Revoluční třídění černých plastů v průmyslu s hyperspektrální kamerou Specim FX50 MWIR

Plasty jsou všudypřítomnou součástí dnešního světa a jejich celosvětová produkce přesahuje 380 milionů tun ročně. Významnou část této produkce tvoří černé plasty, které jsou oblíbené pro své estetické a funkční vlastnosti, zejména v odvětvích s vysokou poptávkou, jako je výroba automobilů, obaly a šasi pro elektroniku nebo balení potravin.

V současnosti je míra recyklace černých plastů stále velmi nízká, především kvůli problémům spojeným s tradičními technologiemi třídění. Zobrazovače pro blízkou infračervenou oblast (NIR), které se běžně používají pro třídění plastů, mají potíže s detekcí černých plastů, protože jejich pigmentace ze sazí světlo spíše pohlcuje, než aby ho odrážela. V důsledku toho jsou černé plasty často chybně identifikovány, což vede k nesprávnému třídění, snížení míry recyklace a zvýšení množství odpadu ukládaného na skládky.

V regionech jsou přijímány přísnější předpisy, které vyžadují, aby výrobci do nových výrobků zahrnovali určité procento recyklovaných plastů. Pro splnění těchto cílů jsou zapotřebí účinné metody třídění černých plastů.

Hyperspektrální zobrazování (HSI) v oblasti infračerveného záření se střední vlnovou délkou (MWIR) nabízí řešení, které překonává omezení systémů založených na blízkém infračerveném (NIR) zobrazování a výrazně zlepšuje přesnost a účinnost třídění černých plastů. Optické třídění černých plastů nabízí efektivní řešení, které zákazníkům umožňuje přesné třídění černých plastů a osvobození od třídicích metod založených na gravitaci, které jsou závislé na velkém množství vody, soli a dalších zdrojů, jež přispívají ke znečištění životního prostředí.

Tato aplikační zpráva ukazuje možnosti MWIR HSI – konkrétně kamery Specim FX50 – a způsob, jakým ji lze integrovat do průmyslových třídicích systémů a řešit tak tuto výzvu. Jejím cílem je poskytnout ucelený přehled pro osoby s rozhodovací pravomocí v průmyslu a technické odborníky, kteří se snaží zlepšit své třídicí procesy a dosáhnout vyšší efektivity při využití materiálu, zejména v souvislosti s tříděním černých plastů.

Představení hyperspektrálního zobrazování (HSI) a jeho výhod při třídění materiálu

HSI je pokročilá technologie, která skenuje materiály a zachycuje a analyzuje široké spektrum světla v mnoha úzkých pásmech vlnových délek, daleko za hranicemi toho, co dokáže vidět lidské oko nebo běžné kamery.

Tato data tvoří jedinečný „spektrální otisk“ každého materiálu, který lze analyzovat pomocí sofistikovaných algoritmů a s vysokou přesností identifikovat a rozlišit různé materiály.

HSI umožňuje rozlišit materiály, které by se jinak při použití jiných zobrazovacích technologií jevily jako podobné. Kromě toho HSI podporuje zpracování v reálném čase, což umožňuje rychlé, přesné a automatizované třídění, a je tak obzvláště cenná pro průmyslové třídění.

Překonání problémů s tříděním černých plastů pomocí MWIR HSI

Donedávna neexistovala žádná spolehlivá senzorová technologie, která by umožňovala třídění černých plastů pro opětovné použití. Tradiční technologie třídění v blízké infračervené oblasti (NIR) se při identifikaci a třídění plastů spoléhají na odraz infračerveného světla. Většina černých plastů je však zbarvena sazí, která infračervené světlo spíše pohlcuje, než aby ho odrážela, takže je pro NIR senzory „neviditelná“. To často vede k chybné identifikaci nebo vyloučení z recyklačního procesu.

MWIR HSI však tuto situaci mění. Zatímco blízká infračervená oblast (NIR) zachycuje spektrální informace v rozsahu přibližně 0,9 až 2,5 mikrometru (µm), hyperspektrální zobrazování MWIR zachycuje podrobné spektrální informace v celém rozsahu vlnových délek MWIR od 3 do 5 mikrometrů (µm).

V tomto rozsahu vykazují různé plasty jedinečné spektrální vlastnosti díky jejich molekulárnímu složení (viz obrázek 3 níže). Jako výsledek dokáže HSI při práci v oblasti MWIR rozlišovat mezi různými typy černých plastů bez ohledu na jejich barvu.

Specim FX50 – průlom v třídění černého plastu

Specim FX50 MWIR řeší problém „neviditelných“ černých plastů tím, že pracuje v infračervené oblasti středních vln (MWIR). Jedná se o první hyperspektrální kameru na trhu, která pokrývá celý spektrální rozsah MWIR 2,7 - 5,3 μm, který je pro třídění černých plastů klíčový. Tato schopnost jí umožňuje detekovat spektrální prvky, které tradiční NIR kamery jednoduše nevidí.

Kamera Specim FX50 je speciálně navržena pro průmyslové třídicí aplikace a nabízí rychlost, rozlišení, citlivost a odolnost, které jsou nezbytné pro spolehlivé inline třídění. Díky svým schopnostem v oblasti MWIR dokáže Specim FX50 účinně identifikovat černé plasty, pryže a složení jiných než černých plastů.

Specim FX50 umožňuje rychlé a spolehlivé třídění:

• Černých plastů
• Pryže
• Nečerných plastů a pryže

Specim FX50 využívá push-broom technologii, která je velmi přínosnáv průmyslových třídicích aplikacích. Její rychlé snímací a detekční schopnosti umožňují přesnou identifikaci pohybujících se objektů na dopravníkových pásech v reálném čase, což snižuje náklady spojené s chybami identifikace. Například rychlá snímková frekvence a vysoké prostorové rozlišení kamery Specim FX50 umožňují třídit 300 kg plastových vloček o rozměrech 2x2 cm za minutu na dopravníkovém pásu širokém 1 metr, který běží rychlostí 2 m/s, s téměř 99% přesností.*

Vysoký výkon a přesnost činí ze Specim FX50 vysoce konkurenceschopnou volbou pro recyklační průmysl, kde jsou rychlost, přesnost a nákladová efektivita rozhodující.

*Konečná rychlost a výkon se mohou lišit v závislosti na provozních podmínkách a typech tříděných plastů.

Fúze HSI a rentgenového senzoru pro třídění zpomalovačů hoření (FR)

Složky zpomalující hoření (FR) mohou ovlivnit detekci plastů, jelikož mění určité vlastnosti materiálu. Přítomnost FR však nebrání identifikaci plastů. Zpomalovače hoření mohou, ale nemusí být při detekci viditelné a ve většině případů viditelné nejsou.

Specim FX50 dokáže detekovat různé typy plastů, dokonce i ty, které obsahují některé sloučeniny zpomalující hoření. I když nemusí vždy detekovat samotné FR, lze toto omezení zmírnit pomocí fúze senzorů kombinací hyperspektrálního zobrazování (HSI) s rentgenovou technologií. Zatímco senzor FX50 přesně identifikuje plasty, rentgenová technologie jej doplňuje tím, že zjišťuje přítomnost zpomalovačů hoření na základě rozdílů v hustotě materiálu. Tento integrovaný přístup poskytuje komplexnější řešení pro třídění černých plastů, zejména v odvětvích, kde se stále častěji používají sloučeniny zpomalující hoření, například v automobilovém průmyslu.

Jak integrovat FX50 s třídicími systémy

Specim FX50 lze integrovat do průmyslového třídicího systému dvěma základními způsoby: pomocí platformy SpecimONE nebo prostřednictvím sady SDK (Software Development Kit), v závislosti na potřebách a zdrojích zákazníka.

1. Integrace se SpecimONE platformou

Platforma SpecimONE nabízí kompletní řešení pro integraci kamery Specim FX50 s třídicími systémy, od sběru dat až po jejich zpracování v reálném čase.

Analýza a klasifikace dat pomocí SpecimINSIGHT:

K analýze spektrálních dat pořízených kamerou FX50 lze použít software SpecimINSIGHT. Tento software umožňuje uživatelům zkoumat jedinečné spektrální signatury různých materiálů a vytvářet klasifikační modely na základě těchto dat.

Zpracování v reálném čase pomocí SpecimCUBE:

Jakmile jsou klasifikační modely vytvořeny pomocí SpecimINSIGHT, jsou přeneseny do platformy pro zpracování v reálném čase SpecimCUBE. SpecimCUBE je navržena pro vysokorychlostní inline zpracování a převádí spektrální data ze Specim FX50 v rozhodnutí o třídění v reálném čase. Tato platforma zajišťuje rychlé a přesné třídění v náročných průmyslových prostředích. SpecimCUBE je kompatibilní s GigE Vision, globálním standardem pro vysokorychlostní přenos obrazových dat, což umožňuje bezproblémovou integraci Specim FX50 s širokou škálou třídících strojů a průmyslových automatizačních systémů.

2. Integrace pomocí SDK (Software Development Kit)

Druhou možností je integrace kamery Specim FX50 pomocí SDK, která nabízí větší flexibilitu pro zákazníky, kteří dávají přednost vývoji vlastního zpracovatelského hardwaru a softwaru. Pomocí sady SDK jsou zákazníkům poskytnuty nástroje potřebné k přístupu k surovým datům kamery a k vývoji vlastních algoritmů pro třídění materiálu. V tomto přístupu je zákazník zodpovědný za vybudování celého zpracovatelského řetězce, od sběru dat až po jejich zpracování v reálném čase, s využitím vlastního hardwarového a softwarového rozhraní. Tato možnost je ideální pro uživatele se specifickými nebo vysoce přizpůsobenými požadavky a dobrými znalostmi HSI.

MROI funkce pro optimalizaci třídění

Funkce MROI (Multiple Regions of Interest), která je součástí kamery Specim FX50, umožňuje uživatelům vybrat konkrétní části spektrálních dat, které jsou pro jejich aplikaci nejdůležitější. To znamená, že můžete zaměřit výpočetní výkon kamery na určité rozsahy vlnových délek, které jsou důležité pro identifikaci konkrétních materiálů, a zároveň ignorovat ostatní nepodstatné části spektra.

Například interferenceCO2 ovlivňuje spektrální data v oblasti infračerveného záření se střední vlnovou délkou (MWIR), typicky kolem vlnových délek 4,2 až 4,4 mikrometru (µm). CO2 v tomto rozsahu silně absorbuje infračervené světlo, což může při třídění materiálů, jako jsou plasty, zmást spektrální údaje.

Odstraněním těchto irelevantních dat systém snižuje možné nesrovnalosti v analýze a zajišťuje přesnější hyperspektrální obraz. Proces třídění se tak stává efektivnějším hned v několika ohledech:

• Rychlejší zpracování: Díky menšímu počtu spektrálních pásemkanalýzemůže kamera zpracovávat data rychleji.

• Snížení datové zátěže: Systém zpracovává pouze relevantní data, čímž snižuje nároky na výpočetní paměť.

• Vylepšená robustnost: Díky zaměření pouze na smysluplná spektrální data je algoritmus robustnější a méně náchylný k chybám způsobeným irelevantními spektrálními informacemi.

MROI celkově zvyšuje výkonnost třídicích systémů tím, že zefektivňuje zpracování dat a zajišťuje přesnější a efektivnější třídění.

Konzistentní výsledky napříč kamerami s jednotnou spektrální kalibrací

Bez ohledu na způsob integrace je jednou z klíčových výhod Specim FX50 její jednotná spektrální kalibrace. Všechny kamery Specim FX50 jsou při výrobě kalibrovány podle přesných specifikací. Tato standardizovaná kalibrace eliminuje potřebu softwarových úprav pro variabilitu vlnových délek a zajišťuje konzistentní spektrální data ve všech jednotkách.

Tato jednotná spektrální kalibrace znamená, že uživatelé mohou vytvářet třídicí modely s jednou kamerou Specim FX50 a přenášet je do jiných kamer FX50 (nebo jakýchkoli jiných modelů Specim FX) bez další rekalibrace, což šetří čas a zajišťuje konzistentní výsledky v různých systémech.

Doporučené provozní podmínky

Požadavky na osvětlení

Osvětlení hraje rozhodující roli při výkonu hyperspektrální kamery Specim FX50 MWIR. Kamera vyžaduje silný, rovnoměrný a stabilní zdroj tepelného světla. Správné osvětlení zajišťuje, že spektrální vlastnosti materiálů jsou jasně viditelné i při vysokých rychlostech dopravníku. Osvětlovací systém musí vyzařovat světlo v oblasti MWIR (3 až 5 mikrometrů).

Tipy pro optimalizaci osvětlení

• Obvykle se používá zdroj tepelného osvětlení s teplotním rozsahem 900-1000 kelvinů, který poskytuje dostatečnou intenzitu, aby kamera zachytila přesná spektrální data.

• Doporučujeme používat topné těleso vyrobené ze slitiny, které zajišťuje, že světelný zdroj zůstane odolný a stabilní po dlouhou dobu a bude poskytovat konzistentní tepelné záření.

• Společnost Specim nabízí různé možnosti osvětlení a může také doporučit vhodná řešení třetích stran na základě vašich specifických potřeb a nastavení aplikace.

Provozní teplota a vibrace

Udržování stabilní provozní teploty a kontrola vibrací jsou rozhodující pro maximalizaci výkonu a životnosti kamery Specim FX50. Výkonnost a provozní životnost FX50 můžete optimalizovat pomocí následujících opatření.

Citlivost a stabilizace tepelných emisí

• Provozní teplota: Aby byla zajištěna stabilita komponentů kamery, včetně optiky, a co nejdelší životnost, měla by se okolní provozní teplota pohybovat v rozmezí 5 - 25 °C.

• Teplotní stabilita: Pro co nejpřesnější spektrální odečty by měla optika kamery udržovat teplotní výkyvy v rozmezí +/- 1 °C, protože větší odchylky mohou ovlivnit přesnost identifikace materiálu.

• Teplotně stabilizovaná optika: Specim FX50 je vybavena teplotně stabilizovanou optikou s přísně kontrolovanou vnitřní teplotou optických komponent, která minimalizuje teplotní drift a poskytuje konzistentní a spolehlivé hyperspektrální snímky.

• Pokročilé chlazení:Součástí FX50 je i pokročilý chladicí systém, který udržuje optimální teplotu senzoru, snižuje tmavý šum (rušení) a udržuje vysokou citlivost pro jasné a přesné spektrální čtení.

• Teplotně stabilizovaný kryt: Doporučujeme používat teplotně stabilizovaný kryt, který chrání kameru před teplotními výkyvy, prachem a nečistotami. Zákazníci si obvykle navrhují vlastní kryty podle našich doporučení, ale existují také specializovaní dodavatelé krytů, kteří mohou nabídnout řešení na míru.

Kontrola vibrací

Vibrace jsou běžným problémem v průmyslových prostředích, zejména v dopravníkových systémech používaných pro třídění. Nadměrné vibrace mohou nejen ovlivnit stabilitu kamery a ohrozit přesnost spektrálních dat, ale také časem zkrátit životnost kamery, a proto je třeba je omezit.

Chcete-li minimalizovat vliv vibrací a prodloužit provozní životnost kamery, doporučujeme namontovat kameru odděleně od dopravníkového systému. Použití tlumičů vibrací na patkách přístroje může navíc dále omezit přenos vibrací, což pomůže ochránit kameru a zajistit stálou přesnost dat.

Shrnutí a závěr

Hyperspektrální kamera Specim FX50 řeší jednu z největších výzev moderní recyklace: třídění černých plastů. Na rozdíl od tradičních systémů založených na NIR využívá kamera FX50 jedinečné spektrální signatury v oblasti MWIR, což umožňuje přesnou identifikaci různých plastů – dokonce i těch nejnáročnějších černých plastů – a pryží.

Díky vysokorychlostnímu zpracování a téměř 99% přesnosti třídění nabízí Specim FX50 spolehlivé inline řešení pro průmyslové třídění. Její konstrukce zajišťuje bezproblémovou integraci do stávajících systémů, optimalizovaných pro vysoce výkonné provozy.

Nasazením Specim FX50 mohou průmyslové podniky výrazně zvýšit míru recyklace a splnit požadavky právních předpisů.

Kontaktujte nás ještě dnes, abyste se dozvěděli více informací nebo získali další technické podrobnosti. Naši odborníci jsou připraveni vás podpořit při zavádění této pokročilé technologie do vašich provozů.

Zdroj: specim.com