(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を分析及び分類するシステム（１）であって、
シュート（２０）と、
送り面（１５）に沿って少なくとも１つの材料片（２）を前記シュート（２０）の上部部分（２１）に向けて且つ上部部分（２１）上に移送するフィーダ手段（１０）であって、前記材料片（２）は、前記シュート（２０）上でスライド可能であり、且つ前記シュート（２０）の下縁部（２２）を介して前記シュート（２０）から出る、フィーダ手段（１０）と、
少なくとも２つの画分（Ｆ１、Ｆ２）に従って前記材料片（２）を分類するように動作可能である分類装置（５０）と、
レーザビーム（３５）を発生させるように構成されたレーザ装置（３０）であって、前記レーザビーム（３５）は、前記レーザビーム（３５）が前記材料片（２）に入射すると、前記材料片（２）から放射物を生成することができる、レーザ装置（３０）と、
前記材料片（２）からの前記放射物を検出するように構成されるとともに、前記放射物に対応し、且つ前記材料片（２）の化学組成を示す出力信号を生成するように構成された、分光計（４０）と、
前記出力信号を受け取り、且つ前記出力信号及び少なくとも１つの分類基準に基づいて前記分類装置（５０）を動作させるように構成されたコントローラ装置（６０）と
を含み、
前記レーザ装置（３０）及び前記分光計（４０）は、両方とも、前記シュート（２０）の移送方向に垂直な方向に、同じ側に位置し、
前記レーザ装置（３０）は、
前記材料片（２）が
前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）を越えて前記シュート（２０）から少なくとも部分的に突出しているとき、又は
前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）を介して前記シュート（２０）から落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、
前記レーザビーム（３５）が前記材料片（２）に入射できるように前記レーザビーム（３５）を発生させるように構成され、
前記シュート（２０）は、前記材料片（２）を前記シュート（２０）の上部部分（２１）から前記シュート（２０）の下縁部（２２）まで案内するように構成されたチャネル（２６）を画定し、
前記チャネル（２６）は、前記シュート（２０）の前記上部部分（２１）における凸形部分（２７ａ）と、前記凸形部分（２７ａ）及び前記下縁部（２２）の間の直線部分（２８ｂ）とを含み、
前記チャネル（２６）は、前記チャネル（２６）の中心線の延長部が、前記レーザビーム（３５）の経路と交差するように構成される、システム（１）。
【請求項２】
前記フィーダ手段（１０）は、材料片（２）を移送している間、前記送り面（１５）上での前記材料片（２）間の相対距離を変えるように構成される、請求項１に記載のシステム（１）。
【請求項３】
前記フィーダ手段（１０）は、少なくとも１つの振動フィーダ（１１、１２、１３）を含む、請求項１又は２に記載のシステム（１）。
【請求項４】
前記フィーダ手段（１０）は、少なくとも上流振動フィーダ（１１）及び下流振動フィーダ（１２）を含み、
前記上流振動フィーダ（１１）は、材料片（２）を前記下流振動フィーダ（１２）に向けて且つ前記下流振動フィーダ（１２）上に移送するように構成され、
前記下流振動フィーダ（１２）は、前記材料片（２）を前記シュート（２０）の前記上部部分（２１）に向けて且つ前記上部部分（２１）上に移送し、
前記上流振動フィーダ（１１）の前記送り面（１５）は、前記下流振動フィーダ（１２）の前記送り面（１５）よりも高い位置に設けられ、
前記上流振動フィーダ（１１）は、前記下流振動フィーダ（１２）よりも低い振動周波数及び／又は小さい振幅で動作される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項５】
少なくとも１つの振動フィーダ（１１、１２）の前記送り面（１５）は、複数のチャネル（１６）を形成する波形形状を有する、請求項３又は４に記載のシステム（１）。
【請求項６】
前記レーザビーム（３５）を発生させる前記レーザ装置（３０）と、前記レーザビーム（３５）が入射する前記材料片（２）との間の前記レーザビームの経路において、ビーム分離手段又はビーム偏向手段を含まない、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの材料片（２）は、金属スクラップ片である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項８】
前記金属スクラップ片は、５ｍｍ超〜２００ｍｍ未満の直径を有する、任意選択的に１０ｍｍ超〜１５０ｍｍ未満の直径を有する、任意選択的に１０ｍｍ超〜４０ｍｍ未満の直径を有する５ｘｘｘ又は６ｘｘｘシリーズのアルミニウム片である、請求項７に記載のシステム（１）。
【請求項９】
前記レーザ装置（３０）と、前記分光計（４０）と、前記コントローラ（６０）とは、ＬＩＢＳシステムを構成し、且つ共通のハウジング内に収容される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１０】
前記レーザビーム（３５）は、前記レーザ装置（３０）によって発生された後、水平線に対して０〜９０°、任意選択的に４０〜７０°の角度で上方に延びる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１１】
前記レーザビーム（３５）は、前記シュート（２０）の開口又は開孔を通して伝播しない、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１２】
前記シュート（２０）は、
案内スライド（２５）であって、前記上部部分（２１）と前記下縁部（２２）との間の長さ方向（Ｌ）と、前記長さ方向（Ｌ）に垂直な幅方向（Ｗ）とを画定し、且つ前記少なくとも１つの材料片（２）が前記上部部分（２１）から前記下縁部（２２）までスライド可能である少なくとも１つのチャネル（２６）を含む案内スライド（２５）として実施され、
前記チャネル（２６）は、前記上部部分（２１）の前記幅方向（Ｗ）に沿った断面において、谷部（２８ａ）と第１の高さ（ｈ１）を有する２つの側壁（２８ｂ）とを有する輪郭形状を有し、
前記チャネル（２６）は、前記上部部分（２１）と前記下縁部（２２）との間の前記幅方向（Ｗ）に沿った断面において、谷部（２８ａ）と第２の高さ（ｈ２）を有する２つの側壁（２８ｂ）とを有する輪郭形状を有し、
前記第１の高さ（ｈ１）は、前記第２の高さ（ｈ２）よりも高い、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１３】
前記チャネル（２６）は、前記幅方向（Ｗ）に沿って前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）を通る断面において、少なくとも実質的に水平である直線形状を有する、請求項１２に記載のシステム（１）。
【請求項１４】
前記分類装置（５０）は、圧縮空気を使用することにより、又は機械式装置との物理的な接触を使用することにより、前記少なくとも１つの材料片（２）に衝撃を与えるように構成され、任意選択的に、前記システム（１）は、前記少なくとも２つの画分（Ｆ１、Ｆ２）の２つに対応する２つの貯蔵容器又はコンベア間の空間に設けられたセパレータ（５５）をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１５】
前記送り面（１５）の下流端は、複数のチャネル（１６）を形成する波形形状を有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１６】
事前清浄レーザビーム（２１０）を発生させるように構成された事前清浄レーザ装置（２００）をさらに含み、前記事前清浄レーザビーム（２１０）は、前記事前清浄レーザビーム（２１０）が前記少なくとも１つの材料片（２）に入射すると、前記レーザ装置（３０）によって発生された前記レーザビーム（３５）が前記材料片（２）に入射する前に前記少なくとも１つの材料片（２）から表面汚染物を除去することができる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシステム（１）。
【請求項１７】
材料を分析及び分類する方法であって、
少なくとも１つの材料片（２）、任意選択的に少なくとも１つの金属片をフィーダ手段（１０）の送り面（１５）に向けて且つ送り面（１５）上に供給することと、
前記フィーダ手段（１０）を使用して、前記送り面（１５）上の前記少なくとも１つの材料片（２）をシュート（２０）の上部部分（２１）に向けて且つ上部部分（２１）上に移送することと、
少なくとも部分的に重力を使用することにより、前記シュート（２０）上の前記少なくとも１つの材料片（２）を前記シュート（２０）の前記上部部分（２１）から前記シュート（２０）の下縁部（２２）に向かってスライドさせることであって、
前記シュート（２０）が前記材料片（２）を前記シュート（２０）の前記上部部分（２１）から前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）まで案内するように構成されるチャネルを画定し、
前記チャネル（２６）が、前記シュート（２０）の前記上部部分（２１）における凸形部分（２７ａ）と、前記凸形部分（２７ａ）及び前記下縁部（２２）の間の直線部分（２８ｂ）とを含み、前記シュート（２０）上の前記少なくとも１つの材料片（２）をスライドさせることと、
レーザ装置（３０）によって発生されたレーザビーム（３５）が、前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）を越えて突出している前記少なくとも１つの材料片（２）の部分に入射するように、又は前記レーザビーム（３５）が、前記少なくとも１つの材料片（２）が前記シュート（２０）の前記下縁部（２２）を介して前記シュート（２０）から落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、前記少なくとも１つの材料片（２）に入射するように前記レーザビーム（３５）を供給することであって、前記チャネル（２６）が、前記チャネル（２６）の中心線の延長部が、前記レーザビーム（３５）の経路と交差するように構成される、レーザビーム（３５）を供給することと、
前記レーザビーム（３５）を使用して、前記少なくとも１つの材料片（２）から放射物を生成することと、
前記放射物を検出することと、
前記検出すること及び少なくとも１つの分類基準に基づいて、前記少なくとも１つの材料片（２）が少なくとも２つの画分（Ｆ１、Ｆ２）のいずれの画分に対応するかを決定することと、
前記決定することに基づいて、前記材料片（２）を前記少なくとも２つの画分（Ｆ１、Ｆ２）の１つに分類することと
を含む方法。
【請求項１８】
前記材料片（２）は、アルミニウムスクラップ材料であり、
前記方法は、前記アルミニウムスクラップ材料が５ｍｍ〜２００ｍｍ、任意選択的に１０ｍｍ〜１５０ｍｍ、任意選択的に１０ｍｍ〜４０ｍｍの最大直径を有するように分類することにより、前記アルミニウムスクラップ材料を前処理することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記移送することは、少なくとも２つの材料片（２）を移送することと、前記少なくとも２つの材料片（２）を移送している間、前記送り面（１５）上での前記少なくとも２つの材料片（２）間の相対距離を変えることとを含む、請求項１７又は１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ガラス、金属、プラスチック、紙などの任意の材料の材料片の分析及び分類の分野におけるものである。本発明は、より詳細には、レーザビームを使用してアルミニウムスクラップ片などの金属片を分析及び分類するシステム及び方法に関する。本願は、２０１６年１１月２８日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願公開第１５／３６１，９２９号明細書の優先権及び利益を主張するものである。この特許の全内容は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、金属、プラスチック、紙などの材料は、多くの場合、様々な化学組成を有する部片の混合物として供給される。例えば、アルミニウム及びマグネシウム金属片は、多くの場合、様々な合金の混合物として供給される。例えば、再溶解によってリサイクルするためにそのような金属片を効率的に使用するには、様々な組成を有する金属片の混合物を所望の画分に従って分類することが必要である。これらの画分を使用して、画分を溶解させることにより、特定の望ましい合金組成を有する所望の合金を生成することができる。したがって、材料を分析及び分類する効率的なシステム及び方法を有することが望ましい。
【０００３】
国際出願公開（特許文献１）では、材料のバルク流から材料を識別するバルクサンプリング及びレーザ標的設定システムが開示されている。このバルクサンプリング及びレーザ標的設定システムは、フィーダ端及び出力端を有するフローシュートを含む。出力端は、フローシュートが傾斜し、材料のバルク流が重力の作用でフローシュートに沿って流れるように、フィーダ端から離れる方向に角度をなして延びるようになされている。フローシュートは、フィーダ端に対して先端側にあるフローシュートの最大凹部の地点に配置された開孔を含む実質的に凹形状の形態を有する。このバルクサンプリング及びレーザ標的設定システムは、ＬＩＢＳレーザシステムであって、開孔に隣接して配置され、且つフローシュートを流れる材料に向けて開孔を通してパルスレーザビームを送出するように構成されたＬＩＢＳレーザシステムを含む。開孔は、レーザビームが通過して流動材料の個々の小片に至ることを可能にし、且つ個々の小片からの放射線が開孔を通って戻ることを可能にするのに十分な大きさを有する。このバルクサンプリング及びレーザ標的設定システムは、放射線検出装置であって、開孔に隣接して配置され、且つ個々の材料片から放射された放射線を収集するようになされた放射線検出装置を含む。放射線検出装置は、分光計及びコントローラを含むＬＩＢＳレーザシステムに通信可能に連結される。分光計は、シュートを流れる個々の小片の組成を特定するように構成される。しかし、本発明者らは、このシステムがシュートに開孔を必要とし、この開孔がスクラップによって塞がれることがあるため、このシステムが効果的でないことを見出した。
【０００４】
さらに、国際出願公開（特許文献２）では、化学組成に基づいて少なくとも２つの個別のカテゴリに属する物体を流れ内で分析及び／又は識別するために自動で検査及び／又は分類する方法が開示されている。方法は、所定の幅にわたって進む、無作為に配置された物体の実質的に単一層の流れを提供することと、成形されるレーザ束を、物体を通過させる分析領域内に投射することと、レーザ束の影響を受けた各物体から出力された応答に対応する検出信号を収集及び成形することと、物体間の識別を可能にする適合分析装置を用いて、レーザ束の投射と同期して収集及び成形された検出信号を処理及び評価することとを含む。前記方法は、元の入射レーザ束を複数の集束又は合焦した２次ビームに分割することと、分析領域内で離間して分布する地点に２次ビームを同時に適用することと、各２次ビームが分析領域内の物体、物品又は部片と接触することで発生される検出信号を並行して同時に収集することとも含むことを特徴とする。しかし、本発明者らは、互いに重なるか又はきわめて接近している物体が効率的に分類され得ないため、前記方法がスクラップを分類するのに非効率的であると考える。例えば、本発明者らは、金属スクラップ片が多くの場合に互いに貼り付き、分析及び分類を非効率にすることを見出した。さらに、レーザ束を複数の２次ビームに分割することにより、各部片に対するエネルギ密度又は経時的なエネルギが小さくなりすぎるため、適切な成分分析を行うことができない。さらに、特許請求の範囲で言及されているものの、この文献は、可能な方法におけるアルミニウムスクラップの画分への実際の分類について記載しておらず、したがってスクラップ金属片を分類するのに適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／２００１１１Ａ１号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２０１１／１５４６４６Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、本発明は、材料を分析及び分類するシステムであって、送り面に沿って少なくとも１つの材料片をシュートの上部部分に向けて且つ上部部分上に移送するフィーダ手段であって、材料片は、シュート上でスライド可能であり、且つシュートの下縁部を介してシュートから出る、フィーダ手段と、紙、プラスチック、ガラス、金属及び／又は他の部片などの材料片を少なくとも２つの画分に従って分類するように動作可能である分類装置と、レーザビームを発生させるように構成されたレーザ装置であって、レーザビームは、レーザビームが材料片に入射すると、部片材料から放射物を生成することができる、レーザ装置と、材料片からの放射物を検出し、及び放射物に対応し、且つ材料片の化学組成を示す出力信号を生成するように構成された分光計と、出力信号を受け取り、且つ出力信号及び少なくとも１つの分類基準に基づいて分類装置を動作させるように構成されたコントローラ装置とを含み、レーザ装置及び分光計は、両方とも送り面より下の位置に設けられ、レーザ装置は、材料片がシュートの下縁部を越えてシュートから少なくとも部分的に突出しているか、又はシュートの下縁部を介してシュートから落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、材料片に入射するか又は入射できるレーザビームを生成するように構成される、システムを提供することができる。実施形態によれば、システムは、レーザビームが、空中を浮遊している材料片のみに入射するように構成され得る。実施形態によれば、システムは、レーザビームがシュートによって依然として支持されている間、レーザビームが、シュートの下縁部を越えて突出する材料片のみに入射するように構成され得る。本発明によれば、下側でシュートによって支持されているか、又は材料片が空中を浮遊しているときに測定が実施される場合に同様に下側でシュートによって支持されていた材料片の下側にレーザビームが入射することから、レーザ装置と、レーザビームが材料片に入射するスポットとの間の距離は、材料片の形状又は厚さに関係なく少なくとも実質的に等しいため、材料片の組成を効率的に特定することができる。したがって、材料片の幾何形状に応じてレーザの焦点を再度合わせることなく、効率的な分析を行うことができる。
【０００７】
フィーダ手段は、材料片を移送している間、送り面上での材料片間の相対距離を変えるように構成され得る。
【０００８】
フィーダ手段は、少なくとも１つの振動フィーダを含み得る。
【０００９】
フィーダ手段は、少なくとも上流振動フィーダ及び下流振動フィーダを含み得、上流振動フィーダは、材料片を下流振動フィーダに向けて且つ下流振動フィーダ上に移送するように構成され、下流振動フィーダは、材料片をシュートの上部部分に向けて且つ上部部分上に移送し、上流振動フィーダの送り面は、下流振動フィーダの送り面よりも高い位置に設けられ、上流振動フィーダは、下流振動フィーダよりも低い振動周波数及び／又は小さい振幅で動作される。少なくとも下流振動フィーダの送り面は、複数のチャネルを形成する波形形状を有し得る。
【００１０】
システムは、任意選択的に、レーザビームを発生させるレーザ装置と、レーザビームが入射する材料片との間のレーザビームの経路において、いかなるビーム分離手段又はミラー手段も含まないことができる。
【００１１】
少なくとも１つの材料片は、金属スクラップ片であり得る。金属スクラップ片は、５ｍｍ超〜２００ｍｍ未満、例えば１０ｍｍ超〜１５０ｍｍ未満、例えば１０ｍｍ超〜４０ｍｍ未満の直径を有する５ｘｘｘ又は６ｘｘｘ合金シリーズのアルミニウム片であり得る。
【００１２】
レーザビーム及び分光計は、ＬＩＢＳ（レーザ誘起破壊分光法）システムを形成し得、且つ共通のハウジングに収容され得る。
【００１３】
レーザビームは、レーザ装置によって発生された後、水平線に対して、０〜９０°、任意選択的に４０〜７０°の角度で上方に延び得る。
【００１４】
レーザビームは、シュート、例えばシュートの開口又は開孔を通して伝播しないことができる。
【００１５】
シュートは、案内スライドであって、上部部分と下縁部との間の長さ方向と、長さ方向に垂直な幅方向とを画定し、且つ少なくとも１つの材料片が上部部分から下縁部までスライド可能である少なくとも１つのチャネルを含み得る案内スライドとして実施され得、チャネルは、長さ方向に沿った断面において、上部部分の凸形部分と、それに続く、凸形部分と下縁部との間の直線部分とを含み、チャネルは、上部部分の幅方向に沿った断面において、谷部と第１の高さを有する２つの側壁とを有する輪郭形状を有し、チャネルは、上部部分と下縁部との間の幅方向に沿った断面において、谷部と第２の高さを有する２つの側壁とを有する輪郭形状を有し、第１の高さは、第２の高さよりも高い。チャネルは、幅方向に沿ってシュートの下縁部を通る断面において、少なくとも実質的に水平である直線形状を有し得る。
【００１６】
分類装置は、圧縮空気を使用することにより、少なくとも１つの材料片に衝撃を与えるように構成され得、システムは、任意選択的に、少なくとも２つの画分の２つに対応する２つの貯蔵容器又はコンベア間の空間に設けられた、以下でスプリッタとも称されるセパレータをさらに含み得る。
【００１７】
さらなる態様によれば、本発明は、材料を分析及び分類する方法であって、少なくとも１つの金属片をフィーダ手段の送り面に向けて且つ送り面上に供給することと、フィーダ手段を使用して、送り面上の少なくとも１つの金属片をシュートの上部部分に向けて且つ上部部分上に移送することと、少なくとも部分的に重力作用による力（すなわち重力）を使用することにより、シュート上の少なくとも１つの金属片をシュートの上部部分からシュートの下縁部に向かってスライドさせることと、レーザビームが、シュートの下縁部を越えて突出している少なくとも１つの金属片の部分に入射するように、及び／又はレーザビームが、少なくとも１つの金属片がシュートの下縁部を介してシュートから落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、少なくとも１つの金属片に入射するようにレーザビームを供給することと、レーザビームを使用して、少なくとも１つの金属片から放射物を生成することと、放射物を検出することと、検出すること及び少なくとも１つの分類基準に基づいて、少なくとも１つの金属片が少なくとも２つの画分のいずれの画分に対応するかを決定することと、決定することに基づいて、金属片を少なくとも２つの画分の１つに分類することとを含む方法を提供することができる。材料片は、アルミニウムスクラップ材料であり得、方法は、アルミニウムスクラップ材料が５ｍｍ〜２００ｍｍ、例えば１０ｍｍ〜１５０ｍｍ、例えば１０ｍｍ〜４０ｍｍの最大直径を有するように分類することにより、アルミニウムスクラップ材料を前処理することをさらに含み得る。移送することは、少なくとも２つの材料片を移送することと、少なくとも２つの材料片を移送している間、送り面上での少なくとも２つの材料片間の相対距離を変えることとを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるシステムの実施形態を概略的に示す。
【図２】並行して分析及び分類を行うように構成された本発明によるシステムの部分図を概略的に示す。
【図３】本発明の実施形態によるシステムの概略的な斜視図を示す。
【図４】本発明の実施形態によるシステムの概略的な断面図を示す。
【図５】本発明の実施形態によるシステムの断面斜視図を示す。
【図６】本発明の実施形態によるシステムの部分断面図を示す。
【図７】案内スライドと、波形送り面を有する振動フィーダとして実施されたフィーダ手段とを示す、本発明の実施形態によるシステムの部分斜視図を示す。
【図８】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図９】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１０】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１１】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１２】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１３】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１４】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１５】本発明による案内スライドとして実施されたシュートの細部の概略図を示す。
【図１６】事前清浄レーザを有する本発明によるシステムのさらなる実施形態を概略的に示す。
【図１７】事前清浄レーザ及びバッフルを有する本発明によるシステムのさらなる実施形態を概略的に示す。
【図１８】本発明の実施形態によるシステムの概略的な斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の様々な例示的実施形態が図を参照して説明される。本明細書に記載される主題は、特定の実施方法に限定されないため、本明細書に記載する主題の様々な態様は、複数の方法のいずれかで実施され得る。特定の例示的な実装形態、使用法及び用途は、説明目的で提示され、特許請求の範囲で規定される本発明を限定しない。
【００２０】
本明細書において、上又は下などの相対高さ又は位置を示す用語は、重力、すなわち垂直方向に対して定義される。すなわち、本明細書で第２の物体の「上」にあると説明される第１の物体は、第１の物体よりも地球の中心から遠く離れていることができる。
【００２１】
図１を参照すると、本発明による、材料片２を分析及び分類するシステム１は、送り面１５に沿って少なくとも１つの材料片２をシュート２０の上部部分２１に向けて且つ上部部分２１上に移送するフィーダ手段１０を含み得る。
【００２２】
材料片２は、ガラス、金属、プラスチック、紙などの任意の材料又はそれらの混合物であり得る。
【００２３】
フィーダ手段１０は、フィーダ手段１０の送り面１５に供給された材料片２を分離できるフィーダによって実施され得る。すなわち、フィーダ手段１０は、フィーダ手段１０の送り面１５に供給された材料片２の相対距離を変えて（例えば、大きくして）、結果として材料片２を単体化及び分離するように構成され得る。フィーダ手段１０は、例えば、下記にさらに示すように、１つ又は複数、例えば２つの振動フィーダによって実施され得る。最良の分析及び分類結果は、フィーダ手段１０が材料片２を分離／単体化する、すなわち送り面１５上での材料片２間の相対距離を変えるように構成される場合に達成されることが見出された。移送される物体の相対距離を変えることができないベルトコンベア及び同様の装置は、本明細書で説明するシステム１を使用して材料片２を分類及び分析するのに非効率であることが見出された。例えば、スクラップアルミニウム片は、互いに貼り付き、効率的な分析及び分類を行うために下流方向に送り面１５から離れる前に解体／分離する必要がある塊を形成することがある。少なくとも送り面１５の下流端（例えば、シュート２０に隣接する端部）は、波形形状を有し得る。
【００２４】
本発明によるシステム１は、フィーダ手段１０より上流に設けられた前処理手段を含み得る。前記前処理手段は、特定の大きさ又は組成を有する材料片２のみをフィーダ手段１０に向かって送るように構成され得る。例えば、システム１が銅合金を分析及び分類するように構成される場合、前処理手段は、フィーダ手段１０の送り面１５に供給される材料片２から鉄及びニッケルなどの磁化可能材料を除去するマグネットを含み得る。システム１が金属、例えば５ｘｘｘ及び６ｘｘｘアルミニウムスクラップ材料などのアルミニウム合金を分析及び分類するように構成される場合、前処理手段は、例えば、５ｍｍ〜２００ｍｍ、例えば１０ｍｍ〜１５０、例えば０ｍｍ〜１１０ｍｍ、例えば１０ｍｍ〜４０ｍｍの直径を有する材料片のみをフィーダ手段１０の送り面１５に送るように構成され得る。この場合、６ｘｘｘから５ｘｘｘアルミニウム合金の効率的な分析及び分類は、材料片２の直径が１０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ以上且つ１５０ｍｍ以下、好ましくは１１０ｍｍ以下である場合、本発明によるシステム２が、良好な分析及び分類品質を維持しながら、特に処理能力に関して改善された分析及び分類性能を有することから実施され得ることが見出された。前処理手段は、例えば、１つ又は複数の篩又はスクリーン、例えば１０ｍｍ未満の直径を有する部片を材料片２から除去する篩又はスクリーンと、１５０ｍｍを超える直径を有する部片を材料片２から除去する篩又はスクリーンとを含み得る。
【００２５】
システム１は、シュート２０をさらに含み得、材料片２は、シュート２０上でスライド可能であり、且つシュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から出ることができる。材料片２に対する駆動力は、少なくとも部分的に、例えば完全に重力から得ることができる。
【００２６】
フィーダ手段１０は、その送り面１５に沿って材料片２をシュート２０の上部部分２１に向けて且つ上部部分２１上に移送することができる。２つ以上の材料片２が送り面１５に供給される場合、フィーダ手段１０は、例えば、材料片２が順次一片ずつシュート２０の上部部分２１に移送されるようにこれらの部片を分離／単体化することができる。ただし、下記に説明するように、本発明によるシステム１は、２つ以上の材料片２を同時に分析及び分類することもできる。
【００２７】
シュート２０の上部部分２１に達した後、材料片２は、少なくとも部分的に重力によって駆動されて、シュート２０に沿って下方にシュート２０の下縁部２２に向かってスライドすることができる。シュート２０は、フィーダ手段１０に動作可能に接続され得、例えばフィーダ手段１０が振動フィーダとして実施される場合にフィーダ手段１０と共に振動し得る。一方、シュート２０は、フィーダ手段１０から分離することもできる。すなわち、シュート２０は、静止して振動しないものであり得る。シュート２０が静止して振動しない場合、シュート２０の上部部分２１からシュート２０の下縁部２２に向かう材料片２の移動は、完全に重力によって駆動され得る。シュートの上部部分２１は、シュート２０の上縁部、又はシュート２０の上縁部から距離を置き／それから延び、且つシュート２０の上縁部に隣接するシュート２０の部分に対応し得る。
【００２８】
材料片２が下縁部２２に達すると、材料片２は、下縁部２２を越えてスライドすることができ、且つシュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から落下することができる。
【００２９】
システム１は、レーザビーム３５を発生させるように構成されたレーザ装置３０をさらに含み得る。レーザビーム３５は、レーザビーム３５が材料片２に入射すると、材料片２から放射物を生成することができる。
【００３０】
システム１は、材料片２からの放射物を検出し、且つ放射物に対応する出力信号を生成するように構成された分光計４０をさらに含み得る。さらに、出力信号を受け取り、且つ出力信号及び少なくとも１つの分類基準に基づいて分類装置５０を動作させるように構成されたコントローラ装置６０は、システム２を設けられ得る。
【００３１】
レーザ装置３０及び分光計４０は、両方とも垂直方向に関して送り面１５より下の位置に配置され得る。送り面１５が傾斜しているか又はいくつかの高さ位置を有する場合、「送り面より下の位置に」とは、実施形態によれば、最も低い送り面１５を指し得る。
【００３２】
実施形態によるレーザ装置３０及び分光計４０は、両方とも垂直方向に関してシュート２０の上部部分２１より下の位置に配置され得る。実施形態によるレーザ装置３０及び分光計４０は、両方とも垂直方向に関してシュート２０の下縁部２２より下の位置に配置され得る。水平方向に関して、実施形態によれば、レーザ装置３０及び分光計４０は、両方とも（例えば、少なくとも部分的に）シュート２０の下に配置され得る。
【００３３】
レーザ装置３０は、材料片がシュート２０の下縁部２２を越えてシュート２０から少なくとも部分的に突出しているとき、又は材料片２がシュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から落下しており、且つ空中を浮遊しているか又は「自由落下」しているとき、材料片２に入射するか又は入射できるレーザビーム３５を生成するように配置及び構成され得る。
【００３４】
レーザ装置３０は、レーザ装置３０によって生成されたレーザビーム３５が水平線に対して０°〜９０°の角度で上方に延びるように構成され得る。実施形態によれば、レーザ装置３０は、レーザ装置３０によって生成されたレーザビーム３５が水平線に対して４０°〜８０°の角度で上方に延びるように構成され得る。垂直方向に関して、レーザ装置３０及び分光計４０は、例えば、シュート２０の上部部分２１と下縁部２２との間に配置され得る。
【００３５】
システム１の構成及び材料片２の大きさに応じて、システム２は、材料片２がシュートの下縁部を越えて突出しているが、それでもなおシュート２０に支持されているとき、又は材料片２がシュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、レーザビーム２が材料片２に入射するように構成され得る。
【００３６】
レーザ装置３０及び分光計４０は、ＬＩＢＳ（レーザ誘起破壊分光法）のためのシステムを形成することができる。レーザ装置３０は、分光計４０による分析に適したプラズマが発生するように、十分な出力及び直径のレーザビーム３５を生成するように構成され得る。材料片２がアルミニウム又はアルミニウム合金である場合、レーザは、例えば、レーザビーム３５がレーザ装置３０から出るときに１〜２００ｍＪのエネルギ及び１〜５ｍｍのビーム径を有し得る。レーザビーム３５は、レーザ装置３０から出るときにビーム経路に沿って集束し、且つレーザビーム３５の焦点後に発散することができる。システム１は、レーザビーム３５の焦点がシュート２０の下縁部から１ｃｍ〜１０ｃｍ、例えば１ｃｍ〜５ｃｍの距離を有するように構成され得る。システム１は、レーザビーム３５の焦点が、シュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から出る材料片２の弾道放物線／曲線上に位置するように構成され得る。
【００３７】
本発明によれば、レーザビーム３５は、レーザ装置３０と、レーザビームが材料片２に当たる地点との間で進路を変えられないか又は分割されない。すなわち、本発明の実施形態によれば、任意選択的に、レーザ装置３０と、システム１の動作中にレーザビーム３５が当たる材料片２との間にビームスプリッタ又はミラーが設けられない。換言すると、レーザビーム３５の経路の特定の地点は、レーザ装置３０がレーザビーム３５を発生させているとき、レーザビーム３５の出発地点（レーザビーム３５がレーザ装置３０から出る地点）と同じ出力を常に有する。レーザ装置３０を出た後のレーザビーム３５の光路は、直線で描かれ得る。システム１は、レーザビーム３５及びシュート２０が交差しないように構成され得る。すなわち、本発明によれば、レーザビーム３５は、シュート２０の開口又は開孔を貫通しない。本発明者らは、シュートのそのような開口が、材料片２若しくは塵によって詰まり得、又は開口若しくは開孔が、レーザビーム３５にとって透過性である材料で覆われる場合にレーザビーム３５の出力を低下させ得ることを見出した。
【００３８】
レーザビーム３５が材料片２に入射すると、レーザビーム３５は、材料片２と相互作用して、材料片２から放射物を発生させることができる。前記放射物は、材料片２の化学組成を示すことができる。レーザ装置３０及び分光計４０がＬＩＢＳのためのシステムを形成する場合、放射物は、プラズマを含み得る。分光計４０は、例えば、放射物からの電磁放射線を検出することによって放射物を検出することができ、且つ放射物に対応する出力信号を生成することができる。すなわち、分光計４０の出力信号は、レーザビーム３５が入射した材料片２の化学組成に対応し得る。
【００３９】
例えば、レーザ装置３０は、Ｎｄ：ＹＡＧ固体レーザ装置を含み得る。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置は、約１０６４ｎｍの波長を有する、電磁スペクトルの近赤外領域のエネルギを発生させることができる。焦点において、１ＧＷ・ｃｍ−２を超え得る出力密度を発生させるパルス持続時間は、約１０ｎｓであり得る。レーザ装置３０は、例えば、５０ｋＨｚ以上の周波数を有するレーザビーム３５を発生させることができる。他のタイプのレーザ装置、例えば可視領域及び紫外領域のエネルギを発生させるエキシマ（励起二量体）タイプのレーザ装置も同様に使用され得る。
【００４０】
分光計４０は、例えば、モノクロメータ（走査型）又はポリクロメータ（非走査型）などのクロメータと、光電子増倍管又はＣＣＤ検出器などの検出器とを含み得る。モノクロメータは、例えば、ツェルニターナー型からなり得る。ポリクロメータは、例えば、エシェル型からなり得る。ツェルニターナー型のモノクロメータを使用して、放射物からの放射線をＣＣＤ上に分散させて、ツェルニターナー型のモノクロメータを効果的にポリクロメータにすることができる。ポリクロメータを含む分光計４０は、分類及び分析される材料片２に関して、対象となる全波長領域を同時に取得することを可能にする。分光計４０は、約６２５００電子のウェル深さを有し得る。
【００４１】
分光計４０は、化学組成を得るための輝線を検出するために放射物から電磁放射線を収集する。分光計４０のクロメータの応答は、通常、ＣＣＤ検出器によって検出可能な領域に対応し得る１１００ｎｍ（近赤外）〜１７０ｎｍ（深紫外）であり得る。すべての成分は、この波長域内に輝線を有すると考えられる。分光計４０は、遅延発生器も含み得る。遅延発生器は、放射物の電磁スペクトルの効率的な時間分解能を可能にするように検出器の応答時間を制御し得る。
【００４２】
分光計４０は、材料片２からの放射物の特性を示し、したがって材料片２の化学組成を示す出力信号を生成するようにさらに構成され得る。
【００４３】
システム１は、分光計４０から出力信号を受け取るために、分光計４０に動作可能に接続されるコントローラ装置６０をさらに含み得る。コントローラ装置６０は、例えば、ＲＩＳＣ  ＣＰＵ（ＡＲＭ  ＣＰＵなど）又はＣＩＳＫ  ＣＰＵ（ｘ８６  ＣＰＵなど）を使用した埋込み型システムとして、又は例えばＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓオペレーティングシステムと互換性のある標準ＰＣとして実施され得る。コントローラ装置６０は、例えば、（例えば、ブルートゥース（登録商標）又はＷＬＡＮを介して）無線で、或いは例えばイーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、サンダーボルト又はシリアル若しくはパラレルデータ接続を介して非無線で分光計４０に接続され得る。コントローラ装置６０はまた、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＩＳＡ、ＰＣＩなどのバスシステムを介して分光計、例えば分光計の検出器に接続され得る。ＯＰＣ  ＵＡ又は他のプロトコルを介したデータ交換を使用することができる。
【００４４】
コントローラ装置６０は、分光計４０の出力信号を、コントローラ装置６０に設けられた（例えば、それに格納された）分類基準Ｓ１と比較するように構成され得る。比較の結果に基づいて、コントローラ装置６０は、材料片２が特定の画分、例えば第１の画分又は第２の画分に分類されるべきかどうかを決定することができる。例えば、システム１が５ｘｘｘシリーズのアルミニウムスクラップを６ｘｘｘシリーズのアルミニウムから分離するように構成される場合、分類基準Ｓ１は、特定の量のＳｉ（シリコン）、例えば０．５重量％のＳｉに対応し得る。この例では、分光計４０からの出力信号が材料片２中の０．４重量％のＳｉに対応する場合、材料片２は、第１の画分に属すると決定される。分光計４０からの出力信号が材料片２中の０．５重量％以上のＳｉに対応する場合、材料片２は、第２の画分に属すると決定される。コントローラ装置６０は、２つ以上の分類基準、例えば２つ（Ｓ１、Ｓ２）、３つ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、４つ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）及び／又はそれらを超える（Ｓ１、．．．、Ｓｎ）分類基準を使用するように構成され得る。例えば、コントローラ装置６０は、Ｓｉ含有量（Ｓ１）に対応する分類基準に加えて、Ｍｇ（マグネシウム）含有量（第２の分類基準Ｓ２）に対応する分類基準と、Ｍｎ（マンガン）含有量（第３の分類基準Ｓ３）に対応する分類基準とを適用することもできる。各分類基準は、分析及び分類される材料片２の組成に従って事前に調整された対応する重み係数ａ１、ａ２、ａ３、．．．、ａｎを有し得る。
【００４５】
システム１は、少なくとも２つの画分Ｆ１、Ｆ２に従って材料片２を分類することができる分類装置５０をさらに含み得る。様々な画分Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、．．．、Ｆｎに従った分類とは、例えば、材料を貯蔵庫に送るか又はさらに処理するなどのために、材料片２を対応するバスケット／貯蔵容器又は対応するコンベアに誘導することを意味する。
【００４６】
分類装置５０は、例えば、（例えば、ブルートゥース又はＷＬＡＮを介して）無線で、或いは例えばイーサネット、ＵＳＢ、サンダーボルト又はシリアル若しくはパラレルデータ接続を介して非無線でコントローラ装置６０に接続され得る。コントローラ装置６０はまた、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＩＳＡ、ＰＣＩなどのバスシステムを介して分類装置５０に接続され得る。ＯＰＣ  ＵＡ又は他のプロトコルによるデータ交換を使用することができる。コントローラ装置６０はまた、分類装置５０を直接又はリレー、半導体素子若しくはＰＬＣを通して駆動するデジタル出力信号によって分類装置５０に接続され得る。
【００４７】
分類装置５０は、材料片２がいずれの画分に分類されるべきかについての決定の結果に基づいて、コントローラ装置６０によって制御され得る。
【００４８】
分類装置５０は、材料片２がシュート２０の下縁部２２から落下し、且つ空中を浮遊した後、分光計４０の出力信号を使用して、コントローラ装置６０によって特定された材料片２の化学組成に基づいて材料片２に選択的に衝撃を与えるように構成され得る。すなわち、分類装置５０は、コントローラ装置６０によって制御され得る。例えば、少なくとも１つの分類基準に基づいて、材料片２が２つの画分Ｆ１、Ｆ２の第２の画分Ｆ２に従って分類されるべきであるとコントローラ装置６０が決定した場合、分類装置５０は、材料片２が第２の画分Ｆ２に属するとコントローラ装置６０が決定した場合に材料片に衝撃を与えることができる。材料片２がシュート２０から落下した後、材料片２の軌道は、分類装置５０によって与えられた衝撃によって変わる。そのため、材料片は、第２の画分Ｆ２に従って分類される。例えば、材料片２は、分類装置５０を使用して、第２の貯蔵容器又は第２のコンベア装置（図示せず）に誘導され得る。他方では、材料片２が第１の画分Ｆ１に属するべきであるとコントローラ装置６０が決定した場合、分類装置５０は、材料片２に異なる衝撃（例えば、強さ及び／又は方向が異なる衝撃）を与えるか又は与えず（それにより、材料片２は、通常の軌道を辿る）、それにより材料片２が第１の画分Ｆ１に従って分類されるようにコントローラ装置６０によって制御され得る。
【００４９】
材料片２が２つ以上の画分に従って分類される場合、様々な衝撃（強さ及び／又は方向が異なる衝撃）を使用して材料片２の進路を変えることができる。特定の画分に対応する衝撃は、ゼロであり得る。材料片２は、重力及び空力特性によって定まる通常の軌道を辿る。これは、システムがさらに効率的に動作すること１を可能にする。
【００５０】
分類装置５０は、例えば、シュート２０の下縁部２２から落下しており、且つ空中を浮遊している材料片２に衝撃を与えるために空気弾を発射するように構成されたエアノズル、エアポンプ又は送風機（「エアガン」）などとして実施され得る。分類装置５０は、機械式分類装置でもあり得る。この機械式分類装置は、パドル、又はレバー、又は傾斜板などの機械式分類装置５０の一部と、材料片２との間の直接的な接触によって材料片２に衝撃を与える。しかし、本発明による分類装置は、特に限定されない。
【００５１】
図２に概略的に示すように、本発明によるシステム１は、２つ以上の材料片２を同時に分析及び分類するように構成され得る。例えば、システム１は、２つ以上のレーザ装置３０と２つ以上の分光計装置４０とを含み得る。レーザ装置３０及び分光計４０は、フィーダ手段１０の移送方向に垂直な方向、すなわち幅方向に対（１つのレーザ装置３０及び１つの対応する分光計４０）で配置され得る。
【００５２】
シュート２０は、それぞれの材料片２が例えば各レーザ装置３０／分光計４０の対まで同時に移送され得るように相応して拡張された幅を有し得る。フィード手段１０は、２つ以上の材料片２をシュート２０まで同時に移送することができる。シュート２０に同時に到着した材料片２は、フィーダ手段１０の幅方向に互いから距離を有し得る。
【００５３】
分類装置５０は、２つ以上の材料片２を同時に分類するようにも構成され得る。分類装置５０は、例えば、レーザ装置３０及び分光計４０の対と少なくとも同じ数のパドル、レバー又は傾斜板を含み得る。分類装置５０がエアノズル、エアポンプ又は送風機（「エアガン」）などとして実施される場合、分類装置５０は、少なくとも、レーザ装置３０及び分光計４０の対と同じ数の（例えば、弁によって）選択的に制御可能な空気出口を含み得る。
【００５４】
任意選択的に、例えば、図１、４、５及び６に示すように、システム２は、例えば、分類装置５０がエアガンなどとして実施される場合、スプリッタ５５を含み得る。本明細書において、セパレータとも称されるスプリッタ５５は、画分Ｆ１及びＦ２間の物理的な閾又は境界として機能し得る。スプリッタ５５は、調整可能である。図４、５及び６に示すように、スプリッタ５５は、例えば、垂直平面に対して調整可能な角度を有するヒンジ式プレート構造であって、第１の画分Ｆ１と第２の画分Ｆ２との間の空間に設けられるヒンジ式プレート構造として実施され得る。例えば、貯蔵容器又はコンベアベルトは、画分Ｆ１及びＦ２に対応する。例えば、材料片２が第２の画分Ｆ２に分類された場合、材料片２は、スプリッタ５５を越えて（スプリッタ５５の下流側に向かって）、第２の画分Ｆ２に誘導されるように衝撃を受け得る。材料片２が第１の画分Ｆ１に分類された場合、材料片２は、例えば、衝撃を受けず、スプリッタ５５のシュート２０に面する側に留まり得る。ヒンジ式プレート構造の角度は、図４、５、６に概略的に示すように、プレート構造をヒンジの周りで回転させることにより、分類される材料片２のタイプ及び重量に応じて調整され得る。さらに、ヒンジとプレート構造の自由端との間のプレート構造の長さは、例えば、プレート構造が互いに対して選択的に移動可能な２つのプレートによって実施される場合、分類される材料片２のタイプ及び重量に応じて調整され得る。スプリッタ５５は、本発明によるシステム１の効率を高め得ることが見出されたが、スプリッタ５５は、任意選択的な部品である。
【００５５】
レーザ装置３０及び分光計４０は、共通のハウジング内に設けられ得る。これは、レーザ装置３０及び分光計４０のいくつかのセット／対がシュート２０の幅方向に沿ってそれぞれの共通ハウジング内に効率的に設けられることを可能にする。任意選択的に、コントローラ６０も共通ハウジング内に設けられ得る。システム１が、レーザ装置３０及び分光計４０をそれぞれ含むいくつかの共通ハウジングを含む場合、コントローラ６０は、これらの共通ハウジングの１つ、例えば幅方向の最外位置に設けられた共通ハウジング内に設けられ得る。
【００５６】
レーザ装置３０及び分光計４０の各対への材料片２の移送を容易にするために、フィーダ手段１０の送り面１５は、幅方向（フィーダ手段１０の上流−下流移送方向に概ね垂直な方向）の断面で見た場合、波形形状を有し得る。前記波形形状は、例えば、図２に概略的に示すように、幅方向にそれぞれ隣接して配置されたＵ字形状又はＶ字形状を含み得る。前記波形形状は、いくつかのチャネル１６を形成することができ、材料片２を効率的に分離し、材料片２をレーザ装置３０及び分光計４０の対まで送ることを可能にする。波形形状は、レーザ装置３０及び分光計４０の対と同じ数のチャネル１６を形成するように構成され得る。
【００５７】
図２に概略的に示すシステム１は、４対のレーザ装置３０及び分光計４０と、相応して波形送り面１５によって形成された４つのチャネル１６とを含む。一方では、本発明によるシステム１は、１対のみを含むこともでき、又は２つ、３つ、５つ、６つ、６つ、７つ、８つ以上などの他の任意の数の対を含み得る。本発明によるシステム１当たりの対の最大数は、限定されない。
【００５８】
図３〜７は、本発明によるシステム１のさらなる実施形態の様々な図を示す。図３に示すように、フィーダ手段１０は、２つの振動フィーダ１１、１２によって実施され得る。上流振動フィーダ１１は、材料片２を下流振動フィーダ１２に向けて且つ下流振動フィーダ１２上に送る。下流振動フィーダ１２は、上記に説明したチャネル１６を形成する波形送り面１５を有し得る。上流振動フィーダ１１は、実施形態によれば、少なくとも実質的に平面／平面状の送り面１５を有し得る。送り面１５は、例えば、下流方向に傾斜した斜面を形成するために傾斜され得る。上流振動フィーダ１１は、下流振動フィーダ１２よりも低い振動周波数及び／又は小さい振動振幅で動作され得る。
【００５９】
図４は、図３に示すシステム１の断面図を示す。明らかなように、下流振動フィーダ１２は、材料片２（図４に示されていない）をシュート２０の上部部分２１上に移送する。この場合、材料片２は、少なくとも部分的に重力によって駆動されて、シュート２０の下縁部２２に向かって下方にシュート２０に沿ってスライドすることができる。材料片２の大きさに応じて、材料片２がシュート２０の下縁部２２を越えて突出しているか、又はシュート２０から落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、レーザ装置３０によって発生されたレーザビーム３５が材料片２に当たる。材料片２に入射したレーザビーム３５は、材料片２の化学組成を示す放射物を材料片２から発生させる。前記放射物は、分光計４０によって検出及び分析される。コントローラ装置６０（図４に示されていない）は、分光計４０から出力を受け取り、且つ少なくとも１つの分類基準に基づいて、材料片２がいずれの画分に分類されるべきかを決定する。決定の結果に基づいて、分類装置５０は、シュート２０の下縁部２２から落下しており、且つ空中を浮遊している材料片２に衝撃を与えるようにコントローラ装置６０によって動作される。図４では、シュート２０上での材料片２の速度に応じた材料片２の軌道を概略的に示す２つの矢印が示されている。明らかなように、システム１の実施形態によれば、レーザビーム３５の焦点は、材料片２の軌道が様々な速度に対しても概ね同様である、シュート２０の下縁部２２に隣接する領域にあるように選択され得る。
【００６０】
図５は、本発明によるシステム１の部分斜視図を示す。明瞭にするために、フィード手段１０は、示されていない。図５から明らかなように、システム１は、レーザ装置３０及び分光計４０のいくつかの対を含む。これらの対は、シュート２０（及び図示されていないフィーダ手段１０）の幅方向に列を形成する。分類装置５０は、いくつかの選択的に制御可能な空気出口を有するエアガン／送風機として実施され得る。エアガン／送風機は、コントロール装置６０による制御に基づいて、それぞれの衝撃をいくつかの材料片２に選択的に同時に与えることができる。
【００６１】
図６は、図５に示す図の側面図及び図４の拡大図の側面図を示す。シュート２０の下縁部２２からまさに落下しており、且つ空中を浮遊している材料片２が示されている。レーザビーム３５は、材料片２に入射して、材料片２の化学組成を分析し且つ材料片２を分類することを可能にする放射物を発生させる。
【００６２】
図７は、本発明によるシステム１の拡大斜視図を示す。チャネル１６を形成する送り面１５の波形形状が見える。各チャネル１６は、チャネル１６の方向に平行である中心線を有する。フィーダ手段１０は、波形送り面１５によって形成されたチャネル１６に沿って材料片２をシュート２０の上部部分２１上に移送することが明らかである。シュート２０は、以下に説明する幾何学形状を有する案内スライド２５を形成することがさらに明らかである。シュート２０が、下記に説明する形態を有する案内スライド２５として実施される場合、材料片２が（アルミニウムスクラップ片などが取り得る）不均一な形状を有するとしても、材料片２をレーザビーム３５まで効率的に移送することができるため、システム１の効率が大幅に改善され得ることが見出された。さらに、案内スライド２５として実施されたシュート２０の幾何形状は、材料片２のより速い移送速度、したがってシステム１のより高い処理能力を可能にする。なぜなら、案内スライド２５として実施されたシュート２０が使用される場合、材料片２が空気力によって持ち上げられて、材料片２がシュートから飛び出し及び又はシュート２０を封鎖する可能性が低いことが見出されたからである。
【００６３】
図８〜１５は、案内スライド２５として実施されたシュート２０の詳細図を示す。案内スライド２５は、材料片２が上部部分２０から下縁部２１まで案内される少なくとも１つのチャネル２６を画定することができる。図８〜１５では、６つのチャネル２６を有する案内スライド２５が示されている。しかし、案内スライド２５は、より少ないチャネル２６（例えば、１つのみのチャネル２６）又はより多いチャネル２６、例えば７つ、８つ、９つ又は１０以上のチャネル２６を有することもできる。
【００６４】
各チャネル２６は、上部部分２１から下縁部２２まで延びる長さ方向Ｌ（例えば、概略的に示す図１４を参照されたい）を有し得る。この長さ方向Ｌは、上部部分２１から下縁部２２まで移動する材料片２の経路を概略的に示す。各チャネル２６は、長さ方向Ｌに垂直な幅方向Ｗをさらに有し得る（例えば、図１４を参照されたい）。例えば、長さ方向Ｌに沿ってチャネル２６の底部又は谷部２８ａを通るチャネル２６の断面を示す図１２又は図１５から分かるように、チャネル２６は、長さ方向Ｌにおいて、上部部分２１の凸形形状部２７ａと、それに続く、凸形形状部と下縁部２２との間の直線部分２７ｂとを有する。前記直線部分２７ｂは、案内スライド２５の下縁部２２を形成することができる。
【００６５】
長さ方向Ｌに垂直な案内スライド２５の幅方向Ｗの断面において、チャネル２６は、シュート２０の上部部分２１に湾曲部、例えばＶ字若しくはＵ字輪郭又は異なる輪郭に対応する湾曲部を有し得る。チャネル２６は、シュート２０の下縁部２２の幅方向断面において、平坦な形態を画定することができる。
【００６６】
すなわち、チャネル２６は、長さ方向Ｌに沿った断面において、シュート２０の上部部分２１の凸形部分２７ａと、それに続く、凸形部分２７ａと下縁部２２との間の直線部分２７ｂとを含む。例えば、図１４を参照すると、チャネル２６は、上部部分２１の幅方向Ｗに沿った断面において、谷部２８ａと第１の高さｈ１を有する２つの側壁２８ｂとを有する輪郭形状を有し得る。チャネル２６は、上部部分２１と下縁部２２との間の幅方向に沿った断面において、谷部２８ａと第２の高さｈ２を有する２つの側壁２８ｂとを有する輪郭形状を有し得る。第１の高さｈ１は、第２の高さｈ２よりも大きいことができる。換言すると、幅方向断面に見られるチャネル２６の形状は、長さ方向Ｌに沿ってシュート２０の上部部分２１からシュートの下縁部２２に向かう場合、例えば図１２及び図１３に示すように、谷部２８ａ及び側壁２８ｂを画定する輪郭から平坦な形態に漸進的に変化することができる。
【００６７】
幅方向断面のシュート２０の輪郭は、安定的／連続的であり得、湾曲が漸進的に変化する。長さ方向断面のシュート２０の形状は、安定的／連続的であり得、湾曲が漸進的に変化する。
【００６８】
図８〜１５をさらに参照すると、材料片２は、個々のチャネル２６に沿って案内され、且つチャネル２６の中心線からそれるか又は回転することを妨げられる。チャネル２６の中心線Ｃの仮想延長部である、中心線と一致する仮想線Ｃ（図９）は、レーザビーム３５の経路と交差することができる。例えば、図９から明らかなように、大きい材料片２は、チャネル２６の側部２８ｂ間を埋めることができ、且つチャネル２６の中心に沿って案内される。例えば、図１１から明らかなように、材料片２がシュート２０の上部部分２１からシュート２０の下縁部２２までチャネル２６を下るとき、チャネル２６の側壁２８ｂは、材料片２をチャネル２６の中心に沿って案内しながら緩やかに平坦になる。
【００６９】
例えば、図１２から明らかなように、チャネル２６の側壁２８ｂ及び谷部２８ａは、横方向断面において、上面を開放することができる凹形輪郭を形成する。例えば、図１３及び図１５から明らかなように、材料片２がチャネル２６を下るとき、側壁２８ｂが平坦になる。材料片２は、チャネル２６の中心線Ｃに沿って案内されながら、この実施形態では直線形態を有する下縁部２２により接近する。図１４は、レーザビーム３５の焦点に直接位置してシュート２０及びチャネル２６を出つつある材料片２を示す。シュート２０が、本明細書で説明した案内スライド２５として実施される場合、すべての材料片２に、その大きさ（厚さ及び直径）に関係なく同じ位置においてレーザビーム３５が当たる。材料片２は、本明細書で説明した案内スライド２５として実施されたシュート２０の幾何形状によって安定化される（チャネル２６に沿って滑らかに移動し、制御される）。さらに、（幅方向に関して）凹形形状から、レーザビーム３５の焦点と一列に整列した平面に移行する案内スライド２５の立体的で滑らかに流れるような形状は、特に、材料片２が、大きさ及び厚さが様々である複数のアルミニウム片（例えば、アルミニウムスクラップ材料）からのアルミニウム片である場合、材料片２の化学組成の正確且つ信頼性の高い測定を可能にする。
【００７０】
シュート２０の下縁部２２と、前記仮想線Ｃとレーザビーム３５との間の交差点との間の距離は、１〜５０ｍｍ、例えば５〜１０ｍｍであり得る。幅方向の断面において、チャネル２６は、仮想線Ｃが位置する平面に関して対称であり得る。
【００７１】
図を参照して、本発明は、金属などの材料を分析及び分類する方法であって、少なくとも１つの材料片（例えば、直径及び／又は厚さが様々である、分類される複数のアルミニウムスクラップ片の一部であるアルミニウムスクラップ片）２をフィーダ手段１０の送り面１５に向けて且つ送り面１５上に供給することと、フィーダ手段１０を使用して、送り面１５上の少なくとも１つの材料片２をシュート２０の上部部分２１に向けて且つ上部部分２１上に移送することと、（少なくとも、材料片をシュート２０に沿ってスライドさせる全体の力の一部として）重力を使用することにより、シュート２０上の少なくとも１つの材料片２をシュート２０の上部部分２１からシュート２０の下縁部２２に向かってスライドさせることと、レーザビーム３５が、シュート２０の下縁部２２を越えて突出している少なくとも１つの材料片２の部分に入射するように、又は少なくとも１つの材料片２が、シュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から落下しているとき、レーザビーム３５が少なくとも１つの材料片２に入射するようにレーザビーム３５を供給することと、レーザビーム３５を使用して、少なくとも１つの材料片２から放射物を生成することと、放射物を検出することと、検出すること及び少なくとも１つの分類基準に基づいて、少なくとも１つの材料片２が少なくとも２つの画分Ｆ１、Ｆ２のいずれの画分に対応するかを決定することと、決定するステップの結果に基づいて、材料片２を少なくとも２つの画分の１つに分類することとを含む方法も提供する。
【００７２】
方法は、アルミニウムスクラップ材料の形態の材料２がフィーダ手段１０に供給される前に、アルミニウムスクラップ材料２が５ｍｍ〜２００ｍｍ、例えば１０〜１５０ｍｍ、任意選択的に１０ｍｍ〜４０ｍｍの最大直径を有するように分類することにより、アルミニウムスクラップ材料の形態の材料２を前処理する前処理ステップをさらに含み得る。言及した大きさの部片２は、最適化された分析及び分類のｃｘパフォーマンス（cxperformance）をもたらすことが見出された。
【００７３】
移送することは、少なくとも２つの材料片２を移送することと、例えばフィーダ手段１０として振動フィーダ１１、１２、１３を使用することにより、少なくとも２つの材料片２を移送している間、少なくとも２つの材料片２間の相対距離を変えることとを含み得る。上記のように、これは、送り面１０の（上流−下流方向に垂直な）幅方向及び／又は長さ方向（上流−下流方向）に材料片２を単一化する／分離することにより、材料片２の重なりを回避することができる。
【００７４】
図１６は、事前清浄レーザ２００を有する本発明によるシステム１のさらなる実施形態を概略的に示す。材料片２は、特に、アルミニウム片などの金属片を含む場合、その表面に表面層を含み得る。前記表面層は、材料片２のコア部と比較して異なる化学組成を有することがある。前記表面層は、例えば、金属酸化物、埃、被覆、ラッカー、オイル又はグリース膜などを含み得る。それに対して、材料片２のコア部は、ガラス片、アルミニウムなどの金属片であり得る。レーザ装置３０によって発生されたレーザビーム３５が材料片２のこの表面層に入射すると、レーザビーム３５は、材料片２のコア材料からではなく、材料片２の表面層から放射物を生成することができる。その結果、表面層の前記信号は、システム１の分類性能を低めることがある。
【００７５】
本発明の実施形態による図１６に示すシステム１は、図１に示す実施形態を基本とし、以下において事前清浄レーザ装置２００とも称される事前融除レーザ装置２００を含む。前記事前清浄レーザ装置２００は、材料片２に存在する可能性がある表面層を少なくとも部分的に除去するために、以下において事前清浄レーザビーム２１０とも称される事前融除レーザビーム２１０を発生させるように構成され得る。
【００７６】
事前清浄レーザ２００は、材料片２がシュート２０の下縁部２２を越えてシュート２０から少なくとも部分的に突出しているか、又はシュート２０の下縁部２２を介してシュート２０から落下しており、且つ空中を浮遊しているとき、レーザ装置３０によって生成されたレーザビーム３５が材料片２に入射すると、レーザビーム３５が、事前清浄レーザ装置２００によって生成された事前清浄レーザビーム２１０によって清浄された材料片２の部分に入射するように配置され得る。この方法では、放射物が、存在し得る表面汚染物によって発生されにくくなるため、材料片２（例えば、材料片２のコア部）の組成をより明瞭に示す放射物がレーザビーム３５によって生成される。
【００７７】
事前清浄レーザ装置２００は、事前清浄レーザビーム２１０が、シュート２０の下縁部２２と、材料片の経路／軌道とレーザビーム３５との交差点との間において材料片２の（仮想）経路／軌道に交差するように配置され得る。この方法では、材料片２又は材料片２の一部分に、その材料片２又はその材料片２の一部分にレーザビーム３５が当たる前に事前清浄レーザビーム２１０が当たる。事前清浄レーザビーム２１０及びレーザビーム３５は、互いに平行であり得、又は互いの間の角度を画定することもできる。レーザビーム３５及び事前清浄レーザビーム２１０は、互いに交差することができる。事前清浄レーザビーム２１０及びレーザビーム３５は、互いの間の角度を画定する。実施形態によれば、事前清浄レーザビーム２１０によって発生された放射物は、分光計４０によって検出されない。
【００７８】
事前清浄レーザ装置２００は、垂直方向に関してレーザ装置３０の上又は下に配置され得る。事前清浄レーザ装置２００は、レーザ装置３０の横でレーザ装置３０と同じ垂直位置に配置され得る。
【００７９】
事前清浄レーザビーム２１０によって発生された信号の分光計４０による検出をなくすか又は少なくするために、例えばバッフル２２０を設けることができ、且つ／又は通過制御技術を使用することができる。
【００８０】
バッフル２２０は、図１７に概略的に示すように、例えば、レーザビーム３５と事前清浄レーザビーム２１０との間の空間に設けられ得る。バッフル２２０は、空中を浮遊しているか又はシュート２０の下縁部２２を越えてシュート２０から突出している材料片２の軌道と干渉しないように配置及び構成され得る。バッフル２２０は、例えば、シート、例えば金属シートによって実施され得る。
【００８１】
バッフル２２０に加えて又はそれに代えて、本発明の実施形態によるシステム１は、通過制御技術を使用することができる。通過制御技術によれば、分光計４０からの信号は、事前清浄レーザ装置２００が作動した時点でコントローラ装置６０によって無視される。図１７に概略的に示すように、事前清浄レーザ装置２００は、コントローラ装置６０に接続され得るため、コントローラ装置６０は、レーザ装置２００がいつ事前清浄レーザビーム２１０を発生させるかを制御及び特定することができる。すなわち、コントローラ装置６０は、少なくとも事前清浄レーザ装置２００のオン及びオフを切り換え、材料片２の組成を特定するために、事前清浄レーザ装置２００がオフの状態である（すなわち事前清浄レーザビーム２１０を発生させない）ときにのみ分光計４０からの信号を使用するように構成され得る。通過制御技術によれば、事前清浄レーザ装置２００は、パルス状の事前清浄レーザビーム２１０を発生させるように構成され得る。材料片２の組成は、事前清浄レーザ装置２００のパルス間で検出された放射物に基づいてのみ特定され得る。
【００８２】
図１８は、任意選択的な前処理手段より下流であり且つシュート２０より上流である単一の振動フィーダ１３として実施されたフィード手段１０を有する、本発明の実施形態によるシステム１を示す。単一の振動フィーダ１３は、例えば、図３に示す下流振動フィーダ１２と同様である。そのため、下流振動フィーダ１２に関連して本明細書で説明した特徴は、単一の振動フィーダ１３にも当てはまる。単一の振動フィーダ１３の送り面１５は、上記のように、波形が付けられ且つチャネル１６を形成する部分、例えば送り面１５の下流部分を有し得る。例えば、単一の振動フィーダ１３の送り面１５の上流−下流方向の長さの５０％未満は、波形が付けられ且つチャネル１６を形成する。残りの部分は、実質的に滑らか／平坦である。単一の振動フィーダ１３の送り面１５は、例えば、下流方向に傾斜した斜面を形成するために傾斜され得、又は少なくとも実質的に水平に向きを調整され得る。
【００８３】
システム１に関連して説明した特徴は、説明した方法にも同様に適用され、逆も同様であることに留意されたい。本明細書で説明したすべての実施形態は、互いに組み合わされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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