DE19816881B4

DE19816881B4 - Method and device for detecting and distinguishing between contaminations and acceptances as well as between different colors in solid particles

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Publication number: DE19816881B4
Application number: DE1998116881
Authority: DE
Inventors: Dirk Fey; Jürgen Bohleber; Manfred Dausch; Prof. Dr.-Ing. Krieg G.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2018-04-18
Also published as: DE19816881A1

Abstract

Verfahren zur Detektion und Unterscheidung der Grundmaterialien, der Farben und der Kontaminationen in granulatähnlichen oder tablettenförmigen Stoffen (3), wobei die Stoffe (3) mit einem Laser (1, 14) bestrahlt und optisch angeregt werden und der Laührt wird, wobei das von den Stoffen (3) reemittierte Licht (10, 22, 38) zur Detektion und Unterscheidung sowohl der Grundmaterialien als auch der Farben und der Kontaminationen erfasst wird und wobei das reemittierte Licht (10, 22, 38) koaxial und entgegengesetzt zu dem Laserstrahl (4, 31) verläuft und der Laserstrahl (4, 31) und das reemittierte Licht (10, 22, 38) über ein reflektierendes Polygonrad (18, 33) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass das reemittierte Licht (10, 22; 38) mittels eines Spektrometers (11) zerlegt und mittels Multianoden-Photomultiplier-Röhren (30, 42, 53) zur spektroskopischen Analyse erfasst wird und dass das erfasste Licht spektroskopisch analysiert wird und dass die Stoffe (3) nach Grundmaterialien, Farben...A method for the detection and differentiation of the basic materials, the colors and the contaminations in granulate-like or tablet-shaped substances (3), the substances (3) being irradiated and optically stimulated with a laser (1, 14) and the laitance being carried out by the Substances (3) re-emitted light (10, 22, 38) for the detection and differentiation of the base materials as well as the colors and the contaminations is recorded and the re-emitted light (10, 22, 38) is coaxial and opposite to the laser beam (4, 31) and the laser beam (4, 31) and the re-emitted light (10, 22, 38) run over a reflecting polygon wheel (18, 33), characterized in that the re-emitted light (10, 22; 38) by means of a spectrometer (11) is disassembled and recorded by means of multi-anode photomultiplier tubes (30, 42, 53) for spectroscopic analysis and that the recorded light is analyzed spectroscopically and that the substances (3) according to basic materials, colors ...

Description

In zahlreichen technischen on-line-Prozessen ist die Kontrolle der Produktqualität bzw. der Farbe ein wesentliches Qualitätskriterium. So ist beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffbehältern, insbesondere von Kunststoffflaschen für die Getränkeindustrie, unter Verwendung von granuliertem Recycling-Material, die Trennung und Sortierung verschiedener Farbfraktionen, verschiedener Kunststofftypen, z. B. Polyethylen, Polyamid, Polyvenylchlorid, die Erkennung und Aussortierung von beispielsweise mit Benzin, Diesel, Benzol, Toluol, Xylol kontaminierten Bruchstücken, erforderlich, um einen Wiedereinsatz z. B. in der Lebensmittelindustrie, zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die wiederverwertbaren reinen Grundmaterialien von kontaminierten Granulaten unterschieden und separiert werden können. Darüberhinaus müssen die verschiedenen gefärbten Bruchstücke in farbreine Fraktionen sortiert werden.In numerous on-line technical processes, the control of product quality or color is an essential quality criterion. For example, in the manufacture of plastic containers, especially plastic bottles for the beverage industry, using granulated recycled material, the separation and sorting of different color fractions, different types of plastics, eg. As polyethylene, polyamide, polyvinyl chloride, the detection and sorting of, for example, with gasoline, diesel, benzene, toluene, xylene contaminated fragments, required to reuse z. In the food industry. To achieve this goal, the recyclable pure base materials must be able to be differentiated and separated from contaminated granules. In addition, the different colored fragments must be sorted into pure color fractions.

Diese vielschichtige und komplexe Aufgabe konnte von den Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik nur in Teilbereichen und nur unbefriedigend gelöst werden. So sind Vorrichtungen bekannt geworden, die unter Einsatz von CCD-Farbkameras eine Farberkennung mit anschließender Farbsortierung durch Einsatz von gesteuerten Luftstrahldüsen ermöglichen. Diese Systeme weisen jedoch die Nachteile zu geringer Messgeschwindigkeit und zu niedriger Signal-/Rausch-Verhältnisse auf und sind daher für den hier vorgesehenen prozesstechnischen Einsatz nicht geeignet. Darüberhinaus wurden gemäß dem Stand der Technik Entwicklungen zur Identifikation und Trennung verschiedener Kunststoffe vorangetrieben. Die dabei eingesetzten Verfahren eignen sich jedoch nicht für die Lösung entsprechender Aufgabenstellungen an Granulaten oder granulatähnlichen Bruchstücken aus Recyclat, da bei der hier beabsichtigten Identifkation und Sortierung von mehr oder weniger zerkleinerten Flaschen, Behältern etc. etwa um den Faktor 1000 höhere Messgeschwindigkeiten gefordert werden, um den aus Wirtschaftlichkeitsgründen vorgegebenen Mindestmassenstrom zu bewältigen. Erschwerend kommt hinzu, dass sowohl für die Farberkennung als auch für die Stoffunterscheidung jeweils eigene Systeme mit unterschiedlichen physikalischen Prinzipien, d. h. CCD-Kameras für die Farberkennung bzw. NIR-Absorption für die Kunststoffklassifizierung, benötigt werden, deren Gesamtkosten über dem wirtschaftlich vertretbaren Kostenlimit pro Anlage liegen. Als größter Nachteil erweist sich jedoch die Tatsache, dass keiner der oben genannten Methoden den Nachweis von Kontaminationen durch Fremdstoffe, die in dem Basismaterial eingelagert wurden, ermöglicht. Letzteres ist jedoch z. B. im Rahmen des Recyclings von lebensmitteltechnologisch genutzten Kunststoffen, die mehrfach als Lebensmittelbehälter genutzt werden sollen, eine unumgängliche Forderung.This complex and complex task could be solved by the methods and devices according to the prior art only in some areas and only unsatisfactory. Thus, devices have become known which enable the use of CCD color cameras, a color detection with subsequent color sorting through the use of controlled air jet nozzles. However, these systems have the disadvantages of low measuring speed and low signal-to-noise ratios and are therefore not suitable for the process engineering application provided here. Moreover, according to the prior art, developments for the identification and separation of various plastics have been advanced. However, the methods used in this case are not suitable for the solution of corresponding tasks on granules or granulate-like fragments of recyclate, since in the intended here identification and sorting of more or less shredded bottles, containers, etc. about 1000 times higher measuring speeds are required to to cope with the minimum mass flow given for reasons of economy. To make matters worse, both for the color detection and for the substance distinction each own systems with different physical principles, d. H. CCD cameras for color detection or NIR absorption for plastic classification, are needed, the total cost of the economically reasonable cost limit per system are. However, the biggest drawback is the fact that none of the above-mentioned methods makes it possible to detect contamination by foreign substances stored in the base material. The latter is, however, z. As in the context of the recycling of food technology used plastics, which are to be used several times as a food container, an indispensable requirement.

Eine Anordnung zur sortenreinen Trennung von Kunststoffen insbesondere von Kunststoffabfällen mit Hilfe der NIR-Spektroskopie ist aus DE 43 12 915 A1 bekannt. Die NIR-Spektroskopie hat jedoch den Nachteil, dass viele der meist schwarz eingefärbten Kunststoffe mit dieser Technik nicht selektiv erkannt und daher nicht sortenrein getrennt werden können.An arrangement for the unmixed separation of plastics in particular of plastic waste using NIR spectroscopy is out DE 43 12 915 A1 known. However, NIR spectroscopy has the disadvantage that many of the mostly black-colored plastics can not be selectively detected with this technique and therefore can not be separated according to type.

In der PCT/WO 98/19800 wird ein System beschrieben zur Sortierung einer Vielzahl von Polymeren aus Sekundärrohstoffen durch Einsatz der Raman-Spektroskopie. Da die Raman-Spektroskopie im Vergleich zu anderen spektroskopischen Verfahren durch sehr niedrige Intensitäten der Spektren gekennzeichnet ist, ist es jedoch bisher nicht gelungen eine prozessgeeignete Anordnung zu finden, welche die Anforderung erfüllt Massenströme von mehreren Tonnen pro Stunde zu analysieren und sortenrein zu sortieren.In the PCT / WO 98/19800 describes a system for sorting a variety of polymers from secondary raw materials by using Raman spectroscopy. Since Raman spectroscopy is characterized by very low intensities of the spectra in comparison to other spectroscopic methods, it has hitherto not been possible to find a process-suitable arrangement which fulfills the requirement of analyzing mass flows of several tons per hour and sorting them by type.

Die Schrift EP 0 345 949 behandelt die Detektion, Unterscheidung und Trennung von granularen Materialien. Die spektroskopische Analyse erfolgt jedoch im Hinblick auf die Gewinnung wertvoller Diamanten oder Erze. Zu diesem Zweck wird der Spektralbereich durch optische Schmalbandfilter extrem eingeschränkt. Letzteres verhindert, dass mit diesem Verfahren Farben oder Kontaminationen oder Polymere unterschieden bzw. separiert werden können.The font EP 0 345 949 deals with the detection, differentiation and separation of granular materials. However, the spectroscopic analysis is carried out with respect to the recovery of valuable diamonds or ores. For this purpose, the spectral range is extremely limited by optical narrowband filters. The latter prevents that with this method, colors or contaminants or polymers can be distinguished or separated.

Die Patentschrift US 4,122,952 betrifft das Sortieren von granularen Stoffen mit Erzeinschlüssen. Dabei wird das Granulat mit einem Laser beleuchtet und das reflektierte Licht von einem Photomultiplier detektiert. Es ist keine spektrale Analyse der reflektierten Strahlung vorgesehen, so dass keine Untersuchungen bezüglich der Trennung von Kunststoffen, von Granulaten mit verschiedenen Farben und auch nicht von Kontaminanten durchgeführt werden.The patent US 4,122,952 concerns the sorting of granular substances with ores. The granules are illuminated with a laser and the reflected light is detected by a photomultiplier. No spectral analysis of the reflected radiation is provided, so that no studies are carried out on the separation of plastics, granules of different colors and also of contaminants.

Die PCT/WO 96/06689 A2 hat die Zielsetzung, neben der Abtrennung von Metallen durch elektromagnetische Verfahren auch Kunststoffmaterialien im NIR-Bereich bei Wellenlängen zwischen 1,5 μm und 1,85 μm zu detektieren und aus einem Abfallstrom zu isolieren. Ein wesentlicher Nachteil des offenbarten Verfahrens besteht jedoch darin, dass eine Vielzahl von Infrarot-Lichtquellen eine große Fläche des Transportbandes unter Einsatz eines großen Energieaufwandes beleuchtet, während jeweils nur eines von vielen Granulaten analysiert bzw. sortiert wird. Es ist daher mit diesem Verfahren nicht möglich, die in der Aufgabenstellung spezifizierten hohen Stoffströme zeitlich und wirtschaftlich zu analysieren und zu sortieren. Hinzu kommt bei dieser Technik, wie oben bereits festgestellt, dass schwarz eingefärbte Kunststoffe im NIR aus physikalischen Gründen in den meisten Aufgabenstellungen nicht selektiv identifiziert werden können.The PCT / WO 96/06689 A2 The objective is to detect not only the separation of metals by electromagnetic methods but also plastic materials in the NIR range at wavelengths between 1.5 μm and 1.85 μm and to isolate them from a waste stream. However, a significant disadvantage of the disclosed method is that a plurality of infrared light sources illuminate a large area of the conveyor belt using a large amount of energy, while only one of many granules is being analyzed or sorted. It is therefore not possible with this method, the temporal and economic analyze and sort the specified in the task high material flows. Added to this technique, As noted above, black colored plastics in NIR can not be selectively identified for physical reasons in most applications.

Aus US 4,600,105 ist eine Sortiermaschine bekannt, welche zum Ziel hat festzustellen, ob Gold in Eisenerz-Granulaten enthalten ist. Dazu werden die Granulate entlang einer Linie mit einem Laser optisch gescannt und das reflektierte Licht sowohl von der gescannten Linie als auch von einer parallel zu der Linie verlaufenden zweiten Linie aufgenommen und so Hell-Dunkel-Verläufe gemessen und verglichen. Eine spektroskopische Analyse erfolgt jedoch nicht.Out US 4,600,105 a sorting machine is known which aims to determine whether gold is contained in iron ore granules. For this purpose, the granules are optically scanned along a line with a laser, and the reflected light is recorded both by the scanned line and by a second line running parallel to the line, thus measuring and comparing light-dark progressions. However, no spectroscopic analysis is done.

Ziel und Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung sind daher, ein neuartiges Verfahren bzw. Vorrichtungen vorzuschlagen, die neben einer Farbidentifikation und einer Stoffklassifizierung eine Identifikation der Kontaminationen im Basismaterial ermöglichen, wobei aus Wirtschaftlichkeitsgründen nur ein einziges physikalisches Grundprinzip zur simultanen Lösung von insgesamt drei Problemkreisen zugelassen ist.The aim and object of the present invention are therefore to propose a novel method or devices that allow in addition to a color identification and a substance classification identification of contaminants in the base material, for economic reasons, only a single basic physical principle for simultaneously solving a total of three problem areas is allowed.

Die vorliegende Erfindung löst diese drei Problemstellungen in der Weise, dass das auf einem Transportband bewegte Recycling-Granulat von einem Laser beleuchtet und die vom Granulat reemittierte Strahlung in einem breiten Spektralbereich spektroskopisch analysiert wird. Darüberhinaus sind erfindungsgemäß Maßnahmen vorgesehen, die eine flächendeckende Erfassung und Auswertung der Spektren zur Ermittlung der Farben, der Basismaterialien und der Kontaminationen der Granulate in Echtzeit ermöglichen.The present invention solves these three problems in such a way that the recycled granules moved on a conveyor belt are illuminated by a laser and the radiation re-emitted by the granulate is analyzed spectroscopically in a broad spectral range. In addition, according to the invention, measures are provided which enable comprehensive coverage and evaluation of the spectra for determining the colors, the base materials and the contaminations of the granules in real time.

Die Erfindung wird in den nachstehend aufgeführten 1 bis 8 näher erläutert. Dazu zeigenThe invention is shown in the following 1 to 8th explained in more detail. Show this

1 den prinzipiellen Aufbau des Gesamtsystems zur on-line-Erkennung und Sortierung unterschiedlich gefärbter, kontaminierter und aus verschiedenen Grundmaterialien bestehenden Granulaten bzw. Tabletten 1 the basic structure of the overall system for on-line detection and sorting differently colored, contaminated and consisting of various base materials granules or tablets

2 die optische Anordnung zur Beleuchtung des Messgutes und zur Erfassung der vom Messgut reemittierten Strahlung 2 the optical arrangement for illuminating the material to be measured and for detecting the re-emitted radiation from the measurement

3 die Seitenansicht eines wesentlichen Teils der in 2 dargestellten optischen Anordnung 3 the side view of an essential part of in 2 illustrated optical arrangement

4 den Aufbau des zur Strahlenablenkung eingesetzten Toroidalspiegels 4 the structure of the toroidal mirror used for beam deflection

5 eine ausgewählte Anordnung der Sensorik und Signalverarbeitung zur ultraschnellen Auswertung der optischen Signale 5 a selected arrangement of the sensors and signal processing for ultrafast evaluation of the optical signals

6 ein Beispiel für Emissionsspektren zur Farberkennung und Farbselektion 6 an example of emission spectra for color recognition and color selection

7 ein Beispiel für Emissionsspektren zur Stofferkennung 7 an example of emission spectra for material identification

8 ein Beispiel für Emissionsspektren zur Erkennung von Kontaminationen. 8th an example of emission spectra for the detection of contamination.

Gemäß 1 wird der Strahl eines Lasers (1) von einem in 2 näher beschriebenen optischen System (2) zeilenförmig über das Messgut (3) geführt. Der Laserstrahl (4) überstreicht den gesamten Winkelbereich (5) zwecks Erfassung der Gesamtbreite des Transportbandes (6), welches über ein Silo (7) mit Granulatmaterial (3) bzw. über eine nicht näher gezeigte Beschickungseinrichtung mit Tabletten oder anderen Prüflingen versorgt wird. Die Beleuchtung der Prüflinge (3) erfolgt punktweise (9) durch Taktung des Laserlichtes. Alternativ kann durch Einsatz eines kontinuierlich strahlenden Lasers (1) auch eine zeilenförmige Abtastung realisiert werden. Das durch Streuung, Fluoreszenz, Laser-Raman-Streuung, Reflexion und andere optische Reemissionseffekte erzeugte Sekundärlicht (10) wird von dem optischen System (2) in einem weiten Winkelbereich erfasst und einem Spektrometer (11) zugeführt, dessen Signale von einer in 5 beispielhaft dargestellten Auswertungseinheit (12) verarbeitet werden. Die dadurch bewirkte Klassifizierung der Prüflinge (3) in einzelne Farbklassen, getrennte Stoffklassen und in Kontaminanten führt durch ein Separationssystem gemäß dem Stand der Technik, z. B. über getaktete Düsen, zu einer Sortierung in verschiedene, getrennte Fraktionen (13), die in dieser Form einen anderen Herstellungsprozess oder im Falle der Kontaminanten einem Entsorgungssystem zugeführt werden können.According to 1 becomes the beam of a laser ( 1 ) of one in 2 described in more detail optical system ( 2 ) in a line over the material to be measured ( 3 ) guided. The laser beam ( 4 ) covers the entire angular range ( 5 ) for detecting the total width of the conveyor belt ( 6 ), which via a silo ( 7 ) with granular material ( 3 ) or is supplied via a feed device not shown in detail with tablets or other test pieces. The illumination of the specimens ( 3 ) takes place pointwise ( 9 ) by clocking the laser light. Alternatively, by using a continuously radiating laser ( 1 ) also a line scan can be realized. Secondary light generated by scattering, fluorescence, laser Raman scattering, reflection and other optical reemission effects ( 10 ) is detected by the optical system ( 2 ) detected in a wide angular range and a spectrometer ( 11 ), the signals from an in 5 exemplified evaluation unit ( 12 ) are processed. The resulting classification of candidates ( 3 ) into individual color classes, separate substance classes and in contaminants leads by a separation system according to the prior art, for. B. via clocked nozzles, for sorting into different, separate fractions ( 13 ), which can be supplied in this form another manufacturing process or in the case of contaminants to a disposal system.

2 zeigt den Laser (14), dessen Strahl (15) nach Kollimation durch eine Linse (16) und Umlenkung über einen Reflektor (17) auf ein Polygonrad (18) trifft. Die Stirnflächen (19) des mit hoher Winkelgeschwindigkei rotierenden Polygonrades (18) sind als Spiegel ausgebildet und führen den Laserstrahl (20) azimuthal in Form einer zeitlichen Sägezahnbewegung über den dreidimensional geformten Toroidalhohlspiegel (21), der eine zeilenförmige Laserstrahlabtastung (9) des Prüfgutes (3) auf dem Transportband (6) gemäß 1 bewirkt. Das entsprechend 1 divergent reemittierte Licht (10) wird ebenfalls vom Toroidalspiegel (21) erfasst in ein konvergentes Strahlbündel (22) transformiert und am Laserauftreffpunkt reflektiert, um in das im oberen Teil von 1 gezeigte Spektrometer (11) zu gelangen. Am Eingang des Spektrometers befindet sich ein optisches Filter (23), welches Falschlicht ausblendet, das aus der Strahlung des Lasers (14) stammt, welche beispielsweise an den Oberflächen von optischen Komponenten, wie z. B. der Linse (16), reflektiert wird und auf Umwegen in das Spektrometer gelangen würde. Das optische Filter (23) ist also so ausgelegt, dass es die Emissionswellenlänge des Lasers (14) unterdrückt. Letztere liegt vorzugsweise bei der Emissionswellenlänge des YAG-Lasers, d. h. bei 1064 nm. Alternativ werden auch die frequenzverdoppelten – bzw. die frequenzverdreifachten – Wellenlängen von 532 nm bzw. 354 nm eingesetzt. 2 shows the laser ( 14 ) whose beam ( 15 ) after collimation by a lens ( 16 ) and deflection via a reflector ( 17 ) on a polygon wheel ( 18 ) meets. The end faces ( 19 ) of the high angular velocity rotating polygon wheel ( 18 ) are designed as mirrors and guide the laser beam ( 20 ) azimuthally in the form of a temporal sawtooth movement over the three-dimensionally shaped toroidal hollow mirror ( 21 ) comprising a line-shaped laser beam scan ( 9 ) of the test material ( 3 ) on the conveyor belt ( 6 ) according to 1 causes. The corresponding 1 divergent re-emitted light ( 10 ) is also from the Toroidal mirror ( 21 ) detected in a convergent beam ( 22 ) and reflected at the laser impact point, in order to be in the upper part of 1 shown spectrometer ( 11 ) to get. At the entrance of the spectrometer is an optical filter ( 23 ), which fades out false light emitted by the radiation of the laser ( 14 ), which, for example, on the surfaces of optical components, such. B. the lens ( 16 ), reflected and would arrive in detours in the spectrometer. The optical filter ( 23 ) is thus designed so that it matches the emission wavelength of the laser ( 14 ) is suppressed. The latter is preferably at the emission wavelength of the YAG laser, ie at 1064 nm. Alternatively, the frequency doubled - or the frequency tripled - wavelengths of 532 nm and 354 nm are used.

Das auf den Spalt (24) des Spektrometers mittels der Linsen (25, 26) fokussierte Licht gelangt über einen ersten Hohlspiegel (27) auf das optische Gitter (28), welches die Lichtstrahlung in seine Wellenlängenanteile spektral zerlegt und über einen zweiten Hohlspiegel (29) auf das Sensorsystem (30) wellenlängenabhängig abbildet. Das Sensorsystem (30) besteht z. B. aus einer CCD-Zeile. Alternativ werden je nach zu untersuchendem Spektralbereich lineare Arrays aus Si-Photodioden oder Si-Photoelementen eingesetzt oder entsprechende Anordnungen aus InGaAs verwendet. Eine speziell ausgebildete Sensorsystemanordnung unter Einsatz von Photomultiplier-Arrays ist in 5 näher dargestellt.That on the gap ( 24 ) of the spectrometer by means of the lenses ( 25 . 26 ) focused light passes through a first concave mirror ( 27 ) on the optical grating ( 28 ), which spectrally dissects the light radiation into its wavelength components and via a second concave mirror ( 29 ) on the sensor system ( 30 ) depending on the wavelength. The sensor system ( 30 ) exists z. B. from a CCD line. Alternatively, depending on the spectral range to be examined, linear arrays of Si photodiodes or Si photoelements are used or corresponding arrangements of InGaAs are used. A specially designed sensor system arrangement using photomultiplier arrays is disclosed in US Pat 5 shown in more detail.

Ein wesentlicher Teil der optischen Anordnung des neuen Verfahrens ist in 3 in der Seitenansicht dargestellt. Sie zeigt nochmals den Laserstrahl (31) und seinen Auftreffpunkt (32) auf den Reflektorflächen (19) des Polygonrades (33), seine Reflexion (34) auf dem Toroidalspiegel (35) sowie seinen Auftreffpunkt (36) auf dem Transportband (37). Darüberhinaus ist der Strahlengang (38) der vom Granulat bzw. von der jeweiligen Tablette reemittierten Strahlung (38), welche koaxial und entgegengesetzt zum Laserstrahl (31) verläuft, wiedergegeben. Diese spezielle erfindungsgemäße Strahlführung von anregendem Laserstrahl (31) und reemittiertem Strahl (38) wird insbesondere durch Einsatz des Toroidalspiegels (35) erreicht, der in den Schnittebenen der 2 und 3 jeweils unterschiedliche Krümmungsradien aufweist. Um den erforderlichen Winkelbereich der reemittierten Strahlung erfassen zu können, ist ein Toroidalspiegel erforderlich, dessen Abmessung im Bereich von 1,5 m × 0,3 m liegen. Aus herstellungstechnischen Gründen wird der Spiegel aus Einzelsegmenten (39, 40) gemäß 4 hergestellt.An essential part of the optical arrangement of the new method is in 3 shown in the side view. It shows again the laser beam ( 31 ) and its impact point ( 32 ) on the reflector surfaces ( 19 ) of the polygon wheel ( 33 ), his reflection ( 34 ) on the toroidal mirror ( 35 ) as well as its impact point ( 36 ) on the conveyor belt ( 37 ). Moreover, the beam path ( 38 ) of the granulate or of the respective tablet reemitierten radiation ( 38 ), which are coaxial and opposite to the laser beam ( 31 ), reproduced. This special beam guidance according to the invention of stimulating laser beam ( 31 ) and re-emitted beam ( 38 ) is in particular by using the Toroidalspiegels ( 35 ) achieved in the sectional planes of the 2 and 3 each having different radii of curvature. In order to detect the required angular range of re-emitted radiation, a Toroidalspiegel is required, whose dimensions are in the range of 1.5 m × 0.3 m. For manufacturing reasons, the mirror is made up of individual segments ( 39 . 40 ) according to 4 produced.

Gemäß 5a wird das spektral zerlegte Licht (41) von einer Multianoden-Photomultiplier-Röhre (42) erfasst. Über eine Signalaufbereitung (43) und einen Analog-/Digital-Converter (44) gelangt das jeweilige Spektrum auf eine programmierte Logik (45), die in Synchronisation mit der in 2 und 3 gezeigten optischen Ablenkeinheit (46), dem Laser (47) und einer speziellen Synchronisationseinheit (48) sowie mathematischen Algorithmen (49) in Kombination mit extern berechneten Kalibrationsvektoren (50), die Stoffidentifikation, die Farbbestimmung und die Detektion von Kontaminationen bewirkt und entsprechende Befehle an die Sortiereinheit (51) weiterleitet.According to 5a is the spectrally decomposed light ( 41 ) from a multi-anode photomultiplier tube ( 42 ) detected. About signal conditioning ( 43 ) and an analog / digital converter ( 44 ) the respective spectrum reaches a programmed logic ( 45 ), in synchronization with the in 2 and 3 shown optical deflection unit ( 46 ), the laser ( 47 ) and a special synchronization unit ( 48 ) as well as mathematical algorithms ( 49 ) in combination with externally calculated calibration vectors ( 50 ), the substance identification, the color determination and the detection of contaminations and corresponding commands to the sorting unit ( 51 ).

5b zeigt eine weitere Variante der Signalauswertung, bei der die programmierte Logik (45) in 5a durch eine analoge Signalverarbeitung nach mathematischen Modellen (52) ersetzt ist. Dabei werden die einzelnen Signalkanäle der Multianoden-Photomultiplier-Röhre (53) parallel über analoge Schaltungselemente gemäß dem jeweils vorgegebenen mathematischen Modell verarbeitet. Ein nachgeschalteter Summierer (54) addiert die Signalinhalte aller parallelen Kanäle zu einem einzigen resultierenden Signal, welches von einem Komparator (55) in die Kategorien: Kontamination bzw. alternativ in die jeweilige Stoffklasse mit Farbe, klassifiziert wird. 5b shows another variant of the signal evaluation, in which the programmed logic ( 45 ) in 5a by analog signal processing according to mathematical models ( 52 ) is replaced. The individual signal channels of the multi-anode photomultiplier tube ( 53 ) are processed in parallel via analog circuit elements according to the respective predetermined mathematical model. A downstream summer ( 54 ) adds the signal contents of all parallel channels to a single resulting signal which is supplied by a comparator ( 55 ) into the categories: contamination or, alternatively, into the respective substance class with color.

Bei der dritten Variante der Signalauswertung wird gemäß 5c ein Prozessor (56) eingesetzt, der die aktuell gemessenen Spektren mit den in einem Datenspeicher (57) abgelegten Referenzspektren vergleicht, beurteilt und entsprechende Befehle an die Sortiereinheit (59) weiterleitet. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige aktuelle Spektrum über mathematische Modelle, die sich in einem Speicher (58) befinden, beurteilt und klassifiziert werden.In the third variant of the signal evaluation is according to 5c a processor ( 56 ), which uses the currently measured spectra with those in a data memory ( 57 ) compares, assesses and sends corresponding commands to the sorting unit ( 59 ). Alternatively or additionally, the respective current spectrum can be determined via mathematical models which are stored in a memory ( 58 ), assessed and classified.

6 zeigt die Farberkennung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für verschieden eingefärbte PET-Materialien in Form unterschiedlicher Spektren für die Farben rot (59), braun (60), grün (61) und transparent (62). Man sieht, dass eine eindeutige Farbunterscheidung möglich ist. 6 shows the color detection according to the inventive method for differently colored PET materials in the form of different spectra for the colors red ( 59 ), brown ( 60 ), green ( 61 ) and transparent ( 62 ). It can be seen that a clear color distinction is possible.

7 fasst die Spektren unterschiedlicher Stoffe aus den Grundmaterialien PVC (63), PET (64), PEN (65) und PC (66) zusammen, die sich ebenfalls durch klar unterschiedliche, charakteristische Kurvenformen unterscheiden. 7 summarizes the spectra of different substances from the basic materials PVC ( 63 ), PET ( 64 ), PEN ( 65 ) and PC ( 66 ), which also differ in clearly distinct, characteristic waveforms.

Die gemäß dem neuen Verfahren erhaltenen Spektren für Kontaminationen sind in 8 dargestellt. Am Beispiel von Nitroverdünnung zeigt Spektrum (67) eine hohe Kontaminationskonzentration, wohingegen Spektrum (68) eine relativ niedrige Kontaminationskonzentration in PET-Grundmaterial wiedergibt. Zum Vergleich zeigt das Spektrum (69) das unkontaminierte Basismaterial PET.The contaminant spectra obtained according to the new method are in 8th shown. The example of nitro dilution shows spectrum ( 67 ) a high contamination concentration, whereas spectrum ( 68 ) represents a relatively low contamination concentration in PET base material. For comparison, the spectrum ( 69 ) the uncontaminated base material PET.

Claims

Verfahren zur Detektion und Unterscheidung der Grundmaterialien, der Farben und der Kontaminationen in granulatähnlichen oder tablettenförmigen Stoffen (3), wobei die Stoffe (3) mit einem Laser (1, 14) bestrahlt und optisch angeregt werden und der Laserstrahl (4) zeilenförmig über die Stoffe (3) geführt wird, wobei das von den Stoffen (3) reemittierte Licht (10, 22, 38) zur Detektion und Unterscheidung sowohl der Grundmaterialien als auch der Farben und der Kontaminationen erfasst wird und wobei das reemittierte Licht (10, 22, 38) koaxial und entgegengesetzt zu dem Laserstrahl (4, 31) verläuft und der Laserstrahl (4, 31) und das reemittierte Licht (10, 22, 38) über ein reflektierendes Polygonrad (18, 33) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass das reemittierte Licht (10, 22; 38) mittels eines Spektrometers (11) zerlegt und mittels Multianoden-Photomultiplier-Röhren (30, 42, 53) zur spektroskopischen Analyse erfasst wird und dass das erfasste Licht spektroskopisch analysiert wird und dass die Stoffe (3) nach Grundmaterialien, Farben und/oder Kontaminationen klassifiziert und separiert werden.Method for detecting and distinguishing the basic materials, the colors and the contaminations in granule-like or tablet-like substances ( 3 ), where the substances ( 3 ) with a laser ( 1 . 14 ) are irradiated and optically excited and the laser beam ( 4 ) in a line over the fabrics ( 3 ), whereby that of the substances ( 3 ) re-emitted light ( 10 . 22 . 38 ) for the detection and differentiation of both the base materials and the colors and the Contaminants is detected and where the re-emitted light ( 10 . 22 . 38 ) coaxial and opposite to the laser beam ( 4 . 31 ) and the laser beam ( 4 . 31 ) and the re-emitted light ( 10 . 22 . 38 ) via a reflective polygon wheel ( 18 . 33 ), characterized in that the re-emitted light ( 10 . 22 ; 38 ) by means of a spectrometer ( 11 ) and by means of multi-anode photomultiplier tubes ( 30 . 42 . 53 ) is detected for spectroscopic analysis and that the detected light is analyzed spectroscopically and that the substances ( 3 ) are classified and separated according to basic materials, colors and / or contaminations.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Emissionswellenlänge des Lasers (1, 14), insbesondere Frequenzvielfache der Wellenlänge 1064 nm, mittels eines optischen Filters (23) vor dem spektroskopischen Analysieren herausgefiltert werden.Method according to claim 1, characterized in that at least one emission wavelength of the laser ( 1 . 14 ), in particular frequency multiples of the wavelength 1064 nm, by means of an optical filter ( 23 ) are filtered out prior to spectroscopic analysis.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (15, 31) des Lasers (1, 14) im Wesentlichen senkrecht auf die Flächen der Stoffe (3) auftrifft.Method according to claims 1 to 2, characterized in that the light ( 15 . 31 ) of the laser ( 1 . 14 ) substantially perpendicular to the surfaces of the substances ( 3 ).

Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reemittierte Licht (10, 22, 38) mittels eines optischen Gitters (28) zerlegt wird. Method according to claims 1 to 3, characterized in that the re-emitted light ( 10 . 22 . 38 ) by means of an optical grating ( 28 ) is disassembled.

Vorrichtung Zur Detektion und Unterscheidung der Grundmaterialien, der Farben und der Kontaminationen in granulatähnlichen oder tablettenförmigen Stoffen (3) mit einer einen Laser (1, 14) aufweisenden Einrichtung zur zeilenförmigen Beleuchtung (9) der Stoffe (3), und einer Analyseeinrichtung zur Analyse des von den Stoffen reemittierten Lichts (10, 22, 38), wobei die Analyseeinrichtung ein optisches System (2) mit einem reflektierenden Polygonrad (18, 33) umfasst, wobei das optische System (2) derart ausgebildet ist, so dass ein Strahlengang (22, 38) des reemittierten Lichtes (10) koaxial und entgegengesetzt zu einem Laserstrahl (4, 31) des Lasers (1, 14) über das reflektierende Polygonrad (18, 33) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das reemittierte Licht (10) mittels Multianoden-Photomultiplier-Röhren (30, 42, 53) zur spektroskopischen Analyse erfasst wird, und dass die Analyseeinrichtung zur spektroskopischen Analyse des von den Stoffen (3) reemittierten Lichts (10, 22, 38) ausgebildet ist und ein Spektrometer (11) umfasst und dass eine Separierungseinrichtung (12, 13) angeordnet ist, die zur Klassifizierung und Separierung der Stoffe (3) nach Grundmaterialien, Farben und/oder Kontaminationen ausgebildet ist.Device For detecting and distinguishing the base materials, the colors and the contaminations in granule-like or tablet-like substances ( 3 ) with a laser ( 1 . 14 ) device for line-shaped illumination ( 9 ) of the substances ( 3 ) and an analysis device for analyzing the light re-emitted by the substances ( 10 . 22 . 38 ), wherein the analysis device is an optical system ( 2 ) with a reflective polygon wheel ( 18 . 33 ), wherein the optical system ( 2 ) is formed such that a beam path ( 22 . 38 ) of the re-emitted light ( 10 ) coaxial and opposite to a laser beam ( 4 . 31 ) of the laser ( 1 . 14 ) over the reflective polygon wheel ( 18 . 33 ), characterized in that the re-emitted light ( 10 ) using multi-anode photomultiplier tubes ( 30 . 42 . 53 ) for spectroscopic analysis, and that the analyzer for the spectroscopic analysis of the substance (s) ( 3 ) re-emitted light ( 10 . 22 . 38 ) and a spectrometer ( 11 ) and that a separating device ( 12 . 13 ) for the classification and separation of substances ( 3 ) is designed according to base materials, colors and / or contaminations.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Emissionswellenlänge des Lasers (1, 14), insbesondere Frequenzvielfache der Wellenlänge 1064 nm mittels eines optischen Filters (23) vor dem spektroskopischen Analysieren herausgefiltert werden.Apparatus according to claim 5, characterized in that at least one emission wavelength of the laser ( 1 . 14 ), in particular frequency multiples of the wavelength 1064 nm by means of an optical filter ( 23 ) are filtered out prior to spectroscopic analysis.

Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Analyse durch ein optisches Gitter (28) erfolgt, welchem Linsen (25, 26), ein Spalt (24) und ein erster Hohlspiegel (27) vorgelagert sind und dass das vom optischen Gitter (28) ausgehende optische Spektrum über einen zweiten Hohlspiegel (29) auf die Multianoden-Photomultiplier-Röhren (30, 42, 53) abgebildet wird.Apparatus according to claim 5 to 6, characterized in that the spectroscopic analysis by an optical grating ( 28 ), which lenses ( 25 . 26 ), A gap ( 24 ) and a first concave mirror ( 27 ) and that of the optical grating ( 28 ) outgoing optical spectrum via a second concave mirror ( 29 ) on the multi-anode photomultiplier tubes ( 30 . 42 . 53 ) is displayed.