JP2014098555A - Recycle resin determination system and manufacturing apparatus of recycled resin material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被判定物がリサイクル対象の樹脂であるか否かを判定するリサイクル樹脂判定装置、及び、リサイクル対象の樹脂と判定した被判定物を用いたリサイクル樹脂材料の製造装置に関するものである。 The present invention relates to a recycled resin determination device that determines whether or not an object to be determined is a resin to be recycled, and an apparatus for manufacturing a recycled resin material using the object to be determined that is determined to be a resin to be recycled. .
大量生産、大量消費、大量廃棄型の経済活動によって、現在、地球温暖化や資源の枯渇などの環境問題が発生している。この状況の中、資源循環型社会の構築に向けて、日本国内では平成13年4月から家電リサイクル法が完全施行され、使用済みになったエアコン、テレビ、冷蔵庫、冷凍庫、洗濯機等のリサイクルが義務付けられている。このため、不要になった家電製品は、家電リサイクル工場で、材料ごとに分別回収され、リサイクルが行われる。 Environmental problems such as global warming and resource depletion are now occurring due to mass production, mass consumption, and mass disposal economic activities. In this situation, the recycling of used air conditioners, televisions, refrigerators, freezers, washing machines, etc. has been fully implemented in Japan since April 2001 with the aim of building a resource recycling society. Is required. For this reason, household appliances that are no longer needed are collected separately for each material and recycled at a household appliance recycling factory.
家電製品に使用されている樹脂材料の分別方法には大別して人的方法と機械的方法の二通りの方法がある。 There are roughly two methods of separating resin materials used in home appliances: human methods and mechanical methods.
人的方法とは、人が目視で選別できる単一素材の部品を手で解体して取り外すことで、リサイクル対象の樹脂(以下、リサイクル樹脂とする)を回収する方法である。この人的方法では、樹脂種類の表示等、目視で樹脂の種類が確認可能なもの以外は、区別することができない。そこで、人が選別できなかった樹脂材料の残りは破砕され、ミックスプラスチックと呼ばれる複数の種類のプラスチックを含む混合物にされる。このミックスプラスチックの中から、リサイクル樹脂を判定、選別する方法として、機械的方法が適用される。 The human method is a method of recovering a resin to be recycled (hereinafter referred to as a recycled resin) by manually disassembling and removing a single material part that can be visually selected by a person. With this human method, it is not possible to distinguish anything other than what can visually confirm the type of resin, such as display of the resin type. Therefore, the remainder of the resin material that could not be sorted by humans is crushed and made into a mixture containing a plurality of types of plastics called mixed plastics. A mechanical method is applied as a method for determining and selecting a recycled resin from the mixed plastic.
機械的方法の一種として、水を活用した比重選別法が知られている。比重選別法とは、例えばポリプロピレン(以下、PPとする)を含むミックスプラスチックを水中に投入し、水面に浮いた樹脂材料のみをPPとして判定、回収する方法である。PPは、軽比重物であるため、水に浮く特性を持つ。このため、比重選別法によって判定可能である。しかしながら、比重選別法では、大量の排水が発生することや、PPと比重の近いポリスチレン(以下、PSと表記)及び、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(以下、ABSと表記)等との間において、これらを精度良く判定して選別できないことが課題となっている。 As a kind of mechanical method, a specific gravity sorting method using water is known. The specific gravity sorting method is a method in which, for example, a mixed plastic containing polypropylene (hereinafter referred to as PP) is poured into water, and only a resin material floating on the water surface is determined and recovered as PP. Since PP is a light specific gravity material, it has the property of floating in water. For this reason, it can be determined by a specific gravity sorting method. However, in the specific gravity sorting method, a large amount of wastewater is generated, and between PP and polystyrene (hereinafter referred to as PS), acrylonitrile / butadiene / styrene (hereinafter referred to as ABS), etc., which have a specific gravity close to PP. The problem is that it is not possible to accurately determine and sort the above.
そこで、水を使わずに、PP、PS、ABS等の複数の樹脂が混在するミックスプラスチックから、リサイクル樹脂、例えばPPのみ、を判定する技術が、特許文献1に開示されている。図12を用いて、従来の技術について説明する。
Therefore,
従来の技術に係るリサイクル樹脂判定装置1は、搬送路2によって搬送される被判定物3の表面に対し、光源4から赤外光を照射することで、被判定物3の表面から赤外光(以下、赤外反射光とする)を反射させる。被判定物3の表面から反射した赤外反射光を、ミラー5、ポリゴンミラー6を介して受光部7で撮像する。このとき、制御装置8は、受光部7で撮像した赤外反射光の特徴量と、予め設定したリサイクル樹脂の特徴量とを比較する。制御装置8による比較の結果、被判定物3の特徴量と予め設定したリサイクル樹脂の特徴量とが一致した場合、被判定物3をリサイクル樹脂として判定する。このようにして、従来の技術に係るリサイクル樹脂判定装置1は、被判定物3であるミックスプラスチックの中から、リサイクル樹脂として、例えばPPのみを判定している。
The recycled
しかしながら、被判定物が透明な樹脂の場合、従来の技術では、被判定物の下部に位置する搬送路からの赤外反射光も、一緒に撮像してしまう。この場合、撮像した反射光に基づいて取得した被判定物の特徴量には、搬送路の特徴量がノイズとして重なったものとして取得される。 However, when the object to be determined is a transparent resin, in the conventional technology, infrared reflected light from the conveyance path located below the object to be determined is also imaged together. In this case, the feature amount of the determination target acquired based on the captured reflected light is acquired as the feature amount of the transport path overlapped as noise.
このような、ノイズの影響を含んだ特徴量を用いては、被判定物の種類がリサイクル樹脂であるか否かを判定することができない。 It is impossible to determine whether or not the type of the object to be determined is a recycled resin using such a feature amount including the influence of noise.
つまり、従来の技術では、被判定物が透明な樹脂である場合、リサイクル樹脂であるのか否かを判定することができない課題を有していた。 That is, in the related art, when the determination target is a transparent resin, there is a problem that it cannot be determined whether or not the determination target is a recycled resin.
そこで、本発明は、上述の課題を解決し、透明な樹脂である被判定物が、リサイクル対象の樹脂であるか否かを判定することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to determine whether or not a determination target object that is a transparent resin is a resin to be recycled.
上記課題を解決するために、本発明のリサイクル樹脂判定装置は、透明な樹脂である被判定物を搬送する搬送路と、前記被判定物に赤外光を照射する赤外光源と、前記赤外光が照射された前記被判定物から赤外反射光を受光する赤外受光部と、前記赤外反射光から前記被判定物の吸収スペクトルを算出する吸収スペクトル算出部と、前記被判定物の厚みである測定厚みを測定する測定部と、リサイクル樹脂の基準データが前記リサイクル樹脂の厚み毎に複数種類予め記憶された記憶部と、前記基準データのうち前記測定厚みに対応する厚みの前記リサイクル樹脂における基準データを選択基準データとして選択し、この選択基準データと前記吸収スペクトルとに基づいて前記被判定物が前記リサイクル樹脂か否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a recycled resin determination device according to the present invention includes a conveyance path for conveying a determination object that is a transparent resin, an infrared light source that irradiates the determination object with infrared light, and the red An infrared light receiving unit that receives infrared reflected light from the object to be determined irradiated with external light, an absorption spectrum calculating unit that calculates an absorption spectrum of the object to be determined from the infrared reflected light, and the object to be determined A measurement unit for measuring a measurement thickness that is a thickness of the storage unit, a storage unit in which a plurality of types of recycled resin reference data is stored in advance for each thickness of the recycled resin, and the thickness of the reference data corresponding to the measured thickness A determination unit that selects reference data in the recycled resin as selection reference data, and determines whether the determination object is the recycled resin based on the selection reference data and the absorption spectrum; It is characterized in.
本発明によれば、透明な樹脂が、リサイクル対象の樹脂であるか否かを判定することが可能である。 According to the present invention, it is possible to determine whether a transparent resin is a resin to be recycled.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るリサイクル樹脂判定装置100の模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a recycled
コンベアベルト101による搬送路の始端部に配置されたホッパー102が、振動や揺動する。これにより、ホッパー102上に積載された複数の被判定物103が、コンベアベルト101上へ一定の間隔を開けて順次投入される。
The
コンベアベルト101による被判定物103の搬送速度を、3m/sとし、搬送方向は、図1に示した矢印Aの方向である。
The conveyance speed of the
被判定物103は、複数種類の透明樹脂からなるミックスプラスチックであり、この中に、透明なリサイクル樹脂を含むものである。被判定物103は、一辺5mmから数10mm程度の小片からなり、各小片の厚みは、0.3mm〜5.5mm程度である。
The
被判定物103は、赤外光源104によって赤外光を照射されることで、樹脂材料個別の特徴量となる赤外光(赤外反射光)105を反射する。
The
赤外光源104には、1350〜2500nm(1350nm以上2500nm以下)
のブロードな波長帯域の赤外光(近赤外光)を照射するハロゲンランプを用いた。ここでは、特徴量としての吸光現象が生じる波長は、樹脂の種類によって異なるため、この吸光現象の生じた波長に基づいて、被判定物103がリサイクル樹脂か否かを判定する。吸光現象の生じた波長は、反射した赤外光105の吸収スペクトルから求めることが可能である。なお、赤外光源104には、1350〜2500nmの波長帯域の光を照射するレーザ光源を用いてもよい。
For the
A halogen lamp that irradiates infrared light (near infrared light) in a broad wavelength band. Here, since the wavelength at which the light absorption phenomenon as the characteristic amount occurs varies depending on the type of the resin, it is determined based on the wavelength at which the light absorption phenomenon has occurred whether or not the
被判定物103で反射した赤外光105は、検出ユニット106により検出され、その検出結果は、デジタルデータに変換された後に、演算処理部107へと転送される。
The
演算処理部107は、被判定物103がリサイクル樹脂であるか否かを判定する。
The
検出ユニット106、演算処理部107の詳細な説明は、後述する。
Detailed descriptions of the
リサイクル樹脂と判定された被判定物103(以下、リサイクル樹脂103aとする)は、コンベアベルト101の終端部の上方に設置された、パルスエアノズル108からのエアによる吹き飛ばしにより、リサイクルボックス109に収納される。一方、リサイクル樹脂でないと判定された被判定物103(以下、非リサイクル樹脂103bとする)は、パルスエアノズル108による吹き飛ばしが行われずに、非リサイクルボックス110に収納される。この場合、非リサイクルボックス110は、コンベアベルト101の終端部の下方であって、被判定物103が、自由落下する位置に配置される。これにより、複数の被判定物103の中から、リサイクル樹脂103aのみを選別することができる。
A determination target 103 (hereinafter referred to as recycled
次に、図2を用いて検出ユニット106の説明を行う。図2は、検出ユニット106を図1のX軸方向から表したものである。検出ユニット106は、被判定物103の厚みを測定する厚み測定部、及び、被判定物103で反射した赤外光105の特徴量としての吸収スペクトルを算出する、吸収スペクトル算出部としての機能を備えるものである。
Next, the
最初に、検出ユニット106が備える、厚み測定部としての機能について説明する。
First, the function of the
厚み測定部は、光源111からの測定光を参照ユニット112と被判定物103とにそれぞれ照射し、これらから反射した光を干渉させることで、被判定物103の厚みを測定する光干渉計としての機能を備える。光干渉計として、マイケルソン干渉計の構成を用いた。
The thickness measuring unit is an optical interferometer that measures the thickness of the
厚み測定用の光源111は、波長走査型光干渉断層画像装置(Swept Source Optical Coherence Tomography:以下、SS−OCTとする)である。ここでは、光を受光する受光素子113にシリコンのアバランシェフォトダイオードを用いたため、受光素子113が感度を有する780〜860nmの波長の光を測定光に採用した。なお、測定光の波長は、図1に示した赤外光源104で照射する波長1350〜2500nm以外であればよい。また、可視光では、精度良く厚みを測定できない場合がある。これらのことから、光源111からの測定光には、780〜1350nmの波長の光を用いることが好ましい。
The
光源111から出射した測定光は、780〜860nmの波長の光を透過させる狭帯域フィルタ114を通過して、ビームスプリッタ115によって、2つに分けられる。
The measurement light emitted from the
ビームスプリッタ115で分けられた光のうち被判定物103またはコンベアベルト101に照射される光(以下、物体光とする)は、ポリゴンミラー116によって反射され、テレセントリックfθレンズ117を通して、被判定物103に照射される。ポリゴンミラー116は、自身が回転することにより、コンベアベルト101の幅方向(Y軸方向)のスキャンを可能とし、コンベアベルト101上の各スキャンポイント(物体光が照射される位置)から反射した物体光の検出を可能とする。
Of the light divided by the
テレセントリックfθレンズ117は、ポリゴンミラー116の中央と周辺のスキャン速度の差を均一化するfθ機能を持っている。この場合、テレセントリックfθレンズ117は、コンベアベルト101とテレセントリック光学系が成立している。
The
ポリゴンミラー116の回転により、テレセントリックfθレンズ117に入射する角度に依存する物体光の光路長の差を補正するために、テレセントリックfθレンズ117のコンベアベルト101側に、中心から両端にかけて薄くなるようなガラス体(図示しない)を設置する。ガラス体は、ポリゴンミラー116で反射した物体光が、どの角度からテレセントリックfθレンズに入射しても、同じ光路長でコンベアベルト101に照射されるように、ガラス体の屈折率に基づいて、形状が設計されている。
In order to correct the difference in the optical path length of the object light depending on the angle incident on the
テレセントリックfθレンズ117を介して被判定物103に照射された物体光は、被判定物103の表面で反射され、同一の経路を逆進し、再度、ビームスプリッタ115に入射する。
The object light irradiated to the
ビームスプリッタ115で分けられた光のうち測定光と異なる光(以下、参照光とする)は、780〜860nmの波長の光を透過させる狭帯域フィルタ118、集光レンズ119を介して、参照ユニット112に入射する。
Of the light divided by the
参照ユニット112は、入射した参照光を波長毎に分波するファイバ型光分波器120と、分波された参照光を波長毎に異なる位置で反射する反射ミラー群121と、を備えるものである。反射ミラー群121で反射した参照光は、その光路を逆進して、ファイバ型光分波器120によって、再度1つの光束に合波された後に、参照ユニット112から出射する。参照ユニット112から出射した参照光は、集光レンズ119、狭帯域フィルタ118を介して再度、ビームスプリッタ115に入射する。反射ミラー群121により波長毎に異なる位置で反射させられるため、参照ユニット112から出射した参照光には、波長毎に異なる光路長が付与されることになる。
The
被判定物103の表面で反射した物体光と、参照ユニット112を出射した参照光は、再び、ビームスプリッタ115に入射することで、1つの光束に合波される(干渉光となる)。
The object light reflected by the surface of the
干渉光は、回折格子122で反射回折されて、波長毎にそれぞれ異なる角度で分光される。
The interference light is reflected and diffracted by the
分光された干渉光は、集光レンズ123、780〜860nmの波長の光を透過させる狭帯域フィルタ124、を介して、受光素子113の受光面に入射する。
The separated interference light is incident on the light receiving surface of the light receiving element 113 through the
受光素子113は、複数の受光面を有し、各受光面には、回折格子122で波長毎に分光された干渉光がそれぞれ入射する。また、受光素子113は、各受光面に入射した干渉光を電流に光電変換する。電流に変換されたアナログデータは、光ゲイン電流電圧変換アンプ125と、高速AD変換回路126によりデジタルデータに変換される。変換されたデジタルデータは、演算処理部107に送られる。このとき、干渉によって強度が強くなった光の波長に基づいて、演算処理部107により被判定物103の厚みが計算される。以下の説明では、測定した被判定物103の厚みを測定厚みと記載する。
The light receiving element 113 has a plurality of light receiving surfaces, and the interference light separated by the
なお、狭帯域フィルタ114、118および124は、厚み測定に用いる780〜860nmの光に、吸収スペクトル算出に用いる1350〜2500nmの光がノイズとして入射するのを防止するために設置されている。
The narrow-
次に、検出ユニット106が備える吸収スペクトル算出部としての機能について説明する。
Next, a function as an absorption spectrum calculation unit provided in the
被判定物103の厚みを測定するに際して、被判定物103で反射した物体光は、テレセントリックfθレンズ117、ポリゴンミラー116を介してビームスプリッタ115に入射する。このとき、被判定物103で反射した赤外光105も、物体光と同一の経路を通って、ビームスプリッタ115に入射する。
When measuring the thickness of the
ビームスプリッタ115に入射した赤外光105は、干渉光と同一の経路を通って、回折格子122に入射する。回折格子122は、入射した干渉光と赤外光105とを波長毎に異なる角度で反射、回折させる。このとき、干渉光である波長780〜860nmの光は、集光レンズ123に入射し、赤外光105である波長1350〜2500nmの光は、集光レンズ127に入射するように、回折格子122、集光レンズ123、127が配置されている。
The
集光レンズ127に入射した赤外光105は、波長1350〜2500nmの光を透過させる狭帯域フィルタ128を透過して、赤外受光部129の受光面に入射する。
The
赤外受光部129は、複数の受光面を有し、各受光面には、回折格子122で波長毎に分光された赤外光105が入射する。また、赤外受光部129は、受光した赤外光105を電流に光電変換する。変換された電流は、光ゲイン電流電圧変換アンプ130と、高速AD変換回路131を介して、演算処理部107に送られる。このとき、被判定物103の吸光現象により、波長毎に光の強度が異なる。このため、演算処理部107にて、被判定物103の波長毎の赤外光105の強度分布が求められ、吸収スペクトルが算出される。
The infrared
なお、波長780nm以下の光を遮光する波長フィルタ132が、コンベアベルト101と、テレセントリックfθレンズ117との間に配置されている。厚み測定、又は吸収スペクトル算出に用いる波長780〜2500nm以外の光が入ることはノイズ要因となるからである。ただし、波長2500nm以上の光は、樹脂や、ガラスで構成される一般的な光学系では透過損失が大きく、自然にフィルタリングされるため、波長780nm以下の光をカットすれば十分である。
A
次に、被判定物103が、リサイクル樹脂であるか否かを判定する具体的な方法について説明する。
Next, a specific method for determining whether the
図3に、厚みが1mm、2mm、3mmの透明なPSの吸収スペクトルを示す。図3では、縦軸に吸光度、横軸に波長(μm)を示す。これらの吸収スペクトルは、図2に示した検出ユニット106に備えられた吸収スペクトル算出部によって算出する。また、透明でないPSの吸収スペクトルを基準吸収スペクトル(図3中では基準と記載)として示す。ここから、透明なPSと透明でないPSとで異なる吸収スペクトルを示すことがわかる。また、透明なPSは、厚みにより吸収スペクトルが変化することもわかる。なお、基準吸収スペクトルは、樹脂の厚みによらず一定である。
FIG. 3 shows the absorption spectrum of transparent PS having a thickness of 1 mm, 2 mm, and 3 mm. In FIG. 3, the vertical axis represents absorbance and the horizontal axis represents wavelength (μm). These absorption spectra are calculated by an absorption spectrum calculator provided in the
図1に示した被判定物103に赤外光を照射した場合、この被判定物103で反射する赤外光105には、被判定物103の下部に位置する搬送路(コンベアベルト101)からの赤外光が重なることになる。従って、被判定物103で反射した赤外光105を受光すると、搬送路からの赤外光105も受光することになる。
When infrared light is irradiated to the
また、コンベアベルト101からの赤外光105の影響は、被判定物103の厚みに依存して変化する。このことは、図3の結果からも理解できる。すなわち、透明なリサイクル樹脂の吸収スペクトルは、厚みに依存して変化することが、発明者らによる実験の結果、明らかとなった。
Further, the influence of the infrared light 105 from the
そこで、厚みの条件のみが異なる複数の透明なリサイクル樹脂に関して、それぞれの厚みに対応した吸収スペクトルを基準データとして予め準備しておく。準備した基準データのうち、被判定物103の測定厚みに対応する厚みのリサイクル樹脂における基準データを(以下、選択基準データとする)選択し、この選択基準データと被判定物103の吸収スペクトルとに基づくことで、被判定物103がリサイクル樹脂であるか否かを判定することが可能となる。
Therefore, for a plurality of transparent recycled resins that differ only in thickness conditions, an absorption spectrum corresponding to each thickness is prepared in advance as reference data. Among the prepared reference data, the reference data for the recycled resin having a thickness corresponding to the measured thickness of the
演算処理部107による、判定の処理手法について説明する。図4に、演算処理部107のブロック図を示す。
A determination processing method performed by the
演算処理部107は、基準データとして、透明なリサイクル樹脂の厚み毎の吸収スペクトルが複数種類、予め記憶される記憶部107aと、被判定物103の測定厚み及び吸収スペクトル、並びに、記憶部107aに記憶されている複数の基準データに基づいて、被判定物103がリサイクル樹脂であるか否かの判定処理を行う判定部107bとを備えるものである。被判定物103の測定厚み及び吸収スペクトルは、図2に示した検出ユニット106に備わる厚み測定部及び吸収スペクトル算出部により、図4の判定部107bへと入力される。
The
判定部107bによる判定処理の方法について、図2及び図4、並びに図5に示したフローチャートを用いて説明する。
A determination processing method performed by the
最初に、検出ユニット106から入力された、被判定物103の測定厚みと等しい厚みのリサイクル樹脂における基準データ(選択基準データ)を、記憶部107aに記憶されている複数の基準データの中から選択する(S1)。
First, reference data (selection reference data) for a recycled resin having a thickness equal to the measured thickness of the
次に、検出ユニット106から入力された被判定物103の吸収スペクトルと、選択基準データとを比較して、被判定物103の吸収スペクトルの判定を行う(S2)。このとき、入力された吸収スペクトルは、ゲインを調整された後に、スペクトルの平準化が行われる。
Next, the absorption spectrum of the
最後に、ステップS2の比較に基づいて、被判定物103がリサイクル樹脂か否かを判定する(S3)。ステップS3における判定の方法として、吸収スペクトルの多変数の特徴量から必要な情報を抽出するケモメトリックス手法を用いる。ケモメトリックス手法とは、算出した多数・多変量のデータから数学的手法や統計的手法を用いて、最適な処理方法で有効な結果を推定することである。なお、他の手法として、線形重回帰分析法や主成分分析法、PLS(Partial Least Squires)回帰分析法を用いても良い。また、クラスター分析を用いても良く、その中でマハラノビス距離や非対称マハラノビス距離を用いても良い。
Finally, based on the comparison in step S2, it is determined whether the
以上のように、判定部107bによって、被判定物103が、リサイクル樹脂であるか否かが判定される。
As described above, the
ところで、ステップS1では、判定部107bは、測定厚みと等しい厚みのリサイクル樹脂における基準データを、記憶部107aに記憶されている複数の基準データの中から選択基準データとして選択する。ミックスプラスチックを構成する被判定物103には、様々な厚みのものが含まれる。つまり、測定厚みと等しい厚みの基準データを選択するためには、膨大な量の基準データを、予め記憶部107aに記憶させねばならない。扱う基準データの量が膨大になれば、この中から、特定の基準データを選択する判定部107bにも負担を強いることになる。そのため、判定部107bの処理速度の低下を招く場合が生じる。
By the way, in step S1, the
そこで、発明者らは、選択基準データが対応する厚みと、被判定物103の測定厚みとの差が、0.5mm以下となるように、選択基準データを選択すれば、測定厚みと一致する厚みのリサイクル樹脂における基準データを用いなくとも、判定精度の低下を招くことなく、リサイクル樹脂の判定が可能であることを実験の結果見出した。以下に示す実験データに基づいて説明する。
Therefore, the inventors select the selection criterion data so that the difference between the thickness corresponding to the selection criterion data and the measured thickness of the
図3から、透明なPSの吸収スペクトルには、各厚みに応じたノイズが、基準吸収スペクトルに乗った状態であるといえる。つまり、基準データは、基準吸収スペクトルと、厚みに対応したノイズとを含むものといえる。ここでのノイズとは、搬送路(コンベアベルト101)からの反射光(赤外光105)に起因する吸収スペクトルをいう。 From FIG. 3, it can be said that the noise corresponding to each thickness is on the reference absorption spectrum in the transparent PS absorption spectrum. That is, it can be said that the reference data includes a reference absorption spectrum and noise corresponding to the thickness. The noise here refers to an absorption spectrum caused by reflected light (infrared light 105) from the conveyance path (conveyor belt 101).
基準吸収スペクトルは樹脂の厚みによらず一定であるから、ノイズが、厚みに起因して変化する。つまり、算出した樹脂の吸収スペクトルから、樹脂の厚みに対応するノイズを減算すれば、厚みに依存しない基準吸収スペクトルのみに基づく判定が可能となる。 Since the reference absorption spectrum is constant regardless of the thickness of the resin, the noise changes due to the thickness. That is, if noise corresponding to the thickness of the resin is subtracted from the calculated absorption spectrum of the resin, determination based only on the reference absorption spectrum independent of the thickness can be performed.
そこで、厚みが1mmのPSについて算出した吸収スペクトルから、2mm、3mmのPSにそれぞれ対応するノイズを減算したもの、および、PSの基準吸収スペクトルを図6に示す。図6では、縦軸に吸光度、横軸に波長(μm)を示した。PSの吸収スペクトルの特徴量として、波長帯域1.763μmにピークを示すことが知られている。図6のP1領域が、PSの吸収スペクトルのピークが現れる場所である。P1領域において、2mm、3mmに対応するノイズを減算したものは、基準吸収スペクトルからのばらつきを有するため、精度良く判定できない。このことから、被判定物103の測定厚みと、選択基準データが対応する厚みとの間に、1mm以上の差がある場合、精度良く判定を行うことができないことが理解できる。
Accordingly, FIG. 6 shows a result obtained by subtracting noise corresponding to 2 mm and 3 mm PS from the absorption spectrum calculated for PS having a thickness of 1 mm, and a reference absorption spectrum of PS. In FIG. 6, the vertical axis represents absorbance and the horizontal axis represents wavelength (μm). As a feature quantity of an absorption spectrum of PS, it is known that a peak is shown in a wavelength band of 1.763 μm. The P1 region in FIG. 6 is where the peak of the PS absorption spectrum appears. In the P1 area, noise obtained by subtracting noise corresponding to 2 mm and 3 mm has a variation from the reference absorption spectrum, and thus cannot be determined with high accuracy. From this, it can be understood that when there is a difference of 1 mm or more between the measured thickness of the
次に、厚みが1.5mmのPSについて算出した吸収スペクトルから、1mmのPSに対応するノイズを減算したものを図7に示す。図7では、縦軸に吸光度、横軸に波長(μm)を示した。図7のP2領域が、PSの吸収スペクトルのピークが現れる場所である。このように、被判定物103の測定厚みに対して0.5mm差のあるノイズを用いて補正を行った場合は、特徴量を示すピークを確認することができ、精度よく判定することが可能である。
Next, FIG. 7 shows a result obtained by subtracting noise corresponding to 1 mm PS from the absorption spectrum calculated for PS having a thickness of 1.5 mm. In FIG. 7, the vertical axis represents absorbance and the horizontal axis represents wavelength (μm). The P2 region in FIG. 7 is where the peak of the PS absorption spectrum appears. As described above, when correction is performed using noise having a difference of 0.5 mm with respect to the measured thickness of the
上記に一例を示したような実験を行った結果、発明者らは、被判定物103の測定厚みとの差が0.5mm以内の厚みのリサイクル樹脂における基準データを選択基準データに用いれば、被判定物103がリサイクル樹脂か否かを判定可能であると見出した。
As a result of conducting an experiment as shown in the example above, the inventors used the reference data in the recycled resin having a thickness within 0.5 mm as a difference from the measured thickness of the
すなわち、図4の記憶部107aには、1mm間隔の厚みのリサイクル樹脂における基準データを記憶させれば良いことが理解できる。選択基準データの厚みと測定厚みとの差の最大値が0.5mmとなるからである。これにより、予め記憶部107aに記憶すべき基準データの量を低減させることが可能である。また、判定部107bも、選択対象となる基準データの量が少なくなるため、高速に処理を行うことが可能である。
That is, it can be understood that the
さらに発明者らは、被判定物103の厚みを測定するオーダーについても、1mm間隔で良いことを見出した。被判定物103の厚み(測定厚み)を1mm間隔で測定すれば、測定厚みと、実際の被判定物103の厚みとの差が、0.5mm以下となるからである。この場合、測定する間隔に対応させた厚みのリサイクル樹脂における基準データを記憶部107aに記憶させればよい。
Further, the inventors have found that the order of measuring the thickness of the
1mm間隔で被判定物103の測定厚みを測定するための手段として、図2に示した参照ユニット112を説明する。
The
参照ユニット112は、入射した参照光を波長毎に分波するファイバ型光分波器120と、分波された参照光をそれぞれ異なる光路長となるように反射する複数のミラーからなる反射ミラー群121とを備えるものである。参照光に含まれる波長は780〜860nmに設定しているため、ここでは、ファイバ型光分波器120で780nm、800nm、820nm、840nm、860nmの波長の光に分光する。この場合、反射ミラー群121を構成する各ミラーは、1mm間隔で、波長毎に異なる光路長差を付与するように配置されている。具体的には、参照光に含まれる780nmの光の光路長が、コンベアベルト101で反射する物体光の光路長よりも1mm短くなるように、780nmの参照光を反射するミラー121aが配置されている。また、参照光に含まれる800nmの光の光路長が、コンベアベルト101から反射する物体光の光路長よりも2mm短くなるように、800nmの参照光を反射するミラー121bが配置されている。同様に、820nmの波長の参照光を反射するミラー121c、840nmの波長の参照光を反射するミラー121d、860nmの波長の参照光を反射するミラー121eが、物体光と参照光との光路長差が、3mm、4mm、5mmとなるように配置されている。これにより、参照光と物体光とを干渉させた際に、強め合った波長を検出することで、物体光の光路長を測定することが可能である。
The
物体光は、被判定物103の表面で反射されるため、例えば、780nmの波長の光が干渉により強まった場合、被判定物103の表面は、コンベアベルト101から1mmの位置(高さ)にあるとわかる。被判定物103は、ミックスプラスチックとして小片に粉砕されているため、コンベアベルト101からの被判定物103の表面の位置(高さ)を、被判定物103の厚みとみなすことが可能である。従って、物体光の光路長を測定することで、被判定物103の厚みを測定可能である。
Since the object light is reflected by the surface of the
さらに別の具体例を挙げて説明する。被判定物103の厚みが1.2mmの場合、厚み1mmに対応する波長(780nm)と2mmに対応する波長(800nm)の参照光が物体光と干渉を生じる。この場合、厚み1mmに対応する波長(780nm)の参照光による干渉がより強く生じるため、被判定物103の厚み(測定厚み)を1mmとして測定する。また、被判定物103の厚みが1.7mmの場合は、2mmに対応する波長(800nm)の参照光による干渉がより強く生じるため、被判定物103の厚み(測定厚み)を2mmとして測定する。このとき、測定厚みを1.0mmとした実際の厚みが1.2mmの被判定物103について、厚み1mmのリサイクル樹脂における基準データ(選択基準データ)を用いて、判定を行う。また、測定厚みを2mmとした実際の厚みが1.7mmの被判定物103について、厚み2mmのリサイクル樹脂における基準データ(選択基準データ)を用いて、判定を行う。
Still another specific example will be described. When the thickness of the object to be determined 103 is 1.2 mm, reference light having a wavelength corresponding to a thickness of 1 mm (780 nm) and a wavelength corresponding to 2 mm (800 nm) causes interference with object light. In this case, since interference with reference light having a wavelength (780 nm) corresponding to a thickness of 1 mm occurs more strongly, the thickness (measurement thickness) of the
このように、1mm間隔で測定厚みを測定すれば、実際の厚みとの差が0.5mm以下となるため、1mm間隔で準備した基準データを用いることが可能である。これにより、予め準備すべき基準データの数を減らすことが可能である。さらに、厚みの測定を1mm間隔で行うため、演算処理部107の負荷を低減することが可能である。この場合、測定する厚みの間隔と、対応する厚みを一致させた基準データを準備する必要がある。
Thus, if the measured thickness is measured at intervals of 1 mm, the difference from the actual thickness is 0.5 mm or less, so it is possible to use reference data prepared at intervals of 1 mm. Thereby, the number of reference data to be prepared in advance can be reduced. Furthermore, since the thickness is measured at intervals of 1 mm, the load on the
本実施の形態1では、厚みが0.3〜5.5mm程度の被判定物103を想定しているため、参照ユニット112における反射ミラー群121のミラーの数を5枚とし、準備する基準データも、1mmから、1mm間隔で、5mmまでの厚みに対応する5種類とした。なお、被判定物103の厚みばらつきが変化すれば、それに対応させて、ミラーの数を6枚以上または4枚以下とし、基準データの種類も変化させればよい。さらに、光源111から出射される測定光の波長も780〜1350nmの範囲で変化させればよい。
In the first embodiment, since the
また、1mm間隔の光路長を有する参照光に干渉を生じさせるために、光源111の可干渉距離を、1mm以上とする。さらに、3種類以上の波長の参照光が同時に干渉しないためにも、可干渉距離を2mm未満とすることが望ましい。
In addition, the coherence distance of the
なお、各波長の干渉光の強度の比率から、0.1mm以下の精度で被判定物103の厚みを測定することが可能である。例えば、厚みが1.2mmの被判定物103と厚みが1.3mmの被判定物103とでは、1mmに対応する波長(780nm)の参照光の干渉強度と、2mmに対応する波長(800nm)の参照光の干渉強度との差が異なる。よって、この干渉強度の差を事前に測定しておく事で、0.1mm以下の精度で測定厚みの測定が可能である。
Note that the thickness of the
ここでは、被判定物103が、PSの場合について説明したが、被判定物103がPPやABSの他の樹脂でも、同様の結果が得られる。このとき、樹脂の種類に寄らずに、厚みに対応する補正データを、算出した吸収スペクトルから減算することで、被判定物103の判定を精度良く行うことができる。ただし、樹脂の種類毎にそれぞれ対応した補正データを用いれば、より高精度に、樹脂の判定を行うことが可能である。樹脂の厚みが大きくなると、樹脂自身による吸収の影響を受け、これに起因して樹脂の種類毎に厚みに対応する補正データが異なる場合があるからである。なお、厚みが0.5mmより小さい場合は、搬送路(コンベアベルト101)の吸収スペクトル(搬送路吸収スペクトル)を補正データとして用いればよい。
Although the case where the object to be determined 103 is PS has been described here, the same result can be obtained even if the object to be determined 103 is other resin such as PP or ABS. At this time, regardless of the type of resin, the
なお、ノイズを減算した被判定物103の吸収スペクトルと、基準吸収スペクトルとに基づいて被判定物103の判定を行ってもよく、ノイズを加算した基準吸収スペクトルと、被判定物103の吸収スペクトルとに基づいて、被判定物103の判定を行ってもよい。また、ノイズを加算した基準吸収スペクトルを基準スペクトルとして予め準備し、この基準スペクトルと被判定物103の吸収スペクトルとに基づいて、被判定物103の判定を行ってもよい。
The
次に図1に示したリサイクル樹脂判定装置100による樹脂判別手法のフローを、図8を用いて説明する。
Next, the flow of the resin discrimination method by the recycled
まず、ホッパー102の動作により、その上部に配置されている被判定物103が、コンベアベルト101上の任意の場所に投下される(S21)。
First, by the operation of the
次に、コンベアベルト101は常に稼動しているので、その流れによって、検出ユニット106の下方へと運ばれ、検出ユニット106によって被判定物103の測定厚みの測定、及び、吸収スペクトルの算出が実施される(S22)。
Next, since the
被判定物103の測定厚み、及び、吸収スペクトルに基づいて、被判定物103がリサイクル樹脂か否かを判定する。判定の手段は、図5に示したフローの通りである(S23)。 Based on the measured thickness of the object to be determined 103 and the absorption spectrum, it is determined whether or not the object to be determined 103 is a recycled resin. The determination means is as shown in the flow of FIG. 5 (S23).
リサイクル樹脂と判定された被判定物103(リサイクル樹脂103a)は、パルスエアノズル108による吹き飛ばしが実施され、リサイクルボックス109に収納される(S24)。
The to-be-determined object 103 (
リサイクル樹脂でないと判定された被判定物103(非リサイクル樹脂103b)は、パルスエアノズル108による吹き飛ばしが実施されず、自由落下により非リサイクルボックス110に収納される(S25)。
The to-be-determined object 103 (
以上のように、被判定物103の中から、リサイクル樹脂103aを判定し、判定したリサイクル樹脂103aのみを選別することが可能である。
As described above, it is possible to determine the
なお、選別機構であるパルスエアノズル108を複数ラインならべて、それぞれに対応したリサイクルボックス109を準備しておけば、たとえばPPとPSとそれ以外といった分別も可能となる。
If a plurality of lines of
また、被判定物103を精度良く選別するためには、被判定物103の位置が精度よく求められている必要がある。リサイクル樹脂判定装置100では、制御機構(図示しない)により制御されるコンベアベルト101のエンコーダ検出器からの値と検出ユニット106のスキャン位置、を読み込むことによって、被判定物103のコンベアベルト101上の位置を特定することができる。
Further, in order to select the
なお、外部クロックによって、検出ユニット106に備わる厚み測定部と吸収スペクトル算出部とを同期するが、基本的に、同じ測定点で、測定厚みのデータと吸収スペクトルのデータとが一度に算出されることとなる。
Note that the thickness measurement unit and the absorption spectrum calculation unit provided in the
また、コンベアベルト101の上方に、金属センサを設置してもよい。金属センサによって、被判定物103の周囲に金属が存在すると判定された場合は、リサイクル樹脂であるか否かにかかわらず、その被判定物103を非リサイクルボックス110へと収納する。リサイクル樹脂103aと一緒にリサイクルボックス109に金属が混入するのを防止するためである。
A metal sensor may be installed above the
また、コンベアベルト101の上方に、高速ラインCCDカメラを設置してもよい。高速ラインCCDカメラによって、赤外光を反射しない黒い異物が存在すると判定された場合は、リサイクル樹脂であるか否かにかかわらず、異物の周囲に位置する被判定物103を非リサイクルボックス110へと収納する。検出ユニット106では存在を確認できないような黒い異物が、リサイクルボックス109に混入するのを防止するためである。
Further, a high speed line CCD camera may be installed above the
なお、ここでは、全光透過率が70%以上の樹脂を、透明な樹脂として説明した。 Here, a resin having a total light transmittance of 70% or more has been described as a transparent resin.
<変形例1>
図9に、実施の形態1の参照ユニット112の変形例である参照ユニット133を示す。
<
FIG. 9 shows a
図2示した参照ユニット112ではファイバ型光分波器120の大きさが課題となって小型化が困難である。そこで、参照ユニット133では、ファイバ型光分波器120のかわりに回折格子134を用いて小型を図っている。
In the
参照ユニット133に入射した参照光は、回折格子134にて、780nm、800nm、820nm、840nm、860nmの波長に分光され、集光レンズ群135を介して、反射ミラー群136にて反射される。反射ミラー群136にて反射した参照光は、その光路を逆進するようにして参照ユニット133から出射する。この場合、各波長の参照光には1mm間隔で異なる光路長が付与されるように、回折格子134、集光レンズ群135、反射ミラー群136が配置されている。
The reference light incident on the
これにより、装置の小型化を図りつつ、参照ユニット112と同様の効果を奏することができる。
Thereby, the same effect as that of the
<変形例2>
図10(a)に、実施の形態1の参照ユニット112の他の変形例である参照ユニット137を示す。
<
FIG. 10A shows a
図2に示した参照ユニット112では、ファイバ型光分波器120の大きさが課題となり、参照ユニット133では、回折格子134、集光レンズ群135、反射ミラー群136の位置決めが容易でないことが課題となる。そこで、参照ユニット137では、これらのかわりに、回転体138と反射ミラー139とを用いて、装置の小型化と位置決めの簡便化を図っている。
In the
参照ユニット137に入射した参照光は、回転体138を介して、反射ミラー139にて反射される。反射ミラー139で反射した参照光は、その光路を逆進するようにして参照ユニット137から出射される。
The reference light incident on the
図10(a)に示した回転体138を、参照光の入射する方向から図示したものを図10(b)に示す。
FIG. 10B illustrates the
回転体138は、透過する波長の異なる複数の狭帯域フィルタ140a〜eを備えるものである。狭帯域フィルタ140a〜eは、厚みがそれぞれ異なる。これにより、反射ミラー139までの光学的距離が、波長によって変わる仕組みとなっている。本変形例2では、狭帯域フィルタ140aを780nm、140bを800nm、140cを820nm、140dを840nm、140eを860nmの参照光を透過させるものとした。また、各フィルタの厚みを、0.33mmピッチで変化させた。各フィルタは、光が往復で2回通過し、フィルタ自身の屈折率が1.5程度だからである。これにより、1mm間隔で、被判定物103の測定厚みを取得可能である。
The
これにより、装置の小型化と位置決めの簡便化を図りつつ、参照ユニット112、133と同様の効果を奏することができる。
Thus, the same effects as those of the
なお、本変形例2では、ポリゴンミラー116の回転数の5倍の速度で回転体138を回転させる必要がある。全ての波長で測定厚みを測定するからである。
In the second modification, it is necessary to rotate the
(実施の形態2)
実施の形態2に係るリサイクル樹脂材料の製造装置141について図11を用いて説明する。リサイクル樹脂材料の製造装置141は、実施の形態1に係るリサイクル樹脂判定装置100と、リサイクル樹脂成形装置142とを備えるものである。リサイクル樹脂成形装置142としては、特開2001−205632号公報に記載されているものを用いることができる。
(Embodiment 2)
A recycled resin
本実施の形態2に係るリサイクル樹脂材料の製造装置141により、リサイクル樹脂と判定した被判定物103(リサイクル樹脂103a)を用いて、樹脂材料を成形することができる。このため、省資源化を図ることが可能である。
The recycled resin
本発明によれば、廃棄家電製品等から再資源化のための破砕されたミックスプラスチックから、所望のリサイクル樹脂を判定することが可能である。 According to the present invention, it is possible to determine a desired recycled resin from a crushed mixed plastic for recycling from a waste home appliance or the like.
100 リサイクル樹脂判定装置
101 コンベアベルト
103 被判定物
104 赤外光源
106 検出ユニット
107 演算処理部
107a 記憶部
107b 判定部
129 赤外受光部
111 光源
141 リサイクル樹脂材料の製造装置
142 リサイクル樹脂成形装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被判定物に赤外光を照射する赤外光源と、
前記赤外光が照射された前記被判定物から赤外反射光を受光する赤外受光部と、
前記赤外反射光から前記被判定物の吸収スペクトルを算出する吸収スペクトル算出部と、
前記被判定物の厚みである測定厚みを測定する測定部と、
リサイクル樹脂の基準データが前記リサイクル樹脂の厚み毎に複数種類予め記憶された記憶部と、
前記基準データのうち前記測定厚みに対応する厚みの前記リサイクル樹脂における基準データを選択基準データとして選択し、この選択基準データと前記吸収スペクトルとに基づいて前記被判定物が前記リサイクル樹脂か否かを判定する判定部と、を備えるリサイクル樹脂判定装置。 A transport path for transporting an object to be determined, which is a transparent resin;
An infrared light source for irradiating the determination object with infrared light;
An infrared light receiving unit that receives infrared reflected light from the object to be judged irradiated with the infrared light; and
An absorption spectrum calculation unit for calculating an absorption spectrum of the determination object from the infrared reflected light;
A measurement unit for measuring a measurement thickness which is the thickness of the object to be determined;
A storage unit in which a plurality of types of recycled resin reference data is stored in advance for each thickness of the recycled resin,
Reference data for the recycled resin having a thickness corresponding to the measured thickness among the reference data is selected as selection reference data, and whether the determination target is the recycled resin based on the selection reference data and the absorption spectrum. A recycled resin determination device comprising: a determination unit that determines
前記光干渉計は、波長780〜1350nmの測定光を用いる
ことを特徴とする請求項3記載のリサイクル樹脂判定装置。 The infrared light source irradiates infrared light having a wavelength of 1350 to 2500 nm,
The recycled resin determination apparatus according to claim 3, wherein the optical interferometer uses measurement light having a wavelength of 780 to 1350 nm.
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