KR20190045089A - 곡물의 품질 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

측정해야 할 곡물의 형태에 따라서 곡물의 품질 측정 장치의 광로 길이를 자동적으로 변경시킴으로써 다양한 종류의 곡물의 품질 측정을 정밀하게 또한 효율적으로 행할 수 있는 곡물의 품질 측정 장치를 제공한다. 본 발명의 상기 장치는 상기 장치의 하우징의 상부에 배치되어 있는, 곡물이 투입되는 호퍼; 이 호퍼 내에 투입된 곡물을 회전에 의해 반송하는 임펠러; 이 임펠러의 아래에 배치되어 있으며 소정량의 곡물로 채워질 수 있는 시료 측정부; 이 시료 측정부 내에 채워진 곡물의 품질을 광학적으로 측정하는 측정 수단; 그리고 상기 호퍼로 투입되는 곡물의 형태에 따라 상기 측정 수단으로부터 나오는 투과광의 광로 길이를 조정할 수 있는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 광로 길이의 제어는 광로 길이 조정 부재의 위치를 전기적으로 조정하는 것에 의해서 수행된다.

Description

곡물의 품질 측정 장치
본 발명은, 예를 들면, 곡물의 맛과 내부 품질을 광학적으로 측정하기 위한 곡물의 품질 측정 장치에 관한 것이다.
곡물의 맛을 분석하는 맛 분석계와 곡물의 내부 품질을 측정하는 내부 품질 측정 기구 등과 같은 품질 측정 장치에서는, 상기 장치의 하우징의 상부에 배치된 호퍼로 투입된 곡물을 호퍼의 바닥부에 연결된 임펠러를 이용하여 시료 측정부 내에 수용(충전)하고, 시료 측정부 내에 수용된 곡물에 광학 측정 수단으로부터 광을 조사함으로써 곡물의 품질을 측정하였다. 근적외선 분석계를 이용하는 벼의 품질 평가 장치는, 예를 들면, 아래의 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본 특허공개 HO6-288907 A
이러한 품질 측정 장치에서는, 임펠러의 바닥부 하부에 연결된 시료 측정부 내의 곡물의 품질이 광학 측정 수단에 의해 측정되고, 곡물의 종류에 따라 투과광량이 다르기 때문에 복수의 광로 길이 변경 부품을 제공하고 이 광로 길이 변경 부품을 곡물의 종류에 따라 교체함으로써 곡물에 최적의 일정한 광량이 조사되도록 구성되어 있다.
곡물의 종류에 따라 투과광량이 다른 것은 물론이고 같은 곡물에서도 생산년도, 품종이나 브랜드, 산지에 따라서도 투과광량이 다르다. 따라서, 복수의 광로 길이 변경 부품을 이용하는 품질 측정 장치가 이러한 경우들에 정확하게 대응할 수 없으므로 측정 오차가 쉽게 발생된다. 또한, 광로 길이 변경 부품의 교체나 장착을 잊어버리는 문제가 쉽게 발생되는 경향이 있어서 측정 오차가 매우 크게 될 수 있는 실정이므로, 다양한 종류의 곡물의 품질 측정을 정확하게 수행하는 것이 곤란하다. 또한, 곡물에 따라 복수의 광로 길이 변경 부품을 미리 준비할 필요가 있을 수 있다. 따라서 상기 장치의 구성이 복잡하게 될 수 있고, 상기 장치의 제조 비용이 증가될 수 있고, 측정 작업이 번거로워질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 곡물의 종류 등에 따라 광로 길이를 자동적으로 조정함으로써 다양한 형태의 곡물의 품질 측정을 정확하고 효율적으로 수행할 수 있는 곡물의 품질 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구항 1에 따르면, 곡물의 품질 측정 장치로서, 상기 장치의 하우징의 상부에 배치되어 있는, 곡물이 투입되는 호퍼; 상기 호퍼 내로 투입된 곡물을 회전에 의해 반송하는 임펠러; 상기 임펠러의 아래에 배치되어 있으며 소정량의 곡물로 채워질 수 있는 시료 측정부; 상기 시료 측정부 내에 채워진 곡물의 품질을 광학적으로 측정하는 측정 수단; 그리고 상기 호퍼로 투입되는 곡물의 형태에 따라 상기 측정 수단으로부터 나오는 투과광의 광로 길이를 조정할 수 있는 제어 장치를 포함하는 곡물의 품질 측정 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 따르면, 상기 측정 수단이 광원, 수광 소자, 제1 미러 및 제2 미러, 회절 격자, 그리고 출구 슬릿을 포함하는 모노크로메이터 구조를 가지는 곡물의 품질 측정 장치가 제공된다.
또한, 청구항 3에 따르면, 상기 광로 길이의 제어가 광로 길이 조정 부재의 위치를 전기적으로 조정하는 것에 의해서 수행되는 장치가 제공된다.
청구항 1의 곡물의 품질 측정 장치에 따르면, 호퍼 내로 투입되어 임펠러에 의해서 회전 반송된 곡물이 시료 측정부에 소정량 충전되고 이 곡물을 측정 수단으로 광학적으로 측정할 때 측정 수단의 광로 길이가 제어 장치에 의해 곡물의 형태에 대응하는 길이로 조정될 수 있기 때문에, 측정해야 할 곡물의 형태에 대응하여 광로 길이 변경 부품을 매번 교체하지 않고 측정 수단의 광로 길이를 자동적으로 변경할 수 있어서 다양한 형태의 곡물의 측정 오차를 균일화함으로써 곡물의 품질을 정확하게 측정할 수 있고 측정 작업 자체를 효율적으로 수행할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 더하여, 측정 수단이 광원, 수광 소자, 제1 미러 및 제2 미러, 회절 격자, 그리고 출구 슬릿을 포함하는 모노크로메이터 구조를 가지고 있기 때문에, 측정 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명의 효과에 더하여, 광로 길이 조정 부재의 위치를 제어 장치를 사용하여 제어하는 것에 의해 광로 길이를 전기적으로 조정할 수 있기 때문에, 측정 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치의 한 실시례를 나타내는 개략적인 측면도이고;
도 2는 도 1의 장치의 블록 구성도이고;
도 3은 도 1의 장치의 동작의 한 예를 나타내는 흐름도이고; 그리고
도 4는 광로 길이가 변경되어 있는 상태를 나타내는 도 1과 유사한 개략적인 측면도이다.
이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 내지 도 4은 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치의 한 실시례를 나타내고 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 곡물의 품질 측정 장치(1)는 상자 형상의 하우징(2), 이 하우징(2)의 상부면에 배치된 호퍼(3), 그리고 이 호퍼(3)의 바닥부에 형성된 개구에 배치된 개폐용 셔터(도시되어 있지 않음)를 포함하고 있다.
호퍼(3)의 바닥부에 형성된 개구의 아래에 임펠러(4)가 배치되어 있고 이 임펠러(4)의 케이스(4a)의 상부면에 형성된 개구가 상기 셔터를 통하여 호퍼(3)의 바닥부 개구와 연통되어 있다. 셔터는 제어 장치(15)(도 2)의 제어 신호에 의해 작동되는 솔레노이드(5)에 의해 작동되어 아래쪽으로 회전하고 호퍼(3)로 투입된 시료(곡물)가 임펠러(4)에 공급될 수 있다. 임펠러(4)는 임펠러(4)의 회전축(4b)에 방사상으로 배치된 복수의 날개(4c)를 가지고 있고, 상기 날개(4c)는 회전축(4b)에 고정된 스테핑 모터(6)에 의해 수직면 내에서 회전할 수 있다.
상기 임펠러(4)의 케이스(4a)의 바닥면에는 곡물 배출용 개구가 형성되어 있고 이 개구가 임펠러(4)의 하부에 배치된 시료 측정부(7)의 상부 개구와 연통되어 있다. 시료 측정부(7)는, 예를 들면, 투명한 플라스틱 판에 의해 바닥부가 있는 원통형(bottomed cylinder)으로 형성되어 자신의 바닥부 개구에 있는 솔레노이드에 의해 개방가능한 셔터(도시되어 있지 않음)를 구비하고 있다. 시료 측정부(7)의 셔터의 아래에는, 측정된 시료를 회수하는 시료 회수판(서랍(drawer))(8)이 하우징(2)의 전면 하부에 당겨서 빼낼 수 있게 배치되어 있다.
상기 시료 측정부(7) 주위의 하우징(2) 내의 적절한 위치에는 광원 램프, 한 쌍의 미러, 회절 격자, 수광 소자(예를 들면, 후술하는 포토다이오드(10)) 등으로 이루어지는 측정 수단으로서의 모노크로메이터(도시되어 있지 않음), 포토다이오드(10)을 가열하는 가열 수단으로서의 히터(11), 그리고 포토다이오드(10) 주위의 온도 검출용 서미스트(12) 등이 배치되어 있다. 또한, 예를 들어, 상기 시료 측정부(7)의 폭방향의 양측에는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 광로 길이 조정 부재(13, 13)가 배치되어 있고, 이 광로 길이 조정 부재(13, 13) 중의 하나(예를 들면, 도 1의 오른쪽에 있는 것)는 액추에이터(14)에 연결되어 있다. 이 액추에이터(14)가 제어 장치(15)의 제어 신호에 의해 작동되는 것에 의해 하나의 광로 길이 조정 부재(13)를 맞은 편의 광로 길이 조정 부재(13)에 대하여 접근시키거나 멀어지게 하는 것에 의해 시료 측정부(7)에 있어서의 광로 길이(L)가 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)의 블록 구성도를 나타내고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 곡물의 품질 측정 장치(1)는 제어 장치(15)로서의 메인 기판(15a), 시료 공급 유닛부(17), 프리앰프 유닛(18), 분광기 유닛(19) 등을 포함하고 있고, 이것들이 하우징(2) 내의 소정의 위치에 배치되어 있다. 상기 메인 기판(15a)은 분광기 유닛(19)이 연결되어 있고 상기 시료 공급 유닛부(17)가 중계 기판(20)을 통하여 연결되어 있는 CPU, RAM, ROM(도시되어 있지 않음) 등을 포함하고 있다.
메인 기판(15a)에는 포토다이오드(10)와 서미스트(12)가 프리앰프 유닛(18)의 프리앰프 기판(18a)을 통하여 연결되어 있고 상기 히터(11)는 메인 기판(15a)에 직접 연결되어 있다. 또한, 시료 공급 유닛부(17)는 상기 중계 기판(20), 임펠러 위치 검출용 포토 마이크로 센서(16a), 시료 배출 셔터의 "개방상태"를 검출하는 포토 마이크로 센서(16b), 시료 배출 셔터의 "폐쇄상태"를 검출하는 포토 마이크로 센서(16c), 광로 길이 센서(21), 상기 스테핑 모터(6), 그리고 액추에이터(14) 등을 포함하고 있다.
광로 길이 센서(21)는, 광로 길이 액추에이터(도시되어 있지 않음)의, 예를 들면, 10mm, 20mm, 25mm, 30mm, 그리고 35mm의 5개의 광로 길이 위치를 검출하기 위한 5개의 포토 마이크로 센서(21a)를 가지고 있고, 이 포토 마이크로 센서(21a)가 중계 기판(20)에 연결되어 있다. 상기 임펠러(4)를 회전시키는 스테핑 모터(6)와 광로 길이 조정 부재(13)를 이동시키는 액추에이터(14)는 모터 드라이버(6a, 14a)를 통하여 메인 기판(15a)에 연결되어 있다.
상기 분광기 유닛(19)은 회절 격자를 회전시키는 스테핑 모터(22), 회절 격자용 로터리 인코더(23), 파장 교정 필터 전환용 2개의 포토 마이크로 센서(24a)와 솔레노이드(24b)를 포함하고 있다. 스테핑 모터(22)는 모터 드라이버(22a)를 통하여 메인 기판(15a)에 연결되어 있고 각각의 포토 마이크로 센서(24a)와 솔레노이드(24b)는 메인 기판(15a)에 직접 연결되어 있다.
또한, 메인 기판(15a)에는 측정된 결과를 인쇄하는 프린터(25), 다양한 출력 단자를 가지고 있는 리어 패널 기판(26), DC 팬(27), 그리고 시료 회수판(8)의 개방 또는 폐쇄 상태를 검출하는 검출 센서(28) 등이 연결되어 있다. 도 2에서, 참고번호 30은 전원부를 나타내고, 참고번호 31은 프런트 패널 기판을 나타내고, 참고번호 32a는 실내용 서미스트를 나타내고, 참고번호 32b는 실외용 서미스트를 나타내고, 참고번호 33은 버저 기판을 나타내고, 참고번호 34는 Bluetooth® 기판을 나타내고, 참고번호 35는 DC 팬(35a)과 할로겐 램프(35b)를 가지고 있는 리어 유닛을 나타내고, 그리고 참고번호 36은 시료 배출용 기판을 나타낸다. 도 2의 블록 구성도는 본 실시례의 하나의 예를 나타내며 동일한 효과를 얻는 다른 적절한 블록 구성도가 사용될 수 있다.
다음에는, 이와 같이 구성된 곡물의 품질 측정 장치(1)의 측정 동작의 한 예를 도 3의 흐름도에 기초하여 설명한다. 우선, 시료의 종류와 같은 측정 산물이 설정되고(K01), 측정이 개시되고(K02) 광로 길이(L)가 변경된다(K03). 광로 길이(L)의 변경은 측정 산물의 형태에 따라 설정된 10mm 내지 35mm의 5단계 중 하나의 광로 길이(L)를 선택함으로써 실행된다. 이 광로 길이(L)의 변경에 따라 광로 길이 조정 부재(13)가, 예를 들면, 도 1에 도시된 위치로부터 도 4에 도시된 위치까지 이동되어 광로 길이(L)가 짧게(또는 길게) 되도록 설정된다. 본 발명에서 사용된 "곡물의 형태"라는 표현은 "곡물의 종류", "수분값 등의 상태", "산지나 종류(품종)", 그리고 "수확 연도" 등을 포함하는 의미를 가진다.
광로 길이(L)가 변경된 후에는, 상기 시료 회수판(서랍)(8)이 세팅되어 있는지 아닌지를 체크하고(K04), 호퍼(3)의 셔터의 개폐를 실행하고(K05), 게인을 변경하여(K06) 레퍼런스한다(K07). 그 다음에, 게인을 변경하여(K08) 측정용 근적외선의 파장을 교정한다(K09). K05 내지 K09 단계에 의해 레퍼런스(reference)가 실행된다.
그 다음에, 스테핑 모터(6)를 작동시켜서 임펠러(4)를 회전시킨다(K10). 임펠러(4)가 작동된 후, 시료 검출 센서가 시료를 검출하고(K11), 게인이 변경되어(K12) 시료의 스펙트럼을 취득한다(K13). 시료의 스펙트럼이 취득된 후, 호퍼(3)의 셔터를 개방하고(K14) 임펠러(4)를 작동시켜서(K15) 셔터를 폐쇄한다(Ｋ16). 이와 같이 Ｋ10 내지 Ｋ16 단계에 의해 시료의 측정이 이루어진다.
그 다음에, 측정한 데이터로부터 추정값을 계산하고(K17) 그 결과를 인쇄하고(K18) SD 카드에 저장한다(K19). 이 Ｋ17 내지 Ｋ19 단계에서 데이터 처리가 실행된다. 그 다음에 셔터를 개방하고(K20), 임펠러(4)를 작동시키고(K21) 셔터를 폐쇄함으로써(K22) 측정된 시료가 시료 회수판(8)에 배출(회수)되어 시료의 측정이 완료된다(K23).
본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)에 따르면, 제어 장치(15)의 제어 신호에 의해서 스테핑 모터(6)의 회전 속도가 제어(변경)될 수 있기 때문에, 임펠러(4)의 회전 속도를 시료의 형태에 대해 최적의 속력으로 설정할 수 있다(상기 단계 K10). 따라서, 시료가 많은 수분과 높은 점성을 가지는 경우에는, 예를 들면, 임펠러(4)의 회전 속도를 줄임으로써 그리고 반대로 시료가 건조한 경우에는, 임펠러(4)의 회전 속도를 증가시킴으로써 임펠러(4)로부터 배출되어 시료 측정부(7)에 충전되는 시료의 밀도를 균일하게 할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)는 임펠러의 회전 속도 가변 공급 기능을 가지고 있다.
또한, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)에 따르면, 액추에이터(14)의 작동에 의해서 광로 길이가 5단계로 변경될 수 있기 때문에, K03 단계에서 시료의 형태에 따라 최적의 광로 길이를 설정할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)는 광로 길이 변경 기능을 가지고 있다. 또한, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)는 포토다이오드(10)를 가열하는 히터(11)와 포토다이오드(10) 주위의 온도를 검출하는 서미스트(12) 등을 포함하고 있기 때문에, 히터(11)을 작동시키는 것에 의해, 포토다이오드(10) 주위의 온도(분위기 온도)를, 예를 들면, 시료의 단백질을 측정하는데 최적의 온도로 설정할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)는 히터(11)의 가열 작용에 의해 포토다이오드(10) 주위의 온도를 항상 일정하게 유지시키는 항온 기능을 가지고 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)에 따르면, 호퍼(3) 내로 투입되어 임펠러(4)에 의해 회전 반송된 곡물이 시료 측정부(7)에 소정량 충전되고 이 시료를 측정 수단으로서 모노크로메이터를 이용하는 적외선 분석에 의해 광학적으로 측정할 때 시료 측정부(7)의 광로 길이(L)가 제어 장치(15)에 의해 시료에 대응하는 길이로 조정될 수 있기 때문에, 종래의 장치와 같이 광로 길이 변경 부품을 매번 교체하지 않고 시료 측정부(7)의 광로 길이(L)를 측정해야 할 시료의 형태에 대응하는 길이(L)로 자동적으로 변경할 수 있어서 시료의 측정 오차를 균일화함으로써 시료의 품질을 정확하게 측정할 수 있고 측정 작업 자체를 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 측정 수단에 의한 측정이 광원 및 수광 소자, 제1 미러 및 제2 미러, 회절 격자 및 출구 슬릿을 포함하는 모노크로메이터 구조(monochromator structure)에 의해 이루어지기 때문에, 종래 기술의 폴리크로메이터 구조(polychromator structure)와 비교하여 시료의 측정 정밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 광로 길이 조정 부재(13)용 액추에이터(14)의 위치를 제어 장치(15)를 이용하여 제어하는 것에 의해 광로 길이(L)를 변경할 수 있고 광로 길이(L)를 예를 들면 10mm 내지 35mm의 범위 내에서 5단계로 설정할 수 있기 때문에, 다양한 형태의 시료의 품질 측정을 효율적이고 정확하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)에 따르면, 시료의 종류 등에 따라 임펠러(4)의 회전 속도가 제어 장치(15)에 의해 제어될 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 측정해야 할 시료의 형태에 따라서 임펠러(4)의 회전 속도를 최적으로 설정하고 시료의 형태에 영향을 받지 않고 다양한 형태의 시료를 시료 측정부(7) 내에 균일하게 충전함으로써 시료 품질의 안정적인 측정 결과를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 곡물의 품질 측정 장치(1)는 항온 기능을 가지고 있기 때문에, 제어 장치(15)에 의해 포토다이오드(10) 주위의 온도를 검출하고 제어 장치(15)에 의해 검출된 온도에 기초하여 히터(11)를 작동시켜서 포토다이오드(10) 주위의 온도를 유지시킬 수 있다. 특히 시료의 단백질을 측정할 때, 포토다이오드(10)의 온도를 최적의 온도로 유지하여 시료의 단백질을 검출(측정)할 수 있다.
상기한 실시례의 품질 측정 장치의 광로 길이 조정 부재의 구조, 배치 위치 및 이동 조정 방법, 광로 길이(L)의 종류, 블럭도의 구성, 사용하는 부품 등은 단지 하나의 예이므로, 본 발명의 범위 내에서 이들을 적절하게 변경할 수 있다, 예를 들어, 곡물의 종류가 적은 경우에는 광로 길이(L)를 5단계가 아니라 2단계 내지 4단계와 같은 복수 단계로 설정할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명은 곡물의 단백질의 측정에 한하지 않고 다양한 종류의 곡물의 내부 품질의 측정에 이용할 수 있다.
1 곡물의 품질 측정 장치
2 하우징
3 호퍼
4 임펠러
4a 케이스
4b 회전축
4c 날개
5 솔레노이드
6 스테핑 모터
7 시료 측정부
10 포토다이오드
11 히터
12 서미스트
13 광로 길이 조정 부재
14 액추에이터
15 제어 장치
15a 메인 기판
19 분광기 유닛
21 광로 길이 센서 기판
25 프린터
L 광로 길이

Claims (3)

  1. 곡물의 품질 측정 장치(1)로서,
    상기 장치(1)의 하우징(2)의 상부에 배치되어 있는, 곡물이 투입되는 호퍼(3);
    상기 호퍼(3) 내로 투입된 곡물을 회전에 의해 반송하는 임펠러(4);
    상기 임펠러(4)의 아래에 배치되어 있으며 소정량의 곡물로 채워질 수 있는 시료 측정부(7);
    상기 시료 측정부(7) 내에 채워진 곡물의 품질을 광학적으로 측정하는 측정 수단; 그리고
    상기 호퍼(3)로 투입되는 곡물의 형태에 따라 상기 측정 수단으로부터 나오는 투과광의 광로 길이(L)를 조정할 수 있는 제어 장치(15);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡물의 품질 측정 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 수단이 광원, 수광 소자, 제1 미러 및 제2 미러, 회절 격자, 그리고 출구 슬릿을 포함하는 모노크로메이터 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 곡물의 품질 측정 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광로 길이(L)의 제어가 광로 길이 조정 부재(13)의 위치를 전기적으로 조정하는 것에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 곡물의 품질 측정 장치(1).
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