JP7371812B2 - 静電選別装置及び静電選別方法 - Google Patents

Description

本開示は、静電選別装置及び静電選別方法に関する。

廃棄された家電等からプラスチックをリサイクルするためには、家電等の筐体を破砕処理して得られるプラスチック片を種類別に選別回収する必要がある。プラスチック片には、例えばポリプロピレン樹脂片（以下「ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）片」と称する）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂片（以下「ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）片」と称する）、ポリスチレン樹脂片（以下「ＰＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）片」と称する）が混在している。これらのプラスチック片を種類別に選別回収する一般的な方法は、まず比重選別法により比重の小さいＰＰ片をプラスチック片から選別回収する。次に、静電選別方法によりＡＢＳ片とＰＳ片とを選別回収する。静電選別方法とは、互いに帯電特性が異なる複数種類の材質のプラスチック片を撹拌し、摩擦帯電させたプラスチック片の帯電状態及び静電界から受ける力がプラスチック片の種類により相違することを利用した選別方法である。

静電選別方法では、複数種類のプラスチック片の混合比率によって、回収箱上の各落下位置におけるプラスチック片の落下量を分布にした落下分布が変化する。これは、複数種類のプラスチック片の混合比率により、プラスチック片の帯電状態が変動することに伴い、それぞれのプラスチック片の落下する位置も変化するためである。
プラスチック片の混合比率は、例えばロットの切り替え時等、短時間で変動する。そのため、プラスチック片の回収純度及び回収率を高く維持するためには、リアルタイムで落下分布の変化を観測することが必要である。例えば、特許文献１では静電界とプラスチック片を回収する回収箱の間にロードセル又は光学式センサを設け、落下するプラスチック片を観測し、落下分布を作成する静電選別方法が開示されている。これにより、作成した落下分布の変化に応じて、回収条件を適正化することができる。

特開２０１８－６５１２３号公報

しかしながら、ロードセルはプラスチック片と接触することにより、落下するプラスチック片を観測するため、定期的なメンテナンスが必要である。一方、光学式センサを用いた場合は、プラスチック片のサイズに関わらずプラスチック片への光の通過有無で０ｏｒ１判定する。そのため、落下分布はプラスチック片の重量ではなく個数を落下量として作成される。しかし、一般的にプラスチック片のサイズは不均一であり、その重量も不均一であるため、個数を落下量として分布にした落下分布は精度が不十分である。

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、メンテナンス不要かつ重量に基づく落下分布を作成することができる静電選別装置及び静電選別方法を提供することを目的とするものである。

本開示に係る静電選別装置は、異なる帯電特性を有する複数種類の被選別片を静電界により種類別に選別回収する静電選別装置であって、静電界を間に発生させる左右方向に配置された一対の電極と、一対の電極より下方に設けられ、一対の電極の間を落下する被選別片を回収する複数の回収区画を有する回収箱と、一対の電極と回収箱の底部との間に設けられ、落下する被選別片を撮像する撮像部と、撮像部により撮像された被選別片の画像を二値化し、画像中の被選別片の重量割合を算出し、落下位置に応じた被選別片の重量割合を分布にした落下分布を作成する画像処理部とを備えたものである。

また、本開示に係る静電選別方法は、異なる帯電特性を有する複数種類の被選別片を静電界により種類別に選別回収する静電選別方法であって、撮像された静電界を通過し落下する被選別片の画像を二値化するステップと、画像中の被選別片の重量割合を算出するステップと、落下位置に応じた被選別片の重量割合を分布にした落下分布を作成するステップとを備えたものである。

本開示によれば、撮像された落下する被選別片の画像を二値化し、画像中の被選別片の重量割合を算出することにより、メンテナンス不要かつ被選別片の重量に基づく被選別片の落下分布を作成することができる。

図１は実施の形態１の静電選別装置の概略図である。 図２は実施の形態１の画像処理部における画像処理を示すフローチャートである。 図３は実施の形態１の画像処理部における画像処理のステップＳ２及びステップＳ３を説明する説明図である。 図４は実施の形態１の画像処理部における画像処理のステップＳ４及びステップＳ５を説明する説明図である。 図５は実施の形態１の画像処理部における画像処理のステップＳ６を説明する説明図である。 図６は実施の形態１の画像処理部における画像処理のステップＳ６を説明する説明図である。 図７は実施の形態１の画像処理部における画像処理のステップＳ７を説明する説明図である。 図８は実施の形態１の駆動部の概略図である。 図９は実施の形態１の画像処理部のブロック図である。 図１０は実施の形態２の静電選別装置の概略図である。 図１１は実施の形態２の画像処理部における画像処理を示すフローチャートである。 図１２は実施の形態２の画像処理部における画像処理のステップＳ２１及びステップＳ３１を説明する説明図である。 図１３は実施の形態３の画像処理部における画像処理を示すフローチャートである。 図１４は実施の形態３の画像処理部における画像処理のステップＳ２２及びステップＳ３２を説明する説明図である。 図１５は実施の形態３の画像処理部における画像処理のステップＳ６１を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る静電選別装置１及び静電選別方法について図面を参照して説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。図に示す直交座標系ＸＹＺにおいて、電界発生部４０の一対の電極４１、４２が配置される左右方向をＸ軸、被選別片２を落下させる上下方向をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸とに直交する前後方向がＹ軸である。以下、適宜この座標系を引用して説明する。

実施の形態１．
図１を用いて、実施の形態１における静電選別装置１について説明する。図１は実施の形態１の静電選別装置１の概略図である。静電選別装置１は、選別対象となる複数種類の被選別片２を供給する供給部２０と、供給された被選別片２を帯電させる帯電部３０と、静電界を発生させる電界発生部４０と、静電界を落下する被選別片２を撮像する撮像部６０と、落下位置に応じた被選別片２の重量割合を分布にした落下分布の作成等を行う画像処理部７０と、落下する被選別片２を回収する回収箱５０とを備える。

被選別片２とは、帯電特性が異なる複数種類の材質が混在するものである。被選別片２は、例えばリサイクルされる空調機、冷蔵庫、洗濯機等の家電の筐体を破砕して得られた複数種類の材質が混在するプラスチック片１０である。ここでは、被選別片２は互いに異なる帯電特性を有するＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２の２種類が混在するプラスチック片１０を例に説明する。ＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２は、例えば５ｍｍ角程度の大きさである。図中では、ＡＢＳ片１１を白抜きで示し、ＰＳ片１２を塗りつぶしで示している。

供給部２０は、ホッパー２１及び投入フィーダ２２を有する。ホッパー２１は、乾燥機（図示せず）によって乾燥されたプラスチック片１０が貯蓄されている。ホッパー２１は、単位時間当たり予め定められた量のプラスチック片１０を投入フィーダ２２に供給する。投入フィーダ２２は、ホッパー２１からのプラスチック片１０を帯電部３０に供給する。

帯電部３０は、帯電筒３１及び振動フィーダ３２を有する。帯電筒３１は、回転することによりプラスチック片１０を攪拌する。帯電筒３１内では、回転攪拌によりＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２が互いに摩擦して帯電する。帯電したＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２は、それぞれ摩擦帯電系列に応じた極性及び電荷量を有する。具体的には、ＡＢＳ片１１はプラスに帯電し、ＰＳ片１２はマイナスに帯電する。
帯電されたプラスチック片１０は、振動フィーダ３２に排出される。その際、プラスに帯電したＡＢＳ片１１とマイナスに帯電したＰＳ片１２とは、静電気力によって吸引し合い、ペアリングしている。そこで、振動フィーダ３２により、プラスチック片１０を上下に振動させながら前方に押し出すことで、ＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２のペアリングを解消する。そして、プラスチック片１０を図１のＸ軸方向右側に進行させて振動フィーダ３２の先端から静電界に落下させる。

電界発生部４０は一対の電極４１、４２及び直流電源４３を有する。一対の電極４１、４２の各々は、例えば平板状に形成される。一対の電極４１、４２は、プラスチック片１０の落下する経路を挟むようにして、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。電極４１には接地電圧ＧＮＤが印加される。直流電源４３は、電極４１と電極４２との間に所定の直流電圧を印加し、一対の電極４１、４２の間に静電界を発生させる。
振動フィーダ３２によってペアリングが解消されたプラスチック片１０は、一対の電極４１、４２により発生させた静電界に落下される。その際、プラスチック片１０は極性及び電荷量等の帯電状態に応じた静電気力で一対の電極４１、４２のいずれかに引き寄せられながら落下する。つまり、プラスチック片１０は帯電状態に応じて放物線の軌道を描き、異なる位置に落下する。ここでは、ＡＢＳ片１１はプラスに帯電しているため電極４１側に落下する。一方、ＰＳ片１２はマイナスに帯電しているため電極４２側に落下する。

静電界に落下されたプラスチック片１０は種類別に回収箱５０に回収される。
回収箱５０は、後述する撮像部６０より回収箱５０の底部が下方となる位置に配置される。回収箱５０は、落下するプラスチック片１０を回収する箱である。回収箱５０は、例えば直方体状に形成され、その上部には開口部を備える。回収箱５０の開口部は、例えば長方形状であり、長辺はＸ軸方向である。

回収箱５０内は、少なくとも電極４１側と電極４２側の２つの回収区画５３、５４を有する。これらの回収区画５３、５４は回収箱５０内に移動可能に設けられた仕切り板５１により形成される。仕切り板５１は少なくとも１枚設けられ、ＹＺ平面と平行かつＸ軸方向に移動可能に配置される。例えば、図１は仕切り板５１を電極４１側に、仕切り板５２を電極４２側にそれぞれ設け、電極４１側の回収区画５３と、電極４２側の回収区画５４と、回収区画５３、５４間の回収区画５５とを形成する。
振動フィーダ３２から静電界に落下されたプラスチック片１０は、その帯電状態に応じて上述の回収区画５３、５４、５５のいずれかに回収される。具体的に、プラスに帯電したＡＢＳ片１１は回収区画５３に回収される。マイナスに帯電したＰＳ片１２は回収区画５４に回収される。十分に帯電しなかったプラスチック片１０片は回収区画５５に回収される。回収区画５５に回収されたプラスチック片１０は、供給部２０に戻し、再度選別を行ってもよい。
回収区画５３に回収されたＡＢＳ片１１と、回収区画５４に回収されたＰＳ片１２と、回収区画５５に回収されたプラスチック片１０とは、搬送機（図示せず）によって運ばれ、別々の容器に収容される。

静電選別方法において、投入される複数種類のプラスチック片１０の混合比率はプラスチック片１０の帯電状態と相関があるため、混合比率が変化すると落下分布は影響を受ける。また、プラスチック片１０の混合比率は、例えばロットの切り替え時等、静電選別装置１を運転中にも大きく変動する。そのため、プラスチック片１０の回収純度、回収率を目標値以上に維持するためには、リアルタイムで落下分布の変化を観測すること必要がある。
さらに、一般的にプラスチック片１０のサイズは不均一であり重量も不均一である。そのため、プラスチック片１０の個数を落下量として分布にした落下分布では精度が不十分である。

そこで、撮像部６０により一対の電極４１、４２間を落下して回収箱５０に選別回収されるプラスチック片１０をリアルタイムで撮像し、画像処理部７０によりプラスチック片１０の落下位置及びサイズ情報を取得し、重量割合に基づく落下分布を作成する。

撮像部６０は、振動フィーダ３２から静電界に落下され回収箱５０に回収されるプラスチック片１０を撮像した第１の画像を出力する複数のカメラ６１を有する。複数のカメラ６１はＸ軸方向に配列され、Ｚ軸方向に対して一対の電極４１、４２より下方で回収箱５０の底部より上方に配置される。好ましい複数のカメラ６１の配置位置は、仕切り板５１、５２の上部における落下するプラスチック片１０を撮像できる位置である。この位置に配置することで、後述する画像処理部７０は、仕切り板５１、５２の上部における落下位置に応じたプラスチック片１０の重量割合を算出することが可能となる。これにより、後述の仕切り板５１、５２の位置を移動させ回収条件を適正化する際に、より回収効率を向上させることができる。
図１は、仕切り板５１、５２の上部のＸ軸方向に沿って８台のカメラ６１（Ｃ１～Ｃ８）を直線状に設置した例である。
カメラ６１は、プラスチック片１０の落下を妨げることなく撮像するため、一対の電極４１、４２とＹ軸方向にずらして配置するとよい。これにより、カメラ６１は落下するプラスチック片１０と接触しないため、プラスチック片１０の接触に伴うメンテナンスは不要である。

画像処理部７０は、撮像部６０で撮像した第１の画像について画像処理を行うことにより、落下位置に応じたプラスチック片１０の重量割合を分布化した落下分布を作成し、作成した落下分布の結果に基づき回収条件を適正化する。回収条件の適正化は、例えば適切な仕切り板５１、５２の位置を決定することである。画像処理部７０における画像処理及び回収条件の適正化については後述の静電選別方法で説明する。

次に、静電選別装置１を用いた静電選別方法について説明する。図２は実施の形態１の画像処理部７０における画像処理を示すフローチャートである。まず、撮像部６０は一対の電極４１、４２間を落下するプラスチック片１０を撮像する。画像処理部７０は、撮像部６０により撮像された第１の画像を取得する（Ｓ１）。そして、画像処理部７０は取得した第１の画像を二値化し（Ｓ２）、二値化した第１の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する（Ｓ３）。ステップＳ３までの処理は設置した全てのカメラ６１において同時に行うとよい。次に、画像処理部７０は、ステップＳ３までを予め設定された時間行い、その画像処理結果を蓄積する（Ｓ４）。画像処理部７０は、蓄積した画像処理結果を各カメラ６１で平均化し、各落下位置のプラスチック片１０の重量割合の平均値を求める（Ｓ５）。そして、画像処理部７０は、落下位置に応じたプラスチック片１０の重量割合の平均値についてフィッティングを行い、落下分布を作成する（Ｓ６）。最後に、画像処理部７０は作成した落下分布に基づき適切な回収条件を決定する（Ｓ７）。

上述の画像処理部７０における画像処理のステップＳ１～Ｓ７について詳細に説明する。まず、ステップＳ１では、画像処理部７０は、撮像部６０において振動フィーダ３２から落下され、一対の電極４１、４２の間に発生する静電界を通過して回収箱５０へ回収される複数種類のプラスチック片１０を撮像した第１の画像を取得する。

次に、ステップＳ２及びステップＳ３について図３を用いて説明する。図３は実施の形態１の画像処理部７０における画像処理のステップＳ２及びステップＳ３を説明する説明図である。まず、撮像部６０で撮像した第１の画像は、例えば正方状となるようにトリミングされる。図３（Ａ）は、ステップＳ１で取得した第１の画像をトリミングしたものである。例えば、撮像部６０で撮像した第１の画像の解像度１９２０×１０８０である場合、第１の画像は解像度２００×２００となるようにトリミングされる。図３（Ａ）の四角部分は複数のカメラ６１でそれぞれ撮像した複数の第１の画像を画像処理部７０においてトリミングした画像である。また、四角中の模様は、撮像されたプラスチック片１０であり、白抜きが撮像されたＡＢＳ片１１、塗りつぶしが撮像されたＰＳ片１２である。ここで、図１中のカメラ６１を、Ｘ軸方向の左からＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃ８とすると、図３（Ａ）の画像Ｐ３～Ｐ７はカメラＣ３～Ｃ７でそれぞれ撮像した第１の画像に対応する。トリミングは全ての画像において同じ条件で実施すればよく、正方状に限定されない。

そして、画像処理部７０は、トリミングした第１の画像を二値化し、二値化した第１の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する。具体的には、グレースケールに変換した８ｂｉｔのピクセルに対して（０～２５５で値が大きくなるほど、輝度が大きくなる）、予め閾値を設定する。閾値は、プラスチック片１０のピクセル値と背景のピクセル値との間となる値に設定すればよい。例えば、プラスチック片１０のピクセル値が背景のピクセル値よりも小さくなる傾向にある場合は、ステップＳ２において画像処理部７０は、閾値以下の部分を０（黒）、閾値より大きい部分を２５５（白）に変換する画像処理を全ピクセル中で行う。プラスチック片１０のピクセル値が背景のピクセル値よりも大きくなる傾向にある場合は、画像処理部７０は、閾値以上の部分を０（黒）、閾値より小さい部分を２５５（白）に変換する画像処理を全ピクセル中で行う。これにより、撮像されたプラスチック片１０は０に変換され、背景は２５５に変換される。次に、ステップＳ３では、全ピクセルに対する０に変換された割合を求める。この割合を、プラスチック片１０の重量割合とする。例えば図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の第１の画像Ｐ５について二値化処理を行い、第１の画像Ｐ５中の全ピクセルのうち０に変換された割合であるプラスチック片１０の重量割合を算出した結果である。図３（Ｂ）の塗りつぶしが０に変換されたプラスチック片１０である。この例では、第１の画像Ｐ５の重量割合は３．４％である。他の第１の画像についても同様の画像処理を行う。

ステップＳ４では、画像処理部７０は、ステップＳ３で画像処理したプラスチック片１０の重量割合を、各カメラ６１に対して予め設定した時間分蓄積する。ステップＳ３の画像処理を行う時間間隔及び蓄積する合計時間の長さは任意に設定可能である。図４は実施の形態１の画像処理部７０における画像処理のステップＳ４及びステップＳ５を説明する説明図である。図４は、カメラ６１をC1～C8の８台設け、１ｓごとに二値化処理を行い、画像処理結果を１００ｓ間蓄積した例であり、二値化処理した第１の画像と、第１の画像の上部にはプラスチック片１０の重量割合を示している。

ステップＳ５では、画像処理部７０は、蓄積したプラスチック片１０の重量割合について、各カメラ６１でその平均値を求める。図４の一番下に、各カメラ６１で蓄積したプラスチック片１０の重量割合の平均値を示している。

このように、画像処理部７０は、第１の画像を二値化することにより、撮像されたプラスチック片１０は０に変換されるためプラスチック片１０の個数だけではなくサイズ情報を得ることができる。そして、画像処理部７０は、複数のカメラ６１で撮像された各第１の画像において、それぞれ０に変換された割合を算出する。これにより、各カメラの撮像位置のプラスチック片１０の重量割合を相対的に比較することができる。

次に、ステップＳ６について図５を用いて説明する。図５は実施の形態１の画像処理部７０における画像処理のステップＳ６を説明する説明図である。画像処理部７０は、プラスチック片１０の重量割合に基づく落下分布を作成する。落下分布は、落下位置とステップＳ５で算出した各カメラ６１のプラスチック片１０の重量割合の平均の相対度数をプロットして作成する。ここで落下位置は、カメラ６１を配置したＸ軸方向の位置であり、振動フィーダ３２の端を原点として、電極４１側を負方向、電極４２側を正方向にとる。図５は、横軸を落下位置ｘ、縦軸をステップＳ４で算出したプラスチック片１０の重量割合の平均を相対度数としてプロットした結果を示している。

次に、画像処理部７０は、落下位置ｘとプラスチック片１０の重量割合の平均値の相対度数について、電極４１側と電極４２側で２つのフィッティングカーブを用いてピーク分離を行う。フィッティングカーブはプラスチック片１０の種類数に応じて適宜変更すればよい。ここで、フィッティングカーブには以下のガウス関数を用いる。以下、フィッティングカーブを落下分布と称する。

ここで、μはピーク位置、σは標準偏差（２σでピーク幅）、ｈはピーク高さにそれぞれ対応するパラメータである。図６は実施の形態１の画像処理部７０における画像処理のステップＳ６を説明する説明図である。図６は、図５について電極４１側と電極４２側で２つのフィッティングカーブを当てはめた図であり、実線のフィッティングカーブはＡＢＳ片１１の落下分布７１であり、破線のフィッティングカーブはＰＳ片１２の落下分布７２である。

最後にステップＳ７における回収条件の適正化について説明する。回収条件の適正化の方法は、例えば仕切り板５１、５２の最適な位置を決定する、一対の電極４１、４２に印加する最適な電圧を決定する等である。ここでは、最適な仕切り板５１、５２の位置を決定する方法について詳細に説明する。最適な仕切り板５１、５２の位置とは、回収率Ｒａ、Ｒｂ及び回収純度Ｐａ、Ｐｂの少なくとも一方が最適となることを意味する。

図１に戻り、回収率Ｒａとは、静電選別装置１に供給されたプラスチック片１０のうち、回収区画５３に回収されたプラスチック片１０の割合である。また、回収率Ｒｂは、静電選別装置１に供給されたプラスチック片１０のうち、回収区画５４回収されたプラスチック片１０の割合である。
回収純度Ｐａとは、回収区画５３に回収されたプラスチック片１０のうち、ＡＢＳ片１１の割合である。また、回収純度Ｐｂとは、回収区画５４に回収されたプラスチック片１０のうち、ＰＳ片１２の割合である。

回収率Ｒａ及び回収純度Ｐａを計算する方法について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１の画像処理部７０における画像処理のステップＳ７を説明する説明図である。図７には、振動フィーダ３２、回収区画５３、５４、５５、仕切り板５１、５２、ＡＢＳ片１１の落下分布７１、ＰＳ片１２の落下分布７２を図示している。プラスチック片１０が落下される振動フィーダ３２の端をｘ＝０とし、仕切り板５１、５２はｘ＝ｘ１、ｘ＝ｘ２の位置にそれぞれ配置されているとする。仕切り板５１よりも左側が回収区画５３、仕切り板５２よりも右側の区画が回収区画５４、仕切り板５１、５２の間の区画が回収区画５５である。

ＡＢＳ片１１の落下分布７１及びＰＳ片１２の落下分布７２は、落下位置ｘを変数としたガウス関数によって表され、それぞれｆａ（ｘ）、ｆｂ（ｘ）と表記する。回収区画５３に回収されるＡＢＳ片１１、ＰＳ片１２の重量割合をそれぞれＱａ、Ｑｂとすると、Ｑａ、Ｑｂはそれぞれガウス関数ｆａ（ｘ）、ｆｂ（ｘ）を－∞からｘ１まで積分した値となり、次式（１）、（２）で表される。

ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａは、回収区画５３に回収されるＡＢＳ片１１、ＰＳ片１２のうちのＡＢＳ片１１が占める割合であり、Ｐａ＝Ｑａ／（Ｑａ＋Ｑｂ）となる。また、ＡＢＳ片１１の回収率Ｒａは、静電選別装置１に供給されたＡＢＳ片１１、ＰＳ片１２の全量のうちの回収区画５３に回収されたＡＢＳ片１１の重量の割合であり、次式（３）で表される。

静電選別装置１に供給されたＡＢＳ片１１、ＰＳ片１２の全量、すなわち数式（３）の分母を１とすると、Ｒａ＝Ｑａとなる。ＰＳ片１２の回収純度Ｐｂ及び回収率Ｒｂは、ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａ及び回収率Ｒａと同じ方法で求めることができるため、説明は省略する。

次に、最適な仕切り板５１、５２の位置の決定について説明する。ここでは、仕切り板５１の最適な位置の決定方法について具体的に説明する。仕切り板５１の最適な位置は、ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａ及び回収率Ｒａとの関係により決定される。まず、仕切り板５１の位置をｘ＝ｘ１からｘ＝ｘ１＋Δｘに移動した場合について考える。ここで、Δｘ＞０である。つまり、図７において仕切り板５１の位置を右側に移動させると、回収区画５３におけるＡＢＳ片１１の落下分布７１の面積が大きくなるため、ＡＢＳ片１１の回収率Ｒａが増大する。その一方で、回収区画５３におけるＰＳ片１２の落下分布７２の面積が大きくなるので、ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａが低下する。

反対に、仕切り板５１の位置をｘ＝ｘ１からｘ＝ｘ１－Δｘに移動した場合について考える。つまり、図７において仕切り板５１の位置を左側に移動させると、回収区画５３内におけるＡＢＳ片１１の落下分布７１の面積が小さくなるので、ＡＢＳ片１１の回収率Ｒａが減少する。その一方で、回収区画５３におけるＰＳ片１２の落下分布７２の面積が小さくなるので、ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａが増加する。

上述のとおり、回収率Ｒａと回収純度Ｐａ及び回収率Ｒｂと回収純度Ｐｂの関係はトレードオフであり、回収率Ｒａ、Ｒｂが増加する方向に仕切り板５１、５２を移動させれば回収純度Ｐａ、Ｐｂは低下する。逆に、回収率Ｒａ、Ｒｂが低下する方向に仕切り板５１、５２を移動させれば回収純度Ｐａ、Ｐｂは増加する。本実施の形態では、最適な仕切り板５１、５２の位置は、予め回収純度目標値Ｐａｔ、Ｐｂｔを設定し、回収純度目標値Ｐａｔ、Ｐｂｔ以上の条件下における回収率Ｒａ、Ｒｂが最も大きくなる位置とする。ここで、回収純度目標値Ｐａｔと回収純度目標値Ｐｂｔは、同じ値でもよいし、異なる値でもよい。また、予め回収率目標値Ｒａｔ、Ｒｂｔを設定し、回収率目標値Ｒａｔ、Ｒｂｔ以上になる条件下で、回収率Ｒａ、Ｒｂが最も大きくなる位置を最適な仕切り板５１、５２位置としてもよい。

例えば、回収純度目標値Ｐａｔを９９％に設定した場合、仕切り板５１の位置ｘ１は回収純度目標値Ｐａｔである回収純度Ｐａが９９％以上になる条件下で、最大の回収率Ｒａが得られる位置である。仕切り板５２の位置ｘ２と、ＰＳ片１２の回収純度Ｐｂ及び回収率Ｒｂとの関係は、仕切り板５１の位置ｘ１と、ＡＢＳ片１１の回収純度Ｐａ及び回収率Ｒａとの関係と同じであるため説明は省略する。このようにして、画像処理部７０は最適な仕切り板５１、５２の位置を決定する。

上述の静電選別方法により決定した最適な位置に仕切り板５１、５２を移動させる。仕切り板５１、５２の移動は手動で行ってもよく、例えば駆動部８０を設けて移動させてもよい。駆動部８０を設けて仕切り板５１、５２を移動させる例について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態１の駆動部８０の概略図であり、図１における回収箱５０を上方から見た図である。駆動部８０は、レール８１、８２、スライダ８３、８４、ボールねじ８５、８６、及びモータ８７、８８を備える。

レール８１、８２は、Ｘ軸方向に予め定められた間隔を開けて互いに平行に配置される。上方から見て、回収箱５０はレール８１、８２の間に配置される。

スライダ８３、８４の各々は、回収箱５０の側壁に形成された帯状の孔を貫通してレール８１、８２を跨ぐように配置され、摺動部材（図示せず）を介してレール８１、８２に結合されている。スライダ８３、８４の各々は、レール８１、８２に沿ってＸ軸方向に移動可能に設けられるとともに、ストッパ（図示せず）によってＹ軸方向及びＺ軸方向への移動が制限されている。仕切り板５１は、ＹＺ平面と平行に配置され、スライダ８３の上に固定される。仕切り板５２は、ＹＺ平面と平行に配置され、スライダ８４の上に固定される。

スライダ８３の奥側端部、図８における上側端部には、Ｘ軸方向に延在するネジ孔が貫通しており、そのネジ孔にボールねじ８５が螺合されている。ボールねじ８５の一方端には、モータ８７が結合されている。モータ８７は、画像処理部７０により決定した位置ｘ１に仕切り板５１が位置するように、ボールねじ８５を回転させる。
また、スライダ８４の手前側端部、図８における下側端部には、Ｘ軸方向に延在するネジ孔が貫通しており、そのネジ孔にボールねじ８６が螺合されている。ボールねじ８６の一方端には、モータ８８が結合されている。モータ８８は、画像処理部７０により決定した位置ｘ２に仕切り板５２が位置するように、ボールねじ８６を回転させる。

図９は、実施の形態１の画像処理部７０のブロック図である。画像処理部７０は、処理回路７３によって実現し得る。処理回路７３は、少なくとも１つのプロセッサ７４と、少なくとも１つのメモリ７５とを備える。処理回路７３は、プロセッサ７４及びメモリ７５とともに、あるいはそれらの代用として、少なくとも１つの専用のハードウェア７６を備えてもよい。

処理回路７３がプロセッサ７４及びメモリ７５を備える場合、画像処理部７０は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。そのプログラムはメモリ７５に格納される。プロセッサ７４は、メモリ７５に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、画像処理部７０の画像処理を実現する。

プロセッサ７４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）とも言われる。メモリ７５は、たとえば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ等により構成される。

処理回路７３が専用のハードウェア７６を備える場合、処理回路７３は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらの組み合わせによって実現される。

このように、本実施の形態における静電選別装置１は、落下するプラスチック片１０を撮像する撮像部６０を備える。撮像部６０は、例えばロードセルのようにプラスチック片１０と接触することなく落下するプラスチック片１０を観測できるため、プラスチック片１０の接触に伴うメンテナンスは不要である。また、画像処理部７０は撮像部６０によりプラスチック片１０が撮像された第１の画像を二値化し、第１の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する。これにより、メンテナンス不要かつ重量情報に基づくプラスチック片１０の落下分布を作成することができる。

また、本実施の形態における静電選別装置１は、落下するプラスチック片１０を観測する手段として、ロードセル及び光学式センサよりも観測範囲が広い撮像部６０を用いる。例えばロードセル又は光学式センサを用いた場合、観測範囲が限定的であるため統計的なばらつきを低減するにはステップＳ３の画像処理結果を蓄積する時間を本発明よりも長く設定する必要がある。仮に、ロードセル又は光学式センサを隙間なく配置することができれば撮像部６０のように観測範囲を広げることができる。しかし、ロードセル及び光学式センサのサイズやコストを考慮すると現実的ではない。特にロードセルを用いた場合は、ロードセルは落下するプラスチック片１０と接触する位置に設けられるため、プラスチック片１０の落下を阻害しない個数に制限される。そのため、撮像部６０により落下するプラスチック片１０を撮像した第１の画像を用いることにより、短時間かつ高精度な落下分布を作成することができる。

また、プラスチック片１０が落下する範囲がＹ軸方向に広い場合、撮像部６０の近くに落下するプラスチック片１０ほど大きく写るため、１枚の画像中に撮像された複数のプラスチック片１０のサイズ情報を正確に得ることは難しい。そこで、撮像部６０は複数のカメラ６１をＸ軸方向に配列させ、各カメラ６１で撮像した複数の第１の画像に対して上述の同じ画像処理を実施する。これにより、複数の第１の画像における相対的なサイズ情報、つまり各第１の画像中のプラスチック片１０が占める割合を相対的に比較可能であり、重量割合に基づく落下分布を作成することができる。
より正確にサイズ情報を得たい場合は、Y軸方向にカメラ６１をさらに設置してもよい。これにより、落下するプラスチック片１０を立体的に観測することができる。

なお、プラスチック片１０がそれぞれＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２である例について説明したが、これに限るものではない。プラスチック片１０は、互いに帯電特性の異なる２種類以上の被選別片２を任意に選別することができる。プラスチック片１０の種類としては、ＡＢＳ片１１及びＰＳ片１２の他に、例えばＰＰ、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）がある。

また、複数種類のプラスチック片１０を選別する場合について説明したが、これに限るものではなく、互いに帯電特性が異なる複数種類の被選別片２を選別することができる。被選別片２は、帯電するものであれば、プラスチック以外の材料で構成されていても構わない。

また、２種類の被選別片２を選別する例を示したが、３種類以上の被選別片２を選別しても構わない。この場合、回収箱５０は選別回収したい種類の数の回収区画５３を有するように仕切り板５１を設けるとよい。

実施の形態２．
実施の形態２における静電選別装置１について図１０を用いて説明する。図１０は実施の形態２の静電選別装置１の概略図である。実施の形態２における静電選別装置１は、撮像部６０と対向する位置に設けられた光源部９０を備えることを特徴とする。その他の静電選別装置１の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の構成については、同一符号が付されている。

光源部９０は撮像部６０のカメラ６１に対してＹ軸方向に対向する位置に配置され、プラスチック片１０は撮像部６０と光源部９０との間を落下する。光源部９０は、落下するプラスチック片１０を逆光により影として撮像するための光源であり、例えば液晶パネル、ＬＥＤパネルである。
光源の色は、落下するプラスチック片１０を影として撮像できれば限定されず、例えば白である。光源部９０は１つでもよく、複数配置してもよい。図１０は８台のカメラ６１に対向する位置に１枚の液晶パネルを設け、カメラ６１の撮像範囲をそれぞれ照らしている。また、８台のカメラ６１に対向する位置にそれぞれ光源部９０を配置してもよい。また、カメラ６１をＹＺ平面にさらに配置した場合は、カメラ６１に対してＸ軸方向に対向するＹＺ平面に光源部９０をさらに設けるとよい。

次に、静電選別方法について説明する。図１１は実施の形態２の画像処理部７０における画像処理を示すフローチャートである。実施の形態１の画像処理部７０は、プラスチック片１０が撮像された画像を用いて画像処理を実施したが、実施の形態２の画像処理部７０は、プラスチック片１０の影が撮像された第２の画像を用いて画像処理を実施する点が異なる。

まず、撮像部６０は一対の電極４１、４２間を落下するプラスチック片１０を撮像し第２の画像を出力する。その際、プラスチック片１０は撮像部６０と光源部９０の間を落下する。そのため、第２の画像にはプラスチック片１０が影として写っている。

ステップＳ１１では、画像処理部７０は落下するプラスチック片１０が撮像された第２の画像を取得する。

ステップＳ２１は、実施の形態１と同様にステップＳ１１で取得した第２の画像をトリミングし二値化する。具体的には、グレースケールに変換した８ｂｉｔのピクセルに対して、予め閾値を設定する。閾値は、第２の画像中のプラスチック片１０の影は背景よりも輝度が小さくなるため、プラスチック片１０の影のピクセル値と背景のピクセル値との間となる値に設定すればよい。ステップＳ２１では、画像処理部７０は、閾値以下の部分を０（黒）、閾値より大きい部分を２５５（白）に変換する画像処理を全ピクセル中で行う。これにより、撮像されたプラスチック片１０の影は０に変換され、背景は２５５に変換される。ステップＳ３１では、画像処理部７０は二値化処理した第２の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する。図１２は実施の形態２の画像処理のステップＳ２１及びステップＳ３１を説明する説明図である。図１２（Ａ）はトリミングした第２の画像の一例である。第２の画像中にはプラスチック片１０が影として写っている。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）を二値化処理した第２の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出した結果である。塗りつぶしが０に変換されたプラスチック片１０の影である。本実施の形態でのプラスチック片１０の重量割合とは、トリミングされた第２の画像中のプラスチック片１０の影の割合である。具体的な画像処理の方法は、実施の形態１のステップS２及びステップS３と同様である。
また、ステップＳ４以降は実施の形態１と同様である。

実施の形態１と同様に本実施の形態における静電選別装置１は、落下するプラスチック片１０を撮像する撮像部６０と、撮像部６０によりプラスチック片１０が撮像された第２の画像を二値化し、第２の画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する画像処理部７０とを備える。これにより、メンテナンス不要かつ重量情報に基づくプラスチック片１０の落下分布を作成することができる。

また、複数種類が混在したプラスチック片１０は同一の色ではなく、様々な色を有する。そのため、例えば背景色と似た色のプラスチック片１０は背景と同化し明瞭に撮像できない可能性があり、色の違いにより画像処理部７０におけるプラスチック片１０の重量割合を算出する精度が異なってしまう可能性がある。この課題に対し、本実施の形態は、撮像部６０に対向する位置に設けられた光源部９０により、プラスチック片１０を影として撮像する。これにより、プラスチック片１０の色の違いに関わらず、プラスチック片１０のサイズ情報を明瞭に撮像することができる。そのため、重量情報に基づくプラスチック片１０の落下分布をより高精度に作成することができる。

実施の形態３．
実施の形態３における静電選別方法について説明する。図１３は実施の形態３の画像処理部７０における画像処理を示すフローチャートである。実施の形態１及び実施の形態２では撮像部６０は複数のカメラ６１を備えるが、本実施の形態の撮像部６０は１つのカメラ６１でもよい。その他の静電選別装置１の構成は実施の形態１又は実施の形態２と同様である。実施の形態１及び実施の形態２と同様の構成については、同一符号が付されている。

本実施の形態の静電選別方法は、画像をＮ分割（Ｎは２以上の自然数）し、分割画像ごとにプラスチック片１０の重量割合を求めることを特徴とする。
ステップＳ２２において、画像処理部７０はトリミングした画像を二値化処理する前に、画像をＮ分割（Ｎは２以上の自然数）する。その際、分割する画像の横幅は等しくなるように設定する。ここで、分割した画像を分割画像と称する。図１４は実施の形態３の画像処理部７０における画像処理のステップＳ２２及びステップＳ３２を説明する説明図である。図１４（Ａ）はトリミング後の画像でありプラスチック片１０が画像中に写っている。図１４（Ｂ）はＮ＝３に設定して画像を分割した例である。次に、ステップＳ３２において、図１４（Ｃ）のように二値化処理を行い、分割画像ごとにプラスチック片１０の重量割合を求める。塗りつぶしが０に変換されたプラスチック片１０である。

ステップＳ６１の落下位置は各分割画像の中心位置とし、落下位置とプラスチック片１０の重量割合の関係を求める。図１４（Ｃ）の下部に各分割画像の重量割合を示している。これにより、１台のカメラ６１に対して、Ｎ個の分割画像を設定することができるため、落下分布の予測精度を向上させることができる。つまり、実施の形態１及び実施の形態２ではｎ台のカメラ６１に対してｎのプラスチック片１０の重量割合をもとに落下分布を作成するのに対し、本実施の形態ではｎ台のカメラ６１に対してｎ×Ｎ（分割画像数）のプラスチック片１０の重量割合をもとに落下分布を作成することが可能となる。図１５は実施の形態３の画像処理部７０における画像処理のステップＳ６１を説明する説明図であり、（Ａ）実施の形態１又は実施の形態２における落下分布と、（Ｂ）本実施の形態における落下分布を比較した図である。カメラ６１の数ｎはどちらも５で、分割画像数Ｎは３に設定した例である。図１５（Ｂ）の方がプロットを３倍多くとれるため、落下位置に対する分解能が高くなり、実際に近い落下分布を作成することが可能となる。

実施の形態１と同様に本実施の形態における静電選別装置１は、落下するプラスチック片１０を撮像する撮像部６０と、撮像部６０によりプラスチック片１０が撮像された画像を二値化し、画像中のプラスチック片１０の重量割合を算出する画像処理部７０とを備える。これにより、メンテナンス不要かつ重量情報に基づくプラスチック片１０の落下分布を作成することができる。

また、画像処理部７０は撮像部６０により撮像された画像を複数に分割し二値化を行うことにより、多くの落下位置に対するプラスチック片１０の重量割合を算出することができる。これにより、重量情報に基づくプラスチック片１０の落下分布をより高精度に作成することができる。

また、画像処理部７０は撮像部６０により撮像された画像を複数に分割し二値化を行うため、撮像部６０は１台のカメラ６１でもよい。１台のカメラ６１で撮像した１枚の画像を複数に分割することにより、各分割画像の中心位置と各分割画像のプラスチック片１０の重量割合の相対度数をプロットすることにより落下分布を作成可能である。

なお、トリミングした画像を分割してから二値化する例について説明したが、二値化した後に画像を分割してもよい。

また、上述の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。また、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 静電選別装置、２ 被選別片、１０ プラスチック片、１１ ＡＢＳ片、１２ ＰＳ片、２０ 供給部、２１ ホッパー、２２ 投入フィーダ、３０ 帯電部、３１ 帯電筒、３２ 振動フィーダ、４０ 電界発生部、４１、４２ 電極、４３ 直流電源、５０ 回収箱、５１、５２ 仕切り板、５３、５４、５５ 回収区画、６０ 撮像部、６１ カメラ、７０ 画像処理部、７１ ＡＢＳ片の落下分布、７２ ＰＳ片の落下分布、７３ 処理回路、７４ プロセッサ、７５ メモリ、７６ ハードウェア、８０ 駆動部、８１、８２ レール、８３、８４ スライダ、８５、８６ ボールねじ、８７、８８ モータ
９０ 光源部

Claims (8)

1. 異なる帯電特性を有する複数種類の被選別片を静電界により種類別に選別回収する静電選別装置であって、
   前記静電界を間に発生させる左右方向に配置された一対の電極と、
   前記一対の電極より下方に設けられ、前記一対の電極の間を落下する前記被選別片を回収する複数の回収区画を有する回収箱と、
   前記一対の電極と前記回収箱の底部との間に設けられ、落下する前記被選別片を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記被選別片の画像を二値化し、前記画像中の前記被選別片の重量割合を算出し、落下位置に応じた前記被選別片の前記重量割合を分布にした落下分布を作成する画像処理部と、
   を備える静電選別装置。
2. 前記回収箱内に移動可能に設けられ、前記回収箱を少なくとも一方の前記電極側の回収区画と他方の前記電極側の回収区画とを有する前記複数の回収区画に仕切る仕切り板を備え、
   前記画像処理部は前記落下分布から少なくとも予め設定された前記被選別片の回収率及び予め設定された前記被選別片の回収純度のいずれかを満たすように、前記仕切り板の位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の静電選別装置。
3. 前記撮像部は前記仕切り板の上部を落下する前記被選別片を撮像する請求項２に記載の静電選別装置。
4. 前記撮像部と対向する位置に設けられた光源部を備え、
   前記被選別片は前記撮像部と前記光源部との間を落下することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の静電選別装置。
5. 前記撮像部は複数のカメラを有し、
   前記複数のカメラは前記左右方向又は、前後方向にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の静電選別装置。
6. 前記画像処理部は、前記画像中の前記被選別片の前記重量割合を算出した結果を予め設定された時間蓄積し、蓄積した前記被選別片の前記重量割合の平均値を用いて前記落下分布を作成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の静電選別装置。
7. 前記画像処理部は、前記撮像部により撮像された前記画像を複数に分割し前記二値化を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の静電選別装置。
8. 異なる帯電特性を有する複数種類の被選別片を静電界により種類別に選別回収する静電選別方法であって、
   撮像された前記静電界を通過し落下する前記被選別片の画像を二値化するステップと、
   前記画像中の前記被選別片の重量割合を算出するステップと、
   落下位置に応じた前記被選別片の前記重量割合を分布にした落下分布を作成するステップと、
   を備える静電選別方法。

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