CN101522322A - 分选细小有色金属和绝缘导线物件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

从一批混合的细小有色金属和绝缘导线中分选细小有色金属和绝缘铜导线的系统，该系统包括感应接近探测器阵列、处理计算机和分选机构。感应接近探测器识别细小的有色金属和绝缘铜导线的位置。处理计算机指令分选机构将非金属物件以外的细小的有色金属和绝缘铜导线放入独立的容器中。

Description

分选细小有色金属和绝缘导线物件的方法和设备

背景技术

可回收金属在生成的固体废物中占很大比例，因此非常希望通过回收金属物来避免用废渣填埋法来处理金属。为了从混合的大量废物中回收金属，必须识别出金属物件，然后将它们与非金属物件分离。历史上，尺寸小于40mm的细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料的物件一直是不可回收的，因此需要能将细小的不锈钢、铝/铜散热器、银电路板、铅、绝缘导线和其它非导电废料的物件与其它细小非金属材料分离开的系统。

发明内容

本发明涉及用于从相似尺寸混合材料物件的组中分选尺寸小于40mm的金属材料的系统和设备，该系统可分离的金属包括：不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电金属。本发明的系统采用感应接近传感器阵列来探测位于移动传送带上的目标材料。传感器阵列被连接到计算机，计算机跟踪目标材料的运动并指令分离单元分离到达传送带末端的目标材料。

在一种实施例中，将细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料的物件放置在薄的传送带上，传送带输送物件从感应接近传感器阵列的上方通过。感应接近传感器横跨传送带宽度和材料路径布置成一个或多个阵列。阵列中的传感器间隔紧密，但是分隔得足够开，以避免在相邻传感器之间产生探测干扰的“串扰”。传感器可以跨宽度方向间隔开，同时还沿长度方向交错布置。这样允许至少有一个传感器可以探测到跨传送带宽度方向任意位置的目标物件。除相对位置以外，还可以通过采用在不同频率工作的传感器并将这些不同传感器彼此相邻放置(可能是交替的模式)来避免串扰。跨传送带宽度放置越多的传感器，则系统就能更准确地确定目标物件的位置。

每个阵列传感器可设定为探测特定类型的金属材料。不同的金属材料具有不同的“修正因子”。这允许有些材料比其它材料更容易被感应接近传感器探测到。每个阵列的传感器都跨越材料输送路径的宽度布置，并且用于探测特定类型的材料。每个阵列传感器都可以使用具有多频率的传感器或者分隔成交错布置的多行来避免串扰。也可以把多阵列传感器在材料输送系统的区域内混合。

感应接近传感器设置为面朝上对着传送带的上表面。传感器具有穿透距离，即传感器能够探测特定类型材料的最大距离。穿透距离的范围可从小于22毫米(mm)到大于40mm，不同材料具有不同的探测距离，探测距离用“修正因子”表示。修正因子的范围可以是从0到1.0+。传感器的探测范围乘以修正因子决定了材料的探测范围。

当目标物件靠近传感器阵列的上方通过时，至少有一个传感器会产生电信号。但是，在一些实施例中，希望探测不到某些目标材料。这通过控制传感器在传送带下方的深度就可以实现。当传感器靠近传送带表面设置时，所有的传感器将探测所有的目标材料。但是，当将传感器设置在传送带表面下方一定距离时，传感器可探测到具有高修正因子的材料，而探测不到具有较低修正因子的材料。该系统可以配置选择性地探测、识别和区分不同类型材料的多个阵列传感器。例如，第一阵列传感器可以设置为靠近上表面，而第二阵列传感器可凹进表面下方。第一阵列传感器探测所有目标材料，而第二阵列传感器只探测具有高修正因子的目标材料。然后，该系统利用此信息不但可以分离目标材料，而且还可以将高修正因子的材料与低修正因子的材料分离。

计算机或其它处理器被连接到传感器阵列。处理器决定传感器阵列中哪个传感器探测目标物件，然后与跨传送带宽度的目标材料的位置关联。该系统也分辨传送带的速度、传感器之间的距离和传送带的末端。目标物件到达传送带末端的时间由距离除以速度得出，并且目标物件跨传送带宽度方向的位置由传感器阵列中特定的传感器探测确定。然后，该系统将预测物件于何时何处到达传送带的末端。

计算机利用目标材料的位置信息来控制分选系统。计算机指令分选单元在所预测的时间并在已探测到的宽度位置选择性地移除物件。在一种实施例中，分选系统包括安装在传送带末端的空气喷头阵列。当探测到细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件时，计算机在金属物件到达传送带末端的时候同步启动空气喷头。更明确地说，与目标物件的位置相应的一个或多个空气喷头被启动，从而在目标物件掉下传送带的时候使其偏转。目标物件被偏转进入分别的回收料箱。当非金属物件到达传送带末端并掉入容纳非金属物件的料箱时不启动空气喷头。接下来，分选出来的细小非导电有色金属物件和绝缘导线物件可以被回收或者进一步分选，以分离不同类型的金属。

如前所述，可以基于目标材料的修正因子来选择性地探测不同类型的目标材料。在该类型的系统中，可以控制空气喷射力。尽管非金属材料可在没有启动任何空气喷头的情况下掉入废料箱，但该系统可以根据被探测材料的类型施加不同的空气喷射力。例如，低修正因子物件可获得力量小的空气射流，并被偏转进入第一分选料箱，而高修正因子物件可获得更强大的空气射流，并被偏转进入第二分选料箱。

在可替代的实施例中，可以采用多个传送带分选系统来基于不同修正因子材料执行多重分选。第一分选系统可将目标金属与非金属分离。然后，可以将该目标金属放置在第二传送带上，并从选择性地探测高修正因子材料的第二传感器阵列的上方通过。这样，系统将高修正因子材料与较低修正因子的材料分离。可以根据需要进行附加分选。这种更准确的分选有助于分离钢、铝、铜和黄铜，从而使回收更有效。

附图说明

图1所示是本发明的单分选实施例；

图2所示是本发明的单分选实施例；

图3所示是本发明的多分选实施例；

图4所示是本发明的多传送带和多分选实施例；

图5所示是交错式传感器阵列的顶视图；

图6所示是混频传感器阵列的顶视图；以及

图7所示是四行交错式传感器阵列的顶视图。

具体实施方式

虽然本发明主要涉及利用感应接近传感器来识别和分离目标金属物件的分选系统，但还有有助于优化系统性能的其它系统构件。本发明系统所采用的混合材料是理想的细小或细微的物件，它们可来自于各种来源。在一实施例中，混合材料从粉碎机中排出，并按大小由滚筒筛或其它类型的筛分设备分选，以将小物件与较大物件分离。在优选实施例中，小于40mm(毫米)的物件与大于40mm的物件分离。

这些细小的物件被进一步处理，以使黑色金属和导电有色金属分离。混合的细小物件可以从用于去除磁性黑色金属材料的磁性分离器上方通过。然后，将细小的有色金属材料从涡流分离器上方通过，从而去除导电有色金属材料。可采用其它金属传感器来去除可能被涡流设备遗漏的其它非导电金属。

可执行各种其它的工艺来分离或准备供本发明系统所处理的残余混合材料。例如，可采用密度分选设备来将较低密度的材料，如塑料、橡胶和木质产品，与较高密度的玻璃和金属分离。密度分选系统的一个实例是介质浮选系统，将要分选的物件浸入具有特定密度的流体中，例如水。塑料和橡胶具有较低的密度，可以浮到流体顶部，而具有较高密度的较重的金属和玻璃成分则会下沉。

当已经去除黑色金属和导电有色金属材料后，使残余的细小的非导电金属材料和有色金属材料经过传感器阵列，该传感器阵列可以从残余材料中分离有色金属和绝缘铜导线的传感器。传感器能够探测出有色金属，包括：不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅和其它非导电材料。在优选实施例中，这些目标物件的尺寸约在1mm和40mm之间。与甚至难于探测尺寸小于40mm的有色金属物件的现有技术相比，本发明的系统具有显著的改进。

其它的回收系统从混合材料组分中探测并分离金属物件。如被引入参考的美国专利申请No.11/255,850所讨论的，金属物件由感应接近探测器探测。接近探测器包括振荡电路，该振荡电路由与形成探测线圈的电感L并联的电容C组成。振荡电路通过电阻Rc连接到产生振荡信号S1的振荡器，当金属对象接近探测器时，振荡信号S1的振幅和频率保持不变。另一方面，当金属对象接近探测器时，电感L是可变的，这样受振荡器作用的振荡电路就输出可变的振荡信号S2。它还可包括对金属对象的接近不敏感的LC振荡电路，或更一般地具有类似不敏感性并作为相位基准的电路。

振荡器由从探测器外部的电压源所产生的电压V+供电，并且该振荡器以明显低于振荡电路临界频率fc的频率f振荡来激励振荡电路。临界频率定义为当黑色金属对象接近探测器时，振荡电路的电感几乎保持恒定时的频率。由于振荡电路的振荡是由振荡器的振荡促使的，其结果是金属对象的接近改变了S2相对于S1而言的相位。由于频率f远低于频率fc，所以随着黑色金属对象的接近，电感L增大，并且随着有色金属对象的接近，电感L减小。在本文引用供参考的美国专利No.6,191,580中更加详细说明了感应接近传感器。

感应接近传感器可以有各种不同的类型，它们具有特定的工作特征。例如，高频无屏蔽感应接近传感器(约500Hz到2000Hz)可以探测细小的有色金属和绝缘铜导线物件。在一实施例中，用于探测细小不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料的感应接近传感器在约500Hz的频率工作，并且穿透到22mm，以提高探测的分辨率。工作频率与金属探测的探测时间和工作速度相应。较快的500Hz的工作频率允许传感器探测金属对象的速度比普通的模拟传感器更快。由于高频传感器工作非常快，因此它们产生更多的噪音，导致输出误差并可能不启动分选系统。可以采用过滤器去除噪音，但是过滤器增加了额外的部件并降低了高频传感器的快速工作速度。相反，模拟传感器可以0.5毫秒的快速收集数据，但是数据输出固有地被过滤成探测信号的平均值，并可以提供更可靠的输出。

这些传感器之间的另一个区别是穿透距离。模拟传感器可具有40mm的穿透距离，而高频传感器可具有22mm的穿透距离。穿透距离是指传感器能够探测到修正因子为1.0的目标材料的距离。下面的表1详细列出了模拟式感应接近探测器和定制的高频感应探测器之间的其它差别。

 

	模拟感应接近探测器	高频感应接近探测器
			工作频率	约100Hz	约500Hz
分辨率	2.5m/s时，约25mm	2.5m/s时，约12mm
			穿透	40mm	22mm
直径	约30mm	约18mm
			探测时间	每次循环约10ms	每次循环约5ms

表1

在一实施例中，高频感应接近传感器是基于线圈的，并能够准确探测有色金属，例如铝、黄铜、锌、镁、钛和铜。虽然感应接近探测器能够探测出各种类型金属的存在，但是这种能力可以根据传感器和被探测金属的类型而变化。

可以采用多种方式描述对特定类型金属的敏感度的差别。基于被探测金属类型的敏感度差异的一个例子是修正因子。感应接近传感器可以具有“修正因子”，其量化对于各种金属的相关穿透距离。知道了基础穿透距离是22mm以及被探测金属的修正因子，就可以确定任意被探测金属的穿透距离。下面的表2列出了细小有色金属的典型修正因子。

 

金属	修正因子
		铝	0.50
黄铜	0.45
		铜	0.40
镍铬合金	0.90
		不锈钢	0.85
钢	1.00

表2

如前所述，高频感应接近传感器具有22mm的穿透等级，并且如表2所示，铝的修正因子是0.50，因此，铝的穿透等级是修正因子0.50乘以穿透等级22mm，这样，探测器对铝的穿透深度是11mm。

为了准确探测到混有细小非金属的细小不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件，必须把探测器设置成紧密接近这些目标材料。优选将混合物件以间隔开的方式分布在传送带上，使得细小的物件不堆叠在彼此上，并且物件之间有一定的间隔。接下来，将该批混合材料在横跨传送带宽度的探测器阵列上方移动。由于金属探测器的探测范围短，因此感应接近传感器必须彼此靠近布置，使得所有越过传感器阵列的金属物件都被探测出来。细小的物件应该不会从传感器之间经过而未被探测出。

参见图1，示出了本发明分选系统的一种实施例的侧视图。为了快速以及准确地探测所有细小的有色金属和绝缘的铜导线，混合的细小材料物件103、105应该与第一频率传感器207或第二频率传感器209中的至少一个靠得很近地被传送。传送带221应该较薄且不包含任何碳材料，这样传感器207、209安装在传送带221下方的传感器板235的沉孔237内。传送带221在传感器板235的光滑的上平表面上滑行。沉孔237允许传感器207、209安装在传送带221的下方，因此没有物理接触。在该优选实施例中，传送带221由薄层的聚氨酯或聚氨酯/聚氯乙烯制成，从而为混合的材料物件提供了防滑面，并且根据103、105所需的穿透性，传送带221的厚度约是0.9mm到2.5mm。依据所需要的分辨率，传送带优选以大约每秒0.9米(m/s)到4m/s的速度移动。较快的传送带移动速度比较慢的传送带移动速度需要更准确的探测。传感器板235优选采用具有高耐磨因数和低系数因子(coefficient factor)的耐磨聚合物制成，例如聚四氟乙烯(Teflon)，或聚碳酸酯，例如Lexan，并且根据所需的穿透性，传感器板的厚度约是0.5mm到1.2mm。

由于被分选的材料非常小，有色金属和绝缘铜导线105趋向于平铺在传送带221上，并靠近安装在传送带221之下并且横跨传送带221宽度的感应接近传感器阵列207、209地通过。由于细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件105非常小，因此传送带221上有大比例的可用面积。在可替代的实施例中，在传送带221的上方设置额外的感应接近传感器阵列，这些感应接近传感器阵列向下面对混合的细小材料103、105。这些上传感器207、209可以按照与传送带下方的传感器207、209相同的方式布置。来自于探测器207、209的所有信号都被输入到处理计算机225。

细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105被探测到的位置被输入计算机225。在知道了细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105在传送带上的位置和传送带221的传送速度后，计算机211就可以预测细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105在探测后任意时间所处的位置。例如，计算机225可以预测细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105何时和何处将掉下传送带221末端。利用这个信息，计算机225接下来就能指令分选机构在细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105掉下传送带221的时候分离它们。

可以采用各种不同的分选机构。再次参见图1，在传送带221的末端安装了空气喷头阵列217，空气喷头阵列217被安装在传送带221末端的下方，并且具有多个跨传送带221的宽度安装的多个空气喷头。计算机225跟踪细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件105的位置，并传输控制信号，以便在细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105掉下传送带221末端时启动空气喷头阵列217中与细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料105的位置对应的个体空气喷头。空气喷头217使细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电金属废料105产生偏转，并使它们掉入金属收集料箱229。当非金属物件103到达传送带221的末端时不启动空气喷头217，废金属物件103掉下传送带221的末端进入非金属收集料箱227。

也可以在传送带上方安装具有喷头阵列的类似分选机构。参见图2，该种可替代的分选系统包括安装在传送带221上方的喷头阵列551。该分选系统的操作与参考图4所描述的系统类似。与可替代实施例之间的区别在于：当金属物件105掉下传送带221的末端时，计算机211启动喷头阵列551，以喷出空气射流553，该空气射流553倾斜向下以使目标金属物件105发生偏转。这样就使得金属物件105被转向进入用于不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电金属废料的第一料箱229和用于所有其它材料的第二料箱227。

目前的空气喷头的工作性能会使分选系统效率低下。尤其是，因为物件以高速经过传送带，因此就必须精确控制空气喷头的启动。虽然计算机可以启动气阀，但是由于阀的响应时间因此会产生延迟。典型的气阀被连接到150psi的空气，并且具有1.5的Cv值。尽管性能在持续改进，但是目前的特性是：开启气阀的时间是6.5毫秒，关闭气阀的时间是7.5毫秒。通过计算不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料何时到达传送带末端，以及传送说明气阀延迟响应时间的控制信号，计算机可以补偿该延迟的响应时间。这种调整可以通过计算机软件完成。例如，在物件到达传送带末端之前6.5毫秒发送打开气阀的信号，并在空气射流应该停止前7.5毫秒发送关闭气阀的信号。采用这种技术，就使分选物件更加准确。未来的气阀的开启响应时间将为3.5毫秒，关闭响应时间为4.5毫秒。随着气阀响应时间的进一步改进，信号定时的这种偏差可以相应被调整以便保持定时准确性。

虽然已经介绍了本发明的金属分选系统，该金属分选系统具有安装在传送带上方或下方的空气喷头阵列，但是也可以采用各种各样其它的分选机构。例如，可横跨传送带设置真空软管阵列，并且当金属物件从相应的真空软管下方通过时，计算机可以启动特定的真空管。可替代的是，在传送带末端下方可放置小料箱阵列，并且当探测到不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件时，可将较小的料箱放置在下落路径中，从而捕捉金属，然后收回。在该实施例中，允许所有非金属物件掉入较低的料箱。本发明也可以采用任何其它的分选方法来分离金属和非金属物件，也可以采用各种其它的分选机构。

每个传感器阵列的目的是探测特定类型的材料。由于不同类型的金属具有不同的修正因子，因此就可以利用多个传感器阵列来区分材料类型。每个传感器都具有“探测区域”，即传感器能探测到目标材料的区域。探测区域是圆形的，并且从传感器以锥体形向外发散。因此，探测区域将随距材料输送表面的距离而扩展，但是，超出探测距离以外时传感器就探测不到目标材料了。为了适当覆盖材料输送表面的整个宽度，相邻行中的传感器的探测区域应该是交迭的。

在下面的例子中，采用了多个传感器阵列，它们不仅分离金属和非金属物件，而且分离不同类型的目标金属材料。该分离是通过采用具有不同设定的多阵列传感器实现。每阵列传感器是设定成相同材料探测性能的一组传感器。尽管每阵列内的传感器可以是相同的，但也可在一阵列内混合不同的传感器。例如，传感器可具有不同的频率、工作特性(模拟/数字)、交错间隔等，但这些传感器仍然属于同一个传感器阵列的组成部分。也可将不同阵列的传感器设置在本发明系统的交迭区域内，这样这些传感器的一个区域就能具有与多个传感器阵列相关联的传感器。

参见图3，在一实施例中，该系统具有横跨传送带221宽度的多个感应传感器阵列305、307、309。感应传感器阵列305、307、309也定位在不同的深度315、317、319，这样至少一个感应传感器阵列305将探测所有目标材料，而一个或多个其它感应传感器阵列307、309只探测那些具有相对高修正因子的材料。

如上面在表1中所讨论的，高频数字传感器的穿透距离约为22mm，并且表2中所列出的不同材料的修正因子的范围是从钢的1.0到铜的0.40。因此，修正因子使传感器对于某些材料更敏感。通过将传感器设置在用于输送混合材料的表面下方一定深度，传感器就能有选择性地探测材料的不同类型。例如，放置在材料传送带表面下方10mm处且穿透深度为22mm内的传感器能探测钢，并且只能够探测钢、不锈钢和镍铬合金。由于铜的修正因子是0.4，因此该传感器不能探测铜物件。当该修正因子乘以22mm的穿透深度时，探测范围就减小到8.8mm。由于传感器位于铜块下方10mm处，所以它探测不到铜。下面的表3列出了不同材料和传感器的穿透深度。

 

材料	模拟传感器探测距离(40mm)	数字高频传感器探测距离(22mm)
			铝	20mm	11mm
黄铜	18mm	9.9mm
			铜	16mm	8.8mm
镍铬合金	36mm	19.8mm
			不锈钢	34mm	18.7mm
钢	40mm	22mm

表3

本发明系统可利用对不同材料的敏感度的差异来分选不同类型的目标材料。在一种实施例中，可将模拟传感器和高频数字传感器用于不同的传感器阵列305、307、309。在本发明系统中，参见图3，第一阵列高频数字传感器305被放置在传送带221的顶部附近，例如在传送带表面315的下方5mm处。由于表2中列出的所有材料都具有至少0.40的修正因子，因此高频传感器的传感器穿透深度至少是8.8mm。由于第一传感器阵列305被放置在传送带表面下方5mm的315处，因此第一传感器阵列305能探测到所有列出的材料。第二阵列模拟传感器307被放置在传送带表面下方19mm的317处。第二阵列307的穿透深度是40mm，因此能够探测19mm或更大的模拟传感器探测距离的目标物件。

另一种确定传感器位置的方法是利用修正因子。通过将模拟传感器放置在传送带表面下方19mm处，传感器将只探测修正因子大于0.475的材料。该修正值的过渡点是通过计算19mm(距离)/40mm(穿透深度)＝0.475修正因子得来的。能够由第二阵列传感器探测的材料包括：铝、镍铬合金、不锈钢和钢。

第三阵列传感器309可以采用高频数字传感器，并可放置在传送带表面下方15mm的319处。高频传感器能够探测镍铬合金、不锈钢和钢，这些材料的感应器探测距离都大于15mm，并且修正因子大于0.68。修正因子过渡点是通过15mm距离/22mm穿透深度＝0.68修正因子计算得来的。

传感器阵列305、307、309被连接到计算机301，计算机301确定材料类型并确定目标材料何时到达传送带末端。在该配置中，目标物件可由一些传感器阵列305、307、309探测，而不是由所有的传感器阵列探测。表4列出了传感器阵列305、307、309的探测总结。

 

材料	第一阵列高频数字	第二阵列模拟	第三阵列高频数字
				铝	探测出	探测出	未探测出
黄铜	探测出	未探测出	未探测出
				铜	探测出	未探测出	未探测出
镍铬合金	探测出	探测出	探测出
				不锈钢	探测出	探测出	探测出
钢	探测出	探测出	探测出
				非目标材料	未探测出	未探测出	未探测出

表4

由于计算机301被连接到每个传感器阵列305、307、309，因此它能基于探测材料的传感器阵列305、307、309而将材料类型缩小为小组或识别材料。计算机301可以利用传感器阵列305、307、309的信息来指令分选单元将每组被识别的材料分离到独立的分选料箱333、335、337、339中。在一种实施例中，没有被任何传感器阵列305、307、309探测到的材料323不是目标金属材料。由于这些材料323没被探测到，因此它们将从传送带掉下进入第一料箱333。仅仅被第一阵列传感器305探测到的材料物件限于黄铜或铜325，这些材料物件可被空气喷头阵列303偏转进入第二料箱335。被第一阵列和第二阵列传感器305、307探测出的物件只能是铝327，其被偏转进入第三料箱337。被所有三个传感器阵列305、307、309探测出的物件是镍铬合金、不锈钢或钢物件329，它们被偏转进入第四料箱339。

尽管采用单独的传送带系统将物件分选成许多不同类型材料效率可更高，但是使用多条传送带来简化分选单元的要求可更准确。参见图4，图4所示的系统采用了两条传送带421、423。在该实施例中，第一条传送带421采用了高频传感器阵列407，以从非目标物件323中分离所有目标金属物件325、327、329。非目标物件323掉进第一料箱333，而目标金属物件325、327、329被第一分选系统403探测并被偏转到第二条传送带423上。第二条传送带423具有第二传感器阵列409和第三传感器阵列411，它们可都是模拟传感器阵列，分别设置在17mm和38mm深度。计算机401可指令第二分选单元405，以基于这些过渡点来分离物件345、347、349。探测距离为16mm或小于16mm的目标物件325，例如铜，将落入第二料箱345；探测距离在17mm和38mm之间的物件327，例如黄铜、铜、镍铬合金和不锈钢，可以被偏转进入第三料箱347；探测距离大于38mm的钢物件被第二和第三阵列传感器探测并偏转到第四料箱中。

尽管已经介绍了两个例子，但各种其它的配置也是可能的。分选系统可包括可与任意数量传感器阵列一起使用的任意数量的传送带。例如，由于有六种类型的材料，本发明系统就可包括六条传送带，其中每条传送带具有一个阵列传感器。在该实施例中，第一传感器可分离非目标材料，第二传感器可分离钢，第三传感器可分离不锈钢，等等。通过只给每条传送带配备单独的传感器，就使分离单元的操作得到简化，这是由于启动时分离单元只有单独的喷射力。尽管前述系统采用每个阵列传感器来辨别每种不同类型的目标材料，但是也可设置具有相同或相似切换点的额外传感器阵列来改善系统的精确度。在有些情况下，在探测不同形状或尺寸的目标材料上采用不同的传感器更好。例如，由于高频传感器能够在短时间内取得许多样品，因此高频传感器可以探测较小的目标材料，但是高频也可能导致更多的噪音误差。通过在同一个切换点运行较低频模拟传感器阵列和高频数字传感器阵列，就可能改进在传感器范围内对目标材料的探测。

尽管公开了的传感器具有固定的穿透距离，但是根据操作条件、传感器的类型或制造的变化，这些值也可变化或转变。由于穿透距离可能不是一致的，因此希望具有可调节的传感器位置。如前所述，传感器被放置在传送带上表面下方的特定距离处，典型地被安装在沉孔中。在一种实施例中，传感器带有螺纹或安装在带螺纹的圆柱体中，沉孔有相应的螺纹。通过将传感器旋进或旋出螺纹孔，就可以调节每个传感器。也可以采用各种其它的传感器调节方法和机构，包括：微调线性执行机构、垫片、可调摩擦装置，等等。

在一实施例中，本发明系统具有校准程序，在该程序中调整传感器的位置，以便对于给定的目标材料提供一致的输出。参考目标物件被放置在传感器阵列中每个传感器上方相同的相对位置处，然后检查传感器的输出是否一致。可替代的方法是，可使测试模式的测试材料以特定的方式在传感器阵列上方通过。调整各个传感器，以便从每个传感器上获得正确的输出。

在一实施例中，可能必须进行传感器的校准。因为模拟设备以及数字设备的输出基本上不同，所以可能就需要对每个传感器进行单独校准。对于模拟设备，输出可以是特定范围内的电压，例如0到10伏，或者是4到20毫安的电流。调整模拟传感器，使对于校准对象的输出在较窄的可接受范围内。可以使用多个校准对象。相反，数字传感器响应于目标对象而被接通或切断。该校准方法需要区分相似的“接通”和“切断”的校准对象。如果“接通”和“切断”的校准对象非常相似，那么数字传感器的输出就会更加一致。在测试的过程中，必须调整传感器，使得当使用接通校准对象时传感器就接通，使用切断校准对象时传感器就切断。一旦所有的传感器校准完成后，系统应执行高水平的一致选择。所述校准过程需要重复，因为系统和传感器可能随着时间而产生波动。

尽管希望传感器互相靠近放置，但是这种紧密接近可能导致“串扰”，“串扰”是这样一种情况，即本来是要只被一个传感器探测到的探测信号被其它邻近传感器探测到。串扰的结果可包括导致分选误差的传感器位置和分选误差。当物件到达传送带的末端时，计算机不仅分离目标物件，也分离不正确的目标物件。有各种不同的方法可以避免探测器之间的串扰，同时可以监控传送带整个宽度。

串扰只能产生于在相同频率工作的传感器之间。在优选实施例中，通过将传感器相互间隔开来避免串扰。参见图5，该图显示了跨越传送带501宽度的传感器阵列503，传感器阵列503包括相互均匀间隔开的第一行传感器505，以及与第一行传感器505错移开且平行于第一行的第二行传感器507。这样，就可以将500Hz传感器的探测区域设置在重叠位置而不产生串扰。这种布置允许每行中的传感器在横跨物件路径宽度方向非常紧密地间隔开。

在另外的实施例中，可以采用双频或多频工作的传感器。探测区域重叠以及在相同频率工作的传感器之间可能产生串扰。如果将不同频率的传感器混合在传感器阵列内，就可充分地分开在相同频率工作的传感器，以避免串扰。参见图6，传感器阵列513横跨传送带511的宽度。由于相邻的传感器515、517工作在不同的频率，因此就可以将它们紧密地布置在一起。第一频率的传感器515充分被分开，与此类似，第二频率的传感器517也充分被分开，从而避免串扰。

在另外的实施例中，传感器阵列可包括在多频率工作的传感器，以及横跨传送带交错布置的传感器，这样传感器就横跨传送带的整个宽度定位，但又互相被分开。例如，传感器阵列可包括在第一频率工作的第一组传感器、在第二频率工作的第二组传感器、以及在第三频率工作的第三组传感器。这些不同的传感器可按照交替模式横跨传送带的宽度配置。通过采用不同频率和/或采用多个交错行的传感器，就可以横跨传送带宽度在任意点探测出细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料。虽然已经介绍了具有分离传感器阵列的系统，但可以将不同深度和不同类型与频率的传感器都混合布置在横跨传送带宽度的一个或多个条带中。虽然这类混合系统的配线会比较复杂，但它的优点是将不同的传感器紧密接近地布置，因此使串扰最小化。

参见图7，在一实施例中，单独的阵列703包括位于交错的四行705中的128个传感器707。被探测的材料在横跨阵列703的垂直方向移动。每行传感器705横跨传送带701的宽度布置。在该实施例中，传感器707可安装在直径38mm、深19mm的沉孔中。每行705内的传感器孔的中心距是72mm。每行705的间距是109mm，并且相邻行中的传感器707错位18mm。该配置将传感器707横跨整个宽度布置，传感器707之间具有一些重叠，同时该配置也提供了足够的分隔，以避免传感器707之间的串扰。试验的过程中使用了相同的500Hz的高频传感器，且传感器之间没有发生串扰。

传感器能够探测到放置在处于探测范围内的直径38mm的沉孔上方的所有目标材料。在所述实施例中，在横跨传感器阵列宽度上的传感器行的沉孔直径之间有一些重叠，其中传感器阵列横跨物件路径设置。由于传感器具有重叠，因此小的目标材料物件就可被传感器阵列中不同行中的多个传感器探测到。通过增加对目标材料探测的一些冗余，这种重叠可以改进系统性能。这种重叠可以用百分比来量化。例如，如果每个传感器的1/3与另一传感器重叠，那么传感器阵列就可具有33％的重叠。对于更高程度的冗余，重叠的百分比可达到50％或更高。在传感器阵列中增加更多的行、采用更大直径的孔或更紧密地布置传感器可以增加这种重叠。

在分选出细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件以后，可以回收它们。尽管希望完美地分选混合材料，但在分选过程中总存在一些误差。可以基于探测器的信号强度来调节细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料的分选算法。对于模拟传感器，强信号是金属的强指示，而较弱的信号则不太确定被探测的物件是金属。算法规定了基于信号强度对金属和非金属物件的区分，并可以进行调节，从而改变了分选误差。例如，通过将金属信号探测水平设定得低，就会有更多的非金属物件被分选成金属。相反，如果金属信号探测水平高，那么就会有更多的金属物件无法从非金属物件中分离出来。金属回收过程可以容忍一些非金属物件，但是应使这种分选误差最小化。最终使用者将能够控制分选点，甚至可以采用试错法或经验结果数据来优化混合材料的分选。

尽管所述金属分选系统可以具有非常高的精度，达到超过90％纯金属的金属分选结果，但仍然可能改进该性能。有许多方法可以提高金属的纯度，并以接近100％的准确率从混合的非金属材料中分离出细小的有色金属和绝缘导线。如上所述的被分选出的金属还可以通过利用附加的回收单元进一步分选来进一步提纯。回收单元类似于前面介绍的初级金属分选处理单元。将由初级金属分选单元分选出的细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘电线和其它非导电废料物件放置在第二传送带上，然后由回收单元中的附加阵列的感应接近探测器进行扫描。这些回收单元的探测器阵列可以按照前面的说明设置。

与初级分选单元类似，感应接近探测器的输出被输入到计算机，该计算机跟踪细小的不锈钢、铝/铜散热器、电路板、低导电性贵金属和半贵金属、铅、绝缘导线和其它非导电废料物件。计算机将信号传输到分选机构，从而再次将金属和非金属物件分离到传送带末端的不同料箱中。在优选实施例中，与回收单元一起使用的分选系统具有安装在由传送带上表面限定的平面下方的空气喷头。当非金属物件到达传送带末端时不启动空气喷头，非金属物件掉入与传送带末端邻近的非金属料箱；当金属物件到达传送带末端时，回收计算机发出启动空气喷头的信号，将金属物件偏转越过障碍而进入金属料箱。空气喷头优选安装在下方，这是因为金属往往较重，因此与较轻的非金属物件相比就具有更多的动量而进一步移动至金属料箱。由回收单元分离所产生的细小的有色金属物件和绝缘导线物件的金属纯度高达99％，并且能被回收而不会由于低纯度而可能被废弃。

因为由回收单元分选出的大部分物件都是金属，所以被分选进入非金属料箱的物件比进入金属料箱的要少得多。因为在非金属料箱中会有一些金属物件，并且其总量远小于金属料箱内的金属物件，所以可以将非金属料箱内的物件放回到回收单元的传送带上并再次分选。通过使非金属物件在回收单元经过多次，就能最终探测出该材料内的任何金属物件，并将其放入金属料箱。该处理确保了金属和非金属分选的准确性。

应理解的是，尽管这里参考特定实施例介绍了本发明，但是在不背离本发明范围的情况下，可以对这些实施例进行添加、删减和修改。

Claims (25)

1、一种用于从混合材料中分离金属物件的分选设备，该设备包括：

用于输送混合材料物件的传送带；

横跨传送带宽度布置并邻近传送带上表面的感应接近传感器阵列，感应接近传感器发射磁场并当金属物件在磁场范围内被探测到时产生电信号；

分离单元；以及

与多个所述感应接近传感器和所述分离单元相连的控制器；

其中，当控制器接收到已探测到金属物件的电信号时，控制器就指令分离单元从混合材料物件中分离已经被所述多个感应接近传感器探测到的金属物件。

2、根据权利要求1所述的分选设备，其中，感应接近传感器是高频感应接近传感器。

3、根据权利要求1所述的分选设备，其中，感应接近传感器被分隔成具有一定间距的多行传感器，以防止传感器之间的串扰，并且每个相邻行中的传感器按交错方式偏置。

4、根据权利要求1所述的分选设备，其中，感应接近传感器阵列包括在第一频率工作的第一组感应传感器和在与第一频率不同的第二频率工作的第二组感应传感器，并且第一组传感器与第二组传感器相邻布置。

5、根据权利要求1所述的分选设备，其中，分离单元包括空气喷头阵列，该空气喷头阵列横跨传送带末端安装，并且偏转从传送带末端掉下的金属物件。

6、根据权利要求5所述的分选设备，该设备还包括：

用于金属物件的第一料箱；以及

用于不是金属物件的混合物件的第二料箱；

其中，空气喷头阵列将金属物件偏转进入第一料箱。

7、根据权利要求1所述的分选设备，其中，分离单元包括空气喷头阵列，该空气喷头阵列横跨传送带末端安装，并且偏转从传送带末端掉下的不是金属物件的混合物件。

8、根据权利要求7所述的分选设备，该设备还包括：

用于金属物件的第一料箱；以及

用于不是金属物件的混合物件的第二料箱；

其中，空气喷头阵列不是金属物件的混合物件偏转进入第二料箱。

9、根据权利要求1所述的分选设备，其中，控制器包括信号强度算法，该算法通过忽略小于预定值的信号来过滤来自所述多个感应接近传感器的信号，并且只有与金属物件相关联的信号大于所述预定值时，控制器才指令分离单元分离金属物件。

10、根据权利要求1所述的分选设备，其中，感应接近传感器阵列安装在传送带上表面下方的沉孔中，并且传感器的位置可调节，从而可改变每个传感器和传送带上表面之间的距离。

11、一种用于从混合材料中分离金属的分选设备，该设备包括：

输送金属和混合材料的表面；

安装在所述表面下方的沉孔内的感应接近传感器阵列，其中，当金属物件密切接近感应接近传感器而被探测到时，传感器产生电信号；

分离单元；以及

连接到感应接近传感器阵列和分离单元的控制器；

其中，控制器指令分离单元从混合材料中分离那些已经被感应接近传感器探测到的金属。

12、根据权利要求11所述的分选设备，其中，每个传感器都安装在传感器孔内，感应接近传感器阵列包括多行传感器，并且相邻行中的传感器偏置，使得相邻行的传感器探测区域重叠至少20％。

13、根据权利要求11所述的分选设备，其中，感应接近传感器阵列包括在第一频率工作的第一组感应传感器，和在与第一频率不同的第二频率工作的第二组感应传感器，第一组传感器与第二组传感器相邻，并且第一组的传感器被放置成与第二组传感器相邻。

14、根据权利要求11所述的分选设备，其中，控制器包括信号强度算法，该算法通过忽略那些小于预定值的信号来过滤来自感应接近传感器阵列的信号，并且只有当与金属物件相关联的信号大于所述预定值时，控制器才指令分离单元分离金属物件。

15、根据权利要求11所述的分选设备，其中，感应接近传感器的位置能调节，以便能改变每个传感器和传送带上表面之间的距离。

16、一种用于从混合材料中分离金属物件的分选设备，该设备包括：

输送金属和混合材料的表面；

第一阵列感应接近传感器和第二阵列感应接近传感器，当金属在第一阵列和第二阵列感应接近传感器的探测范围内被探测到时，第一阵列和第二阵列传感器产生电信号；

用于将金属从混合材料中分离的分离单元；以及

连接到多个所述感应接近传感器和分离单元的计算机；

其中，第一阵列感应接近传感器安装在所述表面下方的第一距离处，第二阵列感应接近传感器安装在所述表面下方的第二距离处，并且计算机指令分离单元从混合材料中分离那些已经被第一阵列接近传感器或第二阵列接近传感器探测到的材料。

17、根据权利要求16所述的分选设备，其中，如果第一金属物件被第一阵列感应接近传感器探测到，但是没有被第二阵列感应接近传感器探测到，那么计算机就将该物件识别为第一类型的金属；如果第二金属物件被第一阵列感应接近传感器探测到，并且也被第二阵列感应接近传感器探测到，那么计算机就将该第二金属物件识别为第二类型的金属。

18、根据权利要求17所述的分选设备，其中，计算机指令分选单元将第一物件放入第一分选料箱，并将第二物件放入第二分选料箱。

19、根据权利要求16所述的分选设备，其中，第一阵列感应接近传感器安装在所述表面的上表面下方的沉孔中，并且传感器的位置能调节，以便能改变每个传感器和所述表面之间的距离。

20、根据权利要求16所述的分选设备，其中，分选单元包括横跨传送带宽度定向并与传送带一端相邻放置的空气喷头阵列。

21、根据权利要求16所述的分选设备，该设备还包括：

传感器板，该传感器板具有多个沉孔，该传感器板由具有高耐磨因数和低系数因子的耐磨聚合物制成，

其中，第一阵列感应接近传感器安装在所述多个沉孔中。

22、根据权利要求16所述的分选设备，其中，用于输送金属和混合材料的所述表面是不包含任何碳材料并具有已知厚度的传送带的上表面。

23、根据权利要求16所述的分选设备，其中，每个感应接近传感器安装在孔内，并且被分隔成多个偏置的交错行，以使第一行中传感器的探测区域与第二行中传感器的探测区域重叠量小于80％。

24、根据权利要求16所述的分选设备，其中，传感器安装在孔内，第一阵列感应接近传感器包括多行，并且第一行的传感器探测区域相对于相邻行的传感器探测区域偏置量超过20％。

25、根据权利要求16所述的分选设备，其中，感应接近传感器阵列包括在第一频率工作的第一组感应传感器，和在与第一频率不同的第二频率工作的第二组感应传感器，并且第一组传感器与第二组传感器相邻。

Images