IT202100016748A1 - Linea multi-sensore per l’identificazione e la separazione di materiale metallico non ferroso e/o inerte da rottame su nastro trasportatore. - Google Patents
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Description
Linea multi-sensore per l?identificazione e la separazione di materiale metallico non ferroso e/o inerte da rottame su nastro trasportatore
L?invenzione ha per oggetto una linea per l?identificazione e la separazione di materiale metallico non ferroso e/o inerte da rottame su nastro trasportatore.
Il riciclo dei materiali, in particolar modo quelli metallici ? una realt? in forte crescita, sia per quanto concerne i volumi trattati che per il fatturato annuo.
Una delle grandi esigenze di chi si occupa di riciclo di materiali metallici negli ultimi tempi ? quello di poter selezionare in modo puntuale il rottame utilizzato. In particolar modo materiali costosi come il rame.
Altro tema, che richiede uno sviluppo tecnologico, riguarda il personale coinvolto. Allo stato attuale sono necessarie diverse persone per l?attivit? di smistamento con aumento dei costi per chilo di materiale riciclato e il mantenimento di posti di lavoro a basso contenuto di specializzazione e realizzazione professionale.
Infatti, questa attivit? di smistamento solitamente viene fatta in ambienti sporchi, ed ? caratterizzata quasi sempre da azioni ripetitive che richiedono forte attenzione e non meno importante gli sforzi fisici a volte rilevanti, in quanto alcuni campioni da selezionare pesano anche una decina di chilogrammi.
La figura 1 allegata illustra una linea tipica, attualmente in uso, di selezione e riciclo dei metalli, che presenta una stazione di triturazione 10 del rottame e dei rifiuti metallici in ingresso 9 con risultante materiale misto 11 composto prevalentemente da materiale ferroso ma anche rame e alluminio cos? come materiali inerti come plastica, gomma o stracci.
Il materiale misto, procedendo su nastro trasportatore 12, viene quindi successivamente suddiviso attraverso separatori automatici 13, 14, di tipo magnetico, vibrante, a gravit? ecc.. che purificano la maggior parte del materiale ferroso 15.
Il risultato della fase di separazione viene ulteriormente selezionato attraverso una cernita manuale 16 dove fili di rame e stracci o altri materiali inerti 17 vengono separati dal materiale ferroso 18 che prosegue lungo il nastro trasportatore, da cui viene poi prelevato.
La fase di cernita manuale occupa un ruolo fondamentale nella selezione del materiale in quanto permette sia di estrarre materiali costosi come il rame, operazione che porterebbe ad un aumento dell?effettivo materiale riciclato, sia di migliorare la qualit? del materiale ferroso risultante, eliminando tutte le impurit? non rilevabili dai separatori automatici.
Allo stato attuale la fase di smistamento manuale presuppone l?impiego di diverse persone a cui viene richiesto lo svolgimento di operazioni particolarmente ripetitive, pertanto ogni fisiologico calo di attenzione porta ad un impatto sulla qualit? del prodotto finale.
Inoltre, l?attivit? ? spesso svolta in ambienti di lavoro critici sia dal punto di vista della salute che della sicurezza, essendo caratterizzata da sforzi fisici spesso rilevanti dato che i campioni da selezionare possono pesare diversi chilogrammi.
Con un sistema automatizzato queste posizioni possono essere ridotte drasticamente per essere impiegate in altri settori. Lo sviluppo di un macchinario in grado di operare attraverso innovative tecnologie di riconoscimento e gestione dei materiali in modalit? di fondamentale automazione consente di operare in un ambito di forte prospettiva con un prodotto che determinerebbe un rilevante vantaggio competitivo.
L?invenzione propone di realizzare una linea destinata a superare gli inconvenienti ora enunciati ed in particolare una linea dotata di sistema di identificazione e selezione automatica del materiale che si propone come alternativa alla fase di cernita manuale discussa precedentemente, andando ad eliminare tutte le problematiche di una fase del processo di smistamento ad oggi ancora a scarso livello tecnologico e con ampi margini di innovazione.
Il sistema di identificazione proposto ? in grado di operare in modo completamente automatizzato sia per quanto riguarda la movimentazione dei campioni da estrapolare, sia per le operazioni di cernita vere e proprie, ovvero l?individuazione e la scelta dei materiali di interesse.
I vantaggi di un sistema simile rispetto al metodo corrente sono molteplici:
evitare di impiegare personale in operazioni ripetitive ed in ambiente critico,
poter operare in continuo su 24 ore;
aumentare i margini sulle riduzioni dei costi operativi, ridurre le barriere al riciclo dei materiali.
Per questi ed ulteriori scopi che meglio saranno compresi in seguito l?invenzione propone di realizzare una linea multi-sensore per l?identificazione e la separazione di materiale metallico non ferroso e/o inerte da rottame su nastro trasportatore secondo la rivendicazione 1.
L?invenzione sar? ora descritta facendo riferimento ai disegni allegati in cui:
la figura 1 illustra, come gi? detto, una linea tipica, attualmente in uso, di selezione e riciclo dei metalli (tecnica nota);
la figura 2 illustra la linea di selezione e riciclo dei metalli secondo l?invenzione;
la figura 3 illustra un particolare della linea di figura 2.
La parte iniziale di linea comprendente mezzi di triturazione 10 e di separazione automatici 13, 14 operanti lungo il nastro trasportatore su cui avanzano i rottami rimane invariata rispetto alla tecnica nota.
La linea secondo l?invenzione prevede, inoltre, due macro-blocchi 19 e 20 illustrati nelle figure 2 e 3 che vengono sostituiti all?attivit? manuale 16 della linea tradizionale di figura 1.
Il primo macro-blocco 19 si occupa dell?identificazione e della selezione del materiale da estrarre mediante l?utilizzo di diverse tecnologie di screening.
Il secondo macro-blocco 20 ha lo scopo di estrarre dal nastro trasportatore 12 le sole parti individuate in precedenza, per poi depositarle in appositi contenitori di raccolta esterni al nastro stesso.
La progettazione dell?apparato predispone il sistema di un certo grado di modularit?, permettendo l?adattabilit? a diversi impianti produttivi sia dal punto di vista degli ingombri a disposizione, sia dal punto di vista di quantit? e tipo di processo produttivo. I diversi blocchi infatti possono essere posizionati in serie o in parallelo per meglio adeguarsi alla produzione servita.
Il blocco di identificazione 19 di figura 2 prevede un sistema di scansione cos? composto:
uno scanner 3D 19? che ha il compito di identificare tutte le parti di materiale in transito sul nastro trasportatore, in modo da mapparle per le successive fasi di analisi ed eventuale prelievo mediante bracci robotizzati, il sistema acquisisce una nuvola di punti 3D dei pezzi in transito sul nastro, caratterizzando il materiale secondo la loro morfologia, volume, orientamento e posizione. La tecnologia dello scanner pu? essere sia di tipo profilometro con lama laser che snapshot;
una telecamera 2D preferibilmente a colori 19?? utilizzata in combinazione con un sistema di intelligenza artificiale per individuare parti di materiale dalla geometria e/o dai colori noti, permettendo di identificare sia il materiale inerte da scartare, inteso come materiale di scarto non metallico, sia le componenti contenente rame. La telecamera pu? essere sia di tecnologia matriciale che lineare e pu? essere abbinata ad un sistema di illuminazione con lo scopo di illuminare in modo uniforme la scena. Gli algoritmi di intelligenza artificiale preferenziali sono basati su tecniche di Deep Learning che permettono la classificazione autonoma degli oggetti ispezionati. La rete neurale viene addestrata sulla stessa tipologia di materiale processato dal sistema e permette un aggiornamento costante delle informazioni apprese con il fine di ottimizzare continuamente le performance del sistema.
Vantaggiosamente, ma non obbligatoriamente, il blocco di identificazione 19 pu? prevedere anche un sistema di rilevazione XRF (X-Ray Fluorescence Analysis) 19??? illustrato in figura 3 che ha lo scopo di caratterizzare i materiali dal punto di vista elementare, individuando ad esempio le parti in rame.
Il sistema di rivelazione XRF ? composto da uno o pi? tubi a raggi X e uno o pi? rivelatori di raggi X a dispersione di energia.
I rivelatori raccolgono spettri di raggi X caratteristici e diffusi in un intervallo minimo tra 5 e 15 keV. I rivelatori sono preferenzialmente di tipo silicon drift detector (SDD) con ASIC dedicato come pre-amplificatore sensibile alla carica (charge sensitive pre-amplifier realizzato in tecnologia CMOS) per permettere migliori prestazioni ad alto rateo di conteggi. Il tubo a raggi X non sar? con target in rame ma preferibilmente in molibdeno. Il sistema ? modulare adottando diverse sorgenti e diversi rivelatori per coprire la larghezza del nastro trasportatore ed eventualmente moltiplicati e/o disposti in posizioni diverse lungo la lunghezza del nastro trasportatore per velocizzare la rivelazione e aumentare l?accuratezza del sistema.
Il risultato del coordinamento dei diversi sistemi implementati nel blocco di identificazione permette di isolare le parti da estrarre e il motivo per cui devono essere estratte (materiale metallico non ferroso o inerte).
Il blocco di movimentazione 20 consiste in uno o pi? bracci robotizzati la cui tecnologica varia in base al tipo di materiale da estrarre cos? come in base al tipo di processo e alla velocit? di smistamento richiesta.
La figura 3 illustra il caso dell?impiego dei tre sopracitati blocchi di identificazione 19 e di un blocco di movimentazione 20 costituito da pi? bracci robotizzai.
Una unit? di controllo 21 gestisce e controlla i due blocchi di identificazione 19 e di movimentazione 20.
Il prelievo pu? essere fatto da sistemi robotizzati antropomorfi quando la produzione presenta pesi di materiale importanti e una velocit? di trasporto conforme alle caratteristiche di un robot antropomorfo.
In alternativa, quando i materiali da prelevare hanno peso contenuto e/o quando la velocit? di produzione ? eccessiva per i robot antropomorfi possono essere implementati sistemi robotizzati a delta o scara, che trovano ampio utilizzo in tutte le applicazioni di picking da nastri trasportatori.
Il macchinario oggetto dell?invenzione offre un ottimo grado di modularit? per potersi adeguare ai diversi impianti produttivi. L?impiego di pi? bracci robotizzati permette sia di servire linee con produttivit? elevata, che di migliorare la resa del sistema prelevando materiale anche in situazioni di grande densit? di quest?ultimo.
In sistemi multi-robot serie, nel caso in cui il materiale non prelevato dal nastro fosse erroneamente mosso dai primi robot, una soluzione consisterebbe nell?implementazione di ulteriori scanner 3D interposti tra i diversi bracci robotizzati.
Una disposizione parallela annullerebbe questo rischio, permettendo ad entrambi i robot di operare a valle dello stesso sistema di scansione.
Claims (4)
1. Linea multi-sensore per l?identificazione e la separazione di materiale metallico non ferroso e/o inerte da rottame avanzante lungo un nastro trasportatore (12) che presenta:
- una stazione di triturazione (10) del rottame e dei rifiuti metallici in ingresso (9) con risultante materiale misto (11) composto da metalli ferrosi e non ferrosi, nonch? materiali inerti;
- una serie di separatori automatici (13, 14) che estrapolano la maggior parte del materiale ferroso (15);
la linea essendo caratterizzata dalla ulteriore presenza di:
- un primo macro-blocco (19), costituito da un sistema di scansione del materiale purificato dalle precedenti fasi di separazione per l?individuazione con tecniche di intelligenza artificiale del rimanente materiale metallico non ferroso e inerte;
- un secondo macro-blocco (20) consistente in uno o pi? bracci robotizzati aventi lo scopo di estrarre dal nastro trasportatore (12) le sole parti di materiale individuate dal primo macroblocco, per poi depositarle in appositi contenitori di raccolta esterni al nastro stesso;
- una unit? di controllo (21) che gestisce e controlla i due blocchi di identificazione (19) e di movimentazione (20).
2. Linea secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che il blocco di identificazione (19) prevede un sistema di scansione cos? composto:
- almeno uno scanner 3D (19?) che identifica tutte le parti di materiale in transito sul nastro trasportatore, in modo da mapparle per le successive fasi di analisi ed eventuale prelievo dai bracci robotizzati.
- almeno una telecamera 2D (19??) utilizzata in combinazione con un sistema di intelligenza artificiale per individuare parti di materiale dalla geometria e/o dai colori noti, permettendo di identificare il materiale inerte e metallico non ferroso da scartare.
3. Linea secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che il blocco di identificazione (19) prevede anche un sistema di sensori XRF (X-Ray Fluorescence Analysis) (19???) che caratterizza i materiali, dal punto di vista elementare; il sistema XRF essendo composto da uno o pi? tubi a raggi X e uno o pi? rivelatori di raggi X a dispersione di energia.
4. Linea secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che il blocco di movimentazione (20) consiste in uno o pi? bracci robotizzati la cui tecnologia varia in base al tipo di materiale da estrarre cos? come in base al tipo di processo e alla velocit? di smistamento richiesta.
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