一種雙紅外在線塑料材質分選裝置

《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》涉及光電分選技術領域，尤其涉及一種雙紅外在線塑料材質分選裝置。

在塑料應用范圍越來越廣泛的現(xiàn)代社會，將廢塑料回收并按種類分開具有重要的現(xiàn)實意義，尤其是將PVC從PET中分開并去除的需求較為迫切。這兩種材質的塑料用途廣泛，密度相近，不易為人眼區(qū)分，且互為污染物，PVC塑料的熱穩(wěn)定性較差，長時間加熱會導致分解，放出HC1氣體。在紡織工業(yè)中，廢舊PET回收生產(chǎn)紡織纖維時，PVC成分含量的高低將嚴重影響產(chǎn)品質量。因為PET的熔融溫度較高，在PET處理溫度上PVC會嚴重降解，使得PET表面出現(xiàn)一層黑斑，且PVC拉伸度小，在抽絲過程中極易出現(xiàn)斷頭，嚴重影響紡絲的正常進行。因此，將PVC塑料從PET廢舊塑料中分解出來，減少PET瓶片雜質含量是現(xiàn)階段制約PET廢舊塑料回收利用的關鍵環(huán)節(jié)。

截至2013年10月，廢塑料分類的方法有人工、X射線、溶劑、靜電和密度等方法，這些方法在對大量塑料進行辨別時，有一定的局限性。X射線可以用來檢測重金屬原子和鹵族元素（含氯PVC），但無法檢測其他塑料。而光學方法則可以實現(xiàn)精度高、速度快、非破壞在線識別。其中，可見光可根據(jù)塑料的顏色進行分類，而近紅外光則可以根據(jù)常見塑料的材質類型進行快速分類。

近紅外光譜技術（780-2526納米）是塑料材質自動分選廣泛使用的技術之一。近紅外光經(jīng)聚合物分子振動的倍頻和組合頻吸收后，其吸收譜能夠表征相關官能基團，如O-H、N-H、C-H等。若塑料中無其它添加成分（如碳黑、染料等），利用近紅外技術可以較容易的區(qū)分不同的塑料。但近紅外光譜技術一般不適用于鑒別黑色或深色的塑料。

Scott的文獻“Atwo-colornear-infrared sensor for sorting recycled plastic waste”（雙色近紅外傳感器分揀回收廢塑料）和MSS公司的專利US5966217的原理基本一致，通過鹵素燈照射塑料，測量塑料的透射或反射光，利用分束片或者光纖將光分為2部分，通過1660納米和1716納米的帶通濾光片后，由單點傳感器來觀測這兩個波段的信號，通過這2個波長處的信號比例來區(qū)分PET和PVC這兩種塑料片。NRT公司的專利US6610981主要解決片狀塑料檢測過程中由于層疊、團聚等造成的誤判問題。該專利將塑料的反射光通過光纖分為2部分，分別經(jīng)過1639納米和1716納米的濾光片后進入相應的單點探測器來探測2波長處的信號比例。該專利指出，如使用兩濾波片中心波長為1660納米、1716納米，在層疊或團聚情況下有可能發(fā)生誤判。

上述這些方法在識別PET和PVC時，主要采用1660納米和1716納米的吸收峰作為特征波長，2013年10月之前在主流的應用中，近紅外探測多采用InGaAs材質的傳感器，而標準型的InGaAs傳感器（波長響應范圍：900-1700納米）無法滿足長波長探測要求，需要采用擴展型的InGaAs傳感器才可以探測到1716納米這個特征波長，而這類擴展型傳感器價格昂貴，2013年10月之前單點擴展型InGaAs傳感器的成本為比相應標準型產(chǎn)品價格高2倍左右，線陣擴展型InGaAs傳感器的成本比對應標準型產(chǎn)品價格高3倍以上，在很大程度上增加了設備的成本。

此外，上述專利或方法所采用的信號探測方式，往往只能采用單點傳感器，給出原理性分選方案，而難以采用線陣傳感器進行多通道同時觀測。在實際大產(chǎn)量的在線應用中，這些方法還需解決通道擴展問題，比如需要采用旋轉光學掃描多面鏡或高速掃描振鏡來實現(xiàn)橫向方向的掃描，而光學掃描多面鏡等部件為精密光學元器件，對機械裝置的精度及長期穩(wěn)定性要求很高，維護起來也較為困難。

圖1為雙紅外塑料材質分選裝置整體結構圖。

圖2為雙紅外分光裝置原理圖。

圖3為光源的2種布置方式。

圖4為鏡頭視場范圍。

圖5為背景裝置結構圖。

圖6為PET和PVC的雙紅外圖像示意圖。

圖中所有箭頭方向均為輸送帶（即物料）運動方向。

圖中部件名稱：1：紅外分光裝置；2：聚光裝置；3：寬帶紅外光源（鹵素燈）；4：背景裝置；5：輸送帶；6分光裝置的觀測方向；101：紅外分束片或二向色鏡；102、103：紅外帶通濾光片；104、105：鏡頭；106、107：紅外線陣傳感器（光敏面的長度方向與輸送帶寬度方向平行）；401：紅外玻璃；402：背景板。

2019年5月16日，《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》獲得安徽省第六屆專利獎優(yōu)秀獎。

以分選PET和PVC材質的塑料瓶片或整瓶為例，圖1和圖2示出了該發(fā)明提供的雙紅外在線塑料材質分選裝置的一個實施例示意圖。該裝置包括寬帶紅外光源（鹵素燈）3、輸送帶5、聚光裝置2、分光裝置1、背景裝置4、控制系統(tǒng)和剔除裝置（圖未示）、紅外分束片或二向色鏡101、紅外帶通濾光片102和103、鏡頭104和105，紅外線陣傳感器106和107。 針對不同的應用需求，光源3采用300-500W的鹵素燈，經(jīng)聚光裝置2聚光后匯聚于背景裝置4上方約10毫米處，形成寬度在20-40毫米寬的聚光區(qū)域。待分選塑料經(jīng)速度約為2m/s的輸送帶5傳輸，物料在輸送帶末端拋出，經(jīng)過背景裝置4上方的聚光區(qū)域時，反射光被分光裝置1所接收。在分光裝置1中，塑料的反射光被分束鏡101等分為2部分，一部分透過分束鏡，經(jīng)過紅外帶通濾光片102后，經(jīng)鏡頭104后成像在紅外線陣傳感器106上，另一部分被反射，經(jīng)過紅外帶通濾光片103后，經(jīng)鏡頭105后成像在紅外線陣傳感器107上。

所述控制系統(tǒng)對成像在紅外線陣傳感器106和107上的2組圖像信號的灰度值進行比例分析后判斷出異物并驅動所述剔除裝置將異物剔除。經(jīng)過仔細調節(jié)，2路線陣傳感器互相平行，且對應像元可分別觀測來自塑料同一部位的光信號。上述紅外帶通濾光片102和103的中心波長分別為1190納米和1660納米，分別對應PVC和PET塑料的特征吸收峰，與2013年10月之前的技術中分選這兩種材質時經(jīng)常采用的1660納米和1716納米濾光片不同，該發(fā)明所選用的濾光片，僅配合采用價格相對較低的標準型InGaAs紅外線陣傳感器即可，這樣可大幅度降低裝置的成本。

圖2中的分光裝置可采用2個相同的標準型InGaAs紅外線陣傳感器106和107（如Hamamatsu，G9494），該傳感器的光譜響應范圍為900-1700納米，完全包含該發(fā)明所觀測的塑料特征波長。通過2路信號合成的塑料雙紅外圖像，通過對圖像上的2組信號灰度值進行比例分析，能有效識別出PVC。圖6示意地給出PET和PVC的雙紅外圖像，在實際拍攝圖片時，白平衡校正后，以1660納米處的圖像為R分量，以1190納米處的圖像為G分量合成偽彩圖像來進行直觀地識別，由于PET在1660處有明顯吸收，因而PET的合成圖像呈現(xiàn)綠色，PVC在1190納米處有一小的吸收峰，PVC的合成圖像呈現(xiàn)暗黃色，從而可通過常規(guī)的色選方法將兩種塑料分選開來。

在該實施例的照明方式中，2盞鹵素燈的匯聚方向與分光裝置的觀測方向6對稱分布，其夾角約為20°，在上視圖方向，光源的布置方式既可采用圖3a的方式，使分光裝置1與鹵素燈錯開一定的距離，也可使對稱的2盞光源與分光裝置1分布在一條直線上，如圖3b所示。該實施例中，在探測塑料的反射光時，為了減少塑料的鏡面反射，將分光裝置1的觀測方向6與豎直方向傾斜一定角度，如圖1所示。這樣在該發(fā)明的照明方式下，物料的鏡面反射幾率大為降低。圖4給出了該實施例單個通道所能觀察的范圍，選擇合適的鏡頭104、105，鏡頭104、105至物料觀察面的距離h約為800毫米時，所能觀察的物料面寬度d約為300毫米，在以512像元的線陣傳感器為例，單個像元的理論分辨率低于1毫米。

需要說明的是，該實施例采用白色材料作為背景板402，為了防止背景板被灰塵等雜質污染，或者被物料經(jīng)過時劃傷，在其上表面覆蓋一層透明玻璃401，厚度為2-3毫米，這樣形成背景裝置如圖5所示。該專利申請也可按第二種技術方案來實施，以紅外二向色鏡代替分束鏡101，高于特定波長（如1500納米）的紅外光經(jīng)紅外二向色鏡透過（或反射），低于特定波長（如1500納米）的紅外光經(jīng)紅外二向色鏡反射（或透過），兩路信號再經(jīng)由能夠透過塑料特征波長的上述紅外帶通濾光片后，由各自的鏡頭接收，成像在紅外線陣傳感器上，最后2路信號合成一幅圖像，通過該圖像來實現(xiàn)不同材質塑料的識別，該方案在同等條件下光強信號是第一種技術方案的2倍，在一定程度上有利于信噪比的提升。

一種雙紅外在線塑料材質分選裝置專利目的

《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》的所要解決的技術問題在于在于提供一種成本低、裝置簡單、易于實現(xiàn)和實用化，并且識別率與已有設備基本相同的雙紅外在線塑料材質分選裝置。

一種雙紅外在線塑料材質分選裝置技術方案

《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》包括寬帶紅外光源、輸送帶、聚光裝置、分光裝置、控制系統(tǒng)、剔除裝置、兩片紅外帶通濾光片、兩個鏡頭，以及兩路紅外線陣傳感器，寬帶紅外光源照射到塑料的表面，塑料表面反射回的光經(jīng)分光裝置等分為2路，2路光分別經(jīng)過能夠透過塑料特征波長的紅外帶通濾光片后，由各自的鏡頭接收，成像在紅外線陣傳感器上，所述控制系統(tǒng)對成像在紅外線陣傳感器上的2組圖像信號的灰度值進行比例分析后判斷出異物并驅動所述剔除裝置將異物剔除。該發(fā)明所采用的濾光片，其中一片觀察的波長范圍為1150～1230納米，優(yōu)選在1190納米左右，另一片觀察的波長范圍為1600～1700納米，優(yōu)選在1660納米左右。采用這2個特征波長的濾光片，主要是要將PET中的PVC識別出來，也可將PET中的其他塑料（如PP、HDPE等）等識別出來，通過改變?yōu)V光片，也可將其它類型的塑料識別出來。

因為該發(fā)明所選用的上述紅外帶通濾光片，所以該發(fā)明采用價格相對較低的標準型InGaAs紅外線陣傳感器。所述雙紅外在線塑料材質分選裝置還包括背景裝置，紅外光源照射到經(jīng)過輸送帶傳送到背景裝置上表面的塑料表面。優(yōu)化的，所述寬帶紅外光源的匯聚方向與分光裝置的觀測方向對稱分布。優(yōu)化的，分光裝置的觀測方向與豎直方向傾斜一定角度。作為該發(fā)明分光裝置的第一種技術方案，所述分光裝置采用分束鏡，塑料表面反射回的光，一部分透過分束鏡經(jīng)過紅外帶通濾光片后，經(jīng)鏡頭成像在紅外線陣傳感器上，另一部分被反射經(jīng)過紅外帶通濾光片后，經(jīng)鏡頭成像在紅外線陣傳感器上。

作為該發(fā)明分光裝置的第二種技術方案，所述分光裝置采用紅外二向色鏡代替分束鏡，高于特定波長的塑料表面反射回的光經(jīng)紅外二向色鏡透過（反射），低于特定波長的塑料表面反射回的光經(jīng)紅外二向色鏡反射（透過），兩路信號再經(jīng)紅外帶通濾光片后，由各自的鏡頭接收，成像在紅外線陣傳感器上。通過在輸送帶寬度方向并行布置若干組上述雙紅外分選裝置，就可以方便地進行通道擴展，以滿足不同的分選產(chǎn)量需求。

一種雙紅外在線塑料材質分選裝置改善效果

《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》的優(yōu)點在于：通過觀察塑料在2個特征波段的紅外光反射信號，合成雙紅外圖像，能夠有效在線區(qū)分常見的生活廢品塑料，特別適用于透明塑料的識別，如PET和PVC材質的塑料，且塑料整瓶和瓶片都可以識別。光源采用價格低廉的大功率鹵素燈，通過橢圓形的反光罩聚光后，有效地提高了光源的利用率；分光方式簡單易行，采用分束片或者二向色鏡作為分光元件，通過紅外帶通濾光片觀察特征波段的信號，相對于棱鏡、光柵等分光方式，降低了難度和復雜度；傳感器采用靈敏度較高、成本相對較低的標準型InGaAs紅外線陣傳感器；可根據(jù)產(chǎn)量要求方便地在輸送帶寬度方向上并行擴展通道數(shù)目，而無需采用機械結構相對復雜、穩(wěn)定性要求較高的旋轉光學掃描多面鏡或高速掃描振鏡。該裝置可廣泛應用于塑料材質分選領域，具有重要的現(xiàn)實意義和廣泛的應用前景。

1.《一種雙紅外在線塑料材質分選裝置》包括寬帶紅外光源、輸送帶、聚光裝置、控制系統(tǒng)和剔除裝置，其特征在于：還包括分光裝置、兩片紅外帶通濾光片、兩個鏡頭，以及兩路紅外線陣傳感器，紅外光源照射到塑料表面，塑料表面反射回的光經(jīng)分光裝置分為2路，2路光分別透過紅外帶通濾光片后，由各自的鏡頭接收，成像在紅外線陣傳感器上，所述控制系統(tǒng)對成像在紅外線陣傳感器上的2組圖像信號的灰度值進行比例分析后判斷出異物并驅動所述剔除裝置將異物剔除，其中一片紅外帶通濾光片的透過波長范圍為1150～1230納米，另一片紅外帶通濾光片的透過波長范圍為1600～1700納米，所述紅外線陣傳感器為標準型InGaAs紅外線陣傳感器，所述雙紅外在線塑料材質分選裝置還包括背景裝置，紅外光源照射到經(jīng)過輸送帶傳送到背景裝置上表面的塑料表面。

2.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：所述兩片紅外帶通濾光片的透過波長分別為1190納米、1660納米。

3.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：所述寬帶紅外光源的匯聚方向與分光裝置的觀測方向對稱分布。

4.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：分光裝置的觀測方向與豎直方向傾斜一定角度。

5.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：所述分光裝置采用分束鏡，塑料表面反射回的光，一部分透過分束鏡經(jīng)過紅外帶通濾光片后，經(jīng)鏡頭成像在紅外線陣傳感器上，另一部分被反射經(jīng)過紅外帶通濾光片后，經(jīng)鏡頭成像在紅外線陣傳感器上。

6.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：所述分光裝置采用紅外二向色鏡代替分束鏡，高于特定波長的塑料表面反射回的光經(jīng)紅外二向色鏡透過或反射，低于特定波長的塑料表面反射回的光經(jīng)紅外二向色鏡反射或透過，兩路信號再經(jīng)紅外帶通濾光片后，由各自的鏡頭接收，成像在紅外線陣傳感器上。

7.如權利要求1所述的雙紅外在線塑料材質分選裝置，其特征在于：所述兩路線陣傳感器互相平行，且對應像元分別觀測來自塑料同一部位的光信號。

紅外雙CCD紅外防水攝像機采用的是SONY CCD成像器件以及大功率紅外驅動技術，具有色彩逼真、清晰度高。

在現(xiàn)有的工業(yè)領域中，由于電路板在使用的過程中，于自動化設備當中，需要對電路板進行正反面的分選，以避免由于電路板反向安裝而產(chǎn)生不良產(chǎn)品。但是，在現(xiàn)有技術當中，一般采用的方式為人工分選，這種分選方式不僅增加了人工成本，而且不利于提高分選速度，增加了成本。

本實用新型公開了一種單層電路板正反面分選裝置，具有可以有效節(jié)約人力成本、降低使用成本、有利于自動化水平提高等優(yōu)點。

所述單層電路板正反面分選裝置包括：電路板傳送裝置；感應及分選安裝座，所述感應及分選安裝座設置于所述電路板傳送裝置上電路板傳送的位置；感應器，所述感應器安裝到所述感應及分選安裝座；吹氣口，所述吹氣口安裝到所述感應及分選安裝座；電磁閥；電源，所述電源為所述電磁閥及感應器供電；所述感應器通過連接線連接到所述電磁閥；所述吹氣口通過一氣管連接到所述電磁閥。 2100433B

《一種紅外觸摸屏觸摸點識別方法和裝置》涉及觸摸屏領域，具體涉及一種紅外觸摸屏觸摸點識別方法和裝置。