图1：饮料瓶中的塑料颗粒，在被重新用于新的塑料制品之前，要经过多个步骤的回收和检测流程。

自动化在工业流程的每一步都发挥着重要作用，加拿大Eagle Vizion公司致力于生产工业自动化设备来满足生产需求，该公司生产的Flake Analyzer自动检测系统，使用了AI结合机器视觉技术对切碎的塑料进行分析，以检测是否存在金属或其他异物。Flake Analyzer能够识别30多种类别的材料，包括各种塑料聚合物、金属和纸张。

Eagle Vizion公司总裁Nathanaël Lortie介绍说，在食品级应用中，要求塑料材料中的污染物含量不得超过百万分之十（ppm），所以提供高质量的原材料对于塑料的重复利用尤为重要。

“生产人员不能把他们想要的任何塑料回炉到新生产的水瓶中，人们希望水瓶材料是纯净的。”Lortie说道，“Flake Analyzer系统是保证塑料能够重新回归食品级应用之前的最后一道防线。”

预计食品级塑料聚合物的需求将超过供给。麦肯锡公司在最近的一份报告中预测，2020-2030年间，食品级塑料聚合物的需求每年将增长15%，而同期的供应每年仅会增长1%。消费者对环保产品日益增长的需求，给塑料制品回收商带来了不小的压力。

供需关系的不匹配，也在促使塑料回收行业开始改进其回收流程。一旦塑料瓶到达回收站后，它们就会被分类、打碎，然后塑料颗粒被清洗并再次分类。

最后一个步骤是经过Flake Analyzer的检测。将塑料碎片按照类型进行分类后再经过Flake Analyzer验证它们的纯度。Flake Analyzer于2015年开始上市使用，并在2022年的升级中增加了AI功能。它能够检测从PVC到rPET等多种类型塑料的成分。rPET是一种可回收利用的聚合物，用于制造塑料饮料瓶和食品容器。

据Lortie介绍，Eagle Vizion是为数不多的瞄准塑料回收解决方案市场的公司之一，Flake Analyzer产品已销往北美和欧洲市场。

图2：Flake Analyzer能够识别30多种材料，如塑料、金属和纸张。

机器视觉和AI检测塑料微粒

Flake Analyzer帮助实验室的技术人员实现了测量塑料薄片过程的自动化。Lortie表示，Flake Analyzer不但能自动化检测过程，而且还能比手动检测确定“更多类型的聚合物组合”。

如果将该系统集成到自动化生产线中，Flake Analyzer能够引导塑料薄片进入流程中的下一步操作，例如存储、运送给客户、进入垃圾筒或通过回收流程进入再循环。Flake Analyzer使用机器视觉和AI，能够识别尺寸小至0.25mm的颗粒，并能够提供有关材料成分、尺寸、颜色以及其他特征信息。

Lortie表示：“这些都是我们在现场同时测量出来的属性，这样就可以在测试材料时获得真实的信息。每个薄片都会被逐一分析。”

使用短红外（SWIR）相机捕捉到的图像，利用软件分析来确定材料的化学成分，并识别出塑料、金属或其他物质的具体类型。

Lortie表示：“利用SWIR相机，我们可以探测含有特定化学结构的特定吸收结构。更具体地说，我们可以探测O-H和C-H结构。”

彩色500万像素RGB相机，可以提供塑料颗粒或薄片的颜色信息（如白色或绿色）。两台相机都以接近3000Hz的帧率运行，即每秒获取3000张图像。RGB相机选用的是Teledyne DALSA公司的Genie Nano，配备的镜头通常来自Moritex公司或Kowa American公司。

2022年，随着AI算法的加入，Eagle Vizion公司还在系统中增加了“判断颜色是透明的还是不透明的，以及材料是刚性的还是柔性的”这些功能。

Eagle Vizion还利用Teledyne公司的Sapera Vision软件构建了新功能，如提供与硬件无关的AI图像处理。该软件的AI模型支持分类、异常检测、对象检测和分割等功能。

训练深度学习算法

正如开发神经网络时经常发生的情况一样，Eagle Vizion公司的工程师们经过努力已经积累了丰富的图像库。该公司拥有约10万张带标签的图片，并且还在不断地向该图像库中添加新图片。

Lortie表示，随着公司将Flake Analyzer更多的决策功能转移到算法上，向AI功能的过渡也在逐渐进行。“我们花了一年多的时间去验证所有的环节，并在不同的地点进行了测试。”Lortie说道，“Eagle Vizion的努力并未就此止步，我们会不断根据市场需要将新功能增加到Flake Analyzer系统中。”

参考文献

1.Diakhaby M, Feber D, Mirza Y, Nordigården D, Shields B, Wallach J. Filling the gap: Boosting supply of recycled materials for packaging. McKinsey & Company. September 2023. https://www.mckinsey.com/industries/packaging-and-paper/our-insights/filling-the-gap-boosting-supply-of-recycled-materials-for-packaging

文/Linda Wilson