DE19751862A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten, insbesondere zur Müllsortierung, bei dem die Materialbeschaffenheit der Objekte mittels eines NIR-Meßgeräts spektroskopisch erfaßt wird und die Sortierung in Abhängigkeit des Spektroskopie- Ergebnisses durch Entfernen von Objekten vom Förderband erfolgt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren unter Nutzung der NIR-Spektroskopie zur Ermittlung der Materialbeschaffenheit von zu sortierenden Objekten war es bislang erforderlich, die Objekte durch das Förderband an einen stationären Meßpunkt zu überführen. Dies erfordert einen hohen Aufwand bei der Ausrichtung der zu identifizierenden Objekte.

Bekannt ist ferner die Nutzung eines Förderbands mit einer maximalen Breite von 70 cm, um Material durch Verblasen auszusortieren, nachdem dieses auf seine Beschaffenheit untersucht wurde, wobei es darum geht, Kunststoffobjekte, nämlich Verbundstoffverpackungen, auszusortieren. Dieses Verfahren basiert auf einem rotierenden Spiegel, der einen Meßpunkt in halbkreisförmigen Bewegungen über das relativ schmale Förderband führt. An allen vom Meßpunkt überstrichenen Orten wird eine extrem schnelle NIR-Messung durchgeführt, mit über 1000 Abtastungen pro Sekunde. Dies erfordert ein spezielles NIR-Meßgerät, das jeweils nur auf ein bestimmtes Objektmaterial reagiert. Für ein anderes Objektmaterial ist ein anderes NIR-Meßgerät erforderlich.

Ein weiteres Verfahren zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten ist aus der DE 43 05 006 A1 bekannt. Die Erfassung der Materialbeschaffenheit der zu sortierenden Objekte erfolgt mittels eines Polarisationsinterferometers, und zur Wertung der durch dieses Interferometer gelieferten Daten dient eine Fast- Fourier-Analyse. Auch ein derartiges Gerät zur Ermittlung der Materialbeschaffenheit der zu identifizierenden und sortierenden Objekte hat einen im wesentlichen auf einen einzigen Meßpunkt begrenzten Erfassungsbereich und ist damit mit denselben Nachteilen behaftet wie zuvor erläutert; d. h., es ist eine relativ aufwendige Vorsortierung und Vereinzelung erforderlich, bevor die Objekte dem punktförmigen Meßort zugeführt werden. Außerdem ist ein derartiges Meßgerät kritisch in bezug auf den Abstand zum Meßobjekt.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, durch das beliebig geformte Gegenstände zuverlässig identifiziert und sortiert werden können, und das insbesondere in existierende Müllsortieranlagen integriert werden kann. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 7.

Mit anderen Worten beseitigt das erfindungsgemäße Verfahren den Nachteil des Standes der Technik bezüglich einer aufwendigen Vorsortierung und Vereinzelung durch Bereitstellen eines relativ großflächigen, differenziert anfahrbaren Erfassungsbereichs durch auf die Objekte zielende abtastende Bewegung des Meßpunkt des NIR-Meßgeräts über dem objekttragenden Förderband. Erreicht wird eine derartige Abtastbewegung bevorzugt durch eine Abtasteinrichtung in Gestalt einer Spiegelanordnung zum gezielten Richten des Meßpunkts des NIR-Geräts auf die Objekte.

Im Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten Stand der Technik auf Grundlage eines speziellen NIR-Meßgeräts kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das NIR-Meßgerät unterschiedliche Objektmaterialien gleichzeitig identifizieren. Dies erfordert zwar grundsätzlich längere Belichtungszeiten bzw. Abtastzeiten wie bei der NIR- Abtastung gemäß dem Stand der Technik. Dies wird jedoch dadurch wettgemacht, daß nicht an allen Orten des Förderkanals gemessen werden muß, sondern lediglich dort, wo die erfindungsgemäß der NIR-Messung vorgeschaltete Bildverarbeitung ein Objekt lokalisiert hat.

Gemäß der Erfindung ist der NIR-Spektralanalyse eine Bildanalyse, bevorzugt eine Farbbildanalyse zur Lokalisierung vorgeschaltet, einschließlich gegebenenfalls einer Form- und einer Größenbestimmung der zu identifizierenden Objekte. Die mittels Bildanalyse gewonnene Information dient zur Bewegungssteuerung der dem NIR-Meßgerät vorgeschalteten Abtasteinrichtung; d. h., es folgt gezielt ausschließlich eine Abtastung der zu identifizierenden Objekte unter Aussparung von nicht mit Objekten besetzten Stellen des Förderbands. Dadurch wird der Abtastvorgang rational durchgeführt. Außerdem erbringt die Bildanalyse Information über Form, Größe, Farbe und beispielsweise Textur, was eine bessere Selektierung gewährleistet.

Nach erstmaliger Aussonderung einer Objekt-Fraktion können mit einer erneuten (Farb)Bildanalyse auf Grundlage einer weiteren Kamera stromab von der Trennstelle die auf dem Förderband verbliebenen Objekte bezüglich ihrer gegebenenfalls veränderten Lage wiedererkannt werden, und zwar ohne erneute NIR-Spektroskopie, wenn die Daten dieser Kamera mit den bereits erfaßten NIR-Daten abgleichend verknüpft werden. Das heißt, die bereits gewonnenen und gespeicherten NIR-Werte können bei jedem weiteren Trennschritt genutzt werden.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt demnach mit anderen Worten folgendes Prinzip zugrunde:
Zunächst findet eine Objekt(beispielsweise Müll)erkennung auf einer größeren Fläche mit Hilfe eines Farbbildes statt. Dabei können Lage, Form, Kontur, Größe, Farbe und Textur erkannt und entsprechende Kennwerte gespeichert werden. Daraufhin wird die Materialbeschaffenheit der Objekte mittels NIR-Spektroskopie ermittelt. Im Gegensatz zu der vorausgehenden Bilderkennung konzentriert sich die Infrarot-Bestrahlung bei der NIR-Spektroskopie nur auf einen Meßpunkt. Um diesen Meßpunkt an die unterschiedlichen Stellen des Förderbands, wo die Objekte vorhanden sind, gezielt zu überführen, wird eine Spiegeleinrichtung vorgeschlagen, welche die Infrarot-Strahlen an den gewünschten Abtastpunkt bringen. In der Praxis bevorzugt ist jedoch die umgekehrte Vorgehensweise, d. h., Ausleuchtung des gesamten Erfassungsbereichs und Steuern der Meßoptik derart, daß lediglich reflektierte Infrarotstrahlen von gewünschten Meßpunkten auf dem jeweiligen Objekt detektiert werden. Gesteuert wird dieses Spiegelsystem mit Hilfe zuvor gewonnener Information aus der Bilderkennung. Die aus der (Farb)Bilderkennung und Infrarot-Bestrahlung gewonnenen Daten werden zusammengeführt und liefern Signale zur Steuerung einer Vorrichtung zum gezielten Austragen von Objekten, beispielsweise in Gestalt einer Verblasdüsenanordnung.

Wie bereits erwähnt, ist für das erfindungsgemäße Verfahren nur eine relativ geringe Vereinzelung erforderlich. Sonstige aufwendige Vorverarbeitungen sind nicht nötig. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Identifikation und Trennung von mehreren Objekt-Fraktionen in einer einzigen Anlage gewährleistet. Diese Anlage kann problemlos auf die Erkennung neuer Objekte trainiert werden, indem genügend viele dieser neuen Objekte in einer Lernphase auf dem Förderband plaziert werden.

Besonders vorteilhaft sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Sortierung von Hausmüll geeignet. Es kommen jedoch auch Einsatzbereiche außerhalb der Müllverarbeitung in Betracht, bei denen es um die Identifizierung und Sortierung von bandgeförderten Objekten zu anderen Zwecken geht.

Nach bisherigen Erfahrungen gestattet das erfindungsgemäße Verfahren eine visuelle Lokalisierung sämtlicher Objekte auf 1 m² eines Förderbands in einem Zeitraum von weniger als 50 ms. Für die NIR-Messung eines einzelnen Objekts sind typischerweise 3 ms erforderlich und die anschließende Auswertung zur Identifizierung des Objekts benötigt typischerweise 1 bis 2 Millisekunden. Erreichbar ist damit bereits heute bei Benutzung gängiger prozessor-Technologien und NIR-Spektrometer-Technologien eine Identifizierung von Objekten bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/s.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung besteht aus drei Vorrichtungskomplexen: einem Analysekomplex 1 mit einem ersten Trennkomplex, einem zweiten Trennkomplex 2 und einem dritten Trennkomplex 3. Jeder dieser drei Komplexe 1, 2 und 3 umfaßt einen Endlos-Bandförderer 4, 5 und 6 mit Förderbändern 7, 8 bzw. 9, die sämtliche in derselben Horizontalebene angeordnet sind und sich unter Zwischenschaltung von Verblasdüsenleisten aneinander anschließen. Insbesondere ist zwischen dem stromabwärtigen Ende des Bandförderers 4 und dem stromaufwärtigen Ende des Bandförderers 5 eine Verblasdüsenleiste 10 angeordnet, während zwischen dem stromabwärtigen Ende des Bandförderers 5 und dem stromaufwärtigen Ende des Bandförderers 6 eine Verblasdüsenleiste 11 angeordnet ist. Jede der Verblasdüsenleisten erstreckt sich über die volle Breite des jeweiligen Förderbands 7, 8 bzw. 9, schließt sich unmittelbar an deren entsprechenden Umlenkenden an und ist relativ schmal, um zu gewährleisten, daß auf der durch die Förderbänder 7, 8 und 9 gebildeten Förderstrecke geförderte Güter problemlos über die Verblasdüsenleisten 10, 11 hinweglaufen können. Wie in der Figur durch fette schwarze Punkte gezeigt, erstrecken sich quer über die Verblasdüsenleisten 10, 11 eine Vielzahl von Blasdüsenöffnungen.

Die durch die Bandförderer bzw. deren Förderbänder festgelegte Förderstrecke dient mit den ihnen zugeordneten Aggregaten, die im folgenden näher erläutert sind, beispielsweise zur Müllsortierung.

Zur Identifizierung der auf der Förderstrecke geförderten Güter umfaßt der Analysekomplex 1 oberhalb des Bandförderers 4 dieses Komplexes eine Farbkamera 12, ein NIR-Spektrometer 13 mit einem NIR-Sensor 14 und einen optischen Abtastkopf 15. Zur Steuerung dieser Aggregate dient ein Rechner 16, der bevorzugt entfernt von den Aggregaten 12 bis 14 angeordnet ist und auch in ein Rechnernetz integriert sein kann, wie nachfolgend aufgeführt. Die Ausgänge der Farbkamera 12 und des NIR- Spektrometers 13 sind mit entsprechenden Eingängen des Rechners 16 verbunden. Der NIR-Sensor 14, der ebenfalls einen integralen Bestandteil des NIR-Spektrometers 13 bilden kann, ist zur Übertragung von Meßwerten mit dem NIR- Spektrometer verbunden.

Der optische Abtastkopf 15 besteht aus einer an sich bekannten (Spiegel-)Linsenanordnung, die, beispielsweise motorisch angetrieben, derart verlagerbar ist, daß ein Erfassungsbereich 18 auf dem Förderband 7 punktweise abgetastet wird, wobei der abgetastete Meßpunkt in den NIR- Sensor eingegeben wird. In der Figur ist beispielsweise ein Meßpunkt mit der Bezugsziffer 19 bezeichnet. Der optische Abtastkopf 15 ist so ausgelegt, daß der Erfassungsbereich 18 Rechteckform hat, sich über die volle Breite des Förderbands 7 erstreckt und in Förderrichtung eine gegebene Länge aufweist. Typischerweise hat der Erfassungsbereich 18 einen Flächeninhalt von etwa 1 m², wenn ein Standard- Förderband einer Breite von 100 cm zum Einsatz gelangt.

Um die mit Hilfe des NIR-Spektrometers 13 mittels des Abtastkopfs 15 gewonnenen Meßwerte problemlos und aussagekräftig mit Meßwerten der Farbkamera 12 korrelieren zu können, entspricht der Erfassungsbereich 17 der Farbkamera 12 bezüglich seiner Form und Größe demjenigen des Erfassungsbereichs 18; d. h., auch der Erfassungsbereich 17 hat Rechteckform und erstreckt sich über die volle Breite des Förderbands 7. Damit zeichnet sich der Analysekomplex 1 durch zwei Erfassungsbereiche aus, einem Erfassungsbereich 17, in welchem die Gestalt und/oder Oberflächenbeschaffenheit und Lage von Objekten auf dem Förderband 7 erfaßt werden, und einem diesem Erfassungsbereich stromabwärts nachgeordneten Erfassungsbereich 18 zur Erfassung der Materialbeschaffenheit eben dieser Objekte.

Im Rechner 16 erfolgt eine Auswertung der Ausgangsdaten der Farbkamera 12 und der Ausgangsdaten des NIR-Spektrometers 13. Durch Anwenden eines Bildanalyseverfahrens können Objekte auf dem Bandförderer damit hinsichtlich Form, Größe, Buntheit, Textur und ähnlichem klassifiziert und lagemäßig erfaßt werden. Durch die NIR-Spektroskopie ist eine hohe spektrale Auflösung von z. B. bis zu 256 (512) Frequenzkanälen einer Breite von etwa 2 bis 4 nm an einem einzigen räumlichen Meßort möglich. Aus diesen Gesamtinformationen kann auf Materialeigenschaften am Meßort bzw. am Objekt geschlossen werden. Kombiniert man die räumliche Auflösung der Kamera 12 im sichtbaren Bereich mit einer schnellen Steuerung des NIR-Meßortes über den jeweiligen Erfassungsbereich 17 bis 18 von etwa 1 m² kann eine NIR-Messung mit räumlicher Auflösung simuliert werden. Dies erbringt eine sehr sichere Objektlokalisierung und -identifizierung, ohne daß vorab eine aufwendige Objektvereinzelung erforderlich wäre. Das heißt, eine Vorvereinzelung ist allenfalls insoweit erforderlich, als die Objekte in Draufsicht voneinander unterscheidbar sind.

Nachdem Objekte im Analysekomplex 1 lokalisiert und identifiziert wurden, erreichen sie nach Verlassen des Förderbands 7 die Verblasdüsenleiste 10 und werden durch die dort austretenden Luftstrahlen in Richtung des Pfeils 20 in eine Auffangvorrichtung 21 verblasen, über der Förderstrecke angeordnet ist, und die verblasenen Objekte werden aus der Auffangvorrichtung 21 etwa über eine Rutsche oder einem Querförderer 21a ausgetragen.

Die verbliebenen Objekte gelangen daraufhin auf das Förderband 8 des ersten Trennkomplexes 2. Über dem Förderband 8 ist eine weitere Farbkamera 22 angeordnet, die ähnlich wie die Farbkamera 12 des Analysekomplexes 1 mit dem Rechner 16 verbunden ist und zur Erfassung eines Bereichs 23 auf dem Förderband 8 dient. Alternativ kann dem ersten Trennkomplex 2 (ebenso wie weiteren stromabwärtigen Trennkomplexen, wie z. B. dem Trennkomplex 3) ein eigener Rechner zugeordnet sein, der mit dem Rechner 16 vernetzt ist, wie vorstehend angesprochen. Dieser Erfassungsbereich 23 hat dieselbe Formgröße und Relativlage zu dem Förderband 8 wie die Erfassungsbereiche 17 und 18 zu dem Förderband 7 des ersten Analysekomplexes. Die im Rechner 16 verarbeiteten Erfassungsdaten von der Farbkamera 22 erlauben eine Erfassung der verbliebenen Objekte sowie gegebenenfalls deren Lageänderung. Durch Abgleichen dieser Daten mit den im Analysekomplex 1 gewonnenen Daten im Rechner 16 wird gewährleistet, daß die im Analysekomplex 1 erfolgte Bildanalyse automatisch "nachgehalten" wird, ohne daß eine erneute NIR-Spektroskopie erforderlich ist; vielmehr können die vorher gewonnenen und im Rechner 16 gespeicherten NIR-Werte genutzt und für einen weiteren Trennschritt herangezogen werden, der stromabwärts vom ersten Trennkomplex erfolgt, und zwar durch die Verblasdüsenleiste 11 zwischen dem Bandförderer 5 und dem Bandförderer 6.

Mittels der Verblasdüsenleiste 11 werden gezielt Objekte in Richtung eines Pfeils 24 zu einer Auffangvorrichtung 25 und von dort über eine Rutsche bzw. einen Querförderer 25a ausgetragen.

Der zweite Trennkomplex 3 ist identisch zu dem ersten Trennkomplex 2 aufgebaut und weist demnach eine weitere Farbkamera 26 auf, die einen Bereich 27 auf dem Förderband 9 erfaßt, dessen Größe und Form denjenigen der vorausgehenden Erfassungsbereiche entspricht. Die Arbeitsweise des zweiten Trennkomplexes 3 entspricht derjenigen der Arbeitsweise des vorstehend erläuterten ersten Trennkomplexes mit dem Unterschied, daß die Bildbezugsdaten als Bezugsdaten verwendet werden, die von der Farbkamera 22 des ersten Trennkomplexes erfaßt wurden, anstatt die Daten, die von der Farbkamera 12 des Analysekomplexes bereitgestellt wurden.

Die vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die dargestellte Anlage mit lediglich drei Trennkomplexen beschränkt. Vielmehr können den jeweiligen Erfordernissen entsprechend auch mehr Trennkomplexe oder lediglich ein einziger Trennkomplex zum Einsatz gelangen.

Es ist auch nicht zwingend erforderlich, daß es sich bei den Kameras 12, 22 und 26 um Farbkameras handelt; vielmehr können gegebenenfalls auch Schwarzweiß-Kameras zum Einsatz gelangen.

Bezugszeichenliste

1

Analysekomplex mit 1. Trennkomplex

2

2. Trennkomplex

3

3. Trennkomplex

4

Bandförderer

5

Bandförderer

6

Bandförderer

7

Förderband

8

Förderband

9

Förderband

10

Verblasdüsenleiste

11

Verblasdüsenleiste

12

Farbkamera

13

NIR-Spektrometer

14

NIR-Sensor

15

Abtastkopf

16

Rechner

17

Erfassungsbereich

18

Erfassungsbereich

19

Meßpunkt

20

Pfeil

21

Auffangvorrichtung

21

a Rutsche

22

Farbkamera

23

Erfassungsbereich

24

Pfeil

25

Auffangvorrichtung

25

a Rutsche

26

Farbkamera

27

Erfassungsbereich

Claims (13)

1. Verfahren zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten, insbesondere zur Müllsortierung, bei dem die Materialbeschaffenheit der Objekte mittels eines NIR-Meßgeräts (13) spektroskopisch erfaßt wird und die Sortierung in Abhängigkeit des Spektroskopieergebnisses durch Entfernen von Objekten vom Förderband (7, 8, 9) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Materialbeschaffenheit die Gestalt und/oder Oberflächenbeschaffenheit der Objekte und ihre Lage auf dem Förderband (7, 8, 9) erfaßt (12) werden, daß die Objekte durch den Meßpunkt (19) des NIR-Meßgeräts (13) in Abhängigkeit von zumindest deren Lage abgetastet und vom Förderband (7, 8, 9) entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Objekte, deren Materialbeschaffenheit erfaßt (12) und abgespeichert wurde, nach einem ersten Objektentfernungsvorgang zumindest ein weiteres Mal erfaßt (22, 36) wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Lage der Objekte auch deren Oberflächenbeschaffenheit erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Lage der Objekte auch deren Gestalt erfaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Lage der Objekte auch deren Größe erfaßt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten, die bei der Erfassung der Lage und Gestalt und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Größe gewonnen werden einer Bildverarbeitung (16) zugeführt und die derart verarbeiteten Daten mit Daten über die Materialbeschaffenheit verknüpft werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das NIR-Meßgerät (13) an einer ersten Erfassungsstelle (18) über dem Förderband (7) angeordnet ist, welcher zumindest eine Trennstelle (10) zum Entfernen von Objekten vom Förderband (7) nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts von der ersten Erfassungsstelle (18) eine Einrichtung (129) zum optischen Erfassen der Objekte in einer zweiten Erfassungsstelle (17) angeordnet ist, und daß dem NIR-Gerät (13) eine Einrichtung (15) zum abtastenden Bewegen seines Meßpunkts (19) über die Objekte auf dem Förderband (7) in Abhängigkeit von den Erfassungsergebnissen der optischen Objekterfassung vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (15) eine Spiegelanordnung zum Führen des Meßpunkts des NIR-Geräts (13) über die Objekte aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (16) zur Bildverarbeitung bzw. -erkennung vorgesehen ist, welche Meßsignale der Einrichtung (12) zum optischen Erfassen von Objekten verarbeitet, um zumindest die Lage der Objekte auf dem Förderband (7) zu erfassen, und daß eine Einrichtung (16) vorgesehen ist, um Daten betreffend die Objektlage mit den Meßergebnissen des NIR-Geräts (13) zu verknüpfen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennstelle (10) zumindest eine weitere Trennstelle (11) nachgeordnet ist, stromabwärts von welcher in einer dritten Erfassungsstelle (23) eine weitere Einrichtung (22) zum optischen Erfassen von Objekten angeordnet ist, und daß deren Erfassungsergebnisse mit den Lagedaten der Objekte abgeglichen werden.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung(en) (12, 22, 26) zum optischen Erfassen von Objekten eine Kamera ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Farbbildkamera ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Videokamera ist.