JP2000002651A - プラスチックの識別方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラスチックの厚さ、形状、表面状態、あるい
はエンボス加工状態や容器の傷、ゴミ、潰れ程度、或い
はシールの有無等の諸条件に影響されることなく、プラ
スチックを材質別に精度良く自動識別することができ
る。 【解決手段】廃プラスチックボトル１１に偏光光線を透
過させた前記プラスチックの透過像を、偏光フィルタ２
６を介して第１のＣＣＤカメラ２７で撮像した偏光画像
と、偏光手段を介さないで第２のＣＣＤカメラ２８で撮
像した非偏光画像とに基づいて廃プラスチックボトル１
１の材質を識別することにより、プラスチックの傷、ゴ
ミ、潰れ程度或いはシールの有無等の影響を除去した、
即ち廃プラスチックボトル１１の偏光特性のみに起因す
る画像濃度パターンに基づいて材質を識別することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、プラスチックの識
別方法及び装置に係り、特にプラスチックボトルやプラ
スチックトレー等の使用済の廃プラスチックを材質別に
識別するプラスチックの識別方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック製の包装容器のリサイクル
法の施行にともない、廃プラスチックをリサイクルする
ことが義務づけられるようになったことから、収集・回
収されたボトルやトレー等の廃プラスチックを材質別に
分別する必要がある。廃プラスチックを材質別に分別す
る分別装置としては、湿式遠心分離装置、湿式サイクロ
ン装置、疑似比重液分離装置のように、プラスチックの
材質による比重の違いを利用して機械的に分別する装置
がある。湿式遠心分離装置及び湿式サイクロン装置は、
水の比重より重いポリ塩化ビニル（以下「ＰＶＣ」と称
す）等と水より軽いポリエチレンテレフタレート（以下
「ＰＶＣ」と称す）等とを分離するものである。また、
疑似比重液分離装置は、水の代わりに分別すべき廃プラ
スチックの比重に近い液体（通称、疑似比重液という）
を用いるものである。

【０００３】また、遠赤外スペクトル装置、Ｘ線吸収又
は励起蛍光選別装置、偏光識別装置のように、プラスチ
ックの材質による官能基の違いを利用して光学的に識別
して分別する装置がある。遠赤外スペクトル装置は、ポ
リプロピレン（以下「ＰＰ」と称す）やポリスチレン
（以下「ＰＳ」と称す）、ポリエチレン（以下「ＰＥ」
と称す）、ＰＶＣ等がその官能基の相違により赤外線の
吸収スペクトルパターンが異なることを利用したもので
ある。Ｘ線吸収又は励起蛍光選別装置は、ＰＶＣに特有
な塩素によるＸ線の吸収により励起される蛍光を検出し
て廃プラスチック混合物の中からＰＶＣを識別するもの
である。

【０００４】偏光識別装置は、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＶ
Ｃ、ＰＥＴ等のように材質が異なることによる官能基の
違いにより偏光特性が異なることを利用したものであ
る。即ち、廃プラスチックに偏光特性を有する偏光光線
を照射し、この廃プラスチックを偏光特性を有する偏光
メガネを通して目視すると、ＰＶＣは暗く、ＰＥＴは明
るく略透明に、その他のＰＰ、ＰＳ、ＰＥ等は虹のよう
なカラフルなパターンを呈して見える。このように材質
の相違により偏光メガネを通して見えるプラスチックの
濃度パターンが異なって見えることを利用したものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た湿式遠心分離装置、湿式サイクロン装置、疑似比重液
分離装置は、分別すべき廃プラスチックを数１０ｍｍ以
下に破砕しておく必要があり、ボトル等の形状のままリ
サイクルすることができないと共に、破砕された形状、
フィルム状かバルク状か紐状か等により分別性能が左右
されるという欠点がある。疑似比重液分離装置の場合に
は、疑似比重液の比重管理が難しいと共に、廃プラスチ
ックの汚れが疑似比重液の比重に影響を及ぼし易い。ま
た、ＰＰやＰＳのような比重差の少ない廃プラスチック
同士を分別する場合に分別精度が悪くなる。更に、設備
のイニシャルコストが他の分別装置に比べて高くなると
共に、メンテナンスが煩雑であるという欠点がある。更
に、分別後にプラスチックを脱水・乾燥する必要がある
ために工程が煩雑になる。

【０００６】また、遠赤外スペクトル装置、Ｘ線吸収又
は励起蛍光選別装置、偏光識別装置は、計測する廃プラ
スチックの厚さ、形状（平坦か、卵の容器のように大き
な凸凹があるか等）、表面状態、あるいはエンボス加工
状態や容器の傷、ゴミ、潰れ程度（例えば、潰れて平坦
になっているか元の形状に近いか）等、更にはプラスチ
ック容器に貼られたシール等により、遠赤外スペクトル
パターン、Ｘ線吸収パターン、偏光パターンが大きく変
動する。従って、例えば、偏光識別装置の場合には、プ
ラスチックの材質に起因する濃度以外に前記した容器の
傷、ゴミ、潰れ程度、或いはシールの有無等による影響
を加味して材質を判断しなくてはならない。この為、従
来は偏光メガネをかけた熟練した検査員が目視検査でし
か識別することができず、識別の自動化が困難であっ
た。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、プラスチックの厚さ、形状、表面状態、ある
いはエンボス加工状態や容器の傷、ゴミ、潰れ程度、或
いはシールの有無等の諸条件に影響されることなく、プ
ラスチックを材質別に精度良く自動識別することがで
き、しかも設備コストが安価でメンテナンスも容易なプ
ラスチックの自動識別方法及び装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
する為に、プラスチックの材質を識別するプラスチック
の識別方法において、前記プラスチックに偏光光線を透
過させた前記プラスチックの透過像を、偏光手段を介し
て撮像した偏光画像と偏光手段を介さないで撮像した非
偏光画像とに基づいて前記材質を識別することを特徴と
する。

【０００９】また、本発明は前記目的を達成するため
に、プラスチックの材質を識別するプラスチックの識別
装置において、前記プラスチックに偏光光線を照射する
光源部と、前記偏光光線が前記プラスチックを透過した
前記プラスチックの透過像を、偏光手段を介して撮像す
る第１の撮像手段と、前記透過像を偏光手段を介さない
で撮像する第２の撮像手段と、前記第１撮像手段で撮像
された偏光画像と前記第２の撮像手段で撮像された非偏
光画像とに基づいて前記材質を識別する演算手段と、を
備えていることを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、プラスチックに偏光光線
を透過させた前記プラスチックの透過像を、偏光手段を
介して撮像した偏光画像と、偏光手段を介さないで撮像
した非偏光画像とに基づいてプラスチックの材質を識別
することにより、プラスチックの傷、ゴミ、潰れ程度或
いはシールの有無等の影響を除去した、即ちプラスチッ
クの偏光特性のみに起因する画像濃度パターンに基づい
て材質を識別することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明の
プラスチックの識別方法及び装置の好ましい実施の形態
を説明する。図１は、本発明のプラスチックの識別装置
の第１の実施の形態を説明する斜視図であり、図２は識
別装置をプラスチックの分別ラインに組み込んだライン
構成図である。また、材質を識別するプラスチックとし
て使用済の廃プラスチックボトルの例で説明する。

【００１２】図２に示すように、分別ライン１０は、材
質の異なる各種の廃プラスチックボトル１１が混在した
状態で投入されるホッパー１２と、識別装置１４と、識
別されて分別されたプラスチックボトルをプレスして減
容化するプレス装置１６と、プレスされたものを梱包す
る梱包装置１８と、ホッパー１２と識別装置１４とプレ
ス装置１６との間を繋ぐ搬送コンベア２０、２０とで構
成される。

【００１３】識別装置１４は、主として、廃プラスチッ
クボトル１１を移送する移送コンベア２２と、廃プラス
チックボトル１１に偏光光線を照射する光源部２４と、
偏光光線が廃プラスチックボトル１１を透過した廃プラ
スチックボトル１１の透過像を偏光フィルタ２６を介し
て撮像する第１のＣＣＤカメラ２７と、透過像を偏光フ
ィルタを介さないで撮像する第２のＣＣＤカメラ２８
と、透過像を第１のＣＣＤカメラ２７と第２のＣＣＤカ
メラ２８とに導くハーフミラー３０と、ハーフミラー３
０の前方に配設されたレンズ３１と、第１のＣＣＤカメ
ラ２７で撮像された偏光画像と第２のＣＣＤカメラ２８
で撮像された非偏光画像とを対比して廃プラスチックボ
トル１１の材質を識別するコンピュータ３２とで構成さ
れる。符号、４０、４２、４４は、識別された材質の異
なる廃プラスチックボトル１１を分別するための容器で
ある。

【００１４】移送コンベア２２はベルトがメッシュ状に
形成され、光源部２４からの偏光光線が通過できるよう
になっている。光源部２４は、白色光源３４とその前方
に配設された偏光フィルタ３６とから成り、ベルトの下
方位置に設けられた光源３４からの光線が偏光フィルタ
３６により偏光されて廃プラスチックボトル１１に照射
される。

【００１５】第１のＣＣＤカメラ２７に備えられた偏光
フィルタ２６は、光源部２４の偏光フィルタ３６とは偏
光角度が逆に、即ち光源部２４の偏光フィルタ３６によ
る偏光が打ち消される光学配置になるように配設され
る。コンピュータ３２は画像処理機能を備え、図３に示
すように、第１のＣＣＤカメラ２７で撮像された偏光画
像（偏光板あり）と、第２のＣＣＤカメラ２８で撮像さ
れた非偏光画像（偏光板なし）とを取り込み、偏光画像
の画像濃度パターンａから非偏光画像の画像濃度パター
ンｂを差し引いた識別用画像の画像濃度パターン（ａ−
ｂ）を形成する。ここで画像濃度パターンとは、撮像さ
れた廃プラスチックボトル１１の各部分における濃淡に
よって形成される濃度パターンを言う。また、コンピュ
ータ３２には、ＰＥＴボトル、ＰＶＣボトル等の材質の
異なる複数のプラスチックボトルについて、傷、ゴミ、
潰れ、或いはシール等のない、即ち、正常状態の偏光画
像の画像濃度パターンから非偏光画像の画像濃度パター
ンを差し引いた標準画像の画像濃度パターンがデータベ
ース化されている。そして、識別用画像の画像濃度パタ
ーンと標準画像の画像濃度パターンとを照合することに
より、コンベアを流れる廃プラスチックボトル１１の材
質を識別する。例えば、識別用画像の画像濃度パターン
がＰＥＴボトルに対応する標準画像の画像濃度パターン
と同じ透明であれば、移送コンベア２２を移送される廃
プラスチックボトル１１の材質がＰＥＴであると判定す
る。

【００１６】この判定において、識別用画像と標準画像
の画像濃度パターンを平均濃度値、濃度頻度分布（濃度
ヒストグラム）、あるいはプラスチックの材質に特有な
ピーク濃度値等のように数値化し、数値化した状態で識
別用画像と標準画像を照合するようにしても良い。例え
ば、平均濃度値や濃度頻度分布（濃度ヒストグラム）を
求める方法としては、画像濃度パターンを碁盤状に細分
化し、細分化された枡目の濃度を数値化することにより
行うことができる。

【００１７】次に、上記の如く構成された識別装置の第
１の実施の形態の作用について説明する。ホッパー１２
から搬送されて移送コンベア２２上を移送される廃プラ
スチックボトル１１に、光源部２４からの偏光光線が照
射される。廃プラスチックボトル１１を透過した偏光光
線はレンズ３１で集光された後、ハーフミラー３０によ
り分けられて第１のＣＣＤカメラ２７と第２のＣＣＤカ
メラ２８により廃プラスチックボトル１１の透過像がそ
れぞれ撮像される。この時、第１のＣＣＤカメラ２７の
前方に備えられた偏光フィルタ２６により光源部２４の
偏光フィルタ３６の偏光が打ち消される。これにより、
第１のＣＣＤカメラ２７には、廃プラスチックボトル１
１の材質の偏光特性に起因する画像濃度パターンａを有
する偏光画像が撮像される。この場合、廃プラスチック
ボトル１１に傷、ゴミ、潰れ、シール等がある場合に
は、材質の偏光特性による画像濃度パターンに加えてシ
ール等の影響が加味された画像濃度パターンの画像が撮
像される。例えば、シールのある部分は他の部分よりも
暗く（濃く）撮像される。また、第２のＣＣＤカメラ２
８には、傷、ゴミ、潰れ、シール等を含め、且つ材質の
偏光特性に影響されない目視したままの生の画像濃度パ
ターンｂを有する非偏光画像が撮像される。

【００１８】次に、コンピュータ３２では、偏光画像の
画像濃度パターンａから非偏光画像の画像濃度パターン
ｂを差し引いた識別用画像の画像濃度パターン（ａ−
ｂ）が形成され、この識別用画像の画像濃度パターンと
前述のデータベース化された標準画像の画像濃度パター
ンとが照合される。これにより、移送コンベア２２上を
流れる廃プラスチックボトル１１の材質を識別される。

【００１９】このように、本発明のプラスチックの識別
方法では、識別用画像の画像濃度パターンは、傷、ゴ
ミ、潰れ、シール等の影響が除かれてプラスチックの材
質の偏光特性にのみ起因する画像濃度パターンの画像状
態で識別されるので、識別精度を著しく向上させること
ができる。また、本発明によれば、従来のように熟練し
た検査員を必要としないので識別の自動化を容易に図る
ことができる。この自動化において、従来の偏光メガネ
に変えて偏光フィルタ２６を有する第１のＣＣＤカメラ
２７だけを設けた場合にも自動化にはなるが、この場合
には傷、ゴミ、潰れ、シール等の影響を除去できないの
で、識別精度の点で十分とは言えない。

【００２０】次に、図４により本発明のプラスチックの
識別装置の第２の実施の形態を説明する。本発明の第２
の実施の形態は、第１のＣＣＤカメラ２７に設けた固定
式の偏光フィルタ２６に変えて回転式の偏光フィルタ４
６を設け、偏光フィルタ４６の偏光角度を任意に可変で
きるようにしたものである。

【００２１】即ち、偏光フィルタ４６は円板状に形成さ
れ、第１のＣＣＤカメラ２７に回転自在に支持される。
また、偏光フィルタ４６の外周にはリング状のギア４８
が設けられると共に、偏光フィルタ４６の近傍に設けら
れたステッピングモータ５０の回転軸先端にもギア５２
が設けられ、両ギア５０、５２が噛合される。そして、
コンピュータ３２は、偏光フィルタ４６をビデオフレー
ム周期（１／３０秒）に同期させながら第１のＣＣＤカ
メラ２７で廃プラスチックボトル１１の偏光画像を撮像
すると共に、第１のＣＣＤカメラ２７での撮像と同期さ
せて第２のＣＣＤカメラ２８で廃プラスチックボトル１
１の非偏光画像を撮像する。そして、偏光画像の画像濃
度パターンと非偏光画像の画像濃度パターンの差が最も
大きくなる回転角度の時に撮像した画像を選択し、この
画像を識別用画像として材質の識別に使用する。識別用
画像と標準画像とを照合する点は第１の実施の形態と同
様である。

【００２２】本発明の第２の実施の形態によれば、固定
式の偏光フィルタ２６の場合には偏光画像の画像濃度パ
ターンと非偏光画像の画像濃度パターンとの間に微妙な
画像濃度パターン差しかない場合でも、回転式の偏光フ
ィルタ４６を回転させることにより、偏光画像の画像濃
度パターンと非偏光画像の画像濃度パターンとの間の濃
度差を明確にすることができる。特に、廃プラスチック
ボトル１１の潰れの程度が大きい場合や、表面に大きな
凸凹がある場合にも偏光フィルタ４６を回転させること
により潰れの影響を除去することができる。

【００２３】図５は、回転角度が５°ごとに第１のＣＣ
Ｄカメラ２７と第２のＣＣＤカメラ２８に撮像トリガ信
号を出して撮像したものである。図５に示すように、偏
光フィルタ４６の回転角度が０°の時には、偏光画像
（偏光板あり）の画像濃度パターンａが薄く、非偏光画
像（偏光板なし）の画像濃度パターンｂとの濃度差（ａ
−ｂ）が殆ど差がないのに対し、回転角度が５°の時に
は、偏光画像の画像濃度パターンｃが濃くなり、非偏光
画像の画像濃度パターンｄに対して明確な濃度差（ｃ−
ｄ）が見られる。また、回転角度が１０°になると、偏
光画像の画像濃度パターンｅが再び薄くなり、非偏光画
像の画像濃度パターンｆとの濃度差（ｅ−ｆ）が小さく
なる。このように偏光フィルタを偏光角度を変えると濃
度差が大きくなる理由は、プラスチックの厚さ、形状、
表面状態、あるいはエンボス加工状態や容器の傷、ゴ
ミ、潰れ程度、シール等により、偏光特性が微妙にズレ
るのを偏光フィルタ４６の偏光角度を変えることにより
偏向特性のズレが修正されるためと考えられる。

【００２４】また、偏光画像の画像濃度パターン差が小
さい廃プラスチックボトル１１同士を識別する場合に
も、回転式の偏光フィルタ４６を回転させて偏光画像の
画像濃度パターンが濃くなる回転角度の画像を選択して
両プラスチックボトルを対比することにより、識別精度
を向上させることができる。従って、本発明の第２の実
施の形態のプラスチックの識別装置を上述した分別ライ
ンに組み込むことにより、第１の実施の形態よりも更に
精度良く分別を行うことができる。

【００２５】ちなみに、偏光フィルタ４６の回転角度を
変えて撮像している間は、移送コンベア２２を停止する
か、又は、廃プラスチックボトル１１の映像上での位置
を自動トラッキングしておき、廃プラスチックボトル１
１を移送させながら偏光フィルタ４６を回転させて撮像
する。自動トラッキングする場合には、廃プラスチック
ボトル１１の透過像を同一視野内に収めてトラッキング
する必要があるので、移送コンベア２２を停止して撮影
する場合に比べて廃プラスチックボトル１１の画像が小
さくなる。従って、複雑な形状の廃プラスチックボトル
１１の材質を識別する場合には、移送コンベア２２を停
止して撮影することが好ましい。しかし、ＰＥＴボトル
等のように識別が比較的簡単なものは、自動トラッキン
グする方法でも精度良く識別できる。

【００２６】尚、本発明は、使用済の廃プラスチックボ
トルに限定されるものではなく、未使用のプラスチック
ボトルを材質別に識別するのに使用してもよい。また、
プラスチックボトルに限らず材質がプラスチックのもの
の全てに適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラスチ
ックの識別方法及び装置によれば、プラスチックに傷や
潰れ等があってもプラスチックの材質を精度良く識別す
ることができる。また、本発明によれば、従来のように
熟練した検査員を必要としないので識別の自動化を容易
に図ることができる。

【００２８】更に、本発明は光学的な装置なので、装置
がシンプルでコストも安価でありメンテナンスも容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチックの識別装置の第１の実施
の形態を説明する概略斜視図

【図２】本発明のプラスチックの識別装置を分別ライン
に組み込んだライン構成図

【図３】第１の実施の形態における廃プラスチックボト
ルの識別方法を説明する説明図

【図４】本発明のプラスチックの識別装置の第２の実施
の形態を説明する概略斜視図

【図５】第２の実施の形態における廃プラスチックボト
ルの識別方法を説明する説明図

【符号の説明】

１０…分別ライン １１…廃プラスチックボトル １４…識別装置 ２２…移送コンベア ２４…光源部 ２６、３６…偏光フィルタ ２７…第１のＣＣＤカメラ ２８…第２のＣＣＤカメラ ３０…ハーフミラー ３１…レンズ ３２…コンピュータ ３４…光源 ４６…回転式偏光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA03 BB08 EE01 EE04 EE07 FF02 GG04 HH01 HH05 JJ02 JJ13 KK04 MM20 3F079 AD12 CA32 CB25 CB29 CB35 CB36 DA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラスチックの材質を識別するプラスチッ
   クの識別方法において、 前記プラスチックに偏光光線を透過させた前記プラスチ
   ックの透過像を、偏光手段を介して撮像した偏光画像と
   偏光手段を介さないで撮像した非偏光画像とに基づいて
   前記材質を識別することを特徴とするプラスチックの識
   別方法。
2. 【請求項２】前記偏光画像の画像濃度パターンから前記
   非偏光画像の画像濃度パターンを差し引いた識別用画像
   の画像濃度パターンを形成し、この識別用画像の画像濃
   度パターンに基づいて前記材質を識別することを特徴と
   する請求項１のプラスチックの識別方法。
3. 【請求項３】前記プラスチックの材質をボトルやトレー
   等の元のままの形状で識別することを特徴とする請求項
   １のプラスチックの識別方法。
4. 【請求項４】プラスチックの材質を識別するプラスチッ
   クの識別装置において、 前記プラスチックに偏光光線を照射する光源部と、 前記偏光光線が前記プラスチックを透過した前記プラス
   チックの透過像を、偏光手段を介して撮像する第１の撮
   像手段と、 前記透過像を偏光手段を介さないで撮像する第２の撮像
   手段と、 前記第１撮像手段で撮像された偏光画像と前記第２の撮
   像手段で撮像された非偏光画像とに基づいて前記材質を
   識別する演算手段と、 を備えていることを特徴とするプラスチックの識別装
   置。
5. 【請求項５】前記偏光手段は前記光源部における偏光を
   打ち消すものであることを特徴とする請求項４のプラス
   チックの識別装置。
6. 【請求項６】前記偏光手段の偏光角度を任意に可変でき
   るようにしたことを特徴とする請求項４のプラスチック
   の識別装置。
7. 【請求項７】前記透過像をハーフミラーで前記第１の撮
   影手段と前記第２の撮影手段とに導くことを特徴とする
   請求項４プラスチックの識別装置。