(57)【要約】【課題】溶解の終点を精度よく検出できる溶解終点検出装置を提供する。【解決手段】試料ｂが投入される溶解液ａを収容する容器１０と、容器１０に収容された溶解液ａを所定時間間隔で撮影する撮影手段２０と、撮影手段２０で撮影された画像が入力される画像処理手段３０とを備え、画像処理手段３０は、入力された画像における溶解液ａの液色を求め、求めた液色が予め定められた標準色と一致する場合に、その画像が撮影された時を試料ｂの溶解の終点と判断する溶解終点検出装置１である。測定者の主観が入らず溶解の終点を精度よく検出できる。サンプルを採取する必要がないため溶解時間が短い場合でも溶解の終点を精度よく検出できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が投入される溶解液を収容する容器と、
該容器に収容された溶解液を所定時間間隔で撮影する撮影手段と、
該撮影手段で撮影された画像が入力される画像処理手段と、を備え、
前記画像処理手段は、
入力された前記画像における溶解液の液色を求め、
求めた液色が予め定められた標準色と一致する場合に、その画像が撮影された時を前記試料の溶解の終点と判断する
ことを特徴とする溶解終点検出装置。
【請求項２】
前記標準色は、前記溶解液に前記試料が投入される前の該溶解液の液色である
ことを特徴とする請求項１記載の溶解終点検出装置。
【請求項３】
前記容器は非透光性の背景部を有しており、
前記撮影手段は、前記背景部を背景として前記溶解液を撮影するように配置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の溶解終点検出装置。
【請求項４】
前記画像処理手段は、
前記溶解液の液色を表す色空間の変数のうち前記試料の溶解による値の変化が最も大きい変数を指標変数とし、
入力された前記画像における溶解液の液色の前記指標変数の値を求め、
求めた指標変数の値が予め定められた標準指標変数値と一致する場合に、その画像が撮影された時を前記試料の溶解の終点と判断する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の溶解終点検出装置。
【請求項５】
前記試料が酸化第二銅であり、
前記溶解液が硫酸銅水溶液であり、
前記指標変数がＲＧＢ色空間のＢ値である
ことを特徴とする請求項４記載の溶解終点検出装置。
【請求項６】
前記試料が水酸化ニッケルであり
前記溶解液が硫酸ニッケル水溶液であり、
前記指標変数がＲＧＢ色空間のＧ値である
ことを特徴とする請求項４記載の溶解終点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解終点検出装置に関する。さらに詳しくは、溶解液に投入した試料の溶解の終点を検出する溶解終点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属などの試料を硫酸などの溶解液に溶解させると、溶解液の液色はその試料に特有な溶解色となることが知られている。また、溶解液中の試料の濃度と溶解液の液色との間には相関があり試料の濃度が高いほど液色が濃くなることが知られている。また、ある程度の試料が溶解された溶解液にさらに微量の試料を投入すると、投入直後は溶解液が濁るなどして液色が変化するが、試料が完全に溶解すると試料投入前の液色に戻ることが知られている。
【０００３】
このような現象を利用して、溶解液の液色を基に溶解液に投入した試料の溶解の終点を検出する方法が知られている。例えば、溶解の終点を、溶解液が試料投入前の液色に戻ったことを基準として判断する場合は、試料を投入した溶解液の隣に試料投入前の溶解液を置いて両者の液色を比較する方法や、試料を投入した後一定時間ごとにサンプルを採取して、そのサンプルの液色を比色計（例えば特許文献１）で測定する方法がある。
【０００４】
しかし、溶解時間（試料投入から溶解終点までの時間）が数時間以上と長時間である場合には、溶解液の液色の時間変化が緩やかであるため、どの時点が溶解の終点であるのかを肉眼で判断するとは困難であり、測定者の主観によって判断が異なり誤差が大きいという問題がある。
また、溶解時間が数秒から数分程度と短時間である場合には、サンプルを採取して液色を測定している間にも液色が変化するため、どの時点が溶解の終点であるのかを精度よく検出することが困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８６５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、溶解の終点を精度よく検出できる溶解終点検出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】
【０００７】
第１発明の溶解終点検出装置は、試料が投入される溶解液を収容する容器と、該容器に収容された溶解液を所定時間間隔で撮影する撮影手段と、該撮影手段で撮影された画像が入力される画像処理手段と、を備え、前記画像処理手段は、入力された前記画像における溶解液の液色を求め、求めた液色が予め定められた標準色と一致する場合に、その画像が撮影された時を前記試料の溶解の終点と判断することを特徴とする。
第２発明の溶解終点検出装置は、第１発明において、前記標準色は、前記溶解液に前記試料が投入される前の該溶解液の液色であることを特徴とする。
第３発明の溶解終点検出装置は、第１または第２発明において、前記容器は非透光性の背景部を有しており、前記撮影手段は、前記背景部を背景として前記溶解液を撮影するように配置されていることを特徴とする。
第４発明の溶解終点検出装置は、第１、第２または第３発明において、前記画像処理手段は、前記溶解液の液色を表す色空間の変数のうち前記試料の溶解による値の変化が最も大きい変数を指標変数とし、入力された前記画像における溶解液の液色の前記指標変数の値を求め、求めた指標変数の値が予め定められた標準指標変数値と一致する場合に、その画像が撮影された時を前記試料の溶解の終点と判断することを特徴とする。
第５発明の溶解終点検出装置は、第４発明において、前記試料が酸化第二銅であり、前記溶解液が硫酸銅水溶液であり、前記指標変数がＲＧＢ色空間のＢ値であることを特徴とする。
第６発明の溶解終点検出装置は、第４発明において、前記試料が水酸化ニッケルであり前記溶解液が硫酸ニッケル水溶液であり、前記指標変数がＲＧＢ色空間のＧ値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、画像処理手段により溶解液の液色が標準色と一致する場合に溶解の終点と判断するので、測定者の主観が入らず溶解の終点を精度よく検出できる。また、サンプルを採取する必要がないため、溶解時間が短い場合でも溶解の終点を精度よく検出できる。
第２発明によれば、溶解液の液色が試料が投入される前の液色に戻った時を溶解の終点と判断するので、投入した試料の溶解の終点を検出できる。
第３発明によれば、非透光性の背景部を背景として溶解液を撮影するので、周囲の環境に影響されず溶解液の液色を求めることができ、溶解の終点を精度よく検出できる。
第４発明によれば、試料の溶解による値の変化が最も大きい指標変数を指標として溶解の終点を判断するので、指標変数の値の誤差の影響を少なくでき、溶解の終点を精度よく検出できる。
第５発明によれば、硫酸銅水溶液に酸化第二銅を投入するとＢ値が大きく変化するので、Ｂ値を指標として溶解の終点を判断することで、溶解の終点を精度よく検出できる。
第６発明によれば、硫酸ニッケル水溶液に水酸化ニッケルを投入するとＧ値が大きく変化するので、Ｇ値を指標として溶解の終点を判断することで、溶解の終点を精度よく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶解終点検出装置の説明図である。
【図２】硫酸銅水溶液に酸化第二銅を投入した場合の液色の時間変化を示す（ａ）グラフ、および（ｂ）表である。
【図３】硫酸ニッケル水溶液に水酸化ニッケルを投入した場合の液色の時間変化を示す（ａ）グラフ、および（ｂ）表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る溶解終点検出装置１は、溶解液ａを収容する容器１０と、その容器１０に収容された溶解液ａを撮影する撮影手段２０と、撮影手段２０に接続された画像処理手段３０とを備えている。
【００１１】
容器１０は、溶解液ａを収容するセル１１と、そのセル１１を収容するケース１２とから構成されている。
セル１１は合成樹脂やガラス製の透明なビーカーなどである。セル１１は溶解液ａを収容できる形状であればよく、有底円筒形や枡形などの種々の形状を採用でき、その形状は特に限定されない。また、セル１１は外部から溶解液ａの液色を確認できるように、少なくとも透光性を有する素材で形成されている。セル１１は外部から確認される溶解液ａの液色に影響を与えないように無色透明な素材で形成される方が好ましい。
【００１２】
ケース１２は一部に窓１２ａが形成されており、その窓１２ａからセル１１の一部が露出している。そして、撮影手段２０は、ケース１２の内側を背景とし、窓１２ａから露出したセル１１を通して溶解液ａを撮影するように配置されている。ケース１２は、撮影手段２０で撮影される溶解液ａの液色が容器１０の周囲の環境に影響されないように、周囲から入射される光を遮る機能を有する。そのため、ケース１２は少なくとも非透光性の素材で形成されている。また、背景となるケース１２の内側は溶解液ａの液色に影響を与えないように白色とすることが好ましい。
【００１３】
なお、ケース１２は特許請求の範囲に記載の背景部に相当する。背景部としてはケース１２のようにセル１１を収容する部材の他、セル１１の側壁のうち撮影手段２０と反対側の側壁に貼りつけられる板部材など、撮影手段２０からみて溶解液ａの背景となる部材であれば種々の部材を採用できる。このように、非透光性の背景部を背景とすれば、周囲の環境に影響されず溶解液ａを撮影できる。そのため、画像処理手段３０は、周囲の環境に影響されず溶解液ａの液色を求めることができ、溶解の終点を精度よく検出できる。
【００１４】
容器１０はセル１１とケース１２とからなる構成以外にも種々の構成を採用することができる。例えば、撮影手段２０を容器１０の開口上部から溶解液ａを撮影するように配置する場合や、ファイバースコープなどを用いて容器１０内部の溶解液ａを直接撮影する場合などには、非透光性の単純な容器を用いてもよい。
【００１５】
上記容器１０は、ホットスターラー１３に載せられており、溶解液ａの温度が一定に保たれている。なお、溶解液ａの温度を一定に保つことができれば、他の手段を用いても良い。
【００１６】
容器１０は上部が開口しており、容器１０に収容された溶解液ａに上部から試料ｂを投入できるようになっている。
【００１７】
撮影手段２０は、容器１０に収容された溶解液ａを所定時間間隔で撮影するカメラなどである。撮影手段２０として、静止画を所定時間間隔で撮影できるカメラを採用してもよいし、動画を撮影するカメラを採用してもよい。動画は一定時間間隔で撮影された一連の静止画（コマ）を連続表示することにより得られる映像であり、特許請求の範囲に記載の「所定時間間隔で撮影する」とは動画を撮影する場合も含む概念である。
【００１８】
撮影手段２０で撮影された画像は画像処理手段３０に入力されるように構成されている。ここで、「画像」とは、静止画および動画を構成する各コマを意味する。
画像処理手段３０はコンピュータなどで構成されており、入力された画像を画像処理し、その結果を基に試料ｂの溶解の終点を判断するように構成されている。ここで、撮影手段２０としてデジタルカメラを採用する場合は、撮影された画像データを画像処理手段３０に直接入力することができる。撮影手段２０としてアナログカメラを採用する場合は、撮影手段２０と画像処理手段３０との間にデジタル変換装置を介在させ、撮影手段２０で撮影した画像をデジタル変換した後にその画像データを画像処理手段３０に入力するように構成される。
【００１９】
つぎに、溶解終点検出装置１による溶解の終点の検出方法について説明する。
まず、容器１０に溶解液ａを収容し、撮影手段２０で撮影を開始する。つぎに、溶解液ａに試料ｂを投入する。
ある程度の試料が溶解された溶解液ａにさらに微量の試料ｂを投入すると、投入直後は溶解液ａが濁るなどして液色が変化するが、試料ｂが完全に溶解すると試料ｂ投入前の液色に戻ることが知られている。例えば、硫酸銅水溶液は青色であるが、これに酸化第二銅の粉末を投入すると投入直後は黒色に近くなり、酸化第二銅が完全に溶解すると元の青色に戻る。
【００２０】
この間、少なくとも溶解液ａに投入された試料ｂが完全に溶解するまで、撮影手段２０は所定時間間隔で溶解液ａを撮影しつづけ、撮影した各画像を画像処理手段３０に入力する。画像処理手段３０は入力された各画像における溶解液ａの液色を求め、その結果を基に試料ｂの溶解の終点を判断する。
【００２１】
以下、画像処理手段３０の処理の詳細を説明する。
画像処理手段３０は撮影手段２０から入力された各画像における溶解液ａの液色を求める。具体的には、液色を表す色空間としてＲＧＢ色空間を採用する場合、入力された各画像データにおいて溶解液ａが撮影された部分のＲ値、Ｇ値、Ｂ値を求める。その方法は、画像データから直接Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値を取得してもよいし、画像データに何らかの変換を行なってＲ値、Ｇ値、Ｂ値を求めてもよい。
【００２２】
なお、色空間としてはＲＧＢ以外にもＣＭＹＫなど種々の色空間を採用することができる。色空間は画像データのフォーマットや画像処理手段３０の構成に適したものを選択すればよい。いずれの色空間を採用しても溶解液ａの液色を求めた後の処理は同様であるので、以下ＲＧＢ色空間を採用した場合を例に説明する。
【００２３】
画像データのうち溶解液ａの液色を求める部分は、所定時間間隔で撮影される全ての画像データにおいて同じ位置であればよく、予め定められた一つの画素でもよいし、一定の領域を占める複数の画素でもよいし、互いに離れた複数の画素でもよい。液色を求める部分を一つの画素とする場合は、その画素のＲ値、Ｇ値、Ｂ値が溶解液ａの液色として求められる。一方、液色を求める部分を複数の画素とする場合は、それらの各画素のＲ値、Ｇ値、Ｂ値を求め、それぞれの平均値などとして溶解液ａの液色が求められる。
なお、撮影手段２０と容器１０とは相対的な位置が一定であり、各画像データにおいて同じ位置（同じ画素）であれば、容器１０の同じ位置となっている。
【００２４】
以上のように、溶解終点検出装置１は、撮影手段２０で溶解液ａを所定時間間隔で撮影し、画像処理手段３０で撮影した各画像における溶解液ａの液色を求めるので、溶解液ａの液色の時間変化を得ることができる。
【００２５】
例えば、容器１０に溶解液ａとして硫酸銅水溶液（CuSO4・5H2O：68g/L、H2SO4：228g/L）1Lを収容し、ホットスターラー１３で液温を30℃に保ちつつ、試料ｂとして酸化第二銅の粉末1gを投入して撹拌した場合、図２に示すように溶解液ａの液色が変化する。ここで、図２において経過時間とは溶解液ａに試料ｂを投下してからの経過時間であり、0秒は試料ｂを投入する直前を意味する。
【００２６】
図２に示すように、酸化第二銅投入前（0秒）は、硫酸銅水溶液は透き通った青色でありＢ値が高い。酸化第二銅を投入すると硫酸銅水溶液は黒く濁りＢ値が大きく減少し（10秒）、その後酸化第二銅が溶解するに従い徐々にＢ値が増加して元の値に戻る（40秒〜）。Ｇ値はＢ値と同様に増減する傾向があるがＢ値に比べてその変化が小さい。Ｒ値はＢ値とは逆に酸化第二銅投入直後に増加し、その後酸化第二銅が溶解するに従い徐々に減少して元の値に戻る。Ｒ値もＢ値に比べてその変化が小さい。
【００２７】
画像処理手段３０は、求めた溶解液ａの液色と標準色とを時系列に沿って順次比較する。そして求めた溶解液ａの液色が標準色と一致する場合に、その画像が撮影された時を試料ｂの溶解の終点と判断する。
ここで、標準色は試料ｂが完全に溶解した状態の溶解液ａの液色として定められる。本実施形態では試料ｂが投入される前の溶解液ａの液色として定められる。これにより、溶解液ａの液色が溶解液ａに試料ｂが投入される前の液色に戻った時を溶解の終点と判断できるので、投入した試料ｂの溶解の終点を検出できる。具体的には、撮影手段２０で撮影された画像のうち試料ｂを投入する直前（0秒）の画像を用い、画像処理手段３０でその画像における溶解液ａの液色を求め、その液色を標準色として定める。図２に示す例では、標準色は（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝（19、68、179）である。
【００２８】
画像処理手段３０は、ＲＧＢ色空間の変数（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の値を比較することにより、溶解液ａの液色と標準色とが一致するか否かを判断する。ここで、溶解液ａの液色と標準色とが一致するという判断条件は、変数（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の全てが一致することを条件としてもよいし、その一部が一致することを条件としてもよい。また、変数（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のいずれか一つが一致することを条件としてもよい。
【００２９】
また、標準色に幅をもたせ、その標準色の範囲内に溶解液ａの液色が属することを、溶解液ａの液色と標準色とが一致するという判断条件としてもよい。例えば、図２に示す例において、標準色の幅を各変数値の±5%とする場合には、標準色は（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝（18〜20、65〜71、170〜188）となる。標準色の幅は、溶解液ａと試料ｂの組み合わせによって経験則などにより適した値が選択される。標準色の幅の定め方は、各変数値の所定割合とする以外に、試料ｂの溶解による各変数値の変化量の所定割合とするなど、種々の方法で定めることができる。
特許請求の範囲に記載の「液色が予め定められた標準色と一致する」とは、このように幅をもたせた標準色の範囲内に液色が属すことも含まれる。
【００３０】
図２に示す例において、溶解液ａの液色は、経過時間30秒においてＲ値が標準色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）＝（18〜20、65〜71、170〜188）の範囲内に属し、経過時間40秒においてＢ値が標準色に属し、経過時間50秒においてＧ値が標準色に属する。そのため、溶解液ａの液色と標準色とが一致するという判断条件を変数（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の全てが一致することを条件とする場合には、画像処理手段３０は試料ｂを投入してから50秒経過時が溶解の終点と判断する。
【００３１】
溶解液ａの液色と標準色とが一致するという判断条件を変数（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のいずれか一つが一致することを条件とする場合には、その比較に用いる変数（以下、指標変数と称する。）を、試料ｂの溶解による値の変化が最も大きい変数とすることが好ましい。例えば、硫酸銅水溶液に酸化第二銅を投入する場合には、Ｂ値の変化が最も大きいので、Ｂ値を指標変数とすることが好ましい（図２参照）。試料ｂの溶解による値の変化が最も大きい指標変数を指標として溶解の終点を判断すれば、求めた指標変数の値の誤差の影響を少なくできるので、溶解の終点を精度よく検出できる。
【００３２】
この場合、画像処理手段３０は溶解液ａの液色の指標変数の値のみを求めるように構成してもよい。すなわち、画像処理手段３０は入力された各画像データにおける溶解液ａの液色の指標変数の値を求める。そして、求めた溶解液ａの指標変数の値と標準指標変数値とを時系列に沿って順次比較する。そして求めた指標変数の値が標準指標変数値と一致する場合に、その画像が撮影された時を試料ｂの溶解の終点と判断する。ここで、標準指標変数値は試料ｂが完全に溶解した状態の溶解液ａの液色の指標変数の値として定められ、本実施形態では試料ｂが投入される前の溶解液ａの液色の指標変数の値として定められる。具体的には、撮影手段２０で撮影された画像のうち試料ｂを投入する直前（0秒）の画像を用い、画像処理手段３０でその画像における溶解液ａの液色の指標変数の値を求め、その値を標準指標変数値として定める。また、標準指標変数値も標準色と同様に幅をもたせて定めてもよい。
【００３３】
図２に示す例において、指標変数をＢ値とする場合、標準指標変数値はＢ＝179である。標準指標変数値に±5%の幅をもたせると標準指標変数値はＢ＝170〜188となる。溶解液ａの液色のＢ値が標準指標変数値（Ｂ＝170〜188）の範囲内に属するのは40秒であるため、画像処理手段３０は試料ｂを投入してから40秒経過時が溶解の終点と判断する。
このように、硫酸銅水溶液に酸化第二銅を投入するとＢ値が大きく変化するので、Ｂ値を指標として溶解の終点を判断することで、溶解の終点を精度よく検出できる。
【００３４】
以上の画像処理手段３０の処理は、撮影手段２０により溶解液ａを撮影する都度、溶解液ａの液色を求めて、溶解の終点を判断するようにリアルタイム処理としてもよいし、試料ｂが完全に溶解するのに十分な時間撮影し、その後撮影した画像データを用いて溶解液ａの液色を求めて、溶解の終点を判断するようにバッチ処理としてもよい。リアルタイム処理とする場合には、試料ｂが完全に溶解した時点で溶解の終点を検出することができる。また、バッチ処理とする場合には、試料ｂを投入してから完全に溶解するまでに必要な溶解時間を測定するのに用いることができる。
【００３５】
以上のように、画像処理手段３０により溶解液ａの液色が標準色と一致する場合に溶解の終点と判断するので、測定者の主観が入らず溶解の終点を精度よく検出できる。また、サンプルを採取する必要がないため、溶解時間が短い場合でも溶解の終点を精度よく検出できる。
【００３６】
（その他の実施形態）
本発明に係る溶解終点検出装置は、硫酸銅水溶液に投入した酸化第二銅の溶解の終点の検出に限られず、試料投入直後は溶解液の液色が変化するが、試料が完全に溶解すると試料投入前の液色に戻る性質を有すれば、種々の溶解液および試料の組み合わせにおける溶解の終点の検出に用いることができる。
例えば、容器１０に溶解液ａとして硫酸ニッケル水溶液（Ni：10g/L、H2SO4：200g/L）50mLを収容し、ホットスターラー１３で液温を30℃に保ちつつ、試料ｂとして水酸化ニッケルの粉末0.1gを投入して撹拌した場合、図３に示すように溶解液ａの液色が変化する。
【００３７】
図３に示すように、水酸化ニッケル投入前は硫酸ニッケル水溶液は透き通った緑色でありＧ値が高い。水酸化ニッケルを投入するとＧ値が大きく減少し、その後水酸化ニッケルｂが溶解するに従い徐々にＧ値が増加して元の値に戻る。Ｒ値およびＢ値はＧ値と同様に増減する傾向があるが、Ｂ値に比べてその変化が小さい。
【００３８】
以上のように、硫酸ニッケル水溶液に水酸化ニッケルを溶解させる場合、Ｇ値の変化が最も大きいため、Ｇ値を指標変数とすることが好ましい。
指標変数をＧ値とすると標準指標変数値はＧ＝105であり、±5%の幅をもたせると標準指標変数値はＧ＝100〜110となる。硫酸ニッケル水溶液の液色のＧ値が標準指標変数値（Ｇ＝100〜110）の範囲内に属するのは240秒であるため、画像処理手段３０は水酸化ニッケルを投入してから240秒経過時が溶解の終点と判断する。
このように、硫酸ニッケル水溶液に水酸化ニッケルを投入するとＧ値が大きく変化するので、Ｇ値を指標として溶解の終点を判断することで、溶解の終点を精度よく検出できる。
【００３９】
以上に説明した、硫酸銅水溶液に酸化第二銅に投入する例、および硫酸ニッケル水溶液に水酸化ニッケルを投入する例は、ある程度の試料（銅、ニッケル）が溶解された溶解液（硫酸）にさらに微量の試料を投入する例であるが、本発明に係る溶解終点検出装置は溶解液に所定量の試料を溶解させる場合にも用いることができる。
溶解液中の試料の濃度と溶解液の液色との間には相関があり試料の濃度が高いほど液色が濃くなることが知られている。そのため、所定量の試料が完全に溶解した状態の溶解液の液色を予め求めておき、それを標準色とすれば、所定量の試料の溶解の終点を検出することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    溶解終点検出装置
１０  容器
１１  セル
１２  ケース
１３  ホットスターラー
２０  撮影手段
３０  画像処理手段
【図１】
2013217818.tif 000003
【図２】
2013217818.tif 000004
【図３】
2013217818.tif 000005