ES2295954T3 - Dispositivo y procedimiento para separar materiales a granel. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para separar materiales a granel con ayuda de un dispositivo de soplado con boquillas de soplado dispuestas en un tramo de caída detrás de una cinta transportadora (20), con una fuente de rayos X, medios de valoración controlados por ordenador y medios sensores (10), donde las boquillas de soplado pueden ser controladas por los medios de valoración asistidos por ordenador en función de señales de sensores que resultan de una radiación que atraviesa la corriente de material a granel sobre la cinta transportadora y que es emitida por la fuente de rayos X y recogida por los medios sensores, donde - hay como mínimo dos dispositivos filtradores para dejar pasar radiación de rayos X de espectros de energía distintos en relación uno con otro, que están dispuestos delante de cómo mínimo un medio sensor (10), - hay sensores en línea con una pluralidad de píxel individuales como medios sensores, dispuestos transversalmente a la cinta transportadora (20), estando prevista una línea de sensores en cada filtro.

Description

Dispositivo y procedimiento para separar materiales a granel.

La invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para la separación de materiales a granel.

Los dispositivos para la separación de materiales a granel presuponen una pluralidad de sensores, en especial sensores ópticos y electromagnéticos como los que se describen, por ejemplo, en EP B1 - 1 253 981 del solicitante.

Junto a los sensores de este tipo es ventajoso también emplear los rayos X para el estudio no destructivo de las propiedades de los materiales de cualquier posible objeto, que no puedan registrarse sin más en la superficie.

En US 6,122,343 se da únicamente la información indicada en la parte introductoria de la reivindicación 1, en donde únicamente la mención de que pueden utilizarse como medios sensores redes superpuestas, da una indicación de qué aspecto pueden tener los filtros en los detectores. No se explica con más detalle el tratamiento electrónico de los datos, únicamente se pretende como resultado obtener una imagen con mayor contraste.

En especial observando una imagen de alta resolución teniendo en cuenta dos niveles de energía de radiación y el cálculo evaluativo de una imagen diferencial resultante, se pueden obtener informaciones sobre los componentes de las distintas partículas de materiales a granel. A este respecto US 6,122,343 no revela nada.

Esto resulta de interés, por ejemplo, en la separación de minerales, en donde la decisión de eliminar o no una partícula depende de si en determinadas partículas del material a granel existe un metal y de qué metal se trata. El procedimiento puede utilizarse igualmente en la separación de partículas de residuos.

En los dispositivos conocidos hasta la fecha, en los que se han utilizado fuentes de rayos X, debido a las dimensiones espaciales no desdeñables de las fuentes de rayos X y también de los detectores, así como al necesario apantallamiento, se generan unos requisitos espaciales con los que una evaluación para un lugar preciso, tal como es necesario para controlar las boquillas de salida para expulsar partículas muy pequeñas de materiales a granel, no pueden cumplirse o sólo con grandes esfuerzos.

GB-A-2 285 506 revela un dispositivo y un procedimiento con una fuente de rayos X con dispositivos filtradores, que van dispuestos por delante de cómo mínimo un medio sensor.

El objetivo de la invención es crear una disposición ahorradora de espacio con la que no sólo puedan reconocerse con seguridad también piezas pequeñas tales como tornillos y tuercas, sino que también mediante boquillas de soplado situadas directamente detrás del lugar de observación se puedan separar con seguridad del resto de la corriente de material a granel.

Según la invención, esto se consigue mediante las características de la reivindicación principal, pudiéndose obtener distintas informaciones sobre las partículas de material a granel mediante dos filtros de rayos X para distintos niveles de energía, cada uno de los cuales se coloca delante de los sensores.

La disposición espacial de los filtros puede ser fija, de tal manera que mediante el movimiento de las partículas de material a granel es posible un reflejo apropiado de la radiación de rayos X situado detrás de los filtros, por ejemplo por medio de cristales, sobre una línea detectora en una disposición de dos resultados de medición tomados en tiempos distintos para las mismas partículas de material a granel que se desplazan sobre la cinta transportadora de material a granel.

Sin embargo, en otra variante del dispositivo puede trabajarse también con dos sensores que están dispuestos uno detrás de otro transversalmente a la cinta transportadora, por ejemplo debajo de ésta. Por medio de bucles de retardo apropiados se pueden asignar las informaciones de imágenes obtenidas sucesivamente a las distintas partículas de material a granel individuales y, de manera correspondiente, utilizarlas para controlar las boquillas de soplado después de una evaluación mediante cálculo.

Sin embargo, también es posible que desde una fuente de rayos X, que irradia en un espectro más amplio, adelantando los filtros se limite la radiación de rayos X a un determinado nivel de energía antes de que incida sobre la partícula de material a granel. Entonces ya no es necesario ningún filtro más entre la partícula de material a granel y un sensor dispuesto detrás.

Se propone además dotar al dispositivo de un apantallamiento, que naturalmente sea impermeable a los rayos X alrededor de la fuente de rayos X y el lugar de irradiación de las partículas de material a granel y los sensores, aunque se extienda también más sobre la superficie de la cinta transportadora de material a granel hasta un dispositivo de llenado que a través de un plano de vertido inclinado llena la cinta transportadora. De esta manera se garantiza que el personal de servicio pueda mantenerse alrededor del dispositivo de clasificación y separación. Las cubiertas deben asegurarse de tal modo que en caso de retirarse no pueda hacerse funcionar el dispositivo.

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El procedimiento según la invención para separar materiales a granel con ayuda de un dispositivo soplador funciona con boquillas de soplado dispuestas en un tramo de caída seguido de una cinta transportadora, siendo controladas las boquillas de soplado por medios de valoración asistidos por ordenador en función de los resultados de sensores de una radiación que atraviesa el material a granel situado sobre la cinta transportadora, emitida desde una fuente de rayos X y registrada en medios sensores.

Un filtrado de la radiación de rayos X que pasa por las partículas de material a granel se produce como mínimo en dos espectros distintos para la recogida, con resolución del lugar, de la radiación de rayos X que pasa por las partículas de material a granel en como mínimo un sensor de línea integrado a través de un intervalo de energía prefijado. Utilizando un medio sensor (de una línea larga formada por numerosos detectores individuales) esto puede hacerse mediante el paso por distintos filtros y la posterior recogida de la radiación transmitida, o preferentemente mediante dos líneas de sensores cada una de ellas con un filtro distinto, permitiendo los filtros el paso de distintos espectros que pueden tener unas veces un carácter más débil y otras más fuerte.

Se produce una clasificación Z y una normalización de rangos de energía para determinar la clase de densidad atómica debido a las señales del sensor de los fotones de rayos X de diferentes espectros de energía recogidos en las, como mínimo, dos líneas de sensores.

Finalmente, el objetivo se puede conseguir ventajosamente a través de una segmentación de la formación de clases de características para el control de las boquillas de soplado basado tanto en la transmisión media registrada de las partículas de material a granel en los distintos espectros de energía de rayos X recogidos en las como mínimo dos líneas de sensores, como también en la información de densidades obtenida mediante una normalización Z.

Otras ventajas y características de la invención se infieren de la descripción siguiente de un ejemplo de realización, basándose en el dibujo adjunto. Se muestra:

Fig. 1 el dispositivo según la invención en una representación esquemática desde un lado,

Fig. 2 el dispositivo según la invención en representación en perspectiva con la protección antirradiación retirada por encima de la cinta transportadora, y

Fig. 3 una representación esquemática de la estructura del sistema de sensores de rayos X, y

Fig. 4 una representación esquemática de la estructura del tratamiento de la señal de rayos X.

En la Fig. 1 se ve esquemáticamente, con ayuda de un detector plano 10 indicado esquemáticamente y dispuesto por debajo de la cinta transportadora 20 y de una fuente de rayos X 12 que se encuentra encima, cómo mediante boquillas de soplado 24 situadas detrás en dos cámaras de producto distintas se puede separar de la corriente de material a granel un producto rechazado de un producto autorizado para pasar. Un elemento separador 26 cuneiforme entre las dos corrientes de producto puede ajustarse en su inclinación, de tal manera que es posible una ligera adaptación a productos de distinto peso con diferentes características de vuelo sin que haya que reajustar la presión del aire de soplado.

Ya que en el caso de las piezas metálicas que son sopladas se producen considerables exigencias en cuanto a un aporte uniforme de aire, pero por otra parte hay que producir al mismo tiempo cantidades de aire en parte considerables, se propone almacenar interinamente con un depósito intermedio 28 un mayor volumen de aire comprimido que está conectado a las boquillas de soplado. Una bomba de aire comprimido de funcionamiento continuo se utiliza para mantener este volumen de aire comprimido.

En la Fig. 1 se ve además que por encima de la cinta transportadora 20 se encuentra una cubierta 16, que impide que salga en la dirección de separación la radiación de rayos X reflejada contra el dispositivo transportador de producto. Mediante un plano de vertido inclinado 18 dispuesto sobre la cinta transportadora 20 hay previsto además un cierre de caja 16 de cinta transportadora en el lado de llenado, de tal manera que una radiación tampoco puede salir en sentido contrario al de transporte paralelamente a la cinta transportadora.

El dispositivo para separar materiales a granel con ayuda de un dispositivo de soplado con boquillas de soplado 24 dispuestas en un tramo de caída 22 colocado detrás de una cinta transportadora 20 consta, por lo tanto, esencialmente de medios de valoración asistidos por ordenador que dependiendo de los resultados de los sensores de dos imágenes de rayos X que atraviesan el material a granel situado sobre la cinta transportadora, emitidas desde una fuente de rayos X 12 y registrada en medios sensores 10, pueden controlarse, estando previstos dos dispositivos filtradores (no representados) para transmitir radiación de rayos X de energías distintas entre sí y que están dispuestos delante de por lo menos un medio sensor, y siendo los medios sensores 10 sensores de línea con una pluralidad de píxels individuales dispuestos
transversalmente a la cinta transportadora 20. En especial puede haber previsto para cada filtro una línea de sensores.

Una línea de sensores correspondiente a la anchura de la cinta transportadora está formada por redes de fotodiodos colocados sucesivamente, cuya superficie activa está cubierta por un papel fluorescente. En el caso de realización preferido los filtros pueden ser láminas de metal a través de las cuales se transmite radiación de rayos X de niveles de energía diferentes entre sí. Sin embargo, los filtros pueden estar formados también por cristales que reflejan radiación de rayos X de niveles de energía diferentes entre sí, reflejando en especial la radiación de rayos X de niveles de energía diferentes entre sí en ángulos espaciales distintos.

Sin más, puede haber previstos también más de dos filtros para aprovechar más de dos niveles de energía. Los filtros se disponen ventajosamente debajo de la cinta transportadora 20, por delante de los medios sensores 10, y por encima de la cinta transportadora 20 se dispone un tubo de rayos X 12 generador de un espectro de frenado.

El dispositivo va provisto de una caja apantalladora 14, 16 situada esencialmente por encima de la cinta transportadora, que rodea la cinta transportadora y el tramo de soplado 22 y que además como cubierta 16 recubre la cinta transportadora un tramo por delante de la fuente de rayos X, en donde al comienzo de la cinta continua un plano de vertido inclinado 18 cubre la sección de entrada (la Fig. 2 lo muestra en perspectiva). En el dispositivo representado se separa, entre otras cosas, la cerámica vítrea del vidrio de botellas. Pero también los distintos tipos de vidrio utilizados en los tubos de rayos catódicos, que presentan en parte temperaturas de fusión notablemente más altas que el "vidrio normal", son en el reciclado del vidrio un material difícil de separar que ahora puede separarse por primera vez con el dispositivo según la invención.

Para comprender el procedimiento de separación se esbozará a continuación una descripción técnica del tratamiento de la señal de rayos X por medio de dos espectros de transmisión de rayos X y una segmentación en clases de características. Para ello hay que procurar primero un registro apropiado dentro del marco de los sensores de rayos X. Esto se consigue mediante una técnica de filtrado con resolución espectral.

Mediante un filtrado apropiado de la radiación de rayos X por delante del correspondiente sensor del sistema introducido de dos canales, se origina primero una selectividad espectral. La disposición de las líneas de sensores permite entonces un filtrado independiente, de tal manera que puede conseguirse la selectividad óptima para una tarea de separación dada.

En general se registra un espectro de energía más alta y un espectro de energía más baja. Para el primero se utiliza un filtro de paso alto, que amortigua fuertemente las frecuencias más bajas con menor contenido de energía. Las frecuencias altas se dejan pasar con una amortiguación menor. Para este fin puede servir en especial una lámina metálica de un metal con clase de densidad más alta, como por ejemplo una lámina de cobre de 0,45 mm de grosor.

En el caso de un espectro de menor energía se utiliza como filtro de absorción el filtro situado por delante del correspondiente sensor, que absorbe un determinado intervalo de ondas de mayor energía. Se coloca de tal manera que la absorción se sitúa en la proximidad inmediata de los elementos de mayor densidad. Para este fin puede servir en especial una lámina metálica de un metal con clase de densidad más baja, como por ejemplo una lámina de aluminio de 0,45 mm de grosor.

Cada una de las dos líneas de sensores S1.i y S2.i (i por ejemplo de n veces 1 a n veces 64 para todos las n redes alineadas en la anchura de transporte) consta de un número de redes de fotodiodos que van provistos de un escintilador para convertir la radiación de rayos X en luz visible.

Una red típica tiene 64 pixels (en una hilera) con una trama de píxel opcional de 0,4 mm o 0,8 mm. Tal como se representa esquemáticamente en la Fig. 3, a través de amplificadores analógicos y transductores analógico/digitales 32 se digitaliza la intensidad con una dinámica de 14 bit y se selecciona de manera sincrónica con las líneas a través de una memoria FIFO (First In/First Out) 34 y una interface 36 en serie. Con ello se retrasa la línea, que dado por el sentido de transporte del material es cortada primero por el material de clasificación, hasta que los datos están disponibles casi simultáneamente con la línea que se corta más tarde (con el otro espectro de energía).

Los datos así correlacionados temporalmente se convierten mediante el multiplexor 38 en una corriente de datos de byte en serie y a través de la interface estándar Camera Link 40 se trasmiten hasta el sistema electrónico de evaluación situado a varios metros de distancia.

Alineando los módulos electrónicos, cada uno de los cuales cubre una anchura de transporte de 300 mm, se pueden crear anchuras de transporte máximas de 1800 mm en dos canales. Para este fin, en cada uno de los módulos se generan de nuevo las necesarias tensiones de servicio y se prepara de nuevo la señal de impulso.

El auténtico tratamiento de la señal de rayos X tiene lugar entonces (tal como se representa esquemáticamente en la Fig. 4) en la corriente de datos transmitida a través de Camera Link 40, que primero se separa en los dos canales sensores a través del desmultiplexor 42.

Para cada canal se realiza ahora por separado una corrección blanco/negro en una unidad electrónica 44. Al medir esta etapa de corrección, para cada píxel se determina el valor negro en ausencia de radiación y el valor blanco con un 100% de radiación y se prepara una tabla de compensación. En funcionamiento normal se corrigen los datos brutos con ayuda de la tabla de compensación.

Para suprimir la señal de ruido (unidad 46) se genera temporalmente una imagen por separado para cada canal mediante un almacenamiento intermedio de algunas líneas sucesivas. Esta imagen se aplana mediante un filtro de valor medio, cuya magnitud puede ajustarse en líneas y columnas. Con ello se reduce significativamente el ruido.

La transformación Z (unidad 50) genera, a partir de las intensidades de dos canales, diferentes clases de imágenes espectrales de densidad atómica media (abreviado Z), cuya asignación es en gran medida independiente de la transmisión de rayos X y, por lo tanto, de la intensidad del material.

Una normalización de los valores a una densidad atómica media de uno o varios materiales representativos seleccionados, permite clasificar de manera distinta el rango de imágenes a un lado y otro de la curva normalizada. Una calibración de este tipo en la que se establece la relación no lineal a través del espectro recogido, permite "ocultar" efectos de los aparatos.

La clase de densidad atómica generada en la normalización a un Z determinado (número ordinal de un elemento o, de manera más general, densidad atómica media del material) constituye aquí la densidad típica de los materiales participantes. Paralelamente se calcula en la unidad 48 otro canal que proporciona la transmisión (media) resultante a lo largo de todo el espectro.

Mediante la combinación asistida por ordenador de la clase de densidad atómica con un intervalo de transmisión (T_{min}, T_{max}) se pueden asignar los píxel a una clase de características en la unidad 52 que, después, tras un filtrado 54 morfológico se puede usar en la unidad 56 para la diferenciación de materiales.

También aquí se construye temporalmente una imagen de algunas líneas de altura para suprimir las informaciones parásitas con un filtro bidimensional. Se pueden suprimir por ejemplo informaciones erróneas no deseadas en el borde de la partícula recortando pixel.

La corriente de datos de clases de características se trata como material de imagen. La clase de características "Marcha en vacío de la máquina" describe el estado de fuente de rayos X conectada pero sin material clasificado en el tramo de medición. Todos los píxel de características distintos a los de marcha en vacío de la máquina se tratan como un primer plano y se reúnen mediante la segmentación en segmentos de líneas y finalmente en superficies. La distribución de características en estas superficies se describe mediante conjuntos de datos del objeto. Estos conjuntos de datos contienen también información sobre posición, forma y tamaño de las superficies de características relacionadas entre sí.

En la valoración se comparan las relaciones cuantitativas de los píxel de características, así como la forma y el tamaño de cada objeto, con las magnitudes características memorizadas de cada material. Sobre esta base a asigna el objeto a una determinada clase de materiales.

Claims (9)

1. Dispositivo para separar materiales a granel con ayuda de un dispositivo de soplado con boquillas de soplado dispuestas en un tramo de caída detrás de una cinta transportadora (20), con una fuente de rayos X, medios de valoración controlados por ordenador y medios sensores (10),

donde las boquillas de soplado pueden ser controladas por los medios de valoración asistidos por ordenador en función de señales de sensores que resultan de una radiación que atraviesa la corriente de material a granel sobre la cinta transportadora y que es emitida por la fuente de rayos X y recogida por los medios sensores, donde

-

hay como mínimo dos dispositivos filtradores para dejar pasar radiación de rayos X de espectros de energía distintos en relación uno con otro, que están dispuestos delante de cómo mínimo un medio sensor (10),

-

hay sensores en línea con una pluralidad de píxel individuales como medios sensores, dispuestos transversalmente a la cinta transportadora (20), estando prevista una línea de sensores en cada filtro.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque una línea de sensores correspondiente a la anchura de la cinta transportadora está formada por redes de fotodiodos alineados, cuya superficie activa está cubierta con un papel fluorescente.

3. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los filtros son láminas metálicas, a través de las cuales se transmite radiación de rayos X de distintos niveles de energía.

4. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los filtros están dispuestos por debajo de la cinta transportadora (20) delante de los sensores, y por encima de la cinta transportadora (20) hay dispuesto un tubo de rayos X (12) generador de un espectro de frenado.

5. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el dispositivo está provisto de una caja de apantallamiento (14) esencialmente por encima de la cinta transportadora (20), que rodea la cinta transportadora (20) y el tramo de soplado (22), una cubierta (16) cubre la cinta de transportadora en un tramo por delante de la fuente de rayos X, y cubriendo un plano de vertido inclinado (18) la sección de entrada de la cinta transportadora.

6. Dispositivo según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque hay previstos más de dos filtros para uso de más de dos niveles de energía.

7. Procedimiento para separar materiales a granel con ayuda de un dispositivo soplador con boquillas de soplado dispuestas en un tramo de caída detrás de una cinta transportadora (20), siendo controladas las boquillas de soplado por medios de valoración asistidos por ordenador en función de resultados de sensores de una radiación que atraviesa el material a granel situado sobre la cinta transportadora, emitida desde una fuente de rayos X y registrada en medios sensores, caracterizado porque el filtrado de la radiación X que pasa a través de las partículas de material a granel tiene lugar en al menos dos espectros diferentes filtrados usando láminas metálicas a fin de interceptar la radiación de rayos X locales espaciales que pasa a través de las partículas de material a granel en al menos un sensor en línea para cada filtro integrado en un rango de energía predeterminado.

8. Procedimiento según la reivindicación 7 caracterizado porque tiene lugar una clasificación y una normalización Z de rangos de imagen para determinar la clase de densidad atómica basado en las señales de sensores de fotones de rayos X de diferente espectro de energía registradas en cómo mínimo dos líneas de sensores.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque tiene lugar una segmentación de la formación de clases de características para controlar las boquillas de soplado, basándose tanto en la transmisión media registrada de las partículas de material a granel en los distintos espectros de energía de rayos X registrados mediante al menos dos líneas de sensores como también en la información de densidad obtenida mediante una normalización Z.