CN109794426A - 基于libs技术的全自动在线航空铝分类回收系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统，属于航空铝合金分类回收技术领域。该系统包括：样品上料单元、表面处理单元、物料定位单元、LIBS分析检测单元、传输单元、分类回收单元。样品上料单元通过溜槽与传输单元连接起来；表面处理单元布置在样品上料单元后端，物料定位单元通过三维形貌扫描传感器扫描样品的轮廓信息，并通过电缆将此信息发送给LIBS分析检测单元；LIBS分析检测单元接收到物料定位单元发来的同步信号；完成检测的样品由传输单元带动传输至分类回收单元。优点在于，可实现航空铝的全自动在线检测、分类回收，系统对所回收航空铝样品的表面状态没有要求。分拣的正确率大于90％，分拣速率不低于1块/秒。

Description

基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统
技术领域
本发明属于航空铝合金分类回收技术领域，特别是提供了一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统，适合于大批量航空铝在线自动分类检测回收。
背景技术
铝合金是航空工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，不同牌号的铝合金，由于添加的合金成分不同，物理特性不同，在飞机上的应用场合也会有较大区别。如2XXX系列铝铜合金，广泛应用在航空器结构上，而7XXX系列铝合金，由于超高强度，非常适合于飞机构架及高强度配件。
随着飞机的退役，大量的航空铝合金均需回收处理。飞机上使用铝合金牌号众多，价格差异大。例如：目前市场上2XXX系列的铝合金价格约为2万元/吨，6XXX系列的铝合金价格约为4～5万元/吨，而7XXX系列的铝合金的价格在7万元/吨左右。常用的回收方法是将飞机上拆除的不同系列的铝合金全部混在一起做成铝锭，市场价格大概只有2万元/吨。大大降低了铝锭的价值。
而目前常用的废旧金属分类回收技术，如风选、磁选、浮选、重力分选、涡电流分选等，无法测定废旧金属的元素成分，因此无法实现不同品种的废旧金属按合金成分、系列或牌号的分类回收。
激光诱导击穿光谱分析(LIBS)技术主要是利用脉冲激光激发金属表面，使原子中电子发生跃迁，产生等离子云团，释放出光谱，经光谱检测器获得不同元素谱线信息。该技术可以分析金属成分，并依据分析结果，对不同材质的废旧金属成分进行准确的判别。LIBS检测技术不需要与来料进行直接接触，适用于在线测试、大规模分选，检测效率高。
发明内容
本发明提供了一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统，系统可实现自动上料，表面处理，并通过LIBS分析，对样品所属牌号进行快速检测鉴别，最后按照不同的样品牌号自动将样品分类回收。检测速度快，检测正确率高。适用于航空铝的自动化在线检测及分类。
本发明包括：样品上料单元1、表面处理单元2、物料定位单元3、LIBS分析检测单元4、传输单元5、分类回收单元6。
其中，样品上料单元1通过溜槽与传输单元5连接起来，将排列好的样品滑行送入位于传输单元5上的传输带上；传输单元5通过步进电机带动传输带实现样品的运动传送；表面处理单元2布置在样品上料单元1后端，由表面处理装置快速的将样品表面进行快速处理后，由传输单元5带动传输至物料定位单元3；物料定位单元3通过三维形貌扫描传感器扫描样品的轮廓信息，并通过电缆将此信息发送给LIBS分析检测单元4；样品由传输单元5继续带动传输至LIBS分析检测单元4，LIBS分析检测单元4接收到物料定位单元3发来的同步信号，并根据传输带的速度，当样品通过时，发出激光，照射在处理过的样品表面上，由光纤将光谱信号导入光谱仪进行采集和处理，判别出该样品的牌号信息；完成检测的样品由传输单元5带动传输至分类回收单元6，根据检测出的样品牌号信息，在经过不同的料筐时，经过溜槽将样品滑入相应的料筐中。
图1说明了本发明中各单元之间的连接关系，图2示意了本发明中各单元的布局结构；
本发明提供的上料单元1用来将航空废铝样品依次排列，避免重叠；上料单元1由振动盘101、第一溜槽102组成；溜槽102安装在振动盘101出口位置；上料时样品置入振动盘101中，通过振动向振动盘101出口移动，同时物料在振动盘101作用下排成一列；振动盘101出口和溜槽102出口均有挡板，物料通过振动盘101出口进入到溜槽102内后挡板关闭，防止再有物料进入；当传输带上托盘到达溜槽102底部后，溜槽挡板打开物料落下后关闭然后进入下一轮上料过程；上料过程中振动盘101始终处于振动状态，出口挡板关闭时物料会被挡板拨落到振动盘101内继续上料过程；两个挡板控制连锁，当溜槽内有料的时候振动盘101出口挡板始终处于关闭状态，只有当溜槽内部无料且溜槽挡板处于关闭状态时振动盘出口挡板才打开。
本发明提供的表面处理单元2用来对有油、油漆、镀层等的航空铝样品表面进行快速处理，以获得一个平整光洁的检测表面。表面处理单元2由光电开关201、夹持装置202以及高速削磨装置203组成。光电开关201安装在传输带两侧，夹持装置202之前；当样品通过时，光电开关201被遮挡，通过信号线，将此信息提供给夹持装置202；夹持装置202在样品到来时，将样品固定在传输托盘中央；此时，位于夹持装置202正上方的高速削磨装置203落下，将样品表面的油漆或镀层打磨掉，削磨厚度500um～1mm之间，削磨区域面积1mm2～4mm2之间。使样品的被检表面露出平整光洁的金属面；削磨结束后，夹持装置松开样品，样品在传输带带动下前往下一道工序。
本发明提供的物料定位单元3用来确定物料的形状及高度信息，采用三维形貌扫描传感器扫描样品的表面轮廓信息，记录样品轮廓及高度信息，通过电缆，并将此信息传送给LIBS分析检测单元4。
本发明提供的LIBS分析检测单元4用来对样品所属牌号进行快速检测鉴别，由脉冲激光器401、激光光路402，光纤光谱仪403、安装有LIBS分析软件的计算机404等部分组成。样品经传输带被送至检测区域后，脉冲激光器401发出的激光脉冲经过激光光路402聚焦整形，对处理后的样品表面进行激发，光纤光谱仪403通过光纤，接收特征元素的被激发产生的谱线信息，光纤光谱仪403的输出信号通过网线与计算机相连；安装有LIBS分析软件的计算机实时解析接收到的谱线信息，进行分类鉴别，并将分类鉴别的结果写入载有样品托盘的电子标签中。LIBS分析检测单元4可实现在1块/秒的检测速度下，检测正确率不低于90％。
本发明提供的传输单元5保证系统可以实现自动化传输。由步进电机501、传输带502、托盘503组成，传输带502环形布置。步进电机201与传输带502之间采用链条传动，保证传输的稳定可靠。托盘503放置在传输带502上，采用步进移动，每次移动距离为一个托盘的长度。托盘上有电子标签，由LIBS分析检测单元4负责写入托盘内样品的分类信息。
本发明提供的分类回收单元6实现不同牌号航空铝样品的自动分类回收。由若干包含不同样品分类信息的投送装置以及气动装置604组成。投送系统包括挡板601、第二溜槽602、料筐603。每个投送口均设置挡板601，通过第二溜槽602连接至对应的料篮。投送口有识别装置可以根据托盘上电子标签的内容决定是否投送。当与投送口信息一致的托盘通过时，挡板601打开，气动装置604支起，将样品投送进入料筐。
本发明对所检测航空铝样品表面无特殊要求，样品表面可能含有油污，油漆或涂层；可用于但不限于航空铝合金的分类回收。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统可实现了大规模航空铝材料按合金成分或牌号的准确、快速、在线分类分析。可自动实现样品的上料，传输，表面处理，分析及分选处理。分析速度快，分检正确率高。
附图说明：
图1为一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统的系统框图。
图2为一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统的结构示意图。其中：上料单元1、表面处理单元2、物料定位单元3、LIBS分析检测单元4、传输单元5、分类回收单元6、振动盘101、第一溜槽102、光电开关201、夹持装置202、高速削磨装置203、三维形貌扫描传感器301、脉冲激光器401、激光光路402，光纤光谱仪403、安装有LIBS分析软件的计算机404、步进电机501、传输带502、托盘503、挡板601、第二溜槽602、料筐603、气动装置604。
具体实施方式：
图2为本发明的一种具体实施方式，下面结合图2对被发明的具体实施方式作进一步的说明，以示例的方式说明本发明的实施过程与效果，其他类似的分类分析问题可参照解决，并不局限于实施例。
本实施例选择航空2XXX系、7XXX系以及铸铝A356三个系列航空废铝进行分类，也可以根据实际需要增加分类的种类。2XXX系列铝合金主要以铜元素含量为最高，7XXX系铝合金的主要合金元素为锌和镁，A356合金是一个典型的铝硅镁系合金。样品高度范围从1cm至10cm不等，形状较不规则，表面有厚度不小于500um的油漆或涂层。样品数量为3112块。采用本发明一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统对样品进行分选。
本实施例中的基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统包括样品上料单元1、表面处理单元2、物料定位单元3、LIBS分析检测单元4、传输单元5、分类回收单元6，其中：
上料单元1用来将航空废铝样品依次排列，避免重叠；上料单元1由振动盘101、第一溜槽102组成；溜槽102安装在振动盘101出口位置；上料时样品置入振动盘102中，通过振动向振动盘101出口移动，同时物料在振动盘101作用下排成一列；振动盘101出口和溜槽102出口均有挡板，物料通过振动盘101出口进入到溜槽102内后挡板关闭，防止再有物料进入；当传输带上托盘到达溜槽102底部后，溜槽挡板打开物料落下后关闭然后进入下一轮上料过程；上料过程中振动盘101始终处于振动状态，出口挡板关闭时物料会被挡板拨落到振动盘101内继续上料过程；两个挡板控制连锁，当溜槽内有料的时候振动盘101出口挡板始终处于关闭状态，只有当溜槽内部无料且溜槽挡板处于关闭状态时振动盘出口挡板才打开。
由光电开关201、夹持装置202以及高速削磨装置203组成。光电开关201安装在传输带两侧，夹持装置202之前；当样品通过时，光电开关201被遮挡，通过信号线，将此信息提供给夹持装置202；夹持装置202在样品到来时，将样品固定在传输托盘中央；此时，位于夹持装置202正上方的高速削磨装置203落下，将样品表面的油漆或镀层打磨掉，削磨厚度不少于500um，削磨区域面积不小于1mm2。使样品的被检表面有平整光洁的金属面；削磨结束后，夹持装置松开样品，样品在传输带带动下前往下一道工序。
物料定位单元3用来确定物料的形状及高度信息，采用三维形貌扫描传感器扫描样品的表面轮廓信息，记录样品轮廓及高度信息，通过电缆，并将此信息传送给LIBS分析检测单元4。物料定位单元3用来确定物料的形状及高度信息，采用三维形貌扫描传感器扫描样品的表面轮廓信息，记录样品轮廓及高度信息，通过电缆，并将此信息传送给LIBS分析检测单元4。
LIBS分析检测单元4由脉冲激光器401、激光光路402，光纤光谱仪403、安装有LIBS分析软件的计算机404等部分组成。样品经传输带被送至检测区域后，脉冲激光器401发出的激光脉冲经过激光光路402聚焦整形，对处理后的样品表面进行激发，光纤光谱仪403通过光纤，接收特征元素的被激发产生的谱线信息，光纤光谱仪403的输出信号通过网线与计算机相连；安装有LIBS分析软件的计算机实时解析接收到的谱线信息，进行分类鉴别，并将分类鉴别的结果写入载有样品托盘的电子标签中。LIBS分析检测单元4可实现在1块/秒的检测速度下，检测正确率不低于90％。
传输单元5由步进电机501、传输带502、托盘503组成，传输带502环形布置。步进电机201与传输带502之间采用链条传动，保证传输的稳定可靠。托盘503放置在传输带502上，采用步进移动，每次移动距离为一个托盘的长度。托盘上有电子标签，由LIBS分析检测单元4负责写入托盘内样品的分类信息。
6分类回收单元6包含三个不同样品(2XXX，7XXX，A356)的投送系统以及604气动装置组成。投送系统包括挡板601，溜槽602和料筐603。每个投送口均设置挡板，通过溜槽连接至对应的料篮。投送口有识别装置可以根据托盘上电子标签的内容决定是否投送。当与投送口信息一致的托盘通过时，挡板打开，气动装置支起，将样品投送进入料筐。
分类回收流程：所需回收的航空废铝样品(后简称样品)倾倒在样品上料单元1上，样品上料单元将其排列成列，经过溜槽，进入由若干传输托盘组成的传输单元5，传输单元由电机带动，匀速的旋转，将样品送至下一个工序单元。表面处理单元2通过快速的机械削磨，打磨掉样品表面的油漆或镀层，使样品的被检表面为平整光洁的金属面；当样品通过物料定位单元3时，通过三维形貌扫描传感器将样品的轮廓信息扫描并发送给4LIBS分析检测单元，并告知LIBS分析检测单元该样品何时通过，何时发出激光进行检测。LIBS分析检测单元4分析样品中的特征元素信息，根据不同牌号样品中元素成分的差异，将其区分出来，并通知分类回收单元6，当样品传输至该牌号对应的料框时，将其倾倒入料框，完成样品的分选。
采用基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统对3112块航空铝样品进行分选，每块样品测试时间不超过1秒钟，整体分选结果如下表：
类别 样品数量 误判数量 准确率
2xxx 936 4 99.57％
7xxx 1176 1 99.91％
A356 1000 1 99.90％

Claims (8)

1.一种基于LIBS技术的全自动在线航空铝分类回收系统，其特征在于，包括：样品上料单元(1)、表面处理单元(2)、物料定位单元(3)、LIBS分析检测单元(4)、传输单元(5)、分类回收单元(6)；
样品上料单元(1)通过溜槽与传输单元(5)连接起来，将排列好的样品滑行送入位于传输单元(5)上的传输带上；传输单元(5)通过步进电机带动传输带实现样品的运动传送；表面处理单元(2)布置在样品上料单元(1)后端，由表面处理装置将样品表面处理后，由传输单元(5)带动传输至物料定位单元(3)；物料定位单元(3)通过三维形貌扫描传感器扫描样品的轮廓信息，并通过电缆将此信息发送给LIBS分析检测单元(4)；样品由传输单元(5)继续带动传输至LIBS分析检测单元(4)，LIBS分析检测单元(4)接收到物料定位单元(3)发来的同步信号，当样品通过时，发出激光，照射在处理过的样品表面上，由光纤将光谱信号导入光谱仪进行采集和处理，判别出该样品的牌号信息；完成检测的样品由传输单元(5)带动传输至分类回收单元(6)，在经过不同的料筐时，经过溜槽将样品滑入相应的料筐中。
2.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，上料单元(1)用来将航空废铝样品依次排列，避免重叠；上料单元(1)由振动盘(101)、第一溜槽(102)组成；溜槽(102)安装在振动盘(101)出口位置；上料时样品置入振动盘(101)中，通过振动向振动盘(101)出口移动，同时物料在振动盘(101)作用下排成一列；振动盘(101)出口和溜槽(102)出口均有挡板，物料通过振动盘(101)出口进入到溜槽(102)内后挡板关闭，防止再有物料进入；当传输带上托盘到达溜槽(102)底部后，溜槽挡板打开物料落下后关闭然后进入下一轮上料过程；上料过程中振动盘(101)始终处于振动状态，出口挡板关闭时物料会被挡板拨落到振动盘(101)内继续上料过程；两个挡板控制连锁，当溜槽内有料的时候振动盘(101)出口挡板始终处于关闭状态，只有当溜槽内部无料且溜槽挡板处于关闭状态时振动盘出口挡板才打开。
3.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，表面处理单元(2)用来对有油、油漆、镀层的航空铝样品表面进行快速处理，以获得一个平整光洁的检测表面；表面处理单元光电开关(201)、夹持装置(202)以及高速削磨装置(203)组成组成；光电开关(201)安装在传输带两侧，夹持装置(202)之前；当样品通过时，光电开关(201)被遮挡，通过信号线，将此信息提供给夹持装置(202)；夹持装置(202)在样品到来时，将样品固定在传输托盘中央；此时，位于夹持装置(202)正上方的高速削磨装置(203)落下，将样品表面的油漆或镀层打磨掉，削磨厚度500um～1mm之间，削磨区域面积1mm2～4mm2之间。使样品的被检表面有平整光洁的金属面；削磨结束后，夹持装置(202)松开样品，样品在传输带带动下前往下一道工序。
4.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，物料定位单元(3)用来确定物料的形状及高度信息，采用三维形貌扫描传感器扫描样品的表面轮廓信息，记录样品轮廓及高度信息，通过电缆，并将此信息传送给LIBS分析检测单元(4)。
5.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，LIBS分析检测单元(4)用来对样品所属牌号进行快速检测鉴别，由脉冲激光器(401)、激光光路(402)，光纤光谱仪(403)、安装有LIBS分析软件的计算机(404)组成；样品经传输带被送至检测区域后，脉冲激光器(401)发出的激光脉冲经过激光光路(402)聚焦整形，对处理后的样品表面进行激发，光纤光谱仪(403)通过光纤，接收特征元素的被激发产生的谱线信息，光纤光谱仪(403)的输出信号通过网线与计算机相连；安装有LIBS分析软件的计算机实时解析接收到的谱线信息，进行分类鉴别，并将分类鉴别的结果写入载有样品托盘的电子标签中；LIBS分析检测单元(4)实现在1块/秒的检测速度下，检测正确率不低于90％。
6.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，传输单元(5)保证系统可以实现自动化传输。由步进电机，传输带以及托盘组成，传输带环形布置。步进电机与传输带之间采用链条传动，保证传输的稳定可靠；托盘放置在传输带上，采用步进移动，每次移动距离为一个托盘的长度。托盘上有电子标签，由4LIBS分析检测单元负责写入托盘内样品的分类信息。
7.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，分类回收单元(6)实现不同牌号航空铝样品的自动分类回收；由若干包含不同样品分类信息的投送装置以及气动装置(604)组成。投送系统包括挡板(601)、第二溜槽(602)、料筐(603)。每个投送口均设置挡板(601)，通过第二溜槽(602)连接至对应的料篮。投送口有识别装置根据托盘上电子标签的内容决定是否投送；当与投送口信息一致的托盘通过时，挡板(601)打开，气动装置(604)支起，将样品投送进入料筐。
8.如权利要求1所述的在线航空铝分类回收系统，其特征在于，对所检测航空铝样品表面无特殊要求，样品表面可能含有油污，油漆或涂层；用于但不限于航空铝合金的分类回收。
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