JP2005172614A

JP2005172614A - 穀類の品質評価装置

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Publication number: JP2005172614A
Application number: JP2003412958A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Maehara; 裕之前原; Michiko Matsuda; 美智子松田; Naoya Uemukai; 直哉植向
Original assignee: Satake Engineering Co Ltd; Satake Corp
Current assignee: Satake Engineering Co Ltd; Satake Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】精白米、無洗米、小麦粉及びコーンなど穀類全般に亘り品質を評価することが可能であり、しかも、被測定物に付着する残留糠及びアリューロン糠と胚乳部とを精度よく識別することが可能な穀類の品質評価装置を提供する。
【解決手段】被測定物へ励起光を照射する照明手段４と、前記被測定物を測定位置へ保持させる被測定物保持手段６と、前記被測定物からの反射光より得られる蛍光を取得する撮像手段５と、該撮像手段５により取得した蛍光の輝度の違いにより前記被測定物の表面の残留糠、アリューロン糠及び胚乳の各部分の量的な割合を算出するとともに品質を算出する演算制御手段と、を備えた穀類の品質評価装置であって、
前記照明手段４は、波長域が400nmより短い紫外光の発光ダイオード２３と、波長域が400〜500nmの青色の可視光の発光ダイオード２４との２種類を用いるとともに、該２種類の発光ダイオード２３，２４を交互に設けた複数のＬＥＤ基板２０を、前記被測定物保持手段６に複数方向から照明すべく、前記被測定物保持手段６の中心に向くようそれぞれ傾斜して配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は、穀類の品質評価装置に関する。

従来、本出願人らは、正確な成分分析を行うとともに、食味などの官能的な評価をも行って、無洗米に対してその等級付けを行うことが可能な無洗米の品質評価方法及びその装置を提案している（特許文献１参照）。

このものは、被測定物へ励起光を照射する励起用光源と、被測定物を測定位置で保持させる被測定物保持手段と、被測定物からの透過光又は反射光から得られる自家蛍光の輝度を取得する受光手段と、被測定物の表面に付着する外皮層、アリューロン層及び胚乳層の各部分の量的な割合を算出するとともに無洗米の品質又は食味値を算出する演算制御手段と、演算制御手段で演算された値を表示する表示手段とを備えたものである。

これにより、被測定物に励起光を照射して得られる自家蛍光の輝度の違いにより、その表面に付着する外皮層、アリューロン層及び胚乳層の各部分の量的な割合を同時に識別して品質を評価するので、被測定物となる無洗米を、炊飯前に２〜３度程度洗った方が美味しい炊き上がりとなる軽処理無洗米、炊飯前に製品を１回程度洗った方が美味しい炊き上がりとなる中処理無洗米及び炊飯前に製品を洗わずに炊ける重処理無洗米の３つのグループに区分けし、無洗米の品質を評価することができるものである。

しかしながら、上記従来の装置にあっては、光源が約560〜570nm付近の緑色領域の単色の発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）を照射し、得られた約590nm以上の赤色領域の波長を自家蛍光として取得するものであるが、被測定物に照射する光の波長の範囲が限定され、測定する対象物が無洗米に限定されていた。また、単色のLEDを照射しているため、米粒に付着する糠とアリューロン層との識別があいまいになって精度が劣る問題もあった。さらに、被検査物を整列させて測定位置で保持させる被測定物保持手段は供給する粒数が限定され、測定効率が悪いという問題があった。

特開２００３−１３９７０６号公報

本発明は上記問題点にかんがみ、精白米、無洗米、小麦粉及びとうもろこし粒など穀類全般に亘り品質を評価することが可能であり、しかも、被測定物に付着する残留糠及びアリューロン糠と胚乳部とを精度よく識別することが可能な穀類の品質評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、被測定物へ励起光を照射する照明手段と、前記被測定物を測定位置へ保持させる被測定物保持手段と、前記被測定物からの反射光より得られる蛍光を取得する撮像手段と、該撮像手段により取得した蛍光の輝度の違いにより前記被測定物の表面の残留糠、アリューロン糠及び胚乳の各部分の量的な割合を算出するとともに品質を算出する演算制御手段と、を備えた穀類の品質評価装置であって、前記照明手段は、波長域が400nmより短い紫外光の発光ダイオードと、波長域が400〜500nmの青色の可視光の発光ダイオードとの２種類を用いるとともに、該２種類の発光ダイオードを交互に設けた複数のＬＥＤ基板を、前記被測定物保持手段に複数方向から照明すべく、前記被測定物保持手段の中心に向くようそれぞれ傾斜して配置する、という技術的手段を講じた。

本発明によれば、照明手段は、波長域が400nmより短い紫外光の発光ダイオードと、波長域が400〜500nmの青色の可視光の発光ダイオードとの２種類を用いるとともに、該２種類の発光ダイオードを交互に設けた複数のＬＥＤ基板を、前記被測定物保持手段に複数方向から照明すべく、前記被測定物保持手段の中心に向くようそれぞれ傾斜して配置したので、２種類の波長により被測定物の搗精度合い、例えば、糠が取り切れていないとか、アリューロン層まで削ってしまっているなどの評価を精度よく識別することが可能となる。また、ＬＥＤ基板を、前記被測定物保持手段に複数方向から照明すべく、前記被測定物保持手段の中心に向くように傾斜して配置しているので、被測定物保持手段への励起光強度のばらつきが補正され均一化されることになる。

米、麦などの穀類の表層から中心に向かう断面は、外側から果皮、種皮及び胚乳に分けることができ、種皮と胚乳との間にはアリューロン層が形成されている。このアリューロン層からなるアリューロン糠と、果皮及び種皮からなる糠は、それぞれ違う波長帯で蛍光を発することが知られている。本発明の原理は波長域が400nmより短い、いわゆる紫外光（以下、「ＵＶ」という）を穀粒に照射し、得られるＵＶ励起光の蛍光により穀粒のアリューロン糠の残り具合を識別するとともに、波長域が400〜500nmの青色の可視光（以下、「ＢＬＵＥ」という）を照射し、得られるＢＬＵＥ励起光の蛍光により穀粒の糠の残り具合を識別するものである。そして、糠の残り具合及びアリューロン層の残り具合から、その穀類の搗精度合い（糠が取り切れていない、アリューロン層まで削ってしまっている等）の評価を行う装置である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の穀物の品質評価装置の概観を示す概略斜視図であり、図２は品質評価装置の内部構成を示す概略斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ’線縦断面図であり、図４はＬＥＤ基板に配列されるＬＥＤの配列図であり、図５は被測定物を保持するサンプルトレーの概略平面図であり、図６は品質評価装置の制御構成を示すブロック図である。

図１及び図２において、本発明の穀物の品質評価装置１は、脚部２を備えた直方体の機枠３内に、照明手段としての照明ユニット部４と、画像取込手段としてのカメラ５と、被測定物を保持するサンプルトレーの引き出し部６と、照明・画像制御を行う制御基板７と、中央制御を行うＣＰＵ基板８が収納されている。機枠３の前面３ａには、操作部９と引き出しレール６ａが設けてあり、操作部９には、各種スイッチ（電源スイッチ１０、ＬＥＤ点灯スイッチ１１、ＬＥＤ切替スイッチ１２、フィルター選択スイッチ４３、フィルター連動スイッチ１３、UV調光スイッチ１４及びBLUE調光スイッチ１５）が備えられている。

照明手段としての照明ユニット部４（図２参照）は、サンプルトレー４２の中心Ｇに四方向から照明するように切頭角錐状に形成されている。すなわち、サンプルトレー４２を収容する固定枠１６（図３参照）上面には、支柱１７を複数本立設して第１棚板１８及び第２棚板１９を架設する。そして、サンプルトレー４２に対して左右対称に約６０°の角度で照明ユニット部４を配置するよう、複数のＬＥＤ基板２０を金具２１，２２により傾斜して固定する。同様に、光を拡散させる磨りガラス状の複数の拡散フィルター２７をＬＥＤ基板２０と平行となるように金具２８，２９により固定する。符号２０Ａ（破線）は機枠３の前面３ａ側から見たときのＬＥＤ基板を示すもので、前述と同様にサンプルトレー４２に対して前後対称に約６０°の角度で傾斜して固定してある。

このように、照明ユニット部４は、複数のＬＥＤ基板２０と複数の拡散フィルター２７とから構成され、サンプルトレー４２を切頭角錐状に囲繞して形成することで、サンプルトレー４２を四方向から照明し、かつ、照明ユニット部４の構成をコンパクト化することが可能となる。

ＬＥＤ基板２０には、図４に示すように波長域が400nmより短いＵＶのＬＥＤ２３を２１個、波長域が400〜500nmの青のＬＥＤ２４を２１個、それぞれを６段９列で交互にハンダ付けにより取り付けられている。ＬＥＤ２３及びＬＥＤ２４への電流の供給は、制御基板７から連絡する配線２５及びコネクター２６を介して行われる（図２参照）。

拡散フィルター２７の上部側は第１棚板１８に固定されており、該棚板１８によって角錐の先端を切り落とした形状となり、この端面に光学検出窓３０が設けられ、さらに、該光学検出窓３０上方にはフィルター切替装置３１が設けられる。該フィルター切替装置３１は、青用のバンドパスフィルター（例えば、ピーク波長465〜475nm、型式SC46+525CUT(B.P.F)の蛍光フィルター）又はＵＶ用のバンドパスフィルター（例えば、ピーク波長375nm、型式R-62(L.P.F)の蛍光フィルター）のいずれかを選択して光学検出窓３０とレンズ筒３６との間の空間に挿入するものであり、青用及びＵＶ用の２種類のバンドパスフィルター３２と、該２種類のフィルター３２を装着した回転円板３３と、該回転円板３３を回動可能に支持する支点軸３４と、回転円板３３を電磁石によって回動させるロータリーソレノイド３５とから構成される。
バンドパスフィルター３２の上方には、カメラ５のレンズ筒３６が光学検出窓３０を臨むように配設され、サンプルトレー４２の全体が観察できるように構成する。符号３７は結像レンズであり、像の明るさについての条件はF=2.8、積分回数=4とするとよい。

サンプルトレー４２はアルミ製であって、その表面はつや消しの黒アルマイト処理が施してあり、照明が反射されないようにする。そして、サンプルトレー４２は（図５参照）、フラットベース４２ａと、該フラットベース４２ａに嵌合する型枠４２ｂとにより形成され、フラットベース４２ａに設けた嵌合片３８を、型枠４２ｂに設けた嵌合穴３９に嵌合できる構成となっている。型枠４２ｂには穀粒を配列するための長穴４０が縦に１１列、横に１１列、合計１２１個穿設してある。符号４１はフラットベース４２ａと型枠４２ｂを嵌合したときの把手であり、測定時には結合させたまま使用し、清掃時又は被測定物が粉状の場合は二つを分離して使用することができる。
そして、測定時はフラットベース４２ａと型枠４２ｂを嵌合したまま、長穴４０に穀粒を供給しておき、引き出し部６を手動で図２の矢視Ｂ方向に開いて、サンプルトレー４２を引き出し部６にセットし、引き出し部６を手動で閉めれば、サンプルトレー４２が測定位置に配置できるようになっている。

次に、図６を参照して品質評価装置の制御構成を説明する。中央制御を行うＣＰＵ基板８には、制御基板７内の照明制御回路４４を介して４個のＬＥＤ基板２０と接続されており、ＣＰＵ基板８の入力側に接続されたＬＥＤ点灯スイッチ１１、ＬＥＤ切替スイッチ１２、フィルター選択スイッチ４３、フィルター連動スイッチ１３、UV調光スイッチ１４及びBLUE調光スイッチ１５の操作によって、切頭角錐状の照明ユニット部４の調光や、ＵＶのＬＥＤ２３と青のＬＥＤ２４を選択して点灯することができる。
また、ＣＰＵ基板８には、フィルター切替装置３１を駆動するロータリーソレノイド３５がロータリーソレノイド制御回路４５を介して接続されており、ＣＰＵ基板８の入力側に接続されたフィルター選択スイッチ４３及びフィルター連動スイッチ１３の操作によって、青用又はＵＶ用のバンドパスフィルターフィルター３２の選択を行うことができる。
さらに、ＣＰＵ基板８には、画像取込手段としてのカメラ５が画像制御回路４６を介して接続されており、ＰＣ通信インターフェース４７を介して接続されたパソコン４８のモニター４９、プリンター（図示せず）などによりカメラ５の画像が映し出されることになる。

以下、上記構成の穀類の品質評価装置の作用を説明する。あらかじめサンプルトレー４２のフラットベース４２ａと型枠４２ｂとを嵌合しておき、合計１２１個の長穴４０を形成しておく。そして、被測定物となる穀類をサンプルトレー４２の長穴４０に供給する。このとき、長穴４０の面積よりも極端に小さい未熟粒や、砕米などはピンセット等により除去しておく。
次に、サンプルトレー４２の把手４１を手で持ち、品質評価装置１の引き出し部６を図２の矢視Ｂ方向に開き、サンプルトレー４２を引き出し部６にセットして、引き出し部６を手動で閉めて測定を開始する。

照明手段としての照明ユニット部４は、操作部９のＬＥＤ点灯スイッチ１１をＯＮすることにより点灯する。このとき、ＬＥＤ切替スイッチ１２により、ＵＶのＬＥＤ２３、青のＬＥＤ２４を適宜選択することができる。

また、操作部９には、ＬＥＤ切替スイッチ１２に連動してＬＥＤに対応したバンドパスフィルター３２を自動的に選択するか又は手動で選択するかを切り替えるフィルター連動スイッチ１３が設けられている。例えば、ＬＥＤ切替スイッチ１２で「ＵＶ」を選択した場合、フィルター切替装置３１はロータリーソレノイド３５に電流が供給されて電磁石の作用により回転円板３３を回動させ、レンズ筒３６にＵＶ用のバンドパスフィルターを装着するように作用する。同様にＬＥＤ切替スイッチ１２で「青」を選択した場合、フィルター切替装置３１はレンズ筒３６に青用のバンドパスフィルターを装着するように作用する。

照明ユニット部４のＵＶのＬＥＤ２３又は青のＬＥＤ２４が点灯されると、拡散フィルター２７により励起光に必要な波長成分のみを透過して、サンプルトレー４２上の被測定物を励起する。ＵＶのＬＥＤ２３又は青のＬＥＤ２４が多数取り付けられたＬＥＤ基板２０は、図２，３のように、サンプルトレー４２に対してそれぞれ前後・左右対称に約６０°の角度で配置することで、サンプルトレー４２上で４方向から照明が照射されて、サンプルトレー４２上に影が生じるおそれが少なく、励起光強度のばらつきが補正され均一化されることになる。

サンプルトレー４２に向けて照射された光は、被測定物に照射されて蛍光を誘起する。誘起された蛍光像は、光学検出窓３０から射出し、前記フィルター切替装置３１により設定した適宜なバンドパスフィルター３２により、励起波長成分はカットされ、蛍光像波長成分だけが結像レンズ３６を介してカメラ５により観察、記録されることになる。

カメラ５により記録された画像は、画像制御回路４６を介してＣＰＵ８に取り込まれ、さらに、ＰＣ通信インターフェース４７を介して接続されたパソコン４８のモニター４９、プリンター（図示せず）などによりカメラ５の画像が映し出される。
以下、精白米、無洗米、小麦粉及びとうもろこし粒について、糠が取り切れていないとか、アリューロン層まで削ってしまっているなどの搗精度合いの評価を説明する。

フラットベース４２ａと、型枠４２ｂとを嵌合し、長穴４０に被測定物として精白米を供給した。このとき、長穴４０の面積よりも極端に小さい未熟粒や、砕米などはピンセット等により除去した。次に、サンプルトレー４２を引き出し部６にセットして、励起波長域が400nmより短いＵＶのＬＥＤ２３を点灯し、ＵＶ用のバンドパスフィルターフィルターを選択して画像の取り込みを行った。その結果、図７に示すように、糠が取り切れていないもの（Ａ）と、糠が取り切れておらず、胚乳部が露出してアリューロン層まで削ってしまっているもの（Ｂ）との識別が可能となった。

フラットベース４２ａと、型枠４２ｂとを嵌合し、長穴４０に被測定物として無洗米を供給した。このとき、長穴４０の面積よりも極端に小さい未熟粒や、砕米などはピンセット等により除去した。次に、サンプルトレー４２を引き出し部６にセットして、励起波長域が400nmより短いＵＶのＬＥＤ２３を点灯し、ＵＶ用のバンドパスフィルターフィルターを選択して画像の取り込みを行った。その結果、図８に示すように、糠が取り切れていないもの（Ａ）と、糠が取り切れていなく、しかも、胚乳部が露出してアリューロン層まで削ってしまっているもの（Ｂ）と、胚乳部が露出しているもの（Ｃ）と、残留糠がなく、しかも、胚乳部の露出もないもの（Ｄ）との識別が可能となった。

フラットベース４２ａ上に粉砕済みの小麦粉を供給したサンプルトレー４２を引き出し部６にセットして、最初に励起波長域が400nmより短いＵＶのＬＥＤ２３を点灯し、ＵＶ用のバンドパスフィルター３２を選択して画像の取り込みを行い、次に、ＵＶのＬＥＤ２３に替え、励起波長域が400〜500nmの青のＬＥＤ２４を点灯し、青用のバンドパスフィルターを選択して画像の取り込みを行った。ＵＶのＬＥＤ２３を照射した画像から青のＬＥＤ２４を照射した画像を除去する画像処理を行った結果、図９に示すように小麦粉（Ａ）中に混入する果皮及び種皮などの外皮糠（Ｂ）と、アリューロン糠（Ｃ）との識別が可能となった。

フラットベース４２ａと、型枠４２ｂとを嵌合し、長穴４０に被測定物としてとうもろこし粒を供給した。このとき、長穴４０の面積よりも極端に小さい未熟粒などはピンセット等により除去した。次に、サンプルトレー４２を引き出し部６にセットして、励起波長域が400nmより短いＵＶのＬＥＤ２３を点灯し、ＵＶ用のバンドパスフィルターフィルターを選択して画像の取り込みを行った。その結果、図１０に示すように、果皮及び種皮などの糠が取り切れていないもの（Ａ）と、胚乳部が露出してアリューロン層まで削ってしまっているもの（Ｂ）と、果皮及び種皮などの糠が取り切れておらず、しかも、胚乳部が露出しているもの（Ｃ）との識別が可能となった。

なお、図７〜図１０に示すように画像を取得して評価をする以外に、パソコン４８に統計処理系のソフト等を導入して、画像面積に対する糠、アリューロン糠及び胚乳部の面積割合を算出することも可能である。
また、パソコン４８によって無洗米処理程度などの品質や食味値などを演算し、モニター４９に点数又はランキングで表示することも可能である。

本発明は、精白米、無洗米、小麦粉及びとうもろこし粒など穀類全般に亘り品質を評価することが可能な穀類の品質評価装置に適用することができる。

本発明の穀物の品質評価装置の概観を示す概略斜視図である。品質評価装置の内部構成を示す概略斜視図である。図２のＡ−Ａ’線縦断面図である。ＬＥＤ基板に配列されるＬＥＤの配列図である。被測定物を保持するサンプルトレーの概略平面図である。品質評価装置の制御構成を示すブロック図である。精白米を糠の付着割合と、胚乳部の露出度合いとによって識別する概略図である。無洗米を糠の付着割合と、胚乳部の露出度合いとによって識別する概略図である。小麦粉に混入される外皮糠とアリューロン糠とを識別する概略図である。とうもろこし粒を糠の付着割合と、胚乳部の露出度合いとによって識別する概略図である。

符号の説明

１品質評価装置
２脚部
３機枠
４照明ユニット部
５カメラ
６引き出し部
７制御基板
８ＣＰＵ基板
９操作部
１０電源スイッチ
１１ＬＥＤ点灯スイッチ
１２ＬＥＤ切替スイッチ
１３フィルター連動スイッチ
１４ UV調光スイッチ
１５ BLUE調光スイッチ１５
１６固定枠
１７支柱
１８第１棚板
１９第２棚板
２０ＬＥＤ基板
２１金具
２２金具
２３ＵＶのＬＥＤ
２４青のＬＥＤ
２５配線
２６コネクター
２７拡散フィルター
２８金具
２９金具
３０光学検出窓
３１フィルター切替装置
３２バンドパスフィルター
３３回転円板
３４支点軸
３５ロータリーソレノイド
３６レンズ筒
３７結像レンズ
３８嵌合片
３９嵌合穴
４０長穴
４１把手
４２サンプルトレー
４３フィルター選択スイッチ
４４照明制御回路
４５ロータリーソレノイド制御回路
４６画像制御回路
４７ＰＣ通信インターフェース
４８パソコン
４９モニター

Claims

被測定物へ励起光を照射する照明手段と、前記被測定物を測定位置へ保持させる被測定物保持手段と、前記被測定物からの反射光より得られる蛍光を取得する撮像手段と、該撮像手段により取得した蛍光の輝度の違いにより前記被測定物の表面の残留糠、アリューロン糠及び胚乳の各部分の量的な割合を算出するとともに品質を算出する演算制御手段と、を備えた穀類の品質評価装置であって、
前記照明手段は、波長域が400nmより短い紫外光の発光ダイオードと、波長域が400〜500nmの青色の可視光の発光ダイオードとの２種類を用いるとともに、該２種類の発光ダイオードを交互に設けた複数のＬＥＤ基板を、前記被測定物保持手段に複数方向から照明すべく、前記被測定物保持手段の中心に向くようそれぞれ傾斜して配置したことを特徴とする穀類の品質評価装置。