JP4561944B2 - 粒状物選別装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被選別原料となる粒状物の拡散光を受光して、受光した拡散光から粒状物の良品・不良品判別を行って、特定の粒状物を排除するようにした粒状物選別装置に係り、特にその排除手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−１１３４５４号公報には、穀粒選別機の選別手段として、ＣＣＤカメラによって穀粒が撮像された位置よりも下流に配設され、穀粒の落下軌跡の幅方向に沿って複数に分割され、各分割領域ごとに変位することにより該分割領域毎に穀粒に直接当接して、穀粒の落下軌跡を変更させる板バネと、この板バネを変位させて良品・不良品の選別を行うソレノイドと、ソレノイドに駆動電力を供給するソレノイド制御手段とが備えられたものが開示してある。
【０００３】
このものは、従来の選別機構としてエアーを噴出するイジェクターノズルからなる選別手段に比較して、エアー源が不要であることからコスト面で大変有利である。しかも、エアー配管も不要であることから内部構造もエアー管と電気配線とが交差することがなく、電気配線だけでよく、きわめて簡素となる。加えて、メンテナンスの箇所も電気的メンテナンスだけでよく、単純にみればそれは半減したといってもよい。
【０００４】
しかし、前記ソレノイドの入出動軸における入出動作の一方がコイルバネなどの弾性体に委ねられる構造となっているため、入出動軸の入出動作の応答性に限界がある。このため、このようなソレノイドを選別手段に利用した場合には、処理能力に限界があった。
【０００５】
このため、本出願人は、入出動作の応答性を従来よりも向上させたソレノイドを選別手段に用いた粒状物選別装置の出願を行っている（特願平１１−３６５７４０号）。このソレノイドとは、入出動軸に永久磁石を備えると共に入出動軸を包囲する永久磁石を備えて無摺動で入出動軸を軸受けする構造とし、入出動軸の永久磁石と入出動軸を包囲した電磁コイルとから構成した入出動手段のＯＮ／ＯＦＦによって、入出動軸を入出動させるというものである。このように入出動軸を無摺動で軸受させることにより入出動軸の入出動の応答性を従来よりも向上させたものである。なお、不良品は、ソレノイドの入出力軸の先端によって排除・選別される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、任意のソレノイド（排除手段）が排除する粒状物が連続して流れてきた場合、前述のように入出動軸の入出動の応答性を従来よりも向上させただけではこれらの粒状物を排除することができない懸念があった。それは、連続して流れてくる粒状物の間隔に問題がある。連続した粒と粒との間隔は、前記ソレノイドの入出動軸の応答性で両粒状物を排除できるものがあれば、当該入出動軸の応答性でも排除できないものもある。後者の場合には、１粒目の粒状物は排除できても２粒目の粒状物は入出動軸の出動が間に合わないため、排除されず、良品とともに流れてしまうことになる。
そこで、本発明は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物を排除して選別精度を従来よりも向上させることができる粒状物選別装置を提供することを技術的課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、
被選別物である粒状物を移送する移送手段から放出される粒状物の落下軌跡に沿った位置に、前記粒状物に照明光を照射する照明手段及び該照明手段の照射光を受けた粒状物からの光を受光する受光手段と、排除すべき粒状物を排除する排除手段とを備え、前記受光手段の受光信号を基に排除すべき粒状物を判別する判別手段と、該判別手段からの排除信号に基づいて駆動信号を前記排除手段に出力する駆動回路と、を備えた粒状物選別装置において、
前記排除手段は、無摺動で軸受けされ軸方向に直線的に入出動する入出動軸と、該入出動軸を前記駆動回路からの駆動信号により入出動させる入出動手段とを備え、前記入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力する、という技術的手段を講じるものである。
【０００８】
落下する粒状物を入出動軸で排除する排除手段は、入出動軸を無摺動で軸受けする構造としたので、入出動時の入出動軸にかかる摺動摩擦などの負荷が生じることはなく、加えて入出動軸によって直接粒状物を排除するので、排除手段は粒状物を排除する押圧力を備えていればよい。したがって従来と比較して駆動力の小さい排除手段として小型化が可能である。また、入出動手段によって入出動軸を入出動させるので、入出動の一方をコイルバネなどに委ねることはなく、入出動軸が無摺動であることと相俟って応答性は従来のエアー式エジェクタ程度が確保できるので、従来と同様の処理能力が維持できて、エアー源を無くした省エネルギーの粒状物選別装置が提供できる。さらに、入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力するようにしたので、１粒目は、該１粒目に対応して出動した入出動軸の前記傾斜面によって排除され、１粒目に後続する２粒目は、出動状態が保持された入出動軸の傾斜面に当接して排除される。入出動軸は２粒目を排除した後に入動する。よって、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物は排除されるので選別精度を従来よりも向上させることができる。また、入出動軸の入出動の回数が従来よりも減るので、排除手段の消耗を少なくすることができる。
【０００９】
また、排除手段は、入出動軸に備えた永久磁石と、入出動軸を包囲した永久磁石によって無摺動で入出動軸を軸受けする構造とし、入出動軸の永久磁石と入出動軸を包囲した電磁コイルからなる入出動手段のＯＮ／ＯＦＦによって、入出動軸を入出動可能にしてある。このような構造にすると、入出動軸の永久磁石とこれを包囲した永久磁石との反発力を利用して入出動軸は無摺動で軸受けできて、入出動軸の永久磁石とこれを包囲した電磁コイルとの反発・吸引を利用して、入出動軸を入出動させることができる。すると入出動が排除手段独自でコントロールできる。また入出動のそれぞれは無摺動のため２ｍｓ程度で駆動させることができて、従来のエアーを噴出させるエジェクタ方式と同等の応答速度となる。
【００１０】
通常、排除手段は、粒状物の流れ幅方向に合わせ、排除手段を前記幅方向に複数個配置して使用するが、このとき複数の排除手段を千鳥状に配置するとよい。
つまり、入出動軸が千鳥状に配置されることになるので、粒状物に比較して１個の排除手段の配置占有面積が大きい場合であっても、入出動軸は前記幅方向に対し隙間無く配置できる。これは本発明の排除手段が板バネなど別の部材との組み合わせを必要とせず単独で排除作用を備えることによるものであり、したがって複数の排除手段を如何様にも自在に並べて配置することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る粒状物選別装置の概要を図１及び図２により説明する。以下、粒状物として穀粒、特に白米を選別対象の原料として、白米の着色粒や白米に混入した異物を排除する選別装置として説明する。図１は、粒状物選別装置１の主要部とその内部構造を簡略に示した要部側断面図である。上部に振動フィーダ装置２とタンク部３とからなる米粒供給部４と、振動フィーダ装置２から供給される白米を所定軌跡に移送する傾斜した板状のシュート５を備え、該シュート５によって米粒を次の光学検出部６に放出供給する。
【００１２】
次の光学検出部６は、シュート５から放出された米粒の落下軌跡Ｒを中心にしてほぼ対称的に、前光学検出部６ａと後光学検出部６ｂとを配置して構成してある。この前光学検出部６ａと後光学検出部６ｂとにはそれぞれ枠体６０ａ，６０ｂを構成し、各枠体６０ａ，６０ｂの落下軌跡Ｒ側のみが透明板６０ｃ，６０ｄで構成してある。この各枠体６０ａ，６０ｂ内には、米粒の落下軌跡Ｒに設定された視点Ｏを中心にして前後に、例えばＳｉセンサ素子を画素とするＣＣＤセンサーを備えた可視光受光部７ａ，７ｂと、ＩｎＧａＡｓ素子からなるアナログセンサーを備えた近赤外光受光部８ａ，８ｂがシュート５の幅方向に対応して設けられ、さらに、照明用蛍光灯９ａ，９ｂ及び１０ａ，１０ｂと、照明用ハロゲンランプ１１ａ，１１ｂと、それぞれの受光部に対した背景板１２ａ，１２ｂとを備え、背景板１２ａ，１２ｂには、受光部８ａ，８ｂと視点Ｏとの視線を遮らないよう開口部１３ａ，１３ｂが開設してある。可視光受光部７や近赤外光受光部８は、周知の集光レンズを備えた広角度カメラによって構成したものでもよい。
【００１３】
米粒落下方向に沿って光学検出部６の下方には選別部１５が備えられ、米粒の落下軌跡Ｒに対して入出動する入出動軸を備えた排除手段１６がシュート５の幅方向に複数設けてある。排除手段１６個々には入出動軸１６ａを入出動させる電磁コイル１７ａ、１７ｂ（入出動手段）及び入出力軸１６ａに設けた永久磁石６０ａ、６０ｂ（入出動手段）を備え、電磁コイル１７ａ、１７ｂは、これのＯＮ／ＯＦＦを制御する駆動回路１８に接続してある。
【００１４】
受光部７，８は後述する制御装置２０を介して駆動回路１８に接続してあり、受光部７，８で受光された米粒や異物の信号は制御装置２０で処理され、着色を有する不良の米粒や異物を検出したとき駆動回路１８に連絡する。駆動回路１８は該当する排除手段１６の電磁コイル１７ａまたは電磁コイル１７ｂのいずれか一方に供給する電力を切換えて入出動軸１６ａを入出動させる駆動信号（出動信号、入動信号）を出力する。駆動手段１８が作動すると入出動軸１６ａの出動ではじかれた不良の米粒や異物は米粒の落下軌跡Ｒから排除され不良品排出口２２から、また排除されない良米粒は当初の米粒落下軌跡に沿って精品排出口２３から機外に排出される。
【００１５】
次に図２により排除手段１６について説明する。図２（ａ）に示したように、排除手段は、軸１６ａに所定の間隔をおいて２カ所にその外周の磁極が互いに異なるよう配置固着した永久磁石６０ａ（Ｎ極）、６０ｂ（Ｓ極）と、２カ所の永久磁石６０ａ、６０ｂを包囲し且つ対する面の磁極が反発するよう配置した軸受け側永久磁石６１ａ（Ｎ極）、６１ｂ（Ｓ極）とによって軸１６ａが無摺動に軸受けしてある。永久磁石６１ａと６１ｂの間には、軸１６ａを包囲して電磁コイル１７ａ、１７ｂが設けられている。この各電磁コイル１７ａ、１７ｂは、電力を供給したときに電流が互いに反対方向に流れるように電源に接続してある。電磁コイル１７ａ及び電磁コイル１７ｂへの電力供給を切換えて、各電磁コイル１７ａ、１７ｂ周囲のに生じる磁極を軸１６ａの永久磁石６０ａと６０ｂのに作用させることにより、その吸引と反発で軸１６ａは軸芯方向に入出動する。なお符号６２，６３，６４及び６５，６６，６７は間隙材である。
【００１６】
前記入出動軸１６ａの先端には、落下軌跡Ｒ方向から見て矩形状の排除板６８が備えてある。この排除板６８は、落下軌跡Ｒの上流側（図２における上側）を排除手段１６ａの本体側に位置させ、落下軌跡Ｒの下流側（図２における下側）を入出動軸１６ａの出動前方側に位置させ、落下軌跡Ｒに対し所定角度αだけ傾斜させて配置してある。排除板６８の当接面（傾斜面）６８ａは、排除する粒状物に対する６割から８割程度の表面積とする。これにより排除すべき粒状物だけに排除板６８を当てることができるため、関係のない周囲の粒状物を排除することがない。この排除板６８の材質は、粒状物への衝撃をやわらげるためにゴム、ウレタンフォーム及び発泡材等とするとよい。ただし、入出動軸１６ａの入出動によって流れる被選別物が排除できる程度の押圧力を備えておく必要はある。なお、傾斜面６８ａは、入出動軸１６ａの先端に設けた板状の排除板６８によって形成してもよいが、入出動軸１６ａの先端部を単に傾斜面６８ａとしてもよい（図１４参照）。
【００１７】
次に後述する制御手段２０内に内蔵した、排除手段１６を駆動させるための駆動回路１８の構造と排除手段１６の作動について、図２の（ｂ）、図２の（ｃ）及び図１２を参照しながら説明する。駆動回路１８には、ワンショット回路（単安定マルチバイブレータ）７０と遅延回路７１とを接続したＯＲゲート７２を設け、このＯＲゲート７２は、Ｅｘ．ＯＲゲート７３、反転器７４、ＡＮＤゲート７５及び反転器７６のそれぞれに接続してある。反転器７４は遅延回路７７を介して前記Ｅｘ．ＯＲゲート７３に接続してある。このＥｘ．ＯＲゲート７３は反転器７８を介して前記ＡＮＤゲート７５及びＡＮＤゲート７９のそれぞれに接続してある。前記反転器７６は前記ＡＮＤゲート７９に接続してある。前記ＡＮＤゲート７５は遅延回路８０に接続してあり、前記ＡＮＤゲート７９は遅延回路８１に接続してある。駆動回路１８はこのように構成してある。そして、遅延回路８０は排除手段１６に設けた電子スイッチ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）８２に、遅延回路８１は排除手段１６に設けた電子スイッチ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）８３にそれぞれ接続してある。なお、前記電子スイッチ８２は電磁コイル１７ａに、また前記電子スイッチ８３は電磁コイル１７ｂにそれぞれ接続してある。
【００１８】
このように構成した駆動回路１８に、後述する入出力回路３３から排除信号が出力されると、排除信号はワンショット回路７０と遅延回路７１とに入る。ワンショット回路７０及び遅延回路７１のそれぞれから出力された信号はＯＲゲート７２に入り、ＯＲゲート７２は図１３に示すようなＨＩＧＨの信号を出力する。このＨＩＧＨの信号は、Ｅｘ．ＯＲゲート７３、反転器７４、ＡＮＤゲート７５及び反転器７６のそれぞれに送られる。反転器７４に送られたＨＩＧＨの信号はＬＯＷの信号に反転された後、遅延回路７７を介してＥｘ．ＯＲゲート７３に送られる。Ｅｘ．ＯＲゲート７３は、遅延回路７７からのＬＯＷ信号とＯＲゲート７２からのＨＩＧＨ信号を受け、図１３に示すような２発のＬＯＷの信号を出力する。この２発のＬＯＷ信号は反転器７８によってＨＩＧＨに反転され、ＡＮＤゲート７５及びＡＮＤゲート７９のそれぞれに送られる。ＯＲゲート７２及び反転器７８から信号を受けたＡＮＤゲート７５は、図１３に示すようなＨＩＧＨ信号（出動信号）を出力する。反転器７６はＯＲゲート７２から出力された信号を反転させてＡＮＤゲート７９に送る。反転器７８及び反転器７６からの信号を受けたＡＮＤゲート７９は、図１３に示すようなＨＩＧＨ信号（入動信号）を出力する。
【００１９】
ＡＮＤゲート７５から出力されたＨＩＧＨ信号（出動信号）は遅延回路８０に送られる。遅延回路８０には、受光部７と入出動軸１６ａとの離間距離等を考慮して入出動軸１６ａの出動時に排除板６８を不良品の中心位置（検出方法は後述する）に当接させるための所定の遅延時間が設定してあり、遅延回路８０はこの遅延時間を経過した後、電子スイッチ８２にＨＩＧＨ信号（出動信号）を送る。このＨＩＧＨ信号（出動信号）によって電子スイッチ８２はＯＮ（通電状態）になり、電磁コイル１７ａに電流が流れる。この電流によって電磁コイル１７ａには図２の（ｂ）に示すような磁極が生じ、この磁極の発生により入出動軸１６ａの永久磁石６０ａ、６０ｂの磁極との吸引・反発作用によって入出動軸１６ａが出動する。
【００２０】
図１３に示すように、前記ＡＮＤゲート７５から出力されるＨＩＧＨ信号（出動信号）よりも遅れたタイミングで出力される前記ＡＮＤゲート７９からのＨＩＧＨ信号（入動信号）は、遅延回路８１に送られ、前記遅延回路８０と同一に設定された遅延時間を経過した後、電子スイッチ８３にＨＩＧＨ信号（入動信号）を送る。このＨＩＧＨ信号（入動信号）によって電子スイッチ８３がＯＮ（通電状態）になり、電磁コイル１７ｂに電流が流れる。この電流によって電磁コイル１７ｂには図２の（ｃ）に示すような磁極が生じ、この磁極の発生により入出動軸１６ａの永久磁石６０ａ、６０ｂの磁極との吸引・反発作用によって入出動軸１６ａが入動する。このように、入出動軸１６ａは、出動信号及び入動信号による各電磁コイル１７ａ、１７ｂへの通電のＯＮ／ＯＦＦによって入出動する。
【００２１】
任意の排除手段１６が排除する粒状物が連続して流れてきた場合の駆動信号（出動信号、入動信号）出力について説明する。ワンショット回路７０が不良品１粒分のパルス信号を出力している間に次の排除信号が当該ワンショット回路７０に入ると、ワンショット回路７０はその時点から連続して１粒分のパルス信号を出力する。このため、ＯＲゲート７２から出力される信号は２粒に対応した時間的に長い信号となるので、入動信号は２粒目の不良品に対応したタイミングで出力される。これにより、２粒連続して流れてきた不良の粒状物は、１粒目に合わして出動した入出動軸１６ａの前記傾斜面６８ａによって１粒目が排除され、１粒目に後続する２粒目は出動状態の入出動軸１６ａの傾斜面６８ａに当接して排除される。入出動軸１６ａは２粒目を排除した後に入動する。なお、連続して３粒や４粒の不良品を排除する場合であっても、１回の入出動作によって同様に不良の粒状物を排除することができる。
【００２２】
前記排除手段１６は、入出動軸１６ａが無摺動で軸受けされているので、入出動における他との摩擦はなく応答性に優れている。試験で得た入出動軸１６ａの作動時間は０．６ｍｓ〜０．９ｍｓと、エアー式エジェクタの作動時間と同等もしくはわずかに向上した結果となった。したがって、エアー源が不要で応答性のよい排除手段が実現できる。
【００２３】
図３にシュート５正面から見た、シュート５と受光部７と入出動軸１６ａ及び排除板６８の、シュート５上を流れる穀粒の幅方向の配列を示した簡略な拡大図を示す。シュート５は、説明の都合上、例えば所定幅に複数区分に区切ってあり、このシュート５の１区分ごとに入出動軸１６ａが割り当ててある。なお、周知の技術を適用すれば区切りのない単なる平板でもよい。排除板６８は、対象物が米粒の場合、米粒長が５ｍｍとすると排除板６８の縦長さＬ１を４ｍｍ程度とすることが好ましい。排除板６８の横長さＬ３については３ｍｍ程度とすることが好ましい。また、この例では受光部７の複数の受光センサー素子は６素子ごとに１ブロックとし、４ブロックを１個の入出動軸１６ａに割り当ててある。つまり２４素子でシュート５の１区分に流れる米粒の光量を受光する例を示してある。
つまり画素としては１個の入出動軸１６ａごとに横方向に２４画素となる。米粒を撮影するときには、米粒の流れに対して直角の方向にスキャニングして像を得る。
【００２４】
ここで、図１に示した排除手段１６の配置に基づいて図４、図５により説明を加える。入出動軸１６ａの先端部に備えた排除板６８は穀粒の流れの幅方向に隙間無く連続的に配置してあることが好ましいので、図１で上下方向に配列してある如く、排除手段１６の大きさ（外径）によっては、図４（ａ）のように千鳥状に配置するとよい。図４（ａ）は図３と同じ方向から見た図である。これによって、排除板６８は図４（ｂ）のように理想的に隙間無く配列できる。
【００２５】
さらに図３による説明に合わせ重ねて説明すると、穀粒が符号Ｖの位置を落下してきたときには符号Ｚの入出動軸を作動させ、穀粒が符号Ｗの位置を落下してきたときには符号ＸとＹの入出動軸を作動させるとよい。これは後述する制御装置２０によって判断される。
【００２６】
さて、このように配置したとき、これを図１の如く側面から見ると、個々の排除手段１６は上下にズレた図５の配置となる。駆動回路１８から出力される駆動信号は、上側に配置した排除手段１６への出動・入動信号の出力タイミングと、下側に配置した排除手段１６への出動・入動信号の出力タイミングとが異なるようにする。すなわち、上位置の排除手段と下位置の排除手段の位置ズレを考慮して、前記遅延回路８０、８１に遅延時間を設定する。このようにして、上方から落下する穀粒にタイミングを合わせて、不良品・異物には入出動軸１６ａを入出動させて排除し、良品の穀粒には入出動軸１６ａは作動させず通過させる。このとき、排除板６８は前述のように落下軌跡Ｒに対して所定角度αだけ傾斜させているので、該排除板６８に当接した不良品・異物は、前後の不良品・異物と向きが異なっても落下軌跡Ｒから安定して斜め下向きに(図５の矢印Ａ方向)はじき落とされる。
【００２７】
次に図６及び図７で、受光部７，８から出力される信号処理を行う制御装置２０について説明する。まず、制御装置２０は、外形レベルをしきい値とするコンパレータ（比較器）２５と、比較的淡い着色（第１レベル）をしきい値とするコンパレータ２６と、比較的濃い着色（第２レベル）をしきい値とするコンパレータ２７、これら各コンパレータの信号を画像処理する画像処理ボード２８及び画像処理ボード２８の出力信号に基づいて出力される選別信号（不良品信号）を入力する前述の駆動回路１８とを備えている。なお、この他、画像処理のために必要な画像メモリ３０や処理プログラムを記憶した記憶回路３１は適宜設けられ設計事項であるのでその詳細は図示していない。加えて、演算制御素子としてのＣＰＵ３２やその入出力回路３３についても、処理段階個々で制御するものや一括で１つのＣＰＵで制御するものなど様々に設計できるので、ここではその一例を示し詳細は図示していない。
【００２８】
制御装置２０には受光部７のＣＣＤセンサーから出力される複数の画素信号が入力される。この画素信号はコンパレータ２５，２６，２７に入力されそれぞれのしきい値で２値化される。２値化された信号のうちコンパレータ２６，２７の信号は、画像処理ボード２８で不良検出処理４０が行われ不良信号の有無が確認され、不良信号が検出されたら中心検出処理４１が行われる。図７−▲１▼にＣＣＤセンサーから出力された米粒１粒から得られる、途中を省略したデジタル信号の一例を示している。この場合、米粒１粒に比較的淡い広い範囲の着色部分と比較的濃い小さな着色部分があるものを一例として示した。この図７−▲１▼では３種のコンパレータのしきい値レベルの一例を合わせて示している。図７−▲１▼のような信号が各コンパレータ２５，２６，２７に入力されると、各コンパレータ２５，２６，２７から出力される信号はそれぞれ図７−▲２▼，▲３▼，▲４▼に一例として示すような２値化信号となる。この２値化信号は画像処理ボード２８の画像メモリ３０に逐次記憶される。またコンパレータ２５，２６，２７を別回路として示したが画像処理ボード２８で同様の処理が行えるようにプログラムに組み込んでもよい。
【００２９】
なお、一般的なＩｎＧａＡｓセンサーのように出力がアナログ信号の場合には、図８で示すようにアナログ・デジタル変換回路５０を備えることで信号処理は前述の制御装置２０と同様に実施できる。ただし、このときのしきい値は、異物（ガラス、樹脂及びや石）を選別するための第４のしきい値が設定されたコンパレータ５１が備えられる。また異物のための外形レベルを検出するためにあらかじめ設定したしきい値のコンパレータ５２を設けて、その２値化信号によって前記同様に外形を特定するための信号とするとよい。
【００３０】
以下に制御装置２０における画像処理について図９乃至図１１により説明する。ＣＣＤセンサー７から出力されるデータ、例えば１２ｂｉｔが並列に出力されるものについては、連続したデータに並べ替えて８ｂｉｔに変換するとよい。このように変換されたＣＣＤセンサー７のデータを、予めコンパレータ２６，２７に設定した着色部のしきい値（第１レベル、第２レベル）と外形のしきい値で２値化処理する（ステップ２０１，２０２，３０１）。図９（ａ）では複数スキャンによって得られるデータのごく一部で、第１レベルで２値化したデータの一例を示している。同様に第２レベルで２値化したデータも得られる。
【００３１】
以下、画像処理ボード２８における信号処理について説明する。この処理は画像処理ボード２８の記憶回路３１に予め記憶されたプログラムによって行われるものとする。第１レベルのコンパレータ２６で２値化したデータの画像処理における初期設定で、不良とする米粒の条件を以下のようにしてある。つまり、スキャン方向に連続する画素数（横）を３、流れ方向に連続する画素数（縦）を２と設定してある。これを図９（ａ）に当てはめると、ｎ番目のスキャンにおいて横方向に連続する画素数は５であり、ｎ＋１番目のスキャンにおいて連続する画素数は７、ｎ＋２番目のスキャンにおいて連続する画素数は４であり、いずれのスキャンにおいても初期設定の横方向の連続画素数３を超えており不良粒に該当する。また初期設定の縦方向の連続画素数２も超えており、ここで検出された画素の集合は不良粒の画素と判別される（ステップ２０３）。また図９（ｂ）の例ではｍ番目のスキャンで横方向に連続する画素数は３であり、初期設定の横方向の連続画素数３を超えることはなく、縦方向にも連続した画素が存在しないのでこの画素の集合は不良粒の画素とは判別されずキャンセルされる。第２レベルのコンパレータ２７で２値化されたデータにおいて検出される不良粒画素は、第１レベルとしきい値が異なりより濃い着色の画素であるのでそのまま不良と判定される。
【００３２】
上記着色部を２値化したデータの処理と同時に図１０（ａ）から図１０（ｂ）で示す米粒の外形処理が行われる。図１０（ａ）が外形レベルのコンパレータ２５から得られる信号である。いわゆる米粒の形状信号に単純な２値化処理を施した信号である（ステップ３０１）。続いて形状の縮小処理を行う。縮小処理は、まず図１０（ｂ）のように縦方向の周囲の画素を１画素ずつ均等にキャンセルする（ステップ３０２）。次に図１０（ｃ）のように横方向の周囲の画素を３画素ずつ均等にキャンセルする（ステップ３０３）。ここでキャンセルする画素数は任意に設定するものであり、ここで示した数値である必要はない。この処理によって、他の米粒画像との連結を解き米粒１粒の外形を明確にすることができる。
【００３３】
ステップ２０１及び２０３で検出した着色の画素（図９（ａ））とステップ３０３までに得られた米粒の形状画素（図１０（ｃ））とを重ねて塗りつぶし（図１０（ｄ））、着色粒全体の外形を明確にする（ステップ３０４）。
【００３４】
次に、図３で示したように入出動軸１６ａの横方向幅に合わせて受光部７のセンサー素子を６素子１ブロックと、４ブロック１区分と分割したように、同様に画像処理でも入出動軸１６ａに合わせて６画素を１ブロックとして全体をブロック単位に変換するとともに、１ブロックの６画素の内に１つでも不良粒の画素が存在したら、そのブロック全体を不良粒ブロックとして膨脹処理する（ステップ３０５、図１０（ｅ））。
【００３５】
中心位置の検出は次のようにして行う。まず横方向の中心位置の検出は図１０（ｅ）のデータを基に各ブロックデータを上下のブロックデータとＯＲ演算することで膨脹させパターンマッチングで横方向の中心位置を求める。横方向に偶数個のデータがある場合には中心の２ブロックを中心とし、奇数個のデータがある場合には中心の１ブロックを中心とする（ステップ３０６、図１０（ｆ））。また縦方向の中心位置の検出は図１０（ｆ）のデータを基に各ブロックデータを左右のブロックデータとＯＲ演算することで膨脹させパターンマッチングで縦方向の中心位置を求める。縦方向に偶数個のデータがある場合には中心の２ブロックを中心とし、奇数個のデータがある場合には中心の１ブロックを中心とする（ステップ３０７、図１０（ｇ））。このようにして横方向と縦方向の中心位置をＡＮＤ演算すると、図１０（ｇ）で示す中心の４ブロック（格子模様ブロック）が求まる（ステップ３０８）。中心位置のブロックが求まると、このブロックが存在する区分が決定し（図１０（ｈ））、この区分に対応する排除手段１６が決まり、この排除手段１６が接続される駆動回路１８へ排除信号を出力する（ステップ３０９）。
【００３６】
求まった中心位置のブロックが存在する区分に対応した入出動軸１６ａが入出動するように信号を出力するので、図１０（ｇ）のように、ちょうど中心ブロックが１区分にある場合はその区分に決定するが、中心ブロックが横方向に２区分にまたがる場合には、２区分に対応する２つの入出動軸１６ａが入出動する。
【００３７】
受光部７のＣＣＤセンサー受光信号の処理を中心に説明したが、受光部８のＩｎＧａＡｓセンサー受光信号の処理も最適な解像度が望めるセンサーであれば同様に行うことができる。異物の検出は第４レベルを設定したコンパレータ５１によって２値化されて異物の存在を確認し、外形レベルを設定したコンパレータ５２によって２値化されて異物の外形を確認する。異物の種類によっては、第４レベルのコンパレータ５１によって２値化されたデータをそのまま外形のデータとして利用することもできる。これはＣＣＤセンサーで検出する着色部のように複数レベルの濃淡がない場合で、異物のデータがそのまま外形のデータとなりうる場合である。
【００３８】
以上のように、センサーの解像度を上げて大小さまざまな着色部が検出できるようにして、着色部の大きさを画素数で特定するようにしたので、解像度を上げることによって淡い不良部分の検出精度が向上するだけでなく、画素の計数によってその大きさの判別を可能とし、解像度を上げた成果が発揮できるものとなる。
【００３９】
粒状物の外形を検出して、粒状物の外形となる画素の集合に不良部分の画素を重ねることによって、不良画素の存在する粒状物を不良粒状物として認識させ、不良粒状物の画素集合における不良部分の画素位置に関係なく不良粒状物の中心位置の画素を特定する。これによって、従来不良部分の画素に合わせていた選別作用ではなく、特定した不良粒状物の中心位置の画素に応じた不良粒状物の中心位置に対して作用する選別信号を出力するので、不良部分の位置に関係なく不良粒状物の中心位置に対して選別の作用を与えることができるので、不良粒状物の不良部分が粒状物のどこに存在しようとも不良粒状物１粒を排除できる。
【００４０】
【発明の効果】
落下する粒状物を入出動軸で排除する排除手段は、入出動軸を無摺動で軸受けする構造としたので、入出動時の入出動軸にかかる摺動摩擦などの負荷が生じることがない。よって、応答性はエアー式エジェクタ程度が確保できるので、従来と同様の処理能力が維持できて、エアー源を無くし、省エネルギーの粒状物選別装置が提供できる。また、入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力するようにしたので、１粒目は、該１粒目に対応して出動した入出動軸の前記傾斜面によって排除され、１粒目に後続する２粒目は、出動状態が保持された入出動軸の傾斜面に当接して排除される。入出動軸は２粒目を排除した後に入動する。よって、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物は排除されるので選別精度を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粒状物選別装置の概略側断面図である。
【図２】排除手段を拡大した断面図である。
【図３】粒状物選別装置のシュートとノズル及びセンサー素子の関係を示す図である。
【図４】排除手段を千鳥状に配置した図である。
【図５】千鳥状に配置した排除手段の側面図である。
【図６】粒状物選別装置の制御装置のうちＣＣＤセンサーの信号処理を行うブロック図である。
【図７】ＣＣＤセンサーで受光した信号とその２値化信号を示す図である。
【図８】粒状物選別装置の制御装置のうちＩｎＧａＡｓセンサーの信号処理を行うブロック図である。
【図９】着色部分の検出を示す画像処理のイメージ図である。
【図１０】米粒外形の検出を示す画像処理のイメージ図である。
【図１１】画像処理のフローチャートである。
【図１２】駆動回路図である。
【図１３】駆動回路における一部のパルス信号のタイムチャートである。
【図１４】傾斜面の形成の変形例を示す。
【符号の説明】
１ 粒状物選別装置
２ 振動フィーダ装置
３ タンク部
４ 米粒供給部
５ シュート
６ 光学検出部
６ａ 前光学検出部
６ｂ 後光学検出部
７ 可視光受光部
８ 近赤外光受光部
９ 照明用蛍光灯
１０ 照明用蛍光灯
１１ 照明用ハロゲンランプ
１２ 背景板
１３ 開口部
１５ 選別部
１６ 排除手段
１７ 電磁コイル
１８ 駆動回路
２０ 制御装置
２２ 不良品排出口
２３ 精品排出口
２５ コンパレータ
２６ コンパレータ
２７ コンパレータ
２８ 画像処理ボード
３０ 画像メモリ
３１ 記憶回路
３２ ＣＰＵ
３３ 入出力回路
３４ 開閉バルブ
４０ 不良検出
４１ 中心検出
５０ アナログ・デジタル変換回路
５１ コンパレータ
５２ コンパレータ
６１ 電磁コイル
６８ 排除板
６８ａ 傾斜面（当接面）
７０ ワンショット回路
７１ 遅延回路
７７ 遅延回路
８０ 遅延回路
８１ 遅延回路
８２ 電子スイッチ
８３ 電子スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被選別原料となる粒状物の拡散光を受光して、受光した拡散光から粒状物の良品・不良品判別を行って、特定の粒状物を排除するようにした粒状物選別装置に係り、特にその排除手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−１１３４５４号公報には、穀粒選別機の選別手段として、ＣＣＤカメラによって穀粒が撮像された位置よりも下流に配設され、穀粒の落下軌跡の幅方向に沿って複数に分割され、各分割領域ごとに変位することにより該分割領域毎に穀粒に直接当接して、穀粒の落下軌跡を変更させる板バネと、この板バネを変位させて良品・不良品の選別を行うソレノイドと、ソレノイドに駆動電力を供給するソレノイド制御手段とが備えられたものが開示してある。
【０００３】
このものは、従来の選別機構としてエアーを噴出するイジェクターノズルからなる選別手段に比較して、エアー源が不要であることからコスト面で大変有利である。しかも、エアー配管も不要であることから内部構造もエアー管と電気配線とが交差することがなく、電気配線だけでよく、きわめて簡素となる。加えて、メンテナンスの箇所も電気的メンテナンスだけでよく、単純にみればそれは半減したといってもよい。
【０００４】
しかし、前記ソレノイドの入出動軸における入出動作の一方がコイルバネなどの弾性体に委ねられる構造となっているため、入出動軸の入出動作の応答性に限界がある。このため、このようなソレノイドを選別手段に利用した場合には、処理能力に限界があった。
【０００５】
このため、本出願人は、入出動作の応答性を従来よりも向上させたソレノイドを選別手段に用いた粒状物選別装置の出願を行っている（特願平１１−３６５７４０号）。このソレノイドとは、入出動軸に永久磁石を備えると共に入出動軸を包囲する永久磁石を備えて無摺動で入出動軸を軸受けする構造とし、入出動軸の永久磁石と入出動軸を包囲した電磁コイルとから構成した入出動手段のＯＮ／ＯＦＦによって、入出動軸を入出動させるというものである。このように入出動軸を無摺動で軸受させることにより入出動軸の入出動の応答性を従来よりも向上させたものである。なお、不良品は、ソレノイドの入出力軸の先端によって排除・選別される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、任意のソレノイド（排除手段）が排除する粒状物が連続して流れてきた場合、前述のように入出動軸の入出動の応答性を従来よりも向上させただけではこれらの粒状物を排除することができない懸念があった。それは、連続して流れてくる粒状物の間隔に問題がある。連続した粒と粒との間隔は、前記ソレノイドの入出動軸の応答性で両粒状物を排除できるものがあれば、当該入出動軸の応答性でも排除できないものもある。後者の場合には、１粒目の粒状物は排除できても２粒目の粒状物は入出動軸の出動が間に合わないため、排除されず、良品とともに流れてしまうことになる。
そこで、本発明は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物を排除して選別精度を従来よりも向上させることができる粒状物選別装置を提供することを技術的課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、
被選別物である粒状物を移送する移送手段から放出される粒状物の落下軌跡に沿った位置に、前記粒状物に照明光を照射する照明手段及び該照明手段の照射光を受けた粒状物からの光を受光する受光手段と、排除すべき粒状物を排除する排除手段とを備え、前記受光手段の受光信号を基に排除すべき粒状物を判別する判別手段と、該判別手段からの排除信号に基づいて駆動信号を前記排除手段に出力する駆動回路と、を備えた粒状物選別装置において、
前記排除手段は、無摺動で軸受けされ軸方向に直線的に入出動する入出動軸と、該入出動軸を前記駆動回路からの駆動信号により入出動させる入出動手段とを備え、前記入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力する、という技術的手段を講じるものである。
【０００８】
落下する粒状物を入出動軸で排除する排除手段は、入出動軸を無摺動で軸受けする構造としたので、入出動時の入出動軸にかかる摺動摩擦などの負荷が生じることはなく、加えて入出動軸によって直接粒状物を排除するので、排除手段は粒状物を排除する押圧力を備えていればよい。したがって従来と比較して駆動力の小さい排除手段として小型化が可能である。また、入出動手段によって入出動軸を入出動させるので、入出動の一方をコイルバネなどに委ねることはなく、入出動軸が無摺動であることと相俟って応答性は従来のエアー式エジェクタ程度が確保できるので、従来と同様の処理能力が維持できて、エアー源を無くした省エネルギーの粒状物選別装置が提供できる。さらに、入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力するようにしたので、１粒目は、該１粒目に対応して出動した入出動軸の前記傾斜面によって排除され、１粒目に後続する２粒目は、出動状態が保持された入出動軸の傾斜面に当接して排除される。入出動軸は２粒目を排除した後に入動する。よって、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物は排除されるので選別精度を従来よりも向上させることができる。また、入出動軸の入出動の回数が従来よりも減るので、排除手段の消耗を少なくすることができる。
【０００９】
また、排除手段は、入出動軸に備えた永久磁石と、入出動軸を包囲した永久磁石によって無摺動で入出動軸を軸受けする構造とし、入出動軸の永久磁石と入出動軸を包囲した電磁コイルからなる入出動手段のＯＮ／ＯＦＦによって、入出動軸を入出動可能にしてある。このような構造にすると、入出動軸の永久磁石とこれを包囲した永久磁石との反発力を利用して入出動軸は無摺動で軸受けできて、入出動軸の永久磁石とこれを包囲した電磁コイルとの反発・吸引を利用して、入出動軸を入出動させることができる。すると入出動が排除手段独自でコントロールできる。また入出動のそれぞれは無摺動のため２ｍｓ程度で駆動させることができて、従来のエアーを噴出させるエジェクタ方式と同等の応答速度となる。
【００１０】
通常、排除手段は、粒状物の流れ幅方向に合わせ、排除手段を前記幅方向に複数個配置して使用するが、このとき複数の排除手段を千鳥状に配置するとよい。
つまり、入出動軸が千鳥状に配置されることになるので、粒状物に比較して１個の排除手段の配置占有面積が大きい場合であっても、入出動軸は前記幅方向に対し隙間無く配置できる。これは本発明の排除手段が板バネなど別の部材との組み合わせを必要とせず単独で排除作用を備えることによるものであり、したがって複数の排除手段を如何様にも自在に並べて配置することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る粒状物選別装置の概要を図１及び図２により説明する。以下、粒状物として穀粒、特に白米を選別対象の原料として、白米の着色粒や白米に混入した異物を排除する選別装置として説明する。図１は、粒状物選別装置１の主要部とその内部構造を簡略に示した要部側断面図である。上部に振動フィーダ装置２とタンク部３とからなる米粒供給部４と、振動フィーダ装置２から供給される白米を所定軌跡に移送する傾斜した板状のシュート５を備え、該シュート５によって米粒を次の光学検出部６に放出供給する。
【００１２】
次の光学検出部６は、シュート５から放出された米粒の落下軌跡Ｒを中心にしてほぼ対称的に、前光学検出部６ａと後光学検出部６ｂとを配置して構成してある。この前光学検出部６ａと後光学検出部６ｂとにはそれぞれ枠体６０ａ，６０ｂを構成し、各枠体６０ａ，６０ｂの落下軌跡Ｒ側のみが透明板６０ｃ，６０ｄで構成してある。この各枠体６０ａ，６０ｂ内には、米粒の落下軌跡Ｒに設定された視点Ｏを中心にして前後に、例えばＳｉセンサ素子を画素とするＣＣＤセンサーを備えた可視光受光部７ａ，７ｂと、ＩｎＧａＡｓ素子からなるアナログセンサーを備えた近赤外光受光部８ａ，８ｂがシュート５の幅方向に対応して設けられ、さらに、照明用蛍光灯９ａ，９ｂ及び１０ａ，１０ｂと、照明用ハロゲンランプ１１ａ，１１ｂと、それぞれの受光部に対した背景板１２ａ，１２ｂとを備え、背景板１２ａ，１２ｂには、受光部８ａ，８ｂと視点Ｏとの視線を遮らないよう開口部１３ａ，１３ｂが開設してある。可視光受光部７や近赤外光受光部８は、周知の集光レンズを備えた広角度カメラによって構成したものでもよい。
【００１３】
米粒落下方向に沿って光学検出部６の下方には選別部１５が備えられ、米粒の落下軌跡Ｒに対して入出動する入出動軸を備えた排除手段１６がシュート５の幅方向に複数設けてある。排除手段１６個々には入出動軸１６ａを入出動させる電磁コイル１７ａ、１７ｂ（入出動手段）及び入出力軸１６ａに設けた永久磁石６０ａ、６０ｂ（入出動手段）を備え、電磁コイル１７ａ、１７ｂは、これのＯＮ／ＯＦＦを制御する駆動回路１８に接続してある。
【００１４】
受光部７，８は後述する制御装置２０を介して駆動回路１８に接続してあり、受光部７，８で受光された米粒や異物の信号は制御装置２０で処理され、着色を有する不良の米粒や異物を検出したとき駆動回路１８に連絡する。駆動回路１８は該当する排除手段１６の電磁コイル１７ａまたは電磁コイル１７ｂのいずれか一方に供給する電力を切換えて入出動軸１６ａを入出動させる駆動信号（出動信号、入動信号）を出力する。駆動手段１８が作動すると入出動軸１６ａの出動ではじかれた不良の米粒や異物は米粒の落下軌跡Ｒから排除され不良品排出口２２から、また排除されない良米粒は当初の米粒落下軌跡に沿って精品排出口２３から機外に排出される。
【００１５】
次に図２により排除手段１６について説明する。図２（ａ）に示したように、排除手段は、軸１６ａに所定の間隔をおいて２カ所にその外周の磁極が互いに異なるよう配置固着した永久磁石６０ａ（Ｎ極）、６０ｂ（Ｓ極）と、２カ所の永久磁石６０ａ、６０ｂを包囲し且つ対する面の磁極が反発するよう配置した軸受け側永久磁石６１ａ（Ｎ極）、６１ｂ（Ｓ極）とによって軸１６ａが無摺動に軸受けしてある。永久磁石６１ａと６１ｂの間には、軸１６ａを包囲して電磁コイル１７ａ、１７ｂが設けられている。この各電磁コイル１７ａ、１７ｂは、電力を供給したときに電流が互いに反対方向に流れるように電源に接続してある。電磁コイル１７ａ及び電磁コイル１７ｂへの電力供給を切換えて、各電磁コイル１７ａ、１７ｂ周囲のに生じる磁極を軸１６ａの永久磁石６０ａと６０ｂのに作用させることにより、その吸引と反発で軸１６ａは軸芯方向に入出動する。なお符号６２，６３，６４及び６５，６６，６７は間隙材である。
【００１６】
前記入出動軸１６ａの先端には、落下軌跡Ｒ方向から見て矩形状の排除板６８が備えてある。この排除板６８は、落下軌跡Ｒの上流側（図２における上側）を排除手段１６ａの本体側に位置させ、落下軌跡Ｒの下流側（図２における下側）を入出動軸１６ａの出動前方側に位置させ、落下軌跡Ｒに対し所定角度αだけ傾斜させて配置してある。排除板６８の当接面（傾斜面）６８ａは、排除する粒状物に対する６割から８割程度の表面積とする。これにより排除すべき粒状物だけに排除板６８を当てることができるため、関係のない周囲の粒状物を排除することがない。この排除板６８の材質は、粒状物への衝撃をやわらげるためにゴム、ウレタンフォーム及び発泡材等とするとよい。ただし、入出動軸１６ａの入出動によって流れる被選別物が排除できる程度の押圧力を備えておく必要はある。なお、傾斜面６８ａは、入出動軸１６ａの先端に設けた板状の排除板６８によって形成してもよいが、入出動軸１６ａの先端部を単に傾斜面６８ａとしてもよい（図１４参照）。
【００１７】
次に後述する制御手段２０内に内蔵した、排除手段１６を駆動させるための駆動回路１８の構造と排除手段１６の作動について、図２の（ｂ）、図２の（ｃ）及び図１２を参照しながら説明する。駆動回路１８には、ワンショット回路（単安定マルチバイブレータ）７０と遅延回路７１とを接続したＯＲゲート７２を設け、このＯＲゲート７２は、Ｅｘ．ＯＲゲート７３、反転器７４、ＡＮＤゲート７５及び反転器７６のそれぞれに接続してある。反転器７４は遅延回路７７を介して前記Ｅｘ．ＯＲゲート７３に接続してある。このＥｘ．ＯＲゲート７３は反転器７８を介して前記ＡＮＤゲート７５及びＡＮＤゲート７９のそれぞれに接続してある。前記反転器７６は前記ＡＮＤゲート７９に接続してある。前記ＡＮＤゲート７５は遅延回路８０に接続してあり、前記ＡＮＤゲート７９は遅延回路８１に接続してある。駆動回路１８はこのように構成してある。そして、遅延回路８０は排除手段１６に設けた電子スイッチ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）８２に、遅延回路８１は排除手段１６に設けた電子スイッチ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）８３にそれぞれ接続してある。なお、前記電子スイッチ８２は電磁コイル１７ａに、また前記電子スイッチ８３は電磁コイル１７ｂにそれぞれ接続してある。
【００１８】
このように構成した駆動回路１８に、後述する入出力回路３３から排除信号が出力されると、排除信号はワンショット回路７０と遅延回路７１とに入る。ワンショット回路７０及び遅延回路７１のそれぞれから出力された信号はＯＲゲート７２に入り、ＯＲゲート７２は図１３に示すようなＨＩＧＨの信号を出力する。このＨＩＧＨの信号は、Ｅｘ．ＯＲゲート７３、反転器７４、ＡＮＤゲート７５及び反転器７６のそれぞれに送られる。反転器７４に送られたＨＩＧＨの信号はＬＯＷの信号に反転された後、遅延回路７７を介してＥｘ．ＯＲゲート７３に送られる。Ｅｘ．ＯＲゲート７３は、遅延回路７７からのＬＯＷ信号とＯＲゲート７２からのＨＩＧＨ信号を受け、図１３に示すような２発のＬＯＷの信号を出力する。この２発のＬＯＷ信号は反転器７８によってＨＩＧＨに反転され、ＡＮＤゲート７５及びＡＮＤゲート７９のそれぞれに送られる。ＯＲゲート７２及び反転器７８から信号を受けたＡＮＤゲート７５は、図１３に示すようなＨＩＧＨ信号（出動信号）を出力する。反転器７６はＯＲゲート７２から出力された信号を反転させてＡＮＤゲート７９に送る。反転器７８及び反転器７６からの信号を受けたＡＮＤゲート７９は、図１３に示すようなＨＩＧＨ信号（入動信号）を出力する。
【００１９】
ＡＮＤゲート７５から出力されたＨＩＧＨ信号（出動信号）は遅延回路８０に送られる。遅延回路８０には、受光部７と入出動軸１６ａとの離間距離等を考慮して入出動軸１６ａの出動時に排除板６８を不良品の中心位置（検出方法は後述する）に当接させるための所定の遅延時間が設定してあり、遅延回路８０はこの遅延時間を経過した後、電子スイッチ８２にＨＩＧＨ信号（出動信号）を送る。このＨＩＧＨ信号（出動信号）によって電子スイッチ８２はＯＮ（通電状態）になり、電磁コイル１７ａに電流が流れる。この電流によって電磁コイル１７ａには図２の（ｂ）に示すような磁極が生じ、この磁極の発生により入出動軸１６ａの永久磁石６０ａ、６０ｂの磁極との吸引・反発作用によって入出動軸１６ａが出動する。
【００２０】
図１３に示すように、前記ＡＮＤゲート７５から出力されるＨＩＧＨ信号（出動信号）よりも遅れたタイミングで出力される前記ＡＮＤゲート７９からのＨＩＧＨ信号（入動信号）は、遅延回路８１に送られ、前記遅延回路８０と同一に設定された遅延時間を経過した後、電子スイッチ８３にＨＩＧＨ信号（入動信号）を送る。このＨＩＧＨ信号（入動信号）によって電子スイッチ８３がＯＮ（通電状態）になり、電磁コイル１７ｂに電流が流れる。この電流によって電磁コイル１７ｂには図２の（ｃ）に示すような磁極が生じ、この磁極の発生により入出動軸１６ａの永久磁石６０ａ、６０ｂの磁極との吸引・反発作用によって入出動軸１６ａが入動する。このように、入出動軸１６ａは、出動信号及び入動信号による各電磁コイル１７ａ、１７ｂへの通電のＯＮ／ＯＦＦによって入出動する。
【００２１】
任意の排除手段１６が排除する粒状物が連続して流れてきた場合の駆動信号（出動信号、入動信号）出力について説明する。ワンショット回路７０が不良品１粒分のパルス信号を出力している間に次の排除信号が当該ワンショット回路７０に入ると、ワンショット回路７０はその時点から連続して１粒分のパルス信号を出力する。このため、ＯＲゲート７２から出力される信号は２粒に対応した時間的に長い信号となるので、入動信号は２粒目の不良品に対応したタイミングで出力される。これにより、２粒連続して流れてきた不良の粒状物は、１粒目に合わして出動した入出動軸１６ａの前記傾斜面６８ａによって１粒目が排除され、１粒目に後続する２粒目は出動状態の入出動軸１６ａの傾斜面６８ａに当接して排除される。入出動軸１６ａは２粒目を排除した後に入動する。なお、連続して３粒や４粒の不良品を排除する場合であっても、１回の入出動作によって同様に不良の粒状物を排除することができる。
【００２２】
前記排除手段１６は、入出動軸１６ａが無摺動で軸受けされているので、入出動における他との摩擦はなく応答性に優れている。試験で得た入出動軸１６ａの作動時間は０．６ｍｓ〜０．９ｍｓと、エアー式エジェクタの作動時間と同等もしくはわずかに向上した結果となった。したがって、エアー源が不要で応答性のよい排除手段が実現できる。
【００２３】
図３にシュート５正面から見た、シュート５と受光部７と入出動軸１６ａ及び排除板６８の、シュート５上を流れる穀粒の幅方向の配列を示した簡略な拡大図を示す。シュート５は、説明の都合上、例えば所定幅に複数区分に区切ってあり、このシュート５の１区分ごとに入出動軸１６ａが割り当ててある。なお、周知の技術を適用すれば区切りのない単なる平板でもよい。排除板６８は、対象物が米粒の場合、米粒長が５ｍｍとすると排除板６８の縦長さＬ１を４ｍｍ程度とすることが好ましい。排除板６８の横長さＬ３については３ｍｍ程度とすることが好ましい。また、この例では受光部７の複数の受光センサー素子は６素子ごとに１ブロックとし、４ブロックを１個の入出動軸１６ａに割り当ててある。つまり２４素子でシュート５の１区分に流れる米粒の光量を受光する例を示してある。
つまり画素としては１個の入出動軸１６ａごとに横方向に２４画素となる。米粒を撮影するときには、米粒の流れに対して直角の方向にスキャニングして像を得る。
【００２４】
ここで、図１に示した排除手段１６の配置に基づいて図４、図５により説明を加える。入出動軸１６ａの先端部に備えた排除板６８は穀粒の流れの幅方向に隙間無く連続的に配置してあることが好ましいので、図１で上下方向に配列してある如く、排除手段１６の大きさ（外径）によっては、図４（ａ）のように千鳥状に配置するとよい。図４（ａ）は図３と同じ方向から見た図である。これによって、排除板６８は図４（ｂ）のように理想的に隙間無く配列できる。
【００２５】
さらに図３による説明に合わせ重ねて説明すると、穀粒が符号Ｖの位置を落下してきたときには符号Ｚの入出動軸を作動させ、穀粒が符号Ｗの位置を落下してきたときには符号ＸとＹの入出動軸を作動させるとよい。これは後述する制御装置２０によって判断される。
【００２６】
さて、このように配置したとき、これを図１の如く側面から見ると、個々の排除手段１６は上下にズレた図５の配置となる。駆動回路１８から出力される駆動信号は、上側に配置した排除手段１６への出動・入動信号の出力タイミングと、下側に配置した排除手段１６への出動・入動信号の出力タイミングとが異なるようにする。すなわち、上位置の排除手段と下位置の排除手段の位置ズレを考慮して、前記遅延回路８０、８１に遅延時間を設定する。このようにして、上方から落下する穀粒にタイミングを合わせて、不良品・異物には入出動軸１６ａを入出動させて排除し、良品の穀粒には入出動軸１６ａは作動させず通過させる。このとき、排除板６８は前述のように落下軌跡Ｒに対して所定角度αだけ傾斜させているので、該排除板６８に当接した不良品・異物は、前後の不良品・異物と向きが異なっても落下軌跡Ｒから安定して斜め下向きに(図５の矢印Ａ方向)はじき落とされる。
【００２７】
次に図６及び図７で、受光部７，８から出力される信号処理を行う制御装置２０について説明する。まず、制御装置２０は、外形レベルをしきい値とするコンパレータ（比較器）２５と、比較的淡い着色（第１レベル）をしきい値とするコンパレータ２６と、比較的濃い着色（第２レベル）をしきい値とするコンパレータ２７、これら各コンパレータの信号を画像処理する画像処理ボード２８及び画像処理ボード２８の出力信号に基づいて出力される選別信号（不良品信号）を入力する前述の駆動回路１８とを備えている。なお、この他、画像処理のために必要な画像メモリ３０や処理プログラムを記憶した記憶回路３１は適宜設けられ設計事項であるのでその詳細は図示していない。加えて、演算制御素子としてのＣＰＵ３２やその入出力回路３３についても、処理段階個々で制御するものや一括で１つのＣＰＵで制御するものなど様々に設計できるので、ここではその一例を示し詳細は図示していない。
【００２８】
制御装置２０には受光部７のＣＣＤセンサーから出力される複数の画素信号が入力される。この画素信号はコンパレータ２５，２６，２７に入力されそれぞれのしきい値で２値化される。２値化された信号のうちコンパレータ２６，２７の信号は、画像処理ボード２８で不良検出処理４０が行われ不良信号の有無が確認され、不良信号が検出されたら中心検出処理４１が行われる。図７−▲１▼にＣＣＤセンサーから出力された米粒１粒から得られる、途中を省略したデジタル信号の一例を示している。この場合、米粒１粒に比較的淡い広い範囲の着色部分と比較的濃い小さな着色部分があるものを一例として示した。この図７−▲１▼では３種のコンパレータのしきい値レベルの一例を合わせて示している。図７−▲１▼のような信号が各コンパレータ２５，２６，２７に入力されると、各コンパレータ２５，２６，２７から出力される信号はそれぞれ図７−▲２▼，▲３▼，▲４▼に一例として示すような２値化信号となる。この２値化信号は画像処理ボード２８の画像メモリ３０に逐次記憶される。またコンパレータ２５，２６，２７を別回路として示したが画像処理ボード２８で同様の処理が行えるようにプログラムに組み込んでもよい。
【００２９】
なお、一般的なＩｎＧａＡｓセンサーのように出力がアナログ信号の場合には、図８で示すようにアナログ・デジタル変換回路５０を備えることで信号処理は前述の制御装置２０と同様に実施できる。ただし、このときのしきい値は、異物（ガラス、樹脂及びや石）を選別するための第４のしきい値が設定されたコンパレータ５１が備えられる。また異物のための外形レベルを検出するためにあらかじめ設定したしきい値のコンパレータ５２を設けて、その２値化信号によって前記同様に外形を特定するための信号とするとよい。
【００３０】
以下に制御装置２０における画像処理について図９乃至図１１により説明する。ＣＣＤセンサー７から出力されるデータ、例えば１２ｂｉｔが並列に出力されるものについては、連続したデータに並べ替えて８ｂｉｔに変換するとよい。このように変換されたＣＣＤセンサー７のデータを、予めコンパレータ２６，２７に設定した着色部のしきい値（第１レベル、第２レベル）と外形のしきい値で２値化処理する（ステップ２０１，２０２，３０１）。図９（ａ）では複数スキャンによって得られるデータのごく一部で、第１レベルで２値化したデータの一例を示している。同様に第２レベルで２値化したデータも得られる。
【００３１】
以下、画像処理ボード２８における信号処理について説明する。この処理は画像処理ボード２８の記憶回路３１に予め記憶されたプログラムによって行われるものとする。第１レベルのコンパレータ２６で２値化したデータの画像処理における初期設定で、不良とする米粒の条件を以下のようにしてある。つまり、スキャン方向に連続する画素数（横）を３、流れ方向に連続する画素数（縦）を２と設定してある。これを図９（ａ）に当てはめると、ｎ番目のスキャンにおいて横方向に連続する画素数は５であり、ｎ＋１番目のスキャンにおいて連続する画素数は７、ｎ＋２番目のスキャンにおいて連続する画素数は４であり、いずれのスキャンにおいても初期設定の横方向の連続画素数３を超えており不良粒に該当する。また初期設定の縦方向の連続画素数２も超えており、ここで検出された画素の集合は不良粒の画素と判別される（ステップ２０３）。また図９（ｂ）の例ではｍ番目のスキャンで横方向に連続する画素数は３であり、初期設定の横方向の連続画素数３を超えることはなく、縦方向にも連続した画素が存在しないのでこの画素の集合は不良粒の画素とは判別されずキャンセルされる。第２レベルのコンパレータ２７で２値化されたデータにおいて検出される不良粒画素は、第１レベルとしきい値が異なりより濃い着色の画素であるのでそのまま不良と判定される。
【００３２】
上記着色部を２値化したデータの処理と同時に図１０（ａ）から図１０（ｂ）で示す米粒の外形処理が行われる。図１０（ａ）が外形レベルのコンパレータ２５から得られる信号である。いわゆる米粒の形状信号に単純な２値化処理を施した信号である（ステップ３０１）。続いて形状の縮小処理を行う。縮小処理は、まず図１０（ｂ）のように縦方向の周囲の画素を１画素ずつ均等にキャンセルする（ステップ３０２）。次に図１０（ｃ）のように横方向の周囲の画素を３画素ずつ均等にキャンセルする（ステップ３０３）。ここでキャンセルする画素数は任意に設定するものであり、ここで示した数値である必要はない。この処理によって、他の米粒画像との連結を解き米粒１粒の外形を明確にすることができる。
【００３３】
ステップ２０１及び２０３で検出した着色の画素（図９（ａ））とステップ３０３までに得られた米粒の形状画素（図１０（ｃ））とを重ねて塗りつぶし（図１０（ｄ））、着色粒全体の外形を明確にする（ステップ３０４）。
【００３４】
次に、図３で示したように入出動軸１６ａの横方向幅に合わせて受光部７のセンサー素子を６素子１ブロックと、４ブロック１区分と分割したように、同様に画像処理でも入出動軸１６ａに合わせて６画素を１ブロックとして全体をブロック単位に変換するとともに、１ブロックの６画素の内に１つでも不良粒の画素が存在したら、そのブロック全体を不良粒ブロックとして膨脹処理する（ステップ３０５、図１０（ｅ））。
【００３５】
中心位置の検出は次のようにして行う。まず横方向の中心位置の検出は図１０（ｅ）のデータを基に各ブロックデータを上下のブロックデータとＯＲ演算することで膨脹させパターンマッチングで横方向の中心位置を求める。横方向に偶数個のデータがある場合には中心の２ブロックを中心とし、奇数個のデータがある場合には中心の１ブロックを中心とする（ステップ３０６、図１０（ｆ））。また縦方向の中心位置の検出は図１０（ｆ）のデータを基に各ブロックデータを左右のブロックデータとＯＲ演算することで膨脹させパターンマッチングで縦方向の中心位置を求める。縦方向に偶数個のデータがある場合には中心の２ブロックを中心とし、奇数個のデータがある場合には中心の１ブロックを中心とする（ステップ３０７、図１０（ｇ））。このようにして横方向と縦方向の中心位置をＡＮＤ演算すると、図１０（ｇ）で示す中心の４ブロック（格子模様ブロック）が求まる（ステップ３０８）。中心位置のブロックが求まると、このブロックが存在する区分が決定し（図１０（ｈ））、この区分に対応する排除手段１６が決まり、この排除手段１６が接続される駆動回路１８へ排除信号を出力する（ステップ３０９）。
【００３６】
求まった中心位置のブロックが存在する区分に対応した入出動軸１６ａが入出動するように信号を出力するので、図１０（ｇ）のように、ちょうど中心ブロックが１区分にある場合はその区分に決定するが、中心ブロックが横方向に２区分にまたがる場合には、２区分に対応する２つの入出動軸１６ａが入出動する。
【００３７】
受光部７のＣＣＤセンサー受光信号の処理を中心に説明したが、受光部８のＩｎＧａＡｓセンサー受光信号の処理も最適な解像度が望めるセンサーであれば同様に行うことができる。異物の検出は第４レベルを設定したコンパレータ５１によって２値化されて異物の存在を確認し、外形レベルを設定したコンパレータ５２によって２値化されて異物の外形を確認する。異物の種類によっては、第４レベルのコンパレータ５１によって２値化されたデータをそのまま外形のデータとして利用することもできる。これはＣＣＤセンサーで検出する着色部のように複数レベルの濃淡がない場合で、異物のデータがそのまま外形のデータとなりうる場合である。
【００３８】
以上のように、センサーの解像度を上げて大小さまざまな着色部が検出できるようにして、着色部の大きさを画素数で特定するようにしたので、解像度を上げることによって淡い不良部分の検出精度が向上するだけでなく、画素の計数によってその大きさの判別を可能とし、解像度を上げた成果が発揮できるものとなる。
【００３９】
粒状物の外形を検出して、粒状物の外形となる画素の集合に不良部分の画素を重ねることによって、不良画素の存在する粒状物を不良粒状物として認識させ、不良粒状物の画素集合における不良部分の画素位置に関係なく不良粒状物の中心位置の画素を特定する。これによって、従来不良部分の画素に合わせていた選別作用ではなく、特定した不良粒状物の中心位置の画素に応じた不良粒状物の中心位置に対して作用する選別信号を出力するので、不良部分の位置に関係なく不良粒状物の中心位置に対して選別の作用を与えることができるので、不良粒状物の不良部分が粒状物のどこに存在しようとも不良粒状物１粒を排除できる。
【００４０】
【発明の効果】
落下する粒状物を入出動軸で排除する排除手段は、入出動軸を無摺動で軸受けする構造としたので、入出動時の入出動軸にかかる摺動摩擦などの負荷が生じることがない。よって、応答性はエアー式エジェクタ程度が確保できるので、従来と同様の処理能力が維持できて、エアー源を無くし、省エネルギーの粒状物選別装置が提供できる。また、入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力するようにしたので、１粒目は、該１粒目に対応して出動した入出動軸の前記傾斜面によって排除され、１粒目に後続する２粒目は、出動状態が保持された入出動軸の傾斜面に当接して排除される。入出動軸は２粒目を排除した後に入動する。よって、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して流れてきた場合であっても、これらの粒状物は排除されるので選別精度を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粒状物選別装置の概略側断面図である。
【図２】排除手段を拡大した断面図である。
【図３】粒状物選別装置のシュートとノズル及びセンサー素子の関係を示す図である。
【図４】排除手段を千鳥状に配置した図である。
【図５】千鳥状に配置した排除手段の側面図である。
【図６】粒状物選別装置の制御装置のうちＣＣＤセンサーの信号処理を行うブロック図である。
【図７】ＣＣＤセンサーで受光した信号とその２値化信号を示す図である。
【図８】粒状物選別装置の制御装置のうちＩｎＧａＡｓセンサーの信号処理を行うブロック図である。
【図９】着色部分の検出を示す画像処理のイメージ図である。
【図１０】米粒外形の検出を示す画像処理のイメージ図である。
【図１１】画像処理のフローチャートである。
【図１２】駆動回路図である。
【図１３】駆動回路における一部のパルス信号のタイムチャートである。
【図１４】傾斜面の形成の変形例を示す。
【符号の説明】
１ 粒状物選別装置
２ 振動フィーダ装置
３ タンク部
４ 米粒供給部
５ シュート
６ 光学検出部
６ａ 前光学検出部
６ｂ 後光学検出部
７ 可視光受光部
８ 近赤外光受光部
９ 照明用蛍光灯
１０ 照明用蛍光灯
１１ 照明用ハロゲンランプ
１２ 背景板
１３ 開口部
１５ 選別部
１６ 排除手段
１７ 電磁コイル
１８ 駆動回路
２０ 制御装置
２２ 不良品排出口
２３ 精品排出口
２５ コンパレータ
２６ コンパレータ
２７ コンパレータ
２８ 画像処理ボード
３０ 画像メモリ
３１ 記憶回路
３２ ＣＰＵ
３３ 入出力回路
３４ 開閉バルブ
４０ 不良検出
４１ 中心検出
５０ アナログ・デジタル変換回路
５１ コンパレータ
５２ コンパレータ
６１ 電磁コイル
６８ 排除板
６８ａ 傾斜面（当接面）
７０ ワンショット回路
７１ 遅延回路
７７ 遅延回路
８０ 遅延回路
８１ 遅延回路
８２ 電子スイッチ
８３ 電子スイッチ
Claims (2)
- 被選別物である粒状物を移送する移送手段から放出される粒状物の落下軌跡に沿った位置に、前記粒状物に照明光を照射する照明手段及び該照明手段の照射光を受けた粒状物からの光を受光する受光手段と、排除すべき粒状物を排除する排除手段とを備え、前記受光手段の受光信号を基に排除すべき粒状物を判別する判別手段と、該判別手段からの排除信号に基づいて駆動信号を前記排除手段に出力する駆動回路と、を備えた粒状物選別装置において、
前記排除手段は、無摺動で軸受けされ軸方向に直線的に入出動する入出動軸と、該入出動軸を前記駆動回路からの駆動信号により入出動させる入出動手段とを備え、入出動軸に備えた永久磁石と、入出動軸を包囲した永久磁石によって無摺動で入出動軸を軸受けする構造とし、入出動軸の永久磁石と入出動軸を包囲した電磁コイルとからなる入出動手段のＯＮ／ＯＦＦによって、入出動軸を入出動可能にしたものであり、前記入出動軸の先端部には、前記入出動軸の出動時に落下軌跡中の粒状物と当接するように、前記落下軌跡の上流側から前記入出動軸の出動前方側に向って傾斜させた傾斜面を設け、前記駆動回路は、任意の排除手段が排除する粒状物が連続して判定されたとき、入出動軸の入出動を、排除する先頭の粒状物に対応させて出動させ、後続する排除すべき粒状物を排除した後に入動させるように前記入出動手段へ駆動信号を出力することを特徴とする粒状物選別装置。 - 前記排除手段は、粒状物の流れ幅方向に千鳥状に複数個備えた請求項１に記載の粒状物選別装置。
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