JP4288386B2 - Alloy separation method and separation system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、種別不明な合金を部分的に熱して溶融し、溶融痕およびその周辺部の外観により分別する方法であり、特に、アルミニウム合金及び鋼を合金種類ごとに分別可能とした分別方法に関する。 The present invention is a method in which an unknown alloy is partially heated and melted, and is classified according to the melting marks and the appearance of the periphery thereof. .
近年、アルミニウム合金の展伸材が、その優れた機械的性質により、自動車部品、電気部品、建築部材、日用器具などの広範囲に多量に利用されており、使用後は廃棄物として回収されている。
アルミニウム展伸材は、新地金とスクラップとに種々の合金添加元素を加えることにより所要組成に溶製されているが、新地金の精製には膨大なエネルギーを消費するので、環境保護とコストダウンの観点から、アルミニウム展伸材の廃材を展伸材用スクラップに再利用することが望まれている。そのためには、アルミニウム展伸材の廃棄物を、アルミ合金規格１０００系から７０００系の７種別に分別する必要がある。成分不明の合金は、鋳造用アルミニウム合金の原料にされていた。
従来から、金属の分別方法として、磁気選別や比重差を用いた分別により、鉄系、アルミニウム系などの大きな分別が行われているが、アルミニウム系の中でのさらに細かい分別は、人の目視により、合金の形状、表面色や表面状態などによる分別であり、分別精度が低く、また、分別者ごとの精度差も大きく、実質上は不可能であった。
そこで、特開平１０−３２８６２０号には、アルミニウム展伸材を正確に分別する方法としては、アルミニウム合金の表面を、苛性化合物や酸などの化学的処理により着色して、その色の違いにより７種類に分別可能な分別方法が提案されている。
しかし、上記の化学的処理による分別方法は、１つの試料を識別するのに要する時間が長いので、多量の廃棄アルミニウム合金を分別するには適さない。また、この方法は、化学薬品を使用するために、環境に悪影響を及ぼす惧れがあり、溶液を無害化処理する必要があった。
また、アルミニウム系合金以外でも、従来法では合金種類別の細かい分別が困難な金属材料があり、例えば非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼は、磁気選別による分別が不可能であり、また、合金種類ごとに分別可能な分別方法も提案されていない。In recent years, wrought aluminum alloy materials have been widely used in a wide range of automobile parts, electrical parts, building materials, daily appliances, etc. due to their excellent mechanical properties, and are collected as waste after use. Yes.
Aluminum wrought material is melted to the required composition by adding various alloying elements to new bullion and scrap. However, enormous energy is consumed in refining the new bullion, thus protecting the environment and reducing costs. From this point of view, it is desired to reuse the scrap of aluminum wrought material as scrap for wrought material. For that purpose, it is necessary to sort the waste of the aluminum wrought material into seven types of aluminum alloy standard 1000 series to 7000 series. Alloys with unknown components were used as raw materials for casting aluminum alloys.
Conventionally, as a metal separation method, large separation such as iron-based and aluminum-based has been performed by magnetic sorting or separation using specific gravity difference. Therefore, the separation is based on the shape of the alloy, the surface color, the surface state, etc., and the separation accuracy is low, and the accuracy difference for each sorter is large, which is practically impossible.
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-328620 discloses a method for accurately separating an aluminum wrought material by coloring the surface of an aluminum alloy by a chemical treatment such as caustic compound or acid, and 7 A classification method that can be classified into types has been proposed.
However, the above-described separation method by chemical treatment is not suitable for separating a large amount of waste aluminum alloy because it takes a long time to identify one sample. In addition, since this method uses chemicals, there is a risk of adverse effects on the environment, and it is necessary to detoxify the solution.
In addition, other than aluminum alloys, there are metal materials that are difficult to separate by alloy type by conventional methods. For example, non-magnetic austenitic stainless steel cannot be separated by magnetic separation, and each alloy type No separation method that can be separated is proposed.
本発明は、合金成分又は合金種別ごとに迅速な分別が可能な金属および合金の分別方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、合金成分又は合金種別ごとに迅速な分別が可能な金属および合金の分別システムを提供することを目的とする。
本発明の合金分別方法は、合金種別不明の金属又は合金から成る分別試料に、その表面の一部に高エネルギービームを照射して溶融させて冷却することにより溶融痕を形成し、該溶融痕及び／又はその周辺部の形態に基づいて分別試料を分別する。
詳しくは、この分別方法では、複数の合金表面の溶融痕及びその周辺部の外観から、溶融痕の寸法、表面光沢や表面の平坦度などの特徴部分を識別パラメータとして抽出し、それらを比較して合金を分別するものである。
本発明の分別方法は、識別パラメータにより分別基準を設けるので、常に高い分別精度を保つことができ、分別精度のばらつきを除去することができる。分別された合金は、同じ種別の合金の溶製の際にスクラップとして配合することができる。
本発明の分別方法は、迅速な識別が可能であるので、大量の金属の分別処理に適しており、また、薬品を使用しないので、環境を汚染することがない。
本発明は、上記の分別方法を利用して、合金種別不明の分別試料を分別するシステムであって、該システムは、分別試料の金属表面に所定出力で所定時間に高エネルギービームを照射する照射装置と、照射後に金属表面の溶融痕とその周辺部の画像を撮影する撮像装置と、画像データを表示する表示装置と、を含む。
本発明の分別システムは、上記の分別方法を実現するので、合金種別を、容易かつ迅速に分別でき、さらに分別精度を高く保つことができる。
本発明の分別方法は、合金種別不明の分別試料の表面に高エネルギービームの溶融痕及びその周辺部の形態に基づいて分別するので、短時間で精度よく分別することができる。
さらに、合金種別ごとに予め設定した標準識別パラメータと、分別試料の溶融痕及びその周辺部と、を比較することにより、パラメータにより合金種別ないし合金成分を推定し分別できて、分別した後に成分を調べる必要がないので、再利用までの手間数を減らしてコストを減らすことができる。
合金種別ごとの標準パターンを設定すると、分別試料の溶融痕及びその周辺部の形態を、複数の識別パラメータと対比するのが簡便容易になり、分別が迅速且つ容易になる。
標準識別パラメータを、合金種別の既知の金属及び合金の標準試料の溶融痕やその周辺部の形態を標準試料間で対比して抽出すれば、各合金種別で特徴のある識別パラメータの選択がしやすく、分別に適した標準識別パラメータを得ることができる。
溶融痕及びその周辺部の識別パラメータとして、寸法や色調など合金ごとの差異が顕著に現れるパラメータを含むと、分別が容易になり、また、分別誤差を減らして分別精度を高くすることができる。
本発明の分別方法は、アルミニウム、アルミニウム合金、及びステンレス鋼などの金属及び合金を分別するのに利用することができる。各種別に特化した標準識別パラメータにより容易に分別ができる。例えば、アルミニウム展伸材の原料中のスクラップに利用することができ、製造時の電力消費を押さえて、アルミニウム展伸材のコストを下げることができる。
金属片に照射する高エネルギービームは、レーザ、アーク又はプラズマであると、ビームを収束させるのが容易なので、剪断されて小片になった廃棄合金片の表面に溶融痕を形成することができる。また、これらのビームは、出力および照射時間の制御がしやすいので、溶融痕の形成過程を自動化する場合にも適している。
本発明の分別システムは、高エネルギービーム照射装置と、撮像装置と、画像の表示装置と、を含むので、上記の分別方法を用いた、迅速かつ精度の高い分別を行うことができる。
本発明の分別システムは、さらに、溶融痕の画像データから識別パラメータを抽出し、該識別パラメータを標準識別パラメータと対比して合金種別を識別することが可能なコンピュータを含むと、自動分別することができるので、分別時間を短縮し、分別精度を一定に保つことができ、また、人手に依らずに分別することができる。
また、本発明の方法およびシステムでは、コンピュータに、予め金属種別毎の標準パターンを設定して、分別試料の溶融痕画像の実測パターンと対比できるようにすることができ、複数の識別パラメータを標準試料パラメータと対比することができるので、迅速で精度の高い分別を行うことができる。
本発明の分別システムで用いる照射装置がレーザ発生装置にすることができ、照射出力および照射時間の制御が容易でコンピュータ制御も可能であるので、溶融痕形成を自動化することができる。
本発明の分別システムで用いる照射装置がアーク発生装置にすることができ、照射出力および照射時間の制御が容易でコンピュータ制御も可能であるので、溶融痕形成を自動化することができる。
本発明の分別システムで用いる照射装置が、プラズマ発生装置にすることができ、照射出力および照射時間の制御が容易でコンピュータ制御も可能であるので、溶融痕形成を自動化することができる。It is an object of the present invention to provide a method for separating metals and alloys that can be quickly separated for each alloy component or alloy type.
It is another object of the present invention to provide a metal and alloy separation system capable of rapid separation for each alloy component or alloy type.
In the alloy fractionating method of the present invention, a molten sample is formed by irradiating a portion of the surface of a separated sample made of a metal or an alloy whose alloy type is unknown with a high energy beam, and then cooling the molten sample. And / or a fractionation sample is fractionated based on the form of the peripheral part.
Specifically, in this classification method, features such as the size of the melt mark, surface gloss, and surface flatness are extracted as identification parameters from the melt marks on the surface of the plurality of alloys and the appearance of the periphery thereof, and compared. This sorts the alloy.
In the classification method of the present invention, since the classification standard is set according to the identification parameter, it is possible to always maintain a high classification accuracy and to eliminate the variation in the classification accuracy. The sorted alloys can be blended as scrap when melting the same type of alloy.
Since the separation method of the present invention enables rapid identification, it is suitable for a large amount of metal separation processing, and since no chemical is used, the environment is not polluted.
The present invention is a system for separating a sorted sample whose alloy type is unknown using the above-described sorting method, and the system irradiates a metal surface of the sorted sample with a high-energy beam at a predetermined time with a predetermined output. An apparatus, an imaging device that captures an image of a melting mark on a metal surface and its peripheral portion after irradiation, and a display device that displays image data are included.
Since the sorting system of the present invention realizes the sorting method described above, the alloy type can be sorted easily and quickly, and the sorting accuracy can be kept high.
According to the separation method of the present invention, since the separation is performed on the surface of the separation sample whose alloy type is unknown based on the melting marks of the high energy beam and the form of the peripheral portion thereof, the separation can be accurately performed in a short time.
Furthermore, by comparing the standard identification parameter set in advance for each alloy type with the melting mark of the sample to be separated and its peripheral part, the alloy type or the alloy component can be estimated and classified by the parameter, and the component Since there is no need to investigate, it is possible to reduce costs by reducing the number of steps until re-use.
When a standard pattern for each alloy type is set, it becomes easy and easy to compare the melting mark of the sample to be separated and the form of the periphery thereof with a plurality of identification parameters, and the classification becomes quick and easy.
If the standard identification parameters are extracted by comparing the melting marks of the standard samples of known metals and alloys of the alloy type and the shape of the periphery of the standard samples, the characteristic identification parameters for each alloy type can be selected. It is easy to obtain standard identification parameters suitable for classification.
If the identification parameters of the melt mark and its peripheral part include parameters such as the size and the color tone that are significantly different for each alloy, the separation can be facilitated, and the separation error can be reduced to increase the separation accuracy.
The separation method of the present invention can be used to separate metals and alloys such as aluminum, aluminum alloys, and stainless steel. Classification can be easily performed by using standard identification parameters specialized for each type. For example, it can be used for scrap in the raw material of the aluminum wrought material, and power consumption during production can be suppressed, and the cost of the aluminum wrought material can be reduced.
If the high-energy beam irradiating the metal piece is a laser, an arc or a plasma, it is easy to focus the beam, so that it is possible to form a melting mark on the surface of the waste alloy piece that has been sheared into small pieces. These beams are also suitable for automating the process of forming melt marks because the output and irradiation time can be easily controlled.
Since the sorting system of the present invention includes a high energy beam irradiation device, an imaging device, and an image display device, it is possible to quickly and accurately sort using the sorting method described above.
The separation system of the present invention further includes automatic extraction by including a computer capable of extracting an identification parameter from the image data of the melt mark and comparing the identification parameter with the standard identification parameter to identify the alloy type. Therefore, the separation time can be shortened, the separation accuracy can be kept constant, and the separation can be performed without human intervention.
Further, in the method and system of the present invention, a standard pattern for each metal type can be set in advance in the computer so that it can be compared with the actual measurement pattern of the melted trace image of the separated sample. Since it can be compared with the sample parameter, it is possible to perform the separation with high speed and high accuracy.
Since the irradiation apparatus used in the separation system of the present invention can be a laser generator, the irradiation output and the irradiation time can be easily controlled and controlled by a computer, so that the formation of melted marks can be automated.
Since the irradiation apparatus used in the sorting system of the present invention can be an arc generator, the irradiation output and irradiation time can be easily controlled and controlled by a computer, so that the formation of melted marks can be automated.
The irradiation apparatus used in the separation system of the present invention can be a plasma generator, and the irradiation output and irradiation time can be easily controlled and controlled by a computer, so that the formation of melted marks can be automated.
図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の実施形態にかかるレーザ照射により形成されたアルミニウム溶融痕の標準パターンを示している。
図２Ａ〜図２Ｇは、本発明の実施形態にかかるアーク照射により形成されたアルミニウム溶融痕の標準パターンを示している。
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の実施形態にかかるレーザ照射により形成された純鉄およびステンレス鋼の溶融痕の標準パターンを示している。
図４は、本発明の実施形態にかかる分別システムの高エネルギービーム照射装置を示している。
図５は、本発明の実施形態にかかる分別システムの撮像装置を示している。
図６は、ＡＡ１０５０の溶融痕の輝度分布を３次元で表示したグラフである。
図７は、本発明の実施形態にかかる分別システムを用いた分別のブロック図である。1A to 1G show a standard pattern of aluminum melt marks formed by laser irradiation according to an embodiment of the present invention.
2A to 2G show a standard pattern of aluminum melt marks formed by arc irradiation according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E show standard patterns of melting marks of pure iron and stainless steel formed by laser irradiation according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a high energy beam irradiation apparatus of the sorting system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows an imaging apparatus of the sorting system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the luminance distribution of the melt mark of AA1050 in three dimensions.
FIG. 7 is a block diagram of sorting using the sorting system according to the embodiment of the present invention.
本発明は、合金種別不明の金属および合金に高エネルギービームを照射して溶融痕を形成し、該溶融痕及びその周辺部の形態により分別するものである。
本発明の分別方法では、合金種別ごとに予め設定された溶融痕やその周辺部の標準識別パラメータと、分別試料の溶融痕やその周辺部の形態と、を対比して、試料の合金種別を識別しながら分別するのが好ましく、分別後に合金成分を調べて合金種別を特定する手間を省くことができる。
標準識別パラメータは、予め、合金種別の既知の金属及び合金の標準試料にその表面の一部に高エネルギービームを照射して溶融させて冷却することにより溶融痕を形成し、溶融痕及び／又はその周辺部の形態を標準試料間で対比して抽出することができる。このように抽出された標準識別パラメータは、合金種別ごとに特殊化されるので、識別パラメータの組合わせにより種別不明の合金を分別する指標として適切である。
本発明の分別方法では、標準試料の溶融痕およびその周辺部から抽出した標準識別パラメータをパターン化した標準パターンを作成して、その標準パターンと試料の溶融痕及びその周辺部の形態とを対比するのが好ましい。標準パターンを用いることにより、視覚的な対比が容易になので識別に要する時間が短くでき、また、標準パターンに含まれる複数の標準識別パラメータの対比が容易なので、分別精度を高くすることができる。
溶融痕の形態は、高エネルギービームの種類と、照射条件（出力、パワー密度、照射時間）によって大きく異なるので、抽出される識別パラメータ及びパターンも高エネルギービームの種類と照射条件とで異なることがある。よって、標準識別パラメータや標準パターンの標準データを用いて分別を行う場合には、分別試料には、標準データ作成時と同種の高エネルギービームを用い、同一の照射条件によって溶融痕を形成することにより、精度のよい分別を行うことができる。
本発明の分別方法は、溶融痕の識別パラメータとして、溶融痕の寸法、皮膜、光沢、平坦度、表面割れ、色調、及び輝度を利用することができる。
パラメータとしての溶融痕の寸法は、溶融部の面積や直径であり、合金の熱伝導度と融点に依存するので、熱的性質に顕著な違いのある合金種別の分別に適している。
皮膜のパラメータは、主として溶融痕の表面の酸化皮膜の有無とその性状をいうが、この酸化皮膜は、溶融前から金属表面を覆っているものと、溶融時の熱により新たに形成されたものが含まれる。
パラメータの光沢とは、光沢の有無をいうが、溶融部の金属がそのまま冷却したときや、金属表面を覆っていた酸化皮膜が溶融時に凝集や蒸発によって部分的又は全面的に除去されて、金属面が露出したときに、反射光沢を呈することを指す。これは、試料を形成する合金の酸化物の生成と耐熱性に依存している。
色調とは、溶融痕表面の色変化であり、例えば、新たな酸化皮膜の形成による着色や、合金中の成分の析出による着色がある。この識別パラメータには、複数の色調が交互に現れて、縞状の模様となる形態を含む。これらの色調は、合金の酸化皮膜の成分に依存している。
また、溶融痕の平坦度は、表面の平坦な程度を指すが、この識別パラメータには、溶融痕表面に複数の凸凹が形成されて波打ったようになるウェービングや、中央部のすりばち状の陥没などの形態を含む。この識別パラメータは、溶融物の蒸発及び冷却時の熱収縮によって発生する。
溶融痕の表面割れは、クラックであり、溶融物の冷却時の熱収縮によって発生する。この識別パラメータには、クラックの有無、クラックの数、長さ、クラックの形成される位置、例えば溶融痕中央部に発生するなど、があり、さらに、クラックの形成方向、例えば溶融痕中央部から半径方向に発生する、などの情報を含む。
また、輝度は、光を反射した溶融痕の輝度を示す。
本発明の分別方法は、溶融痕周辺部の識別パラメータとして、溶融痕周辺の蒸着物、表面割れ、色調、及び輝度を利用することができる。
周辺部の蒸着物は、溶融部で蒸発した合金成分の付着により起こり、合金成分に低沸点成分を含む合金で確認される。この識別パラメータには、蒸着の有無、蒸着範囲、蒸着物の色、蒸着物の状態、例えば薄くまだらに付着したなど、の情報を含む。
周辺部の表面割れ、クラックは、周辺部の加熱冷却に伴う膨張収縮によって発生したり、溶融痕で発生したクラックの伝播により発生する。
周辺部の色調は、新たに形成された酸化皮膜による着色であり、その範囲は、溶融時に熱の影響を受けたことを示す。この識別パラメータは、合金の熱伝導度や合金の耐熱性、耐酸化性に依存している。
これらの識別パラメータは、合金の物性、例えば合金の熱伝導度、耐熱性、耐酸化性など、に関係したものか、合金成分に依存して発現するものなので、分別の指標とするのに適している。
溶融痕形成に用いる高エネルギービームとは、エネルギーの細い流れの束であり、例えば、レーザ、アーク又はプラズマなどのビームを用いるのが好ましく、これらの高エネルギービームは、金属表面上の微小部分に焦点を絞りやすく、金属小片に溶融痕を形成することができる。
本発明の分別方法は、アルミニウムとその合金及びステンレス鋼の分別に適している。アルミニウム合金やステンレス鋼は、種別ごとの外観が類似しているが、合金成分や物性が異なるので、本発明の分別方法によってそれぞれの合金種別ごとの分別を容易に行うことができる。
本発明の分別方法では、分別する金属片が、その表面に塗装や汚れなどの表面付着物がある場合には、溶融痕の形成前に前処理を行い、付着物を除去するのが好ましい。前処理としては、例えば、高エネルギービームを用いる方法があり、金属の溶融が起こらず表面付着物が蒸発する程度の出力で、ビームを金属表面に照射して付着物を除去することができる。また、別の前処理には、グラインダで金属表面を研削して付着物を除去する方法がある。さらに別の前処理には、薬品の塗布、浸漬などにより化学的に付着物を除去する方法がある。
本発明の分別方法は、廃棄物中の合金を分別する以外にも、精錬又は圧延などされた展伸用素材に適用することができ、例えば、複数種類のアルミニウム合金素材を扱う工場等において、展伸前に合金種類の確認を行うのに使用すれば、異材の混入を防止し、使用する合金の誤使用を未然に防ぐことができる。
本発明の分別システムは、上記の分別方法を利用したシステムであり、分別試料の金属表面に所定出力で所定時間に高エネルギービームを照射する照射装置と、照射後に金属表面の溶融痕とその周辺部の画像を撮影する撮像装置と、画像データを表示する表示装置と、を含んでいる。
照射装置には、高エネルギービームとして、レーザビームを照射するレーザ源と光学系とを有するレーザ発生装置を用いることができる。
また、照射装置には、高エネルギービームとして、上記の金属表面に非消耗電極との間でアーク柱を形成するアーク発生装置を用いることもできる。
さらに、照射装置には、高エネルギービームとして、プラズマアークもしくはプラズマジェットを照射するプラズマトーチを備えたプラズマ発生装置を用いることもできる。
これらの照射装置は、合金表面に溶融部を形成する出力の高エネルギービームを照射でき、照射出力と照射時間が制御しやすいので、本発明のシステムに好ましく用いることができる。
撮像装置には、ビデオカメラやＣＣＤカメラなどを用いて溶融痕とその周辺部の画像を撮影することができる。撮影した画像は、ディスプレイなどの表示装置に表示される。
本発明のシステムでは、分別試料を、手動により高エネルギービームの照射台に載置して、試料の表面に高エネルギービームを照射して溶融痕を形成する。溶融痕を形成した分別試料は、撮像装置の撮影台に移され、溶融痕およびその周囲が撮像装置により撮影されて、表示装置に表示される。
表示された溶融痕およびその周辺の画像を、合金種別ごとに予め設定された溶融痕とその周辺部の標準識別パラメータと対比して、試料の合金種別を識別して、分別する。
本発明のシステムでは、さらに、撮像装置から入力された画像データから識別パラメータを抽出し、該識別パラメータを上記標準識別パラメータと対比して合金種別を識別するコンピュータを含み、コンピュータからの合金種別識別データを表示装置に表示させることができる。コンピュータが識別作業を行うので、人が目視によって識別を行うのに比べて迅速に識別でき、識別精度を一定に保つことができる。
また、本発明のシステムでは、上記のコンピュータに合金種別ごとに予め溶融痕及び／又はその周辺部の標準識別パラメータの標準パターンが設定しておくことができる。測定に際しては、コンピュータが、撮像装置から入力された実際の画像データと識別パラメータとにより画像をパターン化し、画像のパターンを上記標準パターンと対比して合金種別を識別し、合金種別識別データを表示装置に表示させることができる。コンピュータが識別作業を行うので、人が目視によって識別を行うのに比べて迅速に識別でき、識別精度を一定に保つことができ、また、複数の標準識別パラメータを含む標準パターンを用いるので、一回の対比作業で複数の識別パラメータの対比を行うことができる。
本発明のシステムでは、上記のコンピュータに、合金種別ごとに予め溶融痕及び／又はその周辺部の標準識別パラメータの分布についての複数の基本分布データが格納しておくことができる。本発明においては、基本分布データとは、合金種別ごとの溶融痕から、撮像装置を通して画像を得て、その画像データの標準識別パラメータの平面分布を解析したデータを指す。例えば、輝度についての基本輝度分布データは、撮像装置からの画像データに多数の測定点を設定し、各測定点の輝度、すなわち光の強度の平面分布を測定して作成することができる。輝度の測定は、好ましくは、特定の発光スペクトルを有する特定の発光源を用いて溶融痕に照射して、特定の受光素子を含む撮像装置により撮像して、輝度分布を得るように行われる。例えば、蛍光灯と、モノクロＣＣＤカメラとの組合せが利用できる。
次に、分別試料の溶融痕から比較分布データを作成するが、基本分布データと同様の発光源及び撮像装置を用いて行うのが好ましい。基本分布データと比較分布データを比較して、合金種別ごとに比較分布データと基本分布データとの差分の積算値を算出して、パターン誤差指数とする。
標準試料および分別試料の溶融痕は、各々の溶融痕の中央の位置に、これを測定中心点とするが、この測定中心点を一致させると合致しやすい。さらに、測定中心点を対称点として、互いの溶融痕を相対的に対称移動させて探査すると、さらに合致しやすくなる。そこで、分別の際には、標準試料および分別試料の溶融痕が最も合致した状態のパターン誤差指数、つまりパターン誤差指数が最小値になる比較状態のパターン誤差指数を用いるのが好ましい。最小のパターン誤差指数を分別指標値とする。
合金種別に応じて、例えば７種類の合金では、７つの基本分布データに分別試料の比較分布データを対比して、７つの分別指標値が得られる。分別試料の合金種別は、分別指標値が最も小さい基本分布データに対応する合金種別になるので、その合金種別に分別する。
分布パターンを用いた分別システムでは、コンピュータが識別作業を行うので、人が目視によって識別を行うのに比べて迅速に識別でき、識別精度を一定に保つことができ、また、複数の標準識別パラメータを含む標準パターンを用いることもできるので、一回の対比作業で複数の識別パラメータの対比を行うことができる。
本発明のシステムは、照射装置と撮像装置の代わりに、それらを組合わせて一体化した装置を含むようにして、システムを小型化することができる。
また、分別試料を照射装置や撮像装置に載置する代わりに、分別試料をベルトコンベア等で運搬しながら照射、撮影できるような照射装置と撮像装置を用いることにより、システムの自動化が可能である。
本発明のシステムの変形例としては、小型で持ち運び可能な照射装置と撮像装置を含んだ可搬型分別システムがあり、例えば、照射装置と撮像装置を切断前の大型の合金廃棄物の置かれた場所まで運んで、そこで溶融痕を形成し、撮像することができる。このシステムを用いることにより大型の廃棄物を切断前に分別できるので、切断後に分別する場合に比べて分別回数を大幅に減り、分別時間が短縮し、コストが削減される。
なお、高エネルギービームを照射して金属片の一部を加熱した後に放冷し、その間の加熱部及びその周囲の温度変化を測定することにより、合金を分別する方法がある。この分別方法では、識別パラメータとしては、加熱部の最高到達温度や、加熱部およびその周辺部の表面温度の経時変化のグラフなどを用いることができる。これらのパラメータは、合金の熱伝導度などの物性に依存して発現するので、合金ごとに特徴のある形態が現れやすく、分別の指標とするのに適している。また、この温度による分別方法を用いた分別システムによって、金属片の分別をすることもできる。
この温度による分別方法では、溶融痕を形成することなく分別することが可能で、例えば、金属表面を溶融できない比較的低いエネルギーのビームを用いて加熱して分別することができ、例えば、近赤外線、キセノンランプ又は半導体レーザなどの比較的取扱いが容易な光源を用いることができる。また、表面の温度測定には、例えば赤外線カメラを用いた非接触測定法などが適している。In the present invention, a metal or alloy of unknown alloy type is irradiated with a high energy beam to form a melting mark, and is sorted according to the form of the melting mark and its peripheral part.
In the separation method of the present invention, the alloy identification of the sample is determined by comparing the standard identification parameter of the melting mark and its peripheral part set in advance for each alloy type with the melting mark of the separated sample and the form of its peripheral part. It is preferable to perform classification while identifying, and it is possible to save time and labor for examining the alloy components after the classification and specifying the alloy type.
The standard identification parameter is obtained by previously forming a melting mark by irradiating a part of the surface of a standard sample of a known metal and alloy of an alloy type with a high-energy beam and then cooling it. The peripheral form can be extracted by comparing the standard samples. Since the standard identification parameter extracted in this way is specialized for each alloy type, it is suitable as an index for discriminating alloys of unknown type by a combination of identification parameters.
In the separation method of the present invention, a standard pattern is created by patterning standard identification parameters extracted from the melting mark of the standard sample and its peripheral part, and the standard pattern is compared with the form of the melting mark of the sample and its peripheral part. It is preferable to do this. By using the standard pattern, the time required for identification can be shortened because visual comparison is easy, and the classification accuracy can be increased because comparison between a plurality of standard identification parameters included in the standard pattern is easy.
The shape of the melt mark varies greatly depending on the type of high-energy beam and the irradiation conditions (output, power density, irradiation time), and therefore the extracted identification parameters and patterns may differ depending on the type of high-energy beam and the irradiation conditions. is there. Therefore, when separation is performed using standard identification parameters or standard pattern standard data, a high-energy beam of the same type as the standard data is used for the separated sample, and melt marks are formed under the same irradiation conditions. Therefore, it is possible to perform the separation with high accuracy.
The classification method of the present invention can utilize the size, film, gloss, flatness, surface crack, color tone, and luminance of the melt mark as the melt mark identification parameters.
The size of the melt mark as a parameter is the area and diameter of the melted part, and depends on the thermal conductivity and melting point of the alloy, and is therefore suitable for the classification of alloy types having significant differences in thermal properties.
The parameters of the film mainly refer to the presence or absence of the oxide film on the surface of the melt mark and its properties. This oxide film covers the metal surface before melting and is newly formed by heat during melting. Is included.
The gloss of the parameter refers to the presence or absence of gloss, but when the metal in the molten part is cooled as it is, or the oxide film covering the metal surface is partially or completely removed by aggregation or evaporation during melting, and the metal When the surface is exposed, it refers to exhibiting a reflective gloss. This depends on the generation of oxides and heat resistance of the alloy forming the sample.
The color tone is a color change on the surface of the melt mark, for example, coloring due to formation of a new oxide film or coloring due to precipitation of components in the alloy. This identification parameter includes a form in which a plurality of color tones appear alternately to form a striped pattern. These colors depend on the oxide film components of the alloy.
In addition, the flatness of the melt mark indicates the flatness of the surface, and for this identification parameter, waving that forms a plurality of irregularities on the surface of the melt mark and undulations in the center part, Includes forms such as depressions. This identification parameter is generated by heat shrinkage during evaporation and cooling of the melt.
The surface crack of the melt mark is a crack and is generated by thermal contraction during cooling of the melt. The identification parameters include the presence / absence of cracks, the number of cracks, the length, the position where cracks are formed, for example, at the center of the melt mark, etc., and the crack formation direction, for example, from the center of the melt mark This includes information such as the occurrence in the radial direction.
Moreover, a brightness | luminance shows the brightness | luminance of the fusion mark which reflected light.
The classification method of the present invention can use the deposit around the melting mark, surface cracks, color tone, and luminance as identification parameters around the melting mark.
The deposit in the peripheral portion is caused by the adhesion of the alloy component evaporated in the molten portion, and is confirmed in the alloy containing the low boiling point component in the alloy component. This identification parameter includes information such as the presence / absence of vapor deposition, the vapor deposition range, the color of the vapor deposited material, the state of the vapor deposited material, for example, thin deposits on the mottle.
Surface cracks and cracks in the peripheral part are generated by expansion and contraction accompanying heating and cooling of the peripheral part, and are generated by propagation of cracks generated in the melt marks.
The color tone of the peripheral portion is colored by a newly formed oxide film, and the range indicates that it is affected by heat during melting. This identification parameter depends on the thermal conductivity of the alloy and the heat resistance and oxidation resistance of the alloy.
These identification parameters are related to the physical properties of the alloy, such as the thermal conductivity, heat resistance, oxidation resistance, etc. of the alloy, or are expressed depending on the alloy components, so they are suitable as an index for classification. ing.
The high energy beam used for forming melt marks is a bundle of thin streams of energy, and it is preferable to use a beam such as a laser, an arc or a plasma, and these high energy beams are applied to a minute part on a metal surface. It is easy to narrow the focal point, and a melting mark can be formed on the metal piece.
The separation method of the present invention is suitable for the separation of aluminum and its alloys and stainless steel. Aluminum alloys and stainless steels have similar appearances for each type, but alloy components and physical properties are different, so that the classification method according to the present invention allows easy classification for each type of alloy.
In the separation method of the present invention, when the metal pieces to be separated have surface deposits such as paint and dirt on the surface, it is preferable to perform pretreatment before the formation of melted marks and remove the deposits. As the pretreatment, for example, there is a method using a high energy beam, and the metal surface can be irradiated to the metal surface with an output such that the metal does not melt and the surface deposit evaporates, and the deposit can be removed. As another pretreatment, there is a method of removing a deposit by grinding a metal surface with a grinder. Still another pretreatment includes a method of chemically removing deposits by chemical application, immersion, or the like.
The separation method of the present invention can be applied to a material for extension that has been refined or rolled in addition to separating the alloy in the waste.For example, in a factory that handles a plurality of types of aluminum alloy materials, If it is used to check the type of alloy before extending, it is possible to prevent foreign materials from being mixed and to prevent misuse of the alloy used.
The separation system of the present invention is a system using the above-described separation method, and an irradiation apparatus that irradiates a metal surface of a separated sample with a high power beam at a predetermined output at a predetermined time, and a melt mark on the metal surface and its surroundings after irradiation. An imaging device that captures an image of the image and a display device that displays image data.
As the irradiation apparatus, a laser generation apparatus having a laser source that irradiates a laser beam and an optical system can be used as a high energy beam.
Moreover, the arc generator which forms an arc column between said metal surfaces with a non-consumable electrode as a high energy beam can also be used for an irradiation apparatus.
Furthermore, a plasma generating device provided with a plasma torch for irradiating a plasma arc or a plasma jet as a high energy beam can be used as the irradiation device.
These irradiation apparatuses can be preferably used in the system of the present invention because they can irradiate a high-energy beam having an output that forms a melted portion on the alloy surface and easily control the irradiation output and irradiation time.
The imaging device can take an image of the melted mark and its peripheral part using a video camera, a CCD camera, or the like. The captured image is displayed on a display device such as a display.
In the system of the present invention, the fractionated sample is manually placed on the irradiation table of the high energy beam, and the surface of the sample is irradiated with the high energy beam to form a melting mark. The fractionated sample in which the melting mark is formed is transferred to the imaging stage of the imaging device, and the melting mark and its surroundings are photographed by the imaging device and displayed on the display device.
The displayed melting marks and the surrounding images are compared with the melting marks set in advance for each alloy type and the standard identification parameters of the peripheral part, and the alloy type of the sample is identified and sorted.
The system of the present invention further includes a computer that extracts an identification parameter from image data input from the imaging device and identifies the alloy type by comparing the identification parameter with the standard identification parameter, and identifies the alloy type from the computer. Data can be displayed on a display device. Since the computer performs the identification work, it can be identified more quickly than when the person visually identifies, and the identification accuracy can be kept constant.
Further, in the system of the present invention, a standard pattern of standard identification parameters of the melting mark and / or its peripheral part can be set in advance in the above computer for each alloy type. During measurement, the computer patterns the image with the actual image data input from the imaging device and the identification parameter, identifies the alloy type by comparing the image pattern with the standard pattern, and displays the alloy type identification data It can be displayed on the device. Since the computer performs the identification work, the identification can be performed more quickly than when the person performs identification by visual observation, the identification accuracy can be kept constant, and a standard pattern including a plurality of standard identification parameters is used. A plurality of identification parameters can be compared in one comparison operation.
In the system of the present invention, a plurality of basic distribution data regarding the distribution of the melting marks and / or the standard identification parameters in the periphery thereof can be stored in advance in the computer for each alloy type. In the present invention, the basic distribution data refers to data obtained by obtaining an image through an imaging device from a melting mark for each alloy type and analyzing the plane distribution of the standard identification parameter of the image data. For example, the basic luminance distribution data for luminance can be created by setting a large number of measurement points in the image data from the imaging apparatus and measuring the luminance distribution at each measurement point, that is, the planar distribution of light intensity. The measurement of the luminance is preferably performed so as to obtain a luminance distribution by irradiating the melted mark with a specific light source having a specific emission spectrum and imaging with an imaging device including a specific light receiving element. For example, a combination of a fluorescent lamp and a monochrome CCD camera can be used.
Next, comparative distribution data is created from the melting mark of the separated sample, but it is preferable to use a light emission source and an imaging device similar to the basic distribution data. The basic distribution data and the comparative distribution data are compared, and an integrated value of the difference between the comparative distribution data and the basic distribution data is calculated for each alloy type to obtain a pattern error index.
The melt marks of the standard sample and the fractionated sample are used as the measurement center point at the center position of each melt mark. Furthermore, when the measurement center point is a symmetric point and the mutual melting marks are moved relatively symmetrically and searched, it becomes easier to match. Therefore, in the classification, it is preferable to use a pattern error index in a state where the melting marks of the standard sample and the separated sample are most matched, that is, a pattern error index in a comparison state in which the pattern error index is the minimum value. The minimum pattern error index is set as the classification index value.
Depending on the type of alloy, for example, in seven types of alloys, seven classification index values are obtained by comparing the comparative distribution data of the fractionated sample with the seven basic distribution data. Since the alloy type of the sorted sample is the alloy type corresponding to the basic distribution data having the smallest classification index value, it is sorted into the alloy type.
In the classification system using the distribution pattern, the computer performs the identification work, so that the identification can be performed quickly and the identification accuracy can be kept constant as compared with the case where the identification is performed by human eyes. Therefore, a plurality of identification parameters can be compared in a single comparison operation.
The system of the present invention can be miniaturized by including an apparatus in which the irradiation apparatus and the imaging apparatus are combined and integrated instead of the irradiation apparatus and the imaging apparatus.
In addition, the system can be automated by using an irradiation device and an imaging device that can irradiate and photograph the separated sample while being transported by a belt conveyor or the like instead of placing the sorted sample on the irradiation device or the imaging device. .
As a modification of the system of the present invention, there is a portable sorting system including a small and portable irradiation device and an imaging device. For example, a large alloy waste before cutting the irradiation device and the imaging device is placed. It can be taken to a location where melt marks can be formed and imaged. By using this system, large waste can be separated before cutting, so that the number of times of sorting is greatly reduced compared with the case of sorting after cutting, the sorting time is shortened, and the cost is reduced.
In addition, there is a method of separating the alloy by irradiating a high energy beam and heating a part of the metal piece and then allowing to cool, and measuring the temperature change in the heating part and the surrounding area. In this classification method, as the identification parameter, a graph of a maximum change in the temperature of the heating unit and a change over time in the surface temperature of the heating unit and its surroundings can be used. Since these parameters are expressed depending on physical properties such as the thermal conductivity of the alloy, a characteristic form is likely to appear for each alloy, which is suitable as an index for classification. In addition, the metal piece can be separated by a separation system using this temperature separation method.
In this temperature separation method, separation can be performed without forming melting marks. For example, the metal surface can be separated by heating using a relatively low energy beam that cannot be melted. A light source that is relatively easy to handle, such as a xenon lamp or a semiconductor laser, can be used. In addition, for example, a non-contact measurement method using an infrared camera is suitable for measuring the surface temperature.
本実施例では、高エネルギービームにレーザを用いて、アルミニウム展伸材の試料に溶融痕を形成し、識別パラメータの抽出とパターンの作成を行った。
試料として、アルミニウム展伸材規格でＡＡ１０５０、ＡＡ２０２４、ＡＡ３００３、ＡＡ４３４３、ＡＡ５０５２、ＡＡ６０６３、ＡＡ７０７５の７種類を準備した。これらの試料は、厚さ６ｍｍに展伸して使用した。
それぞれの試料は、パルスＹＡＧレーザ（波長１０６０ｎｍ、パルス幅６．５ｍｓ）の照射台に載置され、マルチモード、ピーク出力７．５ｋＷ、スポット径１．０〜１．５ｍｍに調整され、１パルスの照射により表面に溶融痕を形成した。その後、溶融痕をＣＣＤカメラで撮影し、モニタに映して観察した。
溶融痕から抽出した識別パラメータの種類と、そのデータを表１に示す。
表１の皮膜形状では、１又は２にコード化した。「１」は、溶融痕全体が皮膜で覆われていることを示し、「２」は、溶融痕の中央部には皮膜が除去されていることを示す。
光沢、表面割れの有無についても、０又は１にコード化しており、「０」は無し、「１」は有りを示す。
表１の平坦度では、主にウェービングの有無をコード化しており、「０」は無し、「１」は有りを示す。
溶融痕から抽出したパラメータを用いて、図１に示すようなパターンを作成した。図１（Ａ）がＡＡ１０５０、図１（Ｂ）がＡＡ２０２４、図１（Ｃ）がＡＡ３００３、図１（Ｄ）がＡＡ４３４３、図１（Ｅ）がＡＡ５０５２、図１（Ｆ）がＡＡ６０６３、図１（Ｇ）がＡＡ７０７５の溶融痕のパターンである。これらのパターンは、各合金成分系１０００系〜７０００系の標準パターンとした。図１の各溶融痕の寸法は、適宜拡大されており、実寸比とは異なっている。
溶融痕１０表面の酸化被膜の状態は、ＡＡ１０５０、ＡＡ３００３、ＡＡ５０５２では、溶融痕１０の中央付近の酸化被膜３０が除去されて金属光沢部２５が観察され、その周囲に環状に酸化被膜３０が残存するので、図１に示すように二重円状の溶融痕となる。また、ＡＡ２０２４、ＡＡ４３４３、ＡＡ６０６３、ＡＡ７０７５では、酸化被膜３０が除去されずに表面全体を覆っているので、溶融痕１０が一重円状となる。表面のクラック３５は、ＡＡ２０２４、ＡＡ６０６３に現れ、表面に細かい皺が寄るウェービング４０は、ＡＡ４３４３、ＡＡ７０７５の溶融痕１０の表面全体に現れている。
また、ＡＡ７０７５は、溶融痕１０の辺縁部に黒色の付着物４５が確認されるが、これは７０００系のアルミニウム合金に含まれる低沸点成分であるＭｇやＺｎが、溶融時に蒸着したものである。
各アルミニウム合金の識別パラメータ及びパターンは、区別容易な特徴を有しているので、合金種別不明のアルミニウム合金に溶融痕を形成して、図１の標準パターンを比較することにより、容易に７種類に分別することができる。In this example, a laser was used as a high-energy beam to form a melt mark on a sample of an aluminum wrought material, and identification parameters were extracted and a pattern was created.
As samples, seven types of AA1050, AA2024, AA3003, AA4343, AA5052, AA6063, and AA7075 were prepared according to the aluminum wrought material standard. These samples were used by extending to a thickness of 6 mm.
Each sample is placed on a pulse YAG laser (wavelength 1060 nm, pulse width 6.5 ms) irradiation table, adjusted to multimode, peak output 7.5 kW, spot diameter 1.0 to 1.5 mm, and 1 pulse Melt marks were formed on the surface. Thereafter, the melt mark was photographed with a CCD camera and observed on a monitor.
Table 1 shows the types of identification parameters extracted from the melting marks and their data.
In the film shape of Table 1, it was coded as 1 or 2. “1” indicates that the entire melt mark is covered with a film, and “2” indicates that the film is removed at the center of the melt mark.
The presence / absence of gloss and surface cracks is also coded as 0 or 1, with “0” not present and “1” present.
In the flatness of Table 1, the presence / absence of waving is mainly coded, and “0” indicates no presence and “1” indicates presence.
A pattern as shown in FIG. 1 was created using the parameters extracted from the melting marks. 1A is AA1050, FIG. 1B is AA2024, FIG. 1C is AA3003, FIG. 1D is AA4343, FIG. 1E is AA5052, FIG. 1F is AA6063, FIG. (G) is a pattern of melting marks of AA7075. These patterns were standard patterns of each alloy component system 1000 series to 7000 series. The dimensions of each melt mark in FIG. 1 are enlarged as appropriate, and are different from the actual size ratio.
The state of the oxide film on the surface of the
In AA7075, a
Since the identification parameters and patterns of each aluminum alloy have features that are easily distinguishable, seven types can be easily obtained by forming a melting mark on an aluminum alloy of unknown alloy type and comparing the standard patterns in FIG. Can be separated.
本実施例は、高エネルギービームにアークを用いて、アルミニウム展伸材の試料に溶融痕を形成し、識別パラメータの抽出とパターンの作成を行った。
試料として、アルミニウム展伸材規格でＡＡ１０５０、ＡＡ２０２４、ＡＡ３００３、ＡＡ４３４３、ＡＡ５０５２、ＡＡ６０６３、ＡＡ７０７５の７種類を準備した。これらの試料は、厚さ６ｍｍに展伸して使用した。
それぞれの試料は、アークの照射台に載置され、放電条件２００Ａ、スポット径５〜１０ｍｍ、照射時間５ｓで合金表面に溶融痕を形成した。その後、溶融痕をＣＣＤカメラで撮影し、モニタに映して観察した。
溶融痕から抽出した識別パラメータの種類と、そのデータを表２に示す。
表２の皮膜形状では、１又は２にコード化した。「１」は、溶融痕全体が皮膜で覆われていることを示し、「２」は、溶融痕の中央部には皮膜が除去されていることを示す。
光沢、表面割れの有無についても、０又は１にコード化しており、「０」は無し、「１」は有りを示す。
表２の平坦度とは、主に中央部の凹みであり、溶融痕の最も深い部分と非溶融痕の表面との深さ方向の差分によって、１又は２にコード化した。「１」とは、深さの差分が１．５ｍｍ未満を示し、「２」とは、深さの差分が１．５ｍｍ以上のことを示す。この差分は、顕微鏡の焦点位置の差から求めた。
熱影響部とは、溶融痕の周辺部の環状変色部の広さを、広い方から順に１〜３にコード化した。本実験のアーク出力と照射時間の場合には、「１」とは、熱影響部の環の幅が１５ｍｍ以上であることを示し、「２」とは１０〜１５ｍｍ、「３」とは１０ｍｍ以下である。
溶融痕から抽出したパラメータを用いて、図２に示すようなパターンを作成した。図２（Ａ）がＡＡ１０５０、図２（Ｂ）がＡＡ２０２４、図２（Ｃ）がＡＡ３００３、図２（Ｄ）がＡＡ４３４３、図２（Ｅ）がＡＡ５０５２、図２（Ｆ）がＡＡ６０６３、図２（Ｇ）がＡＡ７０７５の溶融痕のパターンである。これらのパターンは、分別の際の標準パターンとすることができる。図２の各溶融痕の寸法は、適宜拡大されており、実寸比とは異なっている。
溶融痕１０表面の酸化被膜３０の状態は、ＡＡ３００３では、溶融痕１０の中央付近の酸化被膜３０が除去されて金属光沢部２５が観察され、その周囲に環状に酸化被膜３０が残存するので、図２に示すように２重円状の溶融痕１０となっている。また、ＡＡ１０５０、ＡＡ２０２４、ＡＡ４３４３、ＡＡ５０５２、ＡＡ６０６３、ＡＡ７０７５では、酸化被膜が除去されないので、溶融痕が１重円状として観察される。表面のクラック３５は、ＡＡ２０２４、ＡＡ５０５２、ＡＡ７０７５に現れる。このクラック３５は、溶融痕１０の中央凹みが大きい場合に現れる傾向が見られた。
また、ＡＡ７０７５では、溶融痕１０の辺縁部に黒色の付着物４５が確認されるが、これは７０００系のアルミニウム合金に含まれる低沸点成分であるＭｇやＺｎが、溶融時に蒸着したものである。
熱影響部２０は、溶融痕１０周囲の環状変色部であるが、Ａ７０７５で最も広く、熱影響部２０の直径は、溶融痕１０の直径の約２．５倍程度である。次に広い熱影響部２０が現れるのはＡ２０２４であり、熱影響部２０の直径は、溶融痕１０の直径の約２倍程度であり、他の合金では約１．２〜１．４倍と狭い。
各アルミニウム合金の識別パラメータ及びパターンは、区別容易な特徴を有しているので、種別不明のアルミニウム合金に溶融痕を形成して、図２の標準パターンを比較することにより、容易に７種類に分別することができる。In this example, an arc was used as a high-energy beam to form a melting mark on a sample of an aluminum wrought material, and an identification parameter was extracted and a pattern was created.
As samples, seven types of AA1050, AA2024, AA3003, AA4343, AA5052, AA6063, and AA7075 were prepared according to the aluminum wrought material standard. These samples were used by extending to a thickness of 6 mm.
Each sample was placed on an arc irradiation table, and melt marks were formed on the alloy surface under discharge conditions 200A, a spot diameter of 5 to 10 mm, and an irradiation time of 5 s. Thereafter, the melt mark was photographed with a CCD camera and observed on a monitor.
Table 2 shows the types of identification parameters extracted from the melting marks and their data.
In the film shape of Table 2, it was coded as 1 or 2. “1” indicates that the entire melt mark is covered with a film, and “2” indicates that the film is removed at the center of the melt mark.
The presence / absence of gloss and surface cracks is also coded as 0 or 1, with “0” not present and “1” present.
The flatness in Table 2 is mainly a dent at the center, and is coded as 1 or 2 depending on the difference in the depth direction between the deepest part of the melted mark and the surface of the non-melted mark. “1” indicates that the difference in depth is less than 1.5 mm, and “2” indicates that the difference in depth is 1.5 mm or more. This difference was obtained from the difference in the focal position of the microscope.
With the heat affected zone, the area of the annular discoloration around the melt mark was coded from 1 to 3 in order from the wider. In the case of the arc output and irradiation time of this experiment, “1” indicates that the ring width of the heat affected zone is 15 mm or more, “2” is 10 to 15 mm, and “3” is 10 mm. It is as follows.
A pattern as shown in FIG. 2 was created using the parameters extracted from the melt marks. 2A is AA1050, FIG. 2B is AA2024, FIG. 2C is AA3003, FIG. 2D is AA4343, FIG. 2E is AA5052, FIG. 2F is AA6063, FIG. (G) is a pattern of melting marks of AA7075. These patterns can be standard patterns for sorting. The dimensions of each melt mark in FIG. 2 are enlarged as appropriate, and are different from the actual size ratio.
The state of the
In AA7075, a
The heat affected
Since the identification parameters and patterns of each aluminum alloy have features that are easily distinguishable, a melting mark is formed on an aluminum alloy of unknown type, and the standard patterns in FIG. Can be separated.
本実施例では、高エネルギービームにレーザを用いて、鉄板およびステンレス鋼板の試料に溶融痕を形成し、識別パラメータの抽出とパターンの作成を行った。
試料として、純鉄と、ステンレスとしてＪＩＳ規格の、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６及びＳＵＳ４３０と、ＹＵＳ２０５（新日本製鐵株式会社のアルミニウム含有のフェライト系ステンレス鋼）の５種類を準備した。これらの試料は、厚さ１〜２ｍｍに展伸して使用した。
それぞれの試料は、パルスＹＡＧレーザ（波長１０６０ｎｍ、パルス幅６．５ｍｓ）の照射台に載置され、マルチモード、ピーク出力７．５ｋＷ、スポット径１．０〜１．５ｍｍに調整され、１パルスの照射により表面に溶融痕を形成した。その後、溶融痕をＣＣＤカメラで撮影し、モニタに映して観察した。
溶融痕から抽出した識別パラメータの種類と、そのデータを表３に示す。
溶融痕から抽出したパラメータを用いて、図３に示すようなパターンを作成した。図３（Ａ）が純鉄、図３（Ｂ）がＳＵＳ３０４、図３（Ｃ）がＳＵＳ３１６、図３（Ｄ）がＳＵＳ４３０、図３（Ｅ）がＹＵＳ２０５の溶融痕のパターンである。これらのパターンは、鉄及び鋼の標準パターンとすることができる。図３の各溶融痕の寸法は、適宜拡大されており、実寸比とは異なっている。図中、Ｂは黒色部、Ｗは白色部、Ｇは灰色部、Ｏは橙色部、Ｍは金属光沢部であることを示す。
純鉄では、溶融部の中央から辺縁部近傍まで黒地に白の細かい同心円状の縞９０が確認でき、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０では、辺縁部に黒色の細い同心円状の縞９０が確認できる。ＳＵＳ３１６とＹＵＳ２０５では、溶融痕の辺縁部に、白や黄みの白などの明るい色調の環９５が２〜３本現れる。
ＹＵＳ２０５では、溶融痕の中央部と辺縁部との間に、多数の皺４０が現れる。
純鉄および各ステンレス鋼は、それぞれの合金種別によって、溶融痕の色調に特徴があるので、合金種別不明のステンレス鋼に溶融部を形成して観察することにより、合金種類を容易に分別することができる。また、溶融痕表面の縞模様や帯状変色部によってステンレス鋼を分別することも可能である。In this example, a laser was used as a high-energy beam to form melting marks on samples of iron plates and stainless steel plates, and identification parameters were extracted and patterns were created.
As samples, five types of SUS standard, SUS304, SUS316 and SUS430, and YUS205 (aluminum-containing ferritic stainless steel manufactured by Nippon Steel Corp.) were prepared as pure iron and stainless steel. These samples were used by spreading to a thickness of 1 to 2 mm.
Each sample is placed on a pulse YAG laser (wavelength 1060 nm, pulse width 6.5 ms) irradiation table, adjusted to multimode, peak output 7.5 kW, spot diameter 1.0 to 1.5 mm, and 1 pulse Melt marks were formed on the surface. Thereafter, the melt mark was photographed with a CCD camera and observed on a monitor.
Table 3 shows the types of identification parameters extracted from the melting marks and their data.
A pattern as shown in FIG. 3 was created using the parameters extracted from the melting marks. 3A is a pure iron pattern, FIG. 3B is a SUS304 pattern, FIG. 3C is a SUS316 pattern, FIG. 3D is a SUS430 pattern, and FIG. These patterns can be standard patterns of iron and steel. The dimensions of the melt marks in FIG. 3 are appropriately enlarged and differ from the actual size ratio. In the figure, B indicates a black portion, W indicates a white portion, G indicates a gray portion, O indicates an orange portion, and M indicates a metallic luster portion.
In pure iron, white fine
In YUS205, a large number of
Pure iron and each stainless steel are characterized by the color tone of the melt mark depending on the type of the alloy, so it is easy to sort the alloy type by forming and observing the melted part in stainless steel of unknown alloy type. Can do. It is also possible to separate the stainless steel by the striped pattern on the surface of the melt mark and the strip-shaped discoloration part.
本発明にかかる分別システムの構成例では、図４に示したレーザ用高エネルギービーム照射装置５０と、図５に示した撮像装置５５が備えられている。高エネルギービーム照射装置５０には、レーザビーム７０を発振するビーム発生装置６５と、分別試料６０を載置する照射台７２が含まれる。
レーザビーム７０は、分別試料６０表面と垂直に照射してもよいが、好ましくは、分別試料６０表面の法線方向から入射角θだけ傾けて照射する。入射角θの適正範囲は、分別する合金種別によって異なるが、アルミニウム合金の場合には、入射角θは、０〜６０°が好ましい。６０°以上になると、溶融痕が楕円形状になることがあり、自動化において問題が起こることがあるので、好ましくない。特に、入射角θが５〜３０°であると、溶融痕がほぼ円形になり、合金種別ごとの標準識別パラメータの違いが大きくなり、分別精度を上げることができるので好ましい。
高エネルギービーム照射装置５０は、レーザビーム７０の焦点位置に分別試料６０を配置してもよいが、好ましくは、焦点位置から距離ｄだけ離れた位置に配置する。焦点位置と分別試料とが距離ｄだけ離れることによって、合金種別ごとに溶融部分の寸法の差異が大きくなる傾向にあるので、分別精度を上げることができる。アルミニウム合金を用いて、焦点距離１２０ｍｍのパルスＹＡＧレーザの例では、距離ｄは、レーザビーム７０の光源に近づく場合を正、離れる場合を負として、±１５ｍｍであるのが好ましい。
撮像装置５５には、画像撮影用のＣＣＤカメラ７５と、ＣＣＤカメラ７５に接続された画像出力用のコンピュータ８０と、画像を表示するディスプレイ８５含む。
本実施例では、図７に示す順に分別が行なわれる。溶融痕形成過程１００で、分別試料６０は、高エネルギービームの照射装置６０の照射台７２に載置され、レーザビーム７０を照射して溶融痕１０が形成される。
撮影過程１１０では、溶融痕１０を形成した分別試料６０は、撮影台７７に載置されて、ＣＣＤカメラ７５で溶融痕１０の画像を撮影し、画像データは、コンピュータ８０に送られ、ディスプレイ８５に表示される。
パラメータ抽出過程１２０では、画像データから、コンピュータ８０により識別パラメータの抽出が行なわれ、さらにコンピュータ８０により、パターン作成過程１３０において、抽出された識別パラメータからパターンが作成される。対比過程１４０では、作成されたパターンが、予めコンピュータ８０内に記憶されている標準パターンと比較され、合金種類が識別される。識別結果は、ディスプレイ８５に表示される。
識別された分別試料は、分別過程１５０で同種の合金ごとに分別され、収集される。The configuration example of the sorting system according to the present invention includes the laser high-energy
The
The high energy
The
In this embodiment, the sorting is performed in the order shown in FIG. In the melting
In the photographing
In the
The identified separated samples are sorted and collected for the same kind of alloys in the
本発明にかかる分別システムを用いて、アルミニウム合金の分別性能の評価試験を行った。この試験は、輝度分布の差分の積算値により合金種別を自動分別する方法を用いた。
まず、合金種別が既知の標準金属片を図４の高エネルギービーム照射装置５０の照射台７２に載置して、入射角θ＝１０°で距離ｄ＝１５ｍｍに設定して溶融痕を形成した。高エネルギービームには、パルスＹＡＧレーザを用いて、ピーク強度が７．５ｋＷで、パルス幅が６．５ｍｓに設定して照射した。
次に、溶融痕を形成した試料片を、図５に示した撮像装置５５に移動して、光源に環状蛍光灯（ＳＨＩＭＡＴＥＣ ＡＧＳ−１０２）を照射して、ＣＣＤカメラ７５（ＴＯＫＹＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｃｏ．ＬＴＤ ＣＳ８３１０Ｂ）によって溶融痕全体を撮影し、多数の測定点を設定して、最大輝度を示す測定点の強度を２５６として、他の測定点の相対強度を測定して、基本分布データとした。図６は、ＡＡ１０５０の基本分布データを３次元グラフで表現したものである。図６の２つの横軸は、被測定面における２つの直交する軸で、任意長さを表している。
基本分布データおよび比較分布データの測定点の数は、数が多いほど分別の精度が上がるが、１つの測定試料の分別に要する時間が長くなるので、分別精度と分別時間との兼ね合いにより、適切な個数を定めるのがよい。本実施例では、溶融痕のほぼ中央に測定中心点を設定して、測定中心から放射状に伸びて３６０等分する分割線と、測定中心点から１０本の同心円状の分割円とを規定し、分割線と分割円との交点を測定点とした。
評価試験では、試料片６０を図４の高エネルギービーム照射装置５０の照射台７２に載置して、入射角θ＝１０°で距離ｄ＝１５ｍｍに設定して溶融痕を形成した。高エネルギービームには、パルスＹＡＧレーザを用いて、ピーク強度が７．５ｋＷで、パルス幅が６．５ｍｓに設定して照射した。
次に、溶融痕を形成した試料片を、図５に示した撮像装置５５に移動して、ＣＣＤカメラ７５によって画像を取得した。画像は、画像解析ソフトをインストールしたコンピュータ８０により、自動で溶融痕のほぼ中央を決定され、測定点が設定され、各測定点における輝度データが抽出されて比較輝度分布が得られる。
前もってコンピュータに格納されていた７種類の基本輝度分布のうちの１つと、比較輝度分布とを測定中心点を一致させた上で、全ての測定点を一致させて、各測定点の輝度の差分を算出した後に、全ての差分を積算して、パターン誤差指数を得た。その後、測定中心点を対称点として、基本輝度分布と比較輝度分布とを相対的に１°だけずらしてパターン誤差指数を取得することを繰り返し、３６０個のパターン誤差指数を取得した後に、最小のものを分別指標値とした。別の基本輝度分布に関しても、同様の操作を行って、分別指標値を得た。
各合金種別に対応した分別指標値を比較して、最も低い値を示した合金種別として、分別試料片を分別した。
この分別方法の精度を調べるために、７種類の合金種別から成るＮｏ．１〜Ｎｏ．７の試料片についての分別指標値を測定し、分別結果と実際の合金種別とを比較して、表４に示した。表中の下線を付した値が、各試料片における最小の分別指標値である。
First, a standard metal piece with a known alloy type was placed on the irradiation table 72 of the high energy
Next, the sample piece in which the melt mark is formed is moved to the
As the number of measurement points of the basic distribution data and comparative distribution data increases, the accuracy of separation increases, but the time required for the separation of one measurement sample increases, so it is appropriate depending on the balance between the separation accuracy and the separation time. It is good to determine a certain number. In this embodiment, a measurement center point is set at the approximate center of the melt mark, and a dividing line extending radially from the measurement center and divided into 360 equal parts and ten concentric divided circles from the measurement center point are defined. The intersection of the dividing line and the dividing circle was taken as the measurement point.
In the evaluation test, the
Next, the sample piece on which the melt mark was formed was moved to the
After making one of the seven basic luminance distributions stored in the computer in advance and the comparison luminance distribution coincide with the measurement center point, all the measurement points are matched, and the difference in luminance at each measurement point Then, all the differences were integrated to obtain a pattern error index. Thereafter, the measurement center point is set as a symmetry point, and the basic luminance distribution and the comparative luminance distribution are relatively shifted by 1 ° to obtain the pattern error index repeatedly. After obtaining 360 pattern error indices, The thing was made into the classification index value. For another basic luminance distribution, the same operation was performed to obtain a classification index value.
The classification index value corresponding to each alloy type was compared, and the sorted sample piece was sorted as the alloy type that showed the lowest value.
In order to examine the accuracy of this sorting method, No. 7 consisting of seven alloy types was used. 1-No. The classification index values for the sample pieces of No. 7 were measured, and the classification results were compared with the actual alloy types. The value underlined in the table is the minimum classification index value in each sample piece.
本発明の分別方法は、アルミニウム合金等を合金種別ごとに精度よく分別できるので、複数種類のアルミニウム合金を使用する自動車をアルミニウム展伸材にリサイクルするのに利用することができる。 Since the sorting method of the present invention can accurately sort aluminum alloys and the like for each alloy type, it can be used to recycle an automobile using a plurality of types of aluminum alloys into an aluminum wrought material.
Claims (8)
上記分別試料の上記表面に所定出力で所定時間に高エネルギービームを照射する照射装置と、
照射後に上記表面の上記溶融痕及びその周辺部の画像を撮影して画像データを得る撮像装置と、
を含み、
合金種別ごとに予め設定された上記溶融痕及び／又はその周辺部の標準識別パラメータと、上記分別試料の上記画像データと、を対比して、上記分別試料の合金種別を識別し分別する金属及び合金の分別システム。A system that partially melts a surface of a separated sample made of a metal or an alloy whose alloy type is unknown and separates the separated sample based on the form of the melted trace and / or its peripheral part, the system comprising:
An irradiation device for irradiating a high energy beam at a predetermined time at a predetermined output to the surface of the fractionation sample,
An imaging device obtaining image data by capturing an image of the molten marks and its peripheral portion of the surface after irradiation,
Including
And the standard identification parameters of the molten marks are previously set for each alloy type and / or the periphery thereof, by comparing, and the image data of the upper Symbol fractional sample, to another component identifies the alloy type of the fractional sample sorting system of metal 及 beauty alloy.
上記コンピュータが、上記撮像装置から入力された上記画像データと上記識別パラメータとにより上記画像をパターン化し、上記画像のパターンを上記標準パターンと対比して合金種別を識別する請求項６に記載の分別システム。Above Kiko computer, standard pattern of the standard identification parameter is set,
The computer, and patterning the above-mentioned image by the image data and is input to the above identification parameters from said image pickup device, fractionation according to the pattern of the image to claim 6 for identifying the alloy type in comparison with the standard pattern system.
上記コンピュータが、上記撮像装置から入力された上記画像データの溶融痕及び／又はその周辺部の上記標準識別パラメータの比較分布データと、上記複数の基本分布データの各々と、を比較して、上記合金種別ごとに上記比較分布データと上記基本分布データとの差分の積算値を算出して、
上記分別試料を、差分の積算値が最も少ない合金種別と同一種別として分別する請求項６に記載の分別システム。Above Kiko computer, a plurality of basic distribution data is stored in the distribution of the standard identification parameter,
The computer compares the comparison distribution data of the standard identification parameters of traces of melting and / or the periphery of the image data input from the imaging device, and each of said plurality of basic distribution data, and the for each alloy type and calculates an integrated value of the difference between the comparison distribution data and the basic distribution data,
The sorting system according to claim 6 , wherein the sorting sample is sorted as the same type as the alloy type having the smallest difference integrated value.
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