一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置發(fā)明內(nèi)容

一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置專利目的

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

一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置技術(shù)方案

《一種雙紅外在線塑料材質(zhì)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(gè)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(zhǎng)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(duì)成像在紅外線陣傳感器上的2組圖像信號(hào)的灰度值進(jìn)行比例分析后判斷出異物并驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)范圍為1150～1230納米，優(yōu)選在1190納米左右，另一片觀察的波長(zhǎng)范圍為1600～1700納米，優(yōu)選在1660納米左右。采用這2個(gè)特征波長(zhǎng)的濾光片，主要是要將PET中的PVC識(shí)別出來，也可將PET中的其他塑料（如PP、HDPE等）等識(shí)別出來，通過改變?yōu)V光片，也可將其它類型的塑料識(shí)別出來。

因?yàn)樵摪l(fā)明所選用的上述紅外帶通濾光片，所以該發(fā)明采用價(jià)格相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)型InGaAs紅外線陣傳感器。所述雙紅外在線塑料材質(zhì)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(cè)方向?qū)ΨQ分布。優(yōu)化的，分光裝置的觀測(cè)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(shù)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(shù)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)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(jìn)行通道擴(kuò)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(zhì)分選裝置改善效果

《一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置》的優(yōu)點(diǎn)在于：通過觀察塑料在2個(gè)特征波段的紅外光反射信號(hào)，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(shí)別，如PET和PVC材質(zhì)的塑料，且塑料整瓶和瓶片都可以識(shí)別。光源采用價(jià)格低廉的大功率鹵素?zé)?，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(jiǎn)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(hào)，相對(duì)于棱鏡、光柵等分光方式，降低了難度和復(fù)雜度；傳感器采用靈敏度較高、成本相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展通道數(shù)目，而無需采用機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、穩(wěn)定性要求較高的旋轉(zhuǎn)光學(xué)掃描多面鏡或高速掃描振鏡。該裝置可廣泛應(yīng)用于塑料材質(zhì)分選領(lǐng)域，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。

在塑料應(yīng)用范圍越來越廣泛的現(xiàn)代社會(huì)，將廢塑料回收并按種類分開具有重要的現(xiàn)實(shí)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(zhì)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(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)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(shí)，PVC成分含量的高低將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因?yàn)镻ET的熔融溫度較高，在PET處理溫度上PVC會(huì)嚴(yán)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(yán)重影響紡絲的正常進(jìn)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(zhì)含量是現(xiàn)階段制約PET廢舊塑料回收利用的關(guān)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(duì)大量塑料進(jìn)行辨別時(shí)，有一定的局限性。X射線可以用來檢測(cè)重金屬原子和鹵族元素（含氯PVC），但無法檢測(cè)其他塑料。而光學(xué)方法則可以實(shí)現(xiàn)精度高、速度快、非破壞在線識(shí)別。其中，可見光可根據(jù)塑料的顏色進(jìn)行分類，而近紅外光則可以根據(jù)常見塑料的材質(zhì)類型進(jìn)行快速分類。

近紅外光譜技術(shù)（780-2526納米）是塑料材質(zhì)自動(dòng)分選廣泛使用的技術(shù)之一。近紅外光經(jīng)聚合物分子振動(dòng)的倍頻和組合頻吸收后，其吸收譜能夠表征相關(guān)官能基團(tuán)，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(shù)可以較容易的區(qū)分不同的塑料。但近紅外光譜技術(shù)一般不適用于鑒別黑色或深色的塑料。

Scott的文獻(xiàn)“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?zé)粽丈渌芰?，測(cè)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(diǎn)傳感器來觀測(cè)這兩個(gè)波段的信號(hào)，通過這2個(gè)波長(zhǎng)處的信號(hào)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(cè)過程中由于層疊、團(tuán)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(jìn)入相應(yīng)的單點(diǎn)探測(cè)器來探測(cè)2波長(zhǎng)處的信號(hào)比例。該專利指出，如使用兩濾波片中心波長(zhǎng)為1660納米、1716納米，在層疊或團(tuán)聚情況下有可能發(fā)生誤判。

上述這些方法在識(shí)別PET和PVC時(shí)，主要采用1660納米和1716納米的吸收峰作為特征波長(zhǎng)，2013年10月之前在主流的應(yīng)用中，近紅外探測(cè)多采用InGaAs材質(zhì)的傳感器，而標(biāo)準(zhǔn)型的InGaAs傳感器（波長(zhǎng)響應(yīng)范圍：900-1700納米）無法滿足長(zhǎng)波長(zhǎng)探測(cè)要求，需要采用擴(kuò)展型的InGaAs傳感器才可以探測(cè)到1716納米這個(gè)特征波長(zhǎng)，而這類擴(kuò)展型傳感器價(jià)格昂貴，2013年10月之前單點(diǎn)擴(kuò)展型InGaAs傳感器的成本為比相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品價(jià)格高2倍左右，線陣擴(kuò)展型InGaAs傳感器的成本比對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品價(jià)格高3倍以上，在很大程度上增加了設(shè)備的成本。

此外，上述專利或方法所采用的信號(hào)探測(cè)方式，往往只能采用單點(diǎn)傳感器，給出原理性分選方案，而難以采用線陣傳感器進(jìn)行多通道同時(shí)觀測(cè)。在實(shí)際大產(chǎn)量的在線應(yīng)用中，這些方法還需解決通道擴(kuò)展問題，比如需要采用旋轉(zhuǎn)光學(xué)掃描多面鏡或高速掃描振鏡來實(shí)現(xiàn)橫向方向的掃描，而光學(xué)掃描多面鏡等部件為精密光學(xué)元器件，對(duì)機(jī)械裝置的精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求很高，維護(hù)起來也較為困難。

圖1為雙紅外塑料材質(zhì)分選裝置整體結(jié)構(gòu)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(chǎng)范圍。

圖5為背景裝置結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)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?zé)簦?：背景裝置；5：輸送帶；6分光裝置的觀測(cè)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(zhǎng)度方向與輸送帶寬度方向平行）；401：紅外玻璃；402：背景板。

《一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置》涉及光電分選技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置。

1.《一種雙紅外在線塑料材質(zhì)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(gè)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(duì)成像在紅外線陣傳感器上的2組圖像信號(hào)的灰度值進(jìn)行比例分析后判斷出異物并驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)范圍為1150～1230納米，另一片紅外帶通濾光片的透過波長(zhǎng)范圍為1600～1700納米，所述紅外線陣傳感器為標(biāo)準(zhǔn)型InGaAs紅外線陣傳感器，所述雙紅外在線塑料材質(zhì)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(quán)利要求1所述的雙紅外在線塑料材質(zhì)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(zhǎng)分別為1190納米、1660納米。

3.如權(quán)利要求1所述的雙紅外在線塑料材質(zhì)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(cè)方向?qū)ΨQ分布。

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

5.如權(quán)利要求1所述的雙紅外在線塑料材質(zhì)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(quán)利要求1所述的雙紅外在線塑料材質(zhì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)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(quán)利要求1所述的雙紅外在線塑料材質(zhì)分選裝置，其特征在于：所述兩路線陣傳感器互相平行，且對(duì)應(yīng)像元分別觀測(cè)來自塑料同一部位的光信號(hào)。

以分選PET和PVC材質(zhì)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(zhì)分選裝置的一個(gè)實(shí)施例示意圖。該裝置包括寬帶紅外光源（鹵素?zé)簦?、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(duì)不同的應(yīng)用需求，光源3采用300-500W的鹵素?zé)簦?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(shí)，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(duì)成像在紅外線陣傳感器106和107上的2組圖像信號(hào)的灰度值進(jìn)行比例分析后判斷出異物并驅(qū)動(dòng)所述剔除裝置將異物剔除。經(jīng)過仔細(xì)調(diào)節(jié)，2路線陣傳感器互相平行，且對(duì)應(yīng)像元可分別觀測(cè)來自塑料同一部位的光信號(hào)。上述紅外帶通濾光片102和103的中心波長(zhǎng)分別為1190納米和1660納米，分別對(duì)應(yīng)PVC和PET塑料的特征吸收峰，與2013年10月之前的技術(shù)中分選這兩種材質(zhì)時(shí)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(jià)格相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)相同的標(biāo)準(zhǔn)型InGaAs紅外線陣傳感器106和107（如Hamamatsu，G9494），該傳感器的光譜響應(yīng)范圍為900-1700納米，完全包含該發(fā)明所觀測(cè)的塑料特征波長(zhǎng)。通過2路信號(hào)合成的塑料雙紅外圖像，通過對(duì)圖像上的2組信號(hào)灰度值進(jìn)行比例分析，能有效識(shí)別出PVC。圖6示意地給出PET和PVC的雙紅外圖像，在實(shí)際拍攝圖片時(shí)，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(jìn)行直觀地識(shí)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(shí)施例的照明方式中，2盞鹵素?zé)舻膮R聚方向與分光裝置的觀測(cè)方向6對(duì)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?zé)翦e(cuò)開一定的距離，也可使對(duì)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(shí)施例中，在探測(cè)塑料的反射光時(shí)，為了減少塑料的鏡面反射，將分光裝置1的觀測(cè)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(shí)施例單個(gè)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(shí)，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(gè)像元的理論分辨率低于1毫米。

需要說明的是，該實(shí)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(zhì)污染，或者被物料經(jīng)過時(shí)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(qǐng)也可按第二種技術(shù)方案來實(shí)施，以紅外二向色鏡代替分束鏡101，高于特定波長(zhǎng)（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(zhǎng)（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(hào)再經(jīng)由能夠透過塑料特征波長(zhǎng)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(hào)合成一幅圖像，通過該圖像來實(shí)現(xiàn)不同材質(zhì)塑料的識(shí)別，該方案在同等條件下光強(qiáng)信號(hào)是第一種技術(shù)方案的2倍，在一定程度上有利于信噪比的提升。

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

紅外雙CCD紅外防水?dāng)z像機(jī)采用的是SONY CCD成像器件以及大功率紅外驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有色彩逼真、清晰度高。

在現(xiàn)有的工業(yè)領(lǐng)域中，由于電路板在使用的過程中，于自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中，需要對(duì)電路板進(jìn)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(shù)當(dāng)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(shí)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(dòng)化水平提高等優(yōu)點(diǎn)。

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(yīng)及分選安裝座，所述感應(yīng)及分選安裝座設(shè)置于所述電路板傳送裝置上電路板傳送的位置；感應(yīng)器，所述感應(yīng)器安裝到所述感應(yīng)及分選安裝座；吹氣口，所述吹氣口安裝到所述感應(yīng)及分選安裝座；電磁閥；電源，所述電源為所述電磁閥及感應(yīng)器供電；所述感應(yīng)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(diǎn)識(shí)別方法和裝置》涉及觸摸屏領(lǐng)域，具體涉及一種紅外觸摸屏觸摸點(diǎn)識(shí)別方法和裝置。