DE60310118T2

DE60310118T2 - System und verfahren zum automatischen sortieren von objekten

Info

Publication number: DE60310118T2
Application number: DE60310118T
Authority: DE
Inventors: Hald Niels PEDERSEN; Jesper Cramer; Anders Evald
Original assignee: Force Technology
Current assignee: Force Technology
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: AU2003300069A1; EP1554060B1; US20060115037A1; AU2003300069A8; ATE346698T1; CA2501051A1; ES2276103T3; PL208399B1; EP1554060A1; DE60310118D1; WO2004033117A1; PL375164A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum automatischen Sortieren von Objekten, einschließlich Objekten, die in einem Strom von Abfallstoffen enthalten sind.
Spezieller betrifft die Erfindung ein System (und ein entsprechendes Verfahren), das einen Beförderungsmechanismus, der zum Befördern eines Objektes zu einer Sortiervorrichtung konfiguriert ist, eine Sensorvorrichtung, die so angeordnet ist, um zu bewirken, dass sich das beförderte Objekt im Wesentlichen in einem vorgegebenen Leseraum befindet, und eine Berechnungseinheit aufweist, die zum Empfang eines elektrischen Sensorsignals konfiguriert ist, das Messdaten von der Sensorvorrichtung darstellt, und zum Erzeugen und Ausstrahlen eines Steuersignals zu der Sortiervorrichtung konfiguriert ist, die zum Sortieren der beförderten Objekte in Reaktion auf das/auf der Basis von dem Steuersignal konfiguriert ist.
Häufig ist es vorteilhaft, Objekte auf der Basis einer zugehörigen Klasse aus einer Anzahl von möglichen Klassen sortieren zu können. Manchmal ist die Menge der möglichen Klassen beschränkt, um nur einige wenige Klassen wie 'metallisch' oder ,nicht metallisch' aufzuweisen, z. B. wenn Ströme aus umweltproblematischem Abfall sortiert werden sollen. In dem Fall ist es notwendig, gemeinsame Merkmale für jedes sortierte Objekt bestimmen zu können, das zu einer spezifischen Klasse gehört, wobei die Merkmale das Objekt auf die vorgegebene Klasse trotz möglicher Variationen innerhalb jeder Klasse beziehen.
Das Sortieren von Materialströmen ist in einer großen Anzahl von Produktionsverfahren äußerst wichtig, wobei bei der Errichtung einer gesellschaftlich praktikablen Materialökonomie das Sortieren von Abfallströmen eine zunehmend wichtige Rolle spielen wird. Das Sortieren kann z. B. dem Zweck zum Minimieren oder Beseitigen des Vorhandenseins von schädlichen Substanzen in recycelbaren Abfallströmen dienen. Das Sortieren kann auch in Verbindung mit der Online-Überwachung von ausgehenden Strömen von Anlagen verwendet werden, die Haushaltsabfall oder bestimmte Arten von Abfall behandeln, wobei bei dem Abfallprodukt, z. B. dem Schlamm von Verbrennungsanlagen, Schwellenwerte in Bezug auf verschiedene elementare Substanzen überwacht werden müssen, um für das Recycling geeignet zu sein oder in der kostengünstigsten Weise gelagert zu werden.
Das Sortieren kann auch der Aufgabe dienen, eine minimale Konzentration einer gewünschten Komponente in Verbindung mit dem Recycling zu gewährleisten.
Die Materialtrennung im Fall des manuellen Sortierens ist oft im Fall von jenen Materialströmen fehlerhaft, wo die sichtbaren Merkmale von Objekten sehr ähnlich sind, wobei diese Art des Sortierens des Weiteren beträchtliche Ressourcen, z. B. im Fall von manuellen Aufgaben, erfordert. Was die Abfallsortierung betrifft, wo eine richtige Kategorisierung von höchster Wichtigkeit hauptsächlich aufgrund von Umwelterwägungen ist, ist eine derartige manuelle Sortierung mit einem Risiko einer hohen Häufigkeit von Sortierfehlern nicht wünschenswert.
Das Sortieren von z. B. druckimprägniertem Bauholz von nicht druckimprägniertem Bauholz ist keine einfache Angelegenheit, da es eine äußerst schwierige Aufgabe sein kann, diese zwei voneinander zu unterscheiden, besonders wenn das Bauholz altert und/oder wenn die Oberfläche des Bauholzes beschichtet ist.
Typischerweise setzt man sich mit zwei Arten von Abfallbauholz auseinander, bei denen es wichtig ist, zu unterscheiden zwischen:

– druckimprägniertem Bauholz: typischerweise wird dieses Bauholz vorübergehend gelagert, da es in einem breiten Ausmaß große Mengen von Schwermetallen wie Kupfer, Chrom, Arsen und Bor enthält. Gegenwärtig gibt es kein umweltverträgliches und ökonomisch praktikables Verfahren, um es zu behandeln.
– nicht druckimprägniertem Bauholz: es kann durch Verbrennung deponiert werden.

Entsprechend einer Übersicht (Iben V. Kristensen; Identifikation og sortering af affaldstræ vha. Farvereaktion (Identifizierung und Sortierung von Abfallbauholz durch Farbreaktion), Workshop i Affaldstrategier for imprægneret træ (Werkstatt für Abfallstrategien für imprägniertes Bauholz) Borås 14.11.2001) werden etwa 60% des nicht imprägnierten Abfallbauholzes irrtümlicherweise als imprägniertes Bauholz bei manuellen Sortierungsverfahren kategorisiert. Entsprechend wurden etwa 16% des imprägnierten Abfallbauholzes irrtümlicherweise als nicht imprägniertes Bauholz kategorisiert.
Der hohe Prozentsatz von Fehlern ist umwelttechnisch nicht hinnehmbar, besonders angesichts der Tatsache, dass erwartet wird, dass sich die Menge von imprägniertem Abfallbauholz in den nächsten kommenden Jahren vervielfacht. Wie erwähnt wurde, enthält druckimprägniertes Bauholz typischerweise Schwermetalle wie Kupfer, Chrom, Arsen und Bor, die unzumutbare Schadstoffe sind.
Verfahren zum chemischen Analysieren einer Menge des in einem angegebenen Objekt vorhandenen Schwermetalls sind bekannt. Es ist jedoch lästig, ein solches Verfahren zum Beispiel beim Sortieren von Abfallobjekten anzuwenden, da die Menge von Abfallbauholz zunimmt und eine solche Analyse sowohl zeitraubend als auch ökonomisch hinderlich ist.
Es ist daher vorteilhaft, ein System bereitzustellen, durch das Objekte in einer einfachen, zuverlässigen, zweckdienlichen und vernünftigen Weise sortiert werden können.
Die Patentoffenbarung US-A-4 830 193 betrifft das Sortieren von Klumpen von goldführenden Mineralien durch Neutronenaktivierungsanalyse wobei Gammastrahlung und Neutronenstrahlung zu unterschiedlichen Zeiten auftreten. Spezieller werden die Mineralklumpen abhängig von der Größe in zwei Gruppen sortiert und bestrahlt, wonach die Intensität der Gammastrahlen mit einer Energie von 297 keV anschließend gemessen und in Reaktion auf die gemessene Intensität bei 297 keV entweder angenommen oder ausgesondert wird.
Das Patent GB 2 055 465 betrifft ebenfalls die Bestimmung des Goldgehalts eines Materials durch Anwendung der Neutronenaktivierungsanalyse, wobei das Material mit Neutronen bestrahlt wird und wobei die Intensität der Gammastrahlen mit einer Energie von 279 keV (wahrscheinlich sind 297 keV gemeint) anschließend bestimmt wurde, um eine Annahme oder eine Aussonderung zu erreichen.
Das Patent EP 0 059 033 betrifft das Sortieren von Erz, wobei Erz mit Neutronen durch eine Anzahl von Bestrahlungseinheiten bombardiert wird, um Isotope zu bilden. Die Gammastrahlung wird – emittiert durch Isotope von Elementen wie Gold – durch eine Anzahl von Detektoren erfasst, wobei dadurch die Identifizierung der Isotope ermöglicht wird. Es heißt, dass es normalerweise erforderlich ist, dass alle Erzpartikel mindestens im Wesentlichen der gleichen Strahlungsmenge unterzogen werden, wobei eine Lösung bereitgestellt wird.
EP-A-0 096 092 offenbart ein System entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System bereitzustellen, das in der Lage ist, effizient, zuverlässig und kostengünstig Objekte mit einem Blick zu klassifizieren, um sie auf der Basis von spezifischen Kriterien durch ein kontaktloses und zweckdienliches Sensorsystem so sortieren.
Diese Aufgabe wird durch ein System der oben erwähnten Art erfüllt, wobei die Sensorvorrichtung auf einer prompten Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (Prompt Gamma-Neutron Activation Analysis – PGNAA) basiert und eine Neutronenquelle, die zum Emittieren von Neutronen konfiguriert ist, eine Moderatorsub stanz, die die Neutronenquelle und den Messraum umgibt und zum Moderieren der emittierten Neutronen konfiguriert ist, und einen Detektor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er die Gammastrahlung erfasst, die durch ein in dem Messraum angeordnetes Objekt emittiert wird, wenn das Objekt einem Neutronenfluss mit einer vorgegebenen Energieverteilung ausgesetzt ist, und das elektrische Sensorsignal auf der Basis der Erfassung erzeugt, und wobei das Steuersignal auf der Basis des Sensorsignals erzeugt wird.
Hierdurch wird eine zweckdienliche und zuverlässige automatisierte Sortierung von Objekten bereitgestellt, wodurch die Häufigkeit einer irrtümlichen Sortierung drastisch verringert wird, wobei das System ein anderes und zuverlässigeres Analyseverfahren verwendet als das vorher verwendete. Ein erfindungsgemäßes System stellt den Vorteil dar, dass zusätzlich zur Automatisierung die Anzahl von Sortierfehlern auf ein Niveau verringert wird, das ausreichend ist, um die mit Bezug auf die Umwelt gebildeten Anforderungen zu erfüllen.
Typischerweise kann ein erfindungsgemäßes System die Anzahl von verarbeiteten Objekten im Vergleich zu früheren Verfahren vervielfachen.
Das Sortiersystem kann zum Beispiel zum Sortieren von Bauholz jeweils in schwermetallhaltiges Bauholz oder nicht schwermetallhaltiges Bauholz konfiguriert sein. Alternativ kann das Sortiersystem zum Sortieren von Kunststoffen in PVC-haltige Kunststoffe oder PVC-freie Kunststoffe konfiguriert sein.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ferner eine Gammaabschirmung und/oder eine Neutronenabschirmung auf, wobei sich die Gammaabschirmung zwischen der Quelle und dem Messraum befindet und/oder wobei sich die Neutronenabschirmung zwischen dem Detektor und dem Messraum befindet.
Hierdurch wird eine Minimierung des Flusses von thermischen Neutronen in den Detektor auf Grund der Neutronenabschirmung/des Neutronenschildes erreicht, wobei eine Dämpfung des gemessenen Rauschpegels bewirkt wird.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ferner eine Gammaabschirmung auf, die um die Neutronenquelle angeordnet ist, wobei dadurch die direkte Gammastrahlung von der Neutronenquelle zu dem Detektor minimiert wird.
Entsprechend einer Ausführungsform ist das Sortiersystem zum Sortieren von einem Strom von Abfallstoffen konfiguriert.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfassung kontaktlos mit Bezug auf das Objekt durchgeführt. Hierdurch wird eine Verringerung der Betriebskosten auf Grund einer minimalen Abnutzung, die in Verbindung mit einem berührungsfreien Ausführungsform auftritt, und Einsparungen in Bezug auf Handarbeit erreicht.
Entsprechend einer Ausführungsform wird eine Schätzung der Menge des Probenmaterials in dem Messraum auf der Basis der Gammastrahlung einer elementaren Substanz, z. B. Wasserstoff, Aluminium, Silizium oder Eisen bereitgestellt, die in dem Probenmaterial in einer bekannten Konzentration vorhanden ist.
Die beschriebene Sensortechnologie ist eine ausgewiesene prompte Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (Prompt Gamma-Neutron Activation Analysis – PGNAA) und ist ein bekanntes Verfahren.
Durch die PGNAA wird das Objekt mit Neutronen mit relativ niedriger kinetischer Energie (so genannten thermischen Neutronen) von einer geeigneten Quelle bestrahlt, wodurch die Kerne der elementaren Substanzen instabil werden und sofort in einen Zustand reduzierter Energie zurückfallen, während Gammastrahlung mit einer charakteristischen Energie emittiert wird.
Spezieller wird eine Reaktion zwischen einem Atomkern und einem thermischen Neutron Neutroneneinfang bezeichnet und führt zu einer Änderung des Atomgewichts im Kern entsprechend der Masse des Neutrons. Dieser Vorgang wird den Kern in einem erregten/energiereichen Zustand zurücklassen, von dem er augenblicklich zerfällt, während die Gammastrahlung emittiert wird, die für den fraglichen Atomkern charakteristisch ist. Diese Gammastrahlung wird 'promptes Gamma' genannt, da sie augenblicklich emittiert wird.
Sowohl die Neutronen als auch die sich ergebende Gammastrahlung sind sehr durchdringend, woraus folgt, dass sogar massive Objekte häufig in einer kontaktlosen Weise analysiert werden können.
Ein promptes Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse-Verfahren (PGNAA) basiert auf der Tatsache, dass alle elementaren Substanzen mit niedrigenergetischen Neutronen, den so genannten 'thermischen Neutronen', reagieren können.
Die verschiedenen elementaren Substanzen haben sehr unterschiedliche Kapazitäten, wenn es zum Reagieren mit thermischen Neutronen kommt. Diese Kapazität ist durch einen Wert gekennzeichnet, der typischerweise den reaktiven Querschnitt kennzeichnet, der um mehr als 11 Wertfaktoren durch das Periodensystem der elementaren Substanzen hindurch variiert, ohne scheinbare Systematik.
Abseits des reaktiven Querschnitts variiert die Empfindlichkeit gegenüber PGNAA einer vorgegebenen elementaren Substanz einerseits mit der Menge und Art der emittierten Gammastrahlung und andererseits mit dem Wesen des Detektorsystems.
Dieses Analyseverfahren ist zum Erfassen behandelter Objekte gut geeignet, die nicht ohne weiteres sichtbar zu unterscheiden sind, wie druckimprägniertes Bauholz, da es einerseits möglich ist, durch voluminöse Objekte wie Pfähle und Masten relativ unbeeinflusst durch Oberflächenschichten wie Farbe zu messen und wobei andererseits elementare Substanzen wie Kupfer, Chrom, Arsen und Bor derart hohe reaktive Querschnitte haben, dass eine Bestimmung der Konzentrationen möglich scheint.
So weit bekannt ist, war die praktische Nutzung von PGNAA auf die Charakterisierung von Kohle in Energieerzeugungsanlagen, Erz in der Bergbauindustrie und Rohmaterial-Mischungen für Zementöfen und dergleichen beschränkt. Die Erfindung zeigt, wie PGNAA auch zum Sortieren von Abfall verwendet werden kann.
Typischerweise wird eine Ausführungsform verwendet, in dem die Sensorvorrichtung hauptsächlich Wasserstoff als Moderatorsubstanz auf Grund der hohen Moderatorwirkung von Wasserstoff verwendet.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung hauptsächlich Kohlenstoffmaterial als Moderatorsubstanz (statt Wasserstoff) auf. Der streuende Querschnitt von Kohlenstoff und damit sein Leistungsverhalten als Moderatorsubstanz ist kleiner als das Leistungsverhalten von Wasserstoff; Kohlenstoff hat jedoch einen weit kleineren Absorptionsquerschnitt, der immer wieder eine verbesserte Nutzung von Neutronen und erheblich geringeres Rauschen in der Form von unerwünschter Gammastrahlung mit sich bringt. Außerdem macht die Verwendung einer wasserstoffarmen Moderatorsubstanz eine fast direkte Messung des Wasserstoffgehalts des Objektes auf der Basis möglich, auf der eine Schätzung der Menge von Bauholz im Leseraum berechnet werden kann, wobei diese Teilmessung zum Bestimmen der Konzentration in einem Objekt notwendig ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist das System zum Empfangen von Messungen von Objekten mit einer bekannten Klassifizierung konfiguriert, wobei die Klassifizierungseinheit eine Einrichtung zum Berechnen von Wichtungsfaktoren einer Anzahl von gewichteten Summen aufweist, die durch eine Mehrgrößen-Datenanalyse, Kalibrierung oder ein Iterationsverfahren ermittelt werden, durch die eine zunehmende Verfeinerung eine verbesserte Gruppe von Wichtungsfaktoren bereitstellt.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform wird das Steuersignal durch die Klassifizierungseinheit auf der Basis von Signalen mit den Wichtungsfaktoren und dem Sensorsignal bereitgestellt.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Sensorsignal ein Gammaspektrum auf, das die aufgezeichnete Gammastrahlungsintensität in einem vorgegebenen Photonen-/Energiebereich darstellt.
Entsprechend einer Ausführungsform wird das Steuersignal (307) auf der Basis der Differenz zwischen einem Sensorsignal (306) und einem vorgegebenen Bezugsspektrum bereitgestellt, das mit einem leeren Messraum (6) gewonnen und in einer Speichereinheit (403) gespeichert wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum automatischen Sortieren von Objekten, wobei das Verfahren aufweist:

– das Befördern von mindestens einem Objekt zu einer Sortiervorrichtung,
– wobei die Beförderung bewirkt, dass sich die beförderten Objekte im Wesentlichen in einem vorgegebenen Leseraum einer Sensorvorrichtung befinden, und
– das Empfangen eines elektrischen Sensorsignals, das Messdaten in einer Berechnungseinheit/Klassifizierungseinheit von der Sensorvorrichtung darstellt, und das Erzeugen und Ausstrahlen eines Steuersignals zu der Sortiervorrichtung, die zum Sortieren von Objekten auf der Basis des Steuersignals konfiguriert ist,

– das Emittieren von Neutronen von einer Neutronenquelle in der Sensorvorrichtung,
– das Moderieren der emittierten Neutronen durch eine Moderatorsubstanz in der Sensorvorrichtung, wobei die Mo deratorsubstanz die Neutronenquelle und den Messraum umgibt,
– das Erfassen auf der Basis der prompten Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (PGNAA) durch einen Detektor in der Sensorvorrichtung der Gammastrahlung, die von einem Objekt in dem Messraum ausgestrahlt wird, wenn sie einem Neutronenfluss mit einer vorgegebenen Energieverteilung ausgesetzt ist, und Bereitstellen des Sensorsignals in der Sensorvorrichtung auf der Basis der Erfassung, und
– das Erzeugen eines Steuersignals auf der Basis des Sensorsignals.

Entsprechend einer Ausführungsform weist das Verfahren die Minimierung des Flusses von thermischen Neutronen in den Detektor durch eine Gammaabschirmung und/oder eine Neutronenabschirmung in der Sensorvorrichtung auf, wobei die Gammaabschirmung zwischen der Quelle und dem Messraum und/oder wobei die Neutronenabschirmung zwischen dem Detektor und dem Messraum angeordnet ist.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Minimierung von direkter Gammastrahlung von der Neutronenquelle zu dem Detektor durch eine Gammaabschirmung auf, die um die Neutronenquelle in der Sensorvorrichtung angeordnet ist, so dass die Strahlung von Gammastrahlen von der Quelle zum Detektor abgeschwächt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Verfahren das Sortieren eines Stroms von Abfallstoffen auf.
Entsprechend einer Ausführungsform wird die Erfassung mit Bezug auf das Objekt kontaktlos durchgeführt.
Entsprechend einer Ausführungsform wird eine Schätzung der Menge des Probenmaterials in dem Messraum auf der Basis der Gammastrahlung einer elementaren Substanz, z. B. Wasserstoff, Aluminium, Silizium oder Eisen bereitgestellt, die in dem Probenmaterial in einer bekannten Konzentration vorhanden ist.
Entsprechend einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung hauptsächlich Kohlenstoffmaterial als Moderatorsubstanz auf.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Verfahren den Empfang von Messungen von Objekten einer bekannten Klassifizierung und die Berechnung von Wichtungsfaktoren einer Anzahl von gewichteten Summen auf, die durch eine Mehrgrößen-Datenanalyse, Kalibrierung oder ein Iterationsverfahren ermittelt werden, durch die eine zunehmende Verfeinerung schrittweise eine verbesserte Gruppe von Wichtungsfaktoren hervorruft.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf, dass das Steuersignal durch die Klassifizierungseinheit auf der Basis von Signalen mit den Wichtungsfaktoren und dem Sensorsignal bereitgestellt wird.
Entsprechend einer Ausführungsform wird eine Clusteranalyse als ein Schritt bei der automatischen Erzeugung von Vorschlägen zur Kategorisierung von Probeobjekten auf der Basis von Mustern in Messdaten entsprechend den Objekten verwendet.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das Sensorsignal ein Gammaspektrum auf, das die registrierte Gammastrahlungsintensität in einem vorgegebenen Photonen-/Energiebereich darstellt.
Entsprechend einer Ausführungsform wird das Steuersignal (307) auf der Basis der Differenz zwischen einem Sensorsignal (306) und einem vorgegebenen Bezugsspektrum bereitgestellt, das mit einem leeren Messraum (6) empfangen und in einer Speichereinheit (403) gespeichert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Ausführungsformen entsprechen dem erfindungsgemäßen System und dessen Ausführungsformen und stellen die. gleichen Vorteile aus den gleichen Gründen dar.
Die Erfindung wird nun im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
1 schematisch einen Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
2 schematisch einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
3 eine Ausführungsform mit Beförderungsmechanismus, Sensor und Sortiervorrichtung und einer Klassifizierungseinheit;
4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klassifizierungseinheit;
5 Beispiele von PGNAA-Spektren.
1 veranschaulicht schematisch einen Querschnitt eines Teils einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung (302) entsprechend der Erfindung und mit einer Neutronenquelle (2), einer Moderatorsubstanz (4), einem Messraum (6), einer Gammaabschirmung (3), einer Neutronenabschirmung/einem Neutronenschirm (10) und einem Detektor/Sensor (8).
Die Neutronenquelle (2) emittiert einen Neutronenfluss, d. h. Neutronen mit hoher kinetischer Energie, und ist von einer Moderatorsubstanz (4) umgeben, die dem Zweck dient, die Neutronen auf thermische Geschwindigkeiten zu moderieren. Die Moderatorsubstanz (4) weist ein massives Volumen aus einem Material mit einem großen Gehalt einer Anzahl von elementaren Substanzen (z. B. Wasserstoff und Kohlenstoff) mit stark streuenden Querschnitten wie Paraffin, Polyethylen, Graphit oder Wasser auf. In der Moderatorsubstanz (4) wird dadurch ein Bereich gebildet, der thermische Neutronen enthält, die nach einer Anzahl von Streuungen keine vorherrschende Richtung mehr haben werden. Bei dieser Ausführungsform hat der Messraum/der dreidimensionale Messbereich (6) ein gut definiertes Volumen/Raum, in dem ein gleichförmiger und starker Neutronenfluss durch eine günstige Formung der Moderatorsubstanz (4) errichtet wird, die typischerweise in einem großen oder kleinen Ausmaß den Messraum (6) umgibt. Der Messraum (6) kann viele unterschiedliche Konfigurationen haben, z. B. abhängig von den entsprechenden, zu sortierenden Objekten.
Der Detektor (8), der die Gammastrahlung einfängt, die von den im Messraum (6) angeordneten Objekten emittiert wird, wird typischerweise gegenüber sowohl den thermischen Neutronen als auch der Gammastrahlung empfindlich sein, die von der Neutronenquelle (2) und der Moderatorsubstanz (4) und der Strahlung von natürlichen Nukliden in der Umgebung der Sensorvorrichtung emittiert wird. Vorzugsweise werden die Materialien sowohl der Gamma- (3) als auch der Neutronenabschirmung (10) in günstigen Stellen im Lesebereich angeordnet. Der Detektor (8) kann z. B. ein Szintillationsdetektor, z. B. ein Thallium-dotiertes Natrium-Iodid sein, kann aber auch aus anderen Typen, z. B. dem Halbleitertyp bestehen. Die letzteren Detektoren setzen jedoch typischerweise eine Kühlung, z. B. durch flüssigen Stickstoff voraus, was eine praktische Anwendung davon ziemlich schwierig macht.
In der Praxis emittieren alle Neutronenquellen wie Isotop- oder auf Beschleuniger basierende Quellen fast ausschließlich Neutronen mit hoher kinetischer Energie (in einem Bereich von 10⁶–10⁷ eV). Um thermische Neutronen (kinetische Energie in einem Bereich von 0,025 eV) zu gewinnen, ist die Quelle von einer Moderatorsubstanz (4) umgeben, die aus einem Material mit einem stark streuenden Querschnitt und einem niedrigen Absorptionsquerschnitt besteht. Vorzugsweise besteht die Moderatorsubstanz aus wasserstoffhaltigen Materialien wie Wasser, Paraffin oder Polyethylen usw. In einer solchen Moderatorsubstanz wird ein Neutron während seiner Lebensdauer in dem Material mehrere Male elastisch streuen und wird, wie zuvor beschrieben wurde, bei jeder Kollision, Energie verlieren, bis der Energiepegel der thermischen Bewegung der Atome der Moderatorsubstanz entspricht.
Vorzugsweise wird ein Moderatormaterial verwendet, das statt Wasserstoff hauptsächlich Kohlenstoff enthält. Der streuende Querschnitt von Kohlenstoff und damit sein Leistungsverhalten als Moderatorsubstanz ist geringer als das Leistungsverhalten von Wasserstoff, Kohlenstoff hat jedoch einen weit geringeren Absorptionsquerschnitt, was wiederum bedeutet, das eine verbesserte Neutronennutzung und ein weit geringeres Rauschen in der Form von unerwünschter Gammastrahlung zustande kommt. Zusätzlich macht die Anwendung einer wasserstoffarmen Moderatorsubstanz eine fast direkte Messung des Wasserstoffgehalts des Objektes auf der Basis möglich, auf der eine Schätzung der in dem Leseraum enthaltenen Materialmenge (z. B. Kunststoff oder Bauholz) berechnet werden kann, da diese Teilmessung erforderlich ist, um eine Bestimmung der Konzentration eines Objektes zu ermöglichen.
Nach einer anfänglichen Verarbeitung einer Anzahl von Erfassungsvorgängen, die vom Detektor (8) in einer Anzahl von Gammabereichen innerhalb einer vorgegebenen Zeit gesammelt werden, werden diese Daten einer Umwandlung unterzogen, wobei gewichtete Summen der Gruppe von Messgrößen bereitgestellt werden. Für einen PGNAA-Sensor wird jede individuelle Größe aus der Anzahl der erhaltenen Erfassungsvorgänge pro Zeiteinheit in einem vorgegebenen Gammaquant-Energiebereich ermittelt. Die Wichtungsfaktoren zum Berechnen der gewichteten Summen können durch eine Mehrgrößen-Regressionsanalyse, durch Kalibrierung oder durch ein Iterationsverfahren bereitgestellt werden, durch die eine verbesserte Gruppe von Wichtungsfaktoren durch zunehmende Verfeinerung zustande kommt. Die Mehrgrößen-Analyse basiert auf einer Annäherung an Mehrfachdaten, dadurch gekennzeichnet, dass zugrunde liegende Variationsmuster identifiziert und durch aus der mathematischen Statistik bekannte Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel können Signale von PGNAA-Sensoren zusammengesetzte Größen sein, da das individuelle Signal als eine Vielzahl von variablen Größen vorhan den ist. Zur Berechnung können Messungen von Gruppen von Objekten mit einer bekannten Klassifizierung verwendet werden. Ein Bezugspunkt in einem multidimensionalen Raum mit einer Anzahl von Dimensionen, die der Anzahl von Messgrößen entspricht, ist mit jeder individuellen Klasse oder Klassifizierung verbunden. Der individuelle Bezugspunkt kann als der Durchschnitt der Messpunkte berechnet werden, die die Objekte darstellen, die zur entsprechenden Klasse gehören.
Die PGNAA kann für eine kontaktlose Tiefenanalyse einer elementaren Substanz von z. B. Abfall oder Recyclingmaterial eingesetzt werden. Neutronen sowie die sich ergebende Gammastrahlung, die durch das Detektorsystem gemessen wird, sind sehr durchdringend, sogar feste Objekte können häufig kontaktlos durch dieses Verfahren analysiert werden. Da kontaktlose Systeme nicht den Nachteil des gleichen Grades der Abnutzung aufweisen wie es bei nicht kontaktlosen Systemen der Fall ist, ist es daher wünschenswert, kontaktlose Systeme für eine Anwendung wie z. B. Abfallsortierung zu verwenden, da die zu analysierenden Objekte sehr häufig aus Bruchstücken in sehr unterschiedlichen Formen bestehen. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit, mit der ein Strom aus Objekten verarbeitet werden kann, typischerweise erhöht werden.
Das Messsignal für ein vorgegebenes Objekt wird vorzugsweise als die gleichzeitige Änderung aller veränderlichen Größen definiert, die erfasst werden, wenn ein Objekt durch einen Leseraum befördert und anschließend während eines Zeitintervalls relativ zu einer Messung mit einem leeren Leseraum gemessen wird. Insgesamt wird die Information auf der Basis, auf der die Klassifizierungseinheit schlussfolgern soll, als ein Vektor beschrieben, der aus einer Folge von numerischen Werten besteht.
Idealerweise wird eine vorgegebene elementare Substanz im Messraum ein Messsignal mit einem vorgegebenen Muster und proportional mit der Menge der entsprechenden elementaren Sub stanz hervorrufen. Das gesamte Messsignal ist dann die Summe dieser Beiträge.
2 veranschaulicht schematisch einen Querschnitt eines Teils einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems. Die Neutronenquelle (2) und eine Gammaabschirmung (5), z. B. eine Bleiabschirmung, um die dieselbe herum ist so angeordnet, dass eine direkte Gammastrahlung von der Neutronenquelle (2) minimiert ist. Der Messraum (6) befindet sich nahe an der Quelle, wo der Neutronenfluss stark ist, wobei ein vergleichsweise dickes Moderatormaterial (4) zwischen dem Detektor (8) und der Quelle (2) und eine Neutronenabschirmung (10) den Fluss von Zwischenneutronen in den Detektor (8) minimieren, wobei eine Dämpfung des gemessenen Rauschpegels bewirkt wird.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit einem Beförderungsmechanismus (301), einem Sensor (302), einer Sortiervorrichtung (304) und einer Klassifizierungseinheit (303). Vorzugsweise weist das System zusätzlich zu der beschriebenen Sensorvorrichtung (302) einen Beförderungsmechanismus (301) zum Befördern von Objekten (308) in und aus dem Messraum/Lesebereich (6), eine Bestimmungs-/Berechnungs-/Klassifizierungseinheit (303) zum Verarbeiten von Messdaten aus der Sensorvorrichtung (302) und zum Bestimmen, zu welchem Teil/welcher Gruppe das vorgegebene Objekt (308) gehört, und eine Sortiervorrichtung (304) zum Sortieren von Objekten (308) vor dem Hintergrund der Entscheidungen der Berechnungs-/Klassifizierungseinheit (303) auf. Ein Sortierobjekt (308) kann z. B. zu sortierender Abfall, optional mit einem Blick zum Recycling und/oder einer zweckdienlichen weiteren Verarbeitung sein.
Für jedes Objekt (308) bestimmt das Entscheidungssystem (303) basierend auf den von der Sensorvorrichtung (302) empfangenen Daten/Informationen, vorzugsweise in der Form von gemessener Gammastrahlung, wie z. B. der Anzahl von aufgezeich neten Quanten und deren Energieverteilung, zu welcher Gruppe es gehört.
Alternativ kann das System ein oder mehrere weitere Sensoren aufweisen, wobei die Berechnungs-/Klassifizierungseinheit (303) ferner zum Empfangen und Verarbeiten von Daten konfiguriert ist, die aus solchen anderen Quellen stammen. Der weitere Sensor/die weiteren Sensoren können z. B. Sensoren für die Temperaturmessung, für die Messung des Neutronenflusses im Messraum, die Gamma-Dichtemessung von Objekten, wichtende Zellen, bildformende Sensoren (z. B. "Vision" – TV-Kamera + Framegrabber), bildformende Röntgenstrahlenabtastung oder andere Typen von Sensoren (nicht dargestellt) sein.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Berechnungseinheit (303) zum Berechnen von Konzentrationen von entsprechenden elementaren Substanzen konfiguriert, die auf der Basis einer Schätzung der als Probe entnommenen Menge auftreten kann. Vorausgesetzt, das Probenmaterial enthält eine genau definierte Konzentration von Wasserstoff, z. B. Wasser, Kunststoff oder Bauholz, kann diese Schätzung durch Verwendung einer wasserstoffarmen Moderatorsubstanz bereitgestellt werden, die eine fast direkte Messung des Wasserstoffgehalts eines Objektes auf der Basis ermöglicht, auf der eine Schätzung der Objektmenge (z. B. die Menge von Bauholz) im Leseraum mit einer gut verwendbaren Genauigkeit bestimmt werden könnte. Die geschätzte Objektmenge kann dann verwendet werden, um die gegenwärtige Konzentration der elementaren Substanzen zu schätzen. Im Allgemeinen wird eine Schätzung der Menge des Probenmaterials in dem Messraum auf der Basis der Gammastrahlung einer elementaren Substanz, z. B. Wasserstoff, Aluminium, Silizium oder Eisen, die in dem Probenmaterial in einer bekannten Konzentration vorhanden sind, bereitgestellt.
Das Entscheidungssystem wird ausführlicher im Zusammenhang mit 4 erläutert und offenbart.
Der Beförderungsmechanismus (301) kann Objekte (308) durch ein Förderband, ein Noppenband oder dergleichen, einen Schub- oder Zugmechanismus, eine pneumatische Beförderung oder dergleichen, einen Greif- oder Führungsmechanismus (einschließlich Robotersystemen) usw. vorschieben.
Der Sortiermechanismus/die Sortiervorrichtung (304) kann zum Beispiel als Band- oder Führungsmechanismus (z. B. eine Trichtervorrichtung), die die Richtung ändert, als Auswurfeinrichtung mit Arm oder Luftdüse oder einem anderen Medium, Greifmechanismus (einschließlich Robotersystemen) usw. realisiert werden.
Bei einer Ausführungsform, in der der Beförderungsmechanismus (301) ein Greifmechanismus (einschließlich Roboter) ist, kann die Beförderungseinrichtung (301) und der Sortiermechanismus (4) ein und dasselbe sein.
Ein erfindungsgemäßes System kann z. B. zum Sortieren von druckimprägniertem Bauholz von anderem Bauholz, zum Sortieren von PVC von anderen Kunststoffmaterialien usw. verwendet werden.
4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klassifizierungseinheit (303) mit einem oder mehreren Mikroprozessoren (402) und/oder einem oder mehreren digitalen Signalprozessoren (406), einer Speichereinheit (403) und einer Einrichtung zum Empfangen und Emittieren von Signalen (404), die über einen gemeinsamen Daten-/Adressenbus (405) verbunden sind. Der Mikroprozessor/die Mikroprozessoren (402) und/oder die Anzahl von digitalen Prozessoren (406) wirken mit der Speichereinheit (403) und der Einrichtung zum Empfangen/Emittieren von Signalen (404) zusammen. Die Einrichtung zum Empfangen und Emittieren von Signalen (404) ist für die Verbindung mit der Anzahl von verfügbaren Sensoren, einschließlich der Sensorvorrichtung (302) und den Anwenderschnittstellen, falls vorhanden, verantwortlich. Die Verbindung zwischen der Klassifizierungseinheit (303) und externen Einheiten wie der Sensorvorrichtung (302), der Sortiervorrichtung (304) usw. kann z. B. durch IrDa, Bluetooth, IEEE 802.11, wireless LAN usw. stattfinden, kann aber auch durch herkömmliche permanente Verbindungen ausgeführt sein. Die Speichereinheit (403) kann relevante Informationen wie ein speziell dafür vorgesehenes Computerprogramm und Klassifizierungsgrößen, Kalibrierungsdaten, Verarbeitungsalgorithmen usw. speichern. Die Speichereinheit (403) weist vorzugsweise flüchtige und/oder nicht flüchtige Speichereinheiten wie ROM, RAM, einen magnetischen Speicher, einen optischen Speicher und deren Kombinationen auf.
Die Verarbeitung von Daten kann auch in einem einzelnen multifunktionalen Prozessor enthalten sein. Die Anwendung von multifunktionalen Prozessoren anstatt speziell dafür vorgesehenen digitalen Signalprozessoren kann in Verbindung mit einigen Ausführungsformen vorteilhaft sein. Obgleich digitale Signalprozessoren für die Behandlung der Signalberechnung in einem System äußerst geeignet sind, erfordern die meisten Ausführungsformen außerdem einen Mikroprozessor für andere Aufgaben wie Speicherbehandlung, Nutzerdialog usw. Daher kann es vorteilhaft sein, einen multifunktionalen Prozessor zu verwenden, der in der Lage ist, alle erwähnten Arten von Aufgaben durchzuführen, um dadurch die Anzahl von Komponenten zu verringern und den Energieverbrauch und die Produktionskosten usw. zu minimieren. Die Verringerung der Anzahl von Prozessoren auf einen wird auch bedeuten, dass weniger Befehlsgruppen während der Entwicklung dieser Klassifizierungseinheit beherrscht werden müssen.
Die Daten aus einer PGNAA-Analyse haben die Form eines Gammaspektrums, wobei vorzugsweise die Differenz zwischen einem Bezugsspektrum, das mit einem leeren Messraum aufgezeichnet wurde (gespeichert in der Speichereinheit (403)), und einem entsprechenden Spektrum, das über die Sensorvorrichtung bereitgestellt wird, verwendet wird. Diese Differenz wird durch die Berechnungseinheit(en) (402; 404) mit Blick auf die Be stimmung einer Klasse für das entsprechende Objekt verarbeitet.
Vorzugsweise weist das Messsignal/Sensorsignal vom Detektor ein Gammaspektrum pro Messung auf (alternativ ist es eine Option, über eine Anzahl von Spektren zu mitteln, um Rauschen zu reduzieren). Ein solches Spektrum kann aus z. B. 1024 ganzen Zahlen bestehen, wobei das Spektrum die Anzahl von aufgezeichneten Vorgängen (d. h. die Gammastrahlungsintensität) in einem vorgegebenen Photonenenergiebereich darstellt (siehe 5). Die beobachteten Muster/Profile sind für die individuelle elementare Substanz kennzeichnend. Falls eine Anzahl von elementaren Substanzen im Messraum vorhanden ist, wird das Muster/Profil für jede elementare Substanz vorzugsweise zur relativen Menge der entsprechenden elementaren Substanz und der absoluten Empfindlichkeit der Vorrichtung relativ dazu addiert.
Da es typischerweise immer leichte Veränderungen bei der internen Verstärkung des Detektors geben wird, werden Verschiebungen des beobachteten Spektrums auftreten. Um dies abzustellen, kann eine Korrektur auf der Basis einer identifizierten bekannten Konstante und unveränderlicher Spitzen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann eine Messung im Fall eines Zerfalls der Neutronenquelle während der Messung korrigiert werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform werden Spektren in eine kleinere Anzahl von Fenstern geteilt, um die Anzahl der Größen zu begrenzen und zufälliges Rauschen zu verringern.
Das Aufteilen in Fenster bringt eine Reduzierung des zufälligen Rauschens mit sich, während so viel des Mehrgrößen-Signals wie möglich erhalten wird. Im Gegensatz dazu verringert das Aufteilen in wenige Fenster das meiste Rauschen, während viele Fenster das meiste des Mehrgrößen-Signals erhalten. Da beide Messungen für eine gute Datenanalyse entscheidend sind, ist die Bestimmung der optimalen Anzahl von Fenstern wichtig. Die optimale Anzahl und die Positionen der Fenster hängen von der entsprechenden Aufgabe ab, d. h. welche Gruppe von möglichen elementaren Substanzen in dem entsprechenden Ausführungsform analysiert werden soll. Ein allgemeines Beispiel eines Aufteilens von Spektren mit 1024 ganzen Zahlen ist das Aufteilen in zehn Fenster, die ein Gammafeld von 2–10 MeV abdecken.
Alternativ können andere Verfahren zum Erkennen der Menge von elementaren Substanzen, die in einem vorgegebenen Objekt enthalten sind, verwendet werden. Diese anderen Verfahren können z. B. neurale Netze, weitere Muster-Erkennungsverfahren usw. nutzen.
5 zeigt Beispiele von PGNAA-Spektren. Das Spektrum stellt die Verteilung von Gammaenergie gegenüber der Intensität einer vorgegebenen Energie dar, wobei die horizontale Achse des Spektrums in 1024 Kanäle geteilt ist, so dass jeder Kanal 10 keV entspricht und die Anzahl der aufgezeichneten Aufzeichnungen pro Sekunde im entsprechenden Kanal in der vertikalen Achse des Spektrums dargestellt sind. Eine Spitze um den Kanal 225 entspricht damit einer Gammaenergie von 2,25 MeV.

– Das Spektrum 1 (501) zeigt ein Detektorsignal aus einem leeren Messraum. Die auffallende Spitze um 2,25 MeV wird durch einen prompten Gammawert vom Neutroneneinfang in Wasserstoff in einer annähernd 30 Kilo schweren Moderatorsubstanz aus Polyethylen verursacht. Die niedrigen Signale bestehen hauptsächlich aus gestreuter Strahlung von dieser Spitze.
– Im Energiebereich von 2,5 MeV bis 10 MeV wird gesehen, dass dieser nur ein sehr kleines Signal enthält. Dieser sehr wichtige Signalbereich ist im Spektrum 2 erhöht (502).
– Die Spektren 3, 4, 5 und 6 (503, 504, 505, 506) zeigen bei gleicher Schnittansicht und gleichem Energiebereich Differenzen für einen leeren Messraum und 299 g PVC, 234,7 g Kupfer, 27,4 g Chrom bzw. 31,8 g Arsen in dem Messraum. Damit stellen diese Spektren typische Messsignale dar, wobei die an den Spektren beobachteten Spitzen für die fragliche elementare Substanz charakteristisch sind.

Für jede der Substanzen Cu, Cr, Ar und Cl wurden Messungen an einer Anzahl von Modellobjekten durchgeführt, wobei die einzige signifikante signalemittierende, elementare Substanz eine der oben erwähnten war. Dann wurde durch Mehrgrößen-Regressionsanalyse eine Vorhersagefunktion (eine Funktion zum Anzeigen der Inhalte) für jedes dieser Elemente berechnet. Die Vorhersagefunktion wurde auf der Basis der gesamten Messfolge berechnet, wenn elementare Substanzen anders als die entsprechenden dann als Störungen angesehen werden.
Die Vorhersagefunktionen sind stabil, da sie gleichzeitig und unabhängig voneinander in der Lage sind, die Menge der individuellen elementaren Substanzen vorauszusagen. Bei der Bestimmung der fraglichen elementaren Substanzen wurden Signifikanzniveaus bestimmt. Die Signifikanzniveaus sind Berechnungsfaktoren, die an der Schätzung der Leistung einer Großanlage teilhaben.
Die Bedeutungsebenen können als das Verhältnis zwischen der Signalgröße und der üblichen Abweichung im Hintergrund bestimmt werden. Das Signal wird auf der Basis der Differenz zwischen dem Durchschnitt der Vorhersagefunktionen für das Bezugsobjekt und aller Proben bestimmt. Als die übliche Abweichung im Hintergrund wird die beobachtete an allen Proben für die gegenwärtige Vorhersagefunktion verwendet.
Auf der Basis einer Kalibrierung – soll im vorliegenden Fall als eine Feststellung einer Vorschrift dafür verstanden werden, wie ein Messsignal in eine Klassifizierung umgewandelt wird – ist das System in der Lage, ein Objekt in einer vorgegebenen Kategorie zu bestimmen und zu sortieren. Die Kalibrie rung wird bestätigt, um nach der Möglichkeit zu suchen, neue Messdaten zu klassifizieren. Wenn das System nicht in der Lage ist, die für die Klassifizierung in Bezug auf die nächst folgenden Klassen notwendige Differenz zu identifizieren, kann die Kalibrierung zu einer negativen Annahme führen, wodurch das System in der Lage ist, z. B. zu berichten, welche Objekte oder Klassen die Probleme betreffen. Diese Objekte können dann optional einer erneuten Messung unterzogen werden, oder das Klassifizierungsproblem kann neu formuliert werden, um zu bewirken, dass die Objektklassen, mit denen das System klar erkannte Probleme hat, kombiniert werden.
Es trifft auf alle Objektklassen zu, dass eine umfassendere Kalibrierung, d. h. mehr Objekte, mehr elementare Substanzen, mehr Messungen usw. höchstwahrscheinlich die Bedeutungsebenen anheben werden. Dies wird insbesondere auf Arsen zutreffen, wo die Bestimmung klar den Nachteil eines Mangels von Spektralinformationen und einer verbesserten Unterdrückung von Störungen aufweist.
Aufgrund des erhöhten Absorptionsquerschnitts und des charakteristischen Emissionsspektrums von Cl in Kombination mit den Inhalten von Chlor in PVC, das typischerweise etwa das doppelte der Größe des Inhalts von elementaren Substanzen von Interesse in druckimprägniertem Bauholz ist, wird das berührungslose Sortieren von Kunststoffen in einen PVC-haltigen bzw. einen PVC-freien Teil damit so betrachtet werden, dass eine Technologie gebildet wird, die in einem erfindungsgemäßen System ausgeführt werden könnte. Damit könnte die Sortierung anderer Arten von Abfallströmen ebenfalls Nutzen aus der vorliegenden Erfindung ziehen.
Die automatische Kategorisierung ist ein wesentliches Element während des Aufbaus einer selbstkalibrierenden und benutzerfreundlichen Analyseanlage, wobei eine solche Anlage in der Lage sein muss, durch eine Gruppe von Objekten kalibriert zu werden, die kombiniert werden, um die Streuung darzustellen, die während der Messung auftreten kann. Nach einer Anzahl von beendeten Probemessungen wartet das System mit einem vorgeschlagenen Sortierschlüssel auf, der interaktiv im Zusammenwirken mit einem Bediener verfeinert wird.
Beispiele der automatischen Kalibrierung beinhalten eine so genannte Clusteranalyse, die an einer fünf-dimensionalen Datengruppe durchgeführt wird, die aus Vorhersagen für Cu, Cr, Ar, Cl und B besteht.
Die Clusteranalyse ist ein Verfahren zum Organisieren einer Anzahl von Punkten in einem Stück Bauholz, wobei sich dadurch die Punkte, die sich am nächsten zueinander befinden, am nächsten in Bauholz befinden. Eine Clusteranalyse setzt voraus, dass mit jedem Punkt eine Position in einem n-dimensionalen Raum verbunden ist und dass dieser Raum mit einem Distanzcode verbunden ist, wodurch der Begriff 'Distanz' einleuchtet. Die Analyse wird durch Identifizieren der zwei nächsten Punkte in einer Datengruppe durchgeführt. Sie werden ausgetauscht und bilden einen Knoten, dem die auf halben Weg liegende Position zwischen den zwei Punkten zugewiesen wird. Nun tauscht der Knoten die zwei originalen Punkte in der Datengruppe aus. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis nur ein Knoten übrig bleibt.

Claims

System zum automatischen Sortieren von Objekten, wobei das System aufweist: einen Beförderungsmechanismus (301), der zum Befördern von mindestens einem Objekt (308) zu einer Sortiervorrichtung (304) konfiguriert ist; eine Sensorvorrichtung (302), die so angeordnet ist, dass die beförderten Objekte (308) veranlasst werden, sich im Wesentlichen in einem vorgegebenen Leseraum (6) zu befinden; und eine Berechnungs-/Klassifizierungseinheit (303), die so konfiguriert ist, dass sie ein elektrisches Sensorsignal (306) empfängt, das Messdaten von der Sensorvorrichtung (302) darstellt, und so konfiguriert ist, dass sie ein Steuersignal (307) erzeugt und an die Sortiervorrichtung (304) ausstrahlt, die so konfiguriert ist, dass sie die beförderten Objekte (308) auf der Basis des Steuersignals (307) sortiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung auf einer prompten Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (Prompt Gamma-Neutron Activation Analysis – PGNAA) basiert und eine Neutronenquelle (2), die zum Emittieren von Neutronen konfiguriert ist; eine Moderatorsubstanz (4), die die Neutronenquelle (2) und den Messraum (6) umgibt und zum Moderieren der emittierten Neutronen konfiguriert ist; und einen Detektor (8) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er die Gammastrahlung erfasst, die durch ein in dem Messraum (6) angeordnetes Objekt (308) emittiert wird, wenn das Objekt (308) einem Neutronenfluss mit einer vorgegebenen Energieverteilung ausgesetzt ist, und das elektrische Sensorsignal (306) auf der Basis der Erfassung erzeugt; und dadurch, dass das Steuersignal (307) auf der Basis des Sensorsignals (306) erzeugt wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (302) ferner eine Gammaabschirmung (3) und/oder eine Neutronenabschirmung (10) aufweist, wobei sich die Gammaabschirmung (3) zwischen der Quelle (2) und dem Messraum (6) befindet und/oder die Neutronenabschirmung (10) zwischen dem Detektor (8) und dem Messraum (6) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (302) ferner eine Gammaabschirmung (5) umfasst, die um die Neutronenquelle (2) angeordnet ist, so dass direkte Gammastrahlung von der Neutronenquelle (2) zu dem Detektor (8) minimiert ist.
System nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sortiersystem zum Sortieren eines Stroms von Abfallstoffen konfiguriert ist.
System nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung mit Bezug auf das Objekt (308) kontaktlos durchgeführt wird.
System nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schätzung der Menge des Probenmaterials in dem Messraum (6) auf der Basis der Gammastrahlung einer elementaren Substanz, zum Beispiel Wasserstoff, Aluminium, Sili zium oder Eisen bereitgestellt wird, die in dem Probenmaterial in einer bekannten Konzentration vorhanden ist.
System nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung hauptsächlich Kohlenstoffmaterial als Moderatorsubstanz umfasst.
System nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das System zum Empfangen von Messungen von Objekten mit einer bekannten Klassifizierung konfiguriert ist; und dass die Klassifizierungseinheit (303) eine Einrichtung zum Berechnen von Wichtungsfaktoren einer Anzahl von gewichteten Summen aufweist, die durch Mehrgrößen-Datenanalyse, Kalibrierung oder Iterationsverfahren ermittelt werden, durch die eine verbesserte Gruppe von Wichtungsfaktoren schrittweise durch eine zunehmende Verfeinerung erreicht wird.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (307) durch die Klassifizierungseinheit (303) auf der Basis von Signalen bereitgestellt wird, die die Wichtungsfaktoren und das Sensorsignal (306) aufweisen.
System nach Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Clusteranalyse als ein Schritt bei der automatischen Erzeugung von Vorschlägen zur Kategorisierung von Probeobjekten auf der Basis von Mustern der Messdaten entsprechend den Objekten verwendet wird.
System nach Anspruch 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (306) ein Gammaspektrum aufweist, das die registrierte Gammastrahlungsintensität in einem vorgegebenen Photonen-/Energiebereich darstellt.
System nach Anspruch 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (307) auf der Basis einer Differenz zwischen einem Sensorsignal (306) und einem vorgegebenen Bezugsspektrum bereitgestellt wird, das mit einem leeren Messraum (6) gewonnen und in einer Speichereinheit (403) gespeichert wird.
Verfahren zum automatischen Sortieren von Objekten, wobei das Verfahren aufweist: das Befördern von mindestens einem Objekt (308) zu einer Sortiervorrichtung (304), wobei die Beförderung bewirkt, dass sich die beförderten Objekte im Wesentlichen in einem vorgegebenen Leseraum (6) einer Sensorvorrichtung (302) befinden; das Empfangen eines elektrischen Sensorsignals (306), das Messdaten in einer Berechnungseinheit/Klassifizierungseinheit (303) von der Sensorvorrichtung (302) darstellt; und das Erzeugen und Ausstrahlen eines Steuersignals zu der Sortiervorrichtung (304), die zum Sortieren von beförderten Objekten (308) auf der Basis des Steuersignals (307) konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin aufweist: das Emittieren von Neutronen von einer Neutronenquelle (2) in der Sensorvorrichtung (302); das Moderieren der emittierten Neutronen durch eine Moderatorsubstanz (4) in der Sensorvorrichtung (302), wobei die Moderatorsubstanz (4) die Neutronenquelle (2) und den Messraum (6) umgibt; das Erfassen auf der Basis der prompten Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (PGNAA) durch einen Detektor (8) in der Sensorvorrichtung (302) der Gammastrahlung, die von einem Objekt (308) in dem Messraum (6) ausgestrahlt wird, wenn sie einem Neutronenfluss mit einer vorgegebenen Energieverteilung ausgesetzt ist, und Bereitstellen des Sensorsignals (306) in der Sensorvorrichtung (302) auf der Basis des Erfassungssignals (306); und das Erzeugen eines Steuersignals (307) auf der Basis des Sensorsignals (306).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Minimierung des Stroms von thermischen Neutronen in den Detektor durch eine Gammaabschirmung (3) und/oder eine Neutronenabschirmung (10) in der Sensorvorrichtung (302) umfasst, wobei sich die Gammaabschirmung (3) zwischen der Quelle (2) und dem Messraum (6) befindet und/oder die Neutronenabschirmung (10) zwischen dem Detektor (8) und dem Messraum (6) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren die Minimierung von direkter Gammastrahlung von der Neutronenquelle (2) zu dem Detektor (8) einer Gammaabschirmung (5) umfasst, die um die Neutronenquelle (2) in der Sensorvorrichtung (302) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Sortieren eines Stroms von Abfallstoffen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung mit Bezug auf das Objekt (308) kontaktlos durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13–17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schätzung der Menge des Probenmaterials in dem Messraum (6) auf der Basis der Gammastrahlung einer elementa ren Substanz, zum Beispiel Wasserstoff, Aluminium, Silizium oder Eisen bereitgestellt wird, die in dem Probenmaterial in einer bekannten Konzentration vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 13–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung hauptsächlich Kohlenstoffmaterial als Moderatorsubstanz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13–19, dadurch gekennzeichnet, dass das System den Empfang von Messungen von Objekten einer bekannten Klassifizierung umfasst; und dass die Klassifizierung Einrichtungen zum Berechnen von Wichtungsfaktoren einer Anzahl von gewichteten Summen umfasst, die durch Mehrfach-Datenanalyse, Kalibrierung oder Iterationsverfahren errichtet werden, durch die eine zunehmende Verfeinerung schrittweise eine verbesserte Gruppe von Wichtungsfaktoren hervorruft.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren umfasst, dass das Steuersignal (307) durch die Klassifizierungseinheit (303) auf der Basis von Signalen bereitgestellt wird, die die Wichtungsfaktoren und das Sensorsignal (306) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13–21, dadurch gekennzeichnet, dass die Clusteranalyse als ein Schritt bei der automatischen Erzeugung von Vorschlägen zur Kategorisierung von Probeobjekten auf der Basis von Mustern der Messdaten entsprechend diesen Objekten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13–22, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (306) ein Gammaspektrum umfasst, das die registrierte Gammastrahlungsintensität in einem vorgegebenen Photonen-/Energiebereich darstellt.
Verfahren nach Anspruch 13–23, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (307) auf der Basis der Differenz zwischen einem Sensorsignal (306) und einem vorgegebenen Bezugsspektrum bereitgestellt wird, das mit einem leeren Messraum (6) gewonnen und in einer Speichereinheit (403) gespeichert wird.