KR102281696B1 - 레이저 유도 기술 기반 폐금속 자동선별 시스템 - Google Patents

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Abstract

LIBS 기반 폐금속 선별 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 LIBS 기반 폐금속 선별 시스템은, 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치, ‘상기 레이저가 통과하고, 상기 통과하는 레이저의 광축 방향으로 이동 가능하도록 바(bar)에 결합되는 렌즈 모듈’을 포함하는 레이저 초점 조절부, ‘상기 레이저에 의해 폐금속에서 발생한 분광이 통과하는 제2 렌즈 모듈’을 포함하는 분광 신호 측정부, 상기 분광을 분석하여 분광 데이터를 획득하는 분광 분석 장치, 전류가 인가되면 자기화 하여 상기 렌즈 모듈을 고정하는 전자석, 및, 상기 전자석에 상기 전류를 인가하는 전류 공급 장치를 포함한다.

Description

레이저 유도 기술 기반 폐금속 자동선별 시스템 {SYSTEM FOR AUTOMATIC SORT OF WASTE METAL BASED ON LIBS}
본 발명은, 광학 정렬을 위한 렌즈를 고정하는 전자석을 포함하는, LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템에 관한 것이다.
우리나라의 경우 매년 4조원 규모의 폐금속자원이 발생하고 있는 실정이며, 폐금속은 최소한의 정제과정만으로 바로 사용이 가능한 경제적 가치가 매우 높은 금속자원이다.
폐금속 재활용은 자원절약 차원에서 국가적 역점 사업으로 전세계적으로 추진되고 있지만, 높은 경제적 가치에도 불구하고 국내 폐금속 재활용기술 및 관련 산업은 매우 열악한 것으로 파악되고 있다.
폐금속자원의 재활용률이 낮은 핵심적인 이유는 ① 폐금속 스크랩의 수집 경로 및 종류가 다양하여 통일된 기준으로 분류가 불가능하고, ② 수집 경로가 불분명한 폐금속의 종류 및 성분을 정확히 분석할 수 있는 기술이 없기 때문이다.
폐금속자원의 재활용률을 높이기 위해 섞여 있는 다양한 종류의 금속 스크랩을 고속으로 선별할 수 있는 자동화된 시스템 개발이 필요하다. 기존의 기술은 금속의 색상이나 자성 여부에 의존하여 선별 정확도가 낮은 단점을 가지고 있지만, 레이저유도 기술은 기존 기술에 비해 실시간 분석이 가능하고 금속 선별효율 측면에서 매우 우수하다. 즉 레이저 유도 기술은, 기존의 방법으로 불가능했던 유사한 색상의 비철금속을 정확한 화학적 조성 측정을 통해 종류별로 정확히 선별하여 폐금속의 경제적 가치를 크게 제고시킬 수 있는 기술이다.
따라서 폐금속자원을 실시간으로 정확하고 빠르게 분류가 가능한 레이저유도붕괴분광분석 기반의 자동선별 시스템이 개발되고 있으며, 개발된 시스템을 실제 산업현장에 구축하여 제품화를 실현하고자 연구가 진행되고 있다.
광학 시스템을 사업장에 설치하는 경우, 광학 부품 간의 거리를 조절하는 광학 정렬을 한 후 구동하게 된다. 이 경우 광학 부품을 나사로 고정하는 기계적인 방법을 통하여 광학 정렬이 이루어 진다.
한편 광학 부품을 나사로 고정하는 과정에서 광학 부품이 움직여서 광학 정렬이 틀어지는 경우가 발생할 수 있다. 또한 폐금속 자동선별 시스템의 경우 진동이 심한 환경에서 동작하기 때문에, 진동에 의하여 광학 정렬이 틀어지는 경우가 발생할 수 있다.
이 경우 정확한 위치에 레이저를 조사할 수 없거나, 분광신호를 정확한 위치에서 수집하여 측정할 수 없기 때문에, 시스템 유지 보수가 필요해지거나 폐금속 선별의 효율성이 떨어지는 문제가 야기된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 전자석을 이용하여 광학 정렬을 위한 렌즈를 고정함으로써, 광학 정렬을 쉽게 하고 진동에 더 견고할 수 있는 LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시 예에 따른 LIBS 기반 폐금속 선별 시스템은, 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치, ‘상기 레이저가 통과하고, 상기 통과하는 레이저의 광축 방향으로 이동 가능하도록 바(bar)에 결합되는 렌즈 모듈’을 포함하는 레이저 초점 조절부, ‘상기 레이저에 의해 폐금속에서 발생한 분광이 통과하는 제2 렌즈 모듈’을 포함하는 분광 신호 측정부, 상기 분광을 분석하여 분광 데이터를 획득하는 분광 분석 장치, 전류가 인가되면 자기화 하여 상기 렌즈 모듈을 고정하는 전자석, 및, 상기 전자석에 상기 전류를 인가하는 전류 공급 장치를 포함한다.
이 경우 판(plate)을 더 포함하고, 상기 렌즈 모듈은, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하고, 상기 전자석은, 상기 판(plate)의 하면 또는 판(plate)에 형성되는 홀에 장착된다.
이 경우 상기 렌즈 모듈은, 상기 레이저가 통과하는 렌즈, 상기 렌즈를 둘러싸는 렌즈 프레임, 및, 상기 렌즈 프레임과 연결되고 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하는 자성부재를 더 포함한다.
한편 상기 전자석은, 상기 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치된다.
이 경우 상기 전자석이 배치되는 영역은, 상기 렌즈 모듈의 이동 가능 영역을 포함한다.
한편 상기 레이저 조사 장치 및 상기 분광 분석 장치는 상기 판(plate)의 상면에 고정되고, 상기 전자석이 배치되는 영역은, 상기 레이저 조사 장치가 배치되는 영역 및 상기 분광 분석 장치가 배치되는 영역과 상이하다.
한편 상기 전류 공급 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치는, 사용자로부터 입력이 수신되면 상기 전자석에 전류를 인가하도록 상기 전류 공급 장치를 제어한다.
한편 상기 전류 공급 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 레이저를 조사하여 폐금속을 선별하는 동안, 상기 전자석에 전류를 인가하도록 상기 전류 공급 장치를 제어한다.
한편 상기 제2 렌즈 모듈은, 상기 통과하는 분광의 광축 방향으로 이동 가능하도록 제2 바(bar)에 결합되고, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하고, 상기 전자석은, 상기 렌즈 모듈 및 상기 제2 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치된다.
한편 전류가 인가되면 자기화 하여 상기 제2 렌즈 모듈을 고정하는 제2 전자석을 더 포함하고, 상기 제2 렌즈 모듈은, 상기 통과하는 분광의 광축 방향으로 이동 가능하도록 제2 바(bar)에 결합되고, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하고, 상기 제2 전자석은, 상기 제2 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치된다.
본 발명에 따르면, 전자석으로 광학 부품을 고정해놓은 상태에서 나사를 이용하여 광학 부품을 고정하기 때문에, 광학 부품을 나사로 고정하는 과정에서 광학 정렬이 다시 틀어지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 전자석으로 광학 부품을 고정해놓은 상태에서 시스템을 동작시키기 때문에, 시스템에서 발생하는 진동에 의해 광학 정렬이 다시 틀어지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라 본 발명에 따르면, 폐금속의 선별 효율을 증가시키고, 시스템 유지 보수의 필요를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반 폐금속 자동 선별 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, LIBS 측정부(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 LIBS 측정부(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 렌즈 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 판(plate)(410)의 뒷면(410b)을 도시한 도면이다.
도 7은 판(410)의 상면을 간단하게 도식화 하여 나타낸 도면이다.
도 8은 판(410)의 하면을 간단하게 도식화 하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 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.
도 1은 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)을 설명하기 위한 도면이다.
레이저 조사 시 발생되는 플라즈마는 물질에 따라 특정한 파장의 빛을 방출한다. 따라서 이 빛을 수집하면, 물질의 구성 성분을 정성적 또는 정량적으로 분석할 수 있다.
레이저 유도 붕괴 분광법(Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)(이하 LIBS 라고도 한다)은, 수집된 빛을 이용하여 물질의 구성 성분을 분석하는 방법의 하나이다.
레이저 유도 붕괴 분광법(Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)은 고 출력의 레이저를 사용하여 일종의 방전현상인 붕괴(breakdown)를 발생시켜 생성되는 플라즈마를 여기원으로 사용하는 분광분석 기술이다.
레이저에 의해 유도된 플라즈마 속에서 시료는 증기화되고, 원자 및 이온은 여기 상태로 존재하게 된다.
여기 상태의 원자 및 이온은 일정 수명 이후 에너지를 방출하며 다시 바닥 상태로 돌아가는데, 이때 원소의 종류 및 여기 상태에 따라 고유의 파장을 방출하게 된다. 따라서 방출되는 파장의 스펙트럼을 해석하면 물질의 구성 성분을 정성적 또는 정량적으로 분석할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 단계 (1)과 같이 펄스 레이저를 조사하여 미소한 분량(수 ㎍)의 재료를 어블레이션(ablation, 레이저에 의해 물질이 용융 및 증발되면서 제거되는 현상)시키면, 어블레이션 된 재료는 레이저에너지를 흡수함으로써 매우 짧은 시간(보통 수 나노초 이내) 안에 이온화가 일어나게 된다.
그리고 단계 (2)에서와 같이 약 15000K 이상의 고온 플라즈마가 형성된다.
그리고 레이저 펄스가 종료되면, 고온의 플라즈마가 냉각되면서 플라즈마 내에 존재하는 각 원소별로 그에 해당하는 특정한 분광을 내게 되는데, 이때 발생하는 분광을 단계 (3)에서와 같은 분광분석 장치를 사용하여 수집하여 분석한다.
그리고 단계 (4)와 같은 각 원소의 고유한 분광데이터를 얻게 되고, 이러한 데이터의 분석을 통해 재료 내에 포함된 물질의 성분 조성 및 양을 측정할 수 있다.
LIBS 기술은 (1) 전체 측정에 소요되는 시간이 1초 이내라는 점, (2) 측정을 위한 별도의 샘플링 및 전처리 과정이 필요없다는 점, (3) 1회 측정에 아주 미소량(수 ㎍)의 재료만이 소요되고, 집속된 빔을 사용하기 때문에 μm단위의 높은 공간정밀도로 재료의 원소 구성을 측정할 수 있다는 점, (4) 측정을 위한 별도의 환경이 필요하지 않고, 공기 중에서 측정이 가능하다는 점, (5) 불활성 기체를 제외한 모든 원소를 ppm 정밀도로 분석해 낼 수 있다는 점 및 (6) 비교적 저렴한 비용으로 설비를 구성할 수 있다는 점에서 다른 측정 기술과 차별된다. 이러한 장점으로 인해 폐금속의 재활용을 위한 고속 분류장치에 적합한 기술이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른, 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반 폐금속 자동 선별 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반 폐금속 자동 선별 시스템(10)은, 폐 금속 이동 컨베이어(400), 형상 측정부(200), LIBS 측정부(100) 및 토출부(300)를 포함할 수 있다.
한편 본 명세서 상에서 설명하는 레이저 유도 붕괴 분광법 (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) 기반 폐금속 자동 선별 시스템(10)은, 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
폐 금속은 폐 금속 이동 컨베이어(400)에 안착되고, 폐 금속 이동 컨베이어(400)가 이동함에 따라 이동할 수 있다.
형상 측정부(200)는 광학 기술을 통하여 폐금속의 위치 및 형상을 측정할 수 있다.
LIBS 측정부(100)는 폐 금속에 레이저를 조사하고, 이때 발생되는 분광을 분석하여 금속의 종류를 분석할 수 있다.
토출부(300)는 에어 노즐을 이용하여, 분석된 금속의 종류에 따라 폐 금속을 토출할 수 있다.
한편 본 발명에서는 LIBS 측정부(100)에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, LIBS 측정부(100)를 설명하기 위한 도면이다.
LIBS 측정부(100)는, 레이저 조사 장치(140), 레이저 정렬부(130), 레이저 초점 조절부(110), 갈바노 스캐너(170), 분광 신호 측정부(120), 분광 분석 장치(150) 및 제어 장치(160)를 포함할 수 있다.
한편 본 명세서 상에서 설명하는 LIBS 측정부(100)는, 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
레이저 초점 조절부(110)는 제1-1 렌즈 모듈(L1) 및 제1-2 렌즈 모둘(L2)을 포함할 수 있다.
그리고 레이저는 제1-1 렌즈 모듈(L1) 및 제1-2 렌즈 모듈(L2)을 통과할 수 있다.
구체적으로 레이저 조사 장치(140)가 레이저(펄스 레이저)를 조사하면, 레이저는 레이저 정렬부(130)를 거쳐 레이저 초점 조절부(110)로 이동할 수 있다.
이 경우 레이저 정렬부(130)는 하나 이상의 미러(M1, M2)를 포함할 수 있고, 레이저 조사 장치(140)에서 조사된 레이저는 미러(M1, M2)에서 반사되어 레이저 초점 조절부(110)로 이동할 수 있다.
그리고 레이저는 제1-1 렌즈 모듈(L1)에 포함되는 렌즈 및 제1-2 렌즈 모듈(L2)에 포함되는 렌즈를 순차적으로 통과할 수 있다.
한편 레이저 초점 조절부(110)는 보이스 코일(Voice Coil)을 더 포함할 수 있다. 그리고 보이스 코일(Voice Coil)은 폐 금속의 높이에 기초하여 제1-1 렌즈 모듈(L1)을 레이저의 광축 방향을 따라 움직임으로써, 높이가 다른 폐금속에 대응하여 레이저의 초점 거리를 변경할 수 있다.
한편 레이저 정렬부(130)는 레이저의 방향을 조절하는 장치일 수 있다.
또한 레이저 초점 조절부(110)는 레이저의 초점을 조절하는 장치일 수 있다. 그리고 제1-1 렌즈 모듈(L1) 및 제1-2 렌즈 모듈(L2)은, 본 발명에서 다루는 광학 정렬의 대상이 될 수 있다.
구체적으로 제1-1 렌즈 모듈(L1) 및 제1-2 렌즈 모듈(L2) 사이의 거리를 조절함으로써, 레이저의 초점 거리가 조절될 수 있다.
그리고 광학 정렬은, 레이저의 초점이 폐금속 상에 위치하도록, 제1-1 렌즈 모듈(L1)과 제1-2 렌즈 모듈(L2) 사이의 거리를 조절하는 것을 의미할 수 있다.
한편 레이저는 갈바노 스캐너(170)를 거쳐 폐금속으로 이동할 수 있다. 구체적으로, 레이저 초점 조절부(110)에서 방출된 레이저는 갈바노 스캐너(170)에 포함되는 하나 이상의 미러(SM1, SM2)에 반사되어 폐금속으로 이동할 수 있다.
이 경우 LIBS 측정부(100)는 레이저 초점 조절부(110)에서 방출된 레이저를 갈바노 스캐너(170)로 통과시키기 위한 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)를 더 포함할 수 있다.
한편 레이저에 의해 폐금속에서 분광이 발생하면, 분광은 갈바노 스캐너(170)를 거쳐 분광 신호 측정부(120)로 이동할 수 있다.
구체적으로 분광은, 갈바노 스캐너(170)에 포함되는 하나 이상의 미러(SM1, SM2)에 반사되어 분광 신호 측정부(120)로 이동할 수 있다. 이 경우 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)는, 분광을 분광 신호 측정부(120)로 반사시킬 수 있다.
한편 분광 신호 측정부(120)는 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4)을 포함할 수 있다. 그리고 분광은 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4)을 통과할 수 있다.
구체적으로 반사 미러(DM1)에서 반사된 분광은 분광 신호 측정부(120)로 이동할 수 있다. 그리고 분광은 제2-1 렌즈 모듈(L3)에 포함되는 렌즈 및 제2-2 렌즈 모듈(L4)에 포함되는 렌즈를 순차적으로 통과할 수 있다.
한편 분광 신호 측정부(120)는 파이버(FO)를 더 포함할 수 있다. 여기서 파이버(FO)는 분광을 집속하고, 해당하는 분광 신호를 분광 분석 장치(150)에 전송할 수 있다.
한편 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4)은 분광의 초점을 조절하는 장치일 수 있다. 그리고 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4)은 본 발명에서 다루는 광학 정렬의 대상이 될 수 있다.
구체적으로 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4) 사이의 거리를 조절함으로써, 분광의 초점 거리가 조절될 수 있다.
그리고 광학 정렬은, 레이저의 초점이 파이버 모듈(FO)에 위치하여 분광이 파이버(FO)에 집속되도록, 제2-1 렌즈 모듈(L3)과 제2-2 렌즈 모둘(L4) 사이의 거리를 조절하는 것일 수 있다.
또한 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 제2-2 렌즈 모둘(L4)와 함께 파이버 모듈(FO)도, 본 발명에서 다루는 광학 정렬의 대상이 될 수 있다.
구체적으로 광학 정렬은, 제2-1 렌즈 모듈(L3)과 제2-2 렌즈 모둘(L4)에 의해 형성된 분광의 초점에 파이버 모듈(FO)이 위치하도록, 파이버 모듈(FO)의 거리를 조절하는 것일 수 있다.
한편 분광 분석 장치(150)는 분광 신호를 분석하여 분광 데이터를 획득하고, 획득한 분광 데이터를 제어 장치(160)에 전송할 수 있다.
그리고 제어 장치(160)는 분광 데이터를 분석하여 폐 금속의 성분을 분석하고, 분석된 폐 금속의 성분에 따라 폐 금속을 분류하도록 토출부(300)를 제어할 수 있다.
도 4는 LIBS 측정부(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 렌즈 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 함께 참고하여 설명한다.
도 3에서 설명한 LIBS 측정부(100)의 구성들은 판(plate)(410)에 장착될 수 있다.
여기서 판(plate)(410)에 장착된다는 것은, 판(plate)(410)에 고정되거나, 판(plate)(410)을 슬라이딩 이동하는 것을 의미할 수 있다.
또한 판(plate)(410)은 비자성체로 구성될 수 있다.
한편 LIBS 측정부(100)는 하나 이상의 제1 바(bar)(411a, 411b, 411c, 411d)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 제1 바(bar)(411a, 411b, 411d, 411d)는, 레이저 초점 조절부(130)로부터 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)로 이동하는 레이저의 광축 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
한편 제1-1 렌즈 모듈(L1) 및 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 레이저 초점 조절부(130)로부터 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)로 이동하는 레이저의 광축 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.
한편 제1-2 렌즈 모듈(L2)는 레이저가 통과하는 렌즈(510), 렌즈(510)를 둘러싸는(렌즈(510)의 측면을 둘러싸는) 렌즈 프레임(520)을 포함할 수 있다.
한편 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 제1-2 렌즈 모듈(L2)을 통과하는 레이저의 광축 방향으로 이동 가능하도록 하나 이상의 제1 바(bar)(411a, 411b, 411d, 411d)에 결합될 수 있다.
구체적으로 렌즈 프레임(520)은 하나 이상의 홀을 포함할 수 있으며, 앞서 설명한 하나 이상의 제1 바(bar)(411a, 411b, 411d, 411d)는 상기 하나 이상의 홀을 각각 통과할 수 있다.
이에 따라 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 레이저 초점 조절부(130)로부터 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)로 이동하는 레이저의 광축 방향을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 레이저의 광축 방향을 따라 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1) 방향 또는 제1-1 렌즈 모듈(L1) 방향으로 이동할 수 있다.
한편 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 판(plate)(410)의 상면에 안착되어 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동할 수 있다.
구체적으로 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 렌즈 프레임(520)과 연결되는 자성 부재(530)를 더 포함할 수 있다. 여기서 자성 부재(530)의 전부가 자성을 띌 필요는 없으며, 판(plate)(410)과 접촉하는 단부가 자성을 띄면 족하다.
또한 자성 부재(530)는 판(plate)(410)에 접촉하지만, 판(plate)(410)에 고정되지는 않을 수 있다. 따라서 제1-2 렌즈 모듈(L2)이 레이저의 광축 방향을 따라 이동하는 경우, 자성 부재(530)는 판(plate)(410)의 상면(410a)을 레이저의 광축 방향을 따라 슬라이딩 이동할 수 있다.
한편 렌즈 프레임(520)에는 하나 이상의 홀이 형성될 수 있으며, 하나 이상의 홀에는 하나 이상의 체결 장치(540)가 삽입될 수 있다.
이 경우 체결 장치(540)는 볼트일 수 있다. 그리고 볼트는 홀 내부의 나선 구조로 인하여 회전하면서 홀에 삽입될 수 있다.
그리고 볼트가 홀에 삽입되면, 볼트는 바에 접촉하여 렌즈 모듈을 고정할 수 있다.
구체적으로 네개의 제1 바(bar)(411a, 411b, 411d, 411d)가 존재하는 경우, 제1-2 렌즈 프레임(520)에는 네개의 홀이 형성될 수 있다. 그리고 네개의 볼트는 네개의 홀에 각각 삽입되어, 네개의 제1 바(bar)와 각각 접촉할 수 있다. 이에 따라 제1-2 렌즈 프레임(520)은 제1 바(bar)에 고정될 수 있다.
한편 도 5에서는 제1-2 렌즈 모듈(L2)만을 도시하였으나 이에 한정되지 않으며, 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 역시 제1-2 렌즈 모듈(L2)과 같은 구조를 가질 수 있다. 이 경우 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4)은 하나 이상의 제2 바(421a, 422b, 422c, 422d)에 연결될 수 있다.
또한 파이버 모듈(FO) 역시, 중앙에 렌즈 대신 파이버가 배치되는 것이 상이할 뿐, 제1-2 렌즈 모듈(L2)과 같은 구조를 가질 수 있다. 그리고 파이버 모듈(FO)은 하나 이상의 제2 바(421a, 422b, 422c, 422d)에 연결될 수 있다.
그리고 하나 이상의 제2 바(421a, 422b, 422c, 422d)는, 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)로부터 파이버 모듈(FO)로 이동하는 분광의 광축 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
또한 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)은, 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)로부터 파이버 모듈(FO)로 이동하는 분광의 광축 방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.
이 경우 제2-1 렌즈 모듈(L3)은 분광의 광축 방향을 따라, 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1) 방향 또는 제2-2 렌즈 모듈(L4) 방향으로 이동할 수 있다.
또한 제2-2 렌즈 모듈(L4)은 분광의 광축 방향을 따라, 제2-1 렌즈 모듈(L3) 방향 또는 파이버 모듈(FO) 방향으로 이동할 수 있다.
또한 파이버 모듈(FO)은 분광의 광축 방향을 따라, 제2-2 렌즈 모듈(L4) 방향 또는 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 반대 방향으로 이동할 수 있다.
또한 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)은, 분광의 광축 방향으로 이동하도록 하나 이상의 제2 바(421a, 422b, 422c, 422d)에 결합될 수 있다.
또한 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)은, 판(plate)(410)의 상면에 안착되어 판(plate)의 상면을 분광의 광축 방향을 따라 슬라이딩 이동할 수 있다.
또한 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)에는 하나 이상의 홀이 형성될 수 있으며, 하나 이상의 홀에는 각각 하나 이상의 체결 장치가 삽입될 수 있다.
그리고 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)은 체결 장치에 의해 하나 이상의 제2 바(bar)에 고정될 수 있다.
한편 레이저 조사 장치(140) 및 분광 분석 장치(150)는 판(410)의 상면에 고정되어 장착될 수 있다.
도 6은 판(plate)(410)의 뒷면(410b)을 도시한 도면이다.
LIBS 측정부(100)는 전자석(620) 및 전류 공급 장치(610)를 포함할 수 있다.
전류 공급 장치(610)는 전자석(620)에 전류를 공급할 수 있다. 이 경우 전류 공급 장치(610)는 제어 장치(160)의 제어 하에, 전자석(620)에 전류를 공급할 수 있다.
전자석(620)은, 전류가 인가되면 자기화 하여 렌즈 모듈을 고정할 수 있다.
이 경우 전자석(620)은 판(410)의 하면(410b)에 장착되어 고정되거나, 판(410)에 형성되는 홀에 장착될 수 있다. 전자석(620)이 홀에 장착되는 경우, 전자석(620)은 자성 부재와 직접 접촉할 수도 있다.
다음은 도 7 및 도 8을 참고하여, 전자석(620)의 장착 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 판(410)의 상면을 간단하게 도식화 하여 나타낸 도면이고, 도 8은 판(410)의 하면을 간단하게 도식화 하여 나타낸 도면이다.
도 7에서, 점선으로 표현된 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 제1-1 렌즈 모듈(L1) 방향으로 최대한 이동했을 때의 제1-2 렌즈 모듈(L2)을 나타낸 것이며, 실선으로 표현된 제1-2 렌즈 모듈(L2)은 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1) 방향으로 최대한 이동했을 때의 제1-2 렌즈 모듈(L2)을 나타낸 것이다.
그리고 제1-2 렌즈 모듈(L2)이 이동하는 동안 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 자성부재가 차지하는 영역을, 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)이라 명칭할 수 있다.
한편 도 8a를 참고하면, 전자석(810)은 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)에 배치될 수 있다.
여기서 전자석(810)이 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)에 배치된다는 것의 의미는, 전자석(810) 배치되는 영역의 일부 또는 전부가, 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)의 일부 또는 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
또한 전자석(810)이 배치되는 영역은 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)을 포함할 수 있다. 여기서 전자석(810)이 배치되는 영역이 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)을 포함한다는 것은, 전자석(810)이 배치되는 영역의 일부 또는 전부가 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역(710)의 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
한편 도 7을 다시 참고하면, 점선으로 표현된 제2-2 렌즈 모듈(L4)은 제2-1 렌즈 모듈(L3) 방향으로 최대한 이동했을 때의 제2-2 렌즈 모듈(L4)을 나타낸 것이며, 실선으로 표현된 제2-2 렌즈 모듈(L4)은 파이버 모듈(FO) 방향으로 최대한 이동했을 때의 제2-2 렌즈 모듈(L4)을 나타낸 것이다.
그리고 제2-2 렌즈 모듈(L4)이 이동하는 동안 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 자성부재가 차지하는 영역을, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)이라 명칭 할 수 있다.
한편 도 8a를 참고하면, LIBS 측정부(100)는 전류가 인가되면 자기화 하여 제2-2 렌즈 모듈(L4)을 고정하는 제2 전자석(820)을 더 포함할 수 있다.
제2 전자석(820)은 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)에 배치될 수 있다.
여기서 제2 전자석(820)이 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)에 배치된다는 것의 의미는, 제2 전자석(820) 배치되는 영역의 일부 또는 전부가, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)의 일부 또는 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
또한 제2 전자석(820)이 배치되는 영역은 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)을 포함할 수 있다. 여기서 제2 전자석(820)이 배치되는 영역이 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)을 포함한다는 것은, 제2 전자석(820)이 배치되는 영역의 일부 또는 전부가 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역(720)의 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
한편 도시하지는 않았으나, 제2 전자석(820)은 제2-1 렌즈 모듈(L3), 제2-2 렌즈 모듈(L4) 및 파이버 모듈(FO)을 고정하도록 배치될 수 있다. 이 경우 제2 전자석(820)은 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역에 배치될 수 있다. 이것은, 제2 전자석(820)이 배치되는 영역의 일부 또는 전부가, 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역의 일부 또는 전부, 제2-2 렌즈 모듈(L4) 의 이동 가능 영역의 일부 또는 전부, 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역의 일부 또는 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
또한 제2 전자석(820)이 배치되는 영역은, 제2 전자석(820)은 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역을 포함할 수 있다. 이것은, 제2 전자석(820)이 배치되는 영역의 일부 또는 전부가, 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역의 전부, 제2-2 렌즈 모듈(L4) 의 이동 가능 영역의 전부, 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역의 전부와 중첩되는 것을 의미할 수 있다.
또한 도 8b를 참고하면, 전자석(830)은 제1-2 렌즈 모듈(L2) 및 제2-2 렌즈 모듈(L4)을 고정하도록 배치될 수 있다. 이 경우 전자석(830)은 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역 및 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역에 배치될 수 있다. 또한 전자석(830)이 배치되는 영역은, 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역 및 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역을 포함할 수 있다.
한편 도시하지는 않았으나, 전자석(830)은 제1-2 렌즈 모듈(L2), 제2-2 렌즈 모듈(L4), 제2-1 렌즈 모듈(L3) 및 파이버 모듈(FO)을 고정하도록 배치될 수 있다. 이 경우 전자석(830)은 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역, 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역에 배치될 수 있다. 또한 전자석(830)이 배치되는 영역은, 제1-2 렌즈 모듈(L2)의 이동 가능 영역, 제2-2 렌즈 모듈(L4)의 이동 가능 영역, 제2-1 렌즈 모듈(L3)의 이동 가능 영역 및 파이버 모듈(FO)의 이동 가능 영역을 포함할 수 있다.
한편 전자석이 배치되는 영역은, 레이저 조사 장치(140)가 배치되는 영역(141) 및 분광 분석 장치(150)가 배치되는 영역(151)과 상이할 수 있다. 구체적으로 전자석이 배치되는 영역은, 레이저 조사 장치(140)가 배치되는 영역(141) 및 분광 분석 장치(150)가 배치되는 영역(151)과 중첩되지 않을 수 있다. 이에 따라 전자석에서 발생하는 자기장의 영향으로부터 레이저 조사 장치(140) 및 분광 분석 장치(150) 내부의 전자 부품을 보호할 수 있다.
다음은 다시 도 4를 참고하여, LIBS 측정부(100)를 사용하려는 사람의 관점에서 본 발명을 설명한다.
사용자는 지정된 위치에 레이저 조사부(140), 광학 미러(M1, M2), 갈바노 스캐너(SM1, SM2), 분광 분석 장치(150)를 배치하고 각각 나사로 고정한다.
그리고 나서 사용자는, 광학 미러(M1, M2)의 각도를 조절하여 레이저 수평을 맞춘 후, 제1 갈바노 미러(SM1)의 중심부에 광축이 형성되도록 갈바노 스캐너(SM1, SM2)의 정렬을 마무리한다.
그리고 나서 사용자는, 레이저 초점 조절부(110) 구축을 위해, 각각 지정된 위치에 보이스 코일(Voice coil)(L1), 광학 렌즈(L2)를 광축에 맞게 정렬한다. 그리고 나서 사용자는, 광학 렌즈(L1)가 레이저의 광축 방향과 수평하게 이동되는지 확인 이후 보이스 코일(Voice coil)의 고정을 마무리한다.
또한 사용자는 케이지 바에 정렬된 광학 렌즈(L2)를 광축 방향에 맞춰 앞뒤로 이동하며 최종 레이저 초점 거리를 조절하고, 원하는 위치에서 전자석으로 광학 렌즈(L2)를 고정한다. 그리고 나서 사용자는 광학 렌즈(L2)를 나사로 고정하며, 진동에 취약한 케이지 바의 추가적인 정렬고정을 위하여 고정 장치(S1)의 고정을 마무리한다.
그리고 나서 사용자는, 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1), 측정 렌즈(L3, L4), 고정 장치(S2), 광섬유(FO)를 정렬한다.
샘플 표면에 발생된 플라즈마 분광신호가 2개의 미러(SM1, SM2)와 다이크로익 미러(Dichroic mirror, DM1)에 반사되어 광섬유(FO)에 집속 될 수 있도록, 사용자는 케이지 바로 연결된 측정 렌즈(L3, L4) 및 광섬유(FO)를 이동하며 서로간의 간격을 조절하고, 원하는 위치에서 전자석으로 측정 렌즈(L3, L4) 및 광섬유(FO)를 고정한다.
그리고 나서 사용자는 측정 렌즈(L3, L4) 및 광섬유(FO)를 나사로 고정하고, 진동에 취약한 케이지 바의 추가적인 정렬고정을 위하여 고정 장치(S2)의 고정을 마무리한다.
한편 제어 장치는 전류 공급 장치의 동작을 제어할 수 있다. 또한 제어 장치는 사용자로부터 입력을 수신하고, 사용자로부터 입력이 수신되면 전자석에 전류를 인가하도록 전류 공급 장치를 제어할 수 있다. 즉 사용자는 광학 정렬 시 전자석에 전류를 인가하기 위한 명령을 입력하여 광학 부품을 고정하고, 광학 정렬이 끝나면 전자석에 대한 전류 인가를 중단하기 위한 명령을 입력하여 전자석에 의한 광학 부품의 고정을 중단할 수 있다.
종래 기술에서는 나사를 이용하여 광학 장치를 고정하였으나, 나사를 체결하는 과정에서 광학 부품이 움직여서 광학 정렬이 틀어지는 경우가 발생하였다. 다만 본 발명에 따르면, 전자석으로 광학 부품을 고정해놓은 상태에서 나사를 이용하여 광학 부품을 고정하기 때문에, 광학 부품을 나사로 고정하는 과정에서 광학 정렬이 다시 틀어지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편 제어 장치는, LIBS 측정부(100)가 레이저를 조사하여 폐금속을 선별하는 동안, 전자석에 전류를 인가하도록 전류 공급 장치를 제어할 수 있다. 즉 LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템이 동작하는 동안에도, 전자석을 이용하여 광학 부품을 고정할 수 있다.
종래 기술에서는 나사를 이용하여 광학 장치를 고정한 후에 LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템을 동작시켰다. 다만 진동이 심한 환경에서 동작하는 LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템의 특성상, 진동에 의하여 광학 정렬이 틀어지는 경우가 발생하였다.
다만 본 발명에 따르면, 전자석으로 광학 부품을 고정해놓은 상태에서 시스템을 동작시키기 때문에, 시스템에서 발생하는 진동에 의해 광학 정렬이 다시 틀어지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라 본 발명에 따르면, 폐금속의 선별 효율을 증가시키고, 시스템 유지 보수의 필요를 줄일 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: LIBS 기반 폐금속 선별 시스템

Claims (10)

  1. LIBS 기반 폐금속 선별 시스템에 있어서,
    판(plate);
    상기 판(plate)의 상면에 고정되며, 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치;
    '상기 레이저가 통과하고, 상기 통과하는 레이저의 광축 방향으로 이동 가능하도록 바(bar)에 결합되는 렌즈 모듈'을 포함하는 레이저 초점 조절부;
    '상기 레이저에 의해 폐금속에서 발생한 분광이 통과하는 제2 렌즈 모듈'을 포함하는 분광 신호 측정부;
    상기 분광을 분석하여 분광 데이터를 획득하는 분광 분석 장치;
    전류가 인가되면 자기화 하여 상기 렌즈 모듈을 상기 판(plate)에 고정하기 위해, 상기 판(plate)의 하면 또는 상기 판(plate)에 형성되는 홀에 장착되는 전자석; 및
    상기 전자석에 상기 전류를 인가하는 전류 공급 장치를 포함하고,
    상기 렌즈 모듈은,
    상기 레이저가 통과하는 렌즈;
    상기 렌즈를 둘러싸는 렌즈 프레임; 및
    상기 렌즈 프레임과 연결되고, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하는 자성부재를 포함하고,
    상기 바(bar)에 상기 렌즈 프레임을 고정하기 위한 하나 이상의 체결 장치를 더 포함하는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 프레임에는, 상기 하나 이상의 체결 장치가 삽입되는 하나 이상의 홀이 형성되는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치되는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전자석이 배치되는 영역은, 상기 렌즈 모듈의 이동 가능 영역을 포함하는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분광 분석 장치는 상기 판(plate)의 상면에 고정되고,
    상기 전자석이 배치되는 영역은,
    상기 레이저 조사 장치가 배치되는 영역 및 상기 분광 분석 장치가 배치되는 영역과 상이한
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 공급 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    사용자로부터 입력이 수신되면 상기 전자석에 전류를 인가하도록 상기 전류 공급 장치를 제어하는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 공급 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 레이저를 조사하여 폐금속을 선별하는 동안, 상기 전자석에 전류를 인가하도록 상기 전류 공급 장치를 제어하는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 모듈은,
    상기 통과하는 분광의 광축 방향으로 이동 가능하도록 제2 바(bar)에 결합되고, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하고,
    상기 전자석은,
    상기 렌즈 모듈 및 상기 제2 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치되는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
  10. 제 4항에 있어서,
    전류가 인가되면 자기화 하여 상기 제2 렌즈 모듈을 고정하는 제2 전자석을 더 포함하고,
    상기 제2 렌즈 모듈은,
    상기 통과하는 분광의 광축 방향으로 이동 가능하도록 제2 바(bar)에 결합되고, 상기 판(plate)의 상면에 안착되어 상기 판(plate)의 상면을 슬라이딩 이동하고,
    상기 제2 전자석은,
    상기 제2 렌즈 모듈의 이동 가능 영역에 배치되는
    LIBS 기반 폐금속 자동선별 시스템.
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