JP4143380B2 - 穀粒の特性計測方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、穀粒の特性計測方法およびその装置に関するものであり、より具体的には、穀粒の一粒一粒について、少なくとも、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特徴を計測することによって得られる穀粒の特性（以下、外観的な特性という）と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特徴を計測することによって得られる穀粒の特性（以下、物理的な特性という）とを一連の作業によって計測し、穀粒の一粒ごとの特性を計測する穀粒の特性計測方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における小麦などの穀粒の特性を計測する装置としては、計測対象となる穀粒を一粒ずつ分離して配置し、この穀粒の群を一括して光学的に撮像し、この画像を画像解析することによって、穀粒の形状や大きさなどの外観的な特性を計測する装置や、穀粒を一粒ずつ分離して搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送された穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測する装置などが知られている。しかしながら、これらの計測装置は、いずれも数百個〜数万個の穀粒を１ロットとして外観的な特性または物理的な特性の一方のみを計測するものであって、測定結果は統計的に処理されたデータとして出力されるものであって、穀粒一粒ずつの外観的な特性と物理的な特性との関連については計測することができなかった。
【０００３】
また、特許文献１には、計測対象となる穀粒を一粒ずつ分離して搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送される穀粒の品質情報と大きさを計測する穀物の品位計測装置が開示されている。しかし、この装置は、光学的な計測手段によって穀粒の品質情報と大きさを計測する装置であって、品質情報として水分量（含水率）が、穀粒の大きさとして粒長が含まれてはいるが、穀粒の品質特性として穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを必要とする小麦などの穀粒の品質特性を計測するには適さないものである。
【０００４】
従って、上記特許文献１に開示された装置は、実施例として示された米などのように殻（籾殻）を取り除いた上で（取引のための）特性の計測が行われる穀粒に適用可能なものであって、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで（取引のための）特性の計測が行われる穀粒では、透過光のみでは品質情報を計測することができないので、このままでは、小麦などの品質特性を計測するのには使用することができないものである。
【０００５】
また、小麦などでは、１回の取引で売買される量が非常に大きく、この中には複数の品種や複数の産地で産出されたものなど品質特性の異なる小麦が混在していることもある。この品種や産地の違いによって、この小麦を製粉した小麦粉の品質が大幅に変わることは自明であり、小麦においては、異なった品種や産地の違う小麦が混在しているか否かは、品質に関する情報としては非常に重要な要素である。そして、この品種や産地の違いは、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって判別できることが多い。
【０００６】
また、製粉した小麦粉の品質は、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性に依存していることが多い。小麦を製粉する際に、高品質の小麦粉を歩留り良く得るためには、小麦の硬度や重量，含水率などの物理的な特性によってミルの破砕圧などを調整することが望ましく、一定の品質の小麦粉を得るためには、産地や品種の異なる小麦をブレンドして製粉することも必要である。
【０００７】
このためには、１ロットの小麦の中に複数の異なった品質の小麦が混在しているときには、それぞれの品質の特徴と混合比率などを知ることが重要である。しかしながら、従来技術の穀粒の特性計測方法または装置では、１ロットの小麦の全体（集合体）としての特性（いわゆる、マクロな特性）は計測可能であるが、異なった産地や品質の小麦が混在しているときに、それぞれの産地や品質の特徴とその混合比率などを知ることはできず、１ロットの小麦を構成する小麦の品種や産地の違いによる特性の違いを正確に把握することはできなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−８３７３３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、前述の問題点を解決して、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで取引される穀粒において、その品質情報を示す穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを一連の作業工程で計測し、かつ、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって推定される産地の差異と、この異なる産地によって生じる穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性の差異を推定することが可能な穀粒の特性計測方法およびその装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明に係る穀粒の特性計測方法は、穀粒の外観的な特性と物理的な特性とを相互に関連付けて計測する穀粒の特性計測方法であって、穀粒を一粒ずつ番号付けされた所定の位置に分離して配列する第１のステップと、この番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測する第２のステップと、前記番号付けされた穀粒を一粒ずつ、番号付けされた状態で搬送する第３のステップと、前記一粒ずつ搬送された穀粒を最終的には破砕して、穀粒の物理的な特性を計測する第４のステップと、前記第２のステップで計測した外観的な特性と前記第４のステップで計測した物理的な特性とを前記番号付けされた穀粒の番号ごとに整理して記憶する第５のステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記外観的な特性が、少なくとも穀粒の形状，大きさおよび色合いを含むものであり、前記物理的な特性が、少なくとも穀粒の硬度，重量および含水率を含むものであることが好ましく、さらに、前記各ステップに加えて、前記外観的な特性および前記物理的な特性を統計的に処理して、前記穀粒の集合体としての品質特性を算出することが好ましい。そして、前記穀粒の集合体としての品質特性が、前記外観的な特性あるいは前記物理的な特性をパラメータとして算出されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る穀粒の特性計測装置は、穀粒を一粒ずつ分離して収納する多数の孔を有する穀粒収納プレートと、この穀粒収納プレートによって所定の位置に配置され、その位置によって番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性を計測する外観特性計測装置と、前記所定の位置に配置された穀粒を、所定の順番で一粒ずつ順次搬送する穀粒搬送装置と、この穀粒搬送装置で搬送された穀粒を受け取り、硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測する物理特性計測装置と、前記外観特性計測装置および前記物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を記憶するデータ記憶装置とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る穀粒の特性計測装置は、これに加えて、前記外観特性計測装置および前記物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を統計的に処理して、穀粒の集合体としての特性を演算する演算装置と、前記データ記憶装置に記憶されている穀粒ごとの計測値および前記演算装置で演算した穀粒の集合体としての特性などを表示する表示装置とを有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記外観特性計測装置が、前記所定の位置に配置された穀粒の群を光学的にスキャンニングして撮像する撮像装置と、この撮像装置で撮像された画像を解析してそれぞれの穀粒の外観的な特性を個別に計測する画像解析装置であることが好ましい。さらに、前記物理特性計測装置が、前記穀粒の一粒ごとの重量を測定する重量計と、前記穀粒を一粒ごとに破砕する破砕装置とを有し、この破砕装置で穀粒を破砕する際の破砕荷重と破砕された穀粒の電気伝導率から穀粒の硬度と含水率を演算して求めることが好ましい。なお、前記穀粒搬送装置としては、エアシューターが好適に用い得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の穀粒の特性計測方法およびその装置について、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の全体を概念的に示した斜視図であり、図２は、そのうちの穀粒収納プレートの移動装置を示す断面図、図３は、同平面図、また、図４は、穀粒搬送装置であるエアシューターの詳細を示す断面図、図５は、穀粒収納プレートの平面図、図６は、同断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る穀粒の特性計測装置１０には、小麦のような穀粒（以下、小麦を例にして説明する）を一粒ずつ分離して収納する多数の収納孔を有する穀粒収納プレート１２が設けられており、この穀粒収納プレート１２に形成された多数の穀粒収納孔１２ａに小麦を一粒ずつ収納することによって、小麦を所定の位置に配置するようになっている。この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａは、小麦を一粒ずつ収納することが可能であって、かつ２個以上の小麦が収納できないように、図５に示すように、１０ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさの長円になっており、穀粒収納プレート１２は、厚さ５ｍｍ程度の透明なプラスチックで形成されている。
【００１７】
そして、この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに小麦を収納する際には、この穀粒収納プレート１２の上に適宜の量の小麦を載置し、この小麦を人が手などで全体に広げることによって穀粒収納孔１２ａに小麦を一粒ずつ収納することができる。もちろん、穀粒収納プレート１２を適宜傾斜させて小麦をその傾斜の上端に載置し、穀粒収納プレート１２を振動させて小麦を流下させることによって自動的に穀粒収納孔１２ａに一粒ずつの小麦を収納することもできるが、この実施態様では、この穀粒の特性計測装置は高い生産性を必要とするものではないので、人手によって小麦を全体に広げる方法を採用している。
【００１８】
この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａには、その配置された位置に従って１個ごとに番号が付されており、この番号でその穀粒収納孔１２ａに収納された小麦に番号付けを行う。この番号は、必ずしも穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに表示する必要はなく、任意の記憶装置に小麦を収納する位置とその番号を記憶しておき、必要に応じて、小麦とその番号を読み出すのみでも良いことはもちろんである。
【００１９】
本実施態様では、穀粒収納プレート１２は、撮像装置としてのスキャナ１４により撮像されるように構成されている。すなわち、スキャナ１４上において、穀粒収納プレート１２の所定の位置にそれぞれ配置された小麦の群を光学的にスキャンニングし、一括して撮像する。そして、このスキャナ１４で撮像された画像は、画像解析装置１６で解析されて、それぞれの小麦の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性を個別に計測し、小麦の位置によって番号付けされた番号とともにデータ記憶装置１８に記憶される。このスキャナ１４と画像解析装置１６とは、少なくとも小麦の形状，大きさおよび色合いなどの外観的な特性を計測するものであって、スキャナ１４と画像解析装置１６とで外観特性計測装置２０を構成している。
【００２０】
ここで、スキャナ１４によって、穀粒収納プレート１２の所定の位置に配置された小麦の群を光学的にスキャンニングし、一括して撮像して画像解析することは、通常の撮像装置とその画像解析装置が有している機能であり、この外観特性計測装置２０はその機能を利用したものであって、他の撮像方法、例えば穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納された小麦を一粒ずつ番号順にスキャンニングして撮像する方法などであっても良いことはもちろんである。
【００２１】
また、スキャナ１４上の穀粒収納プレート１２が載置される位置によっては、小麦の一部が穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａの壁面の陰になる場合がある。このため、本実施形態では穀粒収納プレート１２を透明なプラスチックで形成している。
【００２２】
スキャナ１４によって撮像された小麦は、穀粒搬送装置２２によって物理特性計測装置２４に搬送される。この穀粒搬送装置２２は、図１には搬送パイプ２６のみが描かれているが、前述したように、穀粒収納プレート１２の所定の位置に配置されて番号付けされた小麦を一粒ずつ順次搬送するものであって、その詳細は後述するので、ここでは具体的な説明は省略する。
【００２３】
物理特性計測装置２４は、穀粒搬送装置２２で搬送された小麦を受け取って、小麦の硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測するものであって、一粒ずつ搬送された小麦の一粒ごとの重量を測定する重量計２８と、その下方にあって小麦を一粒ごとに破砕する破砕装置３０とを有している。重量計２８は、アーム２８ａの先端の凹部２８ｂに搬送されてきた小麦を受け取り、ｍｇ単位で精密に計測するものであって、重量の計測後、小麦はガイドシューター３２を経て破砕装置３０に搬送される。破砕装置３０は、外周に図示されていない破砕溝が形成されて回転する破砕ロール３４と、この破砕ロール３４に向かって、ピボット３６を回転中心にして付勢されるバックアップアーム３８とを有している。
【００２４】
ガイドシューター３２から破砕装置３０に供給された小麦は、破砕ロール３４とバックアップアーム３８との間に落下して、破砕ロール３４の回転によって破砕される。このとき、破砕装置３０では、図示されていないロードセルによって小麦の破砕荷重を計測し、続いて、破砕された小麦に微弱電流を流して小麦の電気伝導率を計測する。小麦の硬度は、この小麦の破砕荷重から所定の計算式で演算することによって求められ、小麦の含水率は、小麦の破砕荷重と電気伝導率から所定の計算式で演算することによって求められる。
【００２５】
このようにして求められた一粒ずつの小麦の重量および硬度と含水率の計測値は、小麦の番号付けされた番号とともにデータ記憶装置１８に記憶される。従って、データ記憶装置１８には、外観特性計測装置２０で計測された小麦の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性の計測値と、物理特性計測装置２４で計測された小麦の重量および硬度と含水率の計測値とが、番号付けされた小麦の番号とともに記憶されることになる。
【００２６】
演算装置４０では、これら外観特性計測装置２０および物理特性計測装置２４で計測した小麦の一粒ずつの計測値を統計的に処理して、小麦の集合体としての特性（いわゆる、マクロな特性）を演算する。このとき、小麦の計測値は、番号付けされた小麦の番号とともに記憶されているので、小麦の形状、例えば小麦の縦横比が所定の数値より大きな小麦のみを選択して、その割合および重量と硬度の分布を求めるなど、複数の品種や産地のものが混合していると思われるときに、品種や産地で異なる外観的な特性によって、混合されている比率や、品種や産地ごとの硬度や重量，含水率などの物理的な特性を推定することができる。そして、これらの小麦ごとの外観的な特性や物理的な特性の計測値、および統計的に処理した小麦の群ごとの推定値などは、ディスプレイ４２に表示し、あるいはプリンタ（図示されていない）でプリントアウトすることができる。
【００２７】
図２ないし図６は、外観特性計測装置２０で撮像される小麦を載置するテーブルおよびこの小麦を物理特性計測装置２４に搬送する穀粒搬送装置２２の具体的な実施態様を示すものであって、図２は穀粒収納プレートの移動装置の１実施態様を示す断面図であり、図３はこの穀粒収納プレートの移動装置の平面図、図４は穀粒搬送装置の１実施態様であるエアシューターの詳細を示す断面図である。また、図５は穀粒収納プレートの平面図、図６はこの穀粒収納プレートの断面図である。
【００２８】
図２および図３に示すように、本実施態様では、穀粒収納プレート１２は、十分に広いテーブル５０の上に載置されており、テーブル５０は基板５２に固定された４本の支持脚５４によって支持されている。穀粒収納プレート１２は、図５および図６に示されているように、ほぼ円形をした透明なプラスチックの板からなっており、前述したように、多数の穀粒を一粒ずつ分離して収納するための多数の穀粒収納孔１２ａが所定の位置に配置されている。
【００２９】
図５および図６に示す実施態様では、穀粒収納プレート１２は、厚さ５ｍｍ程度の透明なプラスチックで形成されており、このプレート５６に形成される穀粒収納孔１２ａは、可能な限り多数の小麦が一粒ずつ収納できるように、ほぼ１０ｍｍの間隔で４５°傾斜して配置されており、かつ２個以上の小麦が同じ穀粒収納孔１２ａに収納されることがないように、孔の大きさは１０ｍｍ×５ｍｍ程度の長円の透孔となっている。
【００３０】
穀粒収納プレート１２の本体となるプレート５６はプラスチックで形成されているので、プレート５６の中心部に、後述するチャックを挿入する中心孔５８ａと位置決めピンを挿入する小孔５８ｂとが設けられたステンレス製の補強板５８が固定されている。この補強板５８は、チャックや位置決めピンを挿入する中心孔５８ａや小孔５８ｂが磨耗して変形することを防止するものであって、プレート５６と補強板５８とは一体にしっかりと固定された構造となっている。
【００３１】
テーブル５０の側方（図２では右側）には、テーブル５０の上に載置された穀粒収納プレート１２を移動させる穀粒収納プレートの移動装置６０が配置されている。この穀粒収納プレートの移動装置６０は、穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納された小麦を後述する穀粒搬送装置の位置に移動させるものであって、図示されていないサーボモータによって矢印Ａ方向（図３参照）に移動するスライド６２と、先端にチャック６４と位置決めピン６６とを有する回転軸６８とによって構成されている。
【００３２】
スライド６２には上面に基板７０が固定されており、この基板７０から１対のアーム７２がテーブル５０の上方に伸びている。そして、このアーム７２と１体となったハウジング７４には、ボールベアリング７６を介して回転可能となったスリーブ７８が垂直に取り付けられている。回転軸６８は、このスリーブ７８の中空孔に挿入されており、回転軸６８の上端の調整ねじ６８ａと調整ナット８０とによって、穀粒収納プレート１２の中心孔５８ａに挿入されたチャック６４が適正なチャック力で穀粒収納プレート１２を保持するように調整可能となっている。
【００３３】
一方、基板７０の上面には、左右方向（図２参照）に調整可能に取り付けられた調整板８２に固定されたサーボモータ８４が設けられており、このサーボモータ８４の回転が歯付プーリ８６、歯付ベルト８８および歯付プーリ９０によって伝達されてスリーブ７８を回転させる。そして、このスリーブ７８の回転によって、スリーブ７８とともに回転軸６８が回転する。歯付プーリ８６、歯付ベルト８８および歯付プーリ９０は、安全のためにベルトカバー９２によって全体が覆われている。また、歯付ベルト８８のテンションは、調整板８２を左右方向に移動して調整することができる。
【００３４】
本実施態様における穀粒収納プレートの移動装置６０は、以上に説明したように構成されているので、穀粒収納プレート１２の補強板５８に形成された中心孔５８ａにチャック６４を挿入して適正なチャック力で穀粒収納プレート１２を保持するとともに、小孔５８ｂに位置決めピン６６を挿入して、回転軸６８に対する穀粒収納プレート１２の位置を位置決めすることができる。従って、スライド６２を矢印Ａ方向に移動するとともにサーボモータ８４を回転することによって、任意の穀粒収納孔１２ａを後述する穀粒搬送位置Ｂ（図３参照）に位置決めすることができる。
【００３５】
この穀粒収納プレートの移動装置６０は、以上に説明した構成に限定されるものではなく、例えば、スライド６２の矢印Ａ方向の移動とサーボモータ８４の回転に代えて、スライドをＸＹ方向に移動するクロススライドとして、このクロススライドで穀粒収納プレートをＸＹ方向に移動するように構成してもよく、あるいは、クロススライドを穀粒収納プレートの下方に配置して、クロススライドで穀粒収納プレートを直接ＸＹ方向に移動するように構成し、後述するロボットハンドで小麦を搬送してもよいことは明らかである。
【００３６】
穀粒搬送装置２２は、前述の穀粒収納プレートの移動装置６０によって所定の位置、すなわち穀粒搬送位置Ｂに移動した小麦を一粒ずつ物理特性計測装置２４に搬送するものであって、本実施態様では、エアシューターが採用されている。このエアシューターは、図３に平面図が、図４に断面図が示されているように、穀粒搬送位置Ｂに移動した小麦をエアで吹き飛ばして搬送するものであって、図示されていない空気源からエアチューブ９４で供給されるエアを、所定のタイミングで、穀粒搬送位置Ｂの上方に穀粒収納プレート１２に接近して配置されたノズル９６から吹き出し、このエアの圧力で搬送パイプ２６を通して小麦を物理特性計測装置２４に搬送する。
【００３７】
ノズル９６は、テーブル５０に固定されたノズル取付台９８によって保持されており、ノズル９６の下方のテーブル５０の穀粒搬送位置Ｂには、透孔５０ａが設けられていて、この透孔５０ａの下部に搬送パイプ２６が固定されている。透孔５０ａの孔径は、穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａの長径とほぼ同じ１０ｍｍ程度の径とすることが望ましく、搬送パイプ２６の内径は、透孔５０ａの孔径と段差が生じないように同じ１０ｍｍ程度の径とすることが望ましい。
そして、搬送パイプ２６は、小麦をエアで搬送する際に摩擦抵抗が少なく、かつ汚れが内面に付着して摩擦抵抗が変動しないように、ステンレスパイプとすることが望ましい。
【００３８】
搬送パイプ２６の先端には、図示されていないが、空気抜きの小孔を設けてエアの圧力を下げ、あるいは搬送パイプ２６の内面に摩擦抵抗の大きな部分を設けることによって搬送される小麦の速度を落とし、適正な速度にしてから物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納する。また、搬送パイプ２６の管路を狭くして小麦の搬送される向きを一定にしてから物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納することが望ましい。
【００３９】
これらの小麦の搬送速度を落とす方法や搬送される小麦の向きを一定にする方法は、各種の方法が知られているので、これらの方法から最適な方法を選択することができる。また、小麦が途中で停止することなく物理特性計測装置２４の小麦収納位置に到達したか否かを検出する装置を設けることが望ましい。
【００４０】
以上の説明では、穀粒搬送装置２２としてエアシューターを採用した例について説明したが、穀粒搬送装置２２はエアシューターに限られるものではなく、通常のロボットハンド、例えばピックアップアンドプレースユニットを使用して、先端のノズルに吸着するように構成することもできる。この場合には、前述したように、穀粒収納プレートの移動装置６０をクロススライドでＸＹ方向に移動するように構成することが望ましい。
【００４１】
図７は本実施形態に係る穀粒の特性計測方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る穀粒の特性計測方法をスタート（ステップ１００）すると、第１のステップ１０２で小麦を穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納することによって、一粒ずつ番号付けされた所定の位置に分離して配列する。次いで、第２のステップ１０４において、この番号付けされた穀粒をスキャナ１４で撮像して画像解析装置１６で画像解析し、小麦の形状，大きさおよび色合いなどを含む外観的な特性を計測する。そして、この第２のステップ１０４で計測した外観的な特性のデータをデータ記憶装置１８に送ってデータ記憶（ステップ１０６）する。
【００４２】
第３のステップ１０８は、テーブル５０を移動して穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａを穀粒搬送位置Ｂに移動させるテーブルの移動工程（ステップ１１０）と、穀粒搬送装置２２で番号付けされた状態の小麦を一粒ずつ物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納する小麦の搬送工程（ステップ１１２）とを含む。そして、物理特性計測装置２４の小麦収納位置に搬送された小麦は、第４のステップ１１４で小麦の一粒ずつの重量計測（ステップ１１６）を行い、最終的には破砕（ステップ１１８）して、破砕圧の計測（ステップ１２０）と電気伝導率の計測（ステップ１２２）を行って、小麦の硬度や含水率などの物理的な特性を計測する。この物理特性計測装置２４で計測された小麦の物理的な特性も、データ記憶装置１８に送られてデータ記憶（ステップ１０６）する。
【００４３】
そして、これらの計測が全ての小麦について終了したか否かを判別（ステップ１２４）し、終了していないときには、ふたたび第３のステップ１０８に戻り、全部の小麦の計測が終了するまでこの計測が繰り返される。全部の小麦の計測が終了すると、穀粒の特性計測装置１０は、装置の停止（ステップ１２６）となって待機する。
【００４４】
一方、データ記憶（ステップ１０６）されたデータは、ステップ１２８で番号付けされた小麦の一粒ごとに整理して記憶され、どのように処理して出力するかを指定する出力指定（ステップ１３０）に従って、外観的な特性および物理的な特性を統計的に処理するなどの演算（ステップ１３２）が行われ、小麦一粒ずつの、あるいは小麦の群（集合体）全体としての品質特性を算出する。このとき、番号付けされた小麦ごとにデータが整理して記憶されているので、外観的な特性あるいは物理的な特性の一部あるいは全部をパラメータとして算出し、パラメータごとに区分けした品質特性を算出することができる。
【００４５】
このようにして算出された小麦の品質特性は、データ表示（ステップ１３４）によって、ディスプレイに表示（ステップ１３６）し、あるいはプリントアウト（ステップ１３８）することができる。そして、これらの演算や表示が全て終了したか否かを判別（ステップ１４０）して、必要な全部の演算や表示が終了すると、この穀粒の特性計測方法を終了（ステップ１４２）する。
【００４６】
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る穀粒の特性計測方法およびその装置は、穀粒の外観的な特性と物理的な特性とを相互に関連付けて計測する穀粒の特性計測方法およびその装置であって、穀粒を一粒ずつ番号付けし、これを撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測するとともに、この番号付けされた穀粒を一粒ずつ搬送して、一粒ずつの重量などを計測した後、最終的には破砕して穀粒の物理的な特性を計測するものであって、外観的な特性と物理的な特性とを番号付けされた穀粒の一粒ごとに整理して記憶する特性計測方法およびその装置である。
【００４７】
上記各実施形態は、いずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各種の改良や変更を行うことができることはいうまでもない。
例えば、撮像装置としてのスキャナに代えてＣＣＤカメラを用いること等は、同一の効果を得るための代替手段というべきものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る穀粒の特性計測方法およびその装置は、以上に詳細に説明したように構成されているので、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで取引される穀粒において、その品質情報を示す穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを一連の作業工程で計測することができる。
【００４９】
このため、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって推定される産地や品種の違いと、この異なる産地や品種による穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性の差異を推定することが可能な穀粒の特性計測方法およびその装置を提供することができるので、いくつかの産地や品種の異なる小麦であっても、それぞれの産地や品種ごとの品質特性を推定することができ、その結果、より高い品質の小麦粉を効率良く製粉することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の全体を概念的に示した斜視図である。
【図２】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒収納プレートの移動装置を示す断面図である。
【図３】 図３に対応する穀粒収納プレートの移動装置を示す平面図である。
【図４】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒搬送装置であるエアシューターの詳細を示す断面図である。
【図５】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒収納プレートの平面図である。
【図６】 図５に対応する穀粒収納プレートの断面図である。
【図７】 一実施形態に係る穀粒の特性計測方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 穀粒の特性計測装置
１２ 穀粒収納プレート
１２ａ 穀粒収納孔
１４ スキャナ
１６ 画像解析装置
１８ データ記憶装置
２０ 外観特性計測装置
２２ 穀粒搬送装置
２４ 物理特性計測装置
２６ 搬送パイプ
２８ 重量計
２８ａ アーム
２８ｂ 凹部
３０ 破砕装置
３２ ガイドシューター
３４ 破砕ロール
３６ ピボット
３８ バックアップアーム
４０ 演算装置
４２ ディスプレイ
５０ テーブル
５０ａ 透孔
５２ 基板
５４ 支持脚
５６ プレート
５８ 補強板
５８ａ 中心孔
５８ｂ 小孔
６０ 穀粒収納プレートの移動装置
６２ スライド
６４ チャック
６６ 位置決めピン
６８ 回転軸
６８ａ 調整ねじ
７０ 基板
７２ アーム
７４ ハウジング
７６ ボールベアリング
７８ スリーブ
８０ 調整ナット
８２ 調整板
８４ サーボモータ
８６ 歯付プーリ
８８ 歯付ベルト
９０ 歯付プーリ
９２ ベルトカバー
９４ エアチューブ
９６ ノズル
９８ ノズル取付台
【発明の属する技術分野】
本発明は、穀粒の特性計測方法およびその装置に関するものであり、より具体的には、穀粒の一粒一粒について、少なくとも、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特徴を計測することによって得られる穀粒の特性（以下、外観的な特性という）と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特徴を計測することによって得られる穀粒の特性（以下、物理的な特性という）とを一連の作業によって計測し、穀粒の一粒ごとの特性を計測する穀粒の特性計測方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における小麦などの穀粒の特性を計測する装置としては、計測対象となる穀粒を一粒ずつ分離して配置し、この穀粒の群を一括して光学的に撮像し、この画像を画像解析することによって、穀粒の形状や大きさなどの外観的な特性を計測する装置や、穀粒を一粒ずつ分離して搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送された穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測する装置などが知られている。しかしながら、これらの計測装置は、いずれも数百個〜数万個の穀粒を１ロットとして外観的な特性または物理的な特性の一方のみを計測するものであって、測定結果は統計的に処理されたデータとして出力されるものであって、穀粒一粒ずつの外観的な特性と物理的な特性との関連については計測することができなかった。
【０００３】
また、特許文献１には、計測対象となる穀粒を一粒ずつ分離して搬送する搬送手段と、この搬送手段によって搬送される穀粒の品質情報と大きさを計測する穀物の品位計測装置が開示されている。しかし、この装置は、光学的な計測手段によって穀粒の品質情報と大きさを計測する装置であって、品質情報として水分量（含水率）が、穀粒の大きさとして粒長が含まれてはいるが、穀粒の品質特性として穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを必要とする小麦などの穀粒の品質特性を計測するには適さないものである。
【０００４】
従って、上記特許文献１に開示された装置は、実施例として示された米などのように殻（籾殻）を取り除いた上で（取引のための）特性の計測が行われる穀粒に適用可能なものであって、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで（取引のための）特性の計測が行われる穀粒では、透過光のみでは品質情報を計測することができないので、このままでは、小麦などの品質特性を計測するのには使用することができないものである。
【０００５】
また、小麦などでは、１回の取引で売買される量が非常に大きく、この中には複数の品種や複数の産地で産出されたものなど品質特性の異なる小麦が混在していることもある。この品種や産地の違いによって、この小麦を製粉した小麦粉の品質が大幅に変わることは自明であり、小麦においては、異なった品種や産地の違う小麦が混在しているか否かは、品質に関する情報としては非常に重要な要素である。そして、この品種や産地の違いは、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって判別できることが多い。
【０００６】
また、製粉した小麦粉の品質は、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性に依存していることが多い。小麦を製粉する際に、高品質の小麦粉を歩留り良く得るためには、小麦の硬度や重量，含水率などの物理的な特性によってミルの破砕圧などを調整することが望ましく、一定の品質の小麦粉を得るためには、産地や品種の異なる小麦をブレンドして製粉することも必要である。
【０００７】
このためには、１ロットの小麦の中に複数の異なった品質の小麦が混在しているときには、それぞれの品質の特徴と混合比率などを知ることが重要である。しかしながら、従来技術の穀粒の特性計測方法または装置では、１ロットの小麦の全体（集合体）としての特性（いわゆる、マクロな特性）は計測可能であるが、異なった産地や品質の小麦が混在しているときに、それぞれの産地や品質の特徴とその混合比率などを知ることはできず、１ロットの小麦を構成する小麦の品種や産地の違いによる特性の違いを正確に把握することはできなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−８３７３３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、前述の問題点を解決して、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで取引される穀粒において、その品質情報を示す穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを一連の作業工程で計測し、かつ、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって推定される産地の差異と、この異なる産地によって生じる穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性の差異を推定することが可能な穀粒の特性計測方法およびその装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明に係る穀粒の特性計測方法は、穀粒の外観的な特性と物理的な特性とを相互に関連付けて計測する穀粒の特性計測方法であって、穀粒を一粒ずつ番号付けされた所定の位置に分離して配列する第１のステップと、この番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測する第２のステップと、前記番号付けされた穀粒を一粒ずつ、番号付けされた状態で搬送する第３のステップと、前記一粒ずつ搬送された穀粒を最終的には破砕して、穀粒の物理的な特性を計測する第４のステップと、前記第２のステップで計測した外観的な特性と前記第４のステップで計測した物理的な特性とを前記番号付けされた穀粒の番号ごとに整理して記憶する第５のステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記外観的な特性が、少なくとも穀粒の形状，大きさおよび色合いを含むものであり、前記物理的な特性が、少なくとも穀粒の硬度，重量および含水率を含むものであることが好ましく、さらに、前記各ステップに加えて、前記外観的な特性および前記物理的な特性を統計的に処理して、前記穀粒の集合体としての品質特性を算出することが好ましい。そして、前記穀粒の集合体としての品質特性が、前記外観的な特性あるいは前記物理的な特性をパラメータとして算出されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る穀粒の特性計測装置は、穀粒を一粒ずつ分離して収納する多数の孔を有する穀粒収納プレートと、この穀粒収納プレートによって所定の位置に配置され、その位置によって番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性を計測する外観特性計測装置と、前記所定の位置に配置された穀粒を、所定の順番で一粒ずつ順次搬送する穀粒搬送装置と、この穀粒搬送装置で搬送された穀粒を受け取り、硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測する物理特性計測装置と、前記外観特性計測装置および前記物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を記憶するデータ記憶装置とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る穀粒の特性計測装置は、これに加えて、前記外観特性計測装置および前記物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を統計的に処理して、穀粒の集合体としての特性を演算する演算装置と、前記データ記憶装置に記憶されている穀粒ごとの計測値および前記演算装置で演算した穀粒の集合体としての特性などを表示する表示装置とを有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記外観特性計測装置が、前記所定の位置に配置された穀粒の群を光学的にスキャンニングして撮像する撮像装置と、この撮像装置で撮像された画像を解析してそれぞれの穀粒の外観的な特性を個別に計測する画像解析装置であることが好ましい。さらに、前記物理特性計測装置が、前記穀粒の一粒ごとの重量を測定する重量計と、前記穀粒を一粒ごとに破砕する破砕装置とを有し、この破砕装置で穀粒を破砕する際の破砕荷重と破砕された穀粒の電気伝導率から穀粒の硬度と含水率を演算して求めることが好ましい。なお、前記穀粒搬送装置としては、エアシューターが好適に用い得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の穀粒の特性計測方法およびその装置について、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の全体を概念的に示した斜視図であり、図２は、そのうちの穀粒収納プレートの移動装置を示す断面図、図３は、同平面図、また、図４は、穀粒搬送装置であるエアシューターの詳細を示す断面図、図５は、穀粒収納プレートの平面図、図６は、同断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る穀粒の特性計測装置１０には、小麦のような穀粒（以下、小麦を例にして説明する）を一粒ずつ分離して収納する多数の収納孔を有する穀粒収納プレート１２が設けられており、この穀粒収納プレート１２に形成された多数の穀粒収納孔１２ａに小麦を一粒ずつ収納することによって、小麦を所定の位置に配置するようになっている。この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａは、小麦を一粒ずつ収納することが可能であって、かつ２個以上の小麦が収納できないように、図５に示すように、１０ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさの長円になっており、穀粒収納プレート１２は、厚さ５ｍｍ程度の透明なプラスチックで形成されている。
【００１７】
そして、この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに小麦を収納する際には、この穀粒収納プレート１２の上に適宜の量の小麦を載置し、この小麦を人が手などで全体に広げることによって穀粒収納孔１２ａに小麦を一粒ずつ収納することができる。もちろん、穀粒収納プレート１２を適宜傾斜させて小麦をその傾斜の上端に載置し、穀粒収納プレート１２を振動させて小麦を流下させることによって自動的に穀粒収納孔１２ａに一粒ずつの小麦を収納することもできるが、この実施態様では、この穀粒の特性計測装置は高い生産性を必要とするものではないので、人手によって小麦を全体に広げる方法を採用している。
【００１８】
この穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａには、その配置された位置に従って１個ごとに番号が付されており、この番号でその穀粒収納孔１２ａに収納された小麦に番号付けを行う。この番号は、必ずしも穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに表示する必要はなく、任意の記憶装置に小麦を収納する位置とその番号を記憶しておき、必要に応じて、小麦とその番号を読み出すのみでも良いことはもちろんである。
【００１９】
本実施態様では、穀粒収納プレート１２は、撮像装置としてのスキャナ１４により撮像されるように構成されている。すなわち、スキャナ１４上において、穀粒収納プレート１２の所定の位置にそれぞれ配置された小麦の群を光学的にスキャンニングし、一括して撮像する。そして、このスキャナ１４で撮像された画像は、画像解析装置１６で解析されて、それぞれの小麦の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性を個別に計測し、小麦の位置によって番号付けされた番号とともにデータ記憶装置１８に記憶される。このスキャナ１４と画像解析装置１６とは、少なくとも小麦の形状，大きさおよび色合いなどの外観的な特性を計測するものであって、スキャナ１４と画像解析装置１６とで外観特性計測装置２０を構成している。
【００２０】
ここで、スキャナ１４によって、穀粒収納プレート１２の所定の位置に配置された小麦の群を光学的にスキャンニングし、一括して撮像して画像解析することは、通常の撮像装置とその画像解析装置が有している機能であり、この外観特性計測装置２０はその機能を利用したものであって、他の撮像方法、例えば穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納された小麦を一粒ずつ番号順にスキャンニングして撮像する方法などであっても良いことはもちろんである。
【００２１】
また、スキャナ１４上の穀粒収納プレート１２が載置される位置によっては、小麦の一部が穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａの壁面の陰になる場合がある。このため、本実施形態では穀粒収納プレート１２を透明なプラスチックで形成している。
【００２２】
スキャナ１４によって撮像された小麦は、穀粒搬送装置２２によって物理特性計測装置２４に搬送される。この穀粒搬送装置２２は、図１には搬送パイプ２６のみが描かれているが、前述したように、穀粒収納プレート１２の所定の位置に配置されて番号付けされた小麦を一粒ずつ順次搬送するものであって、その詳細は後述するので、ここでは具体的な説明は省略する。
【００２３】
物理特性計測装置２４は、穀粒搬送装置２２で搬送された小麦を受け取って、小麦の硬度や重量，含水率などの物理的な特性を計測するものであって、一粒ずつ搬送された小麦の一粒ごとの重量を測定する重量計２８と、その下方にあって小麦を一粒ごとに破砕する破砕装置３０とを有している。重量計２８は、アーム２８ａの先端の凹部２８ｂに搬送されてきた小麦を受け取り、ｍｇ単位で精密に計測するものであって、重量の計測後、小麦はガイドシューター３２を経て破砕装置３０に搬送される。破砕装置３０は、外周に図示されていない破砕溝が形成されて回転する破砕ロール３４と、この破砕ロール３４に向かって、ピボット３６を回転中心にして付勢されるバックアップアーム３８とを有している。
【００２４】
ガイドシューター３２から破砕装置３０に供給された小麦は、破砕ロール３４とバックアップアーム３８との間に落下して、破砕ロール３４の回転によって破砕される。このとき、破砕装置３０では、図示されていないロードセルによって小麦の破砕荷重を計測し、続いて、破砕された小麦に微弱電流を流して小麦の電気伝導率を計測する。小麦の硬度は、この小麦の破砕荷重から所定の計算式で演算することによって求められ、小麦の含水率は、小麦の破砕荷重と電気伝導率から所定の計算式で演算することによって求められる。
【００２５】
このようにして求められた一粒ずつの小麦の重量および硬度と含水率の計測値は、小麦の番号付けされた番号とともにデータ記憶装置１８に記憶される。従って、データ記憶装置１８には、外観特性計測装置２０で計測された小麦の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性の計測値と、物理特性計測装置２４で計測された小麦の重量および硬度と含水率の計測値とが、番号付けされた小麦の番号とともに記憶されることになる。
【００２６】
演算装置４０では、これら外観特性計測装置２０および物理特性計測装置２４で計測した小麦の一粒ずつの計測値を統計的に処理して、小麦の集合体としての特性（いわゆる、マクロな特性）を演算する。このとき、小麦の計測値は、番号付けされた小麦の番号とともに記憶されているので、小麦の形状、例えば小麦の縦横比が所定の数値より大きな小麦のみを選択して、その割合および重量と硬度の分布を求めるなど、複数の品種や産地のものが混合していると思われるときに、品種や産地で異なる外観的な特性によって、混合されている比率や、品種や産地ごとの硬度や重量，含水率などの物理的な特性を推定することができる。そして、これらの小麦ごとの外観的な特性や物理的な特性の計測値、および統計的に処理した小麦の群ごとの推定値などは、ディスプレイ４２に表示し、あるいはプリンタ（図示されていない）でプリントアウトすることができる。
【００２７】
図２ないし図６は、外観特性計測装置２０で撮像される小麦を載置するテーブルおよびこの小麦を物理特性計測装置２４に搬送する穀粒搬送装置２２の具体的な実施態様を示すものであって、図２は穀粒収納プレートの移動装置の１実施態様を示す断面図であり、図３はこの穀粒収納プレートの移動装置の平面図、図４は穀粒搬送装置の１実施態様であるエアシューターの詳細を示す断面図である。また、図５は穀粒収納プレートの平面図、図６はこの穀粒収納プレートの断面図である。
【００２８】
図２および図３に示すように、本実施態様では、穀粒収納プレート１２は、十分に広いテーブル５０の上に載置されており、テーブル５０は基板５２に固定された４本の支持脚５４によって支持されている。穀粒収納プレート１２は、図５および図６に示されているように、ほぼ円形をした透明なプラスチックの板からなっており、前述したように、多数の穀粒を一粒ずつ分離して収納するための多数の穀粒収納孔１２ａが所定の位置に配置されている。
【００２９】
図５および図６に示す実施態様では、穀粒収納プレート１２は、厚さ５ｍｍ程度の透明なプラスチックで形成されており、このプレート５６に形成される穀粒収納孔１２ａは、可能な限り多数の小麦が一粒ずつ収納できるように、ほぼ１０ｍｍの間隔で４５°傾斜して配置されており、かつ２個以上の小麦が同じ穀粒収納孔１２ａに収納されることがないように、孔の大きさは１０ｍｍ×５ｍｍ程度の長円の透孔となっている。
【００３０】
穀粒収納プレート１２の本体となるプレート５６はプラスチックで形成されているので、プレート５６の中心部に、後述するチャックを挿入する中心孔５８ａと位置決めピンを挿入する小孔５８ｂとが設けられたステンレス製の補強板５８が固定されている。この補強板５８は、チャックや位置決めピンを挿入する中心孔５８ａや小孔５８ｂが磨耗して変形することを防止するものであって、プレート５６と補強板５８とは一体にしっかりと固定された構造となっている。
【００３１】
テーブル５０の側方（図２では右側）には、テーブル５０の上に載置された穀粒収納プレート１２を移動させる穀粒収納プレートの移動装置６０が配置されている。この穀粒収納プレートの移動装置６０は、穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納された小麦を後述する穀粒搬送装置の位置に移動させるものであって、図示されていないサーボモータによって矢印Ａ方向（図３参照）に移動するスライド６２と、先端にチャック６４と位置決めピン６６とを有する回転軸６８とによって構成されている。
【００３２】
スライド６２には上面に基板７０が固定されており、この基板７０から１対のアーム７２がテーブル５０の上方に伸びている。そして、このアーム７２と１体となったハウジング７４には、ボールベアリング７６を介して回転可能となったスリーブ７８が垂直に取り付けられている。回転軸６８は、このスリーブ７８の中空孔に挿入されており、回転軸６８の上端の調整ねじ６８ａと調整ナット８０とによって、穀粒収納プレート１２の中心孔５８ａに挿入されたチャック６４が適正なチャック力で穀粒収納プレート１２を保持するように調整可能となっている。
【００３３】
一方、基板７０の上面には、左右方向（図２参照）に調整可能に取り付けられた調整板８２に固定されたサーボモータ８４が設けられており、このサーボモータ８４の回転が歯付プーリ８６、歯付ベルト８８および歯付プーリ９０によって伝達されてスリーブ７８を回転させる。そして、このスリーブ７８の回転によって、スリーブ７８とともに回転軸６８が回転する。歯付プーリ８６、歯付ベルト８８および歯付プーリ９０は、安全のためにベルトカバー９２によって全体が覆われている。また、歯付ベルト８８のテンションは、調整板８２を左右方向に移動して調整することができる。
【００３４】
本実施態様における穀粒収納プレートの移動装置６０は、以上に説明したように構成されているので、穀粒収納プレート１２の補強板５８に形成された中心孔５８ａにチャック６４を挿入して適正なチャック力で穀粒収納プレート１２を保持するとともに、小孔５８ｂに位置決めピン６６を挿入して、回転軸６８に対する穀粒収納プレート１２の位置を位置決めすることができる。従って、スライド６２を矢印Ａ方向に移動するとともにサーボモータ８４を回転することによって、任意の穀粒収納孔１２ａを後述する穀粒搬送位置Ｂ（図３参照）に位置決めすることができる。
【００３５】
この穀粒収納プレートの移動装置６０は、以上に説明した構成に限定されるものではなく、例えば、スライド６２の矢印Ａ方向の移動とサーボモータ８４の回転に代えて、スライドをＸＹ方向に移動するクロススライドとして、このクロススライドで穀粒収納プレートをＸＹ方向に移動するように構成してもよく、あるいは、クロススライドを穀粒収納プレートの下方に配置して、クロススライドで穀粒収納プレートを直接ＸＹ方向に移動するように構成し、後述するロボットハンドで小麦を搬送してもよいことは明らかである。
【００３６】
穀粒搬送装置２２は、前述の穀粒収納プレートの移動装置６０によって所定の位置、すなわち穀粒搬送位置Ｂに移動した小麦を一粒ずつ物理特性計測装置２４に搬送するものであって、本実施態様では、エアシューターが採用されている。このエアシューターは、図３に平面図が、図４に断面図が示されているように、穀粒搬送位置Ｂに移動した小麦をエアで吹き飛ばして搬送するものであって、図示されていない空気源からエアチューブ９４で供給されるエアを、所定のタイミングで、穀粒搬送位置Ｂの上方に穀粒収納プレート１２に接近して配置されたノズル９６から吹き出し、このエアの圧力で搬送パイプ２６を通して小麦を物理特性計測装置２４に搬送する。
【００３７】
ノズル９６は、テーブル５０に固定されたノズル取付台９８によって保持されており、ノズル９６の下方のテーブル５０の穀粒搬送位置Ｂには、透孔５０ａが設けられていて、この透孔５０ａの下部に搬送パイプ２６が固定されている。透孔５０ａの孔径は、穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａの長径とほぼ同じ１０ｍｍ程度の径とすることが望ましく、搬送パイプ２６の内径は、透孔５０ａの孔径と段差が生じないように同じ１０ｍｍ程度の径とすることが望ましい。
そして、搬送パイプ２６は、小麦をエアで搬送する際に摩擦抵抗が少なく、かつ汚れが内面に付着して摩擦抵抗が変動しないように、ステンレスパイプとすることが望ましい。
【００３８】
搬送パイプ２６の先端には、図示されていないが、空気抜きの小孔を設けてエアの圧力を下げ、あるいは搬送パイプ２６の内面に摩擦抵抗の大きな部分を設けることによって搬送される小麦の速度を落とし、適正な速度にしてから物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納する。また、搬送パイプ２６の管路を狭くして小麦の搬送される向きを一定にしてから物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納することが望ましい。
【００３９】
これらの小麦の搬送速度を落とす方法や搬送される小麦の向きを一定にする方法は、各種の方法が知られているので、これらの方法から最適な方法を選択することができる。また、小麦が途中で停止することなく物理特性計測装置２４の小麦収納位置に到達したか否かを検出する装置を設けることが望ましい。
【００４０】
以上の説明では、穀粒搬送装置２２としてエアシューターを採用した例について説明したが、穀粒搬送装置２２はエアシューターに限られるものではなく、通常のロボットハンド、例えばピックアップアンドプレースユニットを使用して、先端のノズルに吸着するように構成することもできる。この場合には、前述したように、穀粒収納プレートの移動装置６０をクロススライドでＸＹ方向に移動するように構成することが望ましい。
【００４１】
図７は本実施形態に係る穀粒の特性計測方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る穀粒の特性計測方法をスタート（ステップ１００）すると、第１のステップ１０２で小麦を穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａに収納することによって、一粒ずつ番号付けされた所定の位置に分離して配列する。次いで、第２のステップ１０４において、この番号付けされた穀粒をスキャナ１４で撮像して画像解析装置１６で画像解析し、小麦の形状，大きさおよび色合いなどを含む外観的な特性を計測する。そして、この第２のステップ１０４で計測した外観的な特性のデータをデータ記憶装置１８に送ってデータ記憶（ステップ１０６）する。
【００４２】
第３のステップ１０８は、テーブル５０を移動して穀粒収納プレート１２の穀粒収納孔１２ａを穀粒搬送位置Ｂに移動させるテーブルの移動工程（ステップ１１０）と、穀粒搬送装置２２で番号付けされた状態の小麦を一粒ずつ物理特性計測装置２４の小麦収納位置に収納する小麦の搬送工程（ステップ１１２）とを含む。そして、物理特性計測装置２４の小麦収納位置に搬送された小麦は、第４のステップ１１４で小麦の一粒ずつの重量計測（ステップ１１６）を行い、最終的には破砕（ステップ１１８）して、破砕圧の計測（ステップ１２０）と電気伝導率の計測（ステップ１２２）を行って、小麦の硬度や含水率などの物理的な特性を計測する。この物理特性計測装置２４で計測された小麦の物理的な特性も、データ記憶装置１８に送られてデータ記憶（ステップ１０６）する。
【００４３】
そして、これらの計測が全ての小麦について終了したか否かを判別（ステップ１２４）し、終了していないときには、ふたたび第３のステップ１０８に戻り、全部の小麦の計測が終了するまでこの計測が繰り返される。全部の小麦の計測が終了すると、穀粒の特性計測装置１０は、装置の停止（ステップ１２６）となって待機する。
【００４４】
一方、データ記憶（ステップ１０６）されたデータは、ステップ１２８で番号付けされた小麦の一粒ごとに整理して記憶され、どのように処理して出力するかを指定する出力指定（ステップ１３０）に従って、外観的な特性および物理的な特性を統計的に処理するなどの演算（ステップ１３２）が行われ、小麦一粒ずつの、あるいは小麦の群（集合体）全体としての品質特性を算出する。このとき、番号付けされた小麦ごとにデータが整理して記憶されているので、外観的な特性あるいは物理的な特性の一部あるいは全部をパラメータとして算出し、パラメータごとに区分けした品質特性を算出することができる。
【００４５】
このようにして算出された小麦の品質特性は、データ表示（ステップ１３４）によって、ディスプレイに表示（ステップ１３６）し、あるいはプリントアウト（ステップ１３８）することができる。そして、これらの演算や表示が全て終了したか否かを判別（ステップ１４０）して、必要な全部の演算や表示が終了すると、この穀粒の特性計測方法を終了（ステップ１４２）する。
【００４６】
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る穀粒の特性計測方法およびその装置は、穀粒の外観的な特性と物理的な特性とを相互に関連付けて計測する穀粒の特性計測方法およびその装置であって、穀粒を一粒ずつ番号付けし、これを撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測するとともに、この番号付けされた穀粒を一粒ずつ搬送して、一粒ずつの重量などを計測した後、最終的には破砕して穀粒の物理的な特性を計測するものであって、外観的な特性と物理的な特性とを番号付けされた穀粒の一粒ごとに整理して記憶する特性計測方法およびその装置である。
【００４７】
上記各実施形態は、いずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各種の改良や変更を行うことができることはいうまでもない。
例えば、撮像装置としてのスキャナに代えてＣＣＤカメラを用いること等は、同一の効果を得るための代替手段というべきものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る穀粒の特性計測方法およびその装置は、以上に詳細に説明したように構成されているので、小麦などのように固くて丈夫な外皮が付いているままで取引される穀粒において、その品質情報を示す穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性と、穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性とを一連の作業工程で計測することができる。
【００４９】
このため、穀粒の形状や大きさ，色合いなどの外観的な特性によって推定される産地や品種の違いと、この異なる産地や品種による穀粒の硬度や重量，含水率などの物理的な特性の差異を推定することが可能な穀粒の特性計測方法およびその装置を提供することができるので、いくつかの産地や品種の異なる小麦であっても、それぞれの産地や品種ごとの品質特性を推定することができ、その結果、より高い品質の小麦粉を効率良く製粉することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の全体を概念的に示した斜視図である。
【図２】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒収納プレートの移動装置を示す断面図である。
【図３】 図３に対応する穀粒収納プレートの移動装置を示す平面図である。
【図４】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒搬送装置であるエアシューターの詳細を示す断面図である。
【図５】 一実施形態に係る穀粒の特性計測装置の穀粒収納プレートの平面図である。
【図６】 図５に対応する穀粒収納プレートの断面図である。
【図７】 一実施形態に係る穀粒の特性計測方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 穀粒の特性計測装置
１２ 穀粒収納プレート
１２ａ 穀粒収納孔
１４ スキャナ
１６ 画像解析装置
１８ データ記憶装置
２０ 外観特性計測装置
２２ 穀粒搬送装置
２４ 物理特性計測装置
２６ 搬送パイプ
２８ 重量計
２８ａ アーム
２８ｂ 凹部
３０ 破砕装置
３２ ガイドシューター
３４ 破砕ロール
３６ ピボット
３８ バックアップアーム
４０ 演算装置
４２ ディスプレイ
５０ テーブル
５０ａ 透孔
５２ 基板
５４ 支持脚
５６ プレート
５８ 補強板
５８ａ 中心孔
５８ｂ 小孔
６０ 穀粒収納プレートの移動装置
６２ スライド
６４ チャック
６６ 位置決めピン
６８ 回転軸
６８ａ 調整ねじ
７０ 基板
７２ アーム
７４ ハウジング
７６ ボールベアリング
７８ スリーブ
８０ 調整ナット
８２ 調整板
８４ サーボモータ
８６ 歯付プーリ
８８ 歯付ベルト
９０ 歯付プーリ
９２ ベルトカバー
９４ エアチューブ
９６ ノズル
９８ ノズル取付台
Claims (8)
- 穀粒の外観的な特性と物理的な特性とを相互に関連付けて計測する穀粒の特性計測方法であって、
穀粒を一粒ずつ番号付けされた所定の位置に分離して配列する第１のステップと、
この番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測する第２のステップと、
前記番号付けされた穀粒を一粒ずつ、番号付けされた状態で搬送する第３のステップと、
前記一粒ずつ搬送された穀粒を最終的には破砕して、穀粒の物理的な特性を計測する第４のステップと、
前記第２のステップで計測した外観的な特性と前記第４のステップで計測した物理的な特性とを前記番号付けされた穀粒の番号ごとに整理して記憶する第５のステップと
を有することを特徴とする穀粒の特性計測方法。 - 前記外観的な特性が、少なくとも穀粒の形状，大きさおよび色合いを含むものであり、前記物理的な特性が、少なくとも穀粒の硬度，重量および含水率を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の穀粒の特性計測方法。
- 前記各ステップに加えて、
前記外観的な特性および前記物理的な特性を統計的に処理して、前記穀粒の集合体としての品質特性を算出するステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の穀粒の特性計測方法。 - 前記穀粒の集合体としての品質特性が、前記外観的な特性あるいは前記物理的な特性をパラメータとして算出されることを特徴とする請求項３に記載の穀粒の特性計測方法。
- 穀粒を一粒ずつ分離して収納する多数の孔を有する穀粒収納プレートと、
この穀粒収納プレートによって所定の位置に配置され、その位置によって番号付けされた穀粒を撮像して画像解析し、穀粒の外観的な特性を計測する外観特性計測装置と、
前記所定の位置に配置された穀粒を、所定の順番で一粒ずつ順次搬送する穀粒搬送装置と、
この穀粒搬送装置で搬送された穀粒を受け取り、その物理的な特性を計測する物理特性計測装置と、
前記外観特性計測装置および物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を記憶するデータ記憶装置と
を有することを特徴とする穀粒の特性計測装置。 - 前記構成要素に加えて、
前記外観特性計測装置および前記物理特性計測装置で計測した穀粒ごとの計測値を統計的に処理して、穀粒の集合体としての品質特性を演算する演算装置と、
前記データ記憶装置に記憶されている穀粒ごとの計測値および前記演算装置で演算した穀粒の集合体としての特性を表示する表示装置と
を有することを特徴とする請求項５に記載の穀粒の特性計測装置。 - 前記外観特性計測装置が、前記所定の位置に配置された穀粒の群を光学的にスキャンニングして撮像する撮像装置と、この撮像装置で撮像された画像を解析してそれぞれの穀粒の外観的な特性を個別に計測する画像解析装置とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の穀粒の特性計測装置。
- 前記物理特性計測装置が、前記穀粒の一粒ごとの重量を測定する重量計と、前記穀粒を一粒ごとに破砕する破砕装置とを有し、この破砕装置で穀粒を破砕する際の破砕荷重と破砕された穀粒の電気伝導率から穀粒の硬度と含水率を演算により求めることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の穀粒の特性計測装置。
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