JPH08509417A - 材料部分の選別方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 材料部分、例えばプラスチック部分の選別するために、前記材料部分を、既知の搬送速度で材質識別装置に通過させ、該材質識別装置は、測定野において各材料部分を無接触走査することにより当該材料部分の材質種を検出し、該材質種を表す信号を送出し、該信号をその材質種に応じた材料部分の選別に使用し、前記材料部分を、画像形成装置に通過させ、前記材料部分の画像を撮影し、当該画像から電子画像処理法によって、材料部分の色特徴および／または形状特徴を検出し、前記検出された色特徴および／または形状特徴から、材料部分の箇所に関する位置情報を導出し、当該箇所においては、材質種の一義的な検出が、他の材質種による障害なしで可能であり、材質識別装置による材質種の検出を、前記位置情報により同定された障害を受けない箇所に制限して行う。

Description

【発明の詳細な説明】 材料部分の選別方法および装置 本発明は、材料部分、例えばプラスチック部分の選別方法に関する。 プラスチックをリサイクルの枠内で分離するためには、ＮＩＲ分光計に基づく 無接触の光学的方法が公知である。ここでは、プラスチック部分が近赤外線の光 源によって照射され、拡散反射スペクトルが得られる。このスペクトルは明瞭な 相違を示し、これに基づいて分離を材料選別後に行うことができる。この形式の 公知の装置は通過するプラスチック部分、例えばボトル、カップ等を１つまたは 複数の測定点で検出し、照射された測定点により反射された光からＮＩＲスペク トルを算出する。この場合の前提は、測定点がラベル、金属刻印等の拡散反射に 影響を及ぼす添付物により妨げられない、ということである。また急峻な空間エ ッジも測定結果に誤差を与えたり不確実にする。マイクロ波またはＸ線ビームに 基づく同様の無接触センサも公知であるが、同じような制限を受ける。 一方では、カラービデオカメラの使用に基づく光学系をプラスチックの色選別 に用いることが公知である。ここでは、カラービデオカメラを用いて、通過する プラスチック部分の画像が照射光または透過光で検出さ れ、画像計算器で形状分類および／または色分類が行われる。これに適した画像 計算器は例えばＰＣＴ公開、ＷＯ９０／１０２７３から公知である。これには、 形状分類および色分類を植物の自動光学的分類に基づいて行うことが記載されて いる。しかしこの公知の装置によっては、プラスチック部分を材料選別の後に切 り取り、分離することはできない。 本発明の課題は、材質種を確実かつ障害なしに検出し、多様の選別基準を選択 することにより材料部分を選別することができる方法およびこの方法を実施する ための装置を提供することである。 この課題は、材料部分、例えばプラスチック部分の選別するために、 前記材料部分を、既知の搬送速度で材質識別装置に通過させ、 該材質識別装置は、測定野において各材料部分を無接触走査することにより当 該材料部分の材質種を検出し、該材質種を表す信号を送出し、 該信号をその材質種に応じた材料部分の選別に使用する、材料部分の選別方法 において、 前記材料部分を、画像形成装置に通過させ、 前記材料部分の画像を撮影し、 当該画像から電子画像処理法によって、材料部分の色特徴および／または形状 特徴を検出し、 前記検出された色特徴および／または形状特徴から、 材料部分の箇所に関する位置情報を導出し、 当該箇所においては、材質種の一義的な検出が、他の材質種による障害なしで 可能であり、 材質識別装置による材質種の検出を、前記位置情報により同定された障害を受 けない箇所に制限して行うことにより解決される。 本発明の方法では、材質種検出を電子画像処理の結果と結合することにより、 材料部分での材質種検出を材質種を障害なしで検出するのに適した箇所でのみ実 行されるようになる。さらに、種々の材質種からなる構成部材を材料部分が有す る場合には、個々の構成部材の材質種を別個に検出することができる。さらに、 電子画像処理によって得られた色特徴および／または形状特徴が付加的選別基準 として使用される。 本発明の方法の有利な構成および発展形態並びにこの方法を実施するための装 置は従属請求項に示されている。 本発明の特徴および利点は、図面に基づいて実施例の以下の説明から明らかと なる。図面には次ぎが示されている。 図１は、選別装置の概略図である。この選別装置は本発明の方法を実施するた めに構成されている。 図２は、図１の選別装置における材質種検出を説明するための詳細図、 図３は、別の材質種検出を説明するための詳細図、 図４は、図１の選別装置の別の実施例の概略図、 図５は、図１の選別装置の拡張図である。 図１に示された選別装置１０は搬送ベルト１２を有し、このベルト上に選別す べき材料部分１４が相互に接触しないように載せられる。実施例では、材料部分 １４がプラスチック中空体、例えばボトル、カップまたはその他の容器であるこ とが前提とされており、これらは元の状態でまたはプレスにより変形することが できる。搬送ベルト１２は一定の速度で矢印方向に駆動され、材料部分が１４が 滑らずに搬送されるよう構成されている。この目的のために、搬送ベルト１４は 適切な構造物１６を有する。この構造物１６は図面には概略的に示されている。 搬送ベルト１６は画像形成装置２０を通過する。この画像形成装置では材料部 分のカラー画像が記録され、ビデオ信号に変換される。画像形成装置２０はカラ ービデオカメラ２２を有し、このカメラにはランプ２４が配属されている。ラン プは材料部分１４を散乱照射光により照明する。これによりカラービデオカメラ ２２は材料部分１４を照射光で撮影する。さらに画像形成装置２０は第２のカラ ービデオカメラ２６を有し、このカメラには１つまたは複数のランプ２８が配属 されている。このランプは材料１４を搬送ベルト１２の反対側から照射する。し たがってカラービデオカメラ２６は材料部分１４を透過光で撮影する。透過照明 が 可能であるように、搬送ベルト１２は透光性でなければならず、例えば開いた孔 のある繊維ベルトとするか、または格子状の構造体を有することができる。 カラービデオカメラ２２と２６は通常のマトリクスカメラまたは走査線カメラ とすることができる。これらのカメラはまた、選別すべき材料部分に合わせられ たスペクトル感度を有する専用カメラとすることもできる。各カラービデオカメ ラはその出力側に画像信号を送出する。画像信号は例えば、基本色、赤、緑、青 の色分解版を表す。 ２つのカラービデオカメラ２２と２６から送出された画像信号は画像計算器３ ０に供給される。画像計算器では電子画像処理の公知の方法により照射画像およ び透過画像から撮影された材料部分の色特徴および形状特徴が検出される。これ に適した画像計算器は、例えばＰＣＴ公開ＷＯ９０／１０２７３号に詳細に記載 されている。この公知の画像計算器では、カラービデオカメラから送出されたア ナログカラービデオ信号が画素ごとにデジタル化され、デジタル化されたカラー ビデオ信号は画素ごとに所定の色等級に従って分類され、デジタル化されかつ分 類されたカラービデオ信号はさらに画素ごとに画像メモリに記憶される。このよ うにして記憶されたデジタル画像はさらに画像計算器によって、前記画素の種々 の色等級への所属性に基づいて、色特徴および幾何的形状特徴の検出のために評 価される。この公知の画像計算器の特別な利点は、この計算器にそれぞれ１つの 色等級が割り当てられた画像断片を前提示することによりトレーニングできるこ とである。 画像計算器３０により検出された色特徴および形状特徴を材料部分１４および その構成部に正しい位置で配属することができるように、画像計算器３０は位置 センサ３２および速度センサ３４から情報を受け取る。位置センサ３２は例えば 、材料部分１４が所定の位置にあるとき常に位置信号を画像計算器３０に送出す る。速度センサ３４は画像計算器３０に、搬送ベルト１２の搬送速度を表す信号 を送出する。これらの信号、および位置センサ３２とカラービデオカメラ２２、 ２６との既知に間隔に基づき画像計算器３０は、各カラービデオカメラ２２ない し２６の画像野内の各材料部分１４の位置を撮影時点で計算し、検出された各色 特徴および形状特徴に材料部分上の所定の位置を割り当てることができる。 場合により、画像計算器３０は画像の撮影を、材料部分がカラービデオカメラ の画像野中の所定位置にあるときにトリガすることができる。 画像形成装置２０を通過した後、材料部分１４は搬送ベルト１２によって材質 識別装置４０を通るように搬送される。材質識別装置４０は、無接触で動作する 公知の材質センサ４２、例えばマイクロ波センサ、Ｘ 線センサまたは近赤外線領域（ＮＩＲ）で動作する分光センサと、ビーム源４４ を有する。ビーム源は材料部分１４を、使用する材質センサ４２が感度のあるビ ームを照射する。以下の説明では、材質センサ４２はＮＩＲ分光センサであるこ とが前提とされる。したがって、ビーム源４４は材料部分１４を波長が近赤外線 領域に達する光で照射する。このためには通常のハロゲンランプを使用すること ができる。 図２には、どのようにＮＩＲ分光センサ４２が、搬送ベルト１２により搬送さ れビーム源４４により照射された材料部分１４を、材料部分の材質種を検出する ために走査するかが示されている。ＮＩＲ分光センサ４２は光学系４６を介して 光を検出する。この光は材料部分１４の表面から比較的小さな測定野４８で反射 される。測定野４８は光学系４６のアパーチャにり定められる。この測定野は典 型的には約２ｃｍの直径を有する。光学系４６を介して記録された光は格子を介 してスペクトル分解される。このとき波長領域は１６００ｎｍから２０００ｎｍ に制限される。反射スペクトルでは、個々のプラスチック材質が明瞭な差を示す 。これにより前もって学習したスペクトル・データと比較することによって所定 のプラスチックを同定することができる。ＮＩＲ分光センサ４２は出力側に信号 を送出する。この信号は識別された材料種を表すか、または材料検出が不可能で あったことを指示する。 図２に示された実施例では、材料部分１４がボトル体５０、栓キャップ５２、 ラベル５４および不透明な底部カップ５６を有する変形したプラスチックボトル であるとされる。底部カップは、底部領域を補強するためにプラスチックボトル に設けられたプラスチック・フードである。このフードは通常、ボトル体のプラ スチックとは異なるプラスチックからなる。同じように通常、栓キャップもボト ル体とは別の材料からなる。材料部分１４、例えばボトル体５０の材料部分１４ の所定の構成部の材料種を正しく検出するには、もっぱら測定野４８が選別時点 でこの構成部の表面領域に存在することが前提である。この表面部はとくに、ラ ベル、金属刻印、または他の拡散反射スペクトルに悪影響を及ぼすようなレッテ ルや印刷物によって障害を受けてはならない。測定野４８に急峻な空間エッジが あっても、これが測定結果に悪影響を及ぼす。測定野４８が例えば、ラベル５４ の上にあると、測定結果を使用することができない。ラベルが紙でできていれば 識別可能なスペクトルが送出されない。またラベル５４がボトル体５０とは別の プラスチックからなると、間違った測定結果を得ることもある。測定野が選別時 点で、一部は栓キャップ５２に、一部はボトル体５０の上にあると、これら両方 の構成部の材料種を明瞭に検出することができない。同じことが、測定野４８が ボトル体５０と底部カップ５６に重なっている場合にも 当てはまる。しかしたとえ材質センサ４２が申し分なく材料種検出を実行しない 場合でも、識別された材料種がボトル体５０、栓キャップ５２、ラベル５４また は底部キャップ５６に配属されていることが確実でなければならない。 これらの問題は、図１に示された選別装置では、画像計算器３０で実行される 電子画像処理によって解決される。検出された色特徴および形状特徴に基づいて 、画像計算器３０は材料部分１４の特徴的構成部、例えば栓キャップ、ボトル体 、ラベルおよび図２のプラスチックボトルの底部カップを識別し、位置情報を送 出する。この位置情報は、記憶されているデジタル画像中の構成部の検出された 位置を表す。この位置情報は材質識別装置４０に配属された材質識別計算器６０ に供給される。そしてこの位置情報は、材質識別計算器６０によりまたはすでに 画像計算器３０により、既知の搬送ベルトの搬送速度、および画像形成装置２０ と材質識別装置４０との既知の間隔に基づいて、この構成部が材質識別装置４０ の通過の際にとる位置に変換される。こうして材質識別計算器６０は材質センサ ４２の機能を、材料部１４の材質種ないしその個別の構成部の材質種が正しく識 別されるように種々に制御することができる。 第１の手段では、材質センサ４２は、材料部分１４が測定窓１８を通って搬送 される間、連続的に材質種 を検出する。しかし材質識別計算器６０は、画像計算器３０で検出された形状特 徴および色特徴に基づいて、物資種を障害なしで検出するのに適した材料部分の 箇所から発生した測定結果だけを選択する。画像計算器３０から送出された位置 情報に基づいて、材質識別計算器６０ではいつ材質センサ４２の測定野４８が上 記のような材料部の適切な箇所の上にあるかを知ることができる。このようにし て、１つの材料部１４の種々異なる構成部の材質種を別個に検出することもでき る。現在入手可能な高速測定ＮＩＲ分光センサは毎秒１０から１０００の測定を 行う。画像計算器３０から送出された位置情報に基づき、図２に図示の材質識別 センサ６０の実施例では、多数の測定から目的とする１つの測定を選択すること ができる。すなわち、栓キャップ５２からだけ、ボトル体５０からだけ、ラベル ５４からだけ、または底部カップ５６からだけ得られた測定を選択することがで きる。これによって、材質センサ４２により検出された材質種を材料部１４の種 々の構成部に配属することができる。 この第１の手段の変形実施例では、材質種の検出が材質識別装置４２によって 連続的に行われるのではなく、材質識別計算器により、測定野が材質種検出に適 した所望の箇所にあるときだけトリガされる。 材質識別計算器６０を用いた材質種の無接触検出のための第２の手段では、材 質センサ４２の測定野が材 質種を障害の影響なしで検出することのできる箇所に向けられる。このことは例 えば、図３に示された材質識別装置４０の変形実施例により行うことができる。 この実施例では、測定野４８にある材料部１４の表面から反射された光束が材質 センサ４２光学系４６により直接受光されるのではなく、ミラー検流計６４のミ ラー６２により方向転換されてから受光される。材質識別計算器６０はミラー検 流計６４を制御し、ミラー６２の測定野４８が材料部１４の所定の箇所に向けら れるようにする。この箇所は、画像計算器３０で検出された色特徴および形状特 徴に基づき、材質種を障害なしで検出するに適していることが確実な箇所であり 、その位置は画像計算器３０から送出された位置情報に基づいて既知である。所 望の場合には、ミラー検流計６４を材質識別計算器６０により、測定野４８が材 料部１４の選択箇所をその運動の際に所定時間追従するように制御することがで きる。 測定野４８をミラー検流計６４によって方向転換する代わりに、材質センサ４ ２全体を材質識別計算器６０による制御の下で、測定野４８が所望の箇所に向け られるようにすることももちろん可能である。しかしミラー検流計を用いた方向 転換には、僅かな電力で非常に高速に、実質的に慣性なしで行うことができると いう利点がある。 位置的および時間的にさらに分解能の高い材質識別 は次のようにして達成される。すなわち通常は円形である、材質センサ４２のア パーチャを、アナモルフィック・レンズまたは光導波体装置によって、このアパ ーチャが線形で、搬送方向に対して横に配向された形状を有するように変形する のである。これにより、搬送方向で見て細いセグメントを測定することができる 。このアパーチャを画像形成装置２０から送出された信号に基づき時間的および 位置的に制御することによって、円形のアパーチャを使用した場合よりも位置的 に良好に制限された材質種の検出が行われるようになる。これにより例えば、寸 法の小さな栓キャップ等の構成部の材質種を目的通りに、ボトル体と重なること なしに検出することができる。 とくに複数の異なるプラスチックからなる材料部の材質種を検出するためには 、材質センサのアパーチャを分割して、同時に検出される複数の別個の測定野が 得られるようにすることができる。このような分割は光導波体の構成、またはレ ンズまたはマスクのような光学素子を用いて容易に実行することができる。測定 野の分配と、得られた部分測定野による所望の箇所の検出は、材質識別計算器６ ０により、画像計算器３０から送出された情報に基づいて制御することができる 。例えばこのようにして、ボトル体が一方のプラスチックからなり、他方のプラ スチックからなるラベルにより部分的に覆われているドリンク・ボトルの場合に 、 ボトル体を２つの別個の測定野によりラベルの右と左で同時に検出し、ラベルを 検出しないようにすることもできる。 これまで仮定してきたように、材料部１４をビーム源４４により大面積で照明 し、測定野４８の形状と広がりを材質センサ４２のアパーチャにより検出するの ではなく、大きなアパーチャを有する材質センサ４２を開発し、測定野の大きさ 、形状および位置を、ビーム源４４により位置的および時間的に制限した照明に よって検出することも可能である。この場合は、測定時点で材質種検出を行うべ き箇所のみがアクティブに照明される。このことは、材質識別計算器６０により 制御される照明によって達成される。この照明の配光は画像計算器３０から送出 された位置情報に基づいて決められる。これに適する、コンピュータ制御される 光シャッターは、例えば液晶光シャッターにより構成することができ、当業者に は公知である。このように測定野を光り制御する構成では、前に述べた測定野の 変形または分配の付加的な手段をとくに簡単に実行することができる。例えば測 定野を複数の測定野に分配することは、照明を相応の位置的パターンで行うこと により達成される。 図１の選別装置では、画像計算器３０から送出された色特徴情報、形状特徴情 報および位置情報と、材質識別計算器６０から送出された材質種情報とが選別計 算器７０に送出される。選別計算器７０はこれらの情報に基づいて、材料部分１ ４の選別を制御する。このために、搬送ベルト１２にそって一連の選別ポイント ７２が配置されている。これら選別ポイントは、最も簡単な場合、気圧式のエジ ェクタとすることができ、材料部分１４を滑り台７４を介して別個の容器に掃き 出す。簡単にするため図１には、３つのこのような選別ポイントが示されている だけであるが、その数はもちろん任意に大きさとすることができる。各選別ポイ ント７２は、所定の選別クラスに所属する材料部分１４を区分けするために用い る。選別計算器７０では、使用者が書く選別クラスに対する選別基準を調整し、 各選別クラスを選別ポイント７２に割り当てる。既知の搬送速度と、位置センサ ３２、画像形成装置２０および材質識別装置４０から選別ポイント７２までの既 知の間隔に基づいて、選別計算器７０は、いつ所定の材料部分１４が所定の選別 ポイントの箇所に来るかを正確に求めることができ、計算器は選別クラスに配属 された次のような選別ポイント７２をトリガすることができる。すなわちこの選 別ポイントには、材料部分が、画像計算器３０から送出された色特徴および／ま たは形状特徴に従って、並びに材質識別計算器６０から送出された材質種情報に 従って所属している。作成された選別クラスに属さない材料部分は搬送ベルトの 端部で集合容器に落下される。 このようにして選別基準の数に応じて任意に細かい選別を行うことができる。 すべての材料部分を材質種に従って分離選別するのだけなく、各材質種内で、ま たは所定の材質種群内で、材質の透明、非透明による選別、材質の着色、非着色 による選別、および色による選別を行うことができる。という名材質と非透明材 質との区別はとくに次のようにして可能である。すなわち、材料部分の撮影を照 射光でも透過光でも行うのである。 図４には、図１の選別装置の変形実施例が示されている。この変形実施例は図 １の実施例と同じ構成部材を有し、図１と同じ参照符号が賦されている。図４の 選別装置は図１の選別装置と次の点で異なる。すなわち、材質識別装置４０が搬 送ベルト１２の搬送方向で、画像形成装置２０の後方ではなく、前方に配置され ている点で異なるのである。この場合、材質センサ４２はこれが連続的に、測定 野４８を通過するすべての材料部分の材質種を検出するように動作されなければ ならない。また材質識別計算器６０はメモリを有していなければならず、このメ モリには部室センサ４２から送出されたすべての測定結果が測定された構成部の 位置と関連して記憶されている。このようなメモリは例えば、電子遅延素子によ って実現することができる。引き続き画像計算器３０では、色特徴および形状特 徴の検出と、材質種の障害なしの検出に適する材料部の 箇所の位置検出が再度行われる。画像計算器３０から送出された位置情報は再び 材質識別計算器６０に供給され、搬送ベルト１２の既知の搬送速度と、材質識別 装置４０と画像形成装置２０との間の既知の間隔に基づいて、位置に変換される 。この位置は、該当する個所が以前の材質種の検出の間、材質識別装置において 取っていた位置である。測定結果は材質識別計算器６０のメモリに、これらの位 置に対応して記録されているから、このメモリは変換した位置情報により次のよ うにアドレシングすることができる。すなわち、画像計算器３０により適切であ ると認められ、位置情報により同定された箇所から発生した測定結果が読み出さ れるようにアドレシングすることができる。この測定結果は、図１の選別装置の 場合と同じように選別計算器７０に供給される。 選別計算器は前に説明したように、選別ポイント４２を調整された選別基準医 従って制御する。 図４の実施例では、材質センサ４２の測定野を、画像計算器３０から送出され た位置情報に基づいて図３に示されているように、方向転換により所定の箇所に 向けることはできない。なぜならこの手段は、画像形成装置が材質識別装置の前 に配置されていることを前提としているからである。これを別にすれば、図４の 実施例は図１の実施例と同じように材料部分の選別に対して同じ手段を提供する 。 図５は選別装置の別の実施例を示す。これにはどのようにして、画像計算器３ ０での画像処理により得られた情報を別の目的のために有利に使用できるかが示 されている。図５の実施例は、図１の実施例を拡張するものである。この実施例 は、図１の実施例のすべての構成部材を有し、これらには図１と同じ参照符号が 付してある。付加的に図５の実施例では、材質識別装置４０と選別ポイント７２ との間に、搬送ベルト１２に沿って２つの付加的ステーション８０と９０が挿入 されている。これらのステーションを材料部分１４が搬送される。 ステーション８０は、ガラスでできている材料部分の選別に用いる。これは、 中空体、例えばガラスボトルおよびその他のガラス容器を選別するための選択的 実施例である。各中空体１４の重量が高速のベルト秤８２で検出され、計算器８ ４に入力される。この重量だけではガラス容器とプラスチック容器とを区別する ことはできない。なぜなら中空体の寸法が未知だからである。したがって、画像 計算器３０から計算器８４へ形状特徴に関する情報が伝送される。この情報から 計算器８４は中空体の大きさを推定することができる。重量と幾何的大きさとを 結合すれば、計算器８４によって、それがガラス体であるかまたはプラスチック 体であるかを決定することができる。計算器８４は次に、選別ポイント８６を制 御し、ガラス体を吐き出し装置 ８８を介して選別する。選別ポイント８６は、図５に示すようにステーション８ ０に直接配置することができる。しかしこれを返送ベルト１２の端部に選別ポイ ント７２に付加することもできる。この場合は計算器８４は選別計算器７０に、 識別されたガラス体の位置を表す情報を送出する。これにより、選別計算器７０ はガラス体を、配属された選別ポイントの操作によって選別することができる。 通常はすべての吐き出しステーションを反そうベルトの端部にまとめて、空間的 に隣接して設置すると有利である。同期化は選別計算器７０により簡単に行うこ とができる。なぜなら、種々異なるステーションから送出された位置情報、既知 のベルト速度およびステーションと選別ポイントとの既知の間隔から、選別ポイ ントの操作の時点を正確に求めることができるからである。 ステーション９０は分離ステーションであり、ここでは栓キャップ５２および 底部カップ５６がボトル体５０から分離され、投棄される。計算器９２は、画像 計算器３０から中空体５０の栓キャップ５２および底部カップ５６の位置に関す る位置情報を受信し、また材質識別計算器６０からこの構成部の材質種に関する 情報を受信する。これらの情報に基づいて計算器９２は、栓キャップおよび／ま たは底部カップを分離すべきか否かを決定し、中空体５０が通過する正しい時点 で分離装置９４をトリガする。分離装置は該当する部 分を分離し、吐き出しステーション９６を介して投棄する。 したがって、付加的なステーション８０と９０では、材質識別装置４０の場合 と同じように、画像計算器２０での画像処理により得られた形状特徴および色特 徴と位置情報が目的とする選別のために使用されることがわかる。 もちろん必要に応じて、図５の選別装置に別のステーションを付加することも できる。本発明の特別な利点は、ステーションの順序が任意であることである。 なぜなら、ステーションの機能を位置情報に基づいて制御することができ、この 位置情報は各ステーション毎に他のステーションからは独立して計算することが できるからである。 前記の選別装置ではもちろん、当業者に容易な別の変更を加えることができる 。例えば、搬送ベルトの代わりに他の公知の搬送手段を使用することができる。 この搬送手段も材料部をスリップなしで種々のステーションに搬送することがで きる。これは例えば、回転台である。さらに種々の計算器の機能を、図面ではわ かりやすくするため別個に図示したが、１つの共通のコンピュータにより実行す ることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月１８日 【補正内容】 明細書 材料部分の選別方法および装置 本発明は、材料部分、例えばプラスチック部分の選別方法に関する。 プラスチックをリサイクルの枠内で分離するためには、ＮＩＲ分光計に基づく 無接触の光学的方法が公知である。ここでは、プラスチック部分が近赤外線の光 源によって照射され、拡散反射スペクトルが得られる。このスペクトルは明瞭な 相違を示し、これに基づいて分離を材料選別後に行うことができる。この形式の 公知の装置は通過するプラスチック部分、例えばボトル、カップ等を１つまたは 複数の測定点で検出し、照射された測定点により反射された光からＮＩＲスペク トルを算出する。この場合の前提は、測定点がラベル、金属刻印等の拡散反射に 影響を及ぼす添付物により妨げられない、ということである。また急峻な空間エ ッジも測定結果に誤差を与えたり不確実にする。マイクロ波またはＸ線ビームに 基づく同様の無接触センサも公知であるが、同じような制限を受ける。 一方では、カラービデオカメラの使用に基づく光学系をプラスチックの色選別 に用いることが公知である。ここでは、カラービデオカメラを用いて、通過する プラスチック部分の画像が照射光または透過光で検出さ れ、画像計算器で形状分類および／または色分類が行われる。これに適した画像 計算器は例えばＰＣＴ公開、ＷＯ９０／１０２７３から公知である。これには、 形状分類および色分類を植物の自動光学的分類に基づいて行うことが記載されて いる。しかしこの公知の装置によっては、プラスチック部分を材料選別の後に切 り取り、分離することはできない。 米国特許第５０４１９９６号明細書には、材料部分の選別方法が記載されてい る。この方法では、前記２つの公知の手段が共通に適用される。まず、材料部分 が画像形成装置を通過する。画像形成装置は材料部分の色を検出し、次の材料部 分は材質識別装置を通過する。材質識別装置は材料部分の材質種を検出する。次 に選別が、画像形成装置により検出された結果に基づいて行われる。これにより 、材料部分は材質種に従って、また各材質種内では色に従って選別される。ここ で２つのシステムは相互に完全に独立して動作する。画像形成装置と材質識別装 置との間で情報交換されることはなく、一方の装置が他方の装置を制御すること もない。 この種の公知の方法では別の問題もある。すなわち、材料部分の材質種の一義 的な検出がしばしば不可能なことである。なぜなら、材質識別装置により検査さ れた材料部分の箇所が他の材料種により障害を受けるからである。米国特許第５ ０４１９９６号明細書によれ ば、このような場合には、材質識別の多数決により多数を材料部分の材質種とす る。しかし例えば、他のプラスチックからなる拡大されたラベルをプラスチック ボトルが有する場合には、プラスチックボトルにラベルの材質種が割り当てられ てしまうこともある。 本発明の課題は、材料部分の箇所が他の材質種によって障害を受けていても、 材質種を確実かつ一義的に検出し、選別することができる方法およびこの方法を 実施するための装置を提供することである。 この課題は、材料部分、例えばプラスチック部分の選別方法であって、 前記材料部分を、既知の搬送速度で材質識別装置に通過させ、 該材質識別装置は、測定野において各材料部分を無接触走査することにより当 該材料部分の材質種を検出し、該材質種を表す信号を送出し、 該信号をその材質種に応じた材料部分の選別に使用し、 前記材料部分を、画像形成装置に通過させ、 前記材料部分の画像を撮影し、 当該画像から電子画像処理法によって、材料部分の色特徴および／または形状 特徴を検出する方法において、 前記検出された色特徴および／または形状特徴から、材料部分の箇所に関する 位置情報を導出し、 当該箇所においては、材質種の一義的な検出が、他の材質種による障害なしで 可能であり、 材質識別装置による材質種の検出を、前記位置情報により同定された障害を受 けない箇所に制限して行う方法により解決される。 請求の範囲 １． 材料部分（１４）、例えばプラスチック部分の選別方法であって、 前記材料部分（１４）を、既知の搬送速度で材質識別装置（４０）に通過さ せ、 該材質識別装置は、測定野（４８）において各材料部分（１４）を無接触走 査することにより当該材料部分の材質種を検出し、該材質種を表す信号を送出し 、 該信号をその材質種に応じた材料部分（１４）の選別に使用し、 前記材料部分（１４）を、画像形成装置（２０）に通過させ、 前記材料部分（１４）の画像を撮影し、 当該画像から電子画像処理法によって、材料部分（１４）の色特徴および／ または形状特徴を検出する方法において、 前記検出された色特徴および／または形状特徴から、材料部分（１４）の箇 所に関する位置情報を導出し、 当該箇所においては、材質種の一義的な検出が、他の材質種による障害なし で可能であり、 材質識別装置（４０）による材質種の検出を、前記位置情報により同定され た障害を受けない箇所に 制限して行う ことを特徴とする材料部分の選別方法。 ２． 画像形成装置（２０）を、材料部分（１４）の搬送方向で材質識別装置（ ４０）の前に配置する請求の範囲第１項記載の方法。 ３． 材質識別装置（４０）による材質種の検出を、前記位置情報により同定さ れた、材料部分（１４）の障害を受けない箇所が材質識別装置（４０）の測定野 （４８）にあるときにそれぞれトリガする請求の範囲第２項記載の方法。 ４． 位置情報を方向転換装置（６２、６４）の制御に使用し、 該方向転換装置は材質識別装置（４０）の測定野（４８）を、前記位置情報 により同定された、材料部分（１４）の障害を受けない箇所に向ける 請求の範囲第２項記載の方法。 ５． 材質識別装置（４０）の測定野（４８）は、材料部分（１４）の比較的に 大きな領域を検出し、 材質種の検出に対して必要なビームによる材料部分（１４）の照明を、前記 位置情報により同定された、障害を受けない箇所に制限して行う 請求の範囲第２項記載の方法。 ６． 材質識別装置（４０）から送出されたすべての信号のうち、前記位置情報 により同定された、障害を受けない箇所から発生した信号のみを有効として 使用する 請求の範囲第２項記載の方法。 ７． 材質識別装置（４０）を、材料部分の（１４）の搬送方向で画像形成装置 （２０）の前に配置し、 材質識別装置（４０）から送出された信号を記憶し、 記憶された信号のうち、前記位置情報により同定された、障害を受けない箇 所配属された信号のみを有効として使用する 請求の範囲第１項記載の方法。 ８． 材質識別装置（４０）の測定野（４８）を光学系により、搬送方向では横 方向と比較して高い位置分解能を有するように変形する 請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法。 ９． 材質識別装置（４０）の測定野（４８）を光学素子および／または光導波 体によって、材料部分（１４）が種々異なる箇所で、空間的パターンに従って検 出されるように分配する 請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の方法。 １０． 空間的パターンは、材質種の検出に必要なビームによる材料部分（１４ ）の照明の分配によって、測定野（４８）内に設定される 請求の範囲第９項記載の方法。 １１． 空間的パターンを、材質種の検出に意味のある、材料部分（１４）の複 数箇所が同時に検出されるように選択する 請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 １２． 請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項に記載された方法を 実施するための装置であって、 材料部分（１４）を滑らずに搬送するための搬送装置（１２）と、画像形成 装置（２０）と、画像計算器（３０）と、材質識別装置（４０）と、選別機構（ ７０、７２、７４）とを有し、 前記搬送装置（１２）は既知の搬送速度を有し、 前記画像形成装置を材料部分（１４）が通過し、 かつ該画像形成装置は材料部分（１４）の画像を撮影し、電子画像信号に変 換し、 前記画像計算器（３０）は電子画像信号から材料部分（１４）の色特徴およ び／または形状特徴を検出し、 前記材質識別装置（４０）を材料部分（１４）が通過し、 かつ該材質識別装置は、測定野（４８）において各材料部分（１４）を無接 触走査するための材質センサ（４２）と、材質識別計算器（６０）とを有し、 該材質識別計算器は材質センサ（４２）の出力信号を処理することにより、 測定野（４８）の材質種 を検出し、材質種を表す信号を送出し、 前記選別機構（７０、７２、７４）は材料部分（１４）を、画像形成装置（ ２０）および材質識別装置（４０）から送出された信号に基づき所定の選別クラ スに従って選別する形式の選別装置において、 画像計算器（３０）は、検出された色特徴および／または形状特徴から、材 料部分（１４）の箇所に関する位置情報を導出し、該箇所においては材質種の一 義的な検出が、他の材質種による障害なしで可能であり、 材質識別計算器（６０）は位置情報を画像計算器（３０）から受信し、受信 された位置情報に基づき材質種の検出を、前記位置情報により同定された、障害 を受けない箇所に限定して行う ことを特徴とする選別装置。 １３． 画像形成装置（２０）はカラービデオカメラ（２２）を有し、 該カラービデオカメラは材料部分（１４）を照射光で撮影する 請求の範囲第１２項記載の装置。 １４． 画像形成装置（２０）はカラービデオカメラ（２６）を有し、該カラー ビデオカメラは材料部分（１４）の画像を透過光で撮影する 請求の範囲第１２項または第１３項記載の装置。 １５． 各ビデオカメラ（２、２６）は走査線カメラ またはマトリクスカメラである請求の範囲第１３項または第１４項記載の装置。 １６． 材質センサ（４２）はＮＩＲ分光センサである 請求の範囲第１２項から第１５項までのいずれか１項記載の装置。 １７． 画像形成装置（２０）は、材料部分（１４）の搬送方向で材質識別装置 （４０）の前に配置されている 請求の範囲第１２項から第１６項までのいずれか１項記載の装置。 １８． 測定野（４８）を規定する光束の経路中に光学的方向転換装置（６４） が配置されており、 該方向転換装置は材質識別計算器（６０）によって、画像形成装置（２０） から送出された位置情報に基づき、測定野（４８）が位置情報により同定された 、障害を受けない箇所に向けられるよう制御される 請求の範囲第１７項記載の装置。 １９． 光学的方向転換装置はミラー検流計（６４）である 請求の範囲第１８項記載の装置。 ２０． 画像形成装置（２０）は、材料部分（１４）の搬送方向で材質識別装置 （４０）の後ろに配置されており、 材質識別計算器（６０）はメモリを有し、 該メモリには、材質センサ（４２）から送出されるすべての信号が記憶され 、 該メモリから、画像計算器（３）から送出された位置情報によるアドレシン グの下で読み出される請求の範囲第１２項から第１６項までのいずれか１項記載 の方法。 ２１． 選別装置には選別計算器（７０）が配属されており、 該選別計算器は、情報を画像計算器（３０）および材質識別計算器（６０） から受信し、かつ 当該情報に基づいて、材質部分（１４）の選別を、調整された選別基準を定 める選別クラスに従って制御する 請求の範囲第１２項から第２０項までのいずれか１項記載の装置。 ２２． 搬送装置に配置されたステーション（８０）がガラス体を選別するため に、材料部分（１４）の重量を測定するベルト秤（８２）と配属された計算器（ ８４）とを有しており、 該計算器は画像計算器（３０）から形状カメラに関する情報を受信し、当該 情報によって材料部分（１４）の大きさを検出することができ、 かつ前記計算器は検出された大きさおよび測定された重量に基づき存在する ガラス体を識別する 請求の範囲第１２項から第２１項までのいずれか１項記載の装置。 ２３． 搬送装置に配置されたステーションが、材料部分（１４）の構成部を分 離するために分離装置（９４）と、該分離装置（９４）を制御する計算機（９２ ）とを有し、 該計算器は分離すべき構成部に関する位置情報を画像計算器（３０）から受 信する 請求の範囲第１２項から第２２項までのいずれか１項記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 材料部分、例えばプラスチック部分の選別方法であって、 前記材料部分を、既知の搬送速度で材質識別装置に通過させ、 該材質識別装置は、測定野において各材料部分を無接触走査することにより 当該材料部分の材質種を検出し、該材質種を表す信号を送出し、 該信号をその材質種に応じた材料部分の選別に使用する、材料部分の選別方 法において、 前記材料部分を、画像形成装置に通過させ、 前記材料部分の画像を撮影し、 当該画像から電子画像処理法によって、材料部分の色特徴および／または形 状特徴を検出し、 前記検出された色特徴および／または形状特徴から、材料部分の箇所に関す る位置情報を導出し、 当該箇所においては、材質種の一義的な検出が、他の材質種による障害なし で可能であり、 材質識別装置による材質種の検出を、前記位置情報により同定された障害を 受けない箇所に制限して行う ことを特徴とする材料部分の選別方法。 ２． 画像形成装置を、材料部分の搬送方向で材質識別装置の前に配置する 請求の範囲第１項記載の方法。 ３． 材質識別装置による材質種の検出を、前記位置情報により同定された、材 料部分の障害を受けない箇所が材質識別装置の測定野にあるときにそれぞれトリ ガする請求の範囲第２項記載の方法。 ４． 位置情報を方向転換装置の制御に使用し、 該方向転換装置は材質識別装置の測定野を、前記位置情報により同定された 、材料部分の障害を受けない箇所に向ける 請求の範囲第２項記載の方法。 ５． 材質識別装置の測定野は、材料部分の比較的に大きな領域を検出し、 材質種の検出に対して必要なビームによる材料部分の照明を、前記位置情報 により同定された、障害を受けない箇所に制限して行う 請求の範囲第２項記載の方法。 ６． 材質識別装置から送出されたすべての信号のうち、前記位置情報により同 定された、障害を受けない箇所から発生した信号のみを有効として使用する 請求の範囲第２項記載の方法。 ７． 材質識別装置を、材料部分のの搬送方向で画像形成装置の前に配置し、 材質識別装置から送出された信号を記憶し、 記憶された信号のうち、前記位置情報により同定された、障害を受けない箇 所配属された信号のみを 有効として使用する 請求の範囲第１項記載の方法。 ８． 材質識別装置の測定野を光学系により、搬送方向では横方向と比較して高 い位置分解能を有するように変形する 請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法。 ９． 材質識別装置の測定野を光学素子および／または光導波体によって、材料 部分が種々異なる箇所で、空間的パターンに従って検出されるように分配する 請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の方法。 １０． 空間的パターンは、材質種の検出に必要なビームによる材料部分の照明 の分配によって、測定野内に設定される 請求の範囲第９項記載の方法。 １１． 空間的パターンを、材質種の検出に意味のある、材料部分の複数箇所が 同時に検出されるように選択する 請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 １２． 請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項に記載された方法を 実施するための装置であって、 材料部分を滑らずに搬送するための搬送装置と、選別機構とを有し、 前記搬送装置は既知の搬送速度を有し、 前記選別機構は材料部分を、画像形成装置および材質識別装置から送出され た信号に基づき所定の選別クラスに従って選別する形式の選別装置において、 画像形成装置と、画像計算器と、材質識別装置とが設けられており、 前記画像形成装置を材料部分が通過し、 かつ該画像形成装置は材料部分の画像を撮影し、電子画像信号に変換し、 前記画像計算器は電子画像信号から材料部分の色特徴および／または形状特 徴を検出し、 前記材質識別装置を材料部分が通過し、 かつ該材質識別装置は、測定野において各材料部分を無接触走査するための 材質センサと、材質識別計算器とを有し、 該材質識別計算器は材質センサの出力信号を処理することにより、測定野の 材質種を検出し、材質種を表す信号を送出し、 画像計算器は、検出された色特徴および／または形状特徴から、材料部分の 箇所に関する位置情報を導出し、該箇所においては材質種の一義的な検出が、他 の材質種による障害なしで可能であり、 材質識別計算器は位置情報を画像計算器から受信し、受信された位置情報に 基づき材質種の検出を、前記位置情報により同定された、障害を受けない箇 所に限定して行う ことを特徴とする選別装置。 １３． 画像形成装置はカラービデオカメラを有し、 該カラービデオカメラは材料部分を照射光で撮影する 請求の範囲第１２項記載の装置。 １４． 画像形成装置はカラービデオカメラを有し、該カラービデオカメラは材 料部分の画像を透過光で撮影する 請求の範囲第１２項または第１３項記載の装置。 １５． 各ビデオカメラは走査線カメラまたはマトリクスカメラである請求の範 囲第１３項または第１４項記載の装置。 １６． 材質センサはＮＩＲ分光センサである請求の範囲第１２項から第１５項 までのいずれか１項記載の装置。 １７． 画像形成装置は、材料部分の搬送方向で材質識別装置の前に配置されて いる 請求の範囲第１２項から第１６項までのいずれか１項記載の装置。 １８． 測定野を規定する光束の経路中に光学的方向転換装置が配置されており 、 該方向転換装置は材質識別計算器によって、画像形成装置から送出された位 置情報に基づき、測定野が位置情報により同定された、障害を受けない箇所 に向けられるよう制御される 請求の範囲第１７項記載の装置。 １９． 光学的方向転換装置はミラー検流計である請求の範囲第１８項記載の装 置。 ２０． 画像形成装置は、材料部分の搬送方向で材質識別装置の後ろに配置され ており、 材質識別計算器はメモリを有し、 該メモリには、材質センサから送出されるすべての信号が記憶され、 該メモリから、画像計算器から送出された位置情報によるアドレシングの下 で読み出される 請求の範囲第１２項から第１６項までのいずれか１項記載の方法。 ２１． 選別装置には選別計算器が配属されており、 該選別計算器は、情報を画像計算器および材質識別計算器から受信し、かつ 当該情報に基づいて、材質部分の選別を、調整された選別基準を定める選別 クラスに従って制御する請求の範囲第１２項から第２０項までのいずれか１項記 載の装置。 ２２． 搬送装置に配置されたステーションがガラス体を選別するために、材料 部分の重量を測定するベルト秤と配属された計算器とを有しており、 該計算器は画像計算器から形状カメラに関する情報を受信し、当該情報によ って材料部分の大きさを 検出することができ、 かつ前記計算器は検出された大きさおよび測定された重量に基づき存在する ガラス体を識別する 請求の範囲第１２項から第２１項までのいずれか１項記載の装置。 ２３． 搬送装置に配置されたステーションが、材料部分の構成部を分離するた めに分離装置と、該分離装置を制御する計算機とを有し、 該計算器は分離すべき構成部に関する位置情報を画像計算器から受信する 請求の範囲第１２項から第２２項までのいずれか１項記載の装置。