JP4340492B2 - 農産物選別装置 - Google Patents

Description

本発明は、非破壊品質判定装置を具備する農産物選別装置の技術に関する。

従来から、被選別物が果実等の農産物であって、赤外光やレーザー光等（以下単に「光」と表す）を利用して糖度や酸度等を測定する非破壊品質判定装置の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。また、被選別物を搬送する搬送手段の中途部に重量測定手段を設け、該重量測定手段により取得した被選別物の重量に基づいて被選別物を選別する選別装置の技術も公知となっている。例えば、特許文献２に記載の如くである。一般的に、光を利用した非破壊品質判定装置により農産物の糖度や酸度を判定する場合には、農産物内を通過している光路の長さを精度良く求めることが糖度または酸度の測定結果の精度を向上させる上で重要である。しかし、実際には個々の農産物を通過する光路の長さを求めることは煩雑であるため、従来の非破壊品質判定においては農産物の大きさのばらつきが小さくなるように予め選別しておき、該選別後の農産物を通過する光路の長さを予め固定値として設定し、該設定された光路の長さに基づいて糖度や酸度を算出していた。

特開２００３−１８５５７６号公報 特開平５−２８１０１６号公報

しかし、同一の非破壊品質判定装置を用いて異なるサイズ区分の農産物の糖度や酸度を判定する場合には前記光路長さに係る情報をサイズ区分毎に変更する必要があり、作業が繁雑となっていた。また、農産物のサイズのばらつきが大きいものを取り扱う場合には糖度または酸度の測定結果の精度を向上させることが困難であった。つまり、非破壊品質判定装置を用いて糖度を測定する場合、分光した光の吸収量を測定するため、同じ糖度の値が検出されても、大きいサイズでは糖度は低く、小さいサイズでは糖度が高いことになる。そこで、糖度検出に際して重量の値に応じて補正して、糖度を高精度で検出できるようにしようとする。

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。

農産物（６）を搬送用容器（５）に載置して搬送する搬送手段（２）と、農産物（６）の重量を測定する重量測定手段（３）と、該農産物（６）の内部品質を光学的に判定する非破壊品質判定装置（４）とを具備し、該重量測定手段（３）を、容器重量測定手段（１１）と合計重量測定手段（１２）とで構成し、該容器重量測定手段（１１）により取得した搬送用容器（５）の重量と、該合計重量測定手段（１２）により取得した農産物（６）の重量および搬送用容器（５）の重量の合計と、に基づいて農産物（６）の重量を算出して制御手段（１０）に送信し、該農産物（６）が載置された状態の搬送用容器（５）が非破壊品質判定装置（４）に到達すると、投光手段（２４）により該農産物（６）に光が照射され、受光手段（２５）により農産物（６）を透過した光を受光し、該受光手段（２５）により受光された透過光により内部品質の光学的情報を得て、制御手段（１０）に送信し、該制御手段（１０）には農産物（６）の重量と、該農産物（６）内を通過する光路の長さである農産物（６）の直径との関係に係る情報を格納し、該農産物（６）の重量に基づいて、該農産物（６）の外形寸法を推定し、個々の農産物（６）に係る光路の長さを算出し、また、制御手段（１０）には、農産物（６）に係る内部品質と、光学的情報と、光路の長さとの関係に係る情報関数を格納し、前記非破壊品質判定装置（４）により取得された内部品質の光学的情報に基づいて農産物（６）の内部品質を求め、該内部品質を、重量測定手段（３）により取得された農産物（６）の重量情報に応じて補正し、該農産物（６）の補正後の内部品質に基づいて農産物を選別するものである。

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、農産物（６）を搬送用容器（５）に載置して搬送する搬送手段（２）と、農産物（６）の重量を測定する重量測定手段（３）と、該農産物（６）の内部品質を光学的に判定する非破壊品質判定装置（４）とを具備し、該重量測定手段（３）を、容器重量測定手段（１１）と合計重量測定手段（１２）とで構成し、該容器重量測定手段（１１）により取得した搬送用容器（５）の重量と、該合計重量測定手段（１２）により取得した農産物（６）の重量および搬送用容器（５）の重量の合計と、に基づいて農産物（６）の重量を算出して制御手段（１０）に送信し、該農産物（６）が載置された状態の搬送用容器（５）が非破壊品質判定装置（４）に到達すると、投光手段（２４）により該農産物（６）に光が照射され、受光手段（２５）により農産物（６）を透過した光を受光し、該受光手段（２５）により受光された透過光により内部品質の光学的情報を得て、制御手段（１０）に送信し、該制御手段（１０）には農産物（６）の重量と、該農産物（６）内を通過する光路の長さである農産物（６）の直径との関係に係る情報を格納し、該農産物（６）の重量に基づいて、該農産物（６）の外形寸法を推定し、個々の農産物（６）に係る光路の長さを算出し、また、制御手段（１０）には、農産物（６）に係る内部品質と、光学的情報と、光路の長さとの関係に係る情報関数を格納し、前記非破壊品質判定装置（４）により取得された内部品質の光学的情報に基づいて農産物（６）の内部品質を求め、該内部品質を、重量測定手段（３）により取得された農産物（６）の重量情報に応じて補正し、該農産物（６）の補正後の内部品質に基づいて農産物を選別するので、サイズが大きく異なる農産物が混合した状態のものを選別する場合や、サイズ区分が異なる農産物を選別する場合であっても、個々の重量に基づいてそのサイズを容易かつ精度良く求め、内部品質（糖度や酸度等）を精度良く判定することが可能である。

また、個々の搬送用容器の重量にばらつきがあっても、個々の農産物の重量を精度良く求めることが可能である。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は農産物選別装置の平面模式図、図２は非破壊品質判定装置の側面模式図、図３は非破壊品質判定装置の断面模式図、図４は搬送皿の側面断面図、図５は容器重量測定手段の側面模式図である。

以下では図１から図５を用いて本発明の農産物選別装置の実施の一形態である農産物選別装置１の詳細構成について説明する。なお、以後の説明では、図１の矢印Ａで表される方向を農産物が搬送される方向（搬送方向）とし、農産物は搬送手段２の上流側から下流側に向かって搬送されるものとする。

農産物選別装置１は光を用いて農産物の糖度または酸度等を測定し、該測定結果に基づいて選別を行うものである。農産物選別装置１は主に搬送手段２、重量測定手段３、非破壊品質判定装置４、搬送皿５・５・・・、制御手段１０等で構成される。

農産物選別装置１で取り扱う農産物６は、蜜柑、オレンジ、イチゴ、メロン、トマトその他の果物類または野菜類の総称であり、糖度（甘味）や酸度（酸味）により選別されるものである。

搬送皿５はトレイやパンといった搬送用容器の実施の一形態であり、農産物６の表面を傷めることなく農産物６を搬送するためのものである。搬送皿５は農産物６を載せるための載置面５ａを有する皿部２１と、該皿部２１の下方において空間を形成する略円筒状の中空部材である筒部２２とで構成されている。搬送皿５はゴム等の弾性体や合成樹脂などから構成され、農産物６を載置したときにその表面を傷めることがない。また、測定に直接関係しない光の透過を防ぐため、搬送皿５は遮光性がある材質で構成されている。

皿部２１の載置面５ａは、中心部にかけて窪んだ碗型となっており、この載置面５ａおよび筒部２２の底面の中心部には、それぞれ透過孔５ｂおよび透過孔５ｃが穿設されている。このとき、透過孔５ｂおよび透過孔５ｃの孔径は、載置される農産物６が下方に落下せず、かつ非破壊品質判定装置４における測定用の透過光が搬送皿５の上下に通過可能な大きさに定められている。また、搬送皿５には筒部２２の外周面に沿ってリング状の溝５ｄが形成されている。

搬送手段２は農産物６・６・・・を搬送用容器である搬送皿５・５・・・に載置して上流側（容器供給部７側）から下流側（選別部８側）に搬送するものである。本実施例における搬送手段２はベルトコンベアであり、枠２ａ、回転軸２ｂ、回転駆動軸２ｃ、駆動部２ｄ、ベルト１３ａ・１３ｂ等で構成される。ベルト１３ａ・１３ｂは図１に示す如く所定の間隔を空けて回転軸２ｂおよび回転駆動軸２ｃに巻回される。回転軸２ｂおよび回転駆動軸２ｃは枠２ａに回転可能に軸支され、回転駆動軸２ｃは駆動部２ｄ内に設けられたモータ等のアクチュエータにより回転駆動される。

重量測定手段３は搬送手段２により搬送されている農産物６の個々の重量を測定するものであり、搬送手段２の中途部に設けられる。本実施例の場合、重量測定手段３は容器重量測定手段１１と合計重量測定手段１２とからなる。容器重量測定手段１１は空の（農産物６が載置されていない）搬送皿５の個々の重量を測定するものであり、搬送手段２の中途部に設けられる。図５に示す如く、容器重量測定手段１１はコンベア２６およびロードセル２７からなる。コンベア２６は搬送手段２の中途部に割り込む形で設けられた短尺のベルトコンベアであり、搬送皿５を搬送手段２の上流側から下流側に搬送可能である（すなわち、搬送手段２の一部としての機能を有する）とともに、下部に設けられたロードセル２７に支持されている。また、コンベア２６は搬送皿５の重量測定を行うロードセル２７の載置皿の機能を兼ねている。ロードセル２７により取得された搬送皿５の重量に係る情報は制御手段１０に送信される。なお、容器重量測定手段１１は搬送皿５の重量を測定可能であれば良く、その方式等は限定されない。

合計重量測定手段１２は農産物６が載置された搬送皿５の個々の重量（すなわち、農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計）を測定するものであり、搬送手段２の中途部かつ容器重量測定手段１１よりも搬送経路の下流側に設けられる。合計重量測定手段１２は図５に示す容器重量測定手段１１と略同じ構成であり、ロードセル２７により取得された農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計に係る情報は制御手段１０に送信される。なお、合計重量測定手段１２は農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計を測定可能であれば良く、その方式等は限定されない。

非破壊品質判定装置４は農産物６の内部品質である糖度（甘味）や酸度（酸味）を光学的に（光を用いて非破壊で）判定するものであり、搬送手段２の中途部かつ重量測定手段３よりも搬送経路の下流側に設けられる。

図１、図２および図３に示す如く、非破壊品質判定装置４は主に筐体２３、投光手段２４、受光手段２５等で構成される。筐体２３は非破壊品質判定装置４の他の部材を固定する構造体であるとともに投光手段２４および受光手段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農産物６は、搬送皿５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。なお、開口部２３ａ・２３ｂの上縁部には上下方向に複数のスリットが設けられた遮光性のゴム製または樹脂製のシートが垂設され、外部からの光が筐体２３内部に極力差し込まないようにしている。

投光手段２４は農産物６の糖度または酸度等を測定するための光（赤外光やレーザー光等）を農産物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。投光手段２４は具体的にはランプまたはＬＥＤ等で構成される。なお、投光手段２４により農産物６に照射される光は、該農産物６の種類等に応じてその種類や波長、強度等を適宜選択する必要がある。また、投光手段２４はランプ等の光源やレンズが設けられ、ケーブル２４ａにより該光源に電力が供給される形式でも良く、あるいは光源が制御手段１０側に設けられ、ケーブル２４ａを光ファイバーとして投光手段２４のレンズに光を供給する形式としても良い。受光手段２５は投光手段２４により照射され、農産物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。受光手段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。

投光手段２４は筐体２３内部において搬送手段２の下方に配置され、かつ受光手段２５は筐体２３内部において搬送手段２の上方に配置される。そして、投光手段２４より照射される光は搬送皿５の中央部に穿設された透過孔５ｂおよび透過孔５ｃを通過し、該搬送皿５上に載置された農産物６を透過して受光手段２５に受光される。このとき、搬送手段２のベルト１３ａおよびベルト１３ｂは所定の間隔を空けて回転軸２ｂおよび回転駆動軸２ｃに巻回されており、ベルト１３ａとベルト１３ｂとの間を投光手段２４からの光が通過するように構成されている。従って、搬送手段２が光路（投光手段２４から受光手段２５までの光の経路）を遮ることがない。

受光手段２５により受光される光（農産物６の透過光）は、投光手段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、農産物６中に含まれる糖度に係る成分や酸度に係る成分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（農産物６が光路を遮っていない状態で受光手段２５が受光している時の特定波長成分と、農産物６が光路を遮っている状態で受光手段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、光が透過した部位に存在する農産物６の糖度に係る成分や、酸度に係る成分の量（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の個数）を測定することが可能である。ただし、糖度や酸度は本来農産物の単位体積当たりの糖度に係る成分分子の個数や酸度に係る成分分子の個数に対応するものであるため、農産物を透過する光の光路の長さ（より厳密には、光路の長さと光路の断面積を掛けたもの）を求める必要がある。また、農産物の内部品質を光学的に判定する方法としては、本実施例の如く透過光を用いるだけでなく、反射光を用いる方法等も考えられ、限定されない。

なお、本実施例においては投光手段２４が搬送手段２の下方、受光手段２５が搬送手段２の上方に配置される構成であるが搬送手段の側方に配置しても良く、光路の方向と搬送方向との関係（成す角度および位置関係）は限定されない。

容器検知手段１４は搬送手段２の搬送経路において、合計重量測定手段１２よりも下流側かつ非破壊品質判定手段４よりも上流側となる位置に設けられる。容器検知手段１４は光センサ等で構成され、該容器検知手段１４を搬送皿５が通過したことを示す信号を制御手段１０に送信する。なお、図２に示す如く容器検知手段１４の上下方向の高さは搬送手段２上を搬送されている搬送皿５の溝５ｄの上下方向の高さと略同じであり、複数個の搬送皿５・５・・・が搬送方向に連なって（側面同士が接触した状態で）搬送手段２上を搬送されている場合でも隣接する搬送皿５・５の側面の溝５ｄ・５ｄが成す隙間により容器検知手段１４からの光は搬送皿５・５の向こう側まで通過可能である。従って、搬送皿５・５・・・を一個ずつ確実に検知することが可能である。

容器供給部７は搬送手段２の最上流部に設けられ、搬送手段２に農産物６を載置する前の搬送皿５・５・・・を供給する。

農産物供給部９は本実施例においては容器重量測定手段１１よりも下流側かつ合計重量測定手段１２よりも上流側となる位置で、搬送手段２により搬送されている搬送皿５上に農産物６を載置する。

選別部８は搬送手段２の最下流部に設けられ、非破壊品質判定装置４による判定結果（糖度または酸度に係る情報）に基づいて農産物６を選別する。

制御手段１０は農産物選別装置１を構成する搬送手段２、重量測定手段３、非破壊品質判定装置４等を制御するものであり、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。制御手段１０は搬送手段２、重量測定手段３、非破壊品質判定装置４、容器供給部７、選別部８、農産物供給部９、容器検知手段１４等と接続されており、これらから種々の情報を取得したり、これらに電力を供給したり、あるいはこれらに動作指令（信号）を送信したりすることが可能である。

以下では本実施例の農産物選別装置１による選別作業について説明する。まず、容器供給部７から搬送手段２上に搬送皿５・５・・・が供給される。容器供給部７により搬送手段２上に供給された搬送皿５・５・・・は、ベルト１３ａ・１３ｂの回転駆動により搬送手段２上を図１で示す搬送方向Ａの方向に（上流側から下流側に向かって）搬送される。

搬送皿５が容器重量測定手段１１に到達すると、該容器重量測定手段１１により搬送皿５の重量が測定される。搬送皿５の重量に係る情報は制御手段１０に送信されて記憶される（すなわち、制御手段１０は容器重量測定手段１１により搬送皿５の重量に係る情報を取得する）。

容器重量測定手段１１により重量が測定された後の搬送皿５の上には、農産物供給部９より農産物６が供給、載置される。なお、農産物供給部９を省略し、農産物６の供給を人手で行ってもよい。

農産物６が載置された状態の搬送皿５が合計重量測定手段１２に到達すると、該合計重量測定手段１２により農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計が測定される。農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計に係る情報は制御手段１０に送信される（すなわち、制御手段１０は合計重量測定手段１２により農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計に係る情報を取得する）。

容器重量測定手段１１および合計重量測定手段１２を通過後の農産物６が載置された状態の搬送皿５が非破壊品質判定装置４に到達すると、投光手段２４により農産物６に光が照射され、受光手段２５により農産物６を透過した光が受光される。該受光手段２５により受光された透過光に係る情報（光学的情報）は制御手段１０に送信される（すなわち、制御手段１０は非破壊品質判定装置４により農産物６の光学的情報を取得する）。

制御手段１０は、（１）容器重量測定手段１１により取得した搬送皿５の重量に係る情報、および（２）合計重量測定手段１２により取得した農産物６の重量と搬送皿５の重量との合計に係る情報、に基づいて農産物６の重量を算出する（本実施例の場合、農産物６の重量は｛（２）−（１）｝で表される）。このとき、個々の農産物６の形状は重量が異なってもほぼ相似形となっているという仮定のもとに、制御手段１０には農産物６の重量と農産物６内を通過する光路の長さ（例えば農産物６の直径）との関係に係る情報が格納されている（該情報は、関数でも、データテーブルでも良い）。従って、農産物６の重量に基づいて、農産物６の外形寸法が推定され、個々の農産物６に係る光路の長さが算出される。

また、制御手段１０には、農産物の光学的情報と光路長さとの関係に係る情報（例えば、ある農産物に係る糖度と光路の長さと特定波長の吸収量との関数や、ある農産物に係る酸度と光路の長さと特定波長の吸収量との関数等）が格納されている。

従って、前記重量測定手段３により取得された農産物６の重量と、非破壊品質判定装置４により取得された農産物６の光学的情報とに基づいて農産物６の糖度または酸度が求められる。そしてこの糖度または酸度は重量（光路長）に応じて前記関数等の情報により補正される。

制御手段１０は個々の農産物６について求められた糖度または酸度に基づいて判定（良否の判定あるいは等級付け）を行い、該判定結果に基づいて選別部８に搬送されてきた農産物６の選別を行う。

以上の如く農産物選別装置１を構成することは、以下の如き効果を奏する。すなわち、従来の農産物選別装置においては、個々の農産物の光路長さを求めることが容易でないことから予め農産物を所定の外形寸法の範囲毎に選別し、その後、所定の外形寸法の範囲にある農産物の光路の長さを所定の設定値を代用して光学的情報に基づき糖度または酸度等の内部品質について判定し、選別していた。しかし、この方法ではサイズが大きく異なる農産物が混合した状態では取り扱うことが困難（判定の精度を確保することが困難）であることや、サイズ毎に選別されたロットについて内部品質を判定する場合でも、農産物選別装置で取り扱う農産物のサイズが変わるたびに設定（当該農産物のサイズに応じた光路の長さの設定値）を変更する必要があるなど、作業性に問題があった。一方、本実施例の農産物選別蔵置１においては、例えばイチゴのように、サイズが大きく異なる農産物が混合した状態のものを選別する場合や、サイズ区分が異なる農産物を選別する場合であっても、個々の重量に基づいてそのサイズを容易かつ精度良く求め、内部品質（糖度や酸度等）をサイズに応じて補正して精度良く判定することが可能である。

また、重量測定の結果に基づいて個々の農産物のサイズを求めていることから、後の工程で内部品質とサイズの両方の観点から選別することが可能であり、従来の農産物選別装置において前工程として必要であったサイズ毎の選別作業を省略することが可能である。

さらに本実施例は、重量測定手段３を容器重量測定手段１１と合計重量測定手段１２とで構成し、容器重量測定手段１１により取得した搬送皿５の重量と、合計重量測定手段１２により取得した農産物６と搬送皿５との合計重量と、に基づいて農産物６の重量を算出する。従って、個々の搬送皿５の重量にばらつきがあっても、個々の農産物６の重量を精度良く求めることが可能である。これは、農産物６の重量が小さく、搬送皿５の重量のばらつきが農産物６の重量の測定精度に大きな影響を及ぼし得る場合に有効である。

農産物選別装置の平面模式図。 非破壊品質判定装置の側面模式図。 非破壊品質判定装置の断面模式図。 搬送皿の側面断面図。 容器重量測定手段の側面模式図。

１ 農産物選別装置
２ 搬送手段
３ 重量測定手段
４ 非破壊品質判定装置
５ 搬送皿（搬送用容器）
６ 農産物
８ 選別部
１１ 容器重量測定手段
１２ 合計重量測定手段

Claims (1)

1. 農産物（６）を搬送用容器（５）に載置して搬送する搬送手段（２）と、農産物（６）の重量を測定する重量測定手段（３）と、該農産物（６）の内部品質を光学的に判定する非破壊品質判定装置（４）とを具備し、該重量測定手段（３）を、容器重量測定手段（１１）と合計重量測定手段（１２）とで構成し、該容器重量測定手段（１１）により取得した搬送用容器（５）の重量と、該合計重量測定手段（１２）により取得した農産物（６）の重量および搬送用容器（５）の重量の合計と、に基づいて農産物（６）の重量を算出して制御手段（１０）に送信し、該農産物（６）が載置された状態の搬送用容器（５）が非破壊品質判定装置（４）に到達すると、投光手段（２４）により該農産物（６）に光が照射され、受光手段（２５）により農産物（６）を透過した光を受光し、該受光手段（２５）により受光された透過光により内部品質の光学的情報を得て、制御手段（１０）に送信し、該制御手段（１０）には農産物（６）の重量と、該農産物（６）内を通過する光路の長さである農産物（６）の直径との関係に係る情報を格納し、該農産物（６）の重量に基づいて、該農産物（６）の外形寸法を推定し、個々の農産物（６）に係る光路の長さを算出し、また、制御手段（１０）には、農産物（６）に係る内部品質と、光学的情報と、光路の長さとの関係に係る情報関数を格納し、前記非破壊品質判定装置（４）により取得された内部品質の光学的情報に基づいて農産物（６）の内部品質を求め、該内部品質を、重量測定手段（３）により取得された農産物（６）の重量情報に応じて補正し、該農産物（６）の補正後の内部品質に基づいて農産物を選別することを特徴とする農産物選別装置。

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