芬蘭specim高光譜成像技術被用在廢棄塑料回收

將廢物有效回收成可重復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。回收利用的環境效益是顯而易見的?；厥绽每梢员Ｗo自然資源，減少溫室氣體和污染，以及在能源生產中使用化石燃料。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**在于可重復使用的材料。然而，我們離回收目標還很遠。大部分收集的廢物仍然用于能源生產并在發電廠燃燒-而不是重復使用。價格成本通常是回收率低的一個因素，因為用原材料生產新產品通常比回收材料*。
為了使回收不僅在生態上而且在經濟上可行，重復使用材料需要比使用原始材料較*、較。通過適當的材料處理方法，可以有效地回收不同的材料并轉化為利潤。這就是高光譜成像可以發揮作用的地方。
當前高效回收的挑戰
一般廢物管理的過程包括在回收設施中收集廢物，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，燃燒或根據類型和純度回收的材料。
分揀過程是回收的關鍵步驟。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的混合，不能只依賴于一種檢測技術。所使用的檢測技術通常會限制可以分類的收集材料的類型和數量。
大多數回收廠使用不同的技術，從條形碼閱讀器和rgb相機到x射線和渦流系統。雖然它們在一定程度上是有能力的技術，但它們并不是**的解決方案，因為它們識別材料的能力有限。
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電金屬，但不能分離塑料或紙漿。rgb相機可以將瓶子分為透明，黑色和彩色，但無法區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，無法應對這一挑戰。
為了彌補檢測技術的不足，去使用人力。手工分類垃圾緩慢、不準確、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，因為人眼無法區分它們。
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。高光譜成像為準確和可持續的廢物回收提供了強大的技術。
高光譜相機如何提高回收效率？
高光譜相機可以根據材料的化學成分準確可靠地區分材料。它們測量和分析從材料反射或通過材料透射的光譜。當測量稱為近紅外（nir）的可見光區域以外的光譜時，我們可以看到化學上不同的材料具有*特的光譜并以此區分。
多光譜技術改善了這種情況;但是，它有其局限性。多光譜相機通常只能采集一到三個光譜數據，或者在某些相機中較多采集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。結果的純度也經常受到限制，因為材料流中存在干擾因素。
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，直到較近幾年的發展提高了高光譜相機的速度和分辨率，而它們的實施成本現在符合商業解決方案的率標準。此外，現在還提供用于實時處理高光譜相機產生的大量數據的算法和解決方案。
對于在線分選的應用，線掃描高光譜相機是一實用且正常工作的解決方案，因為它只需一次掃描即可同時精確地從生產線中的每個像素捕獲整個材料流的整個光譜數據。
線掃描（推掃式）高光譜熱像儀可以安裝在現有和新的分揀線上，具有適當的照明和實時數據處理解決方案，就像任何線陣掃描熱像儀一樣。逐個像素的材料識別結果可通過商業機器視覺系統的標準接口獲得。然后，結果可用于控制空氣噴嘴或揀選機器人。
與傳統傳感器技術相比，高光譜相機解決方案在各種廢物處理過程中具有**的性能和多種優勢，如表1所示。
當與其他技術結合使用時，高光譜相機通過提供有關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，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勢
在所有制造的塑料中，只有9%被回收利用。12%被焚燒發電，79%用于垃圾填埋場或自然。據估計，到2050年，海洋中的塑料將**過魚類。大多數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。
當我們對塑料進行分類和分離時，高質量和有**的聚合物可以重復使用。分揀的主要目標是減少非目標塑料聚合物的數量以及紙張、金屬、玻璃、油、土壤或其他污染物等非塑料的數量。塑料中也可能含有不需要的添加劑，如阻燃劑，可以用高光譜相機進行檢測、識別和分類。
不同的聚合物在近紅外光譜區域中具有可識別的光譜特征，因此可以進行分類。然而，許多光譜特征彼此接近。在這里，高光譜相機的高光譜分辨率是高分選精度的關鍵。例如，使用pp、pe和pet塑料，純度可以達到接近99%。
使用高光譜相機分揀黑色塑料
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中，它們添加了碳基顏料以產生深灰色或黑色。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來對這些材料進行分類以供重復使用。即使是近紅外高光譜相機也在苦苦掙扎，因為黑碳基顏料幾乎吸收了所有的近紅外光。
除近紅外區域外，不同的塑料在稱為中波紅外（mwir）的較長紅外區域中具有特征光譜特征，其*多數黑色顏料比nir區域“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。
使用在中波紅外區域運行的specim fx50高光譜相機，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運行的高光譜相機，具有工業在線使用所需的速度、分辨率和靈敏度。
以下是在實驗室中用specim fx50高光譜相機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進行準確分類。
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