ES2192948B2 - Sensor de firmeza de frutos por impacto. - Google Patents
Sensor de firmeza de frutos por impacto.Info
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Abstract
La invención consiste en un sensor capaz de medir no destructivamente la firmeza de frutos intactos en una línea de clasificación. El sensor está basado en la respuesta al impacto de una pequeña masa semiesférica fijada al extremo de un brazo horizontal pivotante. La respuesta del fruto al impacto es medida por un acelerómetro miniatura que va fijado detrás de la cabeza impactadora. La respuesta al impacto consiste en la señal aceleración-tiempo durante el contacto entre el impactador y el fruto. El análisis de esta señal permite el cálculo de un índice de firmeza. El brazo impactador está inicialmente retenido por un electroimán y es lanzado por un muelle cuando se corta la alimentación del electroimán. Sensor, actuadores y bastidor ocupan un pequeño espacio, y el dispositivo mide la firmeza de al menos 8 frutos por segundo, por lo que es viable para su montaje en una línea de clasificación.
Description
Sensor de firmeza de frutos por impacto.
El objeto de la invención es un sensor no
destructivo medidor de la firmeza de frutos intactos, basado en la
respuesta al impacto de una pequeña cabeza semiesférica fijada al
extremo de un brazo horizontal pivotante.
El sensor de firmeza puede utilizarse tanto en
laboratorio (medidas estáticas) como en línea (medidas dinámicas) y
permite obtener un índice de firmeza de cada fruta.
Los resultados de trabajos anteriores llevados a
cabo por investigadores muestran que la técnica del impacto puede
ser utilizada para evaluar la firmeza de los frutos. La firmeza es
una de las características de calidad más importantes, indicativa
del nivel de madurez de los frutos. Un procedimiento generalizado de
medida de la firmeza es dejar caer los frutos sobre un sensor de
fuerzas y medir la fuerza en relación al tiempo de contacto. De los
datos fuerza-tiempo se extrae un índice de firmeza
adecuado. Un problema inherente a esta técnica es que la fuerza de
impacto es también función de la masa y del radio de curvatura del
fruto. Debido a ello, variaciones importantes en estos dos
parámetros afectan a la precisión de las medidas de firmeza. Otras
limitaciones de esta técnica son: a) la velocidad está limitada por
el tiempo de duración de caída libre del fruto y b) el punto de
impacto (en el fruto) es difícil de controlar.
Otra técnica diferente consiste en impactar el
fruto, dejando caer sobre él desde una altura prefijada un pequeño
impactador de masa y radio de curvatura conocidos y medir la
aceleración con un pequeño acelerómetro fijado en la parte posterior
de dicha masa. La ventaja de dicho método es que la respuesta
impacto-aceleración es independiente de la masa y es
menos sensible a variaciones del radio de curvatura del fruto.
Además, la utilización de un impactador de pequeña masa produce las
siguientes ventajas:
- 1.
- Aumenta la fuerza de la señal de aceleración, facilitando la detección y maximizando la relación señal/ruido.
- 2.
- Aumenta la magnitud absoluta del índice de firmeza calculado, así como las diferencias relativas del índice de firmeza respecto de las variaciones de firmeza de los frutos (es decir, aumenta la sensibilidad de las medidas).
- 3.
- Minimiza el error debido a los posibles movimientos del fruto durante el impacto.
- 4.
- Minimiza el daño causado al fruto por el impacto.
- 5.
- Facilita las medidas a altas velocidades (en líneas de clasificación).
Es por todo ello evidente que el sensor de
impacto de pequeña masa es un procedimiento viable de medida de la
firmeza de frutos. El sensor deberá ser de pequeña masa, impactar a
alta velocidad, impactar a velocidad uniforme para diferentes frutos
y ser estructuralmente compacto. Sobre la base de estas
investigaciones hemos diseñado y fabricado un sensor de impactos de
pequeña masa pero que impacta mediante un movimiento horizontal,
para la medida de la firmeza de frutos a alta velocidad.
Uno de los parámetros principales para estimar la
calidad de una fruta es la firmeza. La firmeza permite estimar la
madurez y la vida comercial de una fruta, por lo que es muy
importante la obtención de sensores que sean capaces de medir no
destructivamente la firmeza de la fruta tanto en laboratorio como en
las líneas de clasificación comerciales. Para solucionar este
problema se ha construido y ensayado un sensor de firmeza de frutos
por impacto, capaz de detectar la firmeza de la fruta tanto en
condiciones estáticas (laboratorio) como dinámicas (línea de
clasificación).
El sensor de firmeza por impacto (figs. 1 y 2)
consta de una cabeza semiesférica de material plástico anclada a un
brazo giratorio, con un acelerómetro piezoeléctrico uniaxial en su
zona posterior, un muelle para lanzar el brazo y un electroimán para
retenerlo. El brazo giratorio, de material plástico, realiza su
movimiento en un plano horizontal y en su parte posterior dispone de
una chapa metálica para posibilitar su retención por el electroimán.
Todos los componentes se encuentran ubicados dentro de un
bastidor.
El ciclo operativo para el trabajo en línea es
como sigue (fig. 1): a) un sensor óptico detecta la presencia de
fruta y da la orden de desactivación del electroimán que retiene el
brazo; b) el muelle lanza el brazo que avanza a velocidad constante
hasta golpear el fruto; c) el acelerómetro envía la señal de
aceleración a un ordenador, donde es procesada para determinar la
firmeza del fruto; d) en base al índice de firmeza se hace salir la
fruta de la cadena mediante un sistema de eyección.
La figura 1 representa la vista en planta desde
arriba del sensor de firmeza por impacto situado en una cadena de
diábolos (10) de una línea de clasificación de fruta (9). El sistema
está compuesto por diferentes elementos: cabeza semiesférica (1),
brazo giratorio (2), acelerómetro (3), muelle (4), electroimán (5),
sensor óptico (6), bastidor (7), bandeja de fruta (8) y fruto
(9).
La figura 2 representa la vista en alzado frontal
del sensor de firmeza por impacto, con los siguientes elementos:
cabeza semiesférica (1), brazo giratorio (2), muelle (4),
electroimán (5), sensor óptico (6) y bastidor (7).
El sensor tiene una dimensiones de 250 mm x 120
mm x 150 mm y ha sido construido utilizando aluminio en la
estructura y metacrilato en el brazo impactante. Está formado por
una estructura con diferentes posibilidades de regulación para
desplazamientos longitudinales y en altura que permiten la perfecta
adaptación del sensor en función del diámetro de la fruta a
impactar. En dicha estructura se ubica sensor en función del
diámetro de la fruta a impactar. En dicha estructura se ubica un
brazo giratorio de metacrilato de 9 cm de longitud y sección de 1 x
1,2 cm, con una cabeza semiesférica de 1,6 cm de diámetro en cuya
parte posterior se ubica un acelerómetro piezoeléctrico uniaxial. El
brazo, anclado a la estructura mediante un eje giratorio de 2 mm de
diámetro, se retiene por la acción de un electroimán de 12 V, con un
diámetro de 2,5 cm, que actúa sobre una pequeña pletina metálica
situada en la parte posterior del brazo, y es accionado por un
muelle. El muelle se encuentra deformado cuando el brazo se mantiene
retenido por el electroimán, de forma que cuando se corta la
alimentación del mismo, el muelle lanza el brazo para que impacte a
la fruta. En la misma estructura se ubica una fotocélula o sensor
óptico de presencia en el caso de su utilización en línea, que
permite la detección de la presencia de una fruta para así iniciar
el ciclo de disparo del brazo impactante.
Para realizar las diferentes funciones se ha
desarrollado un software específico y una serie de circuitos
electrónicos que regulan el funcionamiento del impactador y del
sistema de eyección. El sistema es versátil pudiéndose utilizar
tanto en línea como en estático. En este último caso se prescinde
de la parte correspondiente al sistema de eyección.
La realización práctica de la invención ha sido
instalada de forma estática (en laboratorio) y de forma dinámica en
la línea experimental de manipulación de fruta situada en
instalaciones de la Universidad Politécnica de Madrid. En este caso
se ha conseguido trabajar a velocidades de 8 frutos/segundo.
El sensor tiene una inmediata aplicación
industrial para las empresas productoras y comercializadoras de
fruta fresca, en diferentes ámbitos de las mismas: 1. Para su uso en
laboratorios de calidad como equipo de referencia para la medición
de firmeza en las muestras de producto. 2. Para su uso de forma
continua en las líneas de confección determinando la firmeza de cada
fruto en la cadena de calibración. 3. Para su uso como equipo
portátil en campo para determinar la firmeza de la fruta en árbol y
así poder decidir el momento idóneo de recolección.
Claims (2)
1. Sensor de firmeza de frutos por impacto
compuesto por: brazo giratorio con movimiento oscilante en un plano
horizontal, cabeza semiesférica fijada en el extremo del brazo,
acelerómetro piezoeléctrico uniaxial fijado en la parte posterior de
la cabeza semiesférica que envía la señal de aceleración a un
ordenador donde es procesada para determinar la firmeza, muelle
sobre el que apoya el brazo, electroimán que cuando está activo
retiene el brazo manteniendo el muelle deformado, y bastidor.
2. Sensor de firmeza de frutos por impacto según
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de que se
utilice en modo dinámico, contiene una fotocélula o sensor óptico
de presencia, que al detectar la presencia de fruta, desactiva el
electroimán que sujeta el brazo y permite que el muelle lance el
brazo contra la fruta.
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