УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СОРТИРОВКИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
DEVICE AND METHOD FOR SORTING BULK MATERIAL

Область техники
Изобретение относится к устройству для сортировки сыпучего материала, преимущественно гранул, содержащему вибрационный транспортерный аппарат, загрузочное устройство для подачи сыпучего материала к вибрационному транспортерному аппарату, а также первый выход и второй выход. Первый выход выполнен с возможностью падения в него сыпучего материала, выведенного за конец вибрационного транспортерного аппарата. Устройство по изобретению содержит также по меньшей мере один детекторный аппарат, способный анализировать сыпучий материал, транспортируемый вибрационным транспортерным аппаратом, на наличие дефектов, и сортировочный аппарат, выполненный с возможностью управлять траекторией сыпучего материала, идентифицированного детекторным аппаратом как дефектный и выведенного за конец вибрационного транспортерного аппарата, с обеспечением падения сыпучего материала, идентифицированного как дефектный, во второй выход.
Кроме того, изобретение относится к способу сортировки сыпучего материала, преимущественно гранул, согласно которому сыпучий материал подают в вибрационный транспортерный аппарат, причем сыпучий материал, выведенный за конец указанного аппарата, падает в первый выход. Согласно данному способу сыпучий материал, транспортируемый вибрационным транспортерным аппаратом, анализируют на наличие дефектов, причем траекторией сыпучего материала, идентифицированного как дефектный и выведенного за конец вибрационного транспортерного аппарата, управляют с обеспечением падения сыпучего материала, идентифицированного как дефектный, во второй выход.
Уровень техники
Детектирование и выбраковка дефектного сыпучего материала - это очень важные процессы. В качестве примера можно указать на пластиковые гранулы, служащие исходным материалом в процессе экструзии, в ходе которого вокруг металлического проводника формируется пластмассовая изоляция. Присутствие в гранулах загрязнений может ухудшить качество изоляции, поэтому это присутствие должно быть детектировано, а дефектные гранулы должны быть выбракованы.
Известен способ, предусматривающий преобразование части партии пластиковых гранул в тонкую пластиковую пленку и анализ этой пленки на присутствие загрязнений. Если загрязнения не были детектированы, вся партия пропускается. Разумеется, при этом анализируется лишь небольшая часть гранул, что не позволяет уверенно исключить возможность присутствия загрязнений.
Из ЕР 1045734 В1 известны устройство и способ сортировки гранул, обеспечивающие проверку 100% гранул. Гранулы анализируются на наличие загрязнений посредством оптического детекторного устройства, пока они еще находятся на транспортирующем аппарате. Если затем на гранулы не оказывается управляющего воздействия, они падают с конца транспортирующего аппарата в первый контейнер. Однако, если оптическое детекторное устройство обнаружит дефекты, активируется отклоняющее устройство, которое будет отклонять гранулы, вышедшие за конец транспортирующего аппарата, от их нормальной траектории, так что они падают во второй контейнер. В этом случае угол наклона транспортирующего аппарата относительно горизонтальной плоскости должен быть выбран таким, чтобы изменения траектории гранул были как можно меньшими и во второй контейнер попадало как можно меньше доброкачественных гранул. Из DE 102010024784 А1 известно использование набора детекторов для оптической инспекции и сортировки сыпучего материала. Из GB 2067753 известно транспортирование алмазосодержащего материала при его сортировке, как можно в большей степени в виде единственного слоя, посредством вибрационного транспортера с подачей на вращающийся барабан, снабженный всасывающими отверстиями, возбуждение в материале флуоресценции посредством облучения от рентгеновского источника и детектирование флуоресценции с помощью фотоумножителя. Из US 5246118 также известно детектирование, посредством оптического детектора, сыпучего материала при его свободном падении после схода с вибрационного транспортера и, когда это требуется, его выбраковывание. Кроме того, из ЕР 1726372 А1 известен лоток, по которому транспортируется гранулированный материал. После того как материал сходит с лотка, он движется в вертикальном направлении и детектируется посредством оптического детектора.
Одним недостатком, свойственным уровню техники в данной области, является то, что посредством известных детекторных устройств могут детектироваться только загрязнения на поверхности гранул, поскольку гранулы обычно не являются прозрачными. Это ограничивает возможности детектирования дефектов. Кроме того, в случае использования транспортирующего аппарата, описанного в ЕР 1045734 В1, имеют место непренебрежимо малые вариации траектории гранул. Это, среди прочего, усложняет анализ гранул, находящихся в свободном падении.
Раскрытие изобретения
С учетом рассмотренного уровня техники цель изобретения состоит в создании устройства и способа рассмотренного типа, обеспечивающих, с высокой надежностью, требуемую проверку 100% сыпучего материала.
Данная цель согласно изобретению достигнута совокупностями признаков, включенных в независимые пп. 1, 2 и 17, 18 прилагаемой формулы. Предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах, в описании и на чертежах.
Согласно первому аспекту достижение цели изобретения применительно к устройству идентифицированного выше типа обеспечивается приводимым во вращение валиком, который присоединен к концу вибрационного транспортерного аппарата и на который попадает сыпучий материал после выхода за конец транспортера. При этом валик подает сыпучий материал в направлении первого выхода по траектории, задаваемой вращением валика.
Согласно второму аспекту достижение цели изобретения применительно к устройству указанного типа обеспечивается изогнутой секцией, которая присоединена к концу вибрационного транспортерного аппарата и на которую попадает сыпучий материал после выхода за конец транспортера, причем указанная секция подает сыпучий материал в направлении первого выхода по траектории, задаваемой профилем данной секции.
Согласно первому аспекту достижение цели изобретения применительно к способу идентифицированного выше типа обеспечивается тем, что сыпучий материал, выведенный за конец вибрационного транспортерного аппарата, подают на приводимый во вращение валик, присоединенный к концу вибрационного транспортерного аппарата, и транспортируют сыпучий материал по траектории, задаваемой вращением валика, в направлении первого выхода.
Согласно второму аспекту достижение цели изобретения применительно к способу идентифицированного выше типа обеспечивается тем, что сыпучий материал, выведенный за конец вибрационного транспортерного аппарата, подают на изогнутую секцию, присоединенную к концу вибрационного транспортерного аппарата, и транспортируют сыпучий материал в направлении первого выхода по траектории, задаваемой профилем данной секции.
Устройство и способ согласно изобретению пригодны для инспектирования почти любого сыпучего материала, например гранулятов и других гранулированных продуктов, зерна, таблеток, хлопьев, включая пищевые и пластиковые, а также чипсов. Особенно эффективно изобретение при инспекции пластиковых гранул. Как уже упоминалось, пластиковые гранулы применяются в качестве исходного материала в процессах экструзии, в ходе которых вокруг металлического проводника формируется пластмассовая изоляция. Такие гранулы часто имеют белый цвет. Для подобных сыпучих материалов инспекция 100% гранул на потенциальные загрязнения имеет критическое значение. В частности, очень важно детектировать металлические примеси, которые могут ухудшить изоляционные свойства.
Необходимо также гарантировать, что сыпучий материал не загрязняется в ходе самого процесса сортировки. Эта проблема возникает, прежде всего, применительно к лентам, которые используются в известных транспортерах и которые могут истираться, что приводит к попаданию в сыпучий материал дополнительных загрязнений. С учетом этого обстоятельства применение вибрационного транспортерного аппарата является особенно эффективным, поскольку в нем даже при длительной эксплуатации не происходит отделения каких-либо компонентов, что могло бы привести к загрязнению инспектируемого сыпучего материала. В этой связи особенно желательно изготовить вибрационный транспортерный аппарат из металла. Тем самым будет минимизирован риск загрязнения вследствие абразивного истирания или износа. Таким образом, устройство согласно изобретению сконструировано так, что оно само не вносит никакого вклада в загрязнение сыпучего материала.
Сыпучий материал подается на вибрационный транспортерный аппарат посредством загрузочного устройства, например загрузочного бункера или резервуара. Вибрационные транспортеры хорошо известны, причем они надежно обеспечивают перенос сыпучего материала в направлении транспортирования. По меньшей мере один детекторный аппарат анализирует (инспектирует) сыпучий материал, перемещаемый вибрационным транспортерным аппаратом, пока этот материал находится на транспортерном аппарате, и/или после того как он будет выведен с транспортера. Первый выход и второй выход находятся, в направлении транспортирования сыпучего материала, за вибрационным транспортерным аппаратом. Если сортировочный аппарат не оказывает воздействия на сыпучий материал, он, после выведения из вибрационного транспортерного аппарата, автоматически попадает в первый выход. В отличие от этого, если сортировочный аппарат будет активирован, траектория сыпучего материала будет управляемым образом изменена так, что он упадет во второй выход. Соответственно первый выход служит в качестве выхода для сыпучего материала, отвечающего требованиям к его качеству, а второй выход - в качестве выхода для забракованного сыпучего материала, не отвечающего требованиям к его качеству. Сортировочный аппарат может быть установлен, в направлении подачи, за вибрационным транспортерным аппаратом так, чтобы управлять траекторией сыпучего материала, когда он находится в свободном падении. Первый выход может содержать первый контейнер, а второй выход - второй контейнер, так что сыпучий материал поступает в соответствующий контейнер. Однако допустимо, чтобы один или оба выхода вели прямо к следующему пункту обработки сыпучего материала, например, в рамках непрерывного процесса.
Согласно изобретению приводимый во вращение валик или изогнутая секция присоединен(а) непосредственно к концу вибрационного транспортерного аппарата. В результате сыпучий материал может подаваться прямо от вибрационного транспортера на валик или на изогнутую секцию. Валик вращается вокруг оси вращения, ориентированной перпендикулярно направлению транспортирования гранул сыпучего материала, так что валик не вносит в движение сыпучего материала никакой поперечной составляющей. Желательно, чтобы никакой поперечной составляющей в движение сыпучего материала не вносилось и изогнутой секцией. Валик предпочтительно является цилиндрическим и придающим распределенному и компактированному сыпучему материалу, доставленному вибрационным транспортерным аппаратом, четко определенную и однородную траекторию.
Траектория, придаваемая сыпучему материалу валиком, не зависит от угла наклона одного или более транспортеров вибрационного транспортерного аппарата к горизонтальной плоскости. Эта траектория определяется исключительно размерами и скоростью вращения валика. Существенную роль играют при этом центробежная и центростремительная силы. Действие этих сил определяет, контролируемым образом, четко определенную траекторию сыпучего материала, т.е. непостоянство траектории сыпучего материала существенно меньше, чем в известных устройствах. Предлагаемое изобретением использование вращающегося валика гарантирует также высокое постоянство скорости, придаваемой сыпучим материалам. Обеспечиваемая изобретением более высокая определенность траектории и скорости сыпучего материала повышает качество детектирования дефектов. Постоянная скорость сыпучего материала при проходе через плоскость измерений имеет решающее значение для достижения особенно высокого разрешения и, как следствие, для обеспечения точности измерений степени загрязнения. Даже незначительные вариации расстояния между сыпучим материалом и соответствующими детекторными устройствами являются существенными для постоянного обеспечения оптимального фокусирования излучения на материал при максимально возможном разрешении. Как было показано выше, оба условия, необходимые для высокоточных измерений, оптимальным образом обеспечиваются применением вращающегося валика согласно изобретению.
Согласно второму аспекту траектория сыпучего материала задается изогнутой секцией, присоединенной к концу вибрационного транспортерного аппарата. Данная секция может иметь, например, профиль параболы или дуги окружности. Она может также представлять собой невращающийся валик. Изогнутая секция может быть выполнена вибрирующей или неподвижной. Она образует рампу, задающую траекторию сыпучего материала после его выведения из вибрационного транспортера, более конкретно, из последнего транспортера вибрационного транспортерного аппарата. Размеры этой рампы могут быть близкими к размеру вращающегося валика. Использование, в отличие от известных аппаратов, рентгеновского детекторного устройства и оптического детекторного устройства, чувствительного в видимом или инфракрасном (ИК) спектральном диапазоне, позволяет надежно детектировать все дефекты в сыпучем материале, т.е. не только поверхностные дефекты, но и дефекты, локализованные внутри частиц сыпучего материала.
Разумеется, изобретение предусматривает наличие управляющего/регулировочного аппарата, который управляет всем процессом сортировки (в том числе регулирует этот процесс). Для оценивания результатов измерений по меньшей мере одного детекторного устройства предусмотрен прибор оценки, который также соответствующим образом активирует сортировочный аппарат. Данный прибор может быть интегрирован в управляющий/регулировочный аппарат.
Согласно одному варианту по меньшей мере один вибрационный транспортерный аппарат может содержать несколько вибрационных транспортеров, установленных последовательно в направлении транспортирования сыпучего материала. При этом по меньшей мере два из этих транспортеров, предпочтительно все эти транспортеры, расположены под различными углами к горизонтальной плоскости и/или по меньшей мере два из этих транспортеров, предпочтительно все эти транспортеры, имеют вибрационный привод, индивидуально управляемый по амплитуде и/или частоте. При этом все используемые транспортеры могут функционировать как вибрационные. Возможность независимого управления каждым вибрационным транспортером по частоте и амплитуде вибрации представляется особенно эффективной для управления движением сыпучего материала.
Например, могут использоваться три вибрационных транспортера, посредством которых сыпучий материал, поступающий из загрузочного устройства, транспортируется в первый или второй выход. В этом случае первый вибрационный транспортер может переносить сыпучий материал, второй вибрационный транспортер может сепарировать сыпучий материал, а третий вибрационный транспортер может его компактировать. Сыпучий материал может подаваться загрузочным устройством на первый вибрационный транспортер, который служит для придания сыпучему материалу энергии, чтобы он начал свое движение в направлении транспортирования. Следующий, второй вибрационный транспортер придает сыпучему материалу ускорение и обеспечивает его сепарацию. С этой целью второй вибрационный транспортер может быть, например, наклонен относительно горизонтальной плоскости сильнее, чем первый транспортер. Третий вибрационный транспортер, который может быть присоединен ко второму вибрационному транспортеру, имеет меньший наклон к горизонтальной плоскости. Он служит для компактирования сыпучего материала, а также используется для детектирования в нем дефектов. В принципе допустимо, чтобы один или более вибрационных транспортеров не были наклонены относительно горизонтальной плоскости. Однако для обеспечения транспортирования сыпучего материала желательно, чтобы все вибрационные транспортеры имели по меньшей мере небольшой наклон относительно горизонтальной плоскости.
Согласно еще одному варианту по меньшей мере один транспортер вибрационного транспортерного аппарата, например первый и/или второй, и/или третий вибрационный транспортер, может иметь стенку, ориентированную поперечно по отношению к направлению транспортирования сыпучего материала и предназначенную для того, чтобы удерживать сыпучий материал в случае, если этот транспортер прекратит вибрировать. Как только транспортер, снабженный такой стенкой, перестанет вибрировать, стенка остановит дальнейшее движение сыпучего материала. Такое простое средство устраняет необходимость применения специальных механических закрывающих устройств в зоне загрузочного устройства. Кроме того, стенка обеспечивает равномерное, насколько это возможно, распределение на вибрационном транспортере сыпучего материала, выходящего, например, из круглого отверстия загрузочного устройства.
Однако даже после прохождения за такую стенку частицы сыпучего материала, например гранулы, часто лежат одна на другой в несколько слоев, что является нежелательным для следующих стадий процесса. В связи с этим желательно, чтобы по меньшей мере один транспортер вибрационного транспортерного аппарата, например два или более вибрационных транспортеров, содержал(содержали) по меньшей мере один или более барьеров, ориентированных поперечно по отношению к направлению транспортирования сыпучего материала и предпочтительно имеющих в сечении изогнутый или треугольный профиль. Такие барьеры, предпочтительно с изогнутым или треугольным профилем, служат, в частности, для выравнивания скоростей компонентов сыпучего материала за счет их повторного ускорения и замедления. Барьеры служат также для придания частицам сыпучего материала, в частности, на втором по направлению транспортирования вибрационном транспортере вертикальной энергии. Это приводит к разрушению многослойной структуры компонентов сыпучего материала, так что в итоге сыпучий материал будет иметь плотную однослойную структуру. Цель создания такой структуры состоит в том, чтобы частицы сыпучего материала не могли бы больше смещаться вбок (подобно тому как автомобили лишаются возможности изменять свою полосу движения в случае скопления транспорта). Тем самым задаются положения компонентов сыпучего материала для последующей инспекции в детекторном аппарате, остающиеся неизменными при дальнейшем движении компонентов к сортировочному аппарату.
Еще в одном варианте привод вращения валика может регулироваться таким образом, чтобы придать валику скорость вращения, при которой, в процессе транспортирования им сыпучего материала, выведенного за конец вибрационного транспортерного аппарата, скорость этого материала повышалась или понижалась. Таким образом, линейная скорость валика больше или меньше скорости, придаваемой сыпучему материалу (последним) вибрационным транспортером. Другими словами, при переходе сыпучего материала с вибрационного транспортера на поверхность валика движение материала ускоряется или замедляется. Это позволяет удобным образом управлять траекторией сыпучего материала после его схода с валика.
Согласно следующему варианту детекторный аппарат может содержать по меньшей мере одно оптическое детекторное устройство, работающее в видимом (для человеческого глаза) спектральном диапазоне и/или по меньшей мере одно оптическое детекторное устройство, работающее в ИК-диапазоне. Такое устройство содержит по меньшей мере один источник оптического излучения и по меньшей мере один оптический детектор. Дополнительно или альтернативно, детекторный аппарат содержит по меньшей мере одно рентгеновское детекторное устройство, содержащее по меньшей мере один источник рентгеновского излучения и по меньшей мере один детектор рентгеновского излучения. Излучение, испускаемое рентгеновским детекторным устройством, проходит сквозь анализируемый (инспектируемый) сыпучий материал. При этом по меньшей мере одно оптическое детекторное устройство можно сконструировать так, что его излучение не проходит сквозь сыпучий материал, т.е. этот материал непрозрачен в рабочем спектральном интервале данного устройства. Сочетание по меньшей мере одного такого оптического детекторного устройства с рентгеновским детекторным устройством особенно эффективно, поскольку используемые в них измерительные процессы компенсируют недостатки друг друга. Например, оптическое детекторное устройство может отличить синюю гранулу от красной гранулы, что, как правило, не может сделать рентгеновское детекторное устройство, поскольку различия в цвете не приводят к существенным различиям поглощения в рентгеновской области. С другой стороны, рентгеновский детектор может детектировать загрязнения внутри гранул, что в данном случае недоступно для оптического детекторного устройства. При этом можно иметь одно или более оптических детекторных устройств (например работающих в ИК-диапазоне), излучение которых может проходить сквозь сыпучий материал и которые могут использоваться в дополнение или альтернативно к рентгеновскому детекторному устройству. Применительно к прозрачному сыпучему материалу можно использовать оптическое детекторное устройство, которое работает в видимом диапазоне и излучение которого проходит сквозь сыпучий материал. Разумеется, применимы, как альтернатива или дополнение, и другие детекторные устройства, например индукционные детекторы. Все названные детекторные устройства могут использоваться в любых сочетаниях.
Еще в одном варианте оптический детектор по меньшей мере одного оптического детекторного устройства может содержать высокоскоростной датчик, в частности высокоскоростной датчик, работающий в режиме TDI (time delay integration, интегрирование с временной задержкой). Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере один детектор рентгеновского излучения по меньшей мере одного рентгеновского детекторного устройства может содержать высокоскоростной датчик, в частности высокоскоростной датчик, работающий в режиме TDI. Используемые высокоскоростные датчики могут представлять собой, например, высокоскоростные камеры, в частности камеры с однострочной разверткой. Разумеется, тип используемой обработки изображения зависит от геометрии анализируемого материала. Обработка изображения может производиться в реальном времени, например, с применением платы FPGA (Field Programmable Gate Array, программируемая пользователем вентильная матрица).
Преимущество функционирования детектора оптического или рентгеновского излучения в режиме TDI состоит в возможности использования низкой освещенности при высоком разрешении. Сопоставимые известные системы работают с оптическим разрешением порядка 100 мкм, тогда как в данном варианте изобретения может быть достигнуто оптическое разрешение порядка 30 мкм. Если детектор работает в режиме TDI, важным фактором, в связи с интегрированием по времени, становится особенно высокое постоянство траектории и скорости сыпучего материала. Эти свойства гарантируются использованием валика согласно изобретению. В случае оптического детекторного устройства освещение сыпучего материала предпочтительно не производится посредством прямой засветки, поскольку это может привести к нежелательным отражениям от поверхности сыпучего материала, которые затруднят обнаружение загрязнений. Вместо этого, сыпучий материал освещают диффузным излучением, которое может быть реализовано, например, посредством соответствующего навесного светильника.
Как вариант, детекторное устройство содержит два оптических детекторных устройства, первое из которых анализирует сыпучий материал сверху, когда он находится на приводимом во вращение валике или на изогнутой секции или после его схода с указанного валика или указанной секции. При этом второе оптическое детекторное устройство анализирует сыпучий материал снизу, когда он находится в свободном падении после схода с указанного валика или указанной секции. Применение двух оптических детекторных устройств способно обеспечить особенно полную оптическую инспекцию. В этом случае измерение сыпучего материала сверху может производиться сразу же после его схода с валика или с изогнутой секции.
Согласно следующему варианту по меньшей мере одно оптическое детекторное устройство может анализировать сыпучий материал на неподсвеченном темном фоне, предпочтительно на неподсвеченном черном фоне, тогда как фокальная плоскость по меньшей мере одного оптического детектора проходит через зону, в которой должен находиться сыпучий материал, подлежащий анализу. Согласно уровню техники оптическое детектирование, например, темных загрязнений обычно производится на как можно более светлом фоне в целях достижения наибольшего возможного контраста между загрязнениями и находящимся за ними фоном. Однако яркий, т.е. белый, фон приводит к неизбежному отбрасыванию сыпучим материалом тени и, как следствие, к возможной фальсификации результата измерений. Эта опасность предотвращается использованием темного, в частности черного, фона. При этом фон не подсвечивается, т.е. присутствие темного (пассивного) фона означает, что он не освещается посредством отдельного источника света и сам не является светящимся. Разумеется, фон может быть слегка освещен вследствие неизбежного падения на него света из окружающей среды или в результате рассеяния оптического излучения, испускаемого источником (источниками) оптического излучения. Оптический детектор и источник оптического излучения расположены перед фоном. При этом фон не лежит в фокальной плоскости оптического детектора (оптических детекторов), находящейся в плоскости, в которой находится сыпучий материал. В результате обеспечивается фон, на котором, поскольку он является темным (в частности, черным), не создаются тени, фальсифицирующие результаты измерений. Темный (в частности, черный) фон может быть при этом исключен из сигнала посредством соответствующей обработки в рамках оценки результатов измерений. В результате любые оптические дефекты, такие как темные или черные поверхностные загрязнения, будут контрастно выделяться и надежно детектироваться, несмотря на присутствие фона темного (в частности, черного) цвета. Таким образом, оптическое излучение, отраженное от возможных поверхностных загрязнений, может быть надежно идентифицировано в процессе оценки результатов измерений.
В несущей поверхности транспортера вибрационного транспортерного аппарата может иметься окно, прозрачное для рентгеновского излучения. В результате излучение по меньшей мере от одного источника рентгеновского излучения проходит сквозь сыпучий материал, подаваемый вибрационным транспортером, и через это окно. При этом по меньшей мере один детектор рентгеновского излучения детектирует излучение, прошедшее сквозь сыпучий материал и через окно. С учетом свойств и малых размеров некоторых сыпучих материалов, например пластиковых гранул, для их детектирования должно применяться очень мягкое рентгеновское излучение. Как следствие, оно неспособно проходить сквозь материал (как правило, металл) вибрационного транспортера. Поэтому согласно данному варианту используется окно, прозрачное для рентгеновского излучения, находящееся, например, в последнем вибрационном транспортере перед валиком или изогнутой секцией. Оно может быть изготовлено из майлара. Материал майлар получают из полиэтилена; он может быть сделан очень тонким, но при этом очень стабильным и стойким в отношении разрыва. Источник рентгеновского излучения может находиться над или под вибрационным транспортером. Соответственно детектор рентгеновского излучения помещается под или над вибрационным транспортером. Окно может вибрировать вместе с вибрационным транспортером, или оно может быть изолировано от вибрации транспортерного аппарата, т.е. закреплено неподвижно. Последний вариант является предпочтительным в отношении точности измерений.
Приводимый во вращение валик или изогнутая секция, или по меньшей мере их части могут быть выполнены из материала, прозрачного для рентгеновского излучения, а по меньшей мере один детектор рентгеновского излучения может быть неподвижно закреплен в валике или установлен ниже или выше верхней стороны изогнутой секции. При этом излучение от по меньшей мере одного источника рентгеновского излучения проходит сквозь сыпучий материал, проходящий по указанному валику или указанной секции, и это излучение, прошедшее сквозь сыпучий материал, детектируется по меньшей мере одним детектором рентгеновского излучения, находящимся в данном валике или ниже или выше верхней стороны изогнутой секции. После того как сыпучий материал попадет на поверхность вращающегося валика или изогнутой секции и до того как он сойдет с этого валика или с этой секции, его положение окажется фиксированным. Именно этот момент является подходящим для детектирования сыпучего материала, особенно с использованием рентгеновского излучения. Данный вариант основан именно на этой идее. Действительно, скорость вращения валика, как и ее потенциальное изменение в процессе функционирования устройства, известны. Это позволяет простыми средствами синхронизировать рентгеновский анализ, в частности сканирование в режиме TDI, со скоростью движения сыпучего материала по поверхности валика. Разумеется, детектор рентгеновского излучения может быть установлен как выше или ниже валика, так и в его нижней части или в неактивной области вибрационного транспортерного аппарата. Эти же соображения применимы в случае использования изогнутой секции. Допустима также установка детектора между вибрационным транспортером и валиком. Кроме того, в случае установки детектора рентгеновского излучения внутри валика или ниже или выше верхней стороны изогнутой секции весь валик или всю изогнутую секцию целесообразно выполнить из материала, прозрачного для рентгеновского излучения. Допустимо использовать тот же материал, что и для рассмотренного выше окна.
Согласно одному варианту сортировочный аппарат содержит устройство нагнетательного или всасывающего типа, которое отклоняет сыпучий материал, идентифицированный как дефектный, с его траектории таким образом, что он падает во второй выход. Отклоняющее устройство данного типа может содержать нагнетающие или всасывающие сопла, расположенные в один ряд или в виде двумерного набора. Как только загрязнение будет детектировано одним из детекторных устройств, активируется расположенный за ними сортировочный аппарат. При наличии нагнетающих или всасывающих сопел сыпучий материал, например в форме гранул, идентифицированный как дефектный, может быть управляемым образом отклонен от начальной траектории таким образом, что он падает во второй выход. Альтернативно, сортировочный аппарат может активироваться незадолго до прохождения сыпучего материала, идентифицируемого как дефектный, и деактивироваться вскоре после этого прохождения. По соображениям безопасности, может быть отведен не только сыпучий материал, идентифицированный как дефектный, но также небольшое количество доброкачественного сыпучего материала.
Альтернативно, сортировочный аппарат может содержать по меньшей мере один механический выталкиватель, который отклоняет сыпучий материал, идентифицированный как дефектный, от его траектории таким образом, что он падает во второй выход. Согласно другому варианту может иметься аппарат для придания приводимому во вращение валику или изогнутой секции электростатического заряда, так что этот материал может удерживаться на данном валике или на данной секции за счет электростатических сил и может быть сброшен валиком или изогнутой секцией в определенном положении. Кроме того, в поверхности приводимого во вращение валика или изогнутой секции можно выполнить множество всасывающих отверстий, с использованием которых сыпучий материал удерживается на данном валике или на данной секции и может быть сброшен данным валиком или данной секцией в определенном положении. В этом варианте к валику или к изогнутой секции подсоединен аппарат, генерирующий соответствующее отрицательное давление у всасывающих отверстий. Аппарат для придания электростатического заряда приводимому во вращение валику или изогнутой секции или всасывающие отверстия в комбинации с аппаратом для создания отрицательного давления могут входить в состав сортировочного аппарата.
Согласно еще одному варианту сыпучий материал, отклоненный от его траектории сортировочным аппаратом, может попадать в сортировальный канал, разделенный по меньшей мере на два сектора по меньшей мере одной перегородкой, предпочтительно вертикальной. Например, в случае использования устройства нагнетательного или всасывающего типа эта перегородка предотвращает возникновение вблизи сортировочного аппарата турбулентности, которая могла бы привести к погрешности в сортировке сыпучего материала.
По меньшей мере вибрационный транспортерный аппарат может находиться в закрытом, предпочтительно воздухонепроницаемом, корпусе. Выполнение корпуса воздухонепроницаемым достаточно, чтобы предотвратить попадание внутрь него загрязнений. Благодаря защите сыпучего материала от наружного воздуха устраняется возможность загрязнения этого материала, например, пылью, присутствующей в этом воздухе. Становится также возможным создание внутри корпуса повышенного давления, что особенно эффективно предотвращает проникновение загрязнений. Разумеется, в корпусе может быть создано и отрицательное давление. Устройство или способ согласно изобретению позволяет детектировать очень мелкие загрязнения, начиная от 50 мкм. Поэтому проникновение в него пыли из окружающего воздуха могло бы оказать негативное влияние на результаты детектирования. Чтобы дополнительно защитить устройство, в частности его загрузочную часть, приводимый во вращение валик или изогнутая секция, как и первый и второй выходы, могут также находиться внутри корпуса, предпочтительно воздухонепроницаемого. В результате весь тракт подачи сыпучего материала от загрузочного устройства или, альтернативно, от соответствующего резервуара до первого или второго выхода будет экранирован от окружающего воздуха. В этом варианте устройство образует закрытую систему.
По меньшей мере над частями приводимого во вращение валика или изогнутой секции может находиться направляющий элемент, предпочтительно в виде направляющей пластины, согласованный по форме с поверхностью указанного валика или изогнутой секции. В результате между указанным элементом и поверхностью указанного валика или указанной секции образуется зазор. Направляющий элемент может, в частности, иметь изгиб, согласованный с изгибом поверхности валика или изогнутой секции. Благодаря направляющему действию направляющего элемента минимизируется влияние неоднородности конвейерных лент на частицы сыпучего материала. Тем самым дополнительно улучшается детектируемость дефектов.
Согласно одному варианту между приводимым во вращение валиком или изогнутой секцией и сортировочным аппаратом может быть сформирован направляющий канал, имеющий на своих участках переменное поперечное сечение. По данному каналу с указанного валика или с указанной секции сыпучий материал может падать в направлении сортировочного аппарата. Направляющий канал может представлять собой щелевой направляющий канал, который может быть сужающимся в направлении падения сыпучего материала на своем первом участке и расширяющимся на своем втором участке, являющемся продолжением первого участка. В таком варианте направляющий канал может иметь первую, по существу плоскую, вертикальную стенку и вторую стенку, противолежащую первой стенке и имеющую, по меньшей мере на своей части, ширину, изменяющуюся в направлении первой стенки. Вторая стенка в поперечном сечении может быть, например, треугольной или в форме полумесяца. Узкий, щелевидный направляющий канал имеет то преимущество, что сыпучий материал, направляемый стенками этого канала, подходит к сортировочному аппарату с минимальными вариациями траектории.
Было установлено, что, если стенки направляющего канала являются параллельными, особенно при малом расстоянии между ними, в канале возникает отрицательное давление, например, когда имеются и активируются нагнетающие сопла. При этом отрицательное давление не обеспечивает всасывание сыпучего материала в сортировочный аппарат, а, напротив, препятствует его падению, стремясь направить его вверх, в канал. Это может привести к недопустимым погрешностям сортировки сыпучего материала. Данная ситуация имеет место, в частности, если устройство сконструировано, как закрытая система, описанная выше. Отрицательное давление надежно предотвращается благодаря выполнению направляющего канала с участком, имеющим сужающееся поперечное сечение, и, если это возможно, с последующим участком, имеющим расширяющееся поперечное сечение.
Устройство согласно изобретению применимо, в частности, для осуществления способа согласно изобретению. Другими словами, способ согласно изобретению может выполняться посредством аппарата согласно изобретению, описанного выше и раскрытого в прилагаемой формуле.
Краткое описание чертежей
Далее будут подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, описаны варианты изобретения, приводимые в качестве примеров.
На фиг. 1 представлено, в перспективном изображении, устройство согласно изобретению для сортировки сыпучего материала.
На фиг. 2 в увеличенном масштабе и в перспективном изображении показана часть устройства по фиг. 1.
На фиг. 3 в увеличенном масштабе и в перспективном изображении представлен второй вариант части устройства, показанной на фиг. 2.
На фиг. 4 представлено, в перспективном изображении, устройство для сортировки сыпучего материала согласно еще одному варианту изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлено загрузочное устройство с загрузочным бункером для сыпучего материала, которым в данном примере являются пластиковые гранулы. Устройство и способ согласно изобретению, хотя они и рассматриваются далее применительно к сортировке таких гранул, разумеется, пригодны и для сортировки любого другого сыпучего материала. Устройство содержит вибрационный транспортерный аппарат 12, у которого имеются первый вибрационный транспортер 14, второй вибрационный транспортер 16, присоединенный к первому транспортеру 14, и третий вибрационный транспортер 18, присоединенный ко второму транспортеру 16. Загрузочное устройство 10 подает пластиковые гранулы на первый вибрационный транспортер 14. Всем вибрационным транспортерам 14, 16, 18 может быть придана вибрация, но при этом ее характер и амплитуда для каждого из транспортеров 14, 16, 18 может задаваться индивидуально. С этой целью предусмотрен неизображенный управляющий/регулировочный аппарат, который обеспечивает управление всем устройством по изобретению. На фиг. 1 показано также, что три вибрационных транспортера 14, 16, 18 установлены под различными углами к горизонтальной плоскости. Первый и третий вибрационные транспортеры 14, 18 имеют небольшой наклон к горизонтали, тогда как второй вибрационный транспортер 16 имеет наибольший наклон. Вибрационные транспортеры 14, 16, 18 сконструированы в форме рампы, причем движение пластиковых гранул в поперечном направлении ограничено боковыми стенками этих транспортеров.
На поверхности первого вибрационного транспортера 14 имеется стенка 20, ориентированная поперечно по отношению к направлению транспортирования сыпучего материала. Она предназначена для того, чтобы равномерно распределять по вибрационному транспортеру 14 пластиковые гранулы, поступающие из отверстия загрузочного бункера 10 на этот транспортер. Кроме того, стенка 20 останавливает движение гранул сразу же после того, как вибрационный транспортер 14 будет остановлен, т.е. прекратит вибрировать. Движение гранул начинается на первом вибрационном транспортере 14 и происходит в направлении транспортирования. На втором вибрационном транспортере 16 гранулам придается дополнительная кинетическая энергия, так что они ускоряются и разделяются в направлении транспортирования. На поверхности по меньшей мере одного вибрационного транспортера, например второго и/или третьего транспортеров 16, 18, имеются один или более барьеров, ориентированных, по существу, поперечно по отношению к направлению транспортирования сыпучего материала и предпочтительно имеющих в сечении изогнутый или треугольный профиль. Эти барьеры служат для выравнивания скоростей транспортирования гранул. Кроме того, они придают гранулам энергию, направленную вертикально, что приводит к разрушению многослойной структуры, образуемой гранулами. В результате, пройдя за барьер (барьеры) предпочтительно изогнутого или треугольного профиля, гранулы будут расположены в виде плотной однослойной структуры. После создания такой структуры они могут анализироваться рентгеновским детекторным устройством, источник рентгеновского излучения в составе которого обозначен на фиг. 1 как 22.
В третьем вибрационном транспортере 18 имеется окно 24 из майлара, прозрачное для рентгеновского излучения. Источник 22 испускает рентгеновское излучение, которое проходит сквозь гранулы, транспортируемые над окном 24, и через это окно. Ниже окна 24 находится условно изображенный детектор 26 рентгеновского излучения, который детектирует это излучение. В рассматриваемом варианте он представляет собой рентгеновскую камеру, работающую в режиме TDI (интегрирование с временной задержкой). Рентгеновское детекторное устройство анализирует гранулы на присутствие в них загрязнений. Результаты измерений подаются в прибор оценки, интегрированный в управляющий/регулировочный аппарат, который на основе полученной информации решает, должны ли проанализированные гранулы выбраковываться как дефектные. В представленном примере непосредственно к концу третьего вибрационного транспортера 18 присоединен цилиндрический валик 28, приводимый во вращение вокруг оси, перпендикулярной к направлению транспортирования гранул. Гранулы попадают из третьего вибрационного транспортера 18 на приводимый во вращение (т.е. вращающийся) валик 28, транспортируются им на короткое расстояние, а затем движутся с заданной скоростью по заданной траектории. Если они не подвергаются управляющему воздействию, они падают по траектории 31 (обозначенной также на фиг. 1 как А) в первый выход, предназначенный для доброкачественных гранул. В представленном примере валик 28 вращается со скоростью, слегка превышающей скорость транспортирования гранул до их попадания на валик, т.е. гранулы слегка ускоряются.
На фиг. 1 показано также первое оптическое детекторное устройство 30, которое анализирует гранулы сверху сразу же после того, как они сходят с валика 28. Имеется также второе оптическое детекторное устройство 32, которое анализирует гранулы снизу сразу же после того, как они сходят с валика 28. Оба оптических детекторных устройства 30, 32, которые облучают гранулы, оказывающиеся на черном фоне, диффузным излучением, используют в качестве оптических детекторов высокоскоростные камеры, также работающие в режиме TDI. Оптические детекторные устройства 30, 32 анализируют гранулы на присутствие оптических загрязнений, преимущественно локализованных на их поверхности. Результаты этих измерений, в свою очередь, подаются в прибор оценки, интегрированный в управляющий/регулировочный аппарат, и прибор оценки по результатам измерений решает, должны ли проанализированные гранулы выбраковываться как дефектные. Если прибор оценки по результатам измерений, полученным от одного из детекторных устройств 22, 26; 30; 32, определяет необходимость выбраковки гранул как дефектных, в нужный момент запускается отклоняющее устройство, обозначенное на фиг. 1, как 34. В результате гранулы, подлежащие выбраковке, переходят со своей траектории на траекторию 36 (обозначенную также на фиг. 1 как В) и падают во второй выход для недоброкачественных гранул.
На фиг. 2, на которой представлена, в увеличенном масштабе, часть устройства по изобретению, угол α наклона третьего вибрационного транспортера 18 к горизонтальной плоскости обозначен также как 38. Согласно изобретению приемлем практически любой угол α наклона. Его реальное значение определяется, в основном, расходом транспортируемых гранул и свойствами проверяемого сыпучего материала. Стрелка 40 иллюстрирует, как скорость v транспортирования гранул на вибрационном транспортере 18 модифицируется в результате вращения валика с переходом в скорость транспортирования v+Δv. Кроме того, в иллюстративных целях на фиг. 2 вместо окна 24 изображен пример барьера 42, ориентированного поперек направления транспортирования гранул и предпочтительно имеющего в поперечном сечении примерно синусоидальный или треугольный профиль.
На фиг. 3 представлена часть, аналогичная представленной на фиг. 2, но соответствующая второму варианту изобретения. Этот вариант, в основном, соответствует варианту по фиг. 1 и 2. Однако, в отличие от этого варианта, вариант по фиг. 3 содержит изогнутую секцию 44, присоединенную к третьему вибрационному транспортеру 18 вместо приводимого во вращение валика 28. Изогнутая секция 44 имеет параболический профиль или профиль дуги окружности. Данная секция задает траекторию движения сыпучего материала. Должно быть понятно, что в варианте по фиг. 3 могут использоваться различные конструктивные признаки, рассмотренные со ссылками на фиг. 1 и 2.
Устройство, представленное на фиг. 4, в основном, аналогично устройству по фиг. 1. Отличие состоит в том, что вибрационный транспортерный аппарат 12 в устройстве по фиг. 4 содержит единственный транспортер 18, на верхнюю сторону которого подается сыпучий материал из загрузочного устройства 10, предпочтительно через выпускную щель 11. У вибрационного транспортера 18 также имеется прозрачное для рентгеновского излучения окно 24, сквозь которое проходит рентгеновского излучение от источника 22, облучающего сыпучий материал, находящийся на вибрационном транспортере 18. Рентгеновское излучение детектируется детектором 26 рентгеновского излучения, установленным за окном 24, как это было описано выше. Кроме того, в варианте по фиг. 4 используется направляющая деталь 46, например направляющая пластина, согласованная по форме с поверхностью отклоняющего валика 28 и расположенная, по меньшей мере частично, над этим валиком. Между направляющей пластиной 46 и поверхностью валика 28 имеется зазор, через который проходит сыпучий материал, за счет чего достигается уменьшение разброса его траекторий. Кроме того, для сыпучего материала, падающего с валика 28 на отклоняющее устройство 34, сформирован щелевидный направляющий канал 52, ограниченный первой стенкой 48 и второй стенкой 50 и находящийся между валиком 28 и отклоняющим устройством 34. Первая стенка 48 является плоской и вертикальной. Вторая стенка 50 имеет треугольное поперечное сечение, так что сечение направляющего канала 52 в направлении траектории сыпучего материала сначала сужается, а затем расширяется до начального размера. Кроме того, в варианте по фиг. 4 предусмотрен сортировальный канал 54, разделенный вертикальной перегородкой 56 на два смежных сектора.
Разумеется, конструктивные особенности варианта по фиг. 4 могут использоваться и в других вариантах, рассмотренных со ссылками на фиг. 1-3.