JP2003240713A - 材質の判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】小型で軽量、かつ機械的故障の少ない高精度に
プラスチックの種類を判別する装置を提供する。 【解決手段】 コンベア上の材質を判定する装置におい
て、コンベア１３上の被測定物１に光を照射させる光照
射部２と、測定する材料を透過もしくは反射した光を取
り込む光取り込み部３と、取り込まれた光を分光する分
光部４と、分光された光を独立に受光する受光部５と、
受光機構からの信号と予め登録された材質の信号情報と
を比較することにより未知の材質の種類を特定する判定
部１０を備えることを特徴とする材質の判別装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本装置は、材質を判別する装
置に関し、特に排プラスチックを選別する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】排プラスチックを選別する方法は例えば
特開平０８−００７１１３号公報記載の物があった。こ
れは予め粉砕された排プラスチックを液体比重分級機に
投入し、比重差による沈降速度の差を利用して軽プラス
チックと重プラスチックを分離する方法である。

【０００３】しかしながら、この方法では比重が明らか
に異なるプラスチックしか選別できない。 例えば、塩
化ビニルの比重は１．２５〜１．４５に対してポリエチ
レンテレフタレートの比重は１．３０〜１．４０であり
両者の分別は出来ない。また、前工程に粉砕が必要なこ
とと、選別後の脱水作業が必要なため装置の占有面積が
大きくなることや価格が高くなる点で問題であった。

【０００４】上記問題を解決させるために考案された装
置としては、例えば特開平１１−２８７７５７号公報記
載の物があった。これは近赤外線をプラスチックに照射
し、プラスチックを透過、または反射した近赤外線の強
度を測定する方法である。選別するプラスチック固有の
吸収波長のみの強度を測定する回路を、選別するプラス
チックの数だけ独立に設け、各々測定のデータを比較す
ることにより種別を判定する。

【０００５】しかしながら、この方法では測定波長が固
定化されているため、同一プラスチックでも分子結晶度
の違いや、添加材によりピーク波長が微妙にシフトする
現象や、表面の凹凸や、色、厚みにより吸光度レベルが
変動する現象に追従できずに誤判定をしてしまう問題が
あった。さらに、複数の種別を判定する場合には装置が
大掛かりとなり価格的にも問題であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解消し、材質特有の吸収が顕著に表
れない近赤外域のスペクトルデータを基に、材質の性
状、添加材等の影響を受けずに高精度にプラスチックの
種類を判別する装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項記載の
発明により達成される。すなわち、本発明は、コンベア
上の材質を判定する装置において、コンベア上の被測定
物に光を照射させる光照射部と、測定する材料を透過も
しくは反射した光を取り込む光取り込み部と、取り込ま
れた光を分光する分光部と、分光された光を独立に受光
する受光部と、受光機構からの信号と予め登録された材
質の信号情報とを比較することにより未知の材質の種類
を特定することにある。

【０００８】上記装置によって、コンベア上に被測定物
を続けて置くことで被測定物は測定領域に運ばれ、順次
測定判別していくことができる。

【０００９】さらに、光照射部がスポット光を走査させ
るもの（以下、スポット光を操作させるタイプの光照射
部を光操作部と称することがある）であることが好まし
い。これによりコンベア上のどの位置に材料があって
も、ほぼリアルタイムにスペクトル情報を抽出できるた
め、大量に、かつ、高精度な材料の種別判別が可能とな
る。また、光操作部は、コンベアの幅方向にスポット光
を走査させるものであることが好ましい。

【００１０】さらに光操作部から照射されるスポット光
の走査周期が変更可能であることができる。さらに光照
射部から照射される光束の面積が変更可能であることが
できる。これにより、コンベア上での検査の抜けが無く
なり種別判別の信頼性が飛躍的に向上する。

【００１１】以下に実施例をあげて本発明を説明する。
第１図は、本発明の実施例における装置を示す概略図で
ある。照明２から発せられる近赤外線を含む光はレンズ
１１で集光されたのち、共振ミラーに12導かれる。共振
ミラー１２は、同期回路１４から発せられる同期信号で
タイミングを取りながらミラーの角度を制御して光をベ
ルトコンベアー１３の進行方向と直行する方向に走査さ
せる。プラスチック１より反射された光は集光部３を介
して分光器４に導かれる。光は分光器４で分光され、受
光器５に導かれる。受光器５は複数のチャンネルをもつ
受光素子からなり、各々の波長の光を独立に受光し、電
気信号に変換された後、デジタル変換器６に送られる。
デジタル変換器６は同期回路１４から発せられる同期信
号でタイミングを取りながらアナログ電気信号をデジタ
ル信号に変換し、波長に対応した吸光度スペクトルデー
タを生成する。生成されたスペクトルデータはヒストグ
ラム生成器７に送られる。ヒストグラム生成器７では吸
光度スペクトルデータの隣り合う極大値と極小値間の相
対吸光度差（Δａ）を求めヒストグラム化する。ヒスト
グラムの隣り合う極大値と極小値間の相対吸光度差（Δ
ａ）を求めヒストグラム化する。さらに、あらかじめ設
定されたヒストグラム度数の基準値を基に基準値以下の
Δａを抽出する。次段のフィルタ処理器８では、抽出さ
れたΔａの極大値と極小値をスペクトルデータから除去
するフィルタ処理を行い、新たなスペクトルデータを生
成させる。

【００１２】生成されたヒストグラムは、２値データ変
換器９に送られる。２値データ変換器９では、あらかじ
め設定されたヒストグラム度数の基準値より大きいΔａ
の情報を基に、１と０の２値データに変換され、照合器
１０に送られる。照合器１０には、材質が明らかなプラ
スチックのスペクトル２値データが記憶されている。照
合器１０は、送られて来た２値データと、予め記憶され
た複数種の２値データとの一致度を演算する。この結果
を基に照合器８は種別が未知なプラスチックの種類を特
定する。以下に実施した具体例を示す。

【００１３】測定にはポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（Ｐ
Ｓ）の３種類のプラスチックを用いた。さらに実用性を
確認するために各々、形態が異なる３水準の試料を準備
した（表２参照）。尚、実験では３種類のプラスチック
を対象としたが、予め種類が既知である材質の波長スペ
クトルの２値データを照合器７に登録すれば、その材質
の特定が可能となる。従って、本発明での選別用対象素
材は近赤外線の分光スペクトルに差異が生じる物質であ
れば良く特に限定はしない。

【００１４】照明２には１００Ｗハロゲン光を用いた。
照明としては、他にキセノンランプ、タングステンラン
プや赤外線ヒーター等も考えられるが、近赤外線を発す
る光を含む光源であれば良く、特に限定するものでは無
い。照射光を集光するためにテレセントリックレンズを
用いて３ｍｍφに集光し、光走査用ミラーに導いた。光
軸の走査には半導体共振ミラーを用いた。ミラーは表面
に金薄膜がコーティングされたものを使用し、これをコ
ンベヤ上４００ｍｍ域に配置させた。共振ミラーの制御
は同期回路１４から発せられる１ｍｓパルス毎に０．６
°変化させ、コンベアの全幅をカバーする３００ｍｍ幅
の光走査を行った。実施例ではコンベア上のプラスチッ
クに照射される光束サイズが１０ｍｍφになるようにレ
ンズ系を調整した。また、コンベアの速度は大量処理が
可能であることを実証するために１０ｍ／分とした。光
走査のイメージを図７に示す。光軸の走査方法としては
他にポリゴンミラーを使う方法も考えられるが、コンベ
アの全域を走査できれば良く、特に限定するものでは無
い。材料を反射した光を集光する集光部３には前段に集
光レンズを配置した３００μｍ径、開口数０．２２の光
ファイバーを用いた。分光器は、分光波長帯１１００〜
１７５０ｎｍ、波長分解能１６ｎｍのエシェレット回折
格子を用いた。検出器５は、１２８チャンネルのＩｎＧ
ａＡｓ半導体リニアイメージセンサーを用いた。各素子
の配置を図６ａに示す。

【００１５】プラスチックのスペクトル測定では一般に
中、長赤外波長側域で吸収の顕著な差異が生じてくる
が、この場合、センサーが高価である点と処理回路が複
雑になる問題がある。逆に比較的短い近赤外波長域での
測定はスペクトルがブロードになり、材質の違いによる
顕著な差異が生じなくなる。しかし、近赤外域での計測
は装置がシンプル且つ安価となる利点が生じる。本実施
例では、この短い近赤外線帯域での高精度な判別効果を
実証するために上記波長帯を設定したが、波長帯として
は吸収特性に差異が生じる帯域であれば良く特に限定す
るものでは無い。また、波長の分解能は後述する材質の
特徴となるスペクトルの形状情報が失われないレベルで
あれば良く特に限定しない。

【００１６】図２はＰＥＴ、ＰＶＣ、ＰＳを測定したス
ペクトルデータ、図３は性状が異なる３種のＰＥＴのス
ペクトルデータである。

【００１７】各波長強度はビデオ信号として０〜５Ｖの
アナログ信号で取り出され、デジタル変換器６にて１６
ビットのデジタル信号に変換され、吸光度スペクトルデ
ータが生成される。

【００１８】次に、スペクトルデータから材質を特定す
る方法について図２、図４、図５を用いて説明する。

【００１９】最初に、図４のスペクトルデータのΔａを
求める。次に、Δａのヒストグラムを求める（図５）。
次に、ヒストグラムから谷点Ａを求める。一般に、測定
されるスペクトルデータには素材特有の吸収による変動
情報と、電気ノイズ等の細かなノイズ情報が含まれる
（図２の拡大部）。これらの成分は、隣り合う極値間の
吸光度レベルの分布を観察する事で容易に分離する事が
可能である。細かな変動がランダムに発生するノイズ情
報は図５のＡ点より左に分布し、素材特有の吸収による
変動情報はＡ点より右に分布している。従ってＡ点区間
はノイズと有効情報を分離する境界点である。

【００２０】Ａ点区間の吸光度相対値を２値化基準値と
する（図４では相対値０．０７を２値化基準値と決め
る）。実施例では、公知である大津の判別分析方法でＡ
点を算出し２値化基準値を自動算出した。次に、Ａ点よ
り小さいΔａに対応したスペクトルの極大値と極小値を
除去するフィルタ処理を行う。実施例では除去された対
象の極大値と極小値の中間点をスペクトル波形が通過す
るフィルタ処理を行い滑らかな曲線になるよう新たなス
ペクトル波形を生成させた。

【００２１】次に、新たなスペクトル波形から、２値化
基準値より大きなΔａを抽出する。抽出された隣り合う
極大地と極小値の中間位置に２値化用基準値を設定し、
２値化基準値より大きい吸光度値を１のデータに、それ
以外の吸光度値を０に変換する。

【００２２】一般に、同一素材であってもスペクトルは
図２のように表面の色や厚み、表面性状により、スペク
トルにバイアスが付加されたり、特異点のレベルが異な
る場合が多い。従って特定波長の吸光度レベル単体、ま
たは複数の波長の吸光度レベル比較で素材を特定しよう
とすると誤判定してしまう場合が多いのは自明である。
急峻な吸収特性を示さない近赤外領域のスペクトルはレ
ベルで無く、スペクトルの変動特性（パターン）を掴む
事が重要である。本発明は、この変動特性のみを効果的
に抽出する手段として非常に優れるている。図２のよう
に同じ素材でありながらスペクトルが異なるデータであ
っても、ほぼ同じ特性のデータが生成できる。図４のス
ペクトルを符号データ化した結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】この符号化データは照合器１０に送られ、
既知である素材の２値データと一致度を演算する。実施
例では単純に一致数をカウントして正規化した値を一致
度とした。照合器１０には既知である素材の２値化デー
タは各波長が１か０かが登録されている。各試料をコン
ベアにランダムに配置させて搬送中のに検定した結果を
表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】同一素材とその他の素材とでは、明らかに
一致度が異なっている事が判る。さらに色、厚み等が変
わっても判定には影響しない事も判る。

【００２７】これらの一連の処理は瞬時に完了する。一
般の可動部を有する分光装置と異なり入射された光は同
時に分光され、分光された光は同時に受光される。従っ
て受光素子の電荷蓄積に必要な時間の遅れだけを考慮す
るだけで良くほぼリアルタイムな材料特定が可能であ
る。尚、本実施例では試料から反射した光のスペクトル
を計測する方法を説明したが、薄い透過性の試料の場合
は、ベースに測定波長帯で吸収がないセラミック等の反
射板を置いて測定する方法でも良く、また試料の透過光
を検出して行う方法でも良い。

【００２８】また、スペクトル情報を基に材料を特定す
る方法としては、例えば材質が既知であるスペクトルと
直接比較する方法や、複数の特定波長吸光度のレベルを
比較して違いを抽出する方法、またはスペクトルを微分
処理して特徴を抽出する方法でも良く特に限定するもの
ではない。

【００２９】

【発明の効果】上述したように、本願発明によれば、コ
ンベアの幅方向にスポット光を連続走査させ、材料を透
過もしくは反射した光を同時分光させ、分光した光を多
チャンネルの受光素子に同時受光させ、得られた波長ス
ペクトルデータ情報と予め登録された材質が既知である
スペクトル情報とを比較する機構を備える事により、コ
ンベア上のどの位置に材料があっても、ほぼリアルタイ
ムにスペクトル情報を抽出できるため、大量に、かつ、
高精度な材料の種別判別が可能となった。また、材料の
サイズやコンベア速度に応じて照射光束のサイズと走査
周期を任意に変更できるようにしたことにより、コンベ
ア上での検査の抜けが無くなり種別判別の信頼性が飛躍
的に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による種別判別装置の全体の構成図で
ある。

【図２】 実施例におけるＰＥＴ、ＰＶＣ，ＰＳのスペ
クトルデータである。

【図３】 実施例における性状が異なるＰＥＴのスペク
トルデータである。

【図４】 実施例における測定スペクトルの隣り合う極
値間の相対値を度数分布化したものである。

【図５】 実施例における測定スペクトルに符号化基準
値を設定したグラフである。

【図６】 実施例における分光器と受光器との配置関係
を現したものである。

【図７】 実施例における光軸走査パターンを表したも
のである。

【符号の説明】

１：試料、２：照明、３：導光部、４：分光器、５：検
出器、６：デジタル変換器、７：ヒストグラム生成器、
８：フィルタ処理器、９：２値データ変換器、１０：照
合器、１１：集光レンズ、１２：共振ミラー、１３：コ
ンベアー、１４：同期回路、１５：光束

フロントページの続き (72)発明者 柿田 裕次 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 吉尾 慈洋 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB08 BB15 EE01 EE02 EE12 HH01 HH06 JJ01 JJ05 JJ11 JJ15 JJ17 KK04 MM01 MM02 MM05 MM09 MM10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンベア上の材質を判定する装置におい
   て、コンベア上の被測定物に光を照射させる光照射部
   と、測定する材料を透過もしくは反射した光を取り込む
   光取り込み部と、取り込まれた光を分光する分光部と、
   分光された光を独立に受光する受光部と、受光機構から
   の信号と予め登録された材質の信号情報とを比較するこ
   とにより未知の材質の種類を特定する判定部を備えるこ
   とを特徴とする材質の判別装置。
2. 【請求項２】 光照射部がスポット光を走査させる光操
   作部であることを特徴とする請求項１に記載の材質の判
   別装置。
3. 【請求項３】 光操作部から照射されるスポット光の走
   査周期が変更可能であることを特長とする請求項２に記
   載の材質の判別装置。
4. 【請求項４】 光照射部から照射される光束の面積が変
   更可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の材質の判別装置。