传感器分离设备和方法与流程

本发明总地涉及颗粒的分离，特别是在回收利用中的颗粒的分离。

背景技术：

在现有技术中已知分离设备并且分离设备通常在原材料加工中用于将回收利用材料的颗粒的混合流分类成为不同种类材料的颗粒流。已知的传感器分离设备包括识别装置，具体的是传感器，所述传感器分析一组颗粒以评估各个单独颗粒的种类。在有关种类的颗粒被传感器识别以后，分离装置被激活，所述分离装置物理地将被识别颗粒从该组颗粒分离出，比如，一系列喷嘴被致动从而引起空气射流，空气射流将被识别颗粒从流中喷出而使得从该组颗粒分离出这些颗粒。

本领域已知的传感器分离设备的缺点在于不是很精准。具体地，空气射流会意外地撞击并射出的不仅有被识别颗粒，而且有可能是不同种类的相邻的非识别颗粒。特别是，当颗粒都是紧密地布置在组中时，这一缺点降低了已知的传感器分离设备的精度。本领域的解决方法是将颗粒非常稀疏地布置在组中以避免空气射流意外地撞击和射出相邻的颗粒。然而，这降低了性能并且影响该工艺的经济性。比如，降低对物理上相似或相同较小颗粒的混合流，例如具有不同颜色和最大直径为几毫米，例如10mm或更少的塑料材料碎颗粒，如pet或pe的回收利用经济性。

ep2343136b1公开了一种利用液体的粘性从混有目标对象和非目标对象的分离对象中提取目标对象的分离方法。该已公开的方法包括将目标对象与非目标对象区分；获得在区分中区分的目标对象的位置信息，基于位置信息将液体附着到目标对象上并且通过将抓取部件与分离对象接触使得液体的粘性导致目标对象粘贴到所述抓取部件，从分离对象提取目标对象。为了使液体的粘性导致目标对象粘贴到抓取部件，附着在目标对象上的液体的数量、液体的粘性、目标对象的厚度、目标对象的面积和目标对象的密度需要满足多个表达式。不锈钢板、硅橡胶板或不锈钢制金属织网被提出作为抓取部件。抓取部件被放置在分离对象上的时间长度大约为3秒。这是一段相对长的时间。也需要由抓取部件施加足够的压力从而使液体的粘性能够导致目标对象粘贴于抓取部件。

技术实现要素：

本发明的目的是减轻一个或多个上述缺陷。具体地，本发明旨在提供一种具有改善的精度和效率的传感器分离设备。为此，本发明提供一种分离设备，所述分离设备包括设置为在一组具有特定属性的颗粒中识别颗粒的识别装置、设置为相对于组中非识别颗粒的亲和度修改被识别颗粒的亲和度的亲和度修改装置和设置为基于其亲和度差异分离组中颗粒的分离装置。

通过设置具有亲和度修改装置的分离设备，可以实现只有例如商业上相关的被识别颗粒可从组中基于设置的亲和度差异被分离出且不打扰邻近的非识别颗粒。这样，可以抵消意外分离非识别颗粒，并可因此增加分离的精度。进一步地，颗粒的亲和度可以是，例如颗粒粘附到分离装置上的趋势，并且，较佳地，所述亲和度修改装置可增强这一趋势。比如，亲和度修改装置可设置为相对于组中非识别颗粒的吸引力或附着力修改被识别颗粒的吸引力或附着力，使得被识别颗粒可被吸引到分离装置上。通过本领域已知的方法可以增强所述趋势，比如增加颗粒的粘附度，也可以对颗粒静态充电或利用磁化。

应注意到，所述亲和度修改装置设置为相对于非识别颗粒的亲和度修改被识别颗粒的亲和度。这可以例如包括如下四种情形：(1)识别装置识别商业上有关的颗粒，而亲和度修改装置则可设置为改变被识别颗粒的亲和度以使得分离装置能够从组中分离被识别颗粒，例如通过拾取或结合颗粒，或(2)识别装置识别商业上有关的颗粒，而亲和度修改装置则可设置为改变非识别颗粒的亲和度使得分离装置能够从组中分离非识别颗粒，或(3)识别装置识别非商业上有关的颗粒，亲和度修改装置则可设置为改变非识别颗粒的亲和度使得分离装置能从组中分离非识别颗粒，或(4)识别装置识别非商业上有关的颗粒，而亲和度修改装置则可设置为修改被识别的非商业上有关的颗粒以使得分离装置能够从组中分离被识别的非商业上有关的颗粒。应注意到识别装置选择地并且单独地结合颗粒，例如，组中的每个颗粒被所述识别装置结合并且识别。

通过提供具有分离装置的分离设备，可以实现例如具有已修改的亲和度的被识别颗粒可被选择性地从组中分离，而非识别颗粒可保持不受影响。所以，可以将颗粒布置得更紧密，并因此增加性能和工艺的经济性。作为可选方案，应注意到一旦分离装置从组中分离出了被识别颗粒，可以附加地包括设置在一个过程中的第二分离装置或更多的分离装置以分离具有不同种类材料、颜色或尺寸的剩余颗粒，并且因此从单一的分拣系统中可以分离出一种以上的颗粒。

组中的颗粒可以是小颗粒，例如塑料、金属和/或木头的、直径在1-20mm范围内的小颗粒。

识别装置可基于特定属性，例如材料种类、重量、颜色、形状和/或尺寸来识别组中的颗粒。具体来说，非物理属性例如是指相同密度但不同颜色或超出指定范围的尺寸。例如，组中的一个颗粒可以是基于特定的颜色属性被识别，而另一个颗粒可以是基于特定的尺寸属性被识别。应注意到，所述识别装置可设置为识别多个特定属性，然而，也可以有排成一排的多个识别装置，每个识别装置设置为识别至少一项特定属性。

分离设备还可包括设置为使颗粒组带入层中的成层器。这样，可以设置颗粒平面阵列，例如帘或床，从而能方便于识别而且颗粒可以已知空间关系设置。通过这种方式，也可以避免过多的颗粒相互粘连并且/或者避免例如两个或以上的颗粒彼此重叠使得识别装置不能识别较下方的颗粒的情形。

通过例如迫使颗粒组通过管道、筛子、凹槽、狭缝、狭槽或借助清扫机而可将颗粒组带入层结构和/或床中。此外，应注意到成层器也可包括引起脉动的夹具以使得颗粒可以成层结构和/或床，并且识别装置因此能够容易地识别颗粒的至少一项特定属性。

较佳地，成层器设置层中的颗粒具有已知的、较佳地恒定的空间关系，例如，使用具有被划分的带表面的带式传送带，或是具有预先施加的空间上布置的静电电荷的带表面的带式传送带，其中，电荷暂时地固定单个接收的颗粒，直到颗粒到达位于识别装置与亲和度修改装置之间的层中的分离装置。藉此，亲和度修改装置的精度还能进一步提升，而且可阻止意外地修改非识别颗粒的亲和度。

成层器可包括颗粒在其上沉积成一平层的传送带表面。颗粒可以例如位于颗粒不彼此重叠的顶层中或位于单层中。颗粒可以以在0.5-8m/s的范围内、较佳地1-3m/s并且更佳地是2.5m/s的速度沿着识别装置、亲和度修改装置和分离装置传送。

识别装置可以是传感器，例如光学传感器和/或图像处理装置，例如用于视觉评估的彩色相机(rgb)、用于温度和形状评估的ir相机、用于化学光谱和形状评估(例如塑料类型)的近红外(nir)相机、譬如用于元素评估的x射线荧光法(xrf)或用于密度和形状评估的x射线透射法的x射线方法，或用于元素评估的激光诱导击穿光谱(libs)。光学传感器可例如具有时间上优于0.5ms并且在空间上优于0.5mm的分辨率。因此，光学传感器可以精确地限定经过的颗粒的位置、尺寸和/或形状。

被识别颗粒可由亲和度修改装置修改的亲和度可以是被识别颗粒的、例如使用水或可喷射的胶粘剂在塑料薄片上的例如粘附度、静电电荷或磁性特性。具体地，亲和度修改装置可以通过将亲和度修改颗粒施加到被识别颗粒来修改被识别颗粒的亲和度，其中修改颗粒可以是带电颗粒，例如对被识别颗粒进行静态充电的电子。

较佳的是，亲和度修改颗粒可以是材料颗粒，其中亲和度改变颗粒可在被识别颗粒上形成涂覆表面层。附加地或替代地，亲和度改变颗粒可在被识别颗粒上形成至少部分地涂覆的表面层，例如在被识别颗粒面向亲和度修改装置的表面上。例如，可以从位于传送带上方的修改装置中排出修改颗粒,使得修改颗粒可以粘附到颗粒的表面，形成粘的、润湿的和/或有磁性的涂覆表面。

从亲和度修改装置排出的亲和度修改颗粒可以是液滴和/或粉末颗粒。所述亲和度修改装置可包括喷射器，例如喷墨打印头。当亲和度修改装置排出液滴时，可以是例如油、酒精、但较佳的是水用于润湿被识别颗粒。被识别颗粒则被覆盖大约10－20微米的水层。被识别颗粒的表面上的液滴可在被识别颗粒与分离装置之间形成湿度桥，而非识别颗粒则基本上保持干燥。可选地，被识别颗粒的表面上的液滴也可在被识别颗粒与第二材料，例如粉末颗粒之间形成湿度桥，其中粉末颗粒可在被识别颗粒已被润湿后、由例如另一个亲和度修改装置，如粉末喷射器排出。

亲和度修改装置设置为与颗粒单独结合。亲和度修改装置可每个阀每秒输送50000液滴，其中每个液滴可具有小于100微米并且较佳地40微米的直径。各个阀可以相互以大约0.05mm或更大的距离间隔。具体地，阀设置为用于提供处于每英寸100滴-或每厘米39到40滴的分辨率的液滴。

应注意到多个修改装置或具有多个阀的单个修改装置可设置为一行，所述行横向于传送带方向，或者所述多个阀部分地沿传送带的方向一同移动以消除在修改动作期间修改装置与颗粒之间的相对运动(例如，喷射喷嘴安装在对着传送带的转动的装置上)。每个阀和/或修改装置可以含有不同的待排出的修改颗粒。通过具有能够每个阀每秒输送50000液滴的修改装置，可以实现传感器和分离装置之间的精度更好得协调一致。具体地来说，分离装置的分辨率可大约是0.4mm，而且因此容易与识别装置0.5mm的分辨率相匹配，所以分离装置可以和识别装置以相同的精度操作。

应注意到除了上述液体，修改装置也可能将黏性液体，例如淀粉液排出到被识别颗粒上。

粉末颗粒可以是磁性的粉末，比如工业硅铁，较佳的是球状的。较佳的是，修改装置在颗粒至少已部分地被覆盖液滴后排出粉末颗粒。比如，40-150微米磁性粉末颗粒可被添加到每个润湿的被识别颗粒上以使得粉末会粘到润湿的被识别颗粒上。

较佳的是，亲和度修改装置包括打印头，其中打印头可以是喷墨打印之类的以用于排出液滴。亲和度修改装置还可以包括设置为排出粉末颗粒，例如硅铁的粉末喷射器。所以，打印头设置为排出液滴到被识别颗粒上，之后粉末喷射器喷射球状的硅铁到润湿的被识别颗粒上。液滴因此可在被识别颗粒与硅铁之间形成具有与黄色便笺贴相当强度的水结合。通过使被识别颗粒具有液滴和一硅铁层，被识别颗粒可以有选择地附连到磁铁或可磁化的材料上。

分离装置可具有接触表面，被识别颗粒被粘附到其上。分离装置可设置为分别地与颗粒结合。分离装置可以是主动的分离装置，例如机械驱动的以保证接触表面与被识别颗粒和/或颗粒组结合的分离装置。然而，也可有被动的分离装置，例如，其中被识别颗粒和/或颗粒组落到分离装置的接触表面上。接触表面可能涂覆有亲水材料以设置为用于吸引润湿的颗粒。接触表面也可以是磁铁或至少是涂覆有可磁化层以设置为与可能在被识别颗粒表面上的磁性球状粉末颗粒相互作用，使得被识别颗粒可被分离装置吸引或粘附到分离装置上。具有被识别颗粒粘附于其上的接触表面的，尤其是接触表面涂覆亲水材料的分离装置的优点和/或具有磁性特性的分离装置的优点在于：不需要将分离装置压在被识别颗粒就能使颗粒粘附到分离装置。这可能缩短处理时间。并且特别是在使用磁性吸引来粘附的情况下，额外的优点是除了被识别颗粒外的颗粒不与分离装置接触，这降低了非识别颗粒6被分离装置拾取的可能性。

较佳的是，分离装置可以是具有与颗粒组接触以拾取被识别颗粒的接触表面的机械拾取装置。分离装置例如可以是具有横向于传送带方向的旋转轴的筒。筒可以具有覆盖有可磁化层的接触面或覆盖有亲水纤维材料的接触面，该亲水纤维材料具有直径尺寸可在100-500微米范围内并且较佳的直径是大约300微米的纤维。纤维可具有圆形顶部并且这些纤维可足够快地单独上下移动以连接润湿的颗粒以使得润湿的颗粒粘附到纤维上。

本发明还涉及打印头的利用以从颗粒组中分离被识别颗粒。

本发明还涉及一种从颗粒组中分离颗粒的方法，所述方法包括如下步骤：

-提供成排列的一组颗粒，其中颗粒组包括具有例如材料、颜色、形状和/或尺寸的不同属性的颗粒；

-在有特定属性的颗粒组中识别颗粒

-用亲和度修改装置相对组中非识别颗粒的亲和度修改被识别颗粒的亲和度；

-用分离装置基于其亲和度差异分离组中的颗粒。

当修改装置已将例如硅铁的细粉末颗粒施加到被识别颗粒上时，所述方法还可包括在分离步骤后的回收步骤，其中将其表面带有硅铁粉末的润湿的颗粒干燥并且/或者将颗粒带入有足够高梯度的磁场中以从被识别颗粒的表面分离磁性粉末，从而可以回收硅铁粉末颗粒。

应注意到在分离的方法中，所述分离装置也可以是识别待分离的颗粒并且在其上作标记的人。

附图说明

将进一步基于附图所示的示例性实施例阐释本发明。

在附图中：

图1示出分离设备的第一示意图。

图2示出分离设备的第二示意图。

应注意到附图仅仅是本发明较佳实施例的示意展示，在没有限定的示例性实施例的方式下给出。在说明中，相同或类似的部件和元件有相同或类似的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出分离设备1包括识别装置2，所述识别装置2设置为在具有特定属性的一组颗粒4中识别颗粒3。图2示出包括其它可选元件的分离设备1。

分离设备1设置为用于与颗粒单独结合。所述颗粒可以是小颗粒，例如不同颜色或不同等级的、直径尺寸在1-20mm范围内的碎pe、pp或pet。亲和度修改装置5设置为用于相对于组4中非识别颗粒6的亲和度选择性地修改被识别颗粒3的亲和度，而分离装置7设置为基于其亲和度差异在组4中分离颗粒。由识别装置2测量的特定属性例如可以是材料的种类、重量、颜色、形状和/或尺寸。

在示例中的传感器分离设备1还包括设置为使颗粒组4在层中的成层器8，并且较佳地使在层中的颗粒4在识别装置2和亲和度修改装置5之间的层中具有已知的、恒定的空间关系。换言之，藉由成层器8，将颗粒4设置为从识别装置2和从亲和度修改装置5行进的时间是已知的。这使得识别装置2和亲和度修改装置5的操作可以同步。

本实施例中的成层器8包括颗粒以平层沉积于其上的传送带表面8a。传送带表面8a较佳地具有高摩擦表面，例如包含合成和/或天然橡胶。如图1所示，颗粒组4被馈送器9馈送到传送带表面8a上。颗粒组4可作为连续的颗粒帘或具有预定距离的部段被馈送到传送带上。可选地，颗粒组4首先通过磁屑移除装置15以从颗粒馈送中移除具有磁性的颗粒。磁屑移除装置可包括用于吸引磁性颗粒的磁铁20，如包括铁磁金属的颗粒。包括铁磁金属的颗粒可包括纯的铁磁金属或复合物形式、如盐或其它的铁磁金属。

在图1中识别装置2具体实施为光学传感器10，其中光学传感器定位在成层器7上方以识别具有特定属性的颗粒组4。比如，识别装置2设置为在清楚的并且具体地半透明的颗粒流中识别颗粒4的颜色。识别装置2也设置为通过pp材料上设置的标记识别特定的pp种类。此外，识别装置2设置为用于识别在传送带表面8a上的颗粒的位置。

在颗粒4经过识别装置2之后，亲和度修改装置5通过施加亲和度修改颗粒11到被识别颗粒3上来修改被识别颗粒3的亲和度。所述修改颗粒11例如从传送带表面8a上方被排出以使得亲和度修改颗粒11在被识别颗粒3上形成涂覆表面层。较佳地将亲和度修改颗粒11以平行于传送带表面8a的运动的速度分量排出。这样，可以避免被识别颗粒3由于与在传送带表面8a上方的被识别颗粒的高度变化有关的飞行效应的时间被所述颗粒错过。

图1中的亲和度修改颗粒11可以是液滴和/或粉末颗粒，其中液滴在此示例中是水以润湿被识别颗粒而在被识别颗粒3与分离装置7之间形成湿度桥。水可设置为具有少量添加物以提升导电性。此原因在于有些打印机要求待沉积液体具有一定的导电性以适当地排出液体。这不仅适用于墨水，也适用于水，即当水要被打印机排出的情况下。可选地，也可以在被识别颗粒3被液滴润湿之后，第二修改装置5b或同一个修改装置5a排出第二材料，较佳的是粉末颗粒。图1中的粉末颗粒可以是有磁性的粉末颗粒，例如工业硅铁，其中颗粒较佳地是球状的以使得被识别颗粒3可单独地被分离装置7结合并且/或者被分离装置提起。

通常，对每个被识别颗粒3排出一个以上硅铁颗粒。较佳的是，对每个被识别颗粒3排出大量硅铁颗粒。具体地，待排出的硅铁颗粒的数量至少是被识别颗粒3质量的1％的、较佳地超过4％。为了避免任何粉末颗粒在传送带表面8a上自由运动，传送带表面8a可包括凹槽，其定向成基本上垂直于传送带表面8a运动方向。较佳的是，凹槽小于1毫米。较佳的是，将颗粒以垂直于传送带表面8a的小于1m/s的速度分量排出。此外，将平行于传送带表面8a的速度分量调谐到传送带表面8a的速度。

在图1中，亲和度修改装置5具体实施为打印头5a和/或粉末喷射器，如硅铁喷射器5b。亲和度修改装置5包括用于散播水或其它液体用于使液滴润湿的打印头5a，打印头5a被布置成提供小于100微米，较佳地30到50微米的小滴。较佳地以至少每英寸100小滴－或每厘米39到40小滴的分辨率设置小滴。在这一分辨率下，可只在被识别颗粒3上沉积液体。除此以外，粉末颗粒可只被排出到被识别颗粒3上或所有颗粒上。在被识别颗粒3上，粉末颗粒被液体粘合在被识别颗粒3上。在其它颗粒6上的粉末颗粒可被移除，例如通过吹风或磁场移除。替代地，在排出液体以及粉末颗粒的实施例中，液体沉积在传送带上所有的颗粒4上，而粉末颗粒只被排出到被识别颗粒3上。

如果被识别颗粒被润湿，这可以以覆盖层的形式完成，在所有的颗粒4或被识别颗粒3上设置液体覆盖层或设置大致上连续的液体膜。替代地，液体被排出在特定的区域。这可以例如通过在管线中沉积液体来实现。所述管线可平行于传送带的运动，垂直于传送带的运动，或相对传送带的运动成角度。

在某些实施例中，可能理想的是，预处理颗粒4以增强亲和度修改颗粒与颗粒组4之间的粘附。为了这一目的，设置预处理模块21(图2)以对颗粒组4进行预处理。如果亲和度修改颗粒包括水，可能较佳地是增强颗粒组4的亲水性。在一个具体实施例中，将一非常薄的(1到10纳米)碳酸钙层施加到颗粒组上。这样的碳酸钙层可以通过将颗粒组暴露于硬度足够高的(例如以德国度测量)、温度至少80摄氏度的水来施加。可以通过喷雾或浸入来实现暴露。浸入较佳地在有足够硬度、至少80度的水中进行至少30秒。替代地或附加地，可将例如六甲基二硅氮烷和/或其它疏水的物质的涂层设置作为颗粒组4的涂层。在所有颗粒上或仅在被识别颗粒3上施加亲水的涂层。

在硅铁喷射器5b－或其它用于排出具有磁性的颗粒的排出单元－周围的区域可施加弱磁场。磁场的场线设置为基本上平行于成层器8的、特别是传送带表面8a的运动方向。磁场的强度较佳地在0.01特斯拉到0.05特斯拉的范围内。藉由磁场作用，因磁滞阻尼的结果使粉末颗粒在传送带表面8a上的滚动被抑制。这是因为在单向场中对滚动的颗粒的磁化引起机械能损失转化为热量。此外，所施加的弱磁场也有使粉末颗粒沉积在润湿的颗粒上，这些颗粒排列成短串，例如一排三个粉末颗粒。这有利于此后磁性地取出碎屑颗粒并且减少了磁性粉末的使用。

分离装置7接触表面12，被识别颗粒3被粘附在其上以使得它们能从颗粒组4分离出。分离装置7单独地结合颗粒以实现分离。较佳地，分离装置7是机械拾取装置，所述机械拾取装置的接触表面12与该颗粒组4接触以拾取被识别颗粒3。如图1所示，分离装置7实施为具有横向于传送方向的旋转表面的筒13。换言之，筒13的旋转轴线垂直于传送方向。在该示例中，筒13的接触表面12涂覆有亲水纤维材料，从而被识别的润湿颗粒可以粘附在其上。

此外，也可能是：分离装置7是磁铁或分离装置的接触表面12是磁铁、具有磁性或至少涂覆有可磁化的层，以分离已涂覆磁性粉末的被识别颗粒3。此外，如果分离装置7是磁铁或分离装置的接触表面12是磁铁，或至少涂覆有可磁化的层，分离装置可用于回收已被排出在传送带表面8a上游的具有磁性的颗粒。这可以是粘附于被识别颗粒3的颗粒和/或未粘附于被识别颗粒3的颗粒，但出现在传送带表面8a上的和/或出现在未设有液体的未识别颗粒6上的颗粒。被回收的颗粒因此被馈送回到储存器17(图2)使得颗粒可再使用。在再使用前，颗粒可通过使用消磁器18(图2)被消磁和/或被干燥，比如在流化床19中(图2)。应注意到在其它实施例中，储存器17、消磁器18和流化床19的顺序可以是不同。

此外，在图1和图2中示出，第二传送带14可设置为在被识别颗粒3被分离后将其运离颗粒组4。

出于公开的目的，应该指出已经描述的技术特征是容许功能上位化的。还应该指出－在没有明确提及的情况下－这样的技术特征可独立于所给出的示例性实施例的内容被考虑，并且可独立于在示例的内容中与其相协作的技术特征被考虑。

应当指出，本发明不限于在文中所述实施例，并且可能有许多变型。例如，识别装置也可以是包括布置成一列的多个识别装置的识别工位，或者分离设备可包含多个识别工位，且较佳地布置成一列。也可有亲和度修改工位或分离工位。

此外，应该注意分离装置和亲和度修改装置可容纳在单个装置中，其中修改被识别颗粒的亲和度和分离可以是单一动作并且可以在同一位置同时发生。

还应注意到多个分离设备可放置在一个过程中，例如在传送带上方，使得可以从单一的颗粒流中分离出多个不同颗粒。

这些和其它实施例对本领域的技术人员将是显而易见的，并且被认为落在由以下权利要求所表达的本发明的范围内。