用于尺寸、外形和棱角性分析以及用于矿石和岩石颗粒的成分分析的设备和方法技术

用于矿石和岩石颗粒等物体的尺寸和形状的三维测量以及成分分析的装备和方法。将矿石或岩石等的相同或不同尺寸的颗粒或物体的混合物单独地并且自动地馈送到传送带上，以使用激光和两台照相机进行三维机器视觉测量，并接着使用可见和红外光进行光谱测量，并且随后在传送带的末端进行收集。计算机软件根据内嵌的测量过程或用户规定的方法，自动执行测量，计算每个单个物体的尺寸、外形、圆度和优选的是岩相成分和其它特征或属性、以及相关属性的统计分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于分析矿石和岩石颗粒的装备和方法，并且特别是涉及基于光学和分光光度法自动分析此类颗粒的新设备和方法，以确定矿石和岩石颗粒的尺寸和形状(包括外形和棱角性)以及矿石和岩石颗粒的成分，并且根据尺寸、形状和岩相类型对颗粒进行分类。
技术介绍
岩石和矿石颗粒的尺寸分析、岩石学描述和其它分析的传统人工和机械方法是非常完善的，并且建筑骨料行业常规地将其用于质量控制、以及用于对例如道路骨料和混凝土骨料进行评测。然而，传统的方法通常需要受过高度培训的技术人员，而且还难以获得复验性的结果，并且传统的方法是繁重的、费时的和昂贵的。在用于矿石和岩石颗粒的光学分析的现有技术中，例如在WO02/090942-A1、DE29800809-U1、DE20117494-U1、DE20219141-U1、US6061130和US5309215中，已经描述了一些方法和装置。然而，上述文献中披露的方法或装备都没有提出用于矿石和岩石颗粒的自动尺寸和形状确定的三维分析(例如，根据外形和棱角性的分类)，而且它们也没有提出岩相成分的分析。需要一些方法和装备，它们能够提供对于矿石和岩石颗粒的可靠的和有复验性的高通量的测量，以确定这些颗粒的尺寸、外形，并且最好还确定其成分。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种设备和方法，用于对在从矿石、岩石、砾石、天然、人造或回收的骨料等中选择的样品中的物体/颗粒进行高通量分析，以便自动确定在包括多种物体/颗粒的样品中的每种物体/颗粒的尺寸和形状，其中形状确定包括定义外形和棱角性的参数。本专利技术的设备将适当的送料系统与光学图像检测系统和控制系统相结合，所述送料系统用于将所述物体送入到具有某预定最大宽度的单层流中，使得物体是被间隔开(即没有重叠或直接接触)，光学图像检测系统被配置成为每个物体获取三维表面数据，控制系统设置有处理装置和专用软件，用于处理所述物体的图像，并且自动确定所述物体的尺寸和形状、并返回表示物体的尺寸和形状的参数。优选的，该设备还额外地包括光谱检测系统，用于获取样品的光谱，控制系统处理所述光谱以获得表示样品物体的成分和/和岩石学类型的数据。本专利技术的设备和方法能够自动且迅速地分析岩石样品，例如用于评测建筑物、混凝土、公路建筑以及相关应用的质量和适用性。迄今为止，这种分析是基于冗长的半机械方法(筛选和研磨)和人工视觉检查。本专利技术的另一个方面是提供一种方法，用于确定从矿石、岩石、砾石、天然、人造或回收的骨料等中选择的样品中的多个物体的物体尺寸和形状，其中形状确定至少包括表示颗粒是长形的和/或扁平的外形参数或分类的确定、以及棱角性确定。又一个方面提供了计算机程序产品，用于在这里所说明的方法中执行数据分析和确定，以及控制数据获取。附图说明图1示意性地示出了用于光学检测和表面分析的激光照相机三角测量系统的一般设置。示出了两个照相机1和2以及将激光束引导朝向物体4的激光器3。箭头5示出了传送器11的运动方向。6示出了可选择包括的IR/VIS光源，以及7是可选择的分光光度计，用于测量样品物体4的IR/VIS吸收率。图2示出了本专利技术的优选设备的总体图。图3是用于光学检测表面分析的控制系统和程序中的一部分的程序结构的示意图，如在例1中更加详细说明的。图4示出了没有阻挡和透视效果的深度亮度图像，表示了将通过这里所述的数学形态学算法进行分析的颗粒。图5描述了通过一种“滚动球”数学形态学方法确定棱角表面的体积损失(“体积丢失”或“角体积”)为多少；图5a中示出了原始表面，随后应用了变形(图5b)，并且去除了无法由椭圆结构元件访问的所有点(图5c)。图6示出了从捕获深度图像(range image)中得出的三个颗粒的横截面。外侧线表示出原始边界，而内侧线表示了在形态学开运算(morphological opening)之后的边界。图6a表示出一个完全滚圆的颗粒，图6b表示出一个不太滚圆的颗粒，图6c表示出一个棱角状的颗粒。图7a示出了根据本专利技术(参见例2)所确定的体积损失相对于根据Powers标度分类的每一颗粒的视觉评测的棱角性的散点图，说明了在较高棱角性类型中状体积损失的变化。图7b是在每一类下的百分比体积损失相对于人工评测的Powers数量的标准偏差曲线。图8示出了在通过本专利技术的方法自动确定的平均百分比体积损失与每个分类的Powers数量之间的关系。图9示出了由执行本专利技术的计算机软件产生的屏幕视图；9a的视图示出了一个单独物体的测量数据，包括轴长度、棱角性分类、外形分类的形式、角体积等；9b基于样品体积(左)和样品物体数量(右)示出了一个样品的累积的颗粒尺寸分布；9c基于体积(左)和数量(右)示出了样品物体在棱角性和外形分类上的分布。具体实施例方式能够为特定的样品类型来配置本专利技术的设备，但是本专利技术的设备普遍适用于包括多种物体/颗粒的批量样品的自动分析，所述多种物体/颗粒例如是矿石、岩石、砾石、天然、人造或回收的骨料等。这里所使用的术语“形状”是指宏观外形和物体棱角性，优选的是还涉及表面纹理。正如这里所使用的，参数“外形”用于根据物体的主轴(长轴、中间轴和短轴)的比率对所分析的物体进行分类。据此，物体可以如图9c中所示分为四类，长形、扁长形、扁平形、立方体形。如果所有轴在长度上基本相似，那么该物体分类为立方体形；如果中间轴和短轴相似，而长轴相当长，那么该物体分类为长形；如果长轴和中间轴相似，并且远远长于短轴，那么该物体分类为扁平形；并且如果所有的轴是不同的，即长轴远远长于中间轴，中间轴远远长于短轴，那么该物体分类为扁长形。可以选择不同的截止值来定义外形分类之间的界限。在一种分类方案中，如果两个轴的比小于0.67(较短的轴∶较长的轴)，那么认为它们是相似的，但是这个值也可以设置为例如0.5或0.75。这些不同的外形也可以按照扁平率或伸长率来表示。通常在本领域中，依据所使用的标准，如果颗粒的厚度小于其宽度的0.5或0.67，那么就认为它是扁平状的，而如果其宽度小于其长度的0.5或0.67，那么就认为它是“长形的”。通过根据所测量的主轴比率对测量物体进行归组，并根据使用传统测径法进行的比较测量，选择适当的区间段来定义与分类匹配的组，能够使用本专利技术的方法来容易地完成这样的分类。该设备包括送料器，其用于将样品物体馈送到传送带上，使得这些物体在单层流中保持间隔，而不相互重叠或直接接触。在某些实施例中，物体基本上排列在一条单线上，使得一次有一个样品物体进入设备的检测区域，然而，也可以同时检测两个或多个物体，只要检测手段和分析软件能够在物体间进行区分。根据本专利技术，可以使用本领域技术人员所知晓的多种送料方案，比如对于该装置的主传送带，可以使用以一个角度(例如直角)设置的一个或多个传送带。当前的优选实施例包括如图2中所示的振动螺旋升运器8，其尺寸取决于所要分析的颗粒样品。丹麦的Scan Vibro提供了适合的螺旋升运器。也可以使用其它的构造，例如由Vibratechniques有限公司(UK)提供的振动定量送料器。本领域技术人员能够容易地选择在该设备中使用的主传送器11，并且优选的是，该主传送器11应当由适当的高精度电机来驱动，以便在该设备的工作期间确保固定速度。在一个实施例中，使用了一种电机，其速度直接取决于输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动分析从矿石、岩石、砾石、天然、人造或回收的骨料等中选择的多个样品物体的尺寸和形状的设备，该设备包括：　　　　ａ）送料器单元，用于将在流中间隔开的所述物体的馈送到传送带上，　　　　ｂ）照明源，其将准直光束透射到所述传送带之上，　　　　ｃ）图像捕获装置，包括至少一个图像检测器，用于捕获对所述物体照明的所述平面光束的反射的图像，　　　　该设备进一步包括控制系统，该控制系统设置有其中存储有计算机程序的处理装置和存储器，用于控制装备的机械和硬件部分和用于存储捕获的图像，该控制系统被适配用于处理所述物体的一系列图像，从而自动地确定所述物体的尺寸和形状，以及返回表示该物体的尺寸和形状的参数，所述形状参数包括指示外形和棱角性的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔吉尔黑尔加松，贾森李，梅尔文L史密斯，昂纳尔托马斯莫勒，特里格维托尔吉尔松，维拉赫费尔，于尔根皮尔茨，约恩阿特勒贝内迪克松，
申请(专利权)人：彼得罗模型公司，
类型：发明
国别省市：IS[冰岛]