【技術(shù)文章】SPECIM高光譜相機在塑料分類與回收上的應(yīng)用
發(fā)布時間：2024-01-01
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SPECIM高光譜相機
塑料分類與回收應(yīng)用
近年來隨著人口數(shù)量日益增長、生活節(jié)奏加快以及日常生活用品迭代更新，使得生活垃圾產(chǎn)量迅速上升，垃圾組成成分更加的復(fù)雜化、多樣化。這種情況的出現(xiàn)增加了垃圾分類與回收的復(fù)雜程度與難度。現(xiàn)有對可回收垃圾檢測與分類的各種方法，大都存在檢測時間長，分類效率低，多種垃圾無法同時快速分揀等問題。
在眾多不同種類的垃圾中，廢舊塑料的分類是現(xiàn)階段垃圾分類中比較重要與關(guān)鍵的一環(huán)。塑料在我們的生活中隨處可見，現(xiàn)階段大多數(shù)廢舊塑料本身沒有被回收，而是在垃圾填埋場或焚燒爐中結(jié)束其生命。另有一小部分塑料對回收行業(yè)有價值，但分離這些高價值塑料的成本和時間都很高。目前國內(nèi)塑料分揀大多由人工完成，同樣存在檢測時間長，分類效率低，多種塑料無法同時快速分揀的問題。
如何快速高效分揀塑料
通常可以給廢舊塑料貼上標(biāo)簽進行宏觀識別，但待分揀塑料較小或標(biāo)簽粘貼錯誤時，分揀效果就會較差。在這些情況下，通過人工、或顏色可視化等方式進行分類是不正確或不可行的。
圖1 各類塑料制品材質(zhì)
如何安全、快速、高效的分揀回收廢舊塑料就成為了再生資源行業(yè)重要的課題之一。
高光譜技術(shù)通過檢測塑料制品的化學(xué)成分對其進行分類，近年來已在回收行業(yè)應(yīng)用。但一些簡單的高光譜檢測儀器的局限性也阻礙了這項技術(shù)在塑料回收行業(yè)的具體實施，如：
檢測速度慢，投資回報率低
黑塑料分類效果較差
價格昂貴
使用高光譜相機分揀塑料
柯尼卡美能達集團旗下的SPECIM作為專注于高光譜成像技術(shù)的品牌，是高光譜成像技術(shù)的全球領(lǐng)先者之一，也是一家致力于為行業(yè)覆蓋400-5300nm全光譜范圍的高光譜相機制造商。尤其是在塑料回收行業(yè)，SPECIM FX系列的多款高光譜相機已被再生資源工廠所使用，以分揀不同類型的廢舊塑料。
使用FX系列高光譜相機對大多白色或透明PE、ABS、PVC、PS、PA、PP、PC和PET等樣品的測量、分析和分類。
圖2 待測塑料樣品圖像
使用的SPECIM INSIGHT軟件處理數(shù)據(jù)，為每個樣品數(shù)據(jù)立方體建立PLS-DA模型。我們將FX10的光譜范圍限制在700-1000nm，以消除樣品顏色的任何偏差。
圖3 不同SPECIM高光譜相機測試偽彩圖
（綠色PE，紅色ABS，藍色PVC，黃色PS，白色PA，海綠色PP，青色PC，紫色PET）
從上圖中可以看出，對于常規(guī)分揀的效果較好。
使用FX10
我們可以對大部分的樣本進行分類。其中PC通常是透明的，所以只有邊緣可以被分類，而中心被錯誤地歸類為背景。
使用FX17
我們產(chǎn)生了一個準(zhǔn)確和穩(wěn)健的模型。同樣由于PC通常是透明的，所以只有邊緣可以被分類，而中心被錯誤地歸類為背景。
使用SWIR相機
我們產(chǎn)生了非常準(zhǔn)確的模型。所有的樣品都得到了很好的分類，包括PC材質(zhì)的樣品。
使用FX50
數(shù)據(jù)的模型并不像用SWIR和FX17相機建立的那樣穩(wěn)健和準(zhǔn)確，但相關(guān)性仍可接受，同樣也可以對透明的PC進行分類。
圖4 SPECIM高光譜相機測得的常見塑料
400-5300nm光譜反射曲線
（PE，ABS，PVC，PS，PA，PP，PC，PET）
Specim的優(yōu)勢
眾所周知，黑色塑料現(xiàn)今被廣泛用于汽車和電子行業(yè)，因此分揀和回收至關(guān)重要。但使用傳統(tǒng)近紅外工業(yè)相機分揀無法得到很好的效果，由于黑塑料中碳基顏料幾乎吸收了所有的近紅外光，使得難以區(qū)分識別。SPECIM在2019年開發(fā)了FX50高光譜相機，其可以覆蓋2700—5300nm的測試。使用FX50測試由PS、ABS、PE、PA和PC制成的黑色塑料樣品，然后通過SPECIM INSIGHT軟件建立PLS-DA模型進行數(shù)據(jù)分類，效果可以到達分揀目的。
圖5 黑塑料SPECIM高光譜測試圖像
綜上所述，可以看出SPECIM FX系列高光譜相機適用于各種塑料分類，無論其顏色如何，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，都可以使用不同型號的相機應(yīng)對。
針對不同材質(zhì)塑料SPECIM高光譜相機型號適用情況
（*PE、LDPE和HDPE不能分離，**黑塑料適用）
高效準(zhǔn)確的回收可以節(jié)約自然資源，減少溫室氣體和污染，以及能源生產(chǎn)中對化石燃料的使用。SPECIM回收解決方案可幫助再生資源行業(yè)對廢舊塑料更好的分揀與分類。
(來源:柯尼卡美能達 Specim)
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