JP6783999B2

JP6783999B2 - 穀粒の品質測定装置

Info

Publication number: JP6783999B2
Application number: JP2016168624A
Authority: JP
Inventors: 石津　裕之; 裕之石津; 由武青島; 義高福元; 章子殿柿
Original assignee: Shizuoka Seiki Co Ltd
Current assignee: Shizuoka Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: WO2018043404A1; JP2017026625A

Description

本発明は、例えば穀粒の食味や内部品質等を光学的に測定するための穀粒の品質測定装置に関する。

従来、穀粒の食味を分析する食味分析計や、穀粒の内部品質を測定する内部品質測定器等の品質測定装置においては、例えば筐体上部に設けたホッパに投入された穀粒のサンプル（試料）を、ホッパ底部に連設したインペラで回転させつつ試料測定部に収容（充填）する。そして、試料測定部内に収容された穀粒に光学系の測定手段から光を照射してその品質を測定するようにしている。なお、近赤外分析計を使用した籾米の品質評価装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平６−２８８９０７号公報

しかしながら、このような品質測定装置にあっては、インペラの底面下部に連設した試料測定部内の穀粒を光学系の測定手段でその品質を測定しているが、光源から照射された光を受光部で受光するようになっているため、環境温度（周囲温度）の変動が大きい場合に、受光部の受光素子の温度特性が測定値に影響し、特にタンパク質の測定には１０００ｎｍ以降が重要であるが、この領域での温度特性が前記影響を顕著に受け易い。

そのため、この課題を解決するためやノイズ対策としてペルチェ素子を用いて受光素子を冷却しているのが一般的である。しかし、この構造の場合でも、単に受光素子を冷却するのみであるため、受光部周辺の温度を常に一定に維持することが困難で、温度変化による、例えば穀粒のタンパク質の測定誤差の発生を抑制することが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、受光部を加温可能な加温手段を設けることにより、受光素子周辺を恒温状態として、穀粒内のタンパク質等の品質であっても精度良く測定することが可能な穀粒の品質測定装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、筐体の上部に設けられて穀粒が投入されるホッパと、該ホッパ内に投入された穀粒をその回転により搬送するインペラと、該インペラの下方に配設され所定量の穀粒が収容可能な試料測定部と、該試料測定部内の穀粒の品質を光学的に測定する光源と受光部を有する測定手段と、前記受光部を加温する加温手段と、前記受光部周辺の温度を検出し該検出温度に基づいて前記加温手段を作動させて受光部周辺の温度を一定化させ得る制御装置と、を備え、前記インペラの回転を用いることにより、前記ホッパ内に投入された穀粒が前記試料測定部に搬送されると共に前記試料測定部に充填される穀粒の密度が均一化されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記測定手段が、光源及び受光素子、第１ミラー及び第２ミラー、回転格子、及び出口スリットを有するモノクロメータ構造であることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記加温手段がヒータであることを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、制御装置が、受光部周辺の温度を検出し該検出温度に基づいて加温手段を作動させて受光部周辺の温度を一定化させるため、穀粒の例えばタンパク質を測定する場合に、受光部の温度を最適温度として、タンパク質を精度よく測定（検出）することができる。また、インペラの回転を用いることにより、ホッパ内に投入された穀粒が試料測定部に搬送されると共に試料測定部に充填される穀粒の密度が均一化されるため、穀粒の品質の安定した測定結果を容易に得ることできる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、測定手段が、光源及び受光素子、第１及び第２のミラー、回転格子、及び出口スリットを有するモノクロメータ構造であるため、穀粒の品質測定精度を大幅に向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、加温手段がヒータであるため、加温手段やそれを制御する制御装置の構成を簡略化できて、安価で高精度な測定装置を得ることができる。

本発明に係わる穀粒の品質測定装置の一実施形態を示す概略側面図同そのブロック構成図同動作の一例を示すフローチャート同光路長の可変状態を示す図１と同様の概略側面図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明に係わる品質測定装置の一実施形態を示している。図１に示すように、品質測定装置１は、箱状の筺体２を有し、この筺体２の上面にはホッパ３が配設され、このホッパ３の底面開口部には図示しないシャッタが開閉可能に配設されている。

また、ホッパ３の底面開口部の下方にはインペラ４が連設され、このインペラ４はそのケース４ａの上面に設けた開口がホッパ３の底面開口に前記シャッタを介して連通状態となっている。そして、シャッタが後述する制御装置１５（図２参照）の制御信号でソレノイド５が作動することにより下方に回動動作して、ホッパ３内に投入された穀粒のサンプル（試料という）が、インペラ４に供給されるようになっている。なお、インペラ４は、その回転軸４ｂに放射状に固定された複数枚の羽根４ｃを有し、回転軸４ｂに固定されたステッピングモータ６の作動で、羽根４ｃが垂直面内で回転するようになっている。

また、前記インペラ４のケース４ａの底面には排出用の開口が形成され、この開口がインペラ４の下部に配設された試料測定部７の上面開口部に連通している。試料測定部７は、例えば透明な樹脂板により有底筒状に形成され、底面の開口部には、図示しないソレノイドで開閉可能なシャッタが設けられている。このシャッタの下方には、測定済みの試料を回収する試料回収皿８が筐体２の前面下部に引き出し可能に配設されている。

また、前記試料測定部７の周囲の筐体２内の適宜位置には、図示しない測定手段としての光源ランプ、一対のミラー、回析格子、受光素子（後述するフォトダイオード１０）等からなるモノクロメータが配設されると共に、フォトダイオード１０を加温する加温手段としてのヒータ１１や、フォトダイオード１０周辺の温度検出用のサーミスタ１２等が配設されている。さらに、前記試料測定部７の例えば幅方向の両側には、図１に示す光路長調整部材１３がそれぞれ配設され、このうち一方の（図１の右側）光路長調整部材１３には、アクチュエータ１４が連結されている。そして、このアクチュエータ１４が制御装置１５の制御信号で作動することにより、対向する光路長調整部材１３に対して接近したり離間して、試料測定部７における光路長Ｌが変更されるようになっている。

図２は、本発明に係わる品質測定装置１のブロック構成図を示している。図２に示すように、品質測定装置１は、制御装置１５としてのメイン基板１５ａと、試料供給ユニット部１７と、プリアンプユニット１８と、分光器ユニット１９等を有して、これらが筐体２内の所定位置に配設されている。前記メイン基板１５ａは、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有し、分光器ユニット１９が接続されると共に、前記試料供給ユニット部１７が中継基板２０を介して接続されている。

また、メイン基板１５ａには、前記フォトダイオード１０とサーミスタ１２がプリアンプユニット１８のプリアンプ基板１８ａを介して接続されると共に、前記ヒータ１１が直接接続されている。また、試料供給ユニット部１７は、前記中継基板２０と、インペラ位置検出用のフォトマイクロセンサ１６ａと、試料排出シャッタ開検出用のフォトマイクロセンサ１６ｂ及び試料排出シャッタ閉検出用のフォトマイクロセンサ１６ｃと、光路長センサ基板２１と、前記ステッピングモータ６と、アクチュエータ１４等を有している。

なお、光路長センサ基板２１は、図示しない光路長アクチュエータの例えば１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍの５つの光路長位置を検出するための５個のフォトマイクロセンサ２１ａを有し、これが中継基板２０に接続されている。なお、前記インペラ４を回転させるステッピングモータ６と、光路長調整部材１３を移動させるアクチュエータ１４は、モータドライバ６ａ、１４ａを介してメイン基板１５ａに接続されている。

前記分光器ユニット１９は、回転格子を回転させるステッピングモータ２２と、回転格子用のロータリーエンコーダ２３と、波長校正フィルタ切替用の２個のフォトマイクロセンサ２４ａとソレノイド２４ｂ等を有して、ステッピングモータ２２は、モータドライバ２２ａを介してメイン基板１５ａに接続され、各フォトマイクロセンサ２４ａ及びソレノイド２４ｂはメイン基板１５ａに直接接続されている。

なお、メイン基板１５ａには、測定結果を印字するプリンタ２５、各種出力端子を有するリアパネル基板２６、ＤＣファン２７、試料回収皿８の開閉状態を検出する検出センサ２８等が接続されている。また、図２における符号３０は電源部、３１はフロントパネル基板、３２ａは室内用サーミスタ、３２ｂは室外用サーミスタ、３３はブザー基板、３４はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）基板、３５はＤＣファン３５ａとハロゲンランプ３５ｂを有するリアユニット、３６は試料排出用基板である。なお、このブロック構成図は一例であって、同等の作用効果が得られる適宜のブロック構成図を採用することができる。

次に、このように構成された品質測定装置１の測定動作の一例を、図３のフローチャートに基づいて説明する。先ず、試料の種類等の測定産物が設定（Ｋ０１）されると、測定が開始（Ｋ０２）され、光路長Ｌが変更（Ｋ０３）される。この光路長Ｌの変更は、測定産物の形態に応じて設定してある１０ｍｍ〜３５ｍｍの５段階の光路長Ｌのうちの一つが選択され、それに応じて光路長調整部材１３が、例えば図１の位置から図４に示す位置まで移動して、光路長Ｌが短く（もしくは長く）なるように設定される。なお、本発明で取り扱う「穀粒の形態」としては、穀粒の種類、水分値等の状態、産地や銘柄（品種）、収穫年度等があげられる。

光路長Ｌが変更されると前記試料回収皿８（ドロワ）がセットされている否か等をチェック（Ｋ０４）し、ホッパ３のシャッタを開閉（Ｋ０５）し、ゲインを変更（Ｋ０６）してリファレンス（Ｋ０７）する。その後ゲインを変更（Ｋ０８）して、測定用近赤外線の波長を校正（Ｋ０９）する。このＫ０５〜Ｋ０９によりリファレンスが実行される。

そして、ステッピングモータ６を回転させてインペラ４を動作（Ｋ１０）させる。インペラ４が動作すると、試料検出センサが試料を検出（Ｋ１１）し、ゲインが変更（Ｋ１２）され、スペクトルを取得（Ｋ１３）する。試料のスペクトルが取得されたら、ホッパ３のシャッタを開（Ｋ１４）とし、インペラ４を動作（Ｋ１５）させ、シャッタを閉じる（Ｋ１６）。このＫ１０〜Ｋ１６で試料（サンプル）が測定される。

次に、測定したデータから推定値を計算（Ｋ１７）し、その結果を印字（Ｋ１８）すると共にＳＤカードに保存（Ｋ１９）する。このＫ１７〜Ｋ１９でデータ処理が行われる。そして、シャッタを開（Ｋ２０）にして、インペラ４を動作（Ｋ２１）させ、シャッタを閉（Ｋ２２）にすることで、測定済みの試料を試料回収皿８内に排出（回収）し、試料の測定が終了（Ｋ２３）する。

すなわち、前記品質測定装置１の場合、制御装置１５の制御信号でステッピングモータ６の回転数を制御（可変）できることから、前記工程Ｋ１０、すなわち試料測定時においてインペラ４の回転数が、試料の形態に応じた最適な回転数に設定されることになる。その結果、試料の水分が高く粘性を有する場合には、例えばインペラ４の回転数を低くし、乾燥した試料の場合には、回転数を高くすることで、インペラ４から排出されて試料測定部７に充填される試料の密度が均一化される。つまり、インペラの回転速度可変供給機能を具備していることになる。

また、アクチュエータ１４の作動で光路長が５段階に変更できることから、工程Ｋ０３において、試料の形態に応じて最適な光路長に設定調整できる、つまり、光路長変更機能を具備していることになる。さらに、フォトダイオード１０を加温可能なヒータ１１と、フォトダイオード１０周辺の温度を検出するサーミスタ１２等を備えることから、ヒータ１１を作動させることで、フォトダイオード１０周辺の温度（雰囲気温度）を、例えば試料のタンパク質を測定する場合に最適な温度に設定する、つまりヒータ１１による加温でフォトダイオード１０周辺の温度を常に一定に維持する恒温機能を具備していることになる。

このように、前記品質測定装置１によれば、制御装置１５が、フォトダイオード１０周辺の温度をサーミスタ１２で検出し該検出温度に基づいて、フォトダイオード１０近傍に配置したヒータ１１でフォトダイオード１０周辺の温度を一定化させるため、試料のタンパク質を測定する場合等に、フォトダイオード１０の温度を最適温度として、タンパク質等を精度良く検出することができる。

また、測定手段が、光源及び受光素子、第１及び第２のミラー、回転格子、及び出口スリットを有するモノクロメータ構造であるため、従来のポリクロメータ構造に比較して試料の測定精度を大幅に向上させることができる。また、フォトダイオード１０がその周辺に配設された加温手段としてのヒータ１１で加温されるため、加温手段やその制御装置１５による制御を簡略化できて、安価で高精度な品質測定装置１を得ることが可能になる。

また、前記品質測定装置１の場合、インペラ４の回転速度が制御装置１５で制御可能であるため、試料の品質や状態に対応してインペラ４の回転速度を最適に設定して、試料の品質状態に影響されることなく、各種状態の試料を試料測定部７内に均一に充填して、試料の品質の安定した測定結果を容易に得ることができる。また、品質測定装置１が光路長調整機能を有するため、測定すべき試料の品質に対応して従来のような光路長変更部材を一々交換等することなく自動変更できて、試料の測定誤差を均一化し試料の品質を精度良く測定することができると共に、測定作業自体を効率的に行うことが可能になる。

なお、前記実施形態においては、加温手段としてヒータを使用したが、他の適宜の加温手段を採用することもできるし、加温手段とペルチェ素子の冷却機能を併用して受光素子周辺の温度を所定に設定して、タンパク質以外の穀粒の各種特性を精度良く測定するようにする等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、穀粒のタンパク質の測定に限らず、各種の内部品質の測定にも利用できる。

１・・・・・・・・・品質測定装置
２・・・・・・・・・筺体
３・・・・・・・・・ホッパ
４・・・・・・・・・インペラ
４ａ・・・・・・・・ケース
４ｂ・・・・・・・・回転軸
４ｃ・・・・・・・・羽根
５・・・・・・・・・ソレノイド
６・・・・・・・・・ステッピングモータ
７・・・・・・・・・試料測定部
１０・・・・・・・・フォトダイオード
１１・・・・・・・・ヒータ
１２・・・・・・・・サーミスタ
１３・・・・・・・・光路長調整部材
１４・・・・・・・・アクチュエータ
１５・・・・・・・・制御装置
１５ａ・・・・・・・メイン基板
１９・・・・・・・・分光器ユニット
２１・・・・・・・・光路長センサ基板
２５・・・・・・・・プリンタ
Ｌ・・・・・・・・・光路長

Claims

筐体の上部に設けられて穀粒が投入されるホッパと、該ホッパ内に投入された穀粒をその回転により搬送するインペラと、該インペラの下方に配設され所定量の穀粒が収容可能な試料測定部と、該試料測定部内の穀粒の品質を光学的に測定する光源と受光部を有する測定手段と、前記受光部を加温する加温手段と、前記受光部周辺の温度を検出し該検出温度に基づいて前記加温手段を作動させて受光部周辺の温度を一定化させ得る制御装置と、を備え、前記インペラの回転を用いることにより、前記ホッパ内に投入された穀粒が前記試料測定部に搬送されると共に前記試料測定部に充填される穀粒の密度が均一化されることを特徴とする穀粒の品質測定装置。
前記測定手段は、光源及び受光素子、第１ミラー及び第２ミラー、回転格子、及び出口スリットを有するモノクロメータ構造であることを特徴とする請求項１に記載の穀粒の品質測定装置。
前記加温手段がヒータであることを特徴とする請求項１または２に記載の穀粒の品質測定装置。