粉体混合系统及粉体混合方法与流程

1.本发明涉及一种将多种粉体混合的粉体混合系统及粉体混合方法。


背景技术：

2.例如，在粉末冶金领域、药物制剂领域、食品领域等中，对于作为粒子状固体的集合体的粉体，利用将各种材料、组成、粒径状的物质混合而成的混合物。由这样的多种粉体构成的混合物的混合状态会影响使用该混合物制造的产品的最终品质，因此在混合粉体的混合过程中，需要各种材料达到充分均质的混合状态。因此，作为判断是否达到均质的混合状态的指标，测量以数值表示混合状态的混合度，基于该混合度，进行最终产品的品质最优化、品质管理。
3.例如，在专利文献1的摘要栏中，为了“针对混合物的混合状态下的均匀性提示稳定的评价指标”，公开了“一种混合有多种物质的混合物的均匀性评价装置，其具备输入部、计算部和输出部；所述输出部输入表示组成所述混合物的所述多种物质各自的物理量或所述多种物质各自的数量的输入信息；所述计算部基于所述输入信息，使用表示用于混合的所述多种物质的比率的第一混合比和组成作为所述多种物质处于混合状态的混合物的一部分的检查区域的各物质的第二混合比，计算表示所述第一混合比与所述第二混合比的偏离程度的熵；所述输出部输出所述计算部计算出的计算结果”。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2018-72158号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.在专利文献1所公开的均匀性评价装置中，将混合过程的粉体的一部分从混合容器取出之后，对取出的粉体的图像进行测量等来测量粉体的数量、质量，因此存在直至混合完成为止需要时间，最终产品的生产率低这样的课题。
9.本发明的目的在于提供一种缩短了直至混合完成为止的时间、提高了最终产品的生产率的粉体混合系统及粉体混合方法。
10.用于解决课题的方法
11.为了实现上述目的，本发明的粉体混合系统的特征在于，具有具备旋转轴并混合多种粉体的混合容器、经由上述旋转轴使上述混合容器旋转的旋转机、取得混合过程的粉体图像的图像拍摄装置以及计算机，上述混合容器具有用于拍摄上述粉体图像的窗，上述计算机具有检测上述混合容器处于规定位置的功能，在上述规定位置时，上述图像拍摄装置经由上述混合容器的上述窗取得上述粉体图像，上述计算机基于所取得的上述粉体图像来推定上述粉体的混合状态。
12.进一步，本发明的粉体混合方法为粉体混合系统的粉体混合方法，上述粉体混合
系统具有具备旋转轴并混合多种粉体的混合容器、经由上述旋转轴使上述混合容器旋转的旋转机、取得混合过程的粉体图像的图像拍摄装置以及计算机，上述粉体混合方法的特征在于，当上述计算机检测出通过上述旋转机使旋转中的上述混合容器位于规定的位置时，上述图像拍摄装置取得混合过程的上述粉体的数字rgb彩色图像，上述计算机从多种粉体中提取特定粉体的图像，使用所提取的上述特定粉体的位置信息，计算基于混合粉体整体图像中的上述特定粉体的存在概率的混合度，当上述混合度满足规定条件时结束混合。
13.发明效果
14.根据本发明，通过直接当场推定处于混合过程中的粉体的混合状态，能够缩短整体的混合时间，能够提供提高了最终产品的生产率的粉体混合系统及粉体混合方法。
附图说明
15.图1是本发明的实施例1的粉体混合系统的剖视图。
16.图2是使本发明的实施例1的粉体混合系统中的混合容器旋转时的剖视图。
17.图3是表示本发明的实施例1的粉体混合系统中的图像拍摄装置与计算机的通信的剖视图。
18.图4是表示粉体混合方法的流程图。
19.图5是用图像拍摄装置拍摄的混合粉体的图像。
20.图6是表示相对于混合时间的铜粉体的混合度的图表。
21.图7是表示相对于混合时间的石墨粉体的混合度的图表。
22.图8是本发明的实施例2的粉体混合系统的剖视图。
23.图9是表示本发明的实施例2的粉体混合系统中的图像拍摄装置与计算机的通信的剖视图。
具体实施方式
24.以下，使用图1至图9对本发明的实施方式进行说明。
25.实施例1
26.图1是本实施例的粉体混合系统的剖视图。
27.本实施例的粉体混合系统具有具备旋转轴2且混合多种粉体7的混合容器1、经由旋转轴2使混合容器1旋转的旋转机(未图示)、取得混合过程的粉体图像的图像拍摄装置5以及计算机8。
28.混合容器1呈大致v字形状，在其底部形成有粉体排出口4，在两股中的一侧的上端形成有粉体投入口3，在两股中的另一侧的上端安装有观察窗以及窗框6。窗框6支撑用于拍摄粉体7的图像的观察窗的外周，能够相对于混合容器1拆装。另外，在粉体投入口3以能够拆装的方式设有对该投入口进行开闭的盖。因此，在本实施例的粉体混合系统中，位于一端侧的粉体投入口3的盖与另一端侧的窗框6能够相互替换。例如，在一端侧的作业空间受到限制而难以从一端侧投入粉体7的情况下等，也可以在一端侧的上端配置观察窗，在另一端侧的上端配置粉体投入口3。需要说明的是，由于在能够形成较宽的开口的两股上端设有粉体投入口3及观察窗，因此粉体容易投入，也能够进行大范围的观察。
29.在从粉体投入口3投入粉体7时，如图1所示，在粉体投入口3位于上方的状态下，使
混合容器1静止。在投入粉体7并关闭盖之后，利用旋转机使该混合容器1旋转，从而一边使粉体排出口4位于上方或位于下方而反复上下反转，一边使混合容器1内的粉体7逐渐混合。另外，图像拍摄装置5能够固定于窗框6，在固定了图像拍摄装置5的情况下，经由观察窗拍摄混合容器1内的混合粉体。
30.在此，如图1所示，在图像拍摄装置5位于上方的状态下，从混合容器1的上方对内部进行拍摄的情况下，不仅因重力而位于下方的粉体7与图像拍摄装置5的距离分离，而且在粉体7中也由较轻的粒子覆盖上表面附近，因此混合状态的测定精度会降低。因此，如图2所示，在图像拍摄装置5位于下方的状态时，通过对混合容器1内进行拍摄，能够从接近粉体7的位置进行拍摄，提高测定精度。
31.另外，如图3所示，图像拍摄装置5能够通过传输而与计算机8之间进行通信。本实施例的图像拍摄装置5为了粉体混合系统整体的紧凑化而与混合容器1一起旋转，因此基于无线传输的通信是必要的。计算机8具有检测混合容器1处于规定的位置的功能，具体而言，具有检测处于图像拍摄装置5位于下方的状态的功能。需说明的是，作为图像拍摄装置5进行拍摄的时机，既可以一边使混合容器1旋转一边在图像拍摄装置5通过下方的瞬间进行拍摄，也可以在图像拍摄装置5位于下方的状态下停止混合容器1的旋转来进行拍摄。另外，计算机8基于从图像拍摄装置5接收到的粉体图像，推定粉体7的混合状态。
32.接着，使用图4对粉体7的混合方法进行说明。图4是表示粉体7的混合方法的流程图。
33.首先，量取规定重量的由多种原料构成的粉体7，从粉体投入口3向混合容器1内投入该粉体7。当在步骤s100中开始混合时，混合容器1旋转。接着，在步骤s101中计算机8检测出通过旋转机使旋转中的混合容器1位于规定的位置时，图像拍摄装置5经由观察窗取得混合过程的粉体7的数字rgb彩色图像。取得的rgb彩色图像的信息通过无线传输被送到计算机8，由该计算机8进行从多种粉体中提取特定粉体图像的图像处理。具体而言，首先在步骤s102中，混合粉体的整体图像的rgb(红、绿、蓝)颜色信息被转换为hsv(色相、彩度、明度)颜色信息或cie-l*a*b*颜色信息。接着，在步骤s103中提取特定的粉体7所特有的hsv颜色信息等，从而进行整体图像内的该特定的粉体7的像素位置的提取(步骤s104)。之后，将整体图像分割为任意的数量(步骤s105)，使用分割后的1个图像内存在的该特定的粉体7的像素数，计算混合度(步骤s106)。需要说明的是，分割的数量越多，混合状态的推定精度越高。
34.在此，基于整体图像中的该特定的粉体7的存在概率，粉体7的混合度通过下式计算。
35.[数1]
[0036][0037]
其中，s表示粉体7的混合度，c表示整体图像内的与该特定的粉体7相关的像素数，m表示整体图像的分割数，pj,c表示相对于j、c的存在概率。
[0038]
当混合进行时，整体图像内的粉体7的杂乱度增大，混合度逐渐变大，逐渐接近1。但是，混合度的上限值，即处于现实中可能产生的均质混合状态时的混合度小于1。
[0039]
在步骤s107中，判定混合度是否满足规定条件，在满足的情况下，在步骤s108中结束混合，从粉体排出口4排出混合粉。作为步骤s107中的具体判定方法，例如，在与上次计算
出的混合度的差值为规定值以下的情况下，设为混合状态已稳定化，进行混合结束的判定。
[0040]
这样，在本实施例中，即使没有在混合前粉体7以怎样的比例存在等初始信息，也能够仅通过处于混合过程的粉体7的图像信息来推定粉体7的混合状态。另外，即使不将混合过程的粉体7的一部分从混合容器1取出，也能够使用图像拍摄装置5直接当场推定，因此能够缩短整体的混合时间，提高混合后完成的最终产品的生产效率。
[0041]
接着，对使用本实施例的粉体混合系统实际混合的结果进行说明。在此，示出拍摄在铁合金材料系的粉末冶金用途中使用的铁粉系混合粉体的混合状态并计算混合度的例子。作为铁粉系混合粉体，使用由雾化铁粉、电解铜粉、石墨、硬脂酸锌这4种粉体构成的混合粉体。雾化铁粉为灰色系，电解铜粉为红色系，石墨为黑色系，硬脂酸锌为白色系。
[0042]
首先，以重量比计，称量铁97％、电解铜粉1％、石墨粉1％、硬脂酸锌1％，投入到粉末混合系统中的v型混合容器1中，开始混合。然后，相对于混合时间拍摄混合过程的混合粉体的图像。
[0043]
在图5中，像素尺寸设为3.5μm，示出了图像拍摄装置5在混合开始后0.03分钟时拍摄的混合粉体图像。如图5所示，混合时间为0.03分钟时，4种混合粉体处于存在偏析的混合状态。
[0044]
首先，对着眼于电解铜粉体的混合度的计算进行说明。计算机8从转换为hsv等颜色信息的整体图像中提取铜粉体所特有的红色系的颜色信息，由此提取铜粉体的图像，算出铜粉体的混合度。图6是表示相对于混合时间的铜粉体的混合度的图表。如图6所示，混合度依赖于混合时间而变大，能够判断混合度达到饱和的混合过程。
[0045]
接着，对着眼于石墨粉体的混合度的计算进行说明。计算机8从转换为hsv等颜色信息的整体图像中提取亮度饱和的颜色信息，由此提取石墨粉体的图像，计算石墨粉体的混合度。图7是表示相对于混合时间的石墨粉体的混合度的图表。在此，石墨粉体在混合过程中被粉碎而微粒化，附着于铁粉、铜粉的表面，因此随着混合的进行，明亮的区域逐渐减少。因此，对于石墨粉体，即使没有色相的信息也能够算出混合度。
[0046]
实施例2
[0047]
图8是本实施例的粉体混合系统的剖视图。在本实施例的粉体混合系统中，窗框16能够与粉体排出口的盖进行交换。另外，本实施例的图像拍摄装置15配置在与旋转轴12垂直相交且通过粉体排出口的直线上。这样，在本实施例中，能够在具有粉体排出口的混合容器1的底部中央拍摄图像，从而提高混合状态的推定精度。另外，本实施例的图像拍摄装置15与实施例1不同，不与混合容器1一体地旋转，因此，如图9所示，能够通过有线传输来与计算机18进行通信。但是，当然也可以通过无线传输来与计算机18进行通信。
[0048]
在本实施例的粉末混合系统中，当窗框16位于与图像拍摄装置15相对的位置时，即，当窗框16位于垂直向下的位置时，对混合容器11内进行拍摄。另外，在两股的上端中的两方形成有粉体投入口13。根据本实施例，也能够不从混合容器11取出粉体7，而在一边混合一边保持原样的状态下，仅通过拍摄粉体7的图像来推定混合状态。
[0049]
需说明的是，本发明并不限定于上述的实施例1、2，包含各种变形例。上述的实施例1、2是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的例子，并不限定于必须具备所说明的全部构成。另外，也可以将某实施例的构成的一部分置换为其他实施例的构成，另外，也可以在某实施例的构成中添加其他实施例的构成。另外，也可以对各实施例的构成的
一部分进行其他构成的追加、删除、置换。
[0050]
符号说明
[0051]
1、11
…
混合容器，2、12
…
旋转轴，3、13
…
粉体投入口，4、14
…
粉体排出口，5、15
…
图像拍摄装置，6、16
…
窗框，7
…
粉体，8、18
…
计算机。