JP7376380B2 - Waste plastic sorting equipment - Google Patents

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Description

本開示は、廃プラスチックの選別装置に関する。
The present disclosure relates to a waste plastic sorting device.

廃プラスチックの再処理においてマテリアルリサイクルのためには、選別後の製品への非対象物混入が少なく純度が高いことが求められる。また、素材に高価なものが含まれる場合には、高価な素材を取りこぼしなく選別できることが求められる。また、従来は分別できないためサーマルリサイクルをせざるを得なかった黒色プラスチックを、マテリアルリサイクルするために材質判別、選別を効率良く行うことが求められている。 In order to achieve material recycling in the reprocessing of waste plastics, it is required that the products after sorting have little contamination with non-target substances and have high purity. In addition, if the materials include expensive materials, it is required to be able to sort out the expensive materials without leaving anything out. Furthermore, in order to recycle black plastic, which previously had to be thermally recycled because it cannot be separated, there is a need to efficiently identify and sort the material.

特許文献1には、選別対象物に赤外光を照射して選別対象物からの反射光を受光し、反射光に基づくスペクトルを用いてパターンマッチングの手法によって選別対象物の樹脂種を判定することが記載されている。 Patent Document 1 discloses that an object to be sorted is irradiated with infrared light, reflected light from the object to be sorted is received, and the resin type of the object to be sorted is determined by a pattern matching method using a spectrum based on the reflected light. It is stated that.

特開2018-100903号公報JP 2018-100903 Publication

ところで、特許文献1等に記載のスペクトルに基づく材質判別手法では、温度、経年劣化、測定位置などによってスペクトルの特性に変動が生じるため、例えば白と黒の校正板を計測位置に設置して補正用のスペクトルを算出して、これらの補正用スペクトルを用いてスペクトルの補正を行われる。 By the way, in the material discrimination method based on spectra described in Patent Document 1, etc., the spectral characteristics vary depending on temperature, aging, measurement position, etc., so it is necessary to correct it by installing white and black calibration plates at the measurement position, for example. The spectrum is corrected using these correction spectra.

しかし、このような補正用スペクトルの取得作業では、校正板をコンベヤ上の照射位置に逐次設置して、データ取得後は取り外す必要がある。 However, in such a correction spectrum acquisition work, it is necessary to sequentially install calibration plates at irradiation positions on the conveyor and remove them after data acquisition.

本開示は、スペクトルの補正を校正板の設置、取り外しを容易にでき、補正用スペクトルの取得を容易にできる廃プラスチックの選別装置を提供することを目的とする。
An object of the present disclosure is to provide a waste plastic sorting device that can correct a spectrum by easily installing and removing a calibration plate, and can easily obtain a correction spectrum.

本発明の実施形態の一観点に係る廃プラスチックの選別装置は、搬送路上で搬送される廃プラスチック片に光を照射する照射部と、前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、前記反射スペクトル検出部により検出された前記スペクトルを、前記反射光が最も明るい条件で計測した第1スペクトルと、最も暗い条件で計測した第2スペクトルとを用いて補正する前処理部と、前記前処理部により補正されたスペクトルを用いて前記廃プラスチック片の材質を判別する判定部と、前記第1スペクトル及び前記第2スペクトルを取得するための校正板を、所定の基準位置と、前記照射部による前記搬送路上の照射位置との間で移動する移動部と、前記判定部による材質判定結果に応じて、前記搬送路上で搬送される前記廃プラスチック片へエアーを噴射するタイミングを制御して前記廃プラスチック片を複数の領域に仕分けて落下させることにより、前記廃プラスチック片を前記材質ごとに選別して収集する選別部と、を備え、前記照射部は、前記搬送路の幅方向に延在し、延在方向の軸心まわりの全方向に赤外線を放射する光源と、前記光源を基準として前記搬送路とは反対側に配置され、前記光源の軸心まわりの周方向に沿って湾曲して形成される反射部と、を有する
A waste plastic sorting device according to one aspect of an embodiment of the present invention includes an irradiation section that irradiates light onto waste plastic pieces conveyed on a conveyance path, and a device that receives reflected light of the light irradiated by the irradiation section. a reflection spectrum detection section that detects the spectrum of the reflected light; and a first spectrum measured under the condition that the reflected light is the brightest, and a second spectrum measured under the darkest condition, for the spectrum detected by the reflection spectrum detection section. a pre-processing unit for correcting the spectrum using the spectrum; a determination unit for determining the material of the waste plastic piece using the spectrum corrected by the pre-processing unit; and a determination unit for determining the material of the waste plastic piece using the spectrum corrected by the pre-processing unit; a moving section that moves the calibration plate between a predetermined reference position and an irradiation position on the conveyance path by the irradiation section; a sorting unit that sorts and collects the waste plastic pieces by material by controlling the timing of injecting air to the waste plastic pieces and sorting the waste plastic pieces into a plurality of areas and letting them fall ; The irradiation unit includes a light source that extends in the width direction of the conveyance path and emits infrared rays in all directions around an axis in the extending direction, and is disposed on the opposite side of the conveyance path with respect to the light source, and a reflecting portion curved along a circumferential direction around the axis of the light source .

本開示によれば、スペクトルの補正用の校正板の設置、取り外しを容易にでき、補正用スペクトルの取得を容易にできる廃プラスチックの選別装置を提供することができる

According to the present disclosure, it is possible to provide a waste plastic sorting device that can easily install and remove a calibration plate for spectrum correction and can easily acquire a correction spectrum.

実施形態に係る廃プラスチックの材質判定装置の概略構成を示す斜視図A perspective view showing a schematic configuration of a waste plastic material determination device according to an embodiment. 図1に示す廃プラスチックの材質判定装置の側面図Side view of the waste plastic material determination device shown in Figure 1 図1に示す廃プラスチックの材質判定装置の平面図A plan view of the waste plastic material determination device shown in Figure 1. 判別装置の機能ブロック図Functional block diagram of discrimination device 実施形態に係る廃ブラスチックの材質判別処理のフローチャートFlowchart of waste plastic material determination processing according to the embodiment 補正用のスペクトルの抽出手法を示す図Diagram showing the method for extracting the spectrum for correction 材質判定装置の操作画面の一例を示す図Diagram showing an example of the operation screen of the material determination device

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

なお、以下の説明において、x方向、y方向、z方向は互いに垂直な方向である。x方向及びy方向は水平方向であり、z方向は鉛直方向である。x方向はコンベア2の搬送路3の搬送方向である。y方向は、コンベア2の搬送路3の幅方向である。また、以下では説明の便宜上、z正方向側を上側、z負方向側を下側とも表現する場合がある。 Note that in the following description, the x direction, y direction, and z direction are directions perpendicular to each other. The x and y directions are horizontal, and the z direction is vertical. The x direction is the conveyance direction of the conveyance path 3 of the conveyor 2. The y direction is the width direction of the conveyance path 3 of the conveyor 2. Furthermore, for convenience of explanation, the z-positive direction side may also be expressed as the upper side, and the z-negative direction side may also be expressed as the lower side.

図1~図3を参照して、実施形態に係る廃プラスチックの選別装置の一例としての材質判定装置1の概略構成を説明する。図1は、実施形態に係る廃プラスチックの材質判定装置1の概略構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す廃プラスチックの材質判定装置1の側面図である。図3は、図1に示す廃プラスチックの材質判定装置1の平面図である。ここでは、材質判定対象の廃プラスチックが黒色廃プラスチックの場合であり、かつ、二種類の材質S1、S2(図1~図3では四角形と三角形のマークで示す)を混合する構成を例示して説明する。以下では、二種類の材質S1、S2の黒色廃プラスチック片を纏めて符号Sで表す場合がある。
With reference to FIGS. 1 to 3, a schematic configuration of a material determination device 1 as an example of a waste plastic sorting device according to an embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a waste plastic material determination device 1 according to an embodiment. FIG. 2 is a side view of the waste plastic material determining apparatus 1 shown in FIG. 1. FIG. 3 is a plan view of the waste plastic material determining apparatus 1 shown in FIG. 1. Here, the waste plastic whose material quality is to be determined is black waste plastic, and a configuration in which two types of materials S1 and S2 (indicated by rectangular and triangular marks in Figures 1 to 3) are mixed is exemplified. explain. In the following, black waste plastic pieces made of two types of materials S1 and S2 may be collectively represented by the symbol S.

この黒色廃プラスチックの材質判定装置1は、黒色廃プラスチック片S1、S2を順次供給する供給部の一例としての振動フィーダー8と、振動フィーダー8により供給された黒色廃プラスチック片S1、S2を搬送する搬送部の一例としてのコンベア2とを主要部として備えている。振動フィーダー8には、例えば投入用ホッパなどを介して、破砕された黒色廃プラスチック片S1、S2が供給される。振動フィーダー8は、黒色廃プラスチック片S1、S2が載置される載置面が振動することによって、黒色廃プラスチック片S1、S2同士の重畳を防止しながらコンベア2に供給する。コンベア2は、その上面に搬送路3を有し、振動フィーダー8から遠ざかる向きに搬送路3上の黒色廃プラスチック片S1、S2を搬送する。 This black waste plastic material determination device 1 includes a vibrating feeder 8 as an example of a supply unit that sequentially supplies black waste plastic pieces S1 and S2, and a vibrating feeder 8 that conveys the black waste plastic pieces S1 and S2 supplied by the vibrating feeder 8. The main part includes a conveyor 2 as an example of a transport part. The crushed black waste plastic pieces S1 and S2 are supplied to the vibrating feeder 8 via, for example, a charging hopper. The vibrating feeder 8 feeds the black waste plastic pieces S1 and S2 to the conveyor 2 while preventing the black waste plastic pieces S1 and S2 from overlapping each other by vibrating the mounting surface on which the black waste plastic pieces S1 and S2 are placed. The conveyor 2 has a conveyance path 3 on its upper surface, and conveys the black waste plastic pieces S1 and S2 on the conveyance path 3 in a direction away from the vibrating feeder 8.

また、材質判定装置1は、黒色廃プラスチック片S1、S2に赤外線を照射する照射部の一例としての照明10と、黒色廃プラスチック片S1、S2からの反射スペクトルを検出する反射スペクトル検出部の一例としての中赤外線カメラ4と、中赤外線カメラ4で検出した反射スペクトルに基づき黒色廃プラスチック片S1、S2の材質を同定する判別装置5と、を主要部として備えている。照明10は、例えばハロゲンタングステンランプ等の赤外線光源であるランプ10A(図6参照)を有し、ランプ10Aから黒色廃プラスチック片S1、S2に向かって赤外線を照射する。また、照明10は、中赤外線カメラ4に黒色廃プラスチック片S1、S2からの反射光が入光するように設置され、中赤外線カメラ4に対してコンベア2の流れ方向の上部両側(又は上部片側)に設置されている。 The material determination device 1 also includes a lighting 10 as an example of an irradiation unit that irradiates infrared rays to the black waste plastic pieces S1 and S2, and an example of a reflection spectrum detection unit that detects the reflection spectra from the black waste plastic pieces S1 and S2. It is equipped with a mid-infrared camera 4 as a main part, and a discrimination device 5 that identifies the material of the black waste plastic pieces S1 and S2 based on the reflection spectrum detected by the mid-infrared camera 4. The illumination 10 includes a lamp 10A (see FIG. 6) which is an infrared light source such as a halogen tungsten lamp, and irradiates infrared rays from the lamp 10A toward the black waste plastic pieces S1 and S2. Further, the lighting 10 is installed so that the reflected light from the black waste plastic pieces S1 and S2 enters the mid-infrared camera 4, and the lighting 10 is installed so that the reflected light from the black waste plastic pieces S1 and S2 enters the mid-infrared camera 4. ).

中赤外線カメラ4は、例えば図1に示すように1台でコンベア2の幅方向の全域に亘って計測可能であり、幅方向に沿って複数個(例えば318個)の領域に区分して黒色廃プラスチック片S1、S2からの近赤外線の反射光を受光し、各領域ごとに反射光のスペクトルを計測できる。中赤外線カメラ4は、例えば、中赤外線の波長領域3μm以上の分光器付カメラで構成されている。中赤外線カメラ4は、例えば230Hzのスキャン周波数で計測を行い、1回のスキャンごとに318個のスペクトルデータを判別装置5に送信する。判別装置5は、中赤外線カメラ4から受信した318個のスペクトルデータに基づき、318個の各領域の材質判定結果を後述の噴射制御部6に出力する。 For example, as shown in FIG. 1, one mid-infrared camera 4 can measure the entire width of the conveyor 2, and can measure the entire width of the conveyor 2 by dividing it into multiple (for example, 318) areas along the width. Near-infrared reflected light from the waste plastic pieces S1 and S2 can be received, and the spectrum of the reflected light can be measured for each region. The mid-infrared camera 4 is, for example, a camera equipped with a spectrometer in the mid-infrared wavelength region of 3 μm or more. The mid-infrared camera 4 performs measurement at a scan frequency of 230 Hz, for example, and transmits 318 pieces of spectrum data to the discrimination device 5 for each scan. Based on the 318 spectrum data received from the mid-infrared camera 4, the discrimination device 5 outputs material determination results for each of the 318 regions to the injection control section 6, which will be described later.

さらに、材質判定装置1は、コンベア2の搬送方向の下流側にて、搬送方向と交差する方向に横又は斜めからエアーを噴射する噴射ノズル7が設けられている。噴射ノズル7は、コンベア2の幅方向に複数個(例えば318個)が並設されており、噴射制御部6によって個々のノズルの動作が制御される。噴射制御部6は、判別装置5から受信した材質判定結果に応じて、噴射ノズル7からエアーを噴射させ、または噴射させないことにより、例えば仕切り板9により区分される複数の領域(例えば回収用ホッパなど)に黒色廃プラスチック片S1、S2を仕分けて落下させて、所望の材質の廃プラスチックを収集する。つまり、本実施形態では、噴射制御部6と、噴射ノズル7と、仕切り板9とが、判別装置5による材質判定結果に基づき、コンベア2の搬送路3を流れる廃プラスチック片から所望の材質のものを収集する収集装置12(選別部)として機能する。
Furthermore, the material determination device 1 is provided with an injection nozzle 7 that injects air laterally or diagonally in a direction intersecting the conveyance direction on the downstream side of the conveyor 2 in the conveyance direction. A plurality of injection nozzles 7 (for example, 318) are arranged in parallel in the width direction of the conveyor 2, and the operation of each nozzle is controlled by the injection control section 6. The injection control unit 6 injects or does not inject air from the injection nozzle 7 according to the material determination result received from the discriminator 5, so that air can be sprayed into a plurality of areas (for example, a collection hopper) divided by a partition plate 9, for example. etc.), the black waste plastic pieces S1 and S2 are sorted and dropped, and waste plastic of a desired material is collected. That is, in this embodiment, the injection control unit 6, the injection nozzle 7, and the partition plate 9 select a desired material from the waste plastic pieces flowing on the conveyance path 3 of the conveyor 2 based on the material determination result by the discrimination device 5. It functions as a collection device 12 (sorting section) that collects things.

材質判定装置1の動作について説明する。例えば投入用ホッパなどを介して、破砕された黒色廃プラスチック片S1、S2が振動フィーダー8に供給されると、振動フィーダー8は、供給された黒色廃プラスチック片S1、S2に振動を与えながら重ならないようにして下流に搬送して、コンベア2に供給する。 The operation of the material determination device 1 will be explained. For example, when the crushed black waste plastic pieces S1 and S2 are supplied to the vibrating feeder 8 via a charging hopper, the vibrating feeder 8 applies vibration to the supplied black waste plastic pieces S1 and S2 and then weighs them. It is conveyed downstream and supplied to the conveyor 2 so that it does not become a problem.

コンベア2の上面の搬送路3に供給された黒色廃プラスチック片S1、S2は、x正方向側の搬送方向に搬送されながら、中赤外線カメラ4の撮像可能な位置にて、照明10から赤外光が照射される。中赤外線カメラ4は、照明10から発せられた赤外線の黒色廃プラスチック片S1、S2による反射光を受光し、受光結果(受光スペクトルのデータ)を判別装置5に出力する。 The black waste plastic pieces S1 and S2 supplied to the conveyance path 3 on the upper surface of the conveyor 2 are conveyed in the conveyance direction on the positive Light is irradiated. The mid-infrared camera 4 receives the infrared light emitted from the illumination 10 and reflected by the black waste plastic pieces S1 and S2, and outputs the light reception result (data of the light reception spectrum) to the discrimination device 5.

判別装置5は、中赤外線カメラ4から入力された受光結果に基づき、黒色廃プラスチック片S1、S2の材質を同定する。なお、判別装置5による材質判定手法の詳細は図4~図9を参照して後述する。判別装置5は、材質同定結果を噴射制御部6に出力する。 The discrimination device 5 identifies the material of the black waste plastic pieces S1 and S2 based on the light reception result input from the mid-infrared camera 4. Note that details of the material determination method by the determination device 5 will be described later with reference to FIGS. 4 to 9. The discrimination device 5 outputs the material identification result to the injection control section 6.

噴射制御部6は、複数配置されている噴射ノズル7のうち、材質に応じた噴射ノズル7を選択して、タイミングを計って制御信号を送信する。制御信号を受信した噴射ノズル7は、ノズル口を開口して、エアーを噴射する。判別装置5の判別結果により適切なタイミングで噴射ノズル7からエアーを噴射することにより、選別対象の材質とそうでないものとを分離して回収することができる。 The injection control unit 6 selects an injection nozzle 7 according to the material from among the plurality of injection nozzles 7 arranged, and transmits a control signal at a timing. The injection nozzle 7 that has received the control signal opens its nozzle opening and injects air. By injecting air from the injection nozzle 7 at an appropriate timing based on the discrimination result of the discrimination device 5, it is possible to separate and collect the materials to be sorted and those that are not.

図2、図3の例では、コンベア2上の黒色廃プラスチック片S1は、制御信号を受信したエアー噴射ノズル7からエアーを受けて、材質毎に設けられた収集装置12に吹き飛ばされ落下して回収される。また、コンベア2上の黒色廃プラスチック片S2は、噴射ノズル7からエアーを受けないので、黒色廃プラスチック片S1とは異なる収集装置12に回収される。このように噴射ノズル7の噴射及び停止によって、複数の材質の黒色廃プラスチック片を材質ごとに仕分けて回収することができる。 In the examples shown in FIGS. 2 and 3, the black waste plastic pieces S1 on the conveyor 2 receive air from the air injection nozzle 7 that has received the control signal, and are blown off and dropped into the collection devices 12 provided for each material. It will be collected. Further, the black waste plastic pieces S2 on the conveyor 2 do not receive air from the injection nozzle 7, so they are collected by a different collecting device 12 from the black waste plastic pieces S1. In this way, by spraying and stopping the spray nozzle 7, black waste plastic pieces of a plurality of materials can be sorted and collected by material.

図7は、材質判定装置1の操作画面の一例を示す図である。図7に示す操作画面は、例えば材質判定装置1の本体に設置される表示装置に表示される。図7に示すように、操作画面には、選別するプラスチックの材質名が列挙され、上記の第1の系統(図7では「1次」と、第2の系統(図7では「2次」)ごとに噴射して選別する材質を個別に選択可能となっている。操作画面が表示される表示装置は例えばタッチパネルであり、「噴射選択」欄の「OFF」表示を押下するなどの操作によって「ON」表示に切り替えることによって、当該材質(図7ではABS)の場合に噴射ノズル7がエアーを噴射して収集装置で分別するように設定できる。また、操作画面では、「投入原料面積比」欄を設け、材料判定処理の判定結果に応じて、素材に混合される各材質の割合を表示することもできる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of an operation screen of the material determination device 1. The operation screen shown in FIG. 7 is displayed on a display device installed in the main body of the material determination device 1, for example. As shown in FIG. 7, the name of the plastic material to be sorted is listed on the operation screen. ) It is possible to individually select the material to be sprayed and sorted for each type.The display device on which the operation screen is displayed is, for example, a touch panel, and the material to be sprayed and sorted can be selected individually by pressing the "OFF" display in the "Spraying selection" field. By switching to the "ON" display, you can set the injection nozzle 7 to inject air and separate the collection device in the case of the material (ABS in Fig. 7). ” column to display the ratio of each material mixed in the material according to the determination result of the material determination process.

図4は、判別装置5の機能ブロック図である。図4に示すように、判別装置5は、前処理部51と、判定部52とを有する。 FIG. 4 is a functional block diagram of the discrimination device 5. As shown in FIG. 4, the discrimination device 5 includes a preprocessing section 51 and a determination section 52.

前処理部51は、中赤外線カメラ4により検出された黒色廃プラスチック片S1、S2の反射スペクトルの補正や加工などの前処理を行う。前処理部51は、例えば、反射光が明るい条件で計測したスペクトルと、暗い条件で計測したスペクトルとを用いて、検出された反射スペクトルを補正する。「暗い条件」とは、上記の「明るい条件」よりも相対的に暗い条件を意味する。 The preprocessing unit 51 performs preprocessing such as correcting and processing the reflection spectra of the black waste plastic pieces S1 and S2 detected by the mid-infrared camera 4. The preprocessing unit 51 corrects the detected reflection spectrum using, for example, a spectrum measured under bright reflected light conditions and a spectrum measured under dark conditions. "Dark conditions" means conditions that are relatively darker than the above-mentioned "bright conditions."

判定部52は、前処理部51により補正されたスペクトルを用いて廃プラスチック片Sの材質S1、S2を判別する。判定部52は、例えば既知のパターンマッチングや、機械学習アルゴリズムなどの任意の手法を用いて、スペクトルと材質との対応関係を推定することができる。 The determination unit 52 determines the materials S1 and S2 of the waste plastic piece S using the spectrum corrected by the preprocessing unit 51. The determination unit 52 can estimate the correspondence between the spectrum and the material using any method such as known pattern matching or machine learning algorithm.

判別装置5は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)、通信モジュール、補助記憶装置、などを含むコンピュータシステムとして構成することができる。図4に示した判別装置5の各機能は、CPUやRAMなどに所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPUの制御のもとで各種ハードウェアを動作させると共に、RAMにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。すなわち、本実施形態に係る材質判定プログラムをコンピュータ上で実行させることで、判別装置5は、図4の前処理部51、判定部52として機能する。 The discrimination device 5 is physically configured as a computer system including a CPU (Central Processing Unit), a main storage device such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a communication module, an auxiliary storage device, and the like. can do. Each function of the discrimination device 5 shown in FIG. 4 operates various hardware under the control of the CPU by loading predetermined computer software into the CPU, RAM, etc., and also reads and writes data in the RAM. This is achieved by doing the following. That is, by executing the material determination program according to this embodiment on a computer, the determination device 5 functions as the preprocessing section 51 and determination section 52 in FIG. 4 .

判別装置5は、アナログ回路、デジタル回路又はアナログ・デジタル混合回路で構成された回路であってもよい。また、判別装置5の各機能の制御を行う制御回路を備えていてもよい。各回路の実装は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等によるものであってもよい。 The discrimination device 5 may be a circuit configured with an analog circuit, a digital circuit, or an analog/digital mixed circuit. Further, a control circuit for controlling each function of the discrimination device 5 may be provided. Each circuit may be implemented using an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like.

同様に、噴射制御部6も、物理的には、CPU、RAMおよびROM、通信モジュール、補助記憶装置、などを含むコンピュータシステムとして構成することができ、CPUやRAMなどに所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることによりその機能が実現される。 Similarly, the injection control unit 6 can also be physically configured as a computer system including a CPU, RAM and ROM, a communication module, an auxiliary storage device, etc., and predetermined computer software is loaded into the CPU, RAM, etc. The function is realized by

図5は、実施形態に係る廃ブラスチックの材質判別処理のフローチャートである。図5に示すフローチャートの各処理は判別装置5により実行される。 FIG. 5 is a flowchart of waste plastic material determination processing according to the embodiment. Each process in the flowchart shown in FIG. 5 is executed by the discrimination device 5.

ステップS01では、前処理部51により、中赤外線カメラ4によるスペクトルSorg(n,w)が取得される。ここで、nはセンサ数(中赤外線カメラ4によりコンベア2の幅方向で区分されるスペクトル検出領域の数)であり、センサ数が318個の場合には各検出領域に対応する0~317の整数が用いられる。wはスペクトルの波長であり、本実施形態では、2700(nm)~5300(nm)の間で20(nm)刻みで合計131個の波長が設定され、各波長に対応する0~130の整数が用いられる。つまり、Sorg(n,w)は、コンベア2の幅方向に沿ったn番目のスペクトル検出領域における、波長wのスペクトルの強度の数値を表す。 In step S01, the preprocessing unit 51 acquires the spectrum S org (n, w) by the mid-infrared camera 4. Here, n is the number of sensors (the number of spectrum detection areas divided in the width direction of the conveyor 2 by the mid-infrared camera 4), and when the number of sensors is 318, there are 0 to 317 corresponding to each detection area. An integer is used. w is the wavelength of the spectrum, and in this embodiment, a total of 131 wavelengths are set between 2700 (nm) and 5300 (nm) in 20 (nm) increments, and an integer from 0 to 130 corresponding to each wavelength is set. is used. That is, S org (n, w) represents the numerical value of the intensity of the spectrum of wavelength w in the n-th spectrum detection area along the width direction of the conveyor 2.

ステップS02では、前処理部51により、ステップS01で取得されたスペクトルSorg(n,w)が補正されて、補正済みのスペクトルScor(n,w)が算出される。この補正により、測定空間の水蒸気及び二酸化炭素の濃度変化、計測対象の黒色廃プラスチック片S1、S2の温度、照明10および中赤外線カメラ4の経年劣化、コンベア2上の位置、などの影響によるスペクトル強度の特性の差異を吸収できる。補正済みのスペクトルScor(n,w)は、例えば下記の(1)式により算出できる。 In step S02, the preprocessing unit 51 corrects the spectrum S org (n, w) acquired in step S01 to calculate a corrected spectrum S cor (n, w). With this correction, the spectrum due to the influence of changes in the concentration of water vapor and carbon dioxide in the measurement space, the temperature of the black waste plastic pieces S1 and S2 to be measured, aging of the lighting 10 and mid-infrared camera 4, the position on the conveyor 2, etc. Can absorb differences in strength characteristics. The corrected spectrum S cor (n, w) can be calculated using the following equation (1), for example.

Figure 0007376380000001
ここで、Wref(n,w)は、反射光が明るい条件で計測した第1の補正用スペクトルである。Dref(n,w)は、反射光が上記の明るい条件よりも暗い条件で計測した第2の補正用スペクトルである。これらの補正用スペクトルWref(n,w)、Dref(n,w)は、例えば、材質判別処理を実行する前に中赤外線カメラ4の校正を行うときに抽出できる。
Figure 0007376380000001
Here, W ref (n, w) is the first correction spectrum measured under conditions where the reflected light is bright. D ref (n, w) is a second correction spectrum measured under a condition in which the reflected light is darker than the bright condition described above. These correction spectra W ref (n, w) and D ref (n, w) can be extracted, for example, when calibrating the mid-infrared camera 4 before executing the material discrimination process.

図6は、補正用のスペクトルWref(n,w)、Dref(n,w)の抽出手法を示す図である。図6に示すように、コンベア2の搬送路3上の、中赤外線カメラ4の撮像領域に、補正用スペクトルを取得するための校正板11を設置して、中赤外線カメラ4による反射光のスペクトルの検出を行うことで、補正用のスペクトルWref(n,w)、Dref(n,w)を取得できる。 FIG. 6 is a diagram showing a method for extracting the correction spectra W ref (n, w) and D ref (n, w). As shown in FIG. 6, a calibration plate 11 for acquiring a correction spectrum is installed in the imaging area of the mid-infrared camera 4 on the conveyance path 3 of the conveyor 2, and the spectrum of reflected light by the mid-infrared camera 4 is By performing the detection, the correction spectra W ref (n, w) and D ref (n, w) can be obtained.

反射光が明るい条件で計測した第1の補正用スペクトルWref(n,w)(第1スペクトル)の場合、中赤外線領域の波長をすべて反射する校正板11(アルミ、ステンレス等)を置き、照明10を点灯した状態で、すべてのセンサ(n=0、1,2、・・・、317)について、全波長(w=0(2700)、2(2720)、・・・、130(5300))のデータを取得する。 In the case of the first correction spectrum W ref (n, w) (first spectrum) measured under conditions where the reflected light is bright, a calibration plate 11 (made of aluminum, stainless steel, etc.) that reflects all wavelengths in the mid-infrared region is placed; With the illumination 10 turned on, all wavelengths (w=0 (2700), 2 (2720), ..., 130 (5300 )) to get the data.

反射光が暗い条件で計測した第2の補正用スペクトルDref(n,w)(第2スペクトル)の場合、中赤外線領域の波長をすべて反射する校正板11(アルミ、ステンレス等)を置き、照明10を消灯した状態(もしくはカメラのシャッターを閉じた状態)で、すべてのセンサ(n=0、1,2、・・・、317)について、全波長(w=0(2700)、2(2720)、・・・、130(5300))のデータを取得する。 In the case of the second correction spectrum D ref (n, w) (second spectrum) measured under conditions where the reflected light is dark, a calibration plate 11 (aluminum, stainless steel, etc.) that reflects all wavelengths in the mid-infrared region is placed. With the illumination 10 turned off (or the camera shutter closed), all wavelengths (w = 0 (2700), 2 ( 2720), . . . , 130 (5300)).

校正板11は、例えば図6に点線の矢印で示すように、補正用のスペクトルWref(n,w)、Dref(n,w)を取得する際に配置される、コンベア2の搬送路3上の、中赤外線カメラ4の撮像領域の位置と、中赤外線カメラ4の撮像領域や照明10の照射範囲から外れる待機位置との間で移動可能に設置されるのが好ましい。言い換えると、校正板11は、中赤外線カメラ4の視野内の所定位置と、視野外の所定位置とに固定可能であり、両方の所定位置の間を移動可能であるのが好ましい。校正板11は、照明10からの光によって中赤外線カメラ4にハレーションが発生しないように、表面の粗さをJIS B 0601-2001規格の3.2a~6.3a相当程度にし、表面仕上げをバイブレーション(無方向性ヘアーライン)のような特定の方向に偏りの無いランダムなものにするのが好ましい。 For example , as shown by the dotted arrow in FIG . It is preferable that the device be installed so as to be movable between the position of the imaging area of the mid-infrared camera 4 and a standby position outside the imaging area of the mid-infrared camera 4 and the irradiation range of the illumination 10 on the top of the camera. In other words, it is preferable that the calibration plate 11 is fixable at a predetermined position within the field of view of the mid-infrared camera 4 and at a predetermined position outside the field of view, and is movable between the two predetermined positions. The calibration plate 11 has a surface roughness equivalent to 3.2a to 6.3a of the JIS B 0601-2001 standard and a vibration-finished surface so that the light from the illumination 10 does not cause halation on the mid-infrared camera 4. It is preferable to use a random pattern with no bias toward a specific direction, such as (non-directional hairline).

また、校正板11の厚さは可能な限り薄くする方がよく、コンベア2に出来るだけ近い低い位置に挿入する。これにより、校正板11の表面の高さが実際に選別するプラスチックに近づくため、より精度の高い校正を行うことができる。また、校正板11の搬送方向の幅は、ランプ10Aがベルト(搬送路3)を照らす幅の4倍程度であると挿入しやすく、また、熱によるベルトの損傷を防ぐことができて都合がよい。また、校正板11の搬送方向の下流側(すなわち図6では校正板11を中赤外線カメラ4の視野外から視野内に移動させるときの先頭部分)の端部は、コンベア2に対向する部位が削られているのが好ましい。これにより、校正板11を中赤外線カメラ4の視野内の所定位置に配置したときに、校正板11がコンベア2に接触するのを防止できるので都合がよい。 Further, it is better to make the thickness of the calibration plate 11 as thin as possible, and insert it at a low position as close to the conveyor 2 as possible. Thereby, the height of the surface of the calibration plate 11 approaches the height of the plastic to be actually sorted, so that more accurate calibration can be performed. In addition, it is convenient that the width of the calibration plate 11 in the conveying direction is about four times the width of the lamp 10A illuminating the belt (conveying path 3) to facilitate insertion and to prevent damage to the belt due to heat. good. In addition, the downstream end of the calibration plate 11 in the conveying direction (that is, the leading portion when the calibration plate 11 is moved from outside the field of view to within the field of view of the mid-infrared camera 4 in FIG. 6) has a portion facing the conveyor 2. It is preferable that it is shaved. This is convenient because it is possible to prevent the calibration plate 11 from coming into contact with the conveyor 2 when the calibration plate 11 is placed at a predetermined position within the field of view of the mid-infrared camera 4.

図6に示すように、本実施形態では、材質判定装置1は、補正用のスペクトルWref(n,w)、Dref(n,w)を取得するための校正板11を、中赤外線カメラ4の視野外の所定の基準位置と、照明10による搬送路3上の照射位置との間で移動させるためのアーム部14(移動部)を備える。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, the material determination device 1 uses a mid-infrared camera to calibrate the calibration plate 11 for acquiring the correction spectra W ref (n, w) and D ref (n, w). The apparatus includes an arm part 14 (moving part) for moving between a predetermined reference position outside the field of view 4 and the irradiation position on the conveyance path 3 by the illumination 10.

アーム部14は、その先端部14Aに校正板11が接続される。アーム部14は、基端部14Bを中心としてアーム部14の延在方向を径方向とするときの周方向に沿って回動可能に構成される。校正板11は、照明10からの光を受ける主面がアーム部14の回転中心を向くよう設置される。 The calibration plate 11 is connected to the distal end portion 14A of the arm portion 14. The arm portion 14 is configured to be rotatable along the circumferential direction when the extending direction of the arm portion 14 is the radial direction about the base end portion 14B. The calibration plate 11 is installed so that its main surface, which receives light from the illumination 10, faces the center of rotation of the arm section 14.

このように中赤外線カメラ4の校正用の校正板11をアーム部14により可動式とすることで、校正を行わないときには、材質判定装置1の廃プラスチック片の選別の妨げにならない場所に校正板11を移動させることができる。また、校正を行うときには、アーム部14を回動させるだけで校正板11を所定位置に設置することができ、校正板11の位置決めや固定などの作業が不要となる。これにより、スペクトルの補正用の校正板11の設置、取り外しを容易にでき、補正用スペクトルの取得を容易にできる。 In this way, by making the calibration plate 11 for calibrating the mid-infrared camera 4 movable by the arm part 14, when calibration is not performed, the calibration plate 11 can be placed in a place where it will not interfere with the sorting of waste plastic pieces by the material determination device 1. 11 can be moved. Moreover, when performing calibration, the calibration plate 11 can be installed at a predetermined position simply by rotating the arm portion 14, and operations such as positioning and fixing of the calibration plate 11 are not required. Thereby, the calibration plate 11 for spectrum correction can be easily installed and removed, and the correction spectrum can be easily obtained.

なお、校正板11は、中赤外線カメラ4の視野外の所定の基準位置と、照明10による搬送路3上の照射位置との間で移動可能であればよく、アーム部14のように回動する構成には限られず、他の移動手法でもよい。 Note that the calibration plate 11 only needs to be movable between a predetermined reference position outside the field of view of the mid-infrared camera 4 and the irradiation position on the conveyance path 3 by the illumination 10, and can be rotated like the arm part 14. The configuration is not limited to this, and other moving methods may be used.

また、補正用スペクトルの取得時には、コンベア2は停止していてもよい。この場合、アーム部14などの動作の何らかの不具合により、校正板11が中赤外線カメラ4の撮像領域の位置に正しく配置されないと、照明10の赤外線によりコンベア2の搬送路3上の赤外線が照射される部分の温度が上昇し、焼損や発火の虞がある。このため、校正板11が中赤外線カメラ4の視野内に固定されていない場合には、照明10から赤外線を照射しないようにインターロックを設けるのが好ましい。 Further, the conveyor 2 may be stopped when acquiring the correction spectrum. In this case, if the calibration plate 11 is not placed correctly in the imaging area of the mid-infrared camera 4 due to some malfunction in the operation of the arm section 14 or the like, the infrared rays on the conveyor path 3 of the conveyor 2 will be irradiated by the infrared rays of the illumination 10. The temperature of the exposed parts will rise and there is a risk of burnout or ignition. Therefore, if the calibration plate 11 is not fixed within the field of view of the mid-infrared camera 4, it is preferable to provide an interlock to prevent the illumination 10 from emitting infrared rays.

図5に戻り、ステップS03では、判定部52により、補正後のスペクトルScor(n,w)を用いて、廃プラスチック片Sの材質S1、S2の判別が行われる。判定部52は、例えば既知のパターンマッチングや、機械学習アルゴリズムなどの任意の手法を用いて、スペクトルと材質との対応関係を推定することができる。 Returning to FIG. 5, in step S03, the determining unit 52 determines the materials S1 and S2 of the waste plastic piece S using the corrected spectrum S cor (n, w). The determination unit 52 can estimate the correspondence between the spectrum and the material using any method such as known pattern matching or machine learning algorithm.

図6に示すように、照明10は、赤外線の光源であるランプ10A(シースヒーター、カーボンランプ、カンタルランプなど)と、ランプ10Aの熱を集める反射板10B(反射部)とを有する。ランプ10Aは、コンベア2の幅方向(y方向)に沿って延在するよう形成され、y軸に沿った軸心まわりの全方向に赤外線を放射するよう配置される。反射板10Bは、ランプ10Aを基準としてコンベア2の搬送路3とは反対側に配置され、ランプ10Aの軸心まわりの周方向に沿って湾曲して形成され、これによりランプ10Aからコンベア2とは反対側に放射された赤外線を集めてコンベア2側に反射して送ることができる。これにより、ランプ10Aが放射した赤外線を搬送路3上の廃ブラスチック片に効率良く照射でき、反射スペクトルもより精度良く検出できる。また、反射板10Bは湾曲しているため、反射板10Bで反射された光をさまざまな角度で搬送路3上の廃ブラスチック片に当てることができ、光の当たりムラを小さくできる。反射板10Bは、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはアルミニウムメッキなどされた部材からなる。 As shown in FIG. 6, the illumination 10 includes a lamp 10A (sheath heater, carbon lamp, Kanthal lamp, etc.) that is an infrared light source, and a reflection plate 10B (reflection part) that collects the heat of the lamp 10A. The lamp 10A is formed to extend along the width direction (y direction) of the conveyor 2, and is arranged so as to radiate infrared rays in all directions around the axis along the y axis. The reflector plate 10B is arranged on the opposite side of the conveyor path 3 of the conveyor 2 with respect to the lamp 10A, and is curved along the circumferential direction around the axis of the lamp 10A. can collect infrared rays emitted to the opposite side, reflect them, and send them to the conveyor 2 side. Thereby, the waste plastic piece on the conveyance path 3 can be efficiently irradiated with the infrared rays emitted by the lamp 10A, and the reflection spectrum can also be detected with higher accuracy. Further, since the reflecting plate 10B is curved, the light reflected by the reflecting plate 10B can be applied to the waste plastic pieces on the conveyance path 3 at various angles, thereby reducing unevenness in the exposure of the light. The reflecting plate 10B is made of, for example, aluminum, stainless steel, or an aluminum plated member.

また、図6に示すように、ランプ10Aの周方向の周囲は、熱放射を防ぐためのカバー10Cが覆われている。カバー10Cは、近赤光や中赤光で、測定に支障をもたらす吸収を持たない材料、例えば、石英ガラス製であり、一重または二重にランプ10Aの周囲を覆うように形成されている。これにより、ランプ10Aの無駄な熱放射を防止して、ランプ10Aが放射した赤外線を搬送路3上の廃ブラスチック片に効率良く照射できる。 Further, as shown in FIG. 6, the circumferential periphery of the lamp 10A is covered with a cover 10C for preventing heat radiation. The cover 10C is made of a material, such as quartz glass, that does not absorb near-red or middle-red light that would interfere with measurement, and is formed to cover the lamp 10A in a single or double layer. This prevents wasteful heat radiation from the lamp 10A, and efficiently irradiates the waste plastic pieces on the conveyance path 3 with infrared rays emitted by the lamp 10A.

またランプ10Aの発熱を防ぐために冷却構造を設けてもよい。例えば、カバー10Cを石英ガラス製のパイプでランプ10Aを覆うように形成し、パイプ内に空気を循環するようにして発熱を防止してもよい。 Further, a cooling structure may be provided to prevent the lamp 10A from generating heat. For example, the cover 10C may be formed with a quartz glass pipe to cover the lamp 10A, and air may be circulated within the pipe to prevent heat generation.

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Design changes made by those skilled in the art as appropriate to these specific examples are also included within the scope of the present disclosure as long as they have the characteristics of the present disclosure. The elements included in each of the specific examples described above, their arrangement, conditions, shapes, etc. are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate. The elements included in each of the specific examples described above can be appropriately combined as long as no technical contradiction occurs.

上記実施形態では、材質判定対象の廃プラスチックが黒色廃プラスチックSの場合を例示して説明したが、例えば赤色や青色等の他の色の廃プラスチックでもよい。また、色が異なる廃プラスチックを混在して用いてもよい。 In the embodiment described above, the case where the waste plastic whose material quality is to be determined is black waste plastic S has been described as an example, but waste plastic of other colors such as red or blue may be used, for example. Further, waste plastics of different colors may be used in combination.

コンベア2のベルトの温度上昇を防止するために、白系の材料で構成したり、コンベア2のランプ10Aによる照射位置の裏面に冷風を吹きかける、冷却したローラーを接触させるといった冷却構造を設けてもよい。 In order to prevent the belt of the conveyor 2 from rising in temperature, it may be made of a white material, or a cooling structure may be provided such as blowing cold air onto the back surface of the irradiation position by the lamp 10A of the conveyor 2 or bringing a cooled roller into contact with the belt. .

また、温度上昇のよる損傷を避けるため、コンベア2のベルトの材質として、熱に強いポリウレタンやシリコンなどの熱に強いものを使用してもよい。 Furthermore, in order to avoid damage due to temperature rise, the belt of the conveyor 2 may be made of a material that is resistant to heat, such as polyurethane or silicone.

1 廃プラスチックの材質判定装置(廃プラスチックの選別装置)
2 コンベア
3 搬送路
4 中赤外線カメラ(反射スペクトル検出部)
5 判別装置
51 前処理部
52 判定部
10 照明(照射部)
10A ランプ(光源)
10B 反射板(反射部)
10C カバー
11 校正板
12 収集装置(選別部)
14 アーム部(移動部)
S1、S2 黒色廃プラスチック片


1 Waste plastic material determination device (waste plastic sorting device)
2 Conveyor 3 Conveyance path 4 Mid-infrared camera (reflection spectrum detection section)
5 Discrimination device 51 Preprocessing section 52 Judgment section 10 Illumination (irradiation section)
10A lamp (light source)
10B Reflector plate (reflector)
10C Cover 11 Calibration plate
12 Collection device (sorting section)
14 Arm part (moving part)
S1, S2 Black waste plastic pieces


Claims (3)

廃プラスチックの選別装置であって、
搬送路上で搬送される廃プラスチック片に光を照射する照射部と、
前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、
前記反射スペクトル検出部により検出された前記スペクトルを、前記反射光が明るい条件で計測した第1の補正用スペクトルと、前記明るい条件よりも暗い条件で計測した第2の補正用スペクトルとを用いて補正する前処理部と、
前記前処理部により補正されたスペクトルを用いて前記廃プラスチック片の材質を判別する判定部と、
前記第1及び第2の補正用スペクトルを取得するための校正板を、所定の基準位置と、
前記照射部による前記搬送路上の照射位置との間で移動する移動部と、
前記判定部による材質判定結果に応じて、前記搬送路上で搬送される前記廃プラスチック片へエアーを噴射するタイミングを制御して前記廃プラスチック片を複数の領域に仕分けて落下させることにより、前記廃プラスチック片を前記材質ごとに選別して収集する選別部と、
を備え
前記照射部は、
前記搬送路の幅方向に延在し、延在方向の軸心まわりの全方向に赤外線を放射する光源と、
前記光源を基準として前記搬送路とは反対側に配置され、前記光源の軸心まわりの周方向に沿って湾曲して形成される反射部と、を有する、
廃プラスチックの選別装置。
A waste plastic sorting device,
an irradiation unit that irradiates light onto waste plastic pieces being conveyed on the conveyance path;
a reflection spectrum detection unit that receives reflected light of the light irradiated by the irradiation unit and detects the spectrum of the reflected light;
The spectrum detected by the reflection spectrum detection unit is determined by using a first correction spectrum measured under conditions in which the reflected light is bright and a second correction spectrum measured under conditions darker than the bright conditions. a preprocessing unit for correction;
a determining unit that determines the material of the waste plastic piece using the spectrum corrected by the pre-processing unit;
a calibration plate for acquiring the first and second correction spectra at a predetermined reference position;
a moving part that moves between an irradiation position on the conveyance path by the irradiation part;
The waste plastic pieces are sorted into a plurality of areas and dropped by controlling the timing of injecting air to the waste plastic pieces conveyed on the conveyance path according to the material determination result by the determination unit. a sorting unit that sorts and collects plastic pieces according to the material;
Equipped with
The irradiation section is
a light source that extends in the width direction of the conveyance path and emits infrared rays in all directions around the axis in the extending direction;
a reflecting portion disposed on the opposite side of the conveyance path with respect to the light source and curved along a circumferential direction around the axis of the light source;
Waste plastic sorting equipment.
前記移動部は、先端に前記校正板を接続するアーム部を有し、前記アーム部は、基端を中心として前記アーム部の延在方向を径方向とするときの周方向に沿って回動可能に構成される、
請求項1に記載の廃プラスチックの選別装置。
The moving part has an arm part that connects the calibration plate at the tip, and the arm part rotates along the circumferential direction when the extending direction of the arm part is the radial direction about the base end. configured to be able to
The waste plastic sorting device according to claim 1.
前記照射部は、
前記光源の周囲を覆い、熱放射を防ぐためのカバーを有する、
請求項に記載の廃プラスチックの選別装置。
The irradiation section is
having a cover to surround the light source and prevent heat radiation;
The waste plastic sorting device according to claim 1 .
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