NO317826B1 - Fremgangsmate og anordning for gjenkjenning av en materialtype i et objekt, samt anvendelse derav - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for gjenkjenning av en materialtype i et fysisk objekt, for eksempel en helt eller delvis gjennomsiktig flaske av plast eller glass, omfattende å la objektet i en kontinuerlig eller diskontinuerlig bevegelse passere gjennom en detektorstasjon ved hjelp av detektorstasjonen å belyse objektet med lysstråler fra en infrarød strålingskilde, å detektere lysstråler som ikke-absorbert har passert gjennom objektet, og deretter å foreta en korrelasjonsanalyse av slike detekterte lysstråler.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning for gjenkjenning av en materialtype i et fysisk objekt, for eksempel en helt eller delvis gjennomsiktig flaske av plast eller glass, omfattende en transportør styrt av et middel for å gi objektet en kontinuerlig eller diskontinuerlig bevegelse gjennom en detektorstasjon som belyser objektet med lysstråler fra en infrarød strålingskilde, middel for å detektere lysstråler som ikke-absorbert har passert gjennom objektet, og middel for deretter å foreta en korrelasjonsanalyse av slike detekterte lysstråler.

Videre vedrører oppfinnelsen en anvendelse av fremgangsmåten og anordningen i en flaskereturautomat for gjenkjenning og sortering av flasker av ulik materialtype.

Gjenkjenning av ulike materialtyper, og særlig plasttyper, er et problemområde av økende viktighet, som en del av at material-resirkulering stadig øker i prioritet, både sett fra et privatøkonomisk og et samfunnsøkonomisk synspunkt. For at innsamlingspro-grammer for brukte materialer skal være maksimalt lønnsomme, er det viktig å sikre at materialene er så rene som mulig tidligst mulig i innsamlings- og håndteringskjeden. Rene materialer har en verdi som råstoff for gjenbruk, og det eksisterer et vel utbygget marked og industri som handler med slike materialer. Hvis materialene ikke er rene, må man oftest betale for å bli kvitt disse.

Det er fra tidligere kjent en rekke metoder for å gjenkjenne ulike typer av plast. En sik-ker metode, som er mye brukt, er spektroskopi i det infrarøde området. Alle kjente instrumenter for slik spektroskopisk gjenkjenning av plast er kostbare, idet både de bølge-lengdeselekterende elementer (eksempelvis filtre eller gitre) er dyre og videre at infra-røde kilder og detektorer er dyre.

Til nærmere belysning av den kjente teknikk i forbindelse med bl.a. bruk av spektroskopi og infrarødt lys, skal det vises til NO-patent 170785, US-patent 5512752, 4719351, 5206510, 5459677,5512752, de tyske patentpublikasjoner DE 19601923, 19543134 og 4340795, samt de japanske patentsøknader JP-A-9138194, 6288913 og 6210632.

NO-patent 170785 beskriver en gassanalysator for å gjenkjenne gassammensetningen i

en prøvecelle som gjennomlyses med infrarød energi fra en strålingskilde. De infrarøde lysstrålene fra kilen blir suksessivt filtrert av filtre, anordnet på et filterhjul og med innbyrdes forskjellige spektralkarakteristikker. En detektor oppfanger de av filtrene filtrerte og av gassen ikke-absorberte lysstrålene, og danner en sekvens av måleverdier som representerer karakteristiske transmisjonssignaturer for gassen. Videre angir US 5459677 bruk av kalibrerte statistiske modeller til gjenkjenning av valgte egenskaper til ukjente prøver. En valgt egenskap til en kjent prøve sammenholdes med instrumentale målinger av prøven, idet resultatet lagres i modellen. E målt "signatur" blir derved knyttet til en bestemt egenskap, og modellen bygges opp ved å gjenta denne kalibreringen for et til-strekkelig antall kjente prøver. Når en slik kalibrert modell blir matet med en tilsvarende målt "signatur" av en ikjent prøve, kan modellen hente frem et estimat for nevnte egenskap. Denne metoden blir på bakgrunn av sin opprinnelse, også kalt "kjemometri". Utover dette omhandler DE 4340795 en fremgangsmåte og en anordning for bl.a. gjenkjenning av materialsammensetningen til fysiske objekter som passerer gjennom en detektorstasjon, hvor hvert objekt gjennomlyses med infrarød stråling. De av objektet ikke-absorberte lysstrålene oppfanges i detektorstasjonen, hvor objektets karakteristiske transmisjonssignatur benyttes til å bestemme dets materialsammensetning.

Det er også utviklet en del andre metoder og utstyr for plastdeteksjon, hvilket til dels er rimeligere enn spektroskopiske metoder og utstyr, men gir mindre sikkert deteksjonsre-sultat. Eksempler på slikt kjent utstyr er triboelektrisk detektor og optisk dobbeltbryt-ningsdetektor.

Videre er det i forbindelse med måling av gasser kjent bruken av såkalt korrelasjons-spektroskopi, både for påvisning av gasser og konsentrasjonsmåling. Den gassen man vil analysere brukes som et filter.

Ved foreliggende oppfinnelse tilsiktes bruk av en tilsvarende teknikk for deteksjon av plastmaterialer. Absorbsjonsspektra for faste stoffer som plast er svært ulik absorbsjonsspektra for gasser. Mens gasser har svært mange og meget smale linjer i spektret, har plastmaterialer færre og bredere linjer, slik at spektrene for ulike materialer oftest har mer eller mindre overlappende linjer. I en slik situasjon skaffer man seg mer informasjon om et materiale som skal gjenkjennes ved å måle graden av spektral over-lapping med en rekke ulike plastmaterialer.

Den innledningsvis nevnte fremgangsmåte kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, ved

- å la lysstrålene fra strålingskilden suksessivt passere gjennom et flertall av filtre, der et første antall av disse filtre hver er valgt fra en gruppe av helt eller delvis gjennomsiktig materialer som har innbyrdes forskjellige spektralkarakteristikker, idet minst ett av materialene i nevnte gruppe er det samme som materialet som skal gjenkjennes, - å oppfange de gjennom filtrene passerte og av objektet ikke-absorberte lysstråler for å danne en sekvens av måleverdier som representerer karakteristiske transmisjonssignaturer for objektet, og - å på i og for seg kjent måte å utføre en korrelasjonsanalyse av signaturene i forhold til statistiske modeller for å bestemme objektets materialtype.

Tilsvarende kjennetegnes den innledningsvis nevnte anordning ved

- en innretning i detektorstasjonen som er forsynt med et flertall av filtre, der et første antall av disse filtre hver er valgt fra en gruppe av helt eller delvis gjennomsiktige materialer med innbyrdes forskjellige spektralkarakteristikker for å bevirke sukses-siv og ulik filtrering av lysstrålene fra strålingskilden, idet minst ett av materialene i nevnte gruppe er det samme som det materialet som skal gjenkjennes, - middel som er innrettet til å oppfange de gjennom filtrene passerte og av objektet ikke-absorberte lysstråler og danne en sekvens av måleverdier som representerer karakteristiske transmisjonssignaturer for objektet, og - en prosessor hvori inngår en analysator, f.eks. mikroprosessor, som er innrettet for å utføre på i og for seg kjent måte en korrelasjonsanalyse av signaturene i forhold til statistiske modeller for å bestemme objektets materialtype.

Med statistiske modeller skal her forstås på forhånd etablerte referanseverdier, såkalte kalibreringsverdier som er relatert til signaturer for bestemte materialtyper.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten og anordningen, vil fremgå av de vedlagte patentkrav samt av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedlagte tegninger.

Anvendelse av fremgangsmåten og anordningen vil hensiktsmessig skje, slik som innledningsvis nevnt, i en flaskereturautomat for gjenkjenning og sortering av flasker av ulik materialtype.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger som viser, for oppfinnelsen, ikke begrensende utførelsesformer.

Fig. 1 viser prinsippet for anordningen, ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser i perspektiv en del av anordningen vist i fig. 1.

Fig. 3 viser en filterinnretning for bruk med anordningen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 viser ovenfra en alternativ utformning av en filterinnretning og dennes anbring-else i en detektorstasjon. Fig. S viser målt lyssignal etter forbehandling for å gi transmisjonssignaturer som funk-sjon av tid for et antall av forskjellige materialer. Fig. 6. viser i flytskjemaform vurderingsrekken som en prosessor, ifølge oppfinnelsen må ivareta. Fig. 7 viser testresultat av valgte filtermaterialers spektrale transmisjon, multiplisert med transmisjonen for et omhylningsfilter. Fig. 8 viser gjennomsnittlige transmisjonskurver for plasttyper som er blitt gjenkjent i en testinstallasjon.

Fig. 9 viser en modifikasjon av filterinnretningen i Fig, 3.

Fig. 10 viser en modifikasjon av fig. 5 ved bruk av filterinnretningen ifølge Fig. 9.

Anordningen ifølge oppfinnelsen har en detektorstasjon, hvori inngår en infrarød strålingskilde 1 som har et varmt element 2 som avgir infrarøde lysstråler 3, eventuelt via et speil 4. Strålingskilden 1 har en illuminatoråpning 5 og den infrarøde lysstrålen føres mot en filterinnretning 6, fortrinnsvis bestående av en roterbar, rund eller polygonformet skive 7 som via en dreieaksel 8 bringes i rotasjon av en motor 9 som via ledningsforbin-delse 12,13 får drivstrøm styrt fra en mikroprosessor 11. Lysfilterinnretningen 6 er forsynt med et flertall av ulike lysfiltre 10. I en foretrukket testversjon, slik som vist på fig.

3 er antallet av lysfiltre valgt til å være ti.

For å tilveiebringe en bølgelengde avgrensning vil det være hensiktsmessig mellom illu-minatoråpningen S på strålingskilden 1 og filterinnretningen 6 å anbringe et omhylningsfilter 14. Videre er det også hensiktsmessig å anbringe en lysblender 15 i lysstråle-banen. Filtrene 10 som er anbragt på den som et hjul eller en dreieskiveutformet filterinnretning består i det minste delvis av en rekke av lysgjennomsiktige biter av ulike typer av plastmateriale, f.eks. valgt fra materialgruppen bestående av polyetylentereftalat, polyetylennaftalat, polyvinylklorid, polypropylen, polyetylen, polystyren, akrylonitril-butadien-styren-kopolymer, polymetylmetakrylat, polyamid, polyuretan, polysulfonat og polykarbonat. I tillegg kan minst ett av filtrene eventuelt være av glass, f.eks. Pyrex glass.

Selv om fig. 1 viser den i øyeblikket foretrukne rekkefølge av omhylningsfilteret 14, filterinnretningen 6 og lysblenderen 15, skal det forstås at deres innbyrdes plassering kan være en annen. Likeledes er det tenkelig at en eller flere av disse komponenter f.eks. kan anbringes på motsatt side av transportøren 17. Videre er det mulig å forestille seg at f.eks. lysblenderen 15 og omhylningsfilteret 14 utformes som en enhet, eventuelt at filterinnretningen 6 og lysblenderen 15 kombineres til en enhet.

På fig. 3 er de på filterinnretningen 6 anvendte filtre 10 angitt med henvisningene 10„ og der i det valgte eksempel n = 1.... 10. Imidlertid vil det forstås at flere eller færre filtre er mulige innenfor oppfinnelsens ramme, slik det også skal vises til i forbindelse med fig. 4.

Av de på fig. 3 viste filtre danner filteret 10] et referansefilter som fortrinnsvis utgjøres av en spektralt uniform eller materialfri blender 16 (se fig. 2). Filteret IO2 er av et opakt materiale, f.eks. helsort, slik at ingen lysstråler slipper gjennom dette. Filteret 10] vil ved sin arealavgrensende gjennomtrengelighet for lysstrålene gjennom blenderen eller åpningen 16, skape en signaltopp-referanseverdi i sekvensen av måleverdier. Filterets IO2 ugjennomtrengelighet for lysstrålene vil skape en dal-referanseverdi i sekvensen av måleverdier.

De øvrige filtre IO3,104, IO5,106, 107, 10g,109 og IO10 ble i den viste testinstallasjon valgt av materialer bestående av henholdsvis polykarbonat (PC), polystyren (PS), polyetylentereftalat (PET), glass (Pyrex ®-glass), polyvinylklorid (PVC), polyetylen (PE), polypropylen (PP) og polyetylen med en pålagt film, her benevnt som UK21. Etter at lysstrålene har passert blenderen 15, vil disse, eventuelt noe mer konsentrert (kollimert) enn det som er antydet på fig. 1 passere over en transportør 17 og videre til en detektor 18 med en linse 18', eventuelt via et fokuserende speil 19.

I de tilfeller der objektet som skal detekteres er en flaske, kan flasken enten transporteres stående som angitt med henvisningstallet 20, eller liggende som angitt med henvisningstallet 21. Transportøren 17 drives via driwalse 22 fra en motor 23, og driften av motoren kan styres fra mikroprosessoren 11 via en styreledning 24. Dersom objektet som skal detekteres ønskes gitt et opphold i detekteirngssonen eller eventuelt redusert hastighet der, kan dette styres fra mikroprosessoren 11 via utgangen 24 til motoren 23. Transportøren 17 kan være av en hvilken som helst type. Dersom flasken transporteres liggende, som angitt med henvisningstallet 21, kan transportøren eksempelvis bestå av innbyrdes adskilte, kontinuerlige strenger.

Transportøren 17 kan enten beveges kontinuerlig, eller ha en diskontinuerlig bevegelse. Det er også mulig å tenke seg at transportøren er en roterende skive som drives kontinuerlig eller diskontinuerlig.

Det er også mulig å tenke seg at flaskene ankommer til deteksjonssonen (dvs. i lysstrålen 3) med slik separasjon at flasken i et kort øyeblikk kan holdes i ro der. Dersom transportøren 17 eksempelvis ikke er en bånd-basert transportør, men et rør eller en sjakt, vil man kunne tenke seg at flasken et kort øyeblikk holdes i ro i deteksjonssonen, slik at bestemmelse av flaskens materialtype lett kan foretas ved at lysstrålene passerer inn i transportkanalen eller sjakten gjennom en åpning i denne og ut gjennom en åpning på den andre siden av sjakten.

Ved å la filterinnretningen 6 med sin skive 7 som inneholder filtrene 10 rotere, vil filtrene i tur og orden komme inn i lystransmisjonsbanen for lysstrålene 3. Fra detektoren 18 vil det dermed bli avgitt en sekvens av signalpulser med ulik styrke, én for hvert av de anvendte filtre. Signalstyrken av måleverdiene i sekvensen vil være avhengig av materialtypen i objektet som undersøkes, og vil dessuten være meget karakteristisk for hver materialtype, særlig ved anvendelse av typiske plastmaterialer for objektet.

Objekter som på denne måte undersøkes vil sammen med de suksessive filtre bevirke en sekvens av karakteristiske transmisjonssignaturer for det enkelte objekt.

Den foreliggende oppfinnelse vil med fordel kunne brukes for gjenkjenning av en rekke av typiske plastmaterialer, slik som polyetylentereftalat (PET), polyetylennaftalat (PEN), polyvinylklorid (PVC), polyetylen (PE), polypropylen (PP), polykarbonat (PC), polystyren (PS), akrylonitirl-butadien-styren-kopolymer (ABS), polymetylmetakrylat (PMMA), polyamid (PA), polyuretan (PUR), polysulfonat (PSU) etc. Som filtermaterialer for filtrene 10 (se filtrene IO3-IO10 i fig. 3) brukes fortrinnsvis de samme materialer som det er aktuelt å gjenkjenne. Den oppnåelige selektivitet vil ytterligere økes desto flere filtre og filtermaterialer som benyttes. Bruken av en filterinnretning 6 som vist på fig. 1,2 og 3, vil potensielt være meget rimelig i fremstilling, da plastmaterialene som brukes som filtre er meget rimelige, samtidig som de slipper igjennom stråling i et bredt bølgelengdeområde. Dette gjør totalt transmittert stråling høy, hvilket igjen tillater bruk av detektorer 18 av slike typer som er rimelige, eksempelvis pyroelektriske detektorer, termoelektriske detektorer eller uavkjølte fotoledere, slik som PbS og PbSe. Det vil være mulig å optimalisere selektiviteten ved fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen ved å avgrense spektralområdet som man vil benytte, til et bølgelengdeom-råde der materialene som brukes har ulike, karakteristiske spektraltrekk eller transmisjonssignaturer. En slik avgrensning kan gjøres med båndpassfiltre, og et eksempel på et slikt filter er vist med henvisningstallet 14 på fig. 1. Bølgelengdeområdet kan f.eks. strekke seg fra ca. 3 mikrometer til ca. 4 mikrometer, fortrinnsvis fra ca. 2 til 2,5 mikrometer eller alternativt fra ca. 1,6 mikrometer til 1,8 mikrometer.

Andre bølgelengdeområder er selvfølgelig også tenkelige i forbindelse med eventuelle andre plastmaterialer som skal detekteres.

Den gjentatte sekvens av signalpulser som avgis fra detektoren 18 fremgår av fig. 5 som et typisk eksempel. Disse signalpulser føres til en analog/digital omformer 25, hvorfra signaler føres til mikroprosessoren 11. Som vist i fig. 5, vil referansefilteret 10i tilveiebringe en distinkt referansepuls benevnt som "Ref på fig. 5. Det opake filtermate-rialet IO2 vil frembringe signaldalen som er angitt med henvisningen Opak. Signalspek-teret inneholder således en referansesignaltopp forårsaket av det arealavgrensede, ufil-trerte lyset, og referansesignaldalen som skyldes blokkering av lysstrålene. Mikroprosessoren 11 vil analysere suksessivt hver øvrige signaltopp i sekvensen av måleverdier, f.eks. signaltoppen 26 (fig. 5) i forhold til en middelverdi 27 av to naboliggende signaldaler.

På grunnlag av de foretatte målinger, vil det være mulig å beregne en lystransmisjonsverdi for et objekt basert på nivåverdien 26 av en respektiv signaltopp minus den nevnte middelverdi. De nevnte verdier kan eventuelt fastsettes ut fra en normalisert signalstyrke, slik det også fremgår av fig. 5. Som det vil fremgå av fig. 5, var det i en testinstallasjon mulig å foreta en avsøkningssyklus i løpet av ca. 70 millisekunder. Mikroprosessoren 11 sørger for ved beregningen av lystransmisjonsverdiene å samle sekvensen av de beregnede lystransmisjonsverdier fra en signalsyklus i en vektor bestående av n elementer, der n er lik antallet av filtre, og sammenligne med tilsvarende måleverdier for en etterfølgende signalsekvens eller avsøkningssekvens.

Mikroprosessoren 11 er i stand til å beregne gjennomsnittsverdien av to etter hverandre følgende signalsekvensverdier og utlede ved hjelp av en kalibrerings- eller gjenkjenningsoperasjon, f.eks. PLS (Partial Least Squares) diskriminantanalyse, en entydig karakteristikk av materialtypen som objektet er laget av. Denne kalibrerings- og gjen-kj enningsoperasj on innbefatter bruk av en kalibrerings- og gjenkjenningsalgoritme.

Selv om filterinnretningen som er vist og beskrevet i forbindelse med fig. 1-3 kan ha en utformning som er typisk slik som angitt på fig. 2 og 3, vil det være mulig å tenke seg at de på filterinnretningen 6 anbragte filtre 10 kan være plassert tettere i forhold til hverandre.

Som et alternativ kan man tenke seg at filterinnretningen har et utseende i form av en trommellignende konstruksjon, f.eks. tilveiebragt ved hjelp av ekstrudert aluminium eller plast. Trommelen 28, kan i det foreslåtte utførelseseksempel ha vertikal eller hori-sontal dreieakse, alt avhengig av hvorledes strålekilden 1 er utformet og plassert. Trommelen 28 bæres av armer 29 som er festet til drivmotorens 30 dreieaksel 31.1 veggen av trommelen kan det i åpne felter 32 der plasseres nevnte filtre. Ved en oppdeling av trommelveggen som vist på fig. 4, vil det være mulig å anbringe i alt 16 filtre. Imidlertid vil det umiddelbart forstås at et større eller mindre antall av filtre vil være mulig å anbringe på trommelen, alt avhengig av antallet filteråpninger som tilveiebringes. Trommelen kan ha et sirkulært tverrsnitt eller eventuelt et polygonformet tverrsnitt. Det er også mulig å tenke seg trommelen 28 anbragt på detektorsiden av transportøren 17, f.eks. roterende om detektoren 18 i stedet for om strålekilden 1.

Motoren 30 som dreier trommelen 28 kan f.eks. i likhet med motoren 9 på fig. 1 være en DC motor.

Når et objekt, slik som en flaske 20 eller 21, plasseres i lysbanen mellom strålekilden 1 og detektoren 18, blir det således for hver omdreining av filterinnretningen foretatt en bestråling med n forskjellige spektralkarakteristikker, alt avhengig av antallet av anvendte filtre. Den transmitterte strålingen måles kontinuerlig av detektoren. I detektoren kan legges inn en signalforsterker og ved analyseringen av transmisjonsverdiene vil det med stor sikkerhet kunne foretas en klassifisering av de forskjellige plasttyper. Ved en grovtesting av foreliggende oppfinnelse, ble det ved testing av et begrenset antall objekter nådd en treffsikkerhet på ca. 80%, mens 16% ikke kunne klassifiseres og 4% ble feilklassifisert. Imidlertid skal det forstås at en raffinering av kalibrerings- eller gjen-kjenningsalgoritmen, samt det utstyr som anvendes, forøker treffsikkerheten ved målin-gene.

De filtre som er anvendt i filterinnretningen 6 består typisk av biter av sirkelsektorer. I

tillegg til forskjellige polymerer, viste Pyrex ® glass seg å være egnet som et filtermateriale. Filtermaterialenes spektrale transmisjon, multiplisert med omhylningsfilterets 14 transmisjon fremgår nærmere av fig. 7. Imidlertid skal de der viste filtermaterialer ikke oppfattes som på noen måte begrensende for oppfinnelsens anvendelse.

På fig. 8 er vist de gjennomsnittlige transmisjonskurver for hver av de aktuelle plasttyper som, under de innledende forsøk, ble gjenkjent.

Omhylningsfilteret 14 avgrenset, ifølge en prototyp av oppfinnelsen, bølgelengdeområ-det til 2,9-3,8 mikrometer. Imidlertid skal det forstås at andre bølgelengdeområder kan tenkes anvendt ved å anvende andre filtre. Blenderen 15 som bestemmer hvor mye stråling som skal slippe gjennom og sendes mot objektet vil også sørge for at lysstråler slipper gjennom bare fra et filter av gangen. Blenderen kan ha fast eller variabel diameter, og en hensiktsmessig diameter ble funnet å være 13 mm, selv om dette ikke skal oppfattes på noen måte som begrensende for oppfinnelsen.

På fig. 2 er det for illustrasjonens formål forutsatt at strålingen som treffer objektet, slik som en flaske 20 eller 21, ikke avbøyes deri. I praksis vil imidlertid lysstråler brytes avhengig av den vinkel og hvor på flasken de treffer. Imidlertid vil alltid noen av lysstrålene som passerer gjennom objektet treffe detektoren 18, eventuelt via speilet 19.

Særlig ved deteksjon av flasker vil det være fordelaktig å transportere disse liggende og konsentrere deteksjonsområdet på flasken til dens halsparti.

I detektoren 18 kan det innbygges, eventuelt være tilkoblet denne en enkel forsterker med høy- og lavpassfilter. I en testinstallasjon ble signalet fra detektoren gitt en frekvens lik ca. 170 Hz og var periodisk således med en frekvens lik 170/10 lik 17 Hz (på grunn av 10 filtre på filterinnretningen 6). For hver måling ble 4-5 perioder samplet, hvoretter ble foretatt en digital glatting og normalisering, signalfrekvensen ble beregnet og referansepunktet (signalmaksimum) ble lokalisert. Fig. 5 viser signalet slik det så ut etter denne prosess.

Som tidligere antydet beregnes transmisjonsverdiene som nivået til den respektive signaltopp, minus middelverdien av to "nabo-daler". De beregnede verdier samles i en vektor med 10 elementer og sammenlignes med tilsvarende verdier for etterfølgende signalsekvens. Hvis signalet varierer for mye, forkastes målingen, men hvis signalet er akseptabelt, beregnes gjennomsnittsverdier som går videre til kalibrerings- og gjen-kjenningsalgoritmene.

På fig. 1 er med henvisningstallet 33 antydet periferutstyr knyttet til mikroprosessoren 11, slik som utstyr for utbetaling av pant for mottatte objekter, slik som returflasker, meldinger til en person som betjener anordningen dersom denne inngår i en returauto-mat. Henvisningstallet 34 indikerer ennu ytterligere periferutstyr, slik som etterbehand-lingsutstyr i form av eksempelvis sorteringsinnretninger, komprimatorer, materialopp-kuttere, videretransportører etc.

Sammenfatningsvis er det på fig. 6 antydet i grove trekk prosesstrinnene som må gjen-nomføres for klassifisering av et objekt som passerer inn i en detektorstasjon.

Blokk 35 angir at systemet venter til et objekt kommer inn i strålegangen. Når et slikt objekt foreligger, angir blokk 36 at måledata innleses til detektoren 18 med påfølgende digital signalbehandling i A/D omformeren 25 og med beregning av transmisjonsverdier ved hjelp av mikroprosessoren 11. Beslutningsblokken 37 angir at mikroprosessoren 11 vurderer hvorvidt sekvensen av de mottatte og analyserte måleverdier varierer over tid. Dersom dette er tilfelle, må måleverdier innleses og behandles på nytt. Dersom dette imidlertid ikke er tilfellet, vil det bli foretatt en ny beslutning som representert ved blokk 38 mht. hvorvidt signalnivået ligger innenfor et akseptabelt, forutbestemt område. Dersom dette ikke er tilfelle, slik som angitt med blokk 39, f.eks. at objektet som det tas en måleprøve av er for tykt eller for tynt, blir målingen forkastet og objektet ansett som ikke akseptert. I et slikt tilfelle foreligger mulighet for via periferutstyret som angitt i fig. 1 med henvisningstallet 34 å bringe mottatt objekt tilbake til den person som har innmatet dette, eller eventuelt kjøre objektet til en oppsamlingsbeholder for uidentifiser-bare objekter.

Dersom imidlertid signalnivået befinner seg i et akseptabelt område, vil objektet kunne klassifiseres, slik som angitt ved blokk 40, således at objektet føres til riktig viderebe-handling, enten dette er kompaktering av objektet, oppkutting av dette eller til fornyet bruk. Dette er generelt angitt med henvisningstallet 41, hvori også inngår mulighet for via periferutstyr 33 å skrive ut en kvittering til den person som har innmatet objektet med hensyn til objektets eventuelle panteverdi.

Ved uttesting av en prototyp av anordningen, ifølge oppfinnelsen ble kalibreringen ut-ført ved hjelp av en metode som oftest refereres til som PLS-diskriminantanalyse, der

PLS i denne sammenheng står for "Partial Least Squares" og er en metode som benyttes innenfor kalibrering av instrumenter med mange bølgelengdeområder, og der de enkelte bølgelengdeområder kan være korrelerte med hverandre. Denne type av analyse er godt egnet til å skille mellom to fraksjoner. Den ene fraksjonen kan gis en y-verdi lik +1, og den andre fraksjonen kan gis en y-verdi lik -1, og PLS-analysen kan så benyttes til å finne en optimal regresjons vektor som skiller de to fraksjonene under gitte betingelser.

I det tilfellet der det benyttes f.eks. ti filtre, slik som vist på fig. 3, vil all beregning som er nødvendig for å finne ut hvilken fraksjon som en ukjent prøve tilhører bli å multipli-sere regresjons vektoren med sekvensen av måleverdiene som oppnås etterhvert som de ti filtrene passerer. I dette konkrete tilfellet er det beregnet åtte regresjons-vektorer, der den første deler det mangedimensjonale rommet i to. Ved å undersøke dekomponerin-gen ved hjelp av en i og for seg kjent analyseprosedyre, ser man at PC, PEN og PET ut-gjør én fraksjon, mens PE, PP, PS og PVC utgjør en annen fraksjon for det typiske bøl-gelengdeområdet 2,8 - 3,9 mikrometer. Etter at PC, PEN og PET er skilt ut som en fraksjon, beregnes det en regresjonsvektor som skiller ut PC, en som skiller ut PEN, og en som skiller ut PET fra denne fraksjon. Tilsvarende metodikk anvendes for de andre plasttypene.

Denne fremgangsmåte er i og for seg enkel og vil gi brukbare resultater, men en ulempe med PLS-diskriminant-analyse er at den forsøker å kartlegge alle objekter av en type til tallet 1, mens alle andre typer kartlegges til tallet -1. Den benyttede regresjons vektor blir derfor ikke helt optimal, selv om analysemetoden er enkel. Bruk av PLS-diskriminant-analyse er derfor kun angitt som en mulig analysemetode. Andre mulige analyse-metoder er f.eks. "Principal Component Analysis", Direkte-korrelasjon, Mahalonobis' diskriminering, nevralnett-analyse, "fuzzy"-logikk.

Som innledningsvis nevnt, kan et objekt som skal detekteres transporteres gjennom detektorstasjonen ved en kontinuerlig eller diskontinuerlig bevegelse. Den diskontinuer-lige bevegelsen kan f.eks. innebære at objektet, når det kommer inn i banen for lysstrålen 3, gis et kortvarig opphold eller eventuelt flere kortvarige opphold med mellomligg-ende små bevegelser. Dersom et objekt, f.eks. en flaske, er utstyrt med store etiketter, kan det være hensiktsmessig i detektorstasjonen å foreta en rotasjon av objektet inntil en maksimal signalstyrke gjennom referansefilteret, slik som filteret 10<*> i fig. 3 registreres. I et slikt tilfelle kan det være fordelaktig at objektet, slik som en flaske, transporteres i liggende tilstand, slik som antydet med henvisningstallet 21 og at det i detektorstasjonen foreligger utstyr for å rotere objektet, i form av periferutstyr som inngår i blokken 33.

I en foretrukket utøvelse av oppfinnelsen vil særlig flaskens halsområde være egnet for materialdeteksj onen.

På fig. 9 er vist en modifikasjon av filterskiven 7 som fremgår av fig. 3. På den valgte, for oppfinnelsen ikke-begrensende løsning av den filterbærende skiven 7' er det anbragt i alt åtte filtre 10, hvorav filtret 10] er helt gjennomsiktig referansefilter som fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis utgjøres av en nedblendet, men materialfri (dvs. åpen) aper-tur 16 (se fig. 2). De øvrige filtre 102, 103,104, 105,106,107 og 10g ville kunne velges blant f.eks. følgende materialer: polykarbonat (PC), polystyren (PS), polyetylentereftalat (PET), glass (Pyrex ©-glass), polyvinylklorid (PVC), polyetylen (PE), polypropylen (PP) og polyetylen. Mellom de hosliggende filtrene 10|,102,103, 104,105, 106,107og 108 er anbragt respektive filterfrie blendere, eller blendere med et likt filtermateriale i alle, eller blendere med begrenset lysareal, betegnet med henholdsvis 42], 422, 423,424, 425,42e, 427 og 42g. Blenderne eller åpningene 42 vil bidra til å skape målereferanse-verdier mellom de spektrale signaturers måleverdier i sekvensen av måleverdier som oppnås når lysstråler suksessivt passerer gjennom filtrene 10. Dette vil gjøre bestem-melsen av slike suksessive måleverdier mer eksakt fordi det hele tiden foreligger referanseverdier på hver side av signatur-måleverdien.

Dersom det er ønskelig å måle skivens 7' rotasjon, vil signalet som oppnås via filteret 10| skape en startreferanse (større amplitude enn hva som oppnås via aperturene 421, 422, 423,424,42s, 42$, 427 og 42g), mens blenderne eller åpningene 42 vil skape på-følgende posisjonsvarsling for de påfølgende signatur-måleverdier samt indikere skivens T rotasjonshastighet (antall pulser fra blenderne/åpningene 42 pr. tidsenhet).

Claims (34)

1. Fremgangsmåte for gjenkjenning av en materialtype i et fysisk objekt, slik som en helt eller delvis gjennomsiktig flaske av plast eller glass, omfattende å la objektet i en kontinuerlig eller diskontinuerlig bevegelse passere gjennom en detektorstasjon, ved hjelp av detektorstasjonen å belyse objektet med lysstråler fra en infrarød strålingskilde, å detektere lysstråler som ikke-absorbert har passert gjennom objektet, og deretter å foreta en korrelasjonsanalyse av slike detekterte lysstråler, karakterisert ved- å la lysstrålene fra strålingskilden suksessivt passere gjennom et flertall av filtre, der et første antall av disse filtre hver er valgt fra en gruppe av helt eller delvis gjennomsiktig materialer som har innbyrdes forskjellige spektralkarakteristikker, idet minst ett av materialene i nevnte gruppe er det samme som materialet som skal gjenkjennes, - å oppfange de gjennom filtrene passerte og av objektet ikke-absorberte lysstråler for å danne en sekvens av måleverdier som representerer karakteristiske transmisjonssignaturer for objektet, og - på i og for seg kjent måte å utføre en korrelasjonsanalyse av signaturene i forhold til statistiske modeller for å bestemme objektets materialtype.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst ett filter i et andre antall av nevnte flertall av filtre er utformet som en ned-belendet, materialfri åpning.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at i nevnte andre antall av nevnte filtre velges to av filtrene til å gi henholdsvis arealavgrenset gjennomtrengelighet for lysstrålene gjennom en blender eller åpning for å skape en signaltopp-referanseverdi i sekvensen av måleverdier, og ugjennomtrengelighet for lysstrålene for å skape en dal-referanseverdi i sekvensen av måleverdier.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at det i sekvensen av måleverdier frembringes referansemåleverdier som er be-liggende ved siden av de respektive signaturmåleverdier.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,2,3 eller 4, karakterisert ved - å tilveiebringe i sekvensen av måleverdier minst en referansesignaltopp forårsaket av arealavgrenset, materialmessig sett ufiltrert lys, og - å analysere suksessivt hver øvrig signaltopp i sekvensen av måleverdier i forhold til en middelverdi av to naboliggende signal-daler.

6. Fremgangsmåte som angitt i et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedå tilveiebringe en bølgelengde-avgrensning i strålingsbanen mellom strålingskilden og detektoren.

7. Fremgangsmåte som angitt i et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved å tilveiebringe en delvis blending av lysstrålene i strålingsbanen mellom strålingskilden og detektoren.

8. Fremgangsmåte som angitt i et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved å avbøye ved hjelp av et fokuserende speil i retning mot detektoren de lysstråler som passer gjennom objektet.

9. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved å tilveiebringe i sekvensen av måleverdier minst én referansesignaldal forårsaket av blokkering av lystrålene, og - å analysere hver øvrig signaldal i sekvensen av måleverdier for suksessivt å danne nevnte middelverdi av to i forhold til suksessive signaltopper naboliggende signal-daler.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 5 eller 9, karakterisert ved å beregne en lystransmisjonsverdi for et objekt basert på nivåverdien av en respektiv signaltopp minus nevnte middelverdi.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved å samle de beregnede lystransmisjonsverdier fra en signalsyklus i en vektor bestående av n elementer, der n er lik antallet av filtre, og sammenligne med tilsvarende verdier for etterfølgende signalperiode.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved å forkaste en objektmåling dersom differansen mellom to på hverandre følg-ende signalperiode-verdier overskrider en terskel innenfor en ellers akseptabel målesek-vens.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved - å beregne gjennomsnittsverdien av to på hverandre følgende signalperiode-verdier, og - å utlede ved hjelp av en kalibrerings- og gjenkjenningsoperasjon, f.eks. PLS (Partial Least Squares) - diskriminant analyse, en entydig karakteristikk av materialtypen som objektet er laget av.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at kalibrerings- og gjenkjenningsoperasjonen innbefatter bruk av en kalibrerings- og gjenkjenningsalgoritme.

15. Fremgangsmåte som angitt i et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved å la filtrene bevege seg langs en sirkelbane.

16. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at minst ett av filtrene i det første antall av filtre velges fra en materialgruppe bestående av polyetylentereftalat, polyetylennaftalat, polyvinylklorid, polypropylen, polyetylen, polystyrén, polykarbonat, akrylonitril-butadien-styrenkopolymer, polymetylmetakrylat, polyamid, polyuretan, polysulfonat, og Pyrex®- glass.

17. Anordning for gjenkjenning av en materialtype i et fysisk objekt, slik som en helt eller delvis gjennomsiktig flaske av plast eller glass, omfattende en transportør styrt av et middel for å gi objektet en kontinuerlig eller diskontinuerlig bevegelse og passering gjennom en detektorstasjon som belyser objektet med lysstråler fra en infrarød strålingskilde, middel for å detektere lysstråler som ikke-absorbert har passert gjennom objektet, og middel for deretter å foreta en korrelasjonsanalyse av slike detekterte lysstråler, karakterisert ved- en innretning i detektorstasjonen som er forsynt med et flertall av filtre, der et første antall av disse filtre hver er valgt fra en gruppe av helt eller delvis gjennomsiktige materialer med innbyrdes forskjellige spektralkarakteristikker for å bevirke sukses-siv og ulik filtrering av lysstrålene fra strålingskilden, idet minst ett av materialene i nevnte gruppe er det samme som det materialet som skal gjenkjennes, - middel som er innrettet til å oppfange de gjennom filtrene passerte og av objektet ikke-absorberte lysstråler og danne en sekvens av måleverdier som representerer karakteristiske transmisjonssignaturer for objektet, og - en prosessor hvori inngår en analysator, f.eks. mikroprosessor, som er innrettet for å utføre på i og for seg kjent måte en korrelasjonsanalyse av signaturene i forhold til statistiske modeller for å bestemme objektets materialtype.

18. Anordning som angitt i krav 17, karakterisert ved at minst ett filter i et andre antall av nevnte flertall av filtre er utformet som en nedblendet, men materialfri åpning.

19. Anordning som angitt i krav 18, karakterisert ved at i nevnte andre antall av nevnte filtre har to av filtrene henholdsvis arealavgrenset gjennomtrengelighet for lysstrålene gjennom en blender eller åpning for å skape en signaltopp-referanseverdi i sekvensen av måleverdier, og ugjennomtrengelighet for lysstrålene for å skape en dal-referanseverdi i sekvensen av måleverdier.

20. Anordning som angitt i krav 17,18 eller 19, karakterisert ved at filtrene er anordnet på en roterbar, rund eller polygonformet skive for å bevege seg langs en sirkelbane.

21. Anordning som angitt i krav 17,18 eller 19, karakterisert ved at filtrene er anordnet i veggen av en trommel som er roterbar om IR- strålekilden eller detektoren, og at trommelen har et sirkulært eller polygonformet tverrsnitt.

22. Anordning som angitt i krav 15,16,17 eller 18, karakterisert ved at det mellom hosliggende filtre er anordnet en nedblendet åpning eller åpning med et lystransparent materiale ensartet for alle åpningene.

23. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 17 - 22, karakterisert ved at et bølgelengde-avgrensende omhylningsfilter er anbrakt i strålingsbanen mellom strålingskilden og detektoren.

24. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 17-23, karakterisert ved at en lysblonder er anordnet i lystrålebanen.

25. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 17 - 24, karakterisert ved at det i tilknytning til detektoren er anordnet et fokuserende speil for å lede de lysstråler som passer gjennom objektet til detektoren..

26. Anordning som angitt i krav 17,18 eller 19, karakterisert ved at prosessoren er innrettet til å registrere minst en referanse-signaltopp i sekvensen av signaturmåleverdier fra detektoren forårsaket av ufiltrert lys.

27. Anordning som angitt i krav 26, karakterisert ved at prosessoren dessuten er innrettet til å registrere minst en referanse-signaldal i sekvensen av måleverdier av signaler forårsaket av blokkering av lysstrålene, og at prosessoren dessuten har en analysator for suksessivt å analysere hver øvrig signaltopp i sekvensen av måleverdier i forhold til en middelverdi av to naboliggende signal-daler.

28. Anordning som angitt i krav 17, 26 eller 27, karakterisert v e d at prosessoren er innrettet til å beregne transmisjonssignaturen for et objekt basert på nivåverdien av en respektiv signaltopp minus nevnte middelverdi.

29. Anordning som angitt i krav 17 eller 26, karakterisert ved at prosessoren er innrettet til å beregne transmisjonssignaturverdien for et objekt basert på nivået av en respektiv signaltopp i forhold til verdien av naboliggende referanse-signaltopp.

30. Anordning som angitt i krav 17,26,27,28 eller 29, karakterisert ved at prosessoren er innrettet til å samle de beregnede transmi-sjonssignaturmåleverdier fra en sekvens av måleverdier i en vektor bestående av n elementer, der n er lik antallet av filtre, og sammenligne med tilsvarende verdier for et-terfølgende signalperiode.

31. Anordning som angitt i et eller flere av kravene 17, 23-30, karakterisert ved at prosessoren er innrettet til å forkaste en objektmåling dersom differansen mellom to på hverandre følgende signalsekvens-måleverdier overskrider en terskel.

32. Anordning som angitt i et av kravene 17,23 - 26, karakterisert ved at prosessoren er innrettet til å beregne gjennomsnittsverdien av to på hverandre følgende signalsekvens-måleverdier, og foreta en analyse ved hjelp av en kalibrerings- og gjenkjenningsalgoritme, f.eks. PLS (Partial Least Squares) -diskriminantanalyse, for å gi en entydig karakteristikk av materialtypen som objektet er laget av.

33. Anordning som angitt i ett eller flere av kravene 17 - 32, karakterisert ved at minst ett av filtrene i det første antall av filtre er valgt fra en materialgruppe bestående av polyetylentereftalat, polyetylennaftalat, polyvinylklorid, polypropylen, polyetylen, polystyrén, akrylonitril-butadien-styrénkopolymer, polymetylmetakrylat, polyamid, polyuretan, polysulfonat, polykarbonat, og Pyrex®-glass.

34. Anvendelse av en fremgangsmåte som angitt i et eller flere av kravene 1-16 eller en anordning som angitt i et eller flere av kravene 17 - 33, i en flaskereturautomat for gjenkjenning og sortering av flasker av ulik materialtype.