JP2015028445A

JP2015028445A - 果物の硬度測定装置、果物の硬度測定方法、及び果物の熟度評価方法

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Publication number: JP2015028445A
Application number: JP2013158083A
Authority: JP
Inventors: 櫻井　直樹; Naoki Sakurai; 直樹櫻井
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: JP6173819B2

Abstract

【課題】実用性、利便性に優れ、果物の硬度測定が高精度に行える装置を提供する。【解決手段】果物の硬度測定に用いられる装置１である。果物試料Ｆに下側から振動を加える加振部３０、果物試料Ｆの上部の振動を検出する受振部４０、果物試料Ｆの硬度を算出する解析部１ｂ等を備える。加振部３０は、果物試料Ｆに接触して振動を発生させる振動発生体３１、防振体３２を介して振動発生体３１を支持する支持体３３等を有している。支持体３３が、支持体３３を力学的平衡状態に保持可能にするバランス調整部３４を有し、バランス調整部３４の調整により、振動発生体３１が上向きに変位するように設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、果物の熟度の高精度な評価を可能にする硬度測定技術に関する。

本発明者は、この種の測定技術について研究開発を行っており、これまでも多くの技術を提案している（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１では、レーザードップラー法を用いた非接触型の測定技術を提案している。そこでは、加振機を用いて果実の下側に０〜２ｋＨｚの周波数範囲の振動を与え、レーザー光を照射して果実の上側の振動を測定している。そして、果実の上下の振動の振幅比と位相差から、果実の熟度を判定している。

特許文献２では、携帯可能な接触型の装置を提案している。これら装置では、振動源及び振動センサの双方を果物に押し付けた状態で、測定が行われる。測定結果から演算によって第２共鳴周波数ｆ₂を求め、式「ｍ^2/3×ｆ₂ ²（ｍ：果実の重量）」を用いて、熟度と相関のある硬度指標を算出している。

硬度測定技術ではないが、これらに関連して、青果物の内部品質を評価する技術や粘性を測定する技術も提案している（例えば、特許文献３，４）。

特許第３０６２０７１号公報特許第３９２７９９６号公報特許第４６９６２１８号公報特許第４８９９０４９号公報

特許文献１の測定装置は、試験的に、各種装置を組み合わせて構成していたため、実用性、利便性に欠ける難点があった。

その点、特許文献２の測定装置では、装置を小型化することにより、実用性、利便性の向上が図られているが、振動源の振動が振動センサに伝わって高精度な測定が行えないという問題があった。

また、特許文献２の測定では、振幅のピークから第２共鳴周波数を求めているが、振幅のピークは、果物がやわらかくなると識別が困難になり、第２共鳴周波数を適切に求められない場合があった。

そこで、本発明の目的は、実用性、利便性に優れ、果物の硬度測定が高精度で行える硬度測定装置を提供することにある。

本発明の１つは、果物の硬度測定に用いられる装置である。この装置は、測定対象とされる果物試料が載置される載置部と、前記果物試料に下側から振動を加える加振部と、前記果物試料の上部の振動を検出する受振部と、前記受振部で検出される振動に基づいて、前記果物試料の硬度を算出する解析部と、を備える。

前記加振部は、前記果物試料に接触し、低周波数帯で連続的に変化する振動を発生させる振動発生体と、前記振動発生体が発生する振動を吸収する防振体と、前記防振体を介して前記振動発生体を支持する支持体と、を有している。そして、前記支持体が、当該支持体を力学的平衡状態に保持可能にするバランス調整部を有し、当該バランス調整部の調整により、前記振動発生体が上向きに変位するように設定されている。

すなわち、この装置によれば、まず、振動を発生させる振動発生体が、その振動を吸収する防振体を介して支持体に支持されているため、振動発生体の振動が受振部に伝わるのを効果的に阻止できる。

しかも、その支持体が、力学的平衡状態に保持可能にするバランス調整部を有し、そのバランス調整部の調整によって振動発生体が上向きに変位するように設定されているので、果物試料に振動発生体を任意の接触圧で接触させることができ、果物試料の形状や、やわらかさにかかわらず、一定の接触圧で接触させることができる。

支持体に振動が漏れ伝わっても、支持体で、その振動を効果的に減衰させることができる。

具体的には、前記解析部は、周波数ごとに振動の振幅を取得する振幅処理部と、前記振幅処理部が取得する振動の振幅のピークから、第２共振周波数の特定を可能にする第２共振周波数特定部と、第２共振周波数を用いて硬度指標を算出する硬度指標算出部と、周波数ごとに振動の位相角度を取得する位相角度処理部と、較正試料を用いた測定によって得られる、第２共振周波数に対応した位相角度を設定する較正位相角度設定部と、を有し、振動の振幅のピークを用いることなく、前記較正位相角度設定部に設定された位相角度から、第２共振周波数の特定が可能にするのが好ましい。

そうすれば、振動の振幅のピークの識別が困難な状態であっても、第２共振周波数を高精度に特定することができるので、果物試料の状態に係わらず、正確な硬度測定を安定して行うことができる。

より具体的には、前記支持体は、天秤状の支持腕部を有し、前記支持腕部の一方の端部に、前記振動発生体及び前記防振体が設けられ、前記支持腕部の他方の端部に、前記バランス調整部が設けられているようにするとよい。

そうすれば、簡単な構造で、高精度な硬度測定を行うことができ、低コストで実用的な装置が実現できる。

更に具体的には、前記受振部は、前記果物試料に接触する受振センサと、前記受振センサを昇降自在に支持する支持部材と、を有し、測定時に、前記受振センサが、前記果物試料に等荷重で接触するようにするとよい。

そうすれば、受振センサは、果物試料のやわらかさやサイズがばらついても、果物試料に等荷重で接触するので、安定した測定が行える。

本発明の他の１つは、果物の硬度を測定する方法である。この方法は、果物試料に対し、その下側から低周波数帯で連続的に変化する振動を加えて、当該果物試料の上部の振動を検出する測定ステップと、検出される振動から特定される第２共振周波数を用いて、前記果物試料の硬度を算出する解析ステップと、前記測定ステップに先立って、較正試料を用いて測定を行うことにより、第２共振周波数に対応した位相角度を特定し、当該位相角度を設定する較正ステップと、を含む。

そして、前記解析ステップが、検出される振動の振幅のピークから第２共振周波数を特定するノーマル測定モードと、設定された前記位相角度から第２共振周波数を特定する較正測定モードと、を含み、前記ノーマル測定モード及び前記較正測定モードのいずれか１つを選択して測定が行えるようになっている。

従って、この方法によれば、振動の振幅のピークを用いるノーマル測定モードと、振動の振幅のピークを用いない較正測定モードのいずれか１つを選択して測定が行えるので、果物の硬度測定が高精度で行えることに加え、測定の自由度が広がるため、利便性に優れる。

また本発明の他の１つは、果物を破壊することなく、その熟度を評価する方法である。この方法は、上述した方法を用いて、前記果物試料の硬度を測定する硬度測定ステップと、前記硬度測定ステップに先だって、前記果物試料の硬度と熟度との相関関係を調べ、硬度から熟度への変換を可能にする相関情報を取得する相関情報取得ステップと、前記相関情報に基づいて、前記硬度測定ステップの測定結果から前記果物試料の熟度を導出する熟度解析ステップと、を含む。

従って、この方法によれば、高精度に測定された果物の硬度から熟度を導出することができるので、高精度な熟度の評価が実現できる。

本発明の装置によれば、実用的な大きさ、構造であり、かつ、受振部に対する加振部の振動の影響が効果的に排除できるので、高精度な硬度測定が行える。

本実施形態の硬度測定装置を示す概略斜視図である。一部を断面で表した測定部の概略側面図である。測定時の状態を表した図２相当図である。解析部の主な構成を表したブロック図である。ノーマル測定モードでモニターに表示されるグラフを示す概略図である。較正測定モードのフローチャートである。較正でのフローチャートである。較正時の状態を表した図２相当図である。較正時にモニターに表示されるグラフを示す概略図である。サンプル測定でのフローチャートである。（ａ）は、果物の硬度指標の経時変化を表したグラフであり、（ｂ）は、硬度指標と熟度との関係を表したグラフである。硬度測定装置の変形例を示す図４相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図１，図２に、本発明を適用した硬度測定装置（単に装置１ともいう）を示す。この装置１により、キウイやアボガド、メロン、スイカなど、外皮で覆われた中身を食用とする果物の硬度を、破壊しないで精度高く測定することができる。果物の硬度は、熟度と密接に関係しているため、果物の硬度を正確に測定することで、果物を破壊しなくても、その熟度を的確に評価できる。

従って、この装置１によれば、キウイ等の出荷時期の適切な判断が可能になり、消費者への食べ頃の告知が可能になるなど、優れた効果が得られる。

この装置１は、果物の出荷現場などに手軽に設置できるサイズに構成され、また、高度な熟練を要さず誰でも測定できるように構成されている。装置１には、測定が行われる測定部１ａと、測定部１ａで得られたデータを解析する解析部１ｂとが備えられており、この装置１では、解析部１ｂと測定部１ａが別体に構成されている。

測定部１ａは、支持台１０や載置部２０、加振部３０、受振部４０、電気制御部５０などで構成されている。

支持台１０は、安定して設置できる高重量な構造物からなり、前後方向に長い矩形の上壁部１０ａと、上壁部１０ａの左右両側から上壁部１０ａと直交する方向に対向して張り出した一対の脚壁部１０ｂ,１０ｂとを有している。

上壁部１０ａの前部の中央部位に、開口１１が形成されている。また、上壁部１０ａの後部には、後端縁を切り欠くようにして切欠部１２が形成されている。

載置部２０は、測定対象とされる果物試料Ｆ等を載置する機能を有し、その上面に球面状に凹む載置面２１と、載置面２１の底部を貫通して形成された貫通孔２２と、を有している。載置部２０は、貫通孔２２と開口１１とが重なって１つの縦孔を構成するように、上壁部１０ａの上面に設置されている。載置部２０は、後述する防振体３２と同じ樹脂素材を用いて形成されている。

加振部３０は、測定時に、載置部２０に載置された果物試料Ｆに下側から振動を加える機能を有し、支持台１０の下側の空間に設置されている。加振部３０は、振動発生体３１や防振体３２、支持体３３などで構成されている。

支持体３３は、支持腕部３３ａや支持フランジ部３３ｂで、天秤状に構成されている。すなわち、支持フランジ部３３ｂは、上壁部１０ａの下面に、下向きに突出するように設けられており、その突端部分に、支点部３３ｃを有している。支持腕部３３ａは、細長い棹状の部材からなり、支持台１０の下側の空間に、前後方向に延びるように配置されている。支持腕部３３ａは、その中間部位が支点部３３ｃに支持されて、左右横軸回りに回動自在となっている。

特に、支持腕部３３ａは、支点部３３ｃに遊び代をもって軸支するのが好ましい（隙間嵌め）。そうすることで、振動発生体３１の振動が支持腕部３３ａから支持フランジ部３３ｂに伝わるのを効果的に阻止できる。

そして、支持腕部３３ａの前端部に、防振体３２を介して振動発生体３１が設けられている。

振動発生体３１は、電気制御部５０と協働して、測定時に、０Ｈｚから少なくとも２ｋＨｚ以上に達するまで、連続的に周波数を増加させながら振動を発生させる機能を有している（スイープ加振機能）。また、振動発生体３１は、発生する振動の周波数に応じた振幅や位相等の振動データを取得して、電気制御部５０に出力する機能も有している。

振動発生体３１の突端には、果物試料Ｆに接触して果物試料Ｆに振動を伝達する振動伝達部３１ａが設けられている。振動発生体３１は、その振動伝達部３１ａを上方に向けた状態で防振体３２に支持されている。

振動発生体３１は、貫通孔２２及び開口１１で構成された縦孔に入り込み、振動伝達部３１ａが、載置部２０に載置される果物試料Ｆの下端部に接触するように配置されている。振動発生体３１は、電気配線３１ｂを通じて電気制御部５０と接続されている。

防振体３２は、例えば、低反発ウレタンや低反発ゲルなど、振動吸収性に優れた低弾性の樹脂素材を用いて形成されており、振動発生体３１と支持腕部３３ａとの間に介在されている。防振体３２の素材には、特に、振動発生体３１が発生する低周波数帯の振動、具体的には、０Ｈｚから少なくとも２ｋＨｚの周波数の振動を効果的に吸収する素材が選定されている。従って、測定時に、振動発生体３１が発生する低周波の振動は、防振体３２に吸収され、支持腕部３３ａに、ほとんど伝わらないようになっている。

仮に、支持腕部３３ａに振動が伝わっても、その振動は、支持腕部３３ａ等で吸収されて減衰し、支持フランジ部３３ｂや支持台１０にはほとんど伝わらない。従って、受振部４０に、振動発生体３１の振動の影響がほとんど及ばないため、高精度な測定ができる。

同様に、果物試料Ｆの振動も載置部２０に吸収されるため、果物試料Ｆからも支持台１０にほとんど伝わらないようになっている。

支持腕部３３ａの後端部には、バランス調整部３４が設けられている。

バランス調整部３４は、支持腕部３３ａの後端部から上方に突出する支持軸３４ａと、この支持軸３４ａに挿通可能な軸孔が形成された複数の錘３４ｂとで構成されている。上昇したバランス調整部３４は、切欠部１２に入り込むように配置されている。

支持軸３４ａには、複数の錘３４ｂが脱着できるようになっており、装着する錘３４ｂの総重量を調整することで、例えば、支持腕部３３ａを、図２に仮想線で示す力学的平衡状態、つまり、支持腕部３３ａの前後の重量バランスが釣り合った状態に保つことができ、振動発生体３１の重量を相殺することができる。

従って、図３に示すように、測定時には、力学的平衡状態にある支持腕部３３ａから、バランス調整部３４の錘３４ｂを増やすことで、振動発生体３１を一定の力のモーメントで上向きに押し上げて、振動伝達部３１ａを果物試料Ｆに接触させることができる。

また、重い果物試料Ｆや、かたい果物試料Ｆには強く接触させたり、軽い果物試料Ｆや、やわらかい果物試料Ｆには弱く接触させるなど、状況に応じてその接触圧を調整することができる。

受振部４０は、測定時に、載置部２０に載置された果物試料Ｆの上部の振動を検出する機能を有し、上壁部１０ａの上に設置されている。受振部４０は、受振センサ４１や支持部材４２で構成されている。

支持部材４２は、支持支柱４２ａと、支持アーム４２ｂとを有している。支持支柱４２ａは、鉛直方向に延びるように、上壁部１０ａの上面に立設されている。支持アーム４２ｂは、支持支柱４２ａに片持ち状に支持されて水平方向に延びており、その基端部は、支持支柱４２ａに沿って昇降自在で、任意の位置に固定可能となっている。支持アーム４２ｂの先端部には、上下方向に貫通する挿通孔４２ｃが形成されている。

受振センサ４１は、上下方向に延びる棒状の部材からなり、その外径は、挿通孔４２ｃの内径よりもひとまわり小さく形成されている。受振センサ４１の下端部には、振動を検出する振動検出部４１ａが設けられている。受振センサ４１の上部には、径方向に広がる鍔部４１ｂが形成されている。鍔部４１ｂの外径は、挿通孔４２ｃよりも大きく形成されている。

受振センサ４１は、振動検出部４１ａを下方に向けた状態で、挿通孔４２ｃに遊び代をもって挿入されており、鍔部４１ｂで抜け落ちが阻止され、支持アーム４２ｂにぶら下がった状態で支持されている。受振センサ４１は、電気配線４１ｃを通じて電気制御部５０と接続されている。振動検出部４１ａは、振動伝達部３１ａの真上、つまり、同一の鉛直直線上に振動検出部４１ａと振動伝達部３１ａとが位置するように設定されている。

図３に示すように、測定時には、振動検出部４１ａが果物試料Ｆの上端部に接触して受振センサ４１が持ち上がるように、支持アーム４２ｂの固定位置が調整される。そうすることで、果物試料Ｆのサイズがばらついても、振動検出部４１ａを果物試料Ｆに常に一定の荷重で接触させることができる。

しかも、受振センサ４１は、支持アーム４２ｂの挿通孔４２ｃに挿入されているだけであるため、加振部３０に由来する振動が、支持アーム４２ｂを通じて受振センサ４１に伝わり難くなっている。従って、受振センサ４１は、果物試料Ｆの振動を精度高く測定することができる。

鍔部４１ｂの上に、複数の錘を載置できるようにしてもよい。そうすれば、振動検出部４１ａの接触圧を調整することができる。

電気制御部５０は、電流供給回路や電気制御回路、入出力回路等を内蔵し、装置１を包括的に電気制御する機能を有している。電気制御部５０は、支持台１０の下側の空間に設置されており、電源ケーブル５０ａを通じて外部電源に接続されている。また、電気制御部５０は、通信ケーブル５１を通じて解析部１ｂとも接続されている。

測定時には、振動発生体３１や受振センサ４１で取得される振動データは、電気制御部５０に入力され、通信ケーブル５１を通じて解析部１ｂに送られる。

解析部１ｂは、コンピュータ６０と、コンピュータ６０に実装された各種ソフトウエアとで構成されており、測定部１ａでの測定処理を補助、実行する機能や、測定部１ａで得られる振動データに基づいて、果物試料Ｆの硬度を算出する機能等を有している。

図４に、解析部１ｂの主な構成を表したブロック図を示す。解析部１ｂには、振幅処理部６１、第２共振周波数特定部６２、硬度指標算出部６３、位相角度処理部６４、較正位相角度設定部６５等が備えられている。

振幅処理部６１は、振動する果物試料Ｆから、周波数ごとに振幅を取得し、グラフ化してモニター６０ａに表示する。

第２共振周波数特定部６２は、振幅のピークから、第２共振周波数の特定を可能にする。硬度指標算出部６３は、特定された第２共振周波数を用いて硬度指標を算出し、その値をモニター６０ａに表示する。

ここでいう第２共振周波数とは、周波数の低い側から２番目に生じる共振周波数をいう。詳しくは、スイープ加振により、果物試料Ｆに振動を与えて、その周波数を徐々に大きくしていくと、果物試料Ｆが共振し、特定の周波数で振幅のピークが生じる。

そのようなピークは異なった周波数で複数発生し、そのうち、周波数の低い側から２番目のピークの周波数が第２共振周波数である。この第２共振周波数を用いることで、正確な硬度測定が可能になることが知られている。

硬度指標は、次の式（１）によって算出される。

式（１）：ｍ^2/3×ｆ₂ ²（ｍ：果物試料Ｆの重量、ｆ₂：第２共振周波数）

なお、果物試料Ｆの重量は事前に測定して測定者が入力してもよいし、装置１で自動的に測定してもよい。例えば、載置部２０の下にロードセルを設置すれば、容易に果物試料Ｆの重量を測定することができる。果物試料Ｆの寸法から重量を推定してもよい。

位相角度処理部６４は、振動する果物試料Ｆから、周波数ごとに振動の位相角度を取得し、グラフ化してモニター６０ａに表示する。較正位相角度設定部６５は、較正試料Ｃを用いた測定によって得られる、第２共振周波数に対応した位相角度を設定する。

この装置１には、２つの測定モードがあり、そのいずれか１つを選択して測定できるようになっている。

その１つは、直ちに果物試料Ｆの測定を行い、得られた振動の振幅のピークから第２共振周波数を特定し、その第２共振周波数を用いて硬度指標を算出する測定モードである（ノーマル測定モード）。

他の１つは、果物試料Ｆの測定を行う前に、較正試料Ｃを用いて、第２共振周波数に対応した位相角度を求め、その位相角度に基づいて第２共振周波数を特定し、その第２共振周波数を用いて硬度指標を算出する測定モードである（較正測定モード）。較正測定モードでは、第２共振周波数の特定に、振動の振幅のピークは用いない。

ノーマル測定モードでは、図３に示したように、果物試料Ｆを載置部２０にセットした後、測定を開始し、振動伝達部３１ａを通じて果物試料Ｆをスイープ加振する。それにより、解析部１ｂは、受振部４０から出力される振動データを、加振部３０から出力される振動データで補正し、フーリエ変換等の処理を行うことにより、周波数ごとの振動特性を取得する。振幅処理部６１は、周波数ごとに振動の振幅を取得し、モニター６０ａにグラフ化して表示する。

図５に、その表示の一例を示す。横軸は振動の周波数を表し、縦軸は振幅を表している。各ピークが共振を示しており、各ピークの周波数が共振周波数に該当する。従って、左から２つ目のピークの周波数が第２共振周波数に該当する。

第２共振周波数の特定は、微分等による演算によって自動的に算出することも可能であるが、この装置１では、測定者が、モニター６０ａを見ながら特定できるように構成されている。

すなわち、第２共振周波数特定部６２は、モニター６０ａ上に、縦軸と平行な線状カーソル６７を表示させている。この線状カーソル６７は、測定者が操作して左右に自在に移動させることができる。また、第２共振周波数特定部６２は、線状カーソル６７の位置に対応した周波数についても、モニター６０ａ上に表示させている。

測定者は、この線状カーソル６７を操作して、第２共振に相当する２つ目のピークに線状カーソル６７を一致させ、確定操作を行うことで、第２共振周波数が特定される。図５では、第２共振周波数として６００．００Ｈｚが特定されている。

第２共振周波数が特定されると、硬度指標算出部６３は、その第２共振周波数を用いて硬度指標を算出し、モニター６０ａ上に表示する。

ところが、振幅のピークは、果物試料Ｆがやわらくなると識別が困難になるという問題がある。そうなると、自動的、他動的にかかわらず、適切な第２共振周波数の特定が困難になり、正確な硬度測定が行えない。

それに対し、本発明者は、研究の過程で、振動の振幅のピークは位相角度と対応しており、対応する位相角度が特定できれば、その位相角度から直接、共振周波数を求めることができる、ということを見出した。

すなわち、第２共振周波数に対応した位相角度が特定できれば、ピークがわからなくても、その位相角度から第２共振周波数を求めることが可能になる。

位相角度は、測定対象によらずに測定部１ａごとに定まるため、物性が特定されている試料（較正試料Ｃ）を用いて測定することができる。

しかし、位相角度の測定には、高度な精度が要求される。そこで、この装置１では、加振部３０のノイズを高度に排除することで位相角度の測定を可能にし、較正測定モードによる硬度の測定を実現している。次に、この較正測定モードでの測定について詳細に説明する。

図６に示すように、較正測定モードでは、果物試料Ｆの測定を行うサンプル測定（ステップＳ２）の前に、較正試料Ｃを用いて位相角度の測定を行う、較正処理が行われる（ステップＳ１）。較正処理は、必ずしも測定ごとに行う必要はなく、定期的に行ってもよい。

図７に、その較正処理の流れを示す。

図８に示すように、載置部２０に、較正試料Ｃをセットする（ステップＳ１１）。較正試料Ｃは、例えば、樹脂製の球体であり、固有振動数や重量、第２共振周波数等が既知の試料である。

続いて、較正試料Ｃの諸データを入力する（ステップＳ１２）。較正測定モードの選択により、モニター６０ａに、データ入力画面が表示可能になるため、そのデータ入力画面を通じて、用いた較正試料Ｃを特定するデータを適宜入力する。

そうして、測定を行うと（ステップＳ１３）、振幅処理部６１は、周波数ごとに振動の振幅を取得し、位相角度処理部６４は、周波数ごとに位相角度を取得し、これらをモニター６０ａにグラフ化して表示する。

図９に、その表示の一例を示す。上側が振幅のグラフであり、下側が位相角度のグラフである。これらグラフは、周波数に対応して上下に表示される。線状カーソル６７は、上下のグラフにわたって表示される。グラフの上方には、線状カーソル６７の位置に対応した位相角度が表示される。

測定者は、この線状カーソル６７を操作して、第２共振に相当するピークに線状カーソル６７を一致させ、確定操作を行う（ステップＳ１４）。そうすることで、第２共振周波数に対応した位相角度（較正位相角度）が特定される。図９では、較正位相角度は９１.００°となっている。

較正位相角度の特定は、測定者の操作によらずに自動的に行ってもよい。

その場合、ステップＳ１２において、較正試料Ｃの第２共振周波数と、第２共振周波数を中心とした抽出レンジ幅を設定する。例えば、図９の場合であれば、較正試料Ｃの第２共振周波数として５００Ｈｚを設定し、抽出レンジ幅として１００Ｈｚを設定する。

そうして、測定を行うと（ステップＳ１３）、振幅処理部６１は、周波数ごとに振動の振幅を取得し、位相角度処理部６４は、周波数ごとに位相角度を取得する。

位相角度処理部６４は、５００±１００Ｈｚの範囲内に存在するピークを微分等の演算処理によって検出し、そのピークに対応した位相角度を較正位相角度として特定する。較正試料Ｃであるため、ピークの検出は容易であり、較正位相角度を高精度で特定できる。

こうして得られる較正位相角度は、較正位相角度設定部６５に設定される。

図１０に示すように、較正処理が終わると、続いてサンプル測定が行われる。

サンプル測定では、果物試料Ｆを載置部２０にセットし（ステップＳ２１）、測定が開始される（ステップＳ２２）。ノーマル測定モードとは異なり、較正測定モードでは、測定後に、第２共振周波数特定部６２が、較正位相角度設定部６５に設定されている較正位相角度を参照し、振幅処理部６１と協働して、較正位相角度に対応した周波数、つまり第２共振周波数を特定する。

硬度指標算出部６３は、その第２共振周波数を用いて硬度指標を算出し、モニター６０ａ上に表示する。続けて測定を行う場合には、果物試料Ｆを取り替えてサンプル測定を繰り返せばよい。

すなわち、この装置１では、次のようにして果物の硬度を測定することができる。

果物試料Ｆに対し、その下側から低周波数帯で連続的に変化する振動を加えて、果物試料Ｆの上部の振動を検出する（測定ステップ）。検出される振動から特定される第２共振周波数を用いて、果物試料Ｆの硬度を算出する（解析ステップ）。測定ステップに先立ち、較正試料Ｃを用いて測定を行うことにより、第２共振周波数に対応した位相角度を特定し、その位相角度を設定する（較正ステップ）。

特に、解析ステップが、検出される振動の振幅のピークから第２共振周波数を特定するノーマル測定モードと、設定された位相角度から第２共振周波数を特定する較正測定モードとを含み、ノーマル測定モード及び較正測定モードのいずれか１つを選択して測定が行えるようになっている。

ノーマル測定モードでは、較正を行わずに果物試料Ｆの測定ができるため、測定結果を直ぐに得たい場合などに有利である。

一方、較正測定モードでは、振幅のピークを用いないで、較正位相角度を用いて第２共振周波数の特定が行われるので、果物試料Ｆのやわらかさに関係なく、その硬度を精度高く測定することができ、果物試料Ｆの熟度を的確に評価することができる。また、較正測定モードでは、いったん較正を行えば、ノーマル測定モードよりも測定に要する処理量や工数を減らすことができる利点もある。

果物試料Ｆの熟度の評価は、例えば次のようすれば簡単に行える。なお、ここでいう熟度とは、果物の熟れ具合を意味する官能的な指標であり、主に果物の食べ頃を判断するのに用いられている。

上述したように、果物の硬度は、熟度と密接に関係しており、未熟な果物は硬く、過熟な果物は軟らかく、適熟、つまり食べ頃の果物は適度な硬さを有している。収穫された果物は、時間の経過とともに熟して軟らかくなっていく。

図１１の（ａ）に、果物の硬度指標の経時変化を例示する。収穫された果物の硬度指標は、経過時間との間で一次的な相関関係が認められ、ほぼ直線状に低下する。従って、予め果物試料Ｆの硬度指標の経時変化を調べてデータ化しておけば、測定した果物試料Ｆの硬度指標からその後の硬度変化を予測することができる。

また、図１１の（ｂ）に、果物の硬度指標と熟度との関係を例示する。横軸が熟度を表しており、図中の長円状に示す部分が、データの分布を簡略化して表したものである。熟度は、様々な硬度指標の果物を実食し、過熟（熟れ過ぎ）、適熟（食べ頃）、未熟（熟れ不足）を、数値化して官能的に評価したものである。

硬度指標と熟度との間にも、一次的な相関関係が認められる。従って、予め果物試料Ｆの硬度指標と熟度との相関関係を調べてデータ化しておけば、測定した果物試料Ｆの硬度指標からその熟度を評価することができる。

例えば、図１２に示すように、解析部１ｂに、果物評価部７０を設ければ、装置１を用いて測定を行うだけで、食べ頃の予測や熟度の評価が簡単にできるようになる。果物評価部７０は、変換式や変換マップ等の情報（相関情報）を設定する機能や、相関情報に基づいて、果物試料Ｆの測定結果からその熟度や食べ頃を導出する機能を有している。

具体的には、果物評価部７０には、図１１の（ｂ）に示したような、硬度指標から熟度への変換を可能にする熟度の相関情報が設定されている。果物評価部７０は、硬度指標算出部６３から硬度指標を取得し、その相関情報に基づいて、その硬度指標から測定した果物試料Ｆの熟度を導き出し、モニター６０ａ上に表示する。

また、果物評価部７０には、硬度指標の経時変化に関する食べ頃の相関情報も設定されており、果物評価部７０は、その相関情報と熟度の相関情報とに基づいて、食べ頃になる時期や今後の硬度変化を予測するグラフ等を、モニター６０ａ上に表示する。

果物評価部７０には、測定され得る多種の果物の相関情報を設定しておくのが好ましい。そうして、測定する果物の種類を測定前に測定者に選択させ、解析部１ｂは、その選択された相関情報を用いるようにすれば、よりいっそう利便性を向上することができる。

なお、本発明にかかる硬度測定装置等は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、実施形態では、解析部１ｂは測定部１ａと別々に構成された例を示したが、解析部１ｂは、測定部１ａに組み込んで一体化してあってもよい。バランス調整部３４は、支持腕部３３ａに沿ってスライド変位可能な錘で構成してあってもよい。接触型に限らず、レーザードップラー法等を用いた非接触型に適用してもよい。

１装置
１ｂ解析部
２０載置部
３０加振部
３１振動発生体
３２防振体
３３支持体
３４バランス調整部
４０受振部
４１受振センサ
Ｃ較正試料
Ｆ果物試料

Claims

果物の硬度測定に用いられる装置であって、
測定対象とされる果物試料が載置される載置部と、
前記果物試料に下側から振動を加える加振部と、
前記果物試料の上部の振動を検出する受振部と、
前記受振部で検出される振動に基づいて、前記果物試料の硬度を算出する解析部と、
を備え、
前記加振部は、
前記果物試料に接触し、低周波数帯で連続的に変化する振動を発生させる振動発生体と、
前記振動発生体が発生する振動を吸収する防振体と、
前記防振体を介して前記振動発生体を支持する支持体と、
を有し、
前記支持体が、当該支持体を力学的平衡状態に保持可能にするバランス調整部を有し、当該バランス調整部の調整により、前記振動発生体が上向きに変位するように設定されている装置。
請求項１に記載の装置において、
前記解析部は、
周波数ごとに振動の振幅を取得する振幅処理部と、
前記振幅処理部が取得する振動の振幅のピークから、第２共振周波数の特定を可能にする第２共振周波数特定部と、
第２共振周波数を用いて硬度指標を算出する硬度指標算出部と、
周波数ごとに振動の位相角度を取得する位相角度処理部と、
較正試料を用いた測定によって得られる、第２共振周波数に対応した位相角度を設定する較正位相角度設定部と、
を有し、
振動の振幅のピークを用いることなく、前記較正位相角度設定部に設定された位相角度から、第２共振周波数の特定が可能な装置。
請求項１又は請求項２に記載の装置において、
前記支持体は、天秤状の支持腕部を有し、
前記支持腕部の一方の端部に、前記振動発生体及び前記防振体が設けられ、前記支持腕部の他方の端部に、前記バランス調整部が設けられている装置。
請求項１に記載の装置において、
前記受振部は、
前記果物試料に接触する受振センサと、
前記受振センサを昇降自在に支持する支持部材と、
を有し、
測定時に、前記受振センサが、前記果物試料に等荷重で接触する装置。
果物の硬度を測定する方法であって、
果物試料に対し、その下側から低周波数帯で連続的に変化する振動を加えて、当該果物試料の上部の振動を検出する測定ステップと、
検出される振動から特定される第２共振周波数を用いて、前記果物試料の硬度を算出する解析ステップと、
前記測定ステップに先立って、較正試料を用いて測定を行うことにより、第２共振周波数に対応した位相角度を特定し、当該位相角度を設定する較正ステップと、
を含み、
前記解析ステップが、
検出される振動の振幅のピークから第２共振周波数を特定するノーマル測定モードと、
設定された前記位相角度から第２共振周波数を特定する較正測定モードと、
を含み、
前記ノーマル測定モード及び前記較正測定モードのいずれか１つを選択して測定が行える方法。
果物を破壊することなく、その熟度を評価する方法であって、
請求項５に記載の方法を用いて、前記果物試料の硬度を測定する硬度測定ステップと、
前記硬度測定ステップに先だって、前記果物試料の硬度と熟度との相関関係を調べ、硬度から熟度への変換を可能にする相関情報を取得する相関情報取得ステップと、
前記相関情報に基づいて、前記硬度測定ステップの測定結果から前記果物試料の熟度を導出する熟度解析ステップと、
を含む方法。