EP3887069A1 - Procede de tri et de caracterisation de dechets, en particulier des emballages - Google Patents

Procede de tri et de caracterisation de dechets, en particulier des emballages

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EP3887069A1
EP3887069A1 EP19813446.2A EP19813446A EP3887069A1 EP 3887069 A1 EP3887069 A1 EP 3887069A1 EP 19813446 A EP19813446 A EP 19813446A EP 3887069 A1 EP3887069 A1 EP 3887069A1
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EP
European Patent Office
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light source
objects
waste
characterization
flow
Prior art date
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EP19813446.2A
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German (de)
English (en)
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EP3887069B1 (fr
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Franz VAN RIJCKEVORSEL
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Suez International SAS
Original Assignee
Suez Groupe SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Suez Groupe SAS filed Critical Suez Groupe SAS
Publication of EP3887069A1 publication Critical patent/EP3887069A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3887069B1 publication Critical patent/EP3887069B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/3404—Sorting according to other particular properties according to properties of containers or receptacles, e.g. rigidity, leaks, fill-level
    • B07C5/3408—Sorting according to other particular properties according to properties of containers or receptacles, e.g. rigidity, leaks, fill-level for bottles, jars or other glassware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C2501/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material to be sorted
    • B07C2501/0054—Sorting of waste or refuse
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C2501/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material to be sorted
    • B07C2501/0063—Using robots

Definitions

  • waste and more particularly packaging in particular glass, metal, plastic, paper, cardboard packaging.
  • a first type of technology used for automated sorting is based on optical sorting machines, which generally use light spectrometry to characterize the material of objects in a waste stream. According to this
  • objects are irradiated by a light spectrum, generally in the infrared lengths, sometimes supplemented by analyzes
  • the flow of objects is lit by white light, and the images are captured by a camera (active in visible light), images which are then analyzed using using algorithms to identify / characterize the objects of the flow.
  • This low level of performance of the object recognition system is notably due to the fact that the analysis is currently performed only with white light and with a visible camera: there are therefore few contrasts and factors discriminating for identification.
  • transparent objects are barely visible, overlapping objects can be misidentified (a transparent bottle above a colored bottle is generally considered to be a colored bottle for example) and nested objects are poorly identified (in particular, PET bottles
  • the invention applies not only to the characterization and sorting of waste, but to the characterization and sorting of any object in general.
  • an object of the invention relates primarily to a system of
  • characterization of objects from a flow of objects to be sorted the flow of objects to be sorted being installed on a conveying device, comprising:
  • An image acquisition device installed so as to be able to acquire at least one image of a portion of the flow of objects to be sorted, the image acquisition device visually covering an area called the identification area of the objects ;
  • a first light source emitting in the visible spectrum, installed overhanging and illuminating said portion of flow of objects to be sorted of which said at least one image is acquired by the image acquisition member 8;
  • a characterization device capable of characterizing the objects of said portion of the flow of objects to be sorted as a function of said at least one acquired image.
  • second light source of a distinct nature from the first light source, allowing the appearance of additional visual information on said at least one acquired image.
  • this additional visual information allows the addition of additional discriminating pixels in the acquired image to improve the characterization of objects in it. picture.
  • second light source emits ultraviolet light allowing the appearance of fluorescence in the visible spectrum when an object of the object flow portion reacts to ultraviolet.
  • said at least one second light source emits light in the visible spectrum, of distinct color and / or of intensity distinct from the first light source, and oriented so as to illuminate at an angle. separate lighting from the first light source objects in the object flow portion illuminated by the first light source.
  • said at least one second light source is installed so as to define a main lighting axis forming an acute angle with a plane in which the device extends.
  • the second light source forms an angle of 30 ° to 45 ° with the plane in which the device for conveying said flow of objects extends, which provides relatively low-angle lighting capable of illuminating. a large area of objects to be detected.
  • the system further comprises an object sampling unit connected to the characterization member, the sampling unit being configured to sample objects according to predetermined characteristics, obtained through the characterization member .
  • the sampling unit is a robotic gripping unit.
  • the first light source is a white light source
  • the second light source is chosen from an ultraviolet light source, a monochrome light source from the visible spectrum, or a mixture of these.
  • Object detection is improved in the visible spectrum because:
  • - monochrome (colored) light sources provide, in particular depending on the material and / or the opacity of the waste, certain colored reflections (at the angles and certain flat surfaces) and shaded areas, which improve discrimination in a waste stream. Indeed, the reflection zones as well as the shadow zones are different depending on the shape, the surface, the orientation of certain surfaces and angles, the composition of the waste.
  • the method further comprises a step of characterization by infrared, comprising:
  • step f a step of detecting the reflected infrared spectrum of the irradiated flux of step f), using an infrared sensor
  • step h) a step of analyzing the infrared spectrum of step g) to characterize the waste of said stream, in particular according to their material.
  • NIR Near Infra-Red
  • step b) an automated waste sorting step based on the characterization of step a), according to predetermined parameters, such as the material, color and / or transparency of the waste.
  • step b) is carried out using a robotic sampling unit.
  • the sorting method makes it possible to obtain streams of sorted waste with a purity and / or a quality higher than that obtained with conventional characterization methods and systems. using a single light source.
  • the method of the invention is easy to implement, in particular on sorting units or commercial detection arches: the modifications to be made are minimal (simple addition of complementary light sources, and possibly adjustment of the image bank).
  • Another object of the invention relates to a sorting assembly comprising:
  • said conveyor comprising an object characterization zone and an object picking zone
  • characterization member positioned around or above said object characterization zone.
  • the sorting assembly is in particular suitable for implementing the method described above.
  • two light sources whose spectrum of wavelength emitted is not entirely identical.
  • two light sources of different nature are a white light source and a UV light source, or a white light source and a monochrome light source.
  • an “ultraviolet (UV) light source” is a light source emitting light in the wavelengths between 10 and 400 nm.
  • a UV source can emit in all or part of the ultraviolet spectrum.
  • a “white light source” is a light source emitting light in the wavelengths between 400 and 700 nm, possibly between 400 nm and 670 nm.
  • a white light source emits in the entire visible spectrum, unlike monochrome light.
  • a “monochrome light source” is a light source emitting in only part of the visible light spectrum (i.e. on only part of the white light spectrum).
  • a blue monochrome source can emit in wavelengths between 470 and 485 nm
  • a red monochrome source can emit in wavelengths between 610 and 650 nm
  • a green monochrome source can emit in wavelengths between 500 and 555 nm.
  • an “infrared light source (IR)” is a light source emitting light in the wavelengths between 700 nm and 350 pm.
  • An IR source can emit in all or part of the IR spectrum.
  • the IR light source is a near infrared source, that is to say emitting light in the wavelengths between 700 nm and 2.5 pm, preferably between 1 and 2.5 pm.
  • an illumination "concomitantly" by at least 2 light sources means a common illumination and at the same time at least part of the waste stream, so as to obtain a superposition of the light spectra of the two light sources on this waste stream.
  • a "waste stream" means a
  • This may for example be waste from a selective sorting of household waste, i.e. including
  • paper, cardboard, plastic and / or metal packaging for example, it can be a mixture of PET bottles, HDPE bottles, aluminum or steel cans or boxes, films made of plastic, or mixtures of paper and cardboard, such as newspapers, magazines, office papers, cardboard boxes or cardboard boxes, etc.).
  • it is a set of “single material” waste, that is to say waste comprising predominantly (that is to say more than 60% by number, preferably more than 70% by volume, more preferably more than 85% by volume or even more than 95% by volume) of the same material.
  • it is plastic waste, or a mixture of paper and cardboard waste.
  • Plastic waste includes different types of plastic: we have
  • characterization of waste means the determination of a certain number of parameters associated with the waste, in particular its material, color and / or transparency. This step is a prerequisite for sorting, which makes it possible to obtain batches of waste that is uniform in material, color and / or transparency, which is necessary for recycling.
  • the transparent PET obtained by recycling transparent PET will be of better quality if the "purity" and homogeneity of the waste used for recycling is greater.
  • characterization of waste is understood in the broad sense comprising both the characterization of the materials making up the waste, as explained above, and the identification of the waste, for example by recognizing their shape.
  • the percentages by number are calculated relative to the total number of objects considered, in particular relative to the total number of waste to be characterized respectively to be sorted.
  • the waste stream comprises plastic waste, in particular transparent or opaque plastic.
  • the waste stream comprises waste paper and / or cardboard.
  • the waste stream consists of waste paper and / or cardboard, especially of different color.
  • the waste stream is supplied on a support, which can be light in color or dark in color. It should be noted that the color of the support may not be uniform over time and space. Indeed, the support is generally a conveyor belt. The color of the support can be chosen so as to optimize the contrast effects during the illumination of step b).
  • the first light source being a white light source
  • the second light source being chosen from an ultraviolet light source, a monochrome light source, or a mixture of these.
  • the illumination of step b) is preferably continuous for the two light sources, so that the waste stream is illuminated by a light with a homogeneous spectrum over time.
  • the second light source comprises a source of
  • the second light source can consist of an ultraviolet light source.
  • the UV light source may emit in all or part of the UV spectrum, depending on the parameters to be determined, in particular in terms of the shape, material, opacity, thickness and / or color of the objects to be characterize.
  • the second light source includes a monochrome light source, such as a blue, green, yellow or red monochrome source, or a mixture thereof, provided that their combination does not form white light.
  • the second light source includes a blue or red monochrome source.
  • the second light source comprises an ultraviolet light source in combination with at least one monochrome light, in particular a red, green, blue or yellow monochrome light.
  • the second light source can consist of an ultraviolet light source in combination with a monochrome light, such as a blue or red monochrome light.
  • an ultraviolet light source in combination with at least two monochrome light sources, in particular a red, green, blue or yellow monochrome light source, preferably a red monochrome light source and a green monochrome light source.
  • Synthetic objects such as plastic bottles and flasks, plastic films, other plastic objects, synthetic fabrics, etc.
  • Objects composed of organic materials such as wood, paper, cardboard, cotton, .
  • Metallic materials such as cans, aluminum trays, cans, aluminum foil, etc.
  • Step c) is usual for a person skilled in the art.
  • step c) means an image at an instant T. It may
  • Step d) is carried out in particular by computer. It may include a sub-step for comparing an image part with an image bank, associating images with characterization parameters such as color, opacity, thickness, material, etc. Step d) may also include an automated learning sub-step (“deep learning”), in particular using so-called artificial intelligence algorithms. According to a variant of the invention, step d) also includes an analysis of the rate of coverage of the support (in particular thanks to the strengthening of the contrasts and of the contours, in particular for transparent objects).
  • Such a step typically includes:
  • infrared in particular a light source in the near infrared (NIR)
  • step e detecting the reflected infrared spectrum of the irradiated flux from step e), using an infrared sensor
  • step f) analyze the infrared spectrum of step f) to characterize the waste of said stream, in particular according to their material.
  • the first light source being a white light source
  • the second light source being chosen from an ultraviolet light source, a monochrome light source, or a mixture of these.
  • the light sources are continuous sources.
  • the second light source is an ultraviolet light source (5) optionally in combination with a monochrome light source (6, 7).
  • the second light source consists of an ultraviolet light source.
  • the UV light source may emit in all or part of the UV spectrum, depending on the parameters to be determined, in particular in terms of material, opacity, thickness and / or color.
  • the second light source comprises a monochrome light source (6,7), such as a blue, green, young or red monochrome source, or a mixture thereof, provided that their combination does not form white light.
  • the second light source includes a blue or red monochrome light source.
  • the second light source comprises a source of ultraviolet light in combination with at least two monochrome light sources, in particular a monochrome light source red, green, blue or yellow, preferably a source of red monochrome light and a green monochrome light source.
  • the first light source is parallel to the waste stream (i.e. the light rays are orthogonal to the waste stream), and the second light source is parallel to the waste stream.
  • the axis of the light beam of the first light source is orthogonal to the waste stream.
  • the first light source is parallel to the waste stream, and the second light source forms an incident angle with the waste stream (ie the light rays form an incident angle with the waste stream) .
  • the incident angle optimizes the contrasts and the characterization. For example, the incident angle of the light rays with the waste stream will then be around 30 or 60 degrees.
  • the visible light sensor may be any sensor suitable for such a
  • the image captured by the sensor means an image at an instant T. It may change over time (in particular because the waste stream is in motion).
  • Step a) can be carried out according to any variant or embodiment
  • step b) is carried out using a robotic sampling unit.
  • the method according to the invention achieves sorting performance
  • the method of the invention allows advantageously to achieve sorting performance greater than 90% by number, and preferably greater than 95% by number.
  • machine learning techniques provide sorting performance of up to 99% in number.
  • sorting performance means the
  • the waste characterization device is positioned around said waste characterization zone (2).
  • the waste is supplied on the conveyor belt.
  • This serves as a support for the waste during the waste sorting step.
  • the color of the support can be chosen so as to optimize the contrast effects when implementing the methods of the invention.
  • the color of the conveyor belt may not be uniform over time and space.
  • the sorting device further comprises a waste sampling unit connected to the
  • the sampling unit being configured to sample waste according to predetermined characteristics, obtained through the waste characterization device.
  • the sampling unit is a robotic gripping unit. It can be any sorting robot known to a person skilled in the art suitable for such use.
  • the device further comprises a device for characterizing waste by infrared, such as an arc for characterizing by infrared.
  • a device for characterizing waste by infrared typically comprises:
  • a zone for identifying waste in a stream comprising at least one infrared light source for illuminating the waste, - an infrared sensor, said sensor being positioned so as to at least partially capture the image of the illuminated waste in the identification zone, and said sensor being connected to a suitable infrared spectral analysis unit to characterize waste, in particular according to its material, on the basis of the spectrum picked up by the infrared sensor.
  • FIG. 1 represents an exemplary embodiment of
  • It is a conveyor 1 equipped with a robot and an analysis system with a zone 2 for identifying objects and a zone 3 for gripping the robot.
  • FIG. 2 shows in more detail the analysis system of FIG. 1. It comprises zones 4 of white light emission, zones 5 of UV light emission (for example a spot or a ramp) and / or zones 6, 7 for emitting monochrome lights, identical or different, and a zone 8 for detecting visible light (for example a camera).
  • FIG. 3 Transparent plastic packaging on a dark surface: a.
  • FIG. 5 Opaque plastic / aluminum packaging on a dark surface: a. visible light only - b. visible light + UV - c. UV only.
  • FIG. 7 Paper / cardboard on a dark surface: a. visible light only - b. visible light + UV - c. UV only.
  • an assembly for sorting objects for example for sorting waste, comprises a conveyor, such as a belt conveyor 1, driving in motion a flow of objects to be sorted, a system for characterizing the flow of objects and a sorting member for sorting the objects in a sorting zone 3 according to their characterization.
  • the characterization system comprises an image acquisition member 8, a characterization member for characterizing the objects to be sorted as a function of at least one acquired image and at least two light sources 4, 5, 6, 7 as described below.
  • the flow of objects to be sorted is composed of a plurality of objects of various
  • the objects to be recycled can in particular include objects made of
  • PET polyethylene terephthalate
  • the image acquisition device 8 is adapted to capture one or more images of a predefined area 2 on the belt conveyor 1. Thus the image acquisition device 8 acquires, for a moment given, an image of the portion of object flow passing in the field of vision of the image acquisition member 8, here called object identification zone.
  • the image acquisition member 8 is a camera capturing images in the visible spectrum, but the invention is however not limited to a single type of camera, and can furthermore use a camera or any other device suitable for capturing images.
  • the visible spectrum corresponds to a wavelength range in a vacuum from 380nm to 780nm
  • the camera used by the invention is not limited to this defined range, and the camera can in particular capture images going beyond this wavelength range, for example by also capturing ultraviolet light between 200nm and 380nm, this is called a hyper-spectral camera; or conversely going below this wavelength range as long as the camera is adapted to capture exploitable images of the objects to be treated as a function of the lighting conditions described below.
  • the objective of the camera is to acquire an image of the portion of object flow allowing to characterize the objects visible in the image.
  • characterization is meant the fact of defining the shape, the material or even the type of the object visible in the image.
  • the image acquisition body 8 transmits the acquired images to the image acquisition body 8
  • the characterization unit which detects, characterizes the objects and determines, object by object, the sorting to be carried out. Then the characterization unit commands the sorting unit to execute the sorting according to the detection carried out.
  • identification 2 corresponding substantially to the field of vision of the camera.
  • the characterization member in practice, it is common for the characterization member to include a characterization arch passing over the object conveyor. The camera can then be installed under the arch or at a distance from the arch, so that the identification zone 2 is defined as the zone extending under the characterization arch.
  • This first light source 4 is not necessarily made of a
  • the first light source 4 is generally adapted to provide uniform lighting over the area
  • a plurality of identical lights can be arranged forming the first light source 4.
  • This first light source 4 is in the first embodiment of the invention a set of white lights 4 distributed overhanging the acquisition area.
  • this first light source 4 is not necessarily
  • this first light source 4 is in particular to define a relatively uniform lighting capable of allowing a sharp and contrasted acquisition of the objects of the portion of object flow in the field of vision of the camera while reducing the appearance of visual artifacts that can affect the analysis of acquired images, such as shadows or reflections induced by lighting.
  • a second light source 5, 6, 7 is added.
  • This second light source 5, 6, 7 is selected according to the materials which it is desired to identify in particular in the portion of object flow analyzed.
  • This second light source 5, 6, 7 can be obtained by a light having a color distinct from the main light.
  • EXAMPLE 1 Irradiation with combination of visible and UV lights on transparent plastic packaging type waste
  • Light-colored support 2cm panel in extruded polyurethane
  • White light set of 4 LED lamps placed at the 4 corners of the panels, of type GU10, 5W, 400lumens, warm white 2700-3000K over 1 10 °;
  • Image sensor Panasonic Lumix type camera, DMC-PZ 100, automatic mode in MP4.
  • Waste type transparent plastic packaging is randomly placed on a dark support ( Figure 3) or on a clear support (pink, Figure 4).
  • the waste is illuminated with white light only ( Figures 3a and 4a), a combination of UV light and white light ( Figures 3b and 4b), or with UV light only ( Figures 3c and 4c).
  • the transparent PET has a white haze by fluorescence, the more marked it is thick;
  • the fluorescence of transparent plastics is more visible on a dark, non-reflective background.
  • Example 2 The same equipment as in Example 1 is used for the implementation of Example 2.
  • Waste of the opaque plastic packaging type is disposed of.
  • Example 3 The same equipment as in Example 1 is used for the implementation of Example 3.
  • Waste of the paper and cardboard packaging type is disposed of.
  • UV ultraviolet in addition to visible light 4 for image recognition, makes it possible to provide additional discriminating characteristics for visual and induced recognition an increase in reconnaissance performance in certain sorting scenarios.
  • the ultraviolet lighting 5 of the objects makes it possible to add, by
  • the invention is not however limited to a second light source
  • the second light source 6, 7 comprises a monochrome light of the visible spectrum, of a color different from white, for example green or red.
  • the second light source is not limited to a single point of emission.
  • the second light source consists of two light sources 6, 7, with identical optical characteristics, but opposite to each other with respect to the flow of objects, or in other words each on one side of the area of identification 2. This second light source 6, 7 is then diffused at an angle differing from the main emission angle of the first light source 4.
  • the main emission axis is understood to mean the axis forming the center of the light beam emitted by the light source 6, 7.
  • the objective of the particular arrangement of this second light source 6, 7 is to allow the appearance of reflections on the objects, and in particular to color the edges of the objects, so as to bring out the acquired images. borders of objects in the color of the second light source 6, 7.
  • the borders of the objects in the identification zone will reflect the color red, this color being able to vary with the color of the material concerned, which facilitates the characterization of the objects relatively considerably. of the acquired image.
  • light source 6, 7 could be of a color similar to the first light source but of a distinct emission intensity, for example with a significantly higher lighting intensity, so that the borders of the objects will be over-lit.
  • a characterization system comprising a main light source 4, a second light source 6, 7 in the visible spectrum, for example of a color distinct from the main light source 4 and a third light source 5 emitting ultraviolet light such as described above, this making it possible to combine the advantages described above.
  • a second light source 5, 6, 7 and possibly an additional light source for example a source of ultraviolet and a light source of the visible spectrum, for example red or green, with lighting by infrared, or near infrared.
  • an additional light source for example a source of ultraviolet and a light source of the visible spectrum, for example red or green, with lighting by infrared, or near infrared.
  • the characterization technique by infrared, or near infrared is well known to the person skilled in the art, and this technique of characterization of the materials can be combined with the detection means described in the present invention.
  • the invention also relates to a method for characterizing the objects of a flow of objects, comprising in particular a step of supplying a flow of objects to be sorted, such as a waste flow.
  • One proceeds to a step of illuminating an identification zone 2 through which at least a portion of the object flow passes at a given time.
  • the illumination is implemented by placing a first light source 4 and a second light source 5, 6, 7 having a nature distinct from the first light source 4.
  • visible spectrum for example red or green or any other visible color, to characterize the objects in particular by improving the contours of these objects.
  • the illumination step makes it possible to improve the result obtained in the characterization step.
  • the sorting unit is ordered to sort the detected objects, in accordance with the usual practice in the field of sorting.
  • the characterization of the objects can thus be freely adapted for:
  • This recognition step can be implemented by conventional image recognition methods or machine learning methods, such as neural networks.
  • convolutional neural networks are particularly effective in achieving a

Landscapes

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

Abstract

L'invention concerne un système et un procédé de caractérisation d'objets d'un flux d'objets à trier, le flux d'objet à trier étant installé sur un dispositif de convoyage (1), comprenant: - Un organe d'acquisition d'image (8) installé de sorte à pouvoir acquérir au moins une image d'une portion du flux d'objets à trier; - Une première source lumineuse (4), émettant dans le spectre visible, installée en surplomb et éclairant ladite portion de flux d'objets à trier dont ladite au moins une image est acquise par l'organe d'acquisition d'image (8); Un organe de caractérisation apte à caractériser les objets de ladite portion du flux d'objets à trier en fonction de ladite au moins une image acquise; et au moins une deuxième source lumineuse (5, 6, 7), de nature distincte de la première source lumineuse (4), permettant l'apparition d'informations visuelles supplémentaires sur ladite au moins une image acquise.

Description

Description
Titre de l'invention : PROCEDE DE TRI ET DE CARACTERISATION DE DECHETS, EN PARTICULIER DES
EMBALLAGES
[0001 ] La présente invention a trait au domaine de la caractérisation et du tri des
déchets et plus particulièrement des emballages, notamment les emballages en verre, métal, plastique, papier, carton.
[0002] Un premier type de technologie utilisée pour le tri automatisé repose sur des machines de tri optique, qui utilisent généralement la spectrométrie lumineuse pour caractériser la matière des objets d’un flux de déchets. Selon cette
technologie, les objets sont irradiés par un spectre lumineux, généralement dans les longueurs de l’infrarouge, parfois complétée par des analyses
complémentaires, et un capteur enregistre le spectre réfléchi, pour le comparer à des spectres enregistrés dans une base de données de spectres, qui permet d’identifier la matière des objets irradiés. Un tel procédé est par exemple décrit dans la demande WO2013/027083. Toutefois, les performances de
discrimination entre les différentes matières ne sont pas totalement satisfaisantes, notamment dans le domaine du plastique, où de nouveaux flux complexes ont été mis sur le marché (de type multicouche, assemblages complexes, nouvelles résines opaques, ...) qui ne sont pas toujours bien reconnus ou dans le cas d’exigence des repreneurs de taux de pureté élevés, (parfois bien supérieurs à 95%), requis pour le recyclage de certains plastiques.
[0003] Aussi récemment, des systèmes employant l’analyse d’images dans le visible ont vu le jour, notamment grâce au développement de l’intelligence artificielle, et aux algorithmes développés grâce aux méthodes d’apprentissage à l’aide de banques d’images (« deep learning » en anglais) afin de reconnaître l’objet lui- même (par sa forme, son aspect, ...) et non plus la matière composant un objet. La reconnaissance des objets à trier par les robots trieurs de déchets (ou simplement à caractériser), actuellement sur le marché se fonde généralement sur un système d’arches de caractérisation des déchets en ligne permettant l’analyse d’images obtenues par éclairage sous lumière blanche et détection dans le spectre visible. Typiquement, le flux d’objets (bouteilles, raviers, barquettes, canettes, boîtes, films, morceaux de papier ou de carton, ...) est éclairé par une lumière blanche, et les images sont capturées par une caméra (active dans la lumière visible), images qui sont ensuite analysées à l’aide d’algorithmes pour identifier/caractériser les objets du flux.
[0004] Cependant, les performances de ces systèmes de détection dans le visible sont encore inférieures aux attentes des exploitants (à ce jour, de l’ordre de 85% de taux de reconnaissance en moyenne) et les qualités des produits après tri par les robots ne répondent en général pas aux critères des repreneurs de matières premières secondaires, nécessitant l’ajout de trieurs humains en complément des robots.
[0005] Ce faible niveau de performances du système de reconnaissance des objets est notamment dû au fait que l’analyse est actuellement effectuée uniquement avec de la lumière blanche et avec une caméra dans le visible : il y a donc peu de contrastes et de facteurs discriminants pour l’identification. En particulier, les objets transparents sont peu visibles, les objets superposés peuvent être mal identifiés (une bouteille transparente au-dessus d’une bouteille de couleur est généralement considérée comme une bouteille de couleur par exemple) et les objets imbriqués sont mal identifiés (en particulier, les bouteilles en PET
(polyéthylène téréphtalate) imbriquées dans une cannette d’aluminium). On peut également mentionner le problème de discrimination entre le PET opaque et le PEHD (Polyéthylène haute densité), deux plastiques utilisés pour la fabrication des bouteilles de lait : le PET opaque est actuellement considéré comme un contaminant du PEHD, il convient donc de réduire au minimum la teneur en PET opaque des lots de PEHD, mais les systèmes actuels de tri automatiques ne donnent que des performances médiocres pour l’instant.
[0006] Il existe donc un besoin pour un procédé et un système de tri des déchets automatisé, qui soit plus discriminant tout en étant simple à mettre en oeuvre et si possible avec peu de surcoûts par rapport aux systèmes actuellement sur le marché.
[0007] Résumé de l’invention
[0008] Le demandeur a démontré que l’utilisation de lumières de différentes natures pour irradier un flux de déchets permet d’obtenir des images plus contrastées, facilitant l’analyse d’image et résultant en une meilleure discrimination des déchets en fonction de leur matière.
[0009] On notera que l’invention s’applique non seulement à la caractérisation et au tri de déchets, mais à la caractérisation et au tri de tout objet en général.
[0010] Ainsi un objet de l’invention concerne en premier lieu un système de
caractérisation d’objets d’un flux d’objets à trier, le flux d’objet à trier étant installé sur un dispositif de convoyage, comprenant :
- Un organe d’acquisition d’image installé de sorte à pouvoir acquérir au moins une image d’une portion du flux d’objets à trier, l’organe d’acquisition d’image couvrant visuellement une zone appelée zone d’identification des objets ;
- Une première source lumineuse, émettant dans le spectre visible, installée en surplomb et éclairant ladite portion de flux d’objets à trier dont ladite au moins une image est acquise par l’organe d’acquisition d’image 8 ;
- Un organe de caractérisation apte à caractériser les objets de ladite portion du flux d’objets à trier en fonction de ladite au moins une image acquise.
[0011 ] Le système étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une
deuxième source lumineuse, de nature distincte de la première source lumineuse, permettant l’apparition d’informations visuelles supplémentaires sur ladite au moins une image acquise.
[0012] L’apparition de ces informations visuelles supplémentaires, qu’il s’agisse de reflet de couleurs et/ou de fluorescence, permettent l’ajout de pixels discriminants supplémentaires dans l’image acquise pour améliorer la caractérisation des objets dans l’image.
[0013] Avantageusement et de manière non limitative, la dite au moins une
deuxième source lumineuse émet une lumière ultraviolette permettant l’apparition d’une fluorescence dans le spectre visible lorsqu’un objet de la portion de flux d’objets réagit aux ultraviolets.
[0014] Avantageusement et de manière non limitative, ladite au moins une deuxième source lumineuse émet une lumière dans le spectre visible, de couleur distincte et/ou d’intensité distincte de la première source lumineuse, et orientée de sorte à éclairer selon un angle d’éclairage distinct de la première source lumineuse les objets de la portion de flux d’objet éclairée par la première source lumineuse.
Ceci permet notamment de mieux faire ressortir les contours des objets du flux d’objets.
[0015] Avantageusement et de manière non limitative, ladite au moins une deuxième source lumineuse est installée de sorte à définir un axe d’éclairage principal formant un angle aigu avec un plan dans lequel s’étend le dispositif de
convoyage dudit flux d’objets. Ainsi, on améliore l’apparition de contours lumineux distinctifs sur les bords des objets.
[0016] En particulier, la deuxième source d’éclairage forme un angle de 30° à 45° avec le plan dans lequel s’étend le dispositif de convoyage dudit flux d’objets, ce qui assure un éclairage relativement rasant et apte à éclairer une large zone d’objets à détecter.
[0017] Le système comprend en outre une unité de prélèvement d’objets connectée à l’organe de caractérisation, l’unité de prélèvement étant configurée pour prélever des objets selon des caractéristiques prédéterminées, obtenues par l’intermédiaire de l’organe de caractérisation.
[0018] En particulier l’unité de prélèvement est une unité de préhension robotisée.
[0019] Un autre objet de l’invention concerne une méthode de caractérisation
d’objets à trier, comprenant les étapes successives suivantes :
a) fournir un flux d’objets à trier ;
b) illuminer au moins une partie dudit flux avec au moins une première source lumineuse et une deuxième source lumineuse de manière concomitante, la première et la deuxième source lumineuse étant de natures différentes, et au moins une des deux sources comprenant des longueurs d’onde du spectre visible,
c) acquérir au moins une image dans le spectre visible de ladite partie de flux illuminée ;
d) détecter au moins un objet dans ladite image acquise ;
e) caractériser ledit objet détecté en fonction des informations visuelles acquises dans ladite au moins une image, telles que sa couleur et/ou sa transparence et/ou sa matière. [0020] Avantageusement et de manière non limitative, la première source lumineuse est une source de lumière blanche, et
la deuxième source lumineuse est choisie parmi une source de lumière ultraviolette, une source de lumière monochrome du spectre visible, ou un mélange de celles-ci.
[0021 ] La détection des objets est améliorée dans le spectre visible car :
- la lumière UV génère un phénomène de fluorescence pour certaines matières, qui va apporter des caractères discriminants pour la détection de celles-ci, notamment la composition (matière) du déchet, sa masse, sa forme, sa surface ou l’épaisseur de certaines parties de celui-ci (i.e. forme ou aspect) et
- les sources de lumière monochrome (de couleur) apportent, notamment en fonction de la matière et/ou de l’opacité des déchets, certaines réflexions colorées (au niveau des angles et de certaines surfaces planes) et des zones d’ombre, qui permettent d’améliorer la discrimination dans un flux de déchets. En effet, les zones de réflexion ainsi que les zones d’ombre sont différentes en fonction de la forme, la surface, l’orientation de certaines surfaces et angles, la composition du déchet.
[0022] Avantageusement et de manière non limitative, la méthode comprend en outre une étape de caractérisation par infrarouge, comprenant:
f) une étape d’irradiation d’une partie au moins du flux de déchet par une source de lumière infrarouge, notamment une source de lumière dans le proche infrarouge (NIR),
g) une étape de détection du spectre infrarouge réfléchi du flux irradié de l’étape f), à l’aide d’un capteur d’infrarouge,
h) une étape d’analyse du spectre infrarouge de l’étape g) pour caractériser les déchets dudit flux, en particulier en fonction de leur matière.
[0023] Ainsi, on peut cumuler de la caractérisation dans le spectre visible, dans l’ultraviolet avec une technique de caractérisation par infrarouge, ou proche infrarouge, selon une méthode connue sous le nom de Near Infra-Red (NIR) en anglais. [0024] L’invention concerne aussi une méthode de tri de déchets, ladite méthode comprenant les étapes successives suivantes:
a) une étape de mise en oeuvre de la méthode de caractérisation de déchets tel que décrite précédemment ; et
b) une étape de tri automatisé de déchets sur la base de la caractérisation de l’étape a), en fonction de paramètres prédéterminés, tels que la matière, la couleur et/ou la transparence du déchet.
[0025] En particulier, l’étape b) est effectuée à l’aide d’une unité de prélèvement robotisée.
[0026] Comme elle met en oeuvre la méthode de caractérisation de l’invention, la méthode de tri permet d’obtenir des flux de déchets triés avec une pureté et/ou une qualité supérieure à celle obtenue avec les méthodes et systèmes de caractérisation classiques utilisant une unique source lumineuse.
[0027] En outre, la méthode de l’invention est facile à mettre en oeuvre, notamment sur des unités de tri ou arche de détection commerciales : les modifications à effectuer sont minimes (simple ajout de sources lumineuses complémentaires, et éventuellement ajustement de la banque d’images).
[0028] Un autre objet de l’invention concerne un ensemble de tri comprenant :
- un convoyeur, ledit convoyeur comprenant une zone de caractérisation d’objets et une zone de prélèvement d’objets,
- un système de caractérisation d’objets tel que décrit précédemment,
comprenant un organe de caractérisation positionné autour ou au-dessus de ladite zone de caractérisation d’objets.
[0029] L’ensemble de tri est en particulier adapté pour mettre en oeuvre la méthode décrite précédemment.
[0030] Exposé détaillé
[0031 ] Au sens de la présente invention, « deux sources lumineuses de nature
différente » s’entendent de deux sources lumineuses dont le spectre de longueur d’ondes émises n’est pas totalement identique. Par exemple, deux sources lumineuses de nature différentes sont une source de lumière blanche et une source de lumière UV, ou une source de lumière blanche et une source de lumière monochrome.
[0032] Au sens de la présente invention, une « source lumineuse ultraviolette (UV) » est une source lumineuse émettant de la lumière dans les longueurs d’onde comprises entre 10 et 400 nm. Une source UV peut émettre dans tout ou partie du spectre ultraviolet.
[0033] Au sens de la présente invention, une « source de lumière blanche » est une source lumineuse émettant de la lumière dans les longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nm, éventuellement entre 400 nm et 670 nm. Une source de lumière blanche émet dans la totalité du spectre visible, contrairement à une lumière monochrome.
[0034] Au sens de la présente invention, une « source de lumière monochrome » est une source lumineuse émettant dans une partie seulement du spectre lumineux visible (i.e. sur une partie seulement du spectre de la lumière blanche). Par exemple, une source monochrome bleue pourra émettre dans les longueurs d’onde comprises entre 470 et 485 nm, tandis qu’une source monochrome rouge pourra émettre dans les longueurs d’onde comprises entre 610 et 650 nm, et une source monochrome verte pourra émettre dans les longueurs d’onde comprises entre 500 et 555 nm.
[0035] Au sens de la présente invention, une « source lumineuse infrarouge (IR) » est une source lumineuse émettant de la lumière dans les longueurs d’onde comprises entre 700 nm et 350 pm. Une source IR peut émettre dans tout ou partie du spectre IR. Avantageusement, la source lumineuse IR est une source proche infrarouge, c’est-à-dire émettant de la lumière dans les longueurs d’onde comprises entre 700 nm et 2,5 pm, de préférence entre 1 et 2,5 pm.
[0036] Au sens de la présente invention, une illumination « de manière concomitante » par au moins 2 sources lumineuses s’entend d’une illumination commune et en même temps d’une partie au moins du flux de déchets, de manière à obtenir une superposition des spectres lumineux des deux sources de lumière sur ce flux de déchets.
[0037] Au sens de la présente invention, un « flux de déchets » s’entend d’un
ensemble de déchets pré-triés. Il peut s’agir par exemple de déchets issus d’une filière de tri sélectif de déchets ménagers, c’est-à-dire comprenant
essentiellement des emballages en papier, carton, plastique et/ou en métal (par exemple, il peut s’agir d’un mélange de bouteilles en PET, de bouteilles en PEHD, de canettes ou boîtes en aluminium ou en acier, de films en plastique, soit des mélanges de papiers-cartons, tels que journaux, magazines, papiers de bureaux, boîtes en cartons ou en cartonnettes, etc.). Selon un mode de réalisation particulier, il s’agit d’un ensemble de déchets « monomatière », c’est-à-dire de déchets comprenant majoritairement (c’est-à-dire à plus de 60% en nombre, de préférence à plus de 70% en volume, de manière encore préférée à plus de 85% en volume voire à plus de 95% en volume) des éléments de même matière. En particulier, il s’agit de déchets en plastiques, ou bien d’un mélange de déchets en papier et en carton.
[0038] Les déchets en plastique comprennent différents types de plastique : on a
généralement un mélange de plastiques transparents et opaques, colorés ou non, notamment des déchets en PET, en PP (polypropylène), en PE (polyéthylène), notamment en PEHD, en PS (Polystyrène) ou toutes résines généralement utilisées dans les emballages.
[0039] Au sens de la présente invention, la « caractérisation des déchets » s’entend de la détermination d’un certain nombre de paramètre associé au déchet, notamment sa matière, couleur et/ou transparence. Cette étape est un préalable au tri, qui permet d’obtenir des lots de déchets homogène en matière, couleur et/ou transparence, ce qui est nécessaire pour le recyclage. Par exemple, le PET transparent obtenu par recyclage de PET transparent sera de meilleure qualité si la « pureté » et l’homogénéité des déchets utilisés pour le recyclage est plus importante.
[0040] Au sens de l’invention le terme « caractérisation » de déchet est entendu au sens large comprenant tant la caractérisation des matériaux composant les déchets, tel qu’exposé précédemment, que l’identification des déchets, par exemple par la reconnaissance de leur forme.
[0041 ] Dans la présente invention, les pourcentages en nombre sont calculés par rapport au nombre total d’objets considérés, notamment par rapport au nombre total de déchets à caractériser respectivement à trier. [ 0042] 1. Méthode de caractérisation de déchets
[0043] Selon un mode de réalisation particulier, le flux de déchets comprend des déchets en plastique, notamment en plastique transparent ou opaque.
[0044] Selon un autre mode de réalisation particulier, le flux de déchets comprend des déchets en papier et/ou carton.
[0045] Selon une variante, le flux de déchets est constitué de déchets en papier et/ou de carton, notamment de couleur différente.
[0046] Le flux de déchet est fourni sur un support, qui peut être de couleur claire ou de couleur sombre. On notera que la couleur du support peut ne pas être homogène dans le temps et l’espace. En effet, le support est en général un tapis de convoyeur. La couleur du support pourra être choisie de manière à optimiser les effets de contraste lors de llllumination de l’étape b).
[0047] Avantageusement, la première source lumineuse étant une source de lumière blanche, et la deuxième source lumineuse étant choisie parmi une source de lumière ultraviolette, une source de lumière monochrome, ou un mélange de celles-ci.
[0048] L’illumination de l’étape b) est de préférence continue pour les deux sources lumineuses, de manière que le flux de déchets soit illuminé par une lumière avec un spectre homogène dans le temps.
[0049] Typiquement, la deuxième source lumineuse comprend une source de
lumière ultraviolette, optionnellement en combinaison avec au moins une source de lumière monochrome. En particulier, la deuxième source lumineuse peut être constituée d’une source de lumière ultraviolette. La source de lumière UV pourra émettre dans la totalité ou dans une partie du spectre UV, en fonction des paramètres à déterminer, notamment en termes de la forme, la matière, l’opacité, l’épaisseur et/ou la couleur des objets à caractériser.
[0050] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse
comprend une source de lumière monochrome, telle qu’une source monochrome bleue, verte, jaune ou rouge, ou un mélange de celles-ci, pourvu que leur combinaison ne forme pas de la lumière blanche. Par exemple, la deuxième source lumineuse comprend une source monochrome bleue ou rouge. [0051 ] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse comprend une source de lumière ultraviolette en combinaison avec au moins une lumière monochrome, notamment une lumière monochrome rouge, vert, bleu ou jaune. Notamment, la deuxième source lumineuse peut être constituée d’une source de lumière ultraviolette en combinaison avec une lumière monochrome, telle qu’une lumière monochrome bleue ou rouge.
[0052] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse
comprend une source de lumière ultraviolette en combinaison avec au moins deux sources de lumière monochromes, notamment une source de lumière monochrome rouge, vert, bleu ou jaune, de préférence une source de lumière monochrome rouge et une source de lumière monochrome verte.
[0053] La combinaison des sources lumineuses apporte une augmentation notable des performances d’identification en améliorant la discrimination dans le processus de reconnaissance pour tout objet, que ce soit :
[0054] Les objets en matière synthétique (de type bouteilles et flacons en plastique, films plastiques, autres objets en plastique, tissus synthétique, ...),
[0055] Les objets composés de matières organiques (de type bois, papier, cartons, coton, ...) ou
[0056] Les matières métalliques (de type canettes, barquette en aluminium, boîtes à conserve, film alu, ...) ou
[0057] Les matières minérales (verre, céramique, pierre, sable, ...).
[0058] L’étape c) est usuelle pour un homme du métier.
[0059] L’image de l’étape c) s’entend d’une image à un instant T. Elle pourra
changer dans le temps (notamment du fait que le flux de déchets est en mouvement).
[0060] L’étape d) est effectuée notamment par ordinateur. Elle pourra comprendre une sous étape de comparaison d’une partie d’image à une banque d’images, associant des images à des paramètres de caractérisation tels que couleur, opacité, épaisseur, matière, etc... L’étape d) pourra également comprendre une sous-étape d’apprentissage automatisé (« deep learning ») notamment à l’aide d’algorithmes dits d’intelligence artificielle. [0061 ] Selon une variante de l’invention, l’étape d) comprend également une analyse du taux de couverture du support (en particulier grâce au renforcement des contrastes et des contours, notamment pour les objets transparents).
[0062] La méthode de caractérisation pourra comprendre en outre une étape de
caractérisation par infrarouge. Une telle étape comprend typiquement :
[0063] e) une étape d’irradiation du flux de déchet par une source de lumière
infrarouge, notamment une source de lumière dans le proche infrarouge (NIR),
[0064] f) détecter le spectre infrarouge réfléchi du flux irradié de l’étape e), à l’aide d’un capteur d’infrarouge,
[0065] g) analyser le spectre infrarouge de l’étape f) pour caractériser les déchets dudit flux, en particulier en fonction de leur matière.
[ 0066] 2. Dispositif de caractérisation de déchets
[0067] Avantageusement, la première source lumineuse étant une source de lumière blanche, et la deuxième source lumineuse étant choisie parmi une source de lumière ultraviolette, une source de lumière monochrome, ou un mélange de celles-ci.
[0068] Avantageusement, les sources de lumières sont des sources continues.
[0069] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse est une source de lumière ultraviolette (5) optionnellement en combinaison avec une source de lumière monochrome (6, 7). Selon une variante, la deuxième source lumineuse est constituée d’une source de lumière ultraviolette. La source de lumière UV pourra émettre dans la totalité ou dans une partie du spectre UV, en fonction des paramètres à déterminer, notamment en termes de matière, opacité, épaisseur et/ou couleur.
[0070] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse
comprend une source de lumière monochrome (6,7), telle qu’une source monochrome bleue, verte, jeune ou rouge, ou un mélange de celles-ci, pourvu que leur combinaison ne forme pas de la lumière blanche. Par exemple, la deuxième source lumineuse comprend une source de lumière monochrome bleue ou rouge. [0071 ] Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième source lumineuse comprend une source de lumière ultraviolette en combinaison avec au moins deux sources de lumière monochromes, notamment une source de lumière monochrome rouge, vert, bleu ou jaune, de préférence une source de lumière monochrome rouge et une source de lumière monochrome verte.
[0072] Selon un mode de réalisation particulier, la première source lumineuse est parallèle au flux de déchets (i.e. les rayons lumineux sont orthogonaux au flux de déchets), et la deuxième source lumineuse est parallèle au flux de déchets.
[0073] Autrement dit, lorsque la première source lumineuse est parallèle au flux de déchets, l’axe du faisceau lumineux de la première source lumineuse est orthogonal au flux de déchets.
[0074] Selon un mode de réalisation particulier, la première source lumineuse est parallèle au flux de déchets, et la deuxième source lumineuse forme un angle incident avec le flux de déchets (i.e. les rayons lumineux forment un angle incident avec le flux de déchets). L’angle incident permet d’optimiser les contrastes et la caractérisation. Par exemple, l’angle incident des rayons lumineux avec le flux de déchets sera alors d’environ 30 ou 60 degrés.
[0075] Le capteur de lumière visible pourra être tout capteur adapté pour un tel
usage, et notamment une caméra active dans le visible.
[0076] L’image capturée par le capteur s’entend d’une image à un instant T. Elle pourra changer dans le temps (notamment du fait que le flux de déchets est en mouvement).
f 007713. Méthode de tri de déchets
[0078] L’étape a) peut être réalisée selon toute variante ou mode de réalisation
particulier ou avantageux présenté plus haut en lien avec la méthode de tri des déchets.
[0079] Avantageusement, l’étape b) est effectuée à l’aide d’une unité de prélèvement robotisée.
[0080] La méthode selon l’invention permet d’atteindre des performances de tri
supérieures aux méthodes actuellement utilisées. En particulier, sur un flux de déchets mono-matière de type plastique, la méthode de l’invention permet avantageusement d’atteindre des performances de tri supérieures à 90% en nombre, et de préférence supérieures à 95% en nombre.
[0081 ] Avantageusement, l’usage de méthodes de détection implémentant des
techniques d’apprentissage automatique ( machine learning en anglais) permettent d’obtenir des performances de tri allant jusqu’à 99% en nombre.
[0082] Au sens de l’invention on entend par le terme de performance de tri, la
capacité de la méthode à correctement détecter les objets à trier,
indépendamment de la réalisation effective du tri.
[ 008314. Dispositif de tri d’un flux déchets
[0084] Avantageusement, le dispositif de caractérisation de déchets est positionné autour de ladite zone (2) de caractérisation de déchets.
[0085] En particulier, les déchets sont fournis sur le tapis du convoyeur. Celui-ci sert de support pour les déchets lors de l’étape de tri des déchets. La couleur du support pourra être choisie de manière à optimiser les effets de contraste lors de la mise en oeuvre des méthodes de l’invention. La couleur du tapis du convoyeur peut ne pas être homogène dans le temps et l’espace.
[0086] Selon une mode de réalisation particulier, le dispositif de tri comprend en outre une unité de prélèvement de déchets connectée au dispositif de
caractérisation, l’unité de prélèvement étant configurée pour prélever des déchets selon des caractéristiques prédéterminées, obtenues par l’intermédiaire du dispositif de caractérisation des déchets.
[0087] Par exemple, l’unité de prélèvement est une unité de préhension robotisée. Il peut s’agir de tout robot de tri connu de l’homme du métier adapté pour un tel usage.
[0088] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre un dispositif de caractérisation des déchets par infrarouge, tel qu’une arche de caractérisation par infrarouge. Un dispositif de caractérisation des déchets par infrarouge comprend typiquement :
[0089] - une zone d’identification de déchets dans un flux, ladite zone comprenant au moins une source de lumière infrarouge pour illuminer les déchets, [0090] - un capteur d’infrarouge, ledit capteur étant positionné de manière à capter au moins en partie l’image des déchets illuminés dans la zone d’identification, et ledit capteur étant connecté à une unité d’analyse de spectres infrarouge adaptée pour caractériser les déchets, en particulier en fonction de leur matière, sur la base du spectre capté par le capteur infrarouge.
[0091 ] FIGURES
[0092] [Fig. 1 ] La figure 1 représente un exemple de mode de réalisation de
l’invention. Il s’agit d’un convoyeur 1 équipé d’un robot et d’un système d’analyse avec une zone 2 d’identification des objets et une zone 3 de préhension du robot.
[0093] [Fig. 2] La figure 2 représente de manière plus détaillée le système d’analyse de la figure 1. Il comprend des zones 4 d’émission de lumière blanche, des zones 5 d’émission de lumière UV (par exemple un spot ou une rampe) et/ou des zones 6, 7 d’émission de lumières monochromes, identiques ou différentes, et une zone 8 de détection de lumière visible (par exemple une caméra).
[0094] [Fig. 3] Emballages plastiques transparents sur une surface sombre: a.
lumière visible uniquement - b. lumière visible + UV - c. UV uniquement.
[0095] [Fig. 4] Emballages plastiques transparents sur une surface rose: a. lumière visible uniquement - b. lumière visible + UV - c. UV uniquement.
[0096] [Fig. 5] Emballages plastiques opaques/aluminium sur une surface sombre: a. lumière visible uniquement - b. lumière visible + UV - c. UV uniquement.
[0097] [Fig. 6] Emballages plastiques opaques/aluminium sur une surface rose : a. lumière visible uniquement - b. lumière visible + UV - c. UV uniquement.
[0098] [Fig. 7] Papier/carton sur une surface sombre: a. lumière visible uniquement - b. lumière visible + UV - c. UV uniquement.
[0099] DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION DE
L’INVENTION
[0100] Le mode de réalisation décrit et les exemples suivants qui lui sont associés sont donnés à titre purement illustratif et ne doivent pas être considérés comme limitant l’invention d’une quelconque manière. [0101 ] Selon un premier mode de réalisation de l’invention, un ensemble de tri d’objets, par exemple de tri de déchets, comprend un convoyeur, tel qu’un convoyeur à bande 1 , entraînant en mouvement un flux d’objets à trier, un système de caractérisation du flux d’objets et un organe de tri pour trier les objets dans une zone de tri 3 en fonction de leur caractérisation.
[0102] Le système de caractérisation comprend un organe d’acquisition d’images 8, un organe de caractérisation pour caractériser les objets à trier en fonction d’au moins une image acquise et au moins deux sources lumineuses 4, 5, 6, 7 telles que décrites ci-après.
[0103] Le flux d’objets à trier est composé d’une pluralité d’objets de diverses
natures, tel que des objets à recycler.
[0104] Les objets à recycler peuvent notamment comprendre des objets en
aluminium, tel que des canettes, des objets en polyethylene terephthalate (PET) transparent et/ou opaque, tels que des bouteilles en plastiques, des contenants de produits ménagers ou d’hygiène, mais ces exemples sont non limitatifs et tout objet connu dans le domaine du recyclage d’objets et du traitement de déchets pourra être un objet à trier au sens de la présente invention.
[0105] L’organe d’acquisition d’images 8 est adapté pour capter une ou plusieurs images d’une zone prédéfinie 2 sur le convoyeur à bande 1. Ainsi l’organe d’acquisition d’images 8 acquiert, pour un instant donné, une image de la portion de flux d’objets passant dans le champ de vision de l’organe d’acquisition d’images 8, ici nommée zone d’identification des objets.
[0106] Dans ce mode de réalisation l’organe d’acquisition d’images 8 est une caméra captant des images dans le spectre visible, mais l’invention n’est toutefois pas limitée à un seul type de caméra, et peut en outre mettre en oeuvre un appareil photo ou tout autre dispositif adapté pour capter des images.
[0107] Il est généralement admis que le spectre visible correspond à une plage de longueur d’ondes dans le vide allant de 380nm à 780nm, toutefois la caméra mise en oeuvre par l’invention n’est pas limitée à cette plage définie, et la caméra peut notamment capter des images allant au-delà de cette plage de longueur d’onde, par exemple en captant en outre la lumière ultraviolets compris entre 200nm et 380nm, on parle alors de caméra hyper-spectrale ; ou a contrario allant en deçà de cette plage de longueur d’onde tant que la caméra est adaptée pour capter des images exploitables des objets à traiter en fonction des conditions d’éclairage décrites ci-après.
[0108] En effet, l’objectif de la caméra est d’acquérir une image de la portion de flux d’objets permettant de caractériser les objets visibles dans l’image.
[0109] Par caractérisation on entend le fait de définir la forme, le matériau ou encore le type de l’objet visible dans l’image.
[01 10] Ainsi, l’organe d’acquisition d’images 8 transmet les images acquises à
l’organe de caractérisation qui détecte, caractérise les objets et détermine, objet par objet, le tri à effectuer. Puis l’organe de caractérisation commande à l’organe de tri l’exécution du tri en fonction de la détection effectuée.
[01 11 ] Pour obtenir une analyse d’image fiable, il est relativement important de
définir un éclairage adapté à la bonne visibilité des objets dans la zone
d’identification 2 correspondant sensiblement au champ de vision de la caméra.
[01 12] En pratique, il est fréquent que l’organe de caractérisation comprenne une arche de caractérisation passant au-dessus du convoyeur d’objets. La caméra peut alors être installée sous l’arche ou à distance de l’arche, de sorte que la zone d’identification 2 est définie comme la zone s’étendant sous l’arche de caractérisation.
[01 13] On éclaire la zone d’identification 2 avec une lumière principale 4, aussi
appelée première source lumineuse 4.
[01 14] Cette première source lumineuse 4 n’est pas nécessairement faite d’un
unique point d’émission. En particulier, la première source lumineuse 4 est généralement adaptée pour fournir un éclairage uniforme sur la zone
d’identification 2. Aussi, on peut agencer une pluralité de lumières identiques formant première source lumineuse 4.
[01 15] Cette première source lumineuse 4 est dans le premier mode de réalisation de l’invention un ensemble de lumières blanches 4 réparties en surplomb de la zone d’acquisition.
[01 16] Toutefois, cette première source lumineuse 4 n’est pas nécessairement
blanche et peut émettre toute autre couleur adaptée à une analyse d’image après acquisition par un organe d’acquisition d’images tel qu’une caméra dans le spectre visible.
[01 17] Le but de cette première source lumineuse 4 est notamment de définir un éclairage relativement uniforme apte à permettre une acquisition nette et contrastée des objets de la portion de flux d’objets dans le champ de vision de la caméra tout en réduisant l’apparition d’artefacts visuels pouvant affecter l’analyse des images acquises, tels que des ombres ou des reflets induits par l’éclairage.
[01 18] Afin d’améliorer la caractérisation des objets présents dans l’image acquise, on ajoute une deuxième source lumineuse 5, 6, 7.
[01 19] Cette deuxième source lumineuse 5, 6, 7 est sélectionnée en fonction des matériaux que l’on souhaite identifier en particulier dans la portion de flux d’objets analysée.
[0120] Cette deuxième source lumineuse 5, 6, 7 peut être obtenue par une lumière présentant une couleur distincte de la lumière principale.
[0121 ] Les exemples décrits ci-après illustrent notamment les résultats obtenus en combinant une première source lumineuse avec une deuxième source lumineuse 5 diffusant des ultraviolets, ainsi que l’amélioration visuelle obtenue en fonction des matériaux des objets présents dans la portion de flux d’objets analysée.
[01221 EXEMPLES
[0123] EXEMPLE 1 : Irradiation avec combinaison de lumières visibles et UV sur des déchets de type emballages plastiques transparents
[0124] 1. Matériel
[0125] Support de couleur foncée : panneau 2cm en polystyrène expansé graphité ;
[0126] Support de couleur claire : panneau 2cm en Polyuréthane extrudé ;
[0127] Lumière blanche : set de 4 lampes LED placées aux 4 coins des panneaux, de type GU10, 5W, 400lumens, blanc chaud 2700-3000K sur 1 10° ;
[01281 Lumière UV :
[0129] - 1 tube de lumière noir 20W, 60cm de longueur (située juste en dessous de la partie basse de la photo), [0130] - 1 ampoule fluocompacte mini-spirale T3 de 15W (située le long du côté droit de la photo) ;
[0131 ] Capteur d’images : Appareil photo de type Panasonic Lumix, DMC-PZ 100, mode automatique en MP4.
[0132] 2. Résultats
[0133] Des déchets de type emballages en plastique transparent sont disposés de manière aléatoire sur un support sombre (figure 3) ou sur un support clair (rose, figure 4). Les déchets sont illuminés avec de la lumière blanche uniquement (figures 3a et 4a), une combinaison de lumière UV et de lumière blanche (figures 3b et 4b), ou avec une lumière UV seule (figures 3c et 4c).
[0134] On observe que :
[0135] Les papiers blancs et étiquettes ressortent plus ;
[0136] Le PET transparent présente un voile blanc par fluorescence, d’autant plus marqué qu’il est épais ; et
[0137] La fluorescence des plastiques transparents est plus visible sur un fond foncé, non réfléchissant.
[0138] EXEMPLE 2 : Irradiation avec combinaison de lumières visibles et UV sur des déchets de type emballages plastiques opaques
[0139] Le même matériel que dans l’exemple 1 est utilisé pour la mise en oeuvre de l’exemple 2.
[0140] Des déchets de type emballages en plastique opaque sont disposés de
manière aléatoire sur un support sombre (figure 5) ou sur un support clair (rose, figure 6). Les déchets sont illuminés avec de la lumière blanche uniquement (figures 5a et 6a), une combinaison de lumière UV et de lumière blanche (figures 5b et 6b), ou avec une lumière UV seule (figures 5c et 6c).
[0141 ] On observe que :
[0142] - Les papiers blancs et étiquettes ressortent plus, et
[0143] - Le PE et le PP ne changent pas vraiment de couleur alors que d’autres
plastiques s’illuminent par fluorescence, présentant un caractère discriminant plus poussé que simplement la lumière blanche. [0144] EXEMPLE 3 : Irradiation avec combinaison de lumières visibles et UV sur des déchets de type papiers et cartons
[0145] Le même matériel que dans l’exemple 1 est utilisé pour la mise en œuvre de l’exemple 3.
[0146] Des déchets de type emballages en papier et carton sont disposés de
manière aléatoire sur un support sombre (figure 7). Les déchets sont illuminés avec de la lumière blanche uniquement (figure 7a), une combinaison de lumière UV et de lumière blanche (figure 7b), ou avec une lumière UV seule (figure 7c).
[0147] On observe que :
[0148] Les papiers blancs apparaissent beaucoup plus blancs (par fluorescence),
[0149] Le contraste entre le carton brun, blanc et gris est beaucoup plus fort.
[0150] Conclusions :
[0151 ] Ainsi, on remarque que l’ajout d’une source lumineuse 5 par ultraviolets UV, en plus de la lumière visible 4 pour la reconnaissance d’image, permet d’apporter un complément de caractéristiques discriminantes pour la reconnaissance visuelle et induite une augmentation de la performance de reconnaissance dans certains scénarios de tri.
[0152] En effet, l’éclairage par ultraviolet 5 des objets permet d’ajouter, par
fluorescence, des pixels discriminants dans les images acquises, ce qui améliore l’efficacité des procédés d’analyse d’image et de caractérisation des objets.
[0153] L’invention n’est toutefois pas limitée à une deuxième source lumineuse
diffusant des ultraviolets.
[0154] Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la deuxième source lumineuse 6, 7 comprend une lumière monochrome du spectre visible, d’une couleur différente du blanc, par exemple verte ou rouge.
[0155] Comme pour la lumière principale, la deuxième source lumineuse n’est pas limitée à un seul point d’émission. Ici la deuxième source lumineuse est constituée de deux sources lumineuses 6, 7, de caractéristiques optiques identiques, mais opposées l’une à l’autre par rapport au flux d’objets, ou autrement dit chacune d’un côté de la zone d’identification 2. [0156] Cette deuxième source lumineuse 6, 7 est alors diffusée selon un angle différant de l’angle principal d’émission de la première source lumineuse 4.
[0157] En particulier, on installe chaque point d’émission de la deuxième source
lumineuse 6, 7, de sorte que son axe principal d’émission forme un angle compris sensiblement entre 30° à 45° avec la normale du support sur lequel sont installés les objets de la portion d’objets analysée.
[0158] On entend par axe principal d’émission l’axe formant le centre du faisceau lumineux émis par la source lumineuse 6, 7.
[0159] L’objectif de la disposition particulière de cette deuxième source lumineuse 6, 7 est de permettre l’apparition de reflets sur les objets, et en particulier de colorer les bords des objets, de sorte à faire ressortir sur les images acquises les bordures des objets dans la couleur de la deuxième source lumineuse 6, 7.
[0160] Ainsi, si la deuxième source lumineuse est rouge, les bordures des objets de la zone d’identification refléteront la couleur rouge, cette couleur pouvant varier avec la couleur du matériau concerné, ce qui facilite de manière relativement importante la caractérisation des objets de l’image acquise.
[0161 ] Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, la deuxième
source lumineuse 6, 7 pourrait être d’une couleur similaire à la première source lumineuse mais d’une intensité d’émission distincte, par exemple avec une intensité d’éclairage notablement supérieure, de sorte que les bordures des objets seront sur-éclairées.
[0162] En outre on peut combiner les modes de réalisation précédentes, et
notamment définir un système de caractérisation comprenant une source lumineuse principale 4, une deuxième source lumineuse 6, 7 dans le spectre visible, par exemple d’une couleur distincte de la source lumineuse principale 4 et une troisième source lumineuse 5 émettant une lumière ultraviolette tel que décrit précédemment, ceci permettant de combiner les avantages décrits précédemment.
[0163] Par ailleurs, il est possible de combiner une deuxième source lumineuse 5, 6, 7 et éventuellement une source lumineuse supplémentaire, par exemple une source d’ultraviolets et une source lumineuse du spectre visible, par exemple rouge ou vert, avec un éclairage par infrarouge, ou proche infrarouge.
[01 64] Dans le domaine du tri d’objets la technique de caractérisation par infrarouge, ou proche infrarouge (plus connu sous le nom de NIR pour Near Infra-Red) est bien connue de l’homme du métier, et cette technique de caractérisation des matériaux peut être combinée aux moyens de détection décrits dans la présente invention.
[01 65] L’invention concerne aussi une méthode de caractérisation des objets d’un flux d’objets, comprenant notamment une étape de fourniture d’un flux d’objets à trier, tel qu’un flux de déchets.
[01 66] On procède à une étape d’illumination d’une zone d’identification 2 au travers de laquelle passe au moins une portion du flux d’objet à un instant donné.
[01 67] L’illumination est mise en oeuvre en disposant une première source lumineuse 4 et une deuxième source lumineuse 5, 6, 7 présentant une nature distincte de la première source lumineuse 4.
[01 68] On acquiert alors, par un organe d’acquisition d’images 8, au moins une
image de ladite portion du flux d’objet à l’instant donné.
[01 69] On transmet cette image à l’organe de caractérisation, qui détecte et
caractérise les objets présents dans l’image. Le double éclairage exposé précédemment permet en particulier :
[0170] - lorsque la deuxième source lumineuse est une source ultraviolet, de
caractériser les matériaux par la fluorescence pouvant être produite sur les objets du flux d’objets, tel que décrit dans les exemples précédents ; et/ou
[0171 ] - lorsque la deuxième source lumineuse est une source monochrome du
spectre du visible, par exemple rouge ou verte ou toute autre couleur visible, de caractériser les objets notamment par l’amélioration des contours de ces objets.
[0172] Ainsi, l’étape d’illumination permet d’améliorer le résultat obtenu à l’étape de caractérisation.
[0173] Ensuite, en fonction de la caractérisation des objets présents dans l’image acquise, on commande à l’organe de tri de procéder au tri des objets détectés, conformément à la pratique habituelle dans le domaine du tri. [0174] La caractérisation des objets peut ainsi être librement adaptée pour :
[0175] - caractériser les matériaux constitutifs des objets de l’image acquise, par exemple en évaluant la fluorescence lors d’un éclairage par UV ; et/ou
[0176] - reconnaître des objets par la mise en oeuvre de procédé de reconnaissance d’image, notamment par l’identification de contours et de formes remarquables.
[0177] Cette étape de reconnaissance peut être mise en œuvre par des procédés classiques de reconnaissance d’image ou des procédés d’apprentissage automatique, tel que des réseaux de neurones. En particulier, les réseaux de neurones convolutifs sont particulièrement efficaces pour réaliser une
reconnaissance d’objets dans une image acquise.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Système de caractérisation d’objets d’un flux d’objets à trier, le flux d’objet à trier étant installé sur un dispositif de convoyage (1 ), ledit système comprenant :
- Un organe d’acquisition d’image (8) installé de sorte à pouvoir acquérir au moins une image d’une portion du flux d’objets à trier ;
- Une première source lumineuse (4), émettant dans le spectre visible, installée en surplomb et éclairant ladite portion de flux d’objets à trier dont ladite au moins une image est acquise par l’organe d’acquisition d’image (8) ;
- Un organe de caractérisation apte à caractériser les objets de ladite
portion du flux d’objets à trier en fonction de ladite au moins une image acquise ;
caractérisé en ce que le système comprend en outre au moins une deuxième source lumineuse (5, 6, 7), de nature distincte de la première source lumineuse (4), permettant l’apparition d’informations visuelles
supplémentaires sur ladite au moins une image acquise.
[Revendication 2] Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la dite au moins une deuxième source lumineuse (5) émet une lumière ultraviolette permettant l’apparition d’une fluorescence dans le spectre visible lorsqu’un objet de la portion de flux d’objets réagit aux ultraviolets.
[Revendication 3] Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une deuxième source lumineuse (6, 7) émet une lumière dans le spectre visible, de couleur distincte et/ou d’intensité distincte de la première source lumineuse (4), et orientée de sorte à éclairer selon un angle d’éclairage distinct de la première source lumineuse (4) les objets de la portion de flux d’objet éclairée par la première source lumineuse (4).
[Revendication 4] Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au moins une deuxième source lumineuse (6, 7) est installée de sorte à définir un axe d’éclairage principal formant un angle aigu avec un plan dans lequel s’étend le dispositif de convoyage dudit flux d’objets.
[Revendication 5] Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième source d’éclairage (6, 7) forme un angle de 30° à 45° avec le plan dans lequel s’étend le dispositif de convoyage dudit flux d’objets.
[Revendication 6] Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une unité de prélèvement d’objets connectée à l’organe de caractérisation, l’unité de prélèvement étant configurée pour prélever des objets selon des caractéristiques
prédéterminées, obtenues par l’intermédiaire de l’organe de caractérisation.
[Revendication 7] Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’unité de prélèvement est une unité de préhension robotisée.
[Revendication 8] Méthode de caractérisation d’objets à trier, comprenant les étapes successives suivantes :
a) fournir un flux d’objets à trier ;
b) illuminer au moins une partie dudit flux avec au moins une première source lumineuse et une deuxième source lumineuse de manière concomitante, la première (4) et la deuxième source (5, 6, 7) lumineuse étant de natures différentes, et au moins une des deux sources comprenant des longueurs d’onde du spectre visible,
c) acquérir au moins une image dans le spectre visible de ladite partie de flux illuminée ;
d) détecter au moins un objet dans ladite image acquise ;
e) caractériser ledit objet détecté en fonction des informations visuelles acquises dans ladite au moins une image, telles que sa couleur et/ou sa transparence et/ou sa matière.
[Revendication 9] Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce
que :
la première source lumineuse (4) est une source de lumière blanche, et la deuxième source lumineuse (5, 6, 7) est choisie parmi une source de lumière ultraviolette, une source de lumière monochrome du spectre visible, ou un mélange de celles-ci.
[Revendication 10] Méthode selon l’une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une étape de caractérisation par infrarouge, comprenant: f) une étape d’irradiation d’une partie au moins du flux de déchet par une source de lumière infrarouge, notamment une source de lumière dans le proche infrarouge (NIR),
g) une étape de détection du spectre infrarouge réfléchi du flux irradié de l’étape f), à l’aide d’un capteur d’infrarouge,
h) une étape d’analyse du spectre infrarouge de l’étape g) pour caractériser les déchets dudit flux, en particulier en fonction de leur matière.
[Revendication 1 1] Méthode de tri de déchets, ladite méthode comprenant les étapes successives suivantes:
a) une étape de mise en oeuvre de la méthode de caractérisation de déchets selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 ; et
b) une étape de tri automatisé de déchets sur la base de la caractérisation de l’étape a), en fonction de paramètres prédéterminés, tels que la matière, la couleur et/ou la transparence du déchet.
[Revendication 12] Méthode selon la revendication 1 1 , caractérisée en ce que l’étape b) est effectuée à l’aide d’une unité de prélèvement robotisée.
[Revendication 13] Ensemble de tri comprenant :
- un convoyeur (1 ), ledit convoyeur comprenant une zone de caractérisation de d’objets et une zone de prélèvement d’objets,
- un système de caractérisation d’objets selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un organe de caractérisation positionné autour ou au-dessus de ladite zone de caractérisation d’objets.
[Revendication 14] Ensemble de tri selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’il est adapté pour mettre en oeuvre la méthode selon l’une quelconque des revendications 8 à 12.
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