CN114850078A - 一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，包括进料输送装置，还包括分选系统；所述分选系统包括激光器、拉曼光谱仪、探测器、旋转扫描棱镜、电脑、若干喷阀及分选料斗；所述激光器、拉曼光谱仪、旋转扫描棱镜均与探测器连接，拉曼光谱仪与电脑连接，所述旋转扫描棱镜设置在履带上方，所述喷阀和分选料斗分别设置在履带的出料端，喷阀与压缩气缸连接，所述压缩气缸控制喷阀启动将履带上的待分选塑料吹至对应的分选料斗中。本发明采用拉曼光谱仪系统作为检测系统，可以识别暗黑色塑料的材质，便于后续进行物料分选，有效的提升塑料判定的准确度。

Description

一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统
技术领域
本发明涉及一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，属于色选机领域。
背景技术
色选机是集光、机、电、算、软、气为一体的设备，并且随着行业的发展及技术的进步，色选机的功能越来越强大，可分选的物料种类越来越多，最基本的功能是实现物料的颜色分选，新一代产品在颜色分选的基础上，又包含材质分选，即一台分选机可同时实现物料颜色和材质分选。
随着塑料在生活中的应用越来越广泛，针对废旧塑料的分选也被提上日程，废旧塑料种类繁杂，常见的7种塑料有PET、HDPE、PVC、LDPE、PP、PS、PC，另外还有EP、PMMA、ABS、PA、PTFE等各种材质的塑料，塑料种类繁多，现有的分选方法包括浮选法、静电分选法、分选机的材质分选法等，其中分选机的材质分选法由于速度快，精度高，不产生废水等特点，越来越多的应用于塑料分选。
不同材质种类的塑料中，有很大一部分是黑色塑料，添加了炭黑或其他黑色着色剂的塑料在NIR光谱区域有很强的吸收性，反射率很低，导致反射率光谱的信噪比不足以提供聚合物的类别信息，黑色塑料对可见光波段和近红外光波段都具有强烈的吸收，因此难以使用普通的分选机进行黑色塑料的材质分选，导致黑色塑料的材质分选一直是业界难题，一般只能把所有材质的黑色塑料当作一大类，不再进行材质的区分。
拉曼光谱是以激光为光源，通过收集样本的拉曼散射信号，来获取物质的光谱指纹信息。在黑色塑料的检测和鉴别中，相对于红外光谱，拉曼光谱有以下显著的优点：拉曼光谱是散射光谱，受到样品对光的吸收影响较小，能够获取多种黑色塑料的光谱信息；塑料的拉曼光谱的谱峰、数量是红外光谱的谱峰个数的数倍，谱峰数量更多。谱峰个数直接关系到基于光谱信息鉴定物质的种类数的上限，准确性和便捷性。通常来说，每增加一个标准峰，可以判定的种类数提升一倍，光谱判定的准确度，提升将近百分之二；相同价位的光谱仪，拉曼光谱的光谱分辨率是红外光谱仪的数倍。相对于红外光谱，拉曼光谱的谱峰更加锐利，谱峰尖锐，可以更加准确的判定谱峰的位置，有效的提升塑料判定的准确度。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统。
为了实现上述目的，本发明采用的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，包括进料输送装置，所述进料输送装置包括入料斗、振动托盘、振动室和履带，所述振动托盘、振动室分别位于入料斗的下方，振动室内设有与振动托盘配合的振动器，振动托盘的另一端设有所述履带，还包括分选系统；
所述分选系统包括激光器、拉曼光谱仪、探测器、旋转扫描棱镜、电脑、若干喷阀及分选料斗；
所述激光器、拉曼光谱仪、旋转扫描棱镜均与探测器连接，拉曼光谱仪与电脑连接，所述旋转扫描棱镜设置在履带上方，所述喷阀和分选料斗分别设置在履带的出料端，喷阀与压缩气缸连接，所述压缩气缸控制喷阀启动将履带上的待分选塑料吹至对应的分选料斗中。
作为改进，所述喷阀包括喷阀一、喷阀二和喷阀三；
所述喷阀一设置在履带出料端的下方，所述喷阀二设置在喷阀一的下方，所述喷阀三设置在履带出料端的右上方。
作为改进，所述分选料斗包括从履带出料端由近至远布置的分选料斗一、分选料斗二、分选料斗三和分选料斗四。
作为改进，所述旋转扫描棱镜的表面镀银或者镀铝膜层。
作为改进，所述旋转扫描棱镜由带有编码器的电机驱动。
作为改进，所述履带的一端设有履带机主动轮，所述履带机主动轮与调速电机连接。
作为改进，所述探测器包括激光发射装置和荧光光谱接收装置。
作为改进，所述进料输送装置、喷阀及分选料斗均安装在机架上。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用拉曼光谱仪系统作为检测系统，可以识别暗黑色塑料的材质，便于后续进行物料分选，塑料的拉曼光谱的谱峰、数量是红外光谱的谱峰个数的数倍，谱峰数量更多意味着越容易区分不同材质的塑料。
2、相较于红外光谱，拉曼光谱的谱峰更加锐利，谱峰尖锐，可以更加准确的判定谱峰的位置，有效的提升塑料判定的准确度。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为本发明中探测器的结构示意图；
图3为本发明的扫描示意图；
图中：1、入料斗，2、振动室，3、机架，4、履带机主动轮，401、调速电机，5、履带，6、激光器，7、拉曼光谱仪，8、探测器，801、激光发射装置，802、荧光光谱接收装置，9、旋转扫描棱镜，10、电脑，11、压缩气缸，12、喷阀一，13、喷阀二，14、喷阀三，15、分选料斗一，16、分选料斗二，17、分选料斗三，18、分选料斗四，19、待分选塑料。
具体实施方式
下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
如图1所示，一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，包括进料输送装置，所述进料输送装置包括入料斗1、振动托盘、振动室2和履带5，所述振动托盘、振动室2分别位于入料斗1的下方，振动室2内设有与振动托盘配合的振动器，振动托盘的另一端设有所述履带5，所述履带5的一端设有履带机主动轮4，所述履带机主动轮4能带动履带5运动，履带机主动轮4与调速电机401连接，由调速电机401控制履带5的传输速度，确保能均匀的输送物料；
还包括分选系统，所述分选系统包括激光器6、拉曼光谱仪7、探测器8、旋转扫描棱镜9、电脑10、若干喷阀及分选料斗；
所述激光器6可发出特定波段的激光光源，具体波段根据待分选塑料19的特征可自行选择；所述拉曼光谱仪7可以分析采集物料的荧光光谱信息，通常是以波数为横坐标，不同材质塑料的荧光光谱信息不一样；
如图2所示，所述探测器8包括激光发射装置801和荧光光谱接收装置802，因此探测器8具有以下两个作用：1、通过激光发射装置801出射激光，发出的激光照射到物体上激发出荧光信息；2、通过荧光光谱接收装置802收集荧光信号，可以收集受激发射荧光物料的荧光光谱信息，并通过光纤传输给拉曼光谱仪7；
所述激光器6、拉曼光谱仪7、旋转扫描棱镜9均与探测器8连接，拉曼光谱仪7与电脑10连接，所述电脑10可以计算拉曼光谱仪7采集到的物料的荧光信号，根据光谱峰谷的相对位置，进而判定是哪种材质的塑料，并根据此时旋转扫描棱镜电机的编码器获取电机的旋转角度信息，通过电机旋转角度和物料位置的一一对应关系，计算出物料的位置，然后给喷阀发出指令，启动哪一个喷阀或启动哪几个喷阀特定位置的喷嘴；
所述旋转扫描棱镜9设置在履带5上方，所述喷阀和分选料斗分别设置在履带5的出料端，喷阀与压缩气缸11连接，所述压缩气缸11控制喷阀启动将履带5上的待分选塑料19吹至对应的分选料斗中。
作为实施例的改进，所述喷阀包括喷阀一12、喷阀二13和喷阀三14；所述喷阀一12设置在履带5出料端的下方，所述喷阀二13设置在喷阀一12的下方，所述喷阀三14设置在履带5出料端的右上方。所述分选料斗包括从履带5出料端由近至远布置的分选料斗一15、分选料斗二16、分选料斗三17和分选料斗四18。传统的分选机只有一组喷阀，即在喷阀一12位置或者喷阀三14位置，本发明在之前的基础上，加装了两组喷阀，且喷阀二13在喷阀一12的下方，喷阀一12和喷阀二13同时吹出压缩空气的话，物体会被吹到更远的料斗中，喷阀三14在物料的右上方，喷阀三14单独吹气时，物体被吹到分选料斗一15中，分选料斗二16表示喷阀不启动时物料流到的料斗，分选料斗三17表示当喷阀一12、喷阀二13只启动一组时，物料流到的料斗，分选料斗四18表示当喷阀一12、喷阀二13均启动时，物料流到的料斗。
作为实施例的改进，如图3所示，所述旋转扫描棱镜9的表面一般镀银或者镀铝膜层，用来提高反射率，旋转扫描棱镜9由电机带动，这里可以使用带有编码器的电机，即可实时获取电机的旋转角度，根据旋转扫描棱镜9的旋转角度信息，以及旋转扫描棱镜9相对履带的空间位置，可以推算探测器8出射的激光经过旋转扫描棱镜9表面反射到履带5上的位置和旋转扫描棱镜9旋转角度的一一对应关系，履带5上的物料被激光器6照亮后，激发的荧光信号被探测器8接收，旋转扫描棱镜9在旋转过程中，激光被扫描镜面反射，激光的光源依次照亮履带5的整个宽度方向，因此履带5的宽度方向上物料的荧光信息依次被拉曼光谱仪7所接收，由于履带5的移动，履带5长度方向上的物料的荧光信息依次被拉曼光谱仪7所接收，因此可以实现拉曼光谱仪7从点扫描到面扫描，图3中展示的是八个面的旋转扫描棱镜9，扫描镜旋转一圈可以扫描履带5宽度方向上八次。
作为实施例的改进，所述进料输送装置、喷阀及分选料斗均安装在机架3上，机架3作为支撑结构，起支撑作用。
黑色待分选塑料19首先进入入料斗1中，通过振动室2内振动器振动，使待分选塑料19均匀落在履带5上，履带5在电机的驱动下匀速移动，带动上面的物料移动，物料经过旋转扫描棱镜9扫描的线区域时，被探测器8中激光发射装置801出射的激光信号所照亮，这里的光源主要是激光器6，物体被激发出荧光信号，荧光信号向空间发射，其中一路被旋转扫描棱镜9的表面反射到荧光光谱接收装置802中，拉曼光谱仪7对此位置处的物料进行图像采集，并把信号传输给电脑10分析，通过后续的算法处理，可以确定此种塑料是哪种材质的，需要流到哪个料斗中，并根据带动扫描棱镜电机的编码器信息，获取扫描棱镜的旋转角度信息，然后推算出此时探测器8出射激光的具体位置，也就是物料位置，当物料流经喷阀(吹嘴)前面时，根据塑料的种类和对应料斗的位置，以及计算的物料在履带5上的位置，三组喷阀中特定位置的喷嘴会选择性的启动，当喷阀启动时，物料会被瞬间喷出的高压气体吹到，然后进入到对应的料斗中，而需要保留的物料经过喷阀前面时，无高压气体吹出，会直接进入成品料斗，根据料斗和喷阀的设置，可以一次性把四种塑料分开，大大提高了物料分选效率。
本发明采用拉曼光谱仪系统作为检测系统，可以识别暗黑色塑料的材质，便于后续进行物料分选，塑料的拉曼光谱的谱峰、数量是红外光谱的谱峰个数的数倍，谱峰数量更多意味着越容易区分不同材质的塑料。相较于红外光谱，拉曼光谱的谱峰更加锐利，谱峰尖锐，可以更加准确的判定谱峰的位置，有效的提升塑料判定的准确度。
本发明通过带有编码器的电机和配套的旋转扫描棱镜的使用，可以方便的根据电机旋转角度信号推算出物料的位置信息，进而实现拉曼系统点扫到面扫的转化。
传统的分选机一般一次性区分两种塑料，效率较为低下，本发明设置多组喷阀组件，可以一次性把四种不同材质的塑料区分开，大大提高物料分选效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，包括进料输送装置，所述进料输送装置包括入料斗(1)、振动托盘、振动室(2)和履带(5)，所述振动托盘、振动室(2)分别位于入料斗(1)的下方，振动室(2)内设有与振动托盘配合的振动器，振动托盘的另一端设有所述履带(5)，其特征在于，还包括分选系统；
所述分选系统包括激光器(6)、拉曼光谱仪(7)、探测器(8)、旋转扫描棱镜(9)、电脑(10)、若干喷阀及分选料斗；
所述激光器(6)、拉曼光谱仪(7)、旋转扫描棱镜(9)均与探测器(8)连接，拉曼光谱仪(7)与电脑(10)连接，所述旋转扫描棱镜(9)设置在履带(5)上方，所述喷阀和分选料斗分别设置在履带(5)的出料端，喷阀与压缩气缸(11)连接，所述压缩气缸(11)控制喷阀启动将履带(5)上的待分选塑料(19)吹至对应的分选料斗中。
2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述喷阀包括喷阀一(12)、喷阀二(13)和喷阀三(14)；
所述喷阀一(12)设置在履带(5)出料端的下方，所述喷阀二(13)设置在喷阀一(12)的下方，所述喷阀三(14)设置在履带(5)出料端的右上方。
3.根据权利要求2所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述分选料斗包括从履带(5)出料端由近至远布置的分选料斗一(15)、分选料斗二(16)、分选料斗三(17)和分选料斗四(18)。
4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述旋转扫描棱镜(9)的表面镀银或者镀铝膜层。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述旋转扫描棱镜(9)由带有编码器的电机驱动。
6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述履带(5)的一端设有履带机主动轮(4)，所述履带机主动轮(4)与调速电机(401)连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述探测器(8)包括激光发射装置(801)和荧光光谱接收装置(802)。
8.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱的暗色塑料材质分选装置系统，其特征在于，所述进料输送装置、喷阀及分选料斗均安装在机架(3)上。
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