芬蘭specim高光譜成像技術(shù)被用在廢棄塑料回收

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**變暖和過度開采自然資源?；厥绽玫沫h(huán)境效益是顯而易見的?；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。價格成本通常是回收率低的一個因素，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。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，燃燒或根據(jù)類型和純度回收的材料。
分揀過程是回收的關(guān)鍵步驟。較好的分揀精度意味著較好地分離不同等級的材料，從而提高回收率。一般的分揀過程基于多種技術(shù)的混合，不能只依賴于一種檢測技術(shù)。所使用的檢測技術(shù)通常會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)。雖然它們在一定程度上是有能力的技術(shù)，但它們并不是**的解決方案，因?yàn)樗鼈冏R別材料的能力有限。
例如，如果塑料瓶缺少條形碼，則無法檢測它是pet還是hdpe。電渦流檢測器可以分辨導(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，無法應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。
為了彌補(bǔ)檢測技術(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，并且將不同的塑料類型彼此分開仍然是不可能的，因?yàn)槿搜蹮o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。它們測量和分析從材料反射或通過材料透射的光譜。當(dāng)測量稱為近紅外（nir）的可見光區(qū)域以外的光譜時，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光譜數(shù)據(jù)，或者在某些相機(jī)中較多采集8個光譜波段，這意味著在每個分揀位置，它只能識別一些基本材料。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精確地從生產(chǎn)線中的每個像素捕獲整個材料流的整個光譜數(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。逐個像素的材料識別結(jié)果可通過商業(yè)機(jī)器視覺系統(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程中具有**的性能和多種優(yōu)勢，如表1所示。
當(dāng)與其他技術(shù)結(jié)合使用時，高光譜相機(jī)通過提供有關(guān)材料類型的精確信息來提高分揀精度。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百分點(diǎn)，其**就會翻倍。提取更多可回收材料也意味著我們在垃圾填埋場處理的廢物較少。
高光譜成像在塑料回收中的優(yōu)勢
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%用于垃圾填埋場或自然。據(jù)估計，到2050年，海洋中的塑料將**過魚類。大多數(shù)不可回收的塑料廢物來自無法可靠地將不同類型的塑料分開。
當(dāng)我們對塑料進(jìn)行分類和分離時，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、識別和分類。
不同的聚合物在近紅外光譜區(qū)域中具有可識別的光譜特征，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別，到目前為止，還沒有可靠的傳感器技術(shù)來對這些材料進(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）一起測量。對于每個樣品組，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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