专利名称：粉体层体积测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粉体层体积测定装置。
背景技术：
粉体的物性值，以休止角、崩溃角、刮铲角、松密度/振实密度、压缩度、凝聚度、分散度、差角等各种参数来测定。关于对这些物性值进行测定的装置，可以在专利文献I中了解到其示例。专利文献I公开了一种对粉体的堆积密度进行测定的装置。在专利文献I记载的装置中，将放入有粉体试样的测定用杯(量筒)设置在敲击台上，该敲击台被设置在该测定装置所具备的用于实施测定的局部空间、即测定室内的底部。在所述测定室的顶棚上，于测定用杯的正上方的位置处设置有天窗，且在其上设置有传感器盒匣。被配置在传感器盒匣中的非接触型传感器对测定用杯中的粉体面高低进行测定。用传感器来对该测定用杯内为空状态时的情况进行测定，从而预先求取基准值(高度O)。然后将试样粉体放入测定用杯内，用传感器来测量粉体面高低H。在此，利用测定用杯的底面面积A和粉体面高低的测定值(距离测定用杯的底部的高度)H的乘积，来求取试样粉体的体积。在先技术文献专利文献专利文献1:日本专利第4368738号公报
发明内容
发明所要解决的课题在使用量筒作为测定用杯时，作为与投入到量筒内的试样粉体的压缩性相关的评价方法，具有对振实密度(也称作敲击密度)和体积减小度进行测定的方法。作为振实密度的测定方法，具有如下方法，即，将预定量的试样粉体放入量筒内之后，以预定的冲程量以及预定的振动频率(每单位时间内的敲击次数)实施预定次数或预定时间的敲击，从而求取振实密度的方法。当采用例如美国药典(USP)敲击法和美国材料与试验协会(ASTM)敲击法时，用投入到量筒内的试样粉体的质量除以敲击后的试样粉体的体积来求取振实密度。另外，在川北方程粉体压缩评价法中，也利用相同方法进行敲击，当敲击前的试样粉体的体积为Vci,敲击后的试样粉体的体积为V时，利用(Vc1-V) /V0来求取体积减小度。如此，无论在哪一种测定方法中，均通过对敲击前和/或敲击后的量筒内的粉体层的体积进行测定，从而求取振实密度和体积减小度。此时的体积测定优选为，以不压迫粉体层的非接触方式来实施。当然，虽然使用专利文献I记载的装置那样的非接触型传感器，但根据试样粉体的种类和粒子直径、或粉体面的凹凸情况，有时会存在采用超声波传感器这种非接触型传感器难以进行高精度体积测定的情况。本发明是鉴于上述点而完成的，其目的在于，提供一种能够对透明或半透明的圆筒形容器内的粉体层的体积进行高精度测定的粉体层体积测定装置。
用于解决问题的方法本发明的粉体层体积测定装置具备摄像头；背光部件，其被配置在与所述摄像头相向的位置处；圆筒形容器，其为透明或半透明的，且被配置在所述摄像头和所述背光部件之间；升降装置，其使所述摄像头在垂直方向上移动；控制装置，其实施对所述摄像头和所述升降装置的动作控制；位移量测定装置，其对所述摄像头从所述控制装置所设定的初始设定位置起的垂直方向位移量进行检测，并输出至所述控制装置；图像分析装置，其对所述摄像头拍摄的、所述容器内的粉体层的图像进行分析，并将分析结果输出至所述控制装置；运算单元，其根据所述摄像头从所述初始设定位置起的垂直方向位移量来计算粉体层的体积。在本发明的粉体层体积测定装置中，所述圆筒形容器被安装在设定了冲程量和振动数的敲击装置的敲击台上。在本发明的粉体层体积测定装置中，所述圆筒形容器由量筒构成。发明效果根据本发明，由于圆筒形容器内的粉体层的图像由图像分析装置进行分析，并对摄像头从初始设定位置起的垂直方向位移量进行检测，从而根据该垂直方向位移量来计算粉体层的体积，因此能够进行高精度的体积测定。
图1为粉体物性测定装置的概要主视图。
图2为粉体物性测定装置的概要侧视图。
图3为粉体物性测定装置的概要剖视图。
图4为背光部件的概要剖视图，且为从侧面观察时的图。
图5为对图像处理的概念进行说明的说明图。
图6为粉体层体积测定装置的结构框图。
图7为用于对振实密度或体积减小度测定进行说明的概要剖视图。
符号说明
I粉体物性测定装置
2本体
3盖
10测定室
20摄像装置
21摄像头
23升降装置
30背光部件
41图像分析装置
42位移量测定装置
50敲击装置
51尚支击台
52敲击轴
104圆筒形容器
具体实施例方式本发明所涉及的粉体层体积测定装置，作为能够对投入至透明或半透明的圆筒形容器内的试样粉体的振实密度和体积减小度进行测定的粉体物性测定装置I而实现。构成粉体物性测定装置I的外观的二大要素为，本体2和遮盖其前部的盖3。本体2为，使用板金制的筐体4将图未示的架台结构的外侧包围而成的构件，其通过高度可调的多个支承脚5而支承在支承面上。盖3的主要部分由透明的合成树脂形成，并通过左右一对臂6而被安装在本体2的左右两个侧面上。臂6的前端成为与本体2连结的支点部7，盖3以支点部7为中心而在垂直面内转动。当放下盖3时将成为图2中的实线的状态。此时，被盖3包围的空间成为图3所示的测定室10。如上所述，由于盖3的主要部位是透明的，因此，即使在放下了盖3的状态下也能够看穿到测定室10的内部。作业者能够在以目视来确认试样的状况等的同时，在不受粉尘影响的条件下进行测定作业。在盖3的正面形成有把手部3a，用手抓住把手部3a，从而能够将盖3提起至图2的虚线位置。当提起至图2的点划线位置时，即使将手放开，盖3仍将停留在该位置。在以这种方式使测定室10处于开放状态的基础上，作业者再实施对测定结束的试样或用于测定的用具的整理、新的测定作业的设定、保养检修作业等。在不需要预先使测定室10处于开放状态时，则放下盖3。在通过支点部7来支承盖3的轴上组合有阻尼器，从而在放下的中途将手放开时，盖3将缓慢地下降，由此将在不会发生冲击的条件下安静地关闭。在本体2外侧的、从正面观看时的左侧位置处，配置有摄像装置20。在测定室10的内部配置有背光部件30。背光部件30被安装在从测定室10的进深侧的内壁突出的托架31上。透明或半透明的圆筒形容器104被配置在摄像装置20和背光部件30之间，对此将在后文进行详细说明。摄像装置20具备摄像头21，其具备C-MOS或C⑶这种固体摄像元件；立柱22，其对摄像头21进行支承。立柱22竖立在从本体2的所述未图示的架台结构突出的托架2a的上表面上。摄像装置20上附带有使摄像头21沿着立柱22在垂直方向上移动的升降装置23。升降装置23由固定在立柱22的侧面上的垂直的直线导轨24、能够沿着直线导轨24升降的滑块25、连结在滑块25上并通过自身旋转而使滑块25升降的垂直的滚珠丝杆26、使滚珠丝杆26旋转的附带减速装置的步进电机27构成。摄像头21以被保持在滑块25上的方式进行升降。作为背光部件30的光源的是发光二极管(以下称作“LED”)。LED被构成为LED灯32 (参照图4)。LED灯32具备细长的容器33，其具备透明或半透明的盖板33a ;多个LED34，其在容器33的内部被配置为一列。LED34为通常使用的类型的二极管，优选使用白色 LED。LED灯32被配置为，将其长度方向设置为垂直，并使光的出射方向朝向摄像装置20。方筒状的灯罩35包围该LED灯32。灯罩35由乳白色的丙烯酸树脂形成，将多个LED34各自发出的光转变为均匀的面状光。并且，灯罩35的材料并不限于丙烯酸树脂。
摄像头21将信号输出至控制装置40(参照图6)。控制装置40是一种被定位于计算机的装置，并向摄像头21、升降装置23和背光部件30输出控制信号。摄像头21具备图像分析装置41 (参照图6)，图像分析装置41对拍摄图像进行分析，并将分析结果作为信号输出至控制装置40。作为摄像头21，可以使用例如基恩士公司制造的CV-3000S0605系列、欧姆龙公司制造的FQ-S10100F、松下电工株式会社制造的ANM832CE、康耐视公司制造的Checker传感器G47等。升降装置23具备位移量测定装置42 (参照图6)，位移量测定装置42对摄像头21从控制装置40所设定的初始设定位置起的垂直方向位移量进行测定，并输出至控制装置40。位移量测定装置42利用连结在与摄像头21 —起升降的部件上、或连结在摄像头21本身上的线性编码器来实现，对于本实施方式中的结构来说，所述与摄像头21 —起升降的部件即滑块25。或者利用与使滑块25升降的滚珠丝杆26、或使滚珠丝杆26旋转的减速装置或步进电机27等相连结的回转式编码器或解析器等来实现。摄像头21拍摄的图像成为如图5所示的图像。图像由多个像素的集合构成。在图5中图示了透明的圆筒形容器的内部存在有筒状的粉体层的状况。粉体物性测定装置I具备振实密度和体积减小度的测定装置的功能。振实密度和体积减小度的测定中所必需的设备是敲击装置。如图3所示，将敲击装置50配置在粉体物性测定装置I所具备的用于实施测定的局部空间、即测定室10的地面部上。敲击装置50具备敲击台51、对敲击台51进行支承的敲击轴52。图6所示的敲击电机53，利用图未示的顶杆来使敲击轴52升起，并实施敲击动作。敲击电机53是步进电机，并由电机驱动器54来驱动。当控制装置40向电机驱动器54输送控制信号时,与控制信号对应的驱动脉冲从电机驱动器54输出。敲击电机53仅以与驱动脉冲数对应的角度进行旋转。由于敲击电机53是步进电动机，因此能够比较自由地设定施加于顶杆的转动角度和转动速度。因此，易于根据试样的物性和测定目的来设定敲击的冲程量和振动频率，从而提高了敲击装置50的使用自由度。在粉体物性测定装置I中设置有，使试样粉体经过振动筛的筛振动装置。筛振动装置的本体部分位于筐体4内，仅有该本体部分所具备的振动杆60(参照图7)的一部分向测定室10突出。环状的筛安装框61被固定在振动杆60上。振动杆60通过图6所示的电磁铁62而被施加了上下方向的振动。如图6所示，除了前文所记载的摄像装置20、升降装置23、背光部件30、位移量测定装置42、敲击电机53、电机驱动器54、电磁铁62这些构成要素以外，在控制装置40上还连接有显示装置70。显示装置70由外置的监视器装置等构成，并用于实施测定数据或计算结果等的显示。接下来，根据图3和图7，对如何使用粉体物性测定装置I进行说明。图7所示的为利用USP敲击法或ASTM敲击法来测定振实密度时、或利用川北方程粉体压缩评价法来测定体积减小度时的设定。将斜槽102、筛100、筛按压件101顺次重叠在筛安装框61上，并通过紧固件103将上述部件固定在筛安装框61上。将透明或半透明的圆筒形容器104安装在敲击台51上，在此，圆筒形容器104为量筒。当对量筒内的粉体层的体积进行测定时，首先，利用摄像头21和控制装置40来测定从初始设定位置起至量筒的第I刻度线为止的高度(_)，并存储在控制装置40所具备的存储单元中。通过对摄像头21从初始设定位置移动至刻度线的高度时的脉冲数(前文所述的线性编码器、回转式编码器、解析器等输出的脉冲数)进行计数，并利用控制装置40对其进行转换，从而求取高度(_)。控制装置40具备运算单元，以下所说明的粉体层的体积计算也通过该运算单元来实施。以后的说明中的“存储”、“计算”等是指，通过控制装置40的存储单元和运算单元来实施其动作。然后，对从初始设定位置起至量筒的第2刻度线为止的高度(mm)进行存储。根据第I刻度线和第2刻度线之间的容积差和高度(mm)差，来决定每Imm的量筒的容积。根据每Imm的量筒的容积、和已经储存的第I刻度线或第2刻度线的位置，能够计算出基准点(Oml的位置)的高度。例如，从初始设定位置起至50ml的第I刻度线为止的高度为30. OOmm,接下来从初始设定位置起至250ml的第2刻度线为止的高度为130. 00mm。此时，由于容积差为200ml，且第I刻度线和第2刻度线之间的高度差为100. OOmm,因此每Imm的量筒容积为2 (ml/mm)，由此，能够计算出基准点的高度为，距离初始设定位置5. OOmm的位置处。而且，当从初始设定位置起至粉体层的粉体面为止的高度为80. OOmm时，通过用2 (ml/mm)乘以75. OOmm(粉体层的粉体面高度-基准点的高度)，从而得到量筒内的粉体层的体积为150ml。 当将试样粉体投入到筛按压件101和筛100中，并通过振动杆60来使筛安装框61振动时，穿过了筛100的试样粉体从斜槽102通过并落下，并进入到圆筒形容器104中。当将预定量的试样粉体投入到了圆筒形容器104中时，使振动杆60的振动停止。然后利用后述的方法来对粉体层的粉体面进行检测，并对根据此时的高度而求取的容量(ml)进行存储。然后实施敲击。当实施了预定次数的敲击时，粉体层被压缩，粉体层的粉体面与敲击前的粉体层的粉体面相比而下降。接下来，对粉体层的粉体面的检测方法进行说明。在敲击后，摄像头21从量筒的最下部起沿着粉体层而缓慢上升。量筒内的粉体层部分因为不会有来自背光部件30的光透过，所以变暗，量筒内没有粉体层的部分因为有来自背光部件30的光透过，所以被识别为明亮色。通过将明亮色预先记录在控制装置40中，从而将除此之外的其他颜色识别为暗色。在摄像头21上升的途中，当在摄像头21的摄像画面中的色面积检测区域内检测到的明亮色的色面积超过了预先在控制装置40中所设定的明亮色的色面积的阈值时，使摄像头21自动停止。并且，对根据从基准点起至粉体层的粉体面为止的高度而求取的容积(ml)进行存储。而且，除了色面积之外，通过对明亮色和暗色进行二值化处理，也能检测粉体层的粉体面。此外，由于缩短了测定时间，因此能够实现摄像头21的上升时间的缩短。也就是说，能够采用如下方式，即，暂时使摄像头21以高速上升至超过粉体层的粉体面的位置之后，使摄像头21下降至该粉体面的下方的位置，然后再次使摄像头21缓慢上升，并对该粉体面进行检测。或者能够采用如下方式，即，使摄像头21以高速上升至未超过粉体层的粉体面、但接近该粉体面的位置之后，使摄像头21缓慢上升，并对该粉体面进行检测。如上述例示所示，根据从基准点起至粉体层的粉体面为止的高度、以及每Imm的量筒容积，能够求取量筒内的粉体层的体积。
在粉体层的粉体面的检测中使用摄像头具有下述优点。例如，在使用激光传感器时，当在量筒的壁面上附着有试样粉体时，或在该附着仅是局部性附着而开有孔穴的状态下，激光不能透过，或即使透过，但该透过的激光的强度也较弱，从而无法检测粉体层的粉体面。然而当使用激光的强度较强的传感器时，检测误差会增大。此外，当使用超声波传感器时，存在如下问题，即，精度低，且对于多孔性的试样粉体来说，不能检测粉体层的粉体面。对此，如果使用摄像头21来实施图像判断，则判定范围较广，即使在量筒的壁面上附着有试样粉体时，只要壁面上存在一点试样粉体未附着的部位，便能穿过该部位来识别粉体层的粉体面，因此能够高精度地进行测定。振实密度的测定方法具有USP敲击法、ASTM敲击法等，体积减小度的测定方法具有川北方程敲击法等方法。根据实施测定所采用的是哪种方法，从而使用与其相符的圆筒形容器(量筒)104和敲击台51、以及斜槽102。例如当采用USP敲击法时，使用容积为250ml或IOOml的玻璃量筒。此外，当采用ASTM敲击法时，使用容积为IOOml或250ml的玻璃量筒。虽然在上述实施方式中，摄像头21具备图像分析装置41，但也可以采用并不是摄像头21具备图像分析装置41，而是控制装置40具备图像分析装置41的结构。以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的范围并不被限定于此，能够在不脱离发明的主旨的范围内加以各种改变来实施。产业上的可利用性本发明可以广泛应用于粉体层体积测定装置。
权利要求
1.一种粉体层体积测定装置，具备以下的结构 摄像头； 背光部件，其被配置在与所述摄像头相向的位置处； 圆筒形容器，其为透明或半透明的容器，且被配置在所述摄像头和所述背光部件之间； 升降装置，其使所述摄像头在垂直方向上移动； 控制装置，其实施对所述摄像头和所述升降装置的动作控制； 位移量测定装置，其对所述摄像头从所述控制装置所设定的初始设定位置起的垂直方向位移量进行检测，并输出至所述控制装置； 图像分析装置，其对所述摄像头拍摄的、所述容器内的粉体层的图像进行分析，并将分析结果输出至所述控制装置； 运算单元，其根据所述摄像头从所述初始设定位置起的垂直方向位移量来计算粉体层的体积。
2.如权利要求1所述的粉体层体积测定装置，其具备以下的结构 所述圆筒形容器被安装在敲击装置的敲击台上。
3.如权利要求1所述的粉体层体积测定装置，其具备以下的结构 所述圆筒形容器由量筒构成。
全文摘要
本发明提供一种粉体层体积测定装置，其具备摄像头(21)、使摄像头在垂直方向上移动的升降装置(23)、被配置在与摄像头相向的位置处的背光部件(30)、被配置在摄像头和背光部件之间的透明或半透明的圆筒形容器(104)、和实施动作控制的控制装置(40)。升降装置具备位移量测定装置(42)，位移量测定装置(42)对摄像头从控制装置所设定的初始设定位置起的垂直方向位移量进行检测。摄像头拍摄的图像由图像分析装置(41)进行分析，并测量圆筒形容器内的粉体层的粉体面位置，并根据初始设定位置和粉体面位置来计算粉体层的体积。
文档编号G01B11/00GK103047929SQ20121002435
公开日2013年4月17日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年10月17日
发明者笹边修司, 清水健司, 藤见利幸, 毛利顺一 申请人:细川密克朗集团股份有限公司