JP7591191B2 - 光学式選別機 - Google Patents

Description

本発明は、穀粒や樹脂ペレット等の粒状物を色彩等に基づいて光学的に選別する光学式選別機に関する。

従来、米・麦類・豆類・ナッツ類等の穀粒、ペレット・ビーズ等の樹脂片、医薬品、鉱石類、シラス等の細かい物品、その他の粒状物からなる原料を良品と不良品とに選別したり、原料に混入する異物等を排除したりする光学式選別機が知られている。

この種の光学式選別機の一つに、粒状物供給部の下方に所定幅を有するシュートを傾斜させて配置するものがある。
当該光学式選別機は、粒状物供給部から所定幅を有するシュートに対して大量の粒状物を供給し、シュートの表面上を幅方向に広がって流下し、当該シュートの下端から所定の軌跡に沿って自由落下させた粒状物に光を照射し、この粒状物からの透過光や反射光などを受光して原料物に含まれる不良品や異物等を検出し、当該検出した不良品や異物等を排除することで粒状物の選別を行うものである（特許文献１，２を参照）。

特許文献１に記載された光学式選別機は、前記粒状物供給部がタンクと振動フィーダを備えるものであり、また、特許文献２に記載された光学式選別機は、前記粒状物供給部がタンクとロータリーバルブを備えるものであり、いずれも前記タンク内の粒状物を前記振動フィーダやロータリーバルブによりシュートへ向けて安定的に繰り出すことができる。

ところが、上記各光学式選別機は、前記タンク内における粒状物の貯留量が少なくなると、前記振動フィーダやロータリーバルブからの粒状物の繰り出しが不安定となり、前記粒状物が前記シュートの幅方向に疎（まば）らな状態となって表面上を跳ねながら流下するため、不良品等の検出・排除ミスが生じやすく、選別精度が低下する要因となっていた。

この問題を解決するため特許文献３では、粒状物がシュート上に繰り出された後であって前記シュート面上を流下する途中において、シュート表面上を流下する粒状物の流下幅を変更可能とする光学式選別機が提案されている。これにより、貯留手段における粒状物の貯留量が少なくなり、繰出手段から繰り出される粒状物の量が減少した場合であっても、前記シュート表面上を流下する粒状物の流下幅を狭くすることで、粒状物が疎らな状態でなく密な状態でシュート表面上を流下することとなり、粒状物がシュート表面上を跳ねながら流下することがないため、選別精度の低下を防止できるといった作用・効果がある。

特開２００９－５０７６０号公報 特開平１１－２２３６０４号公報 特開２０１３－１７９１８号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載された光学式選別機にあっては、粒状物の繰出幅を変更するための繰出幅変更手段（例えば、小幅な開口を有するシャッタや流下幅を狭くする案内部材など）を、別途前記シュートに設ける必要があり、構造が複雑化し製造コスト高になるおそれがあった。
また、粒状物の流れがシュートの幅方向に疎らな状態となった場合に、物理的にシュート幅を狭くさせるものであるから、繰出幅変更手段の応答遅れが生じると、選別精度が低下するおそれもある。

本発明は上記問題点にかんがみ、前記粒状物が前記シュートの幅方向に疎らな状態となって表面上を跳ねながら流下する場合であっても、前記シュートに繰出幅変更手段などの物理的な機構を別途設けることなく、選別精度を高精度に維持することのできる光学式選別機を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、粒状物を所定流量で傾斜下方に流下させるシュートと、前記シュート下端から落下する前記粒状物を所定位置において検査する光学検出部と、前記光学検出部による検出結果に基づいて前記粒状物を排除し選別するエジェクタと、前記粒状物を排除し選別する際、前記光学検出部により前記粒状物を前記所定位置で検知してから前記エジェクタにより前記粒状物を排除位置で排除するまでの遅れ時間を設定するとともに、前記粒状物を排除するための適当な排除継続時間を設定するエジェクタ制御部と、前記粒状物の流量に基づいて、前記エジェクタ制御部であらかじめ設定された前記排除継続時間及び前記遅れ時間を、前記流量が小さい場合には長く設定し、前記流量が大きい場合には短く設定するエジェクタ条件変更部と、を備えた光学式選別機であって、
前記エジェクタ制御部は、前記流量のレベルを複数段階に区分し、各段階において前記排除継続時間及び前記遅れ時間を設定する、という技術的手段を講じた。

請求項２に係る発明では、前記光学検出部が備える撮像部から得られる撮像画像から前記粒状物の流量密度を算出するとともに、前記流量密度から前記粒状物の前記流量を算出する流量演算部を設けるとよい。

請求項３に係る発明では、前記シュートの前段に前記粒状物を貯留するための貯留タンクを設け、前記貯留タンクには貯留量検知部を設け、前記貯留量検知部で検知した貯留量から前記シュート上を流下する前記粒状物の前記流量を推定するとよい。

請求項１に係る発明によれば、シュート上を流れる粒状物の流量に基づいて、エジェクタ制御部であらかじめ設定されたエジェクタ作動の排除継続時間及び遅れ時間を、前記流量が小さい場合には長く設定し、前記流量が大きい場合には短く設定するので、シュート上を流れる粒状物の流量が少なくなり、粒状物が疎らな状態でシュート表面上を流下し、粒状物がシュート表面上を跳ねながら流下して、落下スピードが変化した場合であっても、エジェクタ作動の排除継続時間及び遅れ時間が変更されるため、不良品や異物の検出・排除ミスが生じることはなく、不良品や異物を的確に排除し得て、選別精度を高精度に維持することができる。

請求項２に係る発明によれば、前記シュート上を流下する粒状物の流量を求める際、前記光学検出部が備える撮像部から得られる撮像画像から前記粒状物の流量密度を算出するとともに、前記流量密度から前記粒状物の前記流量を算出する流量演算部により流量を求めるものであるから、シュート上を流下する粒状物を直接観察し、いち早く粒状物の流量が減少したことを検知し、適切なタイミングで前記エジェクタ作動の排除継続時間及び遅れ時間を変更することができる。

請求項３に係る発明によれば、前記シュートの前段に前記粒状物を貯留するための貯留タンクを設け、前記貯留タンクには貯留量検知部を設け、前記貯留量検知部で検知した貯留量から前記シュート上を流下する粒状物の流量を推定するので、貯留タンクにおける粒状物の貯留量が少なくなったことを検知し、その後に、シュート上を流下する粒状物の流量が減少することを推定するものであるから、いち早く粒状物の流量が減少したことを検知し、適切なタイミングで前記エジェクタ作動の排除継続時間及び遅れ時間を変更することができる。

本発明の一実施形態における、光学式選別機の内部構造を示す概略縦断面図である。 本発明の一実施形態における、光学式選別機の制御処理手段のブロック図である。 光学検出部で撮像された粒状物の流れを表示するイメージ図である。 本発明の一実施形態における、流量レベルの概要を説明する図である。

以下、本発明の光学式選別機について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態における光学式選別機１の内部構造を示す概略縦断面図であり、図２は、光学式選別機１の制御処理手段の構成を示したブロック図である。

（光学式選別機の構成）
図１に示すように、光学式選別機１は、機枠２内に、粒状物（穀粒）の移送手段として水平位置から約６０度の角度で傾斜して穀粒を移送するシュート４と、穀粒を貯留するための貯留タンク５と、貯留タンク５からシュート４に穀粒を搬送するための振動フィーダ６と、シュート４の下端から落下する穀粒の落下軌跡の上下を挟んで設けられる光学検出部７ａ、７ｂと、さらに下方に設けたエジェクタ８と、当該エジェクタ８下方においてシュート４と同傾斜線上にあり、エジェクタノズル８０からの噴風を受けずにそのまま落下軌跡を落下する穀粒を受ける良品回収樋９と、当該良品回収樋９に並設され、エジェクタノズル８０からの噴風を受けた不良粒を回収するための不良品回収樋１０と、エジェクタノズル８０からの噴風を受け損ねて、周囲の部材に当たって跳ね返った不良粒を回収するための補助不良品回収樋１１とが備えられている。貯留タンク５には、該貯留タンク５の所定位置にセンサー５ａが配設され、当該センサー５ａが前記貯留タンク５内の穀粒が所定量以下となったことを検知すると、信号を発信するようにする。

また、シュート４の形状は、穀粒を広幅で帯状に滑走させるために、溝部のない平板形状で形成されており、シュート４からの穀粒の溢流を防止するため、カバー４ａが設けられる。

振動フィーダ６は、支持部６ｂ上にフィーダトラフ６ａが支持され、電磁駆動コイル６ｃなどの振動部材を作動させることによって穀粒をシュート４に供給することができるように構成されている。なお、上記したシュート４の形状は、溝部を形成するようにしてもよく、溝部の断面形状としては、Ｕ字状のもの、Ｖ字状のもの、凹字状のもの等、適宜採用することができる。

光学的検査を行う検査部となる光学検出部７ａ、７ｂは、それぞれ箱体１２ａ、１２ｂにより囲繞されて形成されており、穀粒の落下軌跡の前側にある箱体１２ａには、可視光用のＣＣＤカメラ１３ａと、近赤外光用のＮＩＲカメラ１４と、蛍光灯等からなる可視光源１５ａ、１５ｂと、ハロゲンランプ等からなる近赤外光源１６ａと、光学検出部７ｂの対向用バックグラウンド１７ａとが内装されている。

また、穀粒の落下軌跡の後側にある箱体１２ｂには、可視光用のＣＣＤカメラ１３ｂと、蛍光灯等からなる可視光源１５ｃ、１５ｄと、ハロゲンランプ等からなる近赤外光源１６ｂと、光学検出部７ａの対向用バックグラウンド１７ｂ、１７ｃとが内装されている。そして、箱体１２ａ、１２ｂの穀粒の落下軌跡側には、透明ガラスからなる窓部材１８ａ、１８ｂが嵌め込まれている。

本実施形態の光学式選別機１におけるエジェクタ８には、シュート４の幅方向と同じ方向に、４８個のエジェクタノズル８０が一列に等間隔で設けられており、各エジェクタノズル８０には、それぞれ圧縮空気の噴射をＯＮ／ＯＦＦするエジェクタ電磁弁８１が備えられている。なお、エジェクタノズル８０の個数は、シュート４の幅寸法等に応じて、適宜その数を変更することが可能である。また、本実施形態のエジェクタ８は内部に圧縮空気を貯留することが可能となっており、エアー供給パイプ２２を介して、不図示のエアコンプレッサからエアーが供給されるように構成されている。なお、エジェクタ８とエアコンプレッサとの間に、空気を一旦貯留する不図示のサブタンクを１つ又は複数設けてもよく、このように構成することで、エジェクタノズル８０から噴射されるエアー量が多い場合であっても、エアー不足に陥るおそれがない。

機枠２の前方の傾斜壁には、エアシリンダ２３によって上下方向に回動可能な前面ドア２４が設けられ、これにより、清掃等のメンテナンス作業を容易に行うことが可能である。また、前面ドア２４の下方には、タッチパネルからなる操作盤及びモニタが兼用された設定入力手段として機能する液晶ディスプレイ２５と、不図示の電源スイッチが設けられている。操作者の目の高さ位置に液晶ディスプレイ２５及び電源スイッチを配設することで、機械操作を容易に行うことが可能な構成となっている。

また、選別された穀粒の受け口として、図１に示されるように、不良品受口２７と、良品受口２８と、補助不良品受口２９が設けられ、さらに、不良品受口２７の上方にはサンプル取出部３０が設けられている。

次に、図２を参照して光学式選別機１の制御処理手段の構成を説明する。可視光用のＣＣＤカメラ１３ａ、１３ｂと、近赤外光用のＮＩＲカメラ１４は、取得した画像を２値化処理するために信号処理部３１に電気的に接続され、さらに、当該信号処理部３１は画像を格納して必要な処理を行うメモリ部３２に接続されている。そしてメモリ部３２には、前述した液晶ディスプレイ２５が電気的に接続されている。

さらに信号処理部３１は、画像データを一時的に格納する画像データ取得部３３と、取得した画像データについて良品とするか不良品とするかを決定するしきい値データを格納する、しきい値データ格納メモリ３４と、取得した画像データを２値化処理するための２値化計算機構３５と、良品か不良品かを判別する判定部として機能する良品／不良品判定部３６と、エジェクタ８の動作を制御するエジェクタ制御部３７とを、少なくとも備えている。

また、可視光用のＣＣＤカメラ１３ａ、１３ｂと、近赤外光用のＮＩＲカメラ１４は、光量検出値を電圧値に変換する不図示のＩ／Ｖ変換器を介し、当該電圧値を増幅させる増幅器にそれぞれ接続されている。そして増幅された電圧値（検出信号）を、良品／不良品判定部３６において、しきい値データ格納メモリ３４に格納されたしきい値と比較して良品と不良品とを判別している。

また、メモリ部３２は、画像データ取得部３３からのデータを必要に応じて格納する画像データ格納メモリ３８と、当該画像データ格納メモリ３８に格納された画像データに基づいて、穀粒が良品か不良品かを判別するためのしきい値を計算する、しきい値データ計算機構３９と、エジェクタ８に対する動作変更を行うエジェクタ条件変更部４０と、液晶ディスプレイ２５のタッチ操作の信号を受信したり、処理後の画像データを液晶ディスプレイ２５に出力したりするための操作信号受信機構４１とを、少なくとも備えている。

信号処理部３１内の良品／不良品判定部３６は、エジェクタ制御部３７と電気的に接続されており、当該エジェクタ制御部３７は、メモリ部３２のエジェクタ条件変更部４０においてエジェクタ８の動作条件が変更され、変更された動作条件に基づいて、不良品の穀粒を除去するべく、エジェクタ駆動回路４２が制御される。エジェクタ８の動作条件の変更としては、例えば、エジェクタ作動の遅れ時間及び／又はエジェクタの継続時間が挙げられる。

また、図２に示されるように、上記エジェクタ駆動回路４２は、各エジェクタノズル８０による圧縮空気の噴射をＯＮ／ＯＦＦする各エジェクタ電磁弁８１にそれぞれ電気的に接続されており、駆動信号が入力されることで各エジェクタ電磁弁８１が開閉するように構成されている。前述したように、エジェクタ作動の遅れ時間とは、光学検出手段としてのＣＣＤカメラ１３ａ、１３ｂ及び近赤外光用のＮＩＲカメラ１４により、穀粒を検知してから各エジェクタ電磁弁８１に駆動信号が入力されるまでの時間のことである。また、エジェクタの継続時間とは、各エジェクタ電磁弁８１に駆動信号が入力されてから停止信号となるまでの圧縮空気の噴射長さを決定する時間のことである。

前述のように、本実施形態のエジェクタ８は４８個のエジェクタノズル８０を備えており、それぞれ１対１対応でエジェクタ電磁弁８１を備えている。図２には、４８個のエジェクタ電磁弁８１のうち、隣接して圧縮空気を噴射可能な第１エジェクタ電磁弁８１ａ、第２エジェクタ電磁弁８１ｂ、第３エジェクタ電磁弁８１ｃが図示されている。

（選別処理構成）
以下、本実施形態における光学式選別機１の選別処理について詳細に説明する。

本実施形態における光学式選別機１は、シュート４下端から落下する穀粒の流量の多寡に応じて、エジェクタ制御部３７によりあらかじめ設定された噴射の遅れ時間及び／又は排除継続時間を変更する、エジェクタ条件変更部４０を設けたことを特徴とするものである。

図３は光学検出部で撮像された粒状物の流れを表示するイメージ図である。図３のような画像は、光学検出部７ａ，７ｂのＣＣＤカメラ１３ａ、１３ｂ及び近赤外光用のＮＩＲカメラ１４から取得することができる。そして、この撮像画像の全面積に占める粒状物の面積の割合、すなわち、流量密度から流量データを算出することができる。これにより、シュート表面上を流下する粒状物を直接観察することができる。流量データの算出は画像データ取得部３３、二値化計算機構３５、画像データ格納メモリ３８（図２）などの空き容量を流量演算部（図示せず）として利用し、演算することができる。

図３を参照して流量密度を判断すると、図３（ａ）ではシュート４上を流れる穀粒の流量が大流量で、密の状態でシュート４に流れている。一方、図３（ｂ）ではシュート４上を流れる穀粒の流量が小流量で、疎の状態でシュート４に流れている。このとき、図３（ｂ）の疎の状態では、図３（ａ）の密の状態と比較すると、穀粒がシュート４を滑走中にシュート４底面から浮き上がり易くなる。つまり、穀粒はシュート４表面上を「跳ねながら」流下することとなり、このような「跳ねながら」の流下であると、空気抵抗によって落下速度にも通常状態から差異が生じてくる。

このため、シュート４上での穀粒の流下状態が通常の「密」状態から運転終了間際の「疎」状態に移行した場合、エジェクタ条件変更部４０によって、エジェクタ８によって不良品を除去する際の噴射の排除継続時間及び遅れ時間を変更することとなる。例えば、図４に示すように、レベル１（小流量）からレベル３（大流量）までの設定が可能である。流量の定常状態をレベル２とすれば、流量が小さいレベル１では、噴射の排除継続時間及び遅れ時間をレベル２よりも長くし、流量が大きいレベル３では、噴射の排除継続時間をレベル２よりも短くするとよい。噴射の排除継続時間及び遅れ時間を長くする割合としては、標準のレベル２を１．０とすれば、１．１倍～１．９倍の範囲とするのが好ましい。また、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を短くする割合としては、標準のレベル２を１．０とすれば、０．４～０．９倍の範囲とするのが好ましい。

図４に示された「レベル１」の設定では、穀粒がシュート４表面上を「跳ねながら」流下することを想定し、空気抵抗によって落下軌跡が変化するとともに、落下速度が変化したとしても、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を長く設定されているから、除去しようとする穀粒に十分な時間の圧縮空気が噴射されて、不良品は確実に除去できるようになるので、選別精度が向上し、高品質の製品を得ることができる。

一方、図４に示された「レベル３」の設定では、流量が過多であるから、いち早く選別・除去することが処理能力を発揮するために好ましい。この場合、穀粒は層状に連続してシュート４表面上を流れて「跳ね」の現象は生じない。そして、噴射の排除継続時間及び遅れ時間が短く設定されているから、除去しようとする穀粒にいち早く短時間の圧縮空気が噴射されて、不良品は高速で確実に除去できるようになるので、選別精度が向上し、処理能力を発揮することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の光学式選別機について、一の実施形態について説明した。しかし、本発明は前述の実施形態に必ずしも限定されるものではなく、例えば以下のような変形例も含まれる。

前述の実施形態では、流量データを算出する際に光学検出部７ａ，７ｂのＣＣＤカメラ１３ａ、１３ｂ及び近赤外光用のＮＩＲカメラ１４から画像取得を利用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、光学式選別機１の運転終了間際であることを検知するために、シュート４前段に設置されている貯留タンク５にセンサー５ａを配設し、該センサー５ａが検知した貯留量から前記シュート上を流下する粒状物の流量を推定することとしてもよい。

また、前述の実施形態では、流量のレベルを「レベル１」から「レベル３」までの３段階としたが、必ずしも３段階に限定されるものではなく、任意の数の段階的な流量レベルを設定することが可能である。

また、前述の実施形態では、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を長くする割合や、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を短くする割合を設定したが、任意の割合に設定することが可能である。

また、前述の実施形態では、シュート４を流下する穀粒の流量データを自動で算出するように構成したが、ユーザが目視で流量データを把握し、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を長くすることや、噴射の排除継続時間及び遅れ時間を短くすることを、ＯＮ／ＯＦＦするような切替え手段を追加して搭載してもよく、また、その割合を個々に細かく設定することも可能である。

以上、本発明の実施形態及びいくつかの変形例について説明したが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

１ 光学式選別機
２ 機体
４ シュート
４ａ シュートカバー
５ 貯留タンク
６ 振動フィーダ
６ａ フィーダトラフ
６ｂ 支持部
６ｃ 電磁駆動コイル
７ａ 光学検出部
７ｂ 光学検出部
８ エジェクタ
９ 良品回収樋
１０ 不良品回収樋
１１ 補助不良品回収樋
１２ａ 箱体
１２ｂ 箱体
１３ａ ＣＣＤカメラ
１３ｂ ＣＣＤカメラ
１４ ＮＩＲカメラ
１５ａ 可視光源
１５ｂ 可視光源
１５ｃ 可視光源
１５ｄ 可視光源
１６ａ 近赤外光源
１６ｂ 近赤外光源
１７ａ 対向用バックグラウンド
１７ｂ 対向用バックグラウンド
１７ｃ 対向用バックグラウンド
１８ａ 窓部材
１８ｂ 窓部材
２２ エアー供給パイプ
２４ 前面ドア
２５ 液晶ディスプレイ
２７ 不良品受口
２８ 良品受口
２９ 補助不良品受口
３０ サンプル取出部
３１ 信号処理部
３２ メモリ部
３３ 画像データ取得部
３４ しきい値データ格納メモリ
３５ ２値化計算機構
３６ 良品／不良品判定部
３７ エジェクタ制御部
３８ 画像データ格納メモリ
３９ しきい値データ計算機構
４０ 選別強度設定部
４１ 操作信号受信機構
４２ エジェクタ駆動回路
８０ エジェクタノズル
８１ エジェクタ電磁弁
８１ａ 第１エジェクタ電磁弁
８１ｂ 第２エジェクタ電磁弁
８１ｃ 第３エジェクタ電磁弁

Claims (3)

1. 粒状物を所定流量で傾斜下方に流下させるシュートと、
   前記シュート下端から落下する前記粒状物を所定位置において検査する光学検出部と、
   前記光学検出部による検出結果に基づいて前記粒状物を排除し選別するエジェクタと、
   前記粒状物を排除し選別する際、前記光学検出部により前記粒状物を前記所定位置で検知してから前記エジェクタにより前記粒状物を排除位置で排除するまでの遅れ時間を設定するとともに、前記粒状物を排除するための適当な排除継続時間を設定するエジェクタ制御部と、
   前記粒状物の流量に基づいて、前記エジェクタ制御部であらかじめ設定された前記排除継続時間及び前記遅れ時間を、前記流量が小さい場合には長く設定し、前記流量が大きい場合には短く設定するエジェクタ条件変更部と、
   を備えた光学式選別機であって、
   前記エジェクタ制御部は、前記流量のレベルを複数段階に区分し、各段階において前記排除継続時間及び前記遅れ時間を設定することを特徴とする光学式選別機。
2. 前記光学検出部が備える撮像部から得られる撮像画像から前記粒状物の流量密度を算出するとともに、
   前記流量密度から前記粒状物の前記流量を算出する流量演算部を設けてなる請求項１記載の光学式選別機。
3. 前記シュートの前段に前記粒状物を貯留するための貯留タンクを設け、
   前記貯留タンクには貯留量検知部を設け、
   前記貯留量検知部で検知した貯留量から前記シュート上を流下する前記粒状物の前記流量を推定してなる請求項１記載の光学式選別機。

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