JP7074975B2

JP7074975B2 - 計測装置

Info

Publication number: JP7074975B2
Application number: JP2018036063A
Authority: JP
Inventors: 稔典成田; 正美香月
Original assignee: 近江度量衡株式会社
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019152465A

Description

特許法第３０条第２項適用平成２９年９月４日に発行された第７６回農業食料工学会年次大会講演要旨の第１０８頁にて公開。

特許法第３０条第２項適用平成２９年９月７日～９月９日に開催された農業食科工学会第７６回（２０１７年度）年次大会において発表。

本発明は計測装置に関する。

収穫された籾や麦などの穀物は、カントリーエレベーターやライスセンターなどの乾燥貯蔵施設へ運ばれる。そこでは、各生産者から搬入された穀物を一括で乾燥処理し、その後、出荷されるまで貯蔵している。このように、荷受された穀物は一括して乾燥処理がなされるため、生産者に対する対価の算定は、荷受時において生産者ごとに計測した穀物の重量（以下「荷受重量」という）に基づいて算定される。

乾燥貯蔵施設では、荷受重量を計測するために、荷受した穀物をコンベアでホッパースケールまで搬送し、搬送された穀物を所定のまとまりに分け、このまとまりごとに順次計測し、それらを総和する構成が採用されている。そのため、ある生産者から荷受した穀物の量が多ければ多いほど、まとまりごとの計測回数が増加し、その結果、計測時間が長引き、他の生産者からの荷受が制限されることとなる。特に、収穫のピーク時には、多数の生産者から穀物が搬入されるので荷受待ちが生じ易く、荷受待ちの解消が望まれている。

ところで、近年では、収穫した穀物をフレキシブルコンテナ（以下、「フレコン」という）に収容して乾燥貯蔵施設に搬入する生産者が増えており、当該フレコン単位で重さを量る計測装置が特許文献１に開示されている。

特開平８－３１３３２９号公報

しかしながら、収穫時における穀物の乾燥程度（穀物内の水分量）は生産者ごとに異なるため、上記の計測装置で計測した重量のみに基づいて対価を算定すると、例え同じ量の穀物を搬入したとしても、水分量の大小によって対価が異なることとなるため、平等性に欠けることとなってしまう。そのため、上記の計測装置を用いたとしても、従来と同様に乾燥貯蔵施設内に設けられた計測装置を用いて水分量を計測する必要があるが、当該計測装置はホッパースケールよりも後の工程に配置されているため、当該計測装置まで搬送するために時間を要することとなる。してみると、搬入した穀物が当該計測装置による計測結果が出るまでは、他の生産者は穀物張込ホッパーに穀物を投入することができず、依然として荷受待ちが生じることとなってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑み、搬入された穀物の荷受待ちを解消する計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、穀物張込ホッパーの上方に設置される計測装置であって、穀物を下方へと通過させる穀物通過部が形成されており、該穀物を収容したフレキシブルコンテナが載置される載置台と、前記載置台の下方に配され、該載置台が前記フレキシブルコンテナから受ける荷重を計測する荷重計測手段と、前記フレキシブルコンテナから排出されて前記穀物通過部を通過した穀物を前記穀物張込ホッパーへと流下させる流下手段と、前記穀物通過部を通過した穀物の水分量を計測する水分量計測手段と、を備えることを特徴とする。

前記水分量計測手段は、前記穀物通過部を通過した穀物の水分量を部分的に計測することを特徴とする。

本発明によれば、搬入された穀物が穀物張込ホッパーへと投入される際に、荷受時に必要な荷受重量および水分量の計測が行われる。この場合、乾燥貯蔵施設内において重量計測や水分量計測の工程を省略することができるので、順次、搬入された穀物を荷受張込ホッパーへと投入することができる。よって、荷受待ちの時間を大幅に短縮することができる。

本実施形態の計測装置を備えた既存の乾燥貯蔵施設の概略図乾燥貯蔵施設および計測装置のブロック図計測装置の荷重検出ユニットおよび静電容量検出ユニットの斜視図乾燥貯蔵施設のメインコンピュータおよび計測装置のコンピュータの処理フロー

以下、図面を参照しながら本発明に係る計測装置の実施形態を説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る計測装置１０は既設の乾燥貯蔵施設１００（以下、「既存施設１００」と省略する。）に用いられる。既存施設１００には、穀物の搬入を受け付ける受付端末１０２が設けられており、この受付端末１０２を通じて入力された荷受情報がメインコンピュータ１０４へと送信される。メインコンピュータ１０４は、既存施設１００の各種装置を制御するコンピュータであり、荷受情報を受信すると、当該荷受情報を生産者ごとにメモリに記憶する。なお、荷受情報は、荷受月日、生産者の氏名、生産者に割り当てられた識別番号、及び品種に加えて、計測装置１０によって計測された荷受重量および水分量である。

受付端末１０２の近傍には、生産者から搬入された穀物を荷受する穀物張込ホッパー１０６が設けられている。穀物張込ホッパー１０６は、少なくともフレコン１袋分の穀物をコンテナ１０８内に収容可能であり、コンテナ１０８の上方に形成された投入口１１０がグレーチング１１２に覆われて、地中に埋設されている。コンテナ１０８の底には、メインコンピュータ１０４からの信号に基づいて駆動する穀物の排出手段１２６が設けられている。

排出手段１２６によって排出された穀物は、メインコンピュータ１０４によって制御されるコンベア１１４によって屋内にある粗選機１１６へと搬送される。粗選機１１６へと投入された穀物は、異物などが取り除かれ、コンベア１１８によりホッパースケール１２０へと搬送される。ホッパースケール１２０は、搬送されてきた穀物を所定のまとまりごとに分けて計測する。当該計測により得られた穀物の重量はメインコンピュータ１０４へと送信されて、荷受重量として該当する生産者の荷受情報に加えられる。ホッパースケール１２０から排出された穀物は、コンベア１２２によって貯留ビン１２４へと搬送され、乾燥処理に適した所定量に達するまで一時貯留されることとなる。

ここで、本実施形態では、屋内に設けられえたホッパースケール１２０による計測に換えて、上記のグレーチング１１２上に配置された計測装置１０を用いて計測することとしている。計測装置１０は、穀物が穀物張込ホッパー１０６に投入される前に荷受重量および水分量を計測する装置であって、穀物入りフレコンＦの荷重を検出する荷重検出ユニット１２と、フレコンＦから排出された穀物の静電容量を検出する静電容量検出ユニット１４と、穀物入りフレコンＦの荷重と穀物の静電容量に基づいて荷受重量と水分量を算定するコンピュータ６２と、を備えている。

荷重検出ユニット１２は、図３に示すように、穀物入りフレコンＦが載置される載置台１６に、荷重を検出する荷重検出器１８が取り付けられた構成となっている。この載置台１６は、複数の金属製角材２２が直方体型に溶接接合されたフレーム２０と、このフレーム２０上部の方形枠に対して複数の角材２４が格子状に並設されて成る載置部２６と、を有している。この載置台１６とグレーチング１１２の間には荷重検出器１８である２つのバー型のロードセル１８ａ，１８ｂが介在している。バー型のロードセル１８ａ，１８ｂは、互いに平行に、かつ載置台１６のフレーム２０下部を構成する方形枠に沿って設けられている。

上記載置台１６に、フォークリフトによって運ばれた穀物入りフレコンＦが載置されると、当該フレコンＦの荷重がフレーム２０を介して各ロードセル１８ａ，１８ｂにかかり、荷重に対応した電気信号が各ロードセル１８ａ，１８ｂから出力される。出力された電気信号は、ロードセル１８ａ，１８ｂに配線接続されたアナログ‐デジタル変換器２８（図２）を介してコンピュータ６２（図２）へと入力される。コンピュータ６２は、配線接続されたスイッチ５８からの入力信号をトリガーとして、アナログ‐デジタル変換器２８からの信号を取得し、当該信号に基づいて荷受重量を算定する。このようにして荷受重量が計測されており、荷重検出器１８、アナログ‐デジタル変換器２８、及びコンピュータ６２は、載置台１８が穀物入りフレコンＦから受ける荷重を計測する荷重計測手段として機能している。

荷受重量が算定されると、作業員は、載置台１６上にある穀物入りフレコンＦをフォークリフトで吊り上げて穀物を排出する。排出された穀物は、載置部２６を構成している複数の角材２４間を通過して静電容量検出ユニット１４へと投入される。このように、角材２４同士の間に形成されている隙間はフレコンＦから排出された穀物を下方へ通過させる穀物通過部として機能している。

静電容量検出ユニット１４は、フレコンＦから投入された穀物を穀物張込ホッパー１０６へと流下させる流下手段３２と、当該投入された穀物をサンプリングして静電容量を検出する静電容量検出器３４と、を備えている。

流下手段３２の形態は特に限定されないが、本実施形態では投入された穀物を左右に分岐して排出する１対のシュート３２ａ，３２ｂを備えている。各シュート３２ａ，３２ｂは互いに対向配置された前板３６および後板３８、外板４０、並びに内板４２によって角筒型に構成されている。前板３６および後板３８は、直方体型の静電容量検出ユニット１４の前後を形成する台形の板であって、上底が下底よりも長く、これら底辺に対して一方の脚が直角に（以下、直角脚という）、他方の脚が傾斜した（以下、傾斜脚という）形状となっている。外板４０は、静電容量検出ユニット１４の側方を形成する方形の板であって、上記前板３６および後板３８の直角脚に沿って垂直に設けられた板である。内板４２は、静電容量検出ユニット１４の内方に設けられた方形の板であって、前板３６および後板３８の傾斜脚に沿って設けられた板である。そして、各シュート３２ａ，３２ｂは、内板４２の上辺を含む仮想垂直面を対称面として互いに面対称に配置されている。

１対のシュート３２ａ，３２ｂの間には、フレコンＦから排出された穀物の一部が投入されるパイプ４４が設けられている。このパイプ４４は、内板４２から突出した鉛直部４６と、鉛直部４６の下端からシュート３２ａの下部に向かって延出し、当該シュート３２ａに連通した傾斜部４８と、を有する。当該パイプ４４の形状は、本態様に限られず、一方のシュート３２ａの上部と他方のシュート３２ｂの下部を連通させるように設けられたパイプや、一方のシュート３２ａの上部と下部をバイパスするように設けられたパイプであっても構わない。パイプ４４の中ほど（本態様においては、鉛直部４６と傾斜部４８の接続箇所）には下方に向かって開口が形成されており、当該開口はコンピュータ６２によって制御される電動シリンダー型のゲートバルブ５０によって開閉される。当該バルブ５０が開くと、パイプ４４内を通過する穀物が開口から投下され、静電容量検出器３４に供給される。

静電容量検出器３４は、穀物を収容する容器５２と、当該容器５２内に穀物が充填されたことを検出するレベルセンサー６０と、容器５２内に設けられた電極５４と、静電容量検出回路５６と、を備えている。

容器５２は、上記パイプ４４に開設された開口の下方に設けられており、静電容量を検出するために必要な量の穀物を収容し得る、鉛直方向に長く延出した金属製の角型容器であって、配線を通じて公知の静電容量検出回路５６のグランドに接続されている。この容器５２の中央には、容器５２の壁面の一つと対向する方形の電極板５４が立設している。電極板５４は配線を通じて静電容量検出回路５６に接続されており、当該静電容量検出回路５６によって電極板５４と容器５２の間に生じた静電容量が検出される。静電容量検出回路５６によって検出された静電容量はコンピュータ６２へと入力される。コンピュータ６２は、入力された静電容量に基づいて容器５２に充填された穀物の水分量を算定する。このようにして穀物の水分量が計測され、容器５２、電極板５４、静電容量検出回路５６、及びコンピュータ６２は、当該水分量を計測する水分計測手段として機能している。また、容器５２と電極板５４は静電容量を検出するための静電容量センサーとして機能している。なお、容器５２の上部には、容器５２内に充填された穀物の量を検出するレベルセンサー６０が設けられており、当該レベルセンサー６０のからの信号をトリガーとしてコンピュータ６２は水分量の算定を行うこととしている。

容器５２の下部には、不図示の吸引式エアー搬送装置やスクリューコンベアなどの搬送手段が設けられおり、当該搬送手段によって、容器５２内の穀物が整粒歩合を検査する検査室へと搬送される。

コンピュータ６２は、不図示のＣＰＵ、メモリ、及び入出力端子を備えている。当該入出力端子は、上記のアナログ‐デジタル変換器２８、静電容量検出回路５６、ランプ３０、レベルセンサー６０、スイッチ５８、及びゲートバルブ５６の制御端子に電気的に接続されている。メモリには計測プログラムが予め記憶されており、この計測プログラムをＣＰＵが実行することで、コンピュータ６２は各ロードセル１８ａ，１８ｂの出力に基づいて荷受重量を算定する荷受重量算定部、及び静電容量センサーの出力に基づいて穀物の水分量を算定する水分量算定部として機能する。ここで、本実施形態のコンピュータ６２は、空のフレコンＦの重量をメモリに記憶させておき、これらの重量を荷重検出器１８の出力から減じることで荷受重量を算定することとしている。また、コンピュータ６２のメモリには、予め、静電容量と水分の関係を規定した検量線関数が記憶されており、ＣＰＵは、静電容量検出５６からの出力を当該検量線関数に代入することで水分量を算定することとしている。

上記計測装置１０のコンピュータ６２は、メインコンピュータ１０４と通信可能に接続されている。以下、計測装置１０のコンピュータ６２による処理フローを、メインコンピュータ１０４の処理と併せて説明する。

生産者から穀物が搬入されると、乾燥貯蔵施設１００の作業員はフォークリフトを用いてフレコンＦの荷下ろしを行うと共に、当該フレコンＦを載置台１６に載置する。そして、作業員は、受付端末１０２を用いて荷受情報を入力し、メインコンピュータ１０４へと送信する。図４に示すように、メインコンピュータ１０４は、既存施設１００の各装置を制御しつつ（Ｓ１００）、荷受情報を受信した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）に、受信した荷受情報をメモリに記憶させる記憶処理（Ｓ１０２）、及び計測装置１０に対して計測を開始させるための計測指令を送信する計測指令処理（Ｓ１０３）を実行する。

計測装置１０のコンピュータ６２のＣＰＵは、計測指令を受信すると（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、荷受重量算定処理（Ｓ１１）を実行する。荷受重量算定処理（Ｓ１１）は、入出力端子を介してアナログ‐デジタル変換器２８に変換コマンドを送信し、当該変換コマンドに従ってアナログ‐デジタル変換器２８から出力されたデータ（ロードセル１８ａ，１８ｂの出力値）を取得する取得ステップと、取得した各ロードセル１８ａ，１８ｂの出力値に基づいて重量を算定する算定ステップと、を含む。

ここで、本実施形態では、重量を正確に算定するために、各ロードセル１８ａ，１８ｂからの出力値が安定したことを条件として上記算出ステップを実行することとしている。具体的には、ＣＰＵは、上記の取得ステップを周期的に行い、各ロードセル１８ａ，１８ｂの出力値を取得するたびに、直前に取得した各出力値との差分を求め、当該差分がそれぞれ所定値内であるか否かを確認する。所定値内である場合には、各ロードセル１８ａ，１８ｂの値が安定したものとして、ＣＰＵは、入出力端子を介してランプ３０を点灯させて、スイッチ５８からの入力を待つ。そして、スイッチ５８からの入力があると、ＣＰＵは、再度、取得ステップを行った上で上記算定ステップを実行する。なお、取得ステップにおいて取得した出力値には、穀物入りフレコンＦの重量と載置台１６の重量が含まれるが、穀物入りフレコンＦが載置される前の各ロードセル１８ａ，１８ｂの和を基準値とし、当該基準値を取得した出力値から減じることで載置台１６の重量を省いた、穀物入りフレコンＦの重量が算出される。次いで、ＣＰＵは、メモリから空のフレコンの重量を読み込み、算出した穀物入りフレコンＦの重量から空のフレコンの重量を減じることで穀物の重量、即ち荷受重量が算定される。

上記荷受重量算定処理（Ｓ１１）によって荷受重量が算定されると、コンピュータ６２は、ランプ３０を消灯させる（Ｓ１２）。当該ランプ３０の消灯を視認した作業員は、フォークリフトでフレコンＦを持ち上げ、フレコンＦ下面に設けられた排出口から穀物を排出させる。

次いで、計測装置１０のコンピュータ６２は水分量算定処理（Ｓ１３）を実行する。水分量算定処理（Ｓ１３）では、入出力端子を制御して静電容量検出回路５６からの出力信号を取得する取得ステップと、取得した出力信号に基づいて容器５２内に充填された穀物の静電容量を算出する静電容量算出ステップと、当該静電容量をメモリに記憶した検量線関数に代入して水分量を算定する水分量算定ステップと、を含む。なお、ＣＰＵは、穀物充填センサーからの出力信号をトリガーとして、上記取得ステップを実行する。

上記水分量算定処理（Ｓ１３）によって穀物の水分量が算定されると、荷受重量算定処理（Ｓ１１）で得た荷受重量および水分量算定処理（Ｓ１３）で得た水分量をメインコンピュータ１０４へと送信する送信処理（Ｓ１４）を行う。

メインコンピュータ１０４は、荷受重量および水分量を受信する受信処理（Ｓ１０４）、及び受信した荷受重量および水分量を対応する荷受情報に含めてメモリに記憶させる記憶処理（Ｓ１０５）を実行する。そして、生産者に対して荷受重量および水分量が通知されることで、次の生産者の荷受が開始される。なお、本実施形態の計測装置１０が使用されるのはフレコンＦで搬入する場合であり、その際にはホッパースケール１２０での計測が省略され、ホッパースケール１２０の底は開放された状態となっている。一方、コンバイン袋などフレコンＦ以外の搬入態様では、従来どおり、既存施設１００内に設けられたホッパースケール１２０で計測が行われる。

本実施形態の計測装置１０によれば、搬入された穀物が穀物張込ホッパー１０６へと投入される際に、荷受時に必要な荷受重量および水分量の計測が行われる。この場合、既存施設１００内における重量計測や水分量計測を省略することができるので、従来のようなホッパースケール１２０の計測待ちが生じず、順次、搬入された穀物を荷受張込ホッパーへと投入することができる。よって、荷受待ちの時間を大幅に短縮することができる。

また、計測装置１０の荷重算定処理では、荷重検出器１８からの出力が安定したことを条件として計測を開始するので、より精度の高い荷受重量の計測が可能となっている。

以上、本発明に係る計測装置を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態で実施されても構わない。

＜変形例＞
（１）計測装置は、さらに、フォークリフトによって運搬可能な平パレットなどの土台を備えても構わない。当該土台の形状は、代表的には平たい直方体であり、その上に荷重検出ユニット１２および静電容量検出ユニット１４が載置される。そして、静電容量検出ユニット１４から排出された穀物が穀物張込ホッパー１０６へと投入されるように、土台には、１対のシュート３２ａ，３２ｂの下部に対応する位置に、上面から下面にかけて貫通した複数の貫通孔が開設されている。また、土台の側面にはフォークリフトのフォークが挿入される挿入穴が形成されている。このような土台を備えることで、計測装置の運搬が容易となる。

（２）上記荷受重量算定処理（Ｓ１１）において、コンピュータ６２のＣＰＵは、周期的に取得した各ロードセル１８ａ，１８ｂの値をメモリに記憶させても構わない。当該態様においては、作業者がスイッチ５８を押す前に誤って穀物を排出した場合に、ＣＰＵは、メモリ内に記憶されたロードセル１８ａ，１８ｂの値を参照し、それらの和を求めることで荷受重量の算定をする。

（３）上記の実施形態では、静電容量を検出することにより、容器５２内に充填された穀物の水分量を計測していたが、当該態様に限られず、光学的に水分量を計測しても構わない。例えば、透明の容器と、当該容器内に充填された穀物に対して側方から赤外線を照射する光源と、当該光源の逆側において穀物を透過した透過光を受光するセンサーと、当該センサーからの信号に基づいて水分量を算定するコンピュータと、を備えても構わない。

（４）また、シュート３２ａ，３２ｂの下端にコンピュータによって開閉制御されるゲートと、当該ゲートが閉じられてシュート内に充填された穀物に対して赤外線を照射する光源と、当該穀物を透過した透過光を受光するセンサーと、当該センサーからの信号に基づいて水分量を算定するコンピュータと、を備えても構わない。

（５）上記既存設備１００において、各種装置を制御するコンピュータは単一のものに限られない。例えば、受付端末１０２とホッパースケール１２０を制御する他のコンピュータを設け、当該他のコンピュータが計測装置１０のコンピュータ６２と通信可能な態様であっても構わない。当該態様においては、他のコンピュータが、受付端末１０２からの受付情報を受信し、かつホッパースケール１２０から投入可能であることを指標する情報を受信した場合に、計測装置のコンピュータ６２に対して計測指令を送信する。

本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ … 計測装置
１６ … 載置台
１８ … 荷重検出器
２８ … アナログ‐デジタル変換器
３２ … 流下手段
５２ … 容器
５４ … 電極板
５６ … 静電容量検出回路
６０ … コンピュータ
１００ … 既存施設
１０６ … 穀物張込ホッパー

Claims

穀物張込ホッパーの上方に設置される計測装置であって、
穀物を下方へと通過させる穀物通過部が形成されており、該穀物を収容したフレキシブルコンテナが載置される載置台と、
前記載置台の下方に配され、該載置台が前記フレキシブルコンテナから受ける荷重を計測する荷重計測手段と、
前記フレキシブルコンテナから排出されて前記穀物通過部を通過した穀物を前記穀物張込ホッパーへと流下させる流下手段と、
前記穀物通過部を通過した穀物の水分量を計測する水分量計測手段と、
を備えた計測装置。
前記水分量計測手段は、前記穀物通過部を通過した穀物の水分量を部分的に計測することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。