KR20130019818A - 가시광 대역 플라스틱 판별 장치 및 이를 이용한 플라스틱 분류 시스템 - Google Patents

가시광 대역 플라스틱 판별 장치 및 이를 이용한 플라스틱 분류 시스템 Download PDF

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Abstract

플라스틱 분류 시스템에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 대역 플라스틱 판별 장치는, 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 광 수신부; 및 상기 수신된 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 플라스틱 판별부를 포함함으로써, 장비를 초소형화하고 처리속도를 개선함은 물론 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

가시광 대역 플라스틱 판별 장치 및 이를 이용한 플라스틱 분류 시스템{Apparatus for color discrimination in visible light band and plastic classification system using thereof}
본 발명은 플라스틱 분류 시스템 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가시광 파장 대역의 플라스틱 반사광을 이용하여 플라스틱의 색상 및 재질을 판별함으로써 장비를 초소형화하고 처리속도를 개선함은 물론 제조 원가를 절감할 수 있는 플라스틱 판별 장치 및 이를 이용한 플라스틱 분류 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 분류(classification) 내지 선별(separation) 시스템이란, 플라스틱 소재의 물품들을 크기, 재질 등 다양한 종류별로 분리하여 수집하는 시스템을 말한다.
최근, 플라스틱의 원료가 되는 석유 자원 매장량이 급격하게 감소하고 폐 플라스틱 제품들에 의한 환경오염이 심각한 수준에 이르고 있음에 따라, 플라스틱 재활용 기술에 대한 관심과 연구·개발이 급격히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 플라스틱 재활용 기술 분야에 있어서 플라스틱 분류 기술은 플라스틱 재활용 시스템 구현 시 가장 선행되어 적용되어야 하는 중요한 요소 기술 중의 하나이다. 그러나, 실제 국내에서 주로 사용되고 있는 플라스틱 분류 시스템은 아직까지 단순한 컨베이어 벨트(conveyor belt) 상에서 수작업으로 플라스틱을 분류해 내는 수준에 머물고 있는 실정이다.
이러한 플라스틱 분류 시스템을 자동화하기 위한 기존의 기술로는, 일본공개특허 제1997-897689호, 제1997-220532호 등에 개시된 바와 같이 근적외분광분석법(Near-Infrared Reflectance Spectroscopy, NIRS)을 이용하는 방식이 있다. 이러한 근적외분광분석법은 적외선 광원을 플라스틱 시료에 조사하고 시료를 투과한 적외선이 슬릿(slit)을 통과하여 광학적 유리를 사용한 그레이팅(grating) 과정을 거치면 최종적으로 감지기(detector)를 통해 광신호를 검출하여 플라스틱 재질을 분석하는 방식이다. 그러나, 이러한 방식은 플라스틱 시료에 대한 별도의 전처리 과정이 필요하며 처리속도가 느리다는 문제점이 있다. 특히, 근적외선은 그 스펙트럼 분석이 어려워 현재 플라스틱 재질만을 판별하는데 사용되기 때문에, 플라스틱을 색상별로 분류하기 위해서는 별도의 플라스틱 색상 판별 장치를 필요로 하는 문제점이 있다.
한편, 플라스틱 색상을 분별하는 기존의 기술로는, 한국공개특허 제2010-93905호 등에 개시된 바와 같이 CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등을 통해 플라스틱 영상을 촬상하여 영상 처리 기술을 적용하는 방식이 있다. 그러나, 이러한 방식은 장비가 고가이며 시스템 구성을 복잡하게 하는 문제점이 있다. 또한, 다단계의 영상 처리 과정을 거치므로 처리속도가 느리고, 카메라 상태, 노이즈 등 다양한 외부 요인에 취약하다는 문제점이 있다.
따라서, 자동화 공정을 이용하여 플라스틱을 분류하는 시스템에 있어서, 낮은 비용과 단순한 구조로 구현이 가능하고 빠른 처리속도로 플라스틱 색상을 판별함은 물론, 플라스틱 색상 및 재질을 함께 판별할 수 있는 기술이 절실히 요청되고 있는 실정이다.
본 발명은, 카메라 등 영상 처리 장치에 의하지 아니하고 플라스틱의 색상을 판별함으로써, 플라스틱 자동화 분류 시스템의 처리속도를 개선하고 설비 원가를 절감하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 별도의 플라스틱 재질 판별 장치를 사용하지 아니하고 플라스틱 색상 및 재질을 함께 판별함으로써, 시스템 구조를 단순화하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 미리 저장된 플라스틱 색상 및 재질에 따른 스펙트럼 패턴 정보를 이용하여 특정 색상 또는 재질을 지닌 플라스틱을 분류하도록 함으로써, 시스템 처리속도를 더욱 개선하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 플라스틱 색상 또는 재질 판별 시 단순화된 스펙트럼 패턴을 사용하도록 함으로써, 장비를 초소형화 및 초경량화하고 제조 원가를 더욱 절감하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 대역 플라스틱 판별 장치는, 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 광 수신부; 및 상기 수신된 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 플라스틱 판별부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 판별 장치는, 가시광 파장 대역 중 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사하는 광원부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 광원부는, 상기 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 광원을 이용하여 상기 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 판별부는, 상기 서로 다른 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및 상기 수신된 반사광이 상기 서로 다른 파장 대역에서 나타내는 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 판별 장치는, 상기 플라스틱에 백색광을 조사하는 광원부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 플라스틱 판별부는, 상기 수신된 반사광의 스펙트럼을 생성하여 가시광 파장 대역에서의 광량을 측정하는 스펙트로미터부; 가시광 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및 상기 스펙트로미터부에 의해 측정된 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 분류 시스템은, 플라스틱을 소정 방향으로 이송하는 플라스틱 이송부; 상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 플라스틱에 광을 조사하고, 상기 플라스틱에 의해 반사되는 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플리스틱의 재질 및 색상을 판별하는 플라스틱 판별 장치; 및 상기 플라스틱 판별 장치에 의해 판별된 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상이 소정 분리 대상에 해당하는 경우, 상기 플라스틱을 상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 타 플라스틱과 분리하는 플라스틱 분리부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 플라스틱 판별 장치는, 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 LED 광원을 이용하여 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사하는 광원부; 상기 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 광 수신부; 상기 서로 다른 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및 상기 서로 다른 파장 대역에서 상기 수신된 반사광이 나타내는 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 수신부는, 상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 복수의 플라스틱으로부터 각각 반사광을 수신하는 복수의 광 프로브(optical probe)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 플라스틱 판별 장치는, 상기 복수의 광 프로브를 통해 수신되는 복수의 반사광을 상기 패턴 인식부로 전달하는 광 멀티플렉서부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 분리부는, 각각 고압의 유체를 토출하여 상기 분리 대상에 해당하는 플라스틱을 분리하는 복수의 노즐(nozzle)을 지닌 이젝터(ejector)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고가의 영상 처리 장치를 사용하지 않고 가시광 파장 대역의 반사광을 이용하여 플라스틱의 색상을 판별함으로써, 플라스틱 자동화 분류 시스템의 처리속도를 개선하고 설비 원가를 절감할 수 있다.
또한, 근적외선 장치 등 별도의 플라스틱 재질 판별 장치를 사용하지 아니하고 플라스틱 색상 및 재질을 함께 판별함으로써, 시스템 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 플라스틱에 의해 반사된 반사광이 나타내는 스펙트럼 패턴과 미리 저장된 플라스틱 색상 및 재질에 따른 스펙트럼 패턴을 매칭하는 간단한 연산을 통해 특정 색상 및 재질을 지닌 플라스틱을 분류하도록 함으로써, 시스템 처리속도를 더욱 개선할 수 있다.
나아가, 스펙트로미터 등 분광 장치를 사용하지 아니하고 단순화된 스펙트럼 패턴을 이용하여 플라스틱의 색상 또는 재질을 판별할 수 있도록 함으로써, 장비를 초소형화 및 초경량화할 수 있으며 제조 원가를 더욱 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 분류 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 판별 장치를 나타낸 블록도.
도 3 내지 도 6은 가시광 파장 대역에서의 PET 색상별 흡광도 패턴을 나타낸 그래프.
도 7 내지 도 10은 가시광 파장 대역에서의 PS 색상별 흡광도 패턴을 나타낸 그래프.
도 11은 램프 광원 사용하여 PET 색상별로 측정된 3개 파장 대역의 흡광도 패턴을 나타낸 그래프.
도 12는 3개 파장 대역에서 각각 광량 피크값을 나타내는 3개의 LED 광원을 사용하여 PET 색상별로 측정된 3개 파장 대역의 흡광도 패턴을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 분류 시스템이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 분류 시스템(100)은 플라스틱 이송부(110, 112, 114), 플라스틱 판별 장치(130) 및 플라스틱 분리부(140)를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114)는, PET(Polyethylene Terephtalate), PS(Polystylene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer) 등 다양한 재질과 색상을 지닌 플라스틱 시료 내지 물체들(120)을 소정 방향으로 이송하여 특정 재질 및 색상을 지닌 플라스틱들로 분류되도록 한다. 도 1에는 상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114)가 컨베이어 벨트(conveyor belt)로 도시되어 있으나, 설계자, 제조자 등의 의도 내지 목적에 따라 스크루(screw)의 회전운동에 의해 플라스틱을 축 방향으로 이송하는 스크루 컨베이어(screw conveyor)나 플라스틱을 수집하는 호퍼(hopper) 등을 사용하는 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 플라스틱 판별 장치(130)는, 상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114)의 제1 이송부(110)에 의해 이송되는 플라스틱에 광을 조사하고, 상기 플라스틱에 의해 반사되는 반사광이 가시광(visible light) 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플리스틱의 재질 및 색상을 판별한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 판별 장치가 블록도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라스틱 판별 장치(130)는 광원부(132), 광 수신부(134) 및 플라스틱 판별부(136)를 포함할 수 있다.
상기 광원부(132)는, 상기 제1 이송부(110)에 의해 이송되는 플라스틱에 광을 조사한다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 광원부(132)는 할로겐 램프(halogen lamp) 등을 이용하여 플라스틱에 백색광(white light)을 조사할 수 있다. 이 경우, 상기 플라스틱 판별부(136)는 분광계(spectrometer) 등의 분광 장치를 이용하여 가시광 파장 대역에서 반사광 스펙트럼의 광량을 측정하고, 이렇게 측정된 광량의 패턴(pattern)을 반복적 실험을 통해 미리 획득된 플라스틱 색상별 광량 패턴 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴과 비교함으로써 플라스틱의 색상 및 재질을 판별할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라스틱 판별 장치(130)는, 가시광 파장 대역 전체에서 나타나는 광량 패턴이 아닌, 플라스틱 색상별 특징이나 플라스틱 재질에 따른 색상별 특징만 구별될 수 있는 정도의 단순화된 광량 패턴을 이용하여 플라스틱의 색상 및 재질을 판별하도록 구성될 수 있다. 즉, 가시광 파장 대역 전체가 아닌 플라스틱 색상 내지 재질에 따른 특징을 나타낼 수 있는 몇몇 파장 대역에서만 플라스틱 반사광의 광량을 측정하고, 이렇게 측정된 광량 값들만으로 형성되는 광량 패턴을 이용하여 플라스틱의 색상 및 재질을 판별하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 광원부(132)는 가시광 파장 대역 중 플라스틱 색상 내지 재질에 따른 특징을 나타낼 수 있는 서로 다른 파장 대역에서 각각 광량 피크값을 나타내는 복수의 광을 플라스틱에 조사한다. 예컨대, 상기 광원부(132)는, 상기 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 광원를 이용하여 복수의 광을 플라스틱에 조사할 수 있다.
그 다음, 상기 광 수신부(134)는, 광이 조사된 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신한다. 이 경우, 상기 광 수신부(134)는 광 프로브(optical probe)를 이용하여 플라스틱으로부터 반사광을 수신할 수 있다. 또한, 상기 광 수신부(134)는, 상기 제1 이송부(110)에 의해 복수의 플라스틱이 동시에 이송되는 경우 복수의 광 프로브를 이용하여 각각의 플라스틱으로부터 반사되는 반사광을 동시에 수신할 수 있다. 즉, 도 1과 같이, 상기 광 수신부(134)는 컨베이어 벨트의 폭을 소정 범위로 분할하여 각각의 범위를 통과하는 플라스틱으로부터 반사광을 수신하는 복수의 광 프로브로 이루어진 광 프로브 어레이(optical probe array)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 광 수신부(134)는, 광 도파로(optical waveguide) 내지 광 섬유(optical fiber) 등을 이용하여 상기 수신된 반사광을 상기 플라스틱 판별부(136)로 전달할 수 있다.
상기 플라스틱 판별부(136)는, 상기 수신된 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 플라스틱의 색상 또는 플라스틱의 재질 및 색상을 판별한다. 이를 위해, 상기 플라스틱 판별부(136)는 패턴 인식부(220) 및 플라스틱 정보 저장부(230)를 포함할 수 있다.
우선, 상기 플라스틱 정보 저장부(230)는, 가시광 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 데이터베이스화하여 저장하고 있다. 이 경우, 상기 플라스틱 정보 저장부(230)는 가시광 파장 대역 전체에 대한 광량 패턴 정보를 저장할 수 있다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이 플라스틱 색상별 특징 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 특징만 구별할 수 있는 정도의 단순화된 광량 패턴을 이용하는 경우, 전체 가시광 파장 대역 중 플라스틱 색상 내지 재질에 따른 특징을 나타낼 수 있는 서로 다른 파장 대역들에서의 광량 값들만으로 형성되는 광량 패턴에 관한 정보를 저장할 수 있다.
상기 패턴 인식부(220)는, 상기 수신된 반사광이 상기 서로 다른 파장 대역에서 나타내는 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부(230)에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 반사광을 생성한 플라스틱의 색상 또는 상기 반사광을 생성한 플라스틱의 재질 및 색상을 판별한다. 이와 같이, 카메라 등 영상 처리 장치를 사용하지 않고 가시광 파장 대역의 반사광을 이용하여 플라스틱의 색상을 판별함으로써, 플라스틱 자동화 분류 시스템의 처리속도를 개선하고 설비 원가를 절감할 수 있게 된다. 또한, 근적외선 장치 등 별도의 플라스틱 재질 판별 장치를 사용하지 아니하고 플라스틱 색상 및 재질을 함께 판별함으로써, 시스템 구조를 단순화할 수 있게 된다. 특히, 상기 패턴 인식부(220)는, 특정 파장 대역들에서의 광량 값만 감지하면 되므로 분광계 등 상대적으로 부피가 크고 고가인 분광 장치를 사용할 필요가 없으며, 단순한 검출기(detector)만을 이용하여 플라스틱의 색상 및 재질을 판별할 수 있게 된다. 그 결과, 플라스틱 판별 장치의 휴대가 가능할 정도로 초소형화 및 초경량화를 달성할 수 있게 된다.
한편, 일 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 판별 장치(130)는 할로겐 램프 등에 의한 백색광을 이용하여 플라스틱 색상 및 재질을 판별할 수도 있다. 이 경우, 상기 플라스틱 판별부(136)는 스펙트로미터부(210), 패턴 인식부(220) 및 플라스틱 정보 저장부(230)를 포함할 수 있다. 상기 스펙트로미터부(210)는 분광계(spectrometer)나 분광광도계(spectrophotometer) 등 분광 장치를 이용하여 상기 광 수신부(134)에 의해 수신된 반사광의 스펙트럼을 생성하여 가시광 파장 대역에서의 광량을 측정한다. 그리고, 상기 패턴 인식부(220)는, 상기 스펙트로미터부(210)에 의해 측정된 광량의 패턴(pattern)을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부(230)에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 반사광을 생성한 플라스틱의 색상을 판단하거나, 재질 및 색상을 함께 판별한다.
도 3 내지 도 6에는 가시광 파장 대역에서의 PET(Polyethylene Terephtalate) 색상별 흡광도 패턴이 그래프로 도시되어 있다. 도 3 내지 도 6의 PET 색상별 흡광도 그래프와 아래의 도 7 내지 도 10의 PS 색상별 흡광도 그래프는 상기 제1 이송부(110)에 플라스틱이 존재하지 않는 상태를 기준으로 산출된 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 녹색 계열의 PET의 경우 680 nm 파장대에서 기울기가 급격한 피크치가 나타나는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 청색 계열의 PET의 경우 570 nm와 620 nm 사이의 파장대에서 기울기가 완만한 피크치가 나타나며 680 nm 파장대에서 다시 소폭 증가하는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 적색 계열 PET의 경우 510 nm와 530 nm 사이의 파장대에서 기울기가 비교적 완만한 피크치가 나타나는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 황색 계열 PET의 경우 460 nm 파장대에서 기울기 급격한 피크치가 나타나며 파장이 증가할수록 완만히 감소하는 패턴을 지니고 있다.
도 7 내지 도 10에는 가시광 파장 대역에서의 PS(Polystylene) 색상별 흡광도 패턴이 그래프로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 녹색 계열의 PS의 경우 PET와는 달리 420 nm 파장대와 640 nm 파장대 양쪽에서 피크치가 나타나는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 청색 계열의 PS의 경우 PET와는 달리 620 nm와 650 nm 사이의 파장대에서 피크치가 나타나며 다시 증가하는 구간이 없는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 적색 계열 PS의 경우 530 nm와 550 nm 사이의 파장대에서 PET보다 큰 값을 지닌 피크치가 나타나는 패턴을 지니고 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 황색 계열 PS의 경우 PET와 달리 420 nm 파장대에서 기울기 급격한 피크치가 나타나며 560 nm 이상에서는 일정한 값을 유지하는 패턴을 지니고 있다. 이와 같이, 플라스틱의 반사광은 가시광 파장 대역에서 플라스틱의 색상 또는 재질에 따라 일정한 광량 패턴을 나타냄을 알 수 있다. 도 3 내지 도 10에는 PET 및 PS를 일례로 도시하였지만 이러한 원리는 PE, PP, PVC, ABS 등 다른 종류의 플라스틱에도 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 상기 플라스틱 정보 저장부(230)는, 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 미리 데이터베이스화하여 저장할 수 있다. 이 경우, 상기 광량 패턴 정보에는 피크값이 나타나는 파장 대역 정보, 기울기 정보, 파장 대역별 흡광도 또는 투광도 측정값 정보 등이 포함될 수 있다. 그리고, 상기 패턴 인식부(220)는, 플라스틱에 의해 반사된 반사광이 나타내는 광량 패턴 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부(230)에 미리 저장된 광량 패턴 정보를 매칭하는 간단한 연산을 통해 특정 색상 및 재질을 지닌 플라스틱을 분류하도록 함으로써, 시스템 처리속도를 더욱 개선할 수 있게 된다.
한편, 상기 플라스틱 판별부(136)는, 상기 광 수신부(134)가 복수의 광 프로브를 포함하여 복수의 반사광을 수신하는 경우, 상기 복수의 광 프로브를 통해 수신되는 복수의 반사광을 상기 패턴 인식부(220) 또는 상기 스펙트로미터부(210)로 전달하는 광 멀티플렉서부(optical multiplexer, 200)를 더 포함할 수 있다.
도 11에는 램프 광원 사용하여 PET 색상별로 측정된 3개 파장 대역의 흡광도 패턴이 그래프로 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 470 nm, 525 nm 및 605 nm의 파장 대역의 흡광도 값들은 PET의 색상별로 고유한 패턴을 형성한다. 따라서, 3개의 파장 대역에서 측정된 광량들이 형성하는 단순화된 광량 패턴을 통해 플라스틱의 색상 및 재질을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
도 12에는 3개 파장 대역에서 각각 광량 피크값을 나타내는 3개의 LED 광원을 사용하여 PET 색상별로 측정된 3개 파장 대역의 흡광도 패턴이 그래프로 도시되어 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 470 nm, 525 nm 및 605 nm의 파장 대역에서 각각 광량 피크값을 나타내는 3개의 LED 광원을 사용하여 PET로부터 반사된 반사광들의 흡광도를 측정하는 경우, 해당 파장 대역에서 각 반사광의 흡광도 값들은 도 11과 유사하게 PET 색상별로 고유한 패턴을 형성한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 고가의 분광 장치를 사용하지 않고도 특정 파장 대역을 지닌 LED 광원들과 반사광의 광량을 검출하는 단순한 구조의 검출기만을 사용하여 플라스틱의 색상 및 재질을 판별할 수 있음을 알 수 있다.
그 다음, 상기 플라스틱 분류 시스템(100)의 플라스틱 분리부(140)는, 상기 플라스틱 판별 장치(130)에 의해 판별된 플라스틱의 색상 또는 플라스틱의 재질 및 색상이 소정 분리 대상에 해당하는 경우, 해당 플라스틱을 상기 제1 이송부(110)에 의해 이송되는 타 플라스틱과 분리한다. 이를 위해, 상기 플라스틱 분리부(140)는 각각 고압의 유체를 토출하여 상기 분리 대상에 해당하는 플라스틱을 분리해 내는 복수의 노즐(nozzle)을 지닌 이젝터(ejector, 142)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 이젝터(142)는 고압의 에어(air)를 토출하는 공기식 이젝터(pneumatic ejector)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 이젝터(142)가 지닌 복수의 노즐은 상기 광 수신부(134)의 복수의 광 프로브와 대응되도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 광 수신부(134)의 광 프로브들 중 하나가 자신의 광 수신 범위를 통과하는 플라스틱으로부터 반사광을 수신하여 해당 플라스틱의 색상 또는 재질 등이 분리 대상에 해당하는 경우, 상기 플라스틱 분리부(140)의 노즐들 중 상기 반사광을 수신한 광 프로브에 대응하는 노즐이 고압의 유체를 토출하여 해당 플라스틱을 분리해 내도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하면 동시에 다수의 플라스틱을 분리할 수 있으므로 시스템 처리 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
결국, 상기 플라스틱 판별 장치(130)에 의한 판별 결과, 분리 대상이 아닌 플라스틱(122)은 상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114)의 제2 이송부(112)로 자유 낙하하여 이송되고, 분리 대상에 해당하는 플라스틱(124)은 상기 플라스틱 분리부(140)에 의해 상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114)의 제3 이송부(114)로 분리되어 이송된다. 앞서 언급한 바와 같이, 도 1에는 상기 제2 이송부(112) 및 상기 제3 이송부(114)가 컨베이어 벨트로 도시되어 있지만 설계자, 제조자 등의 의도 내지 목적에 따라 스크루 컨베이어(screw conveyor)나 호퍼(hopper) 등을 사용하는 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 플라스틱 분류 시스템(100)은, 상기 플라스틱 이송부(110, 112, 114), 상기 플라스틱 판별 장치(130) 및 상기 플라스틱 분리부(140)로 이루어진 하나의 플라스틱 분류 라인(plastic classification line)을 1 또는 2 이상 포함할 수 있다. 즉, 상기 플라스틱 분류 시스템(100)은, 여러 개의 플라스틱 분류 라인을 포함하여 하나의 라인마다 특정 재질 및 색상의 플라스틱들을 분류해 내도록 구성되거나, 또는 특정 재질의 플라스틱들만을 분류해 낸 후 특정 재질의 플라스틱들 중에서 특정 색상의 플라스틱들을 분류해 내도록 구성되는 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 판별 장치(130)의 패턴 인식부(220) 및 플라스틱 정보 저장부(230)는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 컴퓨터가 읽어들일 수 있는 프로그램 코드를 기록하여 구현하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예들이 소프트웨어를 이용하여 실행되는 경우, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 또한, 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 컴퓨터의 프로세서로 판독 가능한 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망을 통해 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호로 전송될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 컴퓨터 시스템이 읽어들일 수 있는 데이터를 저장하는 모든 종류의 기록장치가 포함될 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 판독가능 기록매체에는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 컴퓨터 판독가능 기록매체를 분산 배치하여 컴퓨터가 읽어들일 수 있는 코드가 분산 방식으로 저장되고 실행되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고가의 영상 처리 장치를 사용하지 않고 가시광 파장 대역의 반사광을 이용하여 플라스틱의 색상을 판별함으로써, 플라스틱 자동화 분류 시스템의 처리속도를 개선하고 설비 원가를 절감할 수 있다. 또한, 근적외선 장치 등 별도의 플라스틱 재질 판별 장치를 사용하지 아니하고 플라스틱 색상 및 재질을 함께 판별함으로써, 시스템 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 플라스틱에 의해 반사된 반사광이 나타내는 스펙트럼 패턴과 미리 저장된 플라스틱 색상 및 재질에 따른 스펙트럼 패턴을 매칭하는 간단한 연산을 통해 특정 색상 및 재질을 지닌 플라스틱을 분류하도록 함으로써, 시스템 처리속도를 더욱 개선할 수 있다. 또한, 스펙트로미터 등 분광 장치를 사용하지 아니하고 단순화된 스펙트럼 패턴을 이용하여 플라스틱의 색상 또는 재질을 판별할 수 있도록 함으로써, 장비를 초소형화 및 초경량화할 수 있으며 제조 원가를 더욱 절감할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 다양한 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 가지 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 본질적인 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명이 변형된 형태로 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 플라스틱 분류 시스템 110, 112, 114 : 플라스틱 이송부
130 : 플라스틱 판별 장치 140 : 플라스틱 분리부
132 : 광원부 134 : 광 수신부
136 : 플라스틱 판별부 200 : 광 멀티플렉서부
210 : 스펙트로미터부 220 : 패턴 인식부
230 : 플라스틱 정보 저장부

Claims (11)

  1. 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 광 수신부; 및
    상기 수신된 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 플라스틱 판별부를 포함하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별 장치는, 가시광 파장 대역 중 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사하는 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원부는, 상기 서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 광원을 이용하여 상기 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사하는 것을 특징으로 하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별부는,
    상기 서로 다른 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및
    상기 수신된 반사광이 상기 서로 다른 파장 대역에서 나타내는 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별 장치는, 상기 플라스틱에 백색광을 조사하는 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별부는,
    상기 수신된 반사광의 스펙트럼을 생성하여 가시광 파장 대역에서의 광량을 측정하는 스펙트로미터부;
    가시광 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및
    상기 스펙트로미터부에 의해 측정된 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 대역 플라스틱 판별 장치.
  7. 플라스틱을 소정 방향으로 이송하는 플라스틱 이송부;
    상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 플라스틱에 광을 조사하고, 상기 플라스틱에 의해 반사되는 반사광이 가시광 파장 대역에서 나타내는 광량 패턴을 통해 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플리스틱의 재질 및 색상을 판별하는 플라스틱 판별 장치; 및
    상기 플라스틱 판별 장치에 의해 판별된 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상이 소정 분리 대상에 해당하는 경우, 상기 플라스틱을 상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 타 플라스틱과 분리하는 플라스틱 분리부를 포함하는 플라스틱 분류 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별 장치는,
    서로 다른 파장 대역에서 광량 피크값을 나타내는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 광원을 이용하여 복수의 광을 상기 플라스틱에 조사하는 광원부;
    상기 플라스틱에 의해 반사되는 반사광을 수신하는 광 수신부;
    상기 서로 다른 파장 대역에서의 플라스틱 색상별 광량 패턴 정보 또는 플라스틱 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 저장하는 플라스틱 정보 저장부; 및
    상기 서로 다른 파장 대역에서 상기 수신된 반사광이 나타내는 광량의 패턴을 인식하고, 상기 인식된 광량 패턴의 정보와 상기 플라스틱 정보 저장부에 저장된 색상별 광량 패턴 정보 또는 재질에 따른 색상별 광량 패턴 정보를 이용하여 각각 상기 플라스틱의 색상 또는 상기 플라스틱의 재질 및 색상을 판별하는 패턴 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분류 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광 수신부는, 상기 플라스틱 이송부에 의해 이송되는 복수의 플라스틱으로부터 각각 반사광을 수신하는 복수의 광 프로브(optical probe)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분류 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라스틱 판별 장치는, 상기 복수의 광 프로브를 통해 수신되는 복수의 반사광을 상기 패턴 인식부로 전달하는 광 멀티플렉서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분류 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 플라스틱 분리부는, 각각 고압의 유체를 토출하여 상기 분리 대상에 해당하는 플라스틱을 분리하는 복수의 노즐(nozzle)을 지닌 이젝터(ejector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분류 시스템.
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