(57)【要約】【課題】透明または半透明の円筒形容器内の粉体層の体積を精度良く測定することができる粉体層体積測定装置を提供する。【解決手段】粉体層体積測定装置は、カメラ２１と、カメラ２１を垂直方向に移動させる昇降装置２３と、カメラ２１に向かい合う位置に配置されるバックライト３０と、カメラ２１とバックライト３０の間に配置される透明または半透明の円筒形容器１０４と、動作制御を行う制御装置４０を備える。昇降装置２３は制御装置４０に設定した初期設定位置からのカメラ２１の垂直方向変位量を測定する変位量測定装置４２を備える。カメラ２１が撮像した画像を画像解析装置４１が解析して円筒形容器１０４内の粉体層の粉体面位置が計測され、初期設定位置と粉体面位置とから粉体層の体積が算出される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラと、
前記カメラに向かい合う位置に配置されるバックライトと、
前記カメラと前記バックライトの間に配置される透明または半透明の円筒形容器と、
前記カメラを垂直方向に移動させる昇降装置と、
前記カメラと前記昇降装置の動作制御を行う制御装置と、
前記制御装置に設定した初期設定位置からの前記カメラの垂直方向変位量を検出して前記制御装置に出力する変位量測定装置と、
前記カメラが撮像した前記容器内の粉体層の画像を解析し、解析結果を前記制御装置に出力する画像解析装置と、
前記初期設定位置からの前記カメラの垂直方向変位量より粉体層の体積を算出する演算手段とを備えることを特徴とする粉体層体積測定装置。
【請求項２】
前記円筒形容器はタッピング装置のタッピング台に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の粉体層体積測定装置。
【請求項３】
前記円筒形容器がメスシリンダーにより構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体層体積測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉体層体積測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体の物性値は、安息角、崩壊角、スパチュラ角、ゆるめ・固めかさ密度、圧縮度、凝集度、分散度、差角など、様々なパラメータをもって測定される。これらの物性値を測定する装置については、特許文献１に例を見ることができる。
【０００３】
特許文献１には粉体のかさ密度を測定する装置が開示されている。特許文献１記載の装置では、測定室の底部のタッピング台に粉体試料を入れる測定用カップ（メスシリンダー）をセットする。測定室の天井には測定用カップの真上にあたる箇所に天窓が設けられ、その上にセンサキャビネットが設置される。センサキャビネットの中に配置された非接触型センサが測定用カップの中の粉体面レベルを測定する。測定用カップ内が空の状態のときをセンサで測定し、基準値（高さ０）を求めておく。その後、測定用カップに試料粉体を入れ、センサにて粉体面レベルＨを計測する。ここで、測定用カップの底面積Ａと粉体面レベルの測定値（測定用カップの底からの高さ）Ｈとの積により、試料粉体の体積が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３６８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定用カップとしてメスシリンダーを使用した場合、メスシリンダーに投入した粉体試料の圧縮性に関する評価方法として、固めかさ密度（タップ密度ともいう）やかさべり度を測定する方法がある。固めかさ密度の測定方法としては、メスシリンダー内に所定量の試料粉体を投入した後、メスシリンダーを所定ストローク量・所定振動数（単位時間あたりのタッピング回数）で所定回数又は所定時間タッピングを行わせて固めかさ密度を求める方法がある。例えば、アメリカ薬局方（ＵＳＰ）タッピングや米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）タッピングの場合の固めかさ密度は、メスシリンダー内に投入した試料粉体の質量をタッピング後の試料粉体の体積で除して求められる。また、川北式粉体圧縮評価法のかさべり度は、同様の方法によりタッピングを行い、タッピング前の試料粉体の体積をＶ0、タッピング後の試料粉体の体積をＶとしたとき、（Ｖ0−Ｖ）／Ｖ0で求められる。
【０００６】
このように、固めかさ密度やかさべり度は、いずれの測定方法においても、タッピング前および／またはタッピング後のメスシリンダー内の粉体層の体積を測定することによって求められる。この時の体積測定は、粉体層を圧迫しないように、非接触で行われるのが望ましい。いきおい、特許文献１記載の装置のように非接触型センサが用いられるのであるが、試料粉体の種類や粒子径、あるいは粉体面の凹凸具合によっては、超音波センサのような非接触型センサで精度良く体積測定を行うのは困難な場合がある。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、透明または半透明の円筒形容器内の粉体層の体積を精度良く測定することができる粉体層体積測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の粉体層体積測定装置は、カメラと、前記カメラに向かい合う位置に配置されるバックライトと、前記カメラと前記バックライトの間に配置される透明または半透明の円筒形容器と、前記カメラを垂直方向に移動させる昇降装置と、前記カメラと前記昇降装置の動作制御を行う制御装置と、前記制御装置に設定した初期設定位置からの前記カメラの垂直方向変位量を検出して前記制御装置に出力する変位量測定装置と、前記カメラが撮像した前記容器内の粉体層の画像を解析し、解析結果を前記制御装置に出力する画像解析装置と、前記初期設定位置からの前記カメラの垂直方向変位量より粉体層の体積を算出する演算手段とを備えている。
【０００９】
本発明の粉体層体積測定装置において、前記円筒形容器はストローク量と振動数が設定されたタッピング装置のタッピング台に取り付けられる。
【００１０】
本発明の粉体層体積測定装置において、前記円筒形容器がメスシリンダーにより構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、円筒形容器内の粉体層の画像を画像解析装置が解析し、初期設定位置からのカメラの垂直方向変位量を検出して、当該垂直方向変位量から粉体層の体積を算出するものであるから、精度良く体積測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】粉体物性測定装置の概略正面図である。
【図２】粉体物性測定装置の概略側面図である。
【図３】粉体物性測定装置の概略断面図である。
【図４】バックライトの概略断面図で、側面方向から見たものである。
【図５】画像処理の概念を説明する説明図である。
【図６】粉体層体積測定装置のブロック構成図である。
【図７】固めかさ密度またはかさべり度測定について説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る粉体層体積測定装置は、透明または半透明の円筒形容器に投入した試料粉体の固めかさ密度やかさべり度の測定が可能な、粉体物性測定装置１として実現されている。
【００１４】
粉体物性測定装置１の外観を構成する二大要素は、本体２と、その前部を覆うカバー３である。本体２は図示しない架台構造の外側を板金製の筐体４で囲んだものであり、高さ調整可能な複数の支持脚５により支持面の上に支持される。カバー３は透明な合成樹脂により主要部が形成されており、左右一対のアーム６で本体２の左右両側面に取り付けられる。アーム６の先端は本体２に連結する支点部７となり、カバー３は支点部７を中心として垂直面内で回動する。
【００１５】
カバー３を下ろすと図２の実線状態となる。この時カバー３で囲い込まれる空間が図３に示す測定室１０となる。前述の通りカバー３は主要部が透明であるため、カバー３を下ろした状態でも測定室１０の内部を見通すことができ、作業者は試料の状況等を目視で確認しながら、粉塵の影響を受けることなく測定作業を行うことができる。
【００１６】
カバー３の正面には手掛け部３ａが形成されており、そこに手を掛けて、カバー３を図２の仮想線の位置まで引き上げることができる。図２の仮想線の位置まで引き上げたときは、カバー３は手を離してもその位置に留まっている。このように測定室１０を開放状態にした上で、作業者は測定済みの試料や測定に供した用具の片付け、新たな測定作業のセッティング、保守点検作業などを行う。測定室１０を開放状態にしておく必要がなくなったときはカバー３を下ろす。支点部７でカバー３を支える軸にはダンパーが組み合わせられており、下ろす途中で手を離せばカバー３はゆっくりと降下し、衝撃を与えることなく静かに閉じる。
【００１７】
本体２の外側、正面から見て左側の位置に撮像装置２０が配置される。測定室１０の内部にはバックライト３０が配置される。バックライト３０は、測定室１０の奥の内壁から突き出すブラケット３１に取り付けられている。撮像装置２０とバックライト３０の間には透明または半透明の円筒形容器１０４が配置されるが、これについては後で詳しく説明する。
【００１８】
撮像装置２０は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤといった固体撮像素子を備えたカメラ２１と、カメラ２１を支持するコラム２２を備える。コラム２２は本体２の前記図示しない架台構造から突き出すブラケット２ａの上面に立ち上がっている。
【００１９】
撮像装置２０には、コラム２２に沿ってカメラ２１を垂直方向に移動させる昇降装置２３が付属する。昇降装置２３は、コラム２２の側面に固定された垂直なリニアガイド２４と、リニアガイド２４に沿って昇降可能なスライダ２５と、スライダ２５に連結し、自身の回転でスライダ２５を昇降させる垂直なボールネジ２６と、ボールネジ２６を回転させる減速装置付きステッピングモータ２７により構成される。カメラ２１はスライダ２５に保持されて昇降する。
【００２０】
バックライト３０の光源となるのは発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と称する）である。ＬＥＤはＬＥＤライト３２（図４参照）として構成されている。ＬＥＤライト３２は、透明または半透明のカバーレンズ３３ａを備えた細長いケース３３と、ケース３３の内部に一列に配置された複数個のＬＥＤ３４を備える。ＬＥＤ３４は一般に使用されているタイプのものであり、白色ＬＥＤが好適に使用できる。
【００２１】
ＬＥＤライト３２は長手方向を垂直にし、光の出射方向を撮像装置２０の方に向けて配置される。このＬＥＤライト３２を角筒状のランプシェード３５が取り囲む。ランプシェード３５は乳白色のアクリル樹脂で形成されており、複数のＬＥＤ３４が個々に放つ光を均一な面状光に変える。なお、ランプシェード３５の材質はアクリル樹脂に限定されない。
【００２２】
カメラ２１は制御装置４０（図６参照）に信号を出力する。制御装置４０は一種のコンピュータと位置づけられるものであって、カメラ２１、昇降装置２３、及びバックライト３０に対して制御信号を出力する。カメラ２１は画像解析装置４１（図６参照）を備えており、画像解析装置４１が撮像画像を解析し、その解析結果が信号として制御装置４０に出力される。カメラ２１としては、例えば株式会社キーエンス製ＣＶ−３０００ＳＯ６０５シリーズ、オムロン株式会社製ＦＱ−Ｓ１０１００Ｆ、パナソニック電工株式会社製ＡＮＭ８３２ＣＥ、ＣＯＧＮＥＸ社製ＣｈｅｃｋｅｒセンサＧ４７などが使用可能である。
【００２３】
昇降装置２３は、制御装置４０に設定した初期設定位置からのカメラ２１の垂直方向変位量を測定して制御装置４０に出力する変位量測定装置４２（図６参照）を備えている。変位量測定装置４２は、カメラ２１と共に昇降する部材、本実施形態の構成で言えばスライダ２５に、あるいはカメラ２１そのものに連結したリニアエンコーダによって実現される。あるいは、スライダ２５を昇降させるボールネジ２６や、ボールネジ２６を回転させる減速装置やステッピングモータ２７などに連結したロータリーエンコーダやレゾルバなどによって実現される。
【００２４】
カメラ２１が撮像する画像は図５に示すようなものとなる。画像は多数の画素の集合からなる。図５には透明な円筒形容器の内部に筒状の粉体層が存在する状況が示されている。
【００２５】
粉体物性測定装置１は、固めかさ密度やかさべり度の測定装置の機能を備えている。固めかさ密度やかさべり度の測定のために必要なのがタッピング装置である。図３に示す通り、測定室１０の床面部にタッピング装置５０が配置される。タッピング装置５０は、タッピング台５１と、タッピング台５１を支持するタッピング軸５２を備える。図６に示すタッピングモータ５３が、図示しないリフトバーでタッピング軸５２を持ち上げ、タッピング動作を行わせる。
【００２６】
タッピングモータ５３はステッピングモータであり、モータドライバ５４で駆動される。モータドライバ５４に対し制御装置４０が制御信号を送ると、制御信号に応じた駆動パルスがモータドライバ５４から出力され、タッピングモータ３５は駆動パルス数に応じた角度だけ回転する。
【００２７】
タッピングモータ５３がステッピングモータであることから、リフトバーに与える回動の角度と回動速度を比較的自由に設定することができる。このため、試料の物性や測定の目的に合わせてタッピングのストローク量と振動数を設定することが容易になり、タッピング装置５０の使い勝手が向上する。
【００２８】
粉体物性測定装置１には、試料粉体を振動篩にかける篩振動装置が設けられている。篩振動装置の本体部分は筐体４内に存在し、その本体部分が備える振動レバー６０（図７参照）の一部分のみが測定室１０に突き出している。振動レバー６０にはリング状の篩取付枠６１が固定されている。振動レバー６０には、図６に示す電磁石６２により上下方向の振動が与えられる。
【００２９】
制御装置４０には、図６に示す通り、これまでに掲げた撮像装置２０、昇降装置２３、バックライト３０、変位量測定装置４２、タッピングモータ５３、モータドライバ５４、電磁石６２といった構成要素の他に、表示装置７０が接続される。表示装置７０は外付けのモニター装置などにより構成され、測定データや計算結果などの表示を行う。
【００３０】
続いて、図３および図７に基づき、粉体物性測定装置１がどのように用いられるかについて説明する。
【００３１】
図７に示すのはＵＳＰタッピングやＡＳＴＭタッピングで固めかさ密度測定をする場合、あるいは川北式粉体圧縮評価法でかさべり度を測定する場合のセッティングである。篩取付枠６１にシュート１０２、篩１００、篩押さえ１０１の順で重ね、これらを締結具１０３で篩取付枠６１に固定している。タッピング台５１には透明または半透明の円筒形容器１０４が取り付けられている。ここで、円筒形容器１０４はメスシリンダーである。
【００３２】
メスシリンダー内の粉体層の体積を測定する場合には、まず、カメラ２１と制御装置４０によって初期設定位置からメスシリンダーの第一の目盛線までの高さ［ｍｍ］を測定し、制御装置４０が備える記憶手段に記憶させる。高さ［ｍｍ］は、カメラ２１が初期設定位置から目盛線の高さまで移動した際のパルス数（前出のリニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ、レゾルバなどが出力するパルス数）をカウントし、それを制御装置４０で変換することにより求められる。制御装置４０は演算手段を備えており、以下に説明する粉体層の体積の算出もその演算手段によって行われる。以後の説明における「記憶する」「算出する」などの表現は制御装置４０の記憶手段や演算手段でその動作が行われることを意味する。
【００３３】
次に、初期設定位置からメスシリンダーの第二の目盛線までの高さ［ｍｍ］を記憶する。第一、第二目盛線間の容積差と高さ［ｍｍ］の差から、１ｍｍあたりのメスシリンダーの容積が決定される。１ｍｍあたりのメスシリンダー容積と、すでに記憶してある第一目盛または第二目盛の位置とから、基準点（０ｍｌの位置）の高さを算出することができる。
【００３４】
例えば、初期設定位置から５０ｍｌの第一目盛線までの高さが３０．００ｍｍ、次に初期設定位置から２５０ｍｌの第二目盛線までの高さが１３０．００ｍｍであったとする。この場合、容積差２００ｍｌで第一目盛線と第二目盛線との高さの差が１００．００ｍｍとなるから、１ｍｍあたりのメスシリンダー容積は、２［ｍｌ／ｍｍ］となる。よって、基準点位置の高さは初期設定位置から５．００ｍｍの位置と算出できる。そして、初期設定位置から粉体層の粉体面位置までの高さが８０．００ｍｍであった場合には、メスシリンダー内の粉体層の体積は、２［ｍｌ／ｍｍ］に７５．００ｍｍ（粉体層の粉体面高さ−基準点位置の高さ）を掛けることで１５０ｍｌという値が得られる。
【００３５】
篩押さえ１０１及び篩１００に試料粉体を投入し、振動レバー６０を介して篩取付枠６１を振動させると、篩１００を通過した粉体試料がシュート１０２を通じて落下し、円筒形容器１０４に入る。所定量の試料粉体が円筒形容器１０４に投入されたところで、振動レバー６０の振動を停止させる。そして後述する方法で粉体層の粉体面位置を検出し、その時の高さより求めた容量［ｍｌ］を記憶させる。その後、タッピングを行う。所定回数タッピングを行うと、粉体層は圧縮され、粉体層の粉体面はタッピング前の粉体層の粉体面よりも下がる。
【００３６】
次に、粉体層の粉体面の検出方法について説明する。タッピング後、カメラ２１はメスシリンダーの最下部から粉体層に沿ってゆっくりと上昇していく。メスシリンダー内の粉体層部分は、バックライト３０からの光が透過しないため暗くなり、粉体層がない部分は、バックライト３０からの光が透過するため、明るい色と認識される。制御装置４０にあらかじめ明るい色を登録しておくことで、それ以外の色は暗い色と認識される。
【００３７】
カメラ２１が上昇中に、カメラ２１の撮像画面中の色面積検出エリア内で検出される明るい色の色面積が、あらかじめ制御装置４０に設定しておいた明るい色の色面積の閾値を越えたところで、カメラ２１を自動停止させる。そして、基準点から粉体層の粉体面までの高さより求めた容積［ｍｌ］を記憶する。
【００３８】
なお、色面積の他にも、明るい色と暗い色とを二値化処理することでも、粉体層の粉体面を検出することが可能である。また、測定時間を短くするため、カメラ２１が上昇する時間の短縮を図ることができる。すなわち、粉体層の粉体面まで高速でカメラ２１を上昇させた後、一旦粉体層の粉体面の下方位置まで下降させ、次に再度ゆっくりとカメラ２１を上昇させて粉体層の粉体面を検出させるようにすることができる。
【００３９】
上記の例に示したように、基準点位置から粉体層の粉体面位置までの高さと、１ｍｍあたりのメスシリンダー容積から、メスシリンダー内の粉体層の体積を求めることができる。
【００４０】
粉体層の粉体面の検出にカメラを使用するメリットは次の通りである。例えば、レーザーセンサでは、メスシリンダーの壁面に試料粉体が付着している場合、その付着部分に穴が開いている部分があってもレーザー光が透過しないか、透過したとしてもその透過したレーザー光の強度が弱く、粉体層の粉体面を検出することができない。レーザー光の強度が強いものを用いた場合には、誤差が大きくなる。また、超音波センサでは、精度が低くさらには多孔性の試料粉体では粉体層の粉体面を検出することができないといった問題がある。
これに対して、カメラ２１を用いて画像判定を行うこととすれば、判定範囲が広く、メスシリンダー壁面に試料粉体が付着していても、その中にわずかでも試料粉体が付着していない箇所があれば、そこを通して粉体層の粉体面を認識することができるので、精度よく測定できる。
【００４１】
固めかさ密度の測定方法にはＵＳＰタッピング、ＡＳＴＭタッピングなどがあり、かさべり度の測定方法には川北式タッピングなどの方法がある。どの方法で測定を実施するかにより、それに合わせた円筒形容器（メスシリンダー）１０４とタッピング台５１、及びシュート１０２が用いられる。例えばＵＳＰタッピングの場合は、容積２５０ｍｌまたは１００ｍｌのガラスメスシリンダーが用いられる。また、ＡＳＴＭタッピングの場合は、容積１００ｍｌまたは２５ｍｌのガラスメスシリンダーが用いられる。
【００４２】
上記実施形態ではカメラ２１が画像解析装置４１を備えているが、カメラ２１でなく制御装置４０が画像解析装置４１を備える構成も可能である。
【００４３】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は粉体層体積測定装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１    粉体物性測定装置
２    本体
３    カバー
１０  測定室
２０  撮像装置
２１  カメラ
２３  昇降装置
３０  バックライト
４１  画像解析装置
４２  変位量測定装置
５０  タッピング装置
５１  タッピング台
５２  タッピング軸
１０４  円筒形容器
【図１】
2013088231.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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