Bildverarbeitungsbasierte Sortierung von Elektronikschrott

Das schwedische Start-up-Unternehmen Refind Technologies entwickelt automatische Sortiersysteme für Elektronikschrott. Ein Bildverarbeitungssystem, das auf Millionen Referenz-Bilder zugreift, erkennt dabei die jeweiligen Objekte.

Die Idee, dass sich Kameras und Bildverarbeitungssysteme nutzen lassen, um elektronische Abfälle zu sortieren, kam dem Kernteam von Refind Technologies den Angaben nach schon in der Universität. „Hintergrundgedanke dabei war, den Wert von Abfall zu beziffern, bevor er überhaupt recycelt ist“, erklärt hierzu Mechatronik-Leiter Farshid J. Harandi. Doch die Umsetzung des „perfekten Wertstoffmanagements“ im industriellen Maßstab gestaltete sich zunächst sehr schwierig für das Start-up-Unternehmen aus Göteborg mit sechs Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von rund einer halben Million Euro: „Die Batterien liegen nicht unter Laborbedingungen auf dem Tisch, sondern sie kommen in den unterschiedlichsten Winkeln und Zuständen. Einiges an Forschung und Entwicklung war nötig, um das erste Modell unseres Optical Battery Sorter fertigzustellen, der momentan acht Batterien pro Sekunde sortiert.“

Dass allein in den USA jährlich bis zu 140 Millionen Mobiltelefone den Markt verlassen, brachte Refind dazu, das Produktportfolio um den sogenannten E-Grader zu erweitern. Auch wurde eine schnellere Version des Optical Battery Sorter entwickelt. Mit dem E-Grader können elektronische Kleingeräte nach ihrem Wertstoffgehalt an Metallen wie Gold, Kupfer, Seltenen Erden und bestimmten Kunststoffen sortiert werden. Wie es heißt, kann das System genau bestimmen, was sich in einem Handy befindet und wie viel es möglicherweise in einem anderen Markt noch wert ist. „Dann kann es zu einem ganz anderen Preis verkauft werden, als sich durch Recyceln erzielen lässt.“

Vor allem das Licht entscheidet  

Refind Battery Sorter (Foto: Refind Technologies)

Refind Battery Sorter (Foto: Refind Technologies)

Technologie-Herzstück der Refind-Systeme ist die Bilderkennung und -verarbeitung zur Steuerung der Maschine im Sortierprozess. „Batterien beispielsweise“, beschreibt Experte Harandi den Prozess, „können in den unterschiedlichsten Formen daher kommen, von der Taschenlampen- bis zur Uhrenbatterie. Im Spektrum von 360 Grad können die Batterien in den unterschiedlichsten Winkeln liegen; manchmal sind sie beschädigt oder verschmutzt. Nach diesem einen Blick müssen wir sagen, um was es sich handelt. In der Datenbank haben wir dazu Informationen von über 2.500 Batteriearten und über zwei Millionen Bilder.“ Beim automatischen Erkennen von Objekten sei vor allem das Licht entscheidend: „Will man die Größe eines Objekts messen, sind bei zu kurzer Belichtungszeit die Ränder nicht mehr gut zu erkennen, erst mehr Licht und Kontraste sorgen für bessere Bilder. Darüber hinaus kommt es vor allem auf eine konstante Wiederholbarkeit an. Die Herausforderung besteht darin, in der Bildverarbeitung nicht nur äußerst akkurat zu sein, sondern zugleich mit einer sehr kurzen Belichtungszeit des Objekts auszukommen. Dafür eignet sich insbesondere LED-Licht.“

In der ersten Version des erwähnten Optical Battery Sorter hatte Refind eine eigene Beleuchtungs-Steuerung mit einer maximalen Spannung von 48 Volt und verschiedene LED-Treiber im Einsatz. Für die zweite Version wollte das Unternehmen die Mechanik upgraden, um einen höheren Durchsatz an Batterien zu erreichen. Mit den Worten von Harandi ergab sich mit den alten Beleuchtungssteuerungen ein Stau, „weil bei mehr Batterien weniger Belichtungszeit zur Verfügung stand. Wir brauchten also stärkeres Licht.“ Der Mechatronik-Leiter von Refind schaute sich im Markt um und stieß dabei auf den LED Strobe Controller IPSC2 von Smartek Vision, der mit zwei Kanälen und Hochspannungsimpulsen von bis zu 200 Volt arbeitet: „Mit der Smartek-Blitzsteuerung können wir viermal stärker beleuchten und nun mit 20 Batterien pro Sekunde doppelt so viel wie vorher sortieren.“ Die neuen Maschinen können den Erfahrungen zufolge täglich ein halbe Million Batterien sortieren, was einem Minimum von 600 Kilogramm pro Stunde entspricht. „Eigentlich“, sagt Harandi, „ermöglicht der IPSC2-Controller sogar das Sortieren von einer Tonne pro Stunde; diese Kapazität wird jedoch genutzt, um problematische Batterien erneut zu erfassen.“

Auf die Probe gestellt

Bezüglich Robustheit und Resilienz der Smartek-Blitzsteuerung wurde das Testgerät unter schwierigen Bedingungen auf die Probe gestellt: mit harschen Temperaturunterschieden, Einfrieren und schnellem Ein- und Ausschalten. Die Lichtqualität war laut Harandi dabei immer gegeben. Als Pluspunkt des IPSC2-Controllers nennt der Refind-Experte zudem die Schnittstelle mit weitgehenden Steuerungsmöglichkeiten für den Anwender: „Wenn es eine Limitation irgendwo auf dem Controller gäbe, würde man das sehen. Wichtig war für uns zudem, dass sich die Voltzahl verändern lässt und diese Funktion nicht wie bei anderen Controllern versteckt ist. Weil immer genau dieselben Lichtkonditionen benötigt werden, gilt es genau zu wissen, was in der Steuerung vor sich geht.“

Ein wichtiger Bestandteil ist der Kondensator (Capacitor), eine sehr schnelle Batterie, mit der sich optional langsam oder schnell die Energie extrahieren und in unterschiedliche Kanäle leiten lässt. Und der Support von Smarteks Distributor, dem Bildverarbeitungsspezialisten Framos GmbH, übertraf die Erwartungen: Zur Reproduzierung gleichbleibender Bedingungen wurden Messwerte über Energieverbrauch und Wärmeverlust zur Verfügung gestellt. Die LED Strobe Controller lieferten nun schneller mehr Licht und ermöglichten dadurch rascher bessere Entscheidungen. Refind korrigiert damit bei neuen Maschinen auch Abweichungen im bildverarbeitenden System aus Kamera, Sensoren und Lichtquellen.

www.refind.se

Quelle: Pressebox / Framos GmbH

Refind E-Grader (Foto: Refind Technologies)

(EUR1015S35)