一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的制作方法

本实用新型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。

背景技术：

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PE、PP、PVC、 PS、ABS、PET的鉴别非常显著，因此被广泛应用于工业生产中。

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。

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。

技术实现要素：

本实用新型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。

本实用新型所采用的技术方案是，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、探头单元和分拣单元，探头单元通过导线还依次连接有光纤合束器、分光单元、控制器和分拣单元。

本实用新型的特征还在于，

传送单元包括一组传动辊，两个传动辊通过传动带连接。

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。

探头单元包括若干个相互并联的光学探头。

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A/D转换器。

分拣单元具体为机械手。

控制器采用型号为EPSON-S1D13305F00A1的控制器。

多通道光谱仪采用型号为SOL-MS2001i或SOL-MS2004i的多通道光谱仪；

探测器采用的芯片型号为G12460-0606S或G13441-01。

本实用新型塑料在线分拣装置的有益效果是：

a)本实用新型塑料在线分拣装置使用多个小视场光学探头，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；

b)本实用新型塑料在线分拣装置使用多个光学探头与探测器一一对应，使探测器采集到的多个光谱包括位置信息，根据不同材料在近红外波段的分子结构不同导致其具有明显可识别的红外本征振动峰，以及光谱对于的光学探头的位置对判别的塑料进行定位，提高判别的准确性；

c)本实用新型塑料在线分拣装置使用的光学探头的数量与传送单元宽度、传送速率成正比；光学探头数越多，光谱响应越快，控制器处理速度越快分拣效率越高；

d)本实用新型塑料在线分拣装置将收集信号通过具有图像校正功能的光谱仪，实现一台光谱仪对多通道信号的同时处理，降低光谱仪本底噪声差异，同时提高处理的准确率和效率同时降低设备成本。

附图说明

图1是本实用新型一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置的电路图。

图中，1.传动辊，2.传动带，3.光源，4.矩形光整形器，5.光学探头，6. 光纤合束器，7.多通道光谱仪，8.探测器，9.A/D转换器，10.机械手，11.控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种基于近红外技术的塑料在线分拣装置，如图1所示，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、探头单元和分拣单元，如图2所示，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和分拣单元。

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，带分拣的塑料置于传动带2表面。

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。其中光源3为能产生近红外宽光谱的光源3，例如溴钨灯或氙灯；矩形光束整形器也可是透镜+柱面镜的组合，其目的是将光源3发出的光变为能量均匀且宽度覆盖传送带2宽度方向的矩形光束，并照射位于传送带上的待测塑料上。

探头单元包括若干个相互并联的的光学探头5，光学探头5的数量根据视场大小来具体判断，主要的目的是保证多个光学探头5的总体视场覆盖整个传送带2的总宽度，即覆盖整个传送带2上的待分拣塑料；同时收集待分拣塑料的不同反射光。

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A/D转换器9，光学探头5将收集的反射传输至光纤合束器6，光纤合束器6和多通道光谱仪7通过合束形成光纤线性排布，以保证所处理的光谱信号与采集信号的位置一一对应，探测器8采集多条光谱信号并将其转化为电信号，电信号经A/D转换器9转化为适合控制器11处理的数字信号，传送到控制器 11进行分析判别，根据处理结果发出指令，分拣单元的机械手10对传送带 2上的塑料进行分拣。

控制器11采用型号为EPSON-S1D13305F00A1的控制器；多通道光谱仪7采用型号为SOL-MS2001i或SOL-MS2004i的多通道光谱仪；探测器8 采用的芯片型号为G12460-0606S或G13441-01。

本实用新型塑料在线分拣装置的工作过程如下：

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A/D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。

其中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，解决基线漂移问题；

步骤3.1.2，然后运用小波分析法对步骤3.1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，进行主成分分析使原光谱信息维数大大降低，从而简化计算过程。

其中判别法模型可采用比值判别法和差值判别法两种办法：

比值判别法具体包括以下步骤：

步骤3.2.1，计算红外波长1661nm和红外波长1715nm的相对载荷系数，即为R相对1＝R(1661)/R(1715)；

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R相对1＜0.600时，输出指令，即为PET塑料；

当步骤3.2.1的相对载荷系数0.900＜R相对1＜1.500时，输出指令，即为PS 或ABS塑料；

当步骤3.2.1的相对载荷系数R相对1＞1.600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0.900＜R相对1＜1.500时，需计算红外波长1281nm和红外波长1650nm的相对载荷系数，即 R相对2＝R(1381)/R(1650)，当R相对2＞1.000时，输出指令为ABS塑料；当R相对2≤1.000 时，输出指令为PS塑料；

步骤3.2.4，当步骤3.2.2中相对载荷系数R相对1＞1.600时，需计算红外波长1614nm和红外波长1528nm的相对载荷系数，即为R相对3＝R(1614)/R(1528)，当R相对3＜0.900时，输出指令为PE塑料；

当R相对3≥0.900时，需计算红外波长1715nm和红外波长1706nm的相对载荷系数，即为R相对4＝R(1715)/R(1706)，当R相对4＞1.000时，输出指令为PP塑料；当R相对4≤1.000时，输出指令为PVC塑料。

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＝R(1713)-R(1657)

R2＝R(1727)-R(1713)

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。

本实用新型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，有很好的实用价值。