KR20180072218A - 곡물 군집의 품질판정을 겸하는 선별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 영상이나 적외선 반응 신호 등을 입력하여 대상 곡물의 품질을 판정하여 선별하는 장치에 있어서 그 선별을 위해 측정한 곡물 품질 측정 관련 입력 신호들을 모아서 분석함으로써, 해당 곡물 개체가 속하는 군집의 품질을 측정하는 기초 자료로 사용하도록 하여 선별장치를 가동하면서 선별 대상 곡물의 군집 품질을 측정하기 위한 것으로, 측정 대상 곡물의 영상을 촬영하는 카메라와, 그 영상신호를 입력 받아 곡물 각각의 품질을 측정하는 개별품질측정수단과, 그 영상신호를 입력 받아 곡물 각각의 품질을 측정하고 누적하여 그 곡물 군집의 품질을 측정하는 군집품질측정수단과, 그 측정 결과들 가운데 하나 이상을 기준과 비교하여 해당 곡물의 선별 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 이루어지는데, 종래의 색채선별기에 다른 품질 판정 수단을 부가하지 않고도 선별 대상 곡물의 군집 품질을 측정하여, 최종 상품으로 출하되는 쌀의 품질 등급 표시를 좀 더 쉽고 정확하게 할 수 있게 된다.

Description

곡물 군집의 품질판정을 겸하는 선별장치 {A sorting device measuring collective quality of grains under selection}

본 발명은 카메라 영상이나 적외선 반응 신호 등을 입력하여 대상 곡물의 품질을 판정하여 선별하는 선별 장치에 관한 것으로, 상세하게는 곡물 개체의 외관이나 물성을 기준으로 해당 개체를 선별하는 장치에 있어서 그 선별을 위해 측정한 곡물 품질 측정 신호들을 모아서 해당 곡물 개체가 속하는 군집의 품질을 측정하는 기초 자료로 사용하도록 하여 선별장치를 가동하면서 선별 대상 곡물의 군집 품질을 측정하여 최종 상품의 품질 관리와 표시를 좀 더 쉽게 할 수 있도록 한 것이다.

수입쌀에 대한 관세화 유예가 종료된 이후에는 관세화를 통한 쌀시장의 전면 개방이 불가피하여, 쌀 시장에서 국내 및 수입쌀이 함께 유통됨에 따라 시장에서의 가격 경쟁은 더욱 심화되었다.

이에 따라 우리나라 쌀 생산량의 약 2/3을 가공하는 미곡종합처리장들은 수입쌀과 차별화되는 고품질의 쌀을 생산하여 대응하고자 노력하고 있지만 품질이 좋고 나쁨을 판별하는 측정 장치의 신뢰도가 낮아 생산자는 품질 등급 표시를 꺼리게 되고, 소비자들은 품질 표시 또는 브랜드에 대한 신뢰를 하지 못하게 되어 품질에 따른 가격 차등화가 어려운 문제가 있는 것이 현재 쌀 유통시장의 현실이다.

고품질 쌀은 낟알이 충실하고 이물이 없고 적당한 함수율과 껍질 층을 완전히 제거하여 투명도와 윤기가 뛰어나며, 고유 향미가 많은 나는 쌀 또는 성분 기준이 적정한 쌀로 정의할 수 있다. 쌀의 품질을 결정하는 주요인자는 외형 및 성분으로, 투명도, 윤기(광택), 백도, 함수율, 성분(단백질, 아밀로스 등), 외형(정립, 싸라기, 피해립 등) 등으로 구분할 수 있으며, 이들 인자는 밥맛과의 상관관계도 매우 높다.

정부 당국은 쌀의 품질에 대하여 기준을 정하고 기준에 따라 판정된 품질 등급을 쌀 용기나 포장지에 표시하도록 하였다. 표 1은 현재 고시되고 있는 쌀 등급 표시 기준이다.

항목	수분	싸라기	분상질립	피해립	열손립	기타이물
특	16%	3%	2%	1%	0%	0.1%
상	16%	7%	6%	2%	0%	0.3%
보통	16%	20%	10%	4%	0.1%	0.6%

현재의 표시 기준을 보면, 성분관련 표시는 수분 함량 이외에는 의무사항이 아니며 외형에 관련된 4개의 기준과 이물질 관련 1개의 기준이 있는데 이 기준에 따라 쌀 용기나 포장에 특, 상, 보통, 등외 4가지 가운데 어느 하나를 반드시 표시하도록 하게 되었다.

기존의 색채선별기가 외형과 관련된 판별을 하고 있고, 미곡종합처리장(Rice Processing Complex)에서 포장 공정 직전에 색채선별기를 거치는 것이 일반적이므로, 색채선별기에 품질 판정과 관련된 기능을 부가하게 된다면 출하되는 쌀에 대한 등급표시를 좀 더 정확하게 할 수 있을 것이다.

일반적으로 곡물 색채선별장치는 낙하 배출되는 쌀, 현미, 찹쌀, 흑미, 기장, 보리, 밀, 콩 등의 곡물에 포함된 이물질, 이를테면 불량 곡물, 뉘, 썩은 것, 풀씨, 검불, 착색립, 모래, 합성수지나 유리 등을 판별해 분리하는 미곡종합처리장(Rice Processing Complex) 기기로, 곡물 또는 곡립(穀粒)을 CCD 카메라로 이미지 촬영한 후 색채 및/또는 명암 판별을 통해 양품과 이물질(불량품을 포함한다)로 구분한 다음 이물질은 고압공기를 순간적으로 분사시켜 분리 제거함으로써 양품과 불량품으로 선별처리하게 된다.

도 1은 종래 색채선별장치(1)의 개략적인 구성도로, 선별대상 곡물 또는 곡립(穀粒)이 투입되는 투입호퍼(2)와, 상기 투입호퍼(2)로부터 배출되는 곡물(10)을 진동시켜 소정 폭의 배출 슈트(3) 전체 면으로 골고루 펼쳐주는 진동부 및 진동자(4)와, 상기 배출 슈트(3)를 따라 투명유리(14)(15) 사이로 자유 낙하(활강)하는 곡물(10)로 빛을 투과 및 반사시키는 광원(5)과, 상기 광원(5)에 의해 반사되는 곡립을 고속으로 라인 스캔하여 영상 이미지를 획득하는 좌우 한 쌍의 CCD 카메라(CCD Camera)(6)(6a)와, 상기 CCD 카메라(6)(6a)에 의해 획득된 영상 이미지를 비교 판단하여 양품과 이물질(불량곡물을 포함한다)을 판정한 다음 이물질이 있으면 제거신호를 출력하면서 전체 시스템을 제어(곡물, 운전조건, 환경)하는 제어기(7)와, 상기 제어기(7)로부터 출력되는 이물질 제거신호에 의해 고압의 압축공기를 순간적으로 분사시켜 이물질을 분리 배출시키는 분사노즐(8) 및 매니폴더(9)와, 선별 배출되는 양품(10a)과 이물질(10b) 및 선별과정에서 발생되는 낙곡(落穀)(10c)의 배출 및 이동을 각각 안내하는 안내슈트(11)(12)(13)와, 이물질을 분사시켜 선별할 수 있게 상기 매니폴더(9)와 분사노즐(8)로 고압의 압축공기를 공급하는 공기압축기(17)로 구성되며, 상기 매니폴더(9)에 설치되는 이젝터 밸브(16)는 고압으로 분사되는 압축공기의 기로(氣路)를 순간적으로 개방시키거나 폐쇄시키게 된다.

즉, 이물질 제거신호에 따라, 상기 이젝터 밸브(16)가 순간적으로 개방되면 압축공기가 분사노즐(8)로 공급되어 순간적으로 고압 분사되면서 해당 이물질(10b)을 정상 배출로 로부터 분리 이탈시키게 되며, 분리 이탈된 상기 이물질(10b)은 자유 낙하하여 안내슈트(11)로 배출되고, 양품(10a)은 다른 안내슈트(12)로 배출되고, 배출슈트(3)를 이탈하여 낙하하는 낙곡(落穀)(10c)은 또 다른 안내슈트(13)로 배출되어 버킷 컨베이어 또는 고속 공기관 등의 이송수단을 통하여 투입호퍼(2)로 회수된 다음 재차 색채 선별된다.

카메라(6)에 의한 영상신호만으로는 곡물과 유사한 크기와 색상의 플라스틱 조각 같은 것은 선별하지 못하는 문제가 있어서 최근의 색채선별기(1)에는 적외선 센서(20)를 추가하는 경우가 많아지고 있다.

색채선별기에서 개별 곡물의 품질을 측정하여 선별하기 위하여 영상신호와 적외선 반응 신호를 입력하고 있으나 불량 곡물 제거를 위하여 눈 깜짝할 사이에 신호를 처리하여 대상 객체의 품질을 판정해야 하므로, 대상 곡물의 군집 품질을 판정하는데 그런 데이터를 사용하기 어렵고, 별도의 품질 판정 장치가 사용되고 있어서 공정이 추가되어 번거롭고, 비용 또한 증가하며, 품질 판정 신뢰도를 높이기 어려워 최종 상품의 품질 등급을 실제보다 낮게 표시해야하는 등의 어려운 문제점이 있었다.

따라서 기존의 선별 기능을 훼손하지 않으면서도 경제적으로 품질 판정을 할 수 있는 방법과 그러한 방법을 수행할 수 있게 하는 장치의 개발이 절실하다.

대한민국특허 제10-1249472호 일본특허 제5590861호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 종래의 색채선별기는 개별 곡물의 품질을 측정하여 선별하기 위하여 개별 선별 대상물이 슈트의 끝에서 낙하하여 카메라 또는 적외선 센서로 포착되는 때로부터 그 대상물이 노즐(8)앞을 통과하기 전까지의 굉장히 짧은 시간 동안 양품인지 불량인지 판정하기 위하여 굉장히 빠르게 처리될 수 있는 신호를 사용하고 있지만, 개별 대상물 각각에 대한 측정 신호를 입력하고 있기는 한 것이므로, 이 신호를 효과적으로 활용하여 별도의 입력장치를 추가하지 않고도 선별 대상물 군집의 품질을 측정하도록 하는 장치를 발명하고자 한다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 선별 장치는 측정 대상 곡물의 영상을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 영상신호를 입력 받아 상기 곡물 각각의 품질을 측정하는 개별품질측정수단과, 상기 카메라의 영상신호를 입력 받아 상기 곡물 각각의 품질을 측정하고 누적하여 상기 곡물 군집의 품질을 측정하는 군집품질측정수단과, 상기 품질 측정수단들을 제어하고 그 측정 결과들 가운데 하나 이상을 기준과 비교하여 해당 곡물의 선별 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 선별 장치는 상기 측정 대상 곡물의 적외선에 대한 반응을 인식하여 상기 품질측정수단들 가운데 하나 이상에 입력하는 적외선 센서를 더 포함하도록 할 수 있다.

또한, 상기 선별 장치의 상기 개별품질측정수단은 상기 곡물 각각의 형상 또는 색채를 기준으로 그 곡물의 품질을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선별 장치의 상기 군집품질측정수단은 상기 개별품질측정수단과 다른 기준으로 상기 곡물 각각의 품질을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선별 장치의 상기 군집품질측정수단은 상기 곡물 각각의 품질 측정 결과를 누적할 때, 제거하기로 한 곡물에 대한 품질 측정 결과를 제외하여 양품에 대한 품질 통계를 하도록 하고, 이 경우 상기 군집품질측정수단은 상기 개별품질측정수단과 동일한 하우징 안에 설치되도록 할 수 있다.

물론 상기 선별 장치의 상기 제어부는 상기 개별품질측정수단의 측정 결과를 설정된 기준과 비교하여 상기 곡물의 선별 여부 결정하는 것이 바람직 할 것이다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 대부분의 미곡종합처리장(RPC)에서 최종 포장단계 이전에 사용되고 있는 색채선별기에서 사용하는 기존의 카메라 또는 적외선 센서를 통하여 입력되는 선별 대상 곡물 각각의 개별 품질 측정 신호를 입력하여 대상 곡물 군집의 품질을 측정 할 수 있도록 함으로써 다른 품질 판정 수단을 부가하지 않고도 선별장치 하나로 선별 대상 곡물의 군집 품질을 측정하여, 최종 상품으로 출하되는 쌀의 품질 등급 표시를 좀 더 쉽고 정확하게 할 수 있게 되는 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 종래 색채선별기의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡물 선별 장치의 개략적인 구성도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.

상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다.

예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 선별 및 품질 측정 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 선별 대상 곡물(10) 각각의 영상을 촬영하는 카메라(6) 또는 적외선 신호를 수신하는 적외선 센서(20)와 그 영상 또는 적외선 신호를 입력받아 그 대상물(10)의 개별 품질을 측정하는 개별품질측정수단(31)과 그 측정 결과를 입력받아 정해진 기준에 따라 그 대상물이 양품(10a)인지 불량(10b)인지를 판별하여 불량인 경우 노즐(8)을 가동하여 불량 곡물을 솎아내도록 제어하는 제어부(7)와 상기 선별 대상 곡물(10) 알갱이가 모인 군집의 품질을 측정하는 군집품질측정수단(32)을 포함하여 이루어진다.

여기서 개별품질측정수단(31)은 종래의 색채선별기의 신호처리부와 같은 것으로 개별 선별 대상 곡물(10)이 슈트(3)의 끝에서 낙하하여 카메라(6) 또는 적외선 센서(20)로 포착되는 때로부터 노즐(8)앞을 통과하기 전까지의 굉장히 짧은 시간 동안 양품인지 불량인지 판정할 수 있게 해야 하므로 카메라(6)를 통하여 입력되는 영상신호나, 적외선 센서(20)를 통하여 입력되는 적외선 반응 신호에 들어있는 다양하고 많은 정보를 추출하기에는 시간이 부족하므로, 대표적인 정보를 추출하여 순식간에 양품(10a)과 불량품(10b) 여부를 판정하고 노즐(8)을 작동시키게 된다.

그러나 카메라(6)를 통하여 입력되는 영상신호나, 적외선 센서(20)를 통하여 입력되는 적외선 반응 신호에는 많은 정보가 들어있으므로, 군집품질측정수단(32)은 이런 정보들을 상대적으로 긴 시간동안 처리하여 선별 대상 곡물 각각의 품질 정보를 입력할 수 있으며, 개별품질측정수단(31)에서 얻을 수 있는 품질 측정 정보보다 많은 개별 품질측정 값들을 일정한 기간 동안 추적하게 되면 대상물 군집의 품질을 산정할 수 있게 된다.

군집품질측정수단(32)은 선별 대상물(10)의 무더기를 측정하거나 각각을 측정하여 누적하거나 평균을 산정하여 대상물 군집의 품질을 측정할 수 있으며, 선별을 거쳐 양품(10a)으로 선별된 대상물(10)을 측정하거나 색채 선별기의 슈트(3)에 투입되기 전의 선별되지 않은 대상물을 각각 또는 무더기로 측정할 수 있지만, 도 2에서 나타낸 것과 같이 상기 개별품질측정수단(31)으로 입력되는 신호들을 그대로 받아서 각각의 대상물에 대하여 품질을 측정하고 그 측정값을 누적하거나 평균을 내거나 하는 연산을 하여 군집 품질을 측정할 수도 있다.

품질 측정의 대상이 되는 대상 곡물이 아직 선별이 되지 않았으므로 개별품질측정수단(31)이 불량으로 판정한 대상물에 대한 값은 상기 연산에서 제외하여야 할 것이다.

군집품질측정수단(32)은 개별품질측정수단(31)으로부터 불량으로 판정한 대상물에 대한 정보를 받을 수 있고, 제어부로부터 그 정보를 받을 수 있다. 아무래도 동일한 하우징 안에 설치되어 있을 경우 그런 정보를 직접 받을 수 있고, 외부에 부가적으로 설치되는 경우에는 제어부를 거쳐서 그런 정보를 받을 수 있을 것이다.

군집품질측정수단(32)은 표 1에서 나타낸 싸라기, 분상질립, 피해립, 열손립의 백분율과 같은 항목은 통상 카메라(6)와 같은 영상 장비를 통하여 영상신호를 입력하고 이미지 프로세싱을 함으로써 측정하고, 수분함량이나 기타이물 함유 정도와 같은 항목은 통상 적외선 센서(20)과 같은 측정 장비를 통하여 적외선의 투과 또는 반사의 양이나, 파형의 위상 변화 등의 신호 변화 정도를 관측하여 측정함으로써, 군집 품질의 각 항목에 대하여 측정하고, 그 결과 표 1에서 나타낸 특, 상, 보통 과 같은 종합 품질 판정을 할 수 있도록 한다.

군집품질측정수단(32)는 제어부(7)로 군집 품질 측정결과를 보낼 때 종합 품질 판정 결과만 보내는 것이 아니라, 수분함량이나, 싸라기, 분상질립의 함유 비율과 같은 항목별 품질 측정 결과를 일부 또는 전부 보낼 수 있다.

제어부(7)는 군집품질측정수단(32)부터 상기 군집 품질 측정결과를 받게 되면, 이 정보를 후단의 포장 공정으로 보내거나 다른 용도로 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 선별 대상물 각각의 품질을 측정하기 위하여 설치하는 카메라 또는 적외선 센서의 신호를 입력하여 개별 품질 측정뿐만 아니라 곡물 일정량의 군집 품질을 측정하는데 사용하도록 함으로써 색채선별기의 활용도를 높이고, 부가적인 품질 검사 장비를 설치하지 않아도 되도록 하여 미곡종합처리장의 쌀 품질 표시에 대한 어려움을 덜 수 있는 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

(1)--곡물 색채선별기
(2)--호퍼 (3)--슈트
(4)--진동부 (5)--광원
(6)--CCD 카메라 (7)--제어부
(8)--노즐 (9)--매니폴더
(10)--곡물 (10a)--양품
(10b)--불량품 (10c)--낙곡
(11)(12)(13)--하부 슈트 (14)(15)--투명창
(16)--이젝터 밸브 (17)--공기압축기
(18)(19)--케이스 (20)--적외선 센서
(30)--대상물 품질측정수단 (31)--개별품질측정수단
(32)--군집품질측정수단

Claims (7)

1. 측정 대상 곡물의 영상을 촬영하는 카메라와,
   상기 카메라의 영상신호를 입력 받아 상기 곡물 각각의 품질을 측정하는 개별품질측정수단과,
   상기 카메라의 영상신호를 입력 받아 상기 곡물 각각의 품질을 측정하고 누적하여 상기 곡물 군집의 품질을 측정하는 군집품질측정수단과,
   상기 품질 측정수단들을 제어하고 그 측정 결과들 가운데 하나 이상을 기준과 비교하여 해당 곡물의 선별 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 선별장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정 대상 곡물의 적외선에 대한 반응을 인식하여 상기 품질측정수단들 가운데 하나 이상에 입력하는 적외선 센서를 더 포함하는 선별장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 개별품질측정수단은 상기 곡물 각각의 형상 또는 색채를 기준으로 그 곡물의 품질을 측정하는 것을 특징으로 하는 선별장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 군집품질측정수단은 상기 개별품질측정수단과 다른 기준으로 상기 곡물 각각의 품질을 측정하는 것을 특징으로 하는 선별장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 군집품질측정수단은 상기 곡물 각각의 품질 측정 결과를 누적할 때, 제거하기로 한 곡물에 대한 품질 측정 결과를 제외하는 것을 특징으로 하는 선별장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 군집품질측정수단은 상기 개별품질측정수단과 동일한 하우징 안에 설치되는 것을 특징으로 하는 선별장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 개별품질측정수단의 측정 결과를 설정된 기준과 비교하여 상기 곡물의 선별 여부 결정하는 것을 특징으로 하는 선별장치.

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