芬蘭specim高光譜成像技術(shù)被用在廢棄塑料回收

時(shí)間：2023-12-06作者：深圳維爾克斯光電有限公司瀏覽：35

將廢物有效回收成可重復(fù)使用的原材料是我們必須采取的重要努力之一，以阻止**變暖和過(guò)度開(kāi)采自然資源。回收利用的環(huán)境效益是顯而易見(jiàn)的?；厥绽每梢员Ｗo(hù)自然資源，減少溫室氣體和污染，以及在能源生產(chǎn)中使用化石燃料。它可降低塑料能耗約70%，鋼材能耗降低約60%，紙張能耗降低40%，玻璃能耗降低30%。




一個(gè)重要的**在于可重復(fù)使用的材料。然而，我們離回收目標(biāo)還很遠(yuǎn)。大部分收集的廢物仍然用于能源生產(chǎn)并在發(fā)電廠燃燒 - 而不是重復(fù)使用。價(jià)格成本通常是回收率低的一個(gè)因素，因?yàn)橛迷牧仙a(chǎn)新產(chǎn)品通常比回收材料*。

為了使回收不僅在生態(tài)上而且在經(jīng)濟(jì)上可行，重復(fù)使用材料需要比使用原始材料較*、較。通過(guò)適當(dāng)?shù)牟牧咸幚矸椒ǎ梢杂行У鼗厥詹煌牟牧喜⑥D(zhuǎn)化為利潤(rùn)。這就是高光譜成像可以發(fā)揮作用的地方。




當(dāng)前高效回收的挑戰(zhàn)

一般廢物管理的過(guò)程包括在回收設(shè)施中收集廢物，分離成不同的廢物部分，清潔以及較終分類為放置在垃圾填埋場(chǎng)，燃燒或根據(jù)類型和純度回收的材料。

分揀過(guò)程是回收的關(guān)鍵步驟。較好的分揀精度意味著較好地分離不同等級(jí)的材料，從而提高回收率。一般的分揀過(guò)程基于多種技術(shù)的混合，不能只依賴于一種檢測(cè)技術(shù)。所使用的檢測(cè)技術(shù)通常會(huì)限制可以分類的收集材料的類型和數(shù)量。







大多數(shù)回收廠使用不同的技術(shù)，從條形碼閱讀器和RGB相機(jī)到X射線和渦流系統(tǒng)。雖然它們?cè)谝欢ǔ潭壬鲜怯心芰Φ募夹g(shù)，但它們并不是**的解決方案，因?yàn)樗鼈冏R(shí)別材料的能力有限。

例如，如果塑料瓶缺少條形碼，則無(wú)法檢測(cè)它是PET還是HDPE。電渦流檢測(cè)器可以分辨導(dǎo)電金屬，但不能分離塑料或紙漿。RGB相機(jī)可以將瓶子分為透明，黑色和彩色，但無(wú)法區(qū)分一種塑料類型與另一種塑料類型。

不同的廢物流需要不同的檢測(cè)和處理方法才能有效回收，而目前的回收方法不夠靈活、高效和信息豐富，無(wú)法應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

為了彌補(bǔ)檢測(cè)技術(shù)的不足，去使用人力。手工分類垃圾緩慢、不準(zhǔn)確、昂貴且危險(xiǎn)，并且將不同的塑料類型彼此分開(kāi)仍然是不可能的，因?yàn)槿搜蹮o(wú)法區(qū)分它們。

為了高效、盈利和地工作，回收工廠必須配備能夠可靠、高純度地分離不同材料的傳感器。高光譜成像為準(zhǔn)確和可持續(xù)的廢物回收提供了強(qiáng)大的技術(shù)。




高光譜相機(jī)如何提高回收效率？

高光譜相機(jī)可以根據(jù)材料的化學(xué)成分準(zhǔn)確可靠地區(qū)分材料。它們測(cè)量和分析從材料反射或通過(guò)材料透射的光譜。當(dāng)測(cè)量稱為近紅外（NIR）的可見(jiàn)光區(qū)域以外的光譜時(shí)，我們可以看到化學(xué)上不同的材料具有*特的光譜并以此區(qū)分。

多光譜技術(shù)改善了這種情況;但是，它有其局限性。多光譜相機(jī)通常只能采集一到三個(gè)光譜數(shù)據(jù)，或者在某些相機(jī)中較多采集8個(gè)光譜波段，這意味著在每個(gè)分揀位置，它只能識(shí)別一些基本材料。結(jié)果的純度也經(jīng)常受到限制，因?yàn)椴牧狭髦写嬖诟蓴_因素。

高光譜成像在垃圾分類中的使用一直受到，在速度、空間分辨率、堅(jiān)固性、連接性和高成本方面的限制，直到較近幾年的發(fā)展提高了高光譜相機(jī)的速度和分辨率，而它們的實(shí)施成本現(xiàn)在符合商業(yè)解決方案的率標(biāo)準(zhǔn)。此外，現(xiàn)在還提供用于實(shí)時(shí)處理高光譜相機(jī)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的算法和解決方案。

對(duì)于在線分選的應(yīng)用，線掃描高光譜相機(jī)是一實(shí)用且正常工作的解決方案，因?yàn)樗恍枰淮螔呙杓纯赏瑫r(shí)精確地從生產(chǎn)線中的每個(gè)像素捕獲整個(gè)材料流的整個(gè)光譜數(shù)據(jù)。









線掃描（推掃式）高光譜熱像儀可以安裝在現(xiàn)有和新的分揀線上，具有適當(dāng)?shù)恼彰骱蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理解決方案，就像任何線陣掃描熱像儀一樣。逐個(gè)像素的材料識(shí)別結(jié)果可通過(guò)商業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口獲得。然后，結(jié)果可用于控制空氣噴嘴或揀選機(jī)器人。




與傳統(tǒng)傳感器技術(shù)相比，高光譜相機(jī)解決方案在各種廢物處理過(guò)程中具有**的性能和多種優(yōu)勢(shì)，如表1所示。









當(dāng)與其他技術(shù)結(jié)合使用時(shí)，高光譜相機(jī)通過(guò)提供有關(guān)材料類型的精確信息來(lái)提高分揀精度。較新一代的高光譜相機(jī)可以將回收材料的純度提高近**。將再生塑料的純度提高幾個(gè)百分點(diǎn)，其**就會(huì)翻倍。提取更多可回收材料也意味著我們?cè)诶盥駡?chǎng)處理的廢物較少。




高光譜成像在塑料回收中的優(yōu)勢(shì)

在所有制造的塑料中，只有9%被回收利用。12%被焚燒發(fā)電，79%用于垃圾填埋場(chǎng)或自然。據(jù)估計(jì)，到2050年，海洋中的塑料將**過(guò)魚類。大多數(shù)不可回收的塑料廢物來(lái)自無(wú)法可靠地將不同類型的塑料分開(kāi)。

當(dāng)我們對(duì)塑料進(jìn)行分類和分離時(shí)，高質(zhì)量和有**的聚合物可以重復(fù)使用。分揀的主要目標(biāo)是減少非目標(biāo)塑料聚合物的數(shù)量以及紙張、金屬、玻璃、油、土壤或其他污染物等非塑料的數(shù)量。塑料中也可能含有不需要的添加劑，如阻燃劑，可以用高光譜相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和分類。

不同的聚合物在近紅外光譜區(qū)域中具有可識(shí)別的光譜特征，因此可以進(jìn)行分類。然而，許多光譜特征彼此接近。在這里，高光譜相機(jī)的高光譜分辨率是高分選精度的關(guān)鍵。例如，使用 PP、PE 和 PET 塑料，純度可以達(dá)到接近 99%。




使用高光譜相機(jī)分揀黑色塑料

很大一部分可回收塑料由黑色塑料組成，特別是在汽車和電子工業(yè)中，它們添加了碳基顏料以產(chǎn)生深灰色或黑色。眾所周知，黑色塑料類型很難識(shí)別，到目前為止，還沒(méi)有可靠的傳感器技術(shù)來(lái)對(duì)這些材料進(jìn)行分類以供重復(fù)使用。即使是近紅外高光譜相機(jī)也在苦苦掙扎，因?yàn)楹谔蓟伭蠋缀跷樟怂械慕t外光。

除近紅外區(qū)域外，不同的塑料在稱為中波紅外（MWIR）的較長(zhǎng)紅外區(qū)域中具有特征光譜特征，其*多數(shù)黑色顏料比NIR區(qū)域“較少”（吸收性較低）。因此，中波紅外光可以穿透黑色材料并從黑色材料反射，從而使其光譜識(shí)別成為可能。

使用在中波紅外區(qū)域運(yùn)行的Specim FX50高光譜相機(jī)，我們可以分揀純度接近99%的黑色ABS塑料。它是目前市場(chǎng)上一一款在中波紅外地區(qū)運(yùn)行的高光譜相機(jī)，具有工業(yè)在線使用所需的速度、分辨率和靈敏度。

以下是在實(shí)驗(yàn)室中用Specim FX50高光譜相機(jī)測(cè)量的黑色塑料分類示例。將12片ABS和PE與10片PS（總共34片）一起測(cè)量。對(duì)于每個(gè)樣品組，一半的樣品是有光澤的，另一半具有漫射表面。下圖顯示，由ABS、PS和PE制成的樣品可以使用Specim FX50進(jìn)行準(zhǔn)確分類。






















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