(57)【要約】【課題】  搬送ライン上を搬送される混合容器ゴミのなからペットボトルを正確に且つ経済性よく認識することにより、そのペットボトルの確実かつ経済的な排除を可能とするペットボトル選別装置を提供する。【解決手段】  混合容器ゴミ１０を搬送方向と直角な横幅方向に展開させて搬送する搬送ライン２０上の少なくとも搬送方向一部を遮光する。その遮光域に紫外線ランプ３０により紫外線を照射する。混合容器ゴミ１０のなかのペットボトルのみが青色に発光する。紫外線照射域を上からカメラ４０で撮影し、画像解析部６０により撮影画像のデータから発光体の位置情報を採取する。採取された発光体の位置情報に基づいて、発光体に対応する物体（ペットボトル）をエアノズル５０などにより搬送ライン２０上から物理的に排除する。【選択図】  図１
2015020314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合容器ゴミを搬送方向と直角な横幅方向に展開させて搬送する搬送ラインと、
搬送ライン上の少なくとも搬送方向一部を遮光してその遮光域に紫外線を照射すると共に、紫外線照射域を上からカメラで撮影して、撮影画像のデータから発光体の位置情報を採取するボトル位置検出系と、
採取された発光体の位置情報に基づいて発光体に対応する物体を搬送ライン上から物理的に排除するボトル排除系とを具備するペットボトル選別装置。
【請求項２】
請求項１に記載のペットボトル選別装置において、前記カメラは可視光カメラで且つカラーカメラであり、ボトル位置検出系は画像データ処理の段階でＲ光、Ｇ光、Ｂ光のうちＲ光及びＧ光を除外して、Ｂ光のみによって処理を行うペットボトル選別装置。
【請求項３】
請求項１に記載のペットボトル選別装置において、前記カメラは可視光カメラで且つモノクロカメラであり、Ｒ光及びＧ光を除外するフィルタを装着するペットボトル選別装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のペットボトル選別装置において、ボトル位置検出系は発光体の重心位置座標を算出するペットボトル選別装置。
【請求項５】
請求項４に記載のペットボトル選別装置において、ボトル排除系は前記搬送ラインの幅方向に配列された複数のボトル排除手段を有しており、発光体の重心位置座標に対応するボトル排除手段を作動させるペットボトル選別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶やビン、ペットボトルなどの混合容器ゴミのなかからペットボトルのみを選択的に回収するペットボトル選別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料用自動販売機の増加に伴い、缶やビン、ペットボトルなどの混合容器ゴミが多量に発生するようになり、それらの再利用技術が進んでいるが、容器の種類毎に再利用技術が異なるため、それらの再利用に際しては、これらの混合容器ゴミを容器の種類毎に選別する必要がある。
【０００３】
混合容器ゴミの選別に関しては、比重、その他の材質上の関係から、先ずペットボトルを排除するのが一般的であり、その技術も多く考えられて、一部は実用化されている。ここにおけるペットボトル選別装置の典型的な構成は、混合容器ゴミをコンベアで搬送する搬送ラインと、搬送ラインを搬送される混合容器ゴミのなかからペットボトルを光学的に検出するボトル検出系と、光学的に検出されたペットボトルを搬送ライン上で他の容器ゴミから機械的に取り除くボトル排除系との組み合わせである。
【０００４】
このようなペットボトル選別装置の一つが特許文献１に開示されているが、搬送ラインを搬送される混合容器ゴミのなかからペットボトルを光学的に検出するボトル検出系が、ペットボトルの材質を検出する材料センサであるために非常に高価であり、このことが装置全体の価格を大きく押し上げる結果になっている。
【０００５】
すなわち、搬送ラインは混合容器ゴミの容器同士が重なって、容器種類の識別が困難になるのを回避するために、混合容器ゴミを搬送方向に直角な横幅方向に広く展開させて搬送する広幅の構造となっている。ペットボトルの材質を検出する材料センサは近赤外線の分光スペクトル技術を利用するものであり、センサが高価である上に、センサによる検出がスペクトル収量の２値化処理により行われるために検出範囲が非常に狭く、搬送ラインの横幅方向に相当数を配列する必要がある。これらのために、ボトル検出系の価格が非常に高価なものになるのである。
【０００６】
このため、この種のペットボトル選別装置は、最終リサイクルセンターなどの大規模設備でのみ使用されており、中間処理用リサイクルセンターなどの中小規模の設備では、ペットボトル等の有価物の選別は依然として人手で行われているのが現状である。
【０００７】
材料センサの代わりに、通常のカメラを搬送ライン上に配置して、搬送ライン上の混合容器ゴミを撮影し、その撮影画像の画像処理による形状解析によってペットボトルを検出することも理論的には可能であるが、種々雑多な容器ゴミのなからペットボトルの形状を正確に判定することは難しく、確実性に欠けるため、実用化には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３０８８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、搬送ライン上を搬送される混合容器ゴミのなからペットボトルを正確に且つ経済性よく認識することにより、そのペットボトルの確実かつ経済的な排除を可能とするペットボトル選別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明者らはペットボトルの構成材料であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：以下ペット樹脂という）の紫外線照射に自発光現象に着目した。すなわち、ペットボトルの構成材料であるペット樹脂は、紫外線を照射されると青色に自発光することが一部で報告されている。本発明者らはこの事実から、種々雑多な容器類が混在して流れる混合容器ゴミ搬送ラインでのペットボトル検出に、紫外線照射によるペット樹脂の自発光現象を利用できるのではないかとの仮説を立てて様々な基礎実験を繰り返した。
【００１１】
その結果、搬送ライン上に太陽光や強い照明光が直接当たらないように配慮して、その搬送ライン上に紫外線を照射すると、搬送ライン上を移動する種々雑多な混合容器ゴミのなかのペットボトルのみが、可視光域である青色に発光するので、通常の可視光カメラによりペットボトルのみが撮影されること、その撮影画像データが物の形の二次元データであるため、その画像データから、通常の簡単な画像データ処理により、ペットボトルの位置、大きさ、傾き、更には重心位置等を高精度に検出できることが判明した。
【００１２】
本発明のペットボトル選別装置は、かかる知見を基礎して完成されたものであり、混合容器ゴミを搬送方向と直角な横幅方向に展開させて搬送する搬送ラインと、搬送ライン上の少なくとも搬送方向一部を遮光してその遮光域に紫外線を照射すると共に、紫外線照射域を上からカメラで撮影して、撮影画像のデータから発光体の位置情報を採取するボトル位置検出系と、採取された発光体の位置情報に基づいて発光体に対応する物体を搬送ライン上から物理的に排除するボトル排除系とを具備している。
【００１３】
本発明のペットボトル選別装置においては、搬送ライン上を搬送される混合容器ゴミが遮光域において紫外線の照射を受ける。そうすると、混合容器ゴミのなかのペットボトルのみが青色に発光する。搬送ライン上のカメラは、実質的にこの青色の発光体のみを撮影するので、ペットボトルのみを物の形として二次元的に撮影でき、その撮影画像データからペットボトルの形状・位置の情報、更には重心位置座標までもが正確かつ簡単に採取される。そして、採取された青色発光体の形状・位置情報に基づいて、青色発光体に対応する物体を搬送ライン上から物理的に排除すれば、ペットボトルが正確かつ簡単に搬送ライン外へ選択排除される。
【００１４】
ペットボトルの重心位置座標を求めた場合は、ボトル排除系において搬送ラインの幅方向に複数のボトル排除手段を配列し、発光体の重心位置座標に対応するボトル排除手段を作動させるのが望ましい。そうすることにより、搬送ライン上の混合容器ゴミを整列させずに簡単な構成でペットボトルを搬送ライン上から排除できる。
【００１５】
本発明のペットボトル選別装置において、遮光とは、搬送ライン上に真っ暗にすることを意味しない。搬送ライン上に太陽光や強い照明光が直接当たらないようにすることである。遮光域で照射する紫外線の波長は特に限定しない。波長が３００〜４００ｎｍの近紫外線でもペット樹脂は十分に発光する。紫外線ランプコストなどの経済性を考えると、可視光域に近い近紫外線が望ましく、樹脂硬化に使用されている３６５ｎｍ付近の近紫外線で何ら問題ない。
【００１６】
また、カメラは青色光を撮影できるものであれば種類を問わない。撮影視野については、物の形を撮影するので、所定の二次元視野をもつフレームカメラの使用が一般的であるが、一次元のラインカメラ（ラインセンサ）の使用も可能である。撮影波長帯域については、前述したとおり、青色光を撮影できればよいので、通常はコストの面から可視光カメラを使用する。ペットボトルの発光色が青色であるので、カメラがカラーカメラの場合は、画像データ処理の段階でＲ光、Ｇ光、Ｂ光のうちＲ光及びＧ光を除外して、Ｂ光のみによって処理を行うのがよく、カメラがモノクロカメラの場合は、Ｒ光及びＧ光を除外するフィルタを使用して撮影を行って青色画像データを作成するのがよい。カメラの台数についても、搬送ラインの実質全幅を撮影できればよく、カメラの撮影範囲とライン幅との関係に応じて適宜きめられるので、特に規定しない。後述する実施形態では、カメラの撮影範囲とライン幅との関係から３台のカメラを並列配置したが、これに限定するものではなく、前記関係によっては１台、或いは２台の場合もあるし、４台以上の場合もある。
【００１７】
ボトル排除系については、その種類を問わない。例えばエアを使用したものでもよいし、突き刺し針を使用したものなどでもよい。前者の場合は、搬送ラインの下流側端部、すなわちライン終端に、ライン横幅方向にエアノズルを配列し、位置検出を終えたペットボトルがその終端からライン外へ排出されるときに、そのペットボトルのライン横幅方向位置に対応するエアノズルを作動させることにより、そのペットボトルを他の容器から選別することができる。
【００１８】
なぜなら、ペットボトル以外の容器については、エアノズルが作動しないので、搬送ライン終端の直近に落下するのに対し、ペットボトルについては、エアノズルが作動することにより、搬送ライン終端から離れた位置まで飛散するからである。ペットボトル内に液体が残っている場合は、エアノズルが作動するももの、空のペットボトルと比べて重たいので、飛散する距離が短くなり、空のペットボトルから区別して選別することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のペットボトル選別装置は、搬送ライン上を搬送される混合容器ゴミに紫外線を照射して、混合容器ゴミのなかのペットボトルのみを可視光域の青色に自発光させるので、他の容器との区別が明確で、しかも撮影データ処理が容易であるので、搬送ライン上におけるペットボトルの選択的な検出、更にはそのペットボトルの搬送ライン上からの選択的な排除を簡単かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を示すペットボトル選別装置の構成図である。
【図２】同ペットボトル選別装置におけるカメラとエアノズルの位置関係を示す平面図である。
【図３】同ペットボトル選別装置における画像解析部の構成図である。
【図４】同画像解析部の機能を示すフローチャートである。である。
【図５】同画像解析部の機能の詳細説明図である。
【図６】同画像解析部の機能の詳細説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施形態のペットボトル選別装置は、図１に示すように、缶やビン、ペットボトルなどの混合容器ゴミ１０を横幅方向に展開して水平方向に搬送するコンベア方式の搬送ライン２０と、搬送ライン２０の途中に位置してその搬送ライン２０上に設けられた紫外線ランプ３０及びカメラ４０と、搬送ライン２０の下流側の端部、すなわち終端部に設けられたエアノズル５０とを備えている。
【００２３】
紫外線ランプ３０は搬送ライン２０上の搬送方向所定域に紫外線をライン全幅にわたって照射する。紫外線照射域は、図示されないカバーにより太陽光、照明光などの外光が搬送ライン上に直接当たらないように配慮されている。カメラ４０はカラーカメラであり、紫外線照射域を上方から撮影するようになっており、ここでは図２に示すように、搬送ライン２０の全幅を３個のカメラ４０でカバーする。
【００２４】
更に具体的に説明すると、搬送ライン２０上に搬送方向に平行な複数本の直線（ライン１〜ライン７）が想定されており、カメラ４０は偶数番目のライン上にあって両側のラインまでの領域の撮影を担当する。カメラ４０の撮影画像データはパーソナルコンピュータからなる画像解析部６０に送られる。
【００２５】
画像解析部６０は、紫外線ランプ３０及びカメラ４０と共にボトル位置検出系を構成している。画像解析部６０は、図３及び図４に示すように、３個のカメラ４０からの撮影画像データを所定の時間間隔で取り込む画像取込み部、取り込んだ画像データを２値化処理して判定画像を作成する判定画像作成部、作成した判定画像にラベリンク、重心判定、重心座標確定等の処理を行う演算・換算部、演算・換算部で算出した情報である重心座標情報を画像情報と共に記録する演算情報記録部、記録された情報からモニタ用画面を構築するモニタ用画面構築部、構築されたモニタ用画面を表示するモニタなどからなる。
【００２６】
このような画像解析部６０の各プロセスのうちの、２値化処理による判定画像作成プロセス、及び判定画像からペットボトルの重心座標を確定するプロセスを、図５及び図６により説明する。
【００２７】
図５に示すように、カメラ４０が撮影したカラー画像のデータのなからＲ光成分及びＧ光成分を除外し、残ったＢ系についてのみ２値化処理する。これにより、カメラ４０が撮影したカラー画像から青色発光体の画像が抽出される。ここで青色に発光しているのはペットボトルのみであり、発光しない缶類やビン類は画像から消える。このようにして複数のカメラ４０を介して得た２値化画像データを搬送ライン２０の幅方向で合成することにより、青色発光体のみ、すなわちペットボトルのみの搬送ライン全幅にわたる画像データが作成される。これが判定画像作成プロセスであり、作成された画像は図５中に判定画像として示されている。
【００２８】
判定画像が作成されると、図６に示すように、判定画像中の発光体像、すなわちペットボトルに対して、各ペットボトルを枠で囲うラベリング処理を行う。そして枠の対角線が交差する点をペットボトルの重心点とする寸法演算による重心位置判定を判定画像内の全てのペットボトルに対して行い、各ペットボトルの重心位置の座標を確定する。
【００２９】
判定画像内の全てのペットボトルについて重心座標が確定されると、その座標の特に搬送ライン２０における搬送方向に平行な縦軸（図６中のＹ軸）のＸ座標位置から、その縦軸（Ｙ軸）に最も近い想定ラインを選出し、その想定ライン上のエアノズル５０を作動ノズルとする。また、重心座標の特に搬送ライン２０における搬送方向に直角な横軸（図６中のＸ軸）のＹ座標位置からは、その重心座標が搬送ライン２０の終端に達するタイミングを求め、そのタイミングで作動ノズルを作動させる。
【００３０】
この一連のエアパージのために、画像解析部６０は、複数個のエアノズル５０の動作を制御する制御部７０に信号を送り、複数個のエアノズル５０の各制御弁８０を制御操作する。複数個のエアノズル５０は、制御部７０及び制御弁８０と共に、ボトル排除系を構成している。
【００３１】
このような構成のペットボトル選別装置によると、搬送ライン２０上をペットボトルを含む多種多様な容器ゴミ、すなわち混合容器ゴミ１０が搬送される。混合容器ゴミ１０が紫外線ランプ３０による紫外線照射域に入ると、混合容器ゴミ１０のなかのペットボトルのみが青色に発光し、これをカメラ４０が所定時間間隔ごとに撮影する。紫外線照射域においては、缶類、ビン類といったペットボトル以外の容器ゴミも撮影されないわけではないが、それらは暗く、青色に発光するペットボトルが一番明瞭に撮影される。
【００３２】
そして、画像解析部６０において、撮影画像データがＢ光についてのみ２値化処理されること、これによりペットボトルのみが撮影された判定画像が作成されること、判定画像から画像中のペットボトルの重心位置座標が算出されることは前述したとおりである。
【００３３】
判定画像中のペットボトルの重心位置座標が図６の左図だと仮定すると、搬送ライン２０での搬送方向の最も下流側に位置する重心位置が（Ｙ００−Ｘ６０）のペットボトルにいては、これが搬送ライン２０の終端に到達するタイミングで（Ｘ６０）に最も近いライン５上のエアノズル５０が所定時間作動する。そのペットボトルが空であれば遠くへ飛び、液体が残っていると、飛ぶ距離が短くなる。
【００３４】
次は最下流から２番目である重心座標が（Ｙ１０−Ｘ２０）のペットボトルが、搬送ライン２０の終端に到達するタイミングで（Ｘ２０）に最も近いライン３上のエアノズル５０が所定時間作動する。そのペットボトルが空であれば遠くへ飛び、液体が残っていると、飛ぶ距離が短くなる。
【００３５】
その次は、最下流から３番目である重心座標が（Ｙ１５−Ｘ９５）のペットボトルが、搬送ライン２０の終端に到達するタイミングで（Ｘ９５）に最も近いライン７上のエアノズル５０が所定時間作動する。そのペットボトルが空であれば遠くへ飛び、液体が残っていると、飛ぶ距離が短くなる。
【００３６】
以下、同様にして、最下流から４番目である重心座標が（Ｙ１６−Ｘ４０）のペットボトル、及び最下流から５番目である重心座標が（Ｙ３０−Ｘ７０）のペットボトルに対して順にエアパージが行われる。
【００３７】
搬送ライン２０上を搬送される混合容器ゴミ１０の全てに対して、かかる処理を行うことにより、ペットボトルが他の容器ゴミから分別されて回収される。なぜなら、ペットボトル以外の容器ゴミに対してはエアノズル５０によるエアパージが行われないので、全て搬送ライン２０の終端から、その終端直近に落下するが、ペットボトルに対してはエアノズル５０によるエアパージが行われ、搬送ライン２０の終端から離れた位置に落下するからである。また、ペットボトル同士でも空のものと液体が残ったものでは飛距離が異なるために、これらの分別回収も可能となる。
【００３８】
また、本実施形態のペットボトル選別装置では、搬送ライン２０上でのペットボトルの重心座標といった位置座標が判明するので、搬送ライン幅方向に配列された複数のエアノズル５０と組み合わせることにより、搬送ライン２０上の混合容器ゴミ１０を整列させずに、ペットボトルを分別回収することができ、装置構成が簡単である。
【００３９】
搬送ライン幅方向に配列された複数のエアノズル５０に代えて、搬送ライン幅方向に配列された複数の回転式で昇降式の突き刺し針や、搬送ライン幅方向に移動する昇降式の突き刺し針を使用しても、搬送ライン２０上の混合容器ゴミ１０を整列させずに、ペットボトルを分別回収することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  混合容器ゴミ
２０  搬送ライン
３０  紫外線ランプ
４０  カメラ（カラーカメラ）
５０  エアノズル
６０  画像解析部
７０  制御部
８０  制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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