DE102019204103A1

DE102019204103A1 - Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgrößenverteilung eines Schüttguts

Info

Publication number: DE102019204103A1
Application number: DE102019204103.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Sachse; Michael Wilczek
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: EP3903231A1; WO2020193137A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgrößenverteilung eines Schüttguts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:a) Erfassen einer Aufnahme der Oberfläche eines Schüttguts mittels einer ersten Kamera (40) an einer ersten Position,b) Auswerten der erfassten Aufnahme zur Feststellung von Partikelgrößen des Schüttguts an der Oberfläche des Schüttguts,wobei die Auswertung die folgenden Schritte aufweist:c) Suchen von zusammenhängenen Flächen in der Aufnahme,d) Ermitteln eines Durchmessers für jede identifizierte Fläche,e) Bestimmung des Durchschnittswerts und der Streuung der Durchmesser,f) Ermitteln eines Klassifikators durch Multiplikation des Durchschnittswertes mit der Streuung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgrößenverteilung eines Schüttguts.
Bei vielen Prozessen, zum Beispiel bei Zerkleinerungs- und Mahlanlagen in Zementwerken, ist es vorteilhaft eine ungefähre Vorstellung der Partikelgrößenverteilung des zugeführten Schüttguts zu haben, um damit die Prozessparameter anpassen zu können. Hierbei kommt es nicht so sehr darauf an, die exakte Partikelgröße beziehungsweise Partikelgrößenverteilung zu kennen, sondern bereits eine erste grobe Vorstellung, ob das Material eher fein oder eher grob ist, ist für die meisten Fälle bereits ausreichend.
Es sind vielfältige Verfahren zur exakten Bestimmung der Partikelgröße sowie der Partikelgrößenverteilung bekannt. Nachteilig für diese Verfahren sind jedoch, dass diese vergleichsweise aufwendig sind.
Auch ist bekannt, Anlagen mithilfe beispielsweise der Partikelgrößenverteilung zu steuern.
Aus der DE 16 07 460 B2 ist eine Zerkleinerungsanlage bekannt, bei welcher die Größenverteilung eine Regelgröße ist.
Aus der DE 43 25 187 C2 ist ein Verfahren zur Anpassung von Betriebsparametern einer Walzenmühle bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und schnelles Inline Verfahren bereitzustellen, welches eine grobe Indikation für die Partikelgrößenverteilung eine Schüttguts gibt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgrößenverteilung eines Schüttguts weist die folgenden Schritte auf:

a) Erfassen einer Aufnahme der Oberfläche eines Schüttguts mittels einer ersten Kamera an einer ersten Position,
b) Auswerten der erfassten Aufnahme zur Feststellung von Partikelgrößen des Schüttguts an der Oberfläche des Schüttguts, wobei die Auswertung die folgenden Schritte aufweist:
c) Suchen von zusammenhängenden Flächen in der Aufnahme,
d) Ermitteln eines Durchmessers für jede identifizierte zusammenhängende Fläche,
e) Bestimmung des Durchschnittswerts und der Streuung der Durchmesser,
f) Ermitteln eines Klassifikators durch Multiplikation des Durchschnittswertes mit der Streuung.

Die Erfassung mit einer Kamera führt dazu, dass ausschließlich Partikel, welche auf der Oberfläche des Schüttguts liegen, beobachtet werden. Dieses bedeutet, dass nicht die reale Partikelgrößenverteilung ermittelt werden kann, da die unter der Oberfläche liegenden Partikel nicht berücksichtigt werden. Die Größe der Partikel einer Oberfläche gibt jedoch eine Indikation, wie die Partikelgrößenverteilung des Schüttgutes insgesamt sein könnte. Diese sehr grobe Klassifizierung ist bereits ausreichend, um nachfolgende Prozesse hierdurch steuern und optimieren zu können. Gleichzeitig ist die optische Erfassung vergleichsweise einfach, schnell und günstig sowie die Auswertung der optischen Daten zuverlässig und einfach umsetzbar.
Um die Auswertung, und damit den Rechenaufwand, so einfach wie möglich zu halten, wird von kugelförmigen Partikeln ausgegangen. Da es nur um eine erste Annäherung geht, ist diese dramatisch vereinfachende Annahme ausreichend.
Durch Multiplikation des Durchschnittswerts mit der Streuung ergibt sich eine Spreizung des Klassifikators. Da durch die sehr vereinfachende Auswertung sich gezeigt hat, dass auch immer kleinste Partikel identifiziert werden, teilweise auch in Form von Einschlüssen innerhalb von Material, steigt die Streuung mit dem Partikeldurchmesser an.
Trotz dieser vereinfachenden Annahmen (lediglich Auswertung von Partikel auf der Oberfläche, Annahme sphärischen Partikel) ergibt sich ein geeigneter Klassifikator, auch wenn dieser die reale Partikelgrößenverteilung nicht repräsentieren kann.
Die Ermittlung eines Durchmessers für eine zusammenhängende Fläche kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Die einfachste Methode nimmt die Größe der Fläche und berechnet den Durchmesser eines Kreises mit gleicher Fläche. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchmesser des kleinsten Kreises bestimmt werden, in welcher die zusammenhängende Fläche gerade passt. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchmesser des größten Kreises bestimmt werden, welcher in die zusammenhängende Fläche passt. Es ist eine Kombination dieser Methoden möglich, was insbesondere ein Maß für die Regelmäßigkeit der Partikel widerspiegelt.
Bevorzugt ist die Oberfläche des Schüttgutes die von oben betrachtete Oberfläche, da hier oft eine vergleichsweise große Oberfläche betrachtet werden kann. Das Verfahren kann aber auch seitlich angewendet werden, da auch an den seitlichen Oberflächen Partikel identifiziert werden können. Es kann auch eine Erfassung der Oberfläche von oben und von der Seite erfolgen. Hierbei können entweder zwei oder mehr Kameras eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Kamera und wenigstens ein Spiegel verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erfassung in Schritt a) von oben. Besonders bevorzugt ist die Kamera senkrecht oberhalb des Schüttguts, welches Beispielsweise auf einem Förderband unter der Kamera durchgeführt wird, angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erfassung in Schritt a) bei einer schattenfreien Beleuchtung, insbesondere bei einer zur Erfassungsrichtung parallelen Beleuchtung. Neben einer zur Erfassungsrichtung parallelen Beleuchtung ist natürlich eine Beleuchtung aus mehreren Richtungen zur schattenfreien Beleuchtung möglich. Die parallele Beleuchtung ist bevorzugt, da diese den geringsten Aufwand bei der Installation bedeutet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt d) Durchmesser von 0,1 mm bis 250 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 50 mm gesucht werden. Die Beschränkung im Bereich der Größe der Durchmesser der Partikel stellt eine weitere Vereinfachung dar, welche de Auswertung deutlich vereinfacht, den Klassifikator und die sich daraus ergebende Möglichkeit zur Steuerung weiterer Prozesse jedoch nicht negativ beeinflusst, da eine höhere Genauigkeit der Kenntnis der Partikelgrößenverteilung nicht benötigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt c) Bereiche gleicher Farbe gesucht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte auf:

g) Erfassen einer zweiten Aufnahme der Oberfläche eines Schüttguts mittels einer zweiten Kamera an einer zweiten Position,
h) Auswerten der erfassten Aufnahme zur Feststellung von Partikelgrößen des Schüttguts an der Oberfläche des Schüttguts.

Besonders bevorzugt wird das Schüttgut zwischen der Erfassung in Schritt a) und der Erfassung in Schritt g) transportiert, wobei das Schüttgut beim Transport umgeschichtet wird. Dieser erfolgt beispielsweise, wenn das Schüttgut von einem Förderband auf ein anderes übergeben wird, oder wenn durch einen Einbau das Material auf dem Förderband umgeordnet wird. Diese Umordnung kann beispielsweise durch einen Stab, ein Pflug oder ein Leitblech erfolgen, so dass dadurch auch ein Blick in die Schüttung ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Schüttgut, wobei das Verfahren ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgröße eines Schüttguts mit den bereits erläuterten Verfahrensschritten aufweist. Nach der Erfassung in Schritt a) und der Auswertung in Schritt b) wird wenigstens in Schritt i) ein Verarbeitungsschritt durchgeführt, wobei der Verarbeitungsschritt i) in Abhängigkeit eines ersten Verarbeitungsparameters durchgeführt wird. Weiter wird der folgende Schritt ausgeführt:

j) Bestimmung des Verarbeitungsparameters in Abhängigkeit des in Schritt f) ermittelten Klassifikator.

Beispielsweise ist der Verarbeitungsparameter ein Druck, beispielsweise ein Walzendruck oder Mühlendruck, eine Drehzahl, ein Volumenstrom, ein Massenstrom oder eine Wasserzugabemenge.
Beispielsweise wird der Druck, mit welchen das Schüttgut weiter zerkleinert wird verringert, wenn der Klassifikator einen kleinen Wert annimmt, der eine geringe Partikelgröße indiziert.
Beispielsweise wird der Volumenstrom reduziert, wenn der Klassifikator einen großen Wert annimmt, der eine große Partikelgröße indiziert.
Beispielsweise wird der Aufgabemassenstrom reduziert, wenn der Klassifikator einen kleinen Wert annimmt, der eine kleine Partikelgröße indiziert.
Beispielsweise wird die Menge an zugegebenem Wasser reduziert, wenn der Klassifikator einen kleinen Wert annimmt, der eine kleine Partikelgröße indiziert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung des Verarbeitungsparameters in Schritt j) mit einer Variation des Verarbeitungsparameters. Die Produktqualität wird nach dem Verarbeitungsschritt i) in Abhängigkeit vom Verarbeitungsparameter und dem Klassifikator bestimmt, wobei der jeweils beste Verarbeitungsparameter für den jeweiligen Klassifikator ermittelt wird. Hierdurch ist eine Optimierung des Verarbeitungsparameters in Abhängigkeit des Klassifikators möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Verarbeitungsschritt i) ein Mahlvorgang, ein Brechvorgang oder ein Kühlvorgang.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Verfahren in einem Zementwerk ausgeführt.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 Flussdiagramm
2 erste schematische Anlage
3 zweite schematische Anlage
4 dritte schematische Anlage

In 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Schritt a) wird die Oberfläche des Schüttgutes mittels einer ersten Kamera 40 erfasst. Das Schüttgut wird dann weiter zur Verarbeitung in Schritt i) in eine Verarbeitungsvorrichtung 30 transportiert. Parallel wird die mit der Kamera 40 erfasste Aufnahme der Kamera 40 in Schritt b) ausgewertet. Hierzu werden zusammenhängende Flächen in Schritt c) gesucht und für jede gefundene zusammenhängende Fläche in Schritt d) ein Durchmesser ermittelt. Aus allen gefundenen Durchmessern wird der Mittelwert gebildet sowie die Streuung in Schritt e) bestimmt. Durch Multiplikation dieser beiden Werte wird in Schritt f) ein Klassifikator ermittelt. Zur Ansteuerung einer Verarbeitungsvorrichtung 30 wird in Schritt j) ein Verarbeitungsparameter in Abhängigkeit des Klassifikators ermittelt und mit diesem Verarbeitungsparameter der Verarbeitungsschritt i) durchgeführt.
2 zeigt eine erste schematische Anlage. Die Anlage weist eine Schüttgutquelle 10 auf. Die Schüttgutquelle 10 kann zum Beispiel ein Silo, ein Brecher, eine Mühle oder ein Ofen sein. Das Schüttgut gelangt aus der Schüttgutquelle 10 auf ein Förderband 20 und wird von dort in eine Verarbeitungsvorrichtung 30 transportiert. Die Verarbeitungsvorrichtung 30 kann beispielsweise eine Mühle, ein Brecher oder ein Ofen sein. Um eine Aufnahme der Oberfläche des Schüttguts auf dem Förderband 20 zu erfassen, ist eine Kamera 40 oberhalb des Förderbands 20 angeordnet. Rechts und links neben der Kamera 40 ist jeweils ein Leuchtmittel 50 angeordnet, um eine schattenfreie Beleuchtung der Oberfläche zu ermöglichen.
Die in 3 gezeigte zweite Anlage unterscheidet sich von der in 2 gezeigten ersten Anlage darin, dass die Blickrichtung der Kamera 40 senkrecht auf dem Förderband 20 steht.
Die in 4 gezeigte dritte Anlage unterscheidet sich von der in 3 gezeigten zweiten Anlage darin, dass das Schüttgut von einem Förderband 20 auf ein weiteres Förderband 20 übergeben wird. Über beiden Förderbändern 20 ist eine Kamera 40 angeordnet. Durch das Umschütten liegen unterschiedliche Partikel auf der Oberfläche, sodass die Erfassungsgenauigkeit hier erhöht werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Schüttgutquelle
20: Förderband
30: Verarbeitungsvorrichtung
40: Kamera
50: Leuchtm ittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1607460 B2 [0005]
DE 4325187 C2 [0006]

Claims

Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgrößenverteilung eines Schüttguts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Erfassen einer Aufnahme der Oberfläche eines Schüttguts mittels einer ersten Kamera (40) an einer ersten Position, b) Auswerten der erfassten Aufnahme zur Feststellung von Partikelgrößen des Schüttguts an der Oberfläche des Schüttguts, wobei die Auswertung die folgenden Schritte aufweist: c) Suchen von zusammenhängenden Flächen in der Aufnahme, d) Ermitteln eines Durchmessers für jede identifizierte zusammenhängende Fläche, e) Bestimmung des Durchschnittswerts und der Streuung der Durchmesser, f) Ermitteln eines Klassifikators durch Multiplikation des Durchschnittswertes mit der Streuung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung in Schritt a) von oben erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung in Schritt a) bei einer schattenfreien Beleuchtung, insbesondere bei einer zur Erfassung parallelen Beleuchtung, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) Durchmesser von 0,1 mm bis 250 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 50 mm gesucht werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) Bereiche gleicher Farbe gesucht werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist: g) Erfassen einer zweiten Aufnahme der Oberfläche eines Schüttguts mittels einer zweiten Kamera (40) an einer zweiten Position, h) Auswerten der erfassten Aufnahme zur Feststellung von Partikelgrößen des Schüttguts an der Oberfläche des Schüttguts.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut zwischen der Erfassung in Schritt a) und der Erfassung in Schritt g) transportiert wird, wobei das Schüttgut beim Transport umgeschichtet wird.
Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Schüttgut, wobei das Verfahren ein Verfahren zur Grobklassifizierung der Partikelgröße eines Schüttguts nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist, wobei nach der Erfassung in Schritt a) und der Auswertung in Schritt b) wenigstens i) Verarbeitungsschritt durchgeführt wird, wobei der Verarbeitungsschritt i) in Abhängigkeit eines ersten Verarbeitungsparameters durchgeführt wird, wobei der folgende Schritt ausgeführt wird: j) Bestimmung des Verarbeitungsparameters in Abhängigkeit des in Schritt f) ermittelten Klassifikator.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungsparameter ein Druck, beispielsweise ein Walzendruck oder Mühlendruck, eine Drehzahl, ein Volumenstrom, ein Massenstrom oder eine Wasserzugabemenge ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verarbeitungsparameters in Schritt j) mit einer Variation des Verarbeitungsparameters erfolgt, wobei die Produktqualität nach dem Verarbeitungsschritt i) in Abhängigkeit vom Verarbeitungsparameter und dem Klassifikator bestimmt wird, wobei der jeweils beste Verarbeitungsparameter für den jeweiligen Klassifikator ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungsschritt i) ein Mahlvorgang, ein Brechvorgang oder ein Kühlvorgang ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Zementwerk ausgeführt wird.