ES2715495T3 - Sistema y método para analizar y clasificar material - Google Patents

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ES2715495T3 ES17716140T ES17716140T ES2715495T3 ES 2715495 T3 ES2715495 T3 ES 2715495T3 ES 17716140 T ES17716140 T ES 17716140T ES 17716140 T ES17716140 T ES 17716140T ES 2715495 T3 ES2715495 T3 ES 2715495T3
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Rick Comtois
John Schindler
Karl Comtois
David Locke
Nils Bauerschlag
Ronald Gillner
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Austin Ai Inc
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Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
Austin Ai Inc
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Abstract

Sistema (1) para analizar y clasificar material que comprende: un medio alimentador (10) para transportar al menos una pieza de material (2) a lo largo de una superficie de alimentación (15) hacia y sobre una parte superior (21) de una tolva (20), en donde la pieza de material (2) es deslizable en la tolva (20) y fuera de la tolva (20) por medio de un borde inferior (22) de la tolva (20); un dispositivo clasificador (50) accionable para clasificar la pieza de material (2) de acuerdo con al menos dos fracciones (F1, F2); un dispositivo láser (30) configurado para generar un haz láser (35) que, cuando el haz láser (35) es incidente sobre la pieza de material (2), puede producir una emisión desde la pieza de material (2); un espectrómetro (40) configurado para detectar la emisión desde la pieza de material (2) y producir una señal de salida que corresponde a la emisión e indicativa de la composición química de la pieza de material (2); y un dispositivo controlador (60) configurado para recibir la señal de salida y para accionar el dispositivo clasificador (50) en función de la señal de salida y al menos un criterio de clasificación, en donde el dispositivo láser (30) y el espectrómetro (40) se proporcionan ambos a un nivel por debajo de la superficie de alimentación (15), y en donde el dispositivo láser (30) está configurado para generar el haz láser (35) de tal manera que el haz láser (35) puede ser incidente sobre la pieza de material (2) cuando la pieza de material (2) está sobresaliendo al menos parcialmente de la tolva (20) sobre el borde inferior (22) de la tolva (20) o ha caído desde la tolva (20) por medio del borde inferior (22) de la tolva (20) y está en suspensión en suspensión en el aire.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método para analizar y clasificar material
Antecedentes de la invención
1. Campo técnico/Aplicación relacionada
La presente invención se encuentra generalmente en el campo de analizar y clasificar piezas de cualquier material, tal como vidrio, metal, plástico, papel, etc., y más particularmente se refiere a un sistema y un método para analizar y clasificar piezas de metal tales como piezas de chatarra de aluminio utilizando un haz láser. La presente solicitud reivindica la prioridad y beneficio de la solicitud de patente de los Estados Unidos 15/361.929, presentada en la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos el 28 de noviembre de 2016.
2. Descripción de la técnica relacionada
Se proporciona a menudo material tal como vidrio, metal, plástico, papel, etc. como una mezcla de piezas que tiene composiciones químicas diferentes. Por ejemplo, se proporcionan a menudo piezas de metal de aluminio y magnesio como una mezcla de diferentes aleaciones. Para usar dichas piezas de metal eficazmente, por ejemplo, para el reciclaje mediante refundición, es necesario clasificar una mezcla de piezas de metal que tienen diferentes composiciones de acuerdo con las fracciones deseadas. Utilizando estas fracciones, se pueden producir las aleaciones deseadas con las composiciones definidas y deseadas de aleaciones mediante la fundición de las fracciones. En consecuencia, es deseable tener un sistema y método eficaces para analizar y clasificar el material.
En la publicación de la solicitud internacional WO2015/200111A1 se divulga un sistema de muestreo a granel y de focalización por láser para proporcionar la identificación de material de una corriente de material a granel que comprende: un conducto de flujo que tiene un extremo del alimentador y un extremo de salida, el extremo de salida adaptado para extenderse en un ángulo alejado del extremo del alimentador de tal manera que la tolva de flujo esté inclinada y la corriente a granel de material fluya a lo largo de la tolva de flujo de manera gravitacional, donde la tolva de flujo tiene una configuración en forma sustancialmente cóncava que incluye una abertura dispuesta en un punto de concavidad máxima de la tolva de flujo que es distal al extremo del alimentador; un sistema láser LIBS dispuesto adyacente a la abertura y configurado para dirigir un haz láser pulsado a través de la abertura y en un material que fluye a través de la tolva de flujo, donde la abertura tiene un tamaño suficiente para permitir que el haz láser pase a través de partículas individuales del material que fluye y para permitir que la radiación desde las partículas individuales se transmita de nuevo a través de la abertura; y un dispositivo de detección de radiación dispuesto adyacente a la abertura y adaptado para recoger la radiación emitida desde las partículas individuales de material, en donde el dispositivo de detección de radiación está acoplado comunicativamente con el sistema láser LIBS que incluye un espectrómetro y un controlador, el espectrómetro configurado para identificar una composición de las partículas individuales que fluyen en la tolva. Sin embargo, los presentes inventores han descubierto que el sistema es ineficaz, ya que requiere una abertura en la tolva que puede bloquearse por la chatarra.
Además, en la publicación de la solicitud internacional WO2011/154646A1 se divulga un método para inspeccionar y/o clasificar automáticamente para analizar y/o distinguir, dentro de un flujo, objetos que pertenecen a al menos dos categorías separadas sobre la base de la composición química. El método implica proporcionar un flujo sustancialmente de una sola capa de objetos dispuestos aleatoriamente que pasan sobre una anchura predeterminada; proyectar un flujo láser que está formado dentro de un área de análisis a través de la cual pasan los objetos; recoger y conformar las señales de detección que corresponden a las respuestas emitidas por cada objeto afectado por el flujo láser; procesar y evaluar las señales de detección recogidas y conformadas, sincronizadas con la proyección del flujo láser, mediante un dispositivo de análisis adaptado que hace posible distinguir entre los objetos. Dicho método está caracterizado por que implica también: dividir el flujo láser incidente original en una pluralidad de haces secundarios colimados o enfocados y aplicar simultáneamente estos últimos en puntos separados y distribuidos dentro del área de análisis; y recoger simultáneamente, en paralelo, las señales de detección generadas por cada haz secundario en contacto con un objeto, artículo o pieza dentro del área de análisis. Sin embargo, dicho método está considerado por los presentes inventores ineficaz para clasificar la chatarra, ya que los objetos que recubren o que están muy cerca entre sí no pueden clasificarse eficazmente. Por ejemplo, los presentes inventores han descubierto que las piezas metálicas de chatarra a menudo se adhieren entre sí dando como resultado un análisis y clasificación ineficaz. Además, al dividir el flujo láser en una pluralidad de haces secundarios, la densidad de energía o la energía a lo largo del tiempo en cada pieza puede volverse demasiado pequeña para realizar un análisis de los elementos adecuado. Además, aunque se menciona en las reivindicaciones, el documento no describe la clasificación actual de la chatarra de aluminio en fracciones de una manera habilitante y por lo tanto no es adecuada para clasificar piezas de chatarra metálica.
La publicación de la solicitud de patente europea EP0484221A2 divulga un sistema automatizado accionado por interrupción que emplea un tampón circular se utiliza para clasificar materiales en función de las diferentes características de absorción y penetración de radiación electromagnética. El sistema tiene un transportador y una fuente de radiación electromagnética que irradia los materiales que se desplazan a lo largo del transportador. Un detector de muestras controlador emite varias veces para
Sumario de la invención
De acuerdo con un aspecto, la invención proporciona un sistema para analizar y clasificar material, comprendiendo el sistema un medio alimentador para transportar al menos una pieza de material a lo largo de una superficie de alimentación hacia y sobre una parte superior de una tolva, la tolva, en donde la pieza de material es deslizable sobre la tolva y fuera de la tolva por medio de un borde inferior de la tolva, un dispositivo de clasificación, accionable para clasificar la pieza de material, tal como papel, plástico, vidrio, metal y/u otras piezas, de acuerdo con al menos dos fracciones, un dispositivo láser configurado para generar un haz láser que, cuando el haz láser es incidente sobre la pieza de material, puede producir una emisión desde la pieza de material, un espectrómetro configurado para detectar la emisión desde la pieza de material y para producir una señal de salida que corresponde a la emisión e indicativa de la composición química de la pieza de material, y un dispositivo controlador configurado para recibir la señal de salida y para accionar el dispositivo clasificador en función de la señal de salida y al menos un criterio de clasificación, en donde el dispositivo láser y el espectrómetro se proporcionan ambos a un nivel por debajo de la superficie de alimentación, y en donde el dispositivo láser está configurado para producir un haz láser que es o puede ser incidente en la pieza de material cuando la pieza de material está sobresaliendo al menos parcialmente del extremo inferior de la tolva o ha caído de la tolva por medio del borde inferior de la tolva y está en suspensión en el aire y el haz láser es incidente solo en las piezas de material que están en suspensión en el aire. De acuerdo con las realizaciones, el sistema se puede configurar de tal manera que el haz láser sea incidente solo en una pieza de material que sobresale del borde inferior de la tolva mientras que sigue estando soportado por la tolva.
La ventaja de la invención es que la composición de una pieza de material puede determinarse eficazmente, ya que la distancia entre el dispositivo láser y el punto, en el cual el haz láser es incidente sobre la pieza de material, es al menos sustancialmente igual independientemente de la forma o espesor de la pieza de material, ya que el haz láser es incidente sobre un lado inferior de una pieza de material que es o, cuando la medición se realiza cuando la pieza de material está en suspensión en el aire, también fue soportada sobre el lado inferior por la tolva. En consecuencia, se puede realizar un análisis eficaz sin volver a enfocar el láser dependiendo de la geometría de una pieza de material.
El medio alimentador puede estar configurado para cambiar las distancias relativas entre las piezas de material sobre la superficie de alimentación mientras que se transportan las piezas de material.
El medio alimentador puede comprender al menos un alimentador de vibración.
El medio alimentador puede comprender al menos un alimentador de vibración corriente arriba y un alimentador de vibración corriente abajo, en donde el alimentador de vibración corriente arriba está configurado para transportar una pieza de material hacia y sobre el alimentador de vibración corriente abajo, en donde el alimentador de vibración corriente abajo transporta la pieza de material hacia y sobre la parte superior de la tolva, en donde la superficie de alimentación del alimentador de vibración corriente arriba está proporcionada sobre un nivel más alto que la superficie de alimentación del alimentador de vibración corriente abajo, y en donde el alimentador de vibración corriente arriba se acciona a una frecuencia y/o amplitud de vibración inferior que el alimentador de vibración corriente abajo. Al menos la superficie de alimentación del alimentador de vibración corriente abajo puede tener una forma corrugada que forma una pluralidad de canales.
El sistema, opcionalmente, puede no comprender ningún medio de separación de haces o medio de espejo en el recorrido del haz láser entre el dispositivo láser que genera el haz láser y la pieza de material sobre la cual el haz láser es incidente.
La al menos una pieza de material puede ser una pieza de chatarra metálica. La pieza de chatarra metálica puede ser una pieza de aleación de aluminio de series 5xxx o 6xxx que tiene un diámetro de más de 5 mm a 200 mm, por ejemplo, más de 10 mm y menos de 150 mm, por ejemplo, más de 10 mm y menos de 40 mm.
El dispositivo láser y el espectrómetro pueden formar un sistema LIBS (espectroscopia de descomposición inducida por láser) y puede alojarse en un alojamiento común.
El haz láser, después de generarse por el dispositivo láser, puede extenderse hacia arriba con un ángulo de entre 0 y 90 grados, opcionalmente, entre 40 y 70 grados, con respecto a una línea horizontal.
El haz láser no puede propagarse a través de la tolva, por ejemplo, a través de un orificio o abertura de la misma. La tolva puede implementarse como una deslizadera de guía que define una dirección longitudinal entre la parte superior y el borde inferior y una dirección de anchura perpendicular a la misma y puede comprender al menos un canal a lo largo del cual la al menos una pieza de material es deslizable desde la parte superior hasta el borde inferior, en donde el canal en una sección a lo largo de la dirección longitudinal comprende una parte convexa en la parte superior seguida por una parte recta entre la parte convexa y el borde inferior, y en donde el canal en una sección a lo largo de la dirección de la anchura en la parte superior tiene una forma de perfil con una artesa y dos paredes laterales que tienen una primera altura, y en donde el canal en una sección a lo largo de la dirección de la anchura entre la parte superior y el borde inferior tiene una forma de perfil con una artesa y dos paredes laterales que tienen una segunda altura, en donde la primera altura es más grande que la segunda altura. El canal en una sección a lo largo de la dirección de la anchura a través del borde inferior de la tolva puede tener una forma recta que es al menos sustancialmente horizontal.
El dispositivo clasificador puede estar configurado para impartir un impulso sobre la al menos una pieza de material utilizando aire comprimido, y el sistema puede comprender además opcionalmente un separador, también denominado separador en lo sucesivo, proporcionado espacialmente entre dos cubos o transportadores que corresponden a dos de las al menos dos fracciones.
De acuerdo con un aspecto adicional, la invención puede proporcionar un método para analizar y clasificar material, comprendiendo el método suministrar al menos una pieza de metal a y sobre una superficie de alimentación de un medio alimentador, transportar la al menos una pieza de metal sobre la superficie de alimentación hacia y sobre una parte superior de una tolva utilizando el medio alimentador, deslizar la al menos una pieza de metal en la tolva desde la parte superior de la tolva hacia un borde inferior de la tolva utilizando al menos parcialmente una fuerza gravitacional (es decir, una fuerza de gravitación), proporcionar un haz láser de manera que el haz láser sea incidente en una parte de la al menos una pieza de metal que sobresale del borde inferior de la tolva, y/o de manera que el haz láser sea incidente en la al menos una pieza de metal cuando la al menos una pieza de metal ha caído desde la tolva por medio del borde inferior de la tolva y está en suspensión en el aire, generar una emisión desde la al menos una pieza de metal utilizando el haz láser, detectar la emisión, determinar a qué fracción de al menos dos fracciones la al menos una pieza de metal corresponde en función de la detección y al menos un criterio de clasificación, clasificar la pieza de metal en una de las al menos dos fracciones en función de la determinación. La pieza de material puede ser material de chatarra de aluminio y el método puede comprender además pretratar el material de chatarra de aluminio mediante la clasificación de tal manera que el material de chatarra de aluminio tenga un diámetro máximo entre 5 mm y 200 mm, por ejemplo, entre 10 mm y 150 mm, por ejemplo, entre 10 mm y 40 mm. El transporte puede comprender transportar al menos dos piezas de material y cambiar una distancia relativa entre las al menos dos piezas de material en la superficie de alimentación mientras que se transportan al menos dos piezas de material.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra esquemáticamente una realización de un sistema de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente una vista parcial del sistema de acuerdo con la invención configurado para el análisis paralelo y la clasificación.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 4 muestra una vista en sección esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 5 muestra una vista en sección en perspectiva de un sistema de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 6 muestra una vista en sección parcial de un sistema de acuerdo con una realización de la invención. La figura 7 muestra una vista en perspectiva parcial de un sistema de acuerdo con una realización de la invención que muestra una deslizadera de guía y un medio alimentador implementado como un alimentador de vibración con una superficie de alimentación corrugada.
Las figuras 8 a 15 muestran vistas esquemáticas detalladas de una tolva implementada como una deslizadera de guía de acuerdo con la invención.
La figura 16 muestra esquemáticamente una realización adicional de un sistema de acuerdo con la invención que tiene un láser de prelimpieza.
La figura 17 muestra esquemáticamente una realización adicional de un sistema de acuerdo con la invención que tiene un láser de prelimpieza y un deflector.
La figura 18 muestra una vista en perspectiva esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
A continuación, se describen diversas realizaciones ejemplares de la invención con referencia a las figuras. Diversos aspectos de la materia objeto descrita en el presente documento pueden implementarse en cualquiera de varias maneras, ya que la materia objeto descrita en el presente documento no está limitada a una manera particular de implementación. Las implementaciones, usos y aplicaciones específicos ejemplares se proporcionan para fines ilustrativos y no son limitativos de la invención según se define en las reivindicaciones.
En el presente documento, los términos que son indicativos de una altura o posición relativas, tales como encima o debajo o similares, se definen con respecto a la gravedad, es decir, con respecto a la dirección vertical. Es decir, un primer objeto que se describe en el presente documento por estar "encima" de un segundo objeto puede estar más alejado del centro de la tierra que el primer objeto.
Con referencia a la figura 1, el sistema 1 para analizar y clasificar las piezas de material 2 de acuerdo con la invención puede comprender un medio alimentador 10 para transportar al menos una pieza de material 2 a lo largo de una superficie de alimentación 15 hacia y sobre una parte superior 21 de una tolva 20.
Las piezas de material 2 pueden ser de cualquier material, tal como vidrio, metal, plástico, papel, etc. o una mezcla de los mismos.
El medio alimentador 10 puede implementarse por un alimentador que puede separar las piezas de material 2 que se proporcionan sobre una superficie de alimentación 15 del mismo. Es decir, el medio alimentador 10 puede configurarse para cambiar (por ejemplo, aumentar) una distancia relativa de las piezas de material 2 que se proporcionan sobre la superficie de alimentación 15 del mismo dando como resultado la singularización y la separación de las piezas de material 2. El medio alimentador 10 puede implementarse, por ejemplo, por uno o más, por ejemplo, dos, alimentadores de vibración como se muestra adicionalmente a continuación. Se ha descubierto que se consiguen mejores resultados de análisis y clasificación cuando el medio alimentador 10 se configura para separar/singularizar las piezas de material 2, es decir, cambiar las distancias relativas entre las piezas de material 2 sobre la superficie de alimentación 15. Las cintas transportadoras y dispositivos similares que no pueden cambiar una distancia relativa de objetos transportados con los mismos se han descubierto que son ineficaces para clasificar y analizar las piezas de material 2 utilizando un sistema 1 como se describe en el presente documento. Por ejemplo, las piezas de aluminio de chatarra pueden adherirse entre sí y formar aglomerados que necesitan romperse/separarse antes de dejar la superficie de alimentación 15 en dirección corriente abajo para realizar un análisis y clasificación eficaces. Al menos un extremo corriente abajo de la superficie de alimentación 15 (por ejemplo, un extremo que está próximo a la tolva 20) puede tener una forma corrugada.
El sistema puede comprender un medio de pretratamiento proporcionado corriente arriba del medio alimentador 10. Dicho medio de pretratamiento puede configurarse solo para enviar piezas de material 2 hacia el medio alimentador 10 que tengan un cierto tamaño o composición. Por ejemplo, cuando se configura el sistema 1 para analizar y clasificar aleaciones de cobre, el medio de pretratamiento puede comprender un imán que elimina el material magnetizable, tal como el hierro y el níquel, de las piezas de material 2 que se alimentan a la superficie de alimentación 15 del medio alimentador 10. Cuando el sistema 1 se configura para analizar y clasificar metal, por ejemplo, aleaciones de aluminio tales como material de chatarra de aluminio 5xxx y 6xxx, el medio de pretratamiento puede configurarse solo para enviar piezas de material que tienen un diámetro de, por ejemplo, entre 5 mm y 200 mm, por ejemplo, entre 10 mm y 150, por ejemplo, entre 0 mm y 110 mm, por ejemplo, entre 10 mm y 40 mm, hasta la superficie de alimentación 15 del medio alimentador 10. Se ha descubierto que después se puede llevar a cabo un análisis y clasificación eficaces de las aleaciones de aluminio 5xxx desde 6xxx, ya que el sistema 2 de acuerdo con la invención tiene un rendimiento mejorado de análisis y de clasificación, en particular, con respecto al rendimiento mientras que se mantiene un buen análisis y calidad de clasificación, cuando el diámetro de las piezas de material 2 es 10 mm o mayor, preferentemente, 40 mm o mayor, y 150 mm o menor, preferentemente, 110 mm o menor. El medio de pretratamiento puede comprender, por ejemplo, uno o más tamices o filtros, por ejemplo, uno que elimine las piezas que tengan un diámetro menor que 10 mm de las piezas de material 2 y uno que elimine las piezas que tengan un diámetro mayor que 150 mm de las piezas de material 2.
El sistema 1 puede comprender además la tolva 20, en donde una pieza de material 2 puede ser deslizable en la tolva 20 y fuera de la tolva 20 por medio de un borde inferior 22 de la tolva 20. Una fuerza conductora para una pieza de material 2 puede proporcionarse al menos parcialmente, por ejemplo, totalmente por la gravedad.
El medio alimentador 10 puede transportar una pieza de material 2 a lo largo de la superficie de alimentación 15 del mismo hacia y sobre una parte superior 21 de la tolva 20. Si hay más de una pieza de material 2 proporcionada en la superficie del alimentador 15, el medio alimentador 10 puede separar/singularizar estas piezas, por ejemplo, de manera que se transporten secuencialmente y pieza tras pieza sobre la parte superior 21 de la tolva 20. Sin embargo, como se describe a continuación, los sistemas 1 de acuerdo con la invención también pueden analizar y clasificar más de una pieza de material 2 simultáneamente.
Después de alcanzar la parte superior 21 de la tolva 20, una pieza de material 2 puede deslizarse hacia abajo a lo largo de la tolva 20 hacia el borde inferior 22 de la tolva 20 impulsada al menos parcialmente por la gravedad. Mientras que la tolva 20 puede conectarse operativamente con el medio alimentador 10 y puede, por ejemplo, vibrar con el medio alimentador 10, si se implementa como un alimentador de vibración, la tolva 20 puede también estar separada del medio alimentador 10. Es decir, la tolva 20 puede ser estacionaria y no vibratoria. Si la tolva 20 es estacionaria y no vibratoria, el movimiento de la pieza de material 2 desde la parte superior 21 de la tolva 20 hacia el borde inferior 22 de la tolva 20 puede impulsarse totalmente por la gravedad. La parte superior 21 de la tolva puede corresponder a un borde superior de la tolva 20 o a una parte de la tolva 20 que tiene una distancia/se extiende desde el borde superior de la tolva 20 y está adyacente al borde superior de la tolva 20.
Cuando la pieza de material 2 alcanza el borde inferior 22, puede deslizarse sobre el borde inferior 22 y puede caer desde la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la misma.
El sistema 1 puede comprender además un dispositivo láser 30 configurado para generar un haz láser 35 que, cuando el haz láser 35 es incidente sobre la pieza de material 2, puede producir una emisión desde la pieza de material 2.
El sistema 1 puede comprender además un espectrómetro 40 configurado para detectar la emisión desde la pieza de material 2 y para producir una señal de salida que corresponde a la emisión. Además, un dispositivo controlador 60 configurado para recibir la señal de salida y para accionar el dispositivo clasificador 50 en función de la señal de salida y al menos un criterio de clasificación pueden proporcionarse con el sistema 2.
El dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40 pueden estar dispuestos ambos, con respecto a la dirección vertical, en un nivel por debajo de la superficie de alimentación 15. Cuando la superficie de alimentación 15 está inclinada o tiene varios niveles de altura, "en un nivel por debajo de la superficie de alimentación" puede referirse, de acuerdo con las realizaciones, a la superficie de alimentación 15 más baja.
El dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40, de acuerdo con las realizaciones, pueden disponerse ambos, con respecto a la dirección vertical, en un nivel por debajo de la parte superior 21 de la tolva 20. El dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40, de acuerdo con las realizaciones, pueden disponerse ambos, con respecto a la dirección vertical, en un nivel por debajo del borde inferior 22 de la tolva 20. Con respecto a la dirección horizontal, el dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40, de acuerdo con las realizaciones, pueden estar dispuestos (por ejemplo, al menos parcialmente) debajo de la tolva 20
El dispositivo láser 30 puede estar dispuesto y configurado para producir un haz láser 35 que es o puede ser incidente sobre la pieza de material 2 cuando la pieza de material sobresale al menos parcialmente de la tolva 20 sobre el borde inferior 22 de la tolva 20 o cuando la pieza de material 2 ha caído de la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la tolva 20 y está en suspensión en el aire o "en caída libre".
El dispositivo láser 30 puede configurarse de manera que el haz láser 35 producido por el dispositivo láser 30 se extienda hacia arriba con un ángulo de entre 0° a 90° con respecto a una línea horizontal. De acuerdo con las realizaciones, el dispositivo láser 30 puede configurarse de tal manera que el haz láser 35 producido por el dispositivo láser 30 se extienda hacia arriba con un ángulo de entre 40° a 80° con respecto a una línea horizontal. Con respecto a la dirección vertical, el dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40 pueden, por ejemplo, estar dispuestos entre la parte superior 21 y el borde inferior 22 de la tolva 20.
Dependiendo de la configuración del sistema 1 y del tamaño de la pieza de material 2, el sistema 2 puede configurarse de tal manera que el haz láser 2 sea incidente sobre la pieza de material 2 cuando sobresale del borde inferior 22 de la tolva pero sigue estando soportado por la tolva 20 o cuando ha caído desde la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la tolva 20 y está en suspensión en el aire.
El dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40 pueden formar un sistema para LIBS (espectroscopia de descomposición inducida por láser). El dispositivo láser 30 se configura para producir un haz láser 35 de suficiente energía y diámetro para que se genere un plasma adecuado para el análisis por el espectrómetro 40. Si la pieza de material 2 es aluminio o aleación de aluminio, el láser puede tener, por ejemplo, una energía de entre 1 y 200 mJ y un diámetro de haz de entre 1 y 5 mm cuando el haz láser 35 sale del dispositivo láser 30. A lo largo del recorrido del haz, el haz láser 35 puede ser convergente cuando sale del dispositivo láser 30 y divergente después de un punto de enfoque del haz láser 35. El sistema 1 puede configurarse de tal manera que el punto de enfoque del haz láser 35 tenga una distancia de entre 1 cm y 10 cm, por ejemplo, 1 cm y 5 cm, desde el borde inferior de la tolva 20. El sistema 1 puede configurarse de tal manera que el punto de enfoque del haz láser 35 se encuentre en una parábola/curva balística de las piezas de material 2 que salen de la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la misma.
De acuerdo con la invención, el haz láser 35 no se desvía ni se divide entre el dispositivo láser 30 y el punto sobre el cual golpea una pieza de material 2. Es decir, de acuerdo con las realizaciones de la invención, opcionalmente, no se proporciona ningún divisor de haces o espejo entre el dispositivo láser 30 y la pieza de material 2 que es golpeada por el haz láser 35 durante la operación del sistema 1. Dicho de otra forma, un punto específico en el recorrido del haz láser 35 tiene, cuando el dispositivo láser 30 está generando un haz láser 35, constantemente la misma energía que un punto de partida del haz láser 35 (el punto en el que el haz láser 35 sale del dispositivo láser 30), y el recorrido óptico del haz láser 35 después de salir del dispositivo láser 30 puede describirse por una línea recta. El sistema 1 puede configurarse de tal manera que el haz láser 35 y la tolva 20 no se intersequen. Es decir, de acuerdo con la invención, el haz láser 35 no se extiende a través de un orificio o abertura en la tolva 20. Los inventores han descubierto que un orificio de este tipo en una tolva puede obstruirse por las piezas de material 2 o polvo o, si el orificio o abertura están cubiertos por un material que es transparente para el haz láser 35, reducir la energía del haz láser 35.
Cuando el haz láser 35 es incidente sobre una pieza de material 2, el haz láser 35 puede interactuar con la pieza de material 2 para generar una emisión desde la pieza de material 2. Dicha emisión puede ser indicativa de la composición química de la pieza de material 2. Cuando el dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40 forman un sistema para LIBS, la emisión puede comprender un plasma. El espectrómetro 40 puede detectar la emisión, por ejemplo, detectando la radiación electromagnética desde la emisión, y generar una señal de salida correspondiente a la emisión. Es decir, la señal de salida del espectrómetro 40 puede corresponder a la composición química de la pieza de material 2 sobre la cual es incidente el haz láser 35.
Por ejemplo, el dispositivo láser 30 puede comprender un dispositivo láser en estado sólido Nd:YAG. El dispositivo láser Nd:YAG puede generar energía en la región casi infrarroja del espectro electromagnético, con una longitud de onda de aproximadamente 1064 nm. La duración del pulso puede ser de aproximadamente 10 ns para generar una densidad de energía que puede exceder 1 GWcm- 2 en el punto de enfoque. El dispositivo láser 30 puede generar por ejemplo un haz láser 35 que tiene una frecuencia de 50 kHz o más. También pueden utilizarse otros tipos de dispositivos láser, por ejemplo, los dispositivos láser del tipo Excimer (dímero excitado) que generan energía en las regiones visible y ultravioleta.
El espectrómetro 40 puede comprender, por ejemplo, un cromador, tal como un monocromador (escaneo) o un policromador (sin escaneo), y un detector, como un fotomultiplicador o un detector CCD. El monocromador puede ser, por ejemplo, del tipo Czerny-Turner. El policromador puede ser, por ejemplo, del tipo Echelle. Un monocromador del tipo Czerny-Turner puede usarse también para dispersar la radiación desde la emisión sobre un CCD, haciendo eficazmente que el monocromador sea un policromador del tipo Czerny-Turner. Un espectrómetro 40 que comprende un policromador permite la adquisición simultánea del intervalo entero de longitud de onda de interés con respecto a las piezas de material 2 que se deben clasificar y analizar. El espectrómetro 40 puede tener una profundidad de pocillo de aproximadamente 62500 electrones.
El espectrómetro 40 recoge la radiación electromagnética desde la emisión para detectar líneas de emisión para los elementos químicos. La respuesta del cromador del espectrómetro 40 puede ser típicamente de desde 1100 nm (casi infrarrojo) hasta 170 nm (ultravioleta profundo), que puede corresponder al intervalo detectable por el detector CCD. Se piensa que todos los elementos tienen líneas de emisión dentro de su intervalo de longitud de onda. El espectrómetro 40 puede comprender también un generador de retardo, que puede controlar el tiempo de respuesta del detector para permitir una resolución temporal eficaz del espectro electromagnético de la emisión.
El espectrómetro 40 puede configurarse además para generar la señal de salida que es indicativa de las propiedades de la emisión desde la pieza de material 2 y por lo tanto es indicativa de la composición química de la pieza de material 2.
El sistema 1 puede comprender además un dispositivo controlador 60 que está conectado operativamente con el espectrómetro 40 para recibir la señal de salida desde el espectrómetro 40. El dispositivo controlador 60 puede implementarse, por ejemplo, como un sistema integrado usando una CPU RISC (tal como una CPU ARM) o una CPU CISC (tal como una CPU x86) o, por ejemplo, un PC estándar que es compatible con el sistema operativo Microsoft Windows. El dispositivo controlador 60 puede conectarse por ejemplo inalámbricamente (por ejemplo, por Bluetooth o WLAN) con el espectrómetro 40 o no inalámbricamente, por ejemplo, por Ethernet, USB, Thunderbolt o una conexión de datos en serie o en paralelo. El dispositivo controlador 60 también puede conectarse al espectrómetro, por ejemplo, el detector del mismo, por medio de un sistema de bus tal como I2C, SPI, ISA, PCI o similares. Se puede usar un intercambio de datos por OPC UA u otros protocolos.
El dispositivo controlador 60 puede configurarse para comparar la señal de salida del espectrómetro 40 con un criterio de clasificación S1 provisto con (por ejemplo, almacenado en) el dispositivo controlador 60. En función del resultado de la comparación, el dispositivo controlador 60 puede determinar si la pieza de material 2 debe clasificarse en una fracción específica, por ejemplo, en una primera fracción o una fracción de sección. Por ejemplo, si el sistema 1 está configurado para separar la chatarra de aluminio de serie 5xxx desde aluminio de serie 6xxx, el criterio de clasificación S1 puede corresponder a una cantidad específica de Si (silicio), por ejemplo, hasta 0,5 % en peso de Si. En este ejemplo, si la señal de salida desde el espectrómetro 40 corresponde al 0,4 % en peso de Si en la pieza de material 2, se determina que la pieza de material 2 debe formar parte de la primera fracción, y si la señal de salida desde el espectrómetro 40 corresponde al 0,5 % en peso de Si o más en la pieza de material 2, se determina que la pieza de material 2 debe formar parte de la segunda fracción. El dispositivo controlador 60 puede configurarse para usar más de un criterio de clasificación, por ejemplo, dos (S1, S2), tres (S1, S2, S3), cuatro (S1, S2, S3, S4) y/o más (S1 Sn) criterios de clasificación. Por ejemplo, el dispositivo controlador 60 puede además del criterio de clasificación que corresponde al contenido de Si (S1) aplicar también un criterio de clasificación que corresponde al contenido de Mg (magnesio) (segundo criterio de clasificación S2) y un criterio de clasificación que corresponde al contenido de Mn (manganeso) (tercer criterio de clasificación S3). Cada criterio de clasificación puede tener un factor de ponderación asociado a1, a2, a3 que se ajusta previamente de acuerdo con las composiciones de las piezas de material 2 que deben analizarse y clasificarse.
El sistema 1 puede comprender además un dispositivo clasificador 50 que es accionable para clasificar la pieza de material 2 de acuerdo con al menos dos fracciones F1, F2. La clasificación de acuerdo con las diferentes fracciones F1, F2, F3 Fn puede referirse a desviar una pieza de material 2 en una cesta/cubo o sobre un transportador correspondiente, por ejemplo, para transportar material para el almacenamiento o procesamiento adicional o similar. El dispositivo clasificador 50 puede conectarse, por ejemplo, al dispositivo controlador 60 inalámbricamente (por ejemplo, por Bluetooth o WLAN) o no inalámbricamente, por ejemplo, por Ethernet, USB, Thunderbolt o una conexión de datos en serie o en paralelo. El dispositivo controlador 60 puede conectarse también al dispositivo clasificador 50 por medio de un sistema de bus tal como I2C, SPI, ISA, PCI o similares. Se puede utilizar un intercambio de datos por OPC UA u otros protocolos. El dispositivo controlador 60 puede conectarse también al dispositivo clasificador 50 por una señal digital de salida que dirige al dispositivo clasificador 50 directamente o través de un relé, dispositivo de estado sólido o PLC.
El dispositivo clasificador 50 puede estar controlado por el dispositivo controlador 60 en función del resultado de la determinación de en qué fracción se debe clasificar una pieza de material 2.
El dispositivo clasificador 50 puede configurarse para impartir selectivamente un impulso en una pieza de material 2 después de que haya caído desde el borde inferior 22 de la tolva 20 y esté en suspensión en el aire en función de la composición química de la pieza de material 2 según lo determine el dispositivo controlador 60 utilizando la señal de salida del espectrómetro 40. Es decir, el dispositivo clasificador 50 puede ser controlado por el dispositivo controlador 60. Por ejemplo, si el dispositivo controlador 60 determina en función de al menos un criterio de clasificación que una pieza de material 2 debe clasificarse de acuerdo con una segunda fracción F2 de dos fracciones F1, F2, el dispositivo clasificador 50 puede impartir un impulso sobre la pieza de material si el dispositivo controlador 60 determina que la pieza de material 2 pertenece a la segunda fracción F2. La trayectoria de la pieza de material 2 después de que se haya caído de la tolva 20 se cambia por el impulso impartido por el dispositivo clasificador 50 de tal manera que la pieza de material se clasifica de acuerdo con la segunda fracción F2. Por ejemplo, la pieza de material 2 puede desviarse en un segundo cubo o en un segundo dispositivo transportador (no mostrado) usando el dispositivo clasificador 50. Por otro lado, si el dispositivo controlador 60 determina que una pieza de material 2 debería formar parte de la primera fracción F1, el dispositivo clasificador 50 puede controlarse por el dispositivo controlador 60 de modo que imparte un impulso diferente (por ejemplo, un impulso con una fuerza y/o dirección diferentes) o ningún impulso (de modo que la pieza de material 2 sigue su trayectoria normal) en la pieza de material 2, de modo que la pieza de material 2 se clasifica de acuerdo con la primera fracción F1.
Cuando se deben clasificar las piezas de material 2 de acuerdo con dos o más fracciones, se pueden usar diferentes impulsos (impulsos que tienen fuerzas diferentes y/o direcciones diferentes) para desviar las piezas de material 2, en donde el impulso que corresponde a una fracción específica puede ser cero, de modo que la pieza de material 2 sigue su trayectoria normal según se determina por la gravedad y la aerodinámica. Esto puede permitir que el sistema funcione 1 más eficazmente.
El dispositivo clasificador 50 puede implementarse, por ejemplo, como una boquilla de aire, una bomba de aire o un soplador ("pistola de aire") o similares configurados para emitir disparos de aire para impartir un impulso en las piezas de material 2 que han caído desde el borde inferior 22 de la tolva 20 y están en suspensión en el aire. El dispositivo clasificador 50 también puede ser un dispositivo clasificador mecánico que imparte un impulso en la pieza de material 2 por un contacto directo entre una parte del dispositivo clasificador mecánico 50, como una paleta o palanca o rampa, y la pieza de material 2. Sin embargo, el dispositivo clasificador 50 de acuerdo con la invención no está particularmente limitado.
Como se muestra esquemáticamente en la figura 2, el sistema 1 de acuerdo con la invención puede configurarse para analizar y clasificar más de una pieza de material 2 simultáneamente. Por ejemplo, el sistema 1 puede comprender más de un dispositivo láser 30 y más de un dispositivo de espectrómetro 40. Los dispositivos láser 30 y los espectrómetros 40 pueden estar dispuestos por pares (un dispositivo láser 30 y un espectrómetro 40 correspondiente) en una dirección perpendicular a una dirección de transporte del medio alimentador 10, es decir, en una dirección de la anchura.
La tolva 20 puede tener una anchura extendida correspondientemente de modo que una pieza de material 2 respectiva pueda ser transportada, por ejemplo, simultáneamente a cada uno de los pares de dispositivo láser/espectrómetro 30, 40. El medio de alimentación 10 puede transportar más de una pieza de material 2 simultáneamente a la tolva 20, en donde las piezas de material 2 que alcanzan la tolva 20 simultáneamente pueden tener una distancia entre sí en la dirección de la anchura del medio alimentador 10.
El dispositivo clasificador 50 puede configurarse también para clasificar más de una pieza de material 2 simultáneamente. El dispositivo clasificador 50 puede comprender, por ejemplo, al menos tantas paletas, palancas o rampas como haya pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40. Si el dispositivo clasificador 50 se implementa como una boquilla de aire, una bomba de aire o un soplador ("pistola de aire") o similares, puede comprender al menos tantas salidas de aire controlables selectivamente (por ejemplo, mediante una válvula) como haya pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40.
Opcionalmente, como se muestra, por ejemplo, en las figuras 1, 4, 5 y 6, el sistema 2 puede comprender un divisor 55, por ejemplo, cuando el dispositivo clasificador 50 se implementa como una pistola de aire o similar. El divisor 55, denominado en el presente documento también como separador, puede servir como un umbral físico o límite entre las fracciones F1 y F2 y puede mejorar el rendimiento de la clasificación. El divisor 55 puede ser ajustable. Como se muestra en las figuras 4, 5 y 6, el divisor 55 puede implementarse, por ejemplo, como una estructura de placa articulada que tiene un ángulo ajustable con respecto al plano vertical que se proporciona espacialmente entre la primera fracción F1 y la segunda fracción F2, por ejemplo, los silos o las cintas transportadoras que corresponden a las fracciones F1 y F2. Por ejemplo, cuando una pieza de material 2 se debe clasificar en la segunda fracción F2, puede recibir un impulso de modo que se desvía sobre el divisor 55 (hacia el lado corriente abajo del divisor 55) y en la segunda fracción F2, y cuando una pieza de material 2 se debe clasificar en la primera fracción F1, puede no recibir, por ejemplo, ningún impulso y permanecer en el lado del divisor 55 que está enfrente de la tolva 20. Un ángulo de la estructura de placa articulada puede ajustarse de acuerdo con el tipo y el peso de la pieza de material 2 que se debe clasificar y se indica esquemáticamente en las figuras 4, 5, 6 girando la estructura de placa alrededor de una bisagra. Además, una longitud de la estructura de placa entre la bisagra y un extremo libre de la estructura de placa puede ser ajustable, por ejemplo, cuando la estructura de placa se implementa por dos placas que son movibles selectivamente una respecto a la otra, de acuerdo con el tipo y el peso de la pieza de material 2 que se debe clasificar. Si bien se ha descubierto que el divisor 55 puede aumentar la eficacia del sistema 1 de acuerdo con la invención, es una parte opcional.
El dispositivo láser 30 y el espectrómetro 40 pueden proporcionarse en un alojamiento común. Esto permite que varios conjuntos/pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40 se proporcionen eficazmente en un alojamiento común respectivo a lo largo de la dirección de la anchura de la tolva 20. Opcionalmente, el controlador 60 puede proporcionarse también en el alojamiento común. Cuando el sistema 1 comprende varios alojamientos comunes, comprendiendo cada uno un dispositivo láser 30 y un espectrómetro 40, el controlador 60 puede proporcionarse en uno o más de estos alojamientos comunes, por ejemplo, un alojamiento común que se proporciona en una posición más externa en la dirección de la anchura.
Para facilitar el transporte de una pieza de material 2 a cada uno de los pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40, la superficie de alimentación 15 del medio alimentador 10 puede tener una forma corrugada cuando se ve en sección en la dirección de la anchura (una dirección generalmente perpendicular a la dirección de transporte corriente arriba-corriente abajo del medio alimentador 10). Dicha forma corrugada puede comprender, por ejemplo, formas en U o formas en V dispuestas unas cerca de las otras en la dirección de la anchura como se muestra esquemáticamente en la figura 2. Dicha forma corrugada puede formar varios canales 16 y permite separar eficazmente las piezas de material 2 y alimentarlas a los pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40. La forma corrugada puede configurarse de manera que forme tantos canales 16 como haya pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40.
Mientras que el sistema 1 mostrado esquemáticamente en la figura 2 comprende cuatro pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40 y correspondientemente cuatro canales 16 formados por la superficie de alimentación corrugada 15, el sistema 1 de acuerdo con la invención puede comprender también solo un par, o puede comprender cualquier otro número de pares, tal como dos, tres, cinco, seis, siete, ocho o más. El número máximo de pares por sistema 1 de acuerdo con la invención no está limitado.
Las figuras 3 a 7 muestran varias vistas de una realización adicional del sistema 1 de acuerdo con la invención. Como se muestra en la figura 3, el medio alimentador 10 puede implementarse por dos alimentadores de vibración 11, 12, en donde el alimentador de vibración corriente arriba 11 alimenta las piezas de material 2 hacia y sobre el alimentador de vibración corriente abajo 12. El alimentador de vibración corriente abajo 12 puede tener una superficie de alimentación corrugada 15 que forma los canales 16 según se ha descrito anteriormente. El alimentador de vibración corriente arriba 11 puede tener, de acuerdo con las realizaciones, al menos sustancialmente una superficie de alimentación llana/plana 15. La superficie de alimentación 15 puede estar inclinada, por ejemplo, para formar una pendiente inclinada en la dirección corriente abajo. El alimentador de vibración corriente arriba 11 puede accionarse con una frecuencia de vibración más baja y/o una amplitud de vibración más baja que el alimentador de vibración corriente abajo 12.
La figura 4 muestra una vista en sección del sistema 1 mostrado en la figura 3. Como es evidente, el alimentador de vibración corriente abajo 12 transporta una pieza de material 2 (no mostrada en la figura 4) sobre la parte superior 21 de la tolva 20. Luego, la pieza de material 2 puede deslizarse hacia abajo de la tolva 20 conducida al menos parcialmente por la gravedad hacia abajo hacia el borde inferior 22 de la tolva 20. Dependiendo del tamaño de la pieza de material 2, cuando la pieza de material 2 se está proyectando sobre el borde inferior 22 de la tolva 20 o ha caído desde la tolva 20 y está en suspensión en el aire, se golpea por el haz láser 35 generado por el dispositivo láser 30. El haz láser 35 que es incidente en la pieza de material 2 provoca una emisión indicativa de la composición química de la pieza de material 2 desde la pieza de material 2. Dicha emisión se detecta y analiza por el espectrómetro 40. Un dispositivo controlador 60 (no mostrado en la figura 4) recibe una salida desde el espectrómetro 40 y determina en función de al menos un criterio de clasificación en qué fracción se debe clasificar la pieza de material 2. En función del resultado de la determinación, el dispositivo clasificador 50 se acciona por el dispositivo controlador 60 para impartir un impulso en la pieza de material 2 que ha caído desde el borde inferior 22 de la tolva 20 y está en suspensión en el aire. En la figura 4, se muestran dos flechas que muestran esquemáticamente una trayectoria de la pieza de material 2 dependiendo de la velocidad de la pieza de material 2 en la tolva 20. Como es evidente, de acuerdo con las realizaciones del sistema 1, un punto de enfoque del haz láser 35 puede elegirse en una región adyacente al borde inferior 22 de la tolva 20 donde las trayectorias de las piezas de material 2 son generalmente similares incluso para diferentes velocidades.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva del sistema 1 de acuerdo con la invención. Para más claridad, no se muestra el medio de alimentación 10. Como es evidente a partir de la figura 5, el sistema 1 comprende varios pares de dispositivo láser 30 y espectrómetro 40, en donde los pares forman una línea en la dirección de la anchura de la tolva 20 (y el medio alimentador 10 que no está mostrado). El dispositivo clasificador 50 se implementa como una pistola/soplador que tiene varias salidas de aire selectivamente controlables que pueden impartir selectivamente un impulso respectivo en varias piezas de material 2 simultáneamente en función de un control por el dispositivo de control 60.
La figura 6 muestra una vista lateral de la vista mostrada en la figura 5 y una vista ampliada de la figura 4. Se muestra una pieza de material 2 que justo ha caído desde el borde inferior 22 de la tolva 20 y está en suspensión en el aire. El haz láser 35 es incidente sobre la pieza de material 2 para generar una emisión que permite analizar la composición química de la pieza de material 2 y clasificar la pieza de material 2.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva ampliada de un sistema 1 de acuerdo con la invención. La forma corrugada de la superficie de alimentación 15 que forma los canales 16 es visible. Cada canal 16 tiene una línea central que es paralela a una dirección del canal 16. Es evidente que el medio alimentador 10 transporta piezas de material 2 sobre la parte superior 21 de la tolva 20 a lo largo de los canales 16 formados por la superficie de alimentación corrugada 15. Además, es evidente que la tolva 20 forma una deslizadera de guía 25 que tiene una geometría que se describirá a continuación. Se ha encontrado que cuando la tolva 20 se implementa como una deslizadera de guía 25 que tiene una configuración como se describe a continuación, la eficacia del sistema 1 puede mejorarse significativamente ya que las piezas de material 2, incluso si tienen forma no homogénea (como pueden tener las piezas de chatarra de aluminio) pueden ser transportadas eficazmente al haz láser 35. Además, la geometría de la tolva 20 implementada como una deslizadera de guía 25 permite velocidades de transporte más altas de las piezas de material 2, y por lo tanto un mayor rendimiento del sistema 1, ya que se ha encontrado que las piezas de material 2 son propensas a ser levantadas por las fuerzas aerodinámicas que pueden provocar que las piezas de material 2 salgan volando de la tolva y o bloqueen la tolva 20 cuando se usa una tolva 20 implementada como una deslizadera de guía 25.
Las figuras 8 a 15 muestran vistas detalladas de la tolva 20 implementada como una deslizadera de guía 25. La deslizadera de guía 25 puede definir al menos un canal 26 a lo largo del cual se guían las piezas de material 2 desde la parte superior 20 hasta el borde inferior 21. Aunque en las figuras 8 a 15 se muestra una deslizadera de guía 25 que tiene seis canales 26, la deslizadera de guía 25 puede tener también menos canales 26 (por ejemplo, solo un canal 26) o más canales 26, por ejemplo, siete, ocho, nueve o diez o más canales 26.
Cada canal 26 puede tener una dirección longitudinal L (véase por ejemplo la figura 14 para una indicación esquemática) que se extiende desde la parte superior 21 hasta el borde inferior 22 que describe generalmente el recorrido de una pieza de material 2 que se mueve desde la parte superior 21 hasta el borde inferior 22. Cada canal 26 puede tener además una dirección de la anchura W que es perpendicular a la dirección longitudinal L, véase por ejemplo la figura 14. Como se puede observar, por ejemplo, en la figura 12 o figura 15 que muestran una sección de un canal 26 a lo largo de la dirección longitudinal L y a través de la parte inferior o artesa 28a de un canal 26, el canal 26 tiene, en la dirección longitudinal L, una forma convexa 27a en la parte superior 21 seguida por una parte recta 27b entre la forma convexa y el borde inferior 22. Dicha parte recta 27b puede formar el borde inferior 22 de la deslizadera de guía 25.
En una sección en la dirección de la anchura W de la deslizadera de guía 25 que es perpendicular a la dirección longitudinal L, el canal 26 puede tener una curvatura, por ejemplo, una curvatura que corresponde a un perfil en V o en U o a un perfil diferente, en la parte superior 21 de la tolva 20. El canal 26 puede definir una configuración lisa en una sección de anchura en el borde inferior 22 de la tolva 20.
Es decir, el canal 26 en una sección a lo largo de la dirección longitudinal L comprende una parte convexa 27a en la parte superior 21 de la tolva 20 seguido por una parte recta 27b entre la parte convexa 27a y el borde inferior 22. Por ejemplo, con referencia a la figura 14, el canal 26 en una sección a lo largo de la dirección de la anchura W en la parte superior 21 puede tener una forma de perfil con una artesa 28a y dos paredes laterales 28b que tienen una primera altura h1, y el canal 26 en una sección a lo largo de la dirección de la anchura entre la parte superior 21 y el borde inferior 22 puede tener una forma de perfil con una artesa 28a y dos paredes laterales 28b que tienen una segunda altura h2, en donde la primera altura h1 puede ser más grande que la segunda altura h2.
Dicho de otra forma, la forma del canal 26 vista en una sección de la anchura puede cambiar gradualmente desde un perfil que define una artesa 28a y unas paredes laterales 28b hasta una configuración lisa cuando va desde la parte superior 21 de la tolva 20 hacia el borde inferior 22 de la tolva a lo largo de la dirección longitudinal L como se muestra, por ejemplo, en las figuras 12 y 13.
El perfil de la tolva 20 en la sección de anchura puede ser estable/continuo con una curvatura que cambia gradualmente. La forma de la tolva 20 en la sección longitudinal puede ser estable/continua con una curvatura que cambia gradualmente.
Con referencia adicional a las figuras 8 a 15, una pieza de material 2 se guía hacia abajo de un canal individual 26 y se evita que se tuerce o gire desde una línea central de canal 26. Una línea virtual C (figura 9) congruente con la línea central es una extensión imaginaria de la línea central C del canal 26 puede intersecar el recorrido del haz láser 35. Como es evidente, por ejemplo, a partir de la figura 9, unas piezas de material 2 grandes pueden formar un puente entre los lados 28b del canal 26 y se guiarán hacia abajo del centro del canal 26. Como es evidente, por ejemplo, a partir de la figura 11, ya que la pieza de material 2 se mueve hacia abajo del canal 26 desde la parte superior 21 de la tolva 20 hasta el borde inferior 22 de la tolva 20, las paredes laterales 28b del canal 26 se allanan suavemente mientras que siguen guiando la pieza de material 2 hacia abajo del centro del canal 26.
Como es evidente, por ejemplo, a partir de la figura 12, las paredes laterales 28b y la artesa 28a de un canal 26 forman un perfil cóncavo en una sección de anchura que puede abrirse en el lado superior. Como es evidente, por ejemplo, a partir de las figuras 13 y 15, ya que la pieza de material 2 se mueve hacia abajo del canal 26, las paredes laterales 28b se allanan y la pieza de material 2 se mueve más cerca del borde inferior 22 que en esta realización tiene una configuración recta, mientras que sigue estando guiada a lo largo de la línea central C del canal 26. La figura 14 muestra una pieza de material 2 que sale de la tolva 20 y el canal 26 directamente en el punto focal del haz láser 35. Cuando la tolva 20 se implementa como una deslizadera de guía 25 como se describe en el presente documento, todas las piezas de material 2 independientemente del tamaño de las mismas (espesor y diámetro) se golpearán por el haz láser 35 en la misma posición, y la pieza de material 2 se estabiliza (moviéndose suavemente y controlada a lo largo del canal 26) por la geometría de la tolva 20 implementada como la deslizadera de guía 25 como se describe en el presente documento. Además, la forma esculpida y suavemente continuada de la deslizadera de guía 25 que va desde una forma cóncava hasta una superficie lisa (con respecto a la dirección de la anchura) que está alineada con un punto focal del haz láser 35 permite una medición precisa y fiable de la composición química de una pieza de material 2, especialmente cuando es una pieza de aluminio de una pluralidad de piezas de aluminio con diferentes tamaños y espesores (por ejemplo, material de chatarra de aluminio).
Una distancia entre el borde inferior 22 de la tolva 20 y el punto de intersección entre dicha línea virtual C y el haz láser 35 puede estar entre 1 y 50 mm, por ejemplo, entre 5 y 10 mm. En la sección de la anchura, el canal 26 puede ser simétrico con respecto a un plano en el que se encuentra la línea virtual C.
Con referencia a las figuras, la invención también proporciona un método para analizar y clasificar material, tal como metal, que comprende suministrar al menos una pieza de material (por ejemplo, una pieza de chatarra de aluminio que forma parte de una pluralidad de piezas de chatarra de aluminio que deben clasificarse que tienen diferentes diámetros y/o espesores) 2 hasta y sobre una superficie de alimentación 15 de un medio alimentador 10, transportar la al menos una pieza de metal 2 sobre la superficie de alimentación 15 hacia y sobre una parte superior 21 de una tolva 20 utilizando el medio alimentador 10, deslizar la al menos una pieza de material 2 en la tolva 20 desde la parte superior 21 de la tolva 20 hacia un borde inferior 22 de la tolva 20 utilizando una fuerza gravitacional (al menos como una parte de la fuerza total que provoca que la pieza de material se deslice a lo largo de la tolva 20), proporcionar un haz láser 35 de manera que el haz láser 35 sea incidente en una parte de la al menos una pieza de material 2 que sobresale del borde inferior 22 de la tolva 20, o de manera que el haz láser 35 sea incidente en la al menos una pieza de metal 2 cuando la al menos una pieza de metal 2 ha caído desde la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la tolva 20, generar una emisión desde la al menos una pieza de metal 2 utilizando el haz láser 35, detectar la emisión, determinar a qué fracción de al menos dos fracciones F1, F2 la al menos una pieza de material 2 corresponde en función de la detección y al menos un criterio de clasificación, y clasificar la pieza de material 2 en una de al menos dos fracciones en función del resultado de la etapa determinante.
El método puede comprender además una etapa de pretratamiento que comprende pretratar el material 2 en la forma de material de chatarra de aluminio antes de que sea suministrado al medio alimentador 10 clasificándolo de tal manera que el material de chatarra de aluminio 2 tenga un diámetro máximo entre 5 mm y 200 mm, por ejemplo, 10 y 150 mm, opcionalmente, entre 10 mm y 40 mm. Se ha encontrado que las piezas 2 del tamaño mencionado dan como resultado un rendimiento de análisis y clasificación optimizado.
El transporte puede comprender transportar al menos dos piezas de material 2 y cambiar una distancia relativa entre las al menos dos piezas de material 2 en la superficie de alimentación 10 mientras que transporta las al menos dos piezas de material 2, por ejemplo, utilizando un alimentador de vibración 11, 12, 13 como medio alimentador 10. Tal como se mencionó anteriormente, esto puede evitar recubrir las piezas de material 2 singularizando/separando las piezas de material 2 en la dirección de la anchura (perpendicular a la dirección corriente arriba-corriente abajo) y/o la dirección longitudinal (la dirección corriente arriba-corriente abajo) de la superficie de alimentación 10.
La figura 16 muestra esquemáticamente una realización adicional de un sistema 1 de acuerdo con la invención que tiene un láser de prelimpieza 200. Las piezas de material 2, en particular cuando comprenden piezas de metal tales como piezas de aluminio, pueden comprender una capa superficial en las superficies de las mismas. Dicha capa superficial puede tener una composición química diferente en comparación con un núcleo de la pieza de material 2. Dicha capa superficial puede comprender, por ejemplo, óxidos de metal, suciedad, un recubrimiento, laca, aceite o película de grasa, etc., mientras que el núcleo de la pieza de material 2 puede ser, por ejemplo, una pieza de vidrio, metal tal como aluminio, etc. Cuando el haz láser 35 generado por el dispositivo láser 30 es incidente en esta capa superficial sobre una pieza de material 2, puede producir una emisión desde la capa superficial de la pieza de material 2 mejor que desde un material de núcleo de la pieza de material 2. Dicha señal de la capa superficial, en consecuencia, puede exacerbar el rendimiento de clasificación del sistema 1.
El sistema 1 mostrado en la figura 16 de acuerdo con la realización de la invención se basa en la realización mostrada en la figura 1 y comprende un dispositivo láser de preablación 200, en lo sucesivo también denominado dispositivo láser de prelimpieza 200. Dicho dispositivo láser de prelimpieza 200 puede configurarse para generar un haz láser de preablación 210, en lo sucesivo también denominado haz láser de prelimpieza 210, para eliminar al menos parcialmente la capa superficial potencialmente presente en las piezas de material 2.
El láser de prelimpieza 200 puede disponerse de tal manera que cuando el haz láser 35 producido por el dispositivo láser 30 es incidente en la pieza de material 2 cuando la pieza de material 2 sobresale al menos parcialmente de la tolva 20 sobre el borde inferior 22 de la tolva 20 o ha caído de la tolva 20 por medio del borde inferior 22 de la tolva 20 y está en suspensión en el aire, el haz láser 35 es incidente en una parte de la pieza de material 2 que se ha limpiado por el haz láser de prelimpieza 210 producido por el dispositivo láser de prelimpieza 200. De esta manera, se produce una emisión por el haz láser 35 que es más indicativa de la composición de la pieza de material 2 (por ejemplo, el núcleo de la misma), ya que está menos causada por la contaminación superficial potencial.
El dispositivo láser de prelimpieza 200 puede estar dispuesto de tal manera que el haz láser de prelimpieza 210 interseque el recorrido/trayectoria (virtual) de una pieza de material 2 entre el borde inferior 22 de la tolva 20 y el punto de intersección del recorrido/trayectoria de la pieza de material y el haz láser 35. De esta manera, la pieza de material 2 o una parte de la misma se golpea por el haz láser de prelimpieza 210 antes de que esta pieza de material 2 o esta parte de la misma se golpee por el haz láser 35. El haz láser de prelimpieza 210 y el haz láser 35 pueden ser paralelos entre sí o pueden definir un ángulo entre ellos. El haz láser 35 y el haz láser de prelimpieza 210 pueden intersecarse entre ellos. Cuando el haz láser de prelimpieza 210 y el haz láser 35 definen un ángulo entre ellos, de acuerdo con las realizaciones, una emisión provocada por el haz láser de preliimpieza 210 puede no ser detectada por el espectrómetro 40.
El dispositivo láser de prelimpieza 200 puede disponerse, con respecto a la dirección vertical, encima o debajo del dispositivo láser 30. El dispositivo láser de prelimpieza 200 puede disponerse también en el mismo nivel vertical que el dispositivo láser 30 en un lado del dispositivo láser 30.
Para eliminar o reducir la detección por el espectrómetro 40 de una señal generada por el haz láser de prelimpieza 210, se puede proporcionar, por ejemplo, un deflector 220 y/o se puede utilizar una técnica de activación.
El deflector 220 puede proporcionarse espacialmente entre el haz láser 35 y el haz láser de prelimpieza 210 como se muestra esquemáticamente en la figura 17. El deflector 220 puede disponerse y configurarse de tal manera que no interfiere con la trayectoria de una pieza de material 2 que está en suspensión en el aire o que sobresale de la tolva 20 sobre el borde inferior 22 de lal tolva 20. El deflector 220 puede implementarse, por ejemplo, por una lámina, por ejemplo, una lámina de metal.
Además o como alternativa al deflector 220, el sistema 1 de acuerdo con las realizaciones de la invención puede utilizar una técnica de activación. De acuerdo con la técnica de activación, una señal del espectrómetro 40 se ignora por el dispositivo controlador 60 en los momentos en los que el dispositivo láser de prelimpieza 200 está activo. Como se muestra esquemáticamente en la figura 17, el dispositivo láser de prelimpieza 200 puede conectarse con el dispositivo controlador 60 de modo que el dispositivo controlador 60 pueda controlar y determinar cuando el dispositivo láser 200 está generando el haz láser de prelimpieza 210. Es decir, el dispositivo controlador 60 puede estar configurado para activar y desactivar al menos el dispositivo láser de prelimpieza 200 y usar solo una señal del espectrómetro 40 cuando el dispositivo láser de prelimpieza 200 está desactivado (es decir, no genera el haz láser de prelimpieza 210) para determinar una composición de la pieza de material 2. De acuerdo con la técnica de activación, el dispositivo láser de prelimpieza 200 puede estar configurado para generar un haz láser de prelimpieza pulsado 210 y la composición de una pieza de material 2 solo puede determinarse en función de las emisiones detectadas entre los pulsos del dispositivo láser de prelimpieza 200.
La figura 18 muestra un sistema 1 de acuerdo con una realización de la invención que tiene un medio de alimentación 10 implementado como un alimentador de vibración 13 corriente abajo del medio de pretratamiento opcional y corriente arriba de la tolva 20. El alimentador de vibración único 13 es similar al alimentador de vibración corriente abajo 12 mostrado por ejemplo en la figura 3, de manera que las características descritas en el presente documento con referencia al alimentador de vibración corriente abajo 12 se aplican también al alimentador de vibración único 13. La superficie de alimentación 15 del alimentador de vibración único 13 puede tener una parte, por ejemplo, una parte corriente abajo de la superficie de alimentación 15, que está corrugada y forma canales 16 como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, menos del 50 % de la longitud en la dirección corriente arriba-corriente abajo de la superficie de alimentación 15 del alimentador de vibración único 13 puede estar corrugado para formar los canales 16 siendo el resto sustancialmente liso/uniforme. La superficie de alimentación 15 del alimentador de vibración único 13 puede estar inclinada, por ejemplo, para formar una pendiente inclinada en la dirección corriente abajo, o puede estar alineada al menos sustancialmente horizontalmente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (1) para analizar y clasificar material que comprende:
un medio alimentador (10) para transportar al menos una pieza de material (2) a lo largo de una superficie de alimentación (15) hacia y sobre una parte superior (21) de una tolva (20), en donde la pieza de material (2) es deslizable en la tolva (20) y fuera de la tolva (20) por medio de un borde inferior (22) de la tolva (20);
un dispositivo clasificador (50) accionable para clasificar la pieza de material (2) de acuerdo con al menos dos fracciones (F1, F2);
un dispositivo láser (30) configurado para generar un haz láser (35) que, cuando el haz láser (35) es incidente sobre la pieza de material (2), puede producir una emisión desde la pieza de material (2); un espectrómetro (40) configurado para detectar la emisión desde la pieza de material (2) y producir una señal de salida que corresponde a la emisión e indicativa de la composición química de la pieza de material (2); y
un dispositivo controlador (60) configurado para recibir la señal de salida y para accionar el dispositivo clasificador (50) en función de la señal de salida y al menos un criterio de clasificación,
en donde el dispositivo láser (30) y el espectrómetro (40) se proporcionan ambos a un nivel por debajo de la superficie de alimentación (15), y en donde el dispositivo láser (30) está configurado para generar el haz láser (35) de tal manera que el haz láser (35) puede ser incidente sobre la pieza de material (2) cuando la pieza de material (2) está sobresaliendo al menos parcialmente de la tolva (20) sobre el borde inferior (22) de la tolva (20) o ha caído desde la tolva (20) por medio del borde inferior (22) de la tolva (20) y está en suspensión en suspensión en el aire.
2. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el medio alimentador (10) está configurado para cambiar las distancias relativas entre las piezas de material (2) sobre la superficie de alimentación (15) mientras que se transportan las piezas de material (2).
3. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el medio alimentador (10) comprende al menos un alimentador de vibración (11, 12, 13).
4. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sistema (1) no comprende medios de separación de haces o medios de deflexión de haces en el recorrido del haz láser entre el dispositivo láser (30) que genera el haz láser (35) y la pieza de material (2) sobre la cual es incidente el haz láser (35).
5. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la al menos una pieza de material (2) es una pieza de chatarra metálica.
6. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo láser (30) y el espectrómetro (40) y el controlador (60) forman un sistema LIBS y se alojan en un alojamiento común.
7. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el haz láser (35), después de generarse por el dispositivo láser (30), se extiende hacia arriba con un ángulo entre 0 y 90 grados, opcionalmente, entre 40 y 70 grados, con respecto a una línea horizontal.
8. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el haz láser (35) no se propaga a través de un orificio o abertura en la tolva (20).
9. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la tolva (20) se implementa como una deslizadera de guía (25) que define una dirección longitudinal (L) entre la parte superior (21) y el borde inferior (22) y una dirección de la anchura (W) perpendicular a la misma y comprende al menos un canal (26) a lo largo del cual al menos una pieza de material (2) es deslizable desde la parte superior (21) hasta el borde inferior (22), en donde el canal (26) en una sección a lo largo de la dirección longitudinal (L) comprende una parte convexa (27a) en la parte superior (21) seguida por una parte recta (28b) entre la parte convexa (27a) y el borde inferior (22), y en donde el canal (26) en una sección a lo largo de la dirección de la anchura (W) en la parte superior (21) tiene una forma de perfil con una artesa (28a) y dos paredes laterales (28b) que tienen una primera altura (h1), y en donde el canal (26) en una sección a lo largo de la dirección de la anchura (W) entre la parte superior (21) y el borde inferior (22) tiene una forma de perfil con una artesa (28a) y dos paredes laterales (28b) que tienen una segunda altura (h2), en donde la primera altura (h1) es más grande que la segunda altura (h2).
10. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el canal (26) en una sección a lo largo de la dirección de la anchura (W) a través del borde inferior (22) de la tolva (20) tiene una forma recta que es al menos sustancialmente horizontal.
11. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde un extremo corriente abajo de la superficie de alimentación (15) tiene una forma corrugada que forma una pluralidad de canales (16).
12. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además un dispositivo láser de prelimpieza (200) configurado para generar un haz láser de prelimpieza (210) que, cuando el haz láser de prelimpieza (210) es incidente sobre al menos una pieza de material (2), puede eliminar la contaminación superficial de la al menos una pieza de material (2) antes de que el haz láser (35) generado por el dispositivo láser (30) sea incidente sobre la pieza de material (2).
13. Método para analizar y clasificar material que comprende:
suministrar al menos una pieza de material (2), opcionalmente, al menos una pieza de metal, a y sobre una superficie de alimentación (15) de un medio alimentador (10); transportar la al menos una pieza de material (2) sobre la superficie de alimentación (15) hacia y sobre una parte superior (21) de una tolva (20) utilizando el medio alimentador (10);
deslizar la al menos una pieza de material (2) en la tolva (20) desde la parte superior (21) de la tolva (20) hacia un borde inferior (22) de la tolva (20) usando al menos parcialmente una fuerza gravitacional;
proporcionar un haz láser (35) de manera que el haz láser (35) sea incidente en una parte de la al menos una pieza de material (2) que sobresale del borde inferior (22) de la tolva (20), o de tal manera que el haz láser (35) sea incidente en al menos una pieza de material (2) cuando la al menos una pieza de material (2) ha caído desde la tolva (20) por medio del borde inferior (22) de la tolva (20) y está en suspensión en el aire;
generar una emisión desde al menos una pieza de material (2) utilizando el haz láser (35); detectar la emisión; determinar a qué fracción de al menos dos fracciones (F1, F2) la al menos una pieza de material (2) corresponde en función de la detección y al menos un criterio de clasificación; y
clasificar la pieza de material (2) en una de las al menos dos fracciones (F1, F2) en función de la determinación.
14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde la pieza de material (2) es material de chatarra de aluminio, comprendiendo el método además pretratar el material de chatarra de aluminio clasificándolo de tal manera que el material de chatarra de aluminio tenga un diámetro máximo entre 5 mm y 200 mm, opcionalmente, entre 10 mm y 150 mm, opcionalmente, entre 10 mm y 40 mm.
15. Método de acuerdo con la reivindicación 13 o 14, en donde el transporte comprende transportar al menos dos piezas de material (2) y cambiar una distancia relativa entre las al menos dos piezas de material (2) en la superficie de alimentación (15) mientras que se transportan las al menos dos piezas de material (2).
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