废金属分拣系统的制作方法
【专利摘要】在此提供了一种用于对包含至少两种金属类别的废金属进行分拣的装置和方法。将一个x射线束指向废金属颗粒的至少一部分。对来自这个颗粒的后向散射的x射线、前向散射的x射线、以及透射的x射线进行测量并且将其输入到一个分类器中，诸如一个带有截止平面的数据库。由一个控制器将这种废金属分拣成第一类别和第二类别的废金属。一种用于扫描系统的x射线源设置有一个电子束发生器、一个电磁波束聚焦线圈、一对鞍形的波束导向线圈、以及一个靶箔，以便沿一个平面产生一个扫描x射线束。
【专利说明】废金属分拣系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2011年I月7日提交的美国临时专利申请号61/430，585的权益，其全部披露通过引用结合于此。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于在流水线操作中对废金属进行分拣的方法和系统。
【背景技术】
[0003]目前，使用传送带或使用各种技术的其他流水线操作快速或高容量地对废金属进行分拣，，这些技术包括:空气分拣、振动性分拣、基于颜色的分拣、磁性分拣、由流水线操作员进行的手动分拣、光谱分拣以及诸如此类的技术。在分拣之前这些废金属通常会被粉碎，并且要求分拣能够便于这些金属的再利用。通过分拣这些废金属，金属被再利用，否则可能会被运到垃圾填埋场。另外，与从矿石中精炼纯净原料或从油中精炼塑料相比，使用分拣的废金属使得污染和排放减少。如果分拣出的金属的质量符合标准，制造商可以使用废金属替代纯净原料。这些废金属可以包括多种类型的含铁的和不含铁的金属、重金属、高位值金属(如镍和钛)、铸造或锻造金属以及其他各种合金。
[0004]X射线分拣技术已经在金属分拣行业中被用来分拣废金属。该检测器能够测量透射穿过该废金属的至少两个不同的能级。该分拣算法基于该检测器测量到的这两个能级的比率。
发明概述
[0005]在一个实施例中，一种用于对废金属进行分拣的装置包括用于运送随机放置的至少两种类别的废金属的一条传送带。该传送带在一个第一方向上行进。一个电子束源建立一个扫描电子束。一个靶箔被放置成与该电子束源相互作用，以便建立一个扫描X射线束，该扫描X射线束沿着大体上横向于该传送带的该第一方向的一个平面并且指向该传送带上的这些废金属。该装置包括至少一个后向散射检测器，用于测量来自该传送带上这些废金属的后向散射的X射线；至少一个前向散射检测器，用于测量来自该传送带上这些废金属的前向散射的X射线；以及一个透射检测器，用于测量穿过该传送带上这些废金属的透射的X射线。一个数据库包含在一种第一类别废金属与一种第二类别废金属的之间的一个截止平面。该截止平面是透射X射线、后向散射X射线和前向散射X射线的一个函数。一个控制器被配置成对从该废金属中检测的透射的X射线、后向散射的X射线和前向散射的X射线作为一个数据集来进行接收。该控制器利用从该传送带检测的X射线对该数据集进行归一化。然后，该控制器将该归一化的数据集与该数据库中的该截止平面进行比较，以便将这些废金属归类到该第一和该第二类别中的一种中。
[0006]在另一个实施例中，一种用于对废金属进行分拣的方法包括将一条准直的X射线照射到一种背景材料上以及将一条准直的X射线照射到该背景材料上设置的一片废金属的一部分上。该废金属包含一种第一和一种第二类别的金属。该方法对来自该部分废金属以及来自该背景材料的透射的X射线进行测量和比较，以便建立一个透射比。该方法对来自该部分废金属以及来自该背景材料的前向散射的X射线进行测量和比较，以便建立一个前向散射比。该方法还对来自该部分废金属以及来自该背景材料的后向散射的X射线进行测量和比较，以便建立一个后向散射比。将该透射比和后向散射比输入到一个数据库中，以获得一个前向散射截止值，该截止值提供了该第一金属类别与该第二金属类别之间的一种区分。对该前向散射比与该前向散射截止值进行比较。基于该截止值将这片废金属分拣到该第一类别和该第二类别中的一种中。
[0007]在又一个实施例中，提供了一种装置用来对包含至少两种类别金属的废金属进行分拣。该装置包括指向一个废金属颗粒的至少一部分的一个X射线束。至少一个后向散射检测器测量来自该颗粒的后向散射的X射线。至少一个前向散射检测器测量来自该颗粒的前向散射的X射线。一个透射检测器测量穿过该颗粒的透射的X射线。一个数据库包含在一种第一类别废金属和一种第二类别废金属之间的一个截止平面。该截止平面被定义为透射X射线、后向散射X射线和前向散射X射线的一个函数。一个控制器被配置成将来自该废金属颗粒的该透射的X射线、该前向散射的X射线、以及该后向散射的X射线与在该数据库中的该截止平面进行比较，由此用X射线将这些金属分类为至少两种类别。
[0008]在另一个实施例中，一种用于扫描系统的X射线源包括用于建立一个电子束的一个电子束发生器。一个电磁束聚焦线圈聚焦该电子束。一对波束导向线圈沿着一个平面建立一个扫描电子束。一个祀箔与该扫描电子束相互作用以便沿着该平面建立一个扫描X射线束。
附图简要说明
[0009]图1是根据一个实施例的一种废金属分拣系统的不意图；
[0010]图2是图1的废金属分拣系统的示意图；
[0011]图3是图1的用于该金属分拣系统的一个扫描阵列的示意图；
[0012]图4是由图1的分拣系统取自两种不同金属的射出的X射线测量的三维图；
[0013]图5是与图1的分拣系统一同使用的一个截止平面的三维图；
[0014]图6是图5的截止平面的二维图；
[0015]图7是根据一个实施例的一个电子源的示意图；
[0016]图8是图7的X射线源的X射线源强度根据千电子伏特(keV)变化的图示；
[0017]图9是用于图1的废金属分拣系统的一个流程的示意图；以及
[0018]图10是用于图1的废金属分拣系统的另一个流程的示意图。
详细说明
[0019]根据需要，在此披露了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是所披露的实施例仅例证了可以以各种和替代性形式体现的本发明。这些附图不一定按比例；一些特征可以被放大或最小化，从而示出特定部件的细节。因此，在此披露的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅为用于让传授本领域的普通技术人员多方面地使用本发明的一个代表性基础。[0020]图1描绘了使用X射线光谱学的用于废金属的一个分拣系统100。这里显示为y方向的一条传送带102或用来使物体沿着一条路径运动的其他机构支撑有待分拣的金属104。这些有待分拣的金属是由一些废金属制成的，如来自汽车、飞机，或来自回收中心的废金属；或本领域中已知的其他一些固体废金属。这些金属104在穿过该分拣系统100或一个更大的分拣设施之前通常会通过一个粉碎过程或诸如此类的过程被分解成近似于厘米或毫米的更小的金属片。通常执行一个二分法分拣将这些金属104分拣成两种类别的金属。该传送带102在X方向上横向延伸，并且多片金属104被随机放置在该带102上。
[0021]该带102穿过一个X射线系统106，该x射线系统产生与该金属104相互作用的一个X射线束108，从而产生来自该金属104的透射的或散射的X射线。可替代地,该带102使这些金属104自由下落穿过该X射线系统106，并且该X射线束108在这些金属104下降的过程中与其相互作用。还设想了用于使这些金属104移动穿过该X射线系统106的其他系统。屏蔽了该X射线系统106以防止X射线和辐射离开该包含的X射线系统。该屏蔽107为该系统106提供了一个安全特征。
[0022]一个电子束源110产生一个扫描电子束112。该电子束112指向该传送带102，并且沿着大体上横向于该带102的该行进方向(y方向)的一个平面进行扫描。该电子束源110位于一个真空室内，正如本领域中已知的那样，以便防止该电子束112的分散。该电子束112与一个靶箔114相互作用来产生大体上在该X方向的一个平面中的一个扫描X射线束108,该扫描X射线束可以与该扫描电子束112在同一个平面上。该祀箔有近似若干晕升的厚度，并且由鉅、含钨粉的钛、含钨粉的碳、或其他本领域已知的用于产生X射线束的材料做成。
[0023]该扫描X射线束108穿过光束准直仪116，从而只允许大体上垂直于该带102行进或者大体上在z方向上的X射线束108的该部分通过。
[0024]然后该准直的X射线束108朝向该带102行进。该束108或者与不放置任何金属104的该带102的一个区域相互作用，或者与放置有金属104的该带102的一个区域相互作用。该X射线束108将单独与该带102相互作用或与该带102和该底层带102上的该金属104相互作用。该X射线108的一部分单独透射穿过带102、或该金属104和带102，到达位于该带102下方的一个透射检测器118。该透射检测器118与该扫描X射线束108的该平面大体上在X方向上对齐。
[0025]与该带102或该金属104相互作用的该X射线108的另一部分是后向散射的，并且通过一对后向散射检测器120进行测量，尽管也设想了仅使用一个检测器120的情况。使用两个检测器120来增加该后向散射的X射线测量的信噪比。该检测器120可以位于与该入射X射线束108的该平面成等角的位置。例如，这些检测器120被放置于扫描X射线108的该平面的附近，并且在实际允许的情况下，尽可能地接近该电子源110。
[0026]可以在该后向散射检测器120的表面添加铌或其他原子金属的一个薄层(如薄膜或涂层)，以便消除或减少从该金属104发射的荧光辐射。
[0027]与该带102或该金属104相互作用的该x射线108的一个第三部分是前向散射的，并且通过一对前向散射检测器122进行测量，尽管也设想了仅使用一个检测器的情况。该检测器122可以位于与该入射X射线束108的该平面成等角的位置。例如，这些检测器122被放置于扫描X射线108的该平面的附近，并且在实际允许的情况下，尽可能地接近该透射检测器118。
[0028]通常，该透射检测器118接收最高的信号强度，紧随其后的是该后向散射检测器120，然后是该前向散射检测器122。这些检测器118、120、122可以测量瑞利散射(有弹性的)和康普顿效应(无弹性的)中的一者或两者。这些检测器118、120、122是带有光电倍增管(PTM)的闪烁体或位于该闪烁体一端或两端的其他检测器。基于将要进行的预期信号测量，这些PMT可以被设置为不同的电平。当然，还设想了其他一些检测器(如光电二极管、或其他光电检测器)。
[0029]一个控制器124接收一个数据集，该数据集包括取自该带102上的金属104的一个区域的一个透射X射线测量、一个前向散射测量和一个后向散射测量。该控制器124可以包括两块数据采集板，一块用于该检测器数据并且另一块用于导向该扫描的该源110和电子束112。该控制器124通过用单独来自该带102的数据集归一化来自金属104的该数据集来提供一个归一化的数据集，该标准化数据集是来自每个检测器的X射线测量，取自不存在金属104的该带102上的一个位置。由于该带102吸收少量的X射线并散射少量至适度的X射线，此归一化作为该数据集的金属104的一个背景噪声校正。将该归一化的数据集与存储在数据集中的一个截止平面进行比较，由此将该金属104归类到若干类别之一中。
[0030]该数据库被连接到或被包含于该控制器124内，并且在该金属104的第一和第二类别金属之间提供了一个截止平面。该截止平面是透射X射线、前向散射X射线和后向散射X射线的一个函数，并且在下文进行了更详细的描述。
[0031]—个成像系统125包括一个成像装置126 (如一个电荷稱合装置((XD)照相机)和一个适当的照明系统127。该成像系统125位于该X射线系统106的上游。该成像装置126被放置成对该带102以及位于该带102上的任何金属104进行成像。该成像系统125帮助确定该带102的哪个区域包含金属104。该成像系统125还可以被配置成确定该带102上金属104的视觉特征，包括颜色、形状、质地、大小、和在机器视觉系统中已知的其他特征。来自该成像装置126的这些图像被发送到一台计算机128。
[0032]该计算机128可以从该控制器124分离和连接到该控制器124，或者可以是该控制器124本身的一部分。该计算机128与该成像系统125和位于该x射线系统106下游的弹出器130的一个系统通信。这些弹出器130用来将一种第一类别的金属从一种第二类别的金属中分离出来。这些弹出器130可以被用来将这些金属104分拣成两种以上的类别，例如三种类别，或其他任意数目的金属类别。这些弹出器可以是气动的、机械的、或其他本领域已知的形式。一个再循环回路132也可以存在于该X射线系统106的下游。如果存在，该再循环回路132拾取不能被归类的金属104并为它们重新选路通过该系统100，以重新扫描并重新分拣到一个类别中。
[0033]该成像装置126向该控制器124提供信息，其中，使用图像处理算法来确定该带102上该金属104的一个覆盖区域。换言之，该控制器124现在知道在给定时间点、在该带102上的给定参考点处接收的数据集是属于仅对带的测量还是金属测量。如果进行了仅对带的测量，该控制器124将利用接收到的数据集来更新背景透射值、前向散射值、和后向散射值，这些值提供用于归一化该数据集的该带102的背景水平。在一些情况下，如果该控制器124接收到的数据集测量与背景数据集不同，该控制器124假定金属104颗粒存在于该带102的这个位置上。
[0034]图2描绘了沿垂直于该扫描电子束的平面得到的X射线系统106。该源110产生一个扫描电子束112。该电子束112沿一个平面路径133进行回扫。该电子束112与该靶箔114相互作用，从而产生被准直成大体上垂直于该带102的一个扫描X射线束108。该X射线束108与该带102上的一片金属104相互作用，并且从该金属104得到的X射线由后向散射检测器120、前向散射检测器122、和透射检测器118检测。
[0035]该电子束被图示为与该靶箔114相互作以使用透射产生该X射线束。可替代地，该电子束可以被放置成在该X方向上大体上在该x-y平面中，并且通过反射与该靶箔114相互作用从而产生在该X方向上大体上在该χ-ζ平面中的一个扫描X射线束108。对于在如同前文所描述的透射X射线产生等效的KeV下每毫安产生的X射线，这个交替几何结构可能会广生更闻的效率。
[0036]随着该X射线束108扫描整个该带102，该扫描可以是光栅扫描、来回扫描、或其他类型的扫描。对整个该带102的扫描连同在该带102y方向的前向运动造成一个矩阵134。该X射线扫描被离散成小型区域或像素136，即xl，x2，直到且包括xn。像素136的每个阵列138是随着该扫描的一次回扫得到的并且对应于一个时间，即tl、t2、直到tn。时间(ti)的矩阵134和阵列138与该带102的速度有关。像素136的该阵列138的大小是数以百计的，并且在一个示例中是二百四十。一片金属104可以在多个像素136和多个阵列138上延伸。图3所示的金属140在该tl和t2阵列中从x2到x4延伸，并且在该t3阵列中从x3到x4延伸。当然，该片金属140可以在任何数目的像素136或阵列138上延伸。图1中的成像系统125确定该金属片104位于该带102上的哪个位置。在该带102上的该金属104的位置坐标(x，t)被传输到该计算机128和控制器124。该计算机128控制该电子源110。该控制器124与这些检测器通信，并且在这些数据集上执行数据处理，从而确定金属104的类别。
[0037]在一个不例中，该电子束源110提供一个连续的扫描电子束112,该连续的扫描电子束112进而成为连续的扫描X射线束108。该控制器124从该成像系统125和计算机128接收该传送带102上的金属140的坐标(X，t)，而且只处理存在该截止平面的数据集金属104。仅背景数据集还可以被用来更新归一化中使用的背景数据集。然而，对有该截止平面的金属104类别的归一化数据集计算和确定仅在扫描了金属104的数据集上进行。
[0038]在另一个示例中，该电子束源110提供一个定向的扫描电子束112，该扫描电子束进而成为定向的扫描X射线束108。该控制器124从该成像系统125和计算机128接收该传送带102上的金属140的坐标(x，t)，并且只扫描和处理存在金属104的数据集。该电子束源110只将该电子束112和X射线束108指向该存在金属104的带102上的区域。这要求该电子束源110进行额外的光束导向。仅背景扫描和数据集可以在预定的间隔出现，以便允许将归一化中使用的背景数据集更新。由于没有金属104的数据集(或仅背景数据集)已通过导向扫描被最小化，因此一般会对所有接收到的数据集进行归一化的数据集和金属104类别的确定。
[0039]如果该金属104在一个或多个阵列138中只延伸出少量像素136，由于与该x射线束108相互作用的金属104数量较小并且检测器118、120、122测量的信噪比较小，所得到的数据集可能会是不确定的或模糊的。通常，该金属104的构型不影响该控制器124对该金属104的分类。
[0040]例如，扫描金属时，由于金属对射线的散射和吸收更高，X射线的透射减弱。对任意给定的透射百分比水平，轻金属比如铝和镁倾向于比那些原子数量高于钛的更重的金属比如铁、镍或铅的散射要多。钛通常介于这两个组之间(轻金属和重金属)，并且散射强度可以趋向其中任一组。
[0041]金属的厚度还会影响散射信号。由一个穿透金属的X射线束产生的前向散射通常随着厚度的增加而首先上升，然后达到一个最佳状态，最后下降。
[0042]同样，对于更厚的金属片104，散射的和二次散射的X射线在通过该金属104扩展并在退出该金属104时在更大的立体角(立体弧度)上延伸。在入射X射线中的一部分是由前向散射检测器122而不是透射检测器118检测出的时，这倾向于增加前向散射X射线测量。
[0043]该后向散射的信号受金属104厚度的影响较小一些，因为通常来自该金属104的接近表面的较弱的X射线主要被后向散射，然后被该后向散射检测器120感应到。
[0044]图4中不出了根据透射比152、后向散射比154、和前向散射比156的一系列归一化的数据集150。该比率是对应的检测器与其背景值之比得到的测量信号。例如，透射比是通过金属104的透射的X射线与单独地通过传送带102的透射的X射线的比值。示出了金属104的第一类别158和第二类别160。这些数据集150可以是来自一个金属片104的多个单独的像素136，或一个金属片104的一个平均像素136。
[0045]在一个实施例中，该控制器124将这些数据集150与一个截止平面162进行比较，如图5所示，该截止平面还是前向散射比156、后向散射比154、和透射比152的一个函数。向该分拣系统100提供其正在分拣哪两种金属类别，以便该控制器124使用一个合适的截止平面162。对于类别的每次配对存在不同的截止平面。例如，该截止平面162可以用于钛和不锈钢，其中钛是该第一类别158而不锈钢是该第二类别160，或是用于其他金属之间或其他材料。该数据集150将会位于该截止平面162的任意一侧，以允许测定它是落入金属104的该第一类别158还是金属104的该第二类别160。如果一个数据集150与该截止平面162足够近或重叠，该金属104可能会落入一种第三未确定的类别(如果提供了这样一个类别的话)而且会使用该再循环回路132通过该系统100进行重新分拣。
[0046]金属104的基本类别分组包括:重金属和轻金属，重金属和钛，轻金属和钛，重金属和超重金属(即铅)，锻造金属和铸造金属(即含铜量更高)，低合金锻造金属和高合金(即锌含量更高)金属，以及铝和镁(可能要求定向光束导向扫描)。还设想了其他分组，比如废塑料。
[0047]该截止平面162在图6中以二维视图的形式示出，其中后向散射比154与透射比152对照描绘。该前向散射比156用阴影示出了不同等级。
[0048]该截止平面162是使用计划用于分拣的金属104的类别和分组通过该分拣系统100的校准来确定的。例如，该截止平面162是使用基于测试数据集的经验计算来确定的。在另一个示例中，该截止平面的校准是通过一个支持向量机确定的，该支持向量机是用于多维非线性校准的数学技术。该定义平面的支持向量机得分截止值通常设为零。通过将一个定义平面的支持向量机得分截止值设为一个非零值来使更低密度的材料或更高密度的材料的错误最小化，还可以使该截止平面移向该更低密度的材料或该更高密度的材料。可替代地，可以直接使用该支持向量机而不是使用该截止平面来对这些材料进行分类和分拣，并且该支持向量机可以在测试过程中被校准。当然，设想了其他的用于校准的数学模型和技术，包括神经网络、或其他分类器。
[0049]一旦完成校准，将该截止平面162存储在一个与该控制器124通信的数据库164中。该控制器124使来自具有该数据库164的数据集的该归一化的透射比(或X射线)和该归一化的后向散射比(或X射线)进入，并且将该归一化的前向散射比(X射线)与该截止平面162进行比较来在金属104的该第一和第二类别之间进行分拣。该归一化的数据集可以涉及该金属104的一个像素136或更大的区域，或可以涉及基于覆盖区域的该金属104的一个平均值。
[0050]换言之，该控制器124分别从该检测器118、120、122接收一个透射信号、后向散射信号、和前向散射信号。通过来自一个仅背景数据集的背景测量或信号将这些信号归一化。例如，通过用一个像素136的金属104透射信号除以该像素135的一个背景透射信号，来得到一个透射比以创建一个归一化的数据集。该控制器124使用该截止平面162来确定金属104的类别。
[0051]该控制器124在图6中使用该透射比和后向散射比来定位该归一化的数据集。然后该控制器124在该图的该位置上将该前向散射比与该截止平面162的值进行比较。如果该前向散射比高于该截止平面162值，金属104的该区域或像素136是该第一类别。如果该前向散射比低于该截止平面162值，金属104的该区域或像素136是该第二类别。如果该前向散射在该截止平面162的某个值或百分比之内，金属104的该区域或像素136是一个未确定的类别，不能清楚地分类并且可以被放置在一种第三类别中。基于金属104的类另O，该控制器124与该发射器系统130接口连接来基于该类别和该带102上的位置来分拣该金属104。当然，该控制器还可以将一个后向散射比与一个截止平面进行比较，或者还可以将一个透射比与一个截止平面进行比较。
[0052]该控制器124可以在做分拣决定前为一个单独的金属颗粒或金属片104集成这些数据集。在一个示例中，该控制器124计算来自一个颗粒中的所有数据集的归一化的前向散射比(X射线)之和，及对应于该颗粒的数据集透射比和后向散射比的截止平面值之和。该控制器124将该归一化的前向散射比之和与该截止平面值之和进行比较来在第一和该第二类别之间进行分拣。
[0053]在另一个示例中，该控制器124为该颗粒计算按照像素136 (区域)总数的归一化的前向散射比(X射线)之和，为该颗粒计算按照像素136 (区域)总数的归一化的透射比(X射线)之和，并且为该颗粒计算按照像素136 (区域)总数的归一化的后向散射比(X射线)之和。该控制器124使用按照像素136总数的归一化的透射比之和，及按照像素136总数的归一化的后向散射比之和来为来自该数据库164的该颗粒决定一个总平均截止平面值。该控制器124将按照像素136总数的归一化的前向散射比之和与该截止平面总平均值进行比较来为金属104的该颗粒整体上在该第一和该第二类别之间进行分拣。
[0054]如图7所示，该电子束源110提供一个电子束112。该电子束源110被一个护罩107罩住，且在规定的真空压力下运行以减少电子束112由于空气导致的散射。一个真空系统171提供想要的真空压力，且可以包括一个泵、多个多级泵、和/或本领域已知的多种类型的泵。一个电源172为一个电子束发生器170供电。在一个示例中，该电子束发生器170在120KeV和2mA下运行，且由一个能提供3kW功率的电源172供电。该电子束发生器170可以在更高或更低的电子伏特或基于该分拣系统100中的金属104的电流下运行。通常会将该电子伏特降低以用于某些分类，比如铝VS钛。减少该电子电压时，通常需要将安培量增大，比如高达50mA。可以将该电子电压增大用于其他分类，比如铅VS锌。如果该电子电压被增加到一个高值，将X射线罩住可能会成为问题。
[0055]使用一个由电源175驱动的电磁聚焦线圈174将该发生器170设置的电子束112聚焦，该电磁聚焦线圈对所生成的光束作为透镜发挥作用。该聚焦线圈174可以是一套绕组。可以根据需要设置额外的聚焦线圈174来聚焦或校准该光束112。
[0056]然后该光束112行进穿过一个光束导向线圈176，该光束导向线圈同样由该电源175或一个额外的电源供电。该光束导向线圈176使用变化的电磁场让该光束沿着一个平面前后摆动，这样就创建了扫描动作，也被称为光束偏转。该导向线圈176可以是鞍形的。
[0057]然后该电子束112与该线圈114相互作用，以产生一个x射线108，如图8所示。图8绘制了根据千电子伏特(keV)的X射线强度。例如，一个120keV的电子源产生0keV-120keV的X射线光子。由于韧致辐射的x射线，导致了所示的连续宽频波峰。该更小更尖锐的波峰是由钨或靶箔114中的其他金属所发射的特征X射线导致的。该截止区域在低KeV值时不会从X射线外壳或护罩107逃逸到带102。
[0058]该光束发生器170、聚焦线圈174、和导向线圈176与该控制器124通信来相对于该带102和像素136提供该光束108的位置。
[0059]在一个不例中，该扫描X射线束108以大约每秒300圈扫描,其中一圈是一次扫描再回来。该带以大约每分钟六百英尺、十英尺/秒、或三毫米/毫秒的速度行进。这相当于该X射线束108每圈扫描带102的十毫米。当然，设想了其他的扫描速度和带行进速度。
[0060]对于该电子束源110只将该电子束112和X射线束108指向有金属104的该带102上的区域的情况，该源110可以要求添加一个H电桥和多个场效应管(FET)来提供附加导向。一个包含有电压以将该束112从一个第一位置直接指向一个第二位置的校准的表也用于该导向线圈176。
[0061]图9展示了用于图1所示的分拣系统100的过程流程图,使用了图5和图6所示的截止平面162。在步骤180，该系统提供了一个校准的X射线束。在步骤182，该X射线束被照射到该背景材料上，而在步骤184被照射到该废金属上。在步骤186，这些检测器测量来自该背景材料的透射的、前向散射的、及后向散射的X射线。在步骤188，这些检测器测量来自该废金属的透射的、前向散射的、及后向散射的X射线。在步骤190，将来自步骤186和步骤199的数据集进行比较，其中还计算了透射比、前向散射比和后向散射比。在一些实施例中，在步骤192，对这些比率求平均值或以其他方式进行数学操作(用虚线表示)。在步骤194，将该透射比和后向散射比输入一个数据库中。在步骤196，用该截止平面测定该前向散射截止比，如图6所示。在步骤198，将该前向散射比与该前向散射截止比进行比较。在步骤200，根据该前向散射比是大于还是小于该前向散射截止比，将该废金属基于X射线信息分类。
[0062]在一些实施例中，分拣该废金属时还使用了一个机器视觉系统，该机器视觉系统有一个照相机126和一个视觉计算机128。在202，该照相机126使该废金属在该背景上成像，并且将数据传输到该视觉计算机128。在204，该视觉计算机128在背景上确定这些废金属片的视觉特征。例如，视觉特征可以包括颜色、质地、形状、纵横比、或其他机器视觉可决定的特征。该视觉计算机128可以为一片废金属赋予一种或多种视觉特征。然后在206，将该废金属根据这些视觉特征分类。
[0063]然后在208，该光谱计算机124或视觉计算机128在该x射线和视觉分类之间为这些废金属进行裁决。可以使用多种判决技术，比如布尔量、概率性、贝叶斯判决、布尔量和贝叶斯判决的组合、支持向量机、神经网络、或其他分类和裁决技术。
[0064]然后在步骤210，这些废金属被分拣到一种第一类别中，在步骤212被分拣到一种第二类别中，并且在步骤214被分拣到希望的附加类别中，多达η种类别。
[0065]图10所示的是用于该分拣系统100的过程流程图的另一个示例。在步骤220，该系统提供了一个准直的X射线束。在步骤222，该X射线束被照射到该背景材料上，而在步骤224被照射到该废金属上。在步骤226，这些检测器测量来自该背景材料的透射的、前向散射的、及后向散射的X射线。在步骤228，这些检测器测量来自该废金属的透射的、前向散射的、及后向散射的X射线。在230，将来自步骤226和步骤228的多个数据集输入到一个分类中。在分类230之前或在分类230之内可以在一个额外的步骤中将步骤226和步骤228的结果结合，来创建一个透射比、前向散射比、和后向散射比用于该废金属的分类。
[0066]分拣该废金属时还可以用一个机器视觉系统，该机器视觉系统具有一个照相机126和一个视觉计算甲128。在232，该照相机126使该废金属在该背景上成像，且将数据传输到该视觉计算机128。在234，该视觉计算机128确定该背景上的这些废金属片的视觉特征。例如，视觉特征可以包括颜色、质地、形状、纵横比、或其他决定机器视觉的特征。该视觉计算机128可以为一片废金属赋予一种或多种视觉特征。在230，将该视觉特征输入该分类步骤中。
[0067]在分类步骤的过程中，每个废金属片被分拣成两个或更多个预定的类别中的一种，比如类别236、238、240。该控制器通过将该视觉特征数据和这些χ射线数据集两者结合来确定该废金属属于哪个类别。可以使用多种分类技术，比如贝叶斯定理、支持向量机、神经网络、或其他分类技术。
[0068]在一个示例中，该分类器是一个支持向量机，被用来直接对这些金属进行分拣。在另一个示例中，该分类器如之前讨论的基于一个截止平面，并且该支持向量机或另一种技术用来校准该系统。
[0069]可替代地，可以将该视觉和X射线数据结合，并且然后用概率技术(比如贝叶斯计算)进行分类，其中该视觉和X射线部分各自提供一个贝叶斯因子。属于一种给定类别的金属的后验概率是先验概率和这两个贝叶斯因子的乘积。先验概率的一个示例是在给料范围内一种给定的金属类别的常见度。然而在又一个示例中，用开关代数和逻辑(比如布尔函数)将该视觉和X射线数据结合和分类。
[0070]虽然上文描述了示例性实施例，并不旨在这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，在本说明书中使用的语言是描述性而非限制性的语言，并且应理解的是可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出不同改变。另外，不同实施的实施例的特征可以被组合而形成本发明的另外的实施例。
【权利要求】
1.一种用于对废金属进行分拣的装置，该装置包括: 一条传送带，用于运送随机放置的至少两种类别的废金属，该传送带在一个第一方向上行进； 一个电子束源，用于建立一个扫描电子束； 一个靶箔，该靶箔被放置成用来与该扫描电子束相互作用，以便建立一个扫描X射线束，该扫描X射线束沿着大体上横向于该传送带的该第一方向的一个平面并且指向该传送带上的这些废金属； 至少一个后向散射检测器，用于测量来自该传送带上这些废金属的后向散射的X射线.至少一个前向散射检测器，用于测量来自该传送带上这些废金属的前向散射的X射线.一个透射检测器，用于测量穿过该传送带上这些废金属的透射的X射线； 一个数据库，该数据库包含在一种第一类别废金属与一种第二类别废金属之间的一个截止平面，该截止平面是透射X射线、后向散射X射线、以及前向散射X射线的一个函数；以及 一个控制器，该控制器被配置成(i)对从该废金属中检测的透射的X射线、前向散射的X射线、以及后向散射的X射线作为一个数据集来进行接收，(ii)利用从该传送带检测的X射线对该数据集进行归一化，并且(iii)将该归一化的数据集与该数据库中的该截止平面进行比较，以便将这些废金属归类到该第一和该第二类别中的一种中。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个视觉系统，该视觉系统位于该电子束源的上游以便为该传送带上的这些金属成像；` 其中，该控制器被配置成(iv)确定这些金属的一种视觉特征以便将这些废金属归类到该第一和该第二类别中的一种中。
3.如权利要求1所述的装置，其中，该截止平面基于该前向散射X射线。
4.如权利要求3所述的装置，其中，该控制器被配置成使来自该数据集的归一化的透射X射线以及归一化的后向散射X射线进入该数据库中，并且对归一化的前向散射X射线与该截止平面进行比较以便在该第一和第二金属类别之间进行分拣。
5.如权利要求1所述的装置，其中，每个数据集对应于一片该废金属中的一个区域。
6.如权利要求5所述的装置，其中，对于这片废金属，该控制器被配置成计算来自该数据集的归一化的前向散射X射线的总和以及来自该截止平面的一个值的总和，并且对归一化的前向散射X射线的总和与这些截止平面值的总和进行比较以便在该第一和该第二类别之间进行分拣。
7.如权利要求5所述的装置，其中，对于这片废金属，该控制器被配置成计算每个区域上归一化的前向散射X射线的总和、计算每个区域上归一化的透射X射线的总和并计算每个区域上归一化的后向散射X射线的总和，以便确定在该数据库中的一个截止平面值，并且对每个区域上归一化的前向散射X射线的总和与该截止平面值进行比较，以便在该第一和该第二类别之间进行分拣。
8.如权利要求1所述的装置，其中，该数据库是使用一种经验计算来形成的，该经验计算是来自一个测试以提供该金属的类别。
9.如权利要求1所述的装置，其中，该控制器被配置成使用一个支持向量机来进行校准，而该截止平面是从该支持向量机中导出的。
10.如权利要求9所述的装置，其中，一个定义平面的支持向量机得分截止值被设置为零。
11.如权利要求9所述的装置，其中，通过将一个定义平面的支持向量机得分截止值设置为一个非零值，该截止平面被移向一种低密度金属与一种高密度金属中的一种，以便在该低密度金属与该高密度金属中的一种内使误差最小化。
12.如权利要求1所述的装置，进一步包括位于该电子束源上游的一个成像照相机，以便对该传送带上的这些金属进行成像从而将由该控制器进行的数据处理引导到运送金属的该传送带的至少一个区域。
13.如权利要求1所述的装置，进一步包括介于该靶箔与该传送器之间用于准直这些X射线的一个准直仪。
14.如权利要求13所述的装置，其中，该靶箔进一步包括钽、钛和钨、以及碳和钨中的至少一项。
15.如权利要求1所述的装置，其中，该透射检测器与该扫描X射线的平面是对齐的。
16.如权利要求1所述的装置，其中，该后向散射检测器被放置于该扫描X射线的平面以及该电子束源的附近。
17.如权利要求1所述的装置，其中，该前向散射检测器被放置于该扫描X射线的平面以及该透射检测器的附近。.
18.如权利要求1所述的装置，其中，该至少一个后向散射检测器是带有至少一个光电倍增管的闪烁体。
19.如权利要求1所述的装置，其中，该电子束源进一步包括:一个电子束发生器、一个聚焦线圈、以及多个波束导向线圈。
20.如权利要求19所述的装置，其中，来自该电子束源的该电子束作为一个光栅来进行扫描。
21.如权利要求1所述的装置，其中，该电子束以及相应的X射线束被该成像照相机引导，以便对该包含有待分拣的金属的传送带的多个区域进行扫描。
22.如权利要求1所述的装置，其中，该废金属进一步包括一种不确定的类别，这样使得该控制器将该不确定的类别分拣到一个再循环回路之中用于由该装置重新扫描。
23.如权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个弹出器，该弹出器被放置于该传送带附近并在该X射线平面的下游，以便将该第一类别废金属从该第二类别废金属中实体地分拣出来。
24.一种用于对废金属进行分拣的方法，该方法包括: 将一条准直的X射线照射到一种背景材料上； 将一条准直的X射线照射到该背景材料上设置的一片废金属的一部分上，该废金属包含第一类别和第二类别的金属； 对来自该部分废金属以及来自该背景材料的透射的X射线进行测量和比较，以便建立一个透射比； 对来自该部分废金属以及来自该背景材料的前向散射的X射线进行测量和比较，以便建立一个前向散射比； 对来自该部分废金属以及来自该背景材料的后向散射的X射线进行测量和比较，以便建立一个后向散射比； 将该透射比和后向散射比输入到一个数据库中，以便获得一个前向散射截止值，该截止值提供了该第一金属类别与该第二金属类别之间的一种区分； 对该前向散射比与该前向散射截止值进行比较；并且 基于该截止值将这片废金属分拣到该第一类别和该第二类别中的一种中。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括对这片废金属进行成像以便确定一种视觉特征； 其中，这片废金属是基于该视觉特征来分拣的。
26.如权利要求24所述的方法，进一步包括: 从这片废金属的每个部分中获得一个透射比、一个前向散射比、以及一个后向散射比； 计算这片废金属上的这些前向散射比的总和； 计算来自该数据库的全部这 些前向散射截止值的总和；并且 将这些前向散射比的总和与这些前向散射截止值的总和进行比较，以便在该第一和该第二类别之间对这片废金属进行分拣。
27.如权利要求24所述的方法，进一步包括: 从这片废金属的每个部分中获得一个透射比、一个前向散射比、以及一个后向散射比； 按照这片废金属中这些部分的数目计算在这片废金属上这些前向散射比的总和； 按照这片废金属中这些部分的数目计算在这片废金属上这些后向散射比的总和、以及按照这片废金属中这些部分的数目计算在这片废金属上这些透射比的总和，以便从该数据库中为这片废金属获得一个前向散射截止值；并且 将按照这些部分的数目的这些前向散射比的总和与对于这片废金属的前向散射截止值进行比较，以便在该第一和该第二类别之间对这片废金属进行分拣。
28.如权利要求24所述的方法，其中，该背景材料包括一条传送带。
29.如权利要求24所述的方法，进一步包括将该金属分拣到邻近该截止值的一种第三金属类别之中；并且 在该第三类别中对该金属重新分拣。
30.如权利要求24所述的方法，进一步包括使用一个电子束源和一个靶箔来形成一条准直的X射线束。
31.如权利要求24所述的方法，进一步包括将该第一类别的金属从该背景中弹出。
32.一种用于对包含至少两种金属类别的废金属进行分拣的装置，该装置包括: 一个X射线束，该X射线束指向一个废金属颗粒的至少一部分； 至少一个后向散射检测器，用于测量来自该颗粒的后向散射的X射线； 至少一个前向散射检测器，用于测量来自该颗粒的前向散射的X射线； 一个透射检测器，用于测量穿过该颗粒的透射的X射线； 一个控制器，该控制器被配置成对来自该废金属颗粒的该透射的X射线、该前向散射的X射线、以及该后向散射的X射线与在该数据库中的一个截止平面进行比较，由此用X射线将这些金属分类为至少两种类别。
33.如权利要求32所述的装置，进一步包括一个视觉系统，以便确定该废金属的一种视觉特征； 其中，该控制器使用这种视觉特征将这些金属以视觉方式分类为该至少两种类别。
34.如权利要求33所述的装置，其中，该控制器在X射线分类与该视觉分类之间进行裁决，以便将这些金属分类为该至少两种类别。
35.如权利要求34所述的装置，其中，该控制器使用一个概率例程进行裁决。
36.如权利要求34所述的装置，其中，该控制器使用一个支持向量机进行裁决。
37.如权利要求34所述的装置，其中，该控制器使用一个布尔例程进行裁决。
38.一种用于扫描系统的X射线源，该X射线源包括: 一个电子束发生器，用于建立一个电子束； 一个电磁束聚焦线圈，用于将该电子束聚焦； 一对鞍形的波束导向线圈，用于沿着一个平面建立一个扫描电子束；以及 一个靶箔，该靶箔与 该扫描电子束相互作用，以便沿着该平面建立一个扫描X射线束。
【文档编号】B07C5/346GK103442815SQ201280007107
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2011年1月7日
【发明者】保罗·托雷克, 丹尼尔·F·高森, 卡利亚尼·查甘蒂 申请人:休伦瓦雷钢铁公司