JP2008014873A - 内部品質判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きさや載置姿勢、または、搬送ピッチ等に左右されず、搬送されてくる青果物の個々にあった赤外線照射タイミングと、光量が選定され、適確に品質判定される内部品質判定装置を提供することが課題である。
【解決手段】青果物６を搬送する搬送手段２と、赤外線を照射して該青果物６の品質を非破壊で判定する品質判定手段（内部品質センサ４）と、該青果物６の形状を解析する画像処理手段と、を備えた内部品質判定装置１であって、前記画像処理手段を内部品質センサ４の上流部近傍に配設し、該画像処理手段により青果物６の重心位置を演算し、該青果物６の重心が前記内部品質センサ４に達したときに、検出光を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線を利用して、収穫された青果物の成分（糖度等）等を測定する内部品質判定装置において、特に画像処理によって算出した青果物の重心位置をもとに、赤外線照射の開始、および、終了のタイミングを制御する技術に関する。

従来より、青果物の内部品質を測定する手段として、内部品質センサによる成分分析装置が公知となっている。前記内部品質センサは、青果物を破壊することなく、青果物の糖度や酸度等の内部品質を判定する非破壊品質判定装置であり、これに搬送手段を具備させて内部品質判定装置を構築したものが知られている。

前記内部品質判定装置では、青果物に対して確実に赤外線を照射するのは困難であった。すなわち、搬送ピッチの乱れや、搬送皿、あるいは搬送コンベア等に直接載置された青果物の大きさや、載置姿勢によって、照射される赤外線が部分的に透過されたり、あるいは、全く透過されない場合が生じていた。
また、内部品質センサの投光部から照射される赤外線の光量は、判定対象とする青果物群の中から平均的な大きさを選定し、その平均的な大きさに見合った光量に調整して他のすべての青果物群を判定するため、例えば平均より小さな青果物を判定する場合などは、漏れ光が発生したり、光量が大き過ぎて、青果物の成分等の精確な測定ができない場合があった。

これらの問題点を解決するべく、「特許文献１」による技術が開示されている。
前記「特許文献１」によると、内部品質センサの上流部にはＣＣＤカメラ等からなる検出カメラが設けられ、内部品質センサに投入される以前に、青果物の搬送皿に対する「載置位置」、および、「載置姿勢」が画像処理される。

ここで、内部品質センサに設けられる赤外線照射用の投光部、および、受光部は、アクチュエータ等により上下左右方向に移動自在な構造を有しており、前記青果物の画像処理データをもとに前記投光部、および、受光部を、青果物に対して適切な位置に移動させて赤外線を照射させることとしている。
特開２００４−３６１３４７号公報

上記「特許文献１」に示す技術によると、ランダムな搬送ピッチで搬送されてくる様々な形状を有した青果物に対して、適確な照射タイミングにより、赤外線を照射させることが可能となる。しかし、アクチュエータ等を用いて受光部、および、投光部を適切な位置に移動させるには、外部に大掛かりな移動装置を設ける必要があり、また、搬送されてくる青果物に対してその都度受光部等の位置を移動させることが必要であり、作業時間が大きくかかることになる。

これらの改善点を踏まえて、本発明においては、大きさや載置姿勢、または、搬送ピッチ等に左右されず、搬送されてくる青果物の個々にあった赤外線照射タイミングと、光量が選定され、適確に品質判定される内部品質判定装置を提供することが課題である。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、青果物を搬送する搬送手段と、赤外線を照射して該青果物の品質を非破壊で判定する品質判定手段と、該青果物の形状を解析する画像処理手段と、を備えた内部品質判定装置であって、前記画像処理手段を品質判定手段の上流部近傍に配設し、該画像処理手段により青果物の重心位置を演算し、該青果物の重心が前記品質判定手段に達したときに、検出光を照射するものである。

請求項２においては、前記画像処理手段により認識した形状より、前記青果物の大きさに合わせた照射光量を演算し、照射するものである。

請求項３においては、前記品質判定手段が照射する光量は、露出調節手段、または、光源数を変更して調節するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、画像処理手段によって得られた青果物の位置、および、形状に関するデータから重心位置を演算し、該重心位置をもとに、品質判定手段の赤外線照射のタイミングを決定することから、個々の青果物に対して適確に赤外線を照射させることができ、前記品質判定手段による判定精度を向上させることができる。

請求項２においては、前記画像処理手段により認識した形状より、前記青果物の大きさに合わせた照射光量を演算し、照射することから、いびつな外形を有した青果物であっても受光素子への漏れ光の発生等が無く、適確に赤外線を照射させることができ、前記品質判定手段による判定精度を向上させることができる。

請求項３においては、前記品質判定手段が照射する光量は、露出調節手段、または、光源数を変更して調節することから、いびつな外形を有した青果物であっても受光素子への漏れ光の発生等が無く、適確に赤外線を照射させることができ、前記品質判定手段による判定精度を向上させることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る内部品質判定装置の平面模式図である。
図２は同じく側面模式図である。
図３は本発明に係る画像処理演算プログラムを用いた、内部品質センサの赤外線照射の光量調整に関する作動の流れを示すフローチャートである。

［内部品質判定装置１］
まず、本実施例における内部品質判定装置１の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。なお、図１及び図２の矢印Ａで表される方向を、青果物６が搬送される方向（搬送方向Ａ）とする。

図１及び図２に示すように、内部品質判定装置１は、赤外線やレーザー光等を用いて青果物６の糖度（甘味）や酸度（酸味）等の内部品質の測定を行うものであって、主に内部品質センサ４、検出カメラ１６、搬送手段２、エンコーダ７、検知手段１４、制御手段１０等から構成される。ここで、内部品質判定装置１によって測定される青果物６は、イチゴや、メロンや、ジャガイモ、トマト等その他の果物類または野菜類の総称であり、本実施例では特に、いびつな形状が多く存在するジャガイモの内部品質判定に特記して説明する。
なお、本実施例においては、内部品質判定装置１として、主に内部品質センサ４が具備されるシステム構成について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、青果物表面に付着した残留農薬の種類・量等の測定を行うための残留農薬測定システム等、他の種類の成分や品質を分析・測定する為のセンサが具備されるシステム等にも適用できるものである。

内部品質センサ４は、搬送手段２の搬送工程の略中間部に配設されており、該搬送手段２により搬送される青果物６が、搬送途中で前記内部品質センサ４を通過する時に、糖度（甘味）や酸度（酸味）等の内部品質が、光学的に（光を用いて非破壊で）測定される。その後青果物６は搬送手段２の終端部まで搬送され、次工程、例えば選別工程のラインへと搬出される。なお、内部品質センサ４の詳細は後述する。
［搬送手段２］

搬送手段２は、搬送体となるベルト等からなる無端帯１３から構成されており、前記搬送手段２の無端帯１３の搬送方向一側には複数のプーリー１１・１１・１１を介して駆動輪９が配設され、該駆動輪９を固設する駆動軸に駆動モータ１２が連結され、該駆動モータ１２を作動させることにより無端帯１３を回転駆動可能に構成している。
また、駆動モータ１２の近傍には搬送手段２の搬送駆動状態を検知するためにエンコーダ７が設けられ、駆動輪９または無端帯１３の回転を検知する構成としている。

［エンコーダ７］
エンコーダ７はロータリエンコーダ等より構成し、制御手段１０と接続され、回転数や回転角度を検知するものであって、前記駆動軸の端部に連結される。該エンコーダ７はパルスを制御手段１０に出力し、搬送状況を把握する。そして、後述する検出カメラ１６により画像データを取得して重心を演算し、この重心が検出カメラ１６から所定位置離れた内部品質センサ４の位置で停止して赤外線の照射される。つまり、エンコーダ７の入力信号から青果物６の位置を演算することができる。

［検知手段１４］
検知手段１４は搬送手段２の搬送経路において、検出カメラ１６よりも上流側となる位置に設けられるものであって、光センサ等から構成され、該検知手段１４を青果物６が通過したことを検知し、通過した旨の信号を制御手段１０に送信する。
なお、図２に示す如く、検知手段１４の上下方向の高さは、搬送手段２のフレーム上面より僅かに高い位置に設けられており、小さな青果物６が搬送されても確実に検知されるようになっている。

［検出カメラ１６］
検出カメラ１６は内部品質センサ４よりも上流側、かつ、入口付近に設けられ、搬送手段２の搬送面上に載置される青果物６の「形状」及び「重心」を検出する画像処理手段である。すなわち、検出カメラ１６は搬送手段２の上方に、カメラレンズを下方に向けて配設されており、主にセンサ機能を有するＣＣＤカメラ等により構成され、通信ケーブル１６ａを介して後述の演算記憶部１０ｂに接続されている。但し、検出カメラ１６は側方より撮影する構成とすることも可能である。
具体的には、該検出カメラ１６によって搬送手段２上を搬送されてくる青果物１６の「形状」（シルエット）が認識され、演算記憶部１０ｂにおいて、当該形状に関する情報等に基いて青果物１６の大きさ、および、平面視における重心位置を演算し、搬送手段２の搬送速度に基いて青果物１６の重心位置が内部品質センサ４の測定位置に到達するタイミングが演算される。

［制御手段１０］
制御手段１０は、図１及び図２に示すように、検知手段１４、エンコーダ７、内部品質センサ４、検出カメラ１６、搬送手段２等と接続して、内部品質センサ４や検出カメラ１６やエンコーダ７等からの情報を取得し、「重心」を演算し、搬送手段２を制御し、内部品質を測定して判定するものであり、これらの動作を制御するためのプログラムが格納されている。

前記制御手段１０は、表示部１０ａと演算記憶部１０ｂから構成されている。演算記憶部１０ｂは、検出カメラ１６による画像データやエンコーダ７からのパルス信号を受信し、前記演算記憶部１０ｂに記憶された演算プログラムにより、内部品質センサ４の検出光（赤外線）の量（照射光量）や照射タイミングを演算し、内部品質センサ４によって測定された内部品質に基づいて青果物６・６・・・を階級付けし、搬送手段２の下流側に設けられた図示しない選別手段により階級別に選別する。
［内部品質センサ４］

次に、本実施例における内部品質センサ４について、図１及び図２を用いて説明する。
内部品質センサ４は青果物６の内部品質である糖度（甘味）や酸度（酸味）等の内部品質を光学的に（光を用いて非破壊で）判断する品質判定手段であり、上述のとおり搬送手段２の略中間部に設けられている。

内部品質センサ４は主に筐体２３、投光部２４、受光部２５等で構成される。
筐体２３は内部品質センサ４の他の部材を固定する構造体であるとともに投光部２４及び受光部２５に外部からの光が影響することを防止するための被覆手段を兼ねる。筐体２３は略直方体の箱であり、開口部２３ａおよび開口部２３ｂが筐体２３の互いに対向する側面に穿設され、搬送手段２が開口部２３ａ・開口部２３ｂを貫通している。搬送手段２上を搬送されてきた青果物６は、搬送面上に載置されたまま開口部２３ａより筐体２３の内部に進入し、開口部２３ｂから筐体２３の外部に排出される。

投光部２４は青果物６の糖度または酸度等の内部品質を測定するための光（赤外線やレーザー光等）を青果物６に照射するものであり、ケーブル２４ａにより制御手段１０に接続されている。投光部２４は具体的にはランプまたはＬＥＤ等で構成される。
また、投光部２４は露出を変更可能に構成している。つまり、光量が変更可能に構成されており、制御手段によりその光量が調節される。光量の変更は光源数、例えば、ＬＥＤの点灯数を変更したり、ランプの印加電圧を変更したり、ＬＥＤへのパルス的に点灯時間（露出時間）を変更したりして調節することができる。また、投光出口に絞りを設けて、絞りをモータ等のアクチュエータで変更するように構成して露出を変更することも可能である。

受光部２５は、投光部２４により照射され青果物６内を通過してきた透過光を受けるものであり、ケーブル２５ａにより制御手段１０に接続されている。受光部２５は具体的にはフォトダイオードやフォトトランジスタやＣＣＤ等で構成される。

受光部２５により受光される光（青果物６の透過光）は、投光部２４により照射される光と比較すると、特定の波長成分が減少している。これは、青果物６中に含まれる糖度に係る成分や酸度に係る成分等が特定の波長成分を吸収することに起因している。
従って、この吸収量を測定する（青果物６が光路を遮っていない状態で受光部２５が受光している時の特定波長成分と、青果物６が光路を遮っている状態で受光部２５が受光している時の特定波長成分とを比較する）ことにより、光が透過した部材に存在する青果物６の糖度に係る成分や、酸度に係る成分等の量（より厳密には、糖度に係る成分分子の個数や酸度に係る成分分子等の個数）を測定することが可能である。

本実施例では、投光部２４、および、受光部２５は筐体２３内部において、搬送手段２を挟んで左右両側に対峙して配設される。すなわち図２において、投光部２４、および、受光部２５は、搬送手段２のフレームの上端部に対して僅か上方に配設されているため、たとえ青果物６が搬送方向Ａに対して左右何れかの方向に多少ずれて、搬送面上に載置されていても、投光部２４より照射される光は確実に前記青果物６を透過することができる。

なお、投光部２４、および、受光部２５の位置については、光路の方向と搬送方向Ａとの関係（成す角度及び位置関係）について限定されるものではなく、たとえば、投光部２４が搬送手段２の搬送面の下方、受光部２５が前記搬送面の上方に配置される構成としてもよい。この場合、搬送手段２を構成する無端帯１３は、搬送方向Ａに対して左右両側に分割して設け、かつ、青果物６が該分割された無端帯中央部の空間に落ち込むことの無いように搬送皿を設け、該搬送皿に載置させることにより、搬送していく構成とする必要がある。なお、このような搬送皿による青果物の搬送をおこなうには、該搬送皿の中央部には孔部を穿孔する等して、投光部２４より照射される光を妨げないような構造が必要となることは言うまでもない。

つまり、本発明の内部品質センサ４は、青果物６の搬送方向Ａと直交する方向に赤外線を照射する投光部２４（および受光部２５）と、該搬送方向と該赤外線の照射方向とに直交する方向から該青果物６を眺めた「位置」及び「形状」（シルエット）が認識可能な検出カメラ１６とを備えている。
詳しくは、本実施例のように前記内部品質センサ４を左右方向に配設した場合には、検出カメラ１６によって青果物の平面視における「位置」及び「形状」（シルエット）を認識する構成とし、内部品質センサ４を上下方向に配設した場合には検出カメラ１６によって側面視における「位置」及び「形状」（シルエット）を認識する構成とすれば好ましい。

［赤外線照射の光量の制御方法］
次に本発明における画像処理手段を用いた、内部品質センサ４の赤外線照射の光量、および、内部品質センサ４の赤外線照射タイミングに関する制御方法を、図３を用いて説明する。
まず、搬送手段２により青果物６が搬送されて、検知手段１４により青果物６が検出されると（ステップＳ１０１）、検出カメラ１６が作動されて撮影して青果物６の画像データを取得する（ステップＳ１０２）。この得られた画像データは、青果物６の「重心位置」及び「形状」（平面シルエット）に関する画像処理が実行される。

ここで演算記憶部１０ｂには、検出カメラ１６が検出した画像データ等を一時記憶する記憶部と、前記画像データをもとに内部品質センサ４による赤外線照射タイミングを演算する画像処理プログラムとが具備されており、前記画像データをもとに、画像処理プログラムを介して、青果物６の外形形状に関するデータとあわせて、青果物６の「重心位置」と「照射光量」が算出され、それぞれのデータは再び記憶部に記憶される（ステップＳ１０３）。

青果物６の「重心位置」が算出されると、該「重心位置」のデータをもとに内部品質センサ４の赤外線照射タイミングが演算される。
即ち、演算記憶部１０ｂにおいては、検知手段１４から青果物６の「重心位置」までの距離と、搬送手段２の搬送速度と、検知手段１４から内部品質センサ４までの距離と、から「重心位置」が内部品質センサ４の投光部２４へ達するタイミングを演算し（ステップＳ１０４）、その後、青果物６の搬送重心位置が投光部２４に達したかどうかの判定が常におこなわれる（ステップＳ１０５）。
具体的には、検知手段１４から投光部２４までの距離をＬとすると、この距離Ｌにかかるエンコーダにより得られる搬送パルス信号はＰａとして求められる。また、検出カメラ１６により撮影して重心位置を求めると、検知手段１４から重心位置までの距離Ｌ１が判り、その距離をパルス信号に変換してＰ０とする。従って、重心位置が検出されてその重心位置の搬送距離Ｌ２、積算パルスではＰｎとすると、この積算パルスＰｎが投光部２４に到達する距離（Ｌ−Ｌ１）、即ち、（Ｐａ−Ｐ０）になったかどうかを演算すればよい（Ｌ２＝Ｌ−Ｌ１、Ｐｎ＝Ｐａ−Ｐ０）。こうして、青果物６が搬送されてその重心位置が投光部２４に至ると、投光部２４から青果物６に赤外線を照射させる命令を送信するのである。

ここで、上述のとおり、演算記憶部１０ｂでは、検出カメラ１６からの画像データにより青果物６の「重心位置」と青果物の大きさとから、「重心位置」を通過する内部品質センサ４の赤外線透過距離も演算され、該透過距離の長短を基に、適切な赤外線の照射出力（電圧）を演算し、適切な「照射光量」が算出されている（ステップＳ１０３）。
そして、投光部２４に到達した青果物６は、前記算出された「照射光量」によって、適切な出力の赤外線が照射されることとなり（ステップＳ１０６）、その結果、搬送状態の「姿勢」、「大きさ」、「形状」や、ランダムな搬送ピッチ等の影響を受けず、適確に青果物６に赤外線が照射されるのである。

本発明の一実施例に係る内部品質判定装置の平面模式図。 同じく側面模式図。 本発明に係る画像処理演算プログラムを用いた、内部品質センサの赤外線照射の光量調整に関する作動の流れを示すフローチャートを示す。

符号の説明

１ 内部品質判定装置
２ 搬送手段
４ 内部品質センサ
５ 搬送皿
５ｄ 溝
６ 青果物
７ エンコーダ
９ 駆動輪
１０ 制御手段
１０ａ 表示部
１０ｂ 演算記憶部
１１ テンションプーリ
１２ 駆動モータ
１３ 無端帯
１４ 検知手段
１６ 検出カメラ
１６ａ 通信ケーブル
２３ 筐体
２３ａ 開口部
２３ｂ 開口部
２４ 投光部
２５ 受光部

Claims (3)

1. 青果物を搬送する搬送手段と、赤外線を照射して該青果物の品質を非破壊で判定する品質判定手段と、該青果物の形状を解析する画像処理手段と、を備えた内部品質判定装置であって、前記画像処理手段を品質判定手段の上流部近傍に配設し、該画像処理手段により青果物の重心位置を演算し、該青果物の重心が前記品質判定手段に達したときに、検出光を照射することを特徴とする内部品質判定装置。
2. 前記画像処理手段により認識した形状より、前記青果物の大きさに合わせた照射光量を演算し、照射することを特徴とする請求項１に記載の内部品質判定装置。
3. 前記品質判定手段が照射する光量は、露出調節手段、または、光源数を変更して調節することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内部品質判定装置。
   

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