JP2001524028A - 産物を選別するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、穀粒分離部（３７、３８）と、産物を方向づける断面（４８）と、穀粒安定化部（３９）とを有するシュート（６）、産物を透過したレーザライン（８１）を有するレーザ（１７）、いずれの産物が選択されないかを決定するために産物を透過した光を受け取って分析する光検出器（１６）およびプロセッサ（９０）、および選択された産物と選択されていない産物とを分離する分離器（１５）を用いて、選択された産物から選択されていない産物を選別する。

Description

【発明の詳細な説明】 産物を選別するための方法および装置 本出願は、1996年9月13日に出願された、出願番号第08/713,702号の一部継続 出願である。 発明の分野 本発明は、好ましい穀粒、ナッツ、および豆を不要な産物から分離する工程を 含む、より選ばれた産物から、選ばれない産物を分離するための方法および装置 に関する。 発明の背景 食物加工産業の多くの分野は、市販可能な、またはより高価値の産物をより好 ましくない産物から選別することに関係がある。例えば、精米、ナッツ加工、お よび豆加工産業の全てにおいて、低品質の、または見た目の好ましくない産物を 取り除くために、大量の産物を選別する。 例えば、精米産業において、完全な穀粒の収率は高く評価されている。破損し た穀粒は、完全な穀粒に比べると、市場において半分以下の価値となる。また、 精米された米中の破損した穀粒の量レベルにおける微小の差異が、その品質の度 合いを大きく下げる。このように、破損した穀粒は精米された米から取り除かれ 、そしてより低価格で販売される。 「精米」産業は、２つの一般的な精米の種類である、白精米、およびパーボイ ル精米からなる。白精米においては、籾米が、数多くの機械的洗浄および欠陥分 離操作とともに脱穀され、精米される。パーボイル精米においては、籾米が、数 多くの機械的洗浄および欠陥分離操作とともに熱湯につけられ、蒸され、乾燥さ れ、脱穀され、そして精米される。パーボイル処理は、米の調理品質および精米 収率を改良するいくつかの利点を有する。 白精米器において、精米中の破損したものは、幾分かは不完全な穀粒構造によ るものである。それらは籾米中の未成熟穀粒、白亜色穀粒、および内部が破損し た穀粒である。未成熟穀粒は発達しきれておらず、一般的に薄く、容易に破損し やすい。白亜色穀粒は、乳白色または不透明な中心を有し、そして時に白腹部(w hitebellies)と呼ばれる。白亜色は、胚乳内の空気の存在により、あるいは澱粉 のより低い充填密度が原因で起こる。白亜色は柔らかく、これもまた容易に破損 しやすい。割れた粒は、収穫に先立った乾燥、未調整の水分吸収または脱離、機 械的な収穫の損傷、あるいはいくつかの他の収穫後の損傷の内いずれかにより起 こる。急速な、または未調整の水分変化は、米粒内に機械的な応力をもたらす。 応力が粒の引っ張り強度を超えると、結果として亀裂またはひびが起こる。パー ボイル精米器においては、白亜色、割れた穀粒が水熱処理中にほぼ完全に回復す るため、いずれの穀粒も破損しない。よって、パーボイル精米器は、白米精米器 よりも全粒収率の有利さを有する。白米精米器が精米用に割れたもの、および白 亜色のない米を得ることができるならば、この不利益は解消され得る。 樹木および地上のナッツ加工産業の別の例において、ナッツの価値は、異質な 材料および欠陥ナッツの存在により大きく影響を受ける。異質な材料および欠陥 は、湯通しされないナッツ、変色したナッツ、カビ、未成熟ナッツ、ハマスゲ種 、草、石、金属、ナッツ草の実、ナッツの殻、茎、およびコーンを含み得るが、 これらに限定されない。 ナッツ産業において、ナッツは機械的なクラッカーを用いて殻から取り除かれ 、ブローにより殻材から分離され、そして密度サイズにより選別される。このプ ロセスは、ナッツの身から好ましくない材料を効果的に、または完全に取り除か ない。欠陥および異質な材料はなお良質な製品と共に残り、好ましくないものの レベルを許容範囲内のレベルまでさらに下げるために、さらなる試みが取り入れ られる。この高度に分離された材料を生産するために要求される、追加の資本設 備および人員は、使用者にとって高いコストをもたらす。このことは、消費者ナ ッツ製品製造者に、上質のナッツに要求される高い処理コストを原因とする価格 的な不利益をもたらす。再処理および分離コストの一部を補償するために、ナッ ツ加工機は電子選別器を採用しており、廃棄物の流れの中の良好な製品の量を下 げ、全体的な収率を高める。さらに、これらの選別器は、異質な材料を取り除く ため に使用され、許容範囲の品質レベルを維持する。従って製造者は、原材料のコス トを、ばらつく品質属性および結果的な完成品のコスト（もしくは収率）と平衡 させることに直面する。製造者にとって明確な利点は、選別する装置の効率およ び資本コストが技術的に最適化され得るならば、実現し得る。 以下の開示は、本発明に用いられる選別プロセスに関係している。Massenらの 特許第5,524,746号は、光学モニタを用いて、コンベヤベルト上を進む穀粒の異 なる色または明度、あるいは穀粒の異なるサイズまたは形状を検出する、大量の 米を選別するための装置を開示している。光学モニタが不完全な米粒を検出した 場合、ノズルからのエア噴射がその穀粒をコンベヤベルトから取り除く。Satake らの特許第5,245,188号は、溝のついたシュート（ここで個々の穀粒は、光源を 通過して落ちる）を用いて、米粒のグレードを評価する装置を開示している。検 出器は、各穀粒からの反射光および透過光の両方を計測し、そしてその穀粒が完 全か、傷があるか、あるいは変色しているかを決定する。劣った穀粒は溝のつい たシュートから吸引され、別の放出口から取り除かれる。Satakeの特許第4,806, 764号は、タンパク質、アミロース、アミロペクチン、および水分などの予め選 択された構成要素の含有量パーセンテージを測定するために、反射光を測定する ための検出器およびバンドパスフィルタを備えた赤外線分光器を用いた、米穀粒 の品質を評価するための装置を開示している。様々な含有量パーセンテージから 品質評価値が決定される。Satakeの特許第4,752,689号は、先行の特許に関連す るものであるが、但し、構成要素の実際のパーセント含有量を印刷または表示す る。Gillespieらの特許第4,666,045号は、スイープ透過走査ビームとともにセン サを用い、またサイジングビームとともにセンサを用いた、果物選別のための種 検出装置および方法を開示している。果物の様々な部位において果物を透過する 光量を分析することによって種が検出される。そして種を有する果物をエゼクタ ー弁によって除去する。Satakeの特許第4,572,666号は、シュートまたはコンベ ヤーベルト、光源、および２つの光検出器を用いた、脱穀済みまたは未脱穀の穀 粒中において割れた米粒を検出するための装置を開示している。検査される穀粒 の先半分を透過する光量を後半分に対して比較することによって、割れた穀粒が 決定される。穀粒の位置に応じて、割れた穀粒では、ある半分を透過する光は他 方の半分に比較して少なくなる。Pilesiらの特許第4,196,811号は、シュートを 下降する各ボタン中を透過する光量を測定することにより、ボタンを選別する。 Murataの特許第3,871,774号は、穀粒にレーザを照射し、レーザビーム中を通っ て運ばれる穀粒中を透過する光を測定することにより、未脱穀の穀粒中の割れを 検出する。割れをスキャンした際には、穀粒中を透過する光の量は減少する。こ の特許は、穀粒を選別するための方法、レーザライン、検出用に穀粒を分離する 手段、穀粒安定化手段、あるいはこの発明を商業的に効率的にするためのいかな る特徴も開示していない。Fraenkelの特許第3,197,647号は、各穀粒を透過する 光を測定することにより、白いコメを赤いコメから選別する。Twamleyの特許第1 ,031,669号は、トウモロコシの粒の成熟度を、粒に光を透過させることによって 試験する。Brizgisらの特許第4,713,781号は、穀粒を長波長の紫外線放射に照ら し、損傷を受けた部分の露出した澱粉に蛍光発光させることにより、損傷を受け た穀粒を分析する。蛍光発光の量が、穀粒の受けた損傷の量を決定する。 一般に、産物のための選別（sorting）装置は、２つの基本的なカテゴリーに 分類される。重力シュート（chute）タイプおよびベルトタイプである。重力シ ュートタイプにおいては、「ｖ」型チャネルシュートを産物がスライドし、一列 の物質へと配置されるよう設計された複数の並行シュートへと、産物の流れが分 割されて送られる。この目的は、産物を１度に１片ずつ、検出器の前面に提示す ることである。本方法の欠点は、一旦シュートへの落下を開始すると、産物が何 ら積極的制御を受けないことである。これにより、シュート放出において速度お よび間隔の変動が起こる。これらの変動がともに作用することにより、個々の産 物は揺れながらシュートに落下し、検出器とは完全に整列しない。この整列は、 許容できない物質を検出して適格に拒絶するという選別器の能力において重要で ある。産物が検出器を通過する際、照射するのに使用される光源は、白熱または 蛍光であり得る。検査され得る欠陥のタイプは、光源の波長および/または検出 器の適切なフィルタリングによって決定される。 ベルトタイプ選別器では、各個別片が接触しないように産物を分配する様式で 、高速（約１５０ｍ/分）のベルトへ産物が送られる。産物は、自由落下してい る間、ベルトの末端で照射され検出される。所望されない物質は、この時点で拒 絶 される。照射は、蛍光またはレーザ光源を用い得る。また、フィルタリングおよ び/または特定の波長光源の使用により、特定の波長が得られる。レーザを用い た照射方法は、多重面回転鏡で反射したレーザ生成光線を用いて、ベルトを横切 る光線を生成することによる。この光線は、実際にはベルトを横切って移動する 光の点であるので、光線が産物を通過するときに、産物を完全に照射するわけで はない。この結果、最大可能な精度は、各個別の産物がスキャンされる回数に正 比例する。 いずれの場合においても、レーザの使用は、ナッツを照射するのに遥かに高い 強度の光をもたらして、検出系の感度をそれほど重要ではなくする。レーザは、 コヒーレント光源である。このことが、使用される光の特定波長を選択し、特定 の所望されない物質に対してユニットを調整することを可能にする。上記の記載 において、検出器に対する産物の提示が反復されレーザがより頻繁にスキャンす るか、またはレーザ生成光の連続的な光線使用を利用する場合に、精度の改良が 実現され得ることが理解され得る。 上記に開示した従来の装置または方法を用いても、商業的に効率よい様式で使 用し、多くの産物を選別することは不可能である。商業的な目的のためには、産 物の評価は、最小限の誤差で迅速になされなければならない。従来開示の技術に おいて、高速で移動する個々の産物は、空気抵抗および他の要素が自然な産物の 方向を妨害し得るので、分析される場合に適切に安定化され得ない。産物が揺れ る場合、構造的欠陥は検出され得ない。また、従来技術は、シュートを用いて分 析する前に産物を分離するための適切な方法を開示していない。さらには、従来 開示の技術において物体の分析に使用されるレーザは、典型的には、最小限可能 な点寸法に焦点を絞り、正確に位置把握されない欠陥のいくつかを照射しない。 また、使用される光学（photo）検出系は、より良い信号解像のための強力な信 号を供給しない。商業的に効率よい選別の発明によって、産物は２つの分類に分 けられ得る。即ち、選択産物および非選択産物である。これにより、例えば、白 米精製業者は、内部が完全な未脱穀穀粒に対し割り増し料金を支払おうという者 のために、より高い収量で内部が完全な未脱穀穀粒を処理できる。内部に欠陥の ある未脱穀穀粒は、白米精製業者にとっては割れ米であっても、パーボイラー （parboiler）によって加工して使用され得る。 発明の要旨 本発明は、従来技術の限界を克服し、選択産物から非選択産物を選別するため の装置を開示する。本発明は、分離部、産物を適切に方向付ける横断部、および 安定化部を備えたシュート、産物が分離、方向付け、および安定化された後に、 産物を透過した、または産物から反射した連続的レーザーラインを伴うレーザー ライン、産物を透過した、または反射された光を受け取って分析し、産物が選択 されるか非選択かを決定する光学検出器およびプロセッサ、ならびにプロセッサ に接続され選択産物および非選択産物を分離する分離手段、を含む。 また、本発明は、非選択産物を選択産物から選別する方法をも含み、シュート 内に産物を整列させる工程、傾斜シュート内で個々の産物間の距離を形成する工 程、光学検出のために求心力によりシュート内で産物を安定化させる工程、レー ザラインにより産物を光学分析しデータを出力する工程、光学分析の出力データ から産物が選択か非選択かを決定する工程、および選択産物から非選択産物を分 離する工程、をも含む。 上述の発明は、砕けたナッツまたは砕けていないナッツを含む、外殻を除去し 湯剥きした、または湯剥きしない落花生類および地上性のナッツの選別、良質の ナッツの欠陥のあるナッツからの選別、良質のナッツの異物からの選別に利用し 得る。上述の発明は、未脱穀米を含む未脱穀穀粒の選別、玄米の選別、内部が割 れた穀粒の内部が完全な穀粒からの選別、変色穀粒の正常色穀粒からの選別、お よび白亜色穀粒の非白亜色穀粒からの選別に利用し得る。さらに、本発明は、カ カオや他の豆類の選別に使用し得る。一般的に本発明は、シュートによって典型 的に選別されるあらゆる産物に使用し得る。透過光は、光学検出器を使用して検 出され得、空気の噴射を用いて経路から特定の産物を除去することにより、物理 的に産物を分離し得る。また、光学検出器は、大開口および複数のレンズを利用 し得る。 本発明の目的は、二重湾曲のシュートを用いて、改良されたスキャンおよび除 去目的のために産物を個別的に送り出すシュートを提供することである。 本発明の目的は、産物の連続的で、より完全なスキャンのためのレーザライン を提供することである。 図面の簡単な説明 以下、図面を参照して実施形態を記載する。 図１Ａは、本願発明の概略図を示す。図１Ｂおよび図１Ｃは、本願発明の部分 拡大図を示す。 図２は、シュートの側面図を示す。 図３は、シュートの断面図を示す。 図４は、単一レンズを利用した光学検出系の動作を示す。 図５Ａおよび図５Ｂは、図４のものに類似の光学検出系を示すが、複レンズお よび大開口を有する。 図６は、レーザビーム分析に関する光学を示す。 図７は、レーザライン分析に関する光学を示す。 図８は、検出および分離系の動作を示す。 図９は、全粒米の信号および導関数を示す。 図１０は、砕粒米の信号および導関数を示す。 図１１は、全粒米の閾値横断分析を示す。 図１２は、砕粒米の閾値横断分析を示す。 図１３は、全粒および砕粒の信号比較を示す。 図１４は、全粒米の長さおよび間隔分析を示す。 図１５は、全粒、砕粒、未熟粒米の信号比較を示す。 図１６は、本発明の方法を用いた籾米（rough rice）の試験動作の結果を示す 。 好適な実施形態の説明 図１Ａに示すように、ホッパー１内の産物は、産物を一列化チャネル９に運ぶ 振動フィダー３に投入される。個々の産物は、振動フィダー３から一列化チャネ ル９に落下し、ここで産物は、一度に一個別片の産物のみ収容する充分細いシュ ートへと分離される。図１Ｂに示すように、産物は端と端とをつないで整列され る。単一産物シュートへ産物を供給するこの装置および方法は、当業者には周知 である。 この製品を単一製品シュートに分離した後、製品を本請求の発明１２に移動す る。製品は、最初、一連の並行シュート６のシュートの１つを通過する。シュー ト６では、個々の製品は、各シュートにおいて、シュート６の二重角部分によっ て、互いに分離される(図１Ｃに示すように)。溝は、光学分析のために製品を適 切に配向させる。シュート６のカーブした部分は、向心力により製品を安定化す る。製品が適切に分離され、配向され、そして安定化された場合、この製品は、 シュートを離れ、そしてレーザ１７および光検出器１６を利用する検出分離シス テム１５によって、光学的に検査される。次いで、選択された製品は、ノズル１ ８からの噴射空気により取り除かれる。この製品は、空気送達されつつ、分析さ れ、そして取り除かれる。コースから吹き飛ばされた製品は、パス２４へ方向を 向けられ、パス２４から選択されたプロダクトがコンベア３０によって搬送され る。選択されなかった製品は、ノズル１８によってコースから吹き飛ばされず、 そしてパス２１に沿って輸送され、パス２１からコンベア２７によって搬送され る。 並列に連なったシュート６の単一シュート７の側面図が、図２において示され る。シュート７は、上部加速領域３６および下部ラジアル製品安定化領域３９を 有する。加速領域３６は、床に対して３０から６０度の間の角レベルで位置する 。加速領域３６は、加速領域３６に沿って通過する製品を分離するために２つの 傾斜領域３７および３８を有する。第１の傾斜領域は、曲部３５で床に対してよ り急峻な角度に曲がる。製品は、第１の傾斜領域３７から曲部３５で第２の傾斜 領域３８上へ落下する。第２の傾斜領域３８上へ落下する製品は、重力を使用し て加速し、シュート７上の次の製品ピースから離れる。製品は、分析されるため に適切に分離されなければならない。好ましい実施態様は、検出分離システム１ ５を通過する米粒と米粒の間の約１製品長の分離である。この約１製品長は、1. 5から2.5ミリ秒の範囲におよそ等しい。しかし、この時間が、製品イジェクター 、使用される光検出器、および使用されるプロセッサの性能限度、製品の重量、 製品の形状、ならびに他の制限または変量に依存して変化し得ることは、当業者 の 理解するところである。製品と製品の間の時間または距離は、製品とシュートと の間の所定の摩擦が与えられた領域３７および３８の角度によって部分的に設定 される。摩擦は、シュートのコーティング、使用される製品のタイプおよび形状 、および製品の速度に部分的に依存する。 シュート７の安定化領域３９は、高速に移動する製品を光学的に分析する際に 直面する問題を解決する。平坦なレベルの表面上に置かれた個々の製品の大半は 、粒の幾何学形態に基づいた自然な向きを有する。例えば、米粒は、粒の長さが シュートパスに平行となるように自分自身を方向付ける傾向がある。従来のコン ベアを低い速度で滑べり落ちる場合、穀粒は、その自然の向きを維持する。通常 、従来のコンベアは、床に対して４５度を超える角度レベルに位置する。コンベ アは、穀粒の向きをガイドするために、Ｈ、Ｖ、またはＵチャネルなどのチャネ ルを有する。高い速度では、空気抵抗、運動量、および他の要因が自然な製品の 向きを妨害する。チャネル４２、および下部溝４８を有するＨチャネル４５の断 面が図３において示される。例えば、高い速度で滑走する米粒は、適切な向きに 留まり得ない。製品がチャネルにおいて自然の向きを失う場合、製品は光学的ま たは電気的センサに対する問題を生じさせる。問題は、図２におけるシュート７ の安定化領域３９において示されるようにカーブしたコンベアを使用することに よって解決される。任意の物体が円周を移動するように維持するためには、物体 を中心に向かって内側に引く力が与えられなければならない。半径方向に内側を 向く力が向心力である。カーブしたコンベアは、穀粒または他の製品上に向心力 を作用させる。この力は、穀粒または他の製品が高い速度でもシュート７の安定 化領域３９上に、揺れずに自然な向きで平坦に横たわるようにさせる。 製品は安定化領域３９によって安定化されるので、製品は、光学的に分析され る前にシュート６から送り出される。従来技術は、製品が分析の前に空中に送り 出されてもよいほどに十分に安定ではなかったので、高速の製品がシュート中に ある間に分析されることを必要とする。通常、従来技術は、製品がシュート中の ウインドウまたはスロットを通過する間に製品を分析した。しかし、ほこり、ち り、および他の粒子がウインドウまたはスロットに詰まったり、またはふさいだ りし得る。ウインドウまたはスロットがふさがれる場合、光学的分析が妨げられ るか、または阻止されるかのいずれかである。分析のために空中へ安定な製品を 送り出すことは、精度および保守停止の防止のために一層良い。 シュート７はまた、所定の摩擦を確立するために、および製品の通過によるシ ュート上の磨耗を低減するためにコーティング４３を有する。好ましい実施態様 は、アルミニウムシュート上に陽極酸化処理されたテフロンコーティングを有す る。コーティングは、シュートに沿う製品の移動を容易にするように低い摩擦係 数を提供する。コーティングはまた、シュートを磨耗および破裂から保護する。 高速で移動する製品は、製品が通過する任意の表面上を研削する。アルミニウム シュートは、保護層でコーティングされていなければ、研削環境によって短い寿 命を有し得る。シュートは、より硬質の材料を使用して構成され得るが、アルミ ニウムを用いてシュートの形状および溝を作成し、次いでシュートをコーティン グすることはより安価である。磨耗を防止しそして摩擦を低減する、セラミック スなどの他のコーティングが使用され得る。 シュート７はまた、図３に例示されるように、製品を適切に配向させるために 所定のチャネル形状を使用する。シュート７の好ましい実施態様は、シュート７ の上部におけるＶ形状チャネル４２およびシュート７の下部におけるＨ形状チャ ネル４５を使用する。Ｖ形状チャネル４２は、製品の長さがシュートの方向に平 行に走るように製品を配向させるために使用される。Ｈ形状チャネル４５は、製 品の腹部がチャネルの溝４８中にあるように製品を配向させるために使用される 。特に穀粒の場合、この位置は、穀粒のいずれの割れについてもレーザに適切に さらされることを確実にする。しかし、本発明の範囲内における任意のチャネル 形状が使用され得る。 製品が分析のために適切に分離、配向、および安定化された後に、検出分離シ ステム１５は、製品を光学的に分析する。図４は、穀粒の光学的分析のプロセス を示す。図４において、レーザ１７は、通過する穀粒５１へレーザビーム６４を 向ける。レーザ光は、穀粒５１を透過し、そして光検出器１６へ進む。レーザが 検出器を飽和することを防止するために、光検出器は、レーザビーム６４に対し て所定角度６９および若干のオフセットの位置に配置される必要がある。角度６ ９の好ましい実施態様は、約２０°であるが、分析されている物体および使用さ れているレーザによって変化し得る。透過光６５は、スリット６１、および焦点 ライン６６を有するレンズ６２を通って光検出器１６に入射する。スリット６１ の幅は、分析されている穀粒における欠陥の幅よりも小さくあるべきである。ス リット６１の長さは、少なくとも１と１／２から２と１／２米単位の幅、すなわ ちおよそ１インチの十分の二の幅である。図４において示されるレンズ６２は、 二重凸レンズである。光検出器６３は、レンズ６２を通過する透過光６５を受け 取るように位置する。スリット６１は、光ダイオード検出器６３の検出する視界 を制限する。示されたレーザおよび光検出器以外に、光を透過および検出するた めの任意の他の適切な手段が使用され得る。 図５Ａおよび５Ｂのセンサーの設計は、プロセッサ90が受け取る信号の強度を 、電子的に信号を増大することなしに、改善する。透過光65は大きいほうの開口 (aperture)72を通過し、その開口はほぼ12.5ミリメートルである。大きいほうの 開口により、ほぼ20倍の光がフォトダイオード検出器63に到達し、これは信号強 度を比例的に増加させる。複数のレンズ75は増加した量の光を検出器63上にスリ ット78を通じてよりよく焦点を合わせる。スリット78は検出器63の検出視野を制 限する。図５Ａのスリット78はレンズ75と検出器63との間に位置し、一方図４の スリット61はレンズの前に位置する。スペーサー68は、開口72の窓を正しい位置 に保つ。スペーサー70は、複数のレンズ75を正しい位置に保つ。スペーサー71は レンズ75と検出器63を隔て、一方スペーサー74および76は検出器63を正しい位置 に保つ。リテナー79およびリテナー77のねじ合せ(threading)もまた、検出器63 を正しい位置に保つ。 本発明は、図６および図７に示すレーザビーム64の代わりにレーザライン81を 用いる。製品を透過した光または製品で反射された光を試験するために、レーザ ビームで製品を照射するという構想は公知である。この方法を用いて、穀粒のひ び割れおよび他の特徴が検出され得る。レーザビームは、通常、可能な限り最も 小さなサイズの点に焦点が合わされる。しかし、レーザビームでオブジェクトを 照射するために、オブジェクトを正確に配置する必要がある。オブジェクトが、 ｚ軸に沿って、その高さの半分を超える距離(+/-1/2 h)だけ光軸67から離れた場 合、レーザビームはオブジェクトを照射しない。従って、ｚ軸における表示許 容範囲(presentation tolerance)がオブジェクトの高さによって制限される。こ の制限は、レーザビーム64をレーザライン81と取り換えることによって解消され る。レーザラインは、円柱レンズ84を用いて生成される。また、レーザラインの 使用により、１つのレーザで、製品51の個々のピースを、複数個同時に照射する ことができる。レーザラインの幅は、プログラムの傷またはひび割れよりも小さ い必要がある。例えば、米に対しては約5000分の１インチの幅が考えられる。ラ インの長さは、ラインに対して垂直にレーザライン81を通過する製品を完全にカ バーし、かつ、製品による端から端への移動に適応する長さである。 穀粒に対して検出選別システム15が動作する方法を、図８により説明する。レ ーザ17は、上述のように穀粒51に光を透過させる。光検出器16は、穀粒51を透過 した偏向光(defracted light)を受光する。光検出器16は、コネクション91によ ってプロセッサ90に接続される。光検出器16は、光検出器16によって受光された 光の量に基づく信号を、コネクション91を介してプロセッサ90に送信する。プロ セッサ90は、穀粒51を透過した光の輝度を、時間の関数として記録する。グラフ 81は、穀粒51が中央にひび割れを含む場合の、プロセッサ90による記録を示す。 レーザビームが穀粒を透過しない場合、レーザ光は光検出器16に向かって偏向さ れず、低レベルの光が点86に登録される。穀粒がレーザビーム６４またはレーザ ライン81を通過すると、透過光65は、光検出器16に向かって偏向され、そして、 所定の輝度レベル82が記録される。レーザビーム64またはレーザライン81がひび 割れを通過する場合、透過光65は異なる角度または散乱角で偏向され、従って、 光検出器は点83に示す量の透過光を受光しない。ひび割れがレーザビーム64また はレーザライン81を通過し、かつ、穀粒全体が分析されると、光検出器16は、点 84で示すより高い輝度レベルを登録する。穀粒がレーザビーム64またはレーザラ イン81を通過する場合、光検出器16によって登録された輝度は、再び点87まで下 落する。完全な穀粒が検出選別システム15を通過する場合、光検出器16はほぼ一 定の輝度を検知(see)し、点83のような輝度の下落は検知しない。 プロセッサ90は、光検出器16によって受光された光の輝度から、穀粒51が、内 部がひび割れているのか、または、内部が完全であるのかを判定する。プロセッ サ90は、輝度の導関数(derivative)を時間の関数とみなし、導関数を所定の閾値 点と比較して、穀粒51を分類(categorize)する。図９および図10は、完全な穀粒 およびひび割れた穀粒のそれぞれについて、信号と導関数との間の比較を示す。 図11および図12は、それぞれ、完全な穀粒およびひび割れた穀粒に関する輝度の 導関数についての閾値レベルを示す。図13は、完全な穀粒とひび割れた穀粒との 間の導関数信号の比較を示す。閾値合計は、穀粒を透過した光の強度に依存する 。 製品の個々のピース、例えば、内部がひび割れた穀粒または不完全である穀粒 を選択する必要があるとプロセッサ90が判定する場合、プロセッサ90がコネクシ ョン92を介してノズル18に信号を送って、適当な時間にエアブラスト88を吐き出 させることにより、穀粒51または製品をパスから除去パス(rejected path)24へ と廃棄する。プロセッサ90はまた、ノズル18に信号を送って、完全な穀粒または 選択された製品を、パス24へと吹き飛ばし得ることに留意されたい。選択された 製品を選択されなかった製品から選別する、当業者に公知の他の方法を使用し得 る。さらに、製品を、さらなる処理ステップへと続く他のコンベヤーベルトまた は通過路(pathway)に向けることもできる。 本発明は、製品の長さおよび製品間の間隔を判定することもできる。図14に示 すように、光検出器16が所定の閾値レベルを登録する時間の長さが、製品の長さ を示す。実際の長さは、光検出器16を通過する製品の、公知の速度を用いて判定 される。検出選別システム16を通過する製品間の時間は、製品間の間隔を示す。 概して本発明は、個々のピースが約１インチ未満のサイズである大量の農産物 を含む製品のタイプを仕分ける(sort)ために使用され得る。本発明は、選択され た製品を選択されなかった製品から選別する。何が「選択された」製品であるか 、および、何が「選択されなかった」製品であるかは、ユーザの需要に依存する 。例えば、本発明は、内部がひび割れた米粒または完全な未脱穀(unhulled)の米 粒、殻付きの製品または殻、小さなナッツ類または大きなナッツ類、カビの生え た豆またはカビの生えていない豆、もしくは、本発明の範囲内に含まれるものを 選択するように設定し得る。いくつかの例を以下に示す。 本発明は、未脱穀穀粒を選別するのに有用であり、特に内部未脱穀完全穀粒か ら内部が割れた未脱穀穀粒を分離するのに有用である。割れた穀粒と割れていな い穀粒とを分離した後、内部が割れた未脱穀穀粒はパーボイル(parboiling)用に 、 そして、内部が完全な未脱穀穀粒は精米用に使用され得る。精米業者(white ric e miller)は、内部が完全な穀粒に高いお金を惜しまずに支払う。なぜなら、結 果的に、生産コストが下がるからである。同時に、パーボイル業者(parboller) は、精米業者が欲しがらない内部が割れた未脱穀米を利用することができる。加 えて、このプロセスにより、精米業者は、通常使用しない特定種類の米を使用で きるようになる。特定の種類の米は、高い圃場収率を有する反面、高い確率で構 造的欠陥を有する。これらの構造的欠陥により、精米収率が低くなり、最終白米 産物に多くの割れ(brokens)が生じる。本発明により、パーボイル業者は、圃場 収率の高い米の、構造的欠陥を有する穀粒を利用することができ、そして、精米 業者は、内部が完全なまたは構造的に安定な穀粒を利用することができる。 本発明は、外皮が除去された穀粒に対しても用いることができる。穀粒は、そ の外皮を除去した後で、処理されるまでの間貯蔵され得る。穀粒は、貯蔵中に割 れを生じ得る。本発明を用いれば、これらの内部が割れた穀粒を処理前に取り除 くことができる。 本発明は、白亜色米(chalky rice)にも用いることができる。米は、穀粒中に 澱粉密度のばらつきを有し得る。この種々の密度は、構造的な欠陥であり、精米 中に割れがちである。内部の割れを分析するのとよく似た方法で、これらの構造 的な欠陥を分析して、その穀粒を排除することが可能である。白亜色穀粒(chalk y grains)中における種々の密度は、光を偏向(defract)および透過する。穀粒を 通って光検出器に透過される光量から、プロセッサは、その穀粒がこのような構 造的欠陥を有しているかどうかを判定できる。 本発明は、他の種類の選択されない脱穀済みまたは未脱穀の穀粒の選別にも使 用できる。例えば、図１５に示すように、未熟穀粒は、成熟穀粒よりも輝度(bri ghtness)が低い。異なる閾値を設定することにより、プロセッサ９０はノズル１ ８を用いて未熟穀粒を排出し得る。同様にして、外殻を除去した穀粒(shelledgr ain)、ペック(peck)、スマット(smut)、赤米、スタックバーントライス(stack b urnt rice)、および種は、本発明を用いて取り除くことができる。選択されない 穀粒それぞれについて、光検出器１６が受ける輝度および特定の閾値が満足され る時間の長さに関する異なる閾値を用いてプロセッサ90を再プログラムする 必要がある。 本発明は、ヘーゼルナッツ、ピーナッツおよびアーモンドのような、落花生類 または木になるナッツ類(ground and tree nuts)の全てを含む、外殻を除去した 湯剥き済み(blanched)または湯剥きしていない(unblanched)ナッツ類の選別にも 使用できる。具体的には、湯剥き済みのものを湯剥きしていないものから分離し たり、割れたナッツ類を完全なナッツ類から分離したり、内部に欠陥を有するナ ッツ類を内部が完全なナッツ類から分離したり、外部に欠陥を有するナッツ類を 外部が選択された状態のナッツ類(externally selected nuts)から分離したり、 ナッツ類を異物から選別することが可能である。本発明をナッツ類または任意の 他の産物の選別に用いる場合、シュート７の横断面および縦断面設計を、本発明 の範囲内において、穀粒について詳述した上記設計から変更する必要があり得る 。具体的には、シュートの横断面は、ナッツ類または他の産物がそれ自身を自然 な一定した配向に位置決めできるようなものであるべきである。さらに、シュー トの縦断面に必要な湾曲および長さは、選別される特定のナッツ類または他の産 物がナッツ類または産物間に適切な間隙を形成できるように設計すべきである。 ほとんどのナッツ類、特に、より肉厚でより透明度の低いナッツ類の場合、透過 光ではなく反射光を用いて欠陥を検出する必要がある。 本発明を用いれば、落花生類または木になるナッツ類の加工業者は、供給業者 からよりグレードの低いナッツ類を買うことができるようになるので、経済的な 利点を得る。この原材料は、現在採用されている程度にまでは予備加工されない 。このことには、その直接的なコストを削減する効果を有するとともに、以前で は許容されなかった他の供給源についての可能性を開く。 以下に、穀粒に関する本発明の利点の一例を挙げる。図１６に、本発明の方法 を用いてもみ米(rough rice)について行った試験の結果を示す。破損(brokens) の値は全て、ミリング後の重量パーセントを基準にしている。重量分率(weight fractions)は全て、１．００の標準化された値としての供給量(feed)を基準にし ている。図１６のＡ行は、精米(white milling)後（パーボイル無し）そのまま のサンプルについての割れた穀粒の測定値を示す。Ｂ行は、単に、Ａ行の重量パ ーセントを重量分率に変換したものである。Ｃ行は、完全な非欠陥穀粒を排出す るように選別機を設定して選別を行っている間に排出されたもみ米粒(rough ric e kernel)の代表的な百分率を示す。Ｄ行は、精米後の排出された非欠陥穀粒(no n-defective kernel)について測定された破損穀粒値(broken grain value)を示 す。精米後の破損レベルが、排出された画分について、投入供給値の２３．８％ から４．１％へと大幅に低減していることに留意されたい。従来の圃場パーボイ ル(paddy parboiling)において得られる破損レベルに比べて、精米の間、非常に 低い破損形成を達成し得、この低減だけでも非常に驚くべきことである。Ｅ行は 、排出された穀粒部分(ejected kernels portion)における精米後の割れレベル を、投入米の重量分率に変換したものである。この値の重要性は、本実施例にお いて後に明白となる。Ｆ行は、欠陥を有し構造的に弱いと分析されてパーボイル しなければ簡単に破損してしまう排出されなかった投入もみ米粒の百分率を示す 。この部分をパーボイルせずに精米しようとした場合、非常に高い破損値となる 。Ｇ行は、圃場パーボイルおよび精米した後の、排出されなかった部分における 破損重量パーセント(weight percent brokens)を示す。Ｈ行は、パーボイルおよ び精米後の破損レベルを投入米の重量分率に変換したものである。Ｉ行は、排出 されたストリームおよび排出されなかつたストリーム(ejected and non-ejected streams)（Ｅ行およびＨ行）の両方の破損重量分率を合計したものである。Ｊ 行は、合計精米量(total whit emilling)を基準とし、本発明の方法を改良点と した場合の、破損回避百分率(percentage avoidance of brokens)を計算したも のである。排出されたストリームおよび排出されなかったストリームのそれぞれ について、米の６０％が精米されたものであり米の４０％が圃場パーボイルされ たものである場合、破損の７８％は精米スキームで回避可能である。本発明の方 法を用いれば、高い破損レベルに困ることなく精米を行うことが可能になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ブランド，ロバート オットー，ジュニア アメリカ合衆国 ノース カロライナ 20401，ウィルミントン，サウス ４ティ ーエイチ ストリート 306 (72)発明者 ピーツ，ロイ エイ. アメリカ合衆国 ジョージア 31702，ア ルバニー，マーティンデール ドライブ 429

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．選択された産物から選択されていない産物を選別する装置であって、 該産物のためのパスを規定するシュートであって、該産物を方向づける断面を 有し、該シュート上の該産物間に空間を設ける分離部を有し、安定化部を有し、 端部を有する、シュートと、 該産物を分析するための分析領域と、 レーザラインを有する光手段であって、該レーザラインは、該分析領域を通過 した該産物を透過するかまたは該産物によって反射される、光手段と、 該産物を透過したかまたは該産物により反射された該レーザラインを受け取る ように位置づけられた、光検出手段と、 選択される産物および選択されない産物を決定する分析手段であって、該光検 出手段に連結された分析手段と、 選択された産物から選択されていない産物を選別する分離手段であって、該分 析手段に連結された分離手段と、 を含む、装置。 ２．前記レーザラインは、レーザビームのパス内に位置づけられた円筒状レンズ により生成される、請求項１に記載の装置。 ３．前記光検出手段は、 スリットを規定する外殻であって、該スリットは前記産物を透過したかまたは 該産物により反射された前記レーザラインを該外殻内に受け取るように位置づけ られている、外殻と、 焦点を有する少なくとも１つのレンズであって、該産物を透過したかまたは該 産物により反射された該レーザラインを受け取り、該レーザラインを該焦点に合 わせる、該外殻の内部に位置づけられた、レンズと、 該焦点において該外殻内部に位置づけられた光検出器と、 を含む、請求項１に記載の装置。 ４．前記光検出手段は、 前開口と内部スリットとを規定する外殻であって、該前開口は前記産物を透過 したかまたは該産物により反射された前記レーザラインを該外殻に受け取るよう に位置づけられ、該スリットは該産物および該前開口を透過したかまたは該産物 により反射され該前開口を通過した該レーザラインを受け取るように位置づけら れた、外殻と、 焦点を有する少なくとも１つのレンズであって、該スリットを介して該産物と 該前開口とを透過したかまたは該産物および該前開口により反射された該レーザ ラインを方向づけ、該レーザを該焦点に合わせる、該前開口と該スリットとの間 の該外殻の内部に位置づけられたレンズと、 該焦点において該外殻内部に位置づけられた光検出器と、 を含む、請求項１に記載の装置。 ５．前記安定化部はカーブを有し、該カーブは前記産物に遠心力を作用させる、 請求項１に記載の装置。 ６．前記産物は、長さおよび腹部を有し、前記シュートは上部と下部と底とを有 し、該シュートの該上部はさらにＶまたはＵ形状断面を有し、該シュートの該下 部はさらにＨ形状断面を有し、該ＶまたはＵ形状断面は該シュートの前記パスに 平行に該産物の長さを方向づけ、該Ｈ形状断面は該シュートの該底上の該産物の 該腹部を方向づける、請求項１に記載の装置。 ７．選択された産物から選択されていない産物を選別する方法であって、 シュートの長手方向パス内に該産物を整合させる工程と、 該シュートの傾斜領域内において個々の産物間に距離を設ける工程と、 光検出のために、該シュート内に該産物を求心力により安定化させる工程と、 円筒形レンズを介してレーザを方向づけてレーザラインを生成する工程と、 レーザを、該産物を透過させるかまたは該産物によってレーザラインを反射さ せて光検出器に向ける工程と、 該光検出器上に、該透過したまたは反射したレーザラインを受け取る工程と、 該レーザラインで該産物を光学的に分析して出力を生成する工程と、 該光分析の該出力より、該産物が選択されるか選択されないかを決定する工程 と、 選択された産物から選択されてない産物を分離する工程と、 を含む、方法。 ８．産物を加工することにより全収率中の破損した穀粒の割合が低下され得る方 法であって、 該産物を方向づける工程と、 該産物の個々の片間に距離を設ける工程と、 該産物の個々の片を光学的に分析して出力を生成する工程と、 該出力より、該産物の該個々の片が所定の基準に基づいて選択されるか選択さ れないかを決定する工程と、 選択されていない産物から選択された産物を分離する工程と、 第１の仕上げ方法により該選択された産物を仕上げる工程と、 第２の仕上げ方法により該選択されていない産物を仕上げる工程と、 を含む、方法。 ９．前記第１の仕上げ方法はミリングあり、前記第２の仕上げ方法はパーボイル である、請求項８に記載の方法。 １０．前記選択されていない産物は未熟な穀粒、外殻を除去した穀粒、ペック、 スマット、赤米、白亜色米、焦げて集まった米、または種である、請求項８に記 載の方法。 １１．前記光学的に分析する工程は、レーザラインで前記穀粒を照射する工程を 含む、請求項８に記載の方法。 １２．前記レーザラインは、前記穀粒の前記個々の片を複数同時に照射する、請 求項１１に記載の方法。 １３．前記所定の基準は、産物の長さに基づいて、選択されていない産物から選 択されている産物を選別する、請求項８に記載の方法。 １４．前記産物は、穀粒、ナッツ、または豆である、請求項８に記載の方法。