專利名稱：一種使用物體或顆粒自動分析的用于體相材料工業(yè)處理的控制反饋系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)處理，其中，體相材料的不規(guī)則形狀物品或顆粒流由原料狀態(tài)被處理成成品狀態(tài)或者只是延著傳送帶被簡單轉(zhuǎn)移。本發(fā)明尤其涉及利用物體或顆粒自動分析的工業(yè)處理，這作為工業(yè)處理一部分。
背景技術(shù)：
使用各種現(xiàn)有的工業(yè)處理來加工或精化各種產(chǎn)品和材料。例如，集料工業(yè)使用工業(yè)處理將原料轉(zhuǎn)化為成品，如砂礫、碎石、瀝青、或混凝土材料。典型地，這些現(xiàn)有的工業(yè)處理包括傳送器，用于傳送原料通過作為工業(yè)系統(tǒng)一部分的各個處理站。每個站對通過系統(tǒng)的傳送器上的材料執(zhí)行各種精化處理?，F(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)使用各種技術(shù)來監(jiān)測在傳送器上或類似物上通過系統(tǒng)的體相材料的粒度。
一種典型的現(xiàn)有技術(shù)方法是利用自動或手動取樣程序?qū)υ趥魉推魃弦苿拥捏w相材料進(jìn)行尺寸分布測量。這種現(xiàn)有技術(shù)方法包括在實驗室中對傳送材料的物理樣品進(jìn)行分析，其中使用屏幕篩選分析來確定材料樣品的粒度。另外，在工業(yè)處理中有多種現(xiàn)有技術(shù)被用來辨別在傳送器上輸運(yùn)的材料的尺寸、形狀、或反射率等物理特征。主要用于分類操作的這些現(xiàn)有技術(shù)采用各種不同的技術(shù)。例如，USP No.3,357,557公開了一種使用反射光來確定半導(dǎo)體芯片平整度的技術(shù)。在USP No.4,057,146中，通過利用產(chǎn)品的反射光進(jìn)行的尺寸和顏色分析對豆子、谷物和類似產(chǎn)品進(jìn)行分類。類似地，各種類型的礦石也是利用光的反射進(jìn)行分類。在這點(diǎn)上，USP No.3,097,744、3,901,388、和3,977,526是具代表性的例子。另外，還有一些現(xiàn)有的礦石分類技術(shù)是使用激光作為光源，例如USP No.3,545,610和4,122,952中所公開的系統(tǒng)。還有一些現(xiàn)有的礦石分類技術(shù)是使用紅外光作為光源，例如USP No.4,236,640。
現(xiàn)有的各種自動顆粒分析系統(tǒng)在商業(yè)上用于快速鑒別游離集料的粒度分布。這些現(xiàn)有的系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)篩選分析提供更快的選擇方案。這些現(xiàn)有的機(jī)器捕獲和分析傳送流中聚集顆粒的數(shù)字圖像，從而確定它們的尺寸級別。這些現(xiàn)有的顆粒分析系統(tǒng)包括例如，由加拿大Emaco，Ltd.開發(fā)的VDG-40Video Grader；由W.F.Ty1er和Terry Reckart開發(fā)的計算機(jī)顆粒分析機(jī)(CPA)；由Micromeritics InstrumentCorp.開發(fā)的OptiSizer，PFDA5400；由John B.LongCompany開發(fā)的視頻圖像系統(tǒng)(VIS)；由Buffalo WireWorksCompany開發(fā)的顆粒尺寸分布分析機(jī)(PSDA)；和由科學(xué)工業(yè)自動化有限公司(Scientific Industrial Automation Pty.Limited)開發(fā)的顆粒參數(shù)測量系統(tǒng)(PPMS)。
其中每一個材料分析系統(tǒng)都使用各種技術(shù)去獲得在工業(yè)系統(tǒng)中處理的物品或材料的信息。然而，現(xiàn)有的系統(tǒng)不能利用這種信息對整個工業(yè)處理操作進(jìn)行監(jiān)測和控制。這是因為現(xiàn)有的材料分析系統(tǒng)通常被加載在現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)上，所以利用這些系統(tǒng)收集的信息對工業(yè)處理的全過程進(jìn)行監(jiān)測和控制并沒有得到重視。
這樣，就需要一種使用顆?；蛭矬w自動分析的工業(yè)處理控制反饋系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種使用顆?；蛭矬w自動分析的工業(yè)處理控制反饋系統(tǒng)和方法。控制反饋系統(tǒng)和方法包括用于獲得樣品測量特征的顆粒特征測量單元；用于與測量特征相比較的最佳特征定義；用于響應(yīng)于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果來限定和選擇待進(jìn)行操作的修正操作數(shù)據(jù)庫；用于響應(yīng)于所選擇的待進(jìn)行操作向多個處理單元傳遞控制信號的控制線路網(wǎng)。


圖1是顆粒參數(shù)測量系統(tǒng)的設(shè)計圖。
圖2是本發(fā)明的工業(yè)處理系統(tǒng)的方框圖。
圖3是顆粒參數(shù)測量系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計圖，其中加入了對溫度和濕度的測量。
圖4是顆粒參數(shù)測量系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計圖，其中加入了對結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度的測量。
圖5是顆粒參數(shù)測量系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計圖，其中加入了對化學(xué)成分的測量。
圖6是本發(fā)明的工業(yè)處理系統(tǒng)的選擇實施方式的方框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種使用顆?；蛭锲纷詣臃治龅墓I(yè)處理控制反饋系統(tǒng)和方法。在以下的具體描述中，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)，目的是為了更完全地理解本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚，并不需要使用這些具體細(xì)節(jié)來實踐本發(fā)明。在其它情況下，熟知的結(jié)構(gòu)、材料、電路、過程和界面沒有被詳細(xì)地顯示或描述，這是為了避免對本發(fā)明造成不必要的模糊。
參照圖1，顯示了一種現(xiàn)有的顆粒自動測量系統(tǒng)的實例。在圖1所示的裝置中，顯示了一種用于攜帶顆粒材料的主傳送器1。一種初級采樣裝置2用于將預(yù)選數(shù)量的顆粒材料從主傳送器1轉(zhuǎn)移至漏斗3中。最好的結(jié)果是，預(yù)選樣品必須是真正有代表性的樣品，并且原材料是均勻分布或形狀規(guī)則的。通常，這是通過使用交叉帶采樣器從傳送帶上獲得材料的完整截面或者從帶的末端獲得完整的樣品來實現(xiàn)的。材料通過振動進(jìn)料器4從漏斗回收。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚，其它一些現(xiàn)有裝置同樣可以把顆粒分離成接近單層而將顆粒的重疊保持到最低。振動進(jìn)料器4是一種可調(diào)節(jié)振動頻率和/或振幅和/或傾斜度從而改變吞吐量或速度的現(xiàn)有設(shè)計。作為選擇，振動進(jìn)料器4可以由多個獨(dú)立的單獨(dú)振動進(jìn)料器組成，其中每個振動進(jìn)料器都可用來改變材料從振動進(jìn)料器4末端下落的分布和速率。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚，其它一些現(xiàn)有裝置同樣可以把顆粒分離成接近單層而將顆粒的重疊保持到最低。調(diào)節(jié)振動進(jìn)料器4以優(yōu)化顆粒材料的分布，使顆粒材料在接近單層的情況下從振動進(jìn)料器4的末端分離。提供攝像機(jī)成像區(qū)或測量窗口5，其通過燈箱6提供背光照明。
在圖1所示的設(shè)備中，燈箱6和攝像機(jī)7由防護(hù)罩8包圍，保護(hù)裝置免受外界灰塵的影響，并排除外部干擾光線進(jìn)入罩內(nèi)。防護(hù)罩通過正壓或負(fù)壓防止灰塵入侵。另外，可以提供氣動刷(未示出)來清潔背光6和攝像機(jī)窗口7的表面。
在操作上，如圖1所示的設(shè)備使顆粒材料樣品從振動進(jìn)料器4的末端落入攝像機(jī)成像區(qū)5，并隨之落到傳送器11上，傳送器11將樣品返回到工業(yè)處理中。當(dāng)顆粒材料樣品經(jīng)由攝像機(jī)成像區(qū)5下落時，燈箱6照射樣品顆粒，用于攝像機(jī)7成像。在對圖1所示結(jié)構(gòu)的改進(jìn)中，本發(fā)明包括嵌入式保護(hù)裝置，用以排除對經(jīng)由攝像機(jī)成像區(qū)5下落的顆粒進(jìn)行重復(fù)計算。這是通過根據(jù)成像區(qū)5上方的振動進(jìn)料器4與成像區(qū)5內(nèi)拍攝的圖像底端之間的高度來設(shè)置圖像間的最小時間而實現(xiàn)的。顯然，該最小時間依賴于重力加速度。當(dāng)樣品顆?；蛭锲方?jīng)由攝像機(jī)成像區(qū)5下落時，攝像機(jī)7捕捉下落顆粒的靜態(tài)圖像。利用處理器9內(nèi)與控制線10連接的處理邏輯單元，圖1所示的系統(tǒng)可通過攝像機(jī)7捕捉到的圖像計算出如尺寸和形狀等各種特征。在圖1所示系統(tǒng)的一種實施方式中，罩8和處理系統(tǒng)9之間的連接10是光纖連接。這種連接所允許的通訊距離超過二千米，并可以克服由電子干擾產(chǎn)生的難題。該設(shè)備還消除了地磁場和不同地球因素對視頻信號產(chǎn)生的潛在影響。處理系統(tǒng)9所用的軟件能檢測出顆粒的任何重疊，并為了測量和尺寸分布的目的而將其排除。攝像機(jī)7通常是CCD(電荷耦合器件)攝像機(jī)，其利用由計算機(jī)控制的電子快門抓取圖像并將圖像轉(zhuǎn)送給處理系統(tǒng)9的幀緩沖區(qū)。
現(xiàn)參照圖2，其中框圖顯示了本發(fā)明工業(yè)處理系統(tǒng)的一種實施方式。圖2顯示一種改進(jìn)的顆粒測量系統(tǒng)，在關(guān)于整個工業(yè)系統(tǒng)50的上下文中表示先進(jìn)可視顆粒測量系統(tǒng)(AVPM)100，其簡化的實施方式顯示于圖1中并在上面得到說明。通常，AVPM 100監(jiān)測傳送器119上傳送的物品和/或材料的各種特征。在本發(fā)明其他各種可替換的實施方式中，AVPM還可以監(jiān)測傳送器111，113，115和117(參見圖6)。該設(shè)備也可以對原料和原料處理單元118的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)測。在本發(fā)明的一種實施方式中，AVPM 100監(jiān)測傳送器119上的物品或材料的特征，包括尺寸、形狀、計算體積和重量。在AVPM 100的處理器9的存儲器或數(shù)據(jù)存儲區(qū)中，存儲了一組信息101用于描述傳送器119上的一組物品或材料的所需特征或最佳特征。該最佳特征數(shù)據(jù)組101可以是使用者輸入的或自動生成的對傳送器119上物品或材料的所需特征或最佳特征所進(jìn)行的描述。通過這種方式，最佳特征定義101被提供給AVPM 100的處理器9并通過它來維持。在上述操作中，AVPM 100定期地從傳送器119上的物品或材料中提取樣品。這些樣品通過上述方法進(jìn)行分析，以便對傳送器119上的物品或材料的每個規(guī)定特征進(jìn)行測量。在取得每個樣品以及測量了該樣品的對應(yīng)特征之后，將測量的樣品特征與最佳特征定義101進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，可以確定測量的樣品特征與最佳特征定義101所定義的特征之間的偏差。一旦發(fā)現(xiàn)這種特征偏差，處理器9就可以使用基于規(guī)則的邏輯單元或修正操作數(shù)據(jù)庫103來確定待執(zhí)行的操作，以減小所發(fā)現(xiàn)的測量的樣品特征與最佳特征定義101所定義的特征之間的偏差。基于所發(fā)現(xiàn)的顆粒特征與最佳定義之間的偏差，可以在基于規(guī)則的基本邏輯單元或修正操作數(shù)據(jù)庫103中預(yù)先定義各種修正操作。例如，AVPM 100已經(jīng)確定了從傳送器119上的物品或材料中獲取的被測樣品的平均尺寸大于最佳特征定義101所定義的平均尺寸。作為這種尺寸偏差的結(jié)果，處理器9將會確定隨后被測樣品的平均尺寸必須減小。AVPM 100中的處理器9訪問修正操作數(shù)據(jù)庫103，以便采取適當(dāng)?shù)男拚僮鱽頊p小隨后被測樣品的平均尺寸。該修正操作數(shù)據(jù)庫103包含預(yù)先定義的多組修正操作，這些修正操作對于處理與最佳特征定義101比較時所出現(xiàn)的被測樣品的各種特征測量偏差是必要的。在上述涉及被測樣品尺寸的例子中，修正操作數(shù)據(jù)庫103可以定義一種修正操作用來減小隨后被測樣品的平均尺寸，使原料處理單元118將原料粉碎成更細(xì)的粒度，或者使原料處理單元118更長時間地處理原料以產(chǎn)生更小尺寸的材料。修正操作數(shù)據(jù)庫103內(nèi)定義的這些修正操作或其他修正操作可以通過處理器9發(fā)現(xiàn)被測樣品與最佳特征定義101之間的偏差來獲得。通過這種方式，AVPM100測量從傳送器119上的物品或材料中所獲得樣品的特征，并確定修正操作來減小樣品的測量特征與最佳特征定義101之間的偏差。
修正操作數(shù)據(jù)庫103內(nèi)定義的修正操作可以是多個，其取決于通過具體的工業(yè)系統(tǒng)中所用的AVPM 100和各種處理單元進(jìn)行測量的特征，工業(yè)系統(tǒng)如圖2所示的樣品工業(yè)系統(tǒng)50。若AVPM 100確定了需要哪種修正操作使被測樣品符合最佳特征定義101，AVPM 100則在包括線路132的控制線路網(wǎng)中產(chǎn)生各種信號，如圖2所示，從而設(shè)定和控制工業(yè)系統(tǒng)50中的其它單元使傳送器119上被測樣品的特征符合最佳特征定義101。在圖2所示的系統(tǒng)的一種實施方式中，控制線路網(wǎng)包括在工業(yè)系統(tǒng)50內(nèi)連接AVPM 100與其他處理單元的線路132，其是以光纖進(jìn)行連接的。這種連接所允許的通訊距離超過二千米，并克服了由電子干擾和環(huán)境影響產(chǎn)生的難題。該設(shè)備還消除了地磁場和不同地球因素對控制信號產(chǎn)生的潛在影響。
再次參照上述涉及被測樣品平均尺寸偏差的例子，在AVPM 100訪問修正操作數(shù)據(jù)庫103之后，確定原料處理單元118必須減小其正在處理的材料的平均尺寸。由此，AVPM 100在控制線路網(wǎng)的線路132上產(chǎn)生信號，該信號經(jīng)由控制線路網(wǎng)的線路138發(fā)送至原料處理單元118，如圖2所示，請求原料處理單元118生產(chǎn)輸出到傳送器119上更小的材料。根據(jù)具體工業(yè)處理中所用的現(xiàn)有的具體原料處理單元118，AVPM 100可以通過線路132上的信號來編程原料處理單元118，使之更長時間地處理原料以減小輸出到傳送器119上的材料的平均尺寸，或者作為選擇，AVPM 100也可以編程原料處理單元118使之改變粉碎機(jī)內(nèi)不同的控制尺寸以生產(chǎn)更小尺寸的輸出材料。
作為選擇，AVPM 100也可以采取修正操作數(shù)據(jù)庫103中預(yù)先定義的其它修正操作，使傳送器119上材料的被測特征符合最佳特征定義101。例如，在圖2中可以有多個原料源，如原料源A110、原料源B112、或原料源N114。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在具體的工業(yè)處理中可以使用任何數(shù)量的原料源。在圖2所示的例子中，原料源110-114中的每一個都向儲料器116提供輸出。儲料器116用于整合來自多個原料源的輸出。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該清楚，原料源110-114可以原始裝載具有各種已知特征的原料。例如，原料源A110原始裝載的材料具有相對小的平均尺寸。原料源B112原始裝載的材料的平均尺寸稍大于原料源A110中所裝載材料的尺寸。相似地，原料源N114原始裝載的材料的平均尺寸稍大于原料源A110和原料源B112中所裝載材料的尺寸。以這種方式，原料的相對尺寸范圍可以分布在多個獨(dú)立原料源110-114中。具有這種覆蓋原料尺寸特征范圍的原料源，AVPM 100可以通過控制各原料源110-114所提供的輸出水平來控制傳送器119上被測原料的尺寸特征。例如，再次參照上述涉及傳送器119上材料的平均尺寸的例子，AVPM 100可以采取修正操作數(shù)據(jù)庫103中設(shè)定的可替換的修正操作，使被測樣品的特征符合最佳特征定義101。在這個例子中，AVPM 100通過線路132發(fā)送信號，用以控制多個原料源110-114中每個原料源的輸出，這些原料源在控制線路網(wǎng)中的線路134上。通過這種方式，AVPM 100可以調(diào)節(jié)原料源110-114中的每個原料源的輸出，從而將原料特征調(diào)節(jié)到所希望的特征水平，該特征水平在原料源110-114中的每個原料源的特征范圍之內(nèi)。例如，如果確定傳送器119上被測樣品的平均尺寸大于所需要的最佳特征定義101，AVPM 100通過線路132向線路134上的原料源110發(fā)送信號，使原料源A110通過傳送器111向儲料器116增加輸送小尺寸原料。相似地，AVPM 100還通過線路132向線路134上的原料源N114發(fā)送控制信號，使原料源N1 14通過傳送器115向儲料器116減少輸送大尺寸原料。通過這種方式，儲料器116從原料源110-114中的每個原料源所收集原料的平均尺寸將會是較小的平均尺寸。這樣，由儲料器116收集的平均尺寸較小的原料將通過傳送器117轉(zhuǎn)送到原料處理單元118。由于提供給原料處理單元118的原料的平均尺寸起初較小，所以通過傳送器119從原料處理單元118輸出的原料也將較小。這樣，經(jīng)過一段時間，傳送器119上被測原料的平均尺寸將會符合由最佳特征定義101所定義的所需尺寸。再次參照上述各種可替換的實施方式，AVPM 100還可以連接到傳送器111，113，115和117上(參見圖6)。使用以上技術(shù)，AVPM 100可以監(jiān)測傳送器111，113，115和117上材料的特征，從而獲得每種原料的尺寸分布信息和其他參數(shù)。這可用來確定在重疊尺寸范圍中每種原料的成分。在將不同種類的原料送往儲料器116的情況下，利用這種分析也是很有用的。將AVPM 100連接到傳送器117上，例如，能夠監(jiān)測向原料處理單元118的實際輸入。
使用相似的技術(shù)，AVPM 100還可以通過線路132產(chǎn)生修正操作和控制信號，用于控制傳送器119上被測物品或材料的種種特征。在本發(fā)明的各種實施方式中，AVPM 100可以監(jiān)測和控制工業(yè)系統(tǒng)50中所處理的物品或材料的各種特征。由AVPM 100監(jiān)測和控制的這些特征可包括傳送器119上材料的尺寸、形狀、體積、重量、密度、溫度、濕度、結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、濁度和化學(xué)成分。AVPM 100還可以保留預(yù)先定義的最佳特征定義101用于以上所列舉的每一種特征。這樣，可以在最佳特征定義101中預(yù)先定義一組所需的優(yōu)化輸出材料特征的描述。使用如圖1所示的上述AVPM 100的實施方式，能夠測量材料的如下特征，如尺寸、形狀、體積、密度、和重量。利用由攝像機(jī)7所捕獲及被處理器9所處理的被測樣品的圖像，可以確定被測樣品中顆粒的尺寸和形狀。從樣品圖像中確定的尺寸和形狀，能推斷出被測樣品中每個顆粒的體積，繼而推斷出樣品的平均體積。在本發(fā)明的一種實施方式中，特定樣品的顆粒體積取決于顆粒的二維圖像中最優(yōu)橢圓的最大和最小半徑，其中圖像使用背光6來照射顆粒經(jīng)過攝像機(jī)鏡頭而投影到攝像機(jī)7上。在本發(fā)明的一種實施方式中，用于確定體積的公式為4/3a2BπF，其中，a是橢圓的最小半徑，b是橢圓的最大半徑，F(xiàn)是基于形狀和可影響結(jié)果的其他已知變量作出的補(bǔ)償修正。為了采取與手工相似的方法來確定尺寸分布(通過重量百分比表示)，使用一組機(jī)械篩子，其利用振動使材料從中通過，從而使材料從粗糙到精細(xì)。在手工過程中，對每個篩子上的材料進(jìn)行稱重，然后計算出每個篩子上的重量百分比。在AVPM中，從測出的體積來計算重量百分比。將每個顆粒的面積與AVPM中預(yù)先設(shè)置的等效篩眼面積進(jìn)行比較。該等效篩眼尺寸的開放面積由πr2決定。其中r是篩眼側(cè)邊之間距離的一半。當(dāng)顆粒面積小于上面的篩眼面積而大于下面的較小篩子時，可以確定顆粒留在哪一個篩子中。對應(yīng)每個篩眼尺寸有一個儲料器。然后，該體積的顆粒被加入到此儲料器中。從每個等效篩子上的顆粒體積以及所有等效篩子上的總體積可以計算出該等效篩子上的重量百分比。被測樣品的重量可通過每個被測顆粒來確定，被測顆粒則通過特定顆粒的體積、已知的材料類型和/已知的材料密度推斷出，這是在排除了由攝像機(jī)7捕捉的顆粒圖像的重疊部分的情況下作出的。因此，重量能夠使用預(yù)定體積結(jié)合材料密度來估計。給出每個被測顆粒的重量，便能確定樣品顆粒的平均重量。如上所述，可以在工業(yè)處理中使用材料樣品的這些測量特征來采取各種修正操作，使測量特征符合所需的最佳特征。使用下述改進(jìn)的AVPM系統(tǒng)，包括溫度和濕度、結(jié)構(gòu)、反射率、顏色和濁度以及化學(xué)成分的其他特征可以被監(jiān)測并作為工業(yè)處理的控制輸入來使用。
本發(fā)明也可以測量經(jīng)由工業(yè)處理50的物品或材料的溫度和濕度。參照圖3，所顯示的改進(jìn)AVPM 100系統(tǒng)包括溫度和濕度單元106。溫度和濕度單元106用于測量經(jīng)由區(qū)域5下落的樣品的溫度和濕度特征。在本發(fā)明的一種實施方式中，溫度和濕度單元106包括紅外探測器，用于接收經(jīng)由區(qū)域5的樣品顆粒的溫度信息。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，紅外探測器應(yīng)被適當(dāng)?shù)仄帘蝸碜怨庀?的光線干擾。使用紅外探測器，經(jīng)由區(qū)域5下落的樣品顆粒所發(fā)射或反射的紅外能量水平能被檢測到并傳送至處理器9用于進(jìn)一步處理。溫度和濕度單元106還包括普通濕度表，如傳統(tǒng)上常用的Micro-MoistLB 354單元。這種傳統(tǒng)單元使用微波技術(shù)，可使經(jīng)由區(qū)域5下落的樣品顆粒中的自由水分子旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)致的相位偏移可用于對樣品顆粒濕度的直接測量。因此，樣品的濕度特征可通過溫度和濕度單元106測量并傳送至處理器9用于進(jìn)一步處理。一旦通過溫度和濕度單元106獲得了被測樣品的溫度和濕度特征，處理器9保存被測樣品的這些溫度和濕度特征。在上述方法中，將測得的溫度和濕度特征與最佳特征定義101進(jìn)行比較，以便確定測量特征與所需特征之間是否存在偏差。如果所需特征與測量特征之間存在偏差，AVMP100則訪問修正操作數(shù)據(jù)庫103以獲得用于排除該溫度和/或濕度偏差的修正操作。如上所述，AVMP 100可以通過與工業(yè)處理50中各種處理單元相連的控制線路網(wǎng)上的線路132來發(fā)送信號，使隨后的被測樣品的溫度和/或濕度增加或降低。例如，AVMP 100可以改變由多種原料源110-114所提供的原料的混合。同樣，AVMP 100可以控制儲料器116增加或降低所收集材料的濕度。AVMP 100還能控制儲料器116增加或降低施加到所收集原料上的熱度或制冷度。因此，在特定的工業(yè)處理中，AVMP 100可通過各種方法使用被測樣品的溫度和濕度特征來設(shè)定和控制工業(yè)處理的操作。
本發(fā)明還可以測量經(jīng)由工業(yè)處理的物品或材料的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色和濁度特征?？梢愿郊邮褂眠@些特征來設(shè)定和控制工業(yè)處理的操作。參照圖4，所顯示的改進(jìn)AVMP 100包括結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度單元107。單元107測量經(jīng)由區(qū)域5的被測樣品顆粒的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度。在本發(fā)明的一種實施方式中，使用普通激光照射經(jīng)由區(qū)域5的樣品顆粒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，激光應(yīng)被適當(dāng)?shù)仄帘蝸碜怨庀?的光線影響。使用激光照射區(qū)域5中的顆粒，可以估計出特定樣品顆粒的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度并將該估計發(fā)送至處理器9。另外，單元107可以包括各種顏色的光源，用于照射各種顏色的被測樣品顆粒。通過被照射顆粒的彩色光反射特征，可估計出樣品顆粒的顏色水平，并將該估計傳送至處理器9。相似地，攝像機(jī)7可以是普通彩色攝像機(jī)，用以產(chǎn)生經(jīng)由區(qū)域5下落的顆粒的彩色圖像。以這種方式，被測樣品的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度被獲得并傳送至處理器9。再次使用上述技術(shù)，將被測樣品的這些特征與最佳特征定義101相比較。使用上述技術(shù)，AVMP 100訪問修正操作數(shù)據(jù)庫103，確定在工業(yè)系統(tǒng)中需要采取的修正操作，使被測顆粒的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度符合最佳特征定義101。例如，AVMP 100可以通過線路132產(chǎn)生信號來改變由原料源110-114提供的原料的混合。這種由AVMP 100觸發(fā)的原料源的變化可以被用來設(shè)定由儲料器116收集的原料的特征。以這種方式，具有所需結(jié)構(gòu)、反射率、顏色、和濁度的原料可被儲料器116收集并提供給工業(yè)處理50中后續(xù)的處理單元。
本發(fā)明還可以測量經(jīng)由工業(yè)處理的物品或材料的化學(xué)成分特征。參照圖5，所示的改進(jìn)AVMP 100包括化學(xué)成分單元108。單元108測量經(jīng)由區(qū)域5下落的顆粒的化學(xué)成分?，F(xiàn)有的用于實時測量材料化學(xué)成分的技術(shù)是眾所周知的。例如，一種實時化學(xué)成分測量系統(tǒng)由Metrika的Gamma-Metrics公司制造。這種系統(tǒng)通過Gamma射線轟擊樣品顆粒，從而對顆粒的元素成分作出正確的測量。被測樣品顆粒的這些測量元素成分特征被獲得并傳送到處理器9。因此，如圖5所示的改進(jìn)AVMP 100系統(tǒng)被用于捕獲被測樣品的化學(xué)成分特征。再次使用上述技術(shù)，將被測樣品的化學(xué)成分特征與最佳特征定義101相比較，從而確定是否存在偏差。如果存在偏差，AVMP 100訪問修正操作數(shù)據(jù)庫103，設(shè)定和控制工業(yè)處理50中的控制處理單元以減少偏差。例如，AVMP 100可以在線路132上產(chǎn)生信號，來改變原料源110-114的輸出。原料源110-114可以初始裝載有一定化學(xué)成分范圍的原料。通過調(diào)整原料源110-114中每個原料源的輸出，AVMP 100可控制儲料器116收集的組合原料的化學(xué)成分。因此，AVMP 100可以控制提供給工業(yè)處理50中后續(xù)處理單元的物品或材料的化學(xué)成分。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，被測樣品的附加特征也可通過AVMP 100進(jìn)行相似地測量，并且AVMP 100使用這些特征來控制經(jīng)由特定工業(yè)處理的材料。AVMP 100還可以使用附加信息控制工業(yè)處理50。例如，AVMP 100可使用經(jīng)濟(jì)或商業(yè)信息，如單元花費(fèi)信息、人口統(tǒng)計、或銷售標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定由成品處理單元120生產(chǎn)的物品或原料。通過在控制線路網(wǎng)的線路132和線路140上傳送信號，AVMP 100可以調(diào)節(jié)由成品處理單元120所生產(chǎn)的成品的設(shè)定量或結(jié)構(gòu)。再次，基于經(jīng)濟(jì)或商業(yè)信息與最佳特征定義101之間的比較，AVMP 100作出這些調(diào)整。以這種方式，由成品處理單元120生產(chǎn)出的產(chǎn)品將符合預(yù)定的經(jīng)濟(jì)或商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，由AVMP 100使用的附加信息可以包括除經(jīng)濟(jì)或商業(yè)信息以外的其它信息。這些附加信息可用于設(shè)定成品處理單元120中的所需產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明公開了一種使用物品或顆粒自動分析的工業(yè)處理控制反饋系統(tǒng)和方法。盡管本發(fā)明通過具體的優(yōu)選實施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以進(jìn)行多種修改和變化。所以，這些變化和修改應(yīng)當(dāng)包括在由下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理控制系統(tǒng)，其包括用于獲得樣品測量特征的顆粒特征測量單元；用于與測量特征相比較的最佳特征定義；用于響應(yīng)測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果來限定和選擇待進(jìn)行操作的修正操作數(shù)據(jù)庫；和用于響應(yīng)所選擇的待進(jìn)行操作向多個處理單元傳遞控制信號的控制線路網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的尺寸和形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的體積、重量和密度。
4.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的濕度。
6.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的結(jié)構(gòu)、反射率、顏色和濁度。
7.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元測量樣品中顆粒的化學(xué)成分。
8.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元還包括用于從傳送器提取預(yù)選量顆粒材料的取樣裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中顆粒特征測量單元還包括用于將樣品顆粒分散成接近單層的進(jìn)料器。
10.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需尺寸和形狀的定義。
11.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需體積、重量和密度的定義。
12.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需溫度的定義。
13.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需濕度的定義。
14.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需結(jié)構(gòu)、反射率、顏色和濁度的定義。
15.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中最佳特征定義包括樣品中顆粒的所需化學(xué)成分的定義。
16.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中修正操作數(shù)據(jù)庫包括用于產(chǎn)生控制信號以便基于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果對多個處理單元中的一個或多個單元進(jìn)行控制或設(shè)定的控制信息。
17.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中修正操作數(shù)據(jù)庫包括用于產(chǎn)生控制信號以便基于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果控制或設(shè)定粉碎機(jī)的控制信息。
18.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中修正操作數(shù)據(jù)庫包括用于產(chǎn)生控制信號以便基于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果控制或設(shè)定原料源的控制信息。
19.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中修正操作數(shù)據(jù)庫包括用于產(chǎn)生控制信號以便基于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果控制或設(shè)定儲料器的控制信息。
20.如權(quán)利要求1所述的處理控制系統(tǒng)，其中修正操作數(shù)據(jù)庫包括用于產(chǎn)生控制信號以便基于測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果控制或設(shè)定成品處理單元的控制信息。
全文摘要
一種使用顆粒或物品自動分析的工業(yè)處理控制反饋系統(tǒng)和方法。該控制反饋系統(tǒng)和方法包括用于獲得體相材料樣品測量特征的顆粒特征測量單元；用于與測量特征相比較的最佳特征定義(101)；用于響應(yīng)測量特征與最佳特征定義相比較的結(jié)果來定義和選擇待進(jìn)行操作的修正操作數(shù)據(jù)庫(103)；和用于響應(yīng)所選擇的待進(jìn)行操作向多個處理單元傳遞控制命令的控制線路網(wǎng)。
文檔編號G05B15/02GK1509453SQ02810168
公開日2004年6月30日 申請日期2002年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者K·J·利伯, I·B·布朗, K J 利伯, 布朗 申請人:超視顆粒測量有限公司