JP2023182993A - Resin determination method - Google Patents

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真吾 濱田
Shingo Hamada
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Abstract

To provide a resin determination method for accurately determining resin in which carbon black is contained.SOLUTION: Based on reflected light 4 received from resin 2 of a selection target irradiated with infrared light 3, a reflection or absorption spectrum of the resin is calculated. Maximum intensity of the calculated spectrum is obtained, and when it is equal to or more than a first threshold value of maximum obtainable intensity, it is determined that carbon black is not contained and a resin type is determined after normalization. When the maximum intensity is less than the first threshold value, it is determined that the carbon black is contained as a pseudo-containment, and the resin type is determined.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、非接触で、複数種類の小片が集まった選別対象における、樹脂種を判定する樹脂判定方法に関するものである。 The present invention relates to a resin determination method for determining the resin type in a sorting target in which a plurality of types of small pieces are collected in a non-contact manner.

大量消費及び大量廃棄型の経済活動によって、地球温暖化又は資源の枯渇など、地球規模での環境問題が発生している。 Economic activities that involve mass consumption and mass waste are causing environmental problems on a global scale, such as global warming and resource depletion.

このような状況の中、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施行されている。家電リサイクル法により、使用済みの家電製品(エアコン、テレビ、冷蔵庫、冷凍庫、洗濯機、及び衣類乾燥機など)のリサイクルが義務付けられている。これにより、使用済の家電製品は、家電リサイクル工場で破砕されて小片となった後に磁気、風力、又は振動等を利用して材種ごとに選別回収され、リサイクル材料として再資源化されている。樹脂材料においては、ポリプロピレン(以下、PPと表記。)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。)が家電製品に多く用いられており、特許文献1で提案されているように、樹脂の分子構造による近赤外線領域(波長範囲1~3μm)の吸光特性を利用した選別装置によって樹脂種ごとに選別回収されている。 Under these circumstances, the Home Appliance Recycling Law has been enforced in Japan since April 2001, with the aim of building a resource recycling society. The Home Appliance Recycling Law requires recycling of used home appliances (air conditioners, televisions, refrigerators, freezers, washing machines, clothes dryers, etc.). As a result, used home appliances are crushed into small pieces at a home appliance recycling factory, then sorted and collected by material type using magnetism, wind power, or vibration, and recycled as recycled materials. . Among resin materials, polypropylene (hereinafter referred to as PP), polystyrene (hereinafter referred to as PS), and acrylonitrile butadiene styrene (hereinafter referred to as ABS) are often used in home appliances, and are described in patent documents. As proposed in No. 1, resins are sorted and collected by type using a sorting device that utilizes the light absorption characteristics in the near-infrared region (wavelength range of 1 to 3 μm) due to the molecular structure of the resin.

この選別装置は、コンベア搬送される小片に近赤外線領域を含む光を照射し、非接触で樹脂からの反射又は吸収スペクトルを検知し、樹脂種を判定することができるため、大量の小片を選別処理することができる。 This sorting device irradiates small pieces conveyed by a conveyor with light including near-infrared light, detects the reflection or absorption spectrum from the resin without contact, and can determine the type of resin, so it can sort a large number of small pieces. can be processed.

しかしながら、小型家電又は自動車等に使用されているカーボンブラック(炭素主体の微粒子)を含む、黒色系樹脂等においては近赤外線領域の光を吸収してしまうため、反射又は吸収スペクトルが十分に得られず、選別できないことが大きな課題となっている。 However, black resins containing carbon black (fine particles mainly composed of carbon) used in small home appliances and automobiles absorb light in the near-infrared region, so a sufficient reflection or absorption spectrum cannot be obtained. However, the inability to sort them is a major issue.

そこで、樹脂材料の再資源化に関する前記の課題を考慮した装置が特許文献1で提案されている。特許文献1に記載の技術では、図10に示すような黒色廃プラスチックの材料識別装置101において、搬送コンベア103上を流れる黒色廃プラスチック片102に赤外線光源104を照射し、反射光を中赤外線センサ105で検知し、カーボンブラックの影響が低減される中赤外線領域(波長領域3~5μm)の反射スペクトルを取得することで、カーボンブラックが含有されていない白色樹脂だけでなく、近赤外線領域では困難であった黒色系樹脂の判定も可能にしている。 Therefore, Patent Document 1 proposes an apparatus that takes into account the above-mentioned problems regarding the recycling of resin materials. In the technology described in Patent Document 1, in a material identification device 101 for black waste plastic as shown in FIG. 105 and obtains the reflection spectrum in the mid-infrared region (wavelength range 3 to 5 μm) where the influence of carbon black is reduced, it is possible to detect not only white resin that does not contain carbon black but also difficult to detect in the near-infrared region. It also makes it possible to judge black resins.

また、近年においては、カーボンブラックが含有されていない黒色顔料が開発されており、特許文献2で提案されている。この黒色顔料は、カーボンブラックが赤外線を吸収するのに対して、赤外線を反射する特性を有しており、従来、近赤外線領域で選別が困難であった黒色系樹脂の回収が可能となる。 Furthermore, in recent years, a black pigment that does not contain carbon black has been developed and proposed in Patent Document 2. While carbon black absorbs infrared rays, this black pigment has the property of reflecting infrared rays, making it possible to recover black resins that have conventionally been difficult to sort in the near-infrared region.

特許第5367145号公報Patent No. 5367145 特許第5932464号公報Patent No. 5932464

今後、カーボンブラックが含有されている黒色系樹脂と、カーボンブラックが含有されていない黒色系樹脂とが市場に普及されるため、市場から回収した樹脂は、カーボンブラックが含有されている黒色系樹脂と、カーボンブラックが含有されていない黒色系樹脂とが混在した状態でのリサイクルが想定される。この場合、これらの異なる黒色顔料が選別回収できずに意図せず混ざった場合、リサイクル時の色味の調整又は耐熱性などの樹脂機能に影響が生じる。そのため、カーボンブラックが含有されているかを高精度に判定する必要がある。 In the future, black resins that contain carbon black and black resins that do not contain carbon black will be popularized in the market, so the resins collected from the market will be black resins that contain carbon black. It is assumed that the resin will be recycled in a mixed state with a black resin that does not contain carbon black. In this case, if these different black pigments cannot be sorted and recovered and are unintentionally mixed together, resin functions such as color adjustment and heat resistance during recycling will be affected. Therefore, it is necessary to determine with high precision whether carbon black is contained.

しかしながら、中赤外線領域においては、カーボンブラックの含有によって樹脂からの吸収又は反射スペクトルに大きな差が生じないため、カーボンブラックが含有されているかを判定することが困難であった。また、近赤外線領域においては、カーボンブラックの含有によって樹脂からの吸収又は反射スペクトルに大きな差が生じるが、カーボンブラックが1%未満の濃度で灰色のように調色された樹脂においては、吸収又は反射スペクトルの減衰が僅かなため、白色樹脂とスペクトルが酷似しており、判定が困難であった。 However, in the mid-infrared region, the inclusion of carbon black does not cause a large difference in absorption or reflection spectra from the resin, so it has been difficult to determine whether carbon black is contained. In addition, in the near-infrared region, the inclusion of carbon black causes a large difference in the absorption or reflection spectrum from the resin, but in a resin toned like gray with a concentration of less than 1% carbon black, the absorption or reflection spectrum is Because the attenuation of the reflection spectrum was slight, the spectrum was very similar to that of white resin, making it difficult to judge.

本発明は、上記の課題を解決するもので、近赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて樹脂の判定を行う際に、カーボンブラックが含有されることによる反射光の減衰影響を利用し、カーボンブラックが含有されている樹脂を精度良く判定する樹脂判定方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and utilizes the attenuating effect of reflected light due to the inclusion of carbon black when evaluating resins using reflection or absorption spectra in the near-infrared region. It is an object of the present invention to provide a resin determination method that accurately determines resins containing black.

本発明は、上記目的を達成するために、以下のように構成している。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

本発明の1つの態様によれば、赤外光が照射された選別対象物から受光した反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルが、あらかじめ設定した、反射又は吸収スペクトルの強度を第1閾値として、前記第1閾値以上であれば、正規化して、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第1類似度を求め、あらかじめ設定した第1類似度の第2閾値以上かつ第1類似度が最も高いものを、前記選別対象物の樹脂種として判定し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルが前記第1閾値未満であれば、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第2類似度を求め、あらかじめ設定した第2類似度の第3閾値以上かつ第2類似度が最も高いものを、前記選別対象物の樹脂種として判定する。
According to one aspect of the present invention, a reflection or absorption spectrum obtained by reflected light received from an object to be sorted that has been irradiated with infrared light is set to a preset intensity of the reflection or absorption spectrum as a first threshold value. , if the first similarity is greater than or equal to the first threshold, it is normalized and the first similarity with the spectral data of one or more resin species obtained in advance is determined, and if the first similarity is greater than or equal to the second threshold of the preset first similarity and the Determining the one with the highest degree of similarity as the resin type of the sorting target,
If the reflection or absorption spectrum obtained by the reflected light is less than the first threshold, a second degree of similarity with the spectrum data of one or more types of resin obtained in advance is determined, and a second degree of similarity is calculated based on the preset second degree of similarity. The resin type that is equal to or higher than the third threshold and has the highest second similarity is determined as the resin type of the object to be sorted.

以上のように、本発明の前記態様にかかる樹脂判定方法によれば、赤外光が照射された選別対象物の樹脂から受光した反射光に基づいて、樹脂の反射又は吸収スペクトルを算出し、算出したスペクトルのうち、スペクトルの最大強度を求め、最大取得可能強度の第1閾値以上であればカーボンブラックは非含有として判定し、正規化した後に樹脂種を判定し、第1閾値未満であれば、疑似含有としてカーボンブラックが含有されている樹脂かを判定し、樹脂種を判定する。この結果、対象物における反射又は吸収スペクトルを用いて樹脂の判定および選別を行う際に、カーボンブラックの含有を精度良く判定することができる。 As described above, according to the resin determination method according to the aspect of the present invention, the reflection or absorption spectrum of the resin is calculated based on the reflected light received from the resin of the sorting target irradiated with infrared light, Among the calculated spectra, the maximum intensity of the spectrum is determined, and if it is greater than or equal to the first threshold of the maximum obtainable intensity, it is determined that carbon black is not contained, and after normalization, the resin type is determined, and if it is less than the first threshold. For example, it is determined whether the resin contains carbon black as pseudo-containment, and the resin type is determined. As a result, when determining and sorting resins using the reflection or absorption spectrum of the target object, the presence of carbon black can be determined with high accuracy.

本発明の実施の形態における樹脂判定装置の模式図Schematic diagram of a resin determination device according to an embodiment of the present invention 従来の中赤外選別によるカーボンブラック含有樹脂の混入影響を示す模式図Schematic diagram showing the effect of contamination of carbon black-containing resin by conventional mid-infrared sorting 従来の近赤外選別によるカーボンブラック含有樹脂の混入影響を示す模式図Schematic diagram showing the effect of contamination of carbon black-containing resin by conventional near-infrared sorting 横軸が波長で縦軸が吸収度の、従来の近赤外線領域での樹脂判定におけるスペクトルのグラフA spectrum graph for conventional resin determination in the near-infrared region, where the horizontal axis is wavelength and the vertical axis is absorbance. 本発明の実施の形態で樹脂判定装置が樹脂を判定するフローを示すフローチャートA flowchart showing a flow in which the resin determination device determines resin in an embodiment of the present invention. 横軸が波長で縦軸が吸収度の、近赤外領域における樹脂サンプルのスペクトルのグラフA graph of the spectrum of a resin sample in the near-infrared region, where the horizontal axis is wavelength and the vertical axis is absorbance. 従来方式の判定結果を示す図Diagram showing the determination results of the conventional method 本発明の実施の形態による判定結果を示す図Diagram showing determination results according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態の近赤外選別によるカーボンブラック含有樹脂の混入影響を示す模式図A schematic diagram showing the influence of carbon black-containing resin contamination by near-infrared sorting according to an embodiment of the present invention 特許文献1に記載された従来の樹脂判定における装置の模式図Schematic diagram of a conventional apparatus for resin determination described in Patent Document 1

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は、実施の形態に係る樹脂判定方法を実施可能な樹脂判定装置1の模式図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a resin determination apparatus 1 that can implement a resin determination method according to an embodiment.

樹脂2は、カーボンブラック(すなわち炭素主体の微粒子)を含む黒色樹脂、カーボンブラックを含まない黒色樹脂、白色樹脂、半透明色樹脂、又は灰色樹脂などの樹脂種の不明な樹脂の選別対象物である。よって、樹脂2とは、樹脂の選別対象物2を意味する。樹脂種とは、選別対象物の樹脂種を意味する。 Resin 2 is a material to be sorted of resins of unknown resin type, such as black resin containing carbon black (i.e., carbon-based fine particles), black resin not containing carbon black, white resin, translucent colored resin, or gray resin. be. Therefore, the resin 2 means the resin sorting object 2. The resin type means the resin type of the object to be sorted.

この樹脂2からカーボンブラックが含有されているかどうかを踏まえて樹脂種を精度良く判定する樹脂判定装置1の構成について、図1を用いて説明する。 The configuration of a resin determination device 1 that accurately determines the type of resin based on whether carbon black is contained in the resin 2 will be described with reference to FIG.

樹脂判定装置1は、赤外線検出ユニット8と、デジタルデータ変換装置9と、演算処理装置10とを備えて構成されている。 The resin determination device 1 includes an infrared detection unit 8, a digital data conversion device 9, and an arithmetic processing device 10.

赤外線検出ユニット8は、樹脂2への赤外線の照射機能と、赤外線の照射光3の樹脂2からの反射光4を受光する機能とを備えている。赤外線は、近赤外線領域(有効波長領域1~3μm)の吸光特性を持っている。 The infrared detection unit 8 has a function of irradiating the resin 2 with infrared rays and a function of receiving reflected light 4 of the infrared irradiation light 3 from the resin 2. Infrared rays have absorption characteristics in the near-infrared region (effective wavelength region 1 to 3 μm).

デジタルデータ変換装置9は、赤外線検出ユニット8によって反射光4に応じて出力された電気信号をデジタルデータへ変換する。 The digital data converter 9 converts the electrical signal output by the infrared detection unit 8 according to the reflected light 4 into digital data.

演算処理装置10は、デジタルデータ変換装置9から出力されたデジタルデータに基づいて樹脂2の反射スペクトルを算出する。 The arithmetic processing device 10 calculates the reflection spectrum of the resin 2 based on the digital data output from the digital data conversion device 9.

図1において、ベルトコンベア5は、一定の速度で移動しており、樹脂2を移送する移送部の一例である。このベルトコンベア5により、樹脂2が、ベルトコンベア5の長手方向沿いに、投入領域6から検出領域7まで移送される。 In FIG. 1, a belt conveyor 5 is moving at a constant speed and is an example of a transfer section that transfers the resin 2. The belt conveyor 5 transports the resin 2 along the length of the belt conveyor 5 from the input area 6 to the detection area 7 .

また、ベルトコンベア5の検出領域7の上方には、赤外線検出ユニット8が配置されている。 Further, an infrared detection unit 8 is arranged above the detection area 7 of the belt conveyor 5.

演算処理装置10は、デジタルデータ変換装置9から出力された情報を解析して、樹脂2の反射スペクトルを得るもの(すなわち反射スペクトル取得機能)である。また、演算処理装置10は、得られた反射スペクトルを判定しやすいように正規化などの処理を行うもの(すなわち正規化処理機能)である。さらに、演算処理装置10は、あらかじめ登録しておいた樹脂の反射スペクトルデータ(すなわち標本スペクトルのデータ)と検出した反射スペクトルデータとを照合し、樹脂種を判定するもの(すなわち樹脂種判定機能)である。 The arithmetic processing device 10 analyzes the information output from the digital data conversion device 9 and obtains the reflection spectrum of the resin 2 (ie, has a reflection spectrum acquisition function). Further, the arithmetic processing device 10 performs processing such as normalization to make it easier to judge the obtained reflection spectrum (that is, a normalization processing function). Furthermore, the arithmetic processing unit 10 compares the reflection spectrum data of the resin registered in advance (i.e. sample spectrum data) with the detected reflection spectrum data and determines the resin type (i.e. resin type determination function). It is.

ここで、演算処理装置10が、入力されたデジタルデータから反射スペクトルを算出する方法(すなわち反射スペクトル取得機能)について、簡単に説明する。反射光4に応じて赤外線検出ユニット8より光電変換された電気信号は、受光した光の強度に依存している。従って、デジタルデータ変換装置9で変換されたデジタルデータから、樹脂2からの反射光4の強度の情報を取得することが可能である。 Here, the method by which the arithmetic processing device 10 calculates a reflection spectrum from input digital data (ie, the reflection spectrum acquisition function) will be briefly described. The electrical signal photoelectrically converted by the infrared detection unit 8 in response to the reflected light 4 depends on the intensity of the received light. Therefore, it is possible to obtain information on the intensity of the reflected light 4 from the resin 2 from the digital data converted by the digital data converter 9.

ここで、第1実施形態に係る樹脂種の判定方法(すなわち樹脂種判定機能)を説明する前に、従来の判定方式を用いて樹脂を選別した場合における、カーボンブラックが含有されている樹脂の混入影響について説明する。 Here, before explaining the resin type determination method (i.e. resin type determination function) according to the first embodiment, we will explain how resins containing carbon black are classified when resins are sorted using a conventional determination method. Explain the effects of contamination.

まず、従来例の中赤外線領域で選別した場合、カーボンブラックの含有によるスペクトルへの影響はないため、色味の異なる樹脂においても同一樹脂種であれば同じスペクトルを得ることになる。例えば、色味の異なる樹脂として、白色、半透明色、灰色(カーボンブラック含有、非含有)、又は黒色(カーボンブラック含有、非含有)が対象として搬送された場合、図2に示すようにすべて同じ樹脂種として選別回収されるため、カーボンブラックの非含有の樹脂に、カーボンブラックが含有されている樹脂がすべて混入してしまう。 First, when sorting in the mid-infrared region of the conventional method, the spectrum is not affected by the inclusion of carbon black, so even if the resins have different colors, the same spectra will be obtained if they are the same type of resin. For example, if resins with different colors such as white, translucent, gray (with or without carbon black), or black (with or without carbon black) are transported, all Since the resins are sorted and collected as the same resin type, all the resins containing carbon black are mixed into the resins that do not contain carbon black.

また、従来例の近赤外線領域で選別した場合、前記と同様の色味の異なる樹脂が対象として搬送された場合、図3に示すようにカーボンブラックが含有されていない樹脂はスペクトルの減衰がないため、カーボンブラックなしの灰色と黒色とは同一樹脂種であれば同じスペクトルを得ることになり、同一樹脂種として回収される。カーボンブラックが含有されている樹脂のうち、数%程度含まれている黒色樹脂は減衰の影響が大きいため、非回収側に回収される。一方で、1%以下のカーボンブラックが含有されている灰色においては、図4のように白色樹脂とスペクトルが酷似するため、同じ樹脂種として選別回収され、カーボンブラックの非含有の樹脂にカーボンブラックが含有されている樹脂が混入してしまう。 In addition, when sorting in the near-infrared region of the conventional example, when resins with different colors similar to those described above are transported, as shown in Figure 3, resins that do not contain carbon black do not have spectral attenuation. Therefore, if gray without carbon black and black are the same resin type, the same spectrum will be obtained, and they will be recovered as the same resin type. Among the resins containing carbon black, the black resin, which contains about a few percent, has a large attenuation effect and is therefore collected on the non-recovery side. On the other hand, gray resin containing less than 1% carbon black has a spectrum that is very similar to that of white resin as shown in Figure 4, so it is sorted and collected as the same resin type, and carbon black is added to resin that does not contain carbon black. The resin that contains this will be mixed in.

そこで、本発明者は、カーボンブラックが含有されることによる反射光の減衰影響を利用し、カーボンブラックが含有されている樹脂を精度良く判定する方法、すなわち第1実施形態に係る樹脂を高精度に判定する方法を見出した。 Therefore, the present inventor has developed a method for accurately determining a resin containing carbon black by utilizing the attenuating effect of reflected light due to the inclusion of carbon black. I found a way to determine.

次に、樹脂判定装置1を用いてカーボンブラックの含有を踏まえた樹脂判定方法について説明する。 Next, a resin determination method based on carbon black content using the resin determination device 1 will be described.

赤外線検出ユニット8における光源には、黒体光源又はハロゲンランプなどのようにブロードな波長領域を持つもの、もしくは判定する樹脂の吸収波長領域を有する単波長光源を2つ以上備えるものとする。また、赤外線検出ユニット8における受光素子は、上記の光源から波長ごとの反射光を受光する受光素子を備えるものとする。 The light source in the infrared detection unit 8 is one having a broad wavelength range, such as a black body light source or a halogen lamp, or two or more single wavelength light sources having an absorption wavelength range of the resin to be determined. Moreover, the light receiving element in the infrared detection unit 8 shall be provided with a light receiving element that receives reflected light of each wavelength from the above-mentioned light source.

デジタルデータ変換装置9は、受光素子からのアナログデータをデジタルデータへ変換し、演算処理装置10へ送るものとする。 It is assumed that the digital data conversion device 9 converts analog data from the light receiving element into digital data and sends it to the arithmetic processing device 10.

演算処理装置10は、送られた受光素子からのデジタルデータ出力に基づいて、各波長の反射又は吸収強度、すなわちスペクトルを算出し、スペクトルを評価することで樹脂種の判定を行う。 The arithmetic processing unit 10 calculates the reflection or absorption intensity of each wavelength, that is, the spectrum, based on the digital data output from the sent light receiving element, and determines the resin type by evaluating the spectrum.

具体的な樹脂判定方法について、図5に示すような判定フローチャートに基づいて詳細を説明する。まず、ステップS1で、演算処理装置10から得られたスペクトルより、最大取得可能強度の任意の割合例えば55%を第1閾値として、得られたスペクトルの最大強度が第1閾値以上か未満かを判定する。得られたスペクトルの最大強度が第1閾値以上の場合は、カーボンブラックが含有されていない樹脂、すなわちカーボンブラック非含有樹脂として判定されてステップS2に進む。 A specific resin determination method will be described in detail based on a determination flowchart as shown in FIG. First, in step S1, from the spectrum obtained from the arithmetic processing unit 10, it is determined whether the maximum intensity of the obtained spectrum is greater than or equal to the first threshold, using an arbitrary percentage of the maximum obtainable intensity, for example 55%, as the first threshold. judge. If the maximum intensity of the obtained spectrum is greater than or equal to the first threshold value, the resin is determined to contain no carbon black, that is, the resin does not contain carbon black, and the process proceeds to step S2.

次いで、ステップS2では、スペクトルを正規化する。 Next, in step S2, the spectrum is normalized.

次いで、ステップS3で、第1類似度の一例としてユークリッド距離によって樹脂種を判定する。すなわち、正規化したスペクトルのデータと、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第1類似度を求め、あらかじめ設定した第1類似度の第2閾値以上かつ第1類似度が最も高いものを、樹脂2の樹脂種、例えば樹脂Aと樹脂Bとして判定する。 Next, in step S3, the resin type is determined based on Euclidean distance as an example of the first similarity. That is, the first degree of similarity between the normalized spectral data and the spectral data of one or more types of resin obtained in advance is determined, and the first degree of similarity is greater than or equal to the second threshold of the first degree of similarity set in advance and the first degree of similarity is the highest. The higher value is determined as the resin type of resin 2, for example, resin A and resin B.

一方、ステップS1で、得られたスペクトルの最大強度が第1閾値未満の場合、カーボンブラックが含有されている可能性がある樹脂、すなわちカーボンブラック疑似含有樹脂として判定されてステップS4に進む。 On the other hand, in step S1, if the maximum intensity of the obtained spectrum is less than the first threshold, it is determined that the resin may contain carbon black, that is, the resin pseudo-contains carbon black, and the process proceeds to step S4.

次いで、ステップS4では、第2類似度の一例としてユークリッド距離によって、カーボンラックが含有されている樹脂を判定する。すなわち、検出して取得したスペクトルのデータと、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第2類似度を求め、あらかじめ設定した第2類似度の第3閾値以上かつ第2類似度が最も高いものを、樹脂2の樹脂種、例えばカーボンブラックを含有していない樹脂A又は樹脂Bと、カーボンブラックが含有された樹脂A’又は樹脂B’、として判定する。 Next, in step S4, the resin containing carbon rack is determined based on Euclidean distance as an example of the second similarity. That is, the second degree of similarity between the detected and acquired spectrum data and the spectrum data of one or more types of resin acquired in advance is determined, and the degree of second similarity is determined to be equal to or higher than a preset third threshold of the second degree of similarity and the second degree of similarity The one with the highest value is determined as the resin type of resin 2, for example, resin A or resin B that does not contain carbon black, and resin A' or resin B' that contains carbon black.

ステップS3とS4において、樹脂の判定については、あらかじめ物性が既知の樹脂から標本となるスペクトルすなわち標本スペクトルを取得しておき、判定対象の樹脂より得られたスペクトルと標本スペクトルとのユークリッド距離dを下記の式(1)によって算出し、その結果とあらかじめ設定してあるユークリッド距離の第2又は第3閾値とを比較する判定アルゴリズムにより、樹脂種を判定する。 In steps S3 and S4, for resin determination, a sample spectrum, that is, a sample spectrum, is obtained in advance from a resin whose physical properties are known, and the Euclidean distance d between the spectrum obtained from the resin to be determined and the sample spectrum is calculated. The resin type is determined by a determination algorithm that is calculated using the following equation (1) and compares the result with a preset second or third threshold of Euclidean distance.

例えば、第1類似度をユークリッド距離でそれぞれ求め、第1類似度の第2閾値以上かつ第1類似度が最も高いものを、樹脂2の樹脂種、例えば樹脂Aと樹脂Bとして判定する。 For example, the first similarity is determined by Euclidean distance, and the first similarity that is equal to or higher than the second threshold and has the highest first similarity is determined as the resin type of the resin 2, for example, resin A and resin B.

第2類似度をユークリッド距離でそれぞれ求め、第2類似度の第3閾値以上かつ第2類似度が最も高いものを、樹脂2の樹脂種、樹脂2の樹脂種、例えば樹脂A又は樹脂Bと、樹脂A’又は樹脂B’、として判定する。 The second degree of similarity is determined by the Euclidean distance, and the second degree of similarity that is equal to or higher than the third threshold and has the highest second degree of similarity is the resin type of resin 2, the resin type of resin 2, for example, resin A or resin B. , resin A' or resin B'.

なお、第2閾値と第3閾値とは、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータ同士の類似度から正しく判定が可能な閾値にそれぞれ設定する。 Note that the second threshold value and the third threshold value are respectively set to threshold values that allow accurate determination based on the degree of similarity between spectrum data of one or more resin types acquired in advance.

Figure 2023182993000002
Figure 2023182993000002

ここで、x:判定対象物のスペクトル強度、x’:標本スペクトル強度、i:図4などに示すような横軸(波長)の変数。 Here, x i : spectrum intensity of the object to be determined, x' i : sample spectrum intensity, i : variable on the horizontal axis (wavelength) as shown in FIG. 4 and the like.

次に、第1実施形態に係るカーボンブラックが含有されている樹脂を精度良く判定する方法について効果確認を行った実験について説明する。 Next, an experiment to confirm the effectiveness of the method for accurately determining resin containing carbon black according to the first embodiment will be described.

実験は、図6に示すように、樹脂2の例として、白色、半透明色、灰色(カーボンブラック含有)、黒色(カーボンブラック含有)、黒色(カーボンブラック非含有)、の5サンプルを用いて行い、スペクトルを求めた。図6の樹脂母材としてはPPを用いた場合の結果を示している。なお、灰色(カーボンブラック非含有)を除いた理由としては、黒色(カーボンブラック非含有)は差異が見られないほど一致しており、灰色(カーボンブラック非含有)は重複する為除外とした。そのため、灰色(カーボンブラック非含有)の結果については、以降に示す黒色(カーボンブラック非含有)と同一の結果として扱う。 As shown in Figure 6, the experiment used five samples of resin 2: white, translucent, gray (containing carbon black), black (containing carbon black), and black (not containing carbon black). and obtained the spectrum. The results obtained when PP was used as the resin base material in FIG. 6 are shown. The reason for excluding gray (containing no carbon black) is that black (containing no carbon black) is so similar that no difference can be seen, and gray (containing no carbon black) is excluded because it overlaps. Therefore, the gray (carbon black-free) results are treated as the same results as the black (carbon black-free) results shown below.

上記で得られた、樹脂スペクトルを用いてユークリッド距離を求め、従来の方式と本発明の実施の形態との有効性を検証した。 The Euclidean distance was determined using the resin spectrum obtained above, and the effectiveness of the conventional method and the embodiment of the present invention was verified.

(1)式の標本スペクトルについては、図6で取得した樹脂スペクトルを標本とした。 Regarding the sample spectrum of equation (1), the resin spectrum obtained in FIG. 6 was used as the sample.

まず、従来方式においては、得られたスペクトルを正規化し、(1)式を用いてユークリッド距離を算出する。算出結果を図7に示す。(1)式で算出された値は、標本スペクトルとの一致度が高くなるほど0に近づくため、灰色(カーボンブラック含有)を対象としたときの値を見ると、白色が0.40、半透明色が0.45と近い値を示している。これは、標準化することによって、図4で示したようにスペクトルが近似するためである。この場合、実際にリサイクルで発生する樹脂のスペクトルばらつきを加味すると、白色又は半透明色と誤認識される可能性もあることから、カーボンブラックが含有されている樹脂かどうかの判定は困難である。 First, in the conventional method, the obtained spectrum is normalized and the Euclidean distance is calculated using equation (1). The calculation results are shown in FIG. The value calculated by formula (1) approaches 0 as the degree of match with the sample spectrum increases, so when looking at the value when gray (containing carbon black) is targeted, white is 0.40, semi-transparent The color shows a value close to 0.45. This is because the spectra become similar as shown in FIG. 4 by standardization. In this case, it is difficult to determine whether the resin contains carbon black or not, as there is a possibility that it will be mistakenly recognized as white or translucent if the spectral variation of the resin actually generated during recycling is taken into account. .

次に、本発明の実施の形態のカーボンブラックの含有を踏まえた樹脂判定方法を用いて、図5に示した判定フローチャートに基づいて算出した結果を図8に示す。最大取得強度の第1閾値未満となったのは、半透明色と灰色(カーボンブラック含有)と黒色(カーボンブラック含有)の3つであり、灰色(カーボンブラック含有)を対象としたときの一致度すなわち類似度の値を見ると、半透明色が0.63、黒色(カーボンブラック含有)が1.25であった。従来方式の結果と比較すると、半透明色では40%値が大きく出ており、誤認識のリスクが低減したことが分かる。また、白色との誤判定リスクについては、最大強度の第1閾値で白色は第1閾値以上となり、判定候補から除外されているため、誤判定のリスクはなくなることになる。また、カーボンブラック疑似含有樹脂として判定された後のカーボンラックが含有されている樹脂を判定する際の第3閾値を0.5とすることで、誤判定なく判定が可能となり、図9に示すようにカーボンブラックが含有されているかを精度良く判定し、カーボンブラックの非含有の樹脂を回収することができる。 Next, FIG. 8 shows the results calculated based on the determination flowchart shown in FIG. 5 using the resin determination method based on the carbon black content of the embodiment of the present invention. The maximum acquired intensity was less than the first threshold for three colors: translucent color, gray (containing carbon black), and black (containing carbon black), and the agreement was obtained when gray (containing carbon black) was targeted. Looking at the degree of similarity, the value was 0.63 for translucent color and 1.25 for black color (containing carbon black). Comparing the results with the conventional method, the 40% value is large for semi-transparent colors, indicating that the risk of misrecognition has been reduced. Furthermore, regarding the risk of misjudgment with white, white becomes equal to or higher than the first threshold at the first threshold of maximum intensity and is excluded from the judgment candidates, so there is no risk of misjudgment. In addition, by setting the third threshold value to 0.5 when determining the resin containing carbon rack after it has been determined that the resin contains carbon black pseudo-containing resin, determination can be made without erroneous determination, as shown in FIG. 9. In this way, it is possible to accurately determine whether carbon black is contained, and to recover resin that does not contain carbon black.

ここでは、判定アルゴリズムとして、類似度の例としてユークリッド距離を用いる方法で説明したが、そのほかに回帰分析又は相関係数等を類似度の別の例として使用するなど適宜選択され、強度判定又は樹脂判定における閾値についても同様に適宜選択される。 Here, we have explained a method using Euclidean distance as an example of similarity as a judgment algorithm, but in addition, regression analysis or correlation coefficients may be used as other examples of similarity, which may be selected as appropriate, and strength judgment or resin The threshold value for determination is similarly selected appropriately.

また、前記では母材樹脂をPPの事例で説明したが、本発明の実施の形態の樹脂判定方法は、カーボンブラックの含有による影響のみに対応しているため、ABS又はPSなどの他の樹脂母材であっても、PPと同様にカーボンブラックの含有を精度良く判定し、カーボンブラックの非含有の樹脂を回収することができる。 In addition, although the above explanation was given using the case of PP as the base material resin, the resin determination method according to the embodiment of the present invention deals only with the influence of carbon black content, so other resins such as ABS or PS can be used. Even in the case of the base material, the presence of carbon black can be accurately determined in the same way as with PP, and the resin that does not contain carbon black can be recovered.

以上のように、実施の形態に係る樹脂判定方法によれば、近赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて樹脂2の判定を行う際に、カーボンブラックが含有されることによる反射光4の減衰影響を利用する。すなわち、赤外光3が照射された選別対象物の樹脂2から受光した反射光4に基づいて、樹脂2の反射又は吸収スペクトルを算出し、算出したスペクトルのうち、スペクトルの最大強度を求め、最大取得可能強度の第1閾値以上であればカーボンブラックは非含有として判定し、正規化した後に樹脂種を判定し、第1閾値未満であれば、疑似含有としてカーボンブラックが含有されている樹脂かを判定し、樹脂種を判定する。この結果、カーボンブラックが含有されている樹脂を精度良く判定することができる。 As described above, according to the resin determination method according to the embodiment, when determining the resin 2 using the reflection or absorption spectrum in the near-infrared region, the reflected light 4 is attenuated due to the inclusion of carbon black. Use influence. That is, the reflection or absorption spectrum of the resin 2 is calculated based on the reflected light 4 received from the resin 2 of the object to be sorted that has been irradiated with the infrared light 3, and the maximum intensity of the spectrum is determined among the calculated spectra. If the maximum obtainable strength is greater than or equal to the first threshold value, it is determined that carbon black is not contained, and after normalization, the resin type is determined. If it is less than the first threshold value, it is determined that carbon black is contained in the resin. The type of resin is determined. As a result, it is possible to accurately determine which resin contains carbon black.

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 Note that by appropriately combining any of the various embodiments or modifications described above, the effects of each can be achieved. In addition, combinations of embodiments, combinations of examples, or combinations of embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.

本発明の前記態様にかかる、樹脂判定方法は、以上のことから、カーボンブラック(炭素主体の微粒子)を含んだ黒色樹脂等においても、カーボンブラックが含有されているかどうかを迅速に判定することができるため、複数の選別対象物を迅速に選別するリサイクル工程等に用いることが可能である。 From the above, the resin determination method according to the above aspect of the present invention can quickly determine whether carbon black is contained even in black resin etc. containing carbon black (fine particles mainly composed of carbon). Therefore, it can be used in a recycling process, etc. in which multiple objects to be sorted are quickly sorted.

1 樹脂判定装置
2 樹脂
3 照射光
4 反射光
5 ベルトコンベア
6 投入領域
7 検出領域
8 赤外線検出ユニット
9 デジタルデータ変換装置
10 演算処理装置
1 Resin determination device 2 Resin 3 Irradiation light 4 Reflected light 5 Belt conveyor 6 Input area 7 Detection area 8 Infrared detection unit 9 Digital data conversion device 10 Arithmetic processing unit

Claims (2)

赤外光が照射された選別対象物から受光した反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルが、あらかじめ設定した、反射又は吸収スペクトルの強度を第1閾値として、前記第1閾値以上であれば、正規化して、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第1類似度を求め、あらかじめ設定した第1類似度の第2閾値以上かつ第1類似度が最も高いものを、前記選別対象物の樹脂種として判定し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルが前記第1閾値未満であれば、あらかじめ取得した1種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの第2類似度を求め、あらかじめ設定した第2類似度の第3閾値以上かつ第2類似度が最も高いものを、前記選別対象物の樹脂種として判定する、樹脂判定方法。
If the reflection or absorption spectrum obtained by the reflected light received from the object to be sorted that has been irradiated with infrared light is equal to or greater than the first threshold, with the intensity of the reflection or absorption spectrum set in advance as the first threshold, The first similarity is determined by normalization with the spectrum data of one or more resin species obtained in advance, and the one having the highest first similarity that is equal to or higher than a second threshold of the first similarity set in advance is selected. Determine the resin type of the object,
If the reflection or absorption spectrum obtained by the reflected light is less than the first threshold, a second degree of similarity with the spectrum data of one or more types of resin obtained in advance is determined, and a second degree of similarity is calculated based on the preset second degree of similarity. A resin determination method, wherein a resin type that is equal to or higher than a third threshold value and has the highest second similarity is determined as the resin type of the object to be sorted.
前記赤外光の有効波長領域は1μm以上3μm以下である、請求項1に記載の樹脂判定方法。 The resin determination method according to claim 1, wherein the effective wavelength range of the infrared light is 1 μm or more and 3 μm or less.
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