EP4324572A1 - System for analyzing and sorting a piece of material - Google Patents

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Publication number
EP4324572A1
EP4324572A1 EP22191285.0A EP22191285A EP4324572A1 EP 4324572 A1 EP4324572 A1 EP 4324572A1 EP 22191285 A EP22191285 A EP 22191285A EP 4324572 A1 EP4324572 A1 EP 4324572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
feed
unit
plasma
material part
inclination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22191285.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Claudius LASKA
Dennis WINTERSCHEID
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH filed Critical Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH
Priority to EP22191285.0A priority Critical patent/EP4324572A1/en
Priority to PCT/EP2023/070260 priority patent/WO2024037824A1/en
Publication of EP4324572A1 publication Critical patent/EP4324572A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/02Measures preceding sorting, e.g. arranging articles in a stream orientating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour

Definitions

  • the invention relates to a system for analyzing and sorting a material part, in particular a scrap part made of aluminum, comprising a feed means for transporting the material part, a sorting unit which is set up to feed the material part to one of two fractions, a laser device which is set up to to generate a plasma on a surface of the material part with a laser beam propagating along a beam axis, a spectrometer system which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light emitted by the laser-induced plasma and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out, and a control device which is set up to receive the output signal and to operate the sorting unit based on the output signal and a sorting criterion, the spectrometer system having a spectrometer and a detection unit optically connected to the spectrometer, the detection unit having a lens to which a detection cone is assigned, which forms a plasma detection area in an overlap area with the laser beam.
  • a system of the type described above, ie of the generic type, is from the EP 3 352 919 B1 known.
  • the previously known system enables material parts, in particular scrap parts made of aluminum, to be sorted on the basis of laser-induced plasma spectroscopy, also referred to as LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy).
  • LIBS laser-induced breakdown spectroscopy
  • Laser-induced plasma spectroscopy is used to determine an element-specific composition of a material part, ie a sample, using a plasma.
  • the plasma is generated on a surface of the material part using high-intensity, focused laser radiation. Light imitated by the plasma is detected and spectrally evaluated in order to draw conclusions about the elemental composition of the material part.
  • the feed means can be, for example, oscillating plates that provide a feed surface along which the material parts are moved.
  • the material parts to be analyzed and sorted are transported using the feed means according to the EP 3 352 919 B1 abandoned on a slide. Following gravity, the material pieces slide down the slide and leave it via a lower edge of the slide. From here, the material parts to be analyzed and sorted continue to move in free fall through the surrounding atmosphere, following the force of weight.
  • the feed means and the chute ensure that the material parts are separated and moved through a spatially defined fall corridor in free fall.
  • a laser device which is designed to generate a plasma on a surface of a material part using a laser beam that propagates along a beam axis.
  • a spectrometer system is provided which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light emitted by the laser-induced plasma and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out.
  • This output signal is then used in combination with a sorting criterion in a sorting unit to feed the material parts leaving the chute to one of two fractions.
  • a sorting unit For example, an air nozzle can be used as a sorting unit, which is controlled accordingly by the control device. Certain material parts can be sorted out from the stream of material parts leaving the chute under the influence of air pressure. The result is a fraction of sorted material parts and a fraction of non-sorted material parts.
  • the previously known system serves to recognize parts of material of a certain composition and to separate them from parts of material of a different composition. Such a separation occurs either because a material part of an undesired composition is recognized and removed by means of the sorting unit or because the composition of a material part could not be reliably determined and therefore removal takes place by means of the sorting unit.
  • the fraction of rejected material parts is therefore composed of material parts whose composition is clearly identified and not desired, on the one hand, and material parts whose composition is not clearly identified, on the other hand.
  • the object of the invention to further develop a system of the type mentioned at the beginning so that increased sorting efficiency is achieved.
  • the invention proposes a system of the type mentioned at the beginning, which is characterized in that the feed means has three individual feed units arranged one behind the other in the transport direction of the material part, each feed unit being set up to feed the material part along one to transport the feed surface provided by the respective feed unit, the feed surfaces each being aligned inclined to the horizontal to form a respective angle of inclination, the angles of inclination being of different sizes.
  • a feed means is used to transport the material part, which provides a feed surface along which the material part is moved in the intended use.
  • the feed means can be designed, for example, as an oscillating plate. It serves in particular to separate a plurality of material parts applied to the feed means so that they can then be fed to the laser device and/or the spectrometer system at a distance from one another.
  • the feed means according to the invention has at least three feed units. These are each designed as an independent assembly. There are therefore at least three separate, i.e. individual, feed units provided. These are arranged in a row one behind the other in the transport direction of the material part, which means that there is a first feed unit in the transport direction, a second feed unit in the transport direction and a third feed unit in the transport direction. Together, these feed units form the feed means according to the invention.
  • Each of the feed units is set up to transport the material part along a feed surface provided by the respective feed unit.
  • Each feed unit therefore provides a feed area.
  • the material part is conveyed in the transport direction and passed on from feed unit to feed unit.
  • the feed surfaces of the feed units are each aligned inclined to the horizontal, forming a respective angle of inclination.
  • the feed units or their feed surfaces are therefore aligned obliquely, namely inclined to the horizontal in such a way that a material part is supported during its transport in the transport direction as a result of the effect of gravity.
  • the feed units each provide, for example, an oscillating plate that provides the respective feed surface.
  • an oscillating plate that provides the respective feed surface.
  • angles of inclination of the feed surfaces are designed to be of different sizes.
  • the different inclination angle formation means that the force of gravity acting on the material part has a different influence on the transport of the material part in the transport direction depending on the feed unit. The greater the angle of inclination, the greater the influence.
  • the different inclination angle design therefore advantageously ensures that a material part is accelerated to different degrees in the transport direction depending on the feed unit. This in turn advantageously allows a much more efficient separation of several material parts, even with a large number of material parts to be separated.
  • the different inclination of the feed surfaces of the individual feed units ensures that the transport speed of the material parts increases as the transport distance increases, which means that the separation also increases as the transport distance increases.
  • isolated material parts can be reliably fed to the laser device and/or the spectrometer system, even if, in contrast to the prior art, there are more material parts to be separated.
  • the feed means according to the invention thus ensures an increased flow rate, and this at the same time as increasing the sorting quality, which means that the sorting efficiency of the system according to the invention is increased overall in contrast to the prior art.
  • the inclination angle of the feed surface of the first feed unit in the transport direction of the material part is smaller than the inclination angle of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part. Due to gravity, the material part is accelerated to a higher transport speed by means of the second feed unit. This leads to a separation of the material parts, particularly in the longitudinal direction of the feed unit, that is, in the transport direction of the material part.
  • the comparatively low transport speed which is achieved by means of the first feed unit, serves in particular to separate the fed material parts in the width direction of the feed unit, that is, transversely to the transport direction of the material part. This measure ensures that the material parts fed in are evened out in the width direction, so that the sorting devices that the material parts pass through in the further process can be operated equally. In this way, it is advantageously avoided that individual sorting units are loaded with too many pieces of material in order to achieve a desired sorting quality, while other sorting units provide unused processing capacities.
  • the first feed unit therefore serves to distribute the material parts over the overall available width of the feed means.
  • the comparatively low speed of the material parts in the transport direction which is provided by the first feed unit for the purpose of distributing the material parts across the width, ensures a certain accumulation of the material parts in the transport direction.
  • This build-up is resolved after the material parts have been transferred from the first feed unit to the second feed unit, since according to the invention the second feed unit is at a larger angle of inclination than the first feed unit.
  • the material parts fed onto the second feed unit are separated in the longitudinal direction, that is to say in the transport direction of the material parts.
  • the inclination angle of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part is smaller than the inclination angle of the feed surface of the third feed unit in the transport direction of the material part.
  • the difference between the inclination angles is 2° to 8°, preferably 3° to 7°, most preferably 5°.
  • angles of inclination cannot be chosen completely freely.
  • the angles must be steep enough for one of the Weight force following acceleration of the material parts can take place, especially in the longitudinal direction, to separate them.
  • the angles must not be chosen too steep, otherwise the material will climb over and/or overtake effects, which contradicts the desired separation.
  • the angle ranges specified above are optimal, with a difference between the inclination angles of 5° being chosen in particular.
  • the angle of inclination of the feed surface of the first feed unit in the transport direction of the material part is 7° to 13°, preferably 8° to 12°, most preferably 10°. This choice of angle ensures that there is sufficient acceleration of the material parts fed to the feed unit in the transport direction, but at the same time the desired distribution of the material parts in the width direction takes place. An angle of inclination that is too steep would disadvantageously result in the desired distribution of the material parts in the width direction not being achieved.
  • the angle of inclination of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part is 12° to 18°, preferably 13° to 17°, most preferably 15°.
  • the first step is to carry out pre-separation of the material parts, particularly while avoiding overtaking effects.
  • An angle of inclination of 10° has proven to be particularly suitable for achieving this desirable separation.
  • a particularly even steeper angle design would not lead to even greater isolation, but on the contrary would lead to partial, undesirable accumulations of material parts, in particular as a result of overhanging material parts and/or overtaking effects.
  • the angle of inclination of the feed surface of the third feed unit in the transport direction of the material part is 17° to 23°, preferably 18° to 22°, most preferably 20°.
  • the material parts pre-separated using the second feed unit can now be further separated using the third feed unit.
  • the further inclination with respect to the third feed unit is also possible while avoiding excess material and/or overtaking effects because the material parts are already pre-accelerated by means of the second feed unit.
  • a further separation of the material parts takes place, so that ultimately material parts that are spaced apart in a defined manner leave the feed means in the direction of the laser device and/or the spectrometer system.
  • the three-stage nature of the feed means according to the invention allows, on the one hand, that an increased amount of material parts can be processed, while, on the other hand, uniform distribution in the width direction and separation in the transport direction is reliably guaranteed.
  • the individual stages are coordinated with one another with regard to their respective angle of inclination in such a way that the material parts to be separated are further accelerated from stage to stage, i.e. from feed unit to feed unit, with undesirable overtaking effects and/or material parts exceeding each other being reliably avoided.
  • angles of inclination are designed to be adjustable.
  • the ability to adjust the angle of inclination is particularly advantageous when different material parts can be sorted according to size and weight. This makes it possible, in particular, to be able to adjust the respective angles of inclination in an optimized manner with regard to the sorting task. In particular, depending on the size of the material parts to be sorted and/or their specific weight, the angles of inclination of all or even individual feed units can be adjusted accordingly.
  • the first feed unit in the transport direction of the material part is a vibratory conveyor with an unbalance drive.
  • the first feed unit in the transport direction is used to separate the material parts or distribute them in the width direction.
  • a vibratory conveyor with an unbalance drive is sufficient for this, so it is preferred because of its comparatively low purchase and maintenance costs.
  • the second and third feed units are preferably designed as vibratory conveyors with a magnetic drive.
  • a vibratory conveyor with a magnetic drive offers the advantage of being able to dose continuously, which means that a more precise influence can be had on the conveying speed in the transport direction.
  • the magnetic drive also ensures that there is no chance of material parts running over. As a result, this allows very precise control of the material transport, which can be used to specifically influence the desired separation of the material parts.
  • the detection unit has a further objective, to which a further detection cone is assigned, which forms a further plasma detection area in a further overlap area with the laser beam, the objectives being arranged and/or aligned in relation to one another in this way that the plasma detection area and the further plasma detection area are arranged offset along the beam axis and together form a viewing area of the detection unit.
  • This configuration advantageously provides an enlarged detection range, with the result that more material parts can be reliably recognized with regard to their composition. As a result, the sorting result is improved because incorrect sorting is minimized. The result is sorting that is more effective.
  • the enlarged detection range results from the fact that, in contrast to the prior art, not just one lens is provided, but rather several lenses, i.e. at least two lenses. However, more than two lenses are preferred, for example three, four or even more lenses.
  • a plasma detection area is created for each lens. With four lenses, there are four plasma detection areas. According to the invention, it is now further provided that the lenses are arranged and/or aligned in relation to one another in such a way that the plasma detection areas are arranged offset along the beam axis of the laser beam and together form the viewing area of the detection unit.
  • the viewing area represents the overall resulting detection area, which results from the individual plasma detection areas and is therefore significantly enlarged in contrast to the prior art.
  • the detection area is formed by only one plasma detection area of a lens.
  • a plasma detection area can typically extend over a distance of 8 to 10 mm along the beam axis of the laser beam.
  • the inventive composition of the viewing area of the detection unit from individual plasma detection areas arranged offset along the beam axis leads to an overall detection area which has an extent of 20 mm, 30 mm, 40 mm or more in the direction of the beam axis. This advantageously ensures that material parts that would otherwise not be detectable can be reliably identified due to their geometric design, including in particular material parts that are spherical or partially spherical.
  • the system according to the invention allows improved sorting, since the proportion of material parts that are sorted out because their composition cannot be reliably identified is minimized.
  • the inventive design of the feed means on the one hand and the equipment of the detection unit with an additional lens on the other hand result in the synergistic effect of an overall increased throughput.
  • the feed means according to the invention may process more material parts in contrast to the prior art, it also requires a detection unit that is coordinated with this.
  • a detection unit equipped with an additional lens is not fully utilized if the feed means is not able to provide a corresponding amount of material parts individually.
  • a plasma detection area is set up so that in the case of a plasma present in the plasma detection area, a measurement portion of the plasma light is detected by the associated lens. So if there is a laser-induced plasma in a plasma area, at least partially, a measurement portion of the emitted plasma light will be captured by the associated lens. If there are several lenses according to the invention, this means that the detection unit can detect plasma light in the form of measurement components of individual lenses.
  • the plasma detection areas merge into one another or are arranged at a distance from one another along the beam axis.
  • the plasma detection areas can each extend over 1/10 to 1/4 of the viewing area along the beam axis. It is therefore possible, in particular after the sorting task, to form an overall detection area by appropriately arranging the plasma detection areas.
  • the feed means according to the invention for transporting the material part is set up to transport the material part along a feed surface up to an upper section of a slide.
  • the material part is fed into the feed means. From there it reaches a chute, where it is transported along a feed surface of the feed means, up to an upper section of the chute. Once the material piece reaches the chute, it moves down the chute following gravity.
  • the purpose of the slide is, in particular, to align the material part and transfer it to a defined fall corridor.
  • the sorting unit is assigned to a lower edge of the slide opposite the upper section of the slide, the sorting unit being set up to feed the material part leaving the slide via the lower edge of the slide to one of two fractions.
  • a piece of material leaves the chute in free fall and is subjected to analysis and sorting in free fall.
  • the laser device and the spectrometer system are arranged in the height direction below the lower edge of the slide.
  • Fig. 1 shows the system 100 according to the invention in a schematic representation.
  • the system 100 is set up to subject a material part 120 to laser-induced plasma spectroscopy and to sort it depending on the result of the spectral analysis, with two fractions F1 and F2 being provided in the exemplary embodiment shown, to which the material part 120 can be assigned. Collection points 170, for example in the form of containers, are used to collect the respective fractions F1 and F2.
  • the system 100 has a feed means 110 followed by a slide 130.
  • a material part 120 is fed to the feed means 110.
  • the feed means 110 is used to transport the material part 120 along a feed surface 111 provided by the feed means, namely up to an upper section 131 of the chute 130.
  • the material part 120 is transferred from the feed means 110 to the chute 130.
  • the feed means 110 serves in particular to separate a plurality of material parts 120 placed on the feed means 110 so that these can then be fed to the chute 130 at a further distance from one another.
  • a material part 120 transferred to the slide 130 slides following gravity Slide 130 down to the lower edge 132 of the slide, which is formed opposite the upper section 131 of the slide 130. It is in particular the task of the slide 130 to align the material part 120 and to transfer it into a defined fall corridor.
  • the material part 120 When leaving the slide 130, the material part 120 still moves under the influence of gravity in free fall through the surrounding atmosphere. This passes through the spectrometer system 1. This ensures an analysis of the material part 120, as will be described in more detail below.
  • the spectrometer system 1 In accordance with a result of a spectral analysis carried out, the spectrometer system 1 generates an output signal. This is fed to a control device 150, which operates, i.e. controls, a sorting unit 160 depending on this output signal on the one hand and a sorting criterion on the other.
  • the material part 120 is either deflected in its free fall or there is no deflection. In the event that there is no deflection, the material part 120 goes to the collection point 170 of the fraction F2. Otherwise, if sorting takes place by means of the sorting unit 160, the material part 120 reaches the collection point 170 for the fraction F1.
  • the spectrometer system 1 which is part of a LIBS module 180, is used to analyze the composition of the material part 120.
  • the LIBS module 180 also includes a laser device 140 and the control device 150.
  • the laser device 140, the spectrometer system 1 and the control device 150 are housed in a common housing, which is in Figure 1 is not shown in detail.
  • the laser device 140 in turn consists of further individual components, for example a laser beam source 9, an optical fiber 9A and a focusing optics 11, as shown in particular using the exemplary embodiment Figure 2 can be recognized.
  • the feed means 110 is designed in three stages, as shown Fig. 2 can be recognized.
  • the feed means 110 has three separate feed units 201, 202 and 203. These feed units are arranged in a row one behind the other in the transport direction 207 of the material part 120. Each feed unit 201, 202 and 203 each provides a feed surface 204, 205 and 206, along which a material part 120 is moved in the intended use.
  • the feed surfaces 204, 205 and 206 are each aligned inclined to the horizontal to form a respective angle of inclination ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 .
  • the angles of inclination ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 are of different sizes.
  • the feed units 201, 202 and 203 form the feed means 110.
  • the feed surface 111 provided by the feed means 110 is divided into the feed surfaces 204, 205 and 206 of the feed units 201, 202 and 203.
  • material parts 120 are fed to the feed means 110, for example by means of a conveyor 200, which can be designed as a belt conveyor.
  • This feed unit 201 is designed, for example, as a vibratory conveyor with an unbalance drive and primarily serves to distribute the fed material parts 120 in the width direction, that is, transversely to the transport direction 207.
  • the feed surface 204 of the first feed unit 201 is at an angle of inclination ⁇ 1 of, for example, 10°. Due to gravity, this supports transport of the material parts in the transport direction 207.
  • the material parts 120 then reach the second feed unit 202, which is connected downstream of the first feed unit 201 in the transport direction 207.
  • the feed surface 205 provided by the second feed unit 202 is at an angle of inclination ⁇ 2 which is larger than the angle of inclination ⁇ 1 and is, for example, 15°. This steeper inclination angle ⁇ 2 ensures that a higher transport speed of the material parts 120 in the transport direction 207 is achieved due to gravity. The result is that the material parts 120 are separated in the transport direction 207.
  • the material parts 120 From the second feed unit 202, the material parts 120 finally reach the third Feed unit 203, the feed surface 206 of which is inclined to the horizontal at the angle of inclination ⁇ 3 .
  • the angle of inclination ⁇ 3 is greater than the angle of inclination ⁇ 2 of the second feed surface 205 and is, for example, 20°. Due to this even steeper angle of inclination ⁇ 3 , a further acceleration of the material parts 120 takes place, which leads to an even higher speed of the material parts 120 with the result that even further separation takes place in the transport direction 207.
  • the material parts 120 achieve such a separation in the transport direction 207 that they reach the chute 130 after passing through the feed unit 203, so that sorting can then take place as intended in the manner already described.
  • the spectrometer system 1 has a detection unit 21, which in turn provides several lenses. Each of these lenses is assigned a detection cone 35, which each forms a plasma detection area 39 in an overlap area with the laser beam 5. These plasma detection areas 39 are arranged offset from one another along the beam axis of the laser beam 5 and together form a viewing area 41 of the detection unit 21.
  • the viewing area 41 is therefore composed of the individual plasma detection areas 39, which defines the detection area covered by the detection unit as a whole.
  • Fig. 3 shows a schematic overview of a spectrometer system 1 for the spectral analysis of a plasma light 3A emitted by a laser-induced plasma 3 (schematically indicated as a filled circle).
  • Detectable plasma light 3A is, for example, in the wavelength range of UV light, visible light, near infrared light and/or infrared light; In particular, plasma light to be detected can be in the spectral range from approximately 190 nm to approximately 920 nm.
  • the plasma 3 is generated with a laser beam 5 on a surface 7A of a sample 7.
  • the spectrometer system 1 includes a laser beam source 9.
  • the laser beam source 9 is designed to provide laser beam parameters required for plasma generation.
  • the laser beam 5 is z. B. fed via an optical fiber 9A to a focusing optics 11 and from there onto the surface 7A of the sample 7 (material part 120 according to Figure 1 ) focused.
  • the focusing optics 11 can in particular be designed as a laser head component with a focusing function, such as an active laser component with a focusing function that acts in particular on the spectrum or the pulse duration or the pulse energy.
  • the laser beam 5 is propagated between the focusing optics 11 and the sample 7 along a beam axis 5A.
  • Example focus diameters (1/e 2 beam diameter in the beam waist) and focus lengths (double Rayleigh lengths) are in the range from ⁇ 50 ⁇ m to >250 ⁇ m and in the range from ⁇ 5 mm to >1,000 mm, respectively.
  • Laser parameters can in particular be set/selected such that an area in which plasma generation can take place (also referred to as an ignition area), for example over a length in the range of approximately 5 mm to approximately 50 mm, for example over a length of 10 mm , 20 mm or 30 mm, extends along the beam axis 5A.
  • an area in which plasma generation can take place also referred to as an ignition area
  • Fig. 3 shows schematically a focus zone 11A elongated along the beam axis 5A, as formed in the area of the surface 7A of the sample 7.
  • the plasma 3 forms due to the interaction of the laser radiation with the material on the surface of the sample 7A.
  • the usual dimensions (average diameter) of a plasma 3 are in the range of z. B. 0.1 mm to 5 mm (depending on sample material and laser parameters).
  • the spectrometer system 1 further includes an optical spectrometer 13 for spectral analysis of the plasma light 3A.
  • the optical spectrometer 13 is in Fig. 2 shown as an example as a grid spectrometer.
  • the spectrometer 13 comprises at least one dispersive element 13A, e.g. B. a grid, a prism or a grating prism, and a pixel-based detector 13B, onto which the plasma light strikes in a spectrally expanded manner.
  • Spectral components of the plasma light 3A to be analyzed are assigned to the pixels of the detector 13B.
  • the detector 13B outputs intensity values of the irradiated pixels to an evaluation unit 15, usually a computer with a processor and a memory.
  • the evaluation unit 15 outputs a measured spectral distribution 17 and compares it, for example, with stored comparison spectra in order to assign the elements contributing to the plasma light 3A and thus to the examined sample 3 and output them as the result of the spectral examination.
  • a (spectral-dependent) beam input for the plasma light to be analyzed is defined by an entrance aperture 19, usually an entrance slit 19A.
  • the spectrometer system 1 further comprises a detection unit 21 with a lens holder 23 and a plurality of lenses 25A, 25B, 25C, which are held by the lens holder 23.
  • a detection unit 21 with a lens holder 23 and a plurality of lenses 25A, 25B, 25C, which are held by the lens holder 23.
  • three lenses are shown in the figures, two in the image plane and one behind it.
  • the number of lenses used can be selected depending on spatial and optical parameters as well as parameters of the material of the sample to be examined; it lies e.g. B. in the range from 2 to 20, for example with 4, 5, 8, 9 or 15 lenses.
  • the spectrometer system 1, in particular the detection unit 21, further comprises an optical light guide system 27, which optically connects the lenses 25A, 25B, 25C with the spectrometer 13.
  • the light guide system 27 provides a plurality of optical inputs 29, each of which is optically assigned to one of the lenses 25A, 25B, 25C, and an optical output 31 (functional, common to the lenses), which is optically assigned to the entrance aperture 19.
  • Each of the lenses 25A, 25B, 25C is set up to capture a measurement portion 33 of the plasma light 3A and includes at least one focusing optical element, such as. B. a converging lens or a concave mirror.
  • a detection cone 35 is assigned to each of the lenses 25A, 25B, 25C.
  • the beam axis 5A runs through the detection cones 35, the detection cones 35 having a set minimum size in the area of the laser beam 5.
  • Each of the detection cones 35 includes a plasma detection area 39 in an overlap area with the laser beam 5, which is assigned to the corresponding objective 25A, 25B, 25C.
  • the detection cones 35 have a length from an entrance aperture of an objective to the laser beam in the range of 200 mm to 400 mm.
  • Fig. 2 An example is given in Fig. 2 the plasma 3 is generated in the plasma detection area 39 of the lens 25B, so that the associated measurement component 33 of the plasma light 3A is detected by the lens 25B and imaged onto the associated optical input 29 of the light guide system 27. Measurement components 33 detected by one or more lenses are guided by the optical light guide system 27 to the common optical output 31 and coupled through the entrance aperture 19 into the optical spectrometer 13 for spectral analysis.
  • Fig. 3 shows an example of three lenses 25A, 25B, 25C, which are arranged azimuthally distributed around the beam axis 5A.
  • the lenses 25A and 25B lie on opposite sides of the beam axis 5A and are therefore from opposite ones Sides directed towards the beam axis 5A.
  • the lens 25C is directed from behind onto the beam axis 5A.
  • Another lens in Fig. 2 not shown
  • the detection cones 35 are indicated by dashed lines tapering conically towards the beam axis 5A, with the focus zone 11A, the plasma 3 and the plasma detection areas 39 being shown oversized compared to the detection cones 35 for clarity.
  • Fig. 4 shows again a detailed view of the system 100 according to the invention Fig. 1 .
  • different material parts are provided in their composition, namely material parts 120B made of plastic and material parts 120A made of aluminum.
  • sorting can take place by means of the spectrometer system 1 according to the invention in such a way that the material parts 120A are separated from the material parts 120B.
  • the sorting unit 160 removes it.
  • the sorting unit 160 has an air pressure nozzle, by means of which a plastic part 120B can be removed from the stream of material parts.
  • material parts 120B made of plastic on the one hand and material parts 120A made of aluminum on the other hand accumulate separately at the collection points 170.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Analysieren und Sortieren eines Materialteils, insbesondere eines Schrottteils aus Aluminium, umfassend:- ein Zuführmittel (110) zum Transportieren des Materialteils (120)- eine Sortiereinheit (160), die dazu eingerichtet ist, das Materialteil (120) einer von zwei Fraktionen (F1, F2) zuzuführen,- eine Lasereinrichtung (140), die dazu eingerichtet ist, mit einem sich entlang einer Strahlachse (5A) ausbreitenden Laserstrahl (5) auf einer Oberfläche 7A des Materialteils (120) ein Plasma (3) zu erzeugen,- ein Spektrometersystem (1), das dazu eingerichtet ist, eine Spektralanalyse eines von dem laserinduzierten Plasma (3) emittierten Plasmalichts (3A) durchzuführen und in Entsprechung eines Ergebnisses der durchgeführten Spektralanalyse ein Ausgangssignal zu erzeugen, und- eine Steuervorrichtung (150), die dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und die Sortiereinheit (160) basierend auf dem Ausgangssignal und einem Sortierkriterium zu betreiben,- wobei das Spektrometersystem (1) ein Spektrometer (13) und eine mit dem Spektrometer (13) optisch verbundene Detektionseinheit (21) aufweist,- wobei die Detektionseinheit (21) ein Objektiv (25A, 25B, 25C, 25D) aufweist, dem ein Detektionskegel (35) zugeordnet ist, der in einem Überlappungsbereich (37) mit dem Laserstrahl (5) einen Plasmadetektionsbereich (39) ausbildet,dadurch gekennzeichnet,dass das Zuführmittel (110) drei einzelne und in Transportrichtung (207) des Materialteils (120) in Reihe hintereinander angeordnete Zuführungsaggregate (201, 202, 203) aufweist, wobei jedes Zuführaggregat (201, 202, 203) jeweils dazu eingerichtet ist, das Materialteil (120) entlang einer vom jeweiligen Zuführaggregat (201, 202, 203) bereitgestellten Zuführfläche (204, 205, 206) zu transportieren, wobei die Zuführflächen (204, 205, 206) jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Neigungswinkels (α<sub>1</sub>, α<sub>2</sub>, α<sub>3</sub>) geneigt zur Horizontalen ausgerichtet sind, wobei die Neigungswinkel (α<sub>1</sub>, α<sub>2</sub>, α<sub>3</sub>) unterschiedlich ausgebildet sind.The invention relates to a system for analyzing and sorting a material part, in particular a scrap part made of aluminum, comprising: - a feed means (110) for transporting the material part (120) - a sorting unit (160) which is set up to transport the material part (120). one of two fractions (F1, F2), - a laser device (140) which is set up to produce a plasma (3) on a surface 7A of the material part (120) with a laser beam (5) propagating along a beam axis (5A). ), - a spectrometer system (1) which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light (3A) emitted by the laser-induced plasma (3) and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out, and - a control device ( 150), which is set up to receive the output signal and to operate the sorting unit (160) based on the output signal and a sorting criterion, - the spectrometer system (1) being a spectrometer (13) and a spectrometer (13) optically connected to the spectrometer (13). Detection unit (21), - wherein the detection unit (21) has a lens (25A, 25B, 25C, 25D), to which a detection cone (35) is assigned, which forms a plasma detection area in an overlap area (37) with the laser beam (5). (39), characterized in that the feed means (110) has three individual feed units (201, 202, 203) arranged one behind the other in the transport direction (207) of the material part (120), each feed unit (201, 202, 203 ) is each designed to transport the material part (120) along a feed surface (204, 205, 206) provided by the respective feed unit (201, 202, 203), the feed surfaces (204, 205, 206) each forming a respective Inclination angles (α<sub>1</sub>, α<sub>2</sub>, α<sub>3</sub>) are aligned inclined to the horizontal, with the inclination angles (α<sub>1</sub> >, α<sub>2</sub>, α<sub>3</sub>) are designed differently.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Analysieren und Sortieren eines Materialteils, insbesondere eines Schrottteils aus Aluminium, umfassend ein Zuführmittel zum Transportieren des Materialteils, eine Sortiereinheit, die dazu eingerichtet ist, das Materialteil einer von zwei Fraktionen zuzuführen, eine Lasereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, mit einem sich entlang einer Strahlachse ausbreitenden Laserstrahl auf einer Oberfläche des Materialteils ein Plasma zu erzeugen, ein Spektrometersystem, das dazu eingerichtet ist, eine Spektralanalyse eines von dem laserinduzierten Plasma emittierten Plasmalichts durchzuführen und in Entsprechung eines Ergebnisses der durchgeführten Spektralanalyse ein Ausgangssignal zu erzeugen, und eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und die Sortiereinheit basierend auf dem Ausgangssignal und einem Sortierkriterium zu betreiben, wobei das Spektrometersystem ein Spektrometer und eine mit dem Spektrometer optisch verbundene Detektionseinheit aufweist, wobei die Detektionseinheit ein Objektiv aufweist, dem ein Detektionskegel zugeordnet ist, der in einem Überlappungsbereich mit dem Laserstrahl einen Plasmadetektionsbereich ausbildet.The invention relates to a system for analyzing and sorting a material part, in particular a scrap part made of aluminum, comprising a feed means for transporting the material part, a sorting unit which is set up to feed the material part to one of two fractions, a laser device which is set up to to generate a plasma on a surface of the material part with a laser beam propagating along a beam axis, a spectrometer system which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light emitted by the laser-induced plasma and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out, and a control device which is set up to receive the output signal and to operate the sorting unit based on the output signal and a sorting criterion, the spectrometer system having a spectrometer and a detection unit optically connected to the spectrometer, the detection unit having a lens to which a detection cone is assigned, which forms a plasma detection area in an overlap area with the laser beam.

Ein System der vorbeschriebenen, d. h. gattungsgemäßen Art ist aus der EP 3 352 919 B1 bekannt. Das vorbekannte System ermöglicht eine Sortierung von Materialteilen, insbesondere von Schrottteilen aus Aluminium, auf Basis einer laserinduzierten Plasmaspektroskopie, auch als LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) bezeichnet. Dabei wird die laserinduzierte Plasmaspektroskopie zur Bestimmung einer elementspezifischen Zusammensetzung eines Materialteils, d. h. einer Probe mithilfe eines Plasmas eingesetzt. Das Plasma wird mit hochintensiver, fokussierter Laserstrahlung an einer Oberfläche des Materialteils erzeugt. Vom Plasma imitiertes Licht wird detektiert und spektral ausgewertet, um auf eine elementare Zusammensetzung des Materialteils rückzuschließen.A system of the type described above, ie of the generic type, is from the EP 3 352 919 B1 known. The previously known system enables material parts, in particular scrap parts made of aluminum, to be sorted on the basis of laser-induced plasma spectroscopy, also referred to as LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy). Laser-induced plasma spectroscopy is used to determine an element-specific composition of a material part, ie a sample, using a plasma. The plasma is generated on a surface of the material part using high-intensity, focused laser radiation. Light imitated by the plasma is detected and spectrally evaluated in order to draw conclusions about the elemental composition of the material part.

Gemäß dem vorbekannten System werden zu sortierende Materialteile einem Zuführmittel aufgegeben. Bei dem Zuführmittel kann es sich beispielsweise um schwingungsbewegte Platten handeln, die eine Zuführfläche bereitstellen, entlang derer die Materialteile bewegt werden.According to the previously known system, material parts to be sorted are fed into a feed means. The feed means can be, for example, oscillating plates that provide a feed surface along which the material parts are moved.

Mittels des Zuführmittels werden die zu analysierenden und sortierenden Materialteile gemäß der EP 3 352 919 B1 einer Rutsche aufgegeben. Der Schwerkraft folgend rutschen die Materialteile die Rutsche herunter und verlassen diese über eine untere Randkante der Rutsche. Von hier aus bewegen sich die zu analysierenden und zu sortierenden Materialteile nach wie vor der Gewichtskraft folgend im freien Fall durch die Umgebungsatmosphäre hindurch. Dabei dienen das Zuführmittel und die Rutsche dafür, dass eine Vereinzelung der Materialteile stattfindet und diese im freien Fall durch einen räumlich definierten Fallkorridor hindurchbewegt werden.The material parts to be analyzed and sorted are transported using the feed means according to the EP 3 352 919 B1 abandoned on a slide. Following gravity, the material pieces slide down the slide and leave it via a lower edge of the slide. From here, the material parts to be analyzed and sorted continue to move in free fall through the surrounding atmosphere, following the force of weight. The feed means and the chute ensure that the material parts are separated and moved through a spatially defined fall corridor in free fall.

Während des freien Falls findet für jedes die Rutsche verlassende Materialteil eine laserinduzierte Plasmaspektroskopie statt. Zu diesem Zweck ist eine Lasereinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, mit einem sich entlang einer Strahlachse ausbreitenden Laserstrahl auf einer Oberfläche eines Materialteils ein Plasma zu erzeugen. Des Weiteren ist ein Spektrometersystem vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, eine Spektralanalyse eines von dem laserinduzierten Plasma emittierten Plasmalichts durchzuführen und in Entsprechung eines Ergebnisses der durchgeführten Spektralanalyse ein Ausgangssignal zu erzeugen.During free fall, laser-induced plasma spectroscopy takes place for every piece of material leaving the slide. For this purpose, a laser device is provided which is designed to generate a plasma on a surface of a material part using a laser beam that propagates along a beam axis. Furthermore, a spectrometer system is provided which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light emitted by the laser-induced plasma and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out.

Dieses Ausgangssignal dient dann in Kombination mit einem Sortierkriterium im Weiteren einer Sortiereinheit dazu, die die Rutsche verlassenden Materialteile einer von zwei Fraktionen zuzuführen. Als Sortiereinheit kann beispielsweise eine Luftdüse zum Einsatz kommen, die mittels der Steuervorrichtung entsprechend angesteuert wird. Aus dem Strom an Materialteilen, die die Rutsche verlassen, können so unter Luftdruckeinwirkung bestimmte Materialteile aussortiert werden. Im Ergebnis stehen so eine Fraktion von aussortierten und eine Fraktion von nicht aussortierten Materialteilen.This output signal is then used in combination with a sorting criterion in a sorting unit to feed the material parts leaving the chute to one of two fractions. For example, an air nozzle can be used as a sorting unit, which is controlled accordingly by the control device. Certain material parts can be sorted out from the stream of material parts leaving the chute under the influence of air pressure. The result is a fraction of sorted material parts and a fraction of non-sorted material parts.

Typischerweise dient das vorbekannte System dazu, Materialteile einer bestimmten Zusammensetzung zu erkennen und von Materialteilen einer anderen Zusammensetzung zu trennen. Dabei erfolgt eine solche Trennung entweder deshalb, weil ein Materialteil einer ungewünschten Zusammensetzung erkannt und mittels der Sortiereinheit ausgeschleust wird oder weil die Zusammensetzung eines Materialteils nicht sicher festgestellt werden konnte und deshalb eine Ausschleusung mittels der Sortiereinheit stattfindet. Die Fraktion der ausgeschleusten Materialteile setzt sich mithin zusammen aus in ihrer Zusammensetzung eindeutig identifizierten und nicht gewünschten Materialteilen einerseits und in ihrer Zusammensetzung nicht eindeutig identifizierten Materialteilen andererseits.Typically, the previously known system serves to recognize parts of material of a certain composition and to separate them from parts of material of a different composition. Such a separation occurs either because a material part of an undesired composition is recognized and removed by means of the sorting unit or because the composition of a material part could not be reliably determined and therefore removal takes place by means of the sorting unit. The fraction of rejected material parts is therefore composed of material parts whose composition is clearly identified and not desired, on the one hand, and material parts whose composition is not clearly identified, on the other hand.

Obgleich sich das vorbeschriebene System im alltäglichen Praxiseinsatz bewährt hat, besteht Verbesserungsbedarf. So hat sich insbesondere herausgestellt, dass es für ein effektives Sortierergebnis von entscheidender Bedeutung ist, die zu sortierenden Materialteile der Lasereinrichtung und/oder dem Spektrometersystem vereinzelt zuzuführen, damit im weiteren Gang des Verfahrens ein optimierter Zugriff durch die Lasereinrichtung und/oder das Spektrometersystem ermöglicht ist. Andernfalls wird das Sortierergebnis nachteilig beeinflusst, wobei es in nachteiliger Weise insbesondere zur Aussortierung nicht eindeutig identifizierter Materialteile kommt.Although the system described above has proven itself in everyday practical use, there is a need for improvement. In particular, it has been found that, for an effective sorting result, it is crucial to feed the material parts to be sorted individually to the laser device and/or the spectrometer system, so that optimized access is made possible by the laser device and/or the spectrometer system in the further course of the process . Otherwise, the sorting result will be adversely affected, with material parts that are not clearly identified being sorted out in a disadvantageous manner.

Es ist deshalb ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik die Aufgabe der Erfindung, ein System der eingangs genannten Art konstruktiv dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine gesteigerte Sortiereffizienz erreicht ist.It is therefore, based on the prior art described above, the object of the invention to further develop a system of the type mentioned at the beginning so that increased sorting efficiency is achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein System der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Zuführmittel drei einzelne und in Transportrichtung des Materialteils in Reihe hintereinander angeordnete Zuführaggregate aufweist, wobei jedes Zuführaggregat jeweils dazu eingerichtet ist, das Materialteil entlang einer vom jeweiligen Zuführaggregat bereitgestellten Zuführfläche zu transportieren, wobei die Zuführflächen jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Neigungswinkels geneigt zur Horizontalen ausgerichtet sind, wobei die Neigungswinkel unterschiedlich groß ausgebildet sind.To solve this problem, the invention proposes a system of the type mentioned at the beginning, which is characterized in that the feed means has three individual feed units arranged one behind the other in the transport direction of the material part, each feed unit being set up to feed the material part along one to transport the feed surface provided by the respective feed unit, the feed surfaces each being aligned inclined to the horizontal to form a respective angle of inclination, the angles of inclination being of different sizes.

Nach dem Stand der Technik kommt ein Zuführmittel zum Transportieren des Materialteils zum Einsatz, das eine Zuführfläche bereitstellt, entlang welcher das Materialteil im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall bewegt wird. Das Zuführmittel kann beispielsweise als schwingbewegte Platte ausgebildet sein. Es dient insbesondere dazu, eine Mehrzahl von auf das Zuführmittel aufgegebenen Materialteilen zu vereinzeln, so dass diese im Weiteren voneinander beabstandet der Lasereinrichtung und/oder dem Spektrometersystem zugeführt werden können.According to the prior art, a feed means is used to transport the material part, which provides a feed surface along which the material part is moved in the intended use. The feed means can be designed, for example, as an oscillating plate. It serves in particular to separate a plurality of material parts applied to the feed means so that they can then be fed to the laser device and/or the spectrometer system at a distance from one another.

Die mit dem vorbekannten Zuführmittel erreichte Vereinzelung ist allerdings begrenzt, womit eine nur vergleichsweise geringe Durchsatzmenge ermöglicht ist. Dabei kann die Durchsatzmenge auch nicht dadurch erhöht werden, dass dem Zuführmittel ein Mehr an zu sortierenden Materialteilen aufgegeben wird, da es in diesem Fall zu einer nicht hinreichenden Vereinzelung mit der Folge kommt, dass die Sortierqualität und damit auch die Sortiereffizienz sinkt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung schafft hier Abhilfe.However, the separation achieved with the previously known feed means is limited, which means that only a comparatively small throughput is possible. The throughput cannot be increased by adding more material parts to be sorted to the feed means, since in this case there will be insufficient separation, with the result that the sorting quality and thus also sorting efficiency decreases. The design according to the invention provides a remedy here.

Das erfindungsgemäße Zuführmittel verfügt über wenigstens drei Zuführaggregate. Diese sind jeweils als eigenständige Baugruppe ausgebildet. Es sind mithin mindestens drei separate, das heißt einzelne Zuführaggregate vorgesehen. Diese sind in Transportrichtung des Materialteils in Reihe hintereinander angeordnet, womit ein in Transportrichtung erstes Zuführaggregat, ein in Transportrichtung zweites Zuführaggregat sowie ein in Transportrichtung drittes Zuführaggregat gegeben sind. Diese Zuführaggregate bilden in ihrer Gemeinschaft das erfindungsgemäße Zuführmittel.The feed means according to the invention has at least three feed units. These are each designed as an independent assembly. There are therefore at least three separate, i.e. individual, feed units provided. These are arranged in a row one behind the other in the transport direction of the material part, which means that there is a first feed unit in the transport direction, a second feed unit in the transport direction and a third feed unit in the transport direction. Together, these feed units form the feed means according to the invention.

Jedes der Zuführaggregate ist jeweils dazu eingerichtet, das Materialteil entlang einer vom jeweiligen Zuführaggregat bereitgestellten Zuführfläche zu transportieren. Jedes Zuführaggregat stellt mithin eine Zuführfläche bereit. Dabei wird das Materialteil im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall in Transportrichtung gefördert und von Zuführaggregat zu Zuführaggregat weitergegeben.Each of the feed units is set up to transport the material part along a feed surface provided by the respective feed unit. Each feed unit therefore provides a feed area. When used as intended, the material part is conveyed in the transport direction and passed on from feed unit to feed unit.

Die Zuführflächen der Zuführaggregate sind jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Neigungswinkels geneigt zur Horizontalen ausgerichtet. Die Zuführaggregate beziehungsweise deren Zuführflächen sind mithin schräg ausgerichtet, und zwar zur Horizontalen derart geneigt, dass ein Materialteil bei seinem Transport in Transportrichtung infolge der Schwerkrafteinwirkung unterstützt wird.The feed surfaces of the feed units are each aligned inclined to the horizontal, forming a respective angle of inclination. The feed units or their feed surfaces are therefore aligned obliquely, namely inclined to the horizontal in such a way that a material part is supported during its transport in the transport direction as a result of the effect of gravity.

Die Zuführaggregate stellen jeweils beispielsweise eine schwingbewegte Platte zur Verfügung, die die jeweilige Zuführfläche bereitstellt. Infolge einer Schwingbewegung einer solchen Platte kommt es zum Transport eines darauf befindlichen Materialteils in Transportrichtung. Die erfindungsgemäß vorgesehene geneigte Ausrichtung der jeweiligen Zuführflächen unterstützt diesen Transport, da in Ergänzung der Schwingbewegung die auf das Materialteil einwirkende Schwerkraft hinzutritt.The feed units each provide, for example, an oscillating plate that provides the respective feed surface. As a result of a swinging movement of such a plate, a piece of material located on it is transported in the transport direction. The inclined orientation of the respective feed surfaces provided according to the invention supports this transport, since the oscillating movement is supplemented by the force of gravity acting on the material part.

Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang ferner vorgesehen, dass die Neigungswinkel der Zuführflächen unterschiedlich groß ausgebildet sind. Im Ergebnis führt die unterschiedliche Neigungswinkelausbildung dazu, dass die auf das Materialteil einwirkende Schwerkraft je nach Zuführaggregat einen anderen Einfluss auf den Transport des Materialteils in Transportrichtung nimmt. Dabei ist der Einfluss umso größer, je größer der Neigungswinkel ausgebildet ist.According to the invention, it is further provided in this context that the angles of inclination of the feed surfaces are designed to be of different sizes. As a result, the different inclination angle formation means that the force of gravity acting on the material part has a different influence on the transport of the material part in the transport direction depending on the feed unit. The greater the angle of inclination, the greater the influence.

Die unterschiedliche Neigungswinkelausgestaltung sorgt mithin in vorteilhafter Weise dafür, dass ein Materialteil je nach Zuführaggregat unterschiedlich stark in Transportrichtung beschleunigt wird. Dies wiederum gestattet es in vorteilhafter Weise, eine sehr viel effizientere Vereinzelung mehrerer Materialteile vornehmen zu können, und dies auch bei einer hohen Anzahl an zu vereinzelnden Materialteilen. Denn die unterschiedliche Schrägstellung der Zuführflächen der einzelnen Zuführaggregate sorgt sicher dafür, dass mit zunehmender Transportstrecke die Transportgeschwindigkeit der Materialteile zunimmt, womit auch die Vereinzelung bei zunehmender Transportstrecke steigt. Folgt können der Lasereinrichtung und/oder dem Spektrometersystem zuverlässig vereinzelte Materialteile zugeführt werden, und dies auch bei einem im Unterschied zum Stand der Technik Mehr an zu vereinzelnden Materialteilen. Damit sorgt das erfindungsgemäße Zuführmittel für eine gesteigerte Durchflussmenge, und dies bei gleichzeitig gesteigerter Sortierqualität, womit die Sortiereffizienz des erfindungsgemäßen Systems im Unterschied zum Stand der Technik insgesamt gesteigert ist.The different inclination angle design therefore advantageously ensures that a material part is accelerated to different degrees in the transport direction depending on the feed unit. This in turn advantageously allows a much more efficient separation of several material parts, even with a large number of material parts to be separated. The different inclination of the feed surfaces of the individual feed units ensures that the transport speed of the material parts increases as the transport distance increases, which means that the separation also increases as the transport distance increases. As a result, isolated material parts can be reliably fed to the laser device and/or the spectrometer system, even if, in contrast to the prior art, there are more material parts to be separated. The feed means according to the invention thus ensures an increased flow rate, and this at the same time as increasing the sorting quality, which means that the sorting efficiency of the system according to the invention is increased overall in contrast to the prior art.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils ersten Zuführaggregats kleiner als der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils zweiten Zuführaggregats ausgebildet ist. Schwerkraftbedingt wird mithin das Materialteil mittels des zweiten Zuführaggregats auf eine höhere Transportgeschwindigkeit beschleunigt. Dies führt zu einer Vereinzelung der Materialteile insbesondere in Längsrichtung des Zuführaggregats, das heißt in Transportrichtung des Materialteils.According to a further feature of the invention, it is provided that the inclination angle of the feed surface of the first feed unit in the transport direction of the material part is smaller than the inclination angle of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part. Due to gravity, the material part is accelerated to a higher transport speed by means of the second feed unit. This leads to a separation of the material parts, particularly in the longitudinal direction of the feed unit, that is, in the transport direction of the material part.

Die vergleichsweise niedrige Transportgeschwindigkeit, die mittels des ersten Zuführaggregats erreicht wird, dient insbesondere dazu, eine Vereinzelung der aufgegebenen Materialteile in Breitenrichtung des Zuführaggregats, das heißt quer zur Transportrichtung des Materialteils vorzunehmen. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass ein Vergleichmäßigung der aufgegebenen Materialteile in Breitenrichtung stattfindet, so dass die im weiteren Verfahrensgang von den Materialteilen jeweils zu passierenden Sortiervorrichtungen gleichermaßen bedient werden können. Es wird so in vorteilhafter Weise insbesondere vermieden, dass einzelne Sortiereinheiten mit zur Erreichung einer gewünschten Sortierqualität zu vielen Materialteilen beschickt werden, während andere Sortiereinheiten nicht genutzte Verarbeitungskapazitäten bereitstellen. Das erste Zuführaggregat dient mithin einer Verteilung der Materialteile über die insgesamt zur Verfügung stehende Breite des Zuführmittels.The comparatively low transport speed, which is achieved by means of the first feed unit, serves in particular to separate the fed material parts in the width direction of the feed unit, that is, transversely to the transport direction of the material part. This measure ensures that the material parts fed in are evened out in the width direction, so that the sorting devices that the material parts pass through in the further process can be operated equally. In this way, it is advantageously avoided that individual sorting units are loaded with too many pieces of material in order to achieve a desired sorting quality, while other sorting units provide unused processing capacities. The first feed unit therefore serves to distribute the material parts over the overall available width of the feed means.

Die vergleichsweise niedrige Geschwindigkeit der Materialteile in Transportrichtung, die vom ersten Zuführaggregat zwecks Materialteilverteilung in der Breite zur Verfügung gestellt wird, sorgt für eine gewisse Aufstauung der Materialteile in Transportrichtung. Diese Aufstauung wird nach Übergabe der Materialteile vom ersten Zuführaggregat auf das zweite Zuführaggregat aufgelöst, da das zweite Zuführaggregat erfindungsgemäß unter einem größeren Neigungswinkel als das erste Zuführaggregat steht. Hierdurch bedingt kommt es zu einer Vereinzelung der auf das zweite Zuführaggregat aufgegebenen Materialteile in Längsrichtung, das heißt in Transportrichtung der Materialteile.The comparatively low speed of the material parts in the transport direction, which is provided by the first feed unit for the purpose of distributing the material parts across the width, ensures a certain accumulation of the material parts in the transport direction. This build-up is resolved after the material parts have been transferred from the first feed unit to the second feed unit, since according to the invention the second feed unit is at a larger angle of inclination than the first feed unit. As a result of this, the material parts fed onto the second feed unit are separated in the longitudinal direction, that is to say in the transport direction of the material parts.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils zweiten Zuführaggregats kleiner als der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils dritten Zuführaggregats ausgebildet ist.According to a further feature of the invention, it is provided that the inclination angle of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part is smaller than the inclination angle of the feed surface of the third feed unit in the transport direction of the material part.

Durch den Unterschied zum zweiten Zuführaggregat noch steilere Neigung des dritten Zuführaggregats, wird eine weitere Beschleunigung der Materialteile in Transportrichtung erreicht. Die mittels des zweiten Zuführaggregats in Transportrichtung bereits vorvereinzelten Materialteile werden nun mittels des dritten Zuführaggregats noch weiter in Transportrichtung auseinandergezogen, mithin vereinzelt. Diese zweite Vereinzelungsstufe in Längsrichtung ermöglicht eine im Unterschied zum Stand der Technik höhere Anzahl an vom Zuführmittel verarbeitbaren Materialteilen. Dabei wird mittels des ersten Zuführaggregats eine Vereinzelung in Breitenrichtung und mittels der beiden weiteren Zuführaggregate jeweils eine Vereinzelung in Längsrichtung vorgenommen, womit im Ergebnis über die gesamte Breite des Zuführmittels in Längsrichtung jeweils vereinzelte Materialteile abgabeseitig der Lasereinrichtung bzw. dem Spektrometersystem zugeführt werden. Es ist so im Weiteren eine bestimmungsgemäße Spektroskopie ermöglicht, und zwar im Unterschied zum Stand der Technik bei einer erhöhten Durchflussmenge.Due to the even steeper inclination of the third feed unit compared to the second feed unit, a further acceleration of the material parts in the transport direction is achieved. The material parts that have already been pre-separated in the transport direction by means of the second feed unit are now pulled further apart in the transport direction by means of the third feed unit, and are therefore separated. In contrast to the prior art, this second separation stage in the longitudinal direction enables a higher number of material parts to be processed by the feed means. In this case, a separation in the width direction is carried out by means of the first feed unit and a separation in the longitudinal direction is carried out by means of the two further feed units, as a result of which isolated material parts are fed to the laser device or the spectrometer system in the longitudinal direction over the entire width of the feed means. In this way, spectroscopy as intended is also possible, in contrast to the prior art with an increased flow rate.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Unterschied zwischen den Neigungswinkeln 2° bis 8°, vorzugsweise 3° bis 7°, am meisten bevorzugt 5° beträgt.According to a further feature of the invention it is provided that the difference between the inclination angles is 2° to 8°, preferably 3° to 7°, most preferably 5°.

Wie Untersuchungen gezeigt haben, können die einzelnen Neigungswinkel nicht völlig frei gewählt werden. Einerseits müssen die Winkel steil genug sein, damit eine der Gewichtskraft folgende Beschleunigung der Materialteile insbesondere in Längsrichtung zur Vereinzelung derselben stattfinden kann. Andererseits dürfen die Winkel aber auch nicht zu steil gewählt werden, weil es ansonsten zu übersteigendem Material und/oder zu Überholeffekten kommt, was der gewünschten Vereinzelung widerspricht. Die vorstehend angegebenen Winkelbereiche sind nach Untersuchungen der Anmelderin optimal, wobei insbesondere ein Unterschied zwischen den Neigungswinkeln von 5° gewählt wird.As studies have shown, the individual angles of inclination cannot be chosen completely freely. On the one hand, the angles must be steep enough for one of the Weight force following acceleration of the material parts can take place, especially in the longitudinal direction, to separate them. On the other hand, the angles must not be chosen too steep, otherwise the material will climb over and/or overtake effects, which contradicts the desired separation. According to the applicant's investigations, the angle ranges specified above are optimal, with a difference between the inclination angles of 5° being chosen in particular.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils ersten Zuführaggregats 7° bis 13°, vorzugsweise 8° bis 12°, am meisten bevorzugt 10° beträgt. Mit dieser Winkelwahl ist sichergestellt, dass eine hinreichende Beschleunigung der dem Zuführaggregat aufgegebenen Materialteile in Transportrichtung stattfindet, gleichzeitig aber noch die gewünschte Verteilung der Materialteile in Breitenrichtung erfolgt. Ein zu steiler Neigungswinkel würde in nachteiliger Weise dazu führen, dass die gewünschte Verteilung der Materialteile in Breitenrichtung ausbleibt.According to a further feature of the invention, it is provided that the angle of inclination of the feed surface of the first feed unit in the transport direction of the material part is 7° to 13°, preferably 8° to 12°, most preferably 10°. This choice of angle ensures that there is sufficient acceleration of the material parts fed to the feed unit in the transport direction, but at the same time the desired distribution of the material parts in the width direction takes place. An angle of inclination that is too steep would disadvantageously result in the desired distribution of the material parts in the width direction not being achieved.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils zweiten Zuführaggregats 12° bis 18°, vorzugsweise 13° bis 17°, am meisten bevorzugt 15° beträgt.According to a further feature of the invention, it is provided that the angle of inclination of the feed surface of the second feed unit in the transport direction of the material part is 12° to 18°, preferably 13° to 17°, most preferably 15°.

Nach einer Übergabe der Materialteile vom ersten Zuführaggregat auf das zweite Zuführaggregat findet eine Beschleunigung der Materialteile in Transportrichtung statt, und zwar zum Zwecke der Vereinzelung der Materialteile in Längsrichtung des Zuführaggregats, das heißt in Transportrichtung. Dabei kommt es in einem ersten Schritt darauf an, eine Vorvereinzelung der Materialteile vorzunehmen, und zwar unter Vermeidung insbesondere von Überholeffekten. Ein Neigungswinkel von 10° hat sich zur Erfüllung dieser wünschenswerterweise zu erreichenden Vereinzelung als besonders geeignet herausgestellt. Eine insbesondere noch steilere Winkelausgestaltung würde nicht zu einer noch größeren Vereinzelung führen, sondern ganz im Gegenteil zu partiellen ungewünschten Materialteilansammlungen führen, insbesondere infolge von übersteigenden Materialteilen und/oder Überholeffekten.After the material parts have been transferred from the first feed unit to the second feed unit, the material parts are accelerated in the transport direction, specifically for the purpose of separating the material parts in the longitudinal direction of the feed unit, i.e. in the transport direction. The first step is to carry out pre-separation of the material parts, particularly while avoiding overtaking effects. An angle of inclination of 10° has proven to be particularly suitable for achieving this desirable separation. A particularly even steeper angle design would not lead to even greater isolation, but on the contrary would lead to partial, undesirable accumulations of material parts, in particular as a result of overhanging material parts and/or overtaking effects.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel der Zuführfläche des in Transportrichtung des Materialteils dritten Zuführaggregats 17° bis 23°, vorzugsweise 18° bis 22°, am meisten bevorzugt 20° beträgt.According to a further feature of the invention, it is provided that the angle of inclination of the feed surface of the third feed unit in the transport direction of the material part is 17° to 23°, preferably 18° to 22°, most preferably 20°.

Die mittels des zweiten Zuführaggregats vorvereinzelten Materialteile können nun mittels des dritten Zuführaggregats noch weiter vereinzelt werden. Dabei ist die weitere Schrägstellung hinsichtlich des dritten Zuführaggregats auch unter Vermeidung von übersteigendem Material und/oder Überholeffekten deshalb möglich, weil die Materialteile mittels des zweiten Zuführaggregats bereits vorbeschleunigt sind. Mittels des dritten Zuführaggregats findet mithin eine weitere Vereinzelung der Materialteile statt, so dass schlussendlich definiert voneinander beabstandete Materialteile das Zuführmittel in Richtung der Lasereinrichtung und/oder des Spektrometersystems verlassen.The material parts pre-separated using the second feed unit can now be further separated using the third feed unit. The further inclination with respect to the third feed unit is also possible while avoiding excess material and/or overtaking effects because the material parts are already pre-accelerated by means of the second feed unit. By means of the third feed unit, a further separation of the material parts takes place, so that ultimately material parts that are spaced apart in a defined manner leave the feed means in the direction of the laser device and/or the spectrometer system.

Die Dreistufigkeit des erfindungsgemäßen Zuführmittels gestattet es im Unterschied zum Stand der Technik einerseits, dass eine erhöhte Menge an Materialteilen verarbeitet werden kann, wobei andererseits eine Gleichverteilung in Breitenrichtung sowie eine Vereinzelung in Transportrichtung sicher gewährleistet ist. Dabei sind die einzelnen Stufen hinsichtlich ihres jeweiligen Neigungswinkels derart aufeinander abgestimmt, dass die zu vereinzelnden Materialteile von Stufe zu Stufe, das heißt von Zuführaggregat zu Zuführaggregat weiter beschleunigt werden, wobei unerwünschte Überholeffekte und/oder übersteigende Materialteile sicher vermieden sind.In contrast to the prior art, the three-stage nature of the feed means according to the invention allows, on the one hand, that an increased amount of material parts can be processed, while, on the other hand, uniform distribution in the width direction and separation in the transport direction is reliably guaranteed. The individual stages are coordinated with one another with regard to their respective angle of inclination in such a way that the material parts to be separated are further accelerated from stage to stage, i.e. from feed unit to feed unit, with undesirable overtaking effects and/or material parts exceeding each other being reliably avoided.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Neigungswinkel einstellbar ausgebildet sind. Die Einstellbarkeit der Neigungswinkel ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nach Größe und Gewicht unterschiedliche Materialteile sortiert werden können. Denn so ist es insbesondere gestattet, die jeweiligen Neigungswinkel hinsichtlich der Sortieraufgabe optimiert einstellen zu können. So können insbesondere in Abhängigkeit der Größe der zu sortierenden Materialteile und/oder deren spezifisches Gewicht die Neigungswinkel sämtlicher oder auch nur einzelner Zuführaggregate entsprechend eingestellt werden.According to a further feature of the invention it is provided that the angles of inclination are designed to be adjustable. The ability to adjust the angle of inclination is particularly advantageous when different material parts can be sorted according to size and weight. This makes it possible, in particular, to be able to adjust the respective angles of inclination in an optimized manner with regard to the sorting task. In particular, depending on the size of the material parts to be sorted and/or their specific weight, the angles of inclination of all or even individual feed units can be adjusted accordingly.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das in Transportrichtung des Materialteils erste Zuführaggregat ein Schwingförderer mit einem Unwuchtantrieb ist.According to a further feature of the invention it is provided that the first feed unit in the transport direction of the material part is a vibratory conveyor with an unbalance drive.

Das in Transportrichtung erste Zuführaggregat dient der Vereinzelung der Materialteile bzw. Verteilung derselben in Breitenrichtung. Ein Schwingförderer mit einem Unwuchtantrieb ist hierfür ausreichend, so dass dieser ob seiner vergleichsweise geringen Anschaffungs- und Unterhaltungskosten bevorzugt ist.The first feed unit in the transport direction is used to separate the material parts or distribute them in the width direction. A vibratory conveyor with an unbalance drive is sufficient for this, so it is preferred because of its comparatively low purchase and maintenance costs.

Das zweite und das dritte Zuführaggregat sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bevorzugterweise als Schwingförderer mit einem Magnetantrieb ausgebildet. Ein Schwingförderer mit Magnetantrieb bietet im Unterschied zu einem Schwingförderer mit Unwuchtantrieb den Vorteil, stufenlos dosiert werden zu können, womit ein exakterer Einfluss auf die Fördergeschwindigkeit in Transportrichtung genommen werden kann. Der Magnetantrieb gewährleistet es zudem, dass ein Nachlaufen von Materialteilen dem Grunde nach ausgeschlossen ist. Dies erlaubt im Ergebnis eine sehr präzise Regelung des Materialtransports, womit gezielt Einfluss auf die gewünschte Vereinzelung der Materialteile genommen werden kann.According to a further feature of the invention, the second and third feed units are preferably designed as vibratory conveyors with a magnetic drive. In contrast to a vibratory conveyor with an unbalance drive, a vibratory conveyor with a magnetic drive offers the advantage of being able to dose continuously, which means that a more precise influence can be had on the conveying speed in the transport direction. The magnetic drive also ensures that there is no chance of material parts running over. As a result, this allows very precise control of the material transport, which can be used to specifically influence the desired separation of the material parts.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Detektionseinheit ein weiteres Objektiv aufweist, dem ein weiterer Detektionskegel zugeordnet ist, der in einem weiteren Überlappungsbereich mit dem Laserstrahl einen weiteren Plasmadetektionsbereich ausbildet, wobei die Objektive in Relation zueinander derart angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass der Plasmadetektionsbereich und der weitere Plasmadetektionsbereich entlang der Strahlachse versetzt angeordnet sind und zusammen einen Sichtbereich der Detektionseinheit ausbilden.According to a further feature of the invention, it is provided that the detection unit has a further objective, to which a further detection cone is assigned, which forms a further plasma detection area in a further overlap area with the laser beam, the objectives being arranged and/or aligned in relation to one another in this way that the plasma detection area and the further plasma detection area are arranged offset along the beam axis and together form a viewing area of the detection unit.

Diese Ausgestaltung erbringt in vorteilhafter Weise einen vergrößerten Detektionsbereich, und dies mit der Folge, dass ein Mehr an Materialteilen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung sicher erkannt werden kann. In der Konsequenz ist das Sortierergebnis verbessert, da Fehlaussortierungen minimiert sind. Im Ergebnis ergibt sich eine in ihrer Effektivität gesteigerte Sortierung.This configuration advantageously provides an enlarged detection range, with the result that more material parts can be reliably recognized with regard to their composition. As a result, the sorting result is improved because incorrect sorting is minimized. The result is sorting that is more effective.

Der vergrößerte Detektionsbereich ergibt sich dadurch, dass im Unterschied zum Stand der Technik nicht nur ein Objektiv vorgesehen ist, sondern mehrere Objektive, mindestens also zwei Objektive. Bevorzugt sind indes mehr als zwei Objektive, beispielsweise drei, vier oder noch mehr Objektive.The enlarged detection range results from the fact that, in contrast to the prior art, not just one lens is provided, but rather several lenses, i.e. at least two lenses. However, more than two lenses are preferred, for example three, four or even more lenses.

Je Objektiv stellt sich ein Plasmadetektionsbereich ein. Bei vier Objektiven sind mithin vier Plasmadetektionsbereiche gegeben. Erfindungsgemäß ist nun ferner vorgesehen, dass die Objektive in Relation zueinander derart angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass die Plasmadetektionsbereiche entlang der Strahlachse des Laserstrahls versetzt angeordnet sind und zusammen den Sichtbereich der Detektionseinheit ausbilden. Dabei stellt der Sichtbereich den sich insgesamt ergebenden Detektionsbereich dar, der sich aus den einzelnen Plasmadetektionsbereichen zusammensetzt und mithin im Unterschied zum Stand der Technik deutlich vergrößert ist.A plasma detection area is created for each lens. With four lenses, there are four plasma detection areas. According to the invention, it is now further provided that the lenses are arranged and/or aligned in relation to one another in such a way that the plasma detection areas are arranged offset along the beam axis of the laser beam and together form the viewing area of the detection unit. The viewing area represents the overall resulting detection area, which results from the individual plasma detection areas and is therefore significantly enlarged in contrast to the prior art.

Gemäß dem Stand der Technik wird also der Detektionsbereich durch nur einen Plasmadetektionsbereich eines Objektives gebildet. Entlang der Strahlachse des Laserstrahls kann sich ein solcher Plasmadetektionsbereich typischerweise über eine Strecke von 8 bis 10 mm erstrecken. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung des Sichtbereichs der Detektionseinheit aus einzelnen entlang der Strahlachse versetzt angeordneten Plasmadetektionsbereichen führt zu einem Gesamtdetektionsbereich, der in Richtung der Strahlachse eine Erstreckung von 20 mm, 30 mm, 40 mm oder mehr aufweist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass aufgrund ihrer geometrischen Ausgestaltung ansonsten nicht detektierbare Materialteile sicher erkannt werden können, so auch insbesondere sphärisch oder teilsphärisch ausgebildete Materialteile.According to the prior art, the detection area is formed by only one plasma detection area of a lens. Such a plasma detection area can typically extend over a distance of 8 to 10 mm along the beam axis of the laser beam. The inventive composition of the viewing area of the detection unit from individual plasma detection areas arranged offset along the beam axis leads to an overall detection area which has an extent of 20 mm, 30 mm, 40 mm or more in the direction of the beam axis. This advantageously ensures that material parts that would otherwise not be detectable can be reliably identified due to their geometric design, including in particular material parts that are spherical or partially spherical.

Im Ergebnis erlaubt das erfindungsgemäße System eine verbesserte Sortierung, da der Anteil an aussortierten Materialteilen, die deshalb aussortiert werden, weil ihre Zusammensetzung nicht sicher identifiziert werden kann, minimiert ist.As a result, the system according to the invention allows improved sorting, since the proportion of material parts that are sorted out because their composition cannot be reliably identified is minimized.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zuführmittels einerseits und die Ausrüstung der Detektionseinheit mit einem weiteren Objektiv andererseits erbringen im Ergebnis den synergetischen Effekt einer insgesamt gesteigerten Durchsatzmenge. Denn so mag zwar das erfindungsgemäße Zuführmittel im Unterschied zum Stand der Technik ein Mehr an Materialteilen verarbeiten, doch bedarf es auch einer hierauf abgestimmten Detektionseinheit. Andererseits wird eine mit einem weiteren Objektiv ausgestattete Detektionseinheit nicht vollends ausgelastet, wenn das Zuführmittel nicht in der Lage ist, eine entsprechende Menge an Materialteilen vereinzelt bereitzustellen. Das erfindungsgemäß ausgebildete Zuführmittel einerseits und die weitergebildete Detektionseinheit andererseits sorgen mithin in Kombination für eine insgesamt noch weiter gesteigerte Durchflussmenge.The inventive design of the feed means on the one hand and the equipment of the detection unit with an additional lens on the other hand result in the synergistic effect of an overall increased throughput. Although the feed means according to the invention may process more material parts in contrast to the prior art, it also requires a detection unit that is coordinated with this. On the other hand, a detection unit equipped with an additional lens is not fully utilized if the feed means is not able to provide a corresponding amount of material parts individually. The feed means designed according to the invention on the one hand and the further developed detection unit on the other hand, in combination, ensure an even further increased overall flow rate.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Plasmadetektionsbereich dazu eingerichtet ist, dass im Falle eines im Plasmadetektionsbereich vorliegenden Plasmas ein Messanteil des Plasmalichts von dem zugehörigen Objektiv erfasst wird. Wenn also in einem Plasmabereich ein laserinduziertes Plasma liegt, zumindest teilweise, so wird ein Messanteil des emittierten Plasmalichts von dem zugehörigen Objektiv erfasst. Bei erfindungsgemäß mehreren Objektiven führt dies dazu, dass die Detektionseinheit Plasmalicht in Form von Messanteilen einzelner Objektive erfassen kann.According to a further feature of the invention, it is provided that a plasma detection area is set up so that in the case of a plasma present in the plasma detection area, a measurement portion of the plasma light is detected by the associated lens. So if there is a laser-induced plasma in a plasma area, at least partially, a measurement portion of the emitted plasma light will be captured by the associated lens. If there are several lenses according to the invention, this means that the detection unit can detect plasma light in the form of measurement components of individual lenses.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Plasmadetektionsbereiche entlang der Strahlachse ineinander übergehend oder voneinander beabstandet angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können sich die Plasmadetektionsbereiche entlang der Strahlachse jeweils über 1/10 bis 1/4 des Sichtbereichs erstrecken. Es ist mithin möglich, insbesondere nach Sortieraufgabe einen sich insgesamt ergebenden Detektionsbereich durch entsprechende Anordnung der Plasmadetektionsbereiche auszubilden.According to a further feature of the invention, it is provided that the plasma detection areas merge into one another or are arranged at a distance from one another along the beam axis. Alternatively or additionally, the plasma detection areas can each extend over 1/10 to 1/4 of the viewing area along the beam axis. It is therefore possible, in particular after the sorting task, to form an overall detection area by appropriately arranging the plasma detection areas.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Zuführmittel zum Transportieren des Materialteils dazu eingerichtet ist, das Materialteil entlang einer Zuführfläche bis hin zu einem oberen Abschnitt einer Rutsche zu transportieren. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Materialteil dem Zuführmittel aufgegeben. Von dort aus gelangt es zu einer Rutsche, wobei es entlang einer Zuführfläche des Zuführmittels transportiert wird, und zwar bis hin zu einem oberen Abschnitt der Rutsche. Sobald das Materialteil die Rutsche erreicht hat, bewegt es sich der Schwerkraft folgend die Rutsche hinunter. Der Sinn und Zweck der Rutsche ist es insbesondere, das Materialteil auszurichten und in einen definierten Fallkorridor zu übergeben.According to a further feature of the invention, it is provided that the feed means according to the invention for transporting the material part is set up to transport the material part along a feed surface up to an upper section of a slide. According to this preferred embodiment, the material part is fed into the feed means. From there it reaches a chute, where it is transported along a feed surface of the feed means, up to an upper section of the chute. Once the material piece reaches the chute, it moves down the chute following gravity. The purpose of the slide is, in particular, to align the material part and transfer it to a defined fall corridor.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sortiereinheit einer dem oberen Abschnitt der Rutsche gegenüberliegenden unteren Randkante der Rutsche zugeordnet ist, wobei die Sortiereinheit dazu eingerichtet ist, dass die Rutsche über die untere Randkante der Rutsche verlassende Materialteil einer von zwei Fraktionen zuzuführen.According to a further feature of the invention, it is provided that the sorting unit is assigned to a lower edge of the slide opposite the upper section of the slide, the sorting unit being set up to feed the material part leaving the slide via the lower edge of the slide to one of two fractions.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform verlässt ein Materialteil die Rutsche im freien Fall und wird im freien Fall einer Analyse und einer Sortierung unterzogen. Zu diesem Zweck sind insbesondere die Lasereinrichtung sowie das Spektrometersystem in Höhenrichtung unterhalb der unteren Randkante der Rutsche angeordnet.According to this preferred embodiment, a piece of material leaves the chute in free fall and is subjected to analysis and sorting in free fall. For this purpose, in particular the laser device and the spectrometer system are arranged in the height direction below the lower edge of the slide.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen

Fig. 1
in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße System;
Fig. 2
in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Zuführmittel;
Fig. 3
in einer weiteren schematischen Darstellung die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems und
Fig. 4
in vergrößerter schematischer Darstellung das Spektrometersystem gemäß dem erfindungsgemäßen System nach Fig. 1.
Further features and advantages of the invention result from the following description based on the figures. Show it
Fig. 1
a schematic representation of the system according to the invention;
Fig. 2
a schematic representation of a feed means according to the invention;
Fig. 3
in a further schematic representation the functionality of the system according to the invention and
Fig. 4
in an enlarged schematic representation of the spectrometer system according to the system according to the invention Fig. 1 .

Fig. 1 lässt in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße System 100 erkennen. Fig. 1 shows the system 100 according to the invention in a schematic representation.

Das System 100 ist dazu eingerichtet, ein Materialteil 120 einer laserinduzierten Plasmaspektroskopie zu unterziehen und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Spektralanalyse zu sortieren, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Fraktionen F1 und F2 vorgesehen sind, denen das Materialteil 120 zugeordnet werden kann. Zur Aufnahme der jeweiligen Fraktionen F1 und F2 dienen Sammelstellen 170, beispielsweise in Form von Behältern.The system 100 is set up to subject a material part 120 to laser-induced plasma spectroscopy and to sort it depending on the result of the spectral analysis, with two fractions F1 and F2 being provided in the exemplary embodiment shown, to which the material part 120 can be assigned. Collection points 170, for example in the form of containers, are used to collect the respective fractions F1 and F2.

Wie die schematische Darstellung nach Figur 1 ferner erkennen lässt, verfügt das System 100 über ein Zuführmittel 110 gefolgt von einer Rutsche 130. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall wird ein Materialteil 120 dem Zuführmittel 110 aufgegeben. Das Zuführmittel 110 dient dem Transport des Materialteils 120 entlang einer vom Zuführmittel bereitgestellten Zuführfläche 111, und zwar bis zu einem oberen Abschnitt 131 der Rutsche 130. Hier wird das Materialteil 120 vom Zuführmittel 110 auf die Rutsche 130 übergeben.Like the schematic diagram Figure 1 can also be seen, the system 100 has a feed means 110 followed by a slide 130. When used as intended, a material part 120 is fed to the feed means 110. The feed means 110 is used to transport the material part 120 along a feed surface 111 provided by the feed means, namely up to an upper section 131 of the chute 130. Here the material part 120 is transferred from the feed means 110 to the chute 130.

Das Zuführmittel 110 dient insbesondere dazu, eine Mehrzahl von auf das Zuführmittel 110 aufgegebenen Materialteilen 120 zu vereinzeln, so dass diese im weiteren voneinander beabstandet der Rutsche 130 zugeführt werden können.The feed means 110 serves in particular to separate a plurality of material parts 120 placed on the feed means 110 so that these can then be fed to the chute 130 at a further distance from one another.

Ein auf die Rutsche 130 übergebenes Materialteil 120 rutscht der Schwerkraft folgend die Rutsche 130 hinunter, bis zur unteren Randkante 132 der Rutsche, die dem oberen Abschnitt 131 der Rutsche 130 gegenüberliegend ausgebildet ist. Es ist insbesondere die Aufgabe der Rutsche 130, das Materialteil 120 auszurichten und in einen definierten Fallkorridor zu überführen.A material part 120 transferred to the slide 130 slides following gravity Slide 130 down to the lower edge 132 of the slide, which is formed opposite the upper section 131 of the slide 130. It is in particular the task of the slide 130 to align the material part 120 and to transfer it into a defined fall corridor.

Mit Verlassen der Rutsche 130 bewegt sich das Materialteil 120 nach wie vor unter Schwerkrafteinwirkung im freien Fall durch die Umgehungsatmosphäre. Dabei passiert es das Spektrometersystem 1. Dieses sorgt für eine Analyse des Materialteils 120, wie des im Weiteren noch näher beschrieben werden wird. In Entsprechung eines Ergebnisses einer durchgeführten Spektralanalyse erzeugt das Spektrometersystem 1 ein Ausgangssignal. Dieses wird einer Steuereinrichtung 150 zugeführt, die in Abhängigkeit dieses Ausgangssignals einerseits und einem Sortierkriterium andererseits eine Sortiereinheit 160 betreibt, das heißt ansteuert. Mittels dieser Sortiereinheit 160 wird das Materialteil 120 in seinem freien Fall entweder abgelenkt oder es findet keine Ablenkung statt. Für den Fall, dass keine Ablenkung stattfindet, gelangt das Materialteil 120 zur Sammelstelle 170 der Fraktion F2. Andernfalls, wenn also eine Aussortierung mittels der Sortiereinheit 160 stattfindet, gelangt das Materialteil 120 zur Sammelstelle 170 für die Fraktion F1.When leaving the slide 130, the material part 120 still moves under the influence of gravity in free fall through the surrounding atmosphere. This passes through the spectrometer system 1. This ensures an analysis of the material part 120, as will be described in more detail below. In accordance with a result of a spectral analysis carried out, the spectrometer system 1 generates an output signal. This is fed to a control device 150, which operates, i.e. controls, a sorting unit 160 depending on this output signal on the one hand and a sorting criterion on the other. By means of this sorting unit 160, the material part 120 is either deflected in its free fall or there is no deflection. In the event that there is no deflection, the material part 120 goes to the collection point 170 of the fraction F2. Otherwise, if sorting takes place by means of the sorting unit 160, the material part 120 reaches the collection point 170 for the fraction F1.

Zur Analyse der Zusammensetzung des Materialteils 120 dient das Spektrometersystem 1, das Teil eines LIBS-Moduls 180 ist. Dabei gehören zum LIBS-Modul 180 ferner eine Lasereinrichtung 140 sowie die Steuervorrichtung 150. Bevorzugterweise sind die Lasereinrichtung 140, das Spektrometersystem 1 und die Steuervorrichtung 150 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, was in Figur 1 nicht im Einzelnen dargestellt ist.The spectrometer system 1, which is part of a LIBS module 180, is used to analyze the composition of the material part 120. The LIBS module 180 also includes a laser device 140 and the control device 150. Preferably, the laser device 140, the spectrometer system 1 and the control device 150 are housed in a common housing, which is in Figure 1 is not shown in detail.

Die Lasereinrichtung 140 besteht ihrerseits aus weiteren Einzelkomponenten, beispielsweise einer Laserstrahlquelle 9, einer Lichtleitfaser 9A und einer Fokussieroptik 11, wie dies insbesondere anhand des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 zu erkennen ist.The laser device 140 in turn consists of further individual components, for example a laser beam source 9, an optical fiber 9A and a focusing optics 11, as shown in particular using the exemplary embodiment Figure 2 can be recognized.

Das Zuführmittel 110 ist erfindungsgemäß dreistufig ausgebildet, wie dies die Darstellung nach Fig. 2 erkennen lässt.According to the invention, the feed means 110 is designed in three stages, as shown Fig. 2 can be recognized.

Das Zuführmittel 110 verfügt im gezeigten Ausführungsbespiel über drei separate Zuführaggregate 201, 202 und 203. Diese Zuführaggregate sind in Transportrichtung 207 des Materialteils 120 in Reihe hintereinander angeordnet. Dabei stellt jedes Zuführaggregat 201, 202 und 203 jeweils eine Zuführfläche 204, 205 bzw. 206 bereit, entlang welcher ein Materialteil 120 im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall bewegt wird.In the exemplary embodiment shown, the feed means 110 has three separate feed units 201, 202 and 203. These feed units are arranged in a row one behind the other in the transport direction 207 of the material part 120. Each feed unit 201, 202 and 203 each provides a feed surface 204, 205 and 206, along which a material part 120 is moved in the intended use.

Die Zuführflächen 204, 205 und 206 sind jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Neigungswinkels α1, α2 und α3 geneigt zur Horizontalen ausgerichtet. Dabei sind die Neigungswinkel α1, α2 und α3 erfindungsgemäß unterschiedlich groß ausgebildet.The feed surfaces 204, 205 and 206 are each aligned inclined to the horizontal to form a respective angle of inclination α 1 , α 2 and α 3 . According to the invention, the angles of inclination α 1 , α 2 and α 3 are of different sizes.

In ihrer Gesamtheit bilden die Zuführaggregate 201, 202 und 203 das Zuführmittel 110. Dabei ist die vom Zuführmittel 110 bereitgestellte Zuführfläche 111 in die Zuführflächen 204, 205 und 206 der Zuführaggregate 201, 202 und 203 unterteilt.In their entirety, the feed units 201, 202 and 203 form the feed means 110. The feed surface 111 provided by the feed means 110 is divided into the feed surfaces 204, 205 and 206 of the feed units 201, 202 and 203.

Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall werden dem Zuführmittel 110 Materialteile 120 aufgegeben, beispielsweise mittels eines Förderers 200, der als Bandförderer ausgebildet sein kann.When used as intended, material parts 120 are fed to the feed means 110, for example by means of a conveyor 200, which can be designed as a belt conveyor.

Vom Förderer 200 gelangen die Materialteile 120 zunächst zu dem in Transportrichtung 207 ersten Zuführaggregat 201. Dieses Zuführaggregat 201 ist beispielsweise als Schwingförderer mit Unwuchtantrieb ausgebildet und dient in erster Linie dazu, die aufgegebenen Materialteile 120 in Breitenrichtung, das heißt quer zur Transportrichtung 207 zu verteilen.From the conveyor 200, the material parts 120 first reach the first feed unit 201 in the transport direction 207. This feed unit 201 is designed, for example, as a vibratory conveyor with an unbalance drive and primarily serves to distribute the fed material parts 120 in the width direction, that is, transversely to the transport direction 207.

Die Zuführfläche 204 des ersten Zuführaggregats 201 steht unter einem Neigungswinkel α1 von zum Beispiel 10°. Schwerkraftbedingt wird hierdurch ein Transport der Materialteile in Transportrichtung 207 unterstützt.The feed surface 204 of the first feed unit 201 is at an angle of inclination α 1 of, for example, 10°. Due to gravity, this supports transport of the material parts in the transport direction 207.

Vom ersten Zuführaggregat 201 gelangen die Materialteile 120 alsdann zum zweiten Zuführaggregat 202, das dem ersten Zuführaggregat 201 in Transportrichtung 207 nachgeschaltet ist. Die vom zweiten Zuführaggregat 202 bereitgestellte Zuführfläche 205 steht unter einem Neigungswinkel α2, der größer als der Neigungswinkel α1 ausgebildet ist und beispielsweise 15° beträgt. Dieser steilere Neigungswinkel α2 sorgt dafür, dass schwerkraftbedingt eine höhere Transportgeschwindigkeit der Materialteile 120 in Transportrichtung 207 erreicht wird. Im Ergebnis kommt es zu einer Vereinzelung der Materialteile 120 in Transportrichtung 207.From the first feed unit 201, the material parts 120 then reach the second feed unit 202, which is connected downstream of the first feed unit 201 in the transport direction 207. The feed surface 205 provided by the second feed unit 202 is at an angle of inclination α 2 which is larger than the angle of inclination α 1 and is, for example, 15°. This steeper inclination angle α 2 ensures that a higher transport speed of the material parts 120 in the transport direction 207 is achieved due to gravity. The result is that the material parts 120 are separated in the transport direction 207.

Vom zweiten Zuführaggregat 202 gelangen die Materialteil 120 schließlich zum dritten Zuführaggregat 203, dessen Zuführfläche 206 unter dem Neigungswinkel α3 zur Horizontalen geneigt ist. Der Neigungswinkel α3 ist größer als der Neigungswinkel α2 der zweiten Zuführfläche 205 und beträgt beispielsweise 20°. Durch diesen noch steileren Neigungswinkel α3 findet eine weitere Beschleunigung der Materialteile 120 statt, was zu einer noch höheren Geschwindigkeit der Materialteile 120 mit dem Ergebnis führt, dass eine noch weitergehende Vereinzelung in Transportrichtung 207 stattfindet.From the second feed unit 202, the material parts 120 finally reach the third Feed unit 203, the feed surface 206 of which is inclined to the horizontal at the angle of inclination α 3 . The angle of inclination α 3 is greater than the angle of inclination α 2 of the second feed surface 205 and is, for example, 20°. Due to this even steeper angle of inclination α 3 , a further acceleration of the material parts 120 takes place, which leads to an even higher speed of the material parts 120 with the result that even further separation takes place in the transport direction 207.

Schlussendlich erreichen die Materialteile 120 eine solche Vereinzelung in Transportrichtung 207, dass sie nach einem passieren des Zuführaggregats 203 auf die Rutsche 130 gelangen, so dass dann eine Sortierung in schon vorbeschriebener Weise bestimmungsgemäß stattfinden kann.Ultimately, the material parts 120 achieve such a separation in the transport direction 207 that they reach the chute 130 after passing through the feed unit 203, so that sorting can then take place as intended in the manner already described.

Wie sich insbesondere aus Figur 3 ergibt, verfügt das Spektrometersystem 1 über eine Detektionseinheit 21, die ihrerseits mehrere Objektive bereitstellt. Jedem dieser Objektive ist ein Detektionskegel 35 zugeordnet, die in einem Überlappungsbereich mit dem Laserstrahl 5 jeweils einen Plasmadetektionsbereich 39 ausbilden. Diese Plasmadetektionsbereiche 39 sind entlang der Strahlachse des Laserstrahls 5 versetzt zueinander angeordnet und bilden zusammen einen Sichtbereich 41 der Detektionseinheit 21 aus. Der Sichtbereich 41 setzt sich mithin aus den einzelnen Plasmadetektionsbereichen 39 zusammen, wodurch der von der Detektionseinheit insgesamt abgedeckte Detektionsbereich definiert ist.How in particular Figure 3 results, the spectrometer system 1 has a detection unit 21, which in turn provides several lenses. Each of these lenses is assigned a detection cone 35, which each forms a plasma detection area 39 in an overlap area with the laser beam 5. These plasma detection areas 39 are arranged offset from one another along the beam axis of the laser beam 5 and together form a viewing area 41 of the detection unit 21. The viewing area 41 is therefore composed of the individual plasma detection areas 39, which defines the detection area covered by the detection unit as a whole.

Fig. 3 zeigt eine schematische Übersicht eines Spektrometersystems 1 zur Spektralanalyse eines von einem Laserinduzierten Plasma 3 (schematisch als gefüllter Kreis angedeutet) emittierten Plasmalichts 3A. Detektierbares Plasmalicht 3A liegt beispielsweise im Wellenlängenbereich von UV-Licht, sichtbarem Licht, nahem Infrarotlicht und/oder Infrarotlicht; insbesondere kann zu detektierendes Plasmalicht im Spektralbereich von ca. 190 nm bis ca. 920 nm liegen. Bei LIBS wird das Plasma 3 mit einem Laserstrahl 5 auf einer Oberfläche 7A einer Probe 7 erzeugt. Fig. 3 shows a schematic overview of a spectrometer system 1 for the spectral analysis of a plasma light 3A emitted by a laser-induced plasma 3 (schematically indicated as a filled circle). Detectable plasma light 3A is, for example, in the wavelength range of UV light, visible light, near infrared light and/or infrared light; In particular, plasma light to be detected can be in the spectral range from approximately 190 nm to approximately 920 nm. In LIBS, the plasma 3 is generated with a laser beam 5 on a surface 7A of a sample 7.

Zur Erzeugung des, z. B. gepulsten, Laserstrahls 5 umfasst das Spektrometersystem 1 eine Laserstrahlquelle 9. Die Laserstrahlquelle 9 ist dazu ausgebildet, für die Plasmaerzeugung benötigte Laserstrahlparameter bereitzustellen. Der Laserstrahl 5 wird z. B. über eine Lichtleitfaser 9A einer Fokussieroptik 11 zugeführt und von dieser auf die Oberfläche 7A der Probe 7 (Materialteil 120 gemäß Figur 1) fokussiert. Die Fokussieroptik 11 kann insbesondere als eine Laserkopfkomponente mit Fokussierfunktion wie eine insbesondere auf das Spektrum oder die Pulsdauer oder die Pulsenergie einwirkende aktive Laserkomponente mit Fokussierfunktion ausgebildet sein. Die Ausbreitung des Laserstrahls 5 zwischen Fokussieroptik 11 und Probe 7 erfolgt entlang einer Strahlachse 5A. Beispielhafte Fokusdurchmesser (1/e2-Strahldurchmesser in der Strahltaille) und Fokuslängen (doppelte Rayleigh-Längen) liegen im Bereich von <50 µm bis >250 µm bzw. im Bereich von <5 mm bis >1.000 mm.To generate the, e.g. B. pulsed, laser beam 5, the spectrometer system 1 includes a laser beam source 9. The laser beam source 9 is designed to provide laser beam parameters required for plasma generation. The laser beam 5 is z. B. fed via an optical fiber 9A to a focusing optics 11 and from there onto the surface 7A of the sample 7 (material part 120 according to Figure 1 ) focused. The focusing optics 11 can in particular be designed as a laser head component with a focusing function, such as an active laser component with a focusing function that acts in particular on the spectrum or the pulse duration or the pulse energy. The laser beam 5 is propagated between the focusing optics 11 and the sample 7 along a beam axis 5A. Example focus diameters (1/e 2 beam diameter in the beam waist) and focus lengths (double Rayleigh lengths) are in the range from <50 µm to >250 µm and in the range from <5 mm to >1,000 mm, respectively.

Laserparameter können insbesondere derart eingestellt/gewählt werden, dass sich ein Bereich, in dem Plasmaerzeugung stattfinden kann (auch als Zündbereich bezeichnet), beispielsweise über eine Länge im Bereich von ca. 5 mm bis ca. 50 mm, beispielsweise über eine Länge von 10 mm, 20 mm oder 30 mm, entlang der Strahlachse 5A erstreckt.Laser parameters can in particular be set/selected such that an area in which plasma generation can take place (also referred to as an ignition area), for example over a length in the range of approximately 5 mm to approximately 50 mm, for example over a length of 10 mm , 20 mm or 30 mm, extends along the beam axis 5A.

Fig. 3 zeigt schematisch eine entlang der Strahlachse 5A langgezogene Fokuszone 11A, wie sie im Bereich der Oberfläche 7A der Probe 7 ausgebildet wird. Das Plasma 3 bildet sich aufgrund der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Material an der Oberfläche der Probe 7A aus. Bei LIBS liegen übliche Ausmaße (gemittelter Durchmesser) eines Plasmas 3 im Bereich von z. B. 0,1 mm bis 5 mm (abhängig von Probenmaterial und Laserparameter). Fig. 3 shows schematically a focus zone 11A elongated along the beam axis 5A, as formed in the area of the surface 7A of the sample 7. The plasma 3 forms due to the interaction of the laser radiation with the material on the surface of the sample 7A. In LIBS, the usual dimensions (average diameter) of a plasma 3 are in the range of z. B. 0.1 mm to 5 mm (depending on sample material and laser parameters).

Das Spektrometersystem 1 umfasst ferner ein optisches Spektrometer 13 zur Spektralanalyse des Plasmalichts 3A. Das optische Spektrometer 13 ist in Fig. 2 beispielhaft als Gitterspektrometer dargestellt. Allgemein umfasst das Spektrometer 13 mindestens ein dispersives Element 13A, z. B. ein Gitter, ein Prisma oder ein Gitterprisma, und einen pixelbasierten Detektor 13B, auf den das Plasmalicht spektral aufgeweitet auftrifft. Den Pixeln des Detektors 13B sind spektrale Komponenten des zu analysierenden Plasmalichts 3A zugeordnet. Der Detektor 13B gibt Intensitätswerte der bestrahlten Pixel an eine Auswerteeinheit 15, üblicherweise ein Computer mit einem Prozessor und einem Speicher, aus. Die Auswerteeinheit 15 gibt eine gemessene spektrale Verteilung 17 aus und vergleicht diese beispielsweise mit abgelegten Vergleichsspektren, um dem Plasmalicht 3A und damit der untersuchten Probe 3 die zum Plasmalicht 3A beitragenden Elemente zuzuordnen und als Ergebnis der spektralen Untersuchung auszugeben.The spectrometer system 1 further includes an optical spectrometer 13 for spectral analysis of the plasma light 3A. The optical spectrometer 13 is in Fig. 2 shown as an example as a grid spectrometer. In general, the spectrometer 13 comprises at least one dispersive element 13A, e.g. B. a grid, a prism or a grating prism, and a pixel-based detector 13B, onto which the plasma light strikes in a spectrally expanded manner. Spectral components of the plasma light 3A to be analyzed are assigned to the pixels of the detector 13B. The detector 13B outputs intensity values of the irradiated pixels to an evaluation unit 15, usually a computer with a processor and a memory. The evaluation unit 15 outputs a measured spectral distribution 17 and compares it, for example, with stored comparison spectra in order to assign the elements contributing to the plasma light 3A and thus to the examined sample 3 and output them as the result of the spectral examination.

Im Spektrometer 13 ist ein (spektralabhängiger) Strahleingang für das zu analysierende Plasmalicht durch eine Eintrittsapertur 19, üblicherweise ein Eintrittsspalt 19A, festgelegt.In the spectrometer 13, a (spectral-dependent) beam input for the plasma light to be analyzed is defined by an entrance aperture 19, usually an entrance slit 19A.

Das Spektrometersystem 1 umfasst ferner eine Detektionseinheit 21 mit einer Objektivhalterung 23 und mehreren Objektiven 25A, 25B, 25C, die von der Objektivhalterung 23 gehalten werden. Beispielhaft werden in den Figuren drei Objektive gezeigt, zwei in der Bildebene und eines dahinterliegend. Die Anzahl der verwendeten Objektive kann in Abhängigkeit räumlicher und optischer Parameter sowie Parameter des Materials der zu untersuchenden Probe ausgewählt werden; sie liegt z. B. im Bereich von 2 bis 20, beispielsweise bei 4, 5, 8, 9 oder 15 Objektiven.The spectrometer system 1 further comprises a detection unit 21 with a lens holder 23 and a plurality of lenses 25A, 25B, 25C, which are held by the lens holder 23. As an example, three lenses are shown in the figures, two in the image plane and one behind it. The number of lenses used can be selected depending on spatial and optical parameters as well as parameters of the material of the sample to be examined; it lies e.g. B. in the range from 2 to 20, for example with 4, 5, 8, 9 or 15 lenses.

Das Spektrometersystem 1, insbesondere die Detektionseinheit 21, umfasst ferner ein optisches Lichtleitsystem 27, das die Objektive 25A, 25B, 25C mit dem Spektrometer 13 optisch verbindet. Das Lichtleitsystem 27 stellt mehrere optische Eingänge 29, die jeweils optisch einem der Objektive 25A, 25B, 25C zugeordnet sind, und einen (den Objektiven gemeinsamen, funktionellen) optischen Ausgang 31, der optisch der Eintrittsapertur 19 zugeordnet ist, bereit.The spectrometer system 1, in particular the detection unit 21, further comprises an optical light guide system 27, which optically connects the lenses 25A, 25B, 25C with the spectrometer 13. The light guide system 27 provides a plurality of optical inputs 29, each of which is optically assigned to one of the lenses 25A, 25B, 25C, and an optical output 31 (functional, common to the lenses), which is optically assigned to the entrance aperture 19.

Jedes der Objektive 25A, 25B, 25C ist zum Erfassen eines Messanteils 33 des Plasmalichts 3A eingerichtet und umfasst mindestens ein fokussierendes optisches Element, wie z. B. eine Sammellinse oder einen konkaven Spiegel. Jedem der Objektive 25A, 25B, 25C ist ein Detektionskegel 35 zugeordnet. Die Strahlachse 5A verläuft durch die Detektionskegel 35, wobei die Detektionskegel 35 im Bereich des Laserstrahls 5 eine eingestellte Mindestgröße aufweisen. Jeder der Detektionskegel 35 umfasst in einem Überlappungsbereich mit dem Laserstrahl 5 einen Plasmadetektionsbereich 39, der dem entsprechenden Objektiv 25A, 25B, 25C zugeordnet ist. Beispielsweise weisen die Detektionskegel 35 eine Länge von einer Eintrittsapertur eines Objektivs zum Laserstrahl im Bereich von 200 mm bis 400 mm auf. Beispielhaft wird in Fig. 2 das Plasma 3 im Plasmadetektionsbereich 39 des Objektivs 25B erzeugt, sodass der zugehörige Messanteil 33 des Plasmalichts 3A vom Objektiv 25B erfasst und auf den zugeordneten optischen Eingang 29 des Lichtleitsystems 27 abgebildet wird. Von einem oder mehreren Objektiven erfasste Messanteile 33 werden vom optischen Lichtleitsystem 27 zum gemeinsamen optischen Ausgang 31 geleitet und durch die Eintrittsapertur 19 in das optische Spektrometer 13 zur spektralen Analyse eingekoppelt.Each of the lenses 25A, 25B, 25C is set up to capture a measurement portion 33 of the plasma light 3A and includes at least one focusing optical element, such as. B. a converging lens or a concave mirror. A detection cone 35 is assigned to each of the lenses 25A, 25B, 25C. The beam axis 5A runs through the detection cones 35, the detection cones 35 having a set minimum size in the area of the laser beam 5. Each of the detection cones 35 includes a plasma detection area 39 in an overlap area with the laser beam 5, which is assigned to the corresponding objective 25A, 25B, 25C. For example, the detection cones 35 have a length from an entrance aperture of an objective to the laser beam in the range of 200 mm to 400 mm. An example is given in Fig. 2 the plasma 3 is generated in the plasma detection area 39 of the lens 25B, so that the associated measurement component 33 of the plasma light 3A is detected by the lens 25B and imaged onto the associated optical input 29 of the light guide system 27. Measurement components 33 detected by one or more lenses are guided by the optical light guide system 27 to the common optical output 31 and coupled through the entrance aperture 19 into the optical spectrometer 13 for spectral analysis.

Fig. 3 zeigt beispielhaft drei Objektive 25A, 25B, 25C, die azimutal verteilt um die Strahlachse 5A angeordnet sind. Die Objektive 25A und 25B liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Strahlachse 5A und sind somit von gegenüberliegenden Seiten auf die Strahlachse 5A gerichtet. Das Objektiv 25C ist von hinten auf die Strahlachse 5A gerichtet. Ein weiteres Objektiv (in Fig. 2 nicht gezeigt) kann beispielsweise von vorne auf die Strahlachse 5A gerichtet sein oder mithilfe eines Strahlteilers entlang der Strahlachse 5A auf die Fokuszone 11A gerichtet sein. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2 die Detektionskegel 35 konisch auf die Strahlachse 5A zulaufend gestrichelt angedeutet, wobei die Fokuszone 11A, das Plasma 3 und die Plasmadetektionsbereiche 39 zur Verdeutlichung im Vergleich zu den Detektionskegeln 35 übergroß dargestellt sind. Fig. 3 shows an example of three lenses 25A, 25B, 25C, which are arranged azimuthally distributed around the beam axis 5A. The lenses 25A and 25B lie on opposite sides of the beam axis 5A and are therefore from opposite ones Sides directed towards the beam axis 5A. The lens 25C is directed from behind onto the beam axis 5A. Another lens (in Fig. 2 not shown) can, for example, be directed from the front onto the beam axis 5A or, using a beam splitter, along the beam axis 5A onto the focus zone 11A. For clarification are in Fig. 2 the detection cones 35 are indicated by dashed lines tapering conically towards the beam axis 5A, with the focus zone 11A, the plasma 3 and the plasma detection areas 39 being shown oversized compared to the detection cones 35 for clarity.

Fig. 4 zeigt noch einmal eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Systems 100 gemäß Fig. 1. Zu erkennen ist hier, dass in ihrer Zusammensetzung unterschiedliche Materialteile vorgesehen sind, und zwar Materialteile 120B aus Kunststoff und Materialteile 120A aus Aluminium. In schon vorbeschriebener Weise kann mittels des erfindungsgemäßen Spektrometersystems 1 eine Aussortierung dahingehend stattfinden, dass die Materialteile 120A von den Materialteilen 120B getrennt werden. Zu diesem Zweck erfolgt mittels der Sortiereinheit 160 im Falle der Erkennung eines Materialteils 120B aus Kunststoff ein Ausschleusen desselben. Die Sortiereinheit 160 verfügt zu diesem Zweck über eine Luftdruckdüse, mittels der ein Kunststoffteil 120B aus dem Strom an Materialteilen ausgeschleust werden kann. Infolge einer solchen Sortierung sammeln sich an den Sammelstellen 170 voneinander getrennt Materialteile 120B aus Kunststoff einerseits und Materialteile 120A aus Aluminium andererseits an. Fig. 4 shows again a detailed view of the system 100 according to the invention Fig. 1 . It can be seen here that different material parts are provided in their composition, namely material parts 120B made of plastic and material parts 120A made of aluminum. In the manner already described, sorting can take place by means of the spectrometer system 1 according to the invention in such a way that the material parts 120A are separated from the material parts 120B. For this purpose, if a material part 120B made of plastic is detected, the sorting unit 160 removes it. For this purpose, the sorting unit 160 has an air pressure nozzle, by means of which a plastic part 120B can be removed from the stream of material parts. As a result of such sorting, material parts 120B made of plastic on the one hand and material parts 120A made of aluminum on the other hand accumulate separately at the collection points 170.

BezugszeichenReference symbols

11
SpektrometersystemSpectrometer system
33
Plasmaplasma
3A3A
PlasmalichtPlasma light
55
Laserstrahllaser beam
5A5A
Strahlachsebeam axis
77
Probesample
7A7A
Oberflächesurface
99
LasterstrahlquelleLaser beam source
9A9A
LichtleitfaserOptical fiber
1111
FokussieroptikFocusing optics
11A11A
FokuszoneFocus zone
1313
optisches Spektrometeroptical spectrometer
13A13A
dispersives Elementdispersive element
13B13B
Detektordetector
1515
AuswerteeinheitEvaluation unit
1717
spektraler Verteilungspectral distribution
1919
EintrittsaperturEntrance aperture
19A19A
EintrittsspaltEntry gap
2121
DetektionseinheitDetection unit
2323
ObjektivhalterungLens mount
25A25A
Objektivlens
25B25B
Objektivlens
25C25C
Objektivlens
25D25D
Objektivlens
2727
LichtleitsystemLight guidance system
2929
optischer Eingangoptical input
3131
optischer Ausgangoptical output
3333
MessanteilMeasurement proportion
3535
DetektionskegelDetection cone
3939
PlasmadetektionsbereichPlasma detection area
4141
SichtbereichViewing area
100100
Systemsystem
110110
ZuführmittelFeeding means
111111
ZuführmittelFeeding means
120120
Materialteilmaterial part
120A120A
AluminiumteilAluminum part
120B120B
KunststoffteilPlastic part
130130
Rutscheslide
131131
oberer Abschnittupper section
132132
untere Randkantebottom edge
140140
LaservorrichtungLaser device
150150
SteuervorrichtungControl device
160160
SortiereinheitSorting unit
170170
SammelstelleCollection point
180180
LIBS-ModulLIBS module
200200
FördererSponsor
201201
ZuführaggregatFeeding unit
202202
ZuführaggregatFeeding unit
203203
ZuführaggregatFeeding unit
204204
Zuführflächefeed area
205205
Zuführflächefeed area
206206
Zuführflächefeed area
207207
TransportrichtungTransport direction
α1α1
NeigungswinkelAngle of inclination
α2α2
NeigungswinkelAngle of inclination
α3α3
NeigungswinkelAngle of inclination

Claims (15)

System zum Analysieren und Sortieren eines Materialteils, insbesondere eines Schrottteils aus Aluminium, umfassend: - ein Zuführmittel (110) zum Transportieren des Materialteils (120) - eine Sortiereinheit (160), die dazu eingerichtet ist, das Materialteil (120) einer von zwei Fraktionen (F1, F2) zuzuführen, - eine Lasereinrichtung (140), die dazu eingerichtet ist, mit einem sich entlang einer Strahlachse (5A) ausbreitenden Laserstrahl (5) auf einer Oberfläche 7A des Materialteils (120) ein Plasma (3) zu erzeugen, - ein Spektrometersystem (1), das dazu eingerichtet ist, eine Spektralanalyse eines von dem laserinduzierten Plasma (3) emittierten Plasmalichts (3A) durchzuführen und in Entsprechung eines Ergebnisses der durchgeführten Spektralanalyse ein Ausgangssignal zu erzeugen, und - eine Steuervorrichtung (150), die dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und die Sortiereinheit (160) basierend auf dem Ausgangssignal und einem Sortierkriterium zu betreiben, - wobei das Spektrometersystem (1) ein Spektrometer (13) und eine mit dem Spektrometer (13) optisch verbundene Detektionseinheit (21) aufweist, - wobei die Detektionseinheit (21) ein Objektiv (25A, 25B, 25C, 25D) aufweist, dem ein Detektionskegel (35) zugeordnet ist, der in einem Überlappungsbereich (37) mit dem Laserstrahl (5) einen Plasmadetektionsbereich (39) ausbildet, dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuführmittel (110) drei einzelne und in Transportrichtung (207) des Materialteils (120) in Reihe hintereinander angeordnete Zuführungsaggregate (201, 202, 203) aufweist, wobei jedes Zuführaggregat (201, 202, 203) jeweils dazu eingerichtet ist, das Materialteil (120) entlang einer vom jeweiligen Zuführaggregat (201, 202, 203) bereitgestellten Zuführfläche (204, 205, 206) zu transportieren, wobei die Zuführflächen (204, 205, 206) jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Neigungswinkels (α1, α2, (α3) geneigt zur Horizontalen ausgerichtet sind, wobei die Neigungswinkel (a1, α2, a3) unterschiedlich ausgebildet sind.
System for analyzing and sorting a material part, in particular a scrap part made of aluminum, comprising: - a feed means (110) for transporting the material part (120) - a sorting unit (160) which is designed to feed the material part (120) to one of two fractions (F1, F2), - a laser device (140), which is set up to generate a plasma (3) on a surface 7A of the material part (120) with a laser beam (5) propagating along a beam axis (5A), - a spectrometer system (1) which is set up to carry out a spectral analysis of a plasma light (3A) emitted by the laser-induced plasma (3) and to generate an output signal in accordance with a result of the spectral analysis carried out, and - a control device (150) which is set up to receive the output signal and to operate the sorting unit (160) based on the output signal and a sorting criterion, - wherein the spectrometer system (1) has a spectrometer (13) and a detection unit (21) optically connected to the spectrometer (13), - wherein the detection unit (21) has an objective (25A, 25B, 25C, 25D), to which a detection cone (35) is assigned, which forms a plasma detection area (39) in an overlap area (37) with the laser beam (5), characterized,
in that the feed means (110) has three individual feed units (201, 202, 203) arranged one behind the other in the transport direction (207) of the material part (120), each feed unit (201, 202, 203) being set up to feed the material part (120) along a feed surface (204, 205, 206) provided by the respective feed unit (201, 202, 203), the feed surfaces (204, 205, 206) each forming a respective inclination angle (α 1 , α 2 , (α 3 ) are aligned inclined to the horizontal, with the angles of inclination (a 1 , α 2 , a 3 ) being designed differently.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α1) der Zuführungsfläche (204) des in Transportrichtung (207) ersten Zuführaggregats (201) kleiner als der Neigungswinkel (α2) der Zuführfläche (205) des in Transportrichtung (207) zweiten Zuführaggregats (202) ausgebildet ist.System according to claim 1, characterized in that the angle of inclination (α 1 ) of the feed surface (204) of the first feed unit in the transport direction (207). (201) is smaller than the angle of inclination (α 2 ) of the feed surface (205) of the second feed unit (202) in the transport direction (207). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α2) der Zuführfläche (205) des in Transportrichtung (207) zweiten Zuführaggregats (202) kleiner als der Neigungswinkel (α3) der Zuführfläche (206) des in Transportrichtung (207) dritten Zuführaggregats (203) ausgebildet ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the inclination angle (α 2 ) of the feed surface (205) of the second feed unit (202) in the transport direction (207) is smaller than the inclination angle (α 3 ) of the feed surface (206) in the transport direction (202) 207) third feed unit (203) is formed. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen den Neigungswinkeln (α1, α2, α3) 2° bis 8°, vorzugsweise 3° bis 7°, am meisten bevorzugt 5° beträgt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the difference between the inclination angles (α 1 , α 2 , α 3 ) is 2° to 8°, preferably 3° to 7°, most preferably 5°. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α1) der Zuführfläche (204) des in Transportrichtung (207) ersten Zuführaggregats (201) 7° bis 13°, vorzugsweise 8° bis 12°, am meisten bevorzugt 10° beträgt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of inclination (α 1 ) of the feed surface (204) of the first feed unit (201) in the transport direction (207) is 7° to 13°, preferably 8° to 12°, most preferably 10 ° is. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α2) der Zuführfläche (205) des in Transportrichtung (207) zweiten Zuführaggregats (202) 12° bis 18°, vorzugsweise 13° bis 17°, am meisten bevorzugt 15° beträgt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of inclination (α 2 ) of the feed surface (205) of the second feed unit (202) in the transport direction (207) is 12° to 18°, preferably 13° to 17°, most preferably 15 ° is. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α3) der Zuführfläche (206) des in Transportrichtung (207) dritten Zuführaggregats (203) 17° bis 23°, vorzugsweise 18° bis 22°, am meisten bevorzugt 20° beträgt.System according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of inclination (α 3 ) of the feed surface (206) of the third feed unit (203) in the transport direction (207) is 17° to 23°, preferably 18° to 22°, most preferably 20 ° is. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel (α1, α2, α3) einstellbar ausgebildet sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the angles of inclination (α 1 , α 2 , α 3 ) are designed to be adjustable. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Transportrichtung (207) erste Zuführaggregat (201) ein Schwingförderer mit einem Unwuchtantrieb ist.System according to one of the preceding claims, characterized in that the first feed unit (201) in the transport direction (207) is a vibratory conveyor with an unbalance drive. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Transportrichtung zweiten und dritten Zuführaggregate (202, 203) jeweils ein Schwingförderer mit einem Magnetantrieb sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the second and third feed units (202, 203) in the transport direction are each a vibratory conveyor with a magnetic drive. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (21) ein weiteres Objektiv (25A, 25B, 25C, 25D) aufweist, dem ein weiterer Detektionskegel (35) zugeordnet ist, der in einem weiteren Überlappungsbereich (37) mit dem Laserstrahl (5) einen weiteren Plasmadetektionsbereich (39) ausbildet, wobei die Objektive (25A, 25B, 25C, 25D) in Relation zueinander derart angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass der Plasmadetektionsbereich (39) und der weitere Plasmadetektionsbereich (39) entlang der Strahlachse (5A) versetzt angeordnet sind und zusammen einen Sichtbereich (41) der Detektionseinheit (21) ausbilden.System according to one of the preceding claims, characterized in that the detection unit (21) has a further objective (25A, 25B, 25C, 25D), to which a further detection cone (35) is assigned, which is in a further overlap area (37) with the Laser beam (5) forms a further plasma detection area (39), the lenses (25A, 25B, 25C, 25D) being arranged and/or aligned in relation to one another in such a way that the plasma detection area (39) and the further plasma detection area (39) are along the Beam axis (5A) are arranged offset and together form a viewing area (41) of the detection unit (21). System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Plasmadetektionsbereich (39) dazu eingerichtet ist, dass im Falle eines im Plasmadetektionsbereich (39) vorliegenden Plasmas (3) ein Messanteil (33) des Plasmalichts (3A) von dem zugehörigen Objektiv (25A, 25B, 25C, 25D) erfasst wird.System according to claim 1, characterized in that a plasma detection area (39) is set up so that, in the event of a plasma (3) present in the plasma detection area (39), a measurement portion (33) of the plasma light (3A) is taken from the associated lens (25A, 25B , 25C, 25D). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmadetektionsbereiche (39) entlang der Strahlachse (5A) ineinander übergehenden oder voneinander beabstandet angeordnet sind.System according to one of the preceding claims, characterized in that the plasma detection areas (39) merge into one another or are arranged at a distance from one another along the beam axis (5A). System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivhalterung (23) eine optische Durchgangsöffnung (43) bereitstellt, durch die hindurch die Strahlachse (5A) verläuft.System according to claim 3 or 4, characterized in that the lens holder (23) provides an optical through-opening (43) through which the beam axis (5A) runs. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortiereinheit (160) einer einem oberen Abschnitt (131) einer Rutsche (130) gegenüberliegenden unteren Randkante (132) der Rutsche (130) zugeordnet ist, wobei die Sortiereinheit (160) dazu eingerichtet ist, das die Rutsche (130) über die untere Randkante (132) der Rutsche (130) verlassende Materialteil (120) einer von zwei Fraktionen (F1, F2) zuzuführen.System according to claim 1, characterized in that the sorting unit (160) is assigned to a lower edge (132) of the chute (130) opposite an upper section (131) of a chute (130), the sorting unit (160) being designed to: to feed the material part (120) leaving the chute (130) via the lower edge (132) of the chute (130) to one of two fractions (F1, F2).
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