JP6771159B2 - Resin determination method and equipment - Google Patents
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Description
本発明は、複数種類の小片が集まった選別対象における、樹脂色の樹脂判定方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a resin determination method and an apparatus for a resin color in a sorting target in which a plurality of types of small pieces are collected.
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。 Due to mass consumption and mass disposal type economic activities, global environmental problems such as global warming or resource depletion are occurring.
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(例えば、エアコン、テレビ、冷蔵庫、冷凍庫、洗濯機、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。)、又はアクリロニトリル・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、樹脂の分子構造による近赤外線領域(例えば、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 the recycling of used home appliances (for example, air conditioners, TVs, 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 for each grade using magnetism, wind power, vibration, etc., and recycled as recycled materials. ing. As resin materials, polypropylene (hereinafter referred to as PP), polystyrene (hereinafter referred to as PS), or acrylonitrile-butadiene-styrene (hereinafter referred to as ABS) are widely used in home appliances, and resins are used. Each resin type is sorted and recovered by a sorting device utilizing the absorption characteristics of the near infrared region (for example,
この樹脂選別装置は、コンベア搬送される樹脂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。このため、このような装置では、大量の樹脂片を選別処理することができる。 This resin sorting device can irradiate a resin piece conveyed on a conveyor with light including a near-infrared region, detect a reflection or absorption spectrum from the resin in a non-contact manner, and determine a resin type. Therefore, in such an apparatus, a large amount of resin pieces can be sorted.
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(すなわち、炭素主体の微粒子)を含む、黒色樹脂等においては、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, in black resins and the like containing carbon black (that is, carbon-based fine particles) used in small household appliances or automobiles, light in the near infrared region is absorbed, so that a reflection or absorption spectrum can be obtained. However, it is a big problem that it cannot be sorted.
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5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を照射する。次いで、反射光110を中赤外線センサ105で検知する。次いで、図6に示すようなカーボンブラックの影響が低減される中赤外線領域(例えば、波長領域3〜5μm)における樹脂種固有の反射スペクトルを取得し、樹脂種の判定を可能にしている。
一般に、選別対象である樹脂片は、樹脂種と樹脂色とが混合した状態であり、樹脂種および樹脂色ごとに選別が必要である。 Generally, the resin piece to be sorted is in a state where the resin type and the resin color are mixed, and it is necessary to sort each resin type and resin color.
しかし、図5に示す特許文献1に記載の技術では、樹脂が白色か黒色かの色判定を高精度に行うことができず、樹脂色を選別するためには、可視光の色彩選別装置を組み合わせて使う必要がある。その結果、中赤外線の選別装置と可視光の色彩選別装置との2台の装置を用いて選別を行うため、処理時間が長くなる。図5に示す装置でも、カーボンブラックを含む黒色樹脂は、白色樹脂より反射光が少なくなることを利用し、中赤外線センサ105への受光量の大小により、白色樹脂と黒色樹脂とを判定する方法が考えられる。
しかし、選別対象である廃家電破砕後の樹脂片は、表面状態のバラツキが大きく、高精度の樹脂色判定ができないという問題がある。樹脂表面の傾き角度又は凹凸、表面が光沢面か又は拡散面か、といった粗さのバラツキ等によって、反射光の強度は大きく変化する。光の波長は長い方がカーボンブラックの影響は少なくなるため、可視光又は近赤外光より中赤外光領域の方が、カーボンブラック含有の有無による反射光の強度差は小さくなる。従って、中赤外線領域では、表面状態のバラツキが反射光量に与える影響は、相対的に大きくなり、高精度の樹脂色判定が困難となる。
However, with the technique described in
However, the resin pieces after crushing the waste home appliances to be sorted have a problem that the surface state of the resin pieces varies greatly and the resin color cannot be determined with high accuracy. The intensity of the reflected light changes greatly depending on the inclination angle or unevenness of the resin surface, the variation in roughness such as whether the surface is a glossy surface or a diffused surface, and the like. The longer the wavelength of light, the less the influence of carbon black. Therefore, the difference in intensity of reflected light depending on the presence or absence of carbon black is smaller in the mid-infrared light region than in visible light or near-infrared light. Therefore, in the mid-infrared region, the influence of the variation in the surface state on the amount of reflected light becomes relatively large, and it becomes difficult to determine the resin color with high accuracy.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、中赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて、樹脂の表面状態の影響を極力抑制し、樹脂の色を高精度に判定する樹脂判定方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is a resin determination method for determining the color of a resin with high accuracy by suppressing the influence of the surface state of the resin as much as possible by using the reflection or absorption spectrum in the mid-infrared region. The purpose is to provide the device.
本発明は、前記目的を達成するために、以下のように構成している。 The present invention is configured as follows in order to achieve the above object.
本発明の1つの態様にかかる樹脂判定方法によれば、
選別対象物に赤外光を照射し、
前記赤外光を照射された前記選別対象物からの反射光を受光し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルのうち、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで二酸化炭素に起因するスペクトル変化を少なくすべく、赤外線検出ユニットの赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで異なるように調整して、二酸化炭素の影響が生じる4.22〜4.29μmの領域を含有する、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域のスペクトル強度を樹脂色判定用のスペクトル強度として取得し、
取得した前記樹脂色判定用のスペクトル強度と、予め取得した1種類以上の樹脂色のスペクトルデータとの相関情報を求め、
前記求めた相関情報のうちから、予め設定した閾値以上かつ最も高い相関情報に関連した樹脂色を、前記選別対象物の樹脂色として判定する。
According to the resin determination method according to one aspect of the present invention.
Irradiate the object to be sorted with infrared light,
The reflected light from the sorting object irradiated with the infrared light is received, and the light is received.
Of the reflection or absorption spectrum obtained by the reflected light, in order to reduce the spectral change caused by carbon dioxide in the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after it, the amount of infrared light of the infrared detection unit is increased. The signal output correlation is adjusted so that it differs between the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength regions before and after it, and contains a region of 4.22 to 4.29 μm in which the influence of carbon dioxide occurs. The spectral intensity of the wavelength band with the lower limit value of .48 to 4.22 μm and the upper limit value of 4.29 to 4.48 μm was acquired as the spectral intensity for resin color determination.
Correlation information between the acquired spectral intensity for determining the resin color and the spectral data of one or more types of resin colors acquired in advance was obtained.
From the obtained correlation information, the resin color associated with the highest correlation information equal to or higher than the preset threshold value is determined as the resin color of the object to be sorted.
本発明の別の態様にかかる樹脂判定装置によれば、
選別対象物に赤外光を照射する照射部と、
前記照射部から前記赤外光を照射された前記選別対象物からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光に基づく前記選別対象物である樹脂の反射又は吸収スペクトルから前記選別対象物の樹脂色を判定する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
前記反射又は吸収スペクトルのうち、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで二酸化炭素に起因するスペクトル変化を少なくすべく、赤外線検出ユニットの赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで異なるように調整して、二酸化炭素の影響が生じる4.22〜4.29μmの領域を含有する、3.48〜4.22μmを下限値とし、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域のスペクトル強度を樹脂色判定用のスペクトル強度として取得するスペクトル強度取得部と、
前記スペクトル強度取得部で取得した前記樹脂色判定用のスペクトル強度と予め取得した1種類以上の樹脂色のスペクトルデータとの相関情報を求める評価部と、
前記評価部で求められた前記相関情報の中で、予め設定した閾値以上でかつ最も高い相関情報に関連した樹脂色を、前記選別対象物の樹脂色として判定する判定部とを有する。
According to the resin determination device according to another aspect of the present invention.
An irradiation unit that irradiates the object to be sorted with infrared light,
A light receiving unit that receives reflected light from the sorting object that has been irradiated with the infrared light from the irradiation unit, and a light receiving unit that receives the reflected light.
An arithmetic processing unit that determines the resin color of the sorting object from the reflection or absorption spectrum of the resin that is the sorting target based on the reflected light.
With
The arithmetic processing unit
In the reflection or absorption spectrum, in order to reduce the spectral change caused by carbon dioxide in the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after it, the correlation of the signal output with the amount of infrared light of the infrared detection unit is determined. , 3.48 to 4.22 μm, which contains a region of 4.22 to 4.29 μm in which the influence of carbon dioxide occurs, adjusted so as to be different between the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after the influence of carbon dioxide. Is a lower limit value, and a spectral intensity acquisition unit that acquires the spectral intensity of the wavelength band having an upper limit value of 4.29 to 4.48 μm as the spectral intensity for resin color determination , and
An evaluation unit for obtaining correlation information between the spectrum intensity for determining the resin color acquired by the spectrum intensity acquisition unit and spectrum data of one or more types of resin colors acquired in advance, and an evaluation unit.
Among the correlation information obtained by the evaluation unit, it has a determination unit that determines a resin color associated with the highest correlation information that is equal to or higher than a preset threshold value as the resin color of the sorting object.
本発明の前記態様にかかる樹脂判定方法及び装置によれば、中赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域のスペクトル強度の相関情報を利用する。このように構成することにより、樹脂の表面状態の影響を極力抑制し、樹脂の色を高精度に判定することができる。 According to the resin determination method and apparatus according to the above aspect of the present invention, the lower limit value is 3.48 to 4.22 μm and 4.29 to 4.48 μm is set by using the reflection or absorption spectrum in the mid-infrared region. Correlation information of the spectral intensity of the wavelength band used as the upper limit is used. With this configuration, the influence of the surface condition of the resin can be suppressed as much as possible, and the color of the resin can be determined with high accuracy.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る樹脂判定装置1の模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of the
樹脂2は、選別対象物の例であって、樹脂色が混合した樹脂である。この樹脂2から樹脂色を高精度に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
樹脂判定装置1は、照射部8aと受光部8bとを有する赤外線検出ユニット8と、演算処理部10とを少なくとも備えている。
The
照射部8aは、選別対象物の一例である樹脂2に、例えば赤外線(すなわち、赤外光)などの照射光3を照射する。
The
受光部8bは、照射部8aから照射光3が照射された樹脂2からの、例えば赤外線(すなわち、赤外光)などの反射光4を受光する。
The light receiving
演算処理部10は、反射光4に基づく樹脂2の反射又は吸収スペクトルから選別対象物の樹脂色を判定する。
The
詳しくは、演算処理部10は、スペクトル強度取得部10bと、スペクトル評価部10cと、樹脂判定部10dとを少なくとも有する。
Specifically, the
スペクトル強度取得部10bは、反射光4に基づいてスペクトル強度を取得する。まず、受光部8bで受光した反射光4のアナログデータが、受光部8bからデジタルデータ変換装置9を通して演算処理部10のスペクトル強度取得部10bに入力される。デジタルデータ変換装置9では、反射光4のアナログデータが反射光4のデジタルデータに変換される。スペクトル強度取得部10bでは、入力された反射光4のデジタルデータに基づいて、樹脂2の反射又は吸収スペクトルを算出したのち、算出した反射又は吸収スペクトルを、例えば、反射又は吸収スペクトルとスペクトル強度との関係を表す表形式又はグラフ形式に変換したのち、当該表又はグラフから樹脂判定用のスペクトル強度を取得する。
The spectrum
このとき、スペクトル強度取得部10bは、反射又は吸収スペクトルのうち、3.48〜4.22μmを下限値とし、4.29〜4.48μmを上限値とする波長領域のスペクトル強度を樹脂判定用のスペクトル強度として取得する。このような波長領域のスペクトル強度を取得する目的は、二酸化炭素の影響が生じる帯域のスペクトル強度を取得して、得られた反射又は吸収スペクトルを判定しやすくするためである。
At this time, the spectral
スペクトル評価部10cは、スペクトル強度取得部10bで取得した樹脂判定用のスペクトル強度と、予め取得した1種類以上の樹脂色のスペクトルデータとの複数個の相関情報を求める。
The
樹脂判定部10dは、スペクトル評価部10cで求められた複数個の相関情報の中で、予め設定した閾値以上でかつ最も高い相関情報に関連した樹脂色を、選別対象物の樹脂2の樹脂色であると判定する。
The
赤外線検出ユニット8は、樹脂2に赤外線の照射光3を照射する機能と、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。赤外線検出ユニット8は、デジタルデータ変換装置9を介して、演算処理部10に接続されている。
The infrared detection unit 8 has a function of irradiating the
デジタルデータ変換装置9には、反射光4に応じて出力された電気信号が赤外線検出ユニット8から入力される。デジタルデータ変換装置9は、入力された電気信号をデジタルデータへ変換したのち、変換したデジタルデータを演算処理部10に出力する。
An electric signal output according to the reflected
演算処理部10では、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の反射又は吸収スペクトルを算出したのち、算出した反射又は吸収スペクトルから樹脂判定用のスペクトル強度をスペクトル強度取得部10bで取得する。
The
図1において、ベルトコンベア5のベルトは、一定の速度で移動しており、ベルトコンベア5は、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, the belt of the belt conveyor 5 is moving at a constant speed, and the belt conveyor 5 is an example of a transfer unit that transfers the
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が対向するように配置されている。この検出領域7で、樹脂2に照射部8aから照射光3を照射し、樹脂2で反射された反射光4を受光部8bで受光する。
演算処理部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の反射又は吸収スペクトルをスペクトル強度取得部10bで取得する。また、演算処理部10は、得られた反射又は吸収スペクトルを判定しやすいように、二酸化炭素の影響が生じる帯域のスペクトル強度を樹脂判定用のスペクトル強度として取得するようにスペクトル強度取得部10bで処理する。さらに、演算処理部10は、予め登録しておいた樹脂色のスペクトルデータと、取得した樹脂判定用のスペクトル強度とをスペクトル評価部10cで照合し、樹脂2の樹脂色を樹脂判定部10dで判定する。
Further, the infrared detection unit 8 is arranged above the detection area 7 of the belt conveyor 5 so as to face each other. In the detection region 7, the
The
ここで、演算処理部10が、演算処理部10に入力されたデジタルデータから樹脂判定用のスペクトル強度を算出する方法について、簡単に説明する。
Here, a method in which the
反射光4に応じて赤外線検出ユニット8の受光部8bに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。取得した反射光4の強度から、スペクトル強度取得部10bによって、樹脂2の樹脂判定用のスペクトル強度を取得することが可能である。
この樹脂判定用のスペクトル強度から、スペクトル強度取得部10bで、二酸化炭素の吸収帯域を用いて樹脂色を判定するための樹脂判定用のスペクトル強度へ加工し、樹脂2の樹脂色を判定する。
The electric signal photoelectrically converted by the
From the spectral intensity for resin determination, the spectral
ここで、実施の形態1に係る樹脂色の判定方法を説明する前に、中赤外線領域(例えば、波長領域3〜5μm)に生じる二酸化炭素と樹脂色との影響について、図2を用いて説明する。
Here, before explaining the method for determining the resin color according to the first embodiment, the influence of carbon dioxide and the resin color generated in the mid-infrared region (for example,
図2は、カーボンブラックを含有した家電製品由来の黒色ABS樹脂と、黒色PS樹脂と、黒色PP樹脂と、カーボンブラックを含有していない家電由来の白色ABS樹脂との4個のサンプルの樹脂スペクトルのグラフを示す。すなわち、図2は、これらの4個のサンプルにおいて、それぞれの樹脂における4.10μmから4.80μmの波長帯域におけるスペクトル強度を取得してグラフ化した図である。図2のグラフは、横軸に波長帯域を採り、縦軸に反射強度を採ったものである。 FIG. 2 shows the resin spectra of four samples of a black ABS resin derived from a home appliance containing carbon black, a black PS resin, a black PP resin, and a white ABS resin derived from a home appliance not containing carbon black. The graph of is shown. That is, FIG. 2 is a graph obtained by acquiring the spectral intensities in the wavelength band of 4.10 μm to 4.80 μm for each of these four samples. In the graph of FIG. 2, the wavelength band is taken on the horizontal axis and the reflection intensity is taken on the vertical axis.
大気中に存在する二酸化炭素は、直線構造を持つ不飽和分子であり、2種の変角振動と、対称伸縮振動と、逆対称伸縮振動というように、4種の振動が、分子振動として存在する。そのうち、2種の変角振動は、炭素原子を中心として原子価角の周期的に変化する運動で、15.0μm付近を中心として光吸収が生じる。また、対称伸縮振動は、原子価の方向に対する対称的な振動であり、二酸化炭素のように固定双極能率を有しないため、赤外線スペクトルには現れない。
しかしながら、原子価の方向に非対称な振動である逆対称伸縮振動においては、波長4.25μm、波長の逆数である波数で表現すると2349cm−1付近を中心として光吸収が生じる。加えて、大気中では二酸化炭素はガス状であるため、固体又は液体の分子振動よりも励起され、吸収スペクトルは、より顕著に現れる。
Carbon dioxide existing in the atmosphere is an unsaturated molecule having a linear structure, and four types of vibrations exist as molecular vibrations, such as two types of variable angle vibrations, symmetric stretching vibrations, and inverse symmetric stretching vibrations. To do. Of these, two types of eccentric oscillations are motions in which the valence angle changes periodically around the carbon atom, and light absorption occurs around 15.0 μm. Further, the symmetric stretching vibration is a vibration symmetrical with respect to the direction of the valence, and does not appear in the infrared spectrum because it does not have a fixed bipolar efficiency like carbon dioxide.
However, in the inverse symmetric expansion and contraction vibration, which is a vibration asymmetric in the direction of the valence, light absorption occurs centering around 2349 cm -1 when expressed in terms of a wavelength of 4.25 μm and a wave number which is the reciprocal of the wavelength. In addition, since carbon dioxide is gaseous in the atmosphere, it is more excited than the molecular vibrations of solids or liquids, and the absorption spectrum appears more prominently.
中赤外線領域(例えば、波長領域3〜5μm)においては、前記の逆対称伸縮振動による赤外吸収が生じ、非接触で対象物からの反射もしくは吸収スペクトルを得る際に、対象物と検出素子との間に空気が媒体として存在するため、検出するスペクトルは、二酸化炭素による影響を受けることとなる。図2においては、黒色PP樹脂、黒色PS樹脂、黒色ABS樹脂において、4.25μm付近をピークに4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域70でスペクトル変化を確認することができる。なお、黒色ABS樹脂と白色ABS樹脂とでは、ABS樹脂に含まれるニトリルの
In the mid-infrared region (for example,
C≡N
C≡N
の伸縮振動によって、波長が4.48μmで、波数表現では2230cm−1付近をピークにスペクトル変化が確認できている。 Due to the expansion and contraction vibration of, the wavelength is 4.48 μm, and the spectral change can be confirmed with the peak around 2230 cm -1 in the wave number expression.
一方、図2において、白色ABS樹脂では、4.25μm付近をピークに4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域70で、黒色PP樹脂、黒色PS樹脂、黒色ABS樹脂に見られたスペクトル変化を確認することができない。この理由であるが、二酸化炭素の影響を受ける波長領域では、二酸化炭素の逆対称伸縮振動による4.25μm付近をピークとした光吸収の影響と、樹脂2の樹脂色と相関があるカーボンブラックの影響との両方の影響を受けているが、その前後の波長領域では、光吸収の影響は無く、カーボンブラックの影響のみ、となることに起因している。
On the other hand, in FIG. 2, in the white ABS resin, the spectra observed in the black PP resin, the black PS resin, and the black ABS resin in the
図2においては、白色樹脂において、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで二酸化炭素に起因するスペクトル変化が少なくなるように、赤外線検出ユニット8の赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が調整されている。よって、赤外線検出ユニット8に入力される赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで異なっている。その結果、図2においては、カーボンブラックの影響により、黒色PP樹脂、黒色PS樹脂、黒色ABS樹脂において、4.25μm付近をピークに4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域70でスペクトル変化を確認することができる。
In FIG. 2, in the white resin, the signal output with respect to the amount of infrared light of the infrared detection unit 8 is reduced so that the spectral change due to carbon dioxide is reduced in the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength regions before and after it. The correlation has been adjusted. Therefore, the correlation of the signal output with respect to the amount of infrared light input to the infrared detection unit 8 is different between the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength regions before and after it. As a result, in FIG. 2, due to the influence of carbon black, the black PP resin, the black PS resin, and the black ABS resin have a spectrum in the
なお、赤外線検出ユニット8に入力される赤外線の光量に対する信号出力の相関関係の調整方法によって、二酸化炭素の逆対称伸縮振動による光吸収の影響と樹脂2の樹脂色と相関があるカーボンブラックの影響とに起因するスペクトルの変化状況は異なってくる。二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とにおいて、白色樹脂の反射強度に近くかつ各波長で一様な強度が得られる校正治具を用いて、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とでスペクトル変化ができるだけ少なくなるように大気中で調整を行う。このように構成することにより、図2に近いスペクトルを得ることができる。
Depending on the method of adjusting the correlation of the signal output with the amount of infrared light input to the infrared detection unit 8, the effect of light absorption due to the inverse symmetric expansion and contraction vibration of carbon dioxide and the effect of carbon black, which correlates with the resin color of the
次に、スペクトル強度取得部10bにて、樹脂2の樹脂色を判定するために、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値として、波長領域を設定する理由について、以下、説明する。
Next, in order to determine the resin color of the
まず、二酸化炭素が逆対称伸縮振動する理論上の波長は4.25μm、波数表現では2349cm−1である。二酸化炭素が影響する波長帯域として、波数表現で2349±20cm−1、波長表現では4.22〜4.29μmの領域を必ず含有しておくことが好ましい。 First, the theoretical wavelength at which carbon dioxide vibrates in inverse symmetry is 4.25 μm, and the wave number representation is 2349 cm -1 . It is preferable that the wavelength band affected by carbon dioxide always contains a region of 2349 ± 20 cm -1 in wave number expression and 4.22 to 4.29 μm in wavelength expression.
また、樹脂材料においては、PP、PS、ABSが多く使われているため、樹脂2の樹脂色を判定するためには、PP、PS、ABSにおける樹脂種固有スペクトルの影響を、極力抑制しておく必要がある。図2においては、ABS樹脂に含まれるニトリルの伸縮振動によって波長4.48μm、波数表現では2230cm−1付近をピークにスペクトル変化が確認できている。従って、樹脂2の樹脂色を判定するための波長領域の上限値を、二酸化炭素が影響する波長帯域として必ず含有しておくことが好ましい上限値である4.29μmからニトリルの伸縮振動によるスペクトル変化のピーク波長4.48μmまでの間で設定することより、ABS樹脂によるスペクトルの影響を抑制することが可能となる。
Further, since PP, PS, and ABS are often used in the resin material, in order to determine the resin color of the
次に、PP樹脂、PS樹脂のスペクトルであるが、PP樹脂ではメチル基の伸縮振動によって波長3.48μm、波数表現では2870cm−1付近をピークに、PS樹脂ではベンゼン環の伸縮振動によって波長3.27μm、波数表現では3055cm−1付近をピークに、スペクトル変化がそれぞれ発生する。従って、樹脂2の樹脂色を判定するための波長領域の下限値としては、PP樹脂とPS樹脂とのスペクトル変化がそれぞれ発生する波長のうち、より長い波長である3.48μmから二酸化炭素が影響する波長帯域として必ず含有しておくことが好ましい下限値である4.22μmまでの間で設定することより、PP樹脂とPS樹脂とによるスペクトルの影響を抑制することが可能となる。
Next, regarding the spectra of PP resin and PS resin, the wavelength peaks at 3.48 μm due to the expansion and contraction vibration of the methyl group in the PP resin and around 2870 cm- 1 in the wave number expression, and the
なお、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長領域において、二酸化炭素の影響によるスペクトル形状変化が大きい4.18μm以上でかつ4.42μm以下が、樹脂2の樹脂色を判定するためには、好ましい波長領域である。二酸化炭素の影響によるスペクトル形状変化を活用することにより、樹脂2の表面バラツキによる反射光の強度バラツキの影響を極力抑制した状態にて、樹脂2の樹脂色の判定が可能である。
また、4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域において、ABS樹脂に含まれるニトリル基の吸光理論波長4.48μmと波長領域上限の4.42μmとは0.06μmと差が少なく、ニトリル基の影響を受ける可能性が残っている。なお、PP樹脂に含まれるメチル基の吸光理論波長3.48μmと波長領域下限の4.18μmとは、0.7μmと差が大きく影響を受ける可能性は低い。PS樹脂に含まれるベンゼン環の吸光理論波長は3.27μmであり、影響を受ける可能性はさらに低い。このニトリル基の影響を排するため、二酸化炭素の影響によるスペクトル形状変化が大きい4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域において、波長領域上限の4.42μm、波数表現で2262cm−1と、二酸化炭素が影響する波長領域の上限4.29μm、波数表現では2329cm−1との中間より短い4.34μmを波長領域の上限値とする波長領域とすること、言い換えれば、波長領域を4.18μm以上でかつ4.34μm以下に狭めることが好ましい。
波長領域の上限値を4.34μmに設定する理由について、以下、説明する。二酸化炭素のスペクトル形状変化を判別するために必要な波長分解能は、波長表現で0.01μmでは不足しており、波長表現で0.0075μm、波数表現で4cm−1であることが好ましい。4cm−1を1ブロックとして考えると、二酸化炭素が影響する波長領域の上限波長である2329cm−1を原点として、16ブロック目の2265cm−1が二酸化炭素の影響によるスペクトル形状変化が大きい波長領域内の上限値となる。ニトリル基の影響排除を目的に、二酸化炭素のスペクトル形状変化の特徴抽出しやすさと両立させる波長領域としては、中間点より1ブロック少ないところより二酸化炭素が影響する波長領域の上限に近い波長を上限値として、領域を狭めることが好ましい。中間点の8ブロック目は波数表現で2297cm−1、波長表現で4.353μm、中間点より1ブロック少ないところが波数表現で2301cm−1、波長表現で4.346μmとなる。有効桁数を小数点以下2桁の波長で表現する場合は、波長4.34μm、波数表現2304cm−1が、中間点より1ブロック少ないところより二酸化炭素が影響する波長領域の上限に近い波長として、設定すべき上限値となる。
In the wavelength region where 3.48 to 4.22 μm is the lower limit and 4.29 to 4.48 μm is the upper limit, the spectral shape change due to the influence of carbon dioxide is 4.18 μm or more and 4. 42 μm or less is a preferable wavelength region for determining the resin color of the
Further, in the wavelength region of 4.18 μm or more and 4.42 μm or less, the difference between the theoretical absorption wavelength of 4.48 μm of the nitrile group contained in the ABS resin and the upper limit of the wavelength region of 4.42 μm is 0.06 μm, which is small, and the nitrile. There remains the possibility of being affected by the group. The theoretical absorption wavelength of the methyl group contained in the PP resin is 3.48 μm and the lower limit of the wavelength region is 4.18 μm, which is 0.7 μm, which is unlikely to be significantly affected. The theoretical absorption wavelength of the benzene ring contained in the PS resin is 3.27 μm, and the possibility of being affected is even lower. In order to eliminate the influence of this nitrile group, in the wavelength region where the spectral shape change due to the influence of carbon dioxide is large 4.18 μm or more and 4.42 μm or less, the upper limit of the wavelength region is 4.42 μm, and the wave number is 2262 cm -1 . The upper limit of the wavelength region affected by carbon dioxide is 4.29 μm, and in the wave number expression, 4.34 μm, which is shorter than the middle of 2329 cm- 1 , is set as the upper limit of the wavelength region. In other words, the wavelength region is 4. It is preferable to narrow the wavelength to 18 μm or more and 4.34 μm or less.
The reason for setting the upper limit of the wavelength region to 4.34 μm will be described below. The wavelength resolution required for discriminating the change in the spectral shape of carbon dioxide is insufficient at 0.01 μm in the wavelength representation, and is preferably 0.0075 μm in the wavelength representation and 4 cm -1 in the wave number representation. Considering 4 cm -1 as one block, the origin is 2329 cm -1 , which is the upper limit wavelength of the wavelength region affected by carbon dioxide, and 2265 cm -1 in the 16th block is within the wavelength region where the spectral shape change is large due to the influence of carbon dioxide. It becomes the upper limit of. For the purpose of eliminating the influence of nitrile groups, the upper limit of the wavelength region that is compatible with the ease of extracting the characteristics of the spectral shape change of carbon dioxide is closer to the upper limit of the wavelength region affected by carbon dioxide than the one block less than the midpoint. As a value, it is preferable to narrow the region. The 8th block of the midpoint is 2297 cm -1 in wavenumber representation and 4.353 μm in wavelength representation, and one block less than the midpoint is 2301 cm -1 in wavenumber representation and 4.346 μm in wavelength representation. When expressing the number of effective digits with a wavelength of two digits after the decimal point, the wavelength of 4.34 μm and the wave number expression of 2304 cm -1 are closer to the upper limit of the wavelength range affected by carbon dioxide than the one block less than the midpoint. It is the upper limit to be set.
図3は、本発明の実施の形態1で判定に用いる波長領域4.18μm以上でかつ4.42μm以下の樹脂スペクトルのグラフである。この図3に記載している4種のスペクトル強度を用いて、相関情報の一例としての、スペクトル強度を用いた相関係数を求め、判定が可能か検証を行った。相関係数 FIG. 3 is a graph of a resin spectrum having a wavelength region of 4.18 μm or more and 4.42 μm or less used for determination in the first embodiment of the present invention. Using the four types of spectral intensities shown in FIG. 3, the correlation coefficient using the spectral intensities as an example of the correlation information was obtained, and it was verified whether the determination was possible. Correlation coefficient
ここで、
x:基準スペクトル強度、
y:比較スペクトル強度、
x: Reference spectral intensity,
y: Comparative spectral intensity,
前記(1)式を用いて、黒色ABS樹脂の反射スペクトルを基準スペクトルとした場合の各樹脂の相関係数は、黒色PS樹脂が0.96であり、黒色PP樹脂が0.79であり、白色ABS樹脂が0.22であった。相関係数は、基準スペクトルとの一致度が高くなるほど相関係数の絶対値は1に近づくため、黒色ABS樹脂に対して、白色のABS樹脂よりも黒色PS樹脂又は黒色PP樹脂の方が高い一致度を示している。よって、相関係数は、樹脂種に関わらず、二酸化炭素による光吸収の影響を受ける4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長帯域のスペクトル強度を利用することにより、黒色と白色との色判定が可能であることを示している。 When the reflection spectrum of the black ABS resin is used as the reference spectrum using the above equation (1), the correlation coefficient of each resin is 0.96 for the black PS resin and 0.79 for the black PP resin. The white ABS resin was 0.22. As for the correlation coefficient, the higher the degree of agreement with the reference spectrum, the closer the absolute value of the correlation coefficient approaches 1, so that the black PS resin or black PP resin is higher than the white ABS resin with respect to the black ABS resin. It shows the degree of agreement. Therefore, the correlation coefficient is the color of black and white by using the spectral intensity of the wavelength band of 4.18 μm or more and 4.42 μm or less, which is affected by light absorption by carbon dioxide, regardless of the resin type. It shows that the judgment is possible.
次に、樹脂判定装置1を用いて樹脂2の樹脂色を検出する方法について説明する。
Next, a method of detecting the resin color of the
赤外線検出ユニット8における照射光3を照射する照射部8aの光源には、黒体光源などのようにブロードな波長領域を持つ光源、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つ以上備える光源とする。また、赤外線検出ユニット8における受光部8bの受光素子は、前記の光源から波長ごとの反射光4を受光する受光素子を備えるものとする。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、演算処理部10へ送るものとする。演算処理部10は、デジタルデータ変換装置9から送られた、受光素子からのデジタルデータ出力に基づいて、各波長の反射強度、すなわちスペクトル強度を算出し、二酸化炭素の影響が生じる帯域でスペクトル強度を評価することで、樹脂2の樹脂色の判定を行う。
The light source of the
具体的には、物性が予め既知の樹脂から、標本となるスペクトル強度を取得しておき、判定対象の樹脂2より得られたスペクトル強度より、二酸化炭素の影響が生じる帯域における樹脂判定用のスペクトル強度を求める。次いで、求めたスペクトル強度と標本スペクトル強度との相関係数を式(1)によって算出し、その結果と予め設定してある閾値とを比較する判定アルゴリズムにより、樹脂2の樹脂色を判定する。
ここでは、判定アルゴリズムとしては、相関係数を用いる方法で説明したが、その他に回帰分析を使用するなど、適宜選択される。
Specifically, a spectrum intensity as a sample is obtained from a resin whose physical properties are known in advance, and a spectrum for resin determination in a band affected by carbon dioxide is obtained from the spectrum intensity obtained from the
Here, as the determination algorithm, the method using the correlation coefficient has been described, but other methods such as using regression analysis are appropriately selected.
次に、図1の樹脂判定装置1の動作について、図4のフローチャートに基づいて説明する。
Next, the operation of the
ここでは、複数存在する樹脂2のうち、1つの樹脂2aに着目して樹脂色を判定するまでの流れについて詳細に説明する。ここで、樹脂2aはABS樹脂とする。
Here, the flow until the resin color is determined by focusing on one
まず、ステップS1において、樹脂2が、一定の速度で移動しているベルトコンベア5上の投入領域6へ投入され、ベルトコンベア5で検出領域7まで搬送される。
First, in step S1, the
次いで、ステップS2において、赤外線検出ユニット8は、検出領域7に到達した樹脂2aに光源からの照射光3を照射する。
Next, in step S2, the infrared detection unit 8 irradiates the
次いで、ステップS3において、赤外線検出ユニット8は、検出領域7に到達した樹脂2aからの反射光4を検出する。この反射光4は、照射光3が樹脂2aから反射した光である。
Next, in step S3, the infrared detection unit 8 detects the reflected light 4 from the
次いで、ステップS4において、赤外線検出ユニット8で検出した反射光4のアナログデータは、赤外線検出ユニット8からデジタルデータ変換装置9を通してデジタルデータに変換されたのち、演算処理部10に出力される。演算処理部10では、入力された反射光4のデジタルデータに基づいて、樹脂2の反射又は吸収スペクトルをスペクトル強度取得部10bで取得する。スペクトル強度取得部10bで取得した反射又は吸収スペクトルから、上述の二酸化炭素の影響が生じる帯域(例えば4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長帯域)の、樹脂判定用スペクトル強度をスペクトル強度取得部10bで取得する。
Next, in step S4, the analog data of the reflected
次いで、ステップS5において、スペクトル評価部10cで、予め取得しておいた、物性が既知の樹脂である標本スペクトルと、スペクトル強度取得部10bで取得した樹脂判定用スペクトル強度とより、各標本スペクトルとの相関係数をスペクトル評価部10cで算出して評価する。
Next, in step S5, each sample spectrum is obtained from a sample spectrum of a resin having known physical properties acquired in advance by the
次いで、ステップS6において、各標本スペクトルとの相関係数と予め設定した閾値とを基に、閾値以上でかつ最も大きい相関係数の樹脂が選別対象物の樹脂2の樹脂色であるとして、樹脂判定部10dで判定する。
Next, in step S6, based on the correlation coefficient with each sample spectrum and the preset threshold value, it is assumed that the resin having the highest correlation coefficient equal to or higher than the threshold value is the resin color of the
以上のように、実施の形態1に係る樹脂判定方法によれば、中赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて選別対象物の樹脂2の判定及び選別を行う際に、二酸化炭素による光吸収の影響を受ける3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域のスペクトル強度の相関情報を利用することができる。このように構成することにより、樹脂の表面状態と樹脂種によるスペクトルとの影響を極力抑制した状態で、樹脂2の樹脂色と樹脂種とが混合した樹脂の中から、選別対象物の例である樹脂2の樹脂色を高精度に判定することができる。
As described above, according to the resin determination method according to the first embodiment, when the
なお、本発明は前記実施の形態1に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、実施の形態1の変形例として、図2に示すように、赤外線領域における反射又は吸収スペクトルを用いて選別対象物の樹脂2の判定及び選別を行う際に、二酸化炭素による光吸収の影響を受ける3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域以外のスペクトルでは、樹脂色の判定に加えて、樹脂種の判定も可能である。図2の例では、ABS樹脂の判定が可能である。実施の形態1と、この変形例との組み合わせにより、樹脂2の樹脂色と樹脂種との判定が可能である。これに対して、特許文献1に記載の技術では、樹脂2の樹脂色の高精度に選別を行うことができないため、可視光の色彩選別装置を組み合わせて使う必要があるが、実施の形態1と変形例との組み合わせにより、中赤外線領域の選別装置による樹脂2の樹脂色と樹脂種との同時判定が可能となる。
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。
The present invention is not limited to the first embodiment, and can be implemented in various other embodiments. For example, as a modification of the first embodiment, as shown in FIG. 2, when the
In addition, by appropriately combining any embodiment or modification of the various embodiments or modifications, the effects of each can be achieved. Further, it is possible to combine embodiments or examples, or to combine embodiments and examples, and it is also possible to combine features in different embodiments or examples.
本発明の前記態様にかかる、樹脂判定方法及び装置は、二酸化炭素による光吸収の影響を受ける3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長帯域のスペクトル強度の相関情報を利用することにより、樹脂の表面状態と樹脂種によるスペクトルとの影響を極力抑制した状態で、樹脂色と樹脂種とが混合した樹脂の中から、選別対象物の樹脂色を高精度に判定することができる。前記樹脂判定方法及び装置は、中赤外線を用いて、カーボンブラック(すなわち、炭素主体の微粒子)を含む、黒色樹脂等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。 The resin determination method and apparatus according to the above aspect of the present invention have a lower limit of 3.48 to 4.22 μm and an upper limit of 4.29 to 4.48 μm, which are affected by light absorption by carbon dioxide. By using the correlation information of the spectral intensity of the wavelength band, the selection target is selected from the resin in which the resin color and the resin type are mixed while the influence of the surface state of the resin and the spectrum by the resin type is suppressed as much as possible. The resin color of the above can be determined with high accuracy. Since the resin determination method and apparatus can quickly determine black resin or the like containing carbon black (that is, carbon-based fine particles) using mid-infrared rays, a plurality of sorting objects can be quickly selected. It can be used in recycling processes and the like.
1 樹脂判定装置
2 樹脂
2a 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
8a 照射部
8b 受光部
9 デジタルデータ変換装置
10 演算処理部
10b スペクトル強度取得部
10c スペクトル評価部
10d 樹脂判定部
70 4.18μm以上でかつ4.42μm以下の波長領域
1
Claims (8)
前記赤外光を照射された前記選別対象物からの反射光を受光し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルのうち、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで二酸化炭素に起因するスペクトル変化を少なくすべく、赤外線検出ユニットの赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで異なるように調整して、二酸化炭素の影響が生じる4.22〜4.29μmの領域を含有する、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長領域のスペクトル強度を樹脂色判定用のスペクトル強度として取得し、
取得した前記樹脂色判定用のスペクトル強度と、予め取得した1種類以上の樹脂色のスペクトルデータとの相関情報を求め、
前記求めた相関情報のうちから、予め設定した閾値以上でかつ最も高い相関情報に基づいて、前記選別対象物の樹脂色が黒色か否かを判定する、樹脂判定方法。 Irradiate the object to be sorted with infrared light,
The reflected light from the sorting object irradiated with the infrared light is received, and the light is received.
Of the reflection or absorption spectrum obtained by the reflected light, in order to reduce the spectral change caused by carbon dioxide in the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after it, the amount of infrared light of the infrared detection unit is increased. The signal output correlation is adjusted so that it differs between the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength regions before and after it, and contains a region of 4.22 to 4.29 μm in which the influence of carbon dioxide occurs. The spectral intensity in the wavelength region with the lower limit value of .48 to 4.22 μm and the upper limit value of 4.29 to 4.48 μm was acquired as the spectral intensity for resin color determination.
Correlation information between the acquired spectral intensity for determining the resin color and the spectral data of one or more types of resin colors acquired in advance was obtained.
A resin determination method for determining whether or not the resin color of the sorting object is black or not, based on the correlation information that is equal to or higher than a preset threshold value and is the highest among the obtained correlation information.
前記照射部から前記赤外光を照射された前記選別対象物からの反射光を受光する受光部と、
前記反射光に基づく前記選別対象物である樹脂の反射又は吸収スペクトルから前記選別対象物の樹脂色が黒色か否かを判定する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
前記反射又は吸収スペクトルのうち、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで二酸化炭素に起因するスペクトル変化を少なくすべく、赤外線検出ユニットの赤外線の光量に対する信号出力の相関関係が、二酸化炭素の影響を受ける波長領域とその前後の波長領域とで異なるように調整して、二酸化炭素の影響が生じる4.22〜4.29μmの領域を含有する、3.48〜4.22μmを下限値とし、かつ、4.29〜4.48μmを上限値とする波長領域のスペクトル強度を樹脂色判定用のスペクトル強度として取得するスペクトル強度取得部と、
前記スペクトル強度取得部で取得した前記樹脂色判定用のスペクトル強度と予め取得した1種類以上の樹脂色のスペクトルデータとの相関情報を求める評価部と、
前記評価部で求められた前記相関情報の中で、予め設定した閾値以上でかつ最も高い相関情報に基づいて、前記選別対象物の樹脂色が黒色か否かを判定する判定部とを有する、樹脂判定装置。 An irradiation unit that irradiates the object to be sorted with infrared light,
A light receiving unit that receives reflected light from the sorting object that has been irradiated with the infrared light from the irradiation unit, and a light receiving unit that receives the reflected light.
An arithmetic processing unit that determines whether or not the resin color of the sorting object is black from the reflection or absorption spectrum of the resin that is the sorting target based on the reflected light.
With
The arithmetic processing unit
In the reflection or absorption spectrum, in order to reduce the spectral change caused by carbon dioxide in the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after it, the correlation of the signal output with the amount of infrared light of the infrared detection unit is determined. , 3.48 to 4.22 μm, which contains a region of 4.22 to 4.29 μm in which the influence of carbon dioxide occurs, adjusted so as to be different between the wavelength region affected by carbon dioxide and the wavelength region before and after the influence of carbon dioxide. And a spectral intensity acquisition unit that acquires the spectral intensity in the wavelength region with 4.29 to 4.48 μm as the upper limit value as the spectral intensity for resin color determination .
An evaluation unit for obtaining correlation information between the spectrum intensity for determining the resin color acquired by the spectrum intensity acquisition unit and spectrum data of one or more types of resin colors acquired in advance, and an evaluation unit.
Among the correlation information obtained by the evaluation unit, it has a determination unit for determining whether or not the resin color of the sorting object is black or not based on the highest correlation information that is equal to or higher than a preset threshold value. Resin judgment device.
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