明（a）の方がより高周波成分の多い信号であることが確認できる。
【００２１】
同様に、閃光照明および連続照明下での撮像された石炭画像を２値化処理した後の画像比較を、図５に示す。図５（a）は、閃光照明を用いた場合であり、図５（ｂ）は、連続照明を用いた場合であり、それぞれ左側に元画像、右側に２値化処理した後の画像を示している。閃光照明、連続照明で対象画像の違いはあるが、閃光照明で撮像された石炭画像を用いて２値化処理した画像の方が、撮像画像が鮮明化されているため、より細かい石炭粒子を捉えることが可能となっている。さらに、この処理画像をもとに石炭粒子として判断した粒子数の比較を行なっても、閃光照明の場合は２３１個、連続照明の場合は１３３個と、閃光照明の方が約１．７倍より多くの石炭粒子を認識できている。
【００２２】
図６に、最終的な粒度分布計測結果の一例を示す。本発明による粒度分布計測結果（a）と連続照明を用いた粒度分布計測結果（b）を並べて示している。３ｍｍ粒径以下のものが、全体に占める重量割合を粒度分布解析しており、背景技術で述べたサンプリングし、篩い分け・秤量による粒度分布計測結果（実測値）とそれぞれ比較している。連続照明と閃光照明では、実測値との相関に大きな差異が見て取れる。閃光照明を用いて鮮明化された画像を粒度分布解析することで、高精度であるとしてこれまで用いられてきた篩い分け・秤量方法による実測値と本発明による計測値との間に高い相関、すなわち本発明により高い精度での粒度分布計測が可能であることが分かる。これまで、画像処理を用いた粒度分布計測方法は、経時的な粒度分布変化の傾向を診るため、すなわち従来の篩い分け法の補完的な計測方法として用いられてきたが、本発明により従来の篩い分け法の代替も可能である。このことにより、高価なロボット装置の代替による計測装置の設置費用削減や、リアルタイムに石炭粉砕機の制御ができ品質の向上といった操業上の大きな効果も実現できる。
【００２３】
なお、本発明の粒度分布計測装置における粒度分布計測の適用対象はこれまで説明した石炭とは別に、鉱石、石灰石、コークス、プラスチック粉、トナーなどの各種粉粒体にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】粒度分布計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】閃光照明の発光半値幅を説明する図である。
【図３】画像処理による粒度分布計測の処理フローを示す図である。
【図４】本発明により撮像された画像と連続照明下で撮像された画像の比較の一例を示す図である。
【図５】２値化処理後の石炭画像の一例を示す図である。
【図６】粒度分布計測結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    ＣＣＤカメラ
２    閃光照明
３    閃光照明用電源
４    粒度分布解析装置
５    制御装置
６    石炭
７    ベルトコンベア
【図１】
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【図２】
2005181169.tif 000004
【図３】
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【図６】
2005181169.tif 000006
【図４】
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【図５】
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