DE4320331A1 - Flexible optische Sortierung von Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Trennung von Kunststoffen im Rahmen des Recycling erfolgt zur Zeit vorwiegend mit rein mechanischen Verfahren. Zur Trennung nach Stoffgrup­ pen werden vorwiegend physikalische Verfahren angewendet, welche auf der unterschiedlichen Dichte dieser Stoffe beruhen. Es sind berührungslose optische Verfahren auf der Grundlage der NIR-Spektroskopie bekannt. Hier­ bei wird die Kunststoffverpackung mit einer Lichtquelle im nahen Infrarot beleuchtet und das Remissionspektrum gewonnen. Dieses zeigt ausgeprägte Unterschiede auf, anhand denen eine Trennung erfolgen kann. Ein solches Gerät wurden von der Fa. Bühler, CH-Uzwil auf der Recycling 93 Konferenz/Ausstellung in CH- Davos vorgestellt. Diese Geräte erfassen ein vorbeigeführtes Kunststoffteil wie z. B. eine Flasche, ein Becher o. ä. mit einem oder mehreren Meßflecken und berechnen aus dem durch den be­ leuchteten Fleck rückgeworfenes Licht das NIR-Spektrum. Voraussetzung ist allerdings, daß der Meßfleck nicht durch Etikette, Metallprägungen, oder ähnliche, das Remissionspektrum verfälschenden Aufkleber gestört wird. Auch steile Raumkanten können das Meßergebnis verfälschen bzw. unsicher machen. Ähnliche berührungslose Sensoren auf Mikrowellen- oder Röntgenstrahlungsbasis sind bekannt, unterliegen aber den gleichen Einschränkungen.

Für den wichtigen Bereich der Sortierung von Hohlkörpern wie Flaschen, Flakons, Becher usw. sind drei Problemstellungen zu lösen:

• a) die Trennung von Glas und Kunstoff-Hohlkörper, typischerweise die Trennung von Glasflaschen und Kunststoff-Hohlkörper,
• b) innerhalb der Kunststofffraktion ist die Trennung in transparente und nicht transparente Hohlkörper wichtig,
• c) innerhalb der transparenten Kunststoffhohlkörper ist die Trennung in klare und gefärbte PET Flaschen von besonderer Wichtigkeit.

Es gibt z. B. von der Fa. Bezner, Ravenburg, entwickelte, rein mechanisch ar­ beitende Systeme zur Trennung von Glas- und Kunststoffbehälter mit Hilfe von schrägen Rutschen und Kettenvorhänge, welche die leichtere Fraktion zurückhalten.

Auf der Ausstellung Recycling 93 in Davos hat die Fa. MASSEN machine vi­ sion systems, Konstanz, ein optisches, auf Farbkameras basierende bildge­ bendes System zur Farbsortierung von Kunststoffen vorgestellt. Hierbei wer­ den mit Hilfe einer Farbkamera Bilder der vorbeigeführten Kunststoffteile erfaßt und im Auflicht oder Durchlicht eine Form- und/oder Farbklassifika­ tion durchgeführt. Bei der wichtigen Anwendung der Sortierung von PET Flaschen wird z. B. das durchsichtige PET im Durchlicht erfaßt; dunkle Eti­ kette und Aufkleber können im Farbbild erkannt werden und die Farbaus­ wertung automatisch auf diejenigen Bereiche begrenzt werden, welche ungestört sind. Durch ein besonderes, Colour Brain genanntes Verfahren gelingt es der Fa. MASSEN, auch solche Stoffe nach Farbe zu trennen, bei welchen auch die Farbe von im Raum gekrümmten Oberflächen sicher er­ kannt werden, trotz der auftretenden Schatten- und Reflexionsstellen. Dies ist mit herkömmlichen, nicht-bildgebenden Farbsensoren in der Regel nicht möglich.

Die genannten mechanischen und optischen Verfahren erfüllen jeweils nur eine Teilaufgabe in der geforderten Sortierung. Durch die große Unsicherheit in der gesetzlichen Regelung, nach welchen Kriterien sortiert werden muß, sind solche, für eine feste Sortierphilosophie konstruierte mechanischen An­ lagen zu teuer und unflexibel. Gesucht ist daher ein preisgünstiges Sortiersystem, bei welchen die Sortierkriterien flexibel verändert und den sich rasch entwickelnden rechtlichen Vorschriften ohne Umbau und Neukonstruktion angepaßt werden können.

Die Erfindung betrifft ein solches flexibles Verfahren und eine Anordnung zur optischen Sortierung von Hohlkörpern, welche sich durch eine beson­ ders einfache Mechanik , kostengünstige Realisierung und flexible Einstel­ lung und Veränderung der Sortierkriterien auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle oder eine Untermenge der im fol­ genden genannten Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• a) die unverformten oder durch Pressen verformten Hohlkörper werden vereinzelt auf ein Förderband aufgelegt und schlupffrei bewegt,
• b) in einer ersten optischen Station werden mit Hilfe von bildgebenden Sensoren die Hohlkörper sowohl im Auflicht wie auch im Durchlicht erfaßt und mit Verfahren der Bildverarbeitung Merkmale für die Form, die Farbe, die Transparenz, das Vorhandensein von Stopfen und Bodenbecher und das Vorhandensein von Aufklebern und Be­ druckungen festgestellt,
• c) in einer zweiten Station werden mit Hilfe einer mechanischen Abtrenn­ einrichtung die Verschlüsse und/oder Bodenbecher abgeschnitten wobei die Stellsignale für die Abschneidevorrichtung aus den Form­ merkmalen der Station b) und der Bandgeschwindigkeit gewonnen werden,
• d) in einer dritten mechanischen Station wird das Gewicht der Hohl­ körper erfaßt und aus dem ermittelten Gewicht und der in der Station b) bestimmten Form und Größe auf das Vorhandensein eines Glashohlkörpers oder Kunststoffhohlkörpers geschlossen und über eine Weiche eine der Fraktionen aussortiert bzw. ein Sortiersignal an eine spätere Sortierstation weitergeleitet,
• e) in einer vierten Station wird mit Hilfe von berührungslosen Sensoren wie Mikrowelle, Röntgenstrahlung, NIR-Spektroskopie an Stellen mit ungestörter Materialoberfläche die Stoffsorte bestimmt, wobei die Position dieser Stellen von dem bildgebenden System nach b) die­ sen Sensoren mitgeteilt wird,
• f) durch eine Anordnung von Sortierweichen werden die Hohlkörper in verschiedene, vom Anwender frei definierbare und aufgrund der gemessenen Merkmale entscheidbare Sortierklassen eingeteilt,

wobei die Reihenfolge der Stationen c) bis e) frei gewählt werden kann.

Der Erfindungsgedanke sei anhand von Fig. 1 naher erklärt. Die vereinzelten Hohlkörper 1 werden so auf ein Förderband 2 aufgelegt, daß sie sich nicht berühren und schlupffrei transportiert werden. Hierzu zeigt das Trans­ portband Strukturen 3, welche ein Verrutschen des Hohlkörpers beim Transport verhindern.

Das Förderband durchläuft eine erste, optische Station 4, in welcher mit Hilfe von Farbkameras sowohl eine Aufnahme im Auflicht als auch eine Aufnahme im Durchlicht erstellt wird. Im besprochenen Beispiel wird diese Aufgabe durch zwei getrennte Kamera/ Beleuchtungssysteme gelöst: Kame­ ra 5 mit diffuser Auflichtbeleuchtung 6 ist zuständig für die Gewinnung eines Bildes im Auflicht; Kamera 7 mit der Durchlichtbeleuchtung 8 er­ stellt ein Durchlichtbild. Diese Kameras können übliche Matrix- oder Zei­ lenkameras sein; sie können auch spezielle Kameras mit einer auf die zu sortierenden Hohlkörper abgestimmten spektralen Empfindlichkeit sein.

Die Signale beider Kameras werden an einen Bildrechner 9 geleitet, in wel­ chem aus dem Auflicht- und aus dem Durchlichtbild Farb- und Formmerkmale sowie das Vorhandensein von Verschlüssen und Boden­ becher (zur Verstärkung des Bodenbereichs bei Kunststofflaschen ange­ brachte Kunststoffhaube aus einem in der Regel zum Flaschenkörper unter­ schiedlichen Kunststoff) mit bekannten Verfahren der Bildverarbeitung be­ stimmt werden.

Die Signale aus dem Bildrechner 9 werden der Abtrennstation 10 zugeführt, wo die Kunststoffverschlüsse und die Bodenbecher 11 abgetrennt und aussortiert werden.

In der dritten Station 12 erfolgt die Trennung nach Kunststoff und Glas anhand des Dichteunterschiedes. Das Gewicht des Hohlkörpers wird über eine schnelle Bandwaage 13 ermittelt. Hieraus alleine ist noch keine Un­ terscheidung in Glas- oder Kunststoffbehälter möglich, da die Abmessungen des Behälters nicht bekannt sind. Erfindungsgemäß werden daher aus dem Bildrechner 9 die Formmerkmale übertragen, aus welchen sich die Größe des Behälters abschätzen läßt. Aus der Verbindung von Gewicht und geometrischer Größe wird mit Hilfe der Recheneinheit 14 entschieden, ob es sich um einen Glas- oder Kunststoffhohlkörper handelt. Wir gehen im betrachteten Beispiel davon aus, daß die Glaskörper über die Weiche 15 aussortiert werden und betrachten im weiteren beispielhaft nur die Kunst­ stofffraktion. Ob die Weiche unmittelbar nach der Glas/Kunststofftrennung angebracht ist oder nicht ist hierbei unerheblich. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, alle Auswurfstationen am Ende der Sensorkette zusammenzufas­ sen und räumlich benachbart aufzustellen. Die Synchronisation ist durch die jeweiligen Auswurfrechner leicht möglich, da sich aus der Meldung der jeweiligen Sensorstation , der Bandgeschwindigkeit und dem Ort der Aus­ wurfstation der Zeitpunkt der Betätigung des Auswurfs genau bestimmen läßt.

In der vierten Station 16 wird mit Hilfe von berührungslosen Sensoren wie NIR Spektroskopie, Mikrowellen- oder Röntgenstrahlungssensoren die Stoff­ sorte bestimmt. Allen diesen Sensoren ist gemeinsam, daß sie nur dann die Stoffsorte sicher bestimmen können, wenn ihr Meßfeld auf durch Auf­ drucke, Kleber usw. nicht gestörte Stelle auftritt. Erfindungsgemäß übermittelt der Bildrechner 9 solche Positionsinformationen an die Recheneinheit 17 dieser Sensoren und löst die Messung zeit- und positionsrichtig so aus, daß sich zum Zeitpunkt der Messung eine auswert­ bare Stelle der Oberfläche des Hohlkörpers im Meßfeld des Stoffsensors be­ findet.

Die Sortiersignale des Bildrechners 9, der Stoffsortierung 16 und ggfls. der Glas/Kunststoff-Trennung werden auf einem Sortierungsrechner 18 zusammengefaßt. Auf diesem Rechner kann der Benutzer die Sortierkriteri­ en frei definieren und den Sortierweichen 19 jeweils eine Sortierklasse zuordnen. Die Sortierweichen können im einfachsten Fall aus einer Reihe von pneumatischen Ejektoren bestehen, welche den betreffenden Hohlkörper seitlich vom Förderband in einen entsprechenden Behälter 20 ausblasen.

Durch die eindeutige Zuordnung zwischen Bandgeschwindigkeit und Ort kann jeder Hohlkörper im Prinzip an einer beliebigen Stelle des Förderbandes mit einer der beschriebenen Sensor-, Abschneide-, und Wägestationen erfaßt werden. Die angegebene Reihenfolge ist nur insoweit zwingend, als zuerst die bildgebenden Sensoren eingesetzt werden müssen, da die hieraus gewonnenen Form- und Farbmerkmale für die späteren Sta­ tionen benötigt werden. Es ist daher nach diesem Konzept auch wichtig, daß die Hohlkörper nicht in unbekannter Weise auf dem Förderband verrut­ schen.

Erfindungsgemäß werden diese durch aufgebrachte 3D Strukturen wie Ril­ len, Noppen oder Vertiefungen festgehalten.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist die zumindestens abschnittsweise Ver­ wendung von Bänder mit offenporigem Gewebe, da diese Gewebe optisch durchsichtig sind und damit eine Durchlichtbeleuchtung durch das Gewebe hindurch erlauben. Offenporige Gewebe erlauben auch ein Durchblasen durch das Gewebe hindurch im Rahmen einer pneumatischen Ausschei­ dung.

Claims (8)

1. Verfahren zur flexiblen Sortierung von Hohlkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• a) die unverformten oder durch Pressen verformten Hohlkörper werden vereinzelt auf ein Förderband aufgelegt und schlupffrei bewegt,
• b) in einer ersten optischen Station werden mit Hilfe von bildgebenden Sensoren die Hohlkörper im Auflicht und/oder im Durchlicht erfaßt und mit Verfahren der Bildverarbeitung Merkmale für die Form, die Farbe, die Transparenz, das Vorhandensein von Verschlüssen und Bodenbecher, das Vorhandensein von Aufklebern und Bedruckungen sowie Identifikationsmerkmale festgestellt,
• c) in einer zweiten Station werden mit Hilfe einer mechanischen Abtrenn­ einrichtung die Verschlüsse und/oder Bodenbecher abgeschnitten wobei die Steuersignale für die Abschneidevorrichtung aus den Merk­ malen der Station b) und der Bandgeschwindigkeit gewonnen werden,
• d) in einer dritten mechanischen Station wird das Gewicht der Hohl­ körper erfaßt und aus dem ermittelten Gewicht und der in der Station b) bestimmten Merkmalen auf das Vorhandensein eines Glashohlkörpers oder Kunststoffhohlkörpers geschlossen und über eine Weiche eine der Fraktionen aussortiert bzw. ein Sortiersignal an eine spätere Sortierstation weitergeleitet,
• e) in einer vierten Station wird mit Hilfe von berührungslosen Sensoren wie Mikrowelle, Röntgenstrahlung, NIR-Spektroskopie an Stellen mit ungestörter Materialoberfläche die Stoffsorte bestimmt, wobei die Posi­ tion dieser Stellen von dem bildgebenden System nach b) diesen Sen­ soren mitgeteilt wird und die Messung an einer Stelle mit ungestörter und auswertbarer Materialoberfläche auslöst,
• f) durch eine Anordnung von Sortierweichen werden die Hohlkörper in verschiedene, vom Anwender frei definierbare und aufgrund der gemessenen Merkmale einteilbare Sortierklassen eingeteilt und aussortiert,

wobei die Reihenfolge der Stationen c) bis e) frei gewählt werden kann und alle oder auch nur eine Untermenge der Stationen c), d) und e) vor­ gesehen ist und von dem Bildrechner in der Station b) alle oder nur eine Untermenge der genannten Merkmale vom Bildrechner aus den Kamerasignalen extrahiert werden und daß aus den Signalen der eingesetzten Stationen in einem Sortierrechner Sortierkriterien abgelei­ tet werden und entsprechende Sortierweichen zeit- und produktrichtig angesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anwender die Sortierkriterien an dem Sortierrechner jederzeit verändern kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anwender die Zuordnung von Sortierklasse zu Sortierweiche jederzeit am Sortierrechner ändern kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schlupfreien Bewegung der Hohlkörper auf einem Förderband das Band mit erhabenen oder vertieften Strukturen versehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Hohlkörper im Durchlicht ein transparentes Band zumindest an der Durchlichtstation verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als transparentes Band ein offenporiges Gewebeband verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper aus Glas und aus Kunststoff bestehen