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塑料回收純度可達99%,秘密武器在于這個


時間:2020-04-22

應用領域:機器視覺


國內垃圾分選技術現狀

   當前,傳統的垃圾處理流程為:將垃圾收集到垃圾處理廠,按材料類型進行分類,進行必要的清潔,最終分選出少部分可利用的再生材料,如紙張、塑料、金屬等,而絕大部分垃圾將被焚燒或倒入垃圾填埋場。

圖1 傳統的垃圾處理流程

   在回收行業中,智能識別分揀技術是關鍵。成熟有效的識別分揀技術意味著更高的回收純度,而回收材料的高純度則意味著更高的回收價值。

   如今,大多數回收企業均采用多種分選技術,從條形碼讀取器和RGB相機,到X射線和渦流系統等。盡管它們在某種程度上已是功能強大的技術,但因無法識別材料的材質,它們并不是一種完美的智能垃圾回收解決方案。例如,如果一個塑料瓶缺少帶有條形碼的標簽,則無法識別出它是PET還是HDPE。渦流檢測器雖可以識別金屬,但無法分離塑料或紙張。RGB相機雖可以將瓶子按顏色進行分類,但無法按塑料的材質進行識別。

   因為缺少一種完美的垃圾回收解決方案,導致回收來的材料因純度不高而無法再利用,回收企業也因無法盈利而只能依賴政府的補貼。

   當前,為了彌補檢測技術的不足,需靠人工對材料進行二次分類。但人工分選效率低,人力成本高,且無法從透明塑料瓶中分離出塑料的類型(PP/PE/PET等)。

   那究竟有沒有一種完美的機器視覺垃圾分選解決方案呢?答案是肯定的,這正是芬蘭SPECIM FX系列近紅外高光譜相機的用武之地。作為芬蘭Specim公司在中國的官方代理商,Quantum Design中國子公司(www.qd-china.com)將為您介紹SPECIM FX系列高光譜相機如何大幅提高垃圾回收率和回收純度。

看近紅外(NIR)高光譜工業相機如何提高回收率

   SPECIM FX17近紅外(NIR)高光譜相機技術可以根據物料的化學成分準確可靠地識別出不同的材質。高光譜相機采集目標在900-1700nm光譜范圍內224個波段下的光譜信息和圖像信息,得到目標的數據立方體。

   在可見光范圍(VNIR:380-780nm),每種顏色都有其各自特征的光譜信息。在近紅外(NIR:900-1700nm)光譜范圍時,我們發現化學成分不同的材料具有不同的光譜信息。智能分選軟件則根據特征光譜信息來識別不同的材質。

   高光譜成像在工業生產線上使用受到成像速度、空間分辨率、安裝簡易性和成本的限制。隨著芬蘭SPECIM公司持續地對高光譜成像技術的大力研發投入,其高光譜相機的速度、分辨率、成本早已達到工業解決方案的標準。此外,智能算法和計算機性能的提高,也讓實時處理高光譜相機采集到的大量數據變的簡單可行。

   對于工業在線應用,線掃描型高光譜相機是唯一切實可行的解決方案,因為它可以精確地同時捕獲樣品的每個像素的全光譜數據。


圖2 SPECIM FX17高光譜成像智能分揀回收方案

   高光譜相機、鹵素燈光源、實時數據處理軟件,可以像傳統線掃描相機一樣安裝在分揀生產線上。通過標準接口(CameraLink或GigE)將材料的每個像素點的全光譜信息傳輸給商用機器視覺系統,系統的識別結果也可用于控制噴氣嘴或抓取機器人。

高光譜相機解決方案的性能和優勢:

   當與其他檢測技術結合使用時,SPECIM高光譜相機通過提供各種材料的光譜信息來使分類更加準確。最新一代的高光譜相機SPECIM FX17可將回收材料的純度提高到接近100%。

   眾所周知,即使將回收塑料的純度提高僅幾個百分點,使它的回收價值就能翻倍,這將大幅提高回收企業的盈利。

回收案例

塑料回收

   據調查,在所有廢舊塑料中僅有9%被回收,12%被焚燒發電,而79%的塑料垃圾被填埋或進入到自然環境中。據估計,到2050年,海洋中的塑料數量將超過魚類的數量。

圖3 廢舊塑料回收率

   大多數塑料垃圾無法被回收,是由于不能準確的將不同材質的塑料彼此分離,導致回收的塑料純度無法保證。

   大多數聚合物在NIR(900-1700nm)光譜區域內各自具有獨特的光譜信息,因此可以進行精準分類。但也有許多光譜特征彼此相似的塑料,此時,SPECIM FX17高光譜相機的光譜分辨率(8nm)是保證分選精度的關鍵因素,例如,分選PP、PE、PET塑料,可以保證接近99%的分選準確度。

圖4 SPECIM FX17高光譜相機可設別的塑料類型

黑色塑料回收

   在汽車和電子行業會使用大量的黑色塑料。眾所周知,黑色塑料很難被識別、分類,因為沒有可靠的傳感器技術可對黑色塑料進行設別。甚至近紅外相機也行不通,因為黑色塑料幾乎吸收了所有的近紅外光。

   針對黑色塑料分選,芬蘭SPECIM公司最新發布一款中波紅外SPECIM FX50高光譜相機(MWIR: 2.7 –5.3 um)。在2.7 –5.3 um的光譜區域中,FX50相機可以采集到MWIR光從黑色塑料表面反射的特征光譜信息,以此特征光譜可分析識別出不同種類的黑色塑料。例如,我們可以分選出純度接近99%的黑色ABS塑料。

   SPECIM FX50高光譜相機具有所需的采集速度、分辨率和靈敏度,適用于工業在線檢測。

   以下是在實驗室中使用SPECIM FX50高光譜相機對黑色塑料分類的案例。實驗測量了十二塊ABS和PE以及十塊PS(總共34塊)。對于每個樣品組,一半的樣品是有光澤的光滑表面,而另一半的樣品是漫反射的表面。

下圖顯示了對ABS、PS和PE塑料樣品精確的分類效果。

圖5 SPECIM FX50高光譜相機對黑色塑料的分類效果

紡織品回收

   對構成衣物的各種纖維的準確識別,成為紡織品回收的一項挑戰。若可以根據纖維類型準確的對它們進行分類,則幾乎所有的紡織品和服裝的回收率可達100%。

圖6 SPECIM FX17高光譜相機可設別的纖維類型

   SPECIM FX17近紅外高光譜相機可以精準的識別和分離常見的纖維類型,為紡織品回收企業提供一種完美的機器視覺技術方案。

   基于SPECIM FX17近紅外高光譜相機的智能分選系統在紡織行業的優勢:

   ?非接觸式測量,適合在線檢測使用

   ?提供每類纖維的光譜信息,可定性和定量分析

   ?易于安裝、集成在各類紡織品回收設備上

   ?對于精確的色彩信息識別,HSI(高光譜相機)可以替代RGB相機

   棉花是一種資源密集性的作物,因為它的生長需要使用大量的水資源、農藥和殺蟲劑。使用再生棉可以節省大量自然資源,并減少農業污染。如,某些材料(例如棉和亞麻)可以回收用于汽車隔熱棉或生物堆肥,而石油基纖維(例如聚酯)幾乎沒有再利用的價值。

結論

   芬蘭SPECIM FX系列高光譜相機以及光譜信息分析軟件,已在國內工業生產中廣泛使用。其對于當前檢測技術無法實現的分揀任務,無疑是一種完美的機器視覺檢測技術方案,也將成為回收行業的未來。

   它所具有的高精度識別保證了回收材料的純度,從而極大的提高了回收價值。該技術的使用,也可以大幅提升再生資源的回收率。芬蘭SPECIM FX17系列高光譜相機也早已進入參與國家《“十三五”生態環境保護規劃》項目的國內垃圾分選領跑企業的解決方案中。

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