KR102070694B1 - 레이저 유도붕괴 분광분석을 이용한 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

레이저 유도붕괴 분광분석을 이용한 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
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    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour

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Abstract

본 발명에 따른 금속 분류 시스템의 동작 방법은, 감지 센서로부터 폐금속의 색깔을 검출하는 단계, LIDAR(laser light and ranging) 센서로부터 상기 폐금속의 형상을 검출하는 단계, 및 상기 검출된 색깔 정보 및 상기 검출된 형상 정보를 이용하여 LIBS(laser induced breakdown spectroscopy) 신호의 조사 위치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이저 유도붕괴 분광분석을 이용한 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법{METAL SORTING SYSTEM USING LASER INDUCED BREAKDOWN SPECTROSCOPY AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 레이저유도붕괴분광분석을 이용한 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 재활용은 자원절약 차원에서 국가적 역점 사업이며, 우리나라뿐 아니라 전 세계적으로 추진되고 있다. 기존의 폐자원 선별기술로는 근적외선을 이용한 플라스틱 분류, 가시광을 이용한 색상별 분류, X-ray를 이용한 금속분류 등이 있으나, 활용성이 낮은 것으로 평가된다. 전자기 센서의 경우 금속 및 비금속의 분류는 가능하나 금속별 분류는 불가능하다. 이를 대체하기 위해 전세계 적으로 레이저유도붕괴분광분석 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반의 자동선별 폐자원을 실시간으로 정확하고 빠르게 분류하는 시스템에 관심이 높아지고 있다. 레이저유도붕괴분광분석 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반 기술은 자원에 나노초의 펄스레이저를 조사할 때 발생되는 플라즈마의 분광신호는 금속의 성분조성에 따라 달라지므로 분광기를 이용하여 플라즈마 분광을 수집, 분석함으로써 금속의 종류 및 구성성분을 알아내는 기술이다. 그런데 펄스레이저를 조사할 자원의 표면이 오염되어있거나 그 중 일부분이 다른 자원인 경우 분광신호가 약해지거나 달라져 분류 정확도가 떨어지는 현상이 발생한다. 또한 일부 자원의 경우 레이저를 조사할 만큼의 공간이 확보되지 않을 수도 있다.
공개특허: 10-2012-0063166, 공개일: 2012년 06월 15일, 발명의 명칭: 금속 스크랩의 분리수거장치 공개특허: 10-2009-0095459, 공개일: 2009년 09월 08일, 발명의 명칭: 스크랩 자동선별장치 국제공개특허: WO/2008/122622, 공개일: 2008년 10월 16일, 제목: DEVICE AND METHOD FOR ANALYZING A HETEROGENEOUS MATERIAL BY MEANS OF LASER-INDUCED PLASMA SPECTROSCOPY
본 발명의 목적은 금속 분류의 정확도를 높이는 레이저 유도붕괴 분광분석을 이용한 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 분류 시스템의 동작 방법은: 감지 센서로부터 폐금속의 색깔을 검출하는 단계; LIDAR(light detection and ranging) 센서로부터 상기 폐금속의 형상을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 색깔 정보 및 상기 검출된 형상 정보를 이용하여 LIBS(laser induced breakdown spectroscopy) 신호의 조사 위치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 감지 센서는 2D 감지 센서를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 LIDAR 센서는 2D 감지 센서 및 라인 레이저를 포함하고, 삼각 측량에 의해 상기 폐금속의 형상을 검출할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 2D 감지 센서에서 검출된 2D 이미지 플레인을 상기 라인 레이저의 대응하는 라인 레이저 이미지로 투영 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 단계는, 상기 감지 센서로부터 상기 폐금속의 컬러 프로파일들을 수신하는 단계; 및 상기 LIDAR 센서로부터 상기 폐금속의 높이 프로파일들을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 단계는, 상기 높이 프로파일들을 이용하여 물체를 분리하는 단계; 상기 분리된 물체로부터 플랫-하이 영역을 탐색하는 단계; 및 상기 컬러 프로파일들로부터 비오염 영역을 탐색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 플랫-하이 영역을 탐색하는 단계는, 좌표축 각각에 대한 기울기를 계산하는 단계; 및 평균 높이보다 큰 영역을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 단계는, 상기 플랫-하이 영역과 상기 비오염 영역을 매칭시키는 단계; 상기 매칭된 데이터로부터 최적의 상기 조사 위치를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 조사 위치를 검출 및 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 매칭시키는 단계는, 상기 높이 프로파일들에 대응하는 이미지 및 상기 컬러 프로파일들에 대응하는 이미지를 리사이징 하는 단계; 및 상기 높이 프로파일들 데이터와 상기 컬러 프로파일들 데이터에 대한 이미지 코릴레이션을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 자석에 의해 철 혹은 자성체를 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 분류 시스템은, 폐금속을 이송하는 이송 장치; 이송 장치 위에 상기 폐금속의 색깔 및 형상을 검출하는 감지 장치; 상기 검출된 색깔 정보 및 형상 정보를 이용하여 상기 폐금속에 LIBS 신호를 조사하고, 상기 폐금속의 성분을 분석하는 LIBS 장치; 상기 LIBS 장치에 의해 성분 분석 정보를 이용하여 분류된 폐금속을 토출하는 토출 장치; 및 상기 감지 장치, 상기 LIBS 장치, 및 상기 토출 장치를 제어하는 통합 제어기를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 감지 장치는, 상기 폐금속의 상기 색깔 정보를 출력하는 제 1 감지 센서; 상기 폐금속의 상기 형상 정보를 출력하는 LIDAR 센서를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 LIDAR 센서는, 삼각 측정법에 따라 상기 폐금속의 높이를 검출하기 위한 제 2 감지 센서 및 라인 레이저를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 통합 제어기는, 상기 색깔 정보 및 상기 형상 정보를 이용하여 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 통합 제어기는, 상기 색깔 정보에 대응하는 컬러 프로파일들, 상기 형상 정보에 대응하는 높이 프로파일들을 수신하고, 상기 높이 프로파이들로부터 물체를 분리하고, 상기 분리된 물체로부터 플랫-하이 영역을 탐색하고, 상기 컬러 프로파일들로부터 비오염 오염 영역을 탐색하고, 상기 플랫-하이 영역과 상기 비오염 영역을 매칭함으로써 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 분류 시스템 및 그것의 동작 방법은, 색깔 정보 및 형상 정보를 이용하여 LIBS 조사 위치를 최적화시킴으로써, 폐금속을 보다 정확하게 분류할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 분류 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 금속 분류 시스템(100)의 실시 예를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치(120)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 일반적인 삼각측량 LIDAR의 동작 원리를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 투영 변환의 물리적인 의미를 설명하는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 투영 변환 원리를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 레이저 조사 위치를 선택하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 물체를 분리하는 이유를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플랫-하이 영역을 계산하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 높이 프로파일 데이터와 컬러 프로파일 데이터를 매칭하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 11는 선별된 비오염 영역과 플랫 하이 영역에서 측정 점을 최종 선정 검증하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 폐금속 분류 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
폐금속 스크랩과 같이 형상 및 크기가 다양하고 이동하는 샘플의 LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy; 레이저 유도파괴 분광) 분석을 위해서는 고속으로 원하는 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있는 스캐닝 미러를 사용하는 것이 유리하며, 또한 샘플의 크기가 달라질 경우 각 샘플 표면에서 레이저빔의 초점크기가 달라지며 궁극적으로 획득하는 신호의 특성이 변하는 결과를 초래한다. 따라서 본 발명에서는 각 스크랩의 높이 정보를 바탕으로 샘플 표면에 항상 레이저 초점이 위치할 수 있도록 하는 실시간 고속 초점거리 제어 장치 시스템을 개시한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 분류 시스템(100)을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 금속 분류 시스템(100)은 이송 장치(110), 감지 장치(120), LIBS 장치((130), 토출 장치(140) 및 통합 제어기(150)를 포함할 수 있다.
이송 장치(110)는 폐금속을　이송하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 이송 장치(110)는 컨베이어 벨트(conveyor belt)를 포함할 수 있다.
감지 장치(120)는 벨트 위에 폐금속의 위치, 형상, 그리고　색깔을 감지하도록 구현될 수 있다.
LIBS 장치(130)는 이송되는 폐금속에 LIBS 레이저를 조사하여 각각의 금속 성분을 확인하도록 구현될 수 있다. LIBS 장치(130)는 초점 제어 구동 기술(auto-focus)과 스캐닝 구동 기술(Galvano)에 의해 구현될 수 있다. 초점제어 구동 기술은 2 개의 렌즈간의 간격이 고속으로 변함으로써 최종적으로 샘플 표면에 도달하는 초점 거리가 변하는 원리를 이용한다. 스캐닝 구동 기술은 2 개의 회전 운동을 하는 거울이 고속 회전 운동을 함으로써 레이저 조사 방향이 바뀌는 원리를 이용한다. 추가로, LIBS 장치(130)는 표면 오염 제거 구동 기술을 적용할 수 있다. 표면 오염 제거 구동 기술은 오염이 심한 표면의 고출력 레이저 어블리에이션을 통해 오염 물질을 제거한 후, LIBS 신호를 측정하는 자체 클리닝(self-cleaning) 최적 조건 및 공정 기술을 포함한다.
토출 장치(140)는 폐금속을 종류별로 다른 컬렉션 박스에 토출 하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 토출 시스템(140)은 에어 나이프(air knife), 킥커(kicker) 등을 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 폐금속은 구리, 알루미늄, 스테인레스강 등을 포함할 수 있다.
통합 제어기(150)는 금속 분류 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 통합 제어기(150)는 감지 장치(120)로 샘플 측정을 명령하고, 감지 장치(120)로부터 샘플 투입 시간, 샘플 위치, 형상, 색깔 등의 정보를 수신할 수 있다. 실시 예에 있어서, 통합 제어기(150)는 LIBS 장치(130)에 조사 위치에 대한 정보를 제공하고, LIBS 장치(130)로부터 샘플에 대한 분광 정보를 수신할 수 있다. 실시 예에 있어서, 통합 제어기(150)는 토출 장치(140)로 샘플 토출 시간 및 선별 결과를 전송할 수 있다.
실시 예에 있어서, 통합 제어기(150)는 하드웨어/소프트웨어/펌웨어적으로 구현될 수 있다.
한편, 도 1에 도시되지 않았지만, 금속 분류 시스템(100)은 철, 자성체를 일차적으로 분류하기 위한 자석을 더 포함할 수 있다.
실제 현장에서는 아래와 같이 색깔 표면, 형상, 오염도 등이 다양한 종류의 자원이 섞여서 발생한다.
도 2는 도 1에 도시된 금속 분류 시스템(100)의 실시 예를 예시적으로 보여주는 도면이다. 감지 장치(120) 및 LIBS 장치(130)는 고정 지지대에 연결되고, 이송 장치(110)의 벨트 위에 움직이는 폐금속을 감지 및 성분을 분석할 수 있다. 실시 예에 있어서, 폐금속은 비철금속일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 장치(120)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 감지 장치(120)는 제 1 이미지 센서(121), 제 1 이미지 센서(122), 라인 레이저(123), 및 제어 유닛(124)를 포함할 수 있다.
제 1 이미지 센서(121)는 앞 단에 색상정보를 획득할 수 있는 2D 이미지 센서를 포함할 수 있다. 제 1 이미지 센서(121)는 자원의 색상의 RGB 값을 획득할 수 있다. 비전 알고리즘을 통해 자원 표면의 평균 or RGB 분포도 값을 기반으로 자원 표면 중 상대적으로 오염도가 높은 부분이 탐색될 수 있다. 이러한 방법으로 찾은 오염도가 높은 부분을 회피하여 레이저를 조사시킴으로써, 자원의 분류 정확도가 향상될 수 있다. 추가로 2D 이미지 센서(121)는 자원 표면의 RGB의 분포도를 기반으로 자원을 분류하는 알고리즘(예: 구리 주황색)을 개발함으로써 분류 정확도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 제 1 이미지 센서(121)는 컬러 센서의 측정 속도를 제어함으로써 실시간으로 폐금속의 형상 정보를 색깔 정보와 결합하도록 구현될 수 있다.
라인 레이저(122)는 임의의 위치에 레이저를 조사하도록 구현될 수 있다.
제 2 이미지 센서(122)는 2D 이미지 센서를 포함할 수 있다.
제어 유닛(123)은 도 1의 통합 제어기(150)의 일부 구성일 수 있다.
라인 레이저(122), 제 2 이미지 센서(123) 및 제어 유닛(123)은 벨트 위에 폐금속의 높이 정보 및 위치 정보를 획득할 수 있다. 여기서 라인 레이저(122), 제 2 이미지 센서(123)는 삼각측량(triangulation) LIDAR(light detection and ranging) 센서로 구성할 수 있다. 즉, 라인 레이저(122)와 제 2 이미지 센서(123)는 삼각 측량 원리를 이용하여 이동중인 폐금속의 실시간 형상 정보를 획득할 수 있다.
도 4는 일반적인 삼각측량 LIDAR의 동작 원리를 예시적으로 보여주는 도면이다. 초기 광학 설계로부터 α, d, l, θ를 알 수 있다. 여기서 α는 물체로부터 렌즈까지의 각도이고, d는 원점에서 렌즈까지의 거리이고, l은 물체의 높이 프로필이고, θ는 원점으로부터 렌즈까지의 각도이다. 이때, 물체의 높이 h는 다음과 같은 수식을 만족한다.
Figure 112018014596569-pat00001
Figure 112018014596569-pat00002
Figure 112018014596569-pat00003
여기서 f는 초점 거리이고, s는 픽셀 거리이다.
한편, 삼각측량 LIDAR에 따르면, 높이와 폭의 조절에 대한 광학적 문제(렌즈 왜곡)가 야기될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 투영 변환의 물리적인 의미를 설명하는 도면이다. W는 스케일 팩터이고, x, y는 변환하기 위한 좌표이고, x', y'는 변환된 좌표이다. h1, h2, h3, h4는 각각 로테이션(rotation), 스케일링(scaling), 시어링(shearing), 리플렉션(reflection), h3 및 h6는 트랜스레이션(translation), h7 및 h8는 퍼스펙티브(perspective) 계수이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 투영 변환 원리를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 캘리브레이션 보드 판을 이용해 이미지 센서의 2D 이미지 플레인과 라인 레이저의 라인 레이저 플레인 사이의 투영 변환이 수행될 수 있다. 이로써, 물체의 측정에 대한 정확도가 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어기(150)의 레이저 조사 위치를 선택하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 레이저 조사 위치를 선택하는 과정은 크게, 물체에 대한 높이 프로파일과 컬러 프로파일을 수신하는 단계, 탐색 영역을 계산하는 단계, 매칭하는 단계, 및 결정하는 단계로 구분될 수 있다.
감지 장치(110)로부터 측정된 물체에 대한 높이 프로파일과 컬러 프로파일이 통합 제어기(150)에 수신될 수 있다.
통합 제어기(150)는 물체에 대한 높이 프로파일을 수신하고, 물체를 분리 한 뒤에, 플랫-하이 영역(flat-high area)을 계산할 수 있다. 통합 제어기(150)는 물체에 대한 컬러 프로파일을 수신하고, 비오염 영역(uncontaminated area)을 계산할 수 있다.
이후, 플랫-하이 영역과 비오염 영역을 매칭시킬 수 있다. 매칭된 데이터로부터 최적의 레이저 조사 위치가 선택될 수 있다. 선택된 조사 위치에 대한 오염 검증이 수행되고, 그에 따른 결과가 최종적으로 출력될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 물체를 분리하는 이유를 설명하는 도면이다. 하나의 물체를 복수로 인식하는 경우, 같은 물체에 대한 측정 시간이 오래 걸리고, 그 결과 물체 분류 속도가 감소될 수 있다. 이 때문에 물체들이 각각으로부터 분리되어야 한다. 이미지 내에서 윈도우를 움직여가면서　근처에 이미지 값 있으면　물체를 한 덩어리로 묶는 라벨링 알고리즘(labeling algorithms)이 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플랫-하이와 언컨티메이트 영역을 계산하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
LIBS 측정 신호 향상을 위해 광학적으로 평평한 지점이 선정되어야 하고 사각지대가 회피되어야 한다. 물체의 분리가 이루진 후에, 높이 맵으로부터 X축과 Y축의 기울기가 계산될 수 있다. 20°도 보다 작은 기울기 지역이 계산될 수 있다. 동시에 높이 맵으로부터 평균 높이보다 큰 영역이 계산될 수 있다. 이렇게 계산된 결과들로부터 플랫-하이 영역이 계산될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 높이 프로파일 데이터와 컬러 프로파일 데이터를 매칭하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 광학 오차 보정을 위해 리사이징(resizing)이 수행되고, 엔코더 보정을 위해 이미지 코릴레이션(image correlation)이 수행될 수 있다.
도 11은 선별된 비오염 영역과 플랫 하이 영역에서 측정 점을 최종 선정 검증하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 최종 선정은 RGB 값, 높이 값, 기울기 값을 정규화 시킨 다음에 가중(weighting)을 하여 피크점을 찾아내는 과정이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 폐금속 분류 시스템(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 12를 참조하면, 폐금속 분류 시스템(100)의 동작 방법은 다음과 같다.
감지 장치(120)는 폐금속의 색깔을 검출할 수 있다(S110). 또한 감지 장치(120)는 폐금속의 형상을 검출할 수 있다(S120). 검출된 폐금속의 색깔 정보 및 형상 정보를 이용하여 LIBS 조사 위치가 선택될 수 있다(S130). 이후 LIBS 장치(130)로부터 폐금속의 성분 분석이 수행되고, 이를 근거로 하여 폐금속 분류가 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
100: 금속 분류 시스템
110: 이송 장치
120: 감지 장치
130: LIBS 장치
140: 토출 장치
150: 통합 제어기

Claims (15)

  1. 금속 분류 시스템의 동작 방법에 있어서:
    감지 센서로부터 폐금속의 색깔을 검출하는 단계;
    LIDAR(light detection and ranging) 센서로부터 상기 폐금속의 형상을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 색깔 정보 및 상기 검출된 형상 정보를 이용하여 LIBS(laser induced breakdown spectroscopy) 신호의 조사 위치를 선택하는 단계;를 포함하고,
    상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 단계는,
    상기 감지 센서로부터 상기 폐금속의 컬러 프로파일들을 수신하는 단계;
    상기 LIDAR 센서로부터 상기 폐금속의 높이 프로파일들을 수신하는 단계;
    상기 높이 프로파일들을 이용하여 물체를 분리하는 단계;
    상기 분리된 물체로부터 플랫-하이 영역을 탐색하는 단계; 및
    상기 컬러 프로파일들로부터 비오염 영역을 탐색하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 센서는 2D 감지 센서를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LIDAR 센서는 2D 감지 센서 및 라인 레이저를 포함하고, 삼각 측량에 의해 상기 폐금속의 형상을 검출하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2D 감지 센서에서 검출된 2D 이미지 플레인을 상기 라인 레이저의 대응하는 라인 레이저 이미지로 투영 변환하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫-하이 영역을 탐색하는 단계는,
    좌표축 각각에 대한 기울기를 계산하는 단계; 및
    평균 높이보다 큰 영역을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 단계는,
    상기 플랫-하이 영역과 상기 비오염 영역을 매칭시키는 단계;
    상기 매칭된 데이터로부터 최적의 상기 조사 위치를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 조사 위치를 검출 및 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 매칭시키는 단계는,
    상기 높이 프로파일들에 대응하는 이미지 및 상기 컬러 프로파일들에 대응하는 이미지를 리사이징 하는 단계; 및
    상기 높이 프로파일들 데이터와 상기 컬러 프로파일들 데이터에 대한 이미지 코릴레이션을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    자석에 의해 철 혹은 자성체를 분류하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 폐금속을 이송하는 이송 장치;
    이송 장치 위에 상기 폐금속의 색깔 및 형상을 검출하는 감지 장치;
    상기 검출된 색깔 정보 및 형상 정보를 이용하여 상기 폐금속에 LIBS(laser induced breakdown spectroscopy) 신호를 조사하고, 상기 폐금속의 성분을 분석하는 LIBS 장치;
    상기 LIBS 장치에 의해 성분 분석 정보를 이용하여 분류된 폐금속을 토출하는 토출 장치; 및
    상기 감지 장치, 상기 LIBS 장치, 및 상기 토출 장치를 제어하는 통합 제어기;를 포함하고,
    상기 통합 제어기는,
    상기 색깔 정보에 대응하는 컬러 프로파일들, 상기 형상 정보에 대응하는 높이 프로파일들을 수신하고, 상기 높이 프로파일들로부터 물체를 분리하고, 상기 분리된 물체로부터 플랫-하이 영역을 탐색하고, 상기 컬러 프로파일들로부터 비오염 영역을 탐색하는 금속 분류 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 장치는,
    상기 폐금속의 상기 색깔 정보를 출력하는 제 1 감지 센서;
    상기 폐금속의 상기 형상 정보를 출력하는 LIDAR 센서를 포함하는 금속 분류 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서
    상기 LIDAR 센서는, 삼각 측정법에 따라 상기 폐금속의 높이를 검출하기 위한 제 2 감지 센서 및 라인 레이저를 포함하는 금속 분류 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 통합 제어기는,
    상기 색깔 정보 및 상기 형상 정보를 이용하여 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 금속 분류 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 통합 제어기는,
    상기 플랫-하이 영역과 상기 비오염 영역을 매칭함으로써 상기 LIBS 신호의 조사 위치를 선택하는 금속 분류 시스템.
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