DE4340795A1

DE4340795A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung

Info

Publication number: DE4340795A1
Application number: DE4340795A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr Rer Nat Lucht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-03-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung, insbesondere von Körpern aus Kunststoffen, wie sie im Haus- und Gewerbemüll anfallen, und insbesondere die infrarotspektroskopische Messung der Materialsorte.

Eine Anordnung zur automatischen Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung ist in der US-PS 3 747 755 beschrieben. Körper aus unterschied lichen Materialien werden auf einem Transportband an spektroskopischen Detektoren vorbeigeführt. Dabei wird infrarote Lichtstrahlung von der Seite über einen Spiegel auf die Körper gerichtet und die von den Körpern reemittierte infrarote Strahlung über einen zweiten Spiegel auf die Detektoren gelenkt. Die Körper müssen sich zu deren sicheren Erkennung im Schnittpunkt beider Strahlenbündel befinden, was bei einem automatisierten Prozeß hohen Aufwand erfordert. Ferner überlagern Reflexionen von den Kanten und Oberflächen der Körper das reemittierte Licht aus den Körpern, das zur Bestimmung des Materials untersucht wird, und führen zu falschen Ergebnissen.

Körper mit guter Transparenz für die Meßstrahlung zeigen in der reemittierten Strahlung nur geringe Ausprägung der Absorptionsbanden, so daß die Materialzusammensetzung nur schwer bestimmt werden kann. Bei einer Anordnung der Detektoren über dem Transportband überlagern zusätzlich die Absorptionsbanden des Bandmaterials, in der Regel Gummi, den Spektralverlauf der gemessenen Körper und führen zu Fehlern bei der Erkennung der Materialzusammensetzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Anordnung zur Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung derart zu gestalten, daß die Meßstrahlungsführung einen großen räumlichen Erfassungsbereich zuläßt, der Einfluß von Reflexionen an Kanten und Oberflächen der Körper auf die Zuverlässigkeit der Messung verringert wird und die Materialzusammensetzung auch für transparente Körper geringer Dicke sicher gemessen werden kann.

Erfindungsgemäß wird das durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bis 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der diesen Ansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeich nungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht einer Anordnung zur Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung

Fig. 2 eine schematisierte Ansicht einer Infrarotmeßstelle mit einem geteilten Lichtleitfaserbündel

Fig. 3 eine schematisierte Ansicht einer Infrarotmeßstelle mit einem Lichtleitfaserbündel und infraroten Lichtquellen.

In Fig. 1 ist ein umlaufendes Transportband 1 dargestellt. An dem Transportband sind Querwände 2 angeordnet, die Kammern für die zu untersuchenden Körper bilden. Auf dem Transportband sind ferner Plättchen 6 aus Aluminium befestigt, die das Band bündig bedecken.

Das Band ist senkrecht zur Bewegungsrichtung geneigt, so daß die einen Enden der Kammern tiefer liegen als die anderen Enden. Die tiefer liegenden Enden der Kammern sind mit einem fest stehenden Gitter 3 verschlossen. Von einem Transportband 4 werden Hohlkörper und Becher aus Kunststoff 5 dem Transportband 1 zugeführt, das mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Sekunde wesentlich schneller läuft als das Band 4 und eine Beschickung von maximal einem Körper pro Kammer sichert. Durch die Neigung der Kammern fallen die Hohlkörper und Becher gegen das Gitter 3, wobei diese Teile auf den Aluminiumplättchen zum liegen kommen.

Das Transportband 1 führt die Kunststoffkörper zunächst zu den Infrarotmeßköpfen 7. Die Meßköpfe 7 befinden sich unmittelbar über dem Transportband in der Nähe des Gitters 3. Diese Nähe der Meßköpfe 7 zum Gitter 3 sichert, daß auch kleine Körper im Meßfeld erfaßt werden. In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Meßköpfe dargestellt, die eine Breite des Transportbandes von ungefähr 16 cm erfassen. Die Meßköpfe 7 richten infrarotes Licht auf die Aluminiumplättchen des Transportbandes und auf die darauf befindlichen Hohlkörper und Becher, und das von dort reflektierte Licht wird durch die gleichen Meßköpfe empfangen. In einer Meß- und Steuereinheit 8 wird das Licht spektral zerlegt, mit Infrarotdetektoren gemessen, die Meßwerte ausgewertet und einer Materialsorte zugeordnet. Die dazu gehörigen elektrischen Signale werden einer pneumatischen Steuerung zugeführt, die wahlweise die pneumatischen Düsen 9 öffnet. Beim weiteren Transport der Hohlkörper und Becher blasen diese Düsen an den den Materialsorten zugeordneten Stellen die Hohlkörper und Becher in die Container 10.

Im vorliegendem Beispiel werden die Hohlkörper und Becher aus dem Hausmüll in die Fraktionen Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylentherephthalat und Reststoffe getrennt. An Stelle der Container können auch Transportbänder die sortierten sortenreinen Körper weitertransportieren. Die Anlage eignet sich auch zur Messung von Ballen aus Kunststoffen.

In Fig. 2 wird infrarotes Licht einer Halogenlampe 19 über eine Linse 17 und einem Chopper 20 auf das Teillichtleitfaserbündel 12 fokussiert. Der Chopper moduliert das infrarote Licht für eine spätere phasensynchrone Messung des Meßlichtes. Das Teilfaserbündel 12 vereinigt sich mit dem Teillichtleitfaserbündel 13 zu einem Faserbündel 11, an dessen Endfläche die infrarote Lichtstrahlung der Lampe 19 austritt. Das Faserbündel 11 endet in dem Meßkopf 18. Das Licht von dem Faserbündel 11 wird über die Linse 16 kollimiert und auf die Aluminiumplättchen 6 und die darauf befindlichen Kunststoffkörper 5 gerichtet. Das von dort reflektierte Licht wird durch die Linse 16 auf das Bündelfaserende 11 fokussiert und über das Teilfaserbündel 13 zum Eintrittsspalt des Spektrographen 14 geleitet. Das Licht aus dem Bündel 13 leuchtet das Konkavgitter 21 aus, und in der Spektralebene des Gitters entsteht das Infrarotspektrum des von den Körpern reflektierten Lichtes. Das Infrarotspektrum wird durch die Infrarotdetektoren 15 gemessen und zu einer Spektrenauswertung weitergeleitet.

In Fig. 3 wird infrarotes Licht von Halogenlampen 23 über Parabolspiegel 17 auf die Kunststoffteile 5 gerichtet, die auf einem Transportband am Meßkopf vorbeigeführt werden. Vier Lampen sind dabei symmetrisch um das Lichtfaserbündel 22 angeordnet und ihre Lichtkegel schneiden sich in der optischen Achse des Faserbündels bei den Kunststoffteilen. Das von den Teilen oder den Reflektoren 1 in das Faserbündel gelangende Licht wird zu einer Spektrenauswertung weitergeleitet.

Bei der beschriebenen Strahlführung haben die Strahlung zu den Körpern und die Strahlung von den Körpern die gleiche optische Achse, so daß die Materialzusammensetzung in unterschiedlicher Entfernung zum Meßkopf zuverlässig erkannt werden kann. Die Reflexionen an Kanten und Oberflächen der Kunststoffkörper führen zu einer spektral neutralen Erhöhung des Signalpegels, so daß Fehlerkennungen weitgehend ausgeschlossen werden.

Die Aluminiumreflektoren bewirken besonders bei dünnen transparenten Kunststoffteilen, deren Erkennung außerordentlich schwierig ist, eine erhebliche Steigerung der spektralen Modulierung und damit eine erhebliche Verbesserung der Erkennung der Materialzusammensetzung.

Bezugszeichenliste

1 Transportband
2 Querwände
3 Seitenwand
4 Zuführungstransportband
5 Hohlkörper und Becher
6 Reflexionsplatten
7 Infrarotmeßköpfe
8 Meßgerät
9 Pneumatische Düsen
10 Container
11 Geteiltes Lichtleitfaserbündel
12 Teillichtleitfaserbündel von der Lichtquelle zum Meßkopf
13 Teillichtleitfaserbündel von dem Meßkopf zum Spektrographen
14 Spektrograph
15 Infrarotdetektoren
16, 17 Sammellinsen
18 Meßkopf
19 Halogenlampe
20 Chopper
21 Konkavgitter
22 Lichtleitfaserbündel
23 Halogenlampe mit parabolischem Reflektor
24 Förderband.

Claims

1. Verfahren zur Messung und Trennung von Körpern in Bezug auf ihre Materialzusammensetzung, bei dem für die Körper typische Absorptionen im Infrarotspektrum für die Materialbestimmung und Trennung genutzt werden, die Körper vereinzelt durch Fördereinrichtungen an Meßstellen vorbei geführt werden und nach spektrographischer Bestimmung der Materialzusammensetzung mit mechanischen oder pneumatischen Mitteln an festgelegten Orten vom Transportband befördert werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Meßstellen breitbandige infrarote Meßstrahlung auf die Körper und auf hinter den Körpern befindliche Reflektoren gerichtet wird, daß die an den Oberflächen und im Innern der Körper zurückgeworfene Meßstrahlung über optische und spektroskopische Elemente auf Infrarotdetektoren gelenkt wird und daß die durch die Körper oder an den Körpern vorbei auf die Reflektoren gerichtete Meßstrahlung dort zum überwiegenden Anteil reflektiert wird und über optische und spektroskopische Elemente auf dieselben Infrarotdetektoren gelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Transportband und den darauf befindlichen Körpern gerichtete Meßstrahlung und die zu den optischen und spektroskopischen Elementen der Infrarotdetektoren zurückgeworfene Meßstrahlung gleiche optische Achse hat.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung breitbandiger Infrarotlichtquellen, Fördereinrichtungen zum Transport der vereinzelten Körper, mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieben, die über eine Auswerte- und Regelelektronik gesteuert werden und Infrarotmeßköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Fördereinrichtung (1) zur Beförderung der Körper (5) Reflektoren (6) für die Meßstrahlung angeordnet sind, daß die zu messenden Körper auf diesen Reflektoren liegen und über der Fördereinrichtung und über den zu messenden Körpern ein oder mehrere spektroskopische Meßköpfe (7) derart angeordnet sind, daß ihre Meßstrahlung auf die Reflektoren und die darauf befindlichen Körper gerichtet ist und die an den Reflektoren reflektierte Meßstrahlung zurück zu den Meßköpfen weist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (1) hohes Reflexionsvermögen für die Meßstrahlung hat und über den zu messenden Körpern ein oder mehrere spektroskopische Meßköpfe (7) derart angeordnet sind, daß ihre Meßstrahlung auf das Transportband und die darauf befindlichen Körper gerichtet ist und die am Transportband reflektierte Meßstrahlung zurück zu den Meßköpfen weist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (1) transparent für die Meßstrahlung ist und hinter der Fördereinrichtung Reflektoren angeordnet sind, die die Meßstrahlung auf die Meßköpfe richten.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fördereinrichtungen die Körper über feststehende Reflektoren schieben, die die Meßstrahlung auf die Meßköpfe richten.

7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe (7) geteilte Lichtleitfaserbündel (11) sind, wobei Licht über ein Teilfaserbündel (12) eingekoppelt wird und das von den Reflektoren oder den Körpern reflektierte Licht über ein Teilfaserbündel (13) spektroskopischen Elementen (14) zugeführt wird, in deren Spektralebene Infrarotdetektoren (15) angeordnet sind.

8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der geteilten Lichtleitfaser (11) und den Körpern oder dem Band Sammellinsen (15) angeordnet sind und beide Einheiten zusammen den Meßkopf bilden.

9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe Lichtleitfaserbündel (22) sind, wobei um dieses Bündel infrarote Lichtquellen angeordnet sind, die auf die Körper (5) strahlen, und daß das von den Reflektoren oder den Körpern reflektierte Licht über das Faserbündel (22) spektroskopischen Elementen (14) zugeführt wird, in deren Spektralebene Infrarotdetektoren (15) angeordnet sind.

10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopischen Elemente Spektrographen sind.

11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopischen Elemente Interferenz- oder Farbfilter sind.

12. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die spektroskopischen Elemente akustooptische Spektralfilter sind.