專利名稱：用于確定顆粒尺寸的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于測量顆粒尺寸分布的方法，尤其是用于光學在線測量具有廣泛的顆粒尺寸分布的松散物料的分散顆粒。此外，本發明涉及用于測量這類顆粒尺寸分布的裝置。·
背景技術：
借助于專門的測量原理來檢測顆粒尺寸及其分布以及測定內容物本身是已知的。例如，文獻DE-C-19802141就示出了一種通過借助于光電測量段對產品流(Produktstrom)的光電掃描來確定顆粒尺寸分布的裝置。其中所述圖像檢測裝置包含多個光電圖像采集設備。這種裝置適合于測量具有大于100 μ m的顆粒尺寸的顆粒。這種裝置及測量方法的缺陷在于，主要對于顆粒尺寸小于100 μ m的較小顆粒來說，測量成本和/或測量誤差隨著顆粒尺寸的減小而顯著增加。對此的原因可能為例如光學分辨率不足、顆粒輪廓的光學失真、景深不足、由于光衍射或光散射效應和/或運動模糊(Bewegiingsunscharfe )造成的干擾。同樣，通過激光衍射或激光散射來檢測顆粒的裝置也是已知的。通過其能夠良好地檢測具有約為Iym至約100 μ m的顆粒尺寸的小顆粒。與此相反，對于實時檢測較大顆粒(主要是具有Imm以上顆粒尺寸)來說，不利之處在于成本較高、在此范圍內測量精確度較低(特別是對于明顯異于球形的顆粒而言)、以及該測量方法的信息含量較低。尤其是，僅僅能夠對與投影面積相關的顆粒尺寸分布及顆粒密度進行部分測量。缺乏在圖像處理時所測得的那樣的關于顆粒詳細輪廓的信息。顏色、速度或者其它顆粒特性同樣不能借助于激光衍射測定。根據現有技術，對測量值的檢測僅借助于單一的測量原理進行，這限制了應用領域和/或要求較高的成本。
發明內容
因此，本發明的目的在于，研發一種用于確定顆粒尺寸分布的方法，尤其是用于光學測量顆粒尺寸分布的方法，所述方法避免了現有技術中的缺點，并且尤其實現了在松散物料處理中對分布于多個數量級上的顆粒尺寸分布進行集成的在線測量。該目的通過用于確定顆粒尺寸分布的方法來解決，所述方法至少包含以下步驟a)借助生產方法來生產含顆粒的產品流或者制備含顆粒的產品流，所述產品流通過生產方法生產，b)通過至少對顆粒的一部分檢測來生成測量數據，其中，所述測量數據至少對借助于至少兩種不同的光學測量方法通過光學檢測顆粒的部分而生成，c)根據步驟b)中光學檢測到的測量數據來確定顆粒的所述部分的至少一個特性，其中，至少一個特性是顆粒的所述部分的尺寸分布。所述生產方法選自包含粉碎、清洗、分離、混合及凝集方法的組，或其中的任意組合。對于所述粉碎方法例如可采用碾磨方法。
本發明至少一種光學測量方法包括對顆粒的所述部分的衍射圖像的檢測。與僅借助單一的光學測量方法所能檢測的相比，同時借助于至少兩個不同的光學測量方法的檢測能夠實現對更大范圍的顆粒尺寸的測量。這樣，借助于本發明的方法能夠對大致不超過四個顆粒數量級范圍的顆粒尺寸分布進行檢測。例如可檢測在2μπι至20mm范圍內的顆粒尺寸，優選為5μπι至5mm的范圍內。本發明對衍射圖像的檢測主要允許測量特別小的顆粒尺寸。由此實現了對產品流中的顆粒尺寸及其分布的更好的表達能力(Aussagefahigkeit )。這還能夠實現對含顆粒的松散物料、尤其是谷物碾磨制品的生產及加工參數的有目的的調整。所述測量優選在線進行。所述測量在這里及在下文中理解為集成在工序中。所述測量尤其在空間上緊鄰所述工序進行。 所述方法例如可在以下領域中應用-谷物加工、研磨業(尤其是對小麥、硬質小麥、黑麥、玉米和/或大麥的研磨)或特種研磨業(尤其是對黃豆、蕎麥，大麥、斯卑爾脫小麥、小米/高粱、假谷物和/或豆類進行脫殼和研磨)的谷物研磨產品及谷物終產品；-生產用于牲畜和寵物、魚類和甲殼類動物的飼料；-加工油料果實；-加工生物及生產能源作物(Energiepellet)；-工業化麥芽加工-及粗磨設備；-加工可可豆、堅果及咖啡豆；-生產建筑材料；-生產肥料；-制藥產業；-固體材料化學。優選地，從在步驟a)中生產的或制備的產品流中提取含顆粒的樣品，其中，在步驟b)中對該樣品中的顆粒進行光學檢測。在該實施方式中不是必須在產品流中對顆粒進行測量。取而代之地，步驟b)中的實際測量是在提取的樣品處進行的，這樣能夠最大限度地對實行所述測量方法的測量裝置的空間布置進行簡化。在可能的實施方案中，樣品的提取能夠在沉降管中進行，例如借助于蝸殼(Schneckenschale)進行。提取在時間上可以是脈沖的。所述樣品相對整個產品流的份額可以為O. 01%至10%。由此，能夠可近似連續地、無暫存地提供代表性的局部物料流。在一些實施方案中，在進行步驟b)中的實際測量之前，所述樣品可被計量、分離和/或分散。所述計量確保了正確的產品量被盡可能低脈沖地提供給測量裝置。然而，在分離和分散時，例如根據文氏管原理，在一些情況中可不再調整產品流。在此，產品可利用壓縮空氣及其它從周圍環境吸入的空氣被稀釋，以致所有顆粒都單獨存在，并且由此也可被單獨探測。第二步驟可分離于計量而進行優化，以便能夠根據性質(例如顆粒間的附著力的強度)強度不同地分離產品。所述分離和粉碎的過渡是連續的。所述分離和擴散在某些情況下可被看作不可分的步驟。在優選的實施方案中，步驟b)中的測量方法之一至少包括對顆粒部分的投影面積的檢測。然后所述投影面積的顆粒輪廓可借助于顆粒輪廓處理來處理。
優選地，顆粒部分的至少一個粗餾物的尺寸分布的確定借助于顆粒輪廓處理進行，尤其是在10 μ m至30000 μ m的尺寸范圍中，優選50 μ m至20000 μ m,特別優選90 μ m至10000 μ m。同樣優選地，顆粒部分的至少一個精餾物的尺寸分布的確定借助于激光衍射進行，尤其是在O. Ιμ 至300 μπι的尺寸范圍中，優選Ιμπι至300 μ m,特別優選5 μ m至200 μ m。在一些實施方案中，除了顆粒部分的尺寸分布之外，還能夠根據光學測得的測量數據確定顆粒部分的形狀、形狀系數、顏色、顏色分量和/或速度。所述形狀系數將顆粒的任意的復雜輪廓縮減為一個值。形狀系數例如可以是用于顆粒的“圓度”的尺度，并且應該能夠被定義為等面積圓的直徑與等周長圓的直徑的比值(Quotient)。一般的形狀結構例如為“細長形”、“短粗形”、“球形”、“凸形”和“環形”。小塊和淀粉顆粒例如可由此區分，即小塊的環形(圓度)更明顯偏離了球的值。顏色和/或顏色分量例如可借助于顏色傳感器確定，尤其是借助于彩色圖像傳感器。例如在國際專利申請文獻PCT/EP2009/055877中描述了一種借助于彩色圖像傳感器用于確定碾磨物特征的系統和方法。這種彩色圖像傳感器能夠將顏色信息應用于碾磨物流的顆粒的特征確定，其方式為所述顆粒借助于自其發射的電磁輻射在彩色圖像傳感器上成像，所述彩色圖像傳感器隨后在其傳感器圖像元件上光譜選擇地檢測電磁輻射。所述彩色圖像傳感器優選為CCD傳感器，利用所述傳感器能夠將以下描述的方法轉換用于顆粒的速度測量。尤其是可使用入射光照明和透射光照明的組合。這能夠使得，尤其是也對于快速的(例如具有約200μπι的直徑及約20m/s的速度)顆粒可通過入射光照明獲得顏色信息，并且通過透射光獲得相對于單純反射照明來說更高的輪廓清晰度。比如在文獻PCT/EP2009/055877中描述了這種入射光和透射光照明的組合。特別的，借助于實時分析能夠確定這些特性(形狀、形狀系數、顏色、顏色分量和/或速度)中的一個或多個。可選地，可在步驟c)之后對在步驟c)中獲得的顆粒部分的特性進行標定，也就是通過相應的技術手段進行數據準備和特性比較。在這種標定時，將一開始利用激光衍射和 輪廓處理分別確定的顆粒尺寸匯總為一個在整個測量區域上的共同分布。根據第一方法，可使用通過該兩種測量方法生成的測量數據的重疊區域，以便對這兩種顆粒尺寸分布進行標準化及統一。根據第二方法，可對通過兩種測量方法生成的測量數據的總面積分布進行測量，并且與相應的測量體積一起被應用于分布的標準化。這兩種方法的結果是與投影面積相關的分布，所述分布相異于技術上相應的質量分布。在此可使用“工藝Know How”,以便定義適當的換算。外殼部分例如最好為片狀,而粉末顆粒最好為球狀。其在將面積分布換算為質量分布時可予以考慮，其中例如基于顏色或形狀系數區分粉末和外殼部分并作其他評估。此外可設想的是，考慮碾磨設備對外殼部分的形狀的影響。碾磨設備的溝紋，特別是碾磨間隙確定了例如之前為片狀的外殼部分的平均厚度。所述方法可被應用于機器、組合機器、工序和/或設備的優化、調節、尤其是在線調節、建模、模擬、監控、尤其是在線監控、故障識別、故障診斷、質量控制和/或反向追蹤性能。例如在國際專利申請文獻PCT/EP2009/058351中對這類方法進行了描述。同樣可選擇地，尤其是由至少一個測量裝置測得的測量數據、尤其是由至少一個光學測量裝置測得的測量數據可被存檔。從存檔的測量數據中可推導出用于運行和/或配置單個或多個機器和/或設備和/或工序的參數、規則和結論。例如，整個碾磨機的行為并不能完全通過單個機器的大量且復雜的相互作用來說明。但是，為了能夠實現整個設備的調節，可應用自學和/或基于經驗的調節。為此，傳感器的測量信號可大致與整個碾磨機的所期望的或不期望的狀態相關聯，并被存檔在數據庫中。這樣一個數據庫可作為調節算法的基礎，所述調節算法有目的地避免了所不期望的碾磨狀態。在國際申請文獻PCT/EP2009/058351中示例性地描述了這類具有局部和/或整體調節系統的設備。此外，可選地，能夠將測量裝置的原始測量數據和/或從這些原始測量數據中制備的數據作為經驗值應用在自適應系統中、例如神經元網絡中，尤其是用于控制和/或調 節機器和/或設備和/或工序。例如，神經元網絡應可使用上述存檔的測量數據。也可借助于所謂的“模糊控制”使用這些測量數據。測量數據應能作為經處理的數據(例如自兩個測量方法推導出的一個顆粒質量分布)或者以經較少處理的狀態(例如兩個獨立的面積分布)被存檔。此外，可選性地，能夠將測量裝置的原始測量數據或測量裝置的并未被完全處理成顆粒尺寸分布的測量數據、尤其是通過多個單獨測量平均得出的激光衍射光譜，直接用于調節。從通過所述方法攝取到的衍射圖像中，可大致通過圍繞圖像中心的圓形積分計算出激光衍射光譜。這說明，多少光量被衍射多遠。對于恒定的顆粒尺寸分布，衍射光譜或者說其通過足夠量的單個測量平均得出的平均值也是恒定的。過強的碾磨產生更細微的顆粒，并且由此導致過強的激光衍射，也即在更大半徑時的更多光能。相反，過弱的碾磨導致更弱的激光衍射。所述激光衍射光譜也可直接應用于調節(例如兩個壓輥之間碾磨間隙的寬度)，而不需重建原來的顆粒尺寸分布。最后的步驟需要大量計算時間，并且可能導致數學上的錯誤或者說對調節有負面影響的不精確度。基于激光衍射光譜的調節可避免所述問題。
在一些實施方案中，根據在步驟c)中確定的特性、尤其是根據顆粒部分的尺寸分布，對生產方法的至少一個工序參數進行控制和/或調節。尤其是至少一個工序參數可被這樣控制和/或調節，使得由此顆粒的尺寸分布被改變。因此可將實際尺寸分布調節為預定的額定尺寸分布。特別對粉碎方法、也即例如碾磨方法的情況而言，至少一個工序參數可以是至少一個碾磨間隙的寬度、至少一個碾磨體的轉數、兩個碾磨體的轉數比、碾磨體和/或碾磨輥的幾何結構和/或待碾磨產品的進料質量。所述碾磨輥的幾何結構例如可包含其溝紋。在所述方法的一種改進方案中，基于顆粒或者說顆粒尺寸等級在測量裝置的測量區域中的不同停留概率，能夠將用于顆粒尺寸等級的單個顆粒的速度測量，或在整個或部分范圍的測量區域中的局部平均速度測量應用于修正顆粒尺寸分布。由此，與已知方法相t匕，能夠提高測量精確度及可靠性。在具有廣泛的顆粒尺寸分布的兩相流體中，顆粒速度通常與顆粒尺寸、顆粒形狀和比重相關。在加速流體中，例如較大顆粒由于其大多較大的質量具有比較小顆粒更小的速度。所述顆粒速度確定了顆粒在測量區域中的停留時間及由此直接確定顆粒的檢測概率。為了考慮到這些，可對光學確定的顆粒尺寸分布進行與此相關的修正。此處，相對速度或絕對速度可被確定而用于單個顆粒，或者至少取其平均值而用于每種相關的顆粒尺寸等級。每種顆粒尺寸等級的評估是由顆粒速度和顆粒尺寸的函數(例如投影面積、直徑或估計的體積)得出的。物體速度的確定與其本身顆粒輪廓識別的結合是現有技術。由此，可直接測量大顆粒的速度分布。通過衍射、尤其是通過激光衍射測得的尺寸分布的細微組分則由于較小的顆粒大小和質量而具有幾乎恒定的速度。后者可通過速度測量中的外插法借助顆粒輪廓處理來確定。光學檢測到的具有零速度的物體是例如光學誤差或視窗劃痕或位置固定的或緩慢蠕動的污染物(具有明顯小于lm/s的速度)、比如附著的顆粒或顆粒內含物，就像在谷物制品的情況中的諸如蛋白質或油脂。這些并不是所探尋的顆粒尺寸分布的部分。通過大致如上所述的速度修正可將其自動評估為0，并且由此不改變顆粒尺寸分布的結果。可選地，在顆粒輪廓處理時可借助單獨的算法從測量數據中過濾出靜止或蠕動物 體。為此，例如可取代一個簡單的圖像，而對兩個由傳感器測得的圖像、尤其是兩個直接前后相繼的圖像的數值差異進行分析。由此，位置固定的缺損或近似位置固定的污染物自動減少，并且在差分圖中不再可見。可選地，能夠將具有近似恒定的尺寸和位置的頻繁出現的顆粒作為缺損而識別并摒棄。此外，可優選地建立具有有關像素和目標的動態清單，用于過濾測量結果。可選地，及也適用于激光衍射地，能夠通過短暫地關停產品流(例如通過停止取樣蝸殼)，以有規律的時間間隔對無產品流的背景進行重新認識，并且將其應用于對原始數據的連續相匹配的修正。可選地，為了認識實時的背景以對激光衍射光譜進行修正，可周期性地關停產品流。此外，本發明涉及用于確定顆粒尺寸分布、尤其是用于執行上述本發明的方法的
>J-U ρ α裝直。所述裝置包括-生產裝置，用于借助于生產方法生產含顆粒的產品流，和/或制備裝置，用于制備含顆粒的產品流，所述產品流借助于該生產方法生產，-至少兩個測量裝置，用于檢測顆粒的至少一部分，和-計算單元，用于根據由光學測量裝置測得的測量數據來確定顆粒部分的至少一個特性。所述生產方法選自包含粉碎、清洗、分離、混合及凝集的方法的組。所述測量裝置中至少有兩個被構造為兩個不同的光學測量裝置用于顆粒部分的光學檢測。至少一個經計算確定的顆粒部分的特性是顆粒部分的尺寸分布。本發明構造了至少一個光學測量裝置以用于顆粒的衍射圖像的檢測。基于該構型，借助這種裝置可實現已經在上面結合本發明方法描述過的有益效果。所述裝置可具有用于從產品流中提取樣品的取樣裝置。可選地或附加地，該裝置可具有用于將樣品傳送到測量區域的傳送裝置。在此，測量裝置的這種構造及布置，使得樣品借助于測量裝置可在測量區域中被光學檢測。
所述取樣裝置可被構造為取樣蝸桿。借助于這種取樣蝸桿可從產品流、例如松散物料流中提取樣品。所述樣品取樣可局部地并優選局部兼暫時相結合地進行。在局部取樣時，僅從部分產品流中提取產品。這可通過插入管中的取樣蝸桿實現，其中僅提取落到取樣蝸桿上的產品。此處，所述取樣蝸桿可位置固定地或者優選可擺動地實施。暫時地取樣是說，所有產品并不是連續地、而僅是短暫地被提取。該工序會重復進行。當該工序連續地并且足夠穩定地進行時，被提取的模型對于在采樣前后的時間點來說也具有充分的代表性。在本發明范圍中，用于從產品流中提取樣品的取樣裝置優選包含蝸殼，所述蝸殼至少部分地設置或可設置在流體管路中，產品流在所述流體管路中流動。所述流體管路可例如是沉降管路。此外，所述取樣裝置包括取樣蝸桿，所述蝸桿被至少部分地容納在蝸殼中。所述取樣蝸桿用于提取樣品。
所述蝸殼和/或取樣蝸桿可選擇性地進入到接收位置或待命位置中。在此，在接收位置中，產品流中含有的顆粒可被容納在蝸殼中，并且由此可借助取樣蝸桿從產品流中提取出來。相反在待命位置中，產品流中含有的顆粒不會被容納進蝸殼中。通過對接收位置或待命位置的選擇，即可調節是否可借助于取樣蝸桿提取顆粒。特別地，所述取樣蝸桿還可在待命位置上繼續轉動，而不會使其他顆粒進入到蝸殼中。也就是說，所述取樣蝸桿在彼此相繼的采樣之間不能停頓。在一些實施方案中，取樣蝸桿和蝸殼能夠被可運動地、尤其是可擺動地支承，并且在待命位置上可被布置在產品流之外。在該待命位置上，所述取樣蝸桿可輸送已經存在的產品，但是并不容納新的產品。為了取樣，取樣蝸桿和蝸殼可隨后擺動到產品流中，直到蝸桿被充滿。封閉套筒在該實施方案中不是必需的。優選地，所述取樣裝置包括封閉裝置，蝸殼和/或取樣蝸桿可借助所述封閉裝置可選擇地進入接收位置中或準備位置中。在接收位置中封閉裝置可打開蝸殼，以形成接收位置。在待命位置中封閉機構可封閉蝸殼，已形成封閉位置。優選地，蝸殼基本上被構造為槽狀，并且封閉裝置優選被構造為封閉套筒。此外，優選地，所述封閉套筒可圍繞軸線相對于蝸殼轉動，所述軸線平行于取樣蝸桿的轉動軸線地延伸，或者與其相一致。通過設置封閉套筒與蝸殼之間的相對角度，可選擇性地設置接收位置或待命位置。這種構型是特別簡單的。可選地，可運動的導向板、管路轉接器(Rohrweiche)或類似物也可應用于接收位置及準備位置的選擇性的設置。此外，所述裝置可包含用于分離和/或分散樣品的裝置。由此，在大的取樣分配時也保證了有代表性的取樣，以及產品持續強制傳送。當測量裝置中的一個僅可分析整個產品流中的一小部分(例如1/10至1/10000)時，應該是有利的。借助于取樣分配可相應地減少產品數量。此外，多個可提取樣品的產品取樣位置也是可行的。所述裝置的應用還可實現不同產品取樣位置之間的轉換，例如對軋機機架中輥的平行度的調節。優選地，至少一個光學測量裝置被構造用于檢測顆粒的投影面積。同樣優選地，測量裝置中的至少兩個、尤其是一個用于檢測顆粒衍射圖像的光學測量裝置和另一個光學測量裝置，在空間上被彼此靠近地布置。一方面，這樣允許所述測量在兩個空間上彼此相近的或者甚至相同的光學測量區域中進行。另一方面，由此可實現緊湊的結構。優選地，所述至少兩個測量裝置可被容納在一個共同的外殼中。在一些改進方案中，所述裝置具有至少一個控制電路和/或調節電路，借助所述電路可根據由計算單元確定的特征、尤其是根據顆粒部分的尺寸分布來控制或調節生產裝置的至少一個工序參數。優選地，所述顆粒表面覆蓋(即在測量區域中顆粒面積與測量面積的平均比率)在測量區域中基本上保持恒定，以便避免對測量結果可能的影響。這例如可如下地實現在每個圖像中測量及由此得知所有顆粒的投影面積(即顆粒面積)。這是對多個圖像平均得出的。所述測量面積(即圖像尺寸)是固定的且同樣已知。 所述裝置由此計算相應的顆粒表面覆蓋，并可將其提供作為調節的實際值(例如作為模擬值)使用。計量單元(例如蝸桿)可根據與該實際值的偏差提高或降低輸送量。這可通過調整蝸桿轉數或通過改變其填充率來解決。所述填充率又可通過時間上取樣分配的節奏來直接控制和/或調節。優選地，所述比例范圍恒定地保持在O. 2%至5%。此外，顆粒表面覆蓋的實際及額定值可被用作調節時間上的取樣分配的輸入變量。在其他實施方案中可能的是，所述裝置還具有其它的用于檢測顆粒的至少一部分的測量裝置。這些其它的測量裝置不一定必須為光學傳感器；取而代之地，所述裝置也可包含至少一個電感的、電容的、超聲波的、近紅外光的和/或顏色的傳感器。由此例如可確定顆粒部分的形狀、形狀系數、顏色、顏色分量和/或速度。所述顏色傳感器可被構造為彩色圖像傳感器。例如在國際專利申請文獻PCT/EP2009/055877中描述了借助于彩色圖像傳感器進行碾磨物特征確定的系統和方法。這種彩色圖像傳感器可實現將顏色信息應用于對碾磨物流的顆粒的特征確定，其方式是，所述顆粒借助于自其發射的電磁輻射在彩色圖像傳感器上成像，所述彩色圖像傳感器隨后在其傳感器圖像元件上光譜選擇地檢測電磁輻射。這些光學測量裝置的至少一個可設有視窗，通過所述視窗可在測量區域中檢測顆粒。視窗的清潔度決定了測量質量。為了使顆粒在視窗上的附著最小化，窗面材料和/或窗面表面結構優選這樣選擇，使得物理和/或化學的附著力例如范德華力、氫鍵、分子間作用力和/或液體表面張力盡可能地小。優選地，所述視窗可含導電玻璃或透明塑料，或由其構成。由此，可明顯地降低或者甚至完全避免靜電致顆粒附著。為此可優選地使用被導電涂覆的視窗。在此，可將玻璃或塑料涂覆到通道的內側，在所述通道中傳導顆粒部分。所述涂層例如可包括含銦錫氧化物、基于二氧化硅的材料或TiO2 (優選亞化學計量的O)的薄膜，或由其制成。因此，本發明還涉及至少部分導電的、尤其是設有導電涂層的透明材料作為視窗的應用，以減小在視窗上的靜電致顆粒附著。尤其是可涉及在光學測量裝置中作為視窗的應用。該透明材料可大致包含玻璃或透明塑料，或者由其構成。附加地，可通過加熱、冷卻或交替地加熱和冷卻來改變附著物的材料特性并由此使污染最小化。通過振動該或這些視窗、例如通過壓電元件可附加地或可選地克服顆粒附著力，并由此使視窗實現更高的清潔度。可選地或附加地，在本發明的方法中可不同產品的顆粒速度進行設置，使得視窗的污染盡可能地小。較高的速度減小了在視窗通道內側上的流體力學邊界層厚度，并由此導致在運動和附著的顆粒之間更高的剪切力和能量充沛的碰撞。由此，隨著上升的流體速度得到了提高的自清潔效應。對于精細產品例如面粉，以及大于lOm/s的平均流體速度結合以導電涂覆的視窗來說，自清潔效應占主導地位并且導致了足夠清潔的視窗。相反，較粗的顆粒例如全粒谷物對高的顆粒速度可能是不利的，因為與微細顆粒相比，較粗顆粒相對于視窗發生碰撞時時通過更高的慣性力可在視窗上產生更牢固的物料積聚。這種效應出現在谷物生產中、特別是對于高油脂和/或高蛋白質的顆粒表面，并且使視窗的光學特性變差。此外，更高的慣性力加速了構件和視窗的磨損。與更高速度時有利的自清潔效應相比，這些不利影響更占優勢，使得在該方法的一些實施方案中優選更小的速度，尤其是小于20m/s、優選小于15m/s、特別優選小于10m/s的速度。可選地或附加地，也可通過通道的幾何結構來設置產品的傳送，在所述通道中傳送顆粒部分，從而使顆粒沒有或者僅僅偶爾與視窗形成接觸，并且由此避免了顆粒附著。為此，例如可通過階躍式的通道擴寬借助于通風空氣形成無顆粒的邊界層并使邊界層中的湍 流最小化。在此，所述通風空氣可從階臺上方和/或下方吹入，從而使視窗被更清潔的(也就是無顆粒的)通風空氣遮蔽，并避免復回流。可選或附加地，可通過連續的通道擴寬借助多孔的側壁和通過所述多孔壁的均勻的空氣輸入而形成無顆粒的邊界層。同樣可選或附加地，可在用于檢測衍射圖像的光學測量裝置中布置孔，所述孔尤其可相應于激光束的直徑。此處，所述視窗可被后置。特別為環形的通風空氣間隙可布置在視窗區域內，以便阻止顆粒附著在視窗上。所述測量裝置的信號可被用于優化和/或恒定地保持產品質量。此外，所述測量裝置可與一個或多個粉碎單元、例如碾磨機相結合地使用，例如輥磨機、棒磨機、沖擊式磨機或錘磨機。輥磨機的碾磨效果例如可通過運行中輥對之間的間隙尺寸和平行度、輥轉數或輥轉數比調整，使得顆粒尺寸分布和/或其它顆粒特性相應于之前確定的額定值。為了檢驗輥對的平行度，可通過一個運動的或至少兩個位置固定的取樣位置稱量在不同的輥部位上的一個或多個分流，并且將它們并聯地用多個測量系統或者優選串聯地用一個測量系統來分析。借助所述測量裝置可對光學的、機械的和/或空氣動力學的清潔或分離工序進行監視、控制和/或調節。對此，所期望的顆粒尺寸分布可通過設置機器參數如速度、轉數、壓力、體積流量、機器幾何結構和分離裝置的幾何結構來實現。可選或附加地，可使用所述裝置或方法，以便確定混合工序中的進料產品和/或終產品的特性，或者對混合工序進行適當的控制和/或調節。在谷物碾磨中例如可以此方式更精確地達到面粉、麥糝、尤其是硬質小麥糝或玉米糝、或者糠的特殊的終產品質量。此夕卜，借助于本發明的方法和/或本發明的裝置在混合方法中對混合比和/或機器參數進行監測、控制和/或調節。在凝集工序中，與例如在造粒和/或壓縮凝集時一樣，在凝集成液化層時和/或通過凝結，可應用本發明的裝置和/或方法，以實現所期望的平均凝集尺寸或凝集尺寸分布和/或其它凝集特性。此外，在運行中還可對產品的停留時間、工序條件如溫度、濕度、流體速度和/或其它機器的或工序參數進行控制、調節和/或優化。
通過在輪廓檢測中使用顏色傳感器，除了顆粒尺寸還可檢測顆粒的部分區域的平均顏色或顏色分量。優選地，除了顏色還確定顆粒形狀和/或形狀系數。所述顏色信息可被用于表明關于顆粒的成分組成。由此在谷物中例如可識別出異粒、碎粒、雜質如沙子和石頭或者被害蟲或病原侵襲的谷粒。在谷物中間產品和谷物終產品中，可彼此區分顆粒的不同的谷粒成分。在小麥的情況中，可借助于顏色信息將白色的胚乳、褐色的谷殼部分和黃色的胚芽彼此區分開。同樣，顆粒可作為混合部分被識別出，其中，可借助該方法以一定比例地檢測及描述顆粒的各個部分區域。該方法特別在一些工序中被考慮到，在這些工序中，與內容物相關的有選擇性的碾磨及緊隨其后對內含物的分離是必要的。在國際專利申請文獻PCT/EP2009/055877中描述了由彩色圖像傳感器的應用中得出的其它有益效果。在具有至少兩個調節參數的設備或工序中，一個或多個測量裝置能夠與數據存儲器相結合地應用，以至少部分地描述設備或者說工序的運行狀態，并且將這些狀態例如定義為好或差。由此產生了能夠實現對設備或工序進行監測、控制或調節的自適應系統的經驗值。優選地，基于這些測量值對設備或工序的狀態范圍進行數學描述及插補及調節和/或優化。為了利用調節系統優化工序，也可通過所述測量系統與另外的測量裝置、例如通過電感的、電容的、超聲波的、近紅外線的或顏色的傳感器相結合來實現對顆粒特性和/或機器狀態和/或設備狀態的全面探測。所述裝置可被用于工序的調節，其中調節的實際值和額定值以激光衍射的原始數據或激光衍射光譜的形式存在，由此不必一定從激光衍射的原始數據中重建顆粒尺寸分布。所述方法減少了計算成本并且優化了測量系統的信噪比。
對于精細產品、例如具有精細顆粒的面粉的調節是可能的，在所述調節中代替對于顆粒質量或投影面積的調節而直接在衍射光譜中設置。那么優選地，所述方法在至少大部分顆粒落入激光衍射的測量區域中時被應用。這僅用于微細產品(例如具有300 μ m的最大尺寸)的情況。對于(一般具有小于150 μπι尺寸的)面粉可應用該方法。
以下將結合附圖以實施例的形式本發明進行描述。在此示出了 圖I :本發明裝置的立體圖；圖2 :根據圖I的裝置的包含兩個光學傳感器的測量裝置的側面剖視圖；圖3 :根據圖I和2的裝置的取樣裝置；圖4a和4b :在接收位置(a)及待命位置(b)中的、具有取樣裝置和封閉套筒的、根據圖I的裝置的取樣裝置；圖5 :顆粒的停留概率的不意圖；圖6 :用于說明對速度效應修正的簡圖；圖7a和7b :用于阻止廣品與視窗接觸的裝直的不意圖；圖8a和8b :用于阻止產品與視窗接觸的其他裝置。
具體實施例方式根據圖1，顆粒流在沉降管22中被垂直向下地輸送。所述顆粒流包含顆粒，其可在碾磨工序中出現，例如在谷物碾磨機中經粉碎、清潔或分離工序。借助于構造為取樣裝置I的取樣裝置，在測量部位上提取顆粒的分流，并且水平地輸入給分料和擴散裝置8。接下來結合圖2對取樣進行更詳細的說明。所述分料和擴散裝置8本身是已知的。它例如可被構造為擋板(例如在文獻WO 2006/000112中所描述的)、風扇或振動器，或者包含鏟斗。根據圖2，空氣流10帶著容納在其內的顆粒隨后在通道9中進行層流，并被布置在外殼61內的光學測量裝置4的兩個光學傳感器6、7所演不出來。所述光學傳感器6、7構成了兩種光學測量裝置。在此，光學傳感器6被構造用于檢測顆粒的衍射圖像，而光學傳感器7被構造用于檢測顆 粒的投影面積。在示出的實施例中，光學傳感器7被布置在光學傳感器6的下游；但是這種順序對于本發明并不重要。通道9的兩個視窗11、11’能夠實現對空氣流10中顆粒的檢測。傳感器的光軸可垂直于流動方向被布置。此外，也可考慮與一個或兩個傳感器的光學垂直定向有不超過15°的偏差，以便避免反射。例如在德國專利申請文獻DE 102009014080中描述了能夠應用在該實施例中的兩個容納在殼體中的傳感器的具體組合。
經過傳感器6、7的顆粒可借助于選擇性的產品回流管路被回流到主流中。通過統一兩個光學傳感器6、7的測量數據可以利用不超過四個顆粒尺寸數量級的帶寬來檢測顆粒尺寸分布。由此，在一個外殼中綜合實現了用于小顆粒的激光衍射的有益效果與用于大顆粒的顆粒輪廓檢測的有益效果。優選地，顆粒表面覆蓋(即測量區域中的顆粒面積與測量面積的平均比例)在測量區域中保持恒定，以便避免對測量結果可能的影響。優選地，該比例范圍被恒定地保持在O. 2%至5%。此外，所述顆粒表面覆蓋的實際值和額定值可被用作調節時間上的取樣分配的輸入變量。圖3詳細示出了用于從干流中提取分流的取樣裝置1，所述干流流過沉降管22。所述取樣裝置I包含水平布置的取樣蝸桿5。所述取樣蝸桿5的底面被容納在溝紋狀的蝸殼12中(也可參見圖4a和4b下部)。借助于取樣蝸桿5的取樣確保了被提取樣品的代表性。為了避免產品從蝸殼12中溢出并避免由此在小的螺旋卸料時也產生產品混合，根據圖4a和4b，可借助于控制裝置或調節裝置例如通過一個可轉動的封閉套筒3將蝸殼12的孔僅短暫地打開(圖4a)，從而實現了接收位置(A)，并再次封閉(圖4b)。封閉套筒在此可繞軸線轉動，所述軸線平行于采樣蝸桿5的旋轉軸線地延伸。在圖4b的待命位置(B)中，所述顆粒2并不會侵入到蝸殼12與封閉套筒3之間的區域中。封閉套筒3可借助在此未示出的驅動裝置31被驅動。可選地，也可將可運動的導向板、管路轉接器等用于打開并關閉蝸殼12的孔。通過這類裝置能夠以靈活的時間間隔將局部的具有足夠代表性的分流提取到蝸殼12中，并且以恒定的及與干流相比小的輸送速率輸入給具有光學傳感器6、7的測量裝置4。所述取樣蝸桿5能夠實現局部的樣品分配，所述取樣蝸桿5的封閉套筒3的封閉能夠實現時間分布。通過時間上的樣品分配的間隔，能夠附加地使取樣的分配比靈活地與工序條件相適應。通過結合樣品分配方法能夠實現不超過I :10000的大的取樣分配比。這對于純粹的位置上的取樣分配是不可能的，因為此處的隔離導致了不具有代表性的樣品。同時，提取出的產品量比在純粹的時間上的取樣分配時的要小，并且還被連續發送。代替對蝸桿的封閉，蝸桿也可從產品流中擺動出來。為此，所述取樣蝸桿和蝸殼能夠被可運動地、尤其是可擺動地支承，并且在待命位置中可布置在產品流之外。在待命位置中，取樣蝸桿可輸送已經存在的產品，但是并不容納新的產品。為了采樣，取樣蝸桿和蝸殼隨后可擺動到產品流中，直到蝸桿被充滿。所述封閉套筒在該實施方案中并不是必要的。工序物料流的波動例如可通過控制或調節來補償。根據圖5，在加速的流體中，例如較大顆粒41基于其大多較高的質量而具有比較小顆粒42更小的速度。由于顆粒速度決定了顆粒41、42、43在由視窗11可檢測到的測量區域中的停留時間，并由此直接確定了顆粒的探測概率，則必須對光學探測到的顆粒尺寸分布進行與此相關的修正。此處，單獨顆粒的相對或絕對速度或者至少每個相應的顆粒尺寸等級的平均相對或絕對速度肯定是已知的。那么對每個顆粒尺寸等級的評估可由顆粒速度和顆粒尺寸的函數(例如投影面積、直徑或估計的體積)得出。由此，可直接測量較大顆粒的速度。通過激光衍射測得的分布的精細組分由于較小的顆粒尺度和質量而具有幾乎恒定的速度。后者可通過速度測量中的外插法借助于顆粒輪廓處理來確定。 圖6示意性地示出了被攝像系統部分地或完整地檢測的產品通道。此處，顆粒η的探測概率不僅取決于在此不可見的光學傳感器的圖像高度H、圖像長度B和幀頻f而且取決于顆粒速度。圖像速度VB被定義為速度，借助于所述速度對每個沿干流方向橫穿過探測體積的顆粒在測量系列的圖像上進行詳細檢測vB=f*L (I)例如對于L=15mm及f=50Hz得出值vB=0. 75m/s。快速的顆粒(Vi,n>vB)被以探測概率Pm〈100%進行測量，這相應于在時間上的取樣分配Pm=vB/vijn (2)腳標i在此表示顆粒η的顆粒尺寸等級。慢速的顆粒(Vi,η〈νΒ)在統計上平均以I/Pm>l進行圖像探測。此處，僅僅每次第一測量改進了顆粒尺寸的統計，因此，顆粒速度應至少被選擇為圖像速度那樣高。公式(2)表示，Pni取決于顆粒η的單獨的速度。這在確定顆粒質量-或面積分布時必須被考慮到。首要感興趣的并不是每個圖像的顆粒尺寸分布，而是各個顆粒尺寸等級的物料流分量。因此，由顆粒投影面積或者顆粒質量及速度得出的產品是顆粒尺寸統計的基礎。不運動的顆粒例如在每個圖像中被探測到，但是對質量流不起任何作用并且由此被評估為速度為零，并被在平衡中忽略。當在任意數量的圖像中顆粒尺寸等級為i的Iitotii個顆粒被總共探測出投影面積ai>n和速度Vi,n，則顆粒等級i的經修正速度的總投影面積為
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VB n=1顆粒尺寸等級i的被修正的投影面積分量a i為
OLi = ■ a'0t,i( 4 )^
y att.
L·^ tor j f二I為了也能夠考慮及適當地修正垂直于流動方向的流體特征，公式3和4優選并不相關于總通道寬度而是相關于寬度區段k (圖6，垂直于干流方向而離散化)。在此，類似地適用于目前的觀測
權利要求
1.用于確定顆粒尺寸分布的方法，其特征在于下述步驟 a)借助生產方法來生產含顆粒的產品流或者制備含顆粒的產品流，所述產品流通過生產方法生產，其中所述生產方法選自含粉碎、清潔、分離、混合和凝集的方法的組，或它們的任意組合， b)通過至少對顆粒的一部分檢測來生成測量數據，其中，所述測量數據至少借助于至少兩種不同的光學測量方法通過光學檢測顆粒的所述部分而生成， c)根據步驟b)中光學檢測到的測量數據來確定顆粒的所述部分的至少一個特性，其中，至少一個特性是顆粒的所述部分的尺寸分布， 其特征在于，至少一種光學測量方法包括對顆粒的所述部分的衍射圖像的檢測。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，從由步驟a)中生產或制備的產品流中提取包含顆粒的樣品，并在步驟b )中對所述樣品中的顆粒進行光學檢測。
3.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，至少一種所述測量方法在步驟b)中包括對顆粒投影面積的檢測。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟c)中確定的特性包括顆粒的所述部分的形狀、形狀系數、顏色、顏色分量和/或速度。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述生產方法是粉碎方法、尤其是碾磨方法。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述生產方法的至少一個工序參數是根據步驟c)中確定的特性、尤其是根據顆粒的所述部分的尺寸分布來控制和/或調節的。
7.用于確定顆粒尺寸分布的裝置，尤其是用于執行根據權利要求I至6中任一項所述的方法，包括 -生產裝置，用于借助于生產方法生產含顆粒的產品流，和/或制備裝置，用于制備含顆粒的產品流，所述產品流借助于生產方法生產，其中，所述生產方法選自含粉碎、清洗、分離、混合和凝集的方法的組， -至少兩個測量裝置，用于檢測顆粒的至少一部分，其中，至少兩個測量裝置被構造為兩個用于光學檢測顆粒的所述部分的不同的光學測量裝置(6、7 )， -計算單元，用于根據由光學測量裝置獲得的測量數據來確定顆粒的所述部分的至少一個特性，其中，至少一個特性是顆粒的所述部分的尺寸分布， 其特征在于，至少一個光學測量裝置(6)被構造用于檢測顆粒的衍射圖像。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置具有用于從產品流中提取樣品的取樣裝置和用于將樣品傳送到測量區域的傳送裝置，其中，所述測量裝置的構造及布置使得樣品能夠借助于所述測量裝置在測量區域中被光學檢測。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，至少一個光學測量裝置(7)被構造用于檢測顆粒的投影面積。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個所述測量裝置被構造為電感的、電容的、超聲波的、近紅外線的和/或顏色的傳感器。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的裝置，其特征在于通過至少一個控制電路和/或調節電路，根據計算單元確定的特性、尤其是根據顆粒的所述部分的尺寸分布，對所述生產裝置的至少一個工序參數進行控制或調節。
12.用于從在流體管路中輸送的產品流中提取樣品的取樣裝置(1)，尤其是在根據權利要求2至6中任一項所述的方法中和/或在根據權利要求7至11中任一項所述的裝置中，包含 -蝸殼(12)，所述蝸殼至少被部分地布置或可布置在流體管路中， -至少部分地容納在蝸殼(12)中用于提取樣品的取樣蝸桿(5)， 其特征在于，所述蝸殼(12)和/或取樣蝸桿(5)能夠選擇性地進入接收位置(A)或進入待命位置(B)中，其中， _在所述接收位直(A)上,包含在廣品流中的顆粒(2)能夠被各納在蝸殼(12)中，并且 -在準備位置(B)上，包含在產品流中的顆粒(2)不能夠被容納在蝸殼(12)中。
13.根據權利要求12所述的取樣裝置(1)，其特征在于，所述取樣裝置(I)具有封閉裝置，借助于所述封閉裝置，蝸殼(12)和/或取樣蝸桿(12)能夠選擇性地進入到接收位置(A)中或進入到待命位置(B)中。
14.根據權利要求13所述的取樣裝置(I)，其特征在于， -所述蝸殼(12)基本上被構造為槽狀， -所述封閉機構被構造為封閉套筒(3)，所述封閉套筒能夠繞軸線相對于蝸殼(12)轉動，所述軸線平行于取樣蝸桿(5)的轉動軸線延伸或與其重合。
15.至少部分導電的、尤其是設有導電涂層的透明材料被作為視窗(11)的應用，尤其是在光學測量裝置(6，7 )中，以減小視窗(11)上的靜電顆粒附著。
全文摘要
本發明涉及用于測量顆粒尺寸分布的方法，尤其是用于光學地測量松散物料如谷物、谷物碾磨制品、谷物制品及類似物的廣泛的顆粒尺寸分布，它能夠實現對于具有廣泛的數量級的顆粒尺寸分布的測量。為了解決該任務規定，借助至少兩個測量方法在一個裝置中對分散的顆粒的樣品進行光學檢測，其中優選同時檢測顆粒的輪廓，并且進行激光衍射。
文檔編號G01N1/08GK102713562SQ201080061435
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月11日 優先權日2009年11月13日
發明者M·海涅, S·曼茲 申請人:布勒股份公司