JPS6341102Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （考案の属する技術の分野） 本考案は穀類や木の実等の粒状物の表面に反射
率が部分的に大きい部分または小さい部分がある
ことと、粒状物の全体の大きさの違いを同時に識
別して、反射率と大きさに基づく分類を同時に行
う粒状物の選別装置に関する。

（先行技術） 農作物等をその形状や表面の色彩に基づいて分
類する装置が種々提案されている。

特開昭54−78191号に係る米粒の不良検出方法
は、米粒を自由落下させ、その落下の過程で米粒
の透過光と反射光を検出するものであつて、表面
のみならず内部の不都合も検出できると言う点で
優れている。

また特開昭57−147485号に係る茶葉選別装置の
発明は、反射光に含まれる光の内特定の２波長成
分に着目して色による選別を可能にしている。

アーモンド等の木の実をその大きさのみならず
表面の傷等をも考慮して分類したいという要請が
あるが、すでに提案されている前述のような装置
等を組み合わせても大きさと傷の検出およびそれ
らに基づく選別は不可能である。

これらの被選別物は当然のことではあるが、大
きさが一定していない。

また部分的な色の違いやキズ、シミ等の形状や
向きも全体に対して不規則である。

また前記キズ、シミ等が全体の平均的な地肌よ
りも反射率が大きい場合と小さい場合とがある。

例えばアーモンドの傷の部分の反射率は全体の
平均的な地肌よりも反射率が大きくなり、他の穀
類等の黒いシミ等の反射は地肌よりも反射率が小
さくなる。

このような複雑な傷等を検出するためには、分
解能を上げて複雑な演算処理をしなければ傷の検
出大きさによる分類は不可能である。

前記問題を解決するためにテレビジヨン撮像装
置を用いて撮像し、撮像したデータを画像処理技
術により解析する方式が考えられる。

しかしながら前記方式では装置が複雑な上処理
時間が長くなりまた全体として高価になるから、
現場の選別装置には不適当である。

（考案の目的） 本考案の目的は前述した画像処理技術等によら
ず簡単に前述のような傷等を検出することがで
き、同時に大きさにもとずく分類データも得るこ
とができこれらにより選別をすることができる粒
状物等の選別装置を提供することにある。

（考案の構成） 前記目的を達成するために本考案による粒状物
等の選別装置は、粒状物を落下させ、落下の過程
における粒状物からの反射光を検出して検出結果
に基づいて粒状物の落下経路を変更して粒状物を
選別する粒状物の選別装置において、落下過程に
ある粒状物を照明する可視光を含む第１の波長領
域の成分と赤外光を含む第２の波長領域の光を含
む光源と、第１および第２のリニヤイメージセン
サおよび前記光源の照明下にある粒状物の前記落
下の軸に直交する特定の面にある表面からの反射
光成分を前記第１の波長領域と第２の波長領域に
分光して前記第１および第２のイメージセンサに
結像させる光学系を持つ反射光検出器と、前記粒
状物の一つが前記落下軸上の特定の点を通過する
期間中の複数時点で前記リニヤイメージセンサ出
力を直列に読み出すリニヤイメージセンサ駆動信
号発生回路と、前記第１および第２のリニヤイメ
ージセンサ出力の差を求める減算回路と、前記減
算回路の出力を予め設定されたレベルと比較して
異常反射を検出する異常反射検出器と、前記第２
のリニヤイメージセンサ出力の各読み出し毎の反
射光存在時間の和を求める積分器と、前記積分器
が求めた和の出力を参照値と比較して粒状物の大
小を判別する判別器と、前記異常反射検出器およ
び判別器の出力により動作させられる経路変更手
段から構成されている。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本考案をさらに詳しく
説明する。

第１図は、本考案による装置の全体の構成を示
す斜視図である。

まずこの第１図により装置全体の構成と動作を
簡単に説明する。

被選別物であるアーモンド２の粒状物は図示し
ないホツパから垂直に連続落下させられる。

ホツパはアーモンド２の長い方の軸線がなるべ
く落下軸Ｏに一致するように落下させる。

落下軸のＰ点に向けて、タングステン電球の光
源３ａ，３ｂ，３ｃが配置されている。他の光源
を使用することもできるが、少なくとも400〜650
ナノメータの可視光領域の成分と800〜1100ナノ
メータの赤外線領域の波長線分を含むものを用い
る必要がある。

反射光検出器４ａ，４ｂ，４ｃが互いに120゜の
間隔を保ち光軸が前記落下軸Ｏの一点Ｐで交わる
ように配置されている。反射光検出器４ａ，４
ｂ，４ｃはそれぞれ、前記光源３ａ，３ｂ，３ｃ
に照射されたアーモンド２からの反射光を検出す
る。

以下アーモンド２の表面の地肌よりも反射率の
大きい傷を検出する場合を例にして説明する。

各反射光検出器４ａ，４ｂ，４ｃは互いに同一
の形状であるから、反射光検出器４ａを例にし
て、内部の構造を説明する。

反射光検出器４ａは第２図に示すように、収束
レンズ１１ａを持ちこのレンズ１１ａを透過した
光はビームスプリツタで前記可視領域の成分を多
く含む反射光と、前記赤外領域の成分を多く含む
透過光に分割される。

前記反射光はフイルタ１３ａを介して第１のリ
ニヤイメージセンサ１５ａに結像され、透過光は
フイルタ１４ａを介して第２のリニヤイメージセ
ンサ１６ａに結像される。この実施例では256ビ
ツトのリニヤイメージセンサを使用している。

前記第１のリニヤイメージセンサ１５ａに入射
する光は400〜650ナノメータの可視光領域の光で
あり、前記第２のリニヤイメージセンサ１６ａに
入射する光は800〜1100ナノメータの赤外線領域
の光である。

各リニヤイメージセンサに結像される像はアー
モンド２の同一の部分からの反射光の前記各領域
の波長成分により形成されるものである。

このリニヤイメージセンサ１５ａ，１６ａの内
容はアーモンド２が前記Ｐ点を通過する期間内に
リニヤイメージセンサ駆動信号発生回路１７ａに
より、10回程度呼び出され各位置におけるアーモ
ンド２の水平方向の狭い幅内に含まれる画像情報
を順次出力する。

この第１および第２のリニヤイメージセンサ１
５ａ，１６ａから読み出された情報はそれぞれ増
幅サンプルホールド回路１８ａ，１９ａによりサ
ンプルホールドおよび増幅されて出力される。

この信号を以下映像信号と言うことにする。

第３図にアーモンド２と第１のリニヤイメージ
センサ１８ａから出力される映像信号（Vv）と
第２のリニヤイメージセンサ１９ａから出力され
る映像信号（Vi）との出力の関係を略図示して
ある。

アーモンド２のA₁の部分がＰ点と同じ高さに
あるときに撮像された信号はt₁のように出力さ
れ、アーモンド２のA₃の部分がＰ点と同じ高さ
にあるときに撮像された信号はt₃のように出力さ
れる。出力される信号の持続時間はアーモンド２
の対応部分の幅（リニヤイメージセンサ上のビツ
ト数）に比例している。

アーモンド２の裏面に傷があり前記可視領域で
前記傷の部分の反射率が大きいときは、第３図
Vvのt₂に示すように、その部分に対応する出力
が大きく現れる。

なお赤外線部の反射光から得られる映像信号
（Vi）は前述のような顕著なピークは現れない。

このようにして他の反射検出器４ｂ，４ｃから
も同様にして可視部の反射光と赤外線部の反射光
により形成される映像信号が取り出される。

このようにして得られた各反射光検出器４ａ，
４ｂ，４ｃからの映像信号は演算制御装置１０に
接続され、ここで後述する演算処理がされて当該
アーモンド２に傷があるか、大、中、小の何れに
分類されるかの判断がされる。

前記検出位置の下方に経路変更手段を構成する
空気噴射器８ａ，８ｂ，８ｃが設けられている。
前記演算制御装置１０で当該アーモンド２が傷が
あると言う判定がなされたときは、空気噴射器８
ａを動作させる制御信号が送られ、当該アーモン
ド２を容器９の部屋９ａに向かうように経路を変
更させる。

前記演算制御装置１０が当該アーモンド２が大
のグループに属すべきであると言う判定をしたと
きは、空気噴射器８ｂを動作させる制御信号が送
られ、当該アーモンド２を容器９の部屋９ｂに向
かうように経路を変更させる。

前記演算制御装置１０が当該アーモンド２が小
のグループに属すべきであると言う判定をしたと
きは、空気噴射器８ｃを動作させる制御信号が送
られ、当該アーモンド２を容器９の部屋９ｃに向
かうように経路を変更させる。

次に第４図を参照して、主として演算制御装置
の構成を説明する。

演算制御装置１０は各反射光検出器４ａ，４
ｂ，４ｃの出力を処理する回路２４Ａ，２４Ｂ，
２４Ｃとそれらの出力を総合判断して制御信号を
出力する部分から構成されている。

回路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは同じ回路構成で
あるから回路２４Ｂ，２４Ｃの内部の回路を省略
してある。

回路２４Ａの明視暗視選択回路２５には、増幅
サンプルホールド回路１８ａ，１９ａから第１の
リニヤイメージセンサの出力を処理した可視光に
対応する映像信号Vvおよび第２のリニヤイメー
ジセンサの出力を処理した赤外光に対応する映像
信号Viが接続されている。

この考案において明視選択とは粒状物の地肌よ
りも大きい反射率を持つ傷等を検出する動作モー
ドを選択すること、また暗視選択とは粒状物の地
肌よりも小さい反射率を持つ傷シミ等を検出する
動作モードを選択することを言う。

第５図に明視暗視選択回路２５と減算回路２６
を取り出して示してある。

第２のリニヤイメージセンサの出力を処理した
赤外光に対応する映像信号Viは分圧器によりそ
のレベルが第１のリニヤイメージセンサの出力を
処理した可視光に対応する映像信号Vvと略等し
いVia（Via＝Vi・ra／ｒ）になるように調整さ
れる。

明視暗視選択回路２５のリレーRyは、明視暗
視選択入力器５０により切り換えられ、明視暗視
選択入力器５０により明視野が選択されたとき
は、スイツチ接点をＢ側に、暗視野が選択された
ときは、スイツチ接点をＤ側に接続する。

明視野が選択されると、可視光に対応する映像
信号Vvは、減算器２６に含まれる演算増幅器の
非反転入力端子に、赤外光に対応する映像信号
Viを調整した信号Viaは反転入力端子に接続され
る。抵抗R₁，R₂は前記演算増幅器ののオフセツ
トレベルを設定するための抵抗であつて、入力端
子でのオフセツトレベルが零になるように抵抗値
を選択してある。

明視選択がされたときの動作波形を第６図に示
してある。

アーモンド２に傷があると傷に相当する部分の
映像信号が第６図Vvに示すように地肌の部分よ
り突出する。赤外光に対応する映像信号Viを調
整した信号Viaの出力はその部分で殆ど変化しな
いので、減算器２６の出力Vv−Viaには同図に
示すように傷に対応する変化が現れる。この出力
は異常反射検出器２７（第４図参照）に接続さ
れ、異常反射検出器２７のレベルが一定レベルを
越えるときに信号、論理１を出力する。

この状態を数式を参照してさらに詳しく説明す
る。

第５図と第６図に示されている信号およびこれ
に関連する信号を以下のように定義する。

Vv；可視域の映像信号 Vva；アーモンドの皮の部分の可視信号 Vvb；アーモンドの皮のない内部の白い部分
の可視信号 Vi；赤外域の映像信号 Vi₁；アーモンドの皮および内部の赤外信号 Vi₂；Vi₁の分圧した波形 VvとViの関係は設置調整時に、皮のない白い
アーモンドの反射光を基準に可視、赤外とも同レ
ベル（Vv＝Vi）になるよう調整する。

可視信号における皮の信号（Vva）と、内部の
白い部分の信号（Vvb）との関係は、VvaはVvb
の1/3〜1/2（Vvb＝2Vva〜3Vva）のものが最も
多く見られる。

第５図において、比較器２６の＋入力端の電圧
をV⁺，−入力端の電圧をV^-とする。

V⁺は可視信号、V^-は赤外信号に原因する信号
電圧成分である。

第５図からV⁺とV^-は、次の式で表される。

V⁺＝R₁／2R₀＋R₁×Vv …… V^-＝R₀（R₁−R₂）Vc＋R₁R₂（ra／ｒ）Vi／
R₀R₁＋R₁R₂＋R₂R₀…… R₀，R₁，R₂，Vcは定数であるから，式を
次のように整理できる。

V⁺＝Ａ・Vv ……′ V^-＝Ｂ（ra／ｒ）Vi ……′ ただし、Ａ，Ｂは定数である。

反射光検出器４ａの視野内にアーモンドが存在
しない場合には反射光は存在しないからVv，Vi
はともに０となる。

Vv＝０，Vi＝０を前記式に代入すると、 V⁺＝R₁／2R₀＋R₁×Vv＝０ V^-＝R₀（R₁−R₂）Vc／R₀R₁＋R₁R₂＋R₂R₀＞０ R₀≪R₂＜R₁でR₂≒R₁なので、V^-は０に近い
正の値となる。

したがつて、反射光検出器４ａの視野内にアー
モンドが存在しない場合の比較器２６の出力は
V^-＞V⁺で論理０レベルとなる。

次にアーモンドが視野内に入つた時の （ra／ｒ）Viは、先に述べた良品のアーモン
ドの最も明るい可視の信号Vvaとほぼ等しいか、
それよりも少し大きい値となるよう設定されてい
る。

したがつて、良品の場合、常にV⁺＜V^-となり
比較器２６の出力はＬレベルを維持する。

また、不良品の場合、V^-はVvaとほぼ等しい
値に押さえられるのに対して、V⁺はVvbとV^-の
２倍くらいになるので（V⁺≫V^-）、比較器２６
の出力は論理１レベルに反転する。

暗視野が選択されたときの動作波形を第７図に
示してある。

アーモンド２に黒色のシミ等があるとシミに相
当する部分の反射率は小さいので、映像信号が第
７図Vvに示すように地肌の部分より落ち込む。

赤外光に対応する映像信号Viを調整した信号
Viaの出力はその部分で殆ど変化しない。

減算器２６の出力Via−Vvには同図に示すよ
うにシミに対応する突出した変化が現れる。この
出力は異常反射検出器２７（第４図参照）に接続
され、異常反射検出器２７のレベルが一定レベル
を越えるときに信号、論理１を出力する。

増幅サンプルホールド回路１９ａからの赤外線
成分の映像信号Viは、回路２４Ａの整形器２８
に接続され、整形器２８からからアーモンド２の
幅に相当する時間だけ持続する信号が走査の度に
取り出される。

積分器２９は前記整形器２８の出力を積分す
る。

これを、さらに第３図を参照して説明する。

この積分によりt₁の時点の走査でA₁の長さに相
当する画素数に対応する積分値が得られ、t₂の時
点の走査によりA₂の長さに相当する画素数に対
応する積分値がさらに加算され、……t₄の時点の
走査によりA₄の長さに相当する画素数に対応す
る積分値がさらに加算される。

一つの走査から、次の走査までの期間が略一定
であるから、この積分器の出力は反射光検出器４
ａから見たときのアーモンド２の面積に相当す
る。

積分器２９の出力は自乗器３０に接続され、自
乗される。

ここで自乗するのは、３方向から見た面積を自
乗して和を求めその平方根を求めることが大きさ
の判断に適しているからである。

同様に回路２４Ｂからは反射光検出器４ｂから
見たときのアーモンド２の面積の自乗に相当する
出力と、傷を持つていればその時点に論理１の出
力が取り出される。回路２４Ｃについても同様で
ある。

各回路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの前記傷の情報
を含む出力は論理和ゲート３３に接続され何れか
に傷を示す信号があるときは、スイツチ回路３６
を介して遅延回路３８に出力を送出する。

各回路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの前記面積の自
乗に相当する信号線は加算器３４に接続され、前
記各方向から見た面積の自乗の和が求められる。

判別器３５には大と中の境に対応するしきい値
と中と小との境に対応するしきい値が予め設定さ
れており、当該アーモンド２が大であると判定さ
れたときはゲートG₁に、小であると判定された
ときはゲートG₂に、スイツチ回路３６を介して
信号が出力される。

スイツチ回路３６はテスト信号を取り出した
り、特定の経路変更手段または全部の経路変更手
段を不作動にするために用いられるもので常時は
信号を遅延回路３８と前記ゲートに接続する位置
にある。

ゲートG₁およびゲートG₂の他方の入力端子に
は論理和回路３３の出力がインバータInを介して
接続されている。ゲートG₁およびゲートG₂の出
力は遅延回路３９，４０に接続されている。各遅
延回路３８，３９，４０は経路変更手段を構成す
る空気噴射器８ａ，８ｂ，８ｃの動作タイミング
を決定する回路であり、空気噴射器８ａ，８ｂ，
８ｃはそれぞれ制御回路４１，４２，４３の出力
により駆動される。

論理和回路３３が論理１を出力しているときは
ゲートG₁およびゲートG₂は閉じているから、異
常反射による選択が優先されることになり、傷ま
たはシミがあるときは、空気噴射器８ａの動作に
よりアーモンド２は容器９の９ａ部に落下させら
れる。

論理和回路３３が論理１を出力しないとき、す
なわち傷やしシミのあるときは、大きさによる選
別がなされる。

以上説明した実施例につき本考案の範囲内で
種々の変形を施すことができる。選別の対象もア
ーモンドに限られず同種の木の実類や穀類の選別
に同様に適用できる。

（効果の説明） 以上説明したように本考案によれば、積分器に
より、前記リニヤイメージセンサ出力の各読み出
し毎の反射光存在時間を積分することにより粒状
物の投影面積に相当する情報を得ることができる
のでこれにより同一のセンサ出力により、傷の検
出と大きさの検出が可能になつた。

また本考案では可視部と赤外部の反射出力の差
を求めることにより傷等を検出するようにしてあ
るので、照明の変動の要素は前記差を求める段階
で相殺される。いま、何等かの理由により、照明
光量が変動したとすると、通常可視の光量も、赤
外の光量も同じある比率（ｘ）で変動する。

実際に光源の電圧を変化させた場合、可視も赤
外もほぼ同じ比率で連動して変化することが確認
できている。

V⁺，V^-の信号は次の式であらわされる。

V⁺＝ｘ・AVv V^-＝ｘ・Ｂ（ra／ｒ）Vi ｘはV⁺，V^-で共通の系数なので、V⁺，V^-間
に成立する前述した比とか差の関係式は、照明の
変動に関係なく成立することになる。

また前記リニヤイメージセンサの出力を直列に
読み出すことによりセンサのセルに対応する分解
が得られ傷の検出が容易になつた。

以上説明した実施例について多量のアーモンド
での選別を行つた結果、１mm角のキズまで識別さ
れ排除できた。

また大きさの選別では実際の大きさと比較して
±５％の誤差（平均値）で選り分けられた。

また本考案によれば、減算回路の入力を選択す
ることにより、暗視、明視の選択が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による装置の全体の構成を示
す斜視図である。第２図は反射光検出器の実施例
を示すブロツク図である。第３図は落下中のアー
モンドとリニヤイメージセンサの出力の関係を説
明するための略図である。第４図は演算制御装置
等の実施例を示すブロツク図である。第５図は明
視暗視選択回路と減算回路の実施例を示す回路図
である。第６図は明視選択がなされた場合の動作
を説明するための波形図である。第７図は暗視選
択がなされた場合の動作を説明するための波形図
である。 ２……粒状物（アーモンド）、３……光源、４
ａ，４ｂ，４ｃ……反射光検出器、５……光量検
出器、８ａ，８ｂ，８ｃ……経路変更手段を構成
する空気噴射器、９……容器、１０……演算制御
装置、１１ａ……レンズ、１５ａ……第１のリニ
ヤイメージセンサ、１６ａ……第２のリニヤイメ
ージセンサ、１７ａ……イメージセンサ駆動信号
発生回路、１８ａ，１９ba……増幅サンプルホ
ールド回路、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ……各反射
光検出器の出力を処理する回路、２５……明視暗
視選択回路、２６……減算回路、２７……異常反
射検出器、２８……整形器、２９……積分器、３
０……自乗器、３３……論理和回路、３４……加
算器、３５……判別器、３６……スイツチ回路、
３８，３９，４０……遅延回路、４１，４２，４
３……駆動回路、５０……明視暗視選択入力器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 粒状物を落下させ、落下の過程における粒状
   物からの反射光を検出して検出結果に基づいて
   粒状物の落下経路を変更して粒状物を選別する
   粒状物の選別装置において、落下過程にある粒
   状物を照明する可視光を含む第１の波長領域の
   成分と赤外光を含む第２の波長領域の光を含む
   光源と、第１および第２のリニヤイメージセン
   サおよび前記光源の照明下にある粒状物の前記
   落下の軸に直交する特定の面にある表面からの
   反射光成分を前記第１の波長領域と第２の波長
   領域に分光して前記第１および第２のイメージ
   センサに結像させる光学系を持つ反射光検出器
   と、前記粒状物の一つが前記落下軸上の特定の
   点を通過する期間中の複数時点で前記リニヤイ
   メージセンサ出力を直列に読み出すリニヤイメ
   ージセンサ駆動信号発生回路と、前記第１およ
   び第２のリニヤイメージセンサ出力の差を求め
   る減算回路と、前記減算回路の出力を予め設定
   されたレベルと比較して異常反射を検出する異
   常反射検出器と、前記第２のリニヤイメージセ
   ンサ出力の各読み出し毎の反射光存在時間の和
   を求める積分器と、前記積分器が求めた和の出
   力を参照値と比較して粒状物の大小を判別する
   判別器と、前記異常反射検出器および判別器の
   出力により動作させられる経路変更手段から構
   成したことを特徴とする粒状物を反射率と大き
   さにより選別する装置。 (2) 前記落下は自由落下である実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の粒状物を反射率と大きさに
   より選別する装置。 (3) 前記第１の波長領域は可視光領域であり前記
   第２の領域は赤外線領域である実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の粒状物を反射率と大きさ
   により選別する装置。