JP3576158B2 - 農産物の内部品質評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、被計測物を計測箇所を経由して搬送する搬送手段と、前記計測箇所に位置する前記被計測物に対して計測用光を投射するとともに前記被計測物からの光を受光する計測手段と、前記計測手段による計測作動の管理処理、及び、前記計測手段の計測結果に基づいて被計測物の内部品質を解析する解析処理を実行する制御手段とを備えて構成されている農産物の内部品質評価装置に関する。

本発明の農産物の内部品質評価装置は、被計測物を計測箇所を経由して搬送する搬送手段と、前記計測箇所に位置する前記被計測物に対して計測用光を投射するとともに前記被計測物からの光を受光する計測手段と、前記計測手段による計測作動の管理処理、及び、前記計測手段の計測結果に基づいて被計測物の内部品質を解析する解析処理を実行する制御手段とを備えて構成されているものであって、
第１特徴構成は、前記被計測物が前記計測箇所又はその近傍箇所に到達したか否かを検出する対象物検出手段が備えられ、前記制御手段が、前記対象物検出手段の検出情報に基づいて、前記被計測物の前記計測箇所に対する位置を管理して、前記計測手段の計測作動を行わせるように構成され、前記計測手段を支持する枠体が上下調節機構によって前記搬送手段に対して上下方向の位置を変更調整自在に構成され、前記対象物検出手段が、前記枠体と一体的に上下位置を変更調整自在に、且つ、前後調節機構によって前記搬送手段の搬送方向に沿って位置変更調整自在に、前記枠体に支持される状態で設けられて、その対象物検出手段による前記被計測物の通過予定領域に対する検出作用域を上下方向並びに前記搬送手段の搬送方向に沿って変更調整自在に構成されていることを特徴とする。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記対象物検出手段が、前記被計測物の通過予定領域に向けてビーム状の検出光を投光し、被計測物の存否による前記検出光の変化を検出することによって前記被計測物の到達を検出するように構成されていることを特徴とする。

以下、本発明に係る内部品質評価装置の実施形態について図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
この実施形態では、内部品質評価装置として、被計測物として例えばミカンの選別仕分けを行う選果設備に備えられて、ミカンの内部品質情報、つまり、糖度や酸度等を計測する構成に適用した場合について図面に基づいて説明する。
この内部品質評価装置は、図１に示すように、被計測物Ｍ（ミカン）に光を投射する投光手段としての投光部１と、被計測物Ｍを透過した光を分光してその分光した光を受光して分光スペクトルデータを得る受光手段としての受光部２と、各部の動作を制御する制御手段としての制御部３等を備えて構成され、被計測物Ｍは、電動モータ４ａにて駆動される搬送手段としての搬送コンベア４により設定速度で一列で縦列状に載置搬送される構成となっており、本装置による計測箇所を順次、通過していくように構成されている。そして、計測箇所に位置する被計測物Ｍに対して、投光部１から投射した光が被計測物Ｍを透過した後に受光部２にて受光される状態で、投光部１と受光部２とが、計測箇所の左右両側箇所に振り分けて配置されている。従って、この投光部１と受光部２とにより計測手段Ｋが構成されることになる。

前記投光部１は、電源回路５から供給される電力にて発光する発光体としてのハロゲンランプ６、このハロゲンランプ６から発光される光を集光させるように下方側に向けて反射させる凹面形状の反射板７、その反射板７にて下方側に向けて反射された光を反射して計測箇所に位置する被計測物Ｍに向けて横向きに変更する反射鏡８、その反射鏡８にて反射した光が計測箇所に照射される状態と、光を遮断する状態とに切り換え自在なシャッター機構９等を備えて構成されている。

前記受光部２には、被計測物Ｍを透過した光を集光する集光レンズ１０、光を上向きに反射する反射鏡１１、後述するような計測対象の波長領域の光だけを通過させるカラーフィルタ１２、光を通過させる開状態と光を遮断する閉状態とに切り換え自在なシャッター機構１３と、開状態のシャッター機構１３を通過した光が入射されると、その光を分光して前記分光スペクトルデータを計測する分光器１４等を備えて構成されている。
前記分光器１４は、図２に示すように、入光口１５から入射した光を反射する反射鏡１６と、反射された光を複数の波長の光に分光する分光手段としての凹面回折格子１７と、凹面回折格子１７によって分光された各波長毎の光強度を検出することにより分光スペクトルデータを計測する受光センサ１８とが、外部からの光を遮光する遮光性材料からなる暗箱１９内に配置される構成となっている。 前記受光センサ１８は、凹面回折格子１７にて分光反射された透過光を、同時に各波長毎に受光するとともに波長毎の信号に変換して出力する、１０２４画素のＭＯＳ型ラインセンサにて構成されている。このラインセンサは、詳述はしないが、各単位画素毎にフォトダイオード等の光電変換素子と、その光電変換素子にて得られた電荷を蓄積するコンデンサ、及び、その蓄積電荷を外部に出力させるための駆動回路等を内装して構成されている。尚、コンデンサによる電荷蓄積時間は、外部から駆動回路を介して変更させることができるようになっている。そして、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の波長の光を検出できるようになっている。

前記投光部１及び受光部２は、被計測物Ｍが通過する計測箇所の上方側を迂回するように設けられた枠体２０によって一体的に支持される状態で設けられ、この枠体２０は、上下調節機構２１によって搬送コンベア４に対してその全体の上下方向の位置を変更調節することができるようになっている。上下調節機構２１については、詳述はしないが、固定部Ｆに対して位置固定状態で設置され、電動モータ２１ａにて駆動されるネジ送り機構２１ｂによって上下に移動させることができるようになっている。そして、前記搬送コンベア４における被計測物Ｍの通過箇所の上方側に位置させて、前記固定部Ｆにて位置固定される状態で基準体の一例であるリファレンスフィルター２２が設けられている。このリファレンスフィルター２２は、所定の吸光度特性を有する光学フィルターで構成され、具体的には、オパールガラスを用いて構成されている。

そして、前記枠体２０の全体を上下方向に大きく位置変更することによって、図３（イ）に示すように、投光部１からの光が搬送コンベア４に載置される被計測物Ｍを透過した後に受光部２にて受光される通常計測状態と、図３（ロ）に示すように、各投光部１からの光が前記リファレンスフィルター２２を透過した後に受光部２にて受光されるリファレンス計測状態とに切り換えることができるように構成されている。しかも、このように上下方向に大きく位置変更することに加えて、後述するように、被計測物Ｍの種類、例えば品種の違いや大きさの違いに応じて、計測用光の通過位置、すなわち、投光部１による被計測物Ｍに対する光の投射位置並びに受光部２による計測用光の受光位置を上下方向に変更調節することができるように構成されている。

そして、被計測物Ｍが計測箇所又はその近傍箇所に到達したか否かを検出する対象物検出手段Ｔとしての透過型光センサ２４が備えられ、制御部３が、透過型光センサ２４の検出情報に基づいて、被計測物Ｍの計測箇所に対する位置を管理して、計測手段Ｋの計測作動を行わせるように構成されている。前記透過型光センサ２４が、被計測物が計測箇所に位置する状態においてその搬送下手側端部が位置することが予測される位置に、被計測物Ｍの搬送下手側端部が到達したことを検出することにより、被計測部Ｍの到達を検出するように構成されている。つまり、被計測物Ｍの通過予定領域に向けてビーム状の検出光を投光し、被計測物の存否による検出光の変化を検出することによって被計測物の到達を検出するように構成されている。

つまり、図５に示すように、前記透過型光センサ２４は、被計測物の通過予定領域に向けてビーム状の検出光を投光する発光器２４ａと、その発光器２４ａにて発光した光を受光する受光器２４ｂとが、計測箇所の左右両側箇所に振り分けて配置され、作動中において発光器２４ａは常時発光しており、被計測物Ｍが計測箇所に存在していなければ発光器２４ａにて発光した光が受光器２４ｂにて受光されるが、被計測物Ｍにて遮られると受光しなくなるので、そのことにより計測箇所に被計測物Ｍが到達したことを検出することができるように構成されている。

そして、前記透過型光センサ２４は、通過予定領域に対する検出作用域を上下方向並びに搬送方向夫々に沿って変更調整自在に構成されている。すなわち、発光器２４ａ及び受光器２４ｂは、その上下方向の位置並びに搬送方向の位置が適宜変更調整できるように構成されている。
前記透過型光センサ２４の支持構成について詳述すると、図８に示すように、前記発光器２４ａ及び受光器２４ｂは、夫々、電動モータ２５とネジ送り機構２６とを備えた前後調節機構２７によって搬送コンベア４による被計測物の搬送方向に沿って位置変更調整自在に枠体２０に支持される構成となっている。尚、上下方向の位置は、側面視において前記計測用光の通過位置とほぼ同一高さになるように、枠体２０に位置固定状態となるように支持される構成となっている。すなわち、上下位置調節機構２１によって計測用光の通過位置Ｐを上下方向に変更調節することによって、計測用光の通過位置とほぼ同一高さに維持しながら透過型光センサ２４の上下位置も一体的に変更調節されることになる。

そして、通過予定領域に対する検出作用域を上下方向並びに搬送方向夫々に沿って変更調整自在することにより、被計測物Ｍの品種の違いや大きさが異なる場合であっても、その変化に対応して、常に、被計測物Ｍが計測箇所に位置する状態においてその搬送下手側端部が位置することが予測される位置に、被計測物の搬送下手側端部が到達したことを検出することができるようにしている。
例えば、図６、図７に示すように、大きい被計測物であっても小さい被計測物であっても、被計測物Ｍの搬送下手側端部を適切に検出できるように調整することができるのである。尚、その検出位置は常に計測用光の通過位置Ｐとほぼ同一高さであり、それよりも搬送方向下手側の箇所に位置させて設けられることになる。

前記制御部３は、マイクロコンピュータを利用して構成してあり、計測手段Ｋによる計測作動の管理処理、及び、計測手段Ｋの計測結果に基づいて被計測物の内部品質を解析する解析処理を実行するように構成され、且つ、前記透過型光センサ２４の検出情報に基づいて、被計測物の計測箇所に対する位置を管理して、計測手段Ｋの計測作動を行わせるように構成されている。

詳述すると、図４に示すように、制御部３は、透過型光センサ２４の検出情報、及び、分光器１４の計測情報が入力され、前記投光部１におけるハロゲンランプ６に供給する電源電圧の変更調節や、投光部１及び受光部２夫々のシャッター機構９，１３の開閉動作、上下調節機構２１及び前後調節機構２７夫々の動作、及び、分光器１４における計測動作等の各部の動作を制御する構成となっており、しかも、分光器１４にて得られた計測結果に基づいて、被計測物Ｍの内部品質を解析する演算処理を実行するように構成されている。尚、図示はしないが、制御部３に対しては選果設備全体を管理する上位コンピュータからの指令により、動作モードの切り換えや制御作動の起動等が行われる構成となっている。

次に、制御部３による制御動作について説明する。
制御部３は、上記したような分光スペクトルデータに基づいて、被計測物Ｍの内部品質を解析するための計測作業モードと、このような計測作業モードによる計測作業を実行する前に、作業条件を設定する条件設定処理を実行する条件設定モードに切り換え自在に構成されている。

次に前記条件設定処理について説明する。
この条件設定処理では、設定サンプル数（例えば、数十個〜数百個程度）の被計測物を順次、搬送コンベア４にて搬送して計測処理を行い、その計測結果に応じて、投光部１の投光量、及び、計測用光の通過位置の上下位置を、そのときの被計測物の種類や大きさ等に対応する適切な状態になるように自動調整する作業を行う。
詳述すると、投光部１の投光量、及び、計測用光の通過位置の上下位置を、初期設定位置（例えば、変更調整範囲の中間位置）に合わせておいて、設定サンプル数の被計測物を順次、搬送コンベア４により搬送して計測手段Ｋによる計測作動を行わせる。そして、そのようにして得られた分光スペクトルデータに基づいて、前記投光量及び前記上下位置が適正であるか否かを判別する。

すなわち、分光スペクトルデータの大きさが計測に適した範囲になく小さ過ぎる場合には、投光量を大側に変更調整し、分光スペクトルデータの大きさが計測に適した範囲に比べて大き過ぎて飽和状態となっている場合には投光量を小側に変更調整して、再度、設定サンプル数の被計測物を順次、搬送コンベア４により搬送して計測手段Ｋによる計測作動を行わせ、投光部１による投光量を計測に適した値に調節する。

次に、設定サンプル数の被計測物を順次、搬送コンベア４により搬送して計測手段Ｋによる計測作動を行わせて、得られた分光スペクトルデータにおいて、そのスペクトル形状が８３０ｎｍから長波長側がほぼ単調に減衰している状態であるか否かを判断する。例えば、図９に示すように、ラインＬ１が８３０ｎｍから長波長側がほぼ単調に減衰している状態を示し、ラインＬ２は、長波長側が高くなっている状態と示している。これは、ラインＬ１のように長波長側がほぼ単調に減衰している場合は、被計測物の内部で水分による光の吸収が大きいことを示し、ラインＬ２は、このような水分による光の吸収が少ない状態、すなわち、光が被計測物の内部を透過せずに、外周部を回り込んで到達した光であることを示している。これは、例えば、計測手段による計測用光の通過位置が低過ぎたり、高過ぎる状態であることを示している。そこで、ラインＬ１で示される状態になるように計測用光の通過位置の上下位置を適正位置、すなわち、被計測物の赤道に位置するように変更調整すべく上下調節機構２１の作動を制御する。
このような制御を繰り返して、投光部１の投光量、及び、計測用光の通過位置の上下位置を、そのときの被計測物の品種の違いや大きさの違い等に対応する適切な状態になるように自動調整するのである。そして、このとき、制御部３は、計測手段Ｋによる計測用光の通過位置の上下位置を変更調整するに伴って、別途与えられる被計測物の品種情報や前記計測用光の通過位置の上下調整情報に基づいて、予め設定されている特性により、透過型光センサ２４が被計測物の搬送下手側端部を検出することが可能となるように、搬送方向に沿う位置を変更調整すべく前後調節機構２７の作動を制御する。
前記投光部１は上記したように適正な投光量に調整された後は、その計測作業を終了するまで常時点灯状態にさせておき、しかも、投光側のシャッター機構９は、搬送コンベア４が搬送停止状態となる場合以外は常に開放状態に維持されることになる。

尚、搬送コンベア４が複数列並設されて、各搬送コンベアに夫々内部品質評価装置が設けられる場合には、各内部品質評価装置における計測条件を、変更調整範囲のうちで複数段階に夫々異ならせた状態で設定サンプル数の計測処理を行い、その複数の計測条件のうちのいずれかを選択して、全ての装置の条件設定を同時に行うようにしてもよい。このようにすると、異なる複数の条件で計測を繰り返す手間が省けるので作業能率が向上する。

又、前記計測作業モードは、被計測物Ｍに対する通常の計測に先立って、投光部１からの光を被計測物Ｍに代えて前記リファレンスフィルター２２に照射して、そのリファレンスフィルター２２からの透過光を、受光部２にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして求める基準データ計測モードと、搬送コンベア４により搬送される被計測物Ｍに対して、投光部１から光を照射して計測分光スペクトルデータを得て、この計測分光スペクトルデータと前記基準分光スペクトルデータとに基づいて、被計測物Ｍの内部品質を解析する通常データ計測モードとに切り換え自在に構成されている。

詳述すると、前記基準データ計測モードにおいては、搬送コンベア４による被計測物Ｍの搬送を停止させている状態で、上下調節機構２１を操作して前記枠体２０を前記リファレンス計測状態に切り換える。そして、前記シャッター機構１３を開状態に切り換えて、投光部１からの光を被計測物Ｍに代えて前記リファレンスフィルター２２に照射して、そのリファレンスフィルター２２からの透過光を、受光部２にて分光してその分光した光を受光して得られた分光スペクトルデータを基準分光スペクトルデータとして計測する。

そして、前記基準データ計測モードにおいては、受光部２への光が遮断された無光状態での受光センサ１８の検出値（暗電流データ）も計測される。すなわち、前記受光部２のシャッター機構を閉状態に切り換えて、そのときの受光センサ１８の単位画素毎における検出値を暗電流データとして求めるようにしている。

次に、通常データ計測モードにおける制御動作について説明する。
この通常データ計測モードにおいては、計測手段による計測用光の通過位置の上下位置が前記適正位置になるように、上下調節機構２１を制御して、搬送コンベア４による被計測物Ｍの搬送を行う。そして、各被計測物Ｍが計測箇所に到達して、透過型光センサ２４にて被計測物の搬送下手側端部の通過が検出されると、それと同時に計測手段Ｋによる計測作動を行わせて分光スペクトルデータを計測する。つまり、予め設定されている計測時間が経過する間、受光センサ１８にて受光して電荷蓄積させて分光スペクトルデータを得るようにしている。

次に、このようにして得られた各種データに基づいて公知技術である分光分析手法を用いて被計測物Ｍの内部品質を解析する演算処理を実行するように構成されている。つまり、計測分光スペクトルデータ、前記基準分光スペクトルデータ、及び、暗電流データに基づいて、分光された各波長毎の吸光度スペクトル及び吸光度スペクトルの波長領域での二次微分値を得るとともに、その二次微分値により被計測物Ｍに含まれる糖度に対応する成分量や酸度に対応する成分量を算出する解析演算処理を実行するように構成されている。
吸光度ｄは、基準分光スペクトルデータをＲｄ、計測分光スペクトルデータをＳｄとし、暗電流データをＤａとすると、

〔数１〕
ｄ＝ｌｏｇ｛（Ｒｄ−Ｄａ）／（Ｓｄ−Ｄａ）｝

で定義され、制御部３は、下記の数２による重回帰分析に基づいて、被計測物Ｍに含まれる成分量を算出するのである。

〔数２〕
Ｙ＝Ｋ０＋Ｋ１・Ａ（λ１）＋Ｋ２・Ａ（λ２）

但し、
Ｙ ；成分量
Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２ ；係数
Ａ（λ1 ），Ａ（λ2 ） ；特定波長λにおける吸光度スペクトルの二次微分値

尚、制御部３には、成分量を算出する成分毎に、特定の成分量算出式、特定の係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２、及び、波長λ１，λ２等が予め設定されて記憶されており、この成分毎に特定の成分量算出式を用いて、各成分の成分量を算出する構成となっている。

〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。

（１）前記対象物検出手段としては、上記したような実施形態の構成に限らず、例えば、撮像手段にて被計測物を撮像して、その撮像画像を画像処理することにより前記計測箇所又はその近傍箇所に到達したか否かを検出するようにする等、各種の検出構成を利用して実施してもよい。

（２）上記投光手段としてはハロゲンランプ６に限らず、水銀灯、Ｎｅ放電管等の各種の投光手段を用いてもよく、受光手段もＭＯＳ型ラインセンサに限らず、ＣＣＤ型ラインセンサ等の他の検出手段を用いるようにしてもよい。基準体としてオパールガラスによるフィルターを用いたが、これに限らず、例えば、スリガラス等の拡散板の他、所定の吸光度特性を有するものであればよく、材質は限定されない。

（３）上記実施形態では、被計測物Ｍの内部品質として、糖度や酸度を例示したが、これに限らず、食味の情報等、それ以外の内部品質を計測してもよい。

第１実施形態の内部品質評価装置の概略構成図 第１実施形態の分光器の構成図 第１実施形態の上下位置変更状態を示す図 第１実施形態の制御ブロック図 第１実施形態の装置設置状態を示す平面図 第１実施形態の対象物検出手段の位置調節状態を示す図 第１実施形態の対象物検出手段の位置調節状態を示す図 第１実施形態の前後位置調節機構を示す図 第１実施形態の分光スペクトルの実測データを示す図

符号の説明

３ 制御手段
４ 搬送手段
２０ 枠体
２１ 上下調節機構
２７ 前後調節機構
Ｋ 計測手段
Ｍ 被計測物
Ｔ 対象物検出手段

Claims (2)

1. 被計測物を計測箇所を経由して搬送する搬送手段と、
   前記計測箇所に位置する前記被計測物に対して計測用光を投射するとともに前記被計測物からの光を受光する計測手段と、
   前記計測手段による計測作動の管理処理、及び、前記計測手段の計測結果に基づいて被計測物の内部品質を解析する解析処理を実行する制御手段とを備えて構成されている農産物の内部品質評価装置であって、
   前記被計測物が前記計測箇所又はその近傍箇所に到達したか否かを検出する対象物検出手段が備えられ、
   前記制御手段が、前記対象物検出手段の検出情報に基づいて、前記被計測物の前記計測箇所に対する位置を管理して、前記計測手段の計測作動を行わせるように構成され、
   前記計測手段を支持する枠体が上下調節機構によって前記搬送手段に対して上下方向の位置を変更調整自在に構成され、
   前記対象物検出手段が、前記枠体と一体的に上下位置を変更調整自在に、且つ、前後調節機構によって前記搬送手段の搬送方向に沿って位置変更調整自在に、前記枠体に支持される状態で設けられて、その対象物検出手段による前記被計測物の通過予定領域に対する検出作用域を上下方向並びに前記搬送手段の搬送方向に沿って変更調整自在に構成されている農産物の内部品質評価装置。
2. 前記対象物検出手段が、前記被計測物の通過予定領域に向けてビーム状の検出光を投光し、被計測物の存否による前記検出光の変化を検出することによって前記被計測物の到達を検出するように構成されている請求項１記載の農産物の内部品質評価装置。

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