JP4675016B2 - 果物などの物品の硬さを決定する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、果物などの物品の硬さを決定する方法および装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、たとえば果物の硬さを測定サイクル中に決定する方法、および、その方法を実行する装置に関する。すなわち、この方法は、
物品を支持し、
物品が全体としてその固有振動数で振動して振動信号を出力するように、物品の少なくとも１カ所をタッピング装置でたたき、
信号検出器で振動信号を検出し、
信号処理装置で振動信号を処理して、物品の硬さＦＲｉを決定する。
【０００２】
比較的硬い物品、たとえば果物、あるいは卵を軽くたたくことにより、物品をその一次または数次の固有振動数で共振させる。時間に支配される関連信号や周波数に依存した関連信号により、種々のりんご、卵、トマトあるいはそのような物品群の性質を見い出してきた。このような物品が損傷していたり、ばらついていると、信号が大きく変化する。
【０００３】
このような装置は米国特許第５，６９６，３２５号により知られている。たとえばベルトコンベアのローラ上に置かれた卵はコツコツと叩かれて振動状態となる。マイクロフォンのような信号検出器で検出された音響信号により、卵が傷ついているか割れているかを判定できる。このような装置は、卵を選別して分類する際に使用される。
【０００４】
果物用のこのようなテスト方法は、「果物品質分類の新開発」（Ｉｔｚｈａｋ Ｓｈｍｕｌｅｖｉｃｈ １９９８年６月４−６発行、ＩＮＴＥＲＰＯＭＡ１９９８）に概説されている。物品のタッピングについて、そこでは、「強制振動」として述べられている。米国特許第５，８１１，６８０号にはその一例が示されている。物品のタッピングによって発生する共振信号は、物品と接触しているピエゾ信号検出器により検出される。上記文献には、共振振動により硬さを決定する技術について、他の数種の技術と比較してもっとも有望であると述べられている。
【０００５】
とくに硬さの低い物品、通常はより熟した物品において、このようなタッピング技術では明瞭で信頼性ある結果が得られない。別の音響物品上の熟し過ぎている小領域をタッピングし、あるいは茎（stalk)の上を正確にタッピングする場合も同様な欠点がある。この技術では、選別と分類を信頼性よく行うことができない。つまり選別と分類ができないことさえある。
【０００６】
このような欠点を解消するため、本発明は以下のように特徴づけた上記方法を提供する。
すなわち、第２信号検出器によりタッピング装置から発生する信号を検出し、
第２信号処理装置で振動信号を処理して、少なくとも上記１カ所の周囲の容量範囲において物品の弾性特性を決定し、
物品の硬さＦＩｉを決定し、
ＦＩｉとＦＲｉとを比較し、比較結果を事前調整値でチェックし、その比較結果が事前調整値を満足しないときはタッピングと第２の信号検出器による検出を繰り返し行う。
【０００７】
この技術分野では、かかる方法はかなり知られている。上記文献では、「衝撃力による検出」の見出しの下に、物品の数カ所のスポット領域で行われるタッピング、すなわちそれ自身の振動に基づいて、どのようにして、そのような部品の硬さを決定できるかが説明されている。このような装置は、国際公開WO９８／５２０３７号公報に記載されている。この中では、タッピングエレメントの反力が測定される。また、このような装置がベルトコンベア上、たとえばベルトの両側上にどのように配置することができるか、あるいは、ベルトの上方で回転するホイールの中でどの配置にすると物品を数回タッピングできるかが記述されている。
【０００８】
このような構成の欠点は、互いに校正されている数個の関連装置で測定された数個の測定結果を使用することだけでなく、共振測定との比較、およびその結果を必要に応じてフィードバックすることができないことである。
【０００９】
本発明による装置では、測定回数を効果的な回数に制限することができる。その回数制限は、搬送速度と分類速度を増大する観点から必要となる。さらに、測定範囲は、このＦＩｉとＦＲｉと用いるコンビネーションによりかなり広がる。したがって、分類機械、すなわち本発明の装置を備える卓上型配置は大きな利点を有している。この利点とは、それらの機械や配置が各種の物品にとって最適であることである。そして、果物の場合には、それらの機械や配置が、硬さのあるもの、硬さの低いもの、および熟し過ぎている試料を互いに比較できるという、利点を有する。
【００１０】
以下では、実施の形態と出願内容について図を参照しながらより詳細に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１のダイアグラムは、本発明による方法を行うステップを示している。タッピングの後、並行して２種類の測定が実行される。一方の測定は、上述した共振原理によるものであり、他方の測定は、衝撃原理によるものである。後者は、タッピング装置に対するタップ反力の測定とされる。タッピングには、物品を振動状態にする他の方法も含むことは明らかである。しかし、当業者であれば、物品を振動状態にするということは、パルスタイプの振動と通常は考えられる。上記文献では、この点について広範囲に言及している。
【００１２】
計測後、周知の測定法のうち適した測定法にしたがって硬さが決定される。硬さ決定後に実行される比較では、２つの硬さ値が比較されてチェックされる。基準値Ｃ１を有する一般化した式Ｇ１で一般的に示された形（figure）は、たとえば複数の限界値を区分する係数（quotient)、それらの間の信頼性を調べるための限界共振値(limited resonance)、すなわち、それらの組み合わせたものを備える。当業者にとっては、他の基準を使用することができることはあきらかである。
【００１３】
この比較結果が満足されると、繰り返し振動状態とされ、衝撃原理による硬さ計測が繰り返される。反対に繰り返し基準が満足されないときは、明瞭であるとみなされた硬さを決定することができる。その後、物品を分類することができる。
【００１４】
繰り返しの場合、硬さ値の原理により決定された２番目の硬さ値は、基準値Ｃ２を有する一般式Ｇ２に応じて、先の値と比較される。上述したように、この基準は、限界値間の係数、または、同様な複数の境界値、およびそれらの結合したものを含む。この基準でもまた、繰り返し計測が可能である。このダイアグラムでは、この点について、一連の測定ｉは、対応する測定ｉ、引き続く測定ｉ＋１，ｉ＋２，……により示されるとともに、ｉ＋ｋ，ｉ＋ｋ＋１，……ｋ≧０により一般的に示される。
【００１５】
図中のダイアグラムは、１つの同様な物品に対して行われる１つのサイクル中、維持される。順次の各々の物品に対しても、後で同様なサイクルを行うことができる。この方法は、卓上型配置（arrangement）および大規模な分類装置のオンライン計測の双方に適している。
【００１６】
分類によって、新たな選別基準が各物品に対して効果的にそして好ましい方法で使用される。さらに、測定範囲が広がるという効果もある。これは次のことを意味する。すなわち、各々の振動原理によって、限界値が既知である測定範囲が互いに連係していることがわかるので、実用上は、たとえば柔らかいトマトと硬いトマトのような類似する種類のすべての物品に対しては、一つの同じ選別および分類サイクルで処理することができる。したがって、事前選別や分類を繰り返し行わなくてもよい。
【００１７】
さらに、他のダイアグラムおよび決定ルートも、本発明による思想を結合することにより構成される種々の測定の組み合わせにより、実現することができる。
【００１８】
図２は、本発明によるタッピング装置の実用的な一例を示す。たとえばリンゴのような支持された物品６は、タッピング装置の近くに配置される。たとえばハウジング１０内に取り込まれる。詳述すれば、タッピング装置は、コア２，３を有するコイル４を備えている。コア２，３はコイル４内で移動可能である。コイル３は磁性材料で作製され、自重によりコイル内で浮上している。他のコア部品２は、非磁性材料または磁性化可能な材料で作製される。詳しくは、重量とタッピング特性により選択された材料である。物品に向くコア端は、一般には丸みをつけるが、タッピング時に、物品を傷つけないような形状とされる。たとえば加速度計のような第２信号検出器１は離れた端部に配置される。加速度計は、衝撃原理により得られる信号を検出する。たとえば、加速度計として、適度な重量を持つピエゾ素子を端部に配置する。共振信号を検出するため、コイルの脇にはマイクロフォンのような第１信号検出器５が配置される。配線は概略的に示されており、一般には、装置と複数の検出器を、詳しくは、制御装置および信号処理装置に連結する。信号処理装置は、たとえば制御コンピュータの一部としてのマイクロプロセッサである。第１信号検出器１は、たとえばアレイ状に配置された複数のマイクロフォンで構成してもよい。このような一組のマイクロフォンにより、明瞭な共振信号を得ることができる。さらに、複数のマイクロフォンを使用して計測を行う場合には、周囲音の悪影響を除去できる。
【００１９】
さらに、図２には支持機構の一例が示されている。支持機構はたとえばコンベアベルト２０のローラ２１であり、図の矢印Ｖ方向に右方に移動する。ハウジング１０は、たとえば概略が示されているホイール１３内に組み付けられ、ショックを避けるようにやや堅めの弾性材料で好ましくは作製される。ホイールは、転がる物品上で協働して回転することができる。レバー機構によりホイールを分類装置と好ましい形態で接続することにより、タッピング装置は、通過する物品の各々を叩き、計測サイクルを実行することができる。
【００２０】
制御とタイミングは周知の方法で行われる。コアを適時に伸長させ、コアを適時に停止させてタッピング速度を適合させるために、複数の検出器を備えることができる。これは、繰り返しが必要とされる場合に短時間でタッピングする場合と同様である。
【００２１】
ハウジングは、卓上配置内に組み込むことができる。これにより、物品を収穫するときのように、一般的ではない場所で手動での使用を可能とする。
【００２２】
上述した原理の種々の態様例や変形例は、本出願の請求範囲に含まれる。たとえば、タッピング装置の位置を、垂直位置以外の位置にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法の実際の例を示すダイアグラム図。
【図２】 本発明によるタッピング装置の実際の例を示す図。
【符号の説明】
１：第２信号検出器
２，３：コア
４：コイル
５：第１検出器
６：物品
１０：ハウジング
１３：ホイール
２０：コンベアベルト
２１：ローラ

Claims (10)

1. 物品を支持し、
   物品が全体としてその固有振動数で振動して振動信号を出力するように、物品の少なくとも１カ所をタッピング装置でタッピングし、
   信号検出器で振動信号を検出し、
   信号処理装置で振動信号を処理して物品の硬さＦＲｉを決定する、果物などの物品の硬さを計測サイクル中に決定する方法において、
   第２信号検出器によりタッピング装置から発生する信号を検出し、
   第２信号処理装置で振動信号を処理して、前記少なくとも１カ所の周囲の容量範囲において物品の弾性特性を決定し、
   物品の硬さＦＩｉを決定し、
   ＦＩｉとＦＲｉとを比較し、比較結果を事前調整値でチェックし、比較結果が事前調整値を満足しないときはタッピングと第２の信号検出器による検出を繰り返し行うことを特徴とする物品の硬さを計測サイクル中に決定する方法。
2. 請求項１の方法において、
   計測サイクルｉからの測定においてＦＩｉとＦＲｉを比較するための第１比較Ｇ１を有し、
   この比較を第１基準Ｃ１によってチェックし、
   Ｃ１が満足されないときはタッピングを繰り返すことを判定し、一方、この計測サイクル中において、測定ｉの次の第２信号検出器による測定ｉ＋１を少なくとも行い、ここでＦＩｉ＋ｋとＦＩｉ＋ｋ＋１（ただし、ｋ≧０）を比較するための第２比較Ｇ２において第２基準Ｃ２がチェックされ、
   Ｃ２が満足されないとき、第２信号検出器による次の測定ｉ＋２が行われ、および、
   Ｃ１で計測サイクルを終了するとき、またはＣ２で計測サイクルを終了するときに、硬さが決定されることを特徴とする物品の硬さを計測サイクル中に決定する方法。
3. 物品を支持する装置と、
   物品が全体としてその固有振動数で振動して振動信号を出力するように、物品の少なくとも１カ所をタッピングするタッピング装置と、
   振動信号を検出する信号検出器と、
   振動信号を処理して、物品の硬さＦＲｉを決定する信号処理装置とを備える、果物などの物品の硬さを計測サイクル中に決定する装置において、
   タッピング装置から発生する信号を検出する第２信号検出器と、
   振動信号を処理して、前記少なくとも１カ所の周囲の容量範囲において物品の弾性特性を決定し、物品の硬さＦＩｉを決定し、ＦＩｉとＦＲｉとを比較し、比較結果を事前調整値でチェックし、その比較結果が事前調整値を満足しないときはタッピングと第２の信号検出器による検出を繰り返し行う第２信号処理装置と、を備えることを特徴とする物品の硬さを計測サイクル中に決定する装置。
4. 請求項３のタッピング装置において、
   電磁コイル内で移動可能なコアを収容するハウジングを有し、
   少なくともコアの一部が磁性材料で作製され、
   そのコアの一端にはタッピング端部が、他端には第２信号検出器が設けられ、
   第１信号検出器はコイルの脇でハウジング内に配置されていることを特徴とするタッピング装置。
5. 請求項４のタッピング装置において、
   第１信号検出器はマイクロフォンであることを特徴とするタッピング装置。
6. 請求項４のタッピング装置において、
   第１信号検出器は多数のマイクロフォンを備えることを特徴とするタッピング装置。
7. 請求項４のタッピング装置において、
   第２信号検出器は加速度計であることを特徴とするタッピング装置。
8. 請求項３〜７のタッピング装置において、
   タッピング装置は、コンベヤベルトによって搬送される物品とともに回動するホイール中に組み込まれていることを特徴とするタッピング装置。
9. 請求項８のタッピング装置において、
   ホイールは、レバーによって果物の上を通過することを特徴とするタッピング装置。
10. 請求項３〜７のタッピング装置において、
    タッピング装置は、卓上型配置内に組み込まれていることを特徴とするタッピング装置。

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