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Die Erfindung betrifft eine Sortiervorrichtung und ein Sortierverfahren für Stückgut, welches über ein Förderband oder dergleichen herangeführt wird, wobei das Stückgut mit Röntgenstrahlung beaufschlagt und die vom Stückgut ausgehende Röntgenstrahlung gemessen wird, wobei die Messung auf eine oder wenige charakteristische Röntgenemissionslinien eines vorbestimmten 5 chemischen Elementes im Stückgut beschränkt wird, deren Strahlungsintensität mit einer Einkanal-Messung erfasst und daraus ein analoges Messsignal abgeleitet wird und wobei auf der Basis eines vorgegebenen Schwellwertes des analogen Messsignals der Sortiervorgang eingeleitet wird. io Aus der US 6,506,991 B1 ist beispielsweise eine Sortieranlage für verschiedene Arten von Altpapier bekannt, welche die Papierstücke mit einem Förderband einer Bestrahlungseinrichtung zuführt. Diese weist zwei Strahlungsquellen, sowie einen Detektor auf, welcher die von der Probe ausgehende Strahlung detektiert. Für die Strahlungsquelle kann sowohl sichtbares Licht, Infrarotstrahlung als auch Röntgenstrahlung verwendet werden kann. Abgestimmt auf die Strahls lungsquelle kann der Detektor eine einfache Kamera sein, jedoch auch eine Einrichtung, mit welcher die Wellenlänge der emittierten Messstrahlung erfasst werden kann. In Abhängigkeit des von der Analyseeinrichtung erfassten Messsignals wird beispielsweise eine Luftdüse angesteuert, mit welcher das Stückgut in unterschiedliche Behälter befördert wird. 20 Weiters ist aus der US 3,872,306 eine Sortieranlage für Feldfrüchte bekannt, mit welcher beispielsweise Kartoffeln von Steinen und andere Verunreinigungen separiert werden können. Die Mischung aus Steinen, Feldfrüchten und Erde wird einem Schacht zugeführt, in welchem diese das Strahlungsfeld einer Strahlungsquelle (z.B. Röntgenstrahlung) durchsetz. Die unterschiedliche Abschwächung der Ausgangsstrahlung aufgrund der unterschiedlichen Materialdichten wird 25 gemessen und als Steuersignal für Ablenkelemente verwendet, die die Steine und Verunreinigungen aussortieren. Das Sortierverfahren eignet sich nur für Stückgut mit genügend unterschiedlicher Materialdichte bzw. für Materialien mit unterscheidbaren Absorptionskoeffizienten für die verwendete Strahlung. 30 Aus der US 5,339,962 ist ein Separator für Abfälle (u.a. Polyester und PVC) bekannt, welcher eine elektromagnetische Strahlungsquelle, beispielsweise eine Röntgenröhre, aufweist und auf unterschiedlichen Absorptionswerten und Eindringtiefen der verwendeten Strahlung in den unterschiedlichen Materialien basiert. 35 Aus der EP 1 004 367 A2 ist eine komplexe Anlage für die Sortierung von Plastikabfällen bekannt, welche unter anderem einen Abschnitt in der Sortierabfolge enthält, in welchem das Vorhandensein von Chlor im Stückgut als Kriterium für den Sortiervorgang verwendet wird. Nach der Anregung mit einer radioaktiven Quelle misst ein Detektor die sekundäre Fluoreszenzstrahlung, wobei die Messung auf den Energiebereich von 2,8 keV beschränkt wird. Das 40 Ausgangssignal des Detektors wird zur Ansteuerung einer Sortiereinrichtung verwendet, mit welcher das Stückgut im Hinblick auf den Chlorgehalt sortiert wird.The invention relates to a sorting device and a sorting method for piece goods, which is introduced via a conveyor belt or the like, wherein the piece goods are exposed to X-radiation and emitted from the unit X-ray radiation is measured, the measurement on one or a few characteristic X-ray emission lines of a predetermined 5 chemical element in General cargo is limited, whose radiation intensity is detected with a single-channel measurement and from an analog measurement signal is derived and wherein on the basis of a predetermined threshold value of the analog measurement signal, the sorting process is initiated. From US Pat. No. 6,506,991 B1, for example, a sorting system for various types of waste paper is known, which supplies the pieces of paper with a conveyor belt to an irradiation device. This has two radiation sources, as well as a detector which detects the radiation emanating from the sample. For the radiation source both visible light, infrared radiation and X-rays can be used. Adjusted to the radiation source, the detector can be a simple camera, but also a device with which the wavelength of the emitted measuring radiation can be detected. Depending on the measurement signal detected by the analysis device, for example, an air nozzle is actuated with which the piece goods are conveyed into different containers. 20 Furthermore, from US 3,872,306 a sorting plant for crops is known, with which, for example, potatoes from stones and other impurities can be separated. The mixture of rocks, crops, and soil is fed to a well in which it passes through the radiation field of a radiation source (e.g., X-rays). The different attenuation of the output radiation due to the different material densities is measured and used as a control signal for deflecting elements, which sort out the stones and impurities. The sorting method is suitable only for piece goods with sufficiently different material density or for materials with distinguishable absorption coefficients for the radiation used. From US 5,339,962 a separator for wastes (including polyester and PVC) is known which has an electromagnetic radiation source, for example an X-ray tube, and is based on different absorption values and penetration depths of the radiation used in the different materials. From EP 1 004 367 A2 a complex system for the sorting of plastic waste is known, which inter alia contains a section in the sorting sequence in which the presence of chlorine in the piece goods is used as a criterion for the sorting process. After excitation with a radioactive source, a detector measures the secondary fluorescence radiation, limiting the measurement to the energy range of 2.8 keV. The detector output signal is used to control a sorting device with which the piece goods are sorted with regard to the chlorine content.
Die WO 02/063286 A2 beschreibt einen Röntgenfluoreszenzanalysator, mit welchem Metalle und Metalllegierungen untersucht werden können. Als Strahlungsstelle wird ein radioaktives 45 Element (243Am) verwendet und die von der Probe ausgehende Sekundärstrahlung gemessen. Um die überlagerte Rayleigh- und Compton-Strahlung zu eliminieren, wird eine niederenergetische Emissionslinie der Anregungsquelle verwendet, wobei die Intensität dieser Linie mit jener einer Kalibriermessung für das Reinmetall verglichen wird. Weiters wird die ermittelte Untergrundstrahlung über den gesamten Energiebereich von 12 keV bis 20 keV eliminiert, sodass in so der WO 02/063286 A2 eine aufwendige Spektralanalyse angewandt wird, was im Gegensatz zu der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe steht, wonach der Analysenaufwand gering gehalten werden soll.WO 02/063286 A2 describes an X-ray fluorescence analyzer with which metals and metal alloys can be investigated. As a radiation site, a radioactive element (243Am) is used and the secondary radiation emanating from the sample is measured. To eliminate the superimposed Rayleigh and Compton radiation, a low energy emission line of the excitation source is used, comparing the intensity of this line with that of a calibration measurement for the pure metal. Furthermore, the detected background radiation over the entire energy range of 12 keV to 20 keV is eliminated, so in WO 02/063286 A2 a complex spectral analysis is applied, which is in contrast to the object underlying the invention, after which the analysis effort is kept low should.
Die US 4,136,778 A und die US 4,848,590 A zeigen ebenfalls Sortierverfahren, welche die 55 charakteristische Röntgen-Sekundärstrahlung der zu sortierenden Gegenstände nützen, gehen 3 AT 501 020 B1 allerdings nicht über den durch die EP 1 004 367 A2 geoffenbarten Stand der Technik hinaus.US Pat. No. 4,136,778 A and US Pat. No. 4,848,590 A likewise show sorting methods which utilize the characteristic X-ray secondary radiation of the articles to be sorted, but do not exceed the state of the art disclosed by EP 1 004 367 A2.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von bekannten Sortierverfahren und Sortiervorrichtungen Verbesserungen vorzuschlagen, die es erlauben Sortiergut mit sehr ähnlichen Werten 5 für die Materialdichte bzw. ähnlicher Eindringtiefe für die verwendete ionisierende Strahlung auch bei raschem Durchsatz sicher zu trennen, wobei der Analysenaufwand gering gehalten werden soll.The object of the invention is, starting from known sorting and sorting devices to propose improvements that allow sorting material with very similar values 5 for the density of material or similar penetration depth for the ionizing radiation used safely separated even at a rapid throughput, the analysis effort is kept low should.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Referenzmesswert io im Emissionsspektrum außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie mit einer Einkanal-Messung erfasst wird und daraus zumindest ein analoges Referenzsignal abgeleitet wird, wobei das Messsignal mit Hilfe des Referenzsignals normiert wird. Der Vorteil besteht darin, dass ein Referenzmesswert im Emissionsspektrum der Probe außerhalb des Energiebereichs der charakteristischen Röntgenemissionslinie mit einer Einkanal-Messung 15 erfasst wird und daraus ein analoges Referenzsignal abgeleitet wird. Bei der Erfindung muss somit keine aufwendige Röntgenfluoreszenzanalyse über einen großen Spektralbereich durchgeführt werden, sondern es reichen zwei Einkanal-Messungen, eine bei der charakteristischen Emissionslinie und eine außerhalb dieses Energiebereichs, wobei das Verhältnis dieser Messwerte direkt das Sortiersignal ergibt. Weiters ist bei der Erfindung keine Kalibriermessung eines 20 Reinmaterials notwendig. Bei der Trennung von PET-Flaschen und Vinylflaschen genügt z.B. die Messung der Intensität der CI Κα-Linie und eine Messung außerhalb dieses Energiebereichs, um ein eindeutiges Sortiersignal gewinnen zu können.This object is achieved according to the invention in that at least one reference measured value io is detected in the emission spectrum outside the energy range of the characteristic X-ray emission line with a single-channel measurement and at least one analog reference signal is derived therefrom, wherein the measuring signal is normalized with the aid of the reference signal. The advantage is that a reference measured value in the emission spectrum of the sample outside the energy range of the characteristic X-ray emission line is detected with a single-channel measurement 15 and an analog reference signal is derived therefrom. In the invention, therefore, no complex X-ray fluorescence analysis over a wide spectral range must be carried out, but it is sufficient two single-channel measurements, one at the characteristic emission line and outside this energy range, the ratio of these measurements directly results in the sorting signal. Furthermore, no calibration measurement of a pure material is necessary in the invention. In the separation of PET bottles and vinyl bottles is sufficient, for. the measurement of the intensity of the CI Κα-line and a measurement outside this energy range in order to obtain a clear sorting signal.
Von Vorteil ist es, wenn das Referenzsignal im Bereich der Anodenstrahlung gewonnen wird. 25It is advantageous if the reference signal is obtained in the region of the anode radiation. 25
Eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass dem Detektor zumindest ein weiterer Einkanal-Analysator nachgeschaltet ist, welcher auf einen Bereich außerhalb des Energiebereiches der charakteristischen Röntgenemissionslinie eingestellt ist, dessen analoges Referenzsignal zur Normierung des Messsignals dient. 30A sorting device according to the invention is characterized in that the detector is followed by at least one further single-channel analyzer, which is set to a region outside the energy range of the characteristic X-ray emission line whose analog reference signal is used to normalize the measurement signal. 30
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sortiervorrichtung ist eine lineare Abfolge von Detektoren und Röntgenquellen vorgesehen, welche quer bzw. schräg in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Förderbandes angeordnet sind. 35 Die Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Darstellungen und Diagrammen näher erläutert.According to an advantageous development of the sorting device according to the invention, a linear sequence of detectors and x-ray sources is provided, which are arranged transversely or obliquely with respect to the direction of movement of the conveyor belt. The invention is explained in more detail below with reference to schematic illustrations and diagrams.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung für Stückgut, Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 in schematischer Darstellung, Fig. 3 eine Variante der erfindungsgemäßen Sortiervorrich-40 tung in eine Ansicht quer zum Förderband, Fig. 4 das Diagramm eines Messergebnisses, wobei der Chlorgehalt einer Probe in Prozent über die Breite b des Förderbandes aufgetragen ist, Fig. 5 die Spektren von Proben mit und ohne Chlor, sowie Fig. 6 ein Diagramm zur Ermittlung des Minimum Detection Levels (MDL) für Chlor. 45 Die in Fig. 1 dargestellte Sortiervorrichtung für Stückgut 1 weist eine nicht weiter dargestellte Fördereinrichtung mit einem Förderband 2 auf, mit welchem das Stückgut 1 in Bewegungsrichtung 3 herangeführt wird. Dem Förderband 2 ist eine Röntgenquelle 4 zur Anregung des Stückgutes 1 mit Röntgenstrahlung, sowie eine Detektionseinrichtung 5 zur Erfassung der vom Stückgut 1 ausgehenden Messstrahlung zugeordnet. Die Detektionseinrichtung 5 weist zumindest so einen energiedispersiven Detektor 5' auf, welchem ein Einkanalanalysator 6 nachgeschaltet ist, der auf eine charakteristische Röntgenemissionslinie eines vorbestimmten chemischen Elementes im Stückgut 1 eingestellt ist. Das analoge Ausgangssignal des Einkanalanalysators 6 wird entweder direkt oder über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 7 einer Sortiereinrichtung 8 zugeführt. Die Sortiereinrichtung 8 weist einen Antrieb 9 für eine verschwenkbare Klappe 10 55 auf, so dass bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes im analogen Messsignal der2 shows a detail from FIG. 1 in a schematic illustration, FIG. 3 shows a variant of the sorting device according to the invention in a view transversely to the conveyor belt, FIG. 4 shows the diagram of a measurement result, Fig. 5 shows the spectra of samples with and without chlorine, and Fig. 6 shows a diagram for determining the minimum detection level (MDL) for chlorine. The sorting device for piece goods 1 shown in FIG. 1 has a conveying device (not shown) with a conveyor belt 2, with which the piece goods 1 are moved in the direction of movement 3. The conveyor belt 2 is an X-ray source 4 for exciting the piece goods 1 with X-radiation, and associated with a detection device 5 for detecting the output of the piece goods 1 measuring radiation. The detection device 5 has at least one energy-dispersive detector 5 ', which is followed by a Einkanalanalysator 6, which is set to a characteristic X-ray emission line of a predetermined chemical element in the article 1. The analogue output signal of the single-channel analyzer 6 is fed either directly or via a control and evaluation device 7 to a sorting device 8. The sorting device 8 has a drive 9 for a pivotable flap 10 55, so that upon reaching a predetermined threshold value in the analog measurement signal of