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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Testen von Obst und Gemüse,
um deren Festigkeit und Reife zu beurteilen.
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Das
Wissen um den Festigkeits- oder Reifegrad von Obst und Gemüse (in der
folgenden Beschreibung der Einfachheit halber als Obst bezeichnet),
ist ein Faktor von erheblicher kommerzieller Bedeutung, weil es
Importeuren und Zwischenhändlern ermöglicht,
beispielsweise die Haltbarkeit des Obstes zu beurteilen und in dieser
Hinsicht Anforderungen von Supermärkten und Einzelhandelsgeschäften zu
erfüllen.
Wenn es gepflückt
wird, weist selbst Obst von demselben Baum oder Gewächs eine
unterschiedliche Reife auf und jede zu diesem Zeitpunkt gemachte
Beurteilung ist unzuverlässig.
Folglich beinhalten Kisten mit Obst, welches zur gleichen Zeit gepflückt wurde,
Obst mit unterschiedlichen Reifegraden. Nach dem Pflücken wird
Obst unter gekühlten
Bedingungen gelagert und transportiert, um ein weiteres Reifen zu
verhindern. Vor der Auslieferung an ein Einzelhandelsgeschäft entnimmt
der Importeur oder Zwischenhändler
das Obst aus dem kalten Lager und setzt es einer wärmen Umgebung
aus, um es zu reifen. Dies ist der Zeitpunkt, an dem es wichtig ist,
fähig zu
sein, die Reife des Obstes zu beurteilen oder zu messen, so dass
der Importeur oder Zwischenhändler
das Reifen bis zu dem Grad kontrollieren bzw. steuern kann, der
für das
Obst erforderlich ist, um zu dem Einzelhandelsgeschäft mit der
geforderten Haltbarkeit geliefert zu werden.
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Ein
gängiges
Verfahren zum Prüfen
von Obst, wie z. B. Avocado-Birnen, zum Ermitteln der Reife, ist
der Einsatz eines Eindrucktiefemessers. Dies ist ein tragbares Instrument,
welches einen Bolzen oder Dorn zum Drücken in die Frucht und einen Kraftmesser,
welcher die Kraft, die erforderlich ist, den Dorn in die Frucht
zu drücken
und daraus den Reifegrad ermittelt, beinhaltet. Ein weiteres Instrument,
welches von der Industrie zum Prüfen
der Reife einer Avocado-Birne entwickelt worden ist, ist ein „Firmometer". Dieses Instrument
benutzt einen Hebel zum Einbringen einer festen Kraft auf die Außenseite einer
Frucht und misst die resultierende Auffederung des Hebels, um einen
für die
Reife indikativen Messwert zu liefern. US-A-5,315,879 beschreibt
eine Messvorrichtung, welche zum Messen der Festigkeit einer Frucht
und anderer Gegenstände
benutzt werden kann und welche nach ähnlichen Prinzipien wie ein
Firmometer arbeitet. Sowohl Eindrucktiefemesser- als auch firmometerartige
Instrumente haben den Nachteil, dass sie die zu prüfende Frucht
schädigen
oder quetschen, so dass insbesondere im Fall eines Eindrucktiefemessers,
die geprüfte
Frucht unverkäuflich
wird. In Folge dessen werden sie zum Prüfen auf einer selektiven Basis
benutzt und ermöglichen es
nicht, dass jede individuelle Frucht geprüft wird und individuell hinsichtlich
der Haltbarkeit geprüft werden
kann und dementsprechend behandelt und/oder verpackt werden kann.
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EP-A-0
267 737 beschreibt eine Vorrichtung zum Prüfen aller Früchte in
einer Charge, um so individuell die Reife zu messen. Sie benutzt
einen Messwertgeber, welcher einen polymeren piezoelektrischen Film
beinhaltet, der Elektroden aufweist und mit einem Klebemittel auf
einer metallischen Platte befestigt ist, welche wiederum auf einem
nachgiebigen Block aus Schaumstoffmaterial montiert ist. Die zu
prüfende
Frucht wird gezwungen, auf den Messwertgeber aufzuprallen, der ein
elektrisches Ausgangssignal von dem Film erzeugt. Die Metallplatte ist
so ausgewählt,
dass sie eine in Beziehung auf die Frucht kleine Masse aufweist
und ist aus einem Metall hergestellt, welches unter dem Aufprall
nicht mitschwingend ist. Die Schaumauflage bzw. der Schaumträger ist
dergestalt, dass der Film, die Platte und die Frucht sich während des
Aufpralls in Kontakt bewegen. Diese Anordnung führt dazu, dass das Ausgangssignal
des Films die Resonanz der Frucht aufgrund des Aufpralls, welche
als Maß für die Festigkeit
oder Reife der Frucht benutzt werden kann, repräsentiert.
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WO
94/29715 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der
Qualität
einer Frucht durch Auftragen einer dynamischen Kraft auf die Frucht
und Ermitteln der mechanischen Antwort der Frucht mittels piezoelektrischer
Film-Messwertgeber, welche auf einem verlagerbaren Lagerungsbauteil gelagert
sind. Infolge dessen, in Punkto Messen der mechanischen Antwort
der Frucht, ist es ähnlich
zu EP-A-0 267 737.
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EP-A-0
351 430 und US-A-4 542 639 beziehen sich beide auf die Aufprallprüfung von
technischen Strukturen, wie z. B. Laminaten oder Bienenwabenkonstruktionen,
hinsichtlich Delaminierungen und Versagern. In der Anordnung von
EP-A-0 351 430 ist ein Sensor auf einem Hammer montiert, welcher
einen nicht zerstörenden
Aufprall auf ein zu prüfendes
Material überträgt und ein
Signal, welches durch Berührung
des Materials mit dem Hammer erzeugt wird, wird benutzt, die Zeitperiode
des Kontakts des Hammers mit dem Material anzuzeigen. Die Aufprall-Antriebskraft, welche
auf den Hammer angewendet wird, wird durch Nutzung eines Signals
von dem Sensor zurückgenommen,
sobald der Hammer mit dem zu messenden Material in Kontakt kommt. US-A-4
542 639 beschreibt die Aufprallprüfung von Strukturen, bei welcher
eine Struktur von einem Prallelement angeschlagen wird, in Verbindung
mit einem Kraftaufnehmer, dessen Ausgangssignal in Beziehung zu
der Kraft steht, welche der Messwertgeber von dem Aufprall erfährt und
einen Frequenzbereich umfasst, der die niedrigsten Frequenzen, die diese
Kraft in einem erheblichen Maße
enthält,
beinhaltet. Das Prallelement kann von einer elektromagnetischen
Anordnung angetrieben werden. Die maximale Amplitude zeigt an, ob
die Struktur gestört
ist oder nicht. US-A-4 217 614 beschreibt eine Vorrichtung zum automatischen
Anbringen von druckempfindlichen Markierungen bzw. Etiketten an
Gegenständen,
welche eine Anwendungsvorrichtung in Form eines Faltenbalgs einsetzt,
die druck-/vakuumbetrieben ist, um den Faltenbalg in einer eine
Markierung anbringenden Operation auszudehnen oder zu kontrahieren.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Prüfen einer
Frucht zur Verfügung
zu stellen, um die Reife zu beurteilen oder zu messen und ein solches
Verfahren und eine solche Vorrichtung zu liefern, die fähig sind, konsistentere
und verlässlichere
Reifemessungen als bisher bekannte Instrumente zu erzeugen und solche
Messungen ohne eine unzulässige
Beschädigung
der zu prüfenden
Frucht zu erzeugen.
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In
einer Hinsicht besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren
zum Prüfen
einer Frucht, zum Beurteilen ihrer Reife, beinhaltend die Schritte des
Anwendens einer Antriebskraft auf ein Prallelement, um so das Prallelement
zu veranlassen, die Frucht zu berühren, des Ermittelns der Reaktion
mittels eines Kraftaufnehmers, welcher in dem Prallelement integriert
ist, und des Erzeugens eines elektrischen Ausgangssignals, welches
eine Reaktionskraft repräsentiert,
die von dem die Frucht berührenden Prallelement
erzeugt wird und des Verarbeitens des Ausgangssignals, um einen
Messwert zu erzeugen, welcher Indikativ für die Reife einer Frucht ist,
gekennzeichnet durch das Abbrechen des Aufbringens einer Antriebskraft,
bevor das Prallelement die Frucht berührt, so dass das Prallelement
die Frucht mit einem Aufprall in Form eines leichten Schlages berührt und
der Messwertgeber ein elektrischen Aus gangssignal in Form eines
Impulses erzeugt in Erwiderung auf die Reaktionskraft, erzeugt von
dem die Frucht berührenden
Prallelement.
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In
einer anderen Hinsicht besteht die Erfindung in einer Vorrichtung
zum Prüfen
einer Frucht zum Beurteilen ihrer Reife, beinhaltend wenigstens ein
Prallelement, welches einen Kraftaufnehmer aufweist, der, wenn das
Prallelement die Frucht berührt, ein
elektrisches Ausgangsignal er zeugt, das die von dem Aufprall erzeugte
Reaktionskraft repräsentiert, ein
Antriebsmittel bzw. eine Antriebsvorrichtung, fähig, eine Antriebskraft auf
das Prallelement aufzubringen und das Prallelement in Richtung der
Frucht zu drängen
und Mittel zum Verarbeiten des Ausgangssignals, um ein Signal, Indikativ
für die
Reife der Frucht, zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebsvorrichtung so betrieben wird, dass sie das Aufbringen der
Antriebskraft abbricht, bevor das Prallelement die Frucht berührt, wobei
das Prallelement die Frucht in Form eines leichten Schlages berührt und
der Aufnehmer ein Ausgangssignal in Form eines Impulses erzeugt,
wobei das Ausgangssignal linear bezogen auf die Reaktionskraft,
welcher der Aufnehmer aufgrund des Aufpralls unterworfen ist, ist.
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Die
Kraft des leichten Schlages, mit dem die Frucht berührt wird,
muss von einer solchen Größe sein,
dass sie nicht so klein ist, dass die Schale der Frucht das meiste
des Schlages absorbiert und nicht so hart ist, die Frucht zu beschädigen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das Prallelement in einer Kolbeneinrichtung vorgesehen,
welche so angepasst ist, das Prallelement zu der Frucht hin und
auch von dieser weg zu bewegen. Bevorzugt ist die Kolbeneinrichtung
ein Faltenbalg, welcher durch die Zufuhr von verdichteter Luft dorthin
erweitert werden kann und durch Anwendung eines Vakuums eingefahren
werden kann. In dieser Ausbildung ist das Prallelement relativ zu
der Kolbeneinrichtung bewegbar, so dass, wenn die Kolbeneinrichtung
die Bewegung in Richtung der Frucht, deren Zustand auch beurteilt
werden soll, beendet, das Prallelement seine Bewegung aufgrund seines
eigenen Momentes bzw. Impulses fortsetzt, um. die Oberfläche der
Frucht zu berühren. Durch
Abstimmen der Geschwindigkeit der Kolbeneinrichtung und der Entfernung,
die das Prallelement verfährt,
ist die Kraft mit der das Prallelement die Oberfläche der
Frucht berührt,
von der gewünschten Größe, wie
oben erklärt.
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Wenn
eine Frucht, wie z. B. eine Avocado-Birne von dem Prallelement leicht
angeschlagen wird, wird die Reaktionskraft, die aus dem leichten Schlag
resultiert, von einem Kraftaufnehmer ermittelt und letzterer erzeugt
ein elektrisches Ausgangssignal in Form eines einzelnen Impulses,
welcher mit der Reaktionskraft korrespondiert. Sowohl der Spitzenwert
als auch die Dauer dieses Impulses hängen von der Festigkeit und
daher von der Reife der Frucht ab. Der Spitzenwert der Reaktionskraft
und der resultierende elektrische Impuls wachsen an, wenn die Festigkeit
der Frucht anwächst,
während
die Dauer des Impulses mit dem Anwachsen der Festigkeit abnimmt.
Der elektrische Impuls kann in mehreren verschiedenen Weisen verarbeitet
werden, um aus dem Impuls einen Hinweis auf die Reife der leicht
angeschlagenen Frucht abzuleiten. Infolgedessen mag die Reifemessung
auf der Spitzenkraft oder dem Spitzenwert des resultierenden elektrischen
Ausgangsimpulses basieren. Damit eine solche Messung zuverlässig ist,
muss der Impuls des Prallelements zumindest in dem Moment vor dem
Berühren der
Frucht konstant sein für
die Früchte,
die leicht angeschlagen werden. In der Praxis mag dies bei uneinheitlich
geformtem Obst schwer zu erreichen sein. Alternativ kann das Ausgangssignal
auf Basis der Dauer verarbeitet werden, um einen Hinweis auf die Reife
zu erzeugen. Die Dauer ist nur eine schwache Funktion des Impulses
des Prallelements beim Berühren
der Frucht, so dass das Beibehalten eines konstanten Impulses bei
diesem Vorgehen nicht so bedeutend ist, als wenn das Verarbeiten
auf dem Spitzenwert basiert. Dennoch können Probleme bezüglich der
Genauigkeit einer auf der Dauer basierenden Messung geschehen, wegen
der Schwierigkeit genau die Dauer eines Impulses zu definieren infolge
der Tatsache, dass es gelegentlich einen „Schweif bzw. Nachklingen" eines Impulses gibt.
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Anstatt
von Zeitwert-Messungen, wie oben beschrieben, kann die Signalverarbeitung
einige Formen von Frequenzwert-Verarbeitungen beinhalten. In einer
Form von Letzterer, wird das Ausgangssignal elektronisch in ein
Frequenzspektrum aufgelöst,
welches einen vorbestimmten Frequenzbereich umfasst, einschließlich der
niedrigsten Frequenz, welche der Ausgangsimpuls in einem signifikanten
Maße beinhaltet
und die Frequenzkomponenten in dem Frequenzspektrum werden als eine
Funktion der Reaktionskraft verarbeitet. Bevorzugt beinhaltet ein
solcher Bearbeitungsschritt das Berechnen eines Graphen der Variation
der Frequenzkomponenten in dem Frequenzspektrum als eine Funktion
der Reaktionskraft basierend auf einer logarithmischen Skalierung
(Frequenz längs
der X-Achse, log-Kraft entlang der Y-Achse) und das Messen der Reife,
basierend auf dem Bereich einer vorbestimmten Zone unterhalb des
Graphen und zwischen, beispielsweise zwei Linien einer konstanten
Kraft F1, F2 jeweils korrespondierend zu den log-Werten der maximalen
Kraftkomponente und einer Kraftkomponente 25dB weniger als das Maximum.
Um ein numerisches Ergebnis direkt bezogen auf die Reife jeder individuellen
Frucht einer besonderen Sorte zu liefern, kann der gemessene Bereich
des Graphen als ein Prozentanteil eines feststehenden Referenzbereichs
präsentiert
werden, welcher in dem vorliegenden Beispiel als der rechtwinklige
Bereich, der zwischen den Liniert der konstanten Kräfte F1,
F2, definiert ist und den gleichen Frequenzgrenzen wie der gemessene
Bereich, ausgewählt
werden. Das untere Ende des Frequenzbereichs kann im Wesentlichen
eine Null-Frequenz sein und das obere Ende mag in dem Bereich von 2–5 kHz liegen.
Der berechnete Bereich ist im Wesentlichen unabhängig von Niveau des Spekt rums bei
Null Frequenz und ist daher nur eine sehr schwache Funktion des
Impulses des Prallelements beim Aufprall.
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Eine
weitere Form der Frequenzwertbearbeitung ist es, elektronisch einen
Graphen der Kraft bezogen auf die Frequenz auf einer linearen Kraftskala zu
platten und einfach die Kraft nach der Frequenz zu integrieren,
folglich den Bereich bzw. die Fläche
unter der Kurve zu ermitteln. Dies vermeidet das Erfordernis, vordefinierte
Punkte unterhalb des Maximums zu definieren, wie es bei dem zuvor
beschriebenen Frequenzwert-Prozess erforderlich ist. Der Bereich
unterhalb der Kurve des Graphen vergrößert sich, wenn die Festigkeit
zunimmt. Dennoch muss mit diesem Verarbeitungsverfahren der Impuls
des Prallelements sehr genau kontrolliert bzw. gesteuert werden, da
der Bereich unterhalb der Kurve proportional zu dem Impuls ist und
in der Praxis mag dieses Verfahren nicht sehr attraktiv sein.
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Ein
Weg, den Effekt des Impulses des Prallelement beim Aufprall bei
impulsabhänigen
Messungen, wie oben beschrieben, zu mindern, ist es, den Impuls
H zu berechnen und das Resultat zu normalisieren, um einen neuen
Messparameter, gegeben durch Maximalkraft/H, zu erzeugen. Der Impuls
H ist gegeben durch den Ausdruck; H = ∫P(t)dt,in
dem P(t) die Kraft als eine Funktion der Zeit ist. Diesem Parameter
gelingt es, akzeptable Resultate zu liefern, aber die Maximalkraft
mag nicht immer gut definiert sein. Eine Alternative, welche alle
Punkte in dem elektrischen Ausgangsimpuls, der die Kraft-Zeit-Funktion
repräsentiert,
nutzt, ist es, das Integral des Quadrats des Impulses S zu berechnen, welches
gegeben ist durch den Ausdruck: S = ∫[P(t)]2dt
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Somit,
durch Normalisieren des obigen Ausdrucks, gibt der resultierende
Parameter S/H eine zuverlässigere
Messung der Festigkeit der Frucht.
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Der
Bereich unterhalb der Kraft-Frequenz-Kurve der oben beschriebenen
Frequenzwert-Bearbeitung kann auch durch Teilen durch den Impuls
H normalisiert werden, obwohl es in diesem Fall eine einfachere
Normalisierung ist, durch X(0) zu teilen, was das dc (Nullfrequenz)
Level des Spektrums ist, welches man über die Fourieranalyse, eingesetzt
zum Konvertieren von Kraft-Zeit zu Kraft Frequenz benutzt, erreicht.
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Das
bevorzugte Verfahren zur Signalverarbeitung ist es, entweder Maximalkraft/H-
oder den S/H-Parameter wie oben beschrieben zu benutzen. Dies hat
den Vorteil, keine Fouriertransformation zu benötigen und ist schneller auszubilden
als Frequenzwerttechniken. Es kann auch mit analoger Elektronik
ausgeführt
werden, eher als mit digitaler Elektronik, was das Signalverarbeitungssystem
potentiell preiswerter macht.
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Damit
die Messung als nummerischer Output direkt indikativ für die Reife
einer Frucht zur Verfügung
steht, wird es notwendig sein, die produzierten Messungen gegenüber bekannten
Reifedaten für jede
Fruchtart und deren individuelle Sorten zu kalibrieren.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine Reifeprüfung, welche
in jeder Position an einer Frucht ausgeführt werden kann und bei der
der leichte Schlag auf die Frucht entweder manuell oder mechanisch
ausgeführt
werden kann. In einem automatisierten System, welches ein mechanisch
betriebenes Prallelement zum leichten Anschlagen jeder individuellen
Frucht aufweist, um der Reihe nach die individuelle Reife der Frucht
zu ermitteln, können
die resultierenden Signale, welche indikativ für die Reife sind, z. B. genutzt
werden, einen Durchlassmechanismus zu steu ern, welcher das Obst
zu verschiedenen Sammelstationen führt, abhängig von dem Reifegrad und
insofern der Halbbarkeit, angezeigt durch das Reifesignal.
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Damit
die vorliegende Erfindung leichter verstanden werden kann, wird
nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung ist,
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2 eine
schematische Seitenansicht ist, in welcher die Bewegungssequenz
der Prallelementvorrichtung der 1, wenn
sie von einer Frucht, welche sich entlang einer Förderanlage
unterhalb der Prallelementvorrichtung bewegt, kantaktiert wird (der Übersichtlichkeithalber
ist die Schwenkposition der Vorrichtung in dieser Fig. horizontal
bewegt, wohingegen in der Realität
der Schwenkpunkt der Vorrichtung feststehend ist und die Frucht
nach bzw. zu der Vorrichtung wandert) dargestellt ist,
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3 ein
Spannung/Zeit-Graph ist, welcher das Profil des elektrischen Antriebsimpulses
für das Prallelement
und den Ausgangsimpuls, welcher von dem leichten Anschlagen der
Früchte
mit unterschiedlicher Festigkeit herrührt, darstellt,
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4 ein
Blockschaltbild der Signalverarbeitungs-Schaltungstechnik, geeignet für den Einsatz mit
der Erfindung, ist,
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5 ein
schematischer bzw. diagrammatisch, teilgeschnittener Aufriss einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist,
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6 ein
Bereich des Prallelements der Ausführung der 5 in
vergrößertem Maßstab ist,
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6a eine
fragmentarische Ansicht des Prallelements der 6 ist
und
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7 eine
teilweise geschnittene Ansicht der Vorrichtung ist, welche die Prallelementvorrichtung
der 5 und 6 enthält, quer zu dem Fruchtförderer.
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Die
in 1 illustrierte Vorrichtung ist entworfen, Obst
mit einem leichten Schlag zu prüfen, wie
z. B. Avocado-Birnen, wenn sie entlang einem so genannten "Sigulator" befördert werden,
der in Sortier-Depots benutzt wird, um Obst in individuellen Behältnissen
zu platzieren, von denen sie in verschiedenen Bunkern deponiert
werden, abhängig
von dem Reifegrad, der bei der Prüfung ermittelt worden ist. Die
Vorrichtung beinhaltet einen Prallelementarm 1, welcher
an einem Ende 2 schwenkbar ist, oberhalb des Sigulators
oder Förderbandes
(nicht gezeigt), welches angeordnet ist, die einzelnen Früchte nacheinander
unter dem Arm zu fördern.
An seinem äußeren Ende
trägt der
Arm die Prallelementvorrichtung 3. Letztere beinhaltet
einen Solenoid 4, welcher seine Armatur 5 an einem
Ende von dem Solenoid-Gehäuse
herausragen lässt
und als ein Prallelement dient, das so angeordnet ist, die Frucht,
die unterhalb des Arms passiert, leicht anzuschlagen. Die Armatur 5 wird
bewegt, einen leichten Schlag auf eine Frucht auszuüben, als
Antwort auf einen elektrischen Antriebsimpuls, welcher auf den Solenoiden
ausgeübt wird
und ist federvorgespannt, um in seine zurückgezogene Position zurückzukehren.
Die Armatur beinhaltet einen Kraftaufnehmer in Form eines piezoelektrischen
Kristalls, der einen elektrischen Ausgangsimpuls als Antwort auf
die Reaktionskraft, welche auf die Armatur ausgeübt wird, aufgrund des Aufbringens
eines leichten Schlages auf die Frucht, erzeugt. Der Solenoid 4 wird
so angesteuert, dass er einen leichten Schlag als Ant wort auf die
Betätigung
eines Mikroschalters 6 durch eine Frucht, die unterhalb
des Prallelements bewegt wird und einen nach unten gerichteten Betätigungsarm 7 des
Mikroschalters betätigt,
ausübt.
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Zwischen
dem Solenoiden 4 und dem Schwenkpunkt 2 ist der
Arm 1 mit Rollen 8 ausgestattet, um es dem Arm
zu gestatten, sanft über
die unterhalb bewegte Frucht zu fahren und den Arm vorausgehend
dem Angeschlagenwerden von dem Prallelement zu kontaktieren. Die
Frucht wird vor Beschädigungen
durch das äußere Ende
des Armes durch eine weitere Rolle 9 geschützt. Geeignet
Anschlagelemente 10, 11 sind unterhalb und oberhalb
des Armes benachbart dessen Drehpunktes befestigt, um die Bewegung
des Arms zu begrenzen und ihn daran zu hindern, zu tief abgesenkt
zu werden und das Förderband
zu kontaktieren oder zu hoch angehoben zu werden.
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Der
Förderer
ist von einer bekannten Konstruktion und wünschenswerterweise sollte es
die Avocado-Birne oder anderes Obst so unter dem Prallelement positionieren,
dass der breiteste oder wulstigste Teil der Frucht unterhalb des
Prallelements ist. Die Frucht kann entlang des Förderbandes mit einer Rollbewegung
oder ortsfest um ihre Achse vorwärts bewegt
werden. Bezug nehmend auch auf 2, wenn
jede Frucht 12 unterhalb des Prallementarms 1 wandert,
kontaktiert sie den Arm und drückt
ihn aufwärts
und bewegt so das Prallelement 3 in eine Position zum leichten
Anschlagen der Frucht. Wenn die Frucht und das Prallelement in einer
relativ zueinander vorbestimmten Position sind, betätigt die
Frucht den Mikroschalter 6 durch Kontaktieren des Arms 7, so
dass ein elektrischer Antriebsimpuls geliefert wird, den Solenoiden 4 zu
aktivieren und die Armatur 5 wird betätigt, die Frucht leicht anzuschlagen.
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Die
Aktivierungsposition des Solenoiden ist bei A bei einer großen Frucht 12 und
bei B bei einer kleinen Frucht 12', während die erste Kontaktposi tion bei
einer großen
Frucht C ist und bei einer kleinen Frucht D ist. Diese Unterschiede
bezüglich
der Kontaktpositionen werden beim Aktivieren des Solenoiden mit
dem Mikroschalter 6 berücksichtigt.
Nach dem leichten Anschlagen setzt jede Frucht die Reise unterhalb
des Armes 1 fort und der Arm ist anschließend von
der Frucht entlastet (Position E) und kehrt in eine Ruheposition
gegen den unteren Anschlag zurück,
bevor er die nächste
Frucht auf der Förderlinie
kontaktiert. Die Rolle 9 an dem äußeren Ende des Arms schützt die
Frucht vor Beschädigung,
wenn der Arm abgerückt
wird.
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Wie
in dem Graphen der 3 gezeigt, ist der Antriebsimpuls 13 des
Solenoiden ein rechteckiger Impuls und ist beendet, bevor der leichte
Schlag auf einer Frucht auftrifft, so dass der Solenoid 4 die Armatur
nicht in die Frucht hineinfährt.
Die Reaktionskraft, die von dem leichten Schlag herrührt, die von
der Solenoidarmatur beim Berühren
der Frucht, ausgeübt
wird, wird von einem Kraftaufnehmer ermittelt und wird als einzelner
elektrischer Ausgangsimpuls ähnlich
den Impulsen 14, 15, gezeigt in 3, abgebildet.
Der Spitzenwert und die Dauer des resultierenden Ausgangsimpulses
hängt von
der Festigkeit und daher von der Reife der Frucht ab. Infolgedessen
repräsentiert
der Impuls 14 den Impuls, der von einem Anschlagtest auf
eine unreife oder harte Avocado herrührt, während der Impuls 15 von
dem Anschlagtest auf eine reife oder weiche Avocado herrührt. Diese
Ausgangsimpulse können
in jeder der oben beschriebenen Weisen verarbeitet werden, um einen
Messwert zu eerzeugen, welcher indikativ für die Reife der Frucht ist.
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4 stellt
einen elektronischen Schaltkreis dar, zum Einsatz mit der Anschlagvorrischtung,
welche oben beschrieben worden ist und zum Verarbeiten der elektrischen
Ausgangsimpulse, die von der Vorrichtung durch das leichte Anschlagen
der Frucht erzeugt worden sind. Die Ausgangsimpulse des piezoelektrischen
Kraftaufnehmers der Prallelementvorrichtung 3 werden durch
Anschlüsse 16,
einen Verstärker 17 und
eine Trigger-Einheit 18 zu einem Analog-zu-Digital-Wandler 19 und
dann zu einem Pufferspeicher 20 gespeist. Die Trigger-Einheit 18 arbeitet als
Antwort auf die Betätigung
des Mikroschalters 6 und stellt sicher, dass der Ausgangswert
des Verstärkers 17 die
volle Dauer des Impulses bedeckt. Wenn nötig, wird der Output des Speichers 20 in
einen Computer 21 gespeist, welcher das digitale Signal von
dem Speicher in einer der oben beschriebenen Weisen verarbeitet,
um einen für
die Reife der Frucht indikativen Messwert zu erzeugen. Damit der
Messwert als ein numerischer Output zur Verfügung steht, der direkt indikativ
für die
Reife ist, wird es notwendig sein, die erzeugten Messwerte gegenüber bekannten Reifedaten
für jede
Fruchtart und deren individuelle Sorten zu kalibrieren.
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Bezugnehmend
nun auf die 5 und 6, beinhaltet
eine alternative Ausführungsform der
Prallelementvorrichtung 28 einen Faltenbalg 30 aus
elastischem Material, wie z. B. Kunststoff oder synthetischem Gummi
und in Leichtbauweise. Solch ein Faltenbalg ist bereits bekannt
in Verbindung mit Etikettiermaschinen z. B. wie in US-A-4 217 164
beschrieben. Der Faltenbalg ist an der vorstehenden ringförmigen Flanke 31 einer
starren rohrförmigen Halterung 32 befestigt.
Mittel (nicht gezeigt) sind vorgesehen, ein Vakuum auf den Faltenbalg
zu übertragen,
um ihn in einer zurückgezogenen
Anordnung zu halten, und, wenn gewünscht, verdichtete Luft zu dem
Faltenbalg zu liefern, um ihn nach unten zu erweitern (wie in 5 dargestellt).
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Ein
Prallelement 33 ist an der inneren Fläche des freien Endes 34 des
Faltenbalgs oberhalb einer Öffnung 35 in
einem profilierten Nasenteil 36 an dem freien Ende 34 befestigt.
Das Prallelement 33 ist mit dem Faltenbalg bewegbar, wenn
der Faltenbalg erweitert und zurückgezogen
wird. Mittels Drähten 37 ist
er an einen Verstärker 38 für Signale
von dem Prallelement elektrisch angeschlossen.
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Das
Prallelement 33 wird in 6 detaillierter
gezeigt. Es ist in einem rohrförmigen
Gehäuse 40 befestigt,
welches einen nach außen
gewendeten Flansch 41 an einem Ende zum Befestigen des
Prallelements an der inneren Oberfläche des freien Endes 34 des
Faltenbalgs 30 aufweist. Eine Kappe 42 ist an
dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses vor gesehen, wobei dieses
entgegengesetzte Ende eine innere ringförmige Schulter oder Auflagefundament 43 definiert.
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Das
Prallelement selbst beinhaltet ein inneres Gehäuse 44, welches gleitend
in dem Gehäuse 40 angeordnet
ist. Das Ende des inneren Gehäuses 44,
benachbart der Kappe 42, ist mit einem Flansch 45 ausgestattet.
Eine Druckfeder 46 ist um das innere Gehäuse positioniert
und lastet an einem Ende auf der Schulter 43 und an seinem
entgegengesetzten Ende an dem Flansch 45, so dass das innere
Gehäuse
nach aufwärts
gezwungen wird (wie in 6 dargestellt). Die Aufwärtsbewegung
des inneren Gehäuses
wird durch das Kontaktieren des inneren Gehäuses gegen die Kappe 42 begrenzt.
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Innerhalb
des inneren Gehäuses 44 befestigt,
ist ein solider Spulenkern 52, welcher eine piezoelektrischen
Aufnehmer 50 benachbart dem Ende 51 des inneren
Gehäuses
fern von der Kappe 42 trägt. Das Ende 53 des
Spulenkerns steht von dem Ende 51 des inneren Gehäuses vor,
um eine Frucht zu berühren,
die getestet werden soll und ist teils kugelförmig geformt. Der Aufnehmer 50 ist
in Kontakt mit dem Spulenkern montiert und die Signaldrähte 37 sind
zu einer Aushöhlung 54 geführt, welche
Zugang zu den entgegengesetzten Seiten des Aufnehmers liefert und
eine Verbindung der Drähte 37 dahin
zulässt, über eine Öffnung 55 in
der Kappe und Durchgangswege 56, 57 in dem inneren
Gehäuse
und dem Spulenkern siehe auch 6A)
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Im
Betrieb werden Obst- oder Gemüsestücke in einer
Reihe von einer Förderanlage
zu dem Faltenbalg gefördert.
Wenn ein Fruchtstück
un terhalb. des Faltenbalges ist, wird die Expansion des Faltenbalgs
als Antwort auf Steuerungsmittel, welche ähnlich den Steuerungsmitteln
sein können,
wie sie zum Etikettieren, wie in der zuvor erwähnten US-A-4 217 164 verwendet
werden, erwirkt. Der Faltenbalg expandiert, bis das Nasenstück 36 an
dem freien Ende das Frucht- oder Gemüsestück berührt. Sodann stoppt eine weitere
Expansion des Faltenbalges sofort. Das Prallelement 33 aber,
welches sich mit dem expandierenden Faltenbalg bewegt, setzt seine
Bewegung fort, bis der Kern 52 gegen die Oberfläche des
Frucht- oder Gemüsestücks prallt. Die
Reaktionskraft, welche auf den Kern 52 ausgeübt wird,
veranlasst den piezoelektrischen Aufnehmer 50 in Kontakt
mit dem Kern, ein Signal zu erzeugen, welches dann in dergleichen
Weise, wie in Verbindung mit 4 beschrieben,
verarbeitet werden kann.
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In 7 wird
die Prallelementvorrichtung 28 in einer Reifeprüf-Maschine
installiert gezeigt und ist oberhalb einer Frucht 60 befestigt,
welche unterhalb der Vorrichtung passiert. Letztere ist auf eine
Rahmenstruktur 58 montiert, weiche oberhalb einer Fördereinrichtung 59 angeordnet
ist, auf welcher die Frucht 60 transportiert wird.
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Die
rohrförmige
Halterung 32 des Faltenbalgs der Prallelementvorrichtung
kommuniziert mit einer Kammer 61, die an der Rahmenstruktur 58 oberhalb
der Vorrichtung montiert ist. Die Kammer 61 ist an einer
Seite über
einen Kanal 62 zu einer Druckluftkammer 63 verbunden,
welche an eine Druckluftquelle über
einen Einlasskanal 64 gekoppelt ist. An ihrer entgegengesetzten
Seite ist die Kammer 61 über einen Kanal 65 mit
einer Vakuumkammer 66 verbunden, welche an eine Vakuumquelle über einen Ablasskanal 67 angebunden
ist. Die Kanäle 62, 65 werden
von Ventilbauteilen 68, 69 gesteuert, welche an
einer gleitbaren Ventilstange 70 angeordnet sind, die mittels
eines elektrischen Solenoiden 71 und einer Rückholfeder 72 hin
und her bewegt wird. Die Feder 72 zwingt die Ventilbauteile 68, 69 in
Positionen, in denen er Lufteinlasska nal 62 geschlossen
ist und der Vakuumkanal 65 geöffnet ist, so dass auf die
Halterungsröhre 32 eine
Vakuum ausgeübt
werden kann und der Faltenbalg 30 in einer zurückgezogenen
Ruheposition zurückgehalten
wird. Betätigung
des Solenoiden 71 lässt
die Ventilsteuerstange 70 gegen die Kraft der Feder 72 gleiten,
um den Lufteinlasskanal 62 zu öffnen und den Vakuumkanal 65 zu
schließen, dabei
momentan den Faltenbalg expandierend, um die Nase 3b zu
veranlassen, eine Frucht 60 zu kontaktieren, welche unterhalb
der Prallelementvorrichtung gefördert
wird, und das Prallelement dazu zu veranlassen, die Frucht leicht
anzuschlagen und einen Ausgangsimpuls zu erzeugen von dem Aufnehmer 50.
Der Solenoid 71 kann in jeder geeigneten Art und Weise
gesteuert werden, um so die Prallelementvorrichtung zu betätigen, wenn
eine Frucht 60 unterhalb weiter gefördert wird. Der Solenoid wird
so angesteuert, das Ventilbauteil 68 nur kurzzeitig zu öffnen und
einen Luftdruck auf den Faltenbalg für eine hinreichende Zeit auszuüben, um
eine Antriebskraft zu erzeugen, zum Initiieren einer Bewegung des Faltenbalges
und des Prallelements in Richtung der Frucht, wobei die Anordnung
so ist, dass das Prallelement die Frucht unter Wirkung seines eigenen
Impulses berührt,
wenn das Nasenstück 36 des
Faltenbalges kontaktiert und gegen die Frucht stoppt. Sofort danach
wird der Faltenbalg zusammengezogen, in dem die Luft darin durch
den Vakuumkanal 65 und den Vakuumauslasskanal 67 daraus
abgelassen wird, um die Prallelementvorrichtung in ihre Ruheposition
zurückzuführen.
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Um
die Reifemessung für
jede Frucht zu optimieren, können
zwei oder mehr Prallelementvorrichtungen 28 Seite an Seite
in einer Reihe quer zu dem Förderer 59 montiert
sein, um jede Frucht simultan einen leichten Schlag zu versetzen,
und so ein Ausgangssignal für
jede einer Vielzahl von Positionen entlang der Fruchtachse, welche
quer zur Richtung der Bewegung auf dem Förderer ist, zu erzeugen. Der
Förderer 59 kann
so angepasst sein, dass es jede Frucht dreht, wenn diese von dem
Förderband
vorwärts
bewegt wird und eine Vielzahl von Prallelementvorrich tungen 28 kann
auch aufeinanderfolgend montiert sein, oder in aufeinanderfolgenden
Reihen entlang dem Förderer,
um erfolgreich jede Frucht leicht anzuschlagen und ein Ausgangssignal
für jede
einer Vielzahl von Positionen um die Frucht herum, zu erzeugen.
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Während bestimmte
Ausführungsformen
beschrieben worden sind, sollte verständlich sein, dass Modifikationen
gemacht werden können,
ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert
ist, abzurücken. Zum
Beispiel mag die Signalverarbeitung nicht voraussetzen, dass das
analoge Ausgangssignal des piezoelektrischen Aufnehmers in ein digitales
Signal zur Weiterverarbeitung durch den Computer umgewandelt werden
muss, in welchem Fall der A/D-Wandler 19 aus dem Schaltkreis
weg gelassen werden kann. Mehr noch können die Rollen 8, 9 an dem
Prallelementarm 1 durch Streifen eines Materials mit einer
geringen Reibung, wie z. B. PTFE ersetzt werden.