(57)【要約】【課題】供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループに分けるときに、互いの量的な比率を確保することを目標として自動的に仕分けることを課題とした。供給の間中、特性値は確率分布に従い不規則に上下し、仕分けの度に仕分けられたグループの量を減らす方向にしきい値がフィードバック制御される。即ち特性値の低いものを「悪いグループ」に仕分けた後に、より低いものを「良いグループ」に仕分ける弊害があった。【解決手段】仕分けのため測定した特性値の分布状態の分析に基づき目標値に対応するしきい値を設定する開ループ制御を中心に全体の仕分けを行い、しきい値に近い所定範囲の特性値のものは荷口全体を一方のグループに分けることなく、両側のグループに按分したり、中間のグループとして分けておくことで安定した制御を可能にする。【選択図】　　　　図１
2004121999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループに分けて、互いの量的な比率を所要の目標値にする仕分け制御において、しきい値に近い所定範囲の特性値の対象物をしきい値の両側のグループに配分することを特徴とする物の仕分け方法。
【請求項２】
隣り合うグループからしきい値に近い所定範囲を按分に供するに際し、特性値が範囲内の各グループで発生する確率に基づいて、隣り合う各グループへの按分比率を定めることを特徴とする請求項１記載の物の仕分け方法。
【請求項３】
しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を、そのしきい値を挟む両グループのうち、その時点の相互間の仕分け比率が目標とする相互間の仕分け比率より不足している側に傾斜して配分することを特徴とする請求項１記載の物の仕分け方法。
【請求項４】
しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を、特性値としきい値との差に比例してその特性値の属する側に傾斜して配分することを特徴とする請求項１記載の物の仕分け方法。
【請求項５】
供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループに分けて、互いの量的な比率を所要の目標値にする仕分け制御において、しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を一旦中間のグループとして保管し、仕分けた対象物を使用あるいは搬出する際に隣り合ういずれかのグループの目標比率もしくは目標量を満たすよう配分することを特徴とする物の仕分け方法。
【請求項６】
対象物の品質計測手段と、対象物の量の計量手段と、計測制御手段と、しきい値に近い特性値の仕分け対象物を按分もしくは仕分け後に配分するため保留する仕分け制御手段と、該仕分け制御手段の結果により対象物を搬送する搬送手段とより構成することを特徴とする物の仕分け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は農水産物等を始め各種仕分け対象物を、加工条件を揃えたり、用途を分けたり、差別化した商品にしたり、貯蔵や運送の条件を改善したりする目的で、個々のあるいは集合の特性に応じて、仕分ける技術に関するもので、予め定められている基準にそって分ける選別と異なり、仕分けた結果あるまとまった量を得ることを主要な目的とする仕分け方法と仕分け装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農水産物を始め多くの物が生産・流通の過程で選別操作を受ける。選別はあらかじめ設定されている規格を根拠にして行われる。その規格は流通上の必要を満たすために設けられ、何らかの測定（五感等による評価判定を含む…以下単に測定等という）可能な特性値で表現されている。農水産物、例えば果物の特性値である重量、サイズ、糖度、酸度などは確率分布（図３参照…実務的にはヒストグラムで表し、数学的には確率密度関数で表す）に従うから、選別された量は確率分布関数（確率密度関数を−∞から積分したもので、実務的には累積頻度グラフに相当する）に従うことになるが、多くの場合そのことは意識されていない。規格が設定されていなくても、何かの特性値に基づいて区分けすることは、設備効率を高めたり、加工条件を揃えたり、用途を分けたり、差別化した商品にしたり、貯蔵や運送の条件を改善したりと、メリットが発生する。このような仕分けの操作では、特性値に対する絶対的な要求よりも、量ないしは量的な比率に対する要求に意味があることも多い。特性値の確率分布関数が既知であれば、所要の量的比率を分け取るための境目になる特性値（以下、これをしきい値と呼ぶ）は算出できる。
【０００３】
ところが農水産物等では、確率分布関数は日により、産地により変化するし、来歴の異なるものが混入した状態で供給されることもあるので、確率分布関数は一定しない（図２にそのパラメーターの変化を示す）。仕分けの対象物から均等にサンプリングして特性値を計測できるなら、確率分布関数を推定できるが、これらの加工場や集荷場では、集荷時間に幅があり、しかも集荷した物は限られた時間に処理を求められているから、全体から均等にサンプリングすることは望むべくもない。また例え確率分布自体は安定していても、統計的な偏りは常に発生し、分布の端を全体の十分の一だけ（即ち図３では確率０．１に対応する特性値２０．５で）仕分けるようなことは、試みる前から難しいと予見できる。このような事情から品質評価に基づいて仕分けし、仕分け結果の量的な比率の目標からのズレに基づいて仕分けのしきい値を操作する取り組みはなされなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループ（以下、単純にランクと呼ぶ）に仕分けて互いの量的な比率を確保しようとするとき、フィードバック制御では結果である量的比率の誤差しか見ていないため仕分けの境界であるしきい値を操作しすぎるきらいがある。即ち一つの対象物を悪いランクに仕分ければ次の仕分けでは良いランクを増やす方向にしきい値は移動するが、その移動量が大きければより悪い物を良いランクに仕分けることになり、結果的にランクの境界付近で特性値の順序とランクの間に逆転現象が発生する（図４参照…しきい値の変動範囲では逆転現象が起こりうる）。また誤差は一時的な特性値の出現の偏りによるだけでなく確率分布関数の変化によっても生じている。これらの問題を解決するため出願人は既に、仕分けのために測定している特性値の出現の頻度（言い換えれば確率密度関数）から累積頻度（言い換えれば確率分布関数）を求め、その時点でのしきい値を算出してこれをフィードバック制御の基準点にするという開ループ制御が有効であり、これと閉ループ制御（図１に破線で示す）を組み合わせる方法で、確率分布が変化して仕分けの量的比率に誤差を生じても、まずフィードバックの基準点が目標の量が得られる点に移動し、その上で誤差を修正回復するためのフィードバック機能が追加される方式を出願した。この方法ではフィードバックのゲインが大きくなくても十分な修正回復力が得られるが、本質的な解決にはならない。
【０００５】
ではフィードバックが無ければどうなるかを考えると、分布の変動が小さいとか、仕分け回数が多い場合には、誤差に着目したフィードバックがなくとも仕分けは十分機能する。そして当然、特性値の低いものを「悪いグループ」に仕分けた後に、より低いものを「良いグループ」に仕分けてしまうような逆転現象は少ないが、大きな荷口を仕分けた直後には確率分布状態が大きく変わり、目標比率に対応したしきい値が大きく変動するため同様の現象が発生しうる。この問題の原因はフィードバックのゲインだけに限らないのである。即ち荷口単位で仕分ける場合仕分けの単位量が大きいとき（あるいは荷口数が少ないとき、または、たまたま大きな荷口だった場合）にも大きな問題になる。
【０００６】
なお一般に制御工学では制御モデルを状態方程式で表し、それは時間の関数である。本発明の場合、厳密には順序の進行であって時間の進行はない。また確率分布に従うので、状態方程式ではなく上述のように確率関数で表現する。便宜上、制御工学で常用する用語を用いているが、制御工学の知識がそのまま適用できる訳ではなく、確率論に基づいて制御手法を検討しなければならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらを解決するため、次のような手段を採用する。（１）供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループに分けて、互いの量的な比率を所要の目標値にする仕分け制御において、しきい値に近い所定範囲の特性値の対象物をしきい値の両側のグループに配分する。図６では、仕分けの誤差Ａ点に対応して基準のしきい値から偏倚してしきい値が決まり、この点を中心に按分範囲が設けられ、所定の按分比率で両側のグループに分けられることを示している。なおフィードバックを組み合わせない開ループ制御の場合は、確率分布から求められる目標仕分け比率に対応した基準のしきい値を中心に按分範囲を置く（以下の各手段に於いても同じである。但し（５）の手段に於いては中間グループとして保管する範囲を置く）。
【０００８】
次に按分の比率をどのように選ぶかによっていくつかの解決手段がある。（２）上記（１）の手段において、隣り合うグループからしきい値に近い所定範囲を按分に供するに際し、特性値が範囲内の各グループで発生する確率に基づいて、隣り合う各グループへの按分比率を定める（図７参照）。即ち按分に供する比率の期待値で配分して戻すのである。按分する範囲が狭い場合は、しきい値の両側それぞれに特性値が出現する確率は本来１：１に近く、按分する範囲を広げれば、しきい値の両側それぞれに特性値が出現する確率は次第に両グループ間の仕分け比率に近づく。図７では按分中心から左の按分範囲の確率密度の面積は按分範囲全体の確率の約３０％であり、従って左側のランクに按分される率は約３０％となっている。
【０００９】
（３）上記（１）の手段において、しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を、そのしきい値を挟む両グループのうち、その時点の相互間の仕分け比率が目標とする相互間の仕分け比率より不足している側に傾斜して配分する。つまり、しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を仕分け比率の誤差に応じてこれを修正回復すべく、不足している側により多く傾斜して按分することでフィードバックの機能を持たせる。図８では仕分け誤差Ａ点に対応してしきい値（即ち按分の中心）が決まり、また仕分け誤差に対して左のランクへの按分比率ａが決まることを示している。
【００１０】
（４）上記（１）の手段において、しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を、特性値としきい値との差に比例してその特性値の属する側に傾斜して配分する。つまり、基準のしきい値に近い一定範囲の特性値の仕分け対象物を両側のグループに按分するに際して、範囲内に入れば一律に按分するのでなく、仕分け対象物の特性値がしきい値から離れるのに比例してその特性値が属すべきグループにより多く傾斜して配分する。図９は左側のランクに対する按分比率が特性値によって変わることを示している。
【００１１】
（５）供給される仕分け対象物を、それぞれ特性を揃えて複数のグループに分けて、互いの量的な比率を所要の目標値にする仕分け制御において、しきい値に近い所定範囲の特性値の仕分け対象物を一旦中間のグループとして保管し、仕分けた対象物を使用あるいは搬出する際に隣り合ういずれかのグループの目標比率もしくは目標量を満たすよう配分する。つまり、しきい値に近い所定範囲の特性値のものを一方に仕分けたり両側のグループに按分したりすることなく、一旦中間のグループとして保管しておき（図１０参照）、仕分けたいずれかのグループを使用あるいは排出する際にそのグループの比率目標あるいは量的目標を満足するよう中間グループを取り崩して配分する。以上述べた按分等に供する幅は方式とともに操作員が選択し、組み合わせて実施することもできる。
【００１２】
（６）対象物の品質計測手段と、対象物の量の計量手段と、計測制御手段と、しきい値に近い特性値の仕分け対象物を按分もしくは仕分け後に配分するため保留する仕分け制御手段と、該仕分け制御手段の結果により対象物を搬送する搬送手段とより構成した確率分布に従う物の仕分け装置を用いる。
【００１３】
なお搬入された一口の仕分け対象物について一回だけ品質計測等を行うものとして説明してきたが、よりよい方法としては仕分け対象物を複数回に分割して測定等を行って得た特性値を用いるとよい。分割は厳密でなくても良いが、測定等１回当たりの対象物の量がおおむね同じことが望ましい。分割計測と仕分け操作や誤差量計算は必ずしも対応しなくて良い。分割計測して仕分け操作や誤差量計算を行えば、当然仕分けの精度は高い。
【００１４】
また特性値は一次元の量として表現できることが多いが、図５のように２次元で捉える場合もある。
【００１５】
【作用】
按分することは仕分けの誤差を露わにしないことであり、順序をぼかすことであるが、具体的に作用を述べると次のようになる。（１）の手段により、しきい値に近い所定範囲の特性値のものは両側のグループに按分されるから、これによる仕分け誤差の変動は軽減され、仕分けのたびにそのグループを減らす方向にしきい値が大きくフィードバック操作されることが減って、グループの境界付近で特性値の順序に逆転現象が発生するのを少なくできる。一方、基準値から離れたものは荷口全体を一方のグループに仕分けるから、仕分け誤差の変化は大きく、フィードバック操作量は大きくなる（それに確率分布状態の変化による基準となるしきい値の変動も加わる）が、仮に次の荷口がしきい値に近くてもそれは両側に按分されるから、やはり順序の逆転は実質的に抑制され、しきい値に近い対象物による仕分け誤差の変動は抑制されて安定な動作を続ける。フィードバック制御を組み合わせない場合も確率分布状態の変化によるしきい値の移動だけはあるが、しきい値に近い特性値の仕分け対象物は按分されるので、やはり順序の逆転や仕分け誤差の変動は実質的に抑制される。この作用は他の手段に於いても同じである。
【００１６】
（２）の手段により、按分する比率を按分する範囲における特性値の発生確率に基づいて選ぶから、供出する割合で配分を受けることが期待でき、特性値の分布の形に近い仕分けができる。しきい値に近い所定範囲の特性値のものをある一定の比率で按分することは仕分け誤差に対して中立な操作である。
【００１７】
これに対して中立性を求めるのではなく、（３）の手段により、その時点の仕分け誤差を修正回復する方向に按分することで、フィードバックの機能を付与することができる。
【００１８】
（４）の手段により、特性値がしきい値から離れるのに比例してその特性値が属するグループに配分する率を高めることで、仕分けられた各グループ内の特性値の分布をより小さくすることができる。
【００１９】
（５）の手段により、しきい値に近い所定範囲の特性値のものを両側のグループに按分することなく、一旦中間のグループとして保管しておき、範囲外の物は通常に仕分ける。その仕分けたいずれかのグループを使用あるいは排出する際に、そのグループの比率目標あるいは量的目標を満足するよう中間グループを取り崩すことで、仕分けられた各グループ内の特性値の分布をより小さく、しかも目標達成の確実性を増すことができる。
【００２０】
（６）の対象物の品質計測手段と、対象物の量の計量手段と、計測制御手段と、しきい値に近い特性値の仕分け対象物を按分もしくは仕分け後に配分するため保留する仕分け制御手段と、該仕分け制御手段の結果により対象物を搬送する搬送手段とより構成した装置で的確に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明を製茶工場に適用した場合を事例として、図１１のブロックダイアグラムに基づいて説明する。製茶工場に搬入された茶生葉は品質計測手段で測定される。測定のタイミングは工場によって異なり、荷受装置に投入される前の場合もあるし、後の場合もある。品質計測手段としては茶生葉の成分を測る方式のほか、嵩密度、硬さなどの物性、大きさ、色など一般に五感による外観特性を測っても良い。計測と前後して品種、摘採方法、栽培方法、病虫害など計測しない項目を判定し（これらも数値化して扱うことがある）、計測制御手段に入力する。計測制御手段では品質の計測値とその他の判定項目のデータをまとめて、仕分け制御手段と会計システムへ送る。会計システムではそれらを総合して品質判定値が決定され、茶生葉の買い入れ価格を決定するために使用される。一方、仕分け制御手段では特性の揃ったグループに仕分けるためのデータとなる。判定項目の中にはその項目だけで特別な区分けを要する場合もあるが、以下の説明では品質の計測値と組み合わせて総合的な特性値になる場合で、特性値が正規分布になる場合を例として説明する。
【００２２】
取引のための量として、受入れ重量の計測は一般に搬入の前後に車両ごと計測が行われるが、これとは別に加工用データとして計測と対応させて仕分け重量を積算しても良い。重量データは仕分け制御手段と会計システムへ送られる。仕分け制御手段では双方のデータの受付番号などを介して特性値と重量計測値とを対応データとして記憶する。仕分け制御手段では、記憶した特性値の平均値と標準偏差を算出し、それらに基づいて各ランクの基準となるしきい値を決定する。（平均値、標準偏差の算出と基準となるしきい値の決定を仕分けの決定後に行い、次の仕分けに適用しても実用上大きな差はない。さらには仕分け回数が多い場合、数回前までのデータしか得られなくても実用上制御できる。）
【００２３】
仕分け制御手段では特性値を加工上の必要性に従って設定した各ランクに対応したしきい値および按分範囲と比較してどのランクにいくら仕分けるかを決定し、搬送装置を制御する。原則的には按分する区分ごとに計量することが望ましいが、設備構成の簡素化、あるいは処理時間の短縮のため、搬送時間などで仕分ける重量を推定して制御しても差し支えない。なおしきい値は基準となるしきい値に後述するフィードバック操作量を加えて算出したものを用いることもできる。また三つ以上のランクに分けると、二つのしきい値が干渉しうるから、干渉防止のための限度を設ける。
【００２４】
さらに仕分け制御手段ではランク別に仕分けられた重量を積算する。また搬入された茶生葉重量を積算して、各ランクの所要の仕分け比率を乗じてその時点でのランク別の所要重量を算出する。そしてランク別の仕分け積算重量の所要重量に対する誤差を計算する。この誤差に仕分け比率に対応した制御ゲインを乗じてしきい値のフィードバック操作量を算出し、次の仕分けに用いる。なおしきい値に近い範囲の仕分け対象物を中間グループとして保管する手段（５）の場合、仕分けの誤差は他のいずれかの手段によって計算する仮想の値を用いれば安定した制御ができる。
【００２５】
なお制御の開始に当たってしきい値の初期値が必要になる。その値は過去の実績値、あるいは摘採開始日を決定するための茶園の予察等から決定する。参照できる特性値のデータがある場合には小さい順に並べ替えて、所要の量的比率になる判定数値を見つけることもできる。初期値から実勢値への移行は緩やかに行う。
【００２６】
また本実施例では図１１に示すように品質計測、その他の判定、重量計測、搬送装置が一系統である場合を説明したが、これらが複数系統設置された施設であっても同じであり、またそれらが遠隔の地にあって通信線等で仕分け制御部と結ばれていても一体的に実行できる。
【００２７】
以上、集荷した茶葉の仕分けについて述べたが、この他にも加工条件を揃えたり、用途を分けたり、差別化した商品にしたり、貯蔵や運送の条件を改善したり、このような仕分け技術を応用できる分野は数多くあり、農水産物に限らず確率分布に従う物なら同じように仕分けできる。ここにその一端として農水産物の例を述べる。最近の動きとして生産者が消費者への直販の増加が見られるが、この場合、直販の顧客が最優先し、品質の良い物からその出荷量を確保したいという考え方が働く。収穫量の何パーセントを直販に振り向けるかということになれば、従来の選別ではなく「仕分け」の考えが必要になる。これとは逆に、大手流通業者はもちろん外食・中食の事業者でも市場機能をバイパスした調達に走っている。
【００２８】
これら業者が生産者と直接に取り引きするとき現実的に自分の必要とするものを経済的に得るには産物の実態に即した取引条件を設定するのが合理的であり、仕分けの技法はその実現を促進できる。このような特化する動きの根底にほとんどの産物が過剰供給の状況にあることが指摘できる。このような状況であるから生産地では市場の価格動向に非常に敏感になっており、出荷団体では情報化が進められてきたが、収量や時期を自由にはできないから出荷の調整、用途の調整は避けられない。例えば果物の場合、出荷の規格とは別に貯蔵への適性の有無があるから、出荷と貯蔵の比率を定めた仕分けを選果工程と併用することができる。また生食用とジュースや缶詰などの加工用を選択できる場合には、生食用の規格内、規格外の境界を仕分け制御して量を調整することができる。さらに缶詰用を例に取れば、缶のサイズと釣り合う範囲でカット物と全形物の比率を生産計画に合わせて仕分け調整できる。
【００２９】
以上述べたような仕分け制御を応用できる仕分け対象物は多岐にわたるが、一般的な産物を例示すれば、トマト、アスパラガス、ジャガイモ、タマネギ、メロン、柑橘類、りんご、ぶどう、もも、おうとう、すもも、うめ、くり、かつお、さんま、うなぎ、さけ、さば、いわし、あるいは魚の切り身、貝類、卵、籾米、玄米、精米等が挙げられる。また、茶については、生葉に限らず、荒茶、あるいは加工途中の茶葉、緑茶以外の茶等にも利用できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、以上のような構成により次のような効果を有する。仕分けのため測定した特性値の分布状態の分析に基づき目標値に対応するしきい値を設定する開ループ制御を中心に全体の仕分けを行うとともに、しきい値に近い一定範囲の特性値のものは仕分け対象全体を一方のグループに分けることなく、両側のグループに按分したり、中間のグループとして分けておくから安定した制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が課題とする確率分布に従う物を、比率を目標として仕分ける方法を一般の制御工学との対応させながら示した概念図。
【図２】供給される物の特性値の変動と移動計算した標準偏差値の変動例であり、仕分けのつど再計算される平均値についても示した図。
【図３】図２の例について特性値の分布をヒストグラムに表し、算出した平均値と標準偏差をもとに描いた正規分布と重ね合わせて示し、また密度関数を−∞から積分した確率分布関数（累積確率）も示した図。（ただし、この曲線と重なり合う実際の累積確率グラフは仕分け重量で重み付けされた累積グラフである。）
【図４】特性値の確率分布とランクの変動範囲、しきい値の変動範囲の関係を示す図。
【図５】相関性を持つ２次元の分布を仕分ける概念図。
【図６】しきい値を中心に設けた按分範囲で一定の比率で両方のランクに分配する概念図。
【図７】しきい値を中心に設けた按分範囲で両側のランクから按分に供する比率で両方のランクに分配する概念図。
【図８】しきい値を中心に設けた按分範囲で仕分け誤差に対応したある一定の比率で両方のランクに分配する概念図。
【図９】しきい値を中心に設けた按分範囲で仕分け対象物の特性値に対応した比率で両方のランクに分配する概念図。
【図１０】しきい値を中心に設けた中間グループとして保管する範囲を設定する概念図。
【図１１】制御システムのブロックダイアグラムを示した図。
【図１】
2004121999.tif 000003
【図２】
2004121999.tif 000004
【図３】
2004121999.tif 000005
【図４】
2004121999.tif 000006
【図５】
2004121999.tif 000007
【図６】
2004121999.tif 000008
【図７】
2004121999.tif 000009
【図８】
2004121999.tif 000010
【図９】
2004121999.tif 000011
【図１０】
2004121999.tif 000012
【図１１】
2004121999.tif 000013