JP2022135385A - 結球野菜の茎芯除去装置、および茎芯除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結球野菜の茎芯の中心位置を正確に検出し、茎芯の部分だけを除去することのできる結球野菜の茎芯除去装置および方法を提供する【解決手段】結球野菜の茎芯除去装置（１００）は、無端索体（１０）と、無端索体の中流の側方に設置され、バケットに載置された結球野菜の茎芯の写真を撮影するカメラ（２０）と、多層ニューラルネットワークで構成され、茎芯の写真データを入力して茎芯の中心位置と茎芯の大きさとを検出する茎芯検出装置（２５）と、無端索体の下流端の側方に設置された円筒カッター（３１）と、円筒カッターの回転装置（３３）と、円筒カッターの近接離間装置（３４）と、円筒カッターの昇降装置（６０）と、円筒カッターの上方向に設置された切断刃（５０）と、を備え、円筒カッターの中心位置を茎芯の中心位置と一致させてから、円筒カッターで茎芯を切断する。【選択図】図２

Description

本発明は、白菜、レタス等の結球野菜から茎芯を除去する装置、および方法に関する。

結球野菜の葉は葉球を形成し、葉の基端部は茎芯に繋がっている。結球野菜から茎芯を除去する装置および方法に関して、以下の発明が出願されている。
特許文献１（特開２０１３-１２３３９１号公報）には、結球野菜の葉をバラバラに解き、茎芯を除去する方法が開示されている。
特許文献１に記載の茎芯を除去する方法では、結球野菜の茎周縁から葉球中央に向けてカッターを挿し込み、茎を一周する切り込みを施し、茎と葉の繋がりを切断すると共に、結球野菜を茎を中心に回転させて、茎側面と葉球との繋がり及び葉同士の絡みを遠心力によって分離し、結球野菜の茎芯を除去する。

また、特許文献２（特開２０１４－０６８６４０号公報）には、茎芯を除去しようとする結球野菜の大きさと茎芯の位置を計測し、この計測値に基づいて的確に茎芯を除去することのできる結球野菜の芯取り方法と、その方法を実施するための芯取装置が開示されている。
特許文献２に記載の結球野菜の芯取り方法では、結球野菜を搭載するための受け皿を有するコンベアベルトで、芯取りしようとする結球野菜を搬送するに際し、搬送の途中において、結球野菜の芯の位置と、野菜自体の大きさとを、赤外線センサを使用してそれぞれ個別に測定するとともに、得られた個別のデータは、演算されて芯取りを行う芯取装置に供給され、供給されたデータに基づいて、結球野菜の芯を除去する。

レタスの位置検出に関しては、非特許文献１（ＹＯＬＯｖ３を用いた圃場におけるレタスの位置検出と精度評価）にその方法が開示されている。
非特許文献１は、収穫作業中に撮影した画像からレタス結球部を自動検出する方法について記載されており、 高速かつ高精度なことで知られる物体検出手法ＹＯＬＯｖ３を用い、結球部のみを切り出して学習させることにより，精度よくレタス結球部を検出できたことが記載されている。

特開２０１３-１２３３９１号公報 特開２０１４－０６８６４０号公報

信州大学工学部 松浦良 他著、「ＹＯＬＯｖ３を用いた圃場におけるレタスの位置検出と精度評価」（ｈｔｔｐ：／／ａｉｓ．ｓｈｉｎｓｈｕ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／～ａｉｓｌａｂ／ｐａｐｅｒｓ／２０１８０９＿ＳＩＣＥ＿ｃｈｕｂｕｓｈｉｂｕ＿ｍａｔｓｕｕｒａ．ｐｄｆ）

白菜などの結球野菜の茎芯を円筒カッターなどで切断して除去する場合、円筒カッターの位置と茎芯の位置とがずれていると、円筒カッターが茎芯の内部を切断し、その結果、茎芯の一部が葉球とつながった状態で排出されてしまう。円筒カッターの径を大きくすれば、円筒カッターが茎芯の内部を切断することは避けられるが、今度は葉球の一部が茎芯として排出され、廃棄されてしまう。
したがって、白菜などの結球野菜の茎芯を円筒カッターなどで切断して除去する場合、円筒カッターの中心位置を茎芯の中心位置と一致させてから茎芯の切断を行う必要がある。

特許文献１に記載の発明においても、カメラを設置し、作業者がモニターを見ながら結球野菜の底面位置を調節し、茎芯が開口の中央に一致するように、結球野菜を正しく置くことが記載されているが、この場合は、結球野菜１個ごとに位置調整をする必要があり、作業効率が課題となる。

特許文献２に記載の発明では、受け皿上の結球野菜に、上方から測定部材を当接させ、測定部材に付設した赤外線センサによって結球野菜の芯の位置の測定を行なうことが記載されている。しかし、白菜は品種、あるいは生産地などによって色などの外観が異なり、芯の位置を正確に測定するためには、外観の異なるロットごとに位置測定のためのパラメータを調整することが必要になる。

非特許文献１に記載の技術では、物体検出手法ＹＯＬＯｖ３を用いることで、外観の異なるレタスに対しても結球部全体の位置を検出することができると思われる。しかし、ＹＯＬＯは物体のクラスとバウンディングボックスを予測するが、結球野菜の茎芯の中心位置を正確に予測するものではない。したがって、非特許文献1に記載の技術のままでは、茎芯除去装置の茎芯位置検出に用いることはできない。

本発明の主な目的は、白菜などの結球野菜の茎芯を除去するにあたって、茎芯の中心位置を正確に検出し、検出した茎芯の中心位置にカッターの中心位置を一致させることによって、結球野菜の茎芯の部分だけを除去することのできる結球野菜の茎芯除去装置および方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、白菜などの結球野菜の茎芯の大きさ、および／または、結球野菜の品種、産地などの違いに合わせて、除去する茎芯の長さ等を自動的に調整することのできる結球野菜の茎芯除去装置および方法を提供することにある。

（１）
一局面に従う結球野菜の茎芯除去装置は、複数個のバケットを取り付けた無端索体と、無端索体の側方に設置され、バケットに載置された結球野菜の茎芯の写真を撮影するカメラと、多層ニューラルネットワークで構成され、茎芯の写真データを入力して茎芯の中心位置と茎芯の大きさとを検出する茎芯検出装置と、無端索体の側方に設置されたカッターと、カッターの昇降装置と、を備える結球野菜の茎芯除去装置であって、茎芯検出装置で検出した茎芯の中心位置のデータにもとづき、無端索体の走行と、カッターの昇降装置の昇降とを制御することにより、カッターの中心位置を結球野菜の茎芯の中心位置と一致させ、カッターで結球野菜の前記茎芯を切断するものである。

この場合、作業者は無端索体のバケットに結球野菜を置くだけで、茎芯除去装置が、茎芯の写真を撮影し、写真データから茎芯の中心位置を検出し、カッターの中心位置を茎芯の中心位置に合わせ、茎芯を切断し、茎芯だけを正確に除去することができる。
また、茎芯の検出に多層ニューラルネットワークを用いることで、色の濃い薄いなど外観の異なる結球野菜に対しても正確に茎芯の中心位置を検出することができる。
収穫時期、産地、熟し具合、個体差などがあっても正確に茎芯の中心位置を検出することができるため、従来より小型のカッターを用いることができる。したがって、食品のロスが少ない茎芯除去装置とすることができる。
なお、カッターとしては、円筒カッター、ドリル型カッター、ナイフ形カッターなどを用いいることができる。結球野菜が白菜の場合は、円筒カッターが、キャベツの場合はドリル型カッターが用いられることが多い。

（２）
第２の発明にかかる結球野菜の茎芯除去装置は、一局面に従う茎芯除去装置において、カッターは円筒カッターであって、カメラは無端索体の搬送方向中流に設置され、カッターは無端索体の下流端に設置され、無端索体の下流端の他の側方に設置された押え具と、円筒カッターの回転装置と、円筒カッターの近接離間装置と、円筒カッターの上方向に設置された切断刃と、円筒カッターの外周に設置された鍔と、をさらに備え、昇降装置は、円筒カッターを昇降させてもよい。

この場合、作業者は無端索体のバケットに結球野菜を置くだけで、茎芯除去装置が、茎芯の写真を撮影し、写真データから茎芯の中心位置を検出し、円筒カッターの中心位置を茎芯の中心位置に合わせて茎芯を切断し、茎芯だけを正確に除去することができる。

また、抑え具により結球野菜が固定されるため茎芯を確実に切断することができる。そして回転装置と鍔とにより葉球が分離され、回転装置と切断刃とにより、茎芯および内葉を分離することができる。このように、多層ニューラルネットワークで高速かつ正確に検出された結球野菜の茎芯を、一連の動作により効率よく切断分離加工することができる。
また、第２の発明にかかる茎芯除去装置では切断刃を固定し、昇降装置を葉球分離と茎芯と内葉（茎芯の先につながる葉）との切断とに用いることで、装置の機構を単純化するとともに、茎芯除去動作の高速化を実現している。

（３）
第３の発明にかかる結球野菜の茎芯除去装置は、第１または第２の発明に従う茎芯除去装置において、多層ニューラルネットワークはＹＯＬＯ （ｙｏｕ ｏｎｌｙ ｌｏｏｋ ｏｎｃｅ）システムであって、ＹＯＬＯシステムの教師データのバウンディングボックスは、茎芯の中心位置とバウンディングボックスの中心位置とが一致し、茎芯と葉球との境界にバウンディングボックスが接するように設定され、茎芯検出装置は、検出されたバウンディングボックスの中心位置を茎芯の中心位置とし、バウンディングボックスに接する円または楕円を茎芯と葉球との境界としてもよい。

この場合、ＹＯＬＯを用いることで、形状や色の濃い薄いなど外観の異なる結球野菜に対しても正確に茎芯の領域を示すバウンディングボックスを検出することができる。
しかし、ＹＯＬＯのバウンディングボックスは、一般には、茎芯の領域を示すだけで茎芯の中心位置をピンポイントで示すものではない。これに対して、第２の発明にかかる茎芯除去装置では、以下のようにして茎芯の中心位置を決定している。
まず、ＹＯＬＯの教師データのバウンディングボックスの設定において、結球野菜の茎芯の中心位置を決定し、この中心位置がバウンディングボックスの中心位置となり、茎芯と葉球との境界にバウンディングボックスが接するようにバウンディングボックスを設定する。
次に、茎芯除去時の結球野菜の茎芯の中心位置の決定にあたっては、ＹＯＬＯが検出したバウンディングボックスの中心を茎芯の中心位置と決定する。
上記方法により、茎芯の領域を示すバウンディングボックスを用いて茎芯の中心位置をより正確に決定することができる。

茎芯の中心位置と円筒カッターの中心位置とのずれが大きい場合、茎芯の一部が葉球とつながった状態で排出されることを避けるため、円筒カッターの径を大きくする必要がある。しかし、円筒カッターの径を大きくすると、葉球の一部が茎芯として廃棄されてしまうため、茎芯除去後の出荷できる結球野菜の収量が減少し、収率が低下する。
本発明では、茎芯の中心位置をより正確に決定することにより、収率を向上させることができる。

ＹＯＬＯの教師データには、レンズの汚れなどにより茎芯がぼやけている画像、血球野菜が乱雑に載置されて茎芯がぼやけている画像、茎芯の一部が葉または汚れで隠されている画像など、いろいろな結球野菜の写真を含めることが望ましい。こうすることにより、多種多様な結球野菜に対して正確に茎芯の位置を検出することができ、また、カメラのレンズなどのメンテナンスの頻度を下げることができる。
また、載置が正確でなかったり異物が混入した野菜が含まれていた場合でも茎芯除去を問題なく続けることができる。したがって、人手によって野菜を載置したりチェックしたりする必要がないため、野菜の加工工程全体を一つの搬送手段で自動化することができる。

（４）
第４の発明にかかる結球野菜の茎芯除去装置は、第３の発明にかかる茎芯除去装置において、結球野菜の茎芯の位置に移動させた円筒カッターを結球野菜に押し込んで茎芯を切断し、円筒カッターの外周に設置された鍔で結球野菜の葉球を圧縮し、円筒カッターを少し上に移動してから回転して遠心力作用で葉球を分離し、円筒カッターを後退させた後、昇降装置により茎芯および内葉を保持した円筒カッターを切断刃の方向に移動して内葉を茎芯から切断し、円筒カッターをさらに後退させて、茎芯を排出させてもよい。

この場合、結球野菜の茎芯と葉基端部との繋がりを切断した後、鍔で結球野菜の葉球を圧縮し、さらに結球野菜を回転させることによって、遠心力で葉をバラバラにし、または葉の絡みを解して剥離を容易にすることができる。
また、茎芯上部と葉球の内葉との繋がりを切断して、結球野菜の茎芯を除くことができる。

（５）
第５の発明にかかる結球野菜の茎芯除去装置は、第４の発明にかかる茎芯除去装置において、茎芯検出装置で検出した茎芯の大きさに合わせて、円筒カッターの後退距離を変更し、切断、除去される茎芯の長さを調整してもよい。

同一種類の白菜の場合、茎芯の大きさが大きい方が除去すべき茎芯の長さも長い。
第４の発明にかかる茎芯除去装置では、茎芯の大きさが大きい結球野菜は、葉球を分離した後の円筒カッターの後退距離を大きく設定することによって、除去される茎芯の長さが長くなるようにしている。

（６）
第６の発明にかかる結球野菜の茎芯除去装置は、第４または第５の発明にかかる茎芯除去装置において、ＹＯＬＯシステムの教師データは結球野菜の品種、および／または産地ごとに複数種類、別々の教師データとして用意され、茎芯検出装置は結球野菜の品種、および／または産地を判別し、結球野菜の品種、および／または産地に合わせて円筒カッターの後退距離を変更し、切断、除去される茎芯の長さを調整してもよい。

結球野菜の除去するべき茎芯の長さは、茎芯の大きさが同じであっても、結球野菜の品種、および／または産地ごとに異なる場合がある。このような場合には、茎芯検出装置によって結球野菜の種類を判別し、結球野菜の品種、産地などの種類（および茎芯の大きさ）によって、除去するべき茎芯の長さを調整することが望ましい。
ＹＯＬＯでは、結球野菜の品種、および／または産地ごとに複数種類、別の教師データを用意し、学習させることで、結球野菜の品種、産地などの種類を判別することができるので、結球野菜の品種、産地などの種類（および茎芯の大きさ）毎に、除去するべき茎芯の長さ等を調整することができる。

（７）
他の局面に従う結球野菜の茎芯除去方法は、カメラで結球野菜の茎芯の写真を撮影する撮影工程と、写真のデータを多層ニューラルネットワークに入力し、結球野菜の茎芯の中心位置を検出する検出工程と、結球野菜の茎芯の中心位置とカッターの中心位置とを一致させる位置制御工程と、結球野菜の茎周縁から葉球中央に向けてカッターを挿し込み、茎芯を一周する切り込みを施し、茎芯と葉球との繋がりを切断する第１切断工程と、カッターを回転することにより、結球野菜を茎芯を中心に回転させて、茎芯と葉球との繋がり、および葉同士の絡みを遠心力によって分離する分離工程と、茎芯と内葉とを切断する第２切断工程と、を含む。

この場合、多層ニューラルネットワークで結球野菜の茎芯の中心位置を検出し、結球野菜の茎芯の中心位置とカッターの中心位置とを一致させることにより、茎芯を正確に切断、除去できる。
また、結球野菜の茎芯と葉基端の繋がりをカッターで切断することにより、茎芯は葉球から分離され、カッターが葉球を突き刺したまま一体化して回転することにより、葉は遠心力で振り回されて、茎芯から離れ、バラバラになって飛び散る。葉球は分割する必要がなく、葉は１枚の大きさのまま茎芯から分離できるから、葉を細断する際、屑の発生は少ない。

（ａ）
さらに他の局面に従う結球野菜の茎芯除去装置は、複数個のバケットを取り付けた無端索体と、無端索体の下流端の側方に設置された押え具と、無端索体の下流端の他の側方に設置された円筒カッターと、円筒カッターの回転装置と、円筒カッターの近接離間装置と、円筒カッターの外周に設置された鍔および鍔の駆動装置と、円筒カッターの昇降装置と、円筒カッターの上方向に設置された切断刃と、を含み、
まず、結球野菜の茎芯の位置に移動させた円筒カッターを結球野菜に押し込んで茎芯を切断し、次に、円筒カッターの外周に設置された鍔で結球野菜の葉球を圧縮し、円筒カッターを少し上に移動してから回転して遠心力作用で葉球を分離し、円筒カッターを後退させた後、茎芯および内葉を保持した円筒カッターを切断刃の方向に移動して内葉を茎芯から切断し、円筒カッターをさらに後退させて、茎芯を排出させる。

茎芯除去装置を無端索体の進行方向に直角な方向から見た模式図である。 茎芯除去装置を上面から見た模式図である。 茎芯除去装置を無端索体の進行方向終端側から見た模式図である。 茎芯除去装置の円筒カッター、および鍔を無端索体側から見た模式図である。 茎芯除去装置の切断装置の駆動系の機構を示す模式図である。 茎芯除去装置の制御系の構成を示す模式図である。 茎芯除去装置の茎芯除去の動作を示す説明図である。 結球野菜および結球野菜の茎芯の写真と、ＹＯＬＯを用いて検出した茎芯の中心位置およびバウンダリーボックスの検出結果を示す図である。 ＹＯＬＯの教師データとして用いた、バウンダリーボックスが指定された結球野菜の写真の例を示す図である。 ＹＯＬＯで茎芯を検出した場合と従来の画像処理で茎芯を検出した場合との茎芯除去の歩留まりを比較したグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

［第１の実施形態］
（茎芯除去装置１００）
図１は茎芯除去装置１００を無端索体１０の進行方向に直角な方向から見た模式図であり、図２は茎芯除去装置１００を上面から見た模式図であり、図３は茎芯除去装置１００を無端索体１０の進行方向終端側側面から見た模式図であり、図４は円筒カッター３１、鍔３２、および支持台３６を無端索体１０側から見た模式図であり、図５は切断装置３０の駆動系の機構を側面から見た模式図であり、図６は茎芯除去装置１００の制御系の構成を示す模式図である。
茎芯除去装置１００は、ベルトコンベアなどの無端索体１０、無端索体１０上に載置された結球野菜９０を位置決めするための複数個のバケット１１、カメラ２０、切断装置３０、押え具４０を含む。

カメラ２０は無端索体１０の搬送方向中流の側方に設置され、押え具４０は無端索体１０の下流端の他の側方に、切断装置３０は無端索体１０の下流端の押え具４０と対向する側方に設置されている。
図２に示されているように、切断装置３０は、回転可能で、無端索体１０に対して近接離間可能に配設された円筒カッター３１、円筒カッター３１の外周で、無端索体１０に対して近接離間可能に配設された鍔３２、および円筒カッター３１の内部に固定された支持台３６を備えている。

切断装置３０は、他端を押え具４０で押えた状態で結球野菜９０の茎周縁から葉球９１の中央に向けて円筒カッター３１を挿し込むことにより、茎芯９３を一周する切り込みを施し、茎芯９３と葉球９１との繋がりを切断することができる。また、切断装置３０は、円筒カッター３１を回転させることにより遠心力作用で葉球９１を茎芯９３から分離することができる。ここで、葉球９１とは、結球野菜９０のうち茎芯９３から周囲へ広がっている葉をいう。
鍔３２は、後述するように、円筒カッター３１で茎芯９３と葉球９１との繋がりを切断した後、葉球９１を結球野菜９０の先端方向に押しつけることによって、茎芯９３と葉球９１とを分離しやすくする役割を備えている。
また、支持台３６は、円筒カッター３１を後退させて切断された茎芯９３を排出する際、茎芯９３が円筒カッター３１の後退に合わせて後退するのを阻止して排出されるよう茎芯９３を支えるものである。
また、カメラ２０は、カメラ本体２１およびリング状の照明装置２２を備えている。カメラ２０で結球野菜９０を撮影する場合、リング状の照明装置２２で茎芯９３の付近を照らすことにより、より鮮明な写真を撮影することができる。

また、図３に示されるように、切断装置３０の上方向には、茎芯９３を切断するための切断刃５０が設置されている。切断装置３０は、上下方向に昇降可能であり、円筒カッター３１による茎芯９３切断開始前に、茎芯９３の中心位置９４と円筒カッター３１の中心との高さを一致させることができる。また、切断装置３０は、茎芯９３を切断し、葉球９１を分離した後、茎芯９３および内葉９２を保持した状態で切断刃５０に向かって上昇し、茎芯９３と内葉９２との間を切断することができる。
また、図４に示されるように、円筒カッター３１の外周には鍔３２が、円筒カッター３１の内部（円筒カッター３１の円の中心）には支持台３６が設置されている。

図５は、茎芯除去装置１００の切断装置３０の駆動系の機構を示す模式図である。円筒カッター３１は軸受３７に回転可能に支持され、回転装置３３のモーターＭで回転させることができる。さらに円筒カッター３１と軸受３７と回転装置３３とは、近接離間装置３４のモーターＭにより水平方向（図５の左右方向）に駆動可能である。一方、支持台３６は、円筒カッター３１と軸受３７とを貫通し、切断装置３０に固定されている。したがって、支持台３６の先端（図５の左側）の位置は円筒カッター３１の水平方向の位置によらず一定である。
鍔３２は鍔駆動装置３５のモーターＭにより水平方向に駆動可能である。なお、鍔３２は図４に示すように円筒カッター３１の外周に配置されているため、円筒カッター３１の先端は図５の鍔３２よりも図５の左方向に移動することができる。

なお、結球野菜のうち、白菜についてはカッターとして円筒カッター３１を用いることが好適であるが、例えばキャベツの場合は、円筒カッター３１ではなくドリル型カッターの方が好適である。また、ナイフ型カッターを用いる場合もある。
本発明の茎芯除去装置１００は、カッターとして、円筒カッター３１だけでなく、ドリル型カッター、ナイフ型カッターを用いることもできる。

図６は、茎芯除去装置１００の制御系の構成を示す説明図である。
図６において、カメラ２０の前に移送された結球野菜９０の写真が撮影される。撮影された写真データは茎芯検出装置２５に送られ、図８に示すように、茎芯９３の中心位置９４と茎芯９３の大きさ（外径）とが検出される。検出された茎芯９３の中心位置９４と大きさとは制御装置２６に送られ、制御装置２６が無端索体１０の駆動系と昇降装置６０とを制御して、円筒カッター３１の中心位置を茎芯９３の中心位置９４に合わせる。
その後の制御装置２６の制御による、茎芯除去の動作は次の段落において図７を用いて説明する。

図７は、茎芯除去装置１００の茎芯除去の動作を示す説明図である。
図７（ａ）において、まず無端索体１０の走行および昇降装置６０の昇降を制御して、円筒カッター３１の中心位置を茎芯９３の中心位置９４と一致させる。次に、近接離間装置３４で円筒カッター３１を押し出し、結球野菜９０の茎周縁から葉球９１の中央に向けて円筒カッター３１を挿し込み、茎芯９３を一周する切り込みを施し、茎芯９３と葉球９１との繋がりを切断する（ステップＳ１）。

次に図７（ｂ）に示すように、鍔３２を押し出し、葉球９１を結球野菜９０の先端方向に押しつけ、茎芯９３と葉球９１とをほぐして分離しやすくする（ステップＳ２）。その後、図７（ｃ）に示すように、鍔３２をもとの位置まで後退させる（ステップＳ３）。
次に図７（ｄ）に示すように、昇降装置６０を制御して円筒カッター３１を少し上に移動し（ステップＳ４）、結球野菜９０と無端索体１０との間の距離をとった後、円筒カッター３１を回転して遠心力作用で葉球９１を茎芯９３から分離する（ステップＳ５）。
次に図７（ｅ）に示すように、円筒カッター３１の回転を停止させた状態で円筒カッター３１を後退させる（ステップＳ６）。茎芯９３の長さは、この、円筒カッター３１の後退距離によって決定される。
次に、茎芯９３および内葉９２（結球野菜の内部にあって茎芯９３に繋がった葉）を円筒カッター３１に保持したままで、切断装置３０を昇降装置６０により上昇させ、切断刃５０によって、茎芯９３と内葉９２とを切断、分離する（ステップＳ７）。
次に、図７（ｆ）において、切断装置３０を昇降装置６０により下降させた後（ステップＳ８）、円筒カッター３１をさらに後退させて（ステップＳ９）、茎芯９３を押し出す（ステップＳ１０）。支持台３６は、円筒カッター３１を後退させて切断された茎芯９３を排出する際、茎芯９３を支えることにより、茎芯９３が円筒カッター３１の後退に合わせて後退することを防ぐ。これにより、茎芯９３は、切断刃５０と支持台３６との間から落下するため（図７（ｅ））、この位置に茎芯９３を排出するための経路（図示しない）を別途設けることで、通常食用とならない茎芯９３を他の部位から分離して排出することができる。
その後、円筒カッター３１の位置および切断装置３０の高さを初期状態に戻す。
なお、葉球９１は、ステップＳ５において茎芯９３から分離されて無端索体１０の上に落下し、また、内葉９２は、ステップＳ７において茎芯９３と切断されて無端索体１０の上に落下する。したがって、葉球９１と内葉９２とは無端索体１０に落下するタイミングが異なるため、これによって葉球９１と内葉９２とは分離して排出することができる。

白菜などの結球野菜９０の茎芯９３を円筒カッター３１で切断して除去する場合、円筒カッター３１の位置と茎芯９３の位置とがずれていると、円筒カッター３１が茎芯９３の内部を切断し、その結果、茎芯９３の一部が葉球９１とつながった状態で排出されてしまう。円筒カッター３１の径を茎芯９３の外径に比して大きくすれば、円筒カッター３１が茎芯９３の内部を切断することは避けられるが、今度は葉球９１の一部が茎芯９３と誤って排出され、廃棄されてしまう。
したがって、白菜などの結球野菜９０の茎芯９３を円筒カッター３１で切断して除去する場合、円筒カッター３１の中心位置を茎芯９３の中心位置９４と一致させた後、茎芯９３の切断を行う必要がある。

円筒カッター３１の中心位置を茎芯９３の中心位置９４と一致させることに関して、特許文献１に記載の発明においては、カメラを設置し、作業者がモニターを見ながら結球野菜の底面位置を調節し、茎芯が円筒カッターの開口の中央に一致するように、結球野菜を正しく置くことが記載されているが、この場合は、結球野菜１個ごとに位置調整をする必要があり、作業効率が課題となる。
また、特許文献２には、受け皿上の結球野菜に、上方から測定部材を当接させ、測定部材に付設した赤外線センサによって結球野菜９０の茎芯９３の位置の測定を行なうことが記載されている。しかし、白菜は品種、あるいは生産地などによって色などの外観が異なり、芯の位置を正確に測定するためには、外観の異なるロットごとに位置測定のためのパラメータを調整することが必要になる。例えば、茎芯９３付近の明るさ等によって、茎芯９３と葉球９１との境界に相当するしきい値を変更するなどの細かな調整が必要になる。

このような多様な物体の画像に対して、物体の座標と大きさを直接推定するシステムとして、多層ニューラルネットワークで構成された、ＹＯＬＯがある。ＹＯＬＯについては、例えば、Ｊｏｓｅｐｈ Ｒｅｄｍｏｎ他著 “Ｙｏｕ Ｏｎｌｙ Ｌｏｏｋ Ｏｎｃｅ： Ｕｎｉｆｉｅｄ， Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ Ｏｂｊｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”（ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｐｄｆ／１５０６．０２６４０ｖ５．ｐｄｆ） に記載されている。ただし、ＹＯＬＯの、物体の座標と大きさの検出はバウンダリーボックスが出力されるだけであって、茎芯９３の中心位置９４など、位置を直接推定するものではない。
レタスなどの結球野菜の位置検出へのＹＯＬＯの応用については、例えば非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、収穫装置に取り付けたカメラで撮影した画像を用いて、レタス結球部と全体、それぞれから結球部の中心位置検出を行っている。しかし、非特許文献１のＹＯＬＯの出力は、レタス結球部全体を囲むバウンダリーボックスであり、本発明のように茎芯９３の中心位置９４を直接検出するものではない。

図８に、結球野菜９０（白菜）および結球野菜９０の茎芯９３の写真と、ＹＯＬＯを用いて検出した茎芯９３の中心位置９４およびバウンディングボックス９５の検出結果を示す。
本発明では、まず教師データとする結球野菜９０の写真において、茎芯９３の中心位置９４を指定し、指定した中心位置９４に対して上下および左右対称で、かつ、茎芯９３と葉球９１との境界に相当する位置にバウンディングボックス９５を設定する。そして、これらの教師データを複数の品種、および産地に亘って多数準備し、準備した教師データを用いてＹＯＬＯシステムに学習させる。

教師データの数としては、最低１０個以上必要であり、望ましくは１００個以上である。
茎芯除去装置１００での茎芯９３の中心位置９４と茎芯９３の大きさとの検出にあたっては、学習の終わったＹＯＬＯシステムにカメラ２０で撮影した写真を入力し、ＹＯＬＯシステムから出力されたバウンディングボックス９５の座標から、茎芯９３の中心位置９４を決定する。そして、決定された茎芯９３の中心位置９４に基づいて、無端索体１０と昇降装置６０とを制御し、茎芯９３の中心位置９４と円筒カッター３１の中心位置とを一致させる。

除去すべき茎芯９３の長さについては、結球野菜９０の品種、および産地によって最適値が異なるので、それぞれの結球野菜９０の品種、および産地に合わせて適切な長さに設定する。ただし、除去すべき茎芯９３の長さは、同じ種類の結球野菜９０であっても、茎芯９３の大きさによっても異なるので、ＹＯＬＯシステムから出力されるバウンディングボックス９５の大きさに合わせて除去すべき茎芯９３の長さを調整することが望ましい。

（ＹＯＬＯシステムによる茎芯９３検出の実施例）
図９に、ＹＯＬＯシステムによる茎芯９３検出における、教師データの例を示す。図９（ａ）は茎芯９３が白く映った画像、図９（ｂ）は白菜の産地および収穫時期の違いから茎芯９３が黒く映った画像、図９（ｃ）は葉っぱの一部がイレギュラーに映りこんだ画像の例である。そのほかにも、異物が混入した野菜の画像、バケットへ乱雑に載置された野菜の画像、異物等がカメラ２１のレンズに付着した画像など、多種多様な画像を教師データとして用いる。
本発明の茎芯除去装置１００では、このような画像も教師データとして用いることによって、多種多様な結球野菜に対して正確に茎芯９３の位置を検出することができ、また、カメラのレンズなどのメンテナンスの頻度を下げることができる。また、載置が正確でなかったり異物が混入した野菜が含まれていた場合でも茎芯除去を問題なく続けることができ、人手によって野菜を載置したりチェックしたりする必要がない。したがって、例えば洗浄して茎芯除去して梱包するなど、野菜の加工工程全体を一つの搬送手段で自動化することができる。
ＹＯＬＯシステムによる茎芯９３検出では、それらの多種多様な画像に対して、まず、茎芯９３の中心位置９４を指定し、指定した中心位置９４に対して上下および左右対称で、かつ、茎芯９３と葉球９１との境界に相当する位置にバウンディングボックス９５を設定する。その後、それぞれの画像と画像に対応するバウンディングボックス９５を用いて、ＹＯＬＯシステムに学習させ、学習の終わったＹＯＬＯシステムに、茎芯９３を除去する結球野菜９０の画像を入力し、検出されたバウンディングボックス９５の中心位置を、結球野菜９０の茎芯９３の中心位置９４とする。

図１０は、ＹＯＬＯシステムで茎芯９３を検出した場合と従来の画像処理で茎芯９３を検出した場合との茎芯除去の歩留まりを比較したグラフである。この場合の歩留まりとは、茎芯９３を除去した結球野菜９０のうち、葉球９１側に茎芯９３の一部が含まれているものを不良品、含まれていないものを良品として、良品の割合をいう。したがって、円筒カッター３１の直径を大きくすれば、当然歩留まりは向上する。しかし、その分、本来葉球９１として出荷できるものが、茎芯９３に含まれて廃棄されることになり、出荷できる結球野菜９０の量、すなわち収率が低下することになる。
図１０において、従来の画像処理で茎芯９３を検出した場合、歩留まりは、円筒カッター３１の直径が７７ｍｍで７２～９０％（画像処理の設定条件によって異なる）、また８５ｍｍでは９０～９３％であった。これに対して、本発明のＹＯＬＯシステムを用いて茎芯９３を検出した場合には、円筒カッター３１の直径が７７ｍｍで９０～１００％（平均９８%）、また８５ｍｍでは１００％であった。
したがって、本発明のＹＯＬＯシステムを用いることによって、直径７７ｍｍの円筒カッター３１で、従来の画像処理での直径８５ｍｍ以上の歩留まりを得ることができ、その分、収率が向上し、出荷できる結球野菜の量を増加させることができる。また、従来より小型のカッターを用いても葉球９１を高い歩留まりで得ることができるため、廃棄する茎芯９３の大きさを最小限に設定することができ、従来茎芯９３とともに廃棄されていた食品のロスを大幅に低減することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態の茎芯除去装置１００のハードウエア構成は第１の実施形態の茎芯除去装置１００と同一であり、したがって、図１から図８は第２の実施形態にも当てはまる。
第２の実施形態では、ＹＯＬＯの教師データを結球野菜９０の品種、および／または産地ごとに複数種類、別々の教師データとして用意する。そして、茎芯除去装置１００の茎芯検出装置２５は、茎芯９３の中心位置９４と大きさ（ＹＯＬＯのバウンダリーボックスの大きさ）だけではなく、結球野菜９０の種類も検出する。

第２の実施形態の茎芯除去装置１００では、茎芯９３の大きさだけではなく、結球野菜９０の種類によっても、円筒カッター３１の後退距離を変更し、除去する茎芯９３の長さを調整することができる（図７のステップＳ６）。
その他、図７（ａ）のステップＳ１に相当する円筒カッター３１の押し出し距離等を結球野菜９０の種類に合わせて変更してもよい。
上記の無端索体１０としては、公知の無端ベルトを使用することができる。また、バケット１１としては、ベルトの表面に搬送方向と直交する方向に長い突条で形成してもよい。

本発明において、バケット１１が『バケット』に相当し、無端索体１０が『無端索体』に相当し、結球野菜９０が『結球野菜』に相当し、茎芯９３が『茎芯』に相当し、カメラ２０が『カメラ』に相当し、茎芯検出装置２５が『茎芯検出装置』に相当し、押え具４０が『押え具』に相当し、円筒カッター３１が『カッター』または『円筒カッター』に相当し、鍔３２が『鍔』に相当し、回転装置３３が『回転装置』に相当し、近接離間装置３４が『近接離間装置』に相当し、昇降装置６０が『昇降装置』に相当し、切断刃５０が『切断刃』に相当し、茎芯の中心位置９４が『茎芯の中心位置』に相当し、茎芯除去装置１００が『茎芯除去装置』に相当し、葉球９１が『葉球』に相当し、バウンディングボックス９５が『バウンディングボックス』に相当し、内葉９２が『内葉』に相当する。

本発明の好ましい一実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

１０ 無端索体
１１ バケット
２０ カメラ
２５ 茎芯検出装置
３０ 切断装置
３１ 円筒カッター
３２ 鍔
３３ 回転装置
３４ 近接離間装置
３５ 鍔駆動装置
４０ 押え具
５０ 切断刃
６０ 昇降装置
９０ 結球野菜
９１ 葉球
９２ 内葉
９３ 茎芯
９４ 茎芯の中心位置
９５ バウンディングボックス
１００ 茎芯除去装置

Claims (7)

1. 複数個のバケットを取り付けた無端索体と、
   前記無端索体の側方に設置され、前記バケットに載置された結球野菜の茎芯の写真を撮影するカメラと、
   多層ニューラルネットワークで構成され、前記茎芯の写真データを入力して前記茎芯の中心位置と前記茎芯の大きさとを検出する茎芯検出装置と、
   前記無端索体の側方に設置されたカッターと、
   前記カッターの昇降装置と、を備える結球野菜の茎芯除去装置であって、
   前記茎芯検出装置で検出した前記茎芯の中心位置のデータにもとづき、前記無端索体の走行と、前記カッターの前記昇降装置の昇降とを制御することにより、前記カッターの中心位置を前記結球野菜の前記茎芯の中心位置と一致させ、前記カッターで前記結球野菜の前記茎芯を切断する、結球野菜の茎芯除去装置。
2. 前記カッターは円筒カッターであって、
   前記カメラは前記無端索体の搬送方向中流に設置され、
   前記カッターは前記無端索体の下流端に設置され、
   前記無端索体の前記下流端の他の側方に設置された押え具と、
   前記円筒カッターの回転装置と、
   前記円筒カッターの近接離間装置と、
   前記円筒カッターの上方向に設置された切断刃と、
   前記円筒カッターの外周に設置された鍔と、をさらに備え、
   前記昇降装置は、前記円筒カッターを昇降させる、請求項１に記載の結球野菜の茎芯除去装置。
3. 前記多層ニューラルネットワークはＹＯＬＯシステム（ｙｏｕ ｏｎｌｙ ｌｏｏｋ ｏｎｃｅ）であって、
   前記ＹＯＬＯシステムの教師データのバウンディングボックスは、前記茎芯の中心位置と前記バウンディングボックスの中心位置とが一致し、前記茎芯と葉球との境界に前記バウンディングボックスが接するように設定され、
   前記茎芯検出装置は、検出された前記バウンディングボックスの中心位置を前記茎芯の中心位置とし、前記バウンディングボックスに接する円または楕円を前記茎芯と前記葉球との境界とする、請求項１または２に記載の結球野菜の茎芯除去装置。
4. 前記結球野菜の前記茎芯の位置に移動させた円筒カッターを前記結球野菜に押し込んで前記茎芯を切断し、
   前記円筒カッターの外周に設置された鍔で前記結球野菜の前記葉球を圧縮し、
   前記円筒カッターを少し上に移動してから回転して遠心力作用で前記葉球を分離し、
   前記円筒カッターを後退させた後、前記昇降装置により前記茎芯および内葉を保持した前記円筒カッターを前記切断刃の方向に移動して前記内葉を前記茎芯から切断し、
   前記円筒カッターをさらに後退させて、前記茎芯を排出する、請求項３に記載の結球野菜の茎芯除去装置。
5. 前記茎芯検出装置で検出した前記茎芯の大きさに合わせて、前記円筒カッターの後退距離を変更し、切断、除去される前記茎芯の長さを調整する、請求項４に記載の結球野菜の茎芯除去装置。
6. 前記ＹＯＬＯシステムの教師データは前記結球野菜の品種、および／または産地ごとに複数種類、別々の教師データとして用意され、
   前記茎芯検出装置は前記結球野菜の品種、および／または産地を判別し、前記結球野菜の品種、および／または産地に合わせて前記円筒カッターの後退距離を変更し、切断、除去される前記茎芯の長さを調整する、請求項４または５に記載の結球野菜の茎芯除去装置。
7. カメラで結球野菜の茎芯の写真を撮影する撮影工程と、
   前記写真のデータを多層ニューラルネットワークに入力し、前記結球野菜の前記茎芯の中心位置を検出する検出工程と、
   前記結球野菜の前記茎芯の中心位置とカッターの中心位置とを一致させる位置制御工程と、
   前記結球野菜の茎周縁から葉球中央に向けて前記カッターを挿し込み、前記茎芯を一周する切り込みを施し、前記茎芯と葉球との繋がりを切断する第１切断工程と、
   前記カッターを回転することにより、前記結球野菜を前記茎芯を中心に回転させて、前記茎芯と前記葉球との前記繋がりおよび葉同士の絡みを遠心力によって分離する分離工程と、
   前記茎芯と内葉とを切断する第２切断工程と、を含む結球野菜の茎芯除去方法。
   
   

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