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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sortieren von Stoffen, insbesondere Werkstofflegierungen, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Verwendung.
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Um den Ressourceneinsatz gering zu halten, werden Abfälle, Reststoffe etc., insbesondere auch im Rahmen der industriellen Fertigung, möglichst recycelt. Um hohe Recyclinggrade zu erzielen, müssen die vorgenannten Stoffe in der Regel sortenrein vorliegen. Dies gestaltet sich unter Umständen als schwierig, gerade wenn beispielsweise Metalle sortenrein getrennt werden müssen. So ist es nicht ohne weiteres erkennbar, aus welcher Legierung ein Bauteil besteht. Die
US 4,317,521 arbeitet in diesem Zusammenhang mit der Röntgenfluoreszenzspektroskopie. Dabei wird ein Körper einer Röntgenstrahlung ausgesetzt, wodurch dieser eine charakteristische Reflektionsstrahlung abgibt. Deren Analyse erlaubt einen Rückschluss auf die chemische Zusammensetzung des bestrahlten Körpers. Die
EP 2 716 774 A1 arbeitet mit Röntgentransmission. Aluminiumschrott wird in einem ersten Schritt zerkleinert und in einem zweiten Schritt einer Siebanlage zugeführt, um dort in eine Fraktion aus Unterkornmaterialien einerseits und in eine Fraktion aus Überkornmaterialien andererseits unterteilt zu werden. In einem dritten Schritt wird die Fraktion aus Überkornmaterialien vergleichmäßigt und einer Röntgeneinrichtung zugeführt. Es folgen weitere Verfahrensschritte. Die bekannten Ansätze bringen unter anderem den Nachteil mit sich, dass die erzielbaren Durchsätze relativ gering sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sortieren von Stoffen, insbesondere Werkstofflegierungen, eine Vorrichtung sowie eine Verwendung anzugeben, wobei das Verfahren insbesondere einen hohen Durchsatz beim Sortieren ermöglichen soll, ohne dabei Genauigkeit einzubüßen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Sortieren von Werkstofflegierungen die Schritte:
- - Erfassen eines Gegenstands zum Erzeugen einer ersten Information, welche ausgelegt ist, zumindest eine äußere Eigenschaft des Gegenstands zu beschreiben;
- - Verarbeiten der ersten Information in einem Algorithmus, wobei der Algorithmus auf eine Datenbasis zurückgreift bzw. eine solche aufweist, um der ersten Information eine innere Eigenschaft zuzuordnen;
- - Sortieren des Gegenstands mit einer Vorrichtung auf Basis der inneren Eigenschaft.
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Bei der äußeren Eigenschaft handelt es sich gemäß bevorzugter Ausführungsformen um die Form- und/oder die Farbe und/oder ein Gewicht des jeweiligen Gegenstands. Die Aufzählung ist nicht abschließend zu verstehen. Zweckmäßigerweise wird vorliegend die erste Information, beispielsweise die Form und/oder die Farbe und/oder das Gewicht des Gegenstands oder des Teils genutzt, um eine innere Eigenschaft, wie eine Materialeigenschaft, beispielsweise eine Legierung, zu erkennen. Ein Gegenstand oder Teil ist vorliegend insbesondere ein Rest- oder Abfallstoff, ein Reststück, ein Restteil etc. Allgemein handelt es sich um etwas, das sortiert werden soll. In der Blechverarbeitung oder bei einem Stanzprozess muss beispielsweise der Blechverschnitt sortiert werden. Dieser umfasst eine Vielzahl von einzelnen Blechresten, welche vorliegend als Teile oder Gegenstände bezeichnet werden. Ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend der Begriff Gegenstand verwendet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird insbesondere die Form des entsprechenden Gegenstands genutzt. So umfasst Blechschrott beispielsweise eine Vielzahl von Teilen, welche eine charakteristische Form aufweisen. So kann mit Vorteil erkannt werden, ob ein bestimmter Gegenstand, wie ein Blechrest, beim Herstellen einer Tür eines Kraftfahrzeugs entstanden ist oder bei der Fertigung des Kofferraumdeckels. Mit Vorteil kann, wenn Tür und Kofferraumdeckel beispielsweise aus Aluminiumwerkstoffen unterschiedlicher Legierungen hergestellt sind, eine entsprechende Zuordnung erfolgen.
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Das Erfassen der ersten Information erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform über ein optisches System, insbesondere mittels einer oder mehrerer Kameras, welche ausgelegt sind, ein, insbesondere mehrdimensionales, Bild des entsprechenden Gegenstands zu erzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Erfassen insbesondere ein optisches Erfassen, wobei hierzu zweckmäßigerweise eine oder mehrere Kameras verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erfassen ein Wiegen. So kann mit Vorteil über das Gewicht eines Bauteils auf eine innere Eigenschaft geschlossen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Form eines Bauteils dessen äußere Kontur, wobei hierbei neben der reinen äußeren Form auch eine Dicke umfasst sein kann. Über ein geeignetes Kamerasystem ist es mit Vorteil möglich, ein Dicke des Bauteils zum Zuordnen einer inneren Eigenschaft zu verwenden.
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Die Datenbasis umfasst zweckmäßigerweise Mittel und/oder Funktionen zum Vergleichen, wie zumindest eine Vergleichstabelle, welche es ermöglicht, einer ersten Information, beispielsweise einer bestimmten Form, eine bestimmte Materialeigenschaft zuzuordnen. Die Datenbasis umfasst gemäß eine Ausführungsform, insbesondere zusätzlich, eine Vergleichstabelle, umfassend eine oder mehrere Farbtabellen, welche es ermöglicht oder ermöglichen, einer bestimmten Farbe eine innere Eigenschaft zuzuordnen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Materialeigenschaft eine Legierung bzw. umfasst die Materialeigenschaft eine Legierung des jeweiligen Gegenstands oder, allgemeiner, eine Materialzusammensetzung. So kann dem Gegenstand einer bestimmten Form, und/oder analog einer bestimmten Farbe etc., eine Eigenschaft, wie eine Legierung(-szusammensetzung) zugewiesen werden.
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Dies gilt, wenn der Gegenstand aus einem Metallwerkstoff gebildet ist. Der Gegenstand kann aber auch aus einem nicht-metallischen Werkstoff gebildet sein. Auch Kunststoffe, Verbundwerkstoffe etc. können nach dem vorgeschlagenen Verfahren sortiert werden. Die Materialeigenschaft ist dann keine Legierung, sondern ein bestimmter Werkstoff oder eine Werkstoffzusammensetzung etc.
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Der große Vorteil besteht grundsätzlich darin, dass Eigenschaften, welche mit technischen Mittel eher „leicht“ und „schnell“ erfasst werden können - vorliegend die äu-ßeren Eigenschaften - unter Zuhilfenahme des Algorithmus dazu verwendet werden können, Eigenschaften zu erkennen, welche eher „schwer“ oder „langsam“ zu erfassen sind, vgl. die inneren Eigenschaften.
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Die erste Information kann, wie bereits erwähnt, alternativ oder zusätzlich, auch eine Farbe oder eine Dicke des jeweiligen Gegenstands sein. Das Verfahren verläuft in gleicher Weise ab, wie bei der Verwendung der Form des Gegenstands.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bereitstellen der zu sortierenden Gegenstände ohne vorherige Zerkleinerung.
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Zweckmäßigerweise wird vorliegend auf ein Zerkleinern oder Schreddern von Abfällen, Reststoffen, wie Blechschrott etc. verzichtet. Dies stellt nicht nur eine deutliche Verfahrensvereinfachung dar, sondern ermöglicht es auch, hohe Durchsätze (Tonnage pro Stunde) zu erzielen. Der Ausdruck „ohne vorherige Aufbereitung“ ist dabei dahingehend zu verstehen, dass auf eine vorherige mechanische Aufbereitung, beispielsweise umfassend ein Zerkleinern oder Zerschreddern, verzichtet werden kann. Zweckmäßigerweise wird der Blechschrott beispielsweise direkt nach dem Trennen zur optischen Erfassung der Sortierung zugeführt, ohne vorherige Zerkleinerung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbau der Datenbasis anhand von Erfahrungswerten, Zeichnungsdaten und/oder Versuchsdaten. Die vorgenannte Aufzählung ist dabei nicht abschließen zu verstehen.
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Zweckmäßigerweise ist die Datenbasis mit Erfahrungswerten parametrisiert bzw. auf dieser Basis aufgebaut. So kann es bekannt sein, dass ein Teil einer gewissen Form und/oder Farbe etc. eine bestimmte Materialeigenschaft (beispielsweise eine bestimmte Legierung) aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird bereits bei der Bauteilkonstruktion bzw. Planung untersucht, wie die in diesem Zusammenhang anfallenden Rest- und/oder Abfallteile aussehen. Entsprechend ist es zweckmäßigerweise möglich, dass für die Rest- bzw. Abfallteile Zeichnungsdaten vorliegend, welche dazu verwendet werden können, die Datenbasis zu parametrieren.
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Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Datenbasis mit Versuchsdaten parametrisiert werden. Nicht oder noch nicht bekannte Gegenstände bzw. Bauteile können systematisch untersucht werden, um zweckmäßigerweise die Datenbasis ständig zu vergrößern oder zu erweitern. Gemäß einer Ausführungsform werden hierzu analytische Methoden eingesetzt, wie beispielsweise die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (englisch: LIBS). Bei Versuchen kann auch mit Magneten gearbeitet werden, um beispielsweise magnetische von nicht magnetischen Teilen zu unterscheiden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Direktes Bestimmen der Materialeigenschaft des Gegenstands zum Erzeugen einer zweiten Information, wenn keine Zuordnung möglich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der entsprechende Gegenstand hierzu zunächst aussortiert, um den übrigen Ablauf nicht zu beeinflussen. Gemäß einer Ausführungsform wird der entsprechende Gegenstand zusätzlich oder alternativ mit einer Markierung oder einem Code versehen. Die Zuordnung der inneren Eigenschaft erfolgt dann in einem späteren Schritt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden von laserinduzierter Plasmaspektroskopie zum direkten Bestimmen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Durchführen eines standardisierten, externen Datenaustauschs zum direkten Bestimmen.
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Hierbei ist beispielsweise ein durchgängiger Datenaustausch für verschiedene Teilnehmer einer Wertschöpfungskette umfasst. Ein derartiger Datenaustausch kann beispielsweise über ein Netzwerk wie Catena-X möglich sein.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein Datenaustausch mit anderen Produktionssystemen oder-Prozessen. Von einer Pressenstraße kann beispielsweise die Information erhalten werden, dass aktuell (nur) Bauteile eines bestimmten Typs hergestellt werden. Kommen die Bauteile zum Sortieren ist demnach bekannt, welche Materialeigenschaften die Restteile, Schrottteile etc. haben.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Erweitern der Datenbasis nach dem direkten Bestimmen der Materialeigenschaft mittels der zweiten Information.
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Zweckmäßigerweise wächst die Datenbasis also immer weiter und wird immer vollständiger, sodass das Verfahren über die Anwendung zusehends schneller und zuverlässiger wird. Insbesondere gibt es mit Vorteil immer weniger „unbekannte“ Gegenstände.
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Zweckmäßigerweise ist der Algorithmus ein mathematischer Algorithmus, welcher ausgelegt und parametriert ist, auf einer Recheneinrichtung, wie einem Computer, zu laufen. Zweckmäßigerweise umfasst der Algorithmus mehrere Funktionsblöcke, um bestimmte Funktionalitäten bereitzustellen, wie beispielsweise die Ein- und Ausgabe von Daten bzw. insbesondere auch einen oder mehrere Funktionsblöcke, welche ausgelegt sind, die benötigten Funktionen und Methoden zur Verfügung zu stellen. Zweckmäßigerweise weist der Algorithmus Methoden auf, welche auf künstlicher Intelligenz (KI) basieren. Zweckmäßigerweise werden im Algorithmus Machine-Learning-Ansätze verwendet, um insbesondere die Lernfunktion zu realisieren, welche das Erweitern der Datenbasis bewirkt. Maschinelles Lernen ist insbesondere für Verfahren zur Bilderkennung vorteilhaft.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Information, gemäß einer Ausführungsform ein oder mehrere Bilddatensätze, in eine Form überführt, welche in der Datenbasis verarbeitet werden kann. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche einzelfallabhängig ihre verschiedenen Vorteile bieten.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend zumindest einen Industrieroboter zum Sortieren.
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Zweckmäßigerweise läuft der Algorithmus auf einer Steuerung des zumindest einen Industrieroboters. Zweckmäßigerweise sind, um den Durchsatz zu erhöhen, bevorzugt mehrere Industrieroboter und/oder auch optische Systeme, wie Kameras oder Kamerasysteme, vorgesehen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest eine Transporteinrichtung, wie beispielsweise ein Förderband, welches ausgelegt ist, eine Vielzahl von Gegenständen zu transportieren. Wie bereits angedeutet, umfasst die Vorrichtung zweckmäßigerweise mehrere Linien oder Straßen. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, eine Vorsortierung durchzuführen. Im Rahmen der Vorsortierung können Gegenstände oder Teile aussortiert werden, deren Form und/oder Farbe in einem ersten Schritt nicht erkannt werden konnte. Diese werden nachgelagert und/oder gesondert untersucht und entsprechende sortiert.
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Gemäß einer Ausführungsform sind in das Förderband Mittel zum Wiegen integriert. Gemäß einer Ausführungsform sind die Lager der Förderbandrollen mit Gewichtssensoren ausgestattet, um ein Gewicht von Gegenständen erfassen zu können.
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Das vorliegende Verfahren bzw. die Vorrichtung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass es gut in bestehende Anlagen integriert werden kann. So können bestehende Förderbänder um einen oder mehrere entsprechend konfigurierte Industrieroboter, nebst optischer Erfassungseinrichtung, wie einem Kamerasystem, erweitert werden, um die Sortierfunktion bereitzustellen.
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Der Industrieroboter umfasst mit Vorteil einen oder mehrere Greifer oder auch pneumatische Werkzeuge etc. zum Nehmen, Greifen und/oder Halten der Gegenstände.
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Die Erfindung richtet sich auch auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Landfahrzeugen. Zweckmäßigerweise wird das Verfahren insbesondere in Produktionsanlagen verwendet, sodass möglichst an Ort und Stelle, also dort wo beispielsweise der Blechzuschnitt anfällt, sortiert werden kann.
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Zweckmäßigerweise wird dabei, wie bereits angedeutet, der Vorteil genutzt, dass die zu sortierenden Teile oder Gegenstände lose gesammelt und nicht weiter verarbeitet werden. Zweckmäßigerweise bleibt damit zum einen deren charakteristische Form (und/oder Farbe etc.) erhalten. Da große, unzerkleinerte/ungeschredderte Teile sortiert werden, ist der Sortierdurchsatz zudem entsprechend hoch. Die Anwendung des Verfahrens ist ortsunabhängig und kann beispielsweise direkt dort durchgeführt werden, wo die Gegenstände anfallen oder auch erst beim entsprechenden Recycler oder bei der Abfallsammelstelle.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens bzw. einer Vorrichtung mit Bezug auf die beigefügte Figur.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des Verfahrens bzw. einer Vorrichtung.
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1 zeigt schematisch ein Förderband 40, auf welchem ein Gegenstand oder Teil 10 transportiert wird. Hierbei handelt sich gemäß einer Ausführungsform um einen Blechrest aus einem Aluminiumwerkstoff. Über eine optische Erfassungseinrichtung, wie einer Kamera 60, wird ein Bild des Gegenstands 10 erfasst und als erste Information 1 an einen Algorithmus 20 weitergegeben. Der Algorithmus umfasst neben mehreren Funktionsblöcken, wie einem KI-Baustein 24, eine Datenbasis 22. Zweckmäßigerweise erfolgt über die Datenbasis 22 bzw. mit deren Hilfe eine Zuordnung einer inneren Eigenschaft, wie einer Materialeigenschaft, zu der ersten Information 1. Die erste Information 1 ist ausgelegt, eine äußere Eigenschaft zu beschreiben, wie eine Form, eine Farbe, das Gewicht etc. Zweckmäßigerweise ist es über den Algorithmus 20 möglich, dass einem Gegenstand einer bestimmen Form und/oder Farbe etc., eine Materialeigenschaft, wie eine Legierung, zugewiesen wird. Entsprechend kann eine Vorrichtung 30, vorliegend als Industrieroboter skizziert, angewiesen werden, das Teil bzw. den Gegenstand 10 entsprechend zu sortieren. Es ist grundsätzlich möglich, dass ein Teil oder Gegenstand 10 nicht erkannt wird, da es sich beispielsweise um einen Gegenstand von einem anderen Hersteller oder dergleichen handelt, welcher vorliegend noch nicht bekannt/erfasst ist. Zweckmäßigerweise kann die Materialeigenschaft auch direkt bestimmt werden. Hierzu wird vorliegend beispielsweise ein LIBS-Gerät 50 verwendet. Dieses untersucht das Teil bzw. den Gegenstand 10 und sendet eine zweite Information 2 an den Algorithmus 20. Damit ist es mit Vorteil möglich, die Datenbasis 22 zu erweitern und das Teil 10 bzw. den Gegenstand 10 entsprechend zu sortieren. Der Pfeil, versehen mit dem Bezugszeichen 3, deutet an, dass auch ein Datenaustausch mit beispielsweise externen Quellen, beispielsweise über ein Netzwerk, möglich ist. Der Pfeil, versehen mit dem Bezugszeichen 3, skizziert auch, dass die Datenbasis 22 zweckmäßigerweise auf Basis von Erfahrungswerten, Zeichnungsdaten und/oder Versuchsdaten erzeugt wurde und zweckmäßigerweise während der Durchführung des Verfahrens ständig erweitert werden kann, beispielsweise über Versuchsdaten und/oder durch externe Quellen.
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Gemäß einer Ausführungsform läuft ein derartiger Algorithmus beispielsweise auf einer Steuerungssoftware eines entsprechenden Industrieroboters, welcher zum Sortieren verwendet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Information
- 2
- zweite Information
- 3
- externer Datenaustausch
- 10
- Gegenstand
- 20
- Algorithmus
- 22
- Datenbasis
- 24
- Funktionsblock, KI-Baustein
- 30
- Vorrichtung
- 40
- Förderband
- 50
- LIBS-Gerät
- 60
- Kamera
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4317521 [0002]
- EP 2716774 A1 [0002]
