JP2023136335A - 回転部品の摩耗状況を検出するための検出装置、および、籾摺機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転部品の摩耗状況を検出するための新たな技術を提供する。【解決手段】 使用に伴い摩耗する回転部品の摩耗状況を検出するための検出装置は、回転部品の回転軸線に関する径方向外側の縁部までの距離を測定するように構成された測距センサと、測距センサの測定結果に基づいて回転部品の摩耗状況を検出するように構成された摩耗検出部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転部品の摩耗状況を検出するための技術に関する。

一対の籾摺ロールを備える籾摺機が従来から知られている。一対の籾摺ロールは、互いに異なる周速度で、互いに逆の方向に回転するように構成される。一対の籾摺ロールの間に供給された籾米は、一対の籾摺ロールから受ける剪断力および摩擦力、ならびに、籾米間で作用する摩擦力によって、脱ぷされる。この種の籾摺機では、使用に伴って籾摺ロールが摩耗するので、籾摺ロールを定期的に交換する必要がある。また、周速度が大きい方の籾摺ロールは、周速度が小さい方の籾摺ロールよりも摩耗の進行が速いので、周速度が大きい方の籾摺ロールの摩耗が所定の程度進行した時点で、一対の籾摺ロールの配置を入れ換えることや、周速度の大小関係を逆にすることが行われる。さらに、この種の籾摺機では、種々の理由で籾摺ロールに偏摩耗が発生し得る。偏摩耗が発生すると、脱ぷ率が低下するので、籾摺ロールを交換する必要がある。

このようなことから、籾摺ロールのメンテナンスを容易にするために、籾摺ロールの摩耗の状況を検出する技術が開発されている。例えば、下記の特許文献１，２は、偏摩耗が振動を発生させることに着目して、振動センサによって偏摩耗を検出する技術を開示している。さらに、下記の特許文献３は、カメラによって籾摺ロールを撮像し、その画像から籾摺ロールの摩耗を検出する技術を開示している。さらに、下記の特許文献４，５は、ローラと、ローラに接続されたレバーと、を備えた接触センサによって摩耗を検出する技術を開示している。具体的には、ローラを籾摺ロールに当接させ、レバーの変位量を検出することによって、籾摺ロールの位置、ひいては摩耗を検出する技術を開示している。

特開２０１８－１４３９３２号 特開平６－１５１８６号 特開２０１８－２０２９３号 特開平１０－３３９９７号 特開平９－３１３９５９号

しかしながら、上述の籾摺機は改善の余地を残している。例えば、特許文献１，２の技術は、偏摩耗の発生を検出できるが、偏摩耗がどのように発生しているかを検出できない。また、当該技術は、籾摺ロールが均一に摩耗している場合には、摩耗を検出できない。また、引用文献３の技術は、二次元カメラを利用するので、三次元的な摩耗を検出するための技術的課題を包含している可能性が高く、実現性に疑問が残る。また、引用文献４，５の技術は、構造が比較的複雑である。しかも、接触センサが、籾摺室内に配置され、籾米、籾殻、埃等に曝されるので、定期的な清掃が必要になる。さらに、籾摺ロール上の一点でしか摩耗を検出できないので、偏摩耗を検出できない。

このような問題は、籾摺機に限らず、使用に伴い摩耗する回転部品を備える種々の装置に共通する。このようなことから、回転部品の摩耗状況を検出するための新たな技術の提供が期待される。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態によれば、使用に伴い摩耗する回転部品の摩耗状況を検出するための検出装置が提供される。この検出装置は、回転部品の回転軸線に関する径方向外側の縁部までの距離を測定するように構成された測距センサと、測距センサの測定結果に基づいて回転部品の摩耗状況を検出するように構成された摩耗検出部と、を備えている。

回転部品（その径方向外側の縁部）が摩耗すると、測距センサから径方向外側の縁部までの距離が、その摩耗度に応じて大きくなるので、この検出装置によれば、簡単な構成で、測距センサの測定結果に基づいて回転部品の摩耗状況を検出できる。

本発明の第２の形態によれば、第１の形態において、測距センサは、さらに、回転部品を支持する支持部材であって、回転部品よりも軸線方向外側に部分的に突出する支持部材までの距離を測定するように構成される。この形態によれば、支持部材を基準点として使用して、回転部品の摩耗状況を検出できる。このため、回転部品および支持部材の設置位置が変更されたとしても、回転部品の摩耗状況を正確に検出できる。

本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態において、測距センサは、回転部品の回転軸線に平行な方向に沿った回転部品上の複数箇所で、径方向外側の縁部までの距離を測定するように構成される。この形態によれば、軸線方向（回転軸線に平行な方向）に沿って偏摩耗が生じても、当該偏摩耗を検出できる。

本発明の第４の形態によれば、籾摺機が提供される。この籾摺機は、第１ないし第３の形態のいずれかの検出装置と、回転部品としての一対の籾摺ロールと、籾摺機の動作を制御するコントローラと、を備えている。検出装置は、一対の籾摺ロールの少なくとも一方を検出対象ロールとして、摩耗状況を検出するように構成される。コントローラは、検出対象ロールが回転している状態で測定を行って、検出対象ロールの周方向に沿った複数箇所で径方向外側の縁部までの距離を測定するように、検出装置を制御するように構成される。この形態によれば、検出対象ロールの周方向に沿って偏摩耗が生じても、当該偏摩耗を検出できる。

本発明の第５の形態によれば、第２の形態を含む第４の形態において、一対の籾摺ロールは、第１の籾摺ロールと第２の籾摺ロールとを含む。支持部材は、第１の籾摺ロールが同軸状に取り付けられる第１のシャフトと、第２の籾摺ロールが同軸状に取り付けられる第２のシャフトと、を含む。第２の籾摺ロールおよび第２のシャフトは、第１の籾摺ロールおよび第１のシャフトに対する距離を変更可能に構成される。検出対象ロールは、第２の籾摺ロールを含む。第２のシャフトは、第２の籾摺ロールよりも軸線方向外側に突出した突出部を備えている。測距センサは、第２の籾摺ロールの径方向外側の縁部までの距離と、第２のシャフトの突出部までの距離と、を測定するように構成される。この形態によれば、第２のシャフトの突出部を基準点として使用して、第２の籾摺ロールの摩耗状況を検出できる。このため、第１の籾摺ロールおよび第１のシャフトに対する第２の籾摺ロールおよび第２のシャフトの設置位置が変更されたとしても、第２の籾摺ロールの摩耗状況を正確に検出できる。

本発明の第６の形態によれば、第４または第５の形態において、籾摺機は、測距センサの測定経路と干渉しない第１の位置と、測距センサの測定経路を遮る第２の位置と、の間で変位可能に構成されたシャッタを備えている。コントローラは、測距センサによる測定時にシャッタが第１の位置に位置し、測距センサによる測定を行わない時にシャッタが第２の位置に位置するように、シャッタを制御するように構成される。少なくともシャッタが第２の位置にあるときに、測距センサは、一対の籾摺ロールが収容される空間から隔離される。この形態によれば、測距センサが、一対の籾摺ロールが収容される空間に存在する籾米、籾殻、埃等に曝されることを抑制できる。したがって、汚れによる測定精度の低下を抑制できるとともに、清掃負荷を低減できる。

本発明の第７の形態によれば、第４ないし第６のいずれかの形態において、コントローラは、所定のイベントの発生時に、一対の籾摺ロールへの原料の供給が停止された状態で、測距センサによる測定を実行するように構成される。所定のイベントは、籾摺機の運転開始指示が入力されたこと、籾摺機の運転終了指示が入力されたこと、および、籾摺機の連続運転時間が閾値に達したこと、の少なくとも一つを含む。この形態によれば、適度な頻度（具体的には、検出装置の測定に起因して籾摺機の生産性を大きく低下させることなく、また、望ましくない摩耗状況が長時間放置されることもない頻度）の測定によって、検出対象ロールの摩耗状況を継続的に監視できる。

本発明の第８の形態によれば、第４ないし第７のいずれかの形態において、コントローラは、摩耗検出部によって所定の摩耗状況が検出されたときに報知処理を行うように構成される。この形態によれば、ユーザは、検出対象ロールが交換されるべき程度に摩耗したことを、時間遅れなく知ることができる。

本発明の第９の形態によれば、第４ないし第８のいずれかの形態において、コントローラは、測距センサによる測定中は、一対の籾摺ロールへの原料の供給中の回転速度よりも低い回転速度で一対の籾摺ロールを回転させるように構成される。この形態によれば、測距センサの性能にかかわらず、高い分解能で摩耗の状況を検出できる。

本発明の第１０の形態によれば、第４ないし第９のいずれかの形態において、コントローラは、摩耗検出部による検出結果に基づいて籾摺機の運転制御パラメータを変更するように構成される。この形態によれば、検出対象ロールの摩耗状況に応じた適切な運転を行うことができる。

第１実施形態による籾摺機の概略構成を示す模式図である。 第２の籾摺ロールの位置を変更するための機構を示す模式図である。 検出装置の外観図である。 検出装置の概略構成を示すブロック図である。 測距センサの受光部を示す図である。 測距センサと籾摺ロールおよびシャフトとの位置関係を示す説明図である。 測距センサの測定結果の一例を示す図である。 測距センサの測定結果の他の例を示す図である。 測距センサの測定結果の他の例を示す図である。 摩耗監視処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態による測距センサと籾摺ロールおよびシャフトとの位置関係を示す説明図である。

図１は、第１実施形態による籾摺機１０の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、籾摺機１０は、投入孔２１とフィーダ２２とシュート２３と籾摺室２４とモータ２９と制御盤７０とを備えている。籾摺室２４内には、第１のシャフト３３および第２のシャフト４３が、互いに平行に水平方向に延在するように配置されている。第１のシャフト３３および第２のシャフト４３は、回転軸線ＡＸ１，ＡＸ２をそれぞれ中心として回転可能に軸受（図６に、第１のシャフト３３および第２のシャフト４３の一端側を支持する軸受３９，４９が示されている）によって支持されている。以下、回転軸線ＡＸ１，ＡＸ２が延在する方向を軸線方向と呼ぶ。第１のシャフト３３および第２のシャフト４３は、モータ２９の回転駆動力が減速機構および動力伝達機構（図示せず）を介して伝達されることによって回転される。

第１のシャフト３３の周囲には、第１のシャフト３３と同軸状に第１の籾摺ロール３０が取り付けられている。第２のシャフト４３の周囲には、第２のシャフト４３と同軸状に第２の籾摺ロール４０が取り付けられている。第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０は、円筒形状を有している。図６に示すように、第１の籾摺ロール３０は、円筒状の鉄芯３１と、円筒状のゴムロール３２と、を備えている。ゴムロール３２は、鉄芯３１と同軸状に鉄芯３１の周囲に取り付けられる。鉄芯３１の径方向内側に突出する部分が、ボルト留めによって第１のシャフト３３に固定され、それによって、第１の籾摺ロール３０が第１のシャフト３３に固定される。同様に、第２の籾摺ロール４０は、鉄芯４１とゴムロール４２とを備えており、第２のシャフト４３に固定される。なお、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０は、同一の構成を有しており、また、第１のシャフト３３および第２のシャフト４３は、同一の構成を有しているので、図６では、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に関する符号と、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３に関する符号と、を併記している。

第１の籾摺ロール３０と第２の籾摺ロール４０とは、それらの外周面が対向し、かつ、それらの間に僅かな隙間が形成されるように配置される。第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０は、図１に矢印で示すように、互いに逆方向に回転する。また、第１の籾摺ロール３０の周速度は、第２の籾摺ロール４０の周速度よりも大きく設定される。本実施形態では、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０のロール径（外径）は同一であり、第１の籾摺ロール３０の回転速度は、第２の籾摺ロール４０の回転速度よりも速く設定される。ただし、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の各々の周速度が互いに異なるように設定される限りにおいて、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の回転速度およびロール径（外径）は、任意に設定され得る。

投入孔２１に投入された籾米は、フィーダ２２によってシュート２３上に供給される。シュート２３上を滑り落ちた籾米は、第１の籾摺ロール３０と第２の籾摺ロール４０の間の隙間に供給される。そして、この籾米は、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０から受ける剪断力および摩擦力、ならびに、籾米間で作用する摩擦力によって、脱ぷされ、籾殻と玄米とに分離される。このような脱ぷ処理に伴い、ゴムロール３２，４２は次第に摩耗して、その厚みが小さくなっていく。

本実施形態では、籾摺室２４に対する第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３の設置位置は、固定されている。一方、籾摺室２４に対する第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置は、変更可能である。換言すれば、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３は、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に対する距離を変更可能に構成される。

具体的には、図１に示すように、籾摺室２４を形成するケーシングには、第１のジョイント２５が固定されている。図２に示すように、第１のジョイント２５は、枢動可能なスイベルジョイントであり、アーム２６の基端に取り付けられる。このため、アーム２６は、第１のジョイント２５を中心として枢動可能である。アーム２６の先端側部分には、第２のジョイント２７が取り付けられる。第２のジョイント２７は、枢動可能なスイベルジョイントであり、アーム２６に対して第２のシャフト４３が回転可能に、第２のシャフト４３の一端に接続される（図示省略）。

アーム２６の先端には、エアシリンダ２８が接続されている。エアシリンダ２８を伸縮させると、図２に点線で示すように、アーム２６が第１のジョイント２５を中心として枢動し、それによって、第２のジョイント２７（ひいては、第２のジョイント２７に接続された第２のシャフト４３、および、第２のシャフト４３に固定された第２の籾摺ロール４０）も、第１のジョイント２５を中心として枢動する。

このような機構によって、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に対する第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置を変更することができる。代替実施形態では、公知の任意の機構によって、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に対する第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置が変更されてもよい。また、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置に代えて、または、加えて、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３の位置が変更可能であってもよい。

籾摺機１０は、さらに、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を検出するために、同一の構成を有する二つの検出装置５０を備えている。本実施形態では、図３に示すように、検出装置５０の各々は、ハウジング５２に収容された複数の測距センサ５１を備えている。図示する例では、６個の測距センサ５１が間隔を隔てて軸線方向に配列されている。測距センサ５１は、本実施形態ではＴＯＦ（Time of Flight)センサであるが、その形式は特に限定されない。図３に示すように、検出装置５０は、さらに、コントローラ５３と通信インタフェース５５とを備えている。コントローラ５３は、ＣＰＵとメモリとを備えており、メモリに記憶されたプログラムを実行することで、種々の機能を実現する。コントローラ５３は、測距センサ５１の動作を制御するとともに、摩耗検出部５４としても機能する。摩耗検出部５４の機能については後述する。通信インタフェース５５は、無線および／または有線のインタフェースであり、制御盤７０との通信を行う。通信インタフェース５５は、さらに、他の情報処理端末と通信を行ってもよい。

このような検出装置５０は、図１に示すように、籾摺室２４の外部に配置される。第１の籾摺ロール３０用の検出装置５０は、第１の籾摺ロール３０の近傍に配置され、第２の籾摺ロール４０用の検出装置５０は、第２の籾摺ロール４０の近傍に配置される。籾摺室２４のうちの、検出装置５０の測距センサ５１の設置位置に対応する位置には、籾摺室２４の内部と外部（測距センサ５１）とを連通させる貫通孔（図示省略）が形成されている。測距センサ５１の測定経路５６（換言すれば、測距センサ５１から照射されるレーザー光の光路）は、この貫通孔を通って、第１のシャフト３３または第２のシャフト４３（例えば、回転軸線ＡＸ１，ＡＸ２）に向かうように設定される。

籾摺室２４内には、二つの検出装置５０にそれぞれ対応する位置にシャッタ６０が配置される。シャッタ６０は、測距センサ５１の測定経路５６と干渉しない（換言すれば、上記の貫通孔を塞がない）第１の位置（図１に点線で示す）と、測定経路５６を遮る（換言すれば、上記の貫通孔を塞ぐ）第２の位置（図１に実線で示す）と、の間で、アクチュエータ（図示省略）によって変位可能に構成される。シャッタ６０が第２の位置にあるとき、測距センサ５１は、籾摺室２４、すなわち、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０が収容される空間から隔離される。以下の説明では、第１の位置を開位置とも呼び、第２の位置を閉位置とも呼ぶ。このような構成によれば、測距センサ５１により測定を実行するときのみ、シャッタ６０を第１の位置に移動させれば、測距センサ５１が、籾摺室２４に存在する籾米、籾殻、埃等に曝される機会を大幅に減らすことができる。したがって、測距センサ５１の汚れによる測定精度の低下を抑制できるとともに、清掃負荷を低減できる。

代替実施形態では、籾摺室２４の外壁の一部が透明部材によって形成されてもよい。この場合、測距センサ５１の測定経路５６は、この透明部材を通って、第１のシャフト３３または第２のシャフト４３に向かうように設定される。このため、測距センサ５１は、籾摺室２４から常に隔離される。また、シャッタ６０は、測距センサ５１の測定経路５６と干渉しない第１の位置と、測定経路５６を遮る（換言すれば、透明部材を少なくとも部分的に塞ぐ）第２の位置と、の間で変位可能に構成される。このような代替実施形態によれば、測距センサ５１が、籾摺室２４に存在する籾米、籾殻、埃等に曝される機会をなくすことができる。しかも、測距センサ５１により測定を実行するときのみ、シャッタ６０を第１の位置に移動させれば、透明部材が、籾摺室２４に存在する籾米、籾殻、埃等に曝される機会を大幅に減らすことができる。したがって、透明部材の汚れによる測定精度の低下を抑制できるとともに、清掃負荷を低減できる。

制御盤７０は、検出装置５０のコントローラ５３によって制御される籾摺機１０の動作を除き、籾摺機１０の動作全般を制御する。代替実施形態では、検出装置５０のコントローラ５３の機能の一部または全部は、制御盤７０によって実現されてもよい。あるいは、後述する制御盤７０の機能の一部は、コントローラ５３によって実現されてもよい。コントローラ５３および／または制御盤７０は、特許請求の範囲の「コントローラ」の非限定的な例になり得る。

図６に示すように、第１のシャフト３３は、第１の籾摺ロール３０よりも軸線方向外側に部分的に突出した突出部３５を備えている。突出部３５よりも更に軸線方向外側には、突出部３５よりも径が小さい小径端部３４が形成されている。突出部３５には、突出部３５の周方向位置の基準点として機能するマーカー３６が形成されている。本実施形態では、マーカー３６は、その周囲よりも径方向内側に凹んだ凹部の形態である。ただし、マーカー３６は、その周囲よりも径方向外側に突出した凸部の形態であってもよい。同様に、第２のシャフト４３は、突出部４５と小径端部４４とを備えており、突出部４５にはマーカー４６が形成されている。

図６では、軸線方向における小径端部３４，４４の最も外側の縁部の位置を位置Ｐ１として、軸線方向における突出部３５，４５の最も外側の縁部の位置を位置Ｐ２として、軸線方向における籾摺ロール３０，４０の両縁部の位置を位置Ｐ３，Ｐ４として、それぞれ示している。

図５は、測距センサ５１の各々の受光部を示す図である。本実施形態では、受光部としてエリアセンサが採用される。図示する例では、このエリアセンサは、軸線方向、および、軸線方向に直交する方向に配列された１６個×１６個の受光素子を備えている。本実施形態では、そのようなエリアセンサのうちの軸線方向に沿った一つのライン（図示する例では、ハッチングで示されるＮｏ．９のラインの受光素子）のみが、距離の計測に使用される。ただし、Ｎｏ．１～１６のいずれのラインが使用されてもよい。代替実施形態では、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に対する第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置に応じて、距離の計測に使用されるラインがＮｏ．１～１６の間で変更されてもよい。さらなる代替実施形態では、軸線方向に複数の受光素子が配列されたラインセンサが受光部として採用されてもよい。

図６に示すように、６個の測距センサ５１は、隣り合う測距センサ５１の視野幅５７同士が重なるように（つまり、視野幅の隙間ができないように）配置される。上述の通り、測距センサ５１は、軸線方向に並ぶ１６個の受光素子を備えているので、６個の測距センサ５１全体では、軸線方向に沿った９６箇所（１６×６）で距離を測定可能である。この９６箇所の測定点には、突出部３５または突出部４５、および、第１の籾摺ロール３０（ゴムロール３２）または第２の籾摺ロール４０（ゴムロール４２）上の点が含まれる。つまり、測距センサ５１は、測距センサ５１と突出部３５または突出部４５の外周面との距離Ｌ２と、測距センサ５１と第１の籾摺ロール３０（ゴムロール３２）または第２の籾摺ロール４０（ゴムロール４２）の径方向外側の縁部（つまり、外周面）との距離Ｌ１と、を軸線方向に沿った複数箇所で測定する。

図７は、第１の籾摺ロール３０に関して、このようにして複数の測距センサ５１によって測定された測定結果（１走査分）の一例を示している。軸線方向に沿った各測定点の測距センサ５１の測定結果（測距センサ５１から測定対象物までの距離）は、第１の籾摺ロール３０の有無によって大きく変わるので、その値の変化に基づいて、位置Ｐ３，Ｐ４（つまり、軸線方向における第１の籾摺ロール３０の両縁部の位置）を特定できる。この例では、位置Ｐ３と位置Ｐ４との間では、測距センサ５１と第１の籾摺ロール３０の外周面との距離Ｌ１は、一定になっている。ゴムロール３２の摩耗が進行するほど距離Ｌ１は大きくなるので、距離Ｌ１が一定であるこの測定結果に基づいて、第１の籾摺ロール３０（ゴムロール３２）が全く摩耗していないか、あるいは、均等に摩耗していることを把握できる。

図８は、第１の籾摺ロール３０に関して、複数の測距センサ５１によって測定された測定結果（１走査分）の他の例を示している。この例では、符号８０で示す箇所のみ、他の箇所と比べて摩耗の進行が速く、軸線方向に偏摩耗（くぼみ）が発生していることを把握できる。

本実施形態では、測距センサ５１による測定は、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０が回転している状態で複数回（複数走査分）行われる。これによって、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の周方向に沿った複数箇所で距離Ｌ１を測定可能になる。その結果、周方向の偏摩耗を検出できる。図９は、複数の測距センサ５１によって測定された測定結果（５走査分）の他の例を示している。測定データ８１～８５は、それぞれ、１～５回目の走査で得られた測定結果を示している。１回目の走査での測定データ８１からは、符号８７で示すように、マーカー４６に対応する距離が検出されている。測定データ８１の次に、マーカー４６に対応する距離が再び検出されたとき、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０が１回転されたことが把握される。

図９に示す例では、測定データ８１～８５の各々で、符号８６で示す軸線方向の偏摩耗が４箇所で発生していることが分かる。また、符号８６で示す偏摩耗の発生箇所は、奇数回の走査で得られた測定データ８１，８３，８５間では同一であり、偶数回の走査で得られた測定データ８２，８４間でも同一であるが、測定データ８１，８３，８５と測定データ８２，８４との間では、ずれている。このことから、軸線方向に延在する波状の偏摩耗が全周に亘って発生していることを把握できる。

検出装置５０のコントローラ５３は、摩耗検出部５４の処理として、このようにして得られる測距センサ５１の測定結果における軸線方向の変動から、軸線方向の偏摩耗を検出することができ、また、軸線方向の同一箇所での時間的な変動（測距センサ５１の走査間での変動）から、周方向の偏摩耗を検出できる。

さらに、摩耗検出部５４は、測距センサ５１によって測定される距離Ｌ１，Ｌ２に基づいて、軸線方向に沿った複数の位置におけるゴムロール４２の厚みを算出することで、ゴムロール４２の摩耗の状況（進行具合）を検出できる。ゴムロール３２，４２の厚みＴ１は、図６に示す突出部３５，４５の外径Ｄ１および鉄芯３１，４１の外径Ｄ２（これらは既知である）と、測距センサ５１によって測定される距離Ｌ１，Ｌ２と、から次式（１）によって算出され得る。
Ｔ１＝（Ｌ２＋Ｄ１／２）－Ｌ１－Ｄ２／２ ・・・（１）

上述の通り、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３は、第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３に対する位置が変更され得る。第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置が変更されると、摩耗の状況に変化がなくても、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３についての距離Ｌ１，Ｌ２も変わる。しかし、本実施形態では、上述のように距離Ｌ２が実測されるので、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３の位置が変更されても、突出部４５を基準点として利用して、ゴムロール４２の厚みＴ１を正確に検出できる。なお、第１の籾摺ロール３０については、第１のシャフト３３と、対応する測距センサ５１と、の距離（換言すれば、距離Ｌ２）は常に一定であるから、距離Ｌ２を予め測定しておけば、測距センサ５１によって距離Ｌ２を測定しなくても、ゴムロール３２の厚みＴ１を正確に検出できる。

次いで、図１０を参照して、籾摺機１０において実行される摩耗監視処理について説明する。摩耗監視処理は、検出装置５０による測定によって、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を監視する処理である。この処理は、籾摺機１０の電源が投入された後、繰り返し実行される。摩耗監視処理では、まず、制御盤７０は、検出装置５０による測定を実行する契機として設定された所定のイベントの発生を待機する（ステップＳ１１０）。

本実施形態では、所定のイベントには、籾摺機１０の運転開始指示が入力されたこと、籾摺機１０の運転終了指示が入力されたこと、および、籾摺機１０の連続運転時間が前記籾摺機の連続運転時間が閾値に達したこと、を含む。運転開始指示および運転終了指示は、例えば制御盤７０のユーザインタフェース（例えば、操作パネル）を介してユーザによって入力される。このようなイベントを契機として検出装置５０による測定を実行すれば、検出装置５０の測定に起因して籾摺機１０の生産性を大きく低下させることなく、また、望ましくない摩耗状況が長時間放置されることがないように、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を継続的に監視できる。ただし、所定のイベントは、任意の設定可能である。例えば、所定のイベントは、これらの三つのイベントのうちの任意の一つまたは二つであってもよい。あるいは、所定のイベントは、測定開始指示が、制御盤７０のユーザインタフェースを介してユーザによって入力されたことであってもよい。

そして、上述の三つのイベントのいずれかが発生すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御盤７０は、測定準備処理を行う（ステップＳ１２０）。測定準備処理とは、籾摺機１０の運転状態を、検出装置５０による測定が可能な状態（第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０が回転しており、かつ、原料（籾米）が第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０へ供給されていない状態）にするための処理である。例えば、ステップＳ１１０において、籾摺機１０の運転開始指示が入力されたと判断された場合には、制御盤７０は、測定準備処理として、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の回転を開始する。あるいは、ステップＳ１１０において、籾摺機１０の運転終了指示が入力されたと判断された場合、および、籾摺機１０の連続籾摺運転時間が閾値に達したと判断された場合には、制御盤７０は、測定準備処理として、フィーダ２２を停止することで、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０への原料の供給を停止する。

籾摺機１０が籾摺運転中である場合には、測定準備処理には、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の回転速度を、籾摺運転中（第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０への原料の供給中）よりも遅い回転速度に変更する処理が含まれてもよい。このような構成によれば、測距センサ５１の性能にかかわらず（換言すれば、測距センサ５１のスキャンレートが遅くても）、高い分解能で摩耗の状況を検出できる。

次いで、制御盤７０は、二つのシャッタ６０を閉位置から開位置へ移動させる（ステップＳ１３０）。次いで、制御盤７０は、二つの検出装置５０のコントローラ５３に測定開始指示を送信する。それによって、二つの検出装置５０のコントローラ５３は、対応する第１の籾摺ロール３０または第２の籾摺ロール４０について、測距センサ５１による上述した距離測定を行う（ステップＳ１４０）。本実施形態では、コントローラ５３の各々は、対応する第１の籾摺ロール３０または第２の籾摺ロール４０の１周分（１回転分）の測定データを複数回取得する。

次いで、制御盤７０は、二つのシャッタ６０を開位置から閉位置へ移動させる（ステップＳ１５０）。この処理は、ステップＳ１３０の実行から所定時間経過したことを契機として実行されてもよいし、コントローラ５３から測定終了を表す信号を受信することを契機として実行されてもよい。

二つの検出装置５０のコントローラ５３は、距離測定（ステップＳ１４０）を行った後、摩耗検出部５４の処理として摩耗状況検出処理を実行する（ステップＳ１６０）。具体的には、コントローラ５３は、複数周分（複数回転分）の測定データの平均値に基づいて、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の外周面全体に亘る、ロールの厚みについての３次元データを取得する。ロールの厚みは、摩耗の進行につれて小さくなるので、この処理は、第１の籾摺ロール３０または第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を検出することを意味する。この３次元データは、コントローラ５３のメモリに保存される。

ステップＳ１６０では、摩耗検出部５４は、さらに、第１の籾摺ロール３０または第２の籾摺ロール４０の摩耗状況の解析を行う。本実施形態では、摩耗状況の解析には、摩耗状況が正常であるか否かの判定が含まれる。具体的には、以下の異常条件１～６が設定されており、ステップＳ１６０で得られた３次元データがいずれの異常条件も満たさない場合に、摩耗検出部５４は、摩耗状況が正常であると判定する。

異常条件１：ゴムロール３２，４２の少なくとも一方の厚みＴ１が第１の閾値（使用限界値）以下であること。
異常条件２：ゴムロール３２，４２の少なくとも一方の厚みＴ１が第２の閾値（第１の閾値よりも大きい値）以下であること。
異常条件３：ゴムロール３２，４２の少なくとも一方の厚みの分布の最大値と最小値との差が第３の閾値以上であること。
異常条件４：ゴムロール３２，４２の少なくとも一方に、第４の閾値以上の幅の細長い凹部または凸部が存在すること。
異常条件５：ゴムロール３２，４２の少なくとも一方の軸線方向の縁部に第５の閾値以上の高さの凸部が存在すること。
異常条件６：第２の籾摺ロール４０の厚みＴ１に対するゴムロール３２の厚みＴ１が第６の閾値以下であること。

ただし、摩耗状況が正常であるか否かの基準は、異常条件１～６に限られず、任意に設定され得る。例えば、第１の籾摺ロール３０についての距離Ｌ１が第７の閾値以上であることが異常条件として設定されてもよい。第１の籾摺ロール３０についての距離Ｌ２は一定であるから、この異常条件は、実質的には、ゴムロール３２についての異常条件２と等価である。

本実施形態では、摩耗状況の解析には、さらに、第１の籾摺ロール３０および／または第２の籾摺ロール４０の交換時期の推定が含まれる。例えば、摩耗検出部５４は、制御盤７０のメモリに保存された、過去に実行された摩耗監視処理のステップＳ１６０で得られた３次元データと、今回実行されている摩耗監視処理のステップＳ１６０で得られた３次元データと、の差分（摩耗進行量）と、これらの二つの摩耗監視処理の間での累積籾摺運転時間と、に基づいて、単位運転時間当たりの摩耗量（実績値）を算出する。なお、上記差分（摩耗進行量）がマイナスの値であるときは、新たな籾摺ロールに取り替えられたと判断される。そして、摩耗検出部５４は、現在のゴムロール３２，４２の厚みと、単位運転時間当たりの摩耗量と、に基づいて、ゴムロール３２，４２の厚みが第１の閾値（使用限界値）に達するまでの予測運転可能時間（あるいは、予測処理可能量）を算出する。

コントローラ５３は、ステップＳ１６０での摩耗状況の解析結果を、通信インタフェース５５を介して制御盤７０に送信する。制御盤７０は、予測運転可能時間（あるいは、予測処理可能量）を受け取って、出力してもよい。出力先は、例えば、制御盤７０のディスプレイ、制御盤７０に接続されたプリンタ、制御盤７０と通信可能な情報処理端末などであってもよい。このような構成によれば、ユーザは、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０を交換すべき大まかなタイミングを知ることができる。したがって、ユーザは、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の交換時期までに、交換用の籾摺ロールを確実に用意（注文）しておくことができる。

次いで、制御盤７０は、検出装置５０から送信された第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況が正常であるか否かを判断する（ステップＳ１７０）。判断の結果、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の少なくとも一方の摩耗状況が正常でなければ（ステップＳ１７０：ＮＯ）、制御盤７０は異常対応処理を実行する（ステップＳ１８０）。本実施形態では、異常対応処理は、発生している異常の種類に応じて異なる内容で実行される。

具体的には、異常条件１を満たす場合には、制御盤７０は、籾摺機１０の運転を停止するとともに（実行中の摩耗監視処理の終了に伴う籾摺運転への復帰を禁止しつつ）、ユーザに対して報知処理を行う。報知処理は、例えば、制御盤７０のディスプレイ上での警告メッセージの表示、音または音声による警告、情報処理端末への警告メッセージの送付などの任意の態様で行うことができる。ここでの報知は、第１の籾摺ロール３０および／または第２の籾摺ロール４０（異常条件１を満たす籾摺ロール）の即時交換を促すために行われ、警告メッセージもそのような内容になる。

また、異常条件２～５の少なくとも一つを満たす場合には、制御盤７０は、籾摺機１０の運転を継続しつつ（実行中の摩耗監視処理の終了に伴う籾摺運転への復帰を許容しつつ）、ユーザに対して報知処理を行う。ここでの報知処理は、第１の籾摺ロール３０および／または第２の籾摺ロール４０（異常条件２～５の少なくとも一つを満たす籾摺ロール）の交換のために籾摺機１０の運転を停止させるか否かのユーザ指示を受け付けるために行われ、警告メッセージもそのような内容になる。

また、異常条件６を満たす場合には、制御盤７０は、籾摺機１０の運転を継続しつつ、ユーザに対して報知処理を行う。ここでの報知処理は、第１の籾摺ロール３０と第２の籾摺ロール４０とのローテーションを促すために行われ、警告メッセージもそのような内容になる。ローテーションとは、第１の籾摺ロール３０を第２のシャフト４３に取付けるとともに、第２の籾摺ロール４０を第１のシャフト３３に取り付けることである。周速度が相対的に速い籾摺ロールは、周速度が相対的に遅い籾摺ロールと比べて摩耗速度が速い（例えば、２倍速い）ので、ローテーションを行えば、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の両方を使用限界値付近のゴム厚まで使い切ることができる。

異常対応処理を行うと、あるいは、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の両方の摩耗状況が正常であれば（ステップ１７０：ＹＥＳ）、制御盤７０は、ステップＳ１１０の判断に使用する連続運転時間のタイマをリセットする（ステップＳ１９０）。次いで、制御盤７０は、測定準備解除処理を行う（ステップＳ２００）。測定準備解除処理とは、籾摺機１０の運転状態を、測定準備処理（ステップＳ１２０）を行う前の状態に戻す処理である。例えば、ステップＳ１１０での所定のイベントが運転開始指示の入力であれば、制御盤７０は、通常の運転開始処理を行う。あるいは、所定のイベントが運転終了指示の入力であれば、制御盤７０は、通常の運転停止処理を行う。所定のイベントが、連続籾摺運転時間が閾値に達したことであれば、制御盤７０は、籾摺運転を再開する。こうして、摩耗監視処理は終了となる。

上述した籾摺機１０によれば、測距センサ５１を利用した簡単な構成で、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を検出できる。しかも、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の各々について、ゴムロール３２，４２の厚み（摩耗の状況）についての３次元データを、その外周面全体に亘って取得できる。このため、周方向の偏摩耗、軸線方向の偏摩耗、ロールの寿命間近の均一な摩耗など、種々の摩耗を正確に検出することができる。

また、籾摺機１０によれば、測距センサ５１が利用されるので、接触センサを利用する場合とは対照的に、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況を継続的に（つまり、摩耗の進行履歴を把握可能に）監視できる。この利点を生かして、制御盤７０は、摩耗状況に応じて（つまり、摩耗検出部５４による検出結果に応じて）籾摺機１０の運転制御パラメータを変更してもよい。例えば、制御盤７０は、摩耗が進行するほど、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の周速度を上げてもよい。あるいは、制御盤７０は、摩耗が進行するほど、フィーダ２２による供給量を低減してもよい。あるいは、制御盤７０は、摩耗が進行するほど、第１のシャフト３３と第２のシャフト４３との距離が小さくなるようにエアシリンダ２８を制御してもよい。このような構成によれば、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の摩耗状況に応じた適切な運転を行うことができる。このような制御は、ステップＳ１８０で報知処理がなされた後のみで行われてもよい。あるいは、籾摺機１０が、第１のシャフト３３および第２のシャフト４３の回転速度を変更可能な機構を備えており、かつ、異常条件６を満たす場合には、制御盤７０は、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の周速度の大小関係を逆にする制御を行ってもよい。

以下、図１１を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態は、一つの測距センサ１５１のみを用いて距離測定を行う点のみが第１実施形態と異なっている。本実施形態では、測距センサ１５１は、軸線方向、および、軸線方向に直交する方向に配列されたＮ個×Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の受光素子を備えている（図１１の例では、Ｎ＝３２）。本実施形態では、そのようなエリアセンサのうちの軸線方向に沿った一つのラインのみが、距離の測定に使用される。

軸線方向に並ぶＮ個の受光素子のうちのｎ番目の受光素子による第１の籾摺ロール３０および第１のシャフト３３（または、第２の籾摺ロール４０および第２のシャフト４３）の上の測定点と、測距センサ１５１と、の軸線方向に直交する方向の距離Ｌ（第１実施形態の距離Ｌ１，Ｌ２に相当する距離）は、次式（２）によって算出され得る。式（２）において、Ｌｎは、Ｎ個の受光素子のｎ番目の受光素子によって実際に測定される距離であり、θｎは、ｎ番目の受光素子の測距角度である。
Ｌ＝Ｌｎ・ｓｉｎθｎ ・・・（２）

ここで、θｎは、次式（３）によって算出される。式（３）において、θｓは、水平基準線１５７に対する測距センサ１５１の設置角度であり、θｒは、受光素子一つ分の視野幅角度であり、次式（４）によって算出される。式（４）において、θｆは、測距センサ１５１全体での視野幅角度である。
θｎ＝θｓ＋（θｒ・ｎ） ・・・（３）
θｒ＝θｆ／Ｎ ・・・（４）

このような第２実施形態によっても、軸線方向に沿った複数箇所の測定結果に基づいて、ロールの厚みについての３次元データを取得できる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、測距センサの数を低減できるので、装置構成を簡素化できるとともに、製造コストを低減できる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、上記した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、任意の省略が可能である。

例えば、上述したフローチャートは、一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、フローチャートを構成する各処理は、処理順序の変更や、等価な処理への変更が可能である。

あるいは、検出装置５０による測定は、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０が回転していない状態で行われてもよい。あるいは、検出装置５０による測定は、軸線方向における第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の１箇所に対してのみ行われてもよい。

あるいは、検出装置５０によって、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の一方のみが摩耗状況を監視されてもよい。一般的に、第１の籾摺ロール３０および第２の籾摺ロール４０の各々の摩耗の進行速度は、その周速度と相関を有しているので、一方の籾摺ロールの摩耗状況を監視すれば、他方の籾摺ロールの摩耗状況を予測可能である。この構成によれば、籾摺機１０の装置構成を簡素化できる。

あるいは、検出装置５０による摩耗検出は、籾摺機１０に限られず、使用に伴い摩耗する回転部品を有する種々の装置に適用可能である。そのような装置は、例えば、ロール製粉機、精米機などであってもよい。

１０...籾摺機
２１...投入孔
２２...フィーダ
２３...シュート
２４...籾摺室
２５...第１のジョイント
２６...アーム
２７...第２のジョイント
２８...エアシリンダ
２９...モータ
３０...第１の籾摺ロール
３１...鉄芯
３２...ゴムロール
３３...第１のシャフト
３４...小径端部
３５...突出部
３６...マーカー
３９...軸受
４０...第２の籾摺ロール
４１...鉄芯
４２...ゴムロール
４３...第２のシャフト
４４...小径端部
４５...突出部
４６...マーカー
５０...検出装置
５１...測距センサ
５２...ハウジング
５３...コントローラ
５４...摩耗検出部
５５...通信インタフェース
５６...測定経路
５７...視野幅
６０...シャッタ
７０...制御盤
８０，８６...偏摩耗箇所測定データ
８１～８５...測定データ
８７...基準位置箇所測定データ
１５１...測距センサ
１５７...水平基準線
ＡＸ１，ＡＸ２...回転軸線

Claims (10)

1. 使用に伴い摩耗する回転部品の摩耗状況を検出するための検出装置であって、
   前記回転部品の回転軸線に関する径方向外側の縁部までの距離を測定するように構成された測距センサと、
   前記測距センサの測定結果に基づいて前記回転部品の前記摩耗状況を検出するように構成された摩耗検出部と
   を備えた検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置であって、
   前記測距センサは、さらに、前記回転部品を支持する支持部材であって、前記回転部品よりも軸線方向外側に部分的に突出する支持部材までの距離を測定するように構成された
   検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の検出装置であって、
   前記測距センサは、前記回転部品の前記回転軸線に平行な方向に沿った前記回転部品上の複数箇所で前記径方向外側の縁部までの距離を測定するように構成された
   検出装置。
4. 籾摺機であって、
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の検出装置と、
   前記回転部品としての一対の籾摺ロールと、
   前記籾摺機の動作を制御するコントローラと
   を備え、
   前記検出装置は、前記一対の籾摺ロールの少なくとも一方を検出対象ロールとして、前記摩耗状況を検出するように構成され、
   前記コントローラは、前記検出対象ロールが回転している状態で測定を行って、前記検出対象ロールの周方向に沿った複数箇所で前記径方向外側の縁部までの距離を測定するように、前記検出装置を制御するように構成された
   籾摺機。
5. 請求項２を従属元に含む請求項４に記載の籾摺機であって、
   前記一対の籾摺ロールは、第１の籾摺ロールと第２の籾摺ロールとを含み、
   前記支持部材は、前記第１の籾摺ロールが同軸状に取り付けられる第１のシャフトと、前記第２の籾摺ロールが同軸状に取り付けられる第２のシャフトと、を含み、
   第２の籾摺ロールおよび前記第２のシャフトは、前記第１の籾摺ロールおよび前記第１のシャフトに対する距離を変更可能に構成され、
   前記検出対象ロールは、前記第２の籾摺ロールを含み、
   前記第２のシャフトは、前記第２の籾摺ロールよりも軸線方向外側に突出した突出部を備え、
   前記測距センサは、前記第２の籾摺ロールの前記径方向外側の縁部までの距離と、前記第２のシャフトの前記突出部までの距離と、を測定するように構成された
   籾摺機。
6. 請求項４または請求項５に記載の籾摺機であって、
   前記測距センサの測定経路と干渉しない第１の位置と、前記測距センサの前記測定経路を遮る第２の位置と、の間で変位可能に構成されたシャッタを備え、
   前記コントローラは、前記測距センサによる測定時に前記シャッタが前記第１の位置に位置し、前記測距センサによる測定を行わない時に前記シャッタが前記第２の位置に位置するように、前記シャッタを制御するように構成され、
   少なくとも前記シャッタが前記第２の位置にあるときに、前記測距センサは、前記一対の籾摺ロールが収容される空間から隔離される
   籾摺機。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の籾摺機であって、
   前記コントローラは、所定のイベントの発生時に、前記一対の籾摺ロールへの原料の供給が停止された状態で、前記測距センサによる測定を実行するように構成され、
   前記所定のイベントは、前記籾摺機の運転開始指示が入力されたこと、前記籾摺機の運転終了指示が入力されたこと、および、前記籾摺機の連続運転時間が閾値に達したこと、の少なくとも一つを含む
   籾摺機。
8. 請求項４ないし請求項７のいずれか一項に記載の籾摺機であって、
   前記コントローラは、前記摩耗検出部によって所定の摩耗状況が検出されたときに報知処理を行うように構成された
   籾摺機。
9. 請求項４ないし請求項８のいずれか一項に記載の籾摺機であって、
   前記コントローラは、前記測距センサによる測定中は、前記一対の籾摺ロールへの原料の供給中の回転速度よりも低い回転速度で前記一対の籾摺ロールを回転させるように構成された
   籾摺機。
10. 請求項４ないし請求項９のいずれか一項に記載の籾摺機であって、
    前記コントローラは、前記摩耗検出部による検出結果に基づいて前記籾摺機の運転制御パラメータを変更するように構成された
    籾摺機。

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