申请/专利权人：中智科仪(北京)科技有限公司

申请日：2018-04-25

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN108582580B

主分类号：B29B17/02(20060101)

分类号：B29B17/02(20060101);B07C5/342(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明公开的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，包括传送单元，传送单元顶部沿其运动方向依次设置有照明单元、探头单元和机械手，探头单元通过导线还依次连接有光纤合束器、分光单元、控制器和机械手。本发明塑料在线分拣装置使用多个小视场光学探头，多个光学探头的总体视场范围覆盖整个传送带的宽度范围，对应的多个光谱包含数据量较小、信息量也比较单一，极大的降低了光积分时间，从而降低了光谱收集时间，进而提高分拣效率；本发明的分拣方法在控制器内通过依次建立光谱预处理模型和判别法模型进行待分拣的塑料种类判断，提高了分拣速度和正确率，有很好的实用价值。

主权项：1.一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，其特征在于，使用一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，包括传送单元，传送单元顶部沿其运动方向依次设置有照明单元、探头单元和机械手10，所述探头单元通过导线还依次连接有光纤合束器6、分光单元、控制器11和机械手10；所述探头单元包括若干个相互并联的光学探头5；所述传送单元包括一组传动辊1，两个传动辊1通过传动带2连接；所述照明单元包括从上到下通过导线依次连接的光源3和矩形光整形器4；所述光源3为溴钨灯或氙灯；所述分光单元包括通过导线依次连接的多通道光谱仪7、探测器8和AD转换器9；包括以下步骤：步骤1，启动照明单元、探头单元和机械手10，待分拣的塑料传输至传动带2上，当经过矩形光整形器4时，将光源3发出的光变为矩形光束照射至待分拣的塑料；步骤2，经步骤1处理的待分拣的塑料将反射光传输至光学探头5处，光学探头5将反射光依次传输至光纤合束器6、多通道光谱仪7和探测器8，探测器8随后将光信号传输至AD转换器9转化为数字信号，数字信号到达控制器11；步骤3，步骤2中的控制器11接收数字信号后，依次建立光谱预处理模型和判别法模型，进行待分拣的塑料种类判断，随后输出指令给机械手10，完成分拣；所述光谱预处理模型具体包括以下步骤：步骤3.1.1，将步骤2得到的数字信号，即光谱强度信号通过最小二乘拟合求导法进行微分处理；步骤3.1.2，然后运用小波分析法对步骤3.1.1处理后的光谱强度信号进行平滑消噪，得到信噪比；步骤3.1.3，根据步骤3.1.2得到的信噪比，选择小波参数，再将步骤3.1.1处理后的光谱强度信号作为输入变量至判别法模型，进行计算，所述判别法模型为差值判别法，具体包括以下步骤：首先，分别计算红外波长1713nm、红外波长1657nm、红外波长1727nm的载荷值，随后计算相对载荷差值R1和R2，如下式R1＝R1713-R1657R2＝R1727-R1713其次，根据R1和R2的计算结果和步骤3的光谱预处理模型得到的结果，进行判断：当R2＜-0.2时，输出指令为PE塑料；当-0.2≤R2＜-0.1时，输出指令为PP塑料；当R2＞0.1时，输出指令为PVC塑料；当R2≤0.1且R1＞0.1时，输出指令为PET塑料；当R2≤0.1且R1＜-0.2时，输出指令为ABS塑料；当-0.2≤R1≤0.1时，输出指令为PS塑料。

全文数据：基于近红外技术的塑料在线分拣装置及其分拣方法技术领域[0001]本发明属于塑料分拣设备技术领域，具体涉及一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，本发明还涉及一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法。背景技术[0002]对废旧塑料回收再利用中，首先要解决的便是根据类别对废旧塑料的分类分拣。目前，使用的基于近红外光谱的分拣技术具有低成本、高效率、高准确率的优点，且对常见的6种通用塑料和工程塑料，如?£?、？¥：、？3^83、？£1'的鉴别非常显著，因此被广泛应用于工业生产中。[0003]近红外塑料分拣技术的基本原理是当宽光谱的近红外光照射塑料时会产生漫反射，由于不同材料在近红外波段的分子结构简谐振动不同导致其具有明显可识别的红外本征振动峰，光学探头接收反射光经多通道光谱仪传送到探测器、经处理可得到不同光谱曲线，从而根据红外本征特征峰对塑料的种类进行判断分拣。[0004]现有的近红外塑料分拣装置光学探头接收的反射信号信息量很大，导致信息处理需要花费的时间较长，进而导致分拣效率较低。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，解决了现有近红外塑料分拣装置分拣效率低、分拣准确率低、花费时间长的问题。[0006]本发明的另一个目的是提供一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，提高了塑料在线分拣速度和准确率。[0007]本发明所采用的第一个技术方案是，包括传送单元，传送单元顶部沿其运动方向依次设置有照明单元、探头单元和机械手，探头单元通过导线还依次连接有光纤合束器、分光单元、控制器和机械手；[0008]探头单元包括若干个相互并联的的光学探头；[0009]传送单元包括一组传动辊，两个传动辊通过传动带连接。[0010]照明单元包括从上到下通过导线依次连接的光源和矩形光整形器;光源为溴钨灯或氙灯。[0011]分光单元包括通过导线依次连接的多通道光谱仪、探测器和AD转换器。[0012]多通道光谱仪采用型号为S0L-MS2001i或S0L-MS2004i的多通道光谱仪；[0013]探测器采用的芯片型号为G12460-0606S或G13441-01。[00M]控制器采用型号为EPS0N-S1D13305F00A1的控制器。[0015]本发明所采用的第二个技术方案是，一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，包括以下步骤：[0016]步骤1，启动照明单元、探头单元和机械手，待分拣的塑料传输至传动带上，当经过矩形光整形器时，将光源发出的光变为矩形光束照射至待分拣的塑料；[0017」步骤2,经步骤1处理的待分拣的塑料将反射光传输至光学探头处，光学探头将反射光依次传输至光纤合束器、多通道光谱仪和探测器，探测器随后将光信号传输至AD转换器转化为数字信号，数字信号到达控制器；[0018]_步骤3,步骤2中的控制器接收数字信号后，依次建立光谱预处理模型和判别法模型，进行待分拣的塑料种类判断，随后输出指令给机械手，完成分拣。[0019]步骤3中光谱预处理模型具体包括以下步骤：[0020]步骤3.1.1，将步骤2得到的数字信号，即光谱强度信号通过最小二乘拟合求导法进行微分处理；[0021]步骤3.1.2,然后运用小波分析法对步骤3.1•1处理后的光谱强度信号进行平滑消噪，得到信噪比；[0022]步骤3•1•3，根据步骤3•1.2得到的信噪比，选择小波参数，再将步骤3.1•1处理后的光谱强度信号作为输入变量至判别法模型，进行计算。[0023]步骤3中判别法模型为比值判别法，具体包括以下步骤：[0024]步骤3_2.1，计算红外波长l661nm和红外波长1715nm的相对载荷系数，即为=R1661R1715;[0025]步骤3.2.2,根据步骤3的光谱预处理模型得到的结果，当步骤3.2.1的相对载荷系数构陳1•600时，输出指令，即为PP、PE或PVC塑料；[0028]当步骤3•2•1的相对载荷系数的数值超出以上3种情况时，塑料为未知样；[0029]步骤3•2•3，当步骤3•2•2中相对载荷系数〇.丨.500时，需计算红外波长l28lnm和红外波长1650nm的相对载荷系数，=R1381R1650，当取_1.000时，输出指令为ABS塑料;当构陳彡1•〇〇时〇，输出指令为pS塑料；_0]步骤3•2•4，当步骤3.2.2中相对载荷系数构瞧1.600时，需计算红外波长1614nin和红外波长1528nm的相对载荷系数，即为取_=1?1614R1528，当构_1.〇〇0时，输出指令为叩塑料；当1^4彡1.〇〇〇时，输出指令为PVC塑料。[0032]步骤3中判别法模型为差值判别法，具体包括以下步骤：[0033]首先，分别计算红外波长1713nm、红外波长1657mn、红外波长1727nm的载荷值，随后计算相对载荷差值Ri和R2，如下式[0034]Ri=Rl713-R1657[0035]R2=R1727—R1713[0036]其次，根据Ri和R2的计算结果和步骤3的光谱预处理模型得到的结果，进行判断：[0037]当R20.1时，输出指令为PVC塑料；[0040]当R2彡〇.1且沁〇.1时，输出指令为PET塑料；[0041]当R21.600时，输出指令，即为pp、PE或PVC塑料；[0076]当步骤3.2.1的相对载荷系数的数值超出以上3种情况时，塑料为未知样；[0077]步骤3.2.3,当步骤3.2.2中相对载荷系数〇.9001.6〇〇时，需计算红外波长161411111和红外波长1528nm的相对载荷系数，即为取_二1^1614r1528，当取_1•〇〇〇时，输出指令为pp塑料;当取_0.1时，输出指令为PVC塑料；[0088]当RZ彡〇•1且1^0_1时，输出指令为PET塑料；[0089]当R2彡0.1且Ri-〇_2时，输出指令为ABS塑料；[0090]当-0.2彡彡0.1时，输出指令为'PS塑料。[0091]本发明塑料在线分拣装置使用多个小视场光学探头5,相对于现有技术中使用一个光学探头接收全部反射光，多个光学探头5的总体视场范围覆盖整个传送带的宽度范围，对应的多个光谱包含数据量较小、信息量也比较单一，极大的降低了光积分时间，从而降低了光谱收集时间，进而提高分拣效率;本发明的分拣方法在控制器11内通过依次建立光谱预处理模型和判别法模型进行待分拣的塑料种类判断，提高了分拣速度和正确率，有很好的实用价值。

权利要求：1.一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，其特征在于，包括传送单元，传送单元顶部沿其运动方向依次设置有照明单元、探头单元和机械手（10，所述探头单元通过导线还依次连接有光纤合束器6、分光单元、控制器11和机械手10;所述探头单元包括若干个相互并联的的光学探头⑸；所述传送单元包括一组传动親1，两个传动辅⑴通过传动带⑵连接。2.根据权利要求1所述的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，其特征在于，所述照明单元包括从上到下通过导线依次连接的光源3和矩形光整形器4;所述光源3为溴钨灯或氙灯。3.根据权利要求1所述的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，其特征在于，所述分光单元包括通过导线依次连接的多通道光谱仪7、探测器8和AD转换器9。4.根据权利要求3所述的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，其特征在于，所述的多通道光谱仪7采用型号为SOL-MS2001i或SOL-MS2004i的多通道光谱仪；所述探测器⑻采用的芯片型号为G12460-0606S或G13441-01。5.根据权利要求1所述的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，其特征在于，所述控制器（11采用型号为EPSON-S1D13305F00A1的控制器。6.如权利要求1-5任一所述的一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，启动照明单元、探头单元和机械手（10，待分拣的塑料传输至传动带2上，当经过矩形光整形器⑷时，将光源3发出的光变为矩形光束照射至待分拣的塑料；步骤2,经步骤1处理的待分拣的塑料将反射光传输至光学探头5处，光学探头5将反射光依次传输至光纤合束器6、多通道光谱仪7和探测器8，探测器8随后将光信号传输至AD转换器⑼转化为数字信号，数字信号到达控制器aD;步骤3，步骤2中的控制器（11接收数字信号后，依次建立光谱预处理模型和判别法模型，进行待分拣的塑料种类判断，随后输出指令给机械手10，完成分拣。7.根据权利要求6所述的基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，其特征在于，步骤3中所述光谱预处理模型具体包括以下步骤：步骤3.1•1，将步骤2得到的数字信号，即光谱强度信号通过最小二乘拟合求导法进行微分处理；步骤3•1•2,然后运用小波分析法对步骤3•1•1处理后的光谱强度信号进行平滑消噪，得到信噪比；步骤3•1•3，根据步骤3•1•2得到的信噪比，选择小波参数，再将步骤3•1•1处理后的光谱强度信号作为输入变量至判别法模型，进行计算。8.根据权利要求7所述的基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，其特征在于，步骤3中所述判别法模型为比值判别法，具体包括以下步骤：步骤3.2.1，计算红外波长l66lnm和红外波长1715nm的相对载荷系数，即为1661R1715；步骤3•2•2，根据步骤3的光谱预处理模型得到的结果，当步骤3.2.1的相对载荷系数构耐11.600时，输出指令，即为PP、PE或PVC塑料；当步骤3.2.1的相对载荷系数的数值超出以上3种情况时，塑料为未知样；步骤3.2.3，当步骤3.2.2中相对载荷系数0.9001•000时，输出指令为ABS塑料;当构陳1.600时，需计算红外波长1614nm和红外波长l528nm的相对载荷系数，即为RW3=R1614R1528，当构_1•〇〇〇时，输出指令为pp塑料；当构丄•〇〇〇时，输出指令为PVC塑料。9.根据权利要求6所述的基于近红外技术的塑料在线分拣装置的分拣方法，其特征在于，步骤3中所述判别法模型为差值判别法，具体包括以下步骤：首先，分别计算红外波长m3nm、红外波长l657nm、红外波*1727nm的载荷值，随后计算相对载荷差值Ri和R2，如下式Ri=R1713-R1657R2=R1727-R1713其次，根据RdPfe的计算结果和步骤3的光谱预处理模型得到的社当R20•1时，输出指令为PVC塑料；当R2彡0•1且Ri0.1时，输出指令为PET塑料；当R2彡0•1且1^-0.2时，输出指令为A防塑料；当-0.2Ri0.1时，输出指令为ps塑料。

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