JPH09236548A - 廃棄物識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】似かよった色調を持つが組成が異なり、したが
って処理法が異なる廃棄物が２種類あってとしても、こ
れらを確実に識別する。 【解決手段】ベルトコンベア11上を搬送される廃棄物12
の表面にレーザ光用レンズ14を介してレーザ光を照射す
るレーザ発振器13と、レーザ照射により廃棄物表面から
生じた発光を分光させるポリクロメータ15と、このポリ
クロメータ15による発光スペクトルを電気信号に変換す
るマルチチャンネル検出器16と、上記レーザ発振器13及
びマルチチャンネル検出器16に夫々電気的に接続され、
取込んだ発光スペクトルの発光ピーク強度比と標準物質
を用いて予め取得した発光スペクトルのデータとを比較
するコンピュータ17とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は廃棄物識別装置に
関し、特に廃棄物種類の識別作業を自動化する廃棄物識
別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物を各種処理法（再利用、焼却、埋
立て等）に適した種類毎に識別する作業は、大量の廃棄
物を迅速に処理する必要があることから、図６に示すよ
うなカラー画像処理方法を採用していた。

【０００３】図中の１は、廃棄物２を図中の矢印Ａの方
向に移動するベルトコンベアである。このベルトコンベ
ア１の上方にはＣＣＤカメラ３が配置されており、この
ＣＣＤカメラ３にはコンピュータ４が電気的に接続され
ている。上記ＣＣＤカメラ３の近くには、該カメラ３直
下の廃棄物２を照射するライト５が配置されている。直
下の廃棄物２がライト５からの光を照射される位置で廃
棄物２のカラー画像をＣＣＤカメラ３で撮像し、コンピ
ュータ４でこのＣＣＤカメラ３で得たカラー画像から廃
棄物２の色調を比較するようになるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな方法では、似かよった色調を持つ廃棄物の場合は同
じ種類の廃棄物として判断されてしまうため、たとえ組
成が異なり処理法が異なる廃棄物が２種類あっても、こ
れらが同じ色調を持つ場合には識別することができな
い。

【０００５】また反対に、主成分が同じ組成で同じ処理
方法を行なう廃棄物であっても、表面の色調が塗料や発
色剤等で異なる場合には、種類が異なる廃棄物であると
判断されてしまうことになる。

【０００６】上記色調による識別は、図７に示すような
廃棄物表面からの反射光のスペクトルを比較することで
行なわれる。反射光スペクトルは物質の組成によって変
化するが、固体物質の特定成分が特定波長の光を吸収す
ることに起因するピークは、図７中のａ′のように波長
幅が広いため、共存する物質の影響が大きく、組成の識
別は非常に困難である。

【０００７】また、反射光スペクトルは表面物質からの
情報しか得られないため、廃棄物の表面に塗料や汚れが
ある場合には、構成物質の正しい情報を得ることができ
ない。

【０００８】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、その目的とするところは、表面の色調に惑わ
されず、廃棄物の表面に塗料や汚れがある場合であって
もその組成に基づいた種類を正確に識別することを可能
とした廃棄物識別装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
廃棄物の表面にレーザ光用レンズを介してレーザ光を照
射するレーザ発振器と、レーザ照射により廃棄物表面か
ら生じた発光を分光させるポリクロメータと、このポリ
クロメータによる発光スペクトルを電気信号に変換する
マルチチャンネル検出器と、上記レーザ発振器及びマル
チチャンネル検出器に夫々電気的に接続され、取込んだ
発光スペクトルの発光ピーク強度比と標準物質を用いて
予め取得した発光スペクトルのデータとを比較するコン
ピュータとを具備したことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、廃棄物の表面にレ
ーザ光用レンズを介してレーザ光を照射するレーザ発振
器と、レーザ照射により廃棄物表面から生じた発光を集
光するレンズと、このレンズで集光した廃棄物表面から
の発光に対し、上記廃棄物を構成する各種成分固有の周
波数帯域の発光スペクトルピークのみを透過するバンド
パスフィルタと、このバンドパスフィルタを透過した発
光スペクトルピークの有無を検出して電気信号に変換す
る光電変換検出器と、上記レーザ発振器及び光電変換検
出器に夫々電気的に接続され、取込んだ発光スペクトル
の発光スペクトルピークの強度比と標準物質を用いて予
め取得した発光スペクトルのデータとを比較するコンピ
ュータとを具備したことを特徴とする。

【００１１】上記請求項１及び請求項２いずれに記載の
発明の構成においても、作業員による目視やカラー画像
処理に代えて、廃棄物表面に高出力のレーザ光を照射
し、高エネルギー密度のスポットを形成して廃棄物表面
の構成物質を瞬間的に加熱・気化させ、気化した高温の
気体が放射する発光のスペクトルを測定することによ
り、表面の色調に惑わされず、廃棄物の表面に塗料や汚
れがある場合であってもその組成に基づいた種類をきわ
めて正確に識別することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下この発明の第１の実施の形態
を図面を参照して説明する。図１はその構成を説明する
もので、図中１１は、廃棄物１２を上に乗せて矢印Ａの
方向に搬送するベルトコンベアである。このベルトコン
ベア１１の上方にはレーザ発振器１３が配置されてお
り、下方のベルトコンベア１１上のガラスや金属等から
なる廃棄物１２が当該レーザ発振器１３の直下に移動し
てきた時に廃棄物１２表面に向けてレーザ光が照射され
る。

【００１３】このレーザ光はレーザ光用レンズ１４によ
って集光され、廃棄物１２の表面に高エネルギー密度の
スポットを形成する。このスポット周辺の物質は瞬間的
に加熱・気化され、高温の気体に変化する。この気体は
レーザ光によって励起状態にあるので、原子及び分子の
発光を放射している。

【００１４】上記レーザ発振器１３の近くにはレーザ照
射により廃棄物表面から生じた発光を分光させるポリク
ロメータ１５が配置され、このポリクロメータ１５には
該ポリクロメータ１５による発光スペクトルを電気信号
に変換するマルチチャンネル検出器１６が電気的に接続
されている。

【００１５】上記レーザ発振器１３及びマルチチャンネ
ル検出器１６は、共にコンピュータ１７が電気的に接続
されている。図中の１８は、廃棄物１２からの発光を集
光してポリクロメータ１５に導くための発光用レンズで
ある。

【００１６】図２は、発光スペクトルの例を示す。発光
スペクトルにおいて、廃棄物中の成分Ａ及びＢに起因す
るピークａ及びｂがあるものとする。成分Ａ，Ｂの発光
強度は廃棄物の表面状態によって異なるが、そのピーク
ａ：ｂの発光強度比は成分Ａ，Ｂの存在比が一定であれ
ば、表面状態に左右されることはない。

【００１７】したがって、発光スペクトルにおいて、廃
棄物中の各成分に起因する発光ピークの強度比を比較す
ることで、廃棄物の組成を識別することができる。コン
ピュータ１７は、上記ベルトコンベア１１による廃棄物
１２の移動速度、レーザ発振器１３のレーザ光照射タイ
ミンブ、及びマルチチャンネル検出器１６の発光スペク
トル取込みタイミング等を制御する一方、マルチチャン
ネル検出器１６から取込んだ発光スペクトルの発光ピー
ク強度比と、標準物質を用いて予め取得した発光スペク
トルのデータとを比較する。

【００１８】図３はこのコンピュータ１７によるシーケ
ンス制御の内容を例示するものである。つまり、レーザ
発振器１３からのトリガ信号を受けてから（ステップＳ
１）、一定時間、例えば０．１［ｍｓｅｃ］程度経過し
た時点でマルチチャンネル検出器１６からのスペクトル
データを読込むようにすることで（ステップＳ２）、ベ
ルトコンベア１１上の廃棄物１２がレーザ光の焦点を通
過するタイミングとレーザ発振器１３によるレーザ発振
のタイミングとを同期させる。

【００１９】ついで、スペクトル解析として、読込んだ
スペクトルデータにおける各元素の発光ピーク強度を読
取り（ステップＳ３）、各元素間のピーク強度比を算出
して（ステップＳ４）、これを標準物質を用いて予め取
得している発光スペクトルのデータとしての同ピーク強
度比と比較することで廃棄物１２の正確な組成を判別す
るもので（ステップＳ５）、判別結果は例えばコンピュ
ータ１７の図示しないディスプレイ装置等上に表示出力
し、以上で一連の組成判別を終了する、といった処理を
繰返し連続して実行するものである。

【００２０】上記のような実施の形態において、測定し
た発光スペクトルには廃棄物１２の構成物質から発生し
た原子及び分子からの発光が含まれており、これらの発
光は原子及び分子の種類に応じた固有の波長を持ち、発
光波長幅がきわめて狭く識別が容易である。したがっ
て、各波長の発光強度比の異なる廃棄物１２は構成物質
の組成が異なるので、識別対象物質の組成に起因する元
素のスペクトルを知ることで廃棄物１２の識別が可能に
なる。

【００２１】また、レーザ光による照射で廃棄物１２の
表面物質は気化して消失するため、表面に塗料や汚れが
ある場合でもその影響を受けずに、正確に構成物質の情
報を得ることができる。

【００２２】上記実施の形態に係る廃棄物識別装置によ
れば、図６及び図７で示した上記従来の廃棄物識別方法
である色調の比較だけでは不可能であった、廃棄物組成
の正確な識別が可能になる。例えば、上記ポリクロメー
タ１５及びマルチチャンネル検出器１６を用いると、１
回の発光スペクトル測定は１秒以内で終了可能である。
また、レーザ発振器１３にパルス固体レーザを使用する
と、メンテナンス・フリーとなり、長時間の連続運転が
可能である。

【００２３】したがって、レーザ発振、発光スペクトル
測定及び発光スペクトルの比較、これらの操作をコンピ
ュータ１７を構成する例えばパーソナルコンピュータで
シーケンス処理することにより、１分間に数十個程度の
オーダーで廃棄物を連続的に流れ処理することができ
る。

【００２４】（第２の実施の形態）次にこの発明の第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。図４はその構
成を説明するもので、基本的には上記図１に示したもの
と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその
説明は省略するものとする。

【００２５】図中２１は、上記図１のポリクロメータ１
５に代えて、発光用レンズ１８で集光された廃棄物１２
の発光を入射するバンドパスフィルタ２１である。この
バンドパスフィルタ２１は、廃棄物１２を構成する各種
成分に固有の発光スペクトルピークのみを透過するよう
にその通過周波数帯域が設定されているもので、このバ
ンドパスフィルタ２１の後段には上記図１のマルチチャ
ンネル検出器１６に代えて光電変換検出器２２が配設さ
れる。

【００２６】この光電変換検出器２２は、例えば光電管
等で構成され、バンドパスフィルタ２１を透過した各種
周波数毎の発光スペクトルピークの有無を検出してそれ
らを電気信号に変換し、コンピュータ１７に送出する。

【００２７】上記のような構成にあって、廃棄物１２表
面にレーザ光を照射することで得られる発光スペクトル
が上記図２に示したものと同様であるものとする。すな
わち、廃棄物１２中の成分Ａ及びＢに起因するピークａ
及びｂがあるもので、成分Ａ，Ｂの発光強度は廃棄物１
２の表面状態によって異なるが、そのピークａ：ｂの発
光強度比は廃棄物１２における成分Ａ，Ｂの存在比が一
定であれば、表面状態に左右されることはない。したが
って、得られる発光スペクトルにおいて、廃棄物中の各
成分に起因する発光ピークの強度比を比較することで、
廃棄物の組成を識別することができる。

【００２８】コンピュータ１７は、上記ベルトコンベア
１１による廃棄物１２の移動速度、レーザ発振器１３の
レーザ光照射タイミンブ、及び光電変換検出器２２から
の発光スペクトル取込みタイミング等を制御する一方、
光電変換検出器２２から取込んだ各周波数帯域の発光ス
ペクトルの発光ピーク強度比と、複数の標準物質を用い
て予め取得した各種発光スペクトルのデータとを比較す
ることで、廃棄物１２の組成からその種類を特定するも
のである。

【００２９】図５はこのコンピュータ１７によるシーケ
ンス制御の内容を例示するものである。つまり、レーザ
発振器１３からのトリガ信号を受けてから（ステップＳ
１）、一定時間、例えば０．１［ｍｓｅｃ］程度経過し
た時点でバンドパスフィルタ２１を透過した発光スペク
トルピークに関する光電変換検出器２２からのスペクト
ルデータを読込むようにすることで（ステップＳ
２′）、ベルトコンベア１１上の廃棄物１２がレーザ光
の焦点を通過するタイミングとレーザ発振器１３による
レーザ発振のタイミングとを同期させる。

【００３０】ついで、スペクトル解析として、読込んだ
スペクトルデータにおける各元素の発光ピーク強度を読
取り（ステップＳ３）、各元素間のピーク強度比を算出
して（ステップＳ４）、これを標準物質を用いて予め取
得している発光スペクトルのデータとしての同ピーク強
度比と比較することで廃棄物１２の正確な組成を判別す
るもので（ステップＳ５）、判別結果は例えばコンピュ
ータ１７の図示しないディスプレイ装置等上に表示出力
し、以上で一連の組成判別を終了する、といった処理を
繰返し連続して実行するものである。

【００３１】上記のような実施の形態において、測定し
た発光スペクトルには廃棄物１２の構成物質から発生し
た原子及び分子からの発光が含まれており、これらの発
光は原子及び分子の種類に応じた固有の波長を持ち、発
光波長幅がきわめて狭く識別が容易である。したがっ
て、各波長の発光強度比の異なる廃棄物１２は構成物質
の組成が異なるので、識別対象物質の組成に起因する元
素のスペクトルを知ることで廃棄物１２の識別が可能に
なる。

【００３２】また、レーザ光による照射で廃棄物１２の
表面物質は気化して消失するため、表面に塗料や汚れが
ある場合でもその影響を受けずに、正確に構成物質の情
報を得ることができる。

【００３３】上記実施の形態に係る廃棄物識別装置によ
れば、図６及び図７で示した上記従来の廃棄物識別方法
である色調の比較だけでは不可能であった、廃棄物組成
の正確な識別が可能になる。例えば、上記バンドパスフ
ィルタ２１及び光電変換検出器２２を用いると、１回の
発光スペクトル測定は１秒以内で終了可能である。ま
た、レーザ発振器１３にパルス固体レーザを使用する
と、メンテナンス・フクリーとなり、長時間の連続運転
が可能である。

【００３４】したがって、レーザ発振、発光スペクトル
測定及び発光スペクトルの比較、これらの操作をコンピ
ュータ１７を構成する例えばパーソナルコンピュータで
シーケンス処理することにより、１分間に数十個程度の
オーダーで廃棄物を連続的に流れ処理することができ
る。

【００３５】さらに、上記した如くバンドパスフィルタ
２１及び光電変換検出器２２を用いることにより、上記
図１のようにポリクロメータ１５及びマルチチャンネル
検出器１６を用いた場合と比べて、発光スペクトルの分
散がないために検出感度を向上させることができ、発光
が微弱な場合でも測定を実行することができる。また、
測定する発光スペクトルピークの波長を変更する場合で
も、バンドパスフィルタ２１を他の所望の周波数帯域特
性を有するものに変更するだけでよく、２つの発光スペ
クトルピークの波長が大きく異なる時でも、ポリクロメ
ータ１５の如き分光器のように測定波長を掃引する必要
がなく、変更に要する作業をごく短時間のうちに完了す
ることができる。

【００３６】なお、この発明は上記第１及び第２の実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変形して実施することが可能であるもの
とする。

【００３７】

【発明の効果】請求項１及び請求項２いずれに記載の発
明によっても、作業員による目視やカラー画像処理に代
えて、廃棄物表面に高出力のレーザ光を照射し、高エネ
ルギー密度のスポットを形成して廃棄物表面の構成物質
を瞬間的に加熱・気化させ、気化した高温の気体が放射
する発光のスペクトルを測定することにより、表面の色
調に惑わされず、廃棄物の表面に塗料や汚れがある場合
であってもその組成に基づいた種類をきわめて正確に識
別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る廃棄物識別
装置の構成を示す図。

【図２】図１の装置による発光強度と発光波長との関係
を示す特性図。

【図３】図１のコンピュータによるシーケンス制御の内
容を示すフローチャート。

【図４】この発明の第２の実施の形態に係る廃棄物識別
装置の構成を示す図。

【図５】図４のコンピュータによるシーケンス制御の内
容を示すフローチャート。

【図６】従来の廃棄物識別方法を説明する図。

【図７】図６の方法により得られる反射光強度と反射光
波長との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１１…ベルトコンベア １２…廃棄物 １３…レーザ発振器 １４…レーザ光用レンズ １５…ポリクロメータ １６…マルチチャンネル検出器 １７…コンピュータ １８…発光用レンズ ２１…バンドパスフィルタ ２２…光電変換検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物の表面にレーザ光用レンズを介し
   てレーザ光を照射するレーザ発振器と、 レーザ照射により廃棄物表面から生じた発光を分光させ
   るポリクロメータと、 このポリクロメータによる発光スペクトルを電気信号に
   変換するマルチチャンネル検出器と、 上記レーザ発振器及びマルチチャンネル検出器に夫々電
   気的に接続され、取込んだ発光スペクトルの発光ピーク
   強度比と標準物質を用いて予め取得した発光スペクトル
   のデータとを比較するコンピュータとを具備したことを
   特徴とする廃棄物識別装置。
2. 【請求項２】 廃棄物の表面にレーザ光用レンズを介し
   てレーザ光を照射するレーザ発振器と、 レーザ照射により廃棄物表面から生じた発光を集光する
   レンズと、 このレンズで集光した廃棄物表面からの発光に対し、上
   記廃棄物を構成する各種成分固有の周波数帯域の発光ス
   ペクトルピークのみを透過するバンドパスフィルタと、 このバンドパスフィルタを透過した発光スペクトルピー
   クの有無を検出して電気信号に変換する光電変換検出器
   と、 上記レーザ発振器及び光電変換検出器に夫々電気的に接
   続され、取込んだ発光スペクトルの発光スペクトルピー
   クの強度比と標準物質を用いて予め取得した発光スペク
   トルのデータとを比較するコンピュータとを具備したこ
   とを特徴とする廃棄物識別装置。