DE60308655T2

DE60308655T2 - Verfahren und vorrichtung zum identifizieren und sortieren von objekten

Info

Publication number: DE60308655T2
Application number: DE60308655T
Authority: DE
Inventors: Odd Lovhaugen; Volker Rehrmann; Anne Kari BAKKE
Original assignee: Titech Visionsort AS
Current assignee: Titech Visionsort AS
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: ATE340656T1; EP1483062A1; NO20043390L; EP1483062B1; DE60308655D1; AU2003236934B2; WO2003061858A1; CA2473401A1; JP2005515068A; US20060070928A1; ES2274238T3; DK1483062T3

Description

Die Erfindung betrifft das automatische Identifizieren und/oder Sortieren von Gegenständen.
Cellulosehaltiges Abfallmaterial umfasst weißes Papier, farbiges Papier, Pappe und Wellpappe. Diese können bedruckt sein, beispielsweise mit CMYK oder schwarzer Tinte, wie bei Zeitungen, illustrierten Magazinen und Büchern der Fall.
Gegenwärtig wird der Sortiervorgang in hohem Maße manuell durchgeführt.
WO-A-01/57497 beschreibt ein Papiersortiersystem, das einzelne Papierbögen in einem Hochgeschwindigkeitsstrom von Abfallpapier auf der Basis der Farbe des Papiers, des Glanzes des Papiers und des Vorhandenseins von Druck auf dem Papier sortiert. Das System umfasst eine Licht emittierend Anordnung, die aus einer Reihe infraroter LEDs, einer Reihe roter LEDs, einer Reihe grüner LEDs und einer Reihe blauer LEDs besteht, die nacheinander aufleuchten, um Licht unterschiedlicher Wellenlängen auf den Abfallpapierstrom zu emittieren. Das System umfasst ferner eine Empfangsanordnung, die mehrere Paare von Linsen und Photodioden aufweist, um von dem Abfallpapier reflektiertes Licht zu empfangen, und ein Papieranalysesystem. Das Papieranalysesystem weist eine Farbbestimmungskomponente, eine Glanzbestimmungskomponente und eine Druckbestimmungskomponenten auf. Die Farbbestimmungskomponente bestimmt die Farbe des Papiers basierend auf den Ausgangssignalen der Empfangsanordnung, welche das reflektierte Licht wiedergeben, das ursprünglich von den roten, grünen und blauen LEDs emittiert wurde. Die Glanzbestimmungskomponente verwendet die Ausgangssignale der Empfangsanordnung, welche das ursprünglich von den infraroten LEDs emittierte Infrarotlicht wiedergeben. Die Druckbestimmungskomponente bestimmt das Vorhandensein von Druck auf dem zu sortierenden Papier durch das Messen von Unterschie den in der Farbintensität zwischen benachbarten Zielbereichen auf einem einzelnen Stück Abfallpapier.
DE-A-19751862 beschreibt ein System zum Identifizieren und Sortieren von durch ein Band geförderten Gegenständen, insbesondere zum Sortieren von Abfall, bei dem Materialcharakteristiken der Gegenstände spektroskopisch mittels eines NIR-Messinstruments bestimmt werden und das Sortieren in Abhängigkeit von dem Spektroskopieerergebnis durch Entfernen von Gegenständen von dem Förderband erfolgt. Darüber hinaus erfolgt stromaufwärts der NIR-Spektralanalyse eine Bildanalyse, vorzugsweise eine Farbbildanalyse zur Ortsbestimmung, einschließlich einer optionalen Form- und/oder Größenbestimmung der zu identifizierenden Gegenstände.
DE-A-10059034 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Sortieren von Abfallpapier, bei dem ein gemischter Abfallpapieranteil in verschiedene Klassen, wie Zeitungen, Magazine, Pappe, durchgehend gefärbtes Papier und braune Pappe sortiert wird, indem das Abfallpapier als eine Schicht mechanisch auf ein Forderband gelegt wird, die volle Breite des Förderbandes mittels optischer Sensoren abgetastet wird, Daten über die in der einen Schicht auf dem Förderband befindlichen Gegenstände gesammelt werden, und die Daten unter Verwendung von Algorithmen der digitalen Bildverarbeitung analysiert werden, um jedem Gegenstand mindestens eine der Eigenschaften Färbung, Homogenität, Textur, Reflexionsgrad, Fläche, Vielfarbigkeit, Rechteckigkeit, Verhältnis der Höhe zur Breite, und Randcharakteristiken.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Separieren von Objekten mit einer auf die Farbe der Objekte bezogenen spezifischen Spektralcharakteristik von einer Mischung von Objekten vorgesehen, wobei die Charakteristik durch Spektralanalyse, jedoch nicht durch das bloße Auge oder eine Farbkamera erkennbar ist, umfassend das Vorbewegen der Mischung, das mittels Strahlung erfolgende Bestimmen, ob ein Teil der Mischung die Charakteristik aufweist, und das Separieren der die Charakteristik aufweisenden Objekte von der Mischung als gewünschte Teile der Mischung, wobei das Bestimmen das Analysieren der durch den Teil veränderten Strahlung in einer Vielzahl von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum umfasst.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Gerät vorgesehen, mit einer Vorrichtung zum Vorwärtsbewegen einer Mischung von Objekten, einer Bestimmungsanordnung, die Strahlung verwendet, um zu bestimmen, ob ein Teil der Mischung ein Objekt ist, das eine spezifische, auf die Farbe des Objekts bezogene Spektralcharakteristik zeigt, wobei die Charakteristik durch Spektralanalyse, jedoch nicht mit dem bloßen Auge oder einer Farbkamera erkennbar ist, und einer Separiervorrichtung zum Separieren der die Charakteristik aufweisenden Objekte von der Mischung als gewünschte Teile der Mischung, wobei die Bestimmungsanordnung eine Erkennungsanordnung, die dem Erkennen von durch den Teil veränderter Strahlung dient, und eine Analyseanordnung, die dem Analysieren der veränderten Strahlung in einer Vielzahl von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum dient.
Aufgrund dieser beiden Aspekte ist es möglich, automatisch Objekte mit spezifischen farbbezogenen Charakteristiken, welche durch Spektralanalyse, jedoch nicht mit dem bloßen Auge oder einer Farbkamera erkennbar sind, zu sortieren.
In einigen Fällen ist es vorteilhaft, eine Erkennungsanordnung, die dem Detektieren von durch die sich vorwärts bewegenden Objekte veränderter Strahlung dient, und eine Analyseanordnung, die dem Analysieren der veränderten Strahlung in einer Vielzahl von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum dient, zu verwenden, um die Farbcharakteristik und/oder die Zusammensetzung der Objekte zu bestimmen.
Die Analyse der veränderten Strahlung in einer Vielzahl schmaler Wellenlängenbänder im sichtbaren Spektrum ermöglicht die genaue Bestimmung der Farbe und/oder der Zusammensetzung der Gegenstände auf automatische Weise.
Vorzugsweise kann die Analyse der veränderten Strahlung in der Vielzahl schmaler Wellenlängenbänder im sichtbaren Spektrum dazu verwendet werden, um zu erkennen, ob ein Objekt ein CMYK-bedruckter Gegenstand ist.
Bei der Erkennung von CMYK-bedruckten Gegenständen wird die emittierte Strahlung durch die Gegenstände anders verändert, wenn die Gegenstände CMYK-bedruckt sind, als wenn die Gegenstände nicht CMYK-bedruckt sind, und die Bestimmungsanordnung dient der automatischen Bestimmung, ob die veränderte Strahlung CMYK-bedruckten Gegenständen entspricht.
Wenn CMYK-bedruckte Objekte erkannt wurden, können sie darüber hinaus von der Mischung unter Verwendung einer Trennvorrichtung als erwünschte Teile der Mischung getrennt werden.
Es ist daher möglich, CMYK-bedruckte Objekte automatisch aus anderen Objekten heraus zu sortieren und solchermaßen manuelles Sortieren zu vermeiden, das nicht nur kostspielig, sondern auch eine unattraktive Arbeit ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Förderband, das einen Strom von cellulosehaltigem Abfallmaterial transportiert, über seine gesamte Breite von einem CMYK-Sensor abgetastet. Die Art des Druckmaterials und des Druckverfahrens ist dann zuverlässig bestimmbar. Bedruckte graue und braune Pappe und Karton sind oft nur in drei Farben oder weniger (üblicherweise vorgemischte Farben) bedruckt. Ein CMYK-Sensor kann zuverlässig die Anzahl der Druckschichten und auch die Zusammensetzung der Farben erkennen. Somit kann erwünschtes Papier, beispielsweise Magazine, klar von bedruckter Pappe oder bedrucktem Karton unterschieden werden.
Das Trennen kann "positiv" sein, d.h. es erfolgt ein Entfernen der gewünschten Teile aus dem Strom, oder es kann "negativ" sein, d.h. es erfolgt ein Entfernen der unerwünschten Teile aus dem Strom. So dass die erwünschten Teile in dem Strom belassen werden.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Sortieren einer Mischung von Objekten um ein Sortieren in jeweilige Anteile, die jeweils ein oder mehrere Charakteristiken aufweisen, die dem Anteil gemeinsam sind, wobei die Charakteristiken oder eines der Charakteristiken mindestens eines der Anteile auf die Farbe des Anteils bezogen ist, und es umfasst das Bestimmen des Anteils, zu dem ein beliebiges Objekt gehört, indem die Objekte einer Strahlung ausgesetzt werden, welche von dem Objekt verändert wird, und indem die veränderte Strahlung einer Kamerabildinterpretation zum Bestimmen der Farbe und/oder der Zusammensetzung und/oder der Text- und Druckverteilung und einer Spektralanalyse im sichtbaren Wellenlängenspektrum unterzogen wird.
Auf diese Weise ist es möglich, durch Kombinieren der Spektralanalyse im sichtbaren Wellenlängenspektrum und durch Kamerabildinterpretation die Mischung der Objekte zuverlässiger in separate Anteile zu sortieren.
Wenn es gewünscht ist, eine oder mehr oder gar die meisten oder sämtliche der im allgemeinen auftretenden Anteile in einem Abfallstrom, beispielsweise einem cellulosehaltiges Abfallmaterial enthaltenden Strom, zu identifizieren, und insbesondere die Anteile, wie Zeitungen, Magazine, weißes Buchungspapier und Bücher, zu identifizieren und trennen, die zur Herstellung von deinkbarer Pulpe von Interesse sind, können die Spektralanalyse im sichtbaren Spektrum und eine Farbbildaufzeichnungsvorrichtung, beispielsweise eine CCD (ladungsgekoppelte Vorrichtung) verwendet werden. Die Farbbildaufzeichnungsvorrichtung kann zum Bestimmen eines oder mehrerer, oder gar der meisten oder sämtlicher folgender Bildcharakteristiken der Abfallobjekte durch Bildverarbeitung von Datensignalen der Vorrichtung verwendet werden:
Vielfarbigkeit,
Homogenität,
Text- und Druckverteilung,
Oberflächenreflexionsgrad,
Fläche,
Farbfülle,
Geradheit der Ecken,
Randverhältnisse,
Randeigenschaften.
Eine derartige Kamerabildinterpretation ist in DE-A-10059034 beschrieben.
Würde eine derartige Kamera allein verwendet, wäre sie selten in der Lage, zuverlässig farbige Pappe von illustrierten Magazinen zu unterscheiden, da diese für die Kamera sehr ähnlich aussehen. Ähnlich hat sich das Trennen von grauem cellulosehaltigem Material von braunem cellulosehaltigem Material allein auf der Basis von Kamerabildinterpretationen als schwierig erwiesen.
Ein anderes der bisherigen Hauptprobleme ist das Unterscheiden zwischen grauem und weißem Papier ohne Druck.
Durch Ergänzen der Kamerabildinterpretation durch eine Spektralanalyse im sichtbaren Wellenlängenspektrum ist es möglich, zahlreiche der vorgenannten Probleme zu lösen.
Wenn zusätzlich angestrebt wird, festzustellen, ob ein Objekt aus einem Material besteht, das nicht durch Spektralanalyse im sichtbaren Wellenlängenspektrum oder durch Kamerabildinterpretation erkennbar ist, wie beispielsweise Polymer oder polymerbeschichtetes Material, mit oder ohne den Zweck des Trennens des betreffenden Objekts aus einer Mischung, kann NIR-Spektralerkennung (Nahinfrarot-Spektralerkennung) verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Polymer oder polymerbeschichtete Objekte durch Spektralanalyse im nicht sichtbaren Wellenlängenspektrum zu erkennen, die unerwünscht sind oder eine gewünschte Materialklasse darstellen.
Das Förderband wird daher über seine ganze Breite auch mittels eines NIR-Sensors abgetastet. Derartige Sensoren sind aus dem Sortieren von Polymer und Kunststoff bekannt. Auf diese Weise wird nicht-cellulosehaltiges Material erkannt, wobei Getränkekartons und Kunststoffe zu dieser Kategorie gehören.
Insbesondere können Polymerbeschichtungen auf cellulosehaltigem Material erkannt werden. Mit der NIR-Sensortechnik kann eine Anzahl von Materialeigenschaften erkannt und unterschieden werden.
Im folgenden wird eine Anzahl von Beispielen dafür angeführt, wie eine Kamerabildinterpretation die Spektralanalyse im sichtbaren Wellenlängenspektrum bei der Erkennung und dem Heraussortieren von CMYK-bedrucktem Material bei der Abfallsortierung ergänzen kann. Die vorgenannten Bildcharakteristiken sind wie folgt definiert:
"Vielfarbig" bezeichnet den Grad, in dem Farben wie rot, grün und blau auftreten, und deren relative Anteile an der Fläche.
"Homogenität" bezeichnet die Farbeinheitlichkeit und die Leuchtkraft über das Objekt.
"Text- und Druckverteilung" bezeichnet das Bestimmen von Mustern auf der Oberfläche, wie die statistische Verteilung von schwarzen und weißen Pixeln, das Auftreten von Spaltentext, Schlagzeilen, Bildern und Illustrationen.
"Oberflächenreflexionsgrad" bezeichnet des Grad, in dem einfallendes Licht von der Oberfläche eines Objekts reflektiert wird.
"Fläche" bezeichnet die Grundfläche des Objekts.
"Farbfülle" bezeichnet die Anzahl der auftretenden Farben und deren Oberflächenverhältnis zueinander sowie den gegenseitigen Unterschiedsgrad (Kontrast). Dies erfordert das Einordnen der Pixel in verschiedene Farbklassen.
"Eckengeradheit" bezeichnet den Grad, in dem die Form des Objekts von einem dieses umgebenden Rechteck abweicht.
"Randverhältnisse" bezeichnet das Längenverhältnis zwischen den längeren und den kürzeren Rändern des umgebenden Rechtecks.
"Randeigenschaften" bezeichnet hauptsächlich die Glätte der Ränder und ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit und Glätte der Erstreckung der Ränder.
Es folgen Beispiele für Interpretationen dieser Charakteristiken für ein effektives Sortieren von cellulosehaltigem Abfallmaterial:
Aus dem Charakteristikum der "Vielfarbigkeit" kann eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob das erkannte Objekt ein farbiges Papier ist. Das Fehlen von "Farbfülle" und ein hohes Maß an "Homogenität" geben an, dass es sich bei dem Objekt um Pappe, insbesondere um Wellpappe und Verpackungspappe, handelt. Ein ergänzendes Charakteristikum kann auch der Oberflächenreflexionsgrad" sein, der für nahezu sämtliche Pappen und Kartons recht niedrig erwartet werden kann. "Text- und Druckverteilung" umfasst Charakteristiken von Text, Illustrationen, etc. Insbesondere Schlagzeilen, Charakteristiken von Illustrationen und von Bereichen ohne Druck können bei der Entscheidung darüber behilflich sein, ob es sich bei dem Objekt um Zeitung handelt. "Vielfarbigkeit" gibt ebenfalls einen Hinweis darauf, ob es sich bei dem Objekt um ein illustriertes Magazin handelt. Die "Eckengeradheit" kann ebenfalls bestätigen, dass es sich um ein Magazin oder eine Zeitung handelt. "Das Randverhältnis" kann gleichermaßen dahingehend zu einer weiteren Einschränkung der möglichen Klassifizierungswahl führen, dass beispielsweise Magazine normalerweise ein Standardformat, beispielsweise das A4-Format in Europa, aufweisen. Karton und Pappe können normalerweise auf der Basis der "Randeigenschaften" erkannt und von Papier unterschieden werden. Papier hat normalerweise glatte Ränder, während Karton und Pappe zackige oder gefranste Ränder haben.
Die Farbe in Bereichen des Objekts ohne Druck kann in vielen Fällen für den Papiertyp kennzeichnend sein. Dies ist oft bei Zeitungspapier der Fall. Mehrere Arten von Karton und Pappe haben ebenfalls sehr charakteristische Grundfar ben. Leicht gefärbtes (getöntes) Papier weist üblicherweise Pastellfarben (pink, gelb) mit einem geringen Sättigungsgrad auf.
Kamerabildinterpretation, NIR-Erkennung und CMYK-Erkennung können in einem einzigen System kombiniert werden. In diesem Zusammenhang ist die Reihenfolge der Abtastung durch die Sensoren unerheblich, wenn diese nicht gleichzeitig erfolgt. Bei einem Ausführungsbeispiel tasten sämtliche Detektoren (nämlich die NIR- und die CMYK-Sensoren sowie die Bildaufzeichnungsvorrichtung) die gleiche Querlinie über das Förderband ab.
Sämtliche Informationen von den verschiedenen Detektoren werden an einen Hochleistungsrechner zur Verarbeitung übertragen. Es werden Algorithmen angewandt, um die Objekte zu identifizieren und deren jeweiligen Kategorien und Anteile zu definieren.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sortiervorgang normalerweise "negativ" (d.h. unerwünschte Objekte werden aus dem Strom entfernt), und ist in die folgenden drei Schritte unterteilt:

1. Die genaue Position des Objekts wird bestimmt. Dies kann durch die abtastenden CMYK- oder NIR-Sensoren oder gegebenenfalls mittels der Kamera geschehen. Eine Farbbildinterpretation, CMYK- und NIR-Sensoren liefern die erforderlichen Objektdaten.
2. Die erkannten Objekte werden charakterisiert und den verschiedenen Abfallanteilen zugeordnet.
3. Die erkannten unerwünschten Objekte werden schließlich automatisch mittels einer Anordnung kontrollierter Luftstrahlen, die am Ende des Förderbands angeordnet sind, aus dem Strom ausgestoßen.

Die Erkennung der Positionen von Objekten auf dem Förderband und das Ausstoßen gezielter Luftstrahlen ist aus dem Sortieren von Kunststoffen und Po lymeren bekannt und in DE-C-19751862 beschrieben, wobei die Objekterkennung ohne mechanische Berührung über die Breite des Förderbandes, die 1400 mm oder 2800 mm betragen kann, durchgeführt wird.
Für eine klare und vollständige Offenbarung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beispielhaft auf die zugehörigen Zeichnungen bezug genommen, welche zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erkennen eines CMYK-bedruckten Papierobjekts im Hinblick auf das Trennen desselben von Objekten, die nicht CMYK-bedruckt oder keine Papierobjekte sind,
2 eine Kurve der normalisierten Lichtintensität gegenüber der Wellenlänge, wobei diese Absorptionsspektren sichtbaren Lichts für die Grundfarben Cyan, Gelb und Magenta des CMYK-Farbbereich zeigt,
3 und 4 Kurven jeweiliger Beispiele für Spektren kombinierter CMYK-Farben,
5 und 6 Kurven jeweiliger Beispiele für Spektren von Nicht-CMYK-Farben;
7 und 8 Kurven zur Darstellung von Spektren für braune Pappe und graue Pappe,
9 eine Kurve zur Darstellung einer Spektralantwort in einem Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren,
10 eine schematische Darstellung einer modifizieren Version des Systems,
11 eine schematische Darstellung einer Analyseeinheit zur Verwendung in dem System der 1 und 10 und zum Analysieren von Strahlung im sichtbaren Spektrum, und
12 eine schematische Darstellung eines Teils der Einheit von 11.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 wird ein Verfahren zum Unterscheiden zwischen verschiedenen Klassen von Recyclingpapier, beispielsweise der deinkbaren Klasse und dem unerwünschten Material, basierend auf den Spektraleigenschaften im sichtbaren Bereich der CMYK-Farben beschrieben. CMYK ist nach den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz benannt, die sich aus dem in den meisten der heutigen abbildenden Druckverfahren verwendeten Farbentrennverfahren ergeben. Die durch den CMYK-Druckvorgang erhaltenen Farben können weitgehend durch Eigenschaften im sichtbaren Spektrum identifiziert werden, welche sie von Farben getönter Papiermaterialien und von Papierobjekten unterscheidet, welche durch ein Vormischverfahren bedruckt sind. Dieses Farbenunterscheidungsverfahren kann ein System verwenden, wie es in der Internationalen Patentanmeldungsveröffentlichung WO96/06689 beschrieben ist; selbstverständlich wird eher sichtbares als Infrarotstrahlung verwendet. Ferner ist dieses Farbenunterscheidungsverfahren mit einem IR-(Infrarot)-Eigenschaften verwendenden Verfahren kombinierbar, um Pappobjekte (hauptsächlich Nahrungsmittelbehälter) zu entfernen, die im CMYK-Verfahren bedruckt wurden, jedoch eine Art von Kunststoffbeschichtung aufweisen. Bei dem letzteren Verfahren kann es sich um das in WO96/06689 beschriebene Verfahren handeln. Ein beide Verfahren kombinierendes Abtastsystem ist in 1 dargestellt. Bei dem dargestellten System wird eine Mischung aus verschiedenen cellulosehaltigen Bahnen (S) kontinuierlich auf einem Förderband 1 an einer Erkennungsstation 2 vorbeibewegt, die einen Scanner 3 aufweist, der den Strom der sich bewegenden Mischung quer zum Band 1 abtastet und zwei Analyseeinheiten 4 und 5 aufweist. Das sichtbare Lichtspektrum der Strahlung in dem Strahl B, der von dem Band 1 und den Bahnen (S) reflektiert wird, wird von der Einheit 4 zur Erkennung der CMYK- bedruckten cellulosehaltigen Bahnen verwendet, und das IR-Spektrum wird von der Einheit 5 zum Erkennen von Bahnen wie kunststoffbeschichtete cellulosehaltige Bahnen verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, als Hauptstrom nur CMYK-bedruckte Papierbahnen, schwarzweiße Papierbahnen und weiße Papierbahnen zu belassen.
Zeitungen und Magazine sind zum großen Teil CMYK-bedruckt oder in Schwarz gedruckt. Somit sind diese von den meisten anderen farbigen Papierobjekten durch Erkennen des CMYK-Drucks unterscheidbar. Wie erwähnt, kann CMYK von den meisten anderen Farben durch die Charakteristiken des Spektrums im sichtbaren Bereich unterschieden werden. 2 zeigt Spektra für die drei Grundfarben Cyan (gestrichelte Linie), Gelb (durchgezogene Linie) und Magenta (strichpunktierte Linie). Die 3 und 4 zeigen Beispiele für Spektren von Bildern, die mit CMYK-Farben gedruckt wurden, während die 5 und 6 Spektren von Nicht-CMYK-Farben zeigen, wobei 7 ein typisches Spektrum von brauner Pappe und 8 ein typisches Spektrum von grauer Pappe zeigt.
Als Maß des "CMYK-Gehalts" einer Farbe werden die Unterschiede der Spektrumintensitäten zwischen zwei oder mehr aus einer Vielzahl schmaler Frequenzbandkanäle erkannt. Die Kanäle können durch Lichtsensoren erzeugt werden, die mit Schmalbandpassfiltern versehen sind, oder durch Anordnen von Sensoren an ausgewählten Positionen entlang eines Spektrums, das durch ein streuendes Element, beispielsweise ein Gitter oder ein Prima, erzeugt wird. Die Anzahl der Kanäle beträgt vorteilhafterweise 5, 6 oder mehr und höchst vorzugsweise 16. 9 zeigt die spektrale Antwort eines praktischen Beispiels mit 5 Kanälen, das Spektren eines typischen CMYK-Farbspektrums (gestrichelte Linie) und einem Nicht-CMYK-Spektrum (durchgezogene Linie) eines farbigen Papiers überlagert ist.
Ein Kriterium zum Unterscheiden zwischen CMYK- und Nicht-CMYK-Farben sind die Unterschiede zwischen den Intensitätspegeln in zwei oder mehr der Kanäle, beispielsweise (Ich2-Ich1), (Ich4-Ich3) und (Ich5-Ich4). Ichn bedeu tet hier die im Kanal n gemessene Intensität. Andere Kombinationen von Summen und Differenzen von Kanalintensitäten können entsprechend dem Typ und der Zahl der zu sortierenden Papierqualitäten gewählt werden.
Das in 1 dargestellte System, das NIR-Erkennung und CMYK-Erkennung verwendet, kann sehr vorteilhaft sein. Es hat jedoch einige Einschränkungen hinsichtlich des Abdeckens des gesamten Bereichs der Anforderungen an das Sortieren von cellulosehaltigen Abfallmaterialien. Das in 10 dargestellte System ist besser in der Lage, diesen Gesamtbereich abzudecken, da es zusätzlich eine Farbkamera, insbesondere eine CCD-Kamera (ladungsgekoppelte Vorrichtung) verwendet.
Wie in 10 dargestellt, transportiert das Förderband 101 das cellulosehaltige Abfallmaterial unter eine CCD-Kamera 102, die in einem Gehäuse 103 enthalten ist, das ebenfalls einen CMYK-Sensor 104, einen NIR-Sensor 105 und einen Computer 106 aufweist, dem die Ausgangssignale der Elemente 102, 104 und 105 zugeführt werden. Die Sensoren 104 und 105 empfangen die von dem Abfallstrom reflektierte Strahlung der Lampen 107 über einen Strahlteiler 108. der Computer 106 steuert den Betrieb von Luftventilen für Druckluftdüsen 109, um unerwünschtes Material, wie Pappe, farblich gesättigte Objekte und Kunststoff, aus dem Strom auszustoßen, der als gewünschtes Material von deinkbarer Qualität weiterläuft.
Die CMYK- und NIR-Sensoren 104 und 105 und die Farbkamera 102 tasten die gesamte Breite des Förderbandes 101 ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kamera 102 stromaufwärts der anderen Abtastsensoren 104 und 105 angeordnet und weist eine Auflösung auf, die für das Erkennen von gedrucktem Text auf den Objekten ausreicht.
Als optische Farbkamera 102 wird eine drei CCD aufweisende Zeilenkamera (rot, grün und blau) empfohlen. Die Auflösung kann in diesem Fall 2000 Pixel pro Zeile betragen und es können theoretisch bis zu 8000 Pixel pro Sekunde abgetastet werden, obwohl die Abtastgeschwindigkeit aufgrund der begrenzten Verarbeitungskapazität des Bildanalysecomputers 106 wahrscheinlich etwas geringer ist.
Diese Technik ermöglicht ferner zum Beispiel die Unterscheidung zwischen Zeitung und grauer Pappe, die normalerweise sehr schwer zu treffen ist. Die Basis hierfür ist die statistische Verteilung von schwarzen und nicht schwarzen Pixeln, wodurch Bereiche mit bestimmten Verteilungen als Textbereiche klassifiziert werden können.
Das System nach 10 kann automatisch Abfall in verschiedene Anteile mit hoher Reinheit sortieren. Beispielsweise hat ein Bediener des Systems die Möglichkeit, nur das Aussortieren von Zeitungspapier oder Pappe und Karton oder jedes anderen gewünschten Anteils zu wählen. Es ist ebenfalls möglich, unterschiedliche Qualitäts- und Reinheitsstandards einzustellen.
Das System nach 10 ist zum Erkennen der folgenden cellulosehaltigen Materialanteile ausgebildet:

– braunes cellulosehaltiges Material (Erkennung spezifischer Farben wie braun, hellbraun, dunkelbraun, mittels der Kamera und/oder der CMYK- und/oder (wenn das Material beschichtet ist) der NIR-Sensoren);
– graues cellulosehaltiges Material (Erkennung spezifischer Farben wie grau, hellgrau, dunkelgrau, mittels der Kamera und/oder der CMYK- und/oder (wenn das Material beschichtet ist) der NIR-Sensoren. Mit einer hochauflösenden Kamera können Zeitungen von grauem cellulosehaltigem Material unterschieden werden);
– Zeitungen (die statistische Verteilung von schwarzen und weißen Pixeln in einem Kamerabild ermöglicht die zuverlässige Erkennung von Zeitungen. Wenn zusätzlich zu grauem Druck Farbdruck vorhanden ist, kann der CMYK-Sensor derartigen Farbdruck eindeutig identifizieren und so die Kamerabildinterpretation ergänzen. Diese Informationen werden zum eindeutigen Unter scheiden zwischen grauer Pappe oder Karton und Zeitungen angewandt. Falls der Bediener dies wünscht, kann lediglich ein Anteil aussortiert werden, der nur Zeitungen umfasst);
– bedruckte Pappe (hierbei handelt es sich um Pappe mit Druck, die von einer Farbkamera allein nicht erkannt werden kann. Ein CMYK-Sensor kann zusätzliche Informationen liefern, basierend auf der Tatsache, dass illustrierte Magazine stets vier Druckfarbenlagen aufweisen, so dass sie von der bedruckten Pappe unterschieden werden können);
– farbiges Papier (dies kann durch die Kamera aufgrund seiner typischen Farben wie pink und gelb und deren Verteilung über die Fläche erkannt werden. Ein CMYK-Sensor liefert ebenso eine eindeutige Erkennung von farbigem Papier. Diese Erkennung erfolgt am besten mit einer Kombination aus einer Kamera und einem CMYK-Sensor);
– Nicht-Papier (durch Verwenden eines NIR-Sensors können sämtliche Objekte, die nicht aus cellulosehaltigem Material bestehen und nicht zu den Papieranteilen gehören, erkannt werden. Diese Kategorie umfasst die meisten Polymere wie PVC, PP, PE, PET, PS, Kunststofffolien und Getränkekartons sowie Nahrungsmittelkartons mit Polymerbeschichtungen).

Um eine optimale Leistung des Systems mit einer hohen "Trefferquote" und einem geringen Gehalt an Verunreinigungen in dem sortierten Anteil zu gewährleisten, muss das eingebrachte Material bestimmte Anforderungen erfüllen. Der Eingangsstrom trifft oft in Haufen und Bündeln ein, weshalb er ballistische Separatoren, Sternsiebe, Siebtrommeln und/oder ähnliche Maschinen durchlaufen sollte, um zu versuchen, zu gewährleisten, dass das Material in einer einzelnen Schicht ankommt und dass Verunreinigungen und Fragmente, die kleiner als 80-100 mm sind, metallische Verunreinigungen und Objekte, die größer als 600 mm sind, vorab entfernt werden. Idealerweise sollte die Grundfläche der Objekte auf dem Förderband 101 dem Größenbereich des deinkbaren Anteils entsprechen. Ferner sollte der Strom der Objekte gut über die Förderbandfläche in einer einzelnen Schicht und mit begrenzter Überlappung der Objekte verteilt sein. Das System wird vorzugsweise mit einer Bandgeschwindigkeit von ungefähr 2,5 m/s betrieben. Eine gleichmäßige Eingangszuführrate in die Sortierstation ist wesentlich für ein optimales Funktionieren des Systems mit einer hohen "Trefferquote" und einer hohen Reinheit des sortierten Anteils. Darüber hinaus ist es wichtig, dass das Band 101 ohne Störung durch Vibrationen arbeitet.
Werden diese Anforderungen erfüllt, kann ein Systemdurchsatz von etwa 3 bis 4 Tonnen pro Stunde bei einer Bandbreite von 14000 mm erwartet werden. Die Materialverteilung sollte nahezu optimal sein, so dass das Ausstoßen von grauer und brauner Pappe oder Karton mindestens 80% betragen kann. Der Verlust an deinkbarem Material, bezogen auf den Eingangsstrom vor dem Sortieren, beträgt ungefähr 4 bis 5%.
Wie in den 11 und 12 dargestellt, empfängt eine Analyseeinheit zum Analysieren von Strahlung im sichtbaren Spektrum, wie die Einheit 4 in 1 oder die Einheit 104 in 10, Strahlung R in Form von Licht im sichtbaren Spektrum, das von dem Band und dem Material auf dem Band reflektiert wird und durch eine konvexe Objektivlinse 200 geht, welche den Strahl der Strahlung R in Richtung auf eine Abdeckung 202 mit einem Schlitz 204 konvergieren lässt. Die Abdeckung 202 ist in einem Abstand von der Linse 200 angeordnet, der gleich dem Brennpunkt F der Linse ist, so dass der Strahl der Strahlung R am Brennpunkt F durch den Schlitz 204 geht. Sobald die Strahlung R den Schlitz 204 passiert hat, divergiert der Strahlungsstrahl zu einer Kollimierlinse 206, welche den Strahl parallelisiert. Der parallele Strahl trifft sodann auf ein Streuelement in Form eines Gitters 208. Das Gitter 208 reflektiert den Strahl der Strahlung R als mehrere schmale Wellenlängenband-Strahlen 209, die zueinander parallel und über das sichtbare Spektrum verteilt sind, wobei jeder der schmalen Wellenlängenband-Strahlen 209 entlang einem geringfügig anderen Weg reflektiert wird. Der Abstand zwischen der Objektivlinse 200 und dem Gitter beträgt ungefähr 200 mm.
Die von dem Gitter 208 reflektierte Strahlung passiert eine konvexe Fokussierlinse 210, welche die Lichtstrahlen auf einen Detektor 212 fokussiert. Der Detektor 212 weist mehrere Sensoren 214 auf, wie in 12 dargestellt. Einzelne schmale Wellenlängenband-Strahlen 209 werden von der Linse 210 auf einzelne Sensoren 214 fokussiert, die jeweils ein Signal erzeugen, das der Intensität der Strahlung entspricht, welche der Sensor empfängt. Die Signale der Sensoren 214 werden einem Computer, beispielsweise dem in Zusammenhang mit 10 beschriebenen Computer 106, zugeführt.
Der Schlitz 204 hat eine optimale Breite von 0,4 mm, was zu einer Erkennungsauflösung von 20 nm, d.h. es ist möglich, Differenzen zwischen Strahlungsintensitäten zu unterscheiden, die nur 20 nm voneinander entfernt sind. Eine größere Schlitzbreite führt zu einer Verringerung der Auflösung und kann so die zuberlässige Erkennung des Material beeinträchtigen. Umgekehrt erhöht ein schmalerer Schlitz die Erkennungsauflösung, derart dass Unterschiede in den Strahlungsintensitäten erkannt werden können, die weniger als 20 nm voneinander beabstandet sind. In diesem Fall besteht jedoch eine erhebliche Verringerung der von den Sensoren 214 empfangenen Signalintensität.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Claims

Verfahren zum Separieren von Objekten (S) mit einer auf die Farbe der Objekte (S) bezogenen spezifischen Spektralcharakteristik von einer Mischung von Objekten (S), wobei die Charakteristik durch Spektralanalyse, jedoch nicht durch das bloße Auge oder eine Farbkamera erkennbar ist, umfassend das Vorbewegen der Mischung, das mittels Strahlung (B) erfolgende Bestimmen, ob ein Teil der Mischung die Charakteristik aufweist, und das Separieren der die Charakteristik aufweisenden Objekte (S) von der Mischung als gewünschte Teile der Mischung, wobei das Bestimmen das Analysieren der durch den Teil veränderten Strahlung in einer Vielzahl von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl mindestens fünf beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes Wellenlängenband nicht mehr als 50 Nanometer breit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit dem Schritt des Bestimmens der Farbe der Objekte (S) und damit, ob die Objekte (S) CMYK-bedruckte Objekte sind oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Bänder ein Band im Bereich von 550 Nanometer und ein Band im Bereich von 650 Nanometer umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit dem Schritt des zusätzlichen Anwenden von Kamerabildinterpretation auf derartige veränderte Strahlung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit dem Schritt des zusätzlichen Analysierens derartiger veränderter Strahlung im nicht sichtbaren Wellenlängenspektrum.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem beschichtetes braunes zellulosehaltiges Material und/oder beschichtetes graues zellulosehaltiges Material erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 bezogen auf Anspruch 6, bei dem bedruckte Pappe erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem braunes zellulosehaltiges Material, das nicht polymerbeschichtet ist, und/oder graues zellulosehaltiges Material, das nicht polymerbeschichtet ist, erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem farbiges oder getöntes Papier oder Pappe erkannt wird.
Gerät mit einer Vorrichtung (1; 101) zum Vorwärtsbewegen einer Mischung von Objekten (S), einer Bestimmungsanordnung (3; 103), die Strahlung verwendet, um zu bestimmen, ob ein Teil der Mischung ein Objekt (S) ist, das eine spezifische, auf die Farbe des Objekts (S) bezogene Spektralcharakteristik zeigt, wobei die Charakteristik durch Spektralanalyse, jedoch nicht mit dem bloßen Auge oder einer Farbkamera erkennbar ist, und einer Separiervorrichtung (109) zum Separieren der die Charakteristik aufweisenden Objekte (S) von der Mischung als gewünschte Teile der Mischung, wobei die Bestimmungsanordnung (3; 103) eine Erkennungsanordnung, die dem Erkennen von durch den Teil veränderter Strahlung dient, und eine Analyseanordnung (106), die dem Analysieren der veränderten Strahlung in einer Vielzahl von schmalen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum dient.
Gerät nach Anspruch 12, bei dem die Vielzahl mindestens fünf beträgt.
Gerät nach Anspruch 12 oder 13, bei dem jedes Wellenlängenband nicht mehr als 50 Nanometer breit ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14, und zur Verwendung bei der Bestimmung der Farbe der Objekte (S) und damit, ob die Objekte CMYK-bedruckte Objekte sind oder nicht.
Gerät nach Anspruch 15, bei dem die Bänder ein Band im Bereich von 550 Nanometer und ein Band im Bereich von 650 Nanometer umfassen.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Erkennungsanordnung (3; 103) Lichtsensoren umfasst, die mit Schmalbandfiltern versehen sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Erkennungsanordnung (3; 103) ein spektrumerzeugendes, lichtdispersives Element (208) und Lichtsensoren (214) umfasst, die, wenn ein Spektrum erzeugt ist, entlang dem Spektrum verteilt angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 18, bei dem das Element (208) ein Gitter oder ein Prisma ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem die Analyseanordnung (106) auch dem Analysieren von veränderter Strahlung im nicht sichtbaren Wellenlängenspektrum dient.
Gerät nach Anspruch 20, bei dem beschichtetes braunes zellulosehaltiges Material und/oder beschichtetes graues zellulosehaltiges Material erkannt wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 20, und ferner mit einer Farbkamera (102) und einer zum Empfangen des Ausgangs der Kamera (102) und zum Durchführen der Interpretation von Kamerabildern ausgebildeten Vorrichtung.
Gerät nach Anspruch 22 bezogen auf Anspruch 20, bei dem bedruckte Pappe erkannt wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 23, bei dem braunes zellulosehaltiges Material, das nicht polymerbeschichtet ist, und/oder graues zellulosehaltiges Material, das nicht polymerbeschichtet ist, erkannt wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 24, bei dem farbiges oder getöntes Papier oder Pappe erkannt wird.