看見塑料的“指紋”：高光譜技術(shù)用于高效分揀回收

導(dǎo)讀

形態(tài)相近的各種塑料材料難以通過肉眼準(zhǔn)確識別，為塑料回收增加了困難。友思特BlackIndustry SWIR 1.7系列高光譜相機利用光譜特征曲線精確區(qū)分塑料材質(zhì)，有效提升了塑料回收的精準(zhǔn)性和效率。

塑料回收：可見光 vs 高光譜方案

從企業(yè)或家庭收集的各種廢物流中有效篩選可回收的材料，是回收行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，克服這一挑戰(zhàn)是確保可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟的基礎(chǔ)。廢舊物品成分材料多種多樣，主要包括各種塑料、復(fù)合材料、有機材料（如木材、紙張和堆肥）、礦物以及黑色金屬和有色金屬。在這其中，塑料是很難進行具體分類的材料之一，它們大多外觀相似，但在實際組成材料上有較大差別，且無法用肉眼判斷，針對他們的回收政策也有差異。

在工廠制造階段，針對塑料產(chǎn)品的篩選，機器視覺方案已經(jīng)應(yīng)用廣泛。常規(guī)的可見光相機可用于對不同顏色、形態(tài)的塑料品進行分類，從而在塑料流中精確去除異色和異物塑料。通過這種方式，可以實現(xiàn)很高的分選材料純度。當(dāng)分揀后的物料經(jīng)過檢測區(qū)域時，相應(yīng)的傳感器會檢測其類型、顏色和傳送帶上的位置。而后，控制系統(tǒng)以時間和位置精度激活排放噴嘴桿的正確噴嘴。噴嘴桿布置在物料流上方，從上到下噴射。最后，通過有針對性的壓縮空氣噴射，將檢測到的異物精確排放，并將材料損失降至最低。

友思特機器視覺相機，可用于基于色彩和形態(tài)的塑料異物檢測

然而，在回收階段的塑料分選是更加復(fù)雜的。許多種不同材質(zhì)組成的塑料廢物被堆砌在一起，部分塑料的外形、色彩十分相近，此時，通過可見光相機將很難做到精準(zhǔn)識別。

針對外觀相似而材質(zhì)不同的塑料的精確分選，可以使用高光譜成像來實現(xiàn)。高光譜成像是一種光電技術(shù)，用于精確測量物體反射的電磁輻射。反射強度與波長的函數(shù)顯示在光譜特征曲線中，針對光譜曲線，每種材料反射光線的方式不同，每種材料的反射光譜也是獨一無二的，就像人類指紋一樣，因此可以通過反射光譜識別相應(yīng)的材料，以及分析材料和物體的各種特性。

推掃式相機特別適合產(chǎn)線檢測場景，可以適配高速移動的傳送帶。本文將展示友思特BlackIndustry SWIR 1.7 Max推掃式高光譜相機對塑料區(qū)分的檢測案例，以揭示其在回收行業(yè)的潛力。

友思特高光譜相機BlackIndustry SWIR 1.7 Max用于塑料分揀產(chǎn)線

案例1：PVC檢測

PVC（塑料型聚氯乙烯）是現(xiàn)代工業(yè)的重要材料，也是 PE 和 PP 之后的第三大塑料聚合物。它的成本低，非常耐用，在自然界中幾乎不分解。常用于管道、窗框、園林家具、電纜涂層、合成革等。然而，它可能造成的污染也是巨大的。如果塑料或生活垃圾含有 （PVC），則在焚燒垃圾時會釋放出有毒的氯化氫，這也是水泥和鋼筋混凝土行業(yè)的一個主要問題。衍生燃料釋放的氯化氫會對混凝土和水泥造成腐蝕損壞。因此，PVC必須分離出來，才能進一步在工藝中被完全回收。

檢測結(jié)果：PVC光譜特征

PVC 的光譜反射率的特點是在1700nm左右的第三吸收帶具有特別高的吸收率。它的前兩個吸收帶并不能保證正確檢測，因為它們受到塑料純度和形狀的強烈影響?？梢詸z測的第三吸收帶的波長范圍越精確，識別出PVC的精度就越高。為此，友思特提供了獨特的解決方案：BlackIndustry SWIR 1.7 Max 高光譜相機。

友思特BlackIndustry SWIR 1.7 Max是一款智能線掃描（推掃式）高光譜成像相機，能夠以非常高的空間分辨率采集實時光譜數(shù)據(jù)。該相機提供1280 像素的空間分辨率，在900nm - 1748nm的波長范圍內(nèi)具有多達(dá)425個可選光譜帶。這種獨特的波長范圍與傳感器的高靈敏度相結(jié)合，可以檢測塑料的所有三個吸收帶。結(jié)果顯示，在塑料的檢測和區(qū)分方面取得了非凡的成功，該方案是朝著安全、高質(zhì)量回收邁出的重要一步。

案例2：PE和PET薄片的光學(xué)分選

生活中隨處可見的飲用水容器特別適合回收利用，因為它們主要由純塑料制成：瓶子由PET（聚乙烯對苯二甲酸酯）制成，蓋子則由PE（聚乙烯）制成，其中 PET 是唯一能夠維持真正循環(huán)供應(yīng)鏈的聚合物之一。

在回收過程中，塑料被切碎成薄片，然后進行分類，成功回收塑料的強制性要求是輸入材料必須盡可能純凈。然而，從外觀和色彩來說，PE和PET都可能是白色，形態(tài)上也沒有太大差別，利用常規(guī)可見光相機很難區(qū)別兩者。這種需要明確材質(zhì)組成的精確分選必然需要更多的信息協(xié)助判斷。

常見塑料 PE 和 PET 的區(qū)別如下表所示：

我們在該案例中使用 BlackIndustry SWIR 1.7 Max 相機來區(qū)分 PE 和 PET 塑料薄片。PE 薄片和 PET 薄片混合在一起，導(dǎo)致人眼無法再將它們區(qū)分開來。當(dāng)混合樣品通過傳送帶時，相機會記錄傳感器從900nm - 1748nm的整個波長范圍內(nèi)材料的光譜特征。從下圖中可以看到，PE和PET材料的光譜特征是完全不同的，基于光譜特性我們可以準(zhǔn)確地區(qū)分PE和PET材料。

通過使用BlackStudio 軟件，可以直接對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分類，從而對傳送帶上移動的塑料樣品進行直接的顏色分類標(biāo)注。根據(jù)檢測需求，還可以選擇實時處理和分類。這顯示了高光譜成像技術(shù)在塑料分類回收領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

BlackIndustry SWIR 1.7 Max 可以在快速移動的平臺上按聚合物類型自動對塑料薄片進行分類。這款相機以高達(dá)1330 Hz的高幀率和1280 像素的空間分辨率運行，旨在與快速的工業(yè)傳送帶保持同步，確保精確分類。多感興趣區(qū)域 （ROI）模式可以實現(xiàn)如此高的幀速率。此外，還可以選擇相關(guān)波長，而不是分析整個光譜，從而在保持高精度的同時顯著減少數(shù)據(jù)量。04

高光譜相機可以按聚合物類型對塑料進行分選，它涉及分析各種聚合物的光譜特征。應(yīng)用這項技術(shù)使我們能夠準(zhǔn)確識別和分類不同類型的聚合物，包括PE、PP、PS、PET和PVC。它提供了一種快速高效的解決方案，減少了分揀時間和費用，同時提高了準(zhǔn)確性。

了解更多？歡迎探索豐富案例：https://viewsitec.com/multispectral-nir-camera/

審核編輯 黃宇