BR102012030533A2 - Processo e instalação para inspeção e/ou classificação conbinando ánalise de superfície e ánalise de volume - Google Patents

Abstract

PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA INSPEÇÃO E/OU ANÁLISE SUPERFICIAL E COMBINATÓRIA. Esta invenção tem como seu objeto um processo automático e instalação para inspeção e/ou classificação de objetos, artigos ou similares, pertencentes à pelo menos duas categorias diferentes e dispostos em movimento de avanço aproximadamente em uma camada única, por exemplo, em uma esteira transportadora ou um suporte de transporte similar. Um processo caracterizado por ser consistido em submeter o fluxo de objetos, artigos ou similares (2) em movimento de avanço a pelo menos dois tipos diferentes de análise sem contato por radiação, cujos resultados são utilizados de forma combinada em cada objeto, artigo ou similar (2), para realizar uma discriminação entre esses objetos, artigos ou similares (2) e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes, a análise usada compreendendo, por um lado, pelo menos um processo de análise de superfície capaz de determinar a composição física e/ou química da camada externa de um objeto ou similar (2) exposto à radiação usada neste processo e, por outro lado, pelo menos um processo de análise de volume que seja capaz de determinar a espessura equivalente de material do mesmo objeto ou similar (2).

Description

Relatório Descritivo do pedido de invenção “PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA INSPEÇÃO E/OU CLASSIFICAÇÃO COMBINANDO ANÁLISE DE SUPERFÍCIE E ANÁLISE DE VOLUME” Esta invenção refere-se ao campo da caracterização rápida de objetos, artigos ou similares dispostos em movimento de avanço, em particular, materiais residuais, com a finalidade de discriminação entre eles e/ou de sua avaliação, e tem como objeto um processo e uma instalação para a inspeção e/ou a classificação automática de objetos, artigos ou similares. Várias soluções já foram propostas dentro do escopo do campo acima mencionado.

Assim, inúmeros processos de medição de superfície ou com leve penetração foram desenvolvidos para aplicações em classificações automáticas. A título de exemplo, FR-A-2 895 688 descreve um processo e uma máquina automatizada para inspeção e classificação de objetos não metálicos onde a camada superior de cada objeto que avança sobre uma esteira transportadora é submetida, temporariamente, a uma radiação de calor. Uma análise termográfica do objeto é então realizada de modo a determinar o tipo de objeto. Essa técnica é usada, em particular, para fazer uma distinção entre papéis, papelão, etc. Esse processo de distinção tem limites, pois não é possível fazer uma distinção entre um papelão leve ou revestido (papelão plano) e certas revistas. Na verdade, a capa da revista, quando é espessa, tem o mesmo comportamento térmico do de um papelão leve ou revestido. Assim, durante a classificação, a revista será considerada como um papelão leve ou revestido e, portanto, não será bem recuperada. Uma segunda limitação encontrada neste processo está ligada à umidade dos objetos que avançam sobre a esteira transportadora. Um objeto úmido tem um comportamento diferente do de um objeto seco, a diferença sendo tanto maior quanto maior for o nívei de umidade. O erro na classificação é então aumentado. EP-A-124 350 descreve um sistema de análise de superfície utilizando espectroscopia no infravermelho. Este sistema possibilita a diferenciação de objetos de diferentes categorias tais como diferentes tipos de plásticos (PET, PETG, PS, ABS, etc.). É a análise espectroscópica de superfície do objeto que permite executar esta diferenciação.

Além disso, desenvolveram-se outros processos que permitem medir a espessura de um objeto. Estes processos usam tecnologias de transmissão, tais como, por exemplo, diferentes tecnologias de raios X ou raios Gama, ou tecnologias de baixa energia, como hiper-freqüências.

No campo de hiper-freqüências, foram propostas numerosas patentes tendo sistemas de caracterização de materiais.

Alguns destes sistemas, utilizando radiação de microondas, existem para a medição de umidade, tais como, por exemplo, os descritos em U.S.-A-5845529 e U.S.-A-5333493. Estes pedidos de patente americanos divulgam sistemas que tornam possível medir o nível de umidade em fardos espessos de produtos secos, tais como, por exemplo, fardos de tabaco, algodão, madeira, no primeiro documento americano citado acima e, para o nível de umidade no carvão no segundo documento americano citado acima. Para sua realização, o sinal de microondas é enviado através do objeto a ser medido. Com uma medição da amplitude e da fase, então é possível determinar o nível de umidade do objeto que está sendo testado. Podemos constatar que estas medidas não visam distinguir fardos de diferentes composições, além das diferenças de nível de umidade.

Existem outras publicações que apresentam soluções no campo de hiper-freqüências que tornam possível a caracterização de materiais. A título de exemplo, o documento FR-A-2 906 369 que descreve um dispositivo de hiper- freqüência para inspeção e detecção de defeitos em materiais principalmente homogêneos, tal como pode ser citado um rolo de fibra de vidro para isolamento. Este dispositivo é composto por um sistema de emissão que ilumina o objeto a ser caracterizado. Na recepção, uma matriz de antenas permite captar o sinal emitido. Em função da amplitude e da fase do sinal, é possível determinar os defeitos.

Finalmente, associações particulares de diferentes tecnologias já foram publicadas. Este é o caso, por exemplo, do documento U.S.-A-20100085066 em que uma tecnologia de hiper- freqüência é combinada com uma tecnologia de raio X para verificar peças de bagagem nos aeroportos. Neste documento, a tecnologia de hiper-freqüência permite aumentar a velocidade de inspeção da bagagem. Em primeiro lugar as peças de bagagem são submetidas a uma análise por hiper-freqüência. Esta análise permite obter uma imagem da peça de bagagem que está avançando na esteira transportadora. Esta imagem então é comparada com modelos predefinidos. Se a análise por hiper-freqüência mostrar uma incerteza, a peça de bagagem é, então, submetida a uma análise adicional e separada por raio X. Uma vez que a análise por hiper-freqüência, do ponto de vista de software, é mais fácil de por em prática, esta associação de tecnologias permite aumentar a taxa de inspeção, porque somente as peças de bagagem questionáveis são analisadas por raio X. O objeto essencial da presente invenção consiste em propor uma solução que, no contexto indicado no início deste documento, permite melhorar de forma significativa a qualidade de classificação e/ou a precisão da medição de determinadas características ou de certos parâmetros de objetos, artigos ou similares, por exemplo, que avançam sobre uma esteira transportadora. A solução proposta também teria que permitir, se necessário, uma quantificação total do fluxo, por tipo de material ou pelas características a serem avaliadas.

Para este propósito, a invenção tem como seu primeiro objeto um processo automático para a inspeção e/ou classificação de objetos, artigos ou similares, pertencentes à pelo menos duas categorias diferentes e postos em movimento de avanço aproximadamente em uma camada única, por exemplo, em uma esteira transportadora ou em um suporte de transporte similar, um processo caracterizado por consistir submeter o fluxo em movimento de avanço de objetos, artigos ou similares a pelo menos dois tipos diferentes de análise sem contato por radiação, cujos resultados são utilizados de maneira combinada em cada objeto, artigo ou similar, para realizar uma discriminação entre esses objetos, artigos ou similares e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes, a análise utilizada compreendendo, por um lado, pelo menos um processo de análise de superfície capaz de determinar a composição física e/ou química da camada superior ou externa de um objeto ou similar exposto à radiação usada neste processo e, por outro lado, pelo menos um processo de análise de volume capaz de determinar a espessura equivalente do material do mesmo objeto ou similar.

Neste documento, espessura equivalente é denominada de a quantidade total de material verticalmente presente do elemento de superfície, supondo que o material permanece o mesmo sob a superfície visível, e sem levar em conta possíveis lacunas.

Conseqüentemente, a invenção está baseada na utilização combinada de pelo menos uma tecnologia ou análise de reconhecimento de superfície e pelo menos uma tecnologia de análise de volume, resultando em pelo menos uma análise dupla aplicada ao grupo de objetos, artigos ou similares em movimento de avanço.

Preferencial mente, a invenção prevê o processamento dos objetos, artigos ou similares, através de um processo de análise de superfície e através de um processo de análise de volume, ditos objetos, artigos ou similares sendo submetidos sucessivamente ou simultaneamente a cada um dos dois processos de análise acima citados durante seu fluxo de avanço de camada única.

Assim, cada elemento de superfície de um objeto ou artigo que avança está sujeito a duas análises consecutivas ou simultâneas: uma análise por uma tecnologia de reconhecimento de superfície, que permite determinar o tipo de material (composição física e/ou química) e uma análise por uma tecnologia de medição de volume, que permite determinar a espessura equivalente do material.

Esta combinação de dois tipos diferentes de análise, com um uso combinado das informações e dados coletados pelas duas análises, permite saber a quantidade total de cada material que avança no transportador e, portanto, melhorar significativamente a qualidade da classificação, ou ainda, a precisão da medição de certos parâmetros tais como o nível de umidade ou a medição do valor do poder calorífico inferior (denotado PCI). Esta combinação também pode ser usada em um grande número de aplicações, tais como pesagem dinâmica sem contato.

Além disso, o processo de acordo com a invenção pode ter uma ou mais das características vantajosas ou das incorporações variantes que seguem: - a radiação emitida durante a utilização dos processos de análise de superfície que são aplicados acima e os processos de análise de volume que são aplicados acima ou abaixo, em relação ao fluxo em objetos, artigos ou similares avançando sobre uma esteira transportadora ou suporte de transporte similar, a recepção da radiação tendo lugar acima do dito fluxo após reflexão ou abaixo do suporte após a transmissão; - o processo de análise de volume utiliza microondas ou ondas UHF, preferencialmente em um intervalo de freqüências de 1 GHz a 10 THz; - o processo de análise de volume usa transmissão de raios X, em um intervalo de energia entre 2 keV e 100 keV; - o processo de análise de superfície utiliza radiação infravermelha e consiste em um processo de análise óptica no infravermelho médio ou próximo ou em um processo de análise termográfica no infravermelho médio; - o processo de análise de superfície é um processo de análise da composição atômica, tal como um processo de análise por fluorescência de raio X ou um processo de análise por espectroscopia de plasma induzido por laser.

Além disso, o processo de acordo com a invenção pode consistir: - para objetos e artigos fibrosos ou similares, na determinação do nível de umidade dos resultados combinados fornecidos pelos processos de análise de superfície e de volume e/ou, - para um fluxo em avanço composto de, ou incorporando objetos, artigos ou similares de papel e/ou de papelão, na realização de uma discriminação em função de sua respectiva espessura total de material.

Além disso, em conformidade com vantajosas aplicações do processo de acordo com a invenção, os resultados dos diferentes tipos de análise podem ser usados para realizar, preferencialmente aproximadamente em tempo real, tanto uma pesagem sem contato do fluxo em avanço de objetos, artigos ou similares, ou uma avaliação do valor do PCI do fluxo em avanço de objetos, artigos ou similares. A invenção também tem por objeto uma instalação para inspeção e/ou para classificação automática de objetos, artigos ou similares pertencentes à pelo menos duas diferentes classes ou categorias, em particular, usando o processo descrito acima, dita instalação compreendendo, por um lado, um meio para garantir o avanço aproximadamente em uma camada única de ditos objetos ou similares, por exemplo, uma esteira transportadora ou um suporte de transporte similar, e, por outro lado, pelo menos dois meios de análise sem contacto por radiação dos objetos, artigos ou similares em avanço, uma instalação caracterizada por ainda compreender um meio para o uso combinado dos resultados fornecidos por cada objeto, artigo ou similar pelos meios de diferentes tipos de análise, para executar uma discriminação entre esses objetos ou similares e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes e pelo dito meio de análise compreender, por um lado, pelo menos um meio de análise de superfície capaz de determinar a composição física e/ou química da camada superior ou externa de um objeto ou similar exposto à radiação deste meio, e, por outro lado, pelo menos um meio de análise de volume capaz de determinar a espessura equivalente de material do mesmo objeto ou similar.

Os dados provenientes dos diferentes processos de análise são armazenados de forma independente em uma unidade de processamento e, então compilados. A unidade de processamento permite sincronizar no tempo os dados e, portanto, restabelecer a coerência longitudinal entre os pixels provenientes dos sensores dos dois meios de análise, se os dados provenientes de ditos sensores são obtidos consecutivamente e não simultaneamente. Se a resolução lateral dos pixels difere de um sensor para o próximo, então essas duas resoluções podem ser reconciliadas por degradação, graças ao sistema de computação, a resolução de um ou de ambos os sensores, preferencialmente, de modo que a resolução dos dois pixels combinados corresponda à lacuna que separa dois elementos consecutivos de ejeção. A invenção será melhor compreendida, graças à descrição abaixo, que se refere às incorporações preferenciais, dadas como meio de exemplos não limitantes, e explicadas com referência os desenhos diagramáticos que acompanham, onde: - A Figura 1 é uma representação parcial e simplificada em perspectiva de uma instalação de acordo com uma incorporação preferencial da invenção; - A Figura 2 é uma representação simplificada em perspectiva de um sistema ou meio de análise de volume utilizando ondas de hiper-freqüência que podem ser parte da instalação mostrada na Figura 1; - As Figuras 3 e 4 são representações simplificadas em secção, em um sentido perpendicular à direção de avanço, do meio de análise usando ondas de hiper-freqüência, mostradas na figura 2, ilustrando em maiores detalhes, respectivamente, a matriz de antenas de recepção (Figura 3) e a matriz de antenas de emissão (Figura 4); - A Figura 5 é uma representação simplificada em perspectiva de um meio de análise de superfície baseado em um processo de análise termográfica, preferencialmente no infravermelho médio, que pode ser parte da instalação mostrada na Figura 1; - A Figura 6 é uma representação simplificada em perspectiva de um meio de análise de superfície baseado em um processo de análise espectroscópica ou óptica no infravermelho próximo que pode ser parte da instalação mostrada na Figura 1; - A Figura 7 é uma representação simplificada em perspectiva de um meio de análise de superfície baseado em um processo de análise de volume usando a transmissão de raios X que pode ser parte da instalação mostrada na Figura 1, e - A Figura 8 é um fluxograma de tomada de decisão correspondente ao uso combinado dos resultados das análises de superfície e de volume para a classificação de um fluxo heterogêneo de papéis/papelões/revistas. A Figura 1 nos desenhos que acompanham ilustra a título de exemplo e de uma forma simplificada, uma instalação 1 para a inspeção e/ou a classificação automática de objetos, artigos ou similares 2 pertencentes à pelo menos duas diferentes classes ou categorias. A dita Instalação 1 compreende, por um lado, um meio 3 para garantir o avanço aproximadamente em uma camada única de ditos objetos ou similares 2, por exemplo, uma esteira transportadora ou um suporte de transporte similar, e, por outro lado, pelo menos dois meios 4 e 5 de análises sem contato por radiação de objetos, artigos ou similares 2 em movimento de avanço.

De acordo com a invenção, esta instalação 1 ainda compreende um meio 6 para a utilização combinada dos resultados fornecidos por cada objeto, artigo ou similar 2 através de meios de análise 4, 5 de diferentes tipos, para realizar uma discriminação entre esses objetos ou similares e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes e em que ditos meios de análise 4, 5 compreendem, por um lado, pelo menos, um meio de análise de superfície 4 capaz de determinar a composição física e/ou química da camada externa de um objeto ou similar 2 exposto à radiação deste meio e, por outro lado, pelo menos um meio de análise de volume capaz de determinar a espessura equivalente de material do mesmo objeto ou similar 2.

Embora na Figura 1, a instalação 1 utilize duas análises consecutivas (os sensores dos meios de análise 4 e 5 estando espacialmente deslocados na direção de avanço dos objetos 2), também é possível que essas duas análises sejam executadas simultaneamente (zonas de análise dos sensores mescladas ou incluídas uma na outra).

Conforme mostram diagramaticamente as Figuras 2 a 4 e 7 nos desenhos que acompanham, o meio de análise de volume 5 pode ser vantajosamente selecionado do grupo formado pelos meios de análise por ondas de hiper-freqüência e pelos meios de análise por transmissão de raios X, o suporte de transporte 3 sendo preferencialmente essencialmente transparente à radiação utilizada.

Preferencialmente, o meio de análise de volume 5 usando ondas de hiper-freqüência, preferencialmente em um intervalo de frequências de 1 GHz a 10 THz, compreende pelo menos uma matriz de antenas de emissão 8 e pelo menos uma matriz de antenas de recepção 9, a unidade operando com uma freqüência de trabalho definida no intervalo de freqüência precedente, por exemplo no tipo antenas planares, alinhadas em uma direção perpendicular à direção D de avanço dos objetos ou similares 2 a ser inspecionados ou classificados, as antenas de recepção 9 sendo colocadas sob o suporte de transporte 3.

De acordo com uma incorporação variante otimizada, o meio de análise de volume por onda de hiper-freqüência 5 compreende pelo menos duas matrizes de antenas de emissão 8 e de antenas de recepção 9, os pares acoplados das matrizes 8, 9 operando em diferentes freqüências de trabalho, a relação entre estas freqüências de trabalho sendo no mínimo igual a dois.

Ainda, e conforme mostrado nas Figuras 5 e 6, a título de exemplo, o meio de análise de superfície 4 pode ser vantajosamente selecionado do grupo formado pelos meios de análise óptica no infravermelho médio ou próximo, meios de análise termográficos no infravermelho médio, meios de análise de fluorescência de raio X e meios de análise por espectroscopia de plasma induzido por laser, o suporte de transporte 3 fornecendo, se necessário, um fundo de contraste em relação aos objetos ou similares 2 para a radiação de análise a ser considerada.

Evidentemente, a instalação 1 ainda compreende meios adicionais (hardware e software), em particular, para a coleta e o processamento dos resultados fornecidos pelos meios de análise 4 e 5, tornando possível usar as diferentes operações do processo descrito acima.

No que segue, diferentes incorporações variantes da instalação e do processo de acordo com a invenção são descritas mais detalhadamente, mas de uma forma não limitante, em conexão com os desenhos que acompanham.

Conforme mostra a Figura 1, e conforme já indicado, o processo de acordo com a invenção consiste essencialmente em submeter um objeto 2 avançando sobre uma esteira transportadora 3 a pelo menos duas análises diferentes. A primeira análise é uma análise de superfície baseada na utilização de um sistema de análise de superfície 4. É possível submeter o objeto 2 a várias análises de superfície, a fim de melhorar ainda mais a classificação. A segunda análise baseada na utilização de um sistema de medição de volume 5 permite analisar o objeto 2, em toda sua espessura.

Além disso, é possível submeter o objeto 2 a várias análises de medição de volume para uma melhor precisão de medição.

Conforme indicado acima, a tecnologia de medição de volume pode ser de diferentes tipos, tais como, por exemplo, hiper-frequências, raios X ou raios Gama. A ordem das análises pode ser de qualquer tipo. Os dados coletados pelas diferentes análises são, então, compilados em uma unidade de processamento 6, por exemplo, uma unidade de processamento de dados e então analisados para determinar as características do objeto 2. Pode ser fornecido um sistema de ejeção 7, que permite separar, se necessário, os objetos em duas ou mais categorias.

Na descrição abaixo, a incorporação preferencial selecionada do sistema de medição de volume 5 será a tecnologia por hiper-freqüência ou por raio X. O sistema de análise de superfície 4 pode usar, dependendo da aplicação desejada, uma análise de espectroscopia óptica UV/visível, infravermelho e/ou uma análise termográfica. Naturalmente, estes exemplos não são limitantes. Em todos os casos, a largura total da esteira transportadora 3 está sujeita a uma radiação eletromagnética proveniente de uma fonte colocada acima e gerando um sinal de retorno para um detector também colocado acima: esta configuração é conhecida como retrodifusão. Devido à pequena profundidade da penetração da onda de superfície, essas tecnologias tornam possível analisar apenas o objeto 2 na superfície. Por esta análise, pode ser determinado o tipo de materiais que avançam na esteira transportadora 3. Por exemplo, uma tecnologia de espectroscopia usando infravermelho próximo permite reconhecer diferentes tipos de plásticos (PET, PETG, ABS, PS, etc.), com uma penetração de 1 a vários milímetros. Uma tecnologia termográfica com radiação térmica no infravermelho médio tem uma penetração de menos de 100 μιτι. Isto permite, por exemplo, diferenciar os diferentes tipos de papel (papel fotocópia tipo A4, papelão marrom corrugado, papelões leves ou revestidos, etc.).

Durante a análise termográfica (uma tecnologia conhecida por si própria), através de um sistema 4 adequado da Figura 5, uma fonte de calor 10 permite emitir radiação de calor para uma zona 11. Quando o objeto 2 atravessa esta zona 11, a camada superior do objeto 2 sofre um aquecimento. Uma câmera térmica 12 mede o aumento de temperatura entre uma zona 13 antes da irradiação, e uma zona 14 após a irradiação. Dependendo da composição do objeto, este terá um aumento de temperatura diferente. Por exemplo, para um fluxo de papel/papelão, as peças de papel, sendo mais finas, serão mais aquecidas do que as peças de papelão, o que permite diferenciá-las.

Durante o uso de um sistema de análise 4 por espectroscopia no infravermelho (Figura 6 - conhecido como tal), uma fonte de luz infravermelha 15 permite enviar radiação infravermelha em uma zona 16. Todos os objetos 2 que avançam na esteira transportadora 3 estão sujeitos a esta radiação. Um sistema de aquisição de imagem 17 permite varrer a esteira transportadora 3 e observar o espectro de cada objeto 2. Uma unidade de processamento central 6 permite coletar e processar os dados. Cada material constituinte dos objetos 2 tem uma resposta espectral diferente que permite, em comparação com modelos armazenados em um banco de dados, determinara natureza do material do objeto 2 em avanço. A análise de volume pode basear-se na utilização de um sistema de hiper-freqüência 5 (Figura 2) que permite analisar o objeto 2 em sua espessura total. O objeto 2 é iluminado por um feixe de ondas de hiper-freqüência emitido por antenas 8, preferencialmente do tipo cone, seguras por um suporte 8'. A onda é então propagada da matriz de antenas de emissão 8 para a matriz de antenas de recepção 9. Quando o objeto 2 passa na zona 18, ele altera a amplitude e a fase das ondas de hiper-freqüência captadas pela matriz de antenas 9. A onda é mais atenuada quanto maior a perda tangente do objeto 2 e mais abrandada (ou fora de fase) quanto maior sua permissividade relativa (i.e. constante dielétrica). A matriz de antenas de emissão 8 está localizada a uma distância da esteira transportadora 3, tornando possível a passagem livre dos objetos 2 que avançam sobre a esteira transportadora 3, isto é, de preferência em uma distância de 150 a 300 mm.

Cada antena 8 da matriz de antenas de emissão ilumina uma largura razoável da esteira transportadora 3 e está, portanto, espaçada por uma distância definida que depende de parâmetros tais como a frequência, o tipo de antena e o ganho da antena. Por exemplo, a 10 GHz, as antenas de emissão 8 de preferência estão espaçadas de modo que cada antena ilumine uma largura de 20 cm ou mais da esteira transportadora. A matriz de antenas de recepção 9 (Figura 3), colocada sob a esteira transportadora 3, consiste em antenas planares 19, referidas como "antenas patch" que são espaçadas de modo que não haja nenhuma interferência entre as antenas. Um sistema de detecção 20 está conectado em série com cada antena 19, que permite conhecer o módulo e/ou a fase do sinal. O sistema de detecção 20 é, por exemplo, um correlator complexo conforme descrito em "The Six-Port Reflectometer: Art Alternative NetworkAnalyser", Glenn F. Enguen, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 25, No. 12, December 1977. A medição da fase também pode ser feita usando um sistema escravo que sobrepõe o sinal d emissão e o sinal de recepção após um pré-processamento que equaliza suas amplitudes. Quando um objeto passa na zona 18, o módulo e a fase de cada sinal são modificados. Estes dados, medidos utilizando o sistema de detecção 20, são formatados usando um circuito analógico 21, e então transmitidos e processados por uma unidade de processamento central 6. O sinal de hiper-freqüência se origina de uma fonte 22 (Figura 4) na frequência selecionada que pode ir de vários Gigahertz a vários Terahertz. Este sinal então é dividido em tantos caminhos quantos necessários, usando divisores de potência 23, para criar uma iluminação ideal da esteira transportadora. Um amplificador 24 colocado à montante de cada antena 8 permite amplificar o sinal. Dependendo da frequência da fonte 22, é possível utilizar apenas um único amplificador colocado entre a fonte 22 e o divisor 23. O intervalo de detecção do sistema de hiper-freqüência 5 é tanto mais amplo quanto maior a potência emitida. Uma potência de 10 mW na entrada de cada antena 8 é apropriada para uma freqüência de utilização de 10 GHz e para uma matriz de antenas colocada a 30 cm da esteira transportadora 3.

Um segundo tipo de sistema de análise de volume 5 (Figura 7) também pode ser construído usando uma tecnologia de raio X. Neste caso, uma fonte 25 permite emitir raios X sobre uma largura da esteira transportadora 3. Os raios que passam através dos objetos 2 e através da esteira transportadora 3 são captados por um detector 26. Esta tecnologia de medição é sensível à espessura transpassada do objeto 2 que avança na esteira transportadora 3. Assim, é possível separar um objeto espesso de um objeto que seja menos espesso, conhecendo o material que constitui esses objetos 2. Esta última parte da informação é dada pela análise de superfície 4. A potência da onda através do objeto 2 diminui proporcionalmente a um exponencial de (a * /) onde a representa o coeficiente de absorção do material e / representa a espessura do material, a é determinado graças à utilização da tecnologia de reconhecimento de superfície 4. Conhecendo a, é então possível determinar l graças à medição da potência transmitida dos raios X ou das ondas de hiper-freqüência do emissor 25 para o receptor 26.

Finalmente, é necessário combinar os dados provenientes dos sistemas de análise de superfície 4 e dos sistemas de análise de volume 5. O compilamento destes dados é realizado usando uma unidade de processamento central 6. Assim, a combinação dos sistemas 4 e 5 permite melhorar a classificação e a diferenciação dos objetos 2 que avançam na esteira transportadora 3. De acordo com a aplicação prevista da combinação das duas tecnologias, o compilamento dos dados é feito de maneira diferente. Por exemplo, para a aplicação de medida de massa ou PCI, a tecnologia de reconhecimento de superfície fornece as informações sobre o tipo de material do elemento de superfície analisado, e a segunda análise fornece a quantidade de material verticalmente situado deste elemento de superfície. A combinação destas duas peças de informação permite calcular o peso ou o PCI dos objetos 2.

Graças à descrição precedente, o técnico versado na arte facilmente compreende a melhoria encontrada através da combinação das duas tecnologias indicadas.

Um exemplo prático da aplicação da invenção é descrito na revelação a seguir, em particular, em conexão com os problemas relacionados com a classificação de papéis que são descritos no estado da técnica (limitação da diferenciação entre papelão leve ou revestido/revista). Se dois objetos 2 exibem camadas de superfície similares, verificou-se que o sistema de análise de superfície 4 sozinho é inadequado. No caso do exemplo de um fluxo de papel/papelão, é difícil diferenciar entre a capa espessa de uma revista e um papelão leve ou revestido (papelão plano, de baixo valor de reciclagem). No momento, nas aplicações de classificação, as revistas representam uma fonte significativa de papel a ser recuperada.

Usando o sistema de análise 4 único apresentado acima, as revistas com uma capa espessa são consideradas como papelão leve ou revestido e, portanto, não são otimamente recuperadas. Neste caso, o sistema de hiper-freqüência 5, usado no modo de leitura apenas do módulo, permite realizar esta discriminação entre papelão leve ou revestido/revista.

De fato, quando o objeto 2 (papelão leve ou revestido ou revista) passa através da zona 18, as perdas medidas serão maiores se o objeto 2 for uma revista do que se for um papelão leve ou revestido. Desde que a revista é mais espessa (em média: massa de superfície = 5 kg/m2), as ondas de hiper-freqüência devem passar através de mais material; assim, são mais atenuadas do que em um papelão leve ou revestido (em média: massa de superfície = 1 kg/m2). A variação das perdas medidas é do tipo: P(dB) = o(f) x e, onde e representa a espessura equivalente de celulose em mm e o(f) representa as perdas ligadas a um material de dB/mm e depende da freqüência de trabalho f. Por exemplo, a 25 GHz, α (25 GHz) = 0,3 dB/mm. Geralmente, uma revista que tem uma espessura de 5 mm (120 páginas) gera cerca de 1,5 dB de perda. Por outro lado, um papelão leve ou revestido tipo calendário (espessura 2 mm) gera apenas cerca de 0,6 dB de perda. Assim, considerando que não era possível diferenciar um papelão leve ou revestido de uma revista utilizando apenas o sistema de análise de superfície 4, é possível fazer essa diferenciação usando o sistema de hiper-freqüência 5 em adição.

Por exemplo, supondo um limite de perdas de 0,7 dB, é possível considerar que qualquer objeto 2 que gere perdas maiores que este limite seja uma revista. Do contrário, é considerado um papelão leve ou revestido.

Mais geralmente, a descrição da prática variante precedente é aplicada à distinção de objetos 2 tendo uma base de celulose que difere uma da outra pela espessura total do material presente. O sistema de análise de volume 5 também permite melhorar a diferenciação de produtos na presença de umidade. Esta aplicação pode ser explicada usando o sistema de hiper-freqüência. Este sistema permite verificar se o objeto 2 que circula sobre a esteira transportadora 3 está úmido ou não. Na verdade, um material úmido gera perdas maiores (a água tendo um alto coeficiente de absorção em hiper-frequências) e também gera uma maior mudança de fase ou defasagem na onda (a água tendo uma maior permissividade em hiper-frequências). A mudança de fase de uma onda de propagação em um meio com permissividade relativa srpode ser escrita na fórmula: onde Φ é expresso em radianos, f representa a freqüência do sinal, c representa a velocidade da luz no vácuo, e d representa a distancia de propagação no objeto.

Se for considerado um movimento da onda ao longo de uma distância de 1 mm, as seguintes mudanças de fase são obtidas: - para a propagação no ar (εΓ = 1), e a 10 GHz, Φ = 12o. - para a propagação na madeira seca (εΓ = 1,8), e a 10 GHz, Φ = 16,1°. - para a propagação no papel seco (εΓ = 2,1), e a 10 GHz, Φ = 17,1°. - para a propagação na água (εΓ = 30), e a 10 GHz, Φ = 65°.

Notamos que a água gera uma mudança de fase, cerca de quatro vezes maior do que a gerada por madeira seca ou papel. Em contrapartida, sua absorção é quarenta vezes maior do que a da madeira ou a do papel. Uma vez que estas duas relações são diferentes, é possível, conhecendo o módulo e a fase da onda, reconhecer os materiais úmidos, na verdade até mesmo medir o teor de água. Conhecendo a informação sobre a umidade do material (fornecida pelo sistema de hiper-frequência 5), bem como o comportamento térmico dos diferentes fluxos em função da umidade, pode ser feita uma correção na medida tomada pelo sistema termográfico 4 para melhorar a discriminação. A tabela a seguir fornece uma estimativa da fase e das perdas medidas para dois tipos de amostras e dois níveis de umidade em uma frequência de 10 GHz: Para diferenciar os objetos 2 um do outro, se eles estão úmidos ou secos, a unidade de processamento 6 pode, por exemplo, executar as instruções indicadas no fluxograma na forma de um diagrama de blocos da Figura 8. —> Se a relação Fase/Perda é inferior a um certo valor R (uma função da freqüência, por exemplo 100 a 10 GHz), então o nível de umidade é superior a X %, X % sendo geralmente igual a cerca de 10%. Neste caso, o valor da mudança de fase é medido. Se este for superior a um valor limiar Sd2 (depende da freqüência, por exemplo, 120° a 10 GHz), então o objeto 2 sendo testado é uma revista úmida e será colocada no contêiner A dos produtos a serem recuperados. Caso contrário, isso significa que não é possível determinar precisamente a natureza do objeto 2, e este será então colocado no contêiner C de produtos contaminados (papelão leve ou revestido úmido). ^Sea relação Fase/Perda é superior a um certo valor R (por exemplo 100 a 10 GHz), então o nível de umidade do fluxo é inferior a X %. Então, a fase do sinal é medida. Se esta fase for: - maior que um valor limiar Sdi (por exemplo, 70° a 10 GFIz) então, o objeto 2 que está avançando na esteira transportadora 3 é uma revista seca. Então, será colocado no contêiner A. - menor que um valor limiar Sdi, o objeto 2 é submetido a uma análise termográfica. Se for medido: - um forte aquecimento, o objeto 2 é papel seco. Então, será colocado no contêiner A. - um fraco aquecimento, o objeto é um papelão leve ou revestido seco. Será colocado no contêiner B.

Como é evidente da aplicação precedente, o sistema de hiper-frequência 5 permite medir o nível de umidade. Assim, considerando esse sistema sozinho, torna-se possível medir o nível de umidade de objetos 2 em um fluxo que avança sobre a esteira transportadora 3 tendo um nível de umidade inferior a 20%. A medição da relação fase/perda (grau/dB) fornece, por uma curva de referência, o nível de umidade para níveis de umidade inferiores a 20%. Além de 20% de umidade, a variação da relação fase/perda torna-se demasiado pequeno em relação à variação do nível de umidade. Para uma medição de umidade superior a 20%, é usada uma tecnologia de reconhecimento de superfície NIR. Pela combinação dessas duas tecnologias, é então obtida uma medida do nível de umidade para materiais tendo entre 0 e 100% de umidade.

Outra aplicação desta invenção, usando a combinação de um sistema de reconhecimento de superfície 4 e de um sistema de medição de volume 5, é a realização de uma pesagem sem contacto. Esta aplicação engloba preferencialmente o uso da hiper-freqüência ou do sistema de raio X 5 com o sistema de reconhecimento de superfície 4 por espectroscopia no infravermelho ou fluorescência de raios X.

Nesta aplicação, o sistema de reconhecimento de superfície 4, por exemplo, por espectroscopia no infravermelho, permite determinar o material constituinte / do elemento de superfície dS do objeto 2, que está avançando na esteira transportadora 3.

Então, o sistema de medição de volume 5 faz uma medição das perdas de transmissão devidas ao objeto 2 que está avançando na esteira transportadora 3. Uma absorção A, (expressa em dB/(kg/m2) para uma tecnologia de hiper-frequência) está associada a cada material /, este coeficiente dependendo principalmente da densidade do objeto. É, portanto, da medição das perdas p que é possível estimar a massa do fluxo que está avançando na esteira transportadora 3. Associado a cada superfície unitária dS medida pelo processo 14 está uma massa dMi = p.dS/Ai. Finalmente, uma unidade de processamento central 6 permite adicionar as massas elementares medidas e, portanto, estimar a massa total do fluxo que está avançando na esteira transportadora, bem como a massa total de cada material e, portanto, as proporções de massa do fluxo.

No caso de uma tecnologia de reconhecimento de volume por hiper-frequência, os coeficientes aplicados dependem da freqüência de trabalho do sistema de medição de volume 5.

Assim, um objeto 2 fino exigirá uma análise de alta freqüência (uma freqüência de 90 GHz é adequada para objetos com uma espessura na ordem de 0,2 mm ou mais) e um objeto espesso exigirá uma análise de baixa freqüência (uma freqüência de 10 GHz é adequada para objetos com uma espessura na ordem de 2 mm ou mais).

No caso onde o fluxo em avanço na esteira transportadora 3 apresentar objetos 2 de espessuras diferentes, o sistema de hiper-frequência 5 pode ser composto de duas matrizes de antenas 8 e 9, cada matriz de antena, então, tendo uma freqüência de trabalho diferente. Assim, duas absorções são atribuídas para cada tipo de material, uma para cada freqüência de trabalho.

Da aplicação da pesagem sem contacto, resultam diferentes aplicações tal como a medida do maior e do menor poder calorífico e a medição do potencial de biometanização, a medida da proporção de uma característica em um material tal como o nível de cloro, etc.

Por exemplo, no caso do poder calorífico PCIPCI, o princípio permanece o mesmo para a pesagem sem contacto exceto que desta vez, está associado a cada material o PCI Ci do material i em MJ/kg. O PCI dC de cada pixel é então dC = Cj.dMj, onde dMi é calculado pela fórmula precedente. Então, a medição do PCI de um fluxo de objetos 2 é obtida adicionando os PCIs de todos os pixels do fluxo que está avançando na esteira transportadora 3.

Considerando as características mencionadas neste documento, características adicionais divulgadas nos vários documentos citados na introdução em relação às tecnologias de análise de volume e de superfície conhecidas e do conhecimento de um técnico versado na arte, não é necessário descrever mais os meios utilizados pela invenção. É evidente pelo precedente que esta invenção refere-se à aplicação da combinação de pelo menos duas tecnologias (pelo menos uma tecnologia de análise de superfície e pelo menos uma tecnologia de medição de volume) para a caracterização e/ou a classificação em tempo real de objetos 2 e, em particular: - a melhoria da distinção entre papelões leves ou revestidos/revistas. - a medição do nível total de umidade de um material. - a pesagem sem contacto de um fluxo de objetos heterogêneos. - a medição do poder calorífico inferior de um fluxo de objetos heterogêneos. - a medição do poder calorífico superior de um fluxo de objetos heterogêneos. - a medição do potencial de biometanização de um fluxo de objetos heterogêneos. - a medição do nível de cloro, etc.

Para este propósito, a invenção utiliza uma medida de superfície para caracterizar e/ou para classificar os objetos que exibem diferentes absorções, graças à utilização da tecnologia de reconhecimento de superfície e de uma tecnologia de medição de volume que analisa o objeto em sua espessura total. Diferentes tipos de análises de superfície podem ser usados, tais como, por exemplo, análise termográfica, ou espectroscopia no infravermelho ou espectroscopia UV/visível. O propósito da análise de superfície é determinar o tipo de material que está avançando na esteira transportadora.

Para a análise de volume, por exemplo, é possível a utilização de raios X, raios Gama ou ondas de hiper-frequência. A resposta destas tecnologias depende da espessura equivalente do material que é transpassada, ou seja, a espessura que o material teria na ausência de possíveis lacunas. A combinação das tecnologias de medição de volume e de reconhecimento de superfície tem como seu objeto principal aumentar a pureza e a qualidade da classificação em tempo real e melhorar a caracterização dos objetos que avançam, particularmente a medição da massa.

Conhecendo a natureza do material, suas propriedades são conhecidas, tais como a absorção e a mudança de fase por unidade de espessura e a densidade deste material. A combinação da informação de superfície com a quantidade de material presente por unidade de superfície permite estimar a massa do objeto. Assim, pode ser realizada uma pesagem sem contacto. Multiplicando-se as massas dos objetos pelo PCI de seu material constituinte, é obtido o PCI total deste material no fluxo. A informação da massa é, por exemplo, necessária para o operador de uma instalação de recuperação de materiais, para o gerenciamento do local em tempo real. A informação do PCI de uma determinada quantidade de objetos permite saber, por exemplo, a energia que será liberada por esses objetos se eles forem recuperados termicamente, ou seja, incinerados com recuperação de energia.

Naturalmente, a invenção não está limitada às incorporações descritas e mostradas nos desenhos que acompanham. Modificações continuam a ser possíveis, particularmente do ponto de vista da composição dos diversos elementos ou pela substituição de técnicas equivalentes, sem, portanto, sair do campo de proteção da invenção.

Claims (16)

1) “PROCESSO PARA INSPEÇÃO E/OU PARA CLASSIFICAÇÃO COMBINANDO ANÁLISE DE SUPERFÍCIE E ANÁLISE DE VOLUME” de objetos, artigos ou similares, pertencentes a pelo menos duas categorias diferentes e dispostos em movimento de avanço aproximadamente em uma camada única, por exemplo, em uma esteira transportadora ou um suporte de transporte similar, um processo caracterizado por ser consistido em submeter o fluxo em avanço de objetos, artigos ou similares (2) a pelo menos dois tipos diferentes de análise sem contato por radiação, cujos resultados são utilizados em uma forma combinada em cada objeto, artigo ou similar (2), para realizar uma discriminação entre estes objetos, artigos ou similares (2) e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes, a análise utilizada compreendendo, por um lado, pelo menos um processo de análise de superfície capaz de determinar a composição física e/ou química da camada superior ou externa de um objeto ou similar (2) exposto à radiação usada neste processo e, por outro lado, pelo menos um processo de análise de volume capaz de determinar a espessura equivalente de material do mesmo objeto ou similar (2).

2) “PROCESSO” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender o processamento de objetos, artigos ou similares (2) através de um processo de análise de superfície e através de um processo de análise de volume, ditos objetos, artigos ou similares (2) sendo submetidos, sucessivamente ou simultaneamente, a cada um dos processos de análise durante seu avanço em fluxo de camada única.

3) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo processo de análise de volume usar microondas ou ondas UHF, preferencialmente em um intervalo de frequências de 1 GHz a 10 THz.

4) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo processo de análise de volume usar a transmissão de raios X, em um intervalo de energia entre 2 keV e 100 keV.

5) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo processo de análise de superfície usar uma radiação infravermelha e consistir em um processo de análise óptica no infravermelho médio ou próximo ou em um processo de análise termográfica no infravermelho médio.

6) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo processo de análise de superfície ser um processo de análise da composição atômica, tal como, por exemplo, um processo para análise por fluorescência de raio X ou um processo para análise por espectroscopia de plasma induzido por laser.

7) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por consistir, para objetos fibrosos, artigos ou similares (2), na determinação do nível de umidade a partir de resultados combinados fornecidos pelos processos de análise de superfície e de volume.

8) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por consistir, para um fluxo em avanço composto por ou incorporando objetos, artigos ou similares (2) de papel e/ou de papelão, na realização de uma discriminação em função de sua respectiva espessura de material total.

9) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelos resultados dos diferentes tipos de análise serem usados para realizar, preferencialmente aproximadamente em tempo real, uma pesagem sem contato do fluxo em avanço de objetos, artigos ou similares (2).

10) “PROCESSO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelos resultados dos diferentes tipos de análise serem usados para realizar, preferenciaimente aproximadamente em tempo real, uma avaliação do poder calorífico inferior, do poder calorífico superior, do potencial de biometanização, e/ou do nível de cloro do fluxo em avanço de objetos, artigos ou similares (2).

11) “INSTALAÇÃO PARA INSPEÇÃO E/OU PARA CLASSIFICAÇÃO AUTOMÁTICA” de objetos, artigos ou similares pertencentes a pelo menos duas diferentes classes ou categorias, em particular, utilizando o processo de acordo com a reivindicação 1, dita instalação compreendendo, por um lado, um meio para garantir o movimento de avanço aproximadamente em uma camada única de ditos objetos ou similares, por exemplo, uma esteira transportadora ou um suporte de transporte similar, e, por outro lado, pelo menos dois meios de análise sem contacto por radiação dos objetos artigos ou similares em avanço, uma instalação (1) caracterizada por ainda compreender um meio (6) para uso combinado dos resultados fornecidos por cada objeto, artigo ou similar (2) através dos meios de análise (4, 5) de diferentes tipos, para realizar uma discriminação entre esses objetos ou similares e/ou uma avaliação de pelo menos uma característica destes, e onde o dito meio de análise (4, 5) compreende, por um lado, pelo menos um meio de análise de superfície (4) capaz de determinar a composição física e/ou química da camada superior ou externa de um objeto ou similar (2) exposto à radiação deste meio e, por outro lado, pelo menos um meio de análise de volume capaz de determinar a espessura equivalente do material do mesmo objeto ou similar (2).

12) “INSTALAÇÃO” de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo meio de análise de volume (5) ser selecionado do grupo formado pelos meios de análise por ondas de hiper-frequência e pelos meios de análise por transmissão de raios X, o suporte de transporte (3) sendo preferencialmente essencialmente transparente para a radiação utilizada.

13) “INSTALAÇÃO” de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada pelo meio de análise de superfície (4) ser selecionado do grupo formado pelo meio de análise óptica no infravermelho médio ou próximo, pelo meio de análise termográfica no infravermelho médio, pelo meio de análise de fluorescência de raio X e pelo meio de análise por espectroscopia de plasma induzido por laser, o suporte de transporte (3) fornecendo, se necessário, um fundo de contraste em relação os objetos ou similares (2) para a radiação de análise a ser considerada.

14) “INSTALAÇÃO de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizada pelo meio de análise de volume (5) usando ondas de hiper-frequência, preferencialmente em um intervalo de frequências de 1 GHz a 10 THz compreender pelo menos uma matriz de antenas de emissão (8) e pelo menos uma matriz de antenas de recepção (9), a unidade operando em uma frequência de trabalho definida no intervaio de freqüência precedente, por exemplo, no tipo de antenas planares, alinhadas em uma direção perpendicular à direção (D) de avanço dos objetos ou similares (2) a serem inspecionados ou classificados, as antenas de recepção (9) estando colocadas sob o suporte de transporte (3).

15) “INSTALAÇÃO” de acordo com reivindicação 14, caracterizada pelo meio de análise de volume por onda de hiper-frequência (5) compreender pelo menos duas matrizes de antenas de emissão (8) e de antenas de recepção (9), os pares acoplados de matrizes (8, 9) operando em diferentes freqüências de trabalho, a relação entre estas freqüências de trabalho sendo pelo menos igual a dois.

16) “INSTALAÇÃO” de acordo com qualquer uma das reivindicações 11a 14, caracterizada por ainda compreender meios adicionais, em particular, para o processamento dos resultados fornecidos pelos meios de análise (4 e 5), usando o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10.