(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射するとともに検査光の吸収により物体に振動が発生する現象を用いて当該物体の材質を判別する材質判別方法であって、
判別対象となる物体に振動を付与して当該物体の固有振動数を測定するとともに、この固有振動数でもって検査光に変調をかけた後、物体に照射し、
この検査光の照射により物体に発生した振動状態を検出するとともに、この物体の振動量を測定し、
この測定された振動量と参照振動量とを比較して、当該物体の材質を判定することを特徴とする物体の材質判別方法。
【請求項２】
波長が異なる２種類以上の検査光を使用するとともに、両検査光により得られた振動量の比または差と、参照振動量の比または差とを比較して、物体の材質を判定することを特徴とする請求項１に記載の物体の材質判別方法。
【請求項３】
判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射するとともに検査光の吸収により物体に振動が発生する現象を用いて当該物体の材質を判別する材質判別装置であって、
判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射する光照射手段と、
物体に振動を付与する振動付与手段と、
この振動付与手段により振動が付与された物体の振動を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段により検出された振動から固有振動数を測定する振動数測定手段と、
この振動数測定手段により測定された固有振動数でもって上記検査光を変調する光変調手段と、
この光変調手段からの検査光が照射された物体の振動状態を検出する振動状態検出手段と、
この振動状態検出手段により検出された物体の振動量を測定する振動量測定手段と、
この振動量測定手段により測定された振動量と参照振動量とを比較して、当該物体の材質を判定する材質判定手段と
を具備したことを特徴とする物体の材質判別装置。
【請求項４】
波長が異なる２種類以上の検査光を使用するとともに、材質判定手段にて、振動量測定手段により測定された振動量の比または差と、参照振動量の比または差とを比較して、物体の材質を判定するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の物体の材質判別装置。
【請求項５】
振動付与手段と振動検出手段とを、同一手段にて構成したことを特徴とする請求項３または４に記載の物体の材質判別装置。
【請求項６】
振動状態検出手段として、振動検出手段、音響検出手段または変位検出手段を用いたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の物体の材質判別装置。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載の材質判別装置と、この材質判別装置に物体を搬入する搬入装置と、上記材質判別装置により判別された物体を所定の搬送路に案内して物体を選別する搬出装置とを具備したことを特徴とする物体の選別設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の材質判別方法および材質判別装置並びに物体の選別設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物のリサイクルを行う場合、廃棄物を適当な大きさに破砕するとともに、これら破砕された廃棄物から、所定の材質のもの、例えばプラスチック類を選別する場合に、光を使用する方法がある。
【０００３】
この光を使用する場合、被判別対象である物体の透過光量を計測してその吸収スペクトルから判別する場合と、散乱光量を計測してその散乱スペクトルから判断する方法とがあるが、不透明な材料には適用することができず、汚れている場合には正確な判別を行うことができず、また照射した光が散乱・反射することにより、受光量も変化するため、やはり、正確な判別を行うことができなかった。
【０００４】
このような問題を解消する方法として、例えば光音響、すなわち光音響共振器を使用した赤外吸収検出装置がある（例えば、特公昭５９−４５０８８号公報）。
【０００５】
この種の赤外吸収検出装置は、試料ガスが入れられた光音響共振器に、赤外レーザ光を入射させて内部で赤外共鳴吸収を起こさせる際に、この赤外レーザ光に光音響共振器の共振周波数でもって変調させるようにしたものであり、さらにその分析性能の向上を図るために、光音響共振器の軸方向での内壁を、電歪素子にて駆動することにより、光音響共振器の軸長を調整するようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記赤外吸収検出装置の構成によると、共振周波数を、音響周波数に合わせる構成、すなわち光音響共振器の軸方向での内壁を、電歪素子にて駆動することにより、光音響共振器の軸長を調整するための構成が複雑であるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、光音響に基づき材質を判別する際に、その構成を簡単にし得る物体の材質判別方法および材質判別装置並びに物体の選別設備を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の物体の材質判別方法は、判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射するとともに検査光の吸収により物体に振動が発生する現象を用いて当該物体の材質を判別する材質判別方法であって、判別対象となる物体に振動を付与して当該物体の固有振動数を測定するとともに、この固有振動数でもって検査光に変調をかけた後、物体に照射し、この検査光の照射により物体に発生した振動状態を検出するとともに、この物体の振動量を測定し、この測定された振動量と参照振動量とを比較して、当該物体の材質を判定する方法であり、
また、上記材質判別方法において、波長が異なる２種類以上の検査光を使用するとともに、両検査光により得られた振動量の比または差と、参照振動量の比または差とを比較して、物体の材質を判定する方法である。
【０００９】
本発明の物体の材質判別装置は、判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射するとともに検査光の吸収により物体に振動が発生する現象を用いて当該物体の材質を判別する材質判別装置であって、
判別対象の物体に吸収され易い波長を含む検査光を照射する光照射手段と、物体に振動を付与する振動付与手段と、この振動付与手段により振動が付与された物体の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段により検出された振動から固有振動数を測定する振動数測定手段と、この振動数測定手段により測定された固有振動数でもって上記検査光を変調する光変調手段と、この光変調手段からの検査光が照射された物体の振動状態を検出する振動状態検出手段と、この振動状態検出手段により検出された物体の振動量を測定する振動量測定手段と、この振動量測定手段により測定された振動量と参照振動量とを比較して、当該物体の材質を判定する材質判定手段とを具備したものであり、
また上記材質判別装置において、波長が異なる２種類以上の検査光を使用するとともに、材質判定手段にて、振動量測定手段により測定された振動量の比または差と、参照振動量の比または差とを比較して、物体の材質を判定するように構成したものである。
【００１０】
また、上記各材質判別装置において、振動付与手段と振動検出手段とを、同一手段にて構成したものである。
また、上記各材質判別装置において、振動状態検出手段として、物体の固有振動数を検出するための振動検出手段を兼用したもの、若しくは音響検出手段または変位検出手段を用いたものである。
【００１１】
さらに、本発明の物体の選別設備は、上記物体の材質判別装置と、この材質判別装置に物体を搬入する搬入装置と、上記材質判別装置により判別された判別済物体を所定の搬送経路に案内して物体を選別する搬出装置とを具備したものである。
【００１２】
上記の各構成によると、物体の判別または選別を行う際に、物体に、その材質に応じて最も吸収されやすい検査光を照射するとともに、その検査光に物体の固有振動数でもって変調をかけるようにしているので、簡単な構成にて、物体に発生する振動を精度良く検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における物体の選別設備を、図１に基づき説明する。
【００１４】
図１に示すように、この物体の選別設備１は、選別対象（以下、判別対象ともいう）となる物体に最も吸収され易い波長の光を照射した際にその光の吸収に伴い発生する熱により物体が振動する現象を用いて当該物体の材質を判別する材質判別装置２と、この材質判別装置２に物体を搬入する搬入装置３と、上記材質判別部装置２により判別された物体を所定の搬出路に案内し選別する搬出装置（選別部でもある）４とを有している。
【００１５】
上記材質判別装置２は、搬入装置３の途中（または下流端位置）に配置された検査台１１と、この検査台１１に載置された判別対象となる物体Ａの材質に最も吸収され易い波長の光（例えばレーザ光が使用され、以下、検査光という）を照射する光照射器（光照射手段）１２と、物体を載置して振動を付与する振動発生器（振動付与手段）１３と、この振動発生器１３に、物体の固有振動数を検出するために殆どの振動周波数を含む検査用振動（例えばインパルス信号によるインパルス振動）を発生させるための検査信号を出力する検査信号発生器１４と、上記振動発生器１３により振動が付与された物体の振動を検出する振動検出器（振動検出手段）１５と、この振動検出器１５により検出された振動検出信号を入力して物体の固有振動数を測定する振動周波数測定器（振動数測定手段）１６と、この振動周波数測定器１６にて測定された固有振動数（共振周波数でもある）の値を入力するとともに、上記光照射器１２からの検査光に、この固有振動数の値でもってパルス変調をかける光変調器１７と、上記変調された検査光が物体に照射されて発生した振動状態が上記振動検出器（この場合は、振動状態検出手段として使用されることになる）１５により検出された振動検出信号を入力して、振幅（振動量の一例）を測定する振幅測定器（振動量測定手段）１８と、この振幅測定器１８にて測定された振動の振幅値（振幅の大きさ）を入力するとともに、予め登録された判別対象の材質における参照振幅値（参照振動量）と、当該物体にて検出された測定振幅値とを比較して、当該物体の材質を判定する材質判定部１９とを有している。
【００１６】
上記振動発生器１３および振動検出器１５としては、例えば圧電素子が用いられる。すなわち、圧電素子により、検査台１１上に載置された物体に振動が付与されるとともに、当該圧電素子により、振動付与後の検査台１１上の物体に発生した振動（振動状態）が検出される。
【００１７】
また、上記振動発生器１３および振動検出器１５を構成する圧電素子は、勿論、支持部材（図示せず）上に載置され、また検査台１１についても、振動発生器１３からの振動を物体に、また物体の振動を振動検出器１５に伝達し得るような構成、例えば検査台１１自身の一端部が揺動自在に支持されるとともに、他端寄り部分の下面に振動発生器１３および振動検出器１５が支持接触するようにされている。
【００１８】
なお、上記振動発生器１３と振動検出器１５とを１つの部材で兼用させてもよく、したがって１個の圧電素子にて、物体への振動の付与並びにその振動付与による物体の固有振動数の検出および検査光の照射による振幅（振動量）の検出が行われることになる。
【００１９】
また、上記搬入装置３および搬出装置４における物体の搬入および搬出用として、ベルトコンベアが用いられる。
したがって、搬出装置４は、複数台のベルトコンベア２１と、上記材質判別装置２により判別された物体を所定のベルトコンベア２１上に案内するための切替器２２とが具備されており、この切替器２２は、上記材質判定部１９からの判定結果信号に基づき制御される。
【００２０】
なお、図示していないが、搬入装置３に設けられた検査台１１とベルトコンベアとの間での物体の受け渡し（移載）については、例えば物体を押し出すための押出し装置が具備されている。
【００２１】
また、上記振動発生器１３および振動検出器１５は、物体に接触して振動を付与するとともに検出する接触式のものであり、その振動の付与および検出の確実性を増すために、例えば検査台１１側に物体の把持具（図示しないが、例えば押え具などのように接触状態を改善し得るものが使用される）が設けられる場合がある。
【００２２】
次に、上記構成において、搬入装置３により検査台１１上に搬入される物体を選別する動作について説明する。
この選別設備は、例えば廃棄物の中からプラスチック片を選別する場合（また、プラスチックの種類毎に選別する場合も含む）などに用いられるが、以下の動作説明では、単に、物体として説明する。
【００２３】
また、選別（判別）すべき物体の材質は、予め、決められており、したがってこの材質に対応する振幅値、すなわち振幅の大きさも実験などにより判明している。
【００２４】
物体Ａが搬入装置３により検査台１１上に搬入されると、検査信号発生器１４からの検査信号に基づき振動発生器１３によりある程度の周波数幅内で殆どの振動周波数を含むインパルス振動が物体に与えられる。
【００２５】
このインパルス振動により、物体には、種々の周波数成分を含む振動が与えられ、その周波数の内、物体の形状などに対応する周波数にてその物体の振動が大きくなる（固有振動数）。そして、この振動状態が振動検出器１５にて検出され、この振動信号（例えば、電圧信号）が振動周波数検出器１６に入力される。
【００２６】
この振動周波数検出器１６には、物体に発生した殆どの振動周波数が入力されることになるが、その周波数成分の内、最も振幅が大きい振動周波数が、その物体の固有振動数として検出されることになる。但し、これに検査信号を発生し続けた場合であり、検査信号の発生を止めて、その後の振動周波数を計測する場合でも、固有振動数を精度良く検出することができる。
【００２７】
そして、この固有振動数の値が光変調器１７に入力されて、光照射器１２から照射される検査光に変調がかけられる。具体的には、固有振動数に応じたパルスでもって、光を遮断・通過（オン・オフ）させることにより行われる（例えば、スリットの開口穴が断続的に閉鎖・開放される）。
【００２８】
次に、この変調された検査光が物体に照射されて吸収されると、選別すべき材質の物体である場合には、その吸収量が最大になるとともに熱作用により振動が発生し、しかもこの物体に発生した振動は、照射される光がその物体の固有振動数でもって変調されているため、さらに増幅されることになる。
【００２９】
次に、物体に発生し且つ増幅された振動状態が再度上記振動検出器１５により検出されるとともに、この検出された振動信号が振幅測定器１８に入力されて、その振幅が検出される。
【００３０】
そして、この振幅測定器１８にて検出された振幅が、材質判定部１９に入力されて、予め、登録されている選別すべき材質に対応する参照振幅値であるか否かが判定されるとともに、その材質に対応するベルトコンベア２１上に、当該物体が案内されるように切替器２２に切替信号が出力されて、物体の選別が自動的に行われる。
【００３１】
このように、物体に、その材質に応じて最も吸収されやすい検査光を照射するとともに、その検査光に物体の固有振動数でもって変調をかけるようにしているので、簡単な構成にて、物体に発生する振動のＳ／Ｎ比が向上し、精度良く検出することができ、したがって物体の判別または選別を確実に行うことができる。
【００３２】
特に、検査光を、物体の固有振動数でもって変調させるようにした構成は、従来の光音響共振器の軸長を電歪素子により変化させるようにした構成に比べて、非常に、簡単なものとなる。
【００３３】
さらに、検査光を変調する変調信号は、選別対象（判別対象）である物体そのものの固有振動数に基づくため、確実に、物体に発生した検査光による振動を増幅させることができる。
【００３４】
ところで、上記実施の形態においては、変調された検査光が物体に照射されて吸収される際に発生する振動状態を検出するのに、検査台側に直接取り付けられた接触式の振動検出器を介して行うようにしたが、例えば図２に示すように、振動状態検出手段として、検査台１１の側方（または上方周囲）に音響検出器（例えば、音響信号である空気等の伝送媒体の粗密（圧力変化）を検出し得るマイクロホン、ムービングコイルなどが用いられる）３１を配置して物体Ａの振動を音響信号として非接触式にて検出するとともに、この音響信号を振幅測定器１８に入力するようにしてもよい。
【００３５】
また、音響信号の替わりに、物体の振動により生じる表面変位をレーザ光を用いた変位検出器（変位検出手段）にて検出するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、物体を検査台の上に載置して振動状態を検出するようにしたが、例えば判別対象となる物体の重さによる接触が十分に行われない場合または全く期待できない場合には、上方から下方に、若しくは壁のようなものを設けて横方向から押える押え機構、または振動を伝達し得るような把持機構にて、判別対象である物体を掴むようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態においては、検査光としては、１種類の波長のものを用いたが、２種類の波長の検査光を用いて、これら２つの波長にて測定された振幅の比でもって物体の材質を判別するようにしてもよい。例えば、ある材質について所定の雰囲気下において、波長ａの検査光で検出した振幅値がＸ、波長ｂの検査光で検出した振幅値がＹであるというデータが得られている場合、異なる雰囲気下（例えば、振動状態検出器の設置場所が変わった場合）にて、波長ａと波長ｂの検査光で測定した振幅値がそれぞれＸ′，Ｙ′であった場合、両者の振幅比を比較する（Ｘ／ＹとＸ′／Ｙ′とを比較する）ことにより、材質の判別を行うことができる。例えば、Ｘ／ＹとＸ′／Ｙ′とが等しいか、またはほぼ等しい場合に、同じ材質であると判断される。したがって、検出雰囲気が変化した場合でも、確実に、材質の判別を行うことができる。また、上述したように、２つの波長による振動の振幅の比でもって材質の判定を行う替わりに、２つの波長による振動の振幅の差でもって材質の判定を行うようにしてもよい。これらの場合、例えば材質判定部に、振幅の比または差を求める演算部が設けられるとともに、これらの比または差と予め求められている両参照振幅の比または差との比較が行われる。さらに、３種類の波長の検査光を用いることもできる。この場合には、波長ａ，波長ｂおよび波長ｃの検査光で測定した振幅値がそれぞれＸ′，Ｙ′，Ｚ′であった場合、両者の振幅比を比較する（Ｘ：Ｙ：ＺとＸ′：Ｙ′：Ｚ′とを比較する；勿論、Ｚは既知の振幅値である）ことにより、材質の判別を行う。また、３種類の波長の検査光を用いる場合でも、上記同様に、それぞれの振幅の差に基づき材質の判別を行うこともできる。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、物体に照射される検査光の波長が１種類である場合（単波長の場合）について、すなわち選別（判別）すべき物体の種類が１つである場合について説明したが、例えば選別すべき物体の種類が複数ある場合には、光照射器から、それぞれの種類に応じて最も吸収しやすい波長の光を、順次、切り替えて照射させるようにしてもよい。
【００３８】
この場合、複数の波長の光を混在させた検査光を照射するようにしてもよく、さらに広範囲の波長を含む検査光を照射するようにしてもよい。この広範囲の波長の検査光としては、例えば白色光が使用されるとともに、この白色光としては、例えば選別対象の物体の材質を全てカバーし得るように所定のバンドパスフィルタが通過させられたものが使用される。
【００３９】
通常、単波長の場合には特定の材質を検出する場合に用いられが、広がりを持つ波長および複数の波長を含む光の場合には、前処理として粗選別するのに適している。勿論、上記検査光の波長は、判別対象となる物体の材質における光の吸収スペクトルの最大ピークのものに一致するように選択されるのが好ましい。
【００４０】
さらに、上記実施の形態においては、選別（判別）すべき物体を固体として説明したが、例えば容器内に入れられた気体、液体の場合にも適用し得る。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明の物体の材質判別方法および材質判別装置並びに物体の選別設備の構成によると、物体の判別または選別を行う際に、物体に、その材質に応じて最も吸収されやすい検査光を照射するとともに、その検査光に物体の固有振動数でもって変調をかけるようにしているので、簡単な構成にて、物体に発生する振動を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における物体の選別設備の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同選別設備の変形例の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      選別設備
２      材質判別装置
３      搬入装置
４      搬出装置
１１      検査台
１２      光照射器
１３      振動発生器
１４      検査信号発生器
１５      振動検出器
１６      振動周波数測定器
１７      光変調器
１８      振幅測定器
１９      材質判定部
２２      仕分器
３１      音響検出器
【図１】
0003714883.tif 000002
【図２】
0003714883.tif 000003