廢金屬分揀系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】在此提供了一種用于對包含至少兩種金屬類別的廢金屬進行分揀的裝置和方法。將一個x射線束指向廢金屬顆粒的至少一部分。對來自這個顆粒的后向散射的x射線、前向散射的x射線、以及透射的x射線進行測量并且將其輸入到一個分類器中，諸如一個帶有截止平面的數(shù)據(jù)庫。由一個控制器將這種廢金屬分揀成第一類別和第二類別的廢金屬。一種用于掃描系統(tǒng)的x射線源設置有一個電子束發(fā)生器、一個電磁波束聚焦線圈、一對鞍形的波束導向線圈、以及一個靶箔，以便沿一個平面產(chǎn)生一個掃描x射線束。
【專利說明】廢金屬分揀系統(tǒng)
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求于2011年I月7日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/430，585的權益，其全部披露通過引用結合于此。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于在流水線操作中對廢金屬進行分揀的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0003]目前，使用傳送帶或使用各種技術的其他流水線操作快速或高容量地對廢金屬進行分揀，，這些技術包括:空氣分揀、振動性分揀、基于顏色的分揀、磁性分揀、由流水線操作員進行的手動分揀、光譜分揀以及諸如此類的技術。在分揀之前這些廢金屬通常會被粉碎，并且要求分揀能夠便于這些金屬的再利用。通過分揀這些廢金屬，金屬被再利用，否則可能會被運到垃圾填埋場。另外，與從礦石中精煉純凈原料或從油中精煉塑料相比，使用分揀的廢金屬使得污染和排放減少。如果分揀出的金屬的質量符合標準，制造商可以使用廢金屬替代純凈原料。這些廢金屬可以包括多種類型的含鐵的和不含鐵的金屬、重金屬、高位值金屬(如鎳和鈦)、鑄造或鍛造金屬以及其他各種合金。
[0004]X射線分揀技術已經(jīng)在金屬分揀行業(yè)中被用來分揀廢金屬。該檢測器能夠測量透射穿過該廢金屬的至少兩個不同的能級。該分揀算法基于該檢測器測量到的這兩個能級的比率。
發(fā)明概述
[0005]在一個實施例中，一種用于對廢金屬進行分揀的裝置包括用于運送隨機放置的至少兩種類別的廢金屬的一條傳送帶。該傳送帶在一個第一方向上行進。一個電子束源建立一個掃描電子束。一個靶箔被放置成與該電子束源相互作用，以便建立一個掃描X射線束，該掃描X射線束沿著大體上橫向于該傳送帶的該第一方向的一個平面并且指向該傳送帶上的這些廢金屬。該裝置包括至少一個后向散射檢測器，用于測量來自該傳送帶上這些廢金屬的后向散射的X射線；至少一個前向散射檢測器，用于測量來自該傳送帶上這些廢金屬的前向散射的X射線；以及一個透射檢測器，用于測量穿過該傳送帶上這些廢金屬的透射的X射線。一個數(shù)據(jù)庫包含在一種第一類別廢金屬與一種第二類別廢金屬的之間的一個截止平面。該截止平面是透射X射線、后向散射X射線和前向散射X射線的一個函數(shù)。一個控制器被配置成對從該廢金屬中檢測的透射的X射線、后向散射的X射線和前向散射的X射線作為一個數(shù)據(jù)集來進行接收。該控制器利用從該傳送帶檢測的X射線對該數(shù)據(jù)集進行歸一化。然后，該控制器將該歸一化的數(shù)據(jù)集與該數(shù)據(jù)庫中的該截止平面進行比較，以便將這些廢金屬歸類到該第一和該第二類別中的一種中。
[0006]在另一個實施例中，一種用于對廢金屬進行分揀的方法包括將一條準直的X射線照射到一種背景材料上以及將一條準直的X射線照射到該背景材料上設置的一片廢金屬的一部分上。該廢金屬包含一種第一和一種第二類別的金屬。該方法對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的透射的X射線進行測量和比較，以便建立一個透射比。該方法對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的前向散射的X射線進行測量和比較，以便建立一個前向散射比。該方法還對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的后向散射的X射線進行測量和比較，以便建立一個后向散射比。將該透射比和后向散射比輸入到一個數(shù)據(jù)庫中，以獲得一個前向散射截止值，該截止值提供了該第一金屬類別與該第二金屬類別之間的一種區(qū)分。對該前向散射比與該前向散射截止值進行比較?；谠摻刂怪祵⑦@片廢金屬分揀到該第一類別和該第二類別中的一種中。
[0007]在又一個實施例中，提供了一種裝置用來對包含至少兩種類別金屬的廢金屬進行分揀。該裝置包括指向一個廢金屬顆粒的至少一部分的一個X射線束。至少一個后向散射檢測器測量來自該顆粒的后向散射的X射線。至少一個前向散射檢測器測量來自該顆粒的前向散射的X射線。一個透射檢測器測量穿過該顆粒的透射的X射線。一個數(shù)據(jù)庫包含在一種第一類別廢金屬和一種第二類別廢金屬之間的一個截止平面。該截止平面被定義為透射X射線、后向散射X射線和前向散射X射線的一個函數(shù)。一個控制器被配置成將來自該廢金屬顆粒的該透射的X射線、該前向散射的X射線、以及該后向散射的X射線與在該數(shù)據(jù)庫中的該截止平面進行比較，由此用X射線將這些金屬分類為至少兩種類別。
[0008]在另一個實施例中，一種用于掃描系統(tǒng)的X射線源包括用于建立一個電子束的一個電子束發(fā)生器。一個電磁束聚焦線圈聚焦該電子束。一對波束導向線圈沿著一個平面建立一個掃描電子束。一個祀箔與該掃描電子束相互作用以便沿著該平面建立一個掃描X射線束。
附圖簡要說明
[0009]圖1是根據(jù)一個實施例的一種廢金屬分揀系統(tǒng)的不意圖；
[0010]圖2是圖1的廢金屬分揀系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖3是圖1的用于該金屬分揀系統(tǒng)的一個掃描陣列的示意圖；
[0012]圖4是由圖1的分揀系統(tǒng)取自兩種不同金屬的射出的X射線測量的三維圖；
[0013]圖5是與圖1的分揀系統(tǒng)一同使用的一個截止平面的三維圖；
[0014]圖6是圖5的截止平面的二維圖；
[0015]圖7是根據(jù)一個實施例的一個電子源的示意圖；
[0016]圖8是圖7的X射線源的X射線源強度根據(jù)千電子伏特(keV)變化的圖示；
[0017]圖9是用于圖1的廢金屬分揀系統(tǒng)的一個流程的示意圖；以及
[0018]圖10是用于圖1的廢金屬分揀系統(tǒng)的另一個流程的示意圖。
詳細說明
[0019]根據(jù)需要，在此披露了本發(fā)明的詳細實施例；然而，應當理解的是所披露的實施例僅例證了可以以各種和替代性形式體現(xiàn)的本發(fā)明。這些附圖不一定按比例；一些特征可以被放大或最小化，從而示出特定部件的細節(jié)。因此，在此披露的特定結構和功能細節(jié)不應被解釋為限制性的，而是僅僅為用于讓傳授本領域的普通技術人員多方面地使用本發(fā)明的一個代表性基礎。[0020]圖1描繪了使用X射線光譜學的用于廢金屬的一個分揀系統(tǒng)100。這里顯示為y方向的一條傳送帶102或用來使物體沿著一條路徑運動的其他機構支撐有待分揀的金屬104。這些有待分揀的金屬是由一些廢金屬制成的，如來自汽車、飛機，或來自回收中心的廢金屬；或本領域中已知的其他一些固體廢金屬。這些金屬104在穿過該分揀系統(tǒng)100或一個更大的分揀設施之前通常會通過一個粉碎過程或諸如此類的過程被分解成近似于厘米或毫米的更小的金屬片。通常執(zhí)行一個二分法分揀將這些金屬104分揀成兩種類別的金屬。該傳送帶102在X方向上橫向延伸，并且多片金屬104被隨機放置在該帶102上。
[0021]該帶102穿過一個X射線系統(tǒng)106，該x射線系統(tǒng)產(chǎn)生與該金屬104相互作用的一個X射線束108，從而產(chǎn)生來自該金屬104的透射的或散射的X射線。可替代地,該帶102使這些金屬104自由下落穿過該X射線系統(tǒng)106，并且該X射線束108在這些金屬104下降的過程中與其相互作用。還設想了用于使這些金屬104移動穿過該X射線系統(tǒng)106的其他系統(tǒng)。屏蔽了該X射線系統(tǒng)106以防止X射線和輻射離開該包含的X射線系統(tǒng)。該屏蔽107為該系統(tǒng)106提供了一個安全特征。
[0022]一個電子束源110產(chǎn)生一個掃描電子束112。該電子束112指向該傳送帶102，并且沿著大體上橫向于該帶102的該行進方向(y方向)的一個平面進行掃描。該電子束源110位于一個真空室內，正如本領域中已知的那樣，以便防止該電子束112的分散。該電子束112與一個靶箔114相互作用來產(chǎn)生大體上在該X方向的一個平面中的一個掃描X射線束108,該掃描X射線束可以與該掃描電子束112在同一個平面上。該祀箔有近似若干暈升的厚度，并且由鉅、含鎢粉的鈦、含鎢粉的碳、或其他本領域已知的用于產(chǎn)生X射線束的材料做成。
[0023]該掃描X射線束108穿過光束準直儀116，從而只允許大體上垂直于該帶102行進或者大體上在z方向上的X射線束108的該部分通過。
[0024]然后該準直的X射線束108朝向該帶102行進。該束108或者與不放置任何金屬104的該帶102的一個區(qū)域相互作用，或者與放置有金屬104的該帶102的一個區(qū)域相互作用。該X射線束108將單獨與該帶102相互作用或與該帶102和該底層帶102上的該金屬104相互作用。該X射線108的一部分單獨透射穿過帶102、或該金屬104和帶102，到達位于該帶102下方的一個透射檢測器118。該透射檢測器118與該掃描X射線束108的該平面大體上在X方向上對齊。
[0025]與該帶102或該金屬104相互作用的該X射線108的另一部分是后向散射的，并且通過一對后向散射檢測器120進行測量，盡管也設想了僅使用一個檢測器120的情況。使用兩個檢測器120來增加該后向散射的X射線測量的信噪比。該檢測器120可以位于與該入射X射線束108的該平面成等角的位置。例如，這些檢測器120被放置于掃描X射線108的該平面的附近，并且在實際允許的情況下，盡可能地接近該電子源110。
[0026]可以在該后向散射檢測器120的表面添加鈮或其他原子金屬的一個薄層(如薄膜或涂層)，以便消除或減少從該金屬104發(fā)射的熒光輻射。
[0027]與該帶102或該金屬104相互作用的該x射線108的一個第三部分是前向散射的，并且通過一對前向散射檢測器122進行測量，盡管也設想了僅使用一個檢測器的情況。該檢測器122可以位于與該入射X射線束108的該平面成等角的位置。例如，這些檢測器122被放置于掃描X射線108的該平面的附近，并且在實際允許的情況下，盡可能地接近該透射檢測器118。
[0028]通常，該透射檢測器118接收最高的信號強度，緊隨其后的是該后向散射檢測器120，然后是該前向散射檢測器122。這些檢測器118、120、122可以測量瑞利散射(有彈性的)和康普頓效應(無彈性的)中的一者或兩者。這些檢測器118、120、122是帶有光電倍增管(PTM)的閃爍體或位于該閃爍體一端或兩端的其他檢測器?；趯⒁M行的預期信號測量，這些PMT可以被設置為不同的電平。當然，還設想了其他一些檢測器(如光電二極管、或其他光電檢測器)。
[0029]一個控制器124接收一個數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包括取自該帶102上的金屬104的一個區(qū)域的一個透射X射線測量、一個前向散射測量和一個后向散射測量。該控制器124可以包括兩塊數(shù)據(jù)采集板，一塊用于該檢測器數(shù)據(jù)并且另一塊用于導向該掃描的該源110和電子束112。該控制器124通過用單獨來自該帶102的數(shù)據(jù)集歸一化來自金屬104的該數(shù)據(jù)集來提供一個歸一化的數(shù)據(jù)集，該標準化數(shù)據(jù)集是來自每個檢測器的X射線測量，取自不存在金屬104的該帶102上的一個位置。由于該帶102吸收少量的X射線并散射少量至適度的X射線，此歸一化作為該數(shù)據(jù)集的金屬104的一個背景噪聲校正。將該歸一化的數(shù)據(jù)集與存儲在數(shù)據(jù)集中的一個截止平面進行比較，由此將該金屬104歸類到若干類別之一中。
[0030]該數(shù)據(jù)庫被連接到或被包含于該控制器124內，并且在該金屬104的第一和第二類別金屬之間提供了一個截止平面。該截止平面是透射X射線、前向散射X射線和后向散射X射線的一個函數(shù)，并且在下文進行了更詳細的描述。
[0031]—個成像系統(tǒng)125包括一個成像裝置126 (如一個電荷稱合裝置((XD)照相機)和一個適當?shù)恼彰飨到y(tǒng)127。該成像系統(tǒng)125位于該X射線系統(tǒng)106的上游。該成像裝置126被放置成對該帶102以及位于該帶102上的任何金屬104進行成像。該成像系統(tǒng)125幫助確定該帶102的哪個區(qū)域包含金屬104。該成像系統(tǒng)125還可以被配置成確定該帶102上金屬104的視覺特征，包括顏色、形狀、質地、大小、和在機器視覺系統(tǒng)中已知的其他特征。來自該成像裝置126的這些圖像被發(fā)送到一臺計算機128。
[0032]該計算機128可以從該控制器124分離和連接到該控制器124，或者可以是該控制器124本身的一部分。該計算機128與該成像系統(tǒng)125和位于該x射線系統(tǒng)106下游的彈出器130的一個系統(tǒng)通信。這些彈出器130用來將一種第一類別的金屬從一種第二類別的金屬中分離出來。這些彈出器130可以被用來將這些金屬104分揀成兩種以上的類別，例如三種類別，或其他任意數(shù)目的金屬類別。這些彈出器可以是氣動的、機械的、或其他本領域已知的形式。一個再循環(huán)回路132也可以存在于該X射線系統(tǒng)106的下游。如果存在，該再循環(huán)回路132拾取不能被歸類的金屬104并為它們重新選路通過該系統(tǒng)100，以重新掃描并重新分揀到一個類別中。
[0033]該成像裝置126向該控制器124提供信息，其中，使用圖像處理算法來確定該帶102上該金屬104的一個覆蓋區(qū)域。換言之，該控制器124現(xiàn)在知道在給定時間點、在該帶102上的給定參考點處接收的數(shù)據(jù)集是屬于僅對帶的測量還是金屬測量。如果進行了僅對帶的測量，該控制器124將利用接收到的數(shù)據(jù)集來更新背景透射值、前向散射值、和后向散射值，這些值提供用于歸一化該數(shù)據(jù)集的該帶102的背景水平。在一些情況下，如果該控制器124接收到的數(shù)據(jù)集測量與背景數(shù)據(jù)集不同，該控制器124假定金屬104顆粒存在于該帶102的這個位置上。
[0034]圖2描繪了沿垂直于該掃描電子束的平面得到的X射線系統(tǒng)106。該源110產(chǎn)生一個掃描電子束112。該電子束112沿一個平面路徑133進行回掃。該電子束112與該靶箔114相互作用，從而產(chǎn)生被準直成大體上垂直于該帶102的一個掃描X射線束108。該X射線束108與該帶102上的一片金屬104相互作用，并且從該金屬104得到的X射線由后向散射檢測器120、前向散射檢測器122、和透射檢測器118檢測。
[0035]該電子束被圖示為與該靶箔114相互作以使用透射產(chǎn)生該X射線束?？商娲兀撾娮邮梢员环胖贸稍谠揦方向上大體上在該x-y平面中，并且通過反射與該靶箔114相互作用從而產(chǎn)生在該X方向上大體上在該χ-ζ平面中的一個掃描X射線束108。對于在如同前文所描述的透射X射線產(chǎn)生等效的KeV下每毫安產(chǎn)生的X射線，這個交替幾何結構可能會廣生更聞的效率。
[0036]隨著該X射線束108掃描整個該帶102，該掃描可以是光柵掃描、來回掃描、或其他類型的掃描。對整個該帶102的掃描連同在該帶102y方向的前向運動造成一個矩陣134。該X射線掃描被離散成小型區(qū)域或像素136，即xl，x2，直到且包括xn。像素136的每個陣列138是隨著該掃描的一次回掃得到的并且對應于一個時間，即tl、t2、直到tn。時間(ti)的矩陣134和陣列138與該帶102的速度有關。像素136的該陣列138的大小是數(shù)以百計的，并且在一個示例中是二百四十。一片金屬104可以在多個像素136和多個陣列138上延伸。圖3所示的金屬140在該tl和t2陣列中從x2到x4延伸，并且在該t3陣列中從x3到x4延伸。當然，該片金屬140可以在任何數(shù)目的像素136或陣列138上延伸。圖1中的成像系統(tǒng)125確定該金屬片104位于該帶102上的哪個位置。在該帶102上的該金屬104的位置坐標(x，t)被傳輸?shù)皆撚嬎銠C128和控制器124。該計算機128控制該電子源110。該控制器124與這些檢測器通信，并且在這些數(shù)據(jù)集上執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，從而確定金屬104的類別。
[0037]在一個不例中，該電子束源110提供一個連續(xù)的掃描電子束112,該連續(xù)的掃描電子束112進而成為連續(xù)的掃描X射線束108。該控制器124從該成像系統(tǒng)125和計算機128接收該傳送帶102上的金屬140的坐標(X，t)，而且只處理存在該截止平面的數(shù)據(jù)集金屬104。僅背景數(shù)據(jù)集還可以被用來更新歸一化中使用的背景數(shù)據(jù)集。然而，對有該截止平面的金屬104類別的歸一化數(shù)據(jù)集計算和確定僅在掃描了金屬104的數(shù)據(jù)集上進行。
[0038]在另一個示例中，該電子束源110提供一個定向的掃描電子束112，該掃描電子束進而成為定向的掃描X射線束108。該控制器124從該成像系統(tǒng)125和計算機128接收該傳送帶102上的金屬140的坐標(x，t)，并且只掃描和處理存在金屬104的數(shù)據(jù)集。該電子束源110只將該電子束112和X射線束108指向該存在金屬104的帶102上的區(qū)域。這要求該電子束源110進行額外的光束導向。僅背景掃描和數(shù)據(jù)集可以在預定的間隔出現(xiàn)，以便允許將歸一化中使用的背景數(shù)據(jù)集更新。由于沒有金屬104的數(shù)據(jù)集(或僅背景數(shù)據(jù)集)已通過導向掃描被最小化，因此一般會對所有接收到的數(shù)據(jù)集進行歸一化的數(shù)據(jù)集和金屬104類別的確定。
[0039]如果該金屬104在一個或多個陣列138中只延伸出少量像素136，由于與該x射線束108相互作用的金屬104數(shù)量較小并且檢測器118、120、122測量的信噪比較小，所得到的數(shù)據(jù)集可能會是不確定的或模糊的。通常，該金屬104的構型不影響該控制器124對該金屬104的分類。
[0040]例如，掃描金屬時，由于金屬對射線的散射和吸收更高，X射線的透射減弱。對任意給定的透射百分比水平，輕金屬比如鋁和鎂傾向于比那些原子數(shù)量高于鈦的更重的金屬比如鐵、鎳或鉛的散射要多。鈦通常介于這兩個組之間(輕金屬和重金屬)，并且散射強度可以趨向其中任一組。
[0041]金屬的厚度還會影響散射信號。由一個穿透金屬的X射線束產(chǎn)生的前向散射通常隨著厚度的增加而首先上升，然后達到一個最佳狀態(tài)，最后下降。
[0042]同樣，對于更厚的金屬片104，散射的和二次散射的X射線在通過該金屬104擴展并在退出該金屬104時在更大的立體角(立體弧度)上延伸。在入射X射線中的一部分是由前向散射檢測器122而不是透射檢測器118檢測出的時，這傾向于增加前向散射X射線測量。
[0043]該后向散射的信號受金屬104厚度的影響較小一些，因為通常來自該金屬104的接近表面的較弱的X射線主要被后向散射，然后被該后向散射檢測器120感應到。
[0044]圖4中不出了根據(jù)透射比152、后向散射比154、和前向散射比156的一系列歸一化的數(shù)據(jù)集150。該比率是對應的檢測器與其背景值之比得到的測量信號。例如，透射比是通過金屬104的透射的X射線與單獨地通過傳送帶102的透射的X射線的比值。示出了金屬104的第一類別158和第二類別160。這些數(shù)據(jù)集150可以是來自一個金屬片104的多個單獨的像素136，或一個金屬片104的一個平均像素136。
[0045]在一個實施例中，該控制器124將這些數(shù)據(jù)集150與一個截止平面162進行比較，如圖5所示，該截止平面還是前向散射比156、后向散射比154、和透射比152的一個函數(shù)。向該分揀系統(tǒng)100提供其正在分揀哪兩種金屬類別，以便該控制器124使用一個合適的截止平面162。對于類別的每次配對存在不同的截止平面。例如，該截止平面162可以用于鈦和不銹鋼，其中鈦是該第一類別158而不銹鋼是該第二類別160，或是用于其他金屬之間或其他材料。該數(shù)據(jù)集150將會位于該截止平面162的任意一側，以允許測定它是落入金屬104的該第一類別158還是金屬104的該第二類別160。如果一個數(shù)據(jù)集150與該截止平面162足夠近或重疊，該金屬104可能會落入一種第三未確定的類別(如果提供了這樣一個類別的話)而且會使用該再循環(huán)回路132通過該系統(tǒng)100進行重新分揀。
[0046]金屬104的基本類別分組包括:重金屬和輕金屬，重金屬和鈦，輕金屬和鈦，重金屬和超重金屬(即鉛)，鍛造金屬和鑄造金屬(即含銅量更高)，低合金鍛造金屬和高合金(即鋅含量更高)金屬，以及鋁和鎂(可能要求定向光束導向掃描)。還設想了其他分組，比如廢塑料。
[0047]該截止平面162在圖6中以二維視圖的形式示出，其中后向散射比154與透射比152對照描繪。該前向散射比156用陰影示出了不同等級。
[0048]該截止平面162是使用計劃用于分揀的金屬104的類別和分組通過該分揀系統(tǒng)100的校準來確定的。例如，該截止平面162是使用基于測試數(shù)據(jù)集的經(jīng)驗計算來確定的。在另一個示例中，該截止平面的校準是通過一個支持向量機確定的，該支持向量機是用于多維非線性校準的數(shù)學技術。該定義平面的支持向量機得分截止值通常設為零。通過將一個定義平面的支持向量機得分截止值設為一個非零值來使更低密度的材料或更高密度的材料的錯誤最小化，還可以使該截止平面移向該更低密度的材料或該更高密度的材料?？商娲兀梢灾苯邮褂迷撝С窒蛄繖C而不是使用該截止平面來對這些材料進行分類和分揀，并且該支持向量機可以在測試過程中被校準。當然，設想了其他的用于校準的數(shù)學模型和技術，包括神經(jīng)網(wǎng)絡、或其他分類器。
[0049]一旦完成校準，將該截止平面162存儲在一個與該控制器124通信的數(shù)據(jù)庫164中。該控制器124使來自具有該數(shù)據(jù)庫164的數(shù)據(jù)集的該歸一化的透射比(或X射線)和該歸一化的后向散射比(或X射線)進入，并且將該歸一化的前向散射比(X射線)與該截止平面162進行比較來在金屬104的該第一和第二類別之間進行分揀。該歸一化的數(shù)據(jù)集可以涉及該金屬104的一個像素136或更大的區(qū)域，或可以涉及基于覆蓋區(qū)域的該金屬104的一個平均值。
[0050]換言之，該控制器124分別從該檢測器118、120、122接收一個透射信號、后向散射信號、和前向散射信號。通過來自一個僅背景數(shù)據(jù)集的背景測量或信號將這些信號歸一化。例如，通過用一個像素136的金屬104透射信號除以該像素135的一個背景透射信號，來得到一個透射比以創(chuàng)建一個歸一化的數(shù)據(jù)集。該控制器124使用該截止平面162來確定金屬104的類別。
[0051]該控制器124在圖6中使用該透射比和后向散射比來定位該歸一化的數(shù)據(jù)集。然后該控制器124在該圖的該位置上將該前向散射比與該截止平面162的值進行比較。如果該前向散射比高于該截止平面162值，金屬104的該區(qū)域或像素136是該第一類別。如果該前向散射比低于該截止平面162值，金屬104的該區(qū)域或像素136是該第二類別。如果該前向散射在該截止平面162的某個值或百分比之內，金屬104的該區(qū)域或像素136是一個未確定的類別，不能清楚地分類并且可以被放置在一種第三類別中?；诮饘?04的類另O，該控制器124與該發(fā)射器系統(tǒng)130接口連接來基于該類別和該帶102上的位置來分揀該金屬104。當然，該控制器還可以將一個后向散射比與一個截止平面進行比較，或者還可以將一個透射比與一個截止平面進行比較。
[0052]該控制器124可以在做分揀決定前為一個單獨的金屬顆?；蚪饘倨?04集成這些數(shù)據(jù)集。在一個示例中，該控制器124計算來自一個顆粒中的所有數(shù)據(jù)集的歸一化的前向散射比(X射線)之和，及對應于該顆粒的數(shù)據(jù)集透射比和后向散射比的截止平面值之和。該控制器124將該歸一化的前向散射比之和與該截止平面值之和進行比較來在第一和該第二類別之間進行分揀。
[0053]在另一個示例中，該控制器124為該顆粒計算按照像素136 (區(qū)域)總數(shù)的歸一化的前向散射比(X射線)之和，為該顆粒計算按照像素136 (區(qū)域)總數(shù)的歸一化的透射比(X射線)之和，并且為該顆粒計算按照像素136 (區(qū)域)總數(shù)的歸一化的后向散射比(X射線)之和。該控制器124使用按照像素136總數(shù)的歸一化的透射比之和，及按照像素136總數(shù)的歸一化的后向散射比之和來為來自該數(shù)據(jù)庫164的該顆粒決定一個總平均截止平面值。該控制器124將按照像素136總數(shù)的歸一化的前向散射比之和與該截止平面總平均值進行比較來為金屬104的該顆粒整體上在該第一和該第二類別之間進行分揀。
[0054]如圖7所示，該電子束源110提供一個電子束112。該電子束源110被一個護罩107罩住，且在規(guī)定的真空壓力下運行以減少電子束112由于空氣導致的散射。一個真空系統(tǒng)171提供想要的真空壓力，且可以包括一個泵、多個多級泵、和/或本領域已知的多種類型的泵。一個電源172為一個電子束發(fā)生器170供電。在一個示例中，該電子束發(fā)生器170在120KeV和2mA下運行，且由一個能提供3kW功率的電源172供電。該電子束發(fā)生器170可以在更高或更低的電子伏特或基于該分揀系統(tǒng)100中的金屬104的電流下運行。通常會將該電子伏特降低以用于某些分類，比如鋁VS鈦。減少該電子電壓時，通常需要將安培量增大，比如高達50mA。可以將該電子電壓增大用于其他分類，比如鉛VS鋅。如果該電子電壓被增加到一個高值，將X射線罩住可能會成為問題。
[0055]使用一個由電源175驅動的電磁聚焦線圈174將該發(fā)生器170設置的電子束112聚焦，該電磁聚焦線圈對所生成的光束作為透鏡發(fā)揮作用。該聚焦線圈174可以是一套繞組?？梢愿鶕?jù)需要設置額外的聚焦線圈174來聚焦或校準該光束112。
[0056]然后該光束112行進穿過一個光束導向線圈176，該光束導向線圈同樣由該電源175或一個額外的電源供電。該光束導向線圈176使用變化的電磁場讓該光束沿著一個平面前后擺動，這樣就創(chuàng)建了掃描動作，也被稱為光束偏轉。該導向線圈176可以是鞍形的。
[0057]然后該電子束112與該線圈114相互作用，以產(chǎn)生一個x射線108，如圖8所示。圖8繪制了根據(jù)千電子伏特(keV)的X射線強度。例如，一個120keV的電子源產(chǎn)生0keV-120keV的X射線光子。由于韌致輻射的x射線，導致了所示的連續(xù)寬頻波峰。該更小更尖銳的波峰是由鎢或靶箔114中的其他金屬所發(fā)射的特征X射線導致的。該截止區(qū)域在低KeV值時不會從X射線外殼或護罩107逃逸到帶102。
[0058]該光束發(fā)生器170、聚焦線圈174、和導向線圈176與該控制器124通信來相對于該帶102和像素136提供該光束108的位置。
[0059]在一個不例中，該掃描X射線束108以大約每秒300圈掃描,其中一圈是一次掃描再回來。該帶以大約每分鐘六百英尺、十英尺/秒、或三毫米/毫秒的速度行進。這相當于該X射線束108每圈掃描帶102的十毫米。當然，設想了其他的掃描速度和帶行進速度。
[0060]對于該電子束源110只將該電子束112和X射線束108指向有金屬104的該帶102上的區(qū)域的情況，該源110可以要求添加一個H電橋和多個場效應管(FET)來提供附加導向。一個包含有電壓以將該束112從一個第一位置直接指向一個第二位置的校準的表也用于該導向線圈176。
[0061]圖9展示了用于圖1所示的分揀系統(tǒng)100的過程流程圖,使用了圖5和圖6所示的截止平面162。在步驟180，該系統(tǒng)提供了一個校準的X射線束。在步驟182，該X射線束被照射到該背景材料上，而在步驟184被照射到該廢金屬上。在步驟186，這些檢測器測量來自該背景材料的透射的、前向散射的、及后向散射的X射線。在步驟188，這些檢測器測量來自該廢金屬的透射的、前向散射的、及后向散射的X射線。在步驟190，將來自步驟186和步驟199的數(shù)據(jù)集進行比較，其中還計算了透射比、前向散射比和后向散射比。在一些實施例中，在步驟192，對這些比率求平均值或以其他方式進行數(shù)學操作(用虛線表示)。在步驟194，將該透射比和后向散射比輸入一個數(shù)據(jù)庫中。在步驟196，用該截止平面測定該前向散射截止比，如圖6所示。在步驟198，將該前向散射比與該前向散射截止比進行比較。在步驟200，根據(jù)該前向散射比是大于還是小于該前向散射截止比，將該廢金屬基于X射線信息分類。
[0062]在一些實施例中，分揀該廢金屬時還使用了一個機器視覺系統(tǒng)，該機器視覺系統(tǒng)有一個照相機126和一個視覺計算機128。在202，該照相機126使該廢金屬在該背景上成像，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撘曈X計算機128。在204，該視覺計算機128在背景上確定這些廢金屬片的視覺特征。例如，視覺特征可以包括顏色、質地、形狀、縱橫比、或其他機器視覺可決定的特征。該視覺計算機128可以為一片廢金屬賦予一種或多種視覺特征。然后在206，將該廢金屬根據(jù)這些視覺特征分類。
[0063]然后在208，該光譜計算機124或視覺計算機128在該x射線和視覺分類之間為這些廢金屬進行裁決?？梢允褂枚喾N判決技術，比如布爾量、概率性、貝葉斯判決、布爾量和貝葉斯判決的組合、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡、或其他分類和裁決技術。
[0064]然后在步驟210，這些廢金屬被分揀到一種第一類別中，在步驟212被分揀到一種第二類別中，并且在步驟214被分揀到希望的附加類別中，多達η種類別。
[0065]圖10所示的是用于該分揀系統(tǒng)100的過程流程圖的另一個示例。在步驟220，該系統(tǒng)提供了一個準直的X射線束。在步驟222，該X射線束被照射到該背景材料上，而在步驟224被照射到該廢金屬上。在步驟226，這些檢測器測量來自該背景材料的透射的、前向散射的、及后向散射的X射線。在步驟228，這些檢測器測量來自該廢金屬的透射的、前向散射的、及后向散射的X射線。在230，將來自步驟226和步驟228的多個數(shù)據(jù)集輸入到一個分類中。在分類230之前或在分類230之內可以在一個額外的步驟中將步驟226和步驟228的結果結合，來創(chuàng)建一個透射比、前向散射比、和后向散射比用于該廢金屬的分類。
[0066]分揀該廢金屬時還可以用一個機器視覺系統(tǒng)，該機器視覺系統(tǒng)具有一個照相機126和一個視覺計算甲128。在232，該照相機126使該廢金屬在該背景上成像，且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撘曈X計算機128。在234，該視覺計算機128確定該背景上的這些廢金屬片的視覺特征。例如，視覺特征可以包括顏色、質地、形狀、縱橫比、或其他決定機器視覺的特征。該視覺計算機128可以為一片廢金屬賦予一種或多種視覺特征。在230，將該視覺特征輸入該分類步驟中。
[0067]在分類步驟的過程中，每個廢金屬片被分揀成兩個或更多個預定的類別中的一種，比如類別236、238、240。該控制器通過將該視覺特征數(shù)據(jù)和這些χ射線數(shù)據(jù)集兩者結合來確定該廢金屬屬于哪個類別?？梢允褂枚喾N分類技術，比如貝葉斯定理、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡、或其他分類技術。
[0068]在一個示例中，該分類器是一個支持向量機，被用來直接對這些金屬進行分揀。在另一個示例中，該分類器如之前討論的基于一個截止平面，并且該支持向量機或另一種技術用來校準該系統(tǒng)。
[0069]可替代地，可以將該視覺和X射線數(shù)據(jù)結合，并且然后用概率技術(比如貝葉斯計算)進行分類，其中該視覺和X射線部分各自提供一個貝葉斯因子。屬于一種給定類別的金屬的后驗概率是先驗概率和這兩個貝葉斯因子的乘積。先驗概率的一個示例是在給料范圍內一種給定的金屬類別的常見度。然而在又一個示例中，用開關代數(shù)和邏輯(比如布爾函數(shù))將該視覺和X射線數(shù)據(jù)結合和分類。
[0070]雖然上文描述了示例性實施例，并不旨在這些實施例描述本發(fā)明的所有可能的形式。而是，在本說明書中使用的語言是描述性而非限制性的語言，并且應理解的是可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出不同改變。另外，不同實施的實施例的特征可以被組合而形成本發(fā)明的另外的實施例。
【權利要求】
1.一種用于對廢金屬進行分揀的裝置，該裝置包括: 一條傳送帶，用于運送隨機放置的至少兩種類別的廢金屬，該傳送帶在一個第一方向上行進； 一個電子束源，用于建立一個掃描電子束； 一個靶箔，該靶箔被放置成用來與該掃描電子束相互作用，以便建立一個掃描X射線束，該掃描X射線束沿著大體上橫向于該傳送帶的該第一方向的一個平面并且指向該傳送帶上的這些廢金屬； 至少一個后向散射檢測器，用于測量來自該傳送帶上這些廢金屬的后向散射的X射線.至少一個前向散射檢測器，用于測量來自該傳送帶上這些廢金屬的前向散射的X射線.一個透射檢測器，用于測量穿過該傳送帶上這些廢金屬的透射的X射線； 一個數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含在一種第一類別廢金屬與一種第二類別廢金屬之間的一個截止平面，該截止平面是透射X射線、后向散射X射線、以及前向散射X射線的一個函數(shù)；以及 一個控制器，該控制器被配置成(i)對從該廢金屬中檢測的透射的X射線、前向散射的X射線、以及后向散射的X射線作為一個數(shù)據(jù)集來進行接收，(ii)利用從該傳送帶檢測的X射線對該數(shù)據(jù)集進行歸一化，并且(iii)將該歸一化的數(shù)據(jù)集與該數(shù)據(jù)庫中的該截止平面進行比較，以便將這些廢金屬歸類到該第一和該第二類別中的一種中。
2.如權利要求1所述的裝置，進一步包括一個視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)位于該電子束源的上游以便為該傳送帶上的這些金屬成像；` 其中，該控制器被配置成(iv)確定這些金屬的一種視覺特征以便將這些廢金屬歸類到該第一和該第二類別中的一種中。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，該截止平面基于該前向散射X射線。
4.如權利要求3所述的裝置，其中，該控制器被配置成使來自該數(shù)據(jù)集的歸一化的透射X射線以及歸一化的后向散射X射線進入該數(shù)據(jù)庫中，并且對歸一化的前向散射X射線與該截止平面進行比較以便在該第一和第二金屬類別之間進行分揀。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，每個數(shù)據(jù)集對應于一片該廢金屬中的一個區(qū)域。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，對于這片廢金屬，該控制器被配置成計算來自該數(shù)據(jù)集的歸一化的前向散射X射線的總和以及來自該截止平面的一個值的總和，并且對歸一化的前向散射X射線的總和與這些截止平面值的總和進行比較以便在該第一和該第二類別之間進行分揀。
7.如權利要求5所述的裝置，其中，對于這片廢金屬，該控制器被配置成計算每個區(qū)域上歸一化的前向散射X射線的總和、計算每個區(qū)域上歸一化的透射X射線的總和并計算每個區(qū)域上歸一化的后向散射X射線的總和，以便確定在該數(shù)據(jù)庫中的一個截止平面值，并且對每個區(qū)域上歸一化的前向散射X射線的總和與該截止平面值進行比較，以便在該第一和該第二類別之間進行分揀。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，該數(shù)據(jù)庫是使用一種經(jīng)驗計算來形成的，該經(jīng)驗計算是來自一個測試以提供該金屬的類別。
9.如權利要求1所述的裝置，其中，該控制器被配置成使用一個支持向量機來進行校準，而該截止平面是從該支持向量機中導出的。
10.如權利要求9所述的裝置，其中，一個定義平面的支持向量機得分截止值被設置為零。
11.如權利要求9所述的裝置，其中，通過將一個定義平面的支持向量機得分截止值設置為一個非零值，該截止平面被移向一種低密度金屬與一種高密度金屬中的一種，以便在該低密度金屬與該高密度金屬中的一種內使誤差最小化。
12.如權利要求1所述的裝置，進一步包括位于該電子束源上游的一個成像照相機，以便對該傳送帶上的這些金屬進行成像從而將由該控制器進行的數(shù)據(jù)處理引導到運送金屬的該傳送帶的至少一個區(qū)域。
13.如權利要求1所述的裝置，進一步包括介于該靶箔與該傳送器之間用于準直這些X射線的一個準直儀。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，該靶箔進一步包括鉭、鈦和鎢、以及碳和鎢中的至少一項。
15.如權利要求1所述的裝置，其中，該透射檢測器與該掃描X射線的平面是對齊的。
16.如權利要求1所述的裝置，其中，該后向散射檢測器被放置于該掃描X射線的平面以及該電子束源的附近。
17.如權利要求1所述的裝置，其中，該前向散射檢測器被放置于該掃描X射線的平面以及該透射檢測器的附近。.
18.如權利要求1所述的裝置，其中，該至少一個后向散射檢測器是帶有至少一個光電倍增管的閃爍體。
19.如權利要求1所述的裝置，其中，該電子束源進一步包括:一個電子束發(fā)生器、一個聚焦線圈、以及多個波束導向線圈。
20.如權利要求19所述的裝置，其中，來自該電子束源的該電子束作為一個光柵來進行掃描。
21.如權利要求1所述的裝置，其中，該電子束以及相應的X射線束被該成像照相機引導，以便對該包含有待分揀的金屬的傳送帶的多個區(qū)域進行掃描。
22.如權利要求1所述的裝置，其中，該廢金屬進一步包括一種不確定的類別，這樣使得該控制器將該不確定的類別分揀到一個再循環(huán)回路之中用于由該裝置重新掃描。
23.如權利要求1所述的裝置，進一步包括至少一個彈出器，該彈出器被放置于該傳送帶附近并在該X射線平面的下游，以便將該第一類別廢金屬從該第二類別廢金屬中實體地分揀出來。
24.一種用于對廢金屬進行分揀的方法，該方法包括: 將一條準直的X射線照射到一種背景材料上； 將一條準直的X射線照射到該背景材料上設置的一片廢金屬的一部分上，該廢金屬包含第一類別和第二類別的金屬； 對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的透射的X射線進行測量和比較，以便建立一個透射比； 對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的前向散射的X射線進行測量和比較，以便建立一個前向散射比； 對來自該部分廢金屬以及來自該背景材料的后向散射的X射線進行測量和比較，以便建立一個后向散射比； 將該透射比和后向散射比輸入到一個數(shù)據(jù)庫中，以便獲得一個前向散射截止值，該截止值提供了該第一金屬類別與該第二金屬類別之間的一種區(qū)分； 對該前向散射比與該前向散射截止值進行比較；并且 基于該截止值將這片廢金屬分揀到該第一類別和該第二類別中的一種中。
25.如權利要求24所述的方法，進一步包括對這片廢金屬進行成像以便確定一種視覺特征； 其中，這片廢金屬是基于該視覺特征來分揀的。
26.如權利要求24所述的方法，進一步包括: 從這片廢金屬的每個部分中獲得一個透射比、一個前向散射比、以及一個后向散射比； 計算這片廢金屬上的這些前向散射比的總和； 計算來自該數(shù)據(jù)庫的全部這 些前向散射截止值的總和；并且 將這些前向散射比的總和與這些前向散射截止值的總和進行比較，以便在該第一和該第二類別之間對這片廢金屬進行分揀。
27.如權利要求24所述的方法，進一步包括: 從這片廢金屬的每個部分中獲得一個透射比、一個前向散射比、以及一個后向散射比； 按照這片廢金屬中這些部分的數(shù)目計算在這片廢金屬上這些前向散射比的總和； 按照這片廢金屬中這些部分的數(shù)目計算在這片廢金屬上這些后向散射比的總和、以及按照這片廢金屬中這些部分的數(shù)目計算在這片廢金屬上這些透射比的總和，以便從該數(shù)據(jù)庫中為這片廢金屬獲得一個前向散射截止值；并且 將按照這些部分的數(shù)目的這些前向散射比的總和與對于這片廢金屬的前向散射截止值進行比較，以便在該第一和該第二類別之間對這片廢金屬進行分揀。
28.如權利要求24所述的方法，其中，該背景材料包括一條傳送帶。
29.如權利要求24所述的方法，進一步包括將該金屬分揀到鄰近該截止值的一種第三金屬類別之中；并且 在該第三類別中對該金屬重新分揀。
30.如權利要求24所述的方法，進一步包括使用一個電子束源和一個靶箔來形成一條準直的X射線束。
31.如權利要求24所述的方法，進一步包括將該第一類別的金屬從該背景中彈出。
32.一種用于對包含至少兩種金屬類別的廢金屬進行分揀的裝置，該裝置包括: 一個X射線束，該X射線束指向一個廢金屬顆粒的至少一部分； 至少一個后向散射檢測器，用于測量來自該顆粒的后向散射的X射線； 至少一個前向散射檢測器，用于測量來自該顆粒的前向散射的X射線； 一個透射檢測器，用于測量穿過該顆粒的透射的X射線； 一個控制器，該控制器被配置成對來自該廢金屬顆粒的該透射的X射線、該前向散射的X射線、以及該后向散射的X射線與在該數(shù)據(jù)庫中的一個截止平面進行比較，由此用X射線將這些金屬分類為至少兩種類別。
33.如權利要求32所述的裝置，進一步包括一個視覺系統(tǒng)，以便確定該廢金屬的一種視覺特征； 其中，該控制器使用這種視覺特征將這些金屬以視覺方式分類為該至少兩種類別。
34.如權利要求33所述的裝置，其中，該控制器在X射線分類與該視覺分類之間進行裁決，以便將這些金屬分類為該至少兩種類別。
35.如權利要求34所述的裝置，其中，該控制器使用一個概率例程進行裁決。
36.如權利要求34所述的裝置，其中，該控制器使用一個支持向量機進行裁決。
37.如權利要求34所述的裝置，其中，該控制器使用一個布爾例程進行裁決。
38.一種用于掃描系統(tǒng)的X射線源，該X射線源包括: 一個電子束發(fā)生器，用于建立一個電子束； 一個電磁束聚焦線圈，用于將該電子束聚焦； 一對鞍形的波束導向線圈，用于沿著一個平面建立一個掃描電子束；以及 一個靶箔，該靶箔與 該掃描電子束相互作用，以便沿著該平面建立一個掃描X射線束。
【文檔編號】B07C5/346GK103442815SQ201280007107
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年1月6日 優(yōu)先權日:2011年1月7日
【發(fā)明者】保羅·托雷克, 丹尼爾·F·高森, 卡利亞尼·查甘蒂 申請人:休倫瓦雷鋼鐵公司