塑料判別裝置製造方法
2023-05-20 23:58:51
塑料判別裝置製造方法
【專利摘要】一種塑料判別裝置，該塑料判別裝置具有將判別對象塑料作為樣本進行保持的樣本保持部；紅外分光光度計，所述紅外分光光度計具有產生紅外光的光源、將來自所述光源的紅外光入射到保持於所述樣本保持部的樣本上的入射光學系統、光檢測器、以及將來自所述樣本的紅外光引導至所述光檢測器的受光光學系統；運算裝置，所述運算裝置基於所述光檢測器的檢測結果對所述樣本的塑料種類進行判別。所述入射光學系統的焦距比所述受光光學系統的焦距短。
【專利說明】塑料判別裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於對判別對象塑料的種類進行判別的塑料判別裝置，例如，具有傅立葉變換型紅外分光光度計的塑料判別裝置。
【背景技術】
[0002]在例如家電工業、汽車工業等中的廢棄塑料的再循環中進行塑料的種類判別。
[0003]以往，作為使用光非接觸地判別塑料種類的方法，有對中紅外區域的判別對象塑料的反射光譜形狀的差異進行提取的塑料判別裝置(例如，參照日本特開2001-221727號公報)。在該塑料判別裝置中，為了取得反射光譜，使用傅立葉變換型紅外分光光度計(FTIR)0
[0004]圖5是FTIR的概略結構圖。FTIR100具有光源101、聚光鏡103、光闌105、準直鏡107、分光鏡109、移動鏡111、固定鏡113、入射鏡115、受光鏡117、聚光鏡119以及光檢測器121。
[0005]從光源101出射的包含中紅外區域的光通過聚光鏡103、光闌105、準直鏡107、入射到分光鏡109，通過分光鏡109被分割到移動鏡111以及固定鏡113兩個方向。被移動鏡111以及固定鏡113分別反射的光通過分光鏡109合併。
[0006]移動鏡111通過未圖示的驅動系統在圖5中的箭頭方向位移。通過移動鏡111的位移，來自移動鏡111的光路與來自固定鏡113的光路之間就產生了相位差。由此，通過分光鏡109合併的光就成為幹涉光。
[0007]來自分光鏡109的中紅外區域的幹涉光被送至向著入射鏡115的光路。被入射鏡115反射的中紅外區域的幹涉光聚光入射於配置在規定的測量位置上的判別對象塑料123。來自判別對象塑料123的反射光入射於受光鏡117。被受光鏡117反射的光通過聚光鏡119入射於光檢測器121。
[0008]圖6是用於說明FTIR中的移動鏡的位移與幹涉圖強度(a.u.(任意單位))關係的圖。當來自移動鏡111的光路與來自固定鏡113的光路的相位差為O時，由於通過分光鏡109合併的光中全部波長相互增強，因此幹涉圖強度為最大。將此稱為中心爆發點。
[0009]在塑料判別裝置中，基於用光檢測器121受光的判別對象塑料123的反射光譜形狀，通過未圖示的運算裝置對判別對象塑料123的種類進行判別。
[0010]圖7是用於說明FTIR的入射光學系統以及受光光學系統的焦距的概念圖。在FTIR中，光源的像IOla與光檢測器的像121a形成於判別對象塑料123。在圖7中，為了方便起見，將像101a、121a的位置顯示為不同，但是通常，在FTIR中像101a、121a形成於相同的位置。
[0011]通常，像101a、121a被設置成相同的大小。又，出於防止NA (數值孔徑)的失配的目的，使光入射於判別對象塑料123的入射鏡(或者透鏡)115與接收反射光的受光鏡(或者透鏡)117使用相同焦距&的鏡子。作為一般的構成例，各鏡子的焦距如下:準直鏡(或者透鏡)107為60mm，入射鏡115為100mm，受光鏡117為100mm，聚光鏡(或者透鏡)119為50mm。[0012]如上所述，塑料判別裝置在對判別對象塑料的類別進行判別時，利用來自判別對象塑料的反射光譜形狀的差異。為了辨別該差異需要得到充分的反射光強度。該反射光強度越低，識別的精度就越低。
[0013]然而，判別對象塑料的形狀是各種各樣的。例如，在光入射的部位上的判別對象塑料的形狀並非平坦，而是歪斜的形狀的情況下等，光就被反射至與以配置有判別對象塑料的樣本設置桌為基準的正反射大不相同的方位，有時無法得到充分的反射光。
[0014]以往，為了得到充分的反射光，有時進行前處理，通過切削、熱衝壓使判別對象塑料中的光入射的部位平坦化(參照前述的日本特開2001-221727號公報)。
[0015]但是，存在由於增加前處理工序，塑料判別裝置的結構就變得複雜的問題。並且，熱衝壓的話，還存在對象塑料熱變性的問題。又，還存在通過用同一個衝壓機衝壓多個塑料，導致先被衝壓的塑料的汙潰、塑料本身在其他的塑料衝壓時附著於該其他塑料上的問題。
【發明內容】
[0016]本發明的目的在於，在塑料判別裝置中，即便是光入射的部位為歪斜的形狀的判別對象塑料，也能提高塑料種類的判別精度。
[0017]本發明所涉及的塑料判別裝置具有:將判別對象塑料作為樣本進行保持的樣本保持部；紅外分光光度計，所述紅外分光光度計具有產生紅外光的光源、將來自所述光源的紅外光入射到保持於所述樣本保持部的樣本上的入射光學系統、光檢測器、以及將來自所述樣本的紅外光引導至所述光檢測器的受光光學系統；和運算裝置，所述運算裝置基於所述光檢測器的檢測結果對所述樣品的塑料種類進行判別。並且所述入射光學系統的焦距比所述受光光學系統的焦距短。
[0018]入射光學系統的焦距比受光光學系統的焦距短，由此向樣本的入射光的能量密度得以增加。由此，由於來自樣本的被受光光學系統接收的光強度被提高，因此即便是光入射的部位為歪斜的形狀的樣本，也能提高塑料種類的判別精度。
[0019]又，由此，即使不進行將樣本的光入射的部位做得平坦的前處理也是可以的。因此，在一個實施形態中，所述樣本保持部不具有用於修改樣品形狀的前處理的機構，能夠以原來的形狀保持被供給的樣本。由此，塑料判別裝置的結構就不會變得複雜。
[0020]在其他的實施形態中，所述入射光學系統與所述受光光學系統構成為，形成於所述樣品上的光檢測器的像的大小與形成於所述樣品上的光源的像大小相同或者比所述光源的像大。由此，能夠高效率地將來自樣本的光引導至光檢測器。但是，本發明也包括與此相反的、將所述入射光學系統與所述受光光學系統構成為光檢測器的像的大小比光源的像的大小小的情況。
[0021]紅外分光光度計的一例為傅立葉變換型紅外分光光度計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是用於說明塑料判別裝置的一個實施例的概略結構圖。
[0023]圖2是用於說明相同實施例的入射光學系統以及受光光學系統的焦距的概念圖。
[0024]圖3是示出對於光入射的部位為平坦的形狀的樣品的反射光強度的樣品高度依存性的調查結果的圖。
[0025]圖4是示出對於光入射的部位為歪斜的形狀的樣品的反射光強度的樣品高度依存性的調查結果的圖。
[0026]圖5是FTIR的概略結構圖。
[0027]圖6是用於說明FTIR中的移動鏡的位移與幹涉圖強度關係的圖。
[0028]圖7是用於說明FTIR的入射光學系統以及受光光學系統的焦距的概念圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1是用於說明塑料判別裝置的一個實施例的概略結構圖。
[0030]塑料判別裝置I具有傅立葉變換型紅外分光光度計3，和基於傅立葉變換型紅外分光光度計3的檢測結果對判別對象塑料33的種類進行判別的運算裝置5。
[0031]傅立葉變換型紅外分光光度計3具有紅外光源7、入射光學系統29、樣本保持部34、受光光學系統31、光檢測器27以及運算裝置5。
[0032]入射光學系統29具有聚光鏡9、光闌11、準直鏡13、分光鏡15、移動鏡17、固定鏡19以及入射鏡21。光源7出射包含中紅外區域的光。從光源7出射的光通過聚光鏡9、光闌11、準直鏡13入射至分光鏡15，通過分光鏡15分割到移動鏡17以及固定鏡19兩個方向。被移動鏡17以及固定鏡19分別反射的光通過分光鏡15合併。移動鏡17通過未圖示的驅動系統在圖1中的箭頭方向位移。由此，通過分光鏡15合併的光就成為幹涉光。來自分光鏡15的中紅外區域的幹涉光被入射鏡21反射，聚光入射於配置在樣本保持部34的規定的測量位置上的作為樣本的判別對象塑料33。
[0033]樣本保持部34將供給的判別對象塑料33作為樣本並以其原來形狀進行保持，樣本保持部34不具有用於對樣本進行使光入射部的形狀變為平坦之類的前處理的機構。樣本保持部34例如為輸送帶，按原樣保持例如被粉碎做成薄片(碎片)狀並被供給的判別對象塑料33。
[0034]受光光學系統31包括受光鏡23與聚光鏡25。來自判別對象塑料33的光入射於受光鏡23。在此，來自判別對象塑料33的光是反射光或者散射光或者其雙方。被受光鏡23反射的光通過聚光鏡25入射於光檢測器27。
[0035]運算裝置5基於用光檢測器27接收的判別對象塑料33的反射光譜形狀，對判別對象塑料33的種類進行判別。
[0036]圖2是用於說明傅立葉變換型紅外分光光度計3的入射光學系統29以及受光光學系統31的焦距的概念圖。圖2出於說明概念的目的，將凹面鏡13、21、23、25表示為凸透鏡，但是實際上，也可以將凹面鏡13、21、23、25換為凸透鏡。
[0037]光源的像7a通過入射光學系統29形成於判別對象塑料33。又，光檢測器的像27a通過受光光學系統31形成於判別對象塑料33。在圖2中，為了方便起見，像7a、27a的位置不同，但是像7a、27a的位置形成於相同的位置。但是，像7a、27a的位置也可以不是相同的位置。
[0038]入射光學系統29的入射鏡21的焦距比受光光學系統31的受光鏡23的焦距f0短。通過將入射鏡21短焦點化，判別對象塑料33上的光源的像7a縮小，向判別對象塑料33的入射光的能量密度就增加。相反地，由於NA失配，入射光的高NA光在用受光鏡23接收時產生損失。
[0039]又，判別對象塑料33上的光檢測器的像27a的大小被設置為與光源的像7a大小相同，或者比光源的像7a大。由此，受光光學系統31能夠從更廣闊的區域接收來自判別對象塑料33的光。但是，光檢測器的像27a的大小也可以比光源的像7a的大小要小。
[0040]對於該實施例的塑料判別裝置(參照圖1)和出射光學系統以及受光光學系統的焦距相等的以往結構(參照圖5)的塑料判別裝置，進行來自判別對象塑料的反射光強度的比較。
[0041]作為以往結構的塑料判別裝置的光學系統，使用入射鏡115的焦距為102mm，受光鏡117的焦距為102mm的光學系統[fl02-fl02]。
[0042]作為實施例的塑料判別裝置I的光學系統，使用入射鏡21的焦距為51_，受光鏡23的焦距為102mm的光學系統[f51-fl02]，和入射鏡21的焦距為76mm，受光鏡23的焦距為102mm的光學系統[f76-fl02](參照圖2)。作為入射鏡21、115，受光鏡23、117，使用90°離軸拋物面反射鏡。用這些共計三種的光學系統進行比較。
[0043]判別對象塑料使用ABS (丙烯腈丁二烯苯乙烯)樹脂塑料。又，對光入射的部位為平坦的形狀[樣品I]、光入射的部位為歪斜的形狀[樣品2]這兩種判別對象塑料進行測量。變更樣本的高度，進行反射光強度的比較。反射光強度用幹涉圖的中心爆發點強度來評價。中心爆發點強度是指麥可遜幹涉儀中兩個光路差為O、全部波長都進行相互增強的幹涉時的光強度，其在反射光譜分析中成為信號強度的指標。
[0044]圖3是示出對於光入射的部位為平坦的形狀的樣品I的反射光強度的樣本高度依存性的調查結果的圖。在圖3中，縱軸表示中心爆發點強度(任意單位)，橫軸表示以聚光點為基準的樣本高度位置(mm)。
[0045]關於樣品1，以往結構的光學系統[Π02-Π02]的反射光強度最高，實施例的光學系統[f51-fl02]、[f76-fl02]的入射鏡的焦距越短，反射光強度越低。這被認為是由於在短焦點的光學系統[f51-fl02]、[f76-fl02]中，因為NA失配，高NA光沒有被接收的緣故。
[0046]採用樣品I的話，其結果為，實施例的光學系統[f51-fl02]、[f76-fl02]與以往結構的光學系統[Π02-Π02]相比信號強度較低，但是得到了 3以上的中心爆發點強度。只要中心爆發點強度為規定的強度以上，例如0.5以上，塑料判別裝置就能夠判別塑料的種類。因此，只要是光入射的部位為平坦的形狀的樣品I那樣的判別對象塑料，就能得到充分的反射光強度，三種光學系統中的任何一種都沒有問題。
[0047]圖4是示出對於光入射的部位為歪斜的形狀的樣品2的反射光強度的樣本高度依存性的調查結果的圖。在圖4中，縱軸表示中心爆發點強度(任意單位)，橫軸表示以聚光點為基準的樣本高度位置(mm)。
[0048]關於樣品2，短焦點化的光學系統[f51_fl02]的中心爆發點強度最大，最大達到
0.7以上。如上所述，只要中心爆發點強度為例如0.5以上，就能夠判別塑料的種類。因此，即便是光入射的部位為歪斜的形狀的樣品2那樣的塑料，使用光學系統[f51-fl02]的實施例的塑料判別裝置也能判別塑料的種類。
[0049]又，在以往結構的光學系統[Π02-Π02]的情況下，中心爆發點強度不到0.3，難以判別塑料的種類。在短焦點化的光學系統[f76-fl02]的情況下，中心爆發點強度為0.4以上，塑料種類的判別精度與以往結構的光學系統[Π02-Π02]的情況相比有所提高。[0050]這樣一來，對於光入射的部位為歪斜的形狀的樣品2那樣的判別對象塑料，通過將入射鏡短焦點化，提高了入射光能量密度的光學系統的優點就表現出來。
[0051]在塑料判別裝置I中，由於入射鏡21相比於受光鏡23被短焦點化，向判別對象塑料33的入射光的能量密度增加，光入射的部位為歪斜的形狀的判別對象塑料33的測量時的光檢測器27的信號強度增大。由此，對於用以往的光學系統的話信號強度低、無法判別或者誤判的歪斜的形狀的判別對象塑料33，塑料判別裝置I能夠提高判別精度，使塑料種類的判別成為可能。
[0052]以上對本發明的實施例進行了說明，但是實施例中的結構、配置、數值等是其中一例，本發明不僅限於此，在權利要求書中記載的本發明的範圍內的多種變更都是可能的。
[0053]例如，在上述的實施例中，使用了具有麥可遜幹涉儀的部件作為傅立葉變換型紅外分光光度計，但是在本發明的塑料判別裝置中，構成傅立葉變換型紅外分光光度計的幹涉儀也可以是麥可遜幹涉儀以外的幹涉儀。傅立葉變換型紅外分光光度計不限於上述實施例的分光光度計3的結構，只要是通過入射光學系統將來自光源的光入射於判別對象塑料，通過受光光學系統用光檢測器檢測來自該判別對象塑料的光的傅立葉變換型紅外分光光度計，任何結構的都可以。並且，也可以適用於傅立葉變換型紅外分光光度計以外的紅外分光光度計。
[0054]在上述實施例中，使用了中紅外區域的光，但是在本發明的塑料判別裝置中，也可以使用其他波長的紅外線、其他種類波長的光。
[0055]又，在上述實施例中，使用了鏡21、23作為決定入射光學系統29的焦距以及受光光學系統31的焦距的光學元件，但是在本發明的塑料判別裝置中，決定這些焦距的光學元件不僅限於鏡子，也可以是其他的光學元件，例如光學透鏡。
【權利要求】
1.一種塑料判別裝置，其特徵在於，具有: 將判別對象塑料作為樣本進行保持的樣本保持部； 紅外分光光度計，所述紅外分光光度計具有產生紅外光的光源、將來自所述光源的紅外光入射到保持於所述樣本保持部的樣本上的入射光學系統、光檢測器、以及將來自所述樣本的紅外光引導至所述光檢測器的受光光學系統；和 運算裝置，所述運算裝置基於所述光檢測器的檢測結果對所述樣本的塑料種類進行判別， 所述入射光學系統的焦距比所述受光光學系統的焦距短。
2.如權利要求1所記載的塑料判別裝置，其特徵在於， 所述樣本保持部不具有用於修改樣本形狀的前處理的機構，就以原來的形狀保持被供給的樣本。
3.如權利要求2所記載的塑料判別裝置，其特徵在於， 所述入射光學系統與所述受光光學系統構成為，使得形成於所述樣本上的光檢測器的像的大小與形成於所述樣本上的光源的像大小相同或者比所述光源的像大。
4.如權利要求1所記載的塑料判別裝置，其特徵在於， 所述入射光學系統與所述受光光學系統構成為，使得形成於所述樣本上的光檢測器的像的大小與形成於所述樣本上的光源的像大小相同或者比所述光源的像大。
5.如權利要求1-4中的任意一項所記載的塑料判別裝置，其特徵在於， 所述紅外分光光度計是傅立葉變換型紅外分光光度計。
【文檔編號】G01N21/25GK103852426SQ201310526139
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2012年11月28日
【發明者】山口亨, 森谷直司 申請人:株式會社島津製作所