FR3127805A1 - Method for identifying a type of material in a target material - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé d'identification d'un type de matériau dans un matériau cible, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : acquisition de données de mesure par un appareil de mesure (25) portable comportant une mesure par réflectance spectrale du matériau cible, la réflectance est obtenue par une émission de rayons lumineux ; filtre de mesure pour former une séquence successive comportant des sous bandes de valeurs mesurées qui représentent des signatures de transmission caractéristiques de l'article ; traitement par comparaison des signatures par rapport à des modèles contenus dans une base de données, le traitement étant configuré pour déterminer le type de matériau du matériau cible. Figure pour l’abrégé : Fig. 6The invention relates to a method for identifying a type of material in a target material, characterized in that it comprises the following steps: acquisition of measurement data by a portable measuring device (25) comprising a measurement by reflectance spectral of the target material, the reflectance is obtained by an emission of light rays; measurement filter to form a successive sequence comprising sub-bands of measured values which represent characteristic transmission signatures of the article; processing by comparing the signatures against templates contained in a database, the processing being configured to determine the material type of the target material. Figure for abstract: Fig. 6
Description
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne un procédé d'identification d'un type de matériau dans un matériau cible.The present invention relates to a method for identifying a type of material in a target material.
Elle s’applique, en particulier pour la détection de matière et de sous famille de matière dans le domaine plastique, textile, métal, organique et minéral, de différents additifs au sein d’une matière, de multi-matières, et pour la détection combinée de multi-matières et d’additifs.It applies, in particular for the detection of materials and sub-family of materials in the plastic, textile, metal, organic and mineral fields, of different additives within a material, of multi-materials, and for the detection combination of multi-materials and additives.
De nombreux domaines industriels incluant, par exemple, les produits pharmaceutiques, chimiques, nutritionnels, plastiques, de par une réglementation imposée de plus en plus sévère, nécessitent l'identification rapide et non destructive de matériaux. L’utilisation d’appareils d’identification de matériaux permet alors de garantir la qualité et la sureté des produits.Many industrial fields including, for example, pharmaceutical, chemical, nutritional, plastic products, by increasingly strict regulations, require the rapid and non-destructive identification of materials. The use of materials identification devices then makes it possible to guarantee the quality and safety of the products.
Le tri manuel, présente une fiabilité dépendante de l’expérience du trieur, ce qui confère un caractère aléatoire à cette fiabilité. S’ajoutent à cela les mauvaises conditions de travail voire dangereuses liées aux risques respiratoires, aux éventuels incendies, et les forts taux de rebuts dus à des difficultés d’identification impactant la rentabilité.Manual sorting has a reliability that depends on the experience of the sorter, which gives this reliability a random character. Added to this are poor and even dangerous working conditions related to respiratory risks, possible fires, and high scrap rates due to identification difficulties impacting profitability.
L’utilisation d’appareils d’identification de matériaux représente alors un gain de temps, de performance, de fiabilité, de sécurité, et à terme, de rentabilité.The use of materials identification devices therefore represents a gain in time, performance, reliability, safety, and ultimately, profitability.
Certains documents de l'art antérieur proposent également un système de détection par spectroscopie et un procédé d'identification de matériaux. On connaît par exemple le document de publication US2015022802. Certain documents of the prior art also propose a system for detection by spectroscopy and a method for identifying materials. For example, publication document US2015022802 is known .
L’invention de l’art antérieur propose un procédé et un système d'identification chimique utilisant une source lumineuse ayant une courte plage de longueurs d'onde du proche infrarouge d'environ 600 à environ 1100 nm. Un détecteur de silicium est utilisé pour détecter un faisceau réfléchi de l’échantillon afin de générer un signal de détection. Un détecteur de silicium peut être utilisé pour mesurer la courte longueur d'onde de la région du proche infrarouge. Le signal de détection du détecteur est envoyé à un ordinateur. L’ordinateur est programmé avec des modules logiciels pour l'acquisition des données du signal de détection et l'analyse des données pour déterminer le spectre d'absorption. L'ordinateur peut comprendre une mémoire ou un accès à distance à une ou plusieurs bases de données pour stocker une bibliothèque de spectres d'absorption. Le spectre d'absorption du matériau qui fournit la valeur de correspondance la plus élevée est identifié comme le matériau à inspecter. L'acquisition de données et d'analyse de données dudit signal de détection permet donc d’identifier l’échantillon.The prior art invention provides a chemical identification method and system using a light source having a short near-infrared wavelength range of about 600 to about 1100 nm. A silicon detector is used to detect a reflected beam from the sample to generate a detection signal. A silicon detector can be used to measure the short wavelength of the near infrared region. The detection signal from the detector is sent to a computer. The computer is programmed with software modules for acquiring detection signal data and analyzing the data to determine the absorption spectrum. The computer may include memory or remote access to one or more databases to store a library of absorption spectra. The absorption spectrum of the material that provides the highest match value is identified as the material to be inspected. Data acquisition and data analysis of said detection signal therefore makes it possible to identify the sample.
Les inconvénients de l’invention de l’art antérieur sont qu’il n’y a aucune indication concernant la méthode d’identification, aucune information n’est accessible pour détailler la méthode d’identification. C’est pourquoi, il n’apparait pas fiable la répétition de la méthode décrite.The disadvantages of the invention of the prior art are that there is no indication concerning the method of identification, no information is accessible to detail the method of identification. This is why it does not appear reliable to repeat the method described.
De plus, il apparait qu’il est nécessaire de présenter le matériau au système et non que ce soit le système qui vienne lire les différents matériaux, il semble complexe la mise en place d’un tel système dans une chaine de tri de différents matériaux par exemple.In addition, it appears that it is necessary to present the material to the system and not that it is the system that comes to read the different materials, it seems complex to set up such a system in a sorting chain of different materials For example.
Pour le plastique, certains appareils d’identification de ce type de matériau de l’art antérieur sont simples d’usage, fiables, et permettent une interprétation automatique, mais présentent comme inconvénients d’être non portables, ou portables mais avec une mauvaise ergonomie, ou présentent une interface utilisateur chargée ce qui gêne la facilité d’usage, ou nécessite que l’interprétation des résultats soit à faire soi-même, ou bien encore, sont à un prix élevé. Ainsi aucun document de la technique antérieur ne fait référence à toutes ces caractéristiques pour un seul et unique appareil d’identification de matériau plastique.For plastic, some prior art identification devices for this type of material are easy to use, reliable, and allow automatic interpretation, but have the drawbacks of being non-portable, or portable but with poor ergonomics. , or have a cluttered user interface which hinders ease of use, or require interpretation of the results to be done on your own, or are at a high price. Thus, no document of the prior art refers to all these characteristics for a single and unique plastic material identification device.
Présentation de l'inventionPresentation of the invention
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice.The present invention aims to remedy these drawbacks with a totally innovative approach.
La présente invention permet de rendre la chaine de traitement des déchets plus efficace en s’appuyant sur l’optique et le traitement de données afin d’améliorer le tri.The present invention makes it possible to make the waste treatment chain more efficient by relying on optics and data processing in order to improve sorting.
Plus précisément, l’invention a pour objectif de fournir une technique permettant la détection de matière et de sous famille de matière avec un appareil facile à transporter, le calcul du pourcentage de répartition des différents additifs au sein d’une matière, la détection de multi-matières par calcul du pourcentage de répartition entre les différentes matières, et la détection combinée de multi-matières et d’additifs par calcul du pourcentage de répartition entre les différentes matières et additifs.More precisely, the aim of the invention is to provide a technique allowing the detection of material and sub-family of material with an easy-to-carry device, the calculation of the percentage distribution of the various additives within a material, the detection of multi-materials by calculating the percentage distribution between the different materials, and the combined detection of multi-materials and additives by calculating the percentage distribution between the different materials and additives.
En particulier, un objectif de l’invention est de fournir une telle technique permettant de s’affranchir de tout autre système de réglage complexe.In particular, one objective of the invention is to provide such a technique making it possible to dispense with any other complex adjustment system.
Un autre objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit peu coûteuse à mettre en œuvre et qui ne nécessite pas d’entretien particulier.Another object of the invention is to provide such a technique which is inexpensive to implement and which does not require any particular maintenance.
Un objectif de l’invention est de fournir une telle technique, qui puisse être adaptée aisément à des systèmes existants.An object of the invention is to provide such a technique, which can be easily adapted to existing systems.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, selon un premier aspect, à l’aide d’un procédé d'identification d'un type de matériau dans un matériau cible, remarquable en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- acquisition de données de mesure par un appareil de mesure portable comportant une mesure par réflectance spectrale du matériau cible, la réflectance est obtenue par une émission de rayons lumineux ;
- filtre de mesure pour former une séquence successive comportant des sous bandes de valeurs mesurées qui représentent des signatures de transmission caractéristiques de l'article ;
- traitement par comparaison des signatures par rapport à des modèles contenus dans une base de données, le traitement étant configuré pour déterminer le type de matériau du matériau cible.These objectives, as well as others which will appear subsequently, are achieved, according to a first aspect, using a method for identifying a type of material in a target material, remarkable in that it involves the following steps:
- acquisition of measurement data by a portable measuring device comprising a measurement by spectral reflectance of the target material, the reflectance is obtained by an emission of light rays;
- measurement filter to form a successive sequence comprising sub-bands of measured values which represent characteristic transmission signatures of the article;
- processing by comparing the signatures with models contained in a database, the processing being configured to determine the type of material of the target material.
On entend par réflectance spectrale du matériau cible, le fait que la lumière soit une lumière réfléchie ou une lumière traversante.By spectral reflectance of the target material is meant the fact that the light is a reflected light or a passing light.
La présente invention offre une utilisation plus simplifiée puisqu’aucune formation n’est requise pour apprendre les normes du tri.The present invention offers a more simplified use since no training is required to learn sorting standards.
La présente invention est portable, ce qui induit qu’elle s’adapte facilement au procédé déjà en place.The present invention is portable, which induces that it easily adapts to the process already in place.
La présente invention présente une très grande fiabilité et permet de respecter les standards du marché.The present invention has very high reliability and makes it possible to comply with market standards.
La présente invention permet de favoriser la sécurité des agents et les conditions de travail sont donc améliorées.The present invention makes it possible to promote the safety of the agents and the working conditions are therefore improved.
Dans le domaine du tri, la présente invention limite les rebuts de tri tout en garantissant une meilleure rentabilité.In the field of sorting, the present invention limits sorting scrap while guaranteeing better profitability.
Dans un exemple, la base de données est mise à jour ce qui permet d’avoir une meilleure fiabilité par rapport à de nouveaux éléments détectés au fur et à mesure que les nouvelles signatures existent.In one example, the database is updated which makes it possible to have better reliability with respect to new elements detected as new signatures exist.
La présente invention est rapide (le temps de détection est de l’ordre de la seconde ce qui est adapté au tri manuel)The present invention is fast (the detection time is of the order of a second, which is suitable for manual sorting)
La présente invention est non destructive (pas d’altération de la matière, toutefois on pourrait sortir une version plus tard pour les plastiques noirs avec un jet d’étincelles qui peut altérer la matière)The present invention is non-destructive (no alteration of the material, however a version could be released later for black plastics with a jet of sparks which can alter the material)
La présente invention fonctionne sur batterie, il s’agit bien d’un appareil de mesure portable.The present invention works on battery, it is indeed a portable measuring device.
La présente invention permet de fournir des statistiques utiles à la gestion des stocks de matières, par exemple, les résultats de scans des appareils pour indiquer quel pourcentage de quel plastique est présent en sortie de tri.The present invention makes it possible to provide statistics useful for the management of stocks of materials, for example, the results of scans of the devices to indicate what percentage of which plastic is present at the sorting outlet.
L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.The invention is advantageously implemented according to the embodiments and variants set out below, which are to be considered individually or according to any technically effective combination.
Dans un mode de réalisation, l’étape de traitement comporte les sous étapes suivantes :
- constitution de sous bandes de l’étape de filtre, définissant des sous-bandes issues des sous-bandes de valeurs mesurées pour former des signatures de transmission caractéristiques de l'article.In one embodiment, the processing step comprises the following sub-steps:
- constitution of sub-bands of the filter step, defining sub-bands from the sub-bands of measured values to form characteristic transmission signatures of the article.
Ainsi, on améliore la précision des signatures.Thus, the precision of the signatures is improved.
Dans un mode de réalisation, l’étape de traitement comporte une forêt d'arbres décisionnels ou un réseau de neurones artificiels, ledit réseau de neurones artificiels étant caractérisé en ce qu’il comporte les sous étapes suivantes :
- constitution dudit réseau de neurones artificiels, ledit réseau de neurones artificiels comporte une couche de neurones d’entrée et une couche de neurones de sortie qui sont toutes reliées entre elles ; tout neurone artificiel d’entrée dudit réseau de neurones est connecté à un neurone artificiel de sortie via une synapse artificielle ; ledit réseau de neurones artificiels est contenu dans un microcontrôleur ;
- mise en œuvre dudit réseau de neurones par test des différents modèles contenus dans la base de données et sélectionnant les signatures les plus proches des signatures de transmission issues de l’étape de filtre de mesure par rapport à des modèles contenus dans la base de données.In one embodiment, the processing step comprises a forest of decision trees or an artificial neural network, said artificial neural network being characterized in that it comprises the following sub-steps:
- constitution of said artificial neural network, said artificial neural network comprises a layer of input neurons and a layer of output neurons which are all interconnected; any artificial input neuron of said neural network is connected to an artificial output neuron via an artificial synapse; said artificial neural network is contained in a microcontroller;
- implementation of said neural network by testing the various models contained in the database and selecting the signatures closest to the transmission signatures resulting from the measurement filter step with respect to models contained in the database .
Dans un mode de réalisation, l’émission de rayons lumineux de l’étape d’acquisition de données provient d’une source de rayonnement proche de l’infrarouge, la bande spectrale des rayons lumineux proche de l’infrarouge étant comprise entre 900 et 1700 nm.In one embodiment, the emission of light rays from the data acquisition step comes from a source of near infrared radiation, the spectral band of the near infrared light rays being between 900 and 1700 nm.
Dans un mode de réalisation, l’émission de rayons lumineux de l’étape d’acquisition de données provient d’une source de rayonnement infrarouge.In one embodiment, the emission of light rays from the data acquisition step comes from an infrared radiation source.
Dans un mode de réalisation, l’émission de rayons lumineux de l’étape d’acquisition de données provient d’une source de rayonnement dans le spectre du visible.In one embodiment, the emission of light rays from the data acquisition step comes from a source of radiation in the visible spectrum.
Dans un mode de réalisation, l’étape du traitement concerne les matériaux de type plastique, textile, métal et/ou organique.In one embodiment, the processing step relates to materials of the plastic, textile, metal and/or organic type.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte en outre une étape d’affichage du type de matériau de l'article sur un écran de l’appareil de mesure.In one embodiment, said method further comprises a step of displaying the type of material of the article on a screen of the measuring device.
Dans un mode de réalisation, à l’étape de filtre de mesure, une valeur des signatures de transmission caractéristiques de l'article est comprise entre 0 et 1 ; et dans laquelle à l’étape de traitement, il existe un seuil de corrélation qui est configuré pour valider le type de matériau du matériau cible lorsque la valeur des signatures de transmission caractéristiques de l'article est égale ou supérieure à 94% de la valeur d’un des modèles contenus dans la base de données.In one embodiment, at the measurement filter step, a value of the characteristic transmission signatures of the article is between 0 and 1; and wherein in the processing step there is a correlation threshold that is configured to validate the material type of the target material when the value of the characteristic transmission signatures of the article is equal to or greater than 94% of the value one of the models contained in the database.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comporte une étape préalable de calibrage par l’acquisition d’une mesure avec une surface de référence, ladite mesure est stockée dans la base de données.In one embodiment, said method includes a prior step of calibration by acquiring a measurement with a reference surface, said measurement is stored in the database.
Brève description des figuresBrief description of figures
D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :Other advantages, objects and characteristics of the present invention emerge from the description which follows given, for the purpose of explanation and in no way limiting, with regard to the appended drawings, in which:
La
La
La
La
La
La
La
La
Claims (10)
- acquisition de données de mesure par un appareil de mesure (25) portable comportant une mesure par réflectance spectrale du matériau cible, la réflectance est obtenue par une émission de rayons lumineux ;
- filtre de mesure pour former une séquence successive comportant des sous bandes de valeurs mesurées qui représentent des signatures de transmission caractéristiques d’un article ;
- traitement par comparaison des signatures par rapport à des modèles contenus dans une base de données, le traitement étant configuré pour déterminer le type de matériau du matériau cible.Method for identifying a type of material in a target material, characterized in that it comprises the following steps:
- acquisition of measurement data by a portable measuring device (25) comprising a measurement by spectral reflectance of the target material, the reflectance is obtained by an emission of light rays;
- measurement filter to form a successive sequence comprising sub-bands of measured values which represent characteristic transmission signatures of an article;
- processing by comparing the signatures with models contained in a database, the processing being configured to determine the type of material of the target material.
- constitution d’autres sous-bandes de l’étape de filtre, définissant d’autres sous-bandes issues des sous-bandes de valeurs mesurées pour former des signatures de transmission caractéristiques de l'article.
- constitution of other sub-bands of the filter stage, defining other sub-bands resulting from the sub-bands of measured values to form characteristic transmission signatures of the article.
- constitution dudit réseau de neurones artificiels, ledit réseau de neurones artificiels comporte une couche de neurones d’entrée et une couche de neurones de sortie qui sont toutes reliées entre elles ; tout neurone artificiel d’entrée dudit réseau de neurones est connecté à un neurone artificiel de sortie via une synapse artificielle ; ledit réseau de neurones artificiels est contenu dans un microcontrôleur ;
- mise en œuvre dudit réseau de neurones par test des différents modèles contenus dans la base de données et sélectionnant les signatures les plus proches des signatures de transmission issues de l’étape de filtre de mesure par rapport à des modèles contenus dans la base de données.
- constitution of said network of artificial neurons, said network of artificial neurons comprises a layer of input neurons and a layer of output neurons which are all interconnected; any artificial input neuron of said neural network is connected to an artificial output neuron via an artificial synapse; said artificial neural network is contained in a microcontroller;
- implementation of said neural network by testing the different models contained in the database and selecting the signatures closest to the transmission signatures resulting from the measurement filter step with respect to models contained in the database.
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Also Published As
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