DE102017119137A1

DE102017119137A1 - Verfahren zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus Recyclingglas

Info

Publication number: DE102017119137A1
Application number: DE102017119137.2A
Authority: DE
Inventors: Johann Eder
Original assignee: Sesotec GmbH
Current assignee: Sesotec GmbH
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglas-Materialstrom (18), umfassend- wenigstens eine Transportvorrichtung (11, 12, 20) für den Materialstrom (18),- eine Vereinzelungsvorrichtung (12, 14) im Bereich oder vor der Transportvorrichtung (11, 12, 20) zur Erzeugung eines vorzugsweise einlagigen Materialstroms (18),- wenigstens eine optische erste Strahlungsquelle (22) auf einer ersten Seite der Transportvorrichtung (11, 12, 20),- wenigstens einen im Bereich der Transportvorrichtung (11, 12, 20) angeordneten ersten Detektor (26) zum Empfangen der von der Strahlungsquelle durch das Material hindurchgetretenen Strahlung. Erfindungsgemäß wird zur Unterscheidung des Sonderglases von normalem Glas die erste Strahlungsquelle (22) mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2000 nm betrieben, und die durch das Material hindurchgetretene Transmissionsstrahlung wird von dem ersten Detektor (26) erfasst und zum Erhalt eines Transmissionsspektrums spektral ausgewertet, wobei ein Material (16) als Sonderglas erkannt wird, wenn das Transmissionsspektrum in einem definierten Referenzbereich liegt, der vorher materialspezifisch ermittelt worden ist, wobei schließlich das als Sonderglas erkannte Material durch eine Aussonderungsvorrichtung (36) von dem Materialstrom (18) ausgesondert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und Aussonderung, d.h. zur Aussortierung von Sonderglas aus einem Recycling-Materialstrom. In dem Verfahren wird wenigstens eine Transportvorrichtung für den Materialstrom verwendet, welche z.B. eine Rutsche oder ein Förderband sein kann. Vor oder im Bereich der Transportvorrichtung ist eine Vereinzelungsvorrichtung zur Erzeugung eines vorzugsweise einlagigen Materialstroms vorgesehen. Eine derartige Vereinzelungsvorrichtung kann zum Beispiel ein Rüttler oder ein mechanischer Verteiler, wie z.B. Rechen sein, der dazu führt, dass sich die Glasscherben gleichmäßig über die Transportvorrichtung, zum Beispiel ein Förderband, verteilen. Ein einlagiger Materialstrom ist vorteilhaft, weil dies die Erkennung des Materials jedes einzelnen Scherbens und damit ein besseres Sortierergebnis erlaubt. Weiterhin wird in dem Verfahren wenigstens eine Strahlungsquelle auf einer ersten Seite der Transportvorrichtung verwendet, in der Regel auf der Oberseite.
Weiterhin verwendet das Verfahren wenigstens eine im Bereich der Transportvorrichtung angeordnete Strahlungsquelle und wenigstens einen im Bereich der Transportvorrichtung angeordneten Detektor zum Empfangen der von der Strahlungsquelle durch das Material hindurchgetretenen Strahlung. Der Detektor ist bei einem Bandförderer in der Regel auf der gleichen Seite wie die Strahlungsquelle angeordnet, in welchem Fall die an der Rückseite eines Glasscherbens reflektierte Strahlung ausgewertet wird, die dann zweimal durch die Dicke des Glasscherbens hindurchgetreten ist. Die Strahlungsquelle und der Detektor sind dann leicht einander zugewandt, so dass die reflektierten Strahlen in den Detektor eintreten. Die Reflexion erfolgt dann an der Rückseite des Scherbens und/oder an dem Förderer selbst, z.B. einem reflektierenden Förderband. Der Detektor kann in seltenen Fällen auf der gegenüberliegenden Seite, das heißt in der Regel der Unterseite der Transportvorrichtung, angeordnet sein, in welchem Fall die Transportvorrichtung allerdings transparent sein muss.
Die Transportvorrichtung kann auch einfach eine Rutsche sein. Die Anordnung im Bereich der Rutsche bedeutet dann vorzugsweise, dass die Strahlungsquelle und der Sensor hinter der Rutsche an einer Freifallstrecke angeordnet sein können, dort allerdings dann vorzugsweise an den gegenüberliegenden Seiten der Freifallstrecke. In allen Fällen wird die durch den Glasscherben hindurchgetretene Strahlung, d.h. Transmissionsstrahlung, erfasst und ausgewertet. Das unerwünschte Glasmaterial, wie z.B. Sondergläser, wie Bleiglas, hitzebeständiges Glas, Glaskeramik, wird über eine Aussonderungsvorrichtung, z.B. Ausblasdüsen, ausgesondert.
Zur Detektion von Sonderglas schlägt zum Beispiel die EP 1 752 228 vor, die materialspezifische Absorptionskante des Glases im UV-Bereich zu erfassen und auszuwerten. Das Umgehen mit UV-Strahlung vor allem im härteren Bereich erfordert jedoch eine gute Abdeckung des gesamten Detektionsbereichs aus gesundheitlichen Gründen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Detektion mit Aussonderung von Sonderglas zu schaffen, welches leicht zu realisieren ist und gesundheitlich unbedenklich ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 8 charakterisiert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in der Beschreibung und in den Zeichnungen beschrieben.
In dem vorab genannten gattungsgemäßen Verfahren wird zur Unterscheidung des Sonderglases von normalem Glas, das heißt üblichem Kalk-Natron-Glas in den Farben transparent (Weißglas), grün und braun, die Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2000 nm, das heißt im Infrarotbereich, betrieben. Die durch das Material hindurchgetretene Transmissionsstrahlung wird von dem Detektor erfasst und spektral ausgewertet, das heißt, es wird die Intensität der Transmissionsstrahlung über die Wellenlänge erfasst. Erfindungsgemäß wird ein Material dann als Sonderglas betrachtet, wenn das Spektrum der transmittierten Strahlung in einem definierten Referenzbereich liegt, der vorher materialspezifisch ermittelt worden ist.
Die Erfindung vergleicht somit das von dem Detektor erfasste Transmissionsspektrum mit gespeicherten materialspezifischen Referenzspektren und erlaubt damit eine Aussage über das vorliegende Material. Es werden vorher für jedes Material (Bleiglas, Glaskeramik, Borosilikatglas etc.) die materialspezifische Referenzspektren ermittelt, welche dann für die Auswertung im Betrieb den Referenzbereich definieren. Die Ermittlung der Referenzspektren kann z.B. im Labor oder in Referenzanlagen erfolgen. Wird ein Material als Sonderglas erkannt, wird durch eine Auswerteeinrichtung in Verbindung mit der Steuerung der Anlage eine der Transportvorrichtung nachgeordnete Aussonderungsvorrichtung betätigt, um den entsprechenden Scherben aus den Normalglasscherben auszusondern, zum Beispiel eine Ausblasdüse. Auf diese Weise kann eine effektive Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglasstrom erzielt werden, so dass am Ende das Sonderglas und das Normalglas, das heißt übliches Kalk-Natron-Glas, voneinander getrennt werden können.
Es ist, wie oben bereits angedeutet, nicht notwendig, dass das Spektrum über einen zusammenhängenden Bereich ermittelt wird, sondern es ist ausreichend, dass die Intensität des Transmissionslichtes im IR-Bereich über voneinander beabstandete Stützpunkte ermittelt wird, woraus sich ebenfalls der materialspezifische Verlauf im Detektionsbereich zwischen 1000 und 2000 nm oder in einem darin enthaltenen kleineren Wellenlängenbereich erkennen lässt.
Als erste Strahlungsquelle kann zum Beispiel eine Infrarothalogenlampe verwendet werden, die eine gute Emissionsintensität und einen angemessenen Spektralbereich im IR aufweist.
Das Problem bei Sonderglas besteht darin, dass dieses entweder gesundheitsschädliche Schwermetalloxide und/oder ein Schmelzverhalten aufweist, welches beim Wiederaufschmelzen des Recyclingglases z.B. aufgrund höherer Schmelztemperatur zu Inkonsistenzen in der Schmelze führen würde. Es ist daher beabsichtigt, Sonderglas, unabhängig davon, ob es sich um hitzeresistentes Glas, Bleiglas, Laborglas oder Glaskeramik handelt, möglichst vollständig aus dem Normalglas-Materialstrom zu entfernen, so dass das Recyclingglas problemlos zur Produktion von normalem Kalk-Natron-Glas verwendet werden kann.
Bei der Auswertung des vom Detektor erfassten Transmissionsspektrums können vorzugsweise relevante Materialdaten erfasst werden, wie zum Beispiel die Steigung eines linearen Spektralbereichs, das heißt die Abnahme oder Zunahme der Intensität über die Wellenlänge. Minima und Maxima im Spektrum können sowohl mit ihrer charakteristischen Peakwellenlänge als auch mit ihrer Intensität erfasst werden. Durch die Erfassung dieser materialspezifischen Kenngrößen im IR-Bereich ist es sehr wirkungsvoll möglich, Normalglas von den oben beschriebenen Sondergläsern zu unterscheiden. Neue Transmissionsspektren für neue Sondergläser könnten in einem Lernprozess an jeder derartigen Maschine nachtrainiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird deshalb die Steigung der Intensität über die Wellenlänge ausgewertet, wobei zum Beispiel die Steigung von hitzeresistenten Gläsern (siehe 2) in einem Wellenlängenbereich zwischen 1400 und 1600 nm negativ ist, während die von Normalglas in diesem Bereich positiv ist. Auf diese Weise können bestimmte hitzeresistente Gläser sehr leicht von Normalgläsern unterschieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden Maxima und/oder Minima im Transmissionsspektrum ausgewertet, und ein Glas wird dann als Sonderglas betrachtet, wenn das Minimum/Maximum in einem materialspezifischen Referenzwellenlängenbereich liegt und/oder wenn die Höhe des Maximums oder Minimums in einem Referenzbereich liegt bzw. einen Referenzwert überschreitet. Auf diese Weise lassen sich bestimmte Sondergläser sehr leicht von Normalgläsern unterscheiden. So weist zum Beispiel Pyrex in einem Wellenlängenbereich von etwa 1400 nm ein deutliches Minimum auf, welches zusätzlich eine recht hohe Intensität aufweist. Ein derartiges Minimum weisen Normalgläser nicht oder zumindest bei weitem nicht mit dieser Intensität auf. Es kann somit Pyrex von Sonderglas dadurch unterschieden werden, dass zum einen die Wellenlänge des Peaks als auch die Intensität erfasst und mit den materialspezifischen Spektren der unterschiedlichen Glassorten verglichen werden. Wenn das erfasste Transmissionsspektrum in dem Referenzbereich eines bestimmten Materials liegt, wird der Scherben als Sonderglas ausgesondert. Zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Auswertung können alle oder eine Teilmenge der Stützpunkte im gemessenen Spektralverlauf auch gemeinsam durch geeignete mathematische Analysemethoden bewertet werden wie z.B. multivariate Verfahren, Principal Component Regression, Partial Least Square Regression, etc..
Vorzugsweise wird in dem Transmissionsspektrum der spektrale Bereich von 1300 bis 1700 nm, insbesondere von 1350 nm bis 1650 nm, ausgewertet. In diesem Bereich sind bei einer Vielzahl von Materialien die spektralen Verläufe weitgehend linear oder weisen deutliche Maxima und Minima aus, so dass dieser Bereich sehr gut dazu geeignet ist, unterschiedliche Materialsorten, insbesondere Sondergläser von Normalgläsern, zu unterscheiden.
Vorzugsweise werden die im obigen IR-Wellenlängenbereich ermittelten Intensitätswerte derart normiert, dass die gemessenen größten Intensitätsunterschiede auf 100% Intensität normiert werden. Dies führt zu einer Verstärkung von Steigungen und Maxima/Minima im Erfassungsbereich und somit zu einer besseren Auswertbarkeit der ermittelten spektralen Verläufe.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die oben beschriebene Erkennung und Aussonderung des Sonderglases mit einem RGB-Farberkennungsverfahren zur Erfassung von farbigem, das heißt braunem und grünem, als auch transparentem Normalglas kombiniert. Hierbei wird wenigstens eine zweite Strahlungsquelle, vorzugsweise drei zweite Strahlungsquellen für unterschiedliche Wellenlängen im VIS-Bereich, vorzugsweise von LEDs, eingesetzt und wenigstens ein zweiter Detektor wird für die Detektion der von den zweiten Strahlungsquellen im VIS-Bereich abgegebenen Strahlung verwendet. Dies kann eine Kamera sein, die zum Beispiel über den ganzen VIS-Bereich empfänglich ist und somit geeignet ist, die Transmissionsstrahlung von unterschiedlichen zweiten Strahlungsquellen, zum Beispiel von drei in unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlenden LEDs, auszuwerten.
Vorzugsweise werden hierbei die mehreren zweiten Strahlungsquellen alternierend im Pulsbetrieb eingesetzt, so dass der zweite Detektor keine spektrale Auflösung braucht, weil die Werte von den mehreren zweiten Strahlungsquellen, die in den unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlen, sukzessive erfasst und ausgewertet werden können. Dies reduziert den Hardwareaufwand für die herkömmliche Farberkennung von Sonderglas. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass ein derartiges Verfahren zusammen mit der Sonderglaserkennung im IR- bzw. NIR-Bereich kombiniert werden kann, ohne dass sich diese Verfahren gegenseitig beeinflussen. Die Kombination von einer herkömmlichen RGB-Farberkennung mit der erfindungsgemäßen IR-Sonderglaserkennung ist damit besonders vorteilhaft und kann in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden, wobei sich dann die unterschiedlichen Strahlungsquellen und Detektoren nicht gegenseitig beeinflussen.
Wenn vorzugsweise die Beleuchtungsbereiche für die erste Strahlungsquelle und die zweite Strahlungsquelle voneinander beabstandet angeordnet werden, können die Beleuchtungsintensitäten der Strahlungsquellen optimal eingestellt werden, was eine Optimierung des herkömmlichen RGB-Farberkennungsverfahrens und des IR-Sonderglaserkennungsverfahrens bei einer integrierten Anordnung in einem Gehäuse ermöglicht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglas-Materialstrom. Die Vorrichtung umfasst eine Transportvorrichtung für den Materialstrom, wie zum Beispiel eine Rutsche oder ein Förderband, eine Vereinzelungsvorrichtung im Bereich oder vor der Transportvorrichtung zur Erzeugung eines einlagigen Materialstroms. Diese Vereinzelungsvorrichtung kann beispielsweise ein Rüttler oder ein Rechen oder eine Verteilungsbürste oder dergleichen sein. Weiterhin weist die Vorrichtung wenigstens eine erste optische Strahlungsquelle auf, die auf einer ersten Seite der Transportvorrichtung angeordnet ist, vorzugsweise auf der Oberseite. Die Vorrichtung weist darüber hinaus wenigstens einen im Bereich der Transportvorrichtung angeordneten Detektor auf zum Empfangen der von der Strahlungsquelle emittierten und durch den Materialstrom hindurchgetretenen Strahlung. Schließlich enthält die Vorrichtung eine Aussonderungsvorrichtung zum Entfernen des detektierten Sonderglases aus dem Materialstrom, welche zum Beispiel durch eine Ausblasvorrichtung mit Ausblasdüsen realisiert sein kann. Erfindungsgemäß ist die erste Strahlungsquelle zur Detektion von Sonderglas konzipiert, in einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2000 nm zu emittieren, wobei die Strahlung so gerichtet ist, dass sie den Materialstrom wenigstens teilweise durchsetzt und dann auf den Detektor gelangt. Weiterhin ist erfindungsgemäß der erste Detektor spektral auflösend ausgebildet, das heißt, er ist in der Lage, in dem Transmissionslicht die Intensität der detektierten Strahlung über die Wellenlänge aufgelöst zu erfassen. Weiterhin hat der erste Detektor einen Detektionsbereich zwischen 1000 und 2000 nm, das heißt im IR-Bereich. Auf diese Weise ist der erste Detektor in der Lage, ein Transmissionsspektrum der von der ersten Strahlungsquelle emittierten und durch den Materialstrom hindurchgetretenen Strahlung zu erfassen. Es ist hierbei nicht notwendig, dass die spektrale Auflösung über einen zusammenhängenden Bereich vorliegt. Die spektrale Auflösung kann auch realisiert werden, indem mehrere einzelne Messunkten bei unterschiedlichen Wellenlängen mit den zugehörigen Intensitätswerten erfasst werden, so dass auch ein Transmissionsspektrum aus mehreren Intensitätswerten bei unterschiedlichen Wellenlängen erhalten werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält weiterhin eine Auswerteeinheit, die konzipiert ist, das erhaltene Transmissionsspektrum mit wenigstens einem materialspezifischen Referenzbereich zu vergleichen, um zu bewerten, ob sich in dem Materialstrom ein Sonderglas mit einem entsprechenden Transmissionsspektrum befindet. Die Auswerteeinheit ist dann in der Lage, in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Aussonderungssignal zu erzeugen, um die Aussonderungsvorrichtung, zum Beispiel Ausblasvorrichtung, anzusteuern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung setzt somit das bereits eingangs beschriebene Verfahren in optimaler Weise um.
Da die Transportvorrichtung bewegt ist und oft die Erkennung des Glases zeitlich separiert erfolgt von der Aussonderung, ist eine Steuerung der Vorrichtung vorhanden, die in der Lage ist, die als Sonderglas erkannten Materialstücke in ihrer Position auf der Transportvorrichtung abzuspeichern, wobei eine Berechnungseinheit der Steuerung in der Lage ist, die Aussonderungsvorrichtung genau zu dem Zeitpunkt anzusteuern, an welchem sich das als Sonderglas erkannte Materialstück auf der Transportvorrichtung so weit fortbewegt hat, dass es in den Aussonderungsbereich gelangt, wo normales Glas von Sonderglas separiert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Auswerteeinheit ein Ableitungsmodul, welches konzipiert ist, über das erhaltene Transmissionsspektrum oder einen darin enthaltenen kleineren Wellenlängenbereich die Ableitung der Intensität über die Wellenlänge zu bilden und diesen Wert mit einem Referenzbereich zur Erzeugung des Aussonderungssignals zu vergleichen. Der Referenzbereich umfasst in der Regel einen Bereich, in welchem eine Streuung berücksichtigt ist, die dadurch auftreten kann, dass das Material unterschiedlich dick ist, dass die Oberfläche unterschiedlich reflektierend ist, eventuell verschmutzt ist und dergleichen. Der Referenzbereich umfasst in der Regel einen Minimalwert und Maximalwert. Wenn zum Beispiel HR-Glas einen Ableitungswert von -1 aufweist, so kann der Referenzbereich zwischen -0,8 und -1,1 liegen.
Weiterhin kann die Auswerteeinheit ein Extremwertmodul aufweisen, welches konzipiert ist, im erhaltenen Transmissionsspektrum oder einem darin enthaltenen kleineren Wellenlängenbereich wenigstens ein Maximum und/oder Minimum der Intensität mit zugeordneter Wellenlänge zu bestimmen und diesen Wert mit wenigstens einem Referenzbereich zur Erzeugung des Aussonderungssignals zu vergleichen. Auf diese Weise können leicht Sondergläser detektiert werden, die in dem erfassten Infrarotbereich zwischen 1000 und 2000 nm Minima und/oder Maxima aufweisen.
Vorzugsweise ist das Extremwertmodul auch dazu konzipiert ist, die Intensität des Maximums und/oder Minimums zu bestimmen und für die Generierung des Aussonderungssignals mit wenigstens einem materialspezifischen Referenzbereich oder Referenzwert zu vergleichen. Auf diese Weise wird nicht nur die Wellenlänge bei dem erkannten Maximum und/oder Minimum berücksichtigt, sondern auch die Intensität des Maximums und Minimums. So weisen zum Beispiel die meisten Materialien keine strikt linearen Verläufe auf, sondern es sind immer leichte Maxima und Minima in den Transmissionsspektren enthalten. Die auszusondernden Sondergläser wie zum Beispiel Pyrex weisen jedoch z.B. ein ganz deutliches Minimum bei 1400 nm auf, welches erheblich viel stärker ist als ein leichtes Minimum von Normalglas bei einer leicht größeren Wellenlänge (2). Deshalb ist es sehr vorteilhaft ist, auch die Intensität des Maximums bzw. Minimums zur Detektion des Glases zu verwenden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Vorrichtung wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle im VIS-Bereich und wenigstens einen zweiten optischen Detektor im VIS-Bereich, die konzipiert sind, eine Farbglaserkennung im sichtbaren RGB-Bereich durchzuführen, wobei die Auswerteeinheit der Vorrichtung konzipiert ist, die Signale des ersten als auch des zweiten Detektors auszuwerten. Hier wird in vorteilhafter Weise eine Kombination der Sonderglasdetektierung mit einer ganz normalen Farbglasdetektierung durchgeführt. Die zweite optische Strahlungsquelle kann auch in Form von mehreren separaten zweiten Strahlungsquellen, zum Beispiel in Form von drei LEDs, realisiert sein, die bei unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlen, um auf diese Weise wirkungsvoll transparentes Glas, grünes Glas und braunes Normalglas zu unterscheiden. Dadurch, dass die Auswerteeinheit die Signale des ersten als auch des zweiten Detektors auswertet, wird die gesamte Anlage kompakter, und ist in der Lage, eine komplette Recyclingglassortierung zur Unterscheidung unterschiedlich farbiger Normalgläser als auch von Sonderglas durchzuführen. Weiterhin kann aufgrund der Tatsache, dass die IR-Sonderglaserkennung den zweiten VIS-Detektor kaum beeinflusst, eine gemeinsame Erkennung von Normalglas mit Farbsortierung und Sonderglaserkennung in einem Gehäuse mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit durchgeführt werden, ohne dass sich die durch die Detektoren erhaltenen Werte von den jeweils anderen Strahlungsquellen beeinflusst werden.
Es ist daher prinzipiell möglich, die Bestrahlungsbereiche der beiden Strahlungsquellen, das heißt der ersten und zweiten Strahlungsquelle, zu überlagern. Vorzugsweise werden jedoch die Bestrahlungsbereiche der ersten und zweiten Strahlungsquelle in der Transportvorrichtung aufeinanderfolgend angeordnet, zum Beispiel durch einen Abstand von wenigen Zentimetern, zum Beispiel zwischen 3 und 10 cm. Auf diese Weise können die Intensitäten der Strahlungsquellen optimal für die unterschiedlichen Erkennungsverfahren eingestellt werden.
Vorzugsweise enthält die zweite Strahlungsquelle eine Strahlungsquelle, die weißes Licht über einen größeren VIS-Wellenlängenbereich emittiert, oder drei , z. B. sukzessive pulsweise betriebene LEDs im RGB-Spektrum, zum Beispiel eine blaue LED mit 450 nm, eine grüne LED mit 523 nm und eine rote LED mit 623 nm Wellenlänge. Wenn als zweiter Detektor eine einzige Kamera für diese unterschiedlichen LEDs verwendet wird, ist es vorteilhaft, die LEDs pulsweise sukzessive zu betreiben, was es ermöglicht, eine Kamera ohne spektrale Auflösung zu verwenden. Durch die alternierende pulsweise Betätigung der unterschiedlichen LEDs ist es möglich, die erhaltenen Transmissionswerte den einzelnen LEDs und daher den entsprechenden Wellenlängen zuzuordnen. Dies verringert den Hardwareaufwand und stellt andererseits eine zuverlässige Trennung der unterschiedlichen Farben von Normalglas sicher. Eine weiße Strahlungsquelle kann auch mit zugehörigen Farbfiltern zur Detektion unterschiedlich farbiger Gläser verwendet werden.
Wie bereits ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn die erste und zweite Strahlungsquelle und vorzugsweise auch der erste und zweite Detektor unter einem gemeinsamen strahlungsabschirmenden Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise ist die gesamte Anlage mit Normalglasfarberkennung als auch Sonderglaserkennung kompakt und betriebssicher integriert, wobei durch die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche der ersten und zweiten Strahlungsquelle bzw. des ersten und zweiten Detektors sichergestellt ist, dass sich die beiden unterschiedlichen Verfahren nicht gegenseitig beeinflussen, sondern im Gegenteil, dass sogar eine gemeinsame Auswerteeinrichtung für die beiden Vorrichtungsteile der Gesamtanlage verwendet werden können. In diesem Fall sollte dann eine herkömmliche Farberkennungstechnik ohne Pulsbetrieb der VIS Strahlungsquelle(n) verwendet werden. Denn beim Pulsbetrieb bzw. Flashtechnik zur Farberkennung im VIS Bereich ist es schwierig, am gleichen Ort zu messen an dem die erfindungsgemäße NIR Messung erfolgt. Denn die Strahlungsquelle, z.B. das Halogenlicht, das gewöhnlich für die NIR Technik eingesetzt wird, liefert auch einen sehr großen Energieanteil im VIS Wellenlängenbereich, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung stattfindet. Dadurch werden die von der Pulstechnik sequentiell erzeugten Wellenlängen so stark überlagert, dass sie praktisch unbrauchbar werden. Bei einer Kombination VIS/NIR, z.B. in einem Gehäuse wird daher vorzugsweise ein klassisches Verfahren zur Farberkennung - d.h. ein Verfahren vorzugsweise mit mindestens einer kontinuierlich strahlenden weißen oder drei kontinuierlich strahlenden Strahlungsquellen in den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen RGB - eingesetzt, so dass am gleichen Ort gemessen werden kann. Bei Einsatz einer Pulstechnik muss an zwei Orten gemessen werden, wobei ein Abstand der Bestrahlungs- bzw. Beleuchtungsbereiche von 5cm bis 10cm in Bewegungsrichtung des Materials ausreicht, um eine gegenseitige Beeinflussung von NIR und VIS auf ein gut zu handhabendes Maß zu reduzieren.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die oben beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. In gleicher Weise ist die oben beschriebene Vorrichtung in der Lage, alle oben beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, während das oben beschriebene Verfahren in der Lage ist, in Verbindung mit allen Vorrichtungsvarianten angewandt zu werden, die oben beschrieben sind.
Die Bezeichnung Pyrex® steht für ein herkömmliches Borosilikatglas.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Sonderglassortierung als auch Normalfarbglassortierung, und
2 ein Transmissionsspektrum mit hitzeresistenten Gläsern, Borosilikat-Gläsern, Bleiglas und Normalgläsern.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung 10 zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglas-Materialstrom. Diese Vorrichtung ist somit in der Lage, Sonderglas, wie zum Beispiel Bleiglas, hitzeresistentes Glas, Glaskeramik, Borosilikatgläser, Gläser mit Schwermetalloxiden, von normalem Kalk-Natron-Glas zu sortieren als auch innerhalb des normalen Kalk-Natron-Glases eine Sortierung nach den Farben Weiß (transparent), grün und braun vorzunehmen. Die Vorrichtung 10 enthält als Aufgabeeinrichtung eine Vibrationsförderrinne 11 mit einem Rüttler 14, um die Materialstücke 16, d.h. Recyclingglasstücke, auf der nachfolgenden Zufuhrvorrichtung (Rutsche) 12 zu einem möglichst einlagigen Materialstroms 18 zu vereinzeln. Die Rutsche 12 mündet in einen nachgeordneten Bandförderer 20. Über dem Bandförderer 20 ist eine erste IR-Strahlungsquelle 22 angeordnet, die Infrarotstrahlung im Bereich von 1000 bis 2000 nm emittiert. In Förderrichtung hinter der ersten Strahlungsquelle 22 ist eine zweite Strahlungsquelle 24 angeordnet, die drei LEDs aufweist, die bei unterschiedlichen Wellenlängen, zum Beispiel rot, grün, blau, wie oben ausgeführt, und vorzugsweise kontinuierlich betrieben werden.
Beide Strahlungsquellen 22, 24 sind oberhalb des Bandförderers 20 angeordnet. Zwischen den Strahlungsquellen 22, 24 sind zwei Detektoren 26, 28, nämlich ein IR-Detektor 26 und ein VIS-Detektor 28 angeordnet. Der IR-Detektor ist spektral auflösend, wobei er in der Lage ist, entweder die Intensität über einen breiteren Wellenlängenbereich zwischen 1000 und 2000 nm zu erfassen oder an diskreten voneinander beabstandeten Wellenlängenpunkten die zugeordnete Intensität zu erfassen. Der zweite VIS-Detektor 28 in Form einer Kamera 28 ausgebildet, die vorzugsweise spektral nicht auflösend ist. Der erste Bestrahlungsbereich 30 zwischen der ersten Strahlungsquelle 22 und dem ersten Detektor 26 liegt relativ zur Förderrichtung des Bandförderers 20 ein wenig vor dem zweiten Bestrahlungsbereich 32 zwischen der zweiten Strahlungsquelle 24 und dem zweiten Detektor 28, z.B. 5 cm. Die beiden Detektoren 26, 28 sind auf der gleichen Seite wie die Strahlungsquellen 22, 24 angeordnet sein, d.h. oberhalb des Bandförderers 20. Die Detektoren 26, 28 empfangen daher Strahlung, die an der Rückwand der Materialstücke 16 oder am Förderband reflektiert wurde und somit regelmäßig zweimal die Scherbendicke durchlaufen hat. Durch den Abstand der beiden Bestrahlungsbereiche 30, 32 ist auch einen Einsatz von alternierend pulsweise betriebenen VIS-Strahlungsquellen (Flash-Technik) möglich.
Die Ausgangssignale der beiden Detektoren 26, 28 werden einer Auswerteeinheit 34 zugeführt, welche zum einen über das erhaltene Transmissionsspektrum des ersten Detektors 26 evaluiert, ob ein Sonderglas vorliegt oder nicht. Ist dies der Fall, so wird durch die Auswerteeinheit 34 eine Ausblasdüse 36 angesteuert, die das als Sonderglas erkannte Materialstück in einem Ausblasbereich 42 von einem ersten Normalglasbehälter 38 wegbläst in den Sammelbereich eines Sonderglasbehälters 40, sobald das Materialstück 16 den Weg zwischen dem ersten Bestrahlungsbereich 30 und dem Ausblasbereich 42, in welcher die Ausblasdüse 36 angeordnet ist, zurückgelegt hat. Die beschriebene Vorrichtung zur Detektion und Aussonderung bzw. Sortierung von Sonderglas und Normalglas ist damit sehr wirkungsvoll in der Lage, zum einen normales Kalk-Natron-Glas von Sonderglas zu unterscheiden, als auch Normalglas in die unterschiedlichen Glasfraktionen weiß, grün und braun bzw. weiß und grün einerseits und braun andererseits zu sortieren. 2 zeigt ein normiertes Transmissionsspektrum zwischen 1327 und 1900 nm, das heißt im IR-Bereich, welches durch den ersten Detektor 26 erhalten werden könnte. Es sind die Transmissionsspektren von mehreren Gläsern dargestellt, nämlich von Normalglas 1, Normalglas 2 NG1, NG2, von hitzeresistentem Glas 1 und hitzeresistentem Glas 2 HR1, HR2, von Bleiglas BG als auch von Pyrex PR und Borosilikatglas BR, wobei Pyrex® ein bekannte Sonderform eines Borosilikatglases, die von der Fa. Corning vertrieben wurde. Eine einfache Möglichkeit, hitzeresistentes Glas HR von Normalglas NG, Borosilikatglas PR, BR und Bleiglas BG zu unterscheiden, besteht darin, dass man an dem weitgehend linearen Verlauf zwischen den hitzeresistenten und Normalgläsern zwischen etwa 1400 nm und 1600 nm eine Tangente anlegt und die Steigung der Tangente, das heißt die Ableitung der Intensität über die Wellenlänge, erfasst als d_HR (Steigung des HR-Glas-Spektrums), d_BG (Steigung des BG-Spektrums) und d_NG (Steigung des Normalglas-Spektrums). Hierbei ist sofort ersichtlich, dass die Steigung bei hitzeresistentem Glas d_HR deutlich negativ ist, während die Steigung bei Normalglas d_NG deutlich positiv ist und bei Bleiglas in etwa 0 beträgt. Auf diese Weise lassen sich durch die Auswertung der Steigung der linearen Verläufe in den Bereichen zwischen 1400 und 1600 nm auf sehr einfache Weise Normalglas von Bleiglas und hitzeresistenten Gläsern unterscheiden. Die Normierung erfolgt, indem die höchsten gemessenen Intensitätsunterschiede auf 100% Intensität gesetzt werden. Dies führt zu steileren Kurvenverläufen und zu einer Verstärkung der Maxima und Minima.
Andererseits hat Pyrex als auch Borosilikatglas in diesem Bereich eine zu Normalglas weitgehend identische Steigung, so dass auf diese Weise die Unterscheidung zwischen Normalglas und Borosilikatglas bzw. Pyrex schwierig ist. Borosilikatglas bzw. Pyrex hat jedoch im Wellenlängenbereich bei 1400 nm ein deutliches Minimum bei einer Wellenlänge λ_PR,BR mit einer sehr hohen Intensität I_PR,BR. Dieses Minimum und die zugeordnete hohe Intensität weisen somit einen Glasscherben unverkennbar als Borosilikatglas bzw. Pyrexglas aus, der entsprechend auszusondern ist. Die Referenzbereiche für die Aussonderung der entsprechenden Gläser können natürlich vorher in Labortests oder Referenzanlagen bestimmt werden und Kunden als Startersets für die Ausrüstung von ausgelieferten Sortieranlagen für Recyclingglas mit an die Hand gegeben werden. Die Sondergläser Borosilikatglas, Pyrex-Glas, Bleiglas und hitzeresistentes Glas in 2 sind nur beispielsweise genannt. Es können auch beliebige andere Sondergläser durch das erfindungsgemäße Verfahren erkannt und ausgesondert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche beliebig variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Recyclingglas-Sortiervorrichtung
11: Vibrationsförderrinne
12: Zufuhrvorrichtung - Rutsche
14: Rüttler - Vibrationseinrichtung an der Vibrationsförderrinne
16: Materialstücke - Glasscherben
18: Materialstrom
20: Transportvorrichtung - Bandförderer z.B. mit reflektierendem Förderband
22: erste Strahlungsquelle - IR-Halogenleuchte
24: zweite Strahlungsquelle - drei LEDs in kontinuierlichem Betrieb
26: erster Detektor- spektral auflösender IR-Detektor
28: zweiter Detektor - kontinuierlich betriebene VIS-Kamera
30: erster Bestrahlungsbereich
32: zweiter Bestrahlungsbereich
34: Auswerteeinheit
35: Aussonderungsvorrichtung - Ausblasdüsen
38: Behälter für Normalglas, evtl. getrennt Weiß - Grün - Braun
40: Behälter für Sonderglas
42: Ausblasbereich
44: Prallblech zum Führen der ausgeblasenen Sonderglasstücke in den Sonderglasbehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1752228 [0004]

Claims

Verfahren zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglas-Materialstrom (18), umfassend - wenigstens ein Transportvorrichtung (11, 12, 20) für den Materialstrom (18), - eine Vereinzelungsvorrichtung (12, 14) im Bereich oder vor der Transportvorrichtung (11, 12, 20) zur Erzeugung eines vorzugsweise einlagigen Materialstroms (18), - wenigstens eine optische erste Strahlungsquelle (22) im Bereich einer Transportvorrichtung (11, 12, 20), - wenigstens einen im Bereich der Transportvorrichtung (11, 12, 20) angeordneten ersten Detektor (26) zum Empfangen der von der Strahlungsquelle durch das Material hindurchgetretenen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung des Sonderglases von normalem Glas die erste Strahlungsquelle (22) mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2000 nm betrieben wird, und dass die durch das Material hindurchgetretene Transmissionsstrahlung von dem ersten Detektor (26) erfasst und zum Erhalt eines Transmissionsspektrums spektral ausgewertet wird, wobei ein Material (16) als Sonderglas erkannt wird, wenn das erhaltene Transmissionsspektrum in einem definierten Referenzbereich liegt, der vorher materialspezifisch ermittelt worden ist, und dass als Sonderglas erkannte Material durch eine Aussonderungsvorrichtung (36) von dem Materialstrom (18) ausgesondert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Transmissionsspektrum die Steigung (d_NG, d_HR, d_BG) der Intensität über die Wellenlänge ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Transmissionsspektrum Maxima und/oder Minima (λ_PR,BR) ausgewertet werden, und dass ein Glas als Sonderglas erkannt wird, wenn das Minimum/Maximum in einem materialspezifischen Referenzwellenlängenbereich liegt und/oder die Höhe (I_PR,BR) des Maximums/Minimums einen Referenzwert überschreitet oder in einem Referenzbereich liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Transmissionsspektrum über den spektralen Bereich von 1300 bis 1700 nm, insbesondere von 1350 nm bis 1650 nm ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Erkennung des Sonderglases mit einem RGB-Farberkennungsverfahren zur Erfassung von farbigen und transparentem Normalglas kombiniert wird, in welcher wenigstens eine zweite Strahlungsquelle (24), vorzugsweise eine weiße Strahlungsquelle mit einem breiteren emittierten Wellenlängenspektrum im VIS-Bereich oder drei zweite Strahlungsquellen (24) für den RGB-Bereich verwendet werden, die an unterschiedlichen Punkten im VIS-Bereich abstrahlen, und dass wenigstens ein, vorzugsweise ein einziger zweiter Detektor (28) für den VIS-Bereich verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei zweite Strahlungsquellen (24) für den RGB-Bereich alternierend pulsierend betrieben werden, und dass die Beleuchtungsbereiche (30, 32) für die erste Strahlungsquelle (22) und die zweite Strahlungsquelle (24) voneinander beabstandet angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Strahlungsquellen (24) für den VIS-Bereich kontinuierlich betrieben wird, und dass die Beleuchtungsbereiche (30, 32) für die erste Strahlungsquelle (22) und die zweite Strahlungsquelle (24) übereinstimmen.
Vorrichtung zur Detektion und Aussonderung von Sonderglas aus einem Recyclingglas-Materialstrom (18), umfassend - wenigstens eine Transportvorrichtung (11, 12, 20) für den Materialstrom (18), - eine Vereinzelungsvorrichtung (12, 14) im Bereich oder vor der Transportvorrichtung (11, 12, 20) zur Erzeugung eines vorzugsweise einlagigen Materialstroms (18), - wenigstens eine im Bereich der Transportvorrichtung (11, 12, 20) angeordnete optische erste Strahlungsquelle (22), - wenigstens einen im Bereich der Transportvorrichtung (11, 12, 20) angeordneten ersten Detektor (26) zum Empfangen der von der ersten Strahlungsquelle (22) emittierten und durch den Materialstrom (18) hindurchgetretenen Strahlung, eine Aussonderungsvorrichtung (36) zum Entfernen des detektierten Sonderglases aus dem Materialstrom (18), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (22) konzipiert ist, Strahlung mit einer Wellenlänge von 1000 nm bis 2000 nm zu emittieren, und dass die erste Strahlungsquelle (22) auf den Materialstrom (18) ausgerichtet ist, so dass die Strahlung das Material (16) wenigstens teilweise durchsetzt, und dass der erste Detektor (26) spektral auflösend ausgebildet ist und einen Detektionsbereich zwischen 1000 und 2000 nm aufweist, um ein Transmissionsspektrum zu erhalten, und dass sie eine Auswerteeinheit (34) aufweist, die konzipiert ist, das erhaltene Transmissionsspektrum mit wenigstens einem materialspezifischen Referenzbereich zu vergleichen, um in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Aussonderungssignal zu erzeugen, um die Aussonderungsvorrichtung (36) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (34) ein Ableitungsmodul aufweist, welches konzipiert ist, über das erhaltene Transmissionsspektrum oder einen darin enthaltenen kleineren Wellenlängenbereich die Ableitung (d_HR, d_NG, d_BG) der Intensität über die Wellenlänge zu bilden und diesen Wert mit wenigstens einem Referenzbereich zur Erzeugung des Aussonderungssignals zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (34) ein Extremwertmodul aufweist, welches konzipiert ist, im erhaltenen Transmissionsspektrum oder einen darin enthaltenen kleineren Wellenlängenbereich wenigstens ein Maximum und/oder Minimum der Intensität (I_PR,BR) mit zugeordneter Wellenlänge (λ_PR,BR) zu bestimmen und diesen Wert mit wenigstens einem Referenzbereich zur Erzeugung des Aussonderungssignals zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertmodul konzipiert ist, die Intensität des Maximums und/oder Minimums zu bestimmen und für die Generierung des Aussonderungssignals mit wenigstens einem materialspezifischen Referenzbereich zu vergleichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine zweite Strahlungsquelle (24) im VIS-Bereich und wenigstens einen zweiten optischen Detektor (28) im VIS-Bereich aufweist, die konzipiert sind, eine Farbglaserkennung im sichtbaren RGB-Bereich durchzuführen, und dass die Auswerteeinheit (34) konzipiert ist, die die Signale des ersten als auch des zweiten Detektors (28) auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsbereiche (30, 32) der ersten und der zweiten Strahlungsquellen (24) in Förderrichtung der Transportvorrichtung (11, 12, 20) übereinstimmen und dass die zweite Strahlungsquelle im VIS-Bereich eine kontinuierlich betriebene, vorzugsweise weiß abstrahlende Strahlungsquelle ist, und dass vorzugsweise vor dem Detektor Farbfilter verwendet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsbereiche (30, 32) der ersten und der zweiten Strahlungsquellen (24) in Förderrichtung der Transportvorrichtung (11, 12, 20) aufeinander folgend angeordnet sind, und dass die zweite Strahlungsquelle (24) drei sukzessive pulsweise betriebene LEDs im RGB-Spektrum aufweist
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Detektor (28) eine gemeinsame Kamera für die drei LEDs aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Strahlungsquelle (22, 24) als auch der erste und zweite Detektor (26, 28) unter einem gemeinsamen strahlungsabschirmenden Gehäuse angeordnet sind.