ES2963047T3 - Sistema y método para clasificar materiales de desecho - Google Patents

Abstract

Un sistema tiene un transportador para transportar al menos dos categorías de partículas de chatarra colocadas al azar sobre una superficie del transportador, comprendiendo al menos algunas de las partículas metal. El sistema tiene un conjunto de sensores con una serie de sensores de proximidad inductivos analógicos dispuestos transversalmente a lo largo del transportador. Una cara extrema de detección activa de cada sensor se encuentra en un plano de detección, y el plano de detección es generalmente paralelo a la superficie del transportador. Un sistema de control está configurado para muestrear y cuantificar señales analógicas de la serie de sensores en el conjunto, y localizar y clasificar una partícula de desecho en el transportador que pasa sobre el conjunto en una de al menos dos categorías de material en función de las señales cuantificadas. También se proporciona un método para clasificar las partículas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para clasificar materiales de desecho

Antecedentes

En la actualidad, los metales de desecho se clasifican a alta velocidad o gran volumen utilizando una cinta transportadora u otras operaciones de línea y mediante una variedad de técnicas que incluyen: clasificación manual por parte de un operario de línea, clasificación por aire, clasificación por vibración, clasificación magnética, clasificación espectroscópica, y similares. Los materiales de desecho normalmente se trituran antes de ser clasificados y requieren clasificación para facilitar la separación y reutilización de los materiales contenidos en los desechos, por ejemplo, clasificando según la categorización o tipo de material. Mediante su clasificación, los materiales de desecho se pueden reutilizar en lugar de acabar en un vertedero o a un incinerador. Además, el uso de material de desecho clasificado consume menos energía y es más beneficioso para el medio ambiente que el refinado de materia prima virgen a partir de minerales o la obtención de plástico a partir de petróleo. Los fabricantes pueden utilizar materiales de desecho clasificados en lugar de materia prima virgen si la calidad del material clasificado cumple con un estándar dado. Los materiales de desecho pueden categorizarse como metales, plásticos y similares, y también pueden categorizarse adicionalmente como tipos de metales, tipos de plásticos, etc. Por ejemplo, puede ser deseable categorizar y clasificar el material de desecho en tipos de metales ferrosos y no ferrosos, metales pesados, metales de alto valor como el cobre, níquel o titanio, metales fundidos o forjados, y otras aleaciones diversas. Se citaron los documentos US2007262000, US2009250384, US2003132142, US2016189381, US2016187199, US2014260801 y KR20130096517.

El documento US7674994 describe un método para separar piezas metálicas de una pluralidad de piezas de material mezclado colocadas sobre una superficie superior de una cinta transportadora. Mientras se mueve la cinta transportadora, las piezas pasan por sensores para determinar su ubicación. Se disponen detectores en una fila lineal a lo ancho de la cinta transportadora o se colocan de forma escalonada para evitar interferencias.

Sumario

La invención está definida por un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de acuerdo con la reivindicación 10.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra una vista esquemática lateral de un sistema de clasificación de acuerdo con una realización; la Figura 2 muestra una vista esquemática superior del sistema de clasificación de la Figura 1;

la Figura 3 muestra una vista en perspectiva despiezada del sistema de clasificación de la Figura 1 de acuerdo con una realización;

las Figuras 4A y 4B muestran una vista en perspectiva de un conjunto de sensores y un sensor, respectivamente, para su uso con el sistema de clasificación de la Figura 3;

la Figura 5 muestra una vista superior del conjunto de sensores de la Figura 4;

la Figura 6 muestra una vista esquemática de un sensor que interactúa con una partícula de desecho;

la Figura 7 muestra un diagrama de flujo de un método para categorizar material de desecho usando el sistema de la Figura 1;

las Figuras 8A-8D muestran un ejemplo simplificado de una matriz para la cinta transportadora creada por el sistema de control para su uso en la identificación y categorización de una partícula de material de desecho cuando pasa sobre una agrupación de sensores;

la Figura 9 es un gráfico de datos de muestra para su uso en el establecimiento de parámetros de calibración y categorización; y

la Figura 10 es otro gráfico de datos de muestra para su uso en el establecimiento de parámetros de calibración y categorización.

Descripción detallada

Se reconoce que cualquier circuito u otro dispositivo eléctrico divulgado en el presente documento puede incluir cualquier número de microprocesadores, circuitos integrados, dispositivos de memoria (p. ej., memorias FLASH, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria de sólo lectura programable eléctricamente (EPROM), memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM), u otras variantes adecuadas de la misma) y software, que actúan conjuntamente entre sí para realizar las operaciones divulgadas en el presente documento. De forma adicional, uno cualquiera o más de los dispositivos eléctricos divulgados en el presente documento pueden configurarse para ejecutar un programa informático que está incorporado en un medio no transitorio legible por ordenador que está programado para realizar cualquier número de funciones divulgadas en el presente documento.

Las Figuras 1-3 ilustran un sistema 100 o aparato para categorizar materiales de desecho en dos o más tipos de materiales y luego clasificar los materiales por su tipo asignado. El sistema 100 puede ser un aparato independiente. En otros ejemplos, el sistema 100 puede usarse o integrarse con otros sistemas de categorización y clasificación, por ejemplo, en una operación de línea más grande para categorizar y clasificar materiales de desecho.

Una cinta transportadora 102, u otro mecanismo para mover objetos a lo largo de un camino o en una dirección, mostrada aquí como la dirección y, soporta las partículas 104 a clasificar. Las partículas 104 a clasificar están formadas por trozos de materiales de desecho, como materiales de desecho de un vehículo, un avión, electrónica de consumo, un centro de reciclaje; u otros materiales de desecho sólidos como se conocen en la técnica. Los materiales 104 normalmente se rompen en trozos más pequeños, del orden de centímetros o milímetros, mediante un proceso de trituración o similar, antes de pasar por el sistema de clasificación y separación 100 o una instalación de clasificación y separación más grande. Las partículas 104 pueden colocarse y orientarse aleatoriamente en el transportador 102 en una sola capa, tener formas aleatorias y muy variables, así como propiedades variables. Las partículas 104 pueden incluir materiales mixtos. En un ejemplo, el material de desecho incluye cable, y una partícula 104 puede incluir cable en varias formas, incluyendo formas tridimensionales, y el cable puede además estar sin revestir o aislado.

El sistema 100 categoriza y clasifica las partículas en dos o más categorías seleccionadas de materiales. En un ejemplo, se realiza una clasificación binaria para clasificar los materiales 104 en dos categorías. En otro ejemplo, los materiales se clasifican en tres o más categorías de materiales. La cinta transportadora 102 se extiende a lo ancho y transversalmente en la dirección x, y las piezas o partículas de material 104 se colocan aleatoriamente sobre la cinta 102. En diversos ejemplos, se pueden clasificar diferentes materiales de desecho, p. ej., metal frente a no metal, tipos de metales mixtos, cable o no cable, etc.

Se dispone un aparato de detección o conjunto de detección 106 contiguo a la cinta transportadora 102. El aparato de detección 106 se muestra colocado debajo de una región de la cinta 102 que contiene las partículas 104, proporcionando una distancia fija D entre el aparato de detección 106 y la superficie 108 de la cinta 102 que soporta las partículas 104.

El aparato de detección 106 tiene una o más agrupaciones de sensores 110. En el ejemplo mostrado, se muestran dos agrupaciones de sensores 110; sin embargo, el sistema 100 puede tener una sola agrupación 110 o más de dos agrupaciones 110. Cada agrupación 110 incluye una pluralidad de sensores de proximidad analógicos, como se describe con mayor detalle a continuación, y los sensores de la agrupación 110 proporcionan una señal analógica en respuesta a la detección de una partícula 104 en el transportador 102.

Los sensores de cada agrupación 110 se proporcionan como sensores de proximidad analógicos, en lugar de sensores digitales. Para un sensor analógico, la salida de señal puede variar y ser cualquier valor dentro de un intervalo de valores, por ejemplo, un intervalo de tensión. Al contrario, con una señal digital, la salida de señal solo puede proporcionarse como señal binaria, p. ej., 0 o 1, o como un valor de un conjunto de valores limitados discretos. El sistema de clasificación y categorización 100 de la presente divulgación utiliza sensores analógicos para proporcionar una mayor resolución en la señal. Por ejemplo, el sensor analógico puede generar una tensión de corriente continua que varía entre 0 y 12 voltios, y la señal puede tener cualquier valor dentro de ese intervalo, p. ej., 4,23 voltios. Para un sensor digital, la salida de señal puede ser uno de dos valores discretos, por ejemplo, que corresponden a valores de tensión a cada lado de un valor umbral establecido.

Una unidad o sistema de control 112 recibe las señales del aparato de detección 106 para localizar, rastrear y categorizar las partículas 104 en la cinta 102 para usarlas en la clasificación de las partículas 104 en dos o más tipos a medida que las partículas se mueven a lo largo de la cinta. La unidad de control 112 puede ser un sistema informático en red que emplea una pluralidad de procesadores para lograr un entorno multitarea de alta velocidad en el que el procesamiento se realiza de forma continua y simultánea en varios procesadores diferentes. En la unidad de control 112, cada procesador, a su vez, es capaz de proporcionar un entorno multitarea en el que varios programas funcionalmente diferentes podrían estar activos simultáneamente, compartiendo el procesador según la prioridad y la necesidad. La elección de la implementación del hardware para soportar las funciones identificadas en los grupos de procesos también puede depender del tamaño y la velocidad del sistema, así como sobre las categorías que se clasifican.

La unidad de control 112 puede incluir una unidad de procesamiento de señales 116, por ejemplo, para cuantificar y digitalizar las señales de la agrupación 110 para su uso por la unidad de control 112 en la categorización y clasificación de las partículas 104. La unidad de procesamiento de señales 116 puede cuantificar y digitalizar la señal analógica para mantener una resolución predeterminada en la señal y los datos, por ejemplo, a décimas o centésimas de voltio, o puede convertir la señal analógica a un valor de 8 bits (o de mayor precisión).

La unidad de control 112 controla el conjunto de detección 106 usando información sobre la posición del transportador 102, por ejemplo, usando entradas del sensor de posición 124, para determinar el avance lineal de la cinta transportadora 102 y el avance asociado de las partículas de desechos 104 sobre la cinta. La unidad de control 112 puede controlar el procesador 116 y el conjunto de detección 106 para adquirir datos del sensor cuando la cinta transportadora 102 ha avanzado una distancia predeterminada.

El sistema de control 112 contiene una unidad de procesamiento de datos para adquirir y procesar las señales y datos del conjunto de detección 106. En un ejemplo, la unidad de procesamiento de datos está integrada con la unidad de procesamiento de señales 116 y el sistema de control 112 y, en otras realizaciones, las unidades de procesamiento de datos y señales son independientes. La unidad de procesamiento incluye lógica para ensamblar los datos de cada sensor en una representación de la cinta. La unidad de procesamiento puede representar una sección transversal de la cinta en forma de una matriz con celdas, y analizar los datos del sensor para determinar las ubicaciones de las partículas 104 en el transportador 102 y para determinar una entrada para cada partícula 104, para su uso en el proceso de categorización y clasificación. La unidad de procesamiento recibe una señal indicativa de la posición del transportador 102 y de cuándo adquirir datos del sensor de modo que la cinta transportadora se "representa" en una agrupación de secciones discretizadas del transportador 102 a medida que pasa a través del conjunto de detección 106 y de la agrupación 110, y crea una matriz que es una imagen de escaneo lineal de la cinta. El controlador 112 y el procesador pueden realizar varios análisis en la matriz como se describe a continuación, o manipular de otro modo los datos del sensor para categorizar y clasificar los materiales de desecho 104.

La unidad de control 112 utiliza las señales cuantificadas y digitalizadas del conjunto de detección 106 para categorizar la partícula 104 en una de dos o más categorizaciones preseleccionadas. Según el resultado de la categorización, la unidad de control 112 controla el dispositivo de clasificación 114 para clasificar las partículas 104 según sus categorizaciones asociadas. La unidad de control 112 también puede incluir una o más pantallas de visualización y una interfaz hombre-máquina 118, para su uso en el control del sistema 100 durante la operación y también para usar en la calibración o configuración del sistema.

Los materiales de desecho 104 pueden triturarse o procesarse de otro modo antes de su uso con el sistema 100. Además, los materiales de desecho 104 pueden dimensionarse, por ejemplo, usando una cuchilla de aire u otro sistema de dimensionamiento antes de usarlos con el sistema 100. En un ejemplo, las partículas de desecho pueden clasificarse en bruto antes de su uso con el sistema 100, por ejemplo, usando un sistema que contiene sensores de proximidad inductivos digitales para categorizar y clasificar materiales conductores de no conductores, o usando un sistema de clasificación magnético para extraer los materiales ferrosos de los no ferrosos. En general, las partículas de desecho 104 se trituran y se dimensionan para que tengan un diámetro efectivo que sea similar o del mismo orden que el diámetro de la cara extrema del sensor. Luego, las partículas 104 se distribuyen sobre la cinta 102 como una única capa de partículas dispersas para evitar el solapamiento entre partículas y proporcionar la separación entre partículas contiguas para fines de detección y clasificación. Las partículas 104 pueden secarse antes de la distribución, detección o clasificación para mejorar la eficiencia y eficacia del proceso de clasificación.

En este ejemplo, el sistema 100 utiliza sensores de proximidad inductivos analógicos, de modo que el sistema se utiliza para clasificar dos o más clases de metales, ya que los sensores sólo pueden detectar materiales eléctricamente conductores. Una ventaja del sistema 100 es que no es necesario limpiar o lavar los materiales de desecho 104 antes de su clasificación. Además, el sistema 100 puede usarse para clasificar material de desecho que incluye partículas 104 con una composición mixta, por ejemplo, cable aislado u otro cable revestido. En diversos ejemplos, el sistema 100 se utiliza para clasificar al menos dos de los siguientes grupos: cable metálico, partículas metálicas, y acero y/o acero inoxidable, donde las partículas metálicas tienen una conductividad que se encuentra entre la del cable y el acero/acero inoxidable, y pueden incluir cobre, aluminio y aleaciones del mismo. El sistema 100 puede usarse para clasificar partículas de desecho 104 que tengan un diámetro efectivo de hasta 25 centímetros o más, y tan pequeño como 2 milímetros o cable de calibre 22-24. En otros ejemplos, el sistema 100 puede usarse para clasificar partículas de desecho 104 que contienen metal de partículas de desecho 104 que no contienen metal.

Al menos algunas de las partículas de desecho 104 pueden incluir acero inoxidable, acero, aluminio, titanio, cobre y otros metales y aleaciones metálicas. Las partículas de desecho 104 pueden contener además ciertos óxidos metálicos con suficiente conductividad eléctrica para su detección y clasificación. Además, las partículas de desecho 104 pueden ser materiales mixtos tales como cable metálico recubierto con una capa de aislamiento y otros metales que están al menos parcialmente atrapados o encapsulados por un aislamiento, caucho, plásticos u otros materiales no conductores. Obsérvese que el término conductor, como se emplea en esta divulgación, significa que la partícula conduce la electricidad o contiene metal. El término no conductor, como se emplea en el presente documento, significa que no conduce la electricidad y generalmente incluye plásticos, caucho, papel y otros materiales que tengan una resistividad superior a aproximadamente un mOhmcm.

Puede ser difícil de detectar una partícula de desecho 104 obtenida de cable usando otras técnicas de categorización y clasificación convencionales, ya que normalmente tiene una masa pequeña en forma de hilo u otra forma enrollada y puede estar recubierta, lo que generalmente proporciona una señal baja. El sistema 100 de acuerdo con la presente divulgación es capaz de detectar y clasificar esta categoría de material de desecho.

Las partículas 104 de material de desecho se proporcionan en una primera región extrema 120 de la cinta 102. La cinta 102 se mueve usando uno o más motores y rodillos de soporte 122. La unidad de control 112 controla el o los motores 122 para controlar el movimiento y la velocidad de la cinta 102. Los motores y los rodillos de soporte 122 están colocados de manera que la agrupación 110 esté inmediatamente contigua a la cinta 102 que transporta las partículas. Por ejemplo, la cinta 102 puede colocarse directamente entre las partículas 104 que ésta soporta y una agrupación 110, de manera que la agrupación 110 esté directamente debajo de una región de la cinta 102 que transporta las partículas 104. Los motores y rodillos de soporte 122 pueden dirigir la cinta de retorno debajo de la agrupación 110, de manera que la agrupación 110 queda situada dentro del bucle cerrado formado por la cinta 102.

La unidad de control 112 puede incluir o estar en comunicación con uno o más sensores de posición 124 para determinar la ubicación y sincronización de la cinta 102 para localización y seguimiento de partículas 104 a medida que se mueven a través del sistema sobre la cinta. En un ejemplo, el transportador 102 se mueve linealmente a una velocidad del orden de 200 a 800 pies por minuto, aunque se contemplan otras velocidades. En un ejemplo adicional, la cinta 102 tiene una velocidad lineal de 400-700 pies por minuto, y puede tener una velocidad de 400 pies por minuto correspondiente a un movimiento de la cinta de 2 milímetros por milisegundo, o 600 pies por minuto correspondiente a un movimiento de la cinta de 3 milímetros por milisegundos, u otra velocidad similar.

Según las señales recibidas por los sensores de la agrupación 110, la unidad de procesamiento y el sistema de control 112 crean una matriz que representa la cinta 102 de manera similar a una imagen de escaneo lineal. Si los sensores no están dispuestos en una sola línea, los tiempos en los que se adquieren datos en un "escaneo lineal" se compensan adecuadamente de acuerdo con la distancia de cada sensor a lo largo de la dirección Y, es decir, la dirección de desplazamiento de las partículas o movimiento de la cinta 102. El sistema de control 112 y la unidad de procesamiento adquieren y procesan las señales de los sensores de la agrupación 110 y del conjunto de detección 106 para crear la matriz o la imagen de escaneo lineal. La matriz está formada por una serie de filas, en donde cada fila representa una banda estrecha de la cinta que se extiende a lo ancho de la cinta 102. Cada fila se divide en un número de celdas, y la unidad de procesamiento ingresa datos de los sensores en las celdas de manera que la matriz es una representación de la cinta transportadora 102, p. ej., la matriz representa secciones o ubicaciones discretizadas del transportador 102 a medida que pasa a través de la agrupación 110.

La unidad de control 112 utiliza las señales de los sensores de la agrupación 110 como se describe a continuación para identificar partículas 104 en la cinta 102 y categorizar cada partícula 104 en una de varias categorizaciones. La unidad de control 112 controla entonces la unidad separadora 114, utilizando la categorización para cada partícula 104, la ubicación de las partículas y la posición de la cinta transportadora 102 para clasificar y separar las partículas 104.

El sistema 100 incluye una unidad separadora 114 en un segundo extremo 130 del transportador 102. La unidad separadora 114 incluye un sistema de eyectores 132 utilizados para separar las partículas 104 en función de su categorización. La unidad separadora 114 puede tener un controlador separador 134 que está en comunicación con el sistema de control 112 y el sensor de posición 124 para activar selectivamente los eyectores apropiados 132 y así separar las partículas de desecho seleccionadas 104 ubicadas en la cinta transportadora que han alcanzado el extremo de descarga 130 de la cinta. Los eyectores 132 pueden usarse para clasificar las partículas 104 en dos categorías, tres categorías, o cualquier otro número de categorías de materiales. Los eyectores 132 pueden ser neumáticos, mecánicos, o de otro tipo conocido en la técnica. En un ejemplo, los eyectores 132 son boquillas de aire que se activan selectivamente para dirigir un chorro de aire sobre partículas de desecho 104 seleccionadas y alterar la trayectoria de la partícula seleccionada a medida que abandona la cinta transportadora, de modo que las partículas se dirijan selectivamente y se clasifiquen en contenedores separados 136, por ejemplo usando una caja divisora 138.

También puede estar presente un circuito de reciclado en el sistema 100. En este caso, el circuito de reciclado toma las partículas 104 que no pudieron categorizarse y las redirige a través del sistema 100 para volver a escanearlas y reclasificarlas en una categoría.

Las Figuras 4A, 4B y 5 muestran un conjunto de detección 106 de acuerdo con una realización. La Figura 4B muestra una vista ampliada en perspectiva de un sensor 160 en el conjunto 106. En un ejemplo, el conjunto de detección 106 puede usarse con el sistema 100 como se ha descrito anteriormente con respecto a las Figuras 1-3. Se muestra el conjunto de detección 106 que tiene una agrupación de sensores 110. Se puede utilizar uno o más conjuntos de detección con el sistema 100.

El conjunto de detección 106 tiene un miembro base 150 o placa sensora. El miembro base 150 está dimensionado para extenderse transversalmente a través de la cinta transportadora 102 y está conformado para cooperar con un soporte correspondiente para que el conjunto de detección 106 en el sistema 100 esté soportado en el sistema 100.

El miembro base 150 define una agrupación de aberturas 152 que cruzan la superficie superior, estando dimensionada cada abertura para recibir un sensor correspondiente 160 en la agrupación 110 de sensores de proximidad analógicos. En otras realizaciones, se puede usar otra estructura o soportes para colocar y fijar los sensores de la agrupación en el conjunto. El miembro de base 150 proporciona un enrutamiento de cables para un mazo de cables 154 para suministrar energía eléctrica a cada uno de los sensores 160, así como un mazo de cables 156 para transmitir señales analógicas desde cada uno de los sensores 160 a la unidad de procesamiento de señales 116 y a la unidad de control 112.

Cada sensor tiene una superficie extrema o superficie de detección activa 162. Los sensores 160 están dispuestos en una agrupación 110 de manera que las superficies extremas 162 de cada uno de los sensores están en un mismo plano paralelo a la superficie 108 de la cinta, o generalmente paralelo a la superficie de la cinta, p. ej., a menos cinco grados de esta, o dentro de un margen razonable de error o tolerancia. Las caras frontales 162 de los sensores también se encuentran generalmente en un mismo plano, p. ej., dentro de un margen aceptable de error o tolerancia, como por ejemplo a 5-10 % del diámetro de la cara del extremo de un sensor entre sí, o menos. Los sensores 160 están dispuestos en una serie de filas 164, con los sensores en una fila desplazados de los sensores en la fila contigua. Los sensores 160 están dispuestos en la agrupación 110 de tal manera que, en la posición X o dirección transversal e ignorando la posición Y, los sensores contiguos tienen campos electromagnéticos superpuestos o contiguos. Los sensores 160 pueden estar espaciados para reducir la interferencia o diafonía entre sensores contiguos en la misma fila 164, y entre sensores en filas contiguas 164. En un ejemplo, todos los sensores 160 en la agrupación son del mismo tipo y tamaño. En otros ejemplos, los sensores 160 en la agrupación pueden tener diferentes tamaños, por ejemplo, dos, tres o más tamaños diferentes.

Los sensores 160 se pueden seleccionar de acuerdo con el lado del área de detección activa, o la superficie de la cara extrema 162. Los sensores también se seleccionan en función de su sensibilidad y tasa de respuesta. En un ejemplo, el área de la cara extrema 162 generalmente es igual a o está en el mismo orden que el tamaño de las partículas 104 a clasificar, por ejemplo, de modo que el sensor se utilice para clasificar partículas que tengan un área proyectada dentro del 50 %, 20 % o 10 % de la superficie del sensor. Por ejemplo, el área de la superficie del extremo del sensor 162 puede estar en el intervalo de 2 milímetros a 25 milímetros, y en un ejemplo es del orden de 12-15 o 15-20 milímetros para uso con partículas de desecho 104 que tienen un diámetro efectivo en el mismo intervalo de tamaño, p. ej., dentro de un factor de dos o más. Por tanto, aunque los materiales de desecho 104 pueden pasar por un proceso de clasificación aproximado antes de distribuirse sobre la cinta, el sistema 100 permite una variedad en el tamaño de las partículas de desecho.

Los sensores 160 se pueden seleccionar en función de los materiales a clasificar. En este ejemplo, los sensores 160 en la agrupación 110 son todos sensores de proximidad analógicos inductivos, por ejemplo, para su uso en la detección y clasificación de metales. El sensor 160 crea un bucle de inducción cuando la corriente eléctrica en el sensor genera un campo magnético. El sensor emite una señal indicativa de la tensión que fluye en el bucle, que cambia según la presencia del material 104 en el bucle y también puede cambiar según el tipo o tamaño de las partículas metálicas, o cable frente a partículas sólidas. La unidad de control 112 puede usar la amplitud de la señal de tensión analógica para categorizar el material. En ejemplos adicionales, la unidad de control 112 puede usar adicional o alternativamente la tasa de cambio de la señal de tensión analógica para categorizar el material.

Los sensores de proximidad inductivos analógicos 160 están dispuestos en filas 164 en una agrupación 110, con cada fila 164 colocada para extenderse transversalmente a través del conjunto de detección 106 y a través de una cinta 102 cuando el conjunto de detección se usa con el sistema 100. Cada fila 164 en la agrupación 110 puede tener el mismo número de sensores 160, como se muestra, o puede tener un número diferente. Los sensores 160 en cada fila 164 están separados entre sí para reducir la interferencia entre sensores. La separación entre filas contiguas 164 también se selecciona para reducir la interferencia entre sensores de filas contiguas. Los sensores 160 en una fila 164 están desplazados de los sensores 160 en la fila contigua 164 en dirección transversal, como se muestra, para proporcionar una cobertura de detección del ancho de la cinta.

En este ejemplo, la agrupación 110 incluye cinco filas 164 de sensores 160, teniendo cada fila 24 sensores de proximidad inductivos analógicos idénticos, y teniendo cada sensor un diámetro de cara extrema de 18 milímetros. Por lo tanto, la agrupación 110 contiene 120 sensores. Los sensores 160 en cada fila 164 están separados entre sí aproximadamente cinco veces el diámetro del sensor para reducir la diafonía y la interferencia entre los sensores. El número de sensores 160 en cada fila es, por tanto, función del diámetro del sensor y de la longitud de la fila, que corresponde a la anchura de la cinta. El número de filas 164 es función del ancho de la cinta, el número y tamaño de los sensores, y la resolución de detección deseada en el sistema 100. En otros ejemplos, las filas pueden tener un mayor o menor número de sensores, y la agrupación puede tener un mayor o menor número de filas, por ejemplo, 10 filas.

En este ejemplo, cada fila 164 está igualmente separada de la fila contigua por una separación similar de aproximadamente cinco veces el diámetro del sensor 160. Los sensores 160 de una fila 164 están desplazados transversalmente de los sensores en las filas contiguas, como se muestra en las Figuras 4-5. Los sensores 160 de la agrupación como se describe proporcionan un sensor colocado cada 12,5 mm transversalmente por la cinta cuando las posiciones del sensor 160 se proyectan a un eje transversal común, o eje x, aunque los sensores 160 pueden estar en diferentes ubicaciones longitudinales en el sistema 100. Por lo tanto, la unidad de control utiliza una matriz o imagen de escaneo lineal con 120 celdas por fila para corresponder con la disposición del sensor de la agrupación. Es probable que una partícula de desecho 104 colocada al azar en la cinta se desplace e interactúe con el campo electromagnético de al menos dos sensores 160 dispuestos en la agrupación. Cada sensor 160 tiene al menos una válvula o eyector 132 correspondiente en la barra de soplado del conjunto de clasificación.

Las caras extremas 162 de los sensores de la agrupación se encuentran en un único plano común, o un plano de sensor. Este plano es paralelo y está espaciado de un plano que contiene la superficie superior 108 de la cinta, o un plano de la cinta. El plano del sensor está separado del plano de la cinta por una distancia D, por ejemplo, menos de 5 milímetros, menos de 2 milímetros, o un milímetro. En general, se puede obtener un mejor rendimiento de clasificación reduciendo el valor de D. La distancia D entre el plano del sensor y el plano de la cinta puede ser el espesor de la cinta 102 con una distancia libre adicional para proporcionar el movimiento de la cinta 102 sobre la agrupación de sensores 110.

Todos los sensores 160 en la agrupación 110 pueden operar a la misma frecuencia, tal que una medición de la amplitud de tensión analógica en corriente continua se utiliza para categorizar los materiales. En otros ejemplos, se puede utilizar información adicional del sensor 160, por ejemplo, la tasa de cambio de la tensión. A medida que una partícula de desecho 104 se mueve a lo largo de la cinta transportadora 102, la partícula atraviesa la agrupación 110 de sensores. La partícula 104 puede cruzar o atravesar el campo electromagnético de uno o más de los sensores 160 en la agrupación. Cuando la partícula 104 entra en el campo electromagnético del sensor, el campo electromagnético se ve perturbado. La tensión medid por el sensor 160 cambia según el material o la conductividad de la partícula y, además, puede cambiar según el tipo o masa del material, p. ej., cable frente a no cable. Como el sensor 160 es un sensor analógico, proporciona una señal analógica con datos indicativos de la amplitud de la tensión de corriente continua medida por el sensor 160, que puede usarse para categorizar la partícula.

Como todas las partículas 104 están soportadas por y descansan sobre la cinta transportadora 102, todas las partículas de desecho descansan sobre un plano de cinta común que es coplanario con el plano del sensor de la agrupación de sensores 110. Así, la superficie inferior de cada partícula está equidistante de la agrupación de sensores cuando pasa por encima a una distancia D. Las partículas de desecho en el sistema 100 tienen un tamaño similar, de acuerdo con un proceso de dimensionamiento y clasificación; sin embargo, puede haber diferencias en el tamaño de las partículas de desecho, así como en las formas de las partículas, de modo que la superficie superior de las partículas en la cinta puede estar a diferentes distancias por encima de la agrupación de sensores. Por lo tanto, las partículas pueden tener un espesor o distancia entre la superficie inferior en contacto con la cinta y la superficie superior opuesta que es diferente para las diferentes partículas que clasifica el sistema 100. Las partículas de desecho interactúan con los sensores de la agrupación hasta alcanzar un cierto espesor, que corresponde con una profundidad de penetración del sensor determinada por el tamaño y la corriente del sensor.

La Figura 6 ilustra una vista en sección transversal esquemática parcial de un sensor 160 en una agrupación 110 y una partícula 104 en una cinta 102. Como se puede observar a partir de las figuras, la superficie superior 108 de la cinta 102, o plano de la cinta, está a una distancia D por encima de un plano del sensor que contiene la cara extrema 162 del sensor 160. El sensor 160 contiene una bobina inductiva 172 hecha de espiras de cable tal como cobre y un módulo electrónico 170 que contiene un oscilador electrónico y un condensador. El sensor 160 recibe energía de una fuente de alimentación externa. La bobina inductiva 172 y el condensador del módulo electrónico 170 producen una oscilación sinusoidal a una frecuencia que se mantiene mediante la fuente de alimentación. La oscilación produce un campo electromagnético que se extiende desde la cara extrema 162 o la superficie activa 162 del sensor 160. Un campo electromagnético que no es perturbado por una partícula conductora, p. ej., cuando no hay material de desecho en la cinta 102, se muestra en 174. Cuando una partícula de desecho 104 que contiene un material conductor, como un metal, entra en el campo electromagnético, parte de la energía de oscilación se transfiere a la partícula de desecho 104 y crea corrientes parásitas. Las partículas de desecho y las corrientes parásitas dan como resultado una pérdida o reducción de potencia en el sensor 160, y el campo electromagnético 176 resultante tiene una amplitud reducida. La amplitud, p. ej., la tensión, del sensor 160 se proporciona como una señal que sale del sensor a través de la salida 178. Se debe tener en cuenta que un sensor analógico, como el sensor 160, puede proporcionar continuamente una señal de salida, por ejemplo, como una tensión variable dentro de un intervalo de tensiones, que es muestreada o adquirida periódicamente por la unidad de control 112.

Haciendo referencia a la Figura 7, se muestra un método 200 para categorizar partículas 104 usando la unidad de control 112 del sistema 100 y el conjunto de detección 106 como se muestra en las Figuras 1-5. En otras realizaciones, varias etapas del método 200 se pueden combinar, reordenar u omitir.

En 202, la unidad de control 112 y la unidad de procesamiento adquieren datos de una fila 164 de sensores en función de la posición del transportador 102.

A medida que la unidad de control 112 y la unidad de procesamiento reciben los datos de los sensores 160, la unidad de control 112 y el procesador forman una matriz o imagen de escaneo lineal asociada con la agrupación de sensores 110 que también está vinculada a la posición o coordenadas de la cinta 102 para su uso por la unidad separadora 114 como se muestra en 204. El procesador recibe datos de la agrupación de sensores 110, con una señal de cada sensor 160 de la agrupación. El procesador recibe señales de los sensores y, según la posición de la cinta 102, por ejemplo, según lo proporcionado por un codificador digital, introduce datos de sensores seleccionados en celdas de la matriz. La matriz proporciona una representación de la cinta 102, estando asociada cada celda en la matriz con un sensor 160 de la agrupación. En un ejemplo, la matriz puede tener una línea con una celda asociada con cada sensor de la agrupación, con las celdas ordenadas al igual que los sensores están ordenados, transversalmente a través de la cinta cuando se proyectan a un eje transversal común. Por tanto, las celdas contiguas en una línea de la matriz pueden estar asociadas con sensores 160 en diferentes filas en la agrupación.

La unidad de control y el procesador reciben la señal de tensión de corriente continua digitalizada o el valor cuantificado desde el sensor inductivo analógico 160. En un ejemplo, el valor cuantificado puede ser un valor en escala de grises de 8 bits comprendido entre 0 y 255. El sensor 160 puede generar cualquier valor entre 0-12, 0-11, 0-10 voltios u otro intervalo según el tipo de sensor y, según la salida de tensión del sensor, el procesador asigna un valor de bit correspondiente. En un ejemplo, cero voltios equivale a un valor cuantificado de cero. En otros ejemplos, cero voltios equivale a un valor cuantificado de 255. En otros ejemplos, el procesador puede utilizar otros valores cuantificados, como 4 bits, 16 bits, 32 bits, puede utilizar directamente los valores de tensión, o similares.

Las celdas en la matriz se llenan con una tensión máxima medida por el sensor 160 dentro de una ventana de tiempo o en una marca de tiempo. En otros ejemplos, los datos de la señal del sensor pueden ser postprocesados para reducir el ruido, por ejemplo, promediando, normalizando o procesando de otro modo los datos.

El procesador y la unidad de control 112 pueden usar una matriz con celdas que contienen información adicional con respecto a la ubicación de las partículas y las propiedades de las partículas como se determina a continuación. El procesador y la unidad de control 112 pueden usar alternativamente una herramienta de procesamiento de biblioteca de imágenes, tal como MATROX, para crear una tabla u otra base de datos llena de datos de señal para cada partícula, incluidos valores de tensión cuantificados de 8 bits, información de límites y otras propiedades de partículas como se describe a continuación con respecto a realizaciones adicionales.

En 206, la unidad de control 112 identifica celdas en la matriz que pueden contener una partícula 104, distinguiendo la partícula de las señales de fondo indicativas del transportador 102. La partícula 104 se puede distinguir del fondo cuando un grupo de celdas contiguas tienen un valor similar, o valores dentro de un intervalo, para indicar la presencia de una partícula 104 o cuando una sola celda es suficientemente diferente del fondo. El controlador 112 agrupa entonces estas celdas de la matriz y las identifica como un "agrupamiento" indicativa de una partícula.

En 208, el controlador 112 determina una entrada de categorización asociada o una entrada de valor cuantificado para cada agrupamiento. Por ejemplo, el controlador 112 puede usar una tensión máxima de una celda asociada con el agrupamiento como entrada de categorización, por ejemplo, la tensión de celda más alta o más baja o el valor cuantificado en el grupo. En otros ejemplos, el controlador calcula la entrada de categorización para el agrupamiento como una suma de todos los valores en el agrupamiento, un promedio de todas las celdas del agrupamiento, como un promedio de las tensiones máximas o valores cuantificados de tres celdas en el agrupamiento, un promedio de las tensiones máximas o valores cuantificados de tres celdas contiguas, o similares. Al agrupar los datos en una sola unidad o entrada de categorización para representar la partícula y tomar una decisión sobre la partícula en su conjunto, se puede obtener una mayor precisión en comparación con una práctica más convencional en la clasificación de desechos con cada sensor y eyector asociado funcionando como una unidad separada e independiente de otros sensores y eyectores.

En 210, la unidad de control 112 controla la unidad separadora 114 para activar selectivamente un eyector 132 para expulsar una partícula a un contenedor deseado según la categorización de la partícula. La unidad de control 112 controla los eyectores 132 según la categorización de la partícula 104 de las celdas en la matriz y el agrupamiento asociado con la partícula y de acuerdo con la posición y sincronización del transportador 102.

Las Figuras 8A-8D ilustran un ejemplo simplificado del método 200 implementado por el sistema 100. En la Figura 8, la agrupación de sensores 110 incluye tres filas 164, con tres sensores 160 en cada fila, donde los sensores en diferentes filas están desplazados entre sí. Los sensores 160 están etiquetados como sensores 1-9 como se muestra en la Figura 8A, en función de la posición del sensor proyectada a lo largo de un eje transversal x. Se muestra una partícula de desecho 104 en el instante t1 en la Figura 8A, en el instante t2 en la Figura 8B, en el instante t3 en la Figura 8C y en el instante t4 en la Figura 8D, que corresponden a tiempos secuenciales en los que el sistema de control 112 adquiere datos del sensor según el movimiento de la cinta 102.

La unidad de control y el procesador 112 crean una matriz 250, con una línea (L) 252 asociada a cada instante y n celdas 254 en cada fila, donde n es igual al número de sensores en la agrupación, o nueve en el presente ejemplo. Las celdas 254 están etiquetadas del 1 al 9 para corresponderse con los sensores 1-9.

La unidad de control 112 llena la línea L1 de la matriz con un valor de tensión máxima o valor de categorización equivalente, como un valor de 8 bits cuando la partícula pasa sobre la agrupación 110. Las celdas de la matriz 250 que se llenan en cada salto de tiempo tienen un valor subrayado dentro de la celda. En este ejemplo, un sensor 160 que no detecta una partícula de desecho conductora tiene una tensión de 10 voltios, y la partícula como se muestra en la Figura 4 está formada a partir de un metal, como acero o acero inoxidable, con una tensión máxima del sensor de aproximadamente 2,5 voltios, aunque esto puede variar en función del espesor de la partícula 104 sobre el sensor 160, si la partícula viaja a través de todo el campo electromagnético de un sensor 160 o solo una parte del mismo, etc. Los valores de tensión como se muestran en la matriz 250 se truncan por simplicidad, y en ejemplos adicionales, pueden medirse hasta la décima o la centésima de voltio. Al contrario, para un valor de categorización de 8 bits, 10 voltios pueden ser un valor cuantificado de 0, teniendo cero voltios un valor cuantificado de 255 y una tensión de 2,5 voltios teniendo un valor cuantificado asociado de 191.

En la Figura 8A, la unidad de control 112 y el procesador comienzan a llenar la línea L1 en la matriz 250. En el tiempo t1, el sistema 100 acaba de iniciarse de modo que la matriz 250 estaba vacía o borrada. La partícula 104 se superpone al sensor 3, mientras que la partícula está lo suficientemente lejos de los sensores 6 y 9 como para que la tensión de estos sensores no se vea afectada a 10 voltios. Por tanto, la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 3, 6 y 9 en la línea L1 de la matriz como se muestra.

En la Figura 8B, la cinta y la partícula 104 han avanzado, y la unidad de control 112 rellena la matriz 250 en el instante t2. En una fila de sensores 164, la partícula 104 está superpuesta a los sensores 3 y 6 y la partícula está lo suficientemente alejada del sensor 9 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 3, 6 y 9 en la línea L2 de la matriz 250 como se muestra. En otra fila de sensores 164, la partícula 104 se superpone al sensor 2, mientras que la partícula está lo suficientemente alejada de los sensores 5 y 8 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 2, 5 y 8 en la línea L1 de la matriz 250 como se muestra.

En la Figura 8C, la cinta y la partícula 104 han avanzado, y la unidad de control 112 rellena la matriz 250 en el instante t3. En una fila de sensores 164, la partícula 104 está lo suficientemente alejada de los sensores 3, 6 y 9 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 3, 6 y 9 en la línea L3 de la matriz 250 como se muestra. En otra fila de sensores 164, la partícula 104 está superpuesta a los sensores 2 y 5 y la partícula está lo suficientemente alejada del sensor 8 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 2, 5 y 8 en la línea L2 de la matriz 250 como se muestra. En otra fila de sensores, la partícula 104 también se superpone al sensor 1, mientras que la partícula está lo suficientemente alejada de los sensores 4 y 7 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 1,4 y 7 en la línea L1 de la matriz 250 como se muestra.

En la Figura 8D, la cinta y la partícula 104 han avanzado, y la unidad de control 112 rellena la matriz 250 en el instante t4. Como se puede ver en la matriz 250, la línea L1 está completa y no se modifica. En una fila de sensores 164, la partícula 104 está lo suficientemente alejada de los sensores 3, 6 y 9 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 3, 6 y 9 en la línea L4 de la matriz como se muestra. En otra fila de sensores, la partícula 104 está lo suficientemente alejada de los sensores 2, 5 y 8 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 2, 5 y 8 en la línea L3 de la matriz 250 como se muestra. En otra fila de sensores, la partícula 104 está superpuesta a los sensores 1 y 4, y la partícula está lo suficientemente alejada del sensor 7 como para que la tensión no se vea afectada; y la unidad de control 112 introduce la tensión máxima analógica de los sensores 1, 4 y 7 en la línea L2 de la matriz 250 como se muestra.

Como se ve en la Figura 8D, un agrupamiento de celdas en las líneas L1 y L2 generalmente indica la presencia, ubicación y forma de una partícula 104, de manera que la unidad de control 112 puede identificar el agrupamiento como una partícula y usar datos dentro de las celdas 1, 2 y 3 en la línea L1 y las celdas 1-5 o 1-6 en la línea L2 para categorizar y clasificar la partícula 104. En otros ejemplos, una partícula puede tener una forma o tamaño tal que sólo uno o dos sensores en la agrupación detecten la partícula.

La matriz 250 puede tener un número determinado de líneas (L), o n líneas, siendo n mayor que el número de filas 164 de sensores y/o mayor que los saltos de tiempo. A medida que los datos en las líneas de la matriz cambian con el tiempo y se completan nuevos datos, los datos originales o anteriores pueden eliminarse o borrarse. Por ejemplo, en una matriz 250 con n líneas, después de que los datos se adquieren en el momento tn, los datos de L1 se borrarían en el siguiente salto de tiempo tn+1.

La unidad de control 112 puede someterse a un proceso de calibración para establecer los criterios para las diversas categorizaciones. La primera y segunda partículas 104 formadas a partir de materiales conocidos de cada una de las categorizaciones seleccionadas para una clasificación binaria se proporcionan a través del sistema 100. En otros ejemplos, una tercera partícula de una tercera clasificación también puede estar prevista para una clasificación terciaria.

El sistema 100 puede funcionar en varios modos según los materiales a clasificar y las categorizaciones asociadas. El operario puede seleccionar el modo utilizando el HMI 118. En un ejemplo, el sistema 100 incorpora múltiples agrupaciones 110 que ejecutan diferentes modos en serie. Obsérvese que para un sistema 100 que utiliza sensores de proximidad inductivos analógicos, el sistema 100 es incapaz de detectar o categorizar material eléctricamente no conductor.

En un primer modo de operación, el sistema de control 112 clasifica distintos materiales conductores, y puede clasificar usando categorizaciones binarias o terciarias según los siguientes grupos: cable conductor, acero y acero inoxidable, y otros metales. Por lo tanto, el sistema 100 categoriza y clasifica cualquier cosa que tenga una señal. El sistema de control 112 rellena la matriz 250 usando todo el intervalo de tensión de los sensores 160, p. ej., 0-10 voltios, o alternativamente, establece y utiliza el valor de categorización de 8 bits basado en el intervalo de 0-10 voltios, de modo que cada bit tenga un intervalo de tamaño o resolución asociado de 0,04 voltios. La unidad de control 112 clasifica las partículas 104 según la tensión máxima en una celda del grupo en comparación con varios intervalos de tensión u otros criterios. La unidad de control puede utilizar adicionalmente el área del agrupamiento como parámetro de categorización.

En un segundo modo de operación, el sistema de control 112 clasifica entre materiales de cable conductores y no conductores. El sistema de control 112 rellena la matriz usando un intervalo de tensión seleccionado reducido de los sensores, p. ej., 4-10 o 5-10 voltios, que apunta a los valores de tensión del sensor asociados con el cable e ignora los valores del sensor que están por debajo del intervalo. El sistema de control 112 clasifica entonces las partículas 104 como se describe generalmente anteriormente con respecto al primer modo.

En un tercer modo de operación, el sistema de control 112 clasifica entre metales conductores, p. ej., entre acero o acero inoxidable, y otros metales conductores como cobre y aluminio o aleaciones de los mismos. El sistema de control 112 rellena la matriz 250 usando un intervalo de tensión seleccionado reducido de los sensores, p. ej., 0-1, 0-2, 0-3 o 0-4 voltios, que se fija en las señales del sensor y los valores de tensión asociados con los metales e ignora los valores de tensión del sensor que están por encima del intervalo. Por ejemplo, en el sistema 100 como se describe el acero inoxidable tiene una firma de tensión asociada de 1 voltio, mientras que el cobre y el aluminio tienen firmas de tensión más altas, de 3 a 4 voltios. El sistema de control 112 puede aumentar adicionalmente las tensiones de los sensores 160 en función de los valores bajos antes de usar los datos para llenar la matriz 250. Por tanto, el sistema de control puede ser capaz de distinguir entre diferentes metales o incluso diferentes aleaciones.

En un cuarto modo, el sistema de control 112 puede usar el sistema 100 para clasificar partículas de desecho que contienen metal de partículas de desecho que no contienen metal o material eléctricamente conductor. El sistema de control 112 clasifica cualquier cosa con una señal de tensión diferente a la señal de tensión de referencia como una partícula que contiene metal y controla los eyectores para clasificar estas partículas en un contenedor.

En todos los modos, el controlador 112 utiliza la señal analógica de una única agrupación 110 de sensores 160 que se encuentran en un plano del sensor que es paralelo a la cinta. El sistema de control 112 utiliza la señal de variabilidad del sensor analógico para proporcionar información relacionada con la conductividad y, por tanto, con la categorización del material. Los sistemas convencionales pueden utilizar una serie de agrupaciones de sensores de proximidad digitales, estando configurados los sensores en cada agrupación en diferentes umbrales, normalmente girando un potenciómetro, para proporcionar una señal y/o establecerse a diferentes distancias de la cinta para clasificar según una estrategia de corte. En el sistema 100 de la presente divulgación, no es necesario ajustar la distancia entre la cinta y los sensores al cambiar la clasificación de materiales de alimentación o la estrategia de producción. La agrupación de sensores permanece fija con respecto a la cinta, y se puede seleccionar o cargar un programa o método de clasificación diferente en el controlador 112 para un cambio en los materiales de alimentación o la estrategia de producción.

La Figura 9 ilustra datos de calibración de muestra del sistema 100 que incluía acero inoxidable, cobre, aluminio y cable aislado. Los datos se trazan con el área o número de celdas en la matriz asociada con una partícula frente a la tensión máxima para una celda en la matriz identificada como la partícula. Los datos de la Figura 9 se pueden usar para establecer intervalos de tensión para categorizaciones asociadas de materiales para uso por parte del sistema de control en la categorización y clasificación de materiales.

La Figura 10 ilustra datos de calibración de muestra del sistema 100 que incluía acero inoxidable, cobre, aluminio y cable aislado. Los datos se trazan con el área o número de celdas en la matriz asociada con una partícula frente a la suma de los valores de categorización de 8 bits en el agrupamiento en la matriz identificada como la partícula. Los datos de la Figura 10 se pueden usar para establecer intervalos de tensión para categorizaciones asociadas de materiales para uso por parte del sistema de control en la categorización y clasificación de materiales.

En un ejemplo adicional, el controlador 112 también puede determinar una entrada de categorización secundaria para usar en la categorización de la partícula 104 a partir de los datos de la matriz 250. En un ejemplo, la tasa de cambio de la tensión del sensor se utiliza como entrada de categorización secundaria. En otro ejemplo, la entrada de categorización secundaria puede basarse en una forma calculada, el tamaño, la relación de aspecto, una característica de textura, la desviación típica de tensión, u otra característica del agrupamiento o partícula identificada a partir de los datos del sensor en la matriz como característica secundaria para la partícula. Por ejemplo, la entrada de categorización secundaria puede ser proporcionada por una suma de las tensiones en el área asociada con la región de partículas, un factor de relación de área determinado utilizando un área de partícula dividida por un área de cuadro delimitador, un factor de compacidad determinado como una función del perímetro de la partícula y el área de la partícula, y similares. Las características de textura pueden incluir intervalo, perímetro adimensional (perímetro dividido por la raíz cuadrada del área), número de agujeros creados al establecer un umbral en la partícula o al restar una imagen de intervalo de otra, área total del agujero como proporción del área total, área del agujero más grande como proporción del área y características de textura Haralick. Los valores de textura se pueden obtener para un agrupamiento transformando la matriz mediante una transformada rápida de Fourier (FFT). La magnitud promedio a escala logarítmica en diferentes bandas de frecuencia en la imagen de magnitud FFT se puede utilizar como características de textura distintivas. Algunas características de categorización secundaria, como textura, solo se pueden obtener con el uso de sensores que sean más pequeños que el tamaño de las partículas, para proporcionar una mayor resolución y los datos necesarios para este tipo de análisis.

La entrada de categorización secundaria se puede utilizar por sí misma para categorizar la partícula. Como alternativa, con una entrada de categorización secundaria, la unidad de control 112 puede generar un vector de datos para cada agrupamiento o partícula identificada que incluye la entrada de categorización basada en tensión, y una o más entradas de categorización secundarias. En este escenario, la unidad de control categorizaría la partícula en función del vector de datos, introduciendo el vector de datos en un algoritmo de aprendizaje automático. La unidad de control puede utilizar una máquina de vectores de soporte (SVM), un análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLSDA), una red neuronal, un bosque aleatorio de árboles de decisión, u otra técnica de categorización y aprendizaje automático para evaluar el vector de datos y categorizar la partícula 104. En un ejemplo, se utiliza una red neuronal para categorizar cada una de las partículas de desecho 104 como una de una lista preseleccionada de familias de aleaciones u otra lista preseleccionada de materiales basada en una composición elemental o química basada en el análisis de los datos del sensor y de la matriz. En otros ejemplos, la unidad de control puede usar una tabla de consulta que traza los vectores de datos y luego clasifica el agrupamiento en función de una o más regiones, umbrales o planos de corte. En un ejemplo, la categorización de una partícula 104 puede ser una categorización de múltiples etapas.

En un ejemplo, la unidad de control 112 introduce el vector de datos en una red neuronal para categorizar la partícula. El programa de red neuronal puede "entrenarse" para "aprender" relaciones entre grupos de datos de entrada y salida ejecutando la red neuronal a través de un proceso de "aprendizaje supervisado". Las relaciones así aprendidas podrían usarse para predecir resultados (es decir, organizar por categorías cada una de las partículas de desecho) basándose en un conjunto dado de entradas relacionadas con, por ejemplo, entradas de categorización, conjuntos de datos, histogramas, etc. producidos a partir de muestras representativas de desecho que tengan una química conocida.

La unidad de control 112 puede usar una red neuronal y una lógica de análisis/toma de decisiones para proporcionar un esquema de categorización de materiales de desecho seleccionados para categorizar los materiales usando un sistema de categorización binario, o categorizar la partícula en una de tres o más categorizaciones. Se pueden emplear herramientas de configuración de redes neuronales disponibles comercialmente para establecer una relación funcional generalizada conocida entre conjuntos de datos de entrada y salida. Se pueden emplear técnicas algorítmicas conocidas, como la propagación hacia atrás y el aprendizaje competitivo, para estimar los diversos parámetros o ponderaciones para una clase determinada de datos de entrada y salida. Una vez obtenidas las relaciones funcionales específicas entre las entradas y salidas, la red se puede utilizar con nuevos conjuntos de entradas para predecir valores de salida. Se apreciará que una vez desarrollado, la red neuronal puede incorporar información de una multitud de entradas en el proceso de toma de decisiones para organizar por categorías las partículas de manera eficiente.

Según las circunstancias, se proporciona un sistema para clasificar partículas de material de desecho colocadas aleatoriamente en una cinta transportadora en movimiento, donde al menos algunas de las partículas de desecho comprenden metal. El sistema incluye una cinta transportadora para transportar al menos dos categorías de partículas de desecho colocadas al azar, desplazándose la cinta transportadora en una primera dirección. La agrupación de sensores tiene una serie de sensores de proximidad analógicos, estando situada una cara extrema de detección activa de cada sensor en un plano de detección, siendo el plano de detección paralelo y directamente contiguo a la cinta transportadora. La agrupación de sensores tiene al menos una fila de sensores, extendiéndose cada fila de sensores transversalmente a través de la cinta. Los sensores de una fila pueden estar desplazados transversalmente con respecto a los sensores de una fila contigua. El sistema tiene un sistema de control configurado para recibir y procesar señales analógicas de la serie de sensores de proximidad para identificar y localizar una partícula de desecho en la cinta transportadora que pasa sobre la agrupación. El sistema de control crea una imagen de escaneo lineal (o matriz) correspondiente a una ubicación física en la cinta transportadora analizando las señales analógicas de la agrupación de sensores. Las señales analógicas proporcionan una señal variable dentro de un intervalo de valores de señal y pueden muestrearse y cuantificarse de manera que la señal analógica conserve una resolución de señal de al menos 4 bits, 8 bits, 16 bits o superior. El sistema de control ingresa un valor basado en la señal analógica en una celda de la matriz, correspondiendo cada celda en la matriz a un sensor analógico asociado en la agrupación. El sistema de control identifica celdas en la matriz que contiene una partícula distinguiendo la partícula de un fondo indicativo de la cinta transportadora, y calcula una entrada de categorización para la partícula según los valores para cada celda en la matriz asociada con la partícula. A continuación, el sistema de control clasifica la partícula en una de al menos dos categorizaciones de materiales de desecho utilizando la entrada de categorización. El sistema de control puede comparar la entrada de categorización para la partícula con uno o más umbrales que se seleccionan según al menos dos categorizaciones de materiales de desecho a clasificar. En ejemplos adicionales, el sistema de control usa un primer umbral de tensión para clasificar entre una primera y segunda categorización de materiales, y usa un segundo umbral de tensión para categorizar entre una segunda y una tercera categorización de materiales. En ejemplos adicionales, el sistema de control utiliza información de forma y/o tamaño de la partícula junto con la entrada de categorización para determinar un vector de datos asociado con la partícula, y clasifica la partícula como una función del vector de datos.

Según las circunstancias, se proporciona un método para clasificar partículas de desecho. El método puede usarse para clasificar partículas de desecho. Al menos algunas de las partículas de desecho comprenden metal. En un ejemplo, el método clasifica las partículas que contienen metal y las no metálicas en dos o más categorizaciones. En otros ejemplos, el método clasifica partículas que contienen diferentes metales, o cable frente a no cable, en dos o más categorizaciones. Se recibe una serie de señales analógicas desde una agrupación de sensores que tiene una serie de sensores de proximidad analógicos dispuestos de manera que las caras extremas activas de los sensores se encuentran en un plano de detección común. La serie de señales se procesa para localizar e identificar una partícula de desecho que contiene metal en una cinta transportadora que pasa sobre la agrupación. Cada señal puede cuantificarse para proporcionar un valor que tenga al menos una resolución de 4, 8, 16 bits o más. Se crea una imagen de escaneo lineal o matriz que corresponde a una ubicación física de la cinta transportadora analizando las señales analógicas de la agrupación de sensores, correspondiendo cada celda en la matriz a un sensor analógico asociado en la agrupación. Se ingresa un valor de cada sensor en una celda de la matriz según la ubicación física de la cinta. Las celdas en la matriz que contienen una partícula se identifican distinguiendo la partícula de un fondo indicativo de la cinta transportadora, y se calcula una entrada de categorización para la partícula según los valores para cada celda en la matriz asociada con la partícula. La partícula se clasifica en una de al menos dos categorizaciones de material utilizando la entrada de categorización. La entrada de categorización para la partícula se puede comparar con uno o más umbrales que se seleccionan según al menos dos categorizaciones de materiales a clasificar. En ejemplos adicionales, la partícula se clasifica como una función de un vector de datos que tiene tanto la entrada de categorización como la información de forma y/o tamaño de la partícula determinada usando las celdas en la matriz identificada como la partícula. Luego, la partícula se clasifica en una de las categorizaciones.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) que comprende:

un transportador (102) para transportar al menos dos categorías de partículas de desecho (104) colocadas al azar sobre una superficie del transportador (102), comprendiendo, al menos algunas de las partículas (104), metal, desplazándose el transportador (102) en una primera dirección; teniendo una agrupación de sensores (110) una serie de sensores de proximidad inductivos analógicos dispuestos transversalmente en el transportador (102), en donde una cara extrema de detección activa de cada sensor se encuentra en un plano de detección, en donde el plano de detección es generalmente paralelo a la superficie del transportador (102); y

una unidad de control (112) configurada para muestrear y cuantificar señales analógicas de la serie de sensores en la agrupación, y localizar y categorizar una partícula de desecho (104) en el transportador (102) que pasa sobre la agrupación en una de al menos dos categorías de material según las señales cuantificadas;

en donde la unidad de control (112) está configurada además para formar una matriz correspondiente a una ubicación física en el transportador (102), introducir la señal analógica cuantificada de un sensor en una celda de la matriz, identificar un grupo de celdas en la matriz que contiene una partícula (104) distinguiendo la partícula (104) de un fondo indicativo del transportador (102), calcular una entrada de categorización para la partícula según un valor en al menos una celda de la matriz asociada con el agrupamiento, y categorizar la partícula (104) en una de al menos dos categorías de material según la entrada de categorización.

2. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde la serie de sensores de la agrupación de sensores están dispuestos en al menos una primera fila y una segunda fila de sensores, en donde cada fila de sensores se extiende transversalmente a través del transportador (102); y

en donde los sensores de una primera fila de la agrupación están desplazados transversalmente de los sensores de una segunda fila de la agrupación.

3. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde cada sensor de la agrupación está separado de los sensores contiguos de la agrupación por al menos cinco veces el diámetro del sensor; y

en donde un área de la cara extrema de detección activa de cada sensor está dimensionada para ser del mismo orden que un área proyectada de una partícula de desecho (104).

4. El sistema (100) de la reivindicación 1, que comprende además una unidad de separación (114) situada en línea descendente de la agrupación de sensores;

en donde la unidad de control (112) está configurada además para controlar la unidad de separación (114) para clasificar la partícula (104) en el transportador (102) en función de la ubicación y categorización de la partícula (104).

5. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde cada fila de la matriz tiene una celda asociada con cada sensor de la agrupación (110); y

en donde la señal analógica cuantificada es indicativa de una amplitud de tensión y una tasa de cambio de tensión.

6. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde la unidad de control (112) está configurada además para muestrear y cuantificar cada señal analógica de manera que a la señal analógica cuantificada se le asigne al menos un valor de ocho bits.

7. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde la unidad de control (112) está configurada además para categorizar la partícula (104) comparando la entrada de categorización para la partícula (104) con uno o más umbrales que se seleccionan según al menos dos categorías de materiales.

8. El sistema (100) de la reivindicación 7, en donde la unidad de control (112) está configurada para usar un primer umbral de tensión para distinguir entre una primera y segunda categorías de materiales, y usar un segundo umbral de tensión para clasificar entre una segunda y una tercera categorías de materiales.

9. El sistema (100) de la reivindicación 1, en donde la unidad de control (112) está configurada además para utilizar una entrada de categorización secundaria determinada a partir de la agrupación de sensores (110) junto con la entrada de categorización para determinar un vector de datos asociado con la partícula (104), y categorizar la partícula (104) en función del vector de datos.

10. Un método que comprende:

detectar partículas de desecho (104) sobre una superficie de una cinta transportadora en movimiento (102) usando una agrupación de detección (110) con una serie de sensores de proximidad analógicos dispuestos de manera que las caras extremas activas de cada uno de los sensores se encuentren en un plano de detección común, siendo el plano de detección común generalmente paralelo a la superficie de la cinta transportadora; muestrear y cuantificar una señal analógica de cada uno de los sensores de la agrupación (110) usando una unidad de control (112) para proporcionar un valor cuantificado correspondiente;

creando una matriz correspondiente a una ubicación física temporizada de la cinta transportadora (102) usando la unidad de control (112) e ingresando valores cuantificados en celdas de la matriz;

identificar un grupo de celdas en la matriz como una partícula (104) usando la unidad de control (112) distinguiendo la partícula (104) de un fondo indicativo de la cinta transportadora (102); y

categorizar la partícula (104) usando la unidad de control (112) en una de al menos dos categorías de material usando una entrada de categorización calculada a partir de los valores en el grupo de celdas en la matriz asociada con la partícula (104).

11. El método de la reivindicación 10, en donde cada celda de una fila de la matriz corresponde a un sensor asociado de la agrupación (110); y

en donde el valor cuantificado es representativo de una amplitud de tensión y una tasa de cambio de tensión.

12. El método de la reivindicación 10, en donde la unidad de control (112) introduce el valor cuantificado en una celda correspondiente de la matriz si el valor cuantificado cae dentro de un intervalo predefinido de valores.

13. El método de la reivindicación 10, en donde la partícula (104) se categoriza usando la unidad de control (112), comparando la entrada de categorización con uno o más umbrales que se seleccionan según al menos dos categorías de materiales a clasificar.

14. El método de la reivindicación 10, en donde la partícula (104) se categoriza usando la unidad de control (112), comparando la entrada de categorización con un primer umbral para distinguir entre la primera y la segunda categoría de materiales, y con un segundo umbral para distinguir entre la segunda y la tercera categoría de materiales.

15. El método de la reivindicación 10, que comprende además determinar una entrada de categorización secundaria para la partícula (104) en el agrupamiento de celdas;

en donde la partícula (104) se categoriza usando la unidad de control (112) en una de al menos dos categorías en función de un vector de datos para el agrupamiento, comprendiendo el vector de datos la entrada de categorización y la entrada de categorización secundaria.

16. El método de la reivindicación 10, en donde la unidad de control (112) categoriza la partícula (104) introduciendo el vector de datos en un algoritmo de aprendizaje automático.