(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に分離したアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との間の境界面を検出する、イオン交換樹脂層の境界面の検出方法において、
前記境界面近傍を撮像手段で撮像し、該撮像手段で得られた階調データを各画素毎に所定のしきい値と比較して２値化し、
１水平走査線又は所定数の水平走査線をまとめて１つの垂直領域とし、前記２値化されたデータを各垂直領域内で夫々加算し、
前記加算された各垂直領域のデータを相互に比較し、データ相互の差が大きい２つの垂直領域の境界を前記境界面と判定することを特徴とする境界面の検出方法。
【請求項２】
前記階調データが０〜２５５のレベルに区分され、前記所定のしきい値が、得られた階調データに基づいて選定される、請求項１に記載の境界面の検出方法。
【請求項３】
前記撮像手段が垂直方向に区分された複数の撮像領域の夫々に対応して配設される複数の撮像装置を含み、前記所定のしきい値が各撮像装置のデータに対応して各撮像領域毎に選定される、請求項１又は２に記載の境界面の検出方法。
【請求項４】
前記境界面の座標を水平方向に区分された複数の水平領域内で測定し、該測定された複数の境界面の座標に基づいて計算された座標を前記イオン交換樹脂塔内のイオン交換樹脂層の境界面とする、請求項１乃至３の何れかに記載の境界面の検出方法。
【請求項５】
前記２値化されたデータを、画面上の位置に関して微分処理する、請求項１に記載の境界面の検出方法。
【請求項６】
前記垂直領域は、所定数の水平走査線をまとめて１つの垂直領域としたものである、請求項１に記載の境界面の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換樹脂層の境界面検出方法に関し、詳しくは、イオン交換樹脂を利用したイオン交換装置においてイオン交換樹脂の再生時に行われるイオン交換樹脂層の境界面の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン交換樹脂を用いた純水製造装置等のイオン交換装置が発電所の復水処理等に広く用いられている。その内の一つとして、陽イオン（アニオン）交換樹脂と陰イオン（カチオン）交換樹脂とが１つのイオン交換樹脂塔内に収容された混床式イオン交換装置が知られている。
【０００３】
混床式イオン交換装置では、原水を所定量以上処理したイオン交換樹脂は、そのイオン交換性能が低下するので、イオン交換樹脂の再生処理が必要となる。再生処理に利用する薬剤は、目的とするイオン交換樹脂の種類によって異なるため、イオン交換樹脂の再生処理に先立って、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを分離塔内で分離する処理が必要となる。この分離処理には、一般に分離塔の下部から逆洗水を供給し、双方のイオン交換樹脂の沈降速度の差に基づいてこれら樹脂を上下に分離する方法が用いられる。
【０００４】
例えば、火力発電所や原子力発電所の復水処理に用いられる復水脱塩装置においては、脱塩塔として上述のような混床式イオン交換装置が用いられており、この脱塩塔内のイオン交換樹脂を再生する場合には、充填されているイオン交換樹脂を脱塩塔とは別に設けた再生設備内のカチオン再生塔に移送し、該カチオン再生塔を分離塔として上述のようなイオン交換樹脂の分離処理を行う。
【０００５】
イオン交換樹脂層の分離処理が完了し、その境界面が所定のレベル範囲にあることが検出されると、上部のアニオン交換樹脂を別の再生塔に移送し、下部のカチオン交換樹脂をカチオン再生塔内に残留させ、夫々をアルカリ及び酸と接触させて再生処理を行う。
【０００６】
また、上記とは別に、イオン交換樹脂塔自体を分離塔として用い、双方のイオン交換樹脂を分離塔内で２層に分離させ、夫々をアルカリ及び酸と接触させて再生処理を行う方法も採用される。
【０００７】
再生後のイオン交換樹脂の性能を高く維持するためには、分離塔内で双方のイオン交換樹脂層の境界面を正確に検出しこれらを分離する必要がある。例えば、特開平４−８３５３８号公報は、この目的で行われる、イオン交換樹脂塔内における境界面検出方法を提案している。
【０００８】
上記公報に記載の境界面検出方法では、図６に示すように、境界面上部のアニオン交換樹脂は粒子サイズが大きく、境界面下部のアニオン交換樹脂は粒子サイズが小さいという、双方のイオン交換樹脂の粒子サイズの相違に着目している。つまり、イオン交換樹脂塔の内部を撮像するように設置された撮像装置でイオン交換樹脂層の境界面近傍を撮像し、撮像した画像情報から、水平方向に並ぶ粒子数を各レベル毎にカウントし、その粒子数が最も大きく変化するレベル面を境界面２３として検出している。
【０００９】
境界面２３の検出の画像処理では、粒子２１、２２相互の境界面が暗くなることに着目し、まず、画像データの各点における濃淡の階調に基づいて画像データを「明」又は「暗」に２値化し、その暗データの部分を粒子相互の境界面であるとする。次いで、その境界面に囲まれた画像データの明部分を個々の粒子と判断し、これら個々の粒子の個数を水平方向にカウントし、そのカウントした数を相互に比較している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のイオン交換樹脂層の境界面検出方法によると、画像データから個々の粒子を判断する際に、粒子相互の境界面の検出や、各画素データが何れの粒子に属するか等の判断に利用するアルゴリズムが複雑であり、処理時間も長いという問題がある。
【００１１】
また、上記アルゴリズムソフトウエアの一部は、処理速度が速い画像ボードを利用することが出来るものの、この場合、画像ボードのバージョンが変わると、そのために変更しなければならない他のソフトウエア部分が多いことから、ソフトウエア改造のためのコストアップが生ずるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上記に鑑み、従来のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法を改良し、簡単なアルゴリズムから成るソフトウエアを用いることで処理時間を短くし、且つ、ソフトウエアの頻繁な変更を要しない、イオン交換樹脂層の境界面の検出方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法は、垂直方向に分離したアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との間の境界面を検出する、イオン交換樹脂層の境界面の検出方法において、
前記境界面近傍を撮像手段で撮像し、該撮像手段で得られた階調データを各画素毎に所定のしきい値と比較して２値化し、該２値化されたデータを垂直方向に区分された各垂直領域内で夫々加算し、該加算された各垂直領域のデータを相互に比較し、データ相互の差が大きい垂直領域の境界を前記境界面と判定することを特徴とする。
【００１４】
本発明のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法によると、境界面検出のアルゴリズムが簡素であるので、処理時間が短くて済む。また、ソフトウエアの変更も少なくて済むため、そのコストも低い。ここで、本発明で用いる用語「加算」には、通常の加算の他に、平均値の計算や最頻値等の計算をも含む。２値化データの演算では、これらは加算と同様の手順で求め得るからである。
【００１５】
上記階調データを０〜２５５のレベルに区分する場合には、前記所定のしきい値を例えば５〜１５の範囲で選定する。或いは、これに代えて、画像全体を白黒反転させ、しきい値を２３５〜２５０の範囲で選定することもできる。更に、得られた階調データに従ってしきい値を選定することも好ましい態様である。この場合、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との樹脂自体の色の相違により、アニオン交換樹脂層の領域の殆どが「白」に、カチオン交換樹脂層の領域の殆どが「黒」に夫々２値化されるようなしきい値を選定する。このような２値化を行うことにより、その後の処理が容易である。例えば、判別分析法等を利用してしきい値を定める。
【００１６】
前記境界面の座標を水平方向に区分された複数の水平領域内で測定し、該測定された複数の境界面の座標に基づいて計算された座標をイオン交換樹脂層の境界面とすることも本発明の好ましい態様である。この場合、複数の水平領域で座標を計算することにより、より正確な境界面の座標が得られる。
【００１７】
また、前記撮像手段を垂直方向に区分された複数の撮像領域の夫々に対応して配設される複数の撮像装置として構成し、前記所定のしきい値を各撮像装置から得られた階調データに対応して各撮像領域毎に選定することも好ましい態様である。この場合、複数の撮像装置を設けることによりきめ細かな映像データが得られ、また、各撮像装置から得られた階調データに対応してしきい値を決めることで、各撮像装置毎の特性の相違等による影響が排除できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法を実施するイオン交換装置を示す模式的断面図である。イオン交換装置１０は、例えば数メートル高さのイオン交換樹脂塔１１を有し、その内部にアニオン交換樹脂２１とカチオン交換樹脂２２とが収容されている。イオン交換樹脂塔１１の高さ方向の略中央付近には覗き窓１２が形成され、その覗き窓１２には塔内部を監視する複数の監視カメラ１３から成る監視カメラ群が取り付けられている。覗き窓１２の長さは例えば３００ｍｍである。監視カメラ１３の信号は、画像処理ソフトウエアから成る画像ボード１４を経由し、画像処理装置をなすＰＬＣシーケンサ１５に入力される。
【００１９】
監視カメラ１３は、垂直方向に例えば６台がアレイ状に配列され、夫々の監視カメラ１３が、アニオン交換樹脂２１とカチオン交換樹脂２２の分離処理において予測される境界面２３の近傍の所定位置を監視している。塔内の照明には、各監視カメラに付属する白色又はカラー蛍光灯が使用され、各監視カメラ１３のレンズにはレンズフィルタが設けられる。レンズフィルタは、監視対象の粒子による蛍光灯の光の乱反射を防止している。
【００２０】
各監視カメラ１３の監視領域は、水平（Ｘ軸）方向に５乃至６箇所に分割された水平領域から成り、各水平領域は略４０ｍｍ程度の幅を有する。各監視カメラ１３の垂直（Ｙ軸）方向の監視エリアは約５０ｍｍ程度であり、垂直方向の各監視エリア（撮像領域）はオーバーラップしている。重複して得られた撮像領域の内で、より良好なデータを与える映像が選択される。これにより、画像データ中の反射光のような解析阻害要因を排除する。
【００２１】
本検出装置では、イオン交換樹脂の分離処理において、覗き窓１２の下端から１００ｍｍ〜２００ｍｍの範囲に境界面２３が検出されたときに、所定の分離が得られたものと判断し、次のイオン交換樹脂の取出しステップに移行するようにイオン交換装置を制御する。また、所定の境界面が検出されない場合には、引き続き分離処理を続行するように制御する。更に、検出された境界面２３が前記所定の範囲に存在しない場合には、境界面が異常であるとして、分離工程を一旦中断する、この場合、イオン交換樹脂塔１１内を点検の上で樹脂層の分離処理を再度行う。
【００２２】
図２は、上記実施形態例の検出装置における処理の一例を示している。分離工程の進捗に対応して境界面の検出処理がスタートすると、まず、ｉ＝１、ｊ＝１として（Ｓ１）、第１（ｉ番目）の監視カメラの第１（ｊ番目）の水平領域から画像データが取得される（Ｓ２）。次いで、画像データに含まれる各画素データについて「白（＝１）」又は「黒（＝０）」の２値化判定がなされ、更に、フィルタ処理が実行されて（Ｓ３）、各画素データが決定される。このフィルタ処理では、多数の「１」に隣接する少数の「０」を１に置き換える。
【００２３】
次いで、上記決定された各画素データに基づいて、エッジ処理が行われて第１の水平領域における境界面の判定及びそのレベル（Ｙ座標）が求められる（Ｓ４）。ｊをｊ＋１とし、ｊが５以下であると（Ｓ５、Ｓ６）、ステップＳ２に戻り、第１の監視カメラの第２の水平領域について同様な処理を行う。このエッジ処理は、ｊが５になるまで繰り返して行われ、第１の監視カメラの全ての水平領域（ｊ=１〜５）についてエッジ処理が行われる。
【００２４】
引き続き、順次にｉ=２〜６として、第２乃至第６の監視カメラについて同様な処理が行われる（Ｓ２〜Ｓ８）。これによって、全ての監視区域についてエッジ処理が行われる。
【００２５】
上記エッジ処理では、まず、２５６階調の各画素データについて、その画素データがしきい値よりも高いか低いかが判定される。このしきい値は、例えばレベル０〜２５５に区分される階調データについて、レベル５〜１５の内から適当な値が１つ選定される。この選定されたしきい値よりも高いデータは「白」、しきい値よりも低いデータは「黒」と判定される。このようなしきい値を採用すると、境界面付近に位置する粒子サイズが大きなアニオン交換樹脂２１は殆どの画素データが白で、僅かに各粒子間の境界部分のみが黒となる。また、境界面付近に位置する粒子サイズが小さなカチオン交換樹脂は殆どの画素データが黒となる。そこで、１水平走査線或いは所定数の水平走査線をまとめて１つの垂直領域とし、この各垂直領域毎の画素データの和を演算で求める。その和を垂直領域毎に相互に比較することによって、白と黒の境界の存在の有無、或いは、その境界位置を判定することができ、エッジ処理が可能となる。
【００２６】
イオン交換樹脂が実際に分離し、各監視カメラ１３からのデータについてエッジ処理が終了すると、Ｘ軸方向で５つに分割された各水平領域についての境界面がＹ座標として求まる。次いで、ステップＳ９に移行し、分離塔内の全体の境界面の計算が行われる。
【００２７】
図３は、ステップＳ９の境界面計算ルーチンの一例を示すフローチャートである。この境界面計算ルーチンでは、正規分布処理に基づいて実際の境界面が判定される。まず、前記５つの領域のＹ座標から正規曲線が計算され（Ｓ２１）、次いで、フィルタ処理によって、所定の範囲内以外のＹ座標データが無効データとして除かれる（Ｓ２２）。更に、残った正規分布曲線からその最大度数を与えるＹ座標が選定される（Ｓ２３）。
【００２８】
次いで、ステップＳ２４に移行し、最大度数が所定のしきい値よりも大きいか否かが判定される。最大度数が所定のしきい値よりも小さいと、求められたエッジを正しい境界面と判定することが出来ないので、図２のステップＳ１に戻り、第１の監視カメラからの画像データの取得に始まる一連のステップが繰り返される。
【００２９】
最大度数が所定のしきい値以上であれば（Ｓ２４）、この正規化処理で得られたＹ座標を正しい境界面として認定し（Ｓ２５）、図２のステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０で境界面をＹ軸上にプロットし、このプロットされたＹ座標値が所定の範囲内（覗き窓下端から１００〜２００ｍｍ）にあるか否かが更に判定される（Ｓ１１）。Ｙ座標値が所定の範囲内にあれば、分離処理により正常な境界面が得られたものとして（Ｓ１２）、次のプロセスステップに移行するために工程自動歩進が進められる（Ｓ１３）。また、ステップＳ１１で、求められたＹ座標が所定の範囲内にないものと判定されると、ステップＳ１４に移行し、境界面異常のアラームが出され、工程歩進がなされず、その場で待機の指令が出される（Ｓ１５）。
【００３０】
上記実施形態例における画像処理方法では、画像データの処理に際して、各画像データが所定のしきい値よりも大きいか否かの判定を行い、その結果に基づいてエッジ処理を行うようにしたので、従来の粒子の位置を判定する画像処理に比してその処理が簡素になり、データ処理時間が大幅に低減する。また、複数の水平領域で夫々にエッジ処理を行い、得られた複数のエッジデータを正規化処理によって加工したので、信頼性が高い境界面データが得られる。
【００３１】
なお、監視カメラで得られた映像データが、充分な濃淡を与えない場合には、得られた階調データを２値化した後に、画面上の位置に関して微分処理し、各粒子間の境界を強調することが出来る。また、各監視カメラ毎の特性が異なることによって、境界面の検出に影響を与えることも考えられる。このような影響を排除するには、各監視カメラの画面毎に階調データの平均値を検出し、その平均値に基づいて、各撮像エリア毎に前記２値化のしきい値を決定することも出来る。
【００３２】
図４は、上記実施形態例の境界面計算ルーチンの別の例を示すフローチャートである。この例では、各監視カメラが６個の水平領域に区分され、得られた６個のＹ座標に基づいて実際の境界面が計算される。図５は、上記境界面計算ルーチンによって境界面が求められる計算の具体例を表形式で示している。ここでは、エッジ処理によって６個のＹ座標が、ｙ１=２８０、ｙ２=１８０、ｙ３=１７７、ｙ４=１７０、ｙ５=１５８、ｙ６=３０として求まった例を挙げている。
【００３３】
まず、ステップＳ３１においてＩ=１、ｋ＝２として、ＺIk=ＹI−Ｙkを計算し、第１の領域のＹ座標（ｙ１）と第２の領域のＹ座標（ｙ２）の差（Ｚ12）を求める（Ｓ３２）。引き続き、ｋを順次にインクリメントして、ｋ=６迄のＺIkを求める（Ｓ３２〜Ｓ３４）。この状態が図５の表（ａ）に示されている。
【００３４】
更に、Ｉをインクリメントし、ｋ=１〜６（除く２）として、同様にＺIkを求める（Ｓ３２〜Ｓ３５、図５表（ｂ））。Ｉを更に順次にインクリメントして、Ｉ＝６迄の全てのＹ座標についてＺIkを求める（図５表（ｃ）〜（ｆ））。次いで、各ＩについてＺIkの絶対値の平均値を求め、これを所定の基準値として比較し（Ｓ３７）、所定の基準値以上のＺIkの絶対値の平均値を与えるＹIを廃棄し、その他のＹIを平均して境界面の座標とする（Ｓ３８）。
【００３５】
この例では、図５表（ａ）に示すように、ｙ１とｙ２〜ｙ６との間でＺIkが大きな絶対値を与え、その結果ＺIkの絶対値平均が１３７と求められ、その平均値が所定のしきい値１００よりも大きいので廃棄される。同様に、表（ｆ）に示すように、ｙ６とｙ１〜ｙ５との間でＺIkの絶対値が大きく、その平均値が１６３としきい値１００よりも大きいので、ｙ６が廃棄される。その他のＹ座標（ｙ２〜ｙ５）については正常な値が得られたものとして採用される。その結果、ｙ２〜ｙ５の平均値１７１．２５ｍｍが境界面のＹ座標として決定される。以下、先の例と同様に、図２のステップＳ１０に移行する。
【００３６】
図４の境界面決定ルーチンによると、単純な加減算や乗除算で計算が行われるので、境界面の決定のための処理時間が速いメリットがある。
【００３７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法によると、画像データの処理が簡素なアルゴリズムで行われるので、検出処理に要する時間が短く、また、ソフトウエアの変更等のためのコストも低く納まるので、イオン交換装置の性能の向上及びコスト低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法を実施するイオン交換装置の模式的ブロック図。
【図２】図１のイオン交換装置における境界面の検出方法を示すフローチャート。
【図３】図２の境界面計算ルーチンのフローチャートの一例。
【図４】図２の境界面計算ルーチンのフローチャートの他の例。
【図５】図４の境界面計算ルーチンにおける計算例を示す表。
【図６】従来のイオン交換樹脂層の境界面の検出方法を示すためのイオン交換樹脂層の断面図。
【符号の説明】
１０：イオン交換装置
１１：イオン交換樹脂塔
１２：覗き窓
１３：監視カメラ
１４：画像ボード
１５：ＰＬＣシーケンサ
２１：アニオン交換樹脂
２２：カチオン交換樹脂
２３：境界面
【図１】
0003999401.tif 000002
【図２】
0003999401.tif 000003
【図３】
0003999401.tif 000004
【図４】
0003999401.tif 000005
【図５】
0003999401.tif 000006
【図６】
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