Scrap Metal Classification Using Magnetic Induction Spectroscopy and Machine Vision

废品 电导率 合金 材料科学 金属 铁质 人工智能 光谱学 涡流 支持向量机 冶金 机器学习 计算机科学 工程类 电气工程 化学 物理 物理化学 量子力学
作者
Kane C. Williams,Michael O’Toole,A. J. Peyton
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72: 1-11 被引量:10
标识
DOI:10.1109/tim.2023.3284930
摘要

The need to recover and recycle material towards building a circular economy is increasingly a global imperative. Non-ferrous metals in particular are highly recyclable and can be extracted using processes such as eddy current separation. However, their further separation into recyclable groups based on metal or alloy continues to pose a challenge. Recently, we proposed a new technique to discriminate between non-ferrous metals: Magnetic induction spectroscopy (MIS) measures how a metal fragment scatters an excitation magnetic field over different frequencies. MIS is related to conductivity, which can be used to classify the fragment according to this property. In this paper, we demonstrate for the first time the use of MIS with machine learning to classify non-ferrous scrap metals drawn from commercial waste streams. Two approaches are explored: (1) MIS over a bandwidth from 3 kHz to 90 kHz, and (2) the combination of MIS with physical colour of the metal samples. We show that MIS alone can obtain purity and recovery rates >80% for most metal groups and waste streams, rising to >93% for stainless steel. The exception was the Zorba waste stream where the mix of aluminium alloys within the sample set led to poor conductivity contrasts. The introduction of colour substantially improved results in this case, increasing purity and recovery rates by 20-35 percentage points. Of the machine learning models tested, we found that random forest, extra trees and support vector machine algorithms consistently achieved the highest performance.
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