KR100205532B1 - 분체의 수분 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분을 측정하려는 분체의 표면에 근적외선과 레이저선을 조사하고, 분체 표면에서 반사되는 적외선 중 수분에 흡수되는 파장대역의 빛과, 수분에 흡수되지 않는 파장 대역의 빛, R,G,B(적색,녹색,청색) 색상 대역의 빛, 그리고 사용하는 레이저 선 대역만 통과시키는 광학 마스크; 이들 파장대에 감도가 예민한 CCD 카메라; CCD 카메라에 포착된 영상 신호로부터 각 파장대의 광량을 측정하고 레이저선의 프로파일을 추출하여 2치화하는 화상 처리부; 및 분체의 색상과 반사율을 연산하고, 입도를 추정하여 수분에 흡수되는 파장 대역과 수분에 흡수되지 않는 파장 대역의 광량의 신호비를 보정해서 수분을 측정하는 연산 처리부로 구성을 갖는 분체의 수분 측정장치에 관한 것이다.

Description

분체의 수분 측정장치

제1도는 종래의 수분 측정장치 개략도.

제2도는 종래의 수분 측정장치로 수분계 측정값을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 수분 측정장치 개략도.

제4도는 본 발명의 광학 마스크를 나타낸 상태도.

제5a, b도는 표면입도의 프로파일 및 FFT처리 결과도.

제6도는 본 발명의 화상처리에 의한 수분 측정값을 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 적외선 광원 2 : 집광 렌즈

3 : 회전 원판 4 : 광원 반사 거울

5 : 분체 6 : 오목 거울

7 : 볼록 거울 8 : 적외선 검출 센서

9 : 증폭기 10 : 동기 정류부

11 : 회전 위치 센서 12 : 동기 신호 발생기

13 : 연산부 15 : 광학 마스크

16 : CCD 카메라 17 : 화상 처리부

18 : 연산 처리부 19 : 자외선 차단 필터

20 : 레이저 광원 21 : 선 발생기

22 : 반사광 집광 거울 23 : 줌 렌즈

본 발명은 분체의 수분 측정장치에 관한 것으로, 상세하게는 근적외선과 레이저 광선을 이용하여 특히 콘베이어 등으로 이송하는 분체의 수분을 비접촉 방식으로 연속해서 측정할 수 있는 분체의 수분 측정장치에 관한 것이다.

종래의 분체(피측정물)의 수분 측정은 제1도에서 도시된 바와 같은 수분 측정장치를 사용하였는데, 이 측정장치에서는 적외선 광원(1)의 근 적외선이 집광렌즈(2)를 거쳐 모터(M)로 회전하는 회전원판(3)에 설치된 광학필터(F₁)(F₂)를 투과해서 광원 반사거울(4)에 의해 분체(5)의 표면에 조사되고, 그 반사광이 오목 거울(6)과 볼록 거울(7)에 의해 집광되어 적외선 검출 센서(8)에 입사된다.

이때 적외선 검출 센서(8)의 출력신호는 증폭기(9)에 의해 증폭되고 회전 원판(3)에 설치된 회전위치 센서(11)와 동기 신호 발생기(12)의 신호에 의해 동기 정류기(10)에서 회전 원판(3)의 광학 필터(F₁)(F₂)를 투과한 수분에 대해서 높은 흡수 특성을 보이는 근적외선 파장대(λ₁)와 수분에 대해서 흡수가 일어나지 않는 특정 대역의 파장대(λ₂)에 대응하는 신호가 얻어지고, 이들 파장대(λ₁)(λ₂)의 비율 신호로부터 연산부(13)에 의해 수분을 측정한다. 이러한 적외선 수분계가 일반적으로 널리 알려져 있다.

그러나 이러한 수분계는 분체의 종류에 따라서 각기 다른 검량선이 요구되고 있으며, 같은 종류의 측정물의 동일한 수분에 대해서도 입도, 색상 등에 따라서 측정값이 다르다.

한편, 일본국 특허공개공보 제 평7-243958호에서는 입도 변화의 영향을 받지 않는 적외선 수분 측정을 위해 회전 원판(3)위에 폭이 다른 2개의 슬릿(Slit)를 만들고 서로 다른 광량의 빛이 분체(5)의 표면을 조사하도록 하여 분체(5)의 입도가 클수록 표면 요철(凹凸)의 영향으로, 이동에 의한 슬릿의 출력 변동비가 커지는 것으로부터 분체(5)의 입도를 추정하여 수분에 흡수하는 파장의 빛(λ₁)과 수분에 흡수하지 않는 파장의 빛(λ₂)과의 비신호를 보정하는 방법에 대해 제안하고 있다.

또한, 일본국 특허공개공보 제 평7-198599호에서는 피측정물에서 반사하는 특정파장대(λ₁)(λ₂)들을 독립 변수로 하고, 실측 수분 농도를 종속 변수로 하는 중회귀 분석을 하여 그 계수들을 구한 다음 회귀식에 의해 미지의 분체(5)의 수분을 측정하는 방법을 제안하고 있다.

또한, 미합중국 특허 제 5,357,441호에서는 분체(5)의 특정 파장대(λ₁)(λ₂)의 반사광량을 휴대 컴퓨터에 입력시켜서 적외선 수분 측정장치를 교정하는 것에 대해 제안하고 있다.

이러한 측정 방법과 장치들은 모두 특정한 파장대(λ₁)(λ₂)의 빛과 신호의 안전성을 얻기 위해서 광학 필터(F₁)(F₂)가 설치된 회전 원판(3)을 사용하고 있으며, 분체(5)의 표면에서 시간차를 두고 반사하는 특정 파장대(λ₁)(λ₂)광량의 비로부터 수분값을 구하고 있다.

그러나 실제로 회전 원판(3)이 수십H_Z로 회전하고 분체(5)가 초속 수m로 이동하고 있기 때문에 반사율, 입도, 수분 등이 차이가 있을 수 있는 서로 상이한 표면의 신호를 비교하는 결과가 되어 측정 정도를 나쁘게 하고 있으며, 또한 피측정 대상물이 바뀐 경우에는 이를 식별하여 이에 맞는 검량선으로 자동 전환할 수 없는 기본적인 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 적외선 수분 측정방법의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 분체의 입도 크기, 색상 등에 영향 받지 않는 수분 측정장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 분체를 식별하여 그 측정 대상물에 맞는 검량선으로 자동 전환시키는 수분 측정장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 수분 측정장치는 수분을 측정하려는 분체의 표면에 근적외선과 레이저 선을 조사하고 분체 표면에서 반사하는 적외선중 수분에 흡수되는 파장대역의 빛과, 수분에 흡수되지 않는 파장 대역의 빛, R.G.B(적색,녹색,청색) 색상 대역의 빛, 그리고 사용하는 레이저 선 대역만 통과시키는 광학 마스크; 이들 파장대가 감도가 예민한 CCD 카메라; CCD카메라에 포착된 영상 신호로부터 각 파장대의 광량을 측정하고 레이저 선의 프로파일을 추출하여 2치화하는 화상 처리부; 및 분체의 색상과 반사율을 연사하고, 입도를 추정하여 수분에 흡수되는 파장 대역과 수분에 흡수되지 않는 파장 대역의 광량의 신호비를 보정해서 수분을 측정하는 연산처리부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

분체(5)가 이동하고 있는 표면에 적외선과 레이저선이 동시에 조사되고 이들 반사광은 광학 마스크(15)가 설치된 CCD 카메라(16)에 의해 순간적으로 그리고 동시에 로광되어 특정 파장대역, 예를 들어 적외선 중 수분에 흡수되는 파장대역의 빛(λ₁), 적외선 중 수분에 흡수되지 않는 파장대역의 빛(λ₂), R.G.B(적색,녹색,청색)색상 대역의 빛 등만 CCD 카메라(16)의 특정영역에 감광된다.

CCD 카메라(16)에 포착된 영상신호는 화상처리부(17)에 의해서 광학 마스크(15)를 통과한 각 파장대역의 광량(계조값)으로 구해지고, 이들 광량의 비로부터 색상과 미보정 수분정보를 얻어내며, 2치화된 레이저선의 프로파일의 FFT 분석에서 입도지수를 추출하여 연산처리부(18)에서 대상물질의 종류를 판정하여 검량선을 선택한 다음 입도지수, 미보정 수분값 등을 독립변수로 하고 건조법 등으로 실측한 수분값을 종속변수로 하는 중회귀 분석을 행하여, 여기서 구한 회귀식에 의해 미지 시료의 수분을 측정하게 된다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.

(실시예)

제3도는 본 발명의 실시예에 관련하는 광학 장치와 연상장치의 개략적인 구성을 보이는 개략도로써 이와 작용을 설명하면 다음과 같다. 적외선 광원(1)에서 발생한 광원은 집광렌즈(2)에 의해 모아져 자외선을 차단하는 자외선 차단필터(19)를 거쳐 분체(5)의 표면에 조사되고, 다이오드 레이저 광원(20)과 선발생기(21)에서 만들어진 얇은 슬릿광은 반사광 집광거울(22)에서 반사된 다음 낮은 각도로 역시 분체(5)의 표면에 조사된다. 분체(5) 표면에서 반사된 반사광의 일부가 광학 마스크(15)에 닿아 특정 파장대역만 통과하여 줌 렌즈(23)를 지나 CCD 카메라(16)의 이미지 센서에 결상된다.

CCD 카메라(16)의 아날로그 영상신호는 화상처리부(17)에 의해 포착되고, 화상처리부(17)는 특정 파장대역에 해당되는 영역의 계조값(λ_R,λ_1,λ_2,R, G, B)을 구하거나 레이저 선이 결상된 영역의 신호(λ_L)를 2치화 하는 등의 화상처리를 한다. 화상 처리되어 디지털화 된 각 파장대역의 계조값(λ_R,λ_1,λ_2,R, G, B)이나 2치화된 레이저 선의 프로파일값(λ_L)은 연산처리부(18)에 보내져 색상신호 계조값(R,G,B)으로부터 분체(5)의 종류가 판별되고, 레이저선의 프로파일값(λ_L)을 FFT처리하여 구한 주파수 성분으로부터 입도상관 지수(Pi)가 구해진다.

제4도는 CCD 카메라(16)앞에 설치하여 2차원 이미지 센서의 특정 영역에 특정 대역의 파장만 통과시키는 광학 마스크(15)를 도시한 것이다.

예를 들면 수분에 흡수되지 않는 파장(λ_R) 1,600 nm, 수분에 흡수되는 파장(λ₁)(λ₂)1,450과 1,940nm와 레이저 다이오드 파장 670nm, 가시광선 색상신호(R,G,B) 분리 대역필터(Band Pass Filter)를 도면에서와 같이 평면적으로 횡방향으로 배치함으로써 특정 대역의 파장만 2차원적으로 통과시킬 수 있다.

이렇게 구한 각 대역의 반사 광량(계조값)과 입도 지수(Pi)에서 수분량을 나타내는 함수 f와 입도의 영향을 나타내는 함수 g를 써서 보정된 수분 M을 구하는 연산식은 하기식(I)으로 나타내어진다.

M = f (λ₁,λ₂,λ₃,λ_R)·g(λ₁,λ₂,λ_L)…………………………… (Ⅰ)

물질은 그 종류에 따라서 고유한 색상을 갖고 있으므로, 미리 피측정 대상물의 가시광선 색상신호(R,G,B) 대역을 통과한 광량(제조값)과의 관계를 조사해 놓고, R,G,B값으로부터 현재 측정중인 피측정 대상물을 식별한다.

피측정 대상물의 종류 K는 하기식(Ⅱ)로 나타낼 수 있다.

K = f (R,G,B) ………………………………………………… (Ⅱ)

제5a도는 레이저 다이오드 670nm 대역을 화상처리하여 분체(5)의 표면을 2치화한 프로파일을 보인 것이다.

제5b도는 레이저선의) 프로파일값(λ_L)을 FFT 처리한 결과를 도시한 것이며, 주파수 성분은 입도와 상관관계가 있다.

제6도는 화상측정에서 구한 수분값과 실측 수분값이 입도 차이에 관계없이 잘 일치하고, 있음을 보여주고 있다.

상기와 같이 본 발명의 분체 수분측정장치는 분체의 수분, 입도, 색상 등을 측정하는 파장대역의 광량들을 동시에 측정함으로써, 종래 이동하는 분체에 시간차를 두고, 측정되는 신호의 연산으로부터 오는 부정확성을 피할 수 있고, 동일한 물질의 경우 입도 변화에 따른 영향을 보정할 수 있어 측정 정도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 이동하는 분체를 식별하여 여기에 맞는 검량선을 선택할 수 있으므로 하나의 수분 측정장치로 콘베이어등에 실려오는 다양한 분체의 수분을 측정할 수 있어 자동화가 용이하다.

Claims (1)

1. 분체(5)의 표면에 레이저선을 비스듬히 조사하도록 레이저 광원(20)과 선발생기(21) 및 반사광 집광거울(22)으로 구성된 레이저조사수단; 상기 분체(5)의 표면에 적외선을 조사하도록 적외선 광원(1) 및 집광렌즈(2) 그리고 자외선 차단필터(19)로 구성된 적외선 조사수단; 상기 분체(5)에서 반사되는 레이저의 빛(λ_R), 상기 분체(5)에서 반사되는 적외선 중 수분에 흡수되는 파장 대역(λ₁)의 빛과, 수분에 흡수되지 않는 파장대역(λ₂)의 빛 그리고 적색,녹색,청색 색상 파장대역(R,G,B)의 가시광선만 통과시키는 광학 마스크(15); 상기 광학 마스크(15)를 통과한 대역 파장의 광량을 검출 및 포착하는 CCD 카메라(16); 상기 CCD 카메라(16)의 포착된 영상신호로부터 각 파장대의 광량(계조값 ; λ_R,λ₁,λ₂, R, G, B)을 측정하고 레이저선의 프로파일(λ_L)을 추출하여 2치화하는 화상처리부(17); 및 상기 색상신호 계조값(R,G,B)로부터 피측정물의 종류를 판별하고 2치화된 레이저선의 프로파일값(λ_L)을FFT처리하여 입도상관지수(Pi)를 구하여, 각 대역의 반사광량(λ_R,λ₁,λ₂, R, G, B)과 입도지수(Pi)로부터 보정된 수분을 연산하는 연산처리부(18)로 구성되는 것을 특징으로 분체의 수분 측정장치.