垃圾回收中的机器视觉应用

2016-07-06新闻资讯

垃圾回收是环境保护中的重要一环,而机器视觉在回收中正在逐渐成为这其中的关键使能技术。现在人们已经深刻了解到回收在保护自然资源,减少浪费,节能及降低温室气体排放中的重要作用,但很少有人知道机器视觉在这方面所扮演的角色。要想了解这一点,就有必要懂得“单线回收”(Single Stream Recycling)。

机器视觉 的图像结果

在北美和欧洲,当平民百姓第一次接触到“回收”这个词时,觉得它是一种十分繁杂的程序。家庭和企业在倒垃圾前,被要求进行提前分类(现在仍有些人被要求进行分类)。特别是像玻璃、纸张、塑料及金属每种都有自己的类别,被要求放置在路边代表不同种类的不同颜色的垃圾桶里。其他的垃圾则被丢在另一个垃圾回收桶里,等到运送到垃圾场时在进行识别分类。载有不同分类箱的垃圾车随后就会将这些已分类好的垃圾回收物运送到“废料回收设备”(MRF)处,并在此处进行筛选及人工分类,以使这些废料适用于再加工生产。

直到最近,单线回收才被人们所了解。采用单线回收,家庭及企业在处理垃圾时可免去提前分类,直接将可回收物质放置在一个垃圾桶里,这些混合物质随后被普通的垃圾车运走。

在这一点上,单线回收可极大的方便家庭及企业,已被广泛应用。同时,垃圾处理公司也因此收益颇多。免去了提前分类,在一天内卡车司机能够在更多的垃圾点停车,覆盖的面积也更广,因此减少了所需卡车的数量及垃圾处理公司的燃油消耗量。除这些便利外,还可降低运费及人工成本,单线回收还能够增加无机垃圾的回收量。这又反过来减少了垃圾堆的数量。在美国,垃圾堆的数量就有1990年的6000个减少到了现在不到2000个。

单线回收并不排除垃圾分类,对不同类型的回收物进行分类仍十分必要,如:玻璃、纸张、塑料及金属。只不过分类的地点从马路边转移到了废料回收设备处。在此处,机器视觉作为提高垃圾回收效率、准确性及降低成本的重要技术,将在稍后进行讲解。

由于单线回收日益变得普遍,全世界范围内的废料回收设备的数量也在增多。现在,全球有大约近2000套大型废料回收设备。根据TOMRA的分析,大概有1500套在欧洲,其余在美国。另外,在欧洲、美国及世界其他区域还存在有大量小型废料回收设备。

不论这些专业废料回收设备的大小及配置如何,其基本的垃圾回收程序都大致相同。有垃圾组成的目标物通过传送带运送到不同的处理站。在处理站,对不同类别的回收物质进行筛选、识别及分类,并通过磁铁、空气喷射及其他机械方式对各类物质进行提取。在分类前,筛选所涉及到的专业设备包括有:振动式给料机,矿石筛,圆盘筛及其他设备。

机器视觉应用

机器视觉在垃圾回收中的应用到底在哪里呢?机器视觉能够通过光学识别有效的对垃圾流中的可回收物进行识别,并对可回收物从剩余垃圾中进行分类的程序进行引导。更重要的是,通过大部分分类程序的自动化过程,机器视觉为废料回收设备操作人员带来了一系列人工分类无法企及的优势,包括有:

  • 废料回收分类包产品的纯粹性
  • 劳动力成本的降低
  • 处理量的增加(光学系统的处理能力为每小时500公斤到10000公斤)
  • 对空间要求的降低(光学分类设备与传统的分类设备相比,占有更少的空间)
  • 回收物相对比例的增加,原因是更少的不可重复使用的物质残留(光学选择的可回收物纯净度更高,也因此具有更高的工业价值)

考虑到以上因素,这些优势为回收设施更为广泛的应用提供了强有力的支持。事实上,光学扫描系统缺少了这些优势,单线回收永远都不可能像今天一样得到广泛应用。可再用物质的回收的程序可能到现在依然繁杂,成本昂贵,参与度低,所导致的结果是环境的更加恶化。

光学分类系统如何进行回收工作

所举例子描述了光学扫描在不同类可回收物中所发挥的作用。

塑料:

在塑料回收中,废料要经过传送带上方设置的光学传感器,且有一束近红外光线对废料进行照明。随后,传送带上废料流的图像会被捕获,通过软件算法对其进行分析以检测塑料废品,并由空气喷射装置对其进行提取。此外,光学扫描系统还能够识别并提取不同类别的塑料废品,如:将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)从其他类型如聚氯乙稀(PVC)、聚丙稀(PP)、聚乙稀(PE)、聚苯乙稀(PS)等塑料中提取出来。在这套装置中,分类机在给料机中对废料进行振动摇晃, 形成由碎片组成的一个单层,并传送到废料槽。在倾倒废料的过程中,速度加快,废料低于废料槽的边缘,最后有彩色线阵(扫描)相机和工业并行计算机对图像进行确定。结果传送到一个或多个压缩通气管活瓣对废料流中不需要的废料进行排除。

纸张:

对纸张的光学分类应用的是“反向分类(negative sort)”技术, 即:并非从废料流中提取纸张,而是剔除非纸张废料,留下所需要的纸类。光学分类通常在机械分类后使用,对机械分类后的物质进行整理。在荷兰安装的一套设备向大家介绍了是如何对脱墨纸进行的光学分类。首先机械铲将收集整理的纸放入BUNKER,终端的筒式给料机用以确保为分类设备不断的提供纸张。纸张由传送带输送到分类处,对厚纸板及脱墨纸进行分离。剩余的纸类废料被输入一个分类筒进行精细分类,剔除掉那些细小的碎片。纸钉将纸张中的小片厚纸板取出。这些小片的厚纸板被粘附在安装于V带上的钉子上,随后由传送带送到已经分离出的大块厚纸板处。采用光学分类处理程序,废纸上一半的残留物可被剔除。随后已被分类好的脱墨纸会自动安放到四个拖车上,并运送到其他地方。分类好的厚纸板随后也会被加工成捆。

玻璃:

在玻璃回收中,澳大利亚的废料回收设备也应用了光学分类系统。玻璃碎片在传送带上快速传送时,高速彩色相机被用来通过颜色识别玻璃碎片。玻璃碎片随后通过空气喷射器迅速进入各颜色玻璃流中。相机在这条程序中有着非常好的应用,每分钟能够识别上百万个碎片,可检测的颜色能够达到160万种。通过这种方式回收的1000公斤玻璃,能够节省1100公斤的原材料。可节约制造新玻璃的能源,延长了废旧原材料的生命周期,降低了运输成本及矿石的消耗。

铝:

汽车中平均85%的铝可被回收利用。大多数的回收铝用于汽车铸件,而非高价值的锻造产品。一旦铝铸件从可锻造物品中分离,光学分类就能够用来将锻造物品分到合金行列。激光致光放射光谱也可用于此类应用。

其他可回收物品:

光学扫描在建筑垃圾分类中发挥着越来越重要的作用,由于建筑垃圾的复杂性和多样性对其也具有很大的挑战性。废旧电子元件分类也极具挑战性,原因是电子元件内部相互关联的结构。现在,电子元件的回收主要是通过人工对其分解和磁铁分类来实现。

结论

机器视觉正如在其他工业中一样,在回收工业中作为关键使能技术发挥了重要的作用。也正是如此,它在环境保护中的作用日益显著,并为家庭个人、企业及市政当局带来了重大的经济效益。随着越来越多的回收设施的建设和更多种类材料的回收利用,机器视觉在回收工业的应用一定会越来越广泛。