CN1208620C - 确定诸如水果之类的产品的硬度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种在一测量周期确定一种诸如水果之类的产品的硬度的方法，包括：支撑该产品，至少在该产品的一个位置用敲打装置敲打该产品，其结果是该产品整体自然振动并产生振动信号，用信号传感器检测该振动信号，以及用一信号处理装置处理该振动信号，其中确定该产品的硬度FRi，另外还包括：用一第二信号传感器检测由敲打装置产生的信号，用一第二信号处理装置处理该振动信号，该产品的弹性由上述至少一位置周围的音量范围确定，确定该产品的硬度FIi，比较FIi和FRi并用一预定值校核该比较结果，当该比较结果不满足该预定值时用第二信号传感器重复敲打和检测，可有利地确定硬度，在水果的挑选和其后的分捡时特别用于给产品贴标签。一种实现这种方法的装置可用于桌面应用和在分捡设备上的在线测量。

Description

确定诸如水果之类的产品的硬度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种确定诸如水果之类的产品的硬度的方法和装置。尤其涉及一种在一测量周期内确定产品例如水果的硬度的方法和实现该方法的装置，该方法包括：
-支撑该产品，
-在该产品的至少一个位置处用敲打装置敲打该产品，其结果是该产品整体地开始自然振动并产生振动信号，
-用信号传感器检测该振动信号，以及
-用一信号处理装置处理该振动信号，其中确定该产品的硬度FRi。
更具体而言，本发明还涉及一种在一测量周期内确定一种诸如水果之类的产品的硬度的装置，其包括：
-一用于支撑该产品的支撑，
-一用于在该产品的至少一个位置处敲打该产品的敲打装置，其结果是该产品整体自然振动并产生振动信号，
-一用于检测该振动信号的信号传感器，以及
-一用于处理该振动信号的信号处理装置，其中确定该产品的硬度Fri。
背景技术
已知的是，敲打相对坚硬的产品例如水果和蛋类使这些产品以一个或多个固有频率产生共振。已发现在某些产品组例如一特殊种类的苹果，蛋类，番茄等等中，在其时域或频域中的相关信号具有特征。这种产品一旦受损伤或出现其他偏差，其信号发生显著改变。
这种装置已知于US5,696,325。例如放在皮带输送机的辊轮上的蛋类受到敲打并产生振动。从信号传感器例如传音器检测到的声音信号中可确定蛋类是否有裂纹还是破碎。这种装置使用在蛋类的挑选和分捡。
现有技术US5691473披露了一种用于测量水果硬度的方法(和装置)，该方法为：以预定的压力在水果的两个径向相对的点处挤压水果，在这两个点的其中之一上施加一个振动激励，利用一个位于水果一侧的第一加速传感器来测量输入信号，并且利用位于另一侧的一个第二加速传感器来测量输出信号，从而获得一个相对加速信号，该相对加速信号被处理以获得硬度指数。
现有技术US5152401披露了一种确定水果状态的方法(和装置)，该方法为：利用包括受频带限制的脉冲的输入振动来振动水果，该脉冲产生一系列同时且有规律的输入频率，在激励之后感应该水果产生的振动，并且分析在频带内的单个频率处的振动能量。
在1998年6月4～6日的INTERPOMA 1998中Itzhak Shmulevich所著的“水果质量分捡中的新发展”(New Developments in FruitQuality Sorting)给出这种水果实验方法的调查报告。敲打产品在其中描述成“受迫振动”。US5,811,680同样给出一个例子，其中由敲打产品而产生的共振信号通过与该产品接触的压电信号传感器进行检测。在所述文章中通过共振振动确定硬度的技术与其他技术相比最有前景。
已发现特别对于不是很硬的产品通常指成熟的产品，这些敲打技术不能给出明确的和可复制的结果。在完好的产品上的一个小的过熟点上敲打或正敲打在梗上给出类似的次品的结论。使用这种技术使挑选和分捡不可靠，或甚至不可能。
在此技术领域内这样的方法已为人所知。在上述文章中“通过冲击力检测”下面解释了在该产品的几个点上进行敲打或振动本身的过程如何同样使这种产品的硬度得以确定。这种装置描述在WO98/52037中，其中测量了敲打元件上的反作用力。同样指出如何将这样的装置布置在一传送带上，例如在该带的两侧边或在该带上方旋转的轮子中，其构造使得该产品多次受到敲打。
这种构造的缺点不仅在于使用多个测量，该多个测量与多个需要手动校准的装置相对应，而且在于与共振测量结果的比较，因此如果需要不可能有反馈。
发明内容
为排除这种缺点，本发明提供一种在一测量周期内确定产品的硬度的方法，其包括：
-支撑该产品，
-在该产品的至少一个位置处用敲打装置敲打该产品，其结果是该产品整体地开始自然振动并产生振动信号，
-用信号传感器检测该振动信号，以及
-用一信号处理装置处理该振动信号，其中确定该产品的硬度FRi，，其特征在于：
-用一第二信号传感器检测由敲打装置产生的信号，
-用一第二信号处理装置处理该振动信号，该产品的弹性由上述至少一位置的音量范围确定，
-确定该产品的硬度FIi，
-比较FIi和FRi并用一预定值校核该比较结果，当该比较结果不满足该预定值时用第二信号传感器重复敲打和检测。
根据本发明的确定产品硬度的方法的一个优选实施方案，其中：
-一第一比较G1，其用于比较在测量周期i的测量结果FIi和FRi，
-用一第一标准C1校核此比较，
-当C1不被满足时决定重复敲打，紧接着该测量周期中的该测量i采用该第二信号传感器至少进行下一次i+1测量，其中在一用于比较FIi+k和FRi+1(k≥0)的第二比较G2中校核一第二标准C2，
当C2不被满足时，用该第二信号传感器进行下一次i+2测量，
当在C1处终止该周期或在C2处终止该测量周期时确定该硬度。
本发明还提供了一种在一测量周期内确定一种诸如水果之类的产品的硬度的装置，其包括：
-一用于支撑该产品的支撑，
-一用于在该产品的至少一个位置处敲打该产品的敲打装置，其结果是该产品整体自然振动并产生振动信号，
-一用于检测该振动信号的信号传感器，以及
-一用于处理该振动信号的信号处理装置，其中确定该产品的硬度FRi，其特征在于：
-一用于检测由所述敲打装置产生的上述信号的第二信号传感器，
-一用于处理该振动信号的第二信号处理装置，其中该产品的弹性由上述至少一位置的音量范围确定，确定该产品的硬度FIi，比较FIi和FRi并用一预定值校核该比较结果，当该比较结果不满足该预定值时检测用上述第二信号传感器重复敲打。
根据本发明的敲打装置的一个优选实施方案，一外壳包含一在一电磁线圈中可移动的芯，该线圈的至少一部分由磁性材料制成，其敲打端在该线圈的一端，第二信号传感器在其另一端，第一信号传感器布置在该线圈的旁边并位于该外壳内。
根据本发明的敲打装置的另一优选实施方案，第一信号传感器是一传音器。
根据本发明的敲打装置的另一优选实施方案，第一信号传感器包括多个传音器。
根据本发明的敲打装置的又一优选实施方案，该第二信号传感器是一加速度传感器。
根据本发明的敲打装置的还一优选实施方案，敲打装置设置在一与沿传送带传送的产品同步旋转的轮子中。
根据本发明的敲打装置的另一优选实施方案，轮子和一连杆一起经过水果的上方。
根据本发明的敲打装置的又一优选实施方案，轮子设置在桌面配置中。
考虑到在加快传送和分捡的速度中的必要性，采用本发明的方法和装置可以有利地限制测量的数量。再者，采用此组合该测量范围可显著延伸。因此，分捡设备或装备有本发明的装置的桌面配置具有适合许多种类产品的优点，并且当涉及水果产品时，其具有对于坚硬、不太硬和成熟样品的相似类型可相互比较的优点。
附图说明
进一步的细节、实施例和应用将参考以下附图解释，其中：
图1是按照本发明的方法实施例的流程图，以及
图2是按照本发明的敲打装置的实施例。
具体实施方式
图1流程图表示出按照本发明的方法的步骤。在敲打后，进行两个平行的测量，一方面按照上述讨论的共振原理，另一方面按照冲击原理，认为后者是该敲打装置的敲打反应的测量方法。尽管经常提到敲打，应当明白可包括其他产生振动的方法。但对一技术人员应当明白产生振动通常涉及振动波形的种类。在上述文章中已深入地阐明了。
在测量后，采用已知的方法按照相关的测量确定硬度。接着执行对比，将两个硬度值比较和校核。在图中通常用带有标准C1的通用公式G1标示的这种校核，其举例说明包括在极限值范围之间的系数，以校核其可靠性的极限共振值，或两者综合。对于技术人员应该明白其他标准也可使用。
当满足此条件，重复产生振动，并且重复按照冲击原理的硬度测量。相反如果没有满足重复的标准，确定已认为明确的硬度，其后该产品可贴上标签。
在重复的情况下按照硬度原理确定的第二硬度值与先前数值比较按照带有标准C2的通用公式G2。如上所述，此标准包括一极限值之间的系数或另外类似的分界和联系。对于此标准，重复是可能的。在此流程图中对于测量序列i可用相应的测量i来表示，和其后连续的测量i+1，i+2，...通常标示成i+k，i+k+1，...，k≥0。
图中所示流程图保持了一用于在类似产品上执行的周期。对于每个随后产品在一时间间隔后可执行一类似周期。此方法对于桌面配置和在大的分捡设备上的在线测量两者都适用。
通过贴标签，一种新的选择标准可通过一种有利和需要的方式用于这种产品中。另一优点在于测量范围扩大了。由于已发现按照每个振动原理的测量范围有其自己的相互联系的极限值，这尤其意味着类似种类中的所有产品例如软的和硬的番茄可使用一种且同样的选择和分捡周期进行处理。因此，预选和可能的重复分捡是多余的。
此外，可以理解，这些类型的测量方法均落在本发明的构思范围内；通过将这些类型的测量方法加以组合可以实现其它的流程和判定路线。
图2表示出一本发明的敲打装置的实施例。一被支撑的产品6例如苹果送至靠近一例如设置在一外壳10内的敲打装置处。特别地，该敲打装置包括一具有在其中移动的芯2、3的线圈4，其中3由磁性材料制成并通过其本身重量保持悬浮在该线圈中。该芯的另一部分2由非磁性或可磁化的材料制成，特别考虑其重量和敲打特性进行选择。指向该产品的芯端部的形状通常适当选择成经过修圆，并同时在敲打时使得该产品不被损伤。位于远端的是一用于检测按照冲击原理得到的信号的第二信号传感器1例如加速度传感器，在其端部可见一具有适当选择质量的例如压电元件。为检测共振信号一第一信号传感器5例如一传音器布置在该线圈旁边。布线简单表示出，通常将装置并尤其是传感器与控制装置和信号处理装置例如作为控制计算机一部分的微处理器相连接。第一信号传感器1可包括许多例如成排列地布置的传音器。使用这组传音器可得到清晰的共振信号。再者，使用许多传音器在进行测量时可除去环境声音的不利效果。
另外，图中表示一支撑的例子，例如传送带20上的辊轮21按照箭头V向右移动。例如如图简单所示的设置在轮子13内的外壳10最好通常由有些弹性的材料制成，以便避免冲击。该轮子能在滚动的产品上方同步旋转。通过一连杆机构将该轮子与该分捡设备适当连接，该敲打装置将向下接触每个经过的产品并将执行一测量周期。
控制和计时采用已知出方法执行。包括一用于及时释放该芯并同时及时使其止动的传感器以便调整敲打的速度和当需要重复时在每次敲打后马上敲打。
该外壳同样可设置在桌面配置中，以便在例如收获产品时的不寻常的场所手动使用。
可以理解，以上所解释的原理的各种变型和改型均落在本申请权利要求书所保护的范围内。例如，敲打装置的除了所示垂直位置之外的其它位置也是可能的。

Claims (10)

1.一种在一测量周期内确定诸如水果之类的产品的硬度的方法，其包括：
-支撑该产品，
-在该产品的至少一个位置处用敲打装置敲打该产品，其结果是该产品整体地开始自然振动并产生振动信号，
-用信号传感器检测该振动信号，以及
-用一信号处理装置处理该振动信号，其中确定该产品的硬度FRi，
其特征在于：
-用一第二信号传感器检测由所述敲打装置产生的上述信号，
-用一第二信号处理装置处理该振动信号，该产品的弹性由上述至少一个位置周围的音量范围确定，
-确定该产品的硬度FIi，
-比较FIi和FRi并用一预定值校核该比较结果，当该比较结果不满足该预定值时重复敲打和用上述第二信号传感器检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
-一第一比较G1，其用于比较在测量周期i的测量结果FIi和FRi，
-用一第一标准C1校核此比较，
-当C1不被满足时决定重复敲打，紧接着该测量周期中的该测量i采用该第二信号传感器至少进行下一次i+1测量，其中在一用于比较其中k≥0的FIi+k和FRi+1的第二比较G2中校核一第二标准C2，
并当C2不被满足时，用该第二信号传感器进行下一次i+2测量，
并且当在C1处终止该周期或在C2处终止该测量周期时确定该硬度。
3.一种在一测量周期内确定一种诸如水果之类的产品的硬度的装置，其包括：
-一用于支撑该产品的支撑，
-一用于在该产品的至少一个位置处敲打该产品的敲打装置，其结果是该产品整体自然振动并产生振动信号，
-一用于检测该振动信号的信号传感器，以及
-一用于处理该振动信号的信号处理装置，其中确定该产品的硬度FRi，
其特征在于：
-一用于检测由所述敲打装置产生的上述信号的第二信号传感器，
-一用于处理该振动信号的第二信号处理装置，其中该产品的弹性由上述至少一位置周围的音量范围确定，确定该产品的硬度FIi，比较FIi和FRi并用一预定值校核该比较结果，当该比较结果不满足该预定值时检测用上述第二信号传感器重复敲打。
4.如权利要求3所述的敲打装置，其特征在于：一外壳包含一在一电磁线圈中可移动的芯，该线圈的至少一部分由磁性材料制成，其敲打端在该线圈的一端，该第二信号传感器在其另一端，该第一信号传感器布置在该线圈的旁边并位于该外壳内。
5.如权利要求4所述的敲打装置，其特征在于：该第一信号传感器是一传音器。
6.如权利要求4所述的敲打装置，其特征在于：该第一信号传感器包括多个传音器。
7.如权利要求4所述的敲打装置，其特征在于：该第二信号传感器是一加速度传感器。
8.如权利要求3～7中的任一项所述的敲打装置，其特征在于：该敲打装置设置在一与沿传送带传送的产品同步旋转的轮子中。
9.如权利要求8所述的敲打装置，其特征在于：该轮子和一连杆一起经过该产品的上方。
10.如权利要求3～7中的任何一项所述的敲打装置，其特征在于：该轮子设置在桌面配置中。
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