EP2110187A1 - Method for identifying, classifying and sorting objects and materials and a recognition system for carrying out this method - Google Patents

Method for identifying, classifying and sorting objects and materials and a recognition system for carrying out this method Download PDF

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EP2110187A1
EP2110187A1 EP09008037A EP09008037A EP2110187A1 EP 2110187 A1 EP2110187 A1 EP 2110187A1 EP 09008037 A EP09008037 A EP 09008037A EP 09008037 A EP09008037 A EP 09008037A EP 2110187 A1 EP2110187 A1 EP 2110187A1
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sorted
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    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour

Definitions

  • an automated sorting method in which the identification of the objects to be sorted is performed by means of spectral data analysis.
  • the spectral data for a given amount of objects to be sorted are determined and forwarded for subsequent classification to a computer unit.
  • This method is complicated in terms of apparatus technology, since such a detection system consists of three subsystems, namely an image analysis system, a scanning device and an NIR (near infrared) spectrometer.

Landscapes

  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The method involves moving spectral data, like color, chemical characteristics and spatial data like form, size, position or structure relative to a measuring unit or identifying and detecting moved articles in both planes. The detected articles, objects and materials are classified depending on the data in real time and are sorted. The articles are removed from the process cycle by sorting device, particularly by a controllable air current, without interrupting the total process. The articles correspond to a sorting spectrum. Independent claims are included for the following: (1) a recognition system for execution of the method; and (2) an arrangement for execution of the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren, Klassifizieren und Sortieren von Gegenständen, Objekten und Materialien, ein Erkennungssystem sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for identifying, classifying and sorting objects, objects and materials, a recognition system and an arrangement for carrying out this method.

In einer Reihe von industriellen Prozessen sind Verfahren zur Identifikation bzw. Klassifikation von Gegenständen, Objekten und Materialien ein wichtiges Instrument zur Prozessführung bzw. -kontrolle.In a number of industrial processes, methods for identifying or classifying objects, objects, and materials are an important tool for process control.

So wird gemäß der DE-A1 19751862 ein automatisiertes Sortierverfahren angegeben, bei welchem die Identifikation der zu sortierenden Gegenstände mit Hilfe von Spektraldatenanalyse durchgeführt wird. Je nach Ansteuerung der dem Spektrometer vorgeschalteten Abtasteinrichtung beim Identifiziervorgang werden die Spektraldaten für eine vorgegebene Menge an zu sortierenden Gegenständen ermittelt und für die anschließende Klassifizierung an eine Rechnereinheit weitergeleitet. Dieses Verfahren ist in apparatetechnischer Hinsicht aufwendig, da ein derartiges Erkennungssystem aus drei Subsystemen, nämlich einem Bildanalysesystem, einer Abtasteinrichtung und einem NIR-(nahes Infrarot) Spektrometer besteht.Thus, according to the DE-A1 19751862 an automated sorting method is provided in which the identification of the objects to be sorted is performed by means of spectral data analysis. Depending on the control of the spectrometer upstream scanning device in the identification process, the spectral data for a given amount of objects to be sorted are determined and forwarded for subsequent classification to a computer unit. This method is complicated in terms of apparatus technology, since such a detection system consists of three subsystems, namely an image analysis system, a scanning device and an NIR (near infrared) spectrometer.

Eine weitere bekannte Methode zur Klassifizierung von Gegenständen, Objekten und Materialien ist die Messung von spektralen Eigenschaften an einem Messobjekt in einem oder mehreren optischen Wellenlängenbereichen und die Auswertung der so erhaltenen spektralen Absorptions-, Emissions- oder Reflektionsmuster. Diese Verfahren setzen allerdings voraus, dass der Messfleck repräsentativ für das gesamte Messobjekt ist. Wenn dies nicht gewährleistet ist, beispielsweise wenn die Möglichkeit besteht, dass das Objekt durch andere Materialien verunreinigt oder überdeckt wird, inhomogen ist, oder wenn die Messobjekte eine relevante Oberflächenstruktur aufweisen, die erfasst werden soll, so sind diese Methoden unzureichend. Für derartige Fälle ist die Verwendung von Systemen erforderlich, mit welchen die benötigte Spektralinformation ortsaufgelöst erfasst werden kann.Another known method for classifying objects, objects and materials is the measurement of spectral properties on a measurement object in one or more optical wavelength ranges and the evaluation of the spectral absorption, emission or reflection patterns thus obtained. However, these methods assume that the measuring spot is representative of the entire object to be measured. If this is not ensured, for example if there is the possibility that the object is contaminated or covered by other materials, is inhomogeneous, or if the measuring objects have a relevant surface structure to be detected, these methods are insufficient. For such cases, the use of systems is required, with which the required spectral information can be detected spatially resolved.

Es ist bekannt, in diesem Bereich Filtersysteme zu verwenden, wobei wahlweise diskrete Filter bei Beobachtung weniger, ausgewählter Wellenlängen eingesetzt werden oder wobei durch Verwendung von durchstimmbaren optischen Filtern ein multispektrales Bild, in Kombination mit einer Aufnahmeeinheit, üblicherweise einer Kamera, erfasst wird. Ein derartiges System unter Verwendung von akustisch durchstimmbaren optischen Filtern wird in US-A-5,216,484 beschrieben. Die Einschränkung bei Verwendung von Filtersystemen mit mehr als einer beobachteten Wellenlänge ist, dass sich das Messobjekt während der Dauer der Messung relativ zur Messeinrichtung nicht bewegen darf. Bei Auftreten einer Relativbewegung werden eine Reihe von Bildern erhalten, die einzelne Abbilder des Messobjektes bei einzelnen Wellenlängen, jedoch an unterschiedlichen Positionen sind, wodurch kein vollständiges Abbild eines bewegten Messobjektes erhalten werden kann. Durch diese Einschränkung kann die Anforderung der Messung mit hoher Auflösung in beiden ebenen Dimensionen und in Echtzeit ohne Unterbrechung des Prozesses von derartigen Systemen nicht erfüllt werden.It is known to use filter systems in this field, optionally using discrete filters when observing a few, selected wavelengths, or by using tunable optical filters to form a multispectral image, in Combination with a recording unit, usually a camera, is detected. Such a system using acoustically tunable optical filters is disclosed in US Pat US-A-5,216,484 described. The limitation when using filter systems with more than one observed wavelength is that the object to be measured may not move relative to the measuring device during the duration of the measurement. When a relative movement occurs, a series of images are obtained which are individual images of the measurement object at individual wavelengths but at different positions, whereby a complete image of a moving measurement object can not be obtained. This limitation can not meet the requirement of high resolution measurement in both planar dimensions and in real time without interrupting the process of such systems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der aus dem Stand der Technik vorbekannten Verfahren zum Identifizieren und Klassifizieren von Gegenständen, Objekten und Materialien zu beseitigen, wobei gleichzeitig eine einfache Verfahrensführung gewährleistet sein soll.The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art methods for identifying and classifying objects, objects and materials, while at the same time ensuring simple process control.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Verfahrensschritt die spektralen Daten, wie Farbinformation, chemische Eigenschaften und räumlichen Daten, wie Form, Größe, Lage und/oder Struktur von relativ zur Messeinheit bewegten oder sich bewegenden Gegenständen, Objekten und Materialien in beiden ebenen Dimensionen mit hoher räumlicher und voller spektraler Auflösung in Echtzeit ermittelt und erfasst werden.According to the invention, a method of the type mentioned is proposed, which is characterized in that the spectral data, such as color information, chemical properties and spatial data, such as shape, size, position and / or structure of moving or moving relative to the measuring unit in one step Objects, objects and materials in both planar dimensions with high spatial and full spectral resolution in real time are detected and recorded.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of this method are the subject of the dependent claims.

So kommen als Spektralbereiche vorzugsweise die folgenden Bereiche und/oder Subbereiche der Bereiche und/oder Kombinationen der Bereiche zur Anwendung: Ultraviolett (UV, 200 - 380 nm), sichtbares Licht (380 - 780 nm), nahes Infrarot (NIR, 780 - 2500 nm) und mittleres Infrarot (> 2,5 µm). Die so erfassten Gegenstände, Objekte und Materialien können anhand dieser Daten in Echtzeit klassifiziert und anschließend beispielsweise automatisiert sortiert werden.Thus, as spectral ranges, preferably the following ranges and / or subregions of the ranges and / or combinations of ranges are used: ultraviolet (UV, 200-380 nm), visible light (380-780 nm), near infrared (NIR, 780-2500 nm) and mid-infrared (> 2.5 μm). The objects, objects and materials thus captured can be classified on the basis of this data in real time and then, for example, automatically sorted.

Ein beispielhafter Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Verfahren ist die material- bzw. sortenreine Sortierung von Gegenständen, Objekten und Materialien, wie Abfallstoffen, aber auch die Aufbereitung von Recycling-Materialien. Es ist bekannt, jegliche Art von Gegenständen, wie Abfallstoffe und Recycling-Material, per Hand zu sortieren. Dabei wird nach Kriterien wie Farbe, Form und Zusammensetzung der zu sortierenden Gegenstände vorgegangen. Obzwar eine Vorsortierung per Hand, wie dies beispielsweise bei kleineren Müllmengen in Haushalten durchgeführt wird, eine Erleichterung für die weitere Abfallentsorgung ist, sind dennoch manuelle Sortierverfahren aufwendig durchzuführen. Um die Sortierung zu vereinfachen bzw. die Sortierung von gesundheitsgefährdenden oder gesundheitsschädlichen Stoffen zu ermöglichen, kann hier das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.An exemplary application for the method according to the invention is the sorting of materials or types of objects, objects and materials, such as waste materials, but also the processing of recycled materials. It is known to sort by hand any kind of items, such as waste and recycled material. It is based on criteria such as color, shape and composition of the items to be sorted. Although presorting by hand, as is done, for example, with smaller amounts of waste in households, is a relief for further waste disposal, yet manual sorting are consuming to perform. In order to simplify the sorting or to enable the sorting of health-endangering or harmful substances, the method according to the invention can be used here.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur in-line Qualitätskontrolle von Produkten während des Produktionsprozesses, beispielsweise von Oberflächenbeschichtungen. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht für diese Anwendung die Kontrolle der Verteilung, Homogenität und Qualität eines Beschichtungsprozesses in Echtzeit. Zusätzlich lassen sich durch Anwendung von Bildverarbeitungsalgorithmen auf das Klassifikationsergebnis automatisiert und in Echtzeit Aussagen, beispielsweise über die räumliche und/oder die Größenverteilung von Irregularitäten treffen, was als Regel- und/oder Qualitätssicherungsparameter für die Prozessführung von essentieller Bedeutung für eine effiziente und störungsarme Produktion ist. Gegenüber dem Stand der Technik, namentlich (i) off-line Stichprobenprüfungen, (ii) nicht-ortsaufgelösten on-line Summenprüfverfahren, im Anwendungsbeispiel Flächenwiderstand und/oder -kapazität, oder (iii) der, aus apparatetechnischer und finanzieller Hinsicht aufwendigen Verwendung mehrerer, über die Breite der Förderanlage verteilten Einzelmessköpfe, stellt das erfindungsgemäße Verfahren somit einen signifikanten Fortschritt dar.Another application example is the use of the method according to the invention for in-line quality control of products during the production process, for example of surface coatings. The use of the method according to the invention makes it possible to control the distribution, homogeneity and quality of a coating process in real time for this application. In addition, by applying image processing algorithms to the classification result, it is possible to automatically and in real time make statements, for example about the spatial and / or the size distribution of irregularities, which as a control and / or quality assurance parameter for process control is of essential importance for efficient and low-interference production , Compared to the state of the art, namely (i) off-line sampling tests, (ii) non-spatially resolved on-line sum testing, in the example sheet resistance and / or capacity, or (iii) the costly use of a plurality of apparatus, and equipment, distributed over the width of the conveyor individual measuring heads, the inventive method thus represents a significant advance.

Die Erfindung betrifft weiters ein Erkennungssystem, bestehend aus einer Detektionseinheit zur simultanen Ermittlung der räumlichen aufgelösten Bild- und Spektraldaten in Echtzeit, welche oberhalb der auf einer Transportanlage, vorzugsweise einer Förderbahn, verteilten, zu klassifizierenden und/oder sortierenden Gegenständen positioniert ist, und einer mit dieser Einheit verbundenen Erkennungs- und Auswerteeinheit zum Auswerten der ermittelten multispektralen Bilddaten. Alternativ kann, insbesonders bei der Betrachtung von Oberflächen großer und/oder schwerer Objekte, die Detektionseinheit auf bzw. von einem ein- oder mehrachsigem Bewegungssystem bewegt werden, wobei sich das Messobjekt in Ruhestellung befindet.The invention further relates to a detection system consisting of a detection unit for the simultaneous determination of spatially resolved image and spectral data in real time, which positions above the objects distributed on a transport system, preferably a conveyor track, to be classified and / or sorted and a detection and evaluation unit connected to this unit for evaluating the determined multispectral image data. Alternatively, especially when viewing surfaces of large and / or heavy objects, the detection unit can be moved to or from a single- or multi-axis motion system, with the measurement object in the rest position.

In beiden Anordnungen können Linien quer zur Richtung der relativen Bewegung der zu klassifizierenden Gegenstände durch einen Spalt im Erkennungssystem abgebildet werden. Vorteilhafterweise besteht dieses Erkennungssystem aus einem bildgebendem Spektrographen in Kombination mit einer Aufnahmeeinheit. Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, dass Linien, welche quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen Messobjekt und Detektionseinheit verlaufen, mit Hilfe einer geeigneten, spektral abgestimmten Optik abgebildet und über einen Eintrittsspalt einem bildgebenden Spektrographen zugeführt werden, welcher mit einem wellenlängendispersiven Element zum spektralen Zerlegen der Linien ausgerüstet ist, so dass an der Austrittsseite des Spektrographen das eintretende Licht in die entsprechenden Spektralbereiche zerlegt und auf eine Aufnahmeeinheit abgebildet wird.In both arrangements, lines transverse to the direction of relative movement of the articles to be classified may be imaged through a gap in the detection system. Advantageously, this recognition system consists of an imaging spectrograph in combination with a recording unit. This system is characterized in that lines which extend transversely to the direction of the relative movement between the object to be detected and the detection unit are imaged with the aid of a suitable, spectrally matched optics and fed via an entrance slit to an imaging spectrograph, which is provided with a wavelength-dispersive element for the spectral decomposition of the lines is equipped so that at the exit side of the spectrograph, the incoming light is decomposed into the corresponding spectral regions and imaged on a recording unit.

Die, wie vorstehend erläutert, ermittelten Daten werden in der Folge an die Auswerteeinheit weitergegeben, die vorteilhafterweise aus einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage besteht. Die mit hoher Geschwindigkeit übertragenen Daten von der Detektionseinheit werden zunächst mit Hilfe eines entsprechenden Computer-Softwareprogramms eingelesen. Zur Weiterverarbeitung umfasst die Computer-Software eine Reihe von mathematischen Algorithmen zur Bearbeitung der mit Hilfe des Erkennungssystems / den Erkennungssystemen ermittelten Datenströme in Echtzeit.The data determined as described above are subsequently passed on to the evaluation unit, which advantageously consists of an electronic data processing system. The data transmitted at high speed from the detection unit are first read in by means of a corresponding computer software program. For further processing, the computer software includes a number of mathematical algorithms for processing in real time the data streams determined using the recognition system (s).

Bedingt durch die Relativbewegung werden sequentiell Linien aufgenommen und mittels Computersoftware zu einem multidimensionalen Informationsraum zusammengesetzt. Dieser besteht aus den beiden Ortskoordinaten in Längs- und Querrichtung zur Bewegungsrichtung sowie aus einer spektralen Dimension, welche die Spektralinformation als spektrale Intensität in Abhängigkeit der Wellenlänge beschreibt. Durch die Auswertung dieser Daten ist es möglich, sowohl Form, Größe und Lage der zu klassifizierenden Gegenstände als auch simultan dazu Farb- und/oder sonstige Materialeigenschaften, z.B. die chemische Zusammensetzung, zu bestimmen.Due to the relative movement, lines are sequentially recorded and assembled by means of computer software into a multidimensional information space. This consists of the two spatial coordinates in the longitudinal and transverse direction to the direction of movement and from a spectral dimension, which describes the spectral information as a spectral intensity as a function of the wavelength. By evaluating this data, it is possible to both form, size and location of the objects to be classified as well as simultaneously Color and / or other material properties, such as the chemical composition to determine.

Allgemein dient diese Klassifikation der Zuordnung der erkannten Gegenstände zu Gruppen mit ähnlichen oder vergleichbaren Eigenschaften, wie im erfindungsgemäßen Fall, Form, Größe, Farbe, Struktur und/oder chemische Konstitution, sowie Kombinationen aus diesen und/oder ähnlichen Parametern. Zwar lassen sich Farben auch mit Hilfe von üblichen Farbkameras festhalten, jedoch sind diese auf drei Farbkanäle beschränkt, so dass eine Farbklassifikation nur mit hohem technischem Aufwand oder aber verminderter Präzision erfolgen kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch eine Spektralzerlegung ermöglicht, welche für 100 bis 200 Wellenlängen typisch ist, so dass ein präzises Identifizieren und Klassifizieren der zu sortierenden Gegenstände gewährleistet ist.In general, this classification serves to associate the detected objects with groups having similar or comparable properties, such as in the case according to the invention, shape, size, color, structure and / or chemical constitution, as well as combinations of these and / or similar parameters. Although colors can also be captured with the help of conventional color cameras, these are limited to three color channels, so that a color classification can be made only with great technical effort or reduced precision. The inventive method, however, a spectral resolution is made possible, which is typical for 100 to 200 wavelengths, so that a precise identification and classification of the objects to be sorted is ensured.

Durch die Beschränkung des mit einer Einheit erfassbaren Spektralbereiches kann es für spezifische Anwendungen vorteilhaft sein, das Gesamtsystem mit zwei oder mehr Detektionseinheiten, jeweils bestehend aus spektral abgestimmter Optik, bildgebendem Spektrographen und Kamera, auszustatten. Dadurch ist es möglich, die Informationsbasis der Klassifikation zu verbreitern und somit die Klassifikationszuverlässigkeit zu erhöhen. Die Detektionseinheiten werden dazu bevorzugt so in das Gesamtsystem integriert, dass sie synchron zueinander laufen und das selbe Beobachtungsfeld erfassen. Die Detektionseinheiten können wahlweise an eine gemeinsame oder individuelle Erkennungs- und Evaluationseinheiten angeschlossen sein.By limiting the unit-detectable spectral range, it may be advantageous for specific applications to equip the overall system with two or more detection units, each consisting of spectrally tuned optics, imaging spectrograph, and camera. This makes it possible to broaden the information base of the classification and thus to increase the classification reliability. The detection units are preferably integrated into the overall system in such a way that they run synchronously with each other and detect the same observation field. The detection units can optionally be connected to a common or individual recognition and evaluation units.

Die Erfindung betrifft weiters eine Anordnung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens als automatisierter Materialsortierprozess, welche im wesentlichen aus einer durchgängigen Förderbahn und einer wirkmäßig mit dem Erkennungssystem verbundenen Einrichtung, vorzugsweise eine Düsenreihe, besteht. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anordnung sind gemäß Unteransprüche geoffenbart.The invention further relates to an arrangement for carrying out the method according to the invention as an automated material sorting process, which consists essentially of a continuous conveyor track and a device which is effectively connected to the recognition system, preferably a nozzle row. Advantageous embodiments of this arrangement are disclosed according to the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert, wobei

  • Fig. 1 eine mögliche Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 2 einen in dieser Vorrichtung vorgesehenen bildgebenden Spektrographen mit integrierter Aufnahmeeinheit;
  • Fig. 3 ein in dieser Vorrichtung vorgesehenes Förderband; und
  • Fig. 4 den Querschnitt dieses Förderbandes darstellen.
The invention will be described below by way of example with reference to FIG Fig. 1 to 4 explains
  • Fig. 1 a possible device for carrying out the method according to the invention;
  • Fig. 2 an imaging spectrograph having an integrated receiving unit provided in this device;
  • Fig. 3 a conveyor belt provided in this apparatus; and
  • Fig. 4 represent the cross section of this conveyor belt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Anwendung als Erfassungs-, Klassifikations- und Steuersystem für die sortenreine Materialsortierung wird in der Folge anhand der beispielhaften Darstellungen gemäß Fig. 1 bis 4 näher erläutert:An advantageous embodiment of the method according to the invention for use as a detection, classification and control system for the sorted material sorting will be described in the following with reference to the exemplary illustrations Fig. 1 to 4 explained in more detail:

Die zu sortierenden Gegenstände, Objekte und Materialien werden in Richtung des Pfeils 7 auf das Förderband 4 der Vorrichtung 1 gut verteilt aufgebracht. Nach einer kurzen Beschleunigungsstrecke gelangen diese Gegenstände mit einer Geschwindigkeit von typischerweise 1 bis 3 m/s zur Detektionseinheit 2, welche oberhalb des Förderbandes angeordnet ist. Der zu betrachtende Bereich des Förderbandes ist durch wenigstens eine optische Strahlungsquelle beleuchtet, welche sich bevorzugt durch eine über den Beobachtungsbereich räumlich und spektral homogene Intensitätsverteilung auszeichnet. In dieser Anordnung ist es möglich, Linien, welche quer zum Förderband verlaufen, durch eine Optik 8 der Detektionseinheit 2, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, zu erfassen. Das von dieser Beobachtungslinie ausgehende Licht gelangt über den Eintrittsspalt 9 - siehe Figur 2 - in einen abbildenden Spektrographen 10, der mit einem wellenlängendispersiven Element 11, bevorzugt einem Transmissionsgitter, ausgerüstet ist, so dass an der Austrittseite des Spektrographen unter Erhalt der räumlichen Information der abgebildeten Linie die Lichtstrahlen der abgebildeten Linien spektral zerlegt auf einer Aufnahmeeinheit 12 abgebildet werden. Diese Aufnahmeeinheit 12 ist vorteilhafterweise ein zweidimensionales Array, wie eine CCD-(charge-coupled device) oder CMOS- (complementary metal-oxide semiconductor) Kamera oder eine sonstige Kamera, welche für den jeweiligen Spektralbereich besonders geeignet ist.The objects, objects and materials to be sorted are applied well distributed in the direction of the arrow 7 on the conveyor belt 4 of the device 1. After a short acceleration section, these objects reach the detection unit 2 at a speed of typically 1 to 3 m / s, which is arranged above the conveyor belt. The area of the conveyor belt to be viewed is illuminated by at least one optical radiation source, which is preferably characterized by a spatially and spectrally homogeneous intensity distribution over the observation area. In this arrangement, it is possible, lines that are transverse to the conveyor belt, through an optical system 8 of the detection unit 2, as shown in FIG Fig. 2 is shown to capture. The light emanating from this observation line passes over the entrance slit 9 - see FIG. 2 in an imaging spectrograph 10, which is equipped with a wavelength-dispersive element 11, preferably a transmission grating, so that the light beams of the imaged lines are spectrally dissected on a receiving unit 12 on the exit side of the spectrograph while preserving the spatial information of the imaged line. This recording unit 12 is advantageously a two-dimensional array, such as a CCD (charge-coupled device) or CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) camera or other camera, which is particularly suitable for the respective spectral range.

Die Daten werden an die Auswerteeinheit 3 übermittelt und dort weiterverarbeitet. Mit dem erfindungsgemäßen Erkennungssystem werden gleichzeitig zwei Kategorien von Daten bestimmt, nämlich einerseits die Spektraldaten zum Bestimmen der Farbe und/oder der chemischen Eigenschaften und anderseits die Bilddaten zum Bestimmen von Form, Lage, Größe und/oder Struktur der zu klassifizierenden Gegenstände. Die Form der Gegenstände wird dadurch aufgenommen, dass die Linien quer zum Förderband mit einer typischen Auflösung von zwischen 128 Punkten und 1600 Punkten erfasst und ausgewertet werden. Durch die sequentielle Aufnahme der Linien entsteht aus den vorgenannten Linien ein zweidimensionales Bild. Aus diesem Datensatz lassen sich die geometrischen Eigenschaften der zu klassifizierenden Gegenstände bestimmen.The data is transmitted to the evaluation unit 3 and further processed there. With the recognition system according to the invention, two categories of data are determined simultaneously, namely on the one hand the spectral data for determining the color and / or the chemical Properties and on the other hand, the image data for determining the shape, location, size and / or structure of the objects to be classified. The shape of the objects is captured by capturing and evaluating the lines across the conveyor belt with a typical resolution of between 128 points and 1600 points. Due to the sequential recording of the lines, a two-dimensional image emerges from the aforementioned lines. From this data set, the geometric properties of the objects to be classified can be determined.

Die Datenverarbeitung umfasst für typische, rein qualitative Klassifikation eine Dunkelstromkorrektur, eine Referenzierung gegen einen Standard, eine Normalisierung der Spektren, eine Filterstufe zur Reduktion des Rauschens, die Berechnung der 1. oder 2. Ableitung sowie die eigentliche Klassifikation nach einem auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmten und optimierten Algorithmus. Weitere Funktionen können beispielsweise die zur Bestimmung des Schwerpunktes und/oder der Objekt- bzw. Klassenkanten und/oder anderer Objekteigenschaften mittels Bildverarbeitungsalgorithmen sein. Dadurch ist es möglich, die zu trennenden Gegenstände präzise zu erkennen, in Echtzeit zu klassifizieren und im weiteren beispielsweise eine entsprechende Sortierung vorzunehmen.For typical, purely qualitative classification, the data processing includes a dark current correction, a referencing to a standard, a normalization of the spectra, a filter stage to reduce the noise, the calculation of the 1st or 2nd derivative as well as the actual classification according to a specific application and optimized algorithm. Further functions can be, for example, those for determining the center of gravity and / or the object or class edges and / or other object properties by means of image processing algorithms. This makes it possible to precisely identify the objects to be separated, to classify them in real time and, for example, subsequently to perform a corresponding sorting.

Im Falle von Mülltrennung ist beispielsweise für das Recycling von Kunststoffflaschen, wie Polyethylenterephthalat (PET) - Flaschen, nicht nur die Klassifikation nach Material, Komponenten, sondern auch nach Farbe und/oder nach Art der Schraubkappe der Flasche für die Weiterarbeitung vorteilhaft. Ebenso können Standard-Sortierkriterien, die bei anderen Klassifikationsverfahren Verwendung finden, wie Länge, Breite und Form bzw. Kontur direkt aus den Daten extrahiert und zur Sortierung herangezogen werden. Durch Kombination der benötigten Daten im softwareseitigen Evaluationsmodul, beispielsweise durch Vergleich mit hinterlegten Soll-Vorgaben, kann das Klassifikationsergebnis an die prozessspezifische Anforderung angepasst werden. Die Daten, das sind die sogenannten Output-Daten des Evaluationsmoduls, werden über eine benutzerdefinierte Schnittstelle, ein weiteres Modell der Computer-Software, an die entsprechenden Steuerkomponenten, beispielsweise ein übergeordnetes Prozessleitsystem oder, wie in dieser beispielhaften Anwendung, an eine Einheit zur automatisierten Sortierung, etwa steuerbare Ausblasdüsen, weitergeleitet. Bei dieser Anwendung für die Materialsortierung kann somit nach dem Ermitteln der vorgenannten Daten eine automatisierte Sortierung, zum Beispiel durch Ausblasen oder mittels gesteuerter Klappen, erfolgen.In the case of waste separation, for example, for the recycling of plastic bottles, such as polyethylene terephthalate (PET) - bottles, not only the classification by material, components, but also by color and / or the nature of the screw cap of the bottle for further processing advantageous. Likewise, standard sorting criteria that are used in other classification methods, such as length, width and shape or contour can be extracted directly from the data and used for sorting. By combining the required data in the software evaluation module, for example by comparison with stored target specifications, the classification result can be adapted to the process-specific requirement. The data, the so-called output data of the evaluation module, is transmitted via a user-defined interface, another model of the computer software, to the corresponding control components, for example a higher-level process control system or, as in this exemplary application, to an automated sorting unit . about controllable exhaust nozzles, forwarded. In this application for material sorting, an automated sorting, for example by blowing out or by means of controlled flaps, can thus take place after the determination of the aforementioned data.

Besonders bevorzugt ist die Sortierung mit Hilfe einer steuerbaren Düsenreihe 5, in welcher Luftdüsen 14 derart angeordnet sind, dass die dadurch erzeugten Luftströme die auszusortierenden Gegenstände schräg seitlich in entsprechende Auffangbehälter wirbeln, so dass diese vom Förderband 4 abgezogen werden können. Die Düsenreihe 5 ist, wie aus Figuren 3 und 4 ersichtlich, vorteilhafterweise unterhalb der die Gegenstände tragenden Trume der Streifen 13 angeordnet.Particularly preferred is the sorting with the aid of a controllable nozzle row 5, in which air nozzles 14 are arranged such that the air streams generated thereby vortex the items auszusortierenden laterally into corresponding receptacle so that they can be deducted from the conveyor belt 4. The nozzle row 5 is as out FIGS. 3 and 4 can be seen, advantageously arranged below the strands of the strips 13 carrying the articles.

Eine weitere bevorzugte Methode ist die Verwendung eines zusätzlichen Querförderbandes 6, das in einem Abstand von beispielsweise 30 cm quer über dem Transportförderband 4 angebracht ist. Die auszutragenden Gegenstände werden bei dieser Ausführungsform durch die Ausblasdüsen auf dieses Förderband gewirbelt und anschließend auf dem Querförderband abtransportiert. Dieser Sortiervorgang wird anhand der Darstellung gemäß Fig. 3 näher erläutert. Daraus ist zu ersehen, dass das Förderband 4 in Längsrichtung aus mehreren voneinander beabstandeten, z.B. etwa 50 Streifen 13 besteht. Die Düsenreihe 5 ist so angebracht, dass die einzelnen Düsen 14 zwischen den Streifen 13 des Förderbandes zur Wirkung kommen. An diesen Ausblasstationen werden die zu sortierenden Gegenstände über die unter dem Förderband montierten, steuerbaren Düsenreihe 5 geführt, wobei durch die besondere Ausführung des Förderbandes in Form der Streifen 13 keine Unterbrechung des Bandes und somit auch keine Unterbrechung im Förderstrom erfolgt. Die Form der Düsen 14 und das dadurch erzeugte Strömungsprofil sind so eingestellt, dass die auszusortierenden Gegenstände entsprechend ihrem Gewicht und dem erzeugten Luftstrom auf das Querförderband 6 oder in einen seitlichen Auffangbehälter (nicht dargestellt) gewirbelt werden. Durch die Verwendung des speziellen Förderbandes 4, beispielsweise einem Riemenband, und das Anbringen der Düsenreihe 5 unter diesem Band, verbleiben jene Gegenstände, welche in dieser Trennstufe noch nicht aussortiert werden, weiterhin mit gleicher Position und Lage auf dem Förderband für den Transport zur nächsten Trennstufe. Dadurch können je nach Anforderungsprofil auch mehrere Trennschritte durchgeführt werden. Dadurch wird das automatisierte Sortieren unterschiedlicher Gegenstände ermöglicht, so dass eine spezifische Sortierung nach Zusammensetzung, wie nach unterschiedlichen Kunststoffen, Metallen und dergleichen, aber auch nach Umweltschädlichkeit, Verkaufswert oder Brennwert ermöglicht ist.Another preferred method is the use of an additional cross conveyor belt 6, which is mounted at a distance of, for example, 30 cm across the transport conveyor belt 4. The articles to be discharged are in this embodiment swirled through the discharge nozzles on this conveyor belt and then transported away on the cross conveyor belt. This sorting process is based on the representation according to Fig. 3 explained in more detail. It can be seen that the conveyor belt 4 in the longitudinal direction of a plurality of spaced-apart, for example, about 50 strips 13 consists. The nozzle row 5 is mounted so that the individual nozzles 14 between the strips 13 of the conveyor belt come into effect. At these Ausblasstationen the objects to be sorted are guided over the mounted under the conveyor belt, controllable nozzle row 5, which is carried out by the special design of the conveyor belt in the form of strips 13 no interruption of the belt and thus no interruption in the flow. The shape of the nozzles 14 and the airfoil produced thereby are adjusted so that the items to be sorted out are swirled onto the cross conveyor 6 or into a side receptacle (not shown) according to their weight and airflow generated. By using the special conveyor belt 4, for example, a belt band, and the attachment of the nozzle row 5 under this band, those objects that are not sorted out in this separation stage, continue to remain in the same position and location on the conveyor belt for transport to the next separation stage , As a result, several separation steps can be carried out depending on the requirement profile. Thereby the automated sorting of different objects is made possible so that a specific sorting by composition, such as different plastics, metals and the like, but also by environmental damage, sales value or calorific value is possible.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Identifizieren, Klassifizieren und Sortieren von Gegenständen deshalb in einfacher Weise durchführbar ist, da von einer Einheit simultan und mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung in Echtzeit geometrische sowie spektrale Daten, beispielsweise betreffend Farbe und/oder chemischer Eigenschaften der betrachteten Messobjekte erfasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders relevant bei Messobjekten, welche sich aus prozesstechnischen oder sonstigen Gründen relativ zum Erkennungssystem in Bewegung befinden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere mit Hilfe des erfindungsgemäßen Erkennungssystems, bestehend aus einer Einheit zum gleichzeitigen Ermitteln von Bild- und Spektraldaten und einer mit dieser verbundenen Einheit zum Auswerten der ermittelten Bild- und Spektraldaten in einfacher Weise durchführen.In summary, it can be said that the method according to the invention for identifying, classifying and sorting objects can therefore be carried out in a simple manner, since geometric and spectral data, for example concerning color and / or chemical data, of a unit simultaneously and with high spatial and spectral resolution in real time Characteristics of the objects to be measured are recorded. The method according to the invention is particularly relevant in the case of measurement objects which are in motion relative to the recognition system for process engineering or other reasons. The inventive method can be carried out in particular with the aid of the detection system according to the invention, consisting of a unit for the simultaneous determination of image and spectral data and a unit connected to this unit for evaluating the determined image and spectral data in a simple manner.

Claims (10)

Verfahren zum Identifizieren, Klassifizieren und Sortieren von Gegenständen, Objekten und Materialien, wobei in einem Verfahrensschritt die spektralen Daten, wie Farbe, chemische Eigenschaften, und räumlichen Daten, wie Form, Größe, Lage und/oder Struktur von relativ zur Messeinheit bewegten oder sich bewegenden Gegenständen, Objekten und Materialien in beiden ebenen Dimensionen mit hoher räumlicher und voller spektraler Auflösung in Echtzeit ermittelt und erfasst, und die so erfassten Gegenstände, Objekte und Materialien anhand dieser Daten in Echtzeit klassifiziert und anschließend sortiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Sortierkriterium entsprechenden Gegenstände mittels einer Sortiervorrichtung, bevorzugt mittels eines steuerbaren Luftstroms, ohne Unterbrechung des Gesamtprozesses aus dem Verfahrenskreislauf abgezogen werden.A method for identifying, classifying and sorting objects, objects and materials, wherein in one method step the spectral data, such as color, chemical properties, and spatial data, such as shape, size, position and / or structure of moving or moving relative to the measuring unit Objects and objects in both planar dimensions with high spatial and full spectral resolution in real time detected and recorded, and the objects, objects and materials thus detected are classified on the basis of these data in real time and then sorted, characterized in that corresponding to a sorting criterion Objects are removed by means of a sorting device, preferably by means of a controllable air flow, without interruption of the overall process from the process cycle. Erkennungssystem zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Detektionseinheit (2) zur simultanen Ermittelung von räumlichen aufgelösten Bild- und Spektraldaten in Echtzeit, welche oberhalb der auf einer Transportanlage, vorzugsweise einer Förderbahn (4), verteilten, zu sortierenden Gegenständen positioniert ist, und einer mit dieser Einheit verbundenen Auswerteeinheit (3) zum Auswerten der ermittelten multispektralen Bilddaten.Recognition system for carrying out a method according to claim 1, comprising a detection unit (2) for the simultaneous determination of spatially resolved image and spectral data in real time, which is above the on a transport system, preferably a conveyor track (4), distributed to be sorted objects to be sorted , and an evaluation unit (3) connected to this unit for evaluating the determined multispectral image data. Erkennungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (2) ein bildgebender Spektrograph (10) in Kombination mit einer Aufnahmeeinheit (12) ist, wodurch Linien, welche quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen dem beobachteten Gegenstand, Objekt oder Material und der Detektionseinheit (2) verlaufen, mit Hilfe einer geeigneten, spektral abgestimmten Optik (8) abgebildet und über einen Eintrittsspalt (9) dem bildgebenden Spektrographen (10) zugeführt werden, welcher mit einem wellenlängendispersiven Element, bevorzugt einem Transmissionsgitter (11), zur Extraktion der Spektralinformation aus einem Lichtstrahl ausgerüstet ist, so dass an der Austrittseite des Spektrographen unter Erhalt der räumlichen Information der abgebildeten Linie die Lichtstrahlen der abgebildeten Linien spektral zerlegt und auf der Aufnahmeeinheit (12) abgebildet werden.A detection system according to claim 2, characterized in that the detection unit (2) is an imaging spectrograph (10) in combination with a recording unit (12), whereby lines which are transverse to the direction of relative movement between the observed object, object or material and the detection unit (2), imaged by means of a suitable, spectrally matched optical system (8) and fed via an entrance slit (9) to the imaging spectrograph (10), which has a wavelength-dispersive element, preferably a transmission grating (11), for extracting the spectral information is equipped of a light beam, so that on the exit side of the spectrograph, preserving the spatial information of the imaged line the light rays of the imaged lines are spectrally decomposed and imaged on the acquisition unit (12). Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine durchgängige Förderbahn (4) und wenigstens eine mit dem Erkennungssystem gemäß Anspruch 2 oder 3 wirkmäßig verbundene Einrichtung (5) zum Aussortieren von vom Erkennungssystem als den Sortierkriterien entsprechend erkannten Gegenständen, Objekten oder Materialien.Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized by a continuous conveyor track (4) and at least one device (5) operatively connected to the recognition system according to claim 2 or 3 for sorting out objects, objects or materials detected by the recognition system as the sorting criteria. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aussortieren eine Düsenreihe (5) und seitlich angebrachte Auffangbehälter umfasst.Arrangement according to claim 4, characterized in that the means for sorting comprises a row of nozzles (5) and laterally mounted receptacles. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Aussortieren eine Düsenreihe (5) und ein quer über die Förderbahn (4) positioniertes Querförderband (6) umfasst.Arrangement according to claim 4, characterized in that the means for sorting comprises a nozzle row (5) and a cross over the conveyor track (4) positioned cross conveyor belt (6). Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderbahn (4) über die gesamte Anlage durchgängig ist.Arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that the conveyor track (4) over the entire system is continuous. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgängige Förderbahn (4) von mehreren parallelen Streifen (13) in Längsrichtung gebildet ist und dass die Düsenreihe (5) unterhalb der die Gegenstände tragenden Trume der Streifen (13) angeordnet ist.Arrangement according to claim 7, characterized in that the continuous conveyor track (4) of a plurality of parallel strips (13) is formed in the longitudinal direction and that the row of nozzles (5) below the objects supporting the strands of the strips (13) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auszusortierenden Gegenstände mittels Ausblasung schräg seitlich aus dem Materialstrom entfernt werden.Arrangement according to one of claims 4 to 8, characterized in that the items to be sorted out by means of blowing obliquely laterally removed from the flow of material. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auszusortierenden Gegenstände mittels Ausblasung auf ein über dem Transportband befindliches Querförderband (6) gewirbelt und damit aus dem Materialstrom entfernt werden.Arrangement according to claim 9, characterized in that the items to be sorted by means of blowing on a cross conveyor belt located above the conveyor belt (6) are swirled and thus removed from the flow of material.
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