JP2007283204A - 色彩選別機 - Google Patents

Abstract

【課題】実際のサンプルを採取することなく、撮像した一定の画像フレームに、白い石、透明ガラス片、白色樹脂粒、透明樹脂粒、陶磁器片などの画像を取り込んで、精度よく選別率を算出することができる色彩選別機を提供する可能とする。
【解決手段】可視光用のＣＣＤカメラ16によって取得した穀粒に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段41と、ＮＩＲカメラ17によって取得した異物に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段42と、該異物の画像フレームを前記穀粒の画像フレームと合成する画像フレーム合成手段43と、合成された画像フレームに基づき、穀粒の良品と不良粒、及び穀粒と異物との判別を行う判別手段44と、該判別手段の判別結果から、良品粒数、不良品粒数、異物粒数、原料流量及び選別率を算出し、選別感度又は原料流量を制御する制御ユニット46と、からなる制御手段36を備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、米麦等の穀粒や、その他の穀粒、種子又は加工原料等の粒状物を色彩により選別する色彩選別機に関する。

この種の色彩選別機では、原料から不良粒、異種穀粒及び異物を１００％除去することが望ましいが、実際に１００％除去することは不可能である。そこで、色彩選別機の選別性能は、選別率（不良品除去率）等がその評価の基準（指標）となっている。選別率とは、原料中の不良品総重量に対する不良品受口側に溜まった不良品総重量であり、原料タンクや不良品受口から実際のサンプルを採取し、粒数カウンターや品質判定装置によって粒数をカウントして選別率等を算出し、この選別率に基づいて色彩選別機の原料流量の増減の制御や、選別感度の調整が行われている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

しかし、上記従来技術にあっては、実際のサンプルを採取するためのサンプル採取器や、粒数カウンターや、品質判定装置等が別途必要となり、装置が大型化するとともに、製造コスト高となる問題がある。また、ごく少量のサンプルしかカウントしていないため、選別率の精度に難点があった。

そこで、実際のサンプルを採取することなく、人の視点で標準米と被害米とを区別する機構を備えた穀粒選別装置が提案されている。このものは、撮像手段と、情報処理手段と、選別手段とを具備し、切れ目のない状態で落下する穀粒を撮像手段により撮像し、一定の画像フレームを取得し、該画像フレームに基づいて色彩画像を作成するとともに、前記画像フレームを二値化して二値化画像を作成し、色彩画像と二値化画像とに基づいて生成された判定用画像により各穀粒の良否を判定する判定処理を行い、判定結果に基づいて穀粒を選別する技術である（特許文献４参照）。

しかしながら、上記穀粒選別装置にあっては、切れ目のない状態で落下する穀粒を撮像手段により撮像し、一定の画像フレームを取得し、標準米と被害米とを判別することができるものであるが、原料米に混入する異物、例えば、白い石、透明ガラス片、白色樹脂粒、透明樹脂粒、陶磁器片などの画像を画像フレーム内に取り込むことができなかった。これらの異物は、例えば、玄米の検査規格では、異物の混入率が１等標準品では０．２％以内（全量に対する重量比）、２等標準品では０．４％以内（全量に対する重量比）であり、これら異物の判別ができなければ、正確に整粒の重量を算出することができず、選別率の算出にも誤差が生じる虞（おそれ）がある。
特公平８−２４８９９号公報 特開平１０−２１６６５０号公報 特開２００３−２４８７４号公報 特開２００２−３１２７６２号公報

本発明は上記問題点にかんがみ、実際のサンプルを採取することなく、撮像した一定の画像フレームに、白い石、透明ガラス片、白色樹脂粒、透明樹脂粒、陶磁器片などの画像を取り込んで、精度よく選別率を算出することができる色彩選別機を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するため本発明は、穀粒を傾斜下方に流下させるために傾斜配置したシュートと、穀粒を該シュートに搬送するための振動フィーダと、前記シュート下端から流下する穀粒の流下軌跡の上下を挟んで設けられる一対の光学検出部と、該光学検出部のさらに下方に設けて正常な穀粒から不良品を除去するエジェクター装置と、が備えられた色彩選別機において、前記一対の光学検出部には、可視光用のＣＣＤカメラ、近赤外光用のＮＩＲカメラ、可視光源、近赤外光源及び対向用バックグラウンドが内装されており、前記可視光用のＣＣＤカメラによって取得した穀粒に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、前記ＮＩＲカメラによって取得した異物に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、該異物の画像フレームを前記穀粒の画像フレームと合成する画像フレーム合成手段と、合成された画像フレームに基づき、穀粒の良品と不良粒、及び穀粒と異物との判別を行う判別手段と、該判別手段の判別結果から、良品粒数、不良品粒数、異物粒数、原料流量及び選別率を算出し、選別感度又は原料流量を制御する制御ユニットと、からなる制御手段を備える、という技術的手段を講じた。

本発明の色彩選別機は、穀粒に関する画像フレームに、異物に関する画像フレームを合成させて各穀粒の良否を判定するものであるから、穀粒に加えて異物の画像データを取得し、実際のサンプルを採取することなく、選別率が極めて精度よく算出することができるという利点がある。

図１は色彩選別機の概略斜視図であり、図２は色彩選別機における一次選別部の側断面図であり、図３は色彩選別機における二次選別部の側断面図である。

図１に示すように、色彩選別機１は、一次選別部２Aを複数個（図１では左端から４個目までの選別部）と、二次選別部２Bを１個（図１では右端の１個の選別部）とを並設して配置してあり、それぞれの選別部２Ａ，２Ｂには従来技術と同様の色彩選別機の構成部品が配置されている。

すなわち、一次選別部２Ａには（図２参照）、一次選別用の穀粒を傾斜下方に流下移動させるために、約６０度の角度で傾斜して配置したシュート３と、一次選別用の穀粒を貯留するための貯留タンク４と、貯留タンク４からの一次選別用の穀粒をシュート３に搬送するための振動フィーダ５と、前記シュート３の下端から流下する穀粒の流下軌跡の上下を挟んで設けられる一対の光学検出部６ａ，６ｂと、さらに下方に設けたエジェクターノズル７と、エジェクターノズル７下方で前記一次選別用シュート３と同傾斜線上にあり、エジェクターノズル７からの噴風を受けずにそのまま流下軌跡の穀粒を受ける一次良品排出樋８Ａと、該一次良品排出樋８Ａの周囲を囲むようなホッパー状に形成され、エジェクターノズル７からの噴風を受けて正常な穀粒から不良品を回収するための一次不良品排出樋９Ａと、が備えられている。

前記一次選別用のシュート３は穀粒を広幅で滑走させるため溝部のない平板形状であり、その表面には、シュート３の底面１０から所定間隔をあけてシュートカバー１１が設けられる。該シュートカバー１１は、硬質なプラスチック板状からなり、選別対象の穀粒がシュート３を滑走中に底面１０から浮き上がるのを防止するとともに、シュートカバー１１の上端に設けた垂直な立ち上がり部１２により、振動フィーダ５から飛び跳ねる穀粒を抑制して円滑に一次選別用シュート３に供給する役目を果たすものである。

振動フィーダ５は、コイルバネ１３を介して機枠Ｆを構成する横枠Ｆ１上に設置され、支持部５Ａを斜め上下に振動駆動するための電磁駆動コイル１４等が備えられている。

光学検出部６ａ，６ｂは、それぞれ共通の箱体１５ａ，１５ｂで形成され、穀粒の流下軌跡上側の箱体１５ａは、可視光用のＣＣＤカメラ１６ａと、近赤外光用のＮＩＲカメラ１７と、蛍光灯等からなる可視光源１８ａ，１８ａと、ハロゲンランプ等からなる近赤外光源１９ａと、光学検出部６ｂの対向用バックグラウンド２０ａが内装されている。一方、穀粒の流下軌跡下側の箱体１５ｂは、可視光用のＣＣＤカメラ１６ｂと、蛍光灯等からなる可視光源１８b，１８bと、ハロゲンランプ等からなる近赤外光源１９bと、光学検出部6ａの対向用バックグラウンド２０ｂ，２０ｃが内装されている。そして、箱体１５ａ，１５ｂの穀粒の流下軌跡側には、透明ガラスからなる窓部材２１ａ，２１ｂが嵌め込まれている。なお、箱体１５ａ上部には、エアシリンダにより開閉可能な点検扉２２が設けられており、分解の手間が不要で容易に光学検出部６ａをメンテナンスすることができる。

前記エジェクターノズル７には、図外のエアコンプレッサからの空気がサブタンク２３、エア管２４、エジェクターバルブ２５を介してチューブ２６から供給される。前記サブタンク２３はエアコンプレッサからの空気をいったん貯留するものであり、該サブタンク２３を設けることでエジェクターノズル７から消費されるエア量が多い場合であっても、エア不足に陥るおそれがない。

符号２７は横枠Ｆ２に支持される制御ボックスであり、該制御ボックス２７内には、電源基盤２８と制御基盤２９が並設されている。前記横枠Ｆ２は、エアシリンダにより下方に回動可能に設けられており、制御ボックス２７の底面が開放される構成となっている。これにより、電源基盤２８や制御基盤２９の点検・交換時のメンテナンス性が向上し、機種変更も簡単に行えるようになる。

機枠Ｆの前方の傾斜壁には、エアシリンダ３５によって上下方向に回動可能な前面ドア３０が設けられるとともに、該前面ドア３０の下方に操作盤３１が埋設されている。一方、機枠Ｆの後方の後面壁は、縦枠Ｆ３と縦枠Ｆ４との間に上段後面壁３２が、縦枠Ｆ４と縦枠Ｆ５との間に中段後面壁３３が、縦枠Ｆ６と縦枠Ｆ７との間に下段後面壁３４がそれぞれ嵌合され、メンテナンス性を向上させるために各後面壁３２，３３，３４を取り外し可能に設けている。

次に、二次選別部２Ｂの構成を説明する。前記一次選別部２Ａと相違する点として、シュート３の形状が挙げられ（図1参照）、二次選別用のシュート３は穀粒を複数列状に分割した状態で滑走させるための複数の溝部が形成されている。該溝部の断面形状としては、Ｕ字状のもの、Ｖ字状のもの、凹字状のもの等、適宜採用することができる。そして、一次選別部１Ｂと同様のシュートカバー１１が設けられる。また、前記一次選別部２Ａと相違する点として、不良品排出樋９の形状が挙げられる（図３参照）。二次選別部２Ｂの二次良品排出樋８Ｂは、前記一次良品排出樋８Ａと同様の形状である一方、二次選別部２Ｂの二次不良品排出樋９Ｂは、穀粒の流下軌跡よりも上方側で不良品を排出するような形状となっている。その余の構成は前記一次選別部２Ａと同様の構成である。

次に、色彩選別機の制御構成について図４及び図５を参照して説明する。図４は色彩選別機の一次選別部２Ａ及び二次選別部２Ｂの制御ブロック図であり、図５は画像処理に関する制御構成のブロック図である。

色彩選別機の制御装置３６は一次選別部２Ａ及び二次選別部２Ｂともに同様の構成であり、入力側にＣＣＤカメラ１６ａ，１６ｂとＮＩＲカメラ１７を合計３台接続するとともに、操作盤３1が接続される一方、制御装置３６の出力側には、振動フィーダ駆動回路３７と、電磁弁駆動回路３８と、光源点灯制御回路３９と、色彩選別機の感度調節装置４０とが接続されている。前記振動フィーダ駆動回路３７は、制御盤３１からの手動調整や、制御装置３６からの自動調整が可能であり、振幅を変更して穀粒の搬送量を変更可能な構成となっている。また、前記電磁弁駆動回路３８は、前記エジェクターバルブ２５のオン・オフの制御時間に伴ってエジェクターノズル７からの噴風時間の長さを長短に変更可能な構成であり、かつ、被選別物の種類や、前記ＣＣＤカメラ又はＮＩＲカメラの検出タイミングに応じて、前記エジェクターバルブ２５の駆動時間を適宜遅らせることが可能な構成となっている。前記光源点灯制御回路３９は、前記可視光源１８ａ，１８ａ及び近赤外光源１９ａを点灯させる駆動信号を出力する構成となっている。また、前記感度調節装置４０は、操作盤３１からの手動調整や、制御装置３６からの自動調整が可能であり、一次選別部２Ａ又は二次選別部２Ｂの感度を段階的に変更可能な構成となっている。

次に、図５を参照して画像処理に関する制御構成を説明する。画像処理に関する制御は前記制御装置３６内に含まれている。すなわち、ＣＣＤカメラによって取得した穀粒に関する画像データに基づいて画像フレームを作成する画像フレーム作成手段４１ａ，４１ｂと、ＮＩＲカメラによって取得した異物に関する画像データに基づいて画像フレームを作成する画像フレーム作成手段４２と、穀粒に関する画像データと異物に関する画像データとを合成する画像フレーム合成手段４３と、合成された画像フレームに基づいて各穀粒の良否の判定、及び白い石、透明ガラス片、白色樹脂粒、透明樹脂粒、陶磁器片といった異物の判定を行う良品・不良品・異物判定手段４４と、各穀粒の良品と不良粒との粒数データ、及び異物の粒数データから、流量又は選別率を算出する流量・選別率算出手段４５と、該流量又は選別率に基づいて選別感度又は原料流量を制御ユニット４６と、が備えられている。

実際に色彩選別機のシュート３から落下してくる穀粒や混入する異物は、穀粒流下軌跡の上側から取得する、ＣＣＤカメラ１６により撮影された画像データが画像フレーム作成手段４１ａにより静止画として１フレームに変換され、ＮＩＲカメラ１７により撮影された画像データが画像フレーム作成手段４２により静止画として１フレームに変換される。穀粒流下軌跡の下側から取得する、ＣＣＤカメラ１６により撮影された画像データは画像フレーム作成手段４１ｂにより静止画として１フレームに変換される。図６は、穀粒に関する２つの画像フレーム作成手段４１ａ，４１ｂの変換後の合成データであり、図７は、異物に関する１つの画像フレーム作成手段４２の変換後のデータである。

次に、図６の穀粒に関するデータと図７の異物に関するデータとを合成する画像フレーム合成手段４３について説明する。

まず、可視光線画像と近赤外線画像とを合成する手法を図８により説明する。合成の手順は、図６の穀粒に関するデータと図７の異物に関するデータを初めに並べておき（ステップ１）、それぞれの元画像から各波長ごとに色を分解し、変換する（ステップ２）。ここでは、可視光線画像の赤の波長を緑色（G）に表示するように変換し、可視光線画像の緑の波長を青色（B）で表示するように変換し、近赤外線画像は赤色（R）で表示するように変換する。最終的には、各色を全て合成し、ひとつの画像にする（ステップ３）。

上記合成手法とは別の手法を図１０により説明する。図１０は、ＣＣＤカメラの青色信号強度をＸ軸座標におくとともに、緑色信号強度をＹ軸座標におき、ＮＩＲカメラの信号強度はＺ軸においたものである。そして、図６及び図７のデータにつき、例えば、３００万画素に分解し、各画素について図１０の座標上に置き換えると、図９のようなひとつの画像に合成することができる。

このようにして求めた合成画像から良品・不良品・異物を判定する判定手段４４について説明する。図９の合成画像をさらにグレースケール又は２５６階調のビットマップファイルに変換し、あらかじめ撮影された良品・不良粒、又は異物の画像データと比較して各穀粒が良品か不良粒か又は異物かが判定される。各穀粒は良品、不良品又は異物として計数されて、良品又は不良品の粒数データ、又は異物の粒数データとして記憶される。次に、これらのデータを基に流量・選別率算出手段４５は流量又は選別率を算出し、この信号が制御ユニット４６に送信されて、色彩選別機１の流量又は選別率に基づいて選別感度又は原料流量を制御する仕組みである（図１１参照）。

以下、一次選別部２Ａ及び二次選別部２Ｂで算出された流量又は選別率に基づいて選別感度又は原料流量を制御する具体例を説明する。一次選別部２Ａに穀粒を流し（図２参照）、貯留タンク４内の原料を一次良品排出樋８Ａの一次良品と、一次不良品排出樋９Ａの一次不良品とに選別する。この一次不良品は二次選別部２Ｂに流し（図３参照）、一次不良品を二次良品排出樋８Ｂの二次良品と、二次不良品排出樋９Ｂの二次不良品とに選別する。前記二次良品は、一次選別部２Ａの貯留タンク４内に返還され、再選別が行われる（図１１参照）。

一連の一次選別及び二次選別が行われると、各選別部に設けられた流量・選別率算出手段４５により、図9の合成データを基に原料流量、原料中の不良率混入率及び異物混入率が算出される（表１）。

さらに、流量・選別率算出手段４５は、下記の計算式に基づいて製品となる一次良品中の不良粒混入率、選別率、及び異物混入率が算出される。

表にまとめると、以下のようになる。

このようにして求めた判定結果に基づいて原料流量又は感度設定を行う。設定はマニュアル又は自動で設定することができる。具体的には、製品中の不良率混入率の基準を０．０２％、選別率の基準を９５％、異物混入率の基準を０％とし、以下の条件に基づいて設定を行う。
（１）．製品中の不良率混入率が０．０２％以下、選別率が９５％以上であり、異物混入率が０％であれば、感度は調節しない。
（２）．製品中の不良率混入率が０．０２％を超え、選別率が９５％以上であり、異物混入率が０％であれば、感度を上げて選別精度を高くする。
（３）．製品中の不良率混入率が０．０２％を超え、選別率が９５％未満であり、異物混入率が０％であれば、原料流量が多すぎるので、振動フィーダの供給量を減らす制御を行う。
（４）．製品中の不良率混入率が０．０２％以下、選別率が９５％未満であれば、原料流量が少なすぎるので、振動フィーダの供給量を増やす制御を行う。
（５）．いずれの場合であっても、製品中の異物混入率が０％を超えると、色彩選別機１を全停止し、出荷停止の表示をする。

以上のように、実際のサンプルを採取することなく、不良率混入率及び選別率が極めて精度よく算出することができ、また、異物混入率も精度よく算出できるため、異物混入などの事故の未然防止につなげることができる。

本発明の色彩選別機の概略斜視図である。 同一次選別部の側断面図である。 同二次選別部の側断面図である。 同制御ブロック図である。 画像処理に関する制御構成のブロック図である。 穀粒に関する２つの画像フレーム作成手段の変換後の合成データである。 異物に関する１つの画像フレーム作成手段の変換後のデータである。 可視光線画像と近赤外線画像とを合成する手法の説明図である。 合成変換後の画像である。 可視光線画像と近赤外線画像とを合成する別の手法の説明図である。 画像から流量又は選別率を算出する際の概略説明図である。

符号の説明

１ 色彩選別機
２A 一次選別部
２B 二次選別部
３ シュート
４ 貯留タンク
５ 振動フィーダ
６ 光学検出部
７ エジェクターノズル
８A 一次良品排出樋
８B 二次良品排出樋
９A 一次不良品排出樋
９B 二次不良品排出樋
１０ 底面
１１ シュートカバー
１２ 立ち上がり部
１３ コイルバネ
１４ 電磁駆動コイル
１５ 箱体
１６ ＣＣＤカメラ
１７ ＮＩＲカメラ
１８ 可視光源
１９ 近赤外光源
２０ バックグラウンド
２１ 窓部材
２２ 点検扉
２３ サブタンク
２４ エア管
２５ エジェクターバルブ
２６ チューブ
２７ 制御ボックス
２８ 電源基盤
２９ 制御基盤
３０ 前面ドア
３１ 操作盤
３２ 上段後面壁
３３ 中段後面壁
３４ 下段後面壁
３５ エアシリンダ
３６ 制御装置
３７ 振動フィーダ駆動回路
３８ 電磁弁駆動回路
３９ 光源点灯制御回路
４０ 感度調節装置
４１ 画像フレーム作成手段
４２ 画像フレーム作成手段
４３ 画像フレーム合成手段
４４ 良品・不良品・異物判定手段
４５ 流量・選別率算出手段
４６ 制御ユニット

Claims (4)

1. 穀粒を傾斜下方に流下させるために傾斜配置したシュートと、穀粒を該シュートに搬送するための振動フィーダと、前記シュート下端から流下する穀粒の流下軌跡の上下を挟んで設けられる一対の光学検出部と、該光学検出部のさらに下方に設けて正常な穀粒から不良品を除去するエジェクター装置と、が備えられた色彩選別機において、
   前記一対の光学検出部には、可視光用のＣＣＤカメラ、近赤外光用のＮＩＲカメラ、可視光源、近赤外光源及び対向用バックグラウンドが内装されており、
   前記可視光用のＣＣＤカメラによって取得した穀粒に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、前記ＮＩＲカメラによって取得した異物に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、該異物の画像フレームを前記穀粒の画像フレームと合成する画像フレーム合成手段と、合成された画像フレームに基づき、穀粒の良品と不良粒、及び穀粒と異物との判別を行う判別手段と、該判別手段の判別結果から、良品粒数、不良品粒数、異物粒数、原料流量及び選別率を算出し、選別感度又は原料流量を制御する制御ユニットと、からなる制御手段を備えたことを特徴とする色彩選別機。
2. 一次選別用の穀粒を傾斜下方に流下させるために傾斜配置した一次用シュートと、一次選別用の穀粒を該一次選別用シュートに搬送するための振動フィーダと、前記一次選別用シュート下端から流下する穀粒の流下軌跡の上下を挟んで設けられる一対の光学検出部と、該光学検出部のさらに下方に設けて正常な穀粒から一次不良品を除去するエジェクター装置とが備えられた一次選別部と、
   該一次選別部において除去された一次不良品を傾斜下方に流下させるために傾斜配置した二次選別用シュートと、一次不良品を該二次選別用シュートに搬送するための振動フィーダと、前記二次選別用シュートの下端から落下する穀粒の流下軌跡の上下を挟んで設けられる一対の光学検出部と、該光学検出部のさらに下方に設けて一次不良品から二次不良品を除去するエジェクター装置とが備えられた二次選別部とが、共通の機枠内に並設された色彩選別機において、
   前記一次選別部及び二次選別部に備えられた光学検出部には、可視光用のＣＣＤカメラ、近赤外光用のＮＩＲカメラ、可視光源、近赤外光源及び対向用バックグラウンドが内装されており、
   前記可視光用のＣＣＤカメラによって取得した穀粒に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、前記ＮＩＲカメラによって取得した異物に関する画像データを画像フレームに作成する画像フレーム作成手段と、該異物の画像フレームを前記穀粒の画像フレームと合成する画像フレーム合成手段と、合成された画像フレームに基づき、穀粒の良品と不良粒、及び穀粒と異物との判別を行う判別手段と、該判別手段の判別結果から一次選別部における良品粒数、不良品粒数、異物粒数、原料流量及び選別率、並びに二次選別部における良品粒数、不良品粒数、異物粒数、原料流量及び選別率を算出し、選別感度又は原料流量を制御する制御ユニットと、からなる制御手段を備えたことを特徴とする色彩選別機。
3. 前記画像フレーム合成手段は、可視光用のＣＣＤカメラによって取得した穀粒に関する元画像とＮＩＲカメラによって取得した異物に関する元画像とを並べる画像配置工程と、
   穀粒に関する元画像の赤の波長を緑色(G)で表示するように変換し、緑の波長を青色（B）で表示するように変換するとともに、異物に関する元画像を赤色（R）で表示するように変換する色分解変換工程と、
   前記赤色(R)表示、緑（G）色表示、及び青色（B）表示の各色を全て合成し、ひとつの画像に合成する合成工程と、からなる請求項１又は２記載の色彩選別機。
4. 前記画像フレーム合成手段は、可視光用のＣＣＤカメラの青色信号強度及び緑色信号強度を抽出するとともに、ＮＩＲカメラの信号強度を抽出し、該抽出された信号強度を全て合成し、ひとつの画像に合成してなる請求項１又は２記載の色彩選別機。
   

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