識別装置および識別方法
【課題】ベルトコンベア等の搬送装置により所定幅内に識別対象物が配列されて搬送される場合に、識別対象物の大きさに関わらず、識別対象物を漏れなく識別することが可能な識別装置および識別方法の提供。
【解決手段】ベルトコンベア４により搬送される被識別プラスチックＰに対してレーザ光Ｌを照射して被識別プラスチックＰを識別するプラスチック識別装置において、レーザ光Ｌを被識別プラスチックＰに照射する複数の検出部ヘッド１０ａが被識別プラスチックＰの搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニット１０と、この検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構１１とを有する。
【解決手段】ベルトコンベア４により搬送される被識別プラスチックＰに対してレーザ光Ｌを照射して被識別プラスチックＰを識別するプラスチック識別装置において、レーザ光Ｌを被識別プラスチックＰに照射する複数の検出部ヘッド１０ａが被識別プラスチックＰの搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニット１０と、この検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構１１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック、木や紙等の識別対象物を識別する識別装置および識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭ごみや産業廃棄物として廃棄されるプラスチックの処理に際して、廃棄プラスチックの材質が不明な場合がある。このような廃棄プラスチックの大部分は、粉砕後、焼却処理するしかない。しかしながら、プラスチックは、その材質（原料の種類）が何であるかを識別することで、融解、再成形することが可能であるという特徴を有するので、付加価値の高い製品に再利用することが可能である。また、焼却する場合でも、例えばポリ塩化ビニルが存在していれば有毒ガス発生の恐れがあるので、事前にその存在を検出する必要がある。
【０００３】
このような廃棄プラスチックの材質を識別する方法の一つとして、ラマン散乱スペクトルを利用した方法が提案されている。例えば、特許文献１には、レーザ光源から発した単色のレーザ光を、光ファイバを介してファイバヘッドに導き、このファイバヘッドを介してプラスチック素材にレーザ光を照射し、ファイバヘッドに備えられるファイバヘッド対物レンズを介して分光器に導き、分光分析することによりラマン散乱スペクトルを決定し、データベースに格納された既知のバンドパターンと照合することによりプラスチック素材の種類を識別することが記載されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、ベルトコンベア上に載って運ばれてくる素材が未知の被識別プラスチックに、レーザ装置からレーザ光を照射して、分光器でラマン散乱スペクトルを測定し、このラマン散乱スペクトルから複数のラマンピークの波数およびその波数での相対強度値を抽出し、素材が既知のプラスチックのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値と測定されたラマン散乱スペクトルのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値とを比較し、この比較結果から被識別プラスチックの素材を識別することが記載されている。
【０００５】
上記特許文献１，２に記載のプラスチックの識別方法は、いずれも未知の被識別プラスチックから得たラマン散乱スペクトルと、既知のラマン散乱スペクトルとを直接比較することにより被識別プラスチックの種類を識別するものである。従来の方法では、ラマン散乱スペクトル同士を直接比較するため、ラマン散乱スペクトルをＳＮ比が大きくなるように測定する必要がある。そのため、通常の分光装置によるラマン散乱スペクトルの測定では、レーザ光を数秒照射し続けて行う必要があるため、従来の方法では１個のプラスチックを識別するのに長い時間が必要となる。
【０００６】
また、測定されたラマン散乱スペクトルからピークを抽出する数学的処理は、複雑で計算量の多いものであり、この操作にも長い時間を必要とする。上記特許文献１，２には測定時間についての記述はないが、最も良い条件で測定したとしても１秒間に数個程度の識別しか行うことができず、実用的ではない。多くの廃棄プラスチックが、粉砕して処理されていることを考えると、実用的なプラスチックの選別には、１秒間に数十個以上の識別を行うことが必要である。
【０００７】
そこで、本出願人は、特許文献３に記載の高速でプラスチックの材質を識別することが可能なラマン散乱に基づくプラスチックの識別方法を開発している。この識別方法では、ベルトコンベアにより被識別プラスチックを搬送しながらレーザ光を照射して、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光からラマン散乱信号を得て、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度と、被識別プラスチックのラマン散乱信号から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５６５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−３８８０７号公報
【特許文献３】特許第４２０３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記のようにベルトコンベアにより被識別プラスチックを搬送しながらレーザ光を照射して識別を行う場合、被識別プラスチックを１列に整列させて行うと大量のプラスチックを識別するのに時間が掛かってしまう。このような問題を解決するため、被識別プラスチックをベルトコンベアの所定の幅内に配列し、被識別プラスチックの搬送方向に対して垂直方向に複数の検出部ヘッドを配列して一度に複数列の被識別プラスチックを識別することが考えられる。
【００１０】
ところが、このように複数の検出部ヘッドを被識別プラスチックの搬送方向に対して垂直方向に配列した場合、複数の検出部ヘッドの間隔が問題となる。廃棄プラスチックは、多くの場合、最終的に破砕されてシュレッダーダストとして流通するが、そのサイズは流通形態やその後の利用形態に合わせて破砕機の設定により数ミリメートルから数十センチメートルとして幅広く調整されている。したがって、廃棄プラスチックを識別する場合に、廃棄プラスチックのサイズによっては、この複数の検出部ヘッドの間隔よりも小さく、検出部ヘッドにより識別されなくなる可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明においては、ベルトコンベア等の搬送装置により所定幅内に廃棄プラスチック等の識別対象物が配列されて搬送される場合に、識別対象物の大きさに関わらず、識別対象物を漏れなく識別することが可能な識別装置および識別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の識別装置は、搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して識別対象物を識別する識別装置において、レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットと、この検出部ヘッドユニットを識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構とを有するものである。
【００１３】
本発明の識別装置によれば、回転機構により検出部ヘッドユニットを回転させることにより、複数の検出部ヘッドの識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整することができ、この間隔の調整後、複数の検出部ヘッドからそれぞれレーザ光を識別対象物に照射して識別対象物を識別することができる。
【００１４】
本発明の識別方法は、搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して識別対象物を識別する識別方法であって、レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させて、複数の検出部ヘッドの識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整すること、間隔の調整後、複数の検出部ヘッドからそれぞれレーザ光を識別対象物に照射して識別対象物を識別することを含む。
【発明の効果】
【００１５】
レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる構成により、識別対象物の大きさに応じて複数の検出部ヘッドの間隔を調整して、それぞれの検出部ヘッドのレーザ光により識別対象物を識別することができるため、１台の識別装置により、識別対象物の大きさに関わらず、識別対象物を漏れなく識別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図である。
【図２】図１のラマン散乱識別装置の検出部ヘッドユニットの拡大図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図１のラマン散乱光識別装置の光学系を示す構成図である。
【図５】図４のデータ処理装置のブロック図である。
【図６】図４のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【図７】図４のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】図４のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】ラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図１０】既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図１１】識別手段によるＰＳの識別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図、図２は図１のラマン散乱識別装置の検出部ヘッドユニットの拡大図、図３は図２の平面図、図４は図１のラマン散乱識別装置の光学系を示す構成図、図５は図１のラマン散乱識別装置のブロック図、図６は図４のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【００１８】
図１において、本発明の実施の形態におけるラマン散乱に基づく識別装置としてのプラスチック識別装置１は、搬入された粉砕プラスチックを異物とプラスチック片とに選別する風力選別や比重選別のような前処理設備２と、前処理設備２により選別されたプラスチック片を振動させて整列させる振動整列フィーダ３と、振動整列フィーダ３により整列させたプラスチック片を載置台としてのベルト４ａ上に載置して搬送する搬送装置としてのベルトコンベア４と、ベルトコンベア４上のプラスチック片、すなわち識別対象物である被識別プラスチックにレーザ光を照射し、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光を得て被識別プラスチックの材質を識別する識別手段としてのラマン散乱識別装置５とを備える。
【００１９】
また、このプラスチック識別装置１は、ラマン散乱識別装置５による識別の結果に応じて圧縮空気を噴出することにより被識別プラスチックを材質ごとに選別する選別用エアガン６と、選別用エアガン６を駆動するエアガン駆動装置７と、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７との動作を同期させて制御する同期制御装置８とを備える。また、このプラスチック識別装置１は、ベルトコンベア４の搬送速度を調整するコンベア速度調整装置９を備えており、同期制御装置８は、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７とともにコンベア速度調整装置９の動作を同期させて制御する。
【００２０】
ラマン散乱識別装置５は、図２に示すように、レーザ光Ｌをベルト４ａ上に載置された被識別プラスチックＰに照射するとともに、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光および被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光を集光する複数の検出部ヘッド１０ａからなる検出部ヘッドユニット１０と、検出部ヘッドユニット１０を回転させる回転機構１１とを有する。
【００２１】
検出部ヘッドユニット１０は、図２および図３に示すように、被識別プラスチックＰの搬送面、すなわちベルトコンベア４のベルト４ａの上面に対して平行に配列されている。検出部ヘッドユニット１０は、初期状態において図３に実線で示すように各検出部ヘッド１０ａが搬送方向に対して垂直となっている。回転機構１１は、この検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させるものであり、図３の実線で示す位置を初期状態として回転機構１１により時計回りおよび反時計回りに回転可能となっている。
【００２２】
そして、検出部ヘッドユニット１０の各検出部ヘッド１０ａには、図４に示すように、光ファイバ２１により接続されるマルチチャンネル分光器２２と、マルチチャンネル分光器２２から出力される電気信号を入力して処理するデータ処理装置３０と、後述の半導体レーザ発生装置１２を駆動するための半導体レーザ駆動電源４０とが接続されている。
【００２３】
なお、各検出部ヘッド１０ａは、レーザ光Ｌを識別対象物である被識別プラスチックＰに照射するレーザ照射系、および、レーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒと被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光とを集光する集光系を構成する。
【００２４】
また、各検出部ヘッド１０ａは、半導体レーザ発生装置１２と、集光レンズ１３と、半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌを反射して集光レンズ１３まで導くミラー１４ａおよびダイクロイックミラー１４ｂとを備える。ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するものである。なお、ミラー１４ａは、半導体レーザ発生装置１２の向きを調整することで省略することも可能である。また、ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するハーフミラーに代えることも可能である。
【００２５】
半導体レーザ発生装置１２は、例えば、波長６００〜１０６４ｎｍの範囲で１００ｍＷ以上の出力が得られる高出力のものを用いる。半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌは、ミラー１４ａにより反射され、さらにダイクロイックミラー１４ｂにより反射されて集光レンズ１３へ導かれ、集光レンズ１３により集光されて被識別プラスチックＰへと照射される。
【００２６】
各検出部ヘッド１０ａは、このレーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒを集光レンズ１３により集光して光ファイバ２１へ導く。ラマン散乱光Ｒは、ダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。また、集光レンズ１３には被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光も入射し、一部はダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。
【００２７】
光ファイバ２１は、このように検出部ヘッド１０ａの集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光をマルチチャンネル分光器２２へ導くものである。なお、光ファイバ２１を省略し、検出部ヘッド１０ａにマルチチャンネル分光器２２を内蔵して、集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を直接マルチチャンネル分光器２２に入光させる構成とすることも可能である。
【００２８】
マルチチャンネル分光器２２は、図６に示すように、ラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を反射および分光する反射型回折格子等の分光器２３と、分光器２３により分光された光を検出して電気信号へ変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やリニアアレイフォトダイオード等の例えば１０２４画素の２次元の光検出器２４と、分光器２３により分光されたレーザ光Ｌの反射光を減光するフィルタとしての減光フィルタ２５とから構成される。
【００２９】
分光器２３により反射および分光されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４の大部分である一部の画素群２４ａへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ａに入射されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたラマン散乱信号からラマン散乱情報を得るためのラマン散乱情報取得手段３１（図５参照。）を有している。
【００３０】
また、分光器２３により反射されたレーザ光は、減光フィルタ２５により減光された後、光検出器２４の小部分である一部の画素群２４ｂへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ｂに入射されたレーザ光は、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたレーザ信号からレーザ情報を得るためのレーザ情報取得手段３２（図５参照。）を有している。
【００３１】
データ処理装置３０は、パーソナルコンピュータやＣＰＵボード等であり、マルチチャンネル分光器２２は、例えばＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）インタフェースにより接続される。図５に示すように、データ処理装置３０は、上記ラマン散乱情報取得手段３１およびレーザ情報取得手段３２の他、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正手段３３と、予め設定された基準値等を記憶する記憶手段３４と、ラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰの材質を識別する識別手段３５と、識別結果を出力する出力手段３６とを有する。
【００３２】
ラマン散乱情報取得手段３１は、光検出器２４の画素群２４ａから入力された電気信号からラマン散乱情報としての所定のラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得るものである。レーザ情報取得手段３２は、光検出器２４の画素群２４ｂから入力された電気信号からレーザ情報としてのレーザ光の波長および強度を得るものである。
【００３３】
補正手段３３は、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正するものである。前述のように、レーザ光Ｌの波長が変動するとラマン散乱スペクトルは変化する。具体的には、図９に示すようなラマン散乱スペクトルの各ピークの横軸上の位置（ラマンシフトの波数）および縦軸上の位置（強度）が、レーザ光の波長および強度の変化（波数０のピーク位置に相当）に応じて変化する。そこで、補正手段３３は、レーザ情報取得手段３２により取得したレーザ光の波長および強度に基づいて、ラマン散乱情報取得手段３１により取得する所定のラマンシフトの波数およびそのラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を補正する。
【００３４】
記憶手段３４に記憶される基準値は、識別したいプラスチック、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）やＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）等の既知のプラスチックの材質ごとに予めラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置および既知ベースライン位置のそれぞれのラマン散乱強度である。
【００３５】
図１０は本実施形態におけるプラスチック識別装置により参照資料としての既知のプラスチック（アクリル、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＶＣ）のそれぞれのラマン散乱スペクトルを取得した結果を示している。図１０の横軸はラマンシフトの波数（ｃｍ-1）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）である。
【００３６】
図１０において、ＰＳを例に説明すると、ＰＳでは点Ａ1と点Ａ2の位置にピークがあるので、これらの２点Ａ1，Ａ2またはその近傍をＰＳ識別のためのピーク位置とする。また、これらのピーク位置Ａ1，Ａ2間にベースライン上の点Ｂがあるので、この点ＢをＰＳ識別のためのベースライン位置とする。なお、ベースラインの位置と強度には、ピーク位置からあまり離れていないラマン散乱強度が弱く、底になった部分の値を用いることが望ましい。また、強度の算出には、ピーク位置やベースライン位置を含む近傍の測定点の平均値を算出して、これを用いることでＳＮ比の向上を図ることができる。
【００３７】
識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（ＰＳの例では２点Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置（ＰＳの例では点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度をラマン散乱情報取得手段３１によって得るものであるが、このとき、識別手段３５は、前述のようにレーザ光の波長および強度に基づいて補正手段３３により補正された対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得る。また、識別手段３５は、これらの得られたラマン散乱強度と記憶手段３４に記憶された基準値とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別するものである。
【００３８】
例えば、識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（２点
Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と既知ベースライン位置（点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）と、基準値としての既知のプラスチックの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）とを、直接またはそれぞれの比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB），（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）によって比較することにより被識別プラスチックの材質を識別する。なお、直接比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）、または、比によって比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）は、予め記憶手段３４に記憶しておく。
【００３９】
図１１はこの識別手段３５によるＰＳの識別例を示している。図１１に示すように、ＰＳの２点Ａ1，Ａ2の既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と点Ｂの既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）の比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB）は、他の材質のものとは大きく相違している。したがって、ＰＳの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）の比（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）から設定した基準値としての閾値ＳPSによってフィルタリング（図示例では（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）＞ＳPS＝２．５のみ抽出）することにより、ＰＳ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥが混在した試料からＰＳのみを識別して抽出することが可能である。
【００４０】
なお、図示しないが、他の種類のプラスチックにおいても同様にそれぞれのプラスチックの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度と既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とのそれぞれの差や比等に基づいて被識別プラスチックの材質を識別することが可能である。
【００４１】
上記構成のプラスチック識別装置１では、搬入された粉砕プラスチック（異物が含まれている場合もある。）を前処理風選機２により異物とプラスチック片とに選別し、この選別されたプラスチック片を振動整列フィーダ３により振動させて所定幅内に整列させ、ベルトコンベア４により搬送する。そして、ラマン散乱識別装置５によりベルトコンベア４のベルト４ａ上の被識別プラスチックＰにレーザ光を照射してプラスチックの材質を識別し、識別結果に応じて選別用エアガン６により選別して材質ごとに回収する。
【００４２】
ここで、ラマン散乱識別装置５は、予め被識別プラスチックＰの大きさに応じて回転機構１１により検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向に軸周りに回転させることにより、複数の検出部ヘッド１０ａの被識別プラスチックＰの搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整する。例えば、図３に実線で示す状態から二点鎖線で示す状態まで回転させた場合、この間隔はａからｂへ変化する。そして、この間隔の調整後、複数の検出部ヘッド１０ａからそれぞれレーザ光Ｌを被識別プラスチックＰに照射して被識別プラスチックＰの識別を行う。
【００４３】
このように、このラマン散乱識別装置５では、被識別プラスチックＰの大きさに応じて複数の検出部ヘッド１０ａの間隔を調整して、それぞれの検出部ヘッド１０ａのレーザ光Ｌにより被識別プラスチックＰを識別することができるため、被識別プラスチックＰの大きさに関わらず、ベルト４ａ上の被識別プラスチックＰを漏れなく識別することが可能である。
【００４４】
なお、本実施形態においては、検出部ヘッドユニット１０は複数の検出部ヘッド１０ａを搬送方向に対して垂直方向に一列のみ配列した構成であるが、複数列を配列した構成とすることも可能である。この場合、検出部ヘッドユニット１０を回転させることで、複数の検出部ヘッド１０ａの間隔をさらに狭くすることができるため、より細かな被識別プラスチックＰを漏れなく識別することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、強力なレーザ光を発生する半導体レーザ発生装置１２を光源として、このレーザ光を試料である被識別プラスチックＰの表面に凸レンズ１３により集光照射し、その散乱光に含まれるラマン散乱光を、レーザ光の集光に使用した同じ凸レンズ１３により同軸で集光し、光ファイバ２１でマルチチャンネル分光器２２に導き、マルチチャンネル分光して光検出器２４の画素群２４ａに入射させることによりラマン散乱情報を得る。
【００４６】
このとき、このラマン散乱識別装置５では、同時に被識別プラスチックＰに反射されたレーザ光を光検出器２４の画素群２４ｂに入射させることにより検出してレーザ情報を得て、このレーザ情報に基づきラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別する。なお、ここで得る補正後のラマン散乱情報は、予め設定したピーク位置とベースライン位置のみを得るだけで良いため、従来のようにラマン散乱スペクトル全体を正確に測定する必要はない。
【００４７】
このように、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、レーザ光を被識別プラスチックＰに照射し、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るとともに、レーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別するので、被識別プラスチックＰに照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱情報が変化した場合であっても、より正確に識別対象物の識別を行うことが可能である。
【００４８】
また、このプラスチック識別装置１では、識別したいプラスチックごとに予め決められたピーク位置（例えば、ＰＳの場合のＡ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数の１点または２点のラマン散乱強度と、ベースライン位置（例えば、ＰＳの場合のＢ）に対応する補正後のラマンシフトの波数のラマン散乱強度とを求め、その比を計算するなど簡単な演算処理を行い、その値と参照試料のプラスチックで求めた基準値とを比較するという簡便な方法によって毎秒５０個以上のプラスチックを識別することが可能である。なお、本実施形態においては、ピーク位置に対応するラマンシフトの波数を１点または２点使用しているが、３点以上とすることも可能である。
【００４９】
なお、このプラスチック識別装置１では、図６に示すようにマルチチャンネル分光器２２が、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器２３と、分光器２３により分光されたレーザ光を減光する減光フィルタ２５と、分光器２３により分光されたラマン散乱光および減光フィルタ２５により減光されたレーザ光を検出する光検出器２４とから構成されるものとし、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２４により行っているので、低廉な識別装置を得ることが可能であるが、これに代えて図７または図８に示す構成とすることも可能である。
【００５０】
図７は図４のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図、図８は図４のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。なお、図７および図８において図６と共通の構成部分については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
図７に示すマルチチャンネル分光器２２ａでは、分光器２３により分光されたレーザ光を光検出器２６の所定の位置の画素群２６ｂへ反射するミラー２７を備えた構成である。画素群２６ｂは、分光器２４により分光されたラマン散乱光Ｒのうち各プラスチックにおいて特徴が現れない部分（図９の例では波数１６００〜２２００ｃｍ-1の範囲）である。ラマン散乱光Ｒの特徴が現れる他の部分は、光検出器２６の画素群２６ａ，２６ｃに入射される。
【００５２】
このような構成を採用することにより、光検出器２６の分解能を有効に利用して、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２６により行うことができるので、高精度で低廉な識別装置を実現することが可能となる。
【００５３】
一方、図８に示すマルチチャンネル分光器２２ｂでは、ラマン散乱光Ｒを入射させる第１光検出器２８ａとは別に、レーザ光を入射させる第２光検出器２８ｂを設けた構成である。分光器２３により分光されたレーザ光はミラー２９によって反射させる。
【００５４】
このような構成を採用することにより、ラマン散乱光を検出する第１光検出器２８ａとは別の第２光検出器２８ｂにより検出してラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を行うので、ラマン散乱信号を取得する第１光検出器２８ａは分解能の高いものを使用し、レーザ光を測定する第２光検出器２８ｂは分解能の低いものを使用して、低コスト化を図ることが可能である。
【００５５】
なお、以上の説明においては、分光器２３は反射型の回折格子（グレーティング）を用いた例について説明したが、透過型の回折格子を使用することも可能である。また、減光フィルタ２５に代えて、分光器２３により分光する前にレーザ光を減光する目的でノッチフィルタ等のフィルタを設置し、フィルタ２５を省略したり併用したりすることも可能である。
【００５６】
なお、上記のように本実施形態においては、プラスチックの材質を識別するプラスチック識別装置１について説明したが、プラスチック以外にも木や紙などの識別対象物の識別にも応用することが可能である。また、本実施形態における検出部ヘッドユニット１０および回転機構１１の構成は、ラマン散乱を利用した識別装置だけでなく、レーザ光を利用して識別する他の識別装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、プラスチック、木や紙等の識別対象物をレーザ光を利用して識別する識別装置および識別方法として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１ プラスチック識別装置
２ 前処理設備
３ 振動整列フィーダ
４ ベルトコンベア
４ａ ベルト
５ ラマン散乱識別装置
６ 選別用エアガン
７ エアガン駆動装置
８ 同期制御装置
９ コンベア速度調整装置
１０ 検出部ヘッドユニット
１０ａ 検出部ヘッド
１１ 回転機構
１２ 半導体レーザ発生装置
１３ 集光レンズ
１４ａ ミラー
１４ｂ ダイクロイックミラー
２１ 光ファイバ
２２，２２ａ，２２ｂ マルチチャンネル分光器
２３ 分光器
２４，２６ 光検出器
２５ 減光フィルタ
２７，２９ ミラー
２８ａ 第１光検出器
２８ｂ 第２光検出器
３０ データ処理装置
３１ ラマン散乱情報取得手段
３２ レーザ情報取得手段
３３ 補正手段
３４ 記憶手段
３５ 識別手段
３６ 出力手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック、木や紙等の識別対象物を識別する識別装置および識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭ごみや産業廃棄物として廃棄されるプラスチックの処理に際して、廃棄プラスチックの材質が不明な場合がある。このような廃棄プラスチックの大部分は、粉砕後、焼却処理するしかない。しかしながら、プラスチックは、その材質（原料の種類）が何であるかを識別することで、融解、再成形することが可能であるという特徴を有するので、付加価値の高い製品に再利用することが可能である。また、焼却する場合でも、例えばポリ塩化ビニルが存在していれば有毒ガス発生の恐れがあるので、事前にその存在を検出する必要がある。
【０００３】
このような廃棄プラスチックの材質を識別する方法の一つとして、ラマン散乱スペクトルを利用した方法が提案されている。例えば、特許文献１には、レーザ光源から発した単色のレーザ光を、光ファイバを介してファイバヘッドに導き、このファイバヘッドを介してプラスチック素材にレーザ光を照射し、ファイバヘッドに備えられるファイバヘッド対物レンズを介して分光器に導き、分光分析することによりラマン散乱スペクトルを決定し、データベースに格納された既知のバンドパターンと照合することによりプラスチック素材の種類を識別することが記載されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、ベルトコンベア上に載って運ばれてくる素材が未知の被識別プラスチックに、レーザ装置からレーザ光を照射して、分光器でラマン散乱スペクトルを測定し、このラマン散乱スペクトルから複数のラマンピークの波数およびその波数での相対強度値を抽出し、素材が既知のプラスチックのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値と測定されたラマン散乱スペクトルのラマンピークの波数およびその波数での相対強度値とを比較し、この比較結果から被識別プラスチックの素材を識別することが記載されている。
【０００５】
上記特許文献１，２に記載のプラスチックの識別方法は、いずれも未知の被識別プラスチックから得たラマン散乱スペクトルと、既知のラマン散乱スペクトルとを直接比較することにより被識別プラスチックの種類を識別するものである。従来の方法では、ラマン散乱スペクトル同士を直接比較するため、ラマン散乱スペクトルをＳＮ比が大きくなるように測定する必要がある。そのため、通常の分光装置によるラマン散乱スペクトルの測定では、レーザ光を数秒照射し続けて行う必要があるため、従来の方法では１個のプラスチックを識別するのに長い時間が必要となる。
【０００６】
また、測定されたラマン散乱スペクトルからピークを抽出する数学的処理は、複雑で計算量の多いものであり、この操作にも長い時間を必要とする。上記特許文献１，２には測定時間についての記述はないが、最も良い条件で測定したとしても１秒間に数個程度の識別しか行うことができず、実用的ではない。多くの廃棄プラスチックが、粉砕して処理されていることを考えると、実用的なプラスチックの選別には、１秒間に数十個以上の識別を行うことが必要である。
【０００７】
そこで、本出願人は、特許文献３に記載の高速でプラスチックの材質を識別することが可能なラマン散乱に基づくプラスチックの識別方法を開発している。この識別方法では、ベルトコンベアにより被識別プラスチックを搬送しながらレーザ光を照射して、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光からラマン散乱信号を得て、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度と、被識別プラスチックのラマン散乱信号から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３５６５９５号公報
【特許文献２】特開平１０−３８８０７号公報
【特許文献３】特許第４２０３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記のようにベルトコンベアにより被識別プラスチックを搬送しながらレーザ光を照射して識別を行う場合、被識別プラスチックを１列に整列させて行うと大量のプラスチックを識別するのに時間が掛かってしまう。このような問題を解決するため、被識別プラスチックをベルトコンベアの所定の幅内に配列し、被識別プラスチックの搬送方向に対して垂直方向に複数の検出部ヘッドを配列して一度に複数列の被識別プラスチックを識別することが考えられる。
【００１０】
ところが、このように複数の検出部ヘッドを被識別プラスチックの搬送方向に対して垂直方向に配列した場合、複数の検出部ヘッドの間隔が問題となる。廃棄プラスチックは、多くの場合、最終的に破砕されてシュレッダーダストとして流通するが、そのサイズは流通形態やその後の利用形態に合わせて破砕機の設定により数ミリメートルから数十センチメートルとして幅広く調整されている。したがって、廃棄プラスチックを識別する場合に、廃棄プラスチックのサイズによっては、この複数の検出部ヘッドの間隔よりも小さく、検出部ヘッドにより識別されなくなる可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明においては、ベルトコンベア等の搬送装置により所定幅内に廃棄プラスチック等の識別対象物が配列されて搬送される場合に、識別対象物の大きさに関わらず、識別対象物を漏れなく識別することが可能な識別装置および識別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の識別装置は、搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して識別対象物を識別する識別装置において、レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットと、この検出部ヘッドユニットを識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構とを有するものである。
【００１３】
本発明の識別装置によれば、回転機構により検出部ヘッドユニットを回転させることにより、複数の検出部ヘッドの識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整することができ、この間隔の調整後、複数の検出部ヘッドからそれぞれレーザ光を識別対象物に照射して識別対象物を識別することができる。
【００１４】
本発明の識別方法は、搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して識別対象物を識別する識別方法であって、レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させて、複数の検出部ヘッドの識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整すること、間隔の調整後、複数の検出部ヘッドからそれぞれレーザ光を識別対象物に照射して識別対象物を識別することを含む。
【発明の効果】
【００１５】
レーザ光を識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる構成により、識別対象物の大きさに応じて複数の検出部ヘッドの間隔を調整して、それぞれの検出部ヘッドのレーザ光により識別対象物を識別することができるため、１台の識別装置により、識別対象物の大きさに関わらず、識別対象物を漏れなく識別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図である。
【図２】図１のラマン散乱識別装置の検出部ヘッドユニットの拡大図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図１のラマン散乱光識別装置の光学系を示す構成図である。
【図５】図４のデータ処理装置のブロック図である。
【図６】図４のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【図７】図４のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】図４のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】ラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図１０】既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルの例を示す図である。
【図１１】識別手段によるＰＳの識別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態におけるプラスチック識別装置の概略構成図、図２は図１のラマン散乱識別装置の検出部ヘッドユニットの拡大図、図３は図２の平面図、図４は図１のラマン散乱識別装置の光学系を示す構成図、図５は図１のラマン散乱識別装置のブロック図、図６は図４のマルチチャンネル分光器の概略構成図である。
【００１８】
図１において、本発明の実施の形態におけるラマン散乱に基づく識別装置としてのプラスチック識別装置１は、搬入された粉砕プラスチックを異物とプラスチック片とに選別する風力選別や比重選別のような前処理設備２と、前処理設備２により選別されたプラスチック片を振動させて整列させる振動整列フィーダ３と、振動整列フィーダ３により整列させたプラスチック片を載置台としてのベルト４ａ上に載置して搬送する搬送装置としてのベルトコンベア４と、ベルトコンベア４上のプラスチック片、すなわち識別対象物である被識別プラスチックにレーザ光を照射し、この被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光を得て被識別プラスチックの材質を識別する識別手段としてのラマン散乱識別装置５とを備える。
【００１９】
また、このプラスチック識別装置１は、ラマン散乱識別装置５による識別の結果に応じて圧縮空気を噴出することにより被識別プラスチックを材質ごとに選別する選別用エアガン６と、選別用エアガン６を駆動するエアガン駆動装置７と、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７との動作を同期させて制御する同期制御装置８とを備える。また、このプラスチック識別装置１は、ベルトコンベア４の搬送速度を調整するコンベア速度調整装置９を備えており、同期制御装置８は、ラマン散乱識別装置５とエアガン駆動装置７とともにコンベア速度調整装置９の動作を同期させて制御する。
【００２０】
ラマン散乱識別装置５は、図２に示すように、レーザ光Ｌをベルト４ａ上に載置された被識別プラスチックＰに照射するとともに、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光および被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光を集光する複数の検出部ヘッド１０ａからなる検出部ヘッドユニット１０と、検出部ヘッドユニット１０を回転させる回転機構１１とを有する。
【００２１】
検出部ヘッドユニット１０は、図２および図３に示すように、被識別プラスチックＰの搬送面、すなわちベルトコンベア４のベルト４ａの上面に対して平行に配列されている。検出部ヘッドユニット１０は、初期状態において図３に実線で示すように各検出部ヘッド１０ａが搬送方向に対して垂直となっている。回転機構１１は、この検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させるものであり、図３の実線で示す位置を初期状態として回転機構１１により時計回りおよび反時計回りに回転可能となっている。
【００２２】
そして、検出部ヘッドユニット１０の各検出部ヘッド１０ａには、図４に示すように、光ファイバ２１により接続されるマルチチャンネル分光器２２と、マルチチャンネル分光器２２から出力される電気信号を入力して処理するデータ処理装置３０と、後述の半導体レーザ発生装置１２を駆動するための半導体レーザ駆動電源４０とが接続されている。
【００２３】
なお、各検出部ヘッド１０ａは、レーザ光Ｌを識別対象物である被識別プラスチックＰに照射するレーザ照射系、および、レーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒと被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光とを集光する集光系を構成する。
【００２４】
また、各検出部ヘッド１０ａは、半導体レーザ発生装置１２と、集光レンズ１３と、半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌを反射して集光レンズ１３まで導くミラー１４ａおよびダイクロイックミラー１４ｂとを備える。ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するものである。なお、ミラー１４ａは、半導体レーザ発生装置１２の向きを調整することで省略することも可能である。また、ダイクロイックミラー１４ｂは、レーザ光Ｌを反射し、かつラマン散乱光Ｒを透過するハーフミラーに代えることも可能である。
【００２５】
半導体レーザ発生装置１２は、例えば、波長６００〜１０６４ｎｍの範囲で１００ｍＷ以上の出力が得られる高出力のものを用いる。半導体レーザ発生装置１２により発生したレーザ光Ｌは、ミラー１４ａにより反射され、さらにダイクロイックミラー１４ｂにより反射されて集光レンズ１３へ導かれ、集光レンズ１３により集光されて被識別プラスチックＰへと照射される。
【００２６】
各検出部ヘッド１０ａは、このレーザ光Ｌの照射により被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光Ｒを集光レンズ１３により集光して光ファイバ２１へ導く。ラマン散乱光Ｒは、ダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。また、集光レンズ１３には被識別プラスチックＰにより反射されたレーザ光も入射し、一部はダイクロイックミラー１４ｂを透過して光ファイバ２１の入射口へ集光される。
【００２７】
光ファイバ２１は、このように検出部ヘッド１０ａの集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光をマルチチャンネル分光器２２へ導くものである。なお、光ファイバ２１を省略し、検出部ヘッド１０ａにマルチチャンネル分光器２２を内蔵して、集光レンズ１３により集光したラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を直接マルチチャンネル分光器２２に入光させる構成とすることも可能である。
【００２８】
マルチチャンネル分光器２２は、図６に示すように、ラマン散乱光Ｒおよび反射されたレーザ光を反射および分光する反射型回折格子等の分光器２３と、分光器２３により分光された光を検出して電気信号へ変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）やリニアアレイフォトダイオード等の例えば１０２４画素の２次元の光検出器２４と、分光器２３により分光されたレーザ光Ｌの反射光を減光するフィルタとしての減光フィルタ２５とから構成される。
【００２９】
分光器２３により反射および分光されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４の大部分である一部の画素群２４ａへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ａに入射されたラマン散乱光Ｒは、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたラマン散乱信号からラマン散乱情報を得るためのラマン散乱情報取得手段３１（図５参照。）を有している。
【００３０】
また、分光器２３により反射されたレーザ光は、減光フィルタ２５により減光された後、光検出器２４の小部分である一部の画素群２４ｂへ入射されるように調整されている。光検出器２４の画素群２４ｂに入射されたレーザ光は、光検出器２４により電気信号へ変換され、データ処理装置３０へ入力される。データ処理装置３０は、この入力されたレーザ信号からレーザ情報を得るためのレーザ情報取得手段３２（図５参照。）を有している。
【００３１】
データ処理装置３０は、パーソナルコンピュータやＣＰＵボード等であり、マルチチャンネル分光器２２は、例えばＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）インタフェースにより接続される。図５に示すように、データ処理装置３０は、上記ラマン散乱情報取得手段３１およびレーザ情報取得手段３２の他、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正する補正手段３３と、予め設定された基準値等を記憶する記憶手段３４と、ラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰの材質を識別する識別手段３５と、識別結果を出力する出力手段３６とを有する。
【００３２】
ラマン散乱情報取得手段３１は、光検出器２４の画素群２４ａから入力された電気信号からラマン散乱情報としての所定のラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得るものである。レーザ情報取得手段３２は、光検出器２４の画素群２４ｂから入力された電気信号からレーザ情報としてのレーザ光の波長および強度を得るものである。
【００３３】
補正手段３３は、レーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正するものである。前述のように、レーザ光Ｌの波長が変動するとラマン散乱スペクトルは変化する。具体的には、図９に示すようなラマン散乱スペクトルの各ピークの横軸上の位置（ラマンシフトの波数）および縦軸上の位置（強度）が、レーザ光の波長および強度の変化（波数０のピーク位置に相当）に応じて変化する。そこで、補正手段３３は、レーザ情報取得手段３２により取得したレーザ光の波長および強度に基づいて、ラマン散乱情報取得手段３１により取得する所定のラマンシフトの波数およびそのラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を補正する。
【００３４】
記憶手段３４に記憶される基準値は、識別したいプラスチック、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）やＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）等の既知のプラスチックの材質ごとに予めラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上の既知ピーク位置および既知ベースライン位置のそれぞれのラマン散乱強度である。
【００３５】
図１０は本実施形態におけるプラスチック識別装置により参照資料としての既知のプラスチック（アクリル、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＶＣ）のそれぞれのラマン散乱スペクトルを取得した結果を示している。図１０の横軸はラマンシフトの波数（ｃｍ-1）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）である。
【００３６】
図１０において、ＰＳを例に説明すると、ＰＳでは点Ａ1と点Ａ2の位置にピークがあるので、これらの２点Ａ1，Ａ2またはその近傍をＰＳ識別のためのピーク位置とする。また、これらのピーク位置Ａ1，Ａ2間にベースライン上の点Ｂがあるので、この点ＢをＰＳ識別のためのベースライン位置とする。なお、ベースラインの位置と強度には、ピーク位置からあまり離れていないラマン散乱強度が弱く、底になった部分の値を用いることが望ましい。また、強度の算出には、ピーク位置やベースライン位置を含む近傍の測定点の平均値を算出して、これを用いることでＳＮ比の向上を図ることができる。
【００３７】
識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（ＰＳの例では２点Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置（ＰＳの例では点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度をラマン散乱情報取得手段３１によって得るものであるが、このとき、識別手段３５は、前述のようにレーザ光の波長および強度に基づいて補正手段３３により補正された対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度を得る。また、識別手段３５は、これらの得られたラマン散乱強度と記憶手段３４に記憶された基準値とに基づいて被識別プラスチックの材質を識別するものである。
【００３８】
例えば、識別手段３５は、識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置（２点
Ａ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と既知ベースライン位置（点Ｂ）に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）と、基準値としての既知のプラスチックの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）とを、直接またはそれぞれの比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB），（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）によって比較することにより被識別プラスチックの材質を識別する。なお、直接比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）、または、比によって比較する際の基準値（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）は、予め記憶手段３４に記憶しておく。
【００３９】
図１１はこの識別手段３５によるＰＳの識別例を示している。図１１に示すように、ＰＳの２点Ａ1，Ａ2の既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲA1，ＲA2と点Ｂの既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度ＲBとのそれぞれの差（ＲA1−ＲB），（ＲA2−ＲB）の比（ＲA1−ＲB）／（ＲA2−ＲB）は、他の材質のものとは大きく相違している。したがって、ＰＳの既知ピーク位置のラマン散乱強度ＲA10，ＲA20と既知ベースライン位置のラマン散乱強度ＲB0との差（ＲA01−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）の比（ＲA10−ＲB0）／（ＲA20−ＲB0）から設定した基準値としての閾値ＳPSによってフィルタリング（図示例では（ＲA10−ＲB0），（ＲA20−ＲB0）＞ＳPS＝２．５のみ抽出）することにより、ＰＳ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥが混在した試料からＰＳのみを識別して抽出することが可能である。
【００４０】
なお、図示しないが、他の種類のプラスチックにおいても同様にそれぞれのプラスチックの既知ピーク位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度と既知ベースライン位置に対応するラマンシフトの波数におけるラマン散乱強度とのそれぞれの差や比等に基づいて被識別プラスチックの材質を識別することが可能である。
【００４１】
上記構成のプラスチック識別装置１では、搬入された粉砕プラスチック（異物が含まれている場合もある。）を前処理風選機２により異物とプラスチック片とに選別し、この選別されたプラスチック片を振動整列フィーダ３により振動させて所定幅内に整列させ、ベルトコンベア４により搬送する。そして、ラマン散乱識別装置５によりベルトコンベア４のベルト４ａ上の被識別プラスチックＰにレーザ光を照射してプラスチックの材質を識別し、識別結果に応じて選別用エアガン６により選別して材質ごとに回収する。
【００４２】
ここで、ラマン散乱識別装置５は、予め被識別プラスチックＰの大きさに応じて回転機構１１により検出部ヘッドユニット１０を被識別プラスチックＰの搬送面に対して垂直方向に軸周りに回転させることにより、複数の検出部ヘッド１０ａの被識別プラスチックＰの搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整する。例えば、図３に実線で示す状態から二点鎖線で示す状態まで回転させた場合、この間隔はａからｂへ変化する。そして、この間隔の調整後、複数の検出部ヘッド１０ａからそれぞれレーザ光Ｌを被識別プラスチックＰに照射して被識別プラスチックＰの識別を行う。
【００４３】
このように、このラマン散乱識別装置５では、被識別プラスチックＰの大きさに応じて複数の検出部ヘッド１０ａの間隔を調整して、それぞれの検出部ヘッド１０ａのレーザ光Ｌにより被識別プラスチックＰを識別することができるため、被識別プラスチックＰの大きさに関わらず、ベルト４ａ上の被識別プラスチックＰを漏れなく識別することが可能である。
【００４４】
なお、本実施形態においては、検出部ヘッドユニット１０は複数の検出部ヘッド１０ａを搬送方向に対して垂直方向に一列のみ配列した構成であるが、複数列を配列した構成とすることも可能である。この場合、検出部ヘッドユニット１０を回転させることで、複数の検出部ヘッド１０ａの間隔をさらに狭くすることができるため、より細かな被識別プラスチックＰを漏れなく識別することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、強力なレーザ光を発生する半導体レーザ発生装置１２を光源として、このレーザ光を試料である被識別プラスチックＰの表面に凸レンズ１３により集光照射し、その散乱光に含まれるラマン散乱光を、レーザ光の集光に使用した同じ凸レンズ１３により同軸で集光し、光ファイバ２１でマルチチャンネル分光器２２に導き、マルチチャンネル分光して光検出器２４の画素群２４ａに入射させることによりラマン散乱情報を得る。
【００４６】
このとき、このラマン散乱識別装置５では、同時に被識別プラスチックＰに反射されたレーザ光を光検出器２４の画素群２４ｂに入射させることにより検出してレーザ情報を得て、このレーザ情報に基づきラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別する。なお、ここで得る補正後のラマン散乱情報は、予め設定したピーク位置とベースライン位置のみを得るだけで良いため、従来のようにラマン散乱スペクトル全体を正確に測定する必要はない。
【００４７】
このように、本実施形態におけるラマン散乱識別装置５では、レーザ光を被識別プラスチックＰに照射し、この被識別プラスチックＰから散乱されたラマン散乱光を検出してラマン散乱情報を得るとともに、レーザ光を検出してレーザ情報を得て、得られたレーザ情報に基づいてラマン散乱情報を補正し、補正後のラマン散乱情報に基づいて被識別プラスチックＰを識別するので、被識別プラスチックＰに照射するレーザ光の波長の変動によりラマン散乱情報が変化した場合であっても、より正確に識別対象物の識別を行うことが可能である。
【００４８】
また、このプラスチック識別装置１では、識別したいプラスチックごとに予め決められたピーク位置（例えば、ＰＳの場合のＡ1，Ａ2）に対応するラマンシフトの波数の１点または２点のラマン散乱強度と、ベースライン位置（例えば、ＰＳの場合のＢ）に対応する補正後のラマンシフトの波数のラマン散乱強度とを求め、その比を計算するなど簡単な演算処理を行い、その値と参照試料のプラスチックで求めた基準値とを比較するという簡便な方法によって毎秒５０個以上のプラスチックを識別することが可能である。なお、本実施形態においては、ピーク位置に対応するラマンシフトの波数を１点または２点使用しているが、３点以上とすることも可能である。
【００４９】
なお、このプラスチック識別装置１では、図６に示すようにマルチチャンネル分光器２２が、ラマン散乱光およびレーザ光を分光する分光器２３と、分光器２３により分光されたレーザ光を減光する減光フィルタ２５と、分光器２３により分光されたラマン散乱光および減光フィルタ２５により減光されたレーザ光を検出する光検出器２４とから構成されるものとし、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２４により行っているので、低廉な識別装置を得ることが可能であるが、これに代えて図７または図８に示す構成とすることも可能である。
【００５０】
図７は図４のマルチチャンネル分光器の別の実施形態を示す概略構成図、図８は図４のマルチチャンネル分光器のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。なお、図７および図８において図６と共通の構成部分については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
図７に示すマルチチャンネル分光器２２ａでは、分光器２３により分光されたレーザ光を光検出器２６の所定の位置の画素群２６ｂへ反射するミラー２７を備えた構成である。画素群２６ｂは、分光器２４により分光されたラマン散乱光Ｒのうち各プラスチックにおいて特徴が現れない部分（図９の例では波数１６００〜２２００ｃｍ-1の範囲）である。ラマン散乱光Ｒの特徴が現れる他の部分は、光検出器２６の画素群２６ａ，２６ｃに入射される。
【００５２】
このような構成を採用することにより、光検出器２６の分解能を有効に利用して、ラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を１つの光検出器２６により行うことができるので、高精度で低廉な識別装置を実現することが可能となる。
【００５３】
一方、図８に示すマルチチャンネル分光器２２ｂでは、ラマン散乱光Ｒを入射させる第１光検出器２８ａとは別に、レーザ光を入射させる第２光検出器２８ｂを設けた構成である。分光器２３により分光されたレーザ光はミラー２９によって反射させる。
【００５４】
このような構成を採用することにより、ラマン散乱光を検出する第１光検出器２８ａとは別の第２光検出器２８ｂにより検出してラマン散乱信号の取得およびレーザ光の測定を行うので、ラマン散乱信号を取得する第１光検出器２８ａは分解能の高いものを使用し、レーザ光を測定する第２光検出器２８ｂは分解能の低いものを使用して、低コスト化を図ることが可能である。
【００５５】
なお、以上の説明においては、分光器２３は反射型の回折格子（グレーティング）を用いた例について説明したが、透過型の回折格子を使用することも可能である。また、減光フィルタ２５に代えて、分光器２３により分光する前にレーザ光を減光する目的でノッチフィルタ等のフィルタを設置し、フィルタ２５を省略したり併用したりすることも可能である。
【００５６】
なお、上記のように本実施形態においては、プラスチックの材質を識別するプラスチック識別装置１について説明したが、プラスチック以外にも木や紙などの識別対象物の識別にも応用することが可能である。また、本実施形態における検出部ヘッドユニット１０および回転機構１１の構成は、ラマン散乱を利用した識別装置だけでなく、レーザ光を利用して識別する他の識別装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、プラスチック、木や紙等の識別対象物をレーザ光を利用して識別する識別装置および識別方法として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１ プラスチック識別装置
２ 前処理設備
３ 振動整列フィーダ
４ ベルトコンベア
４ａ ベルト
５ ラマン散乱識別装置
６ 選別用エアガン
７ エアガン駆動装置
８ 同期制御装置
９ コンベア速度調整装置
１０ 検出部ヘッドユニット
１０ａ 検出部ヘッド
１１ 回転機構
１２ 半導体レーザ発生装置
１３ 集光レンズ
１４ａ ミラー
１４ｂ ダイクロイックミラー
２１ 光ファイバ
２２，２２ａ，２２ｂ マルチチャンネル分光器
２３ 分光器
２４，２６ 光検出器
２５ 減光フィルタ
２７，２９ ミラー
２８ａ 第１光検出器
２８ｂ 第２光検出器
３０ データ処理装置
３１ ラマン散乱情報取得手段
３２ レーザ情報取得手段
３３ 補正手段
３４ 記憶手段
３５ 識別手段
３６ 出力手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して前記識別対象物を識別する識別装置において、
前記レーザ光を前記識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが前記識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットと、
この検出部ヘッドユニットを前記識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構と
を有する識別装置。
【請求項２】
前記識別対象物はプラスチックであり、
前記複数の検出部ヘッドは、それぞれ前記レーザ光を前記プラスチックに照射するとともに、前記プラスチックから散乱されたラマン散乱光を集光するものである請求項１記載の識別装置。
【請求項３】
前記ラマン散乱光からラマン散乱信号を取得して前記プラスチックの材質を識別する識別手段を有する請求項２記載の識別装置。
【請求項４】
搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して前記識別対象物を識別する識別方法であって、
前記レーザ光を前記識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが前記識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、前記識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させて、前記複数の検出部ヘッドの前記識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整すること、
前記間隔の調整後、前記複数の検出部ヘッドからそれぞれ前記レーザ光を前記識別対象物に照射して前記識別対象物を識別すること
を含む識別方法。
【請求項１】
搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して前記識別対象物を識別する識別装置において、
前記レーザ光を前記識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが前記識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットと、
この検出部ヘッドユニットを前記識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させる回転機構と
を有する識別装置。
【請求項２】
前記識別対象物はプラスチックであり、
前記複数の検出部ヘッドは、それぞれ前記レーザ光を前記プラスチックに照射するとともに、前記プラスチックから散乱されたラマン散乱光を集光するものである請求項１記載の識別装置。
【請求項３】
前記ラマン散乱光からラマン散乱信号を取得して前記プラスチックの材質を識別する識別手段を有する請求項２記載の識別装置。
【請求項４】
搬送装置により搬送される識別対象物に対してレーザ光を照射して前記識別対象物を識別する識別方法であって、
前記レーザ光を前記識別対象物に照射する複数の検出部ヘッドが前記識別対象物の搬送面に対して平行に配列された検出部ヘッドユニットを、前記識別対象物の搬送面に対して垂直方向の軸周りに回転させて、前記複数の検出部ヘッドの前記識別対象物の搬送方向に対して垂直方向の間隔を調整すること、
前記間隔の調整後、前記複数の検出部ヘッドからそれぞれ前記レーザ光を前記識別対象物に照射して前記識別対象物を識別すること
を含む識別方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２６８２１（Ｐ２０１１−２２６８２１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９４２５９（Ｐ２０１０−９４２５９）
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（５０２４３７７９１）株式会社サイム (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（５０２４３７７９１）株式会社サイム (6)
【Ｆターム（参考）】
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