JPH09236587A

JPH09236587A - 果実の熟度および欠陥の測定方法並びに測定装置

Info

Publication number: JPH09236587A
Application number: JP8042562A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sakurai; 直樹桜井; Ryoichi Yamamoto; 良一山本; Naoki Wada; 直樹和田
Original assignee: TEZUKAYAMA GAKUEN; Hiroshima University NUC; Matsushita Kotobuki Electronics Industries Ltd
Current assignee: TEZUKAYAMA GAKUEN; Hiroshima University NUC; PHC Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP3062071B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触、非破壊法にて、果実の収穫時期や賞
味期間の最適化を判断する果実の熟度および欠陥の測定
方法並びに測定装置提供する。【解決手段】加振器１７によって、周波数に対して振
動の加速度が一定になるように制御しながら、測定すべ
き果実１１に０から２kHz の振動を順次与える。振動の
加速度は加速度センサー１８によって電圧信号として測
定し、これをフーリエ変換解析器１５の入力Ａに入力す
る。果実の加振部と反対側の上部面に、センサーヘッド
１３からレーザー光１２を照射し、その点の振動速度を
ドップラー効果を利用して、信号変換器１４によって電
圧信号として測定する。これをフーリエ変換解析器１５
の入力Ｂに入力する。フーリエ変換解析器によって、周
波数に対する果実振動の入出力間の振幅比Ｂ／Ａ（ｄ
Ｂ）と位相差（度）を測定し、これらの値から果実の熟
度を選別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、最適収穫時期や賞
味期間を決定するスイカ、桃などの果実の熟度と、表面
からは調べられないそれら内部の欠陥を判定し、消費者
や生産者に高い付加価値を提供するための選果に使用さ
れる果実の熟度および欠陥の測定方法ならびに測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、農産物の輸入自由化や農業人口の
急激な減少などを背景に、農家の安定収入を確保するた
めの各種の施策が試みられている。その１つに、消費者
の嗜好や加工業者の受入れ基準に直接合致させた果実を
生産し、商品名や産地のブランド化などにより、高い付
加価値を持った商品を開発する動きがある。そのために
は、果実の高度な選果技術の開発が必要であり、最近で
は、大きさや形、色、傷だけでなく、甘さや酸味の判定
までもが実現されてきている。

【０００３】しかしながら、本来最も重要と思われる消
費者や加工業者の手元に最適な状態の商品を供給するた
めの熟度や、実際に食される果実内部の欠陥の選別は実
用化されていない。果実は、結実位置や樹によって品質
のばらつきが大きく、成熟に伴って果皮色の変化が見ら
れないものも多いために、単純に、外見上の大きさや色
だけでは熟度の判定にはならない。そのために、現状で
は、いくら選果時に最適な品質であっても、消費者や加
工業者の手元においてその品質を保証することは難し
い。さらに、果実の外見から、りんごのボケやみかんの
スアガリなどの果実内部の構造上の欠陥を判定すること
も難しい。

【０００４】以下に最近実用化された、あるいは報告さ
れている熟度や内部欠陥の測定に関係する方法について
説明する。一般に、果実は、生長、成熟に伴う果実細胞
の物性変化により、種子を除いて全体的にやわらかくな
っていく。そこで、果実のかたさあるいはやわらかさを
測定することにより、熟度を判定することができる。ま
ず、製品化されているものに非貫入式果実硬度計があ
る。これは、バネ圧によって果実に荷重をあたえ、この
時の変化量をダイヤルゲージで測定する方法である。こ
の場合、変化量が小さいほど果実がかたいことになる。

【０００５】次に、アボット（J. A. Abbott）氏等によ
る「Jounal of American Socity Horticultural Sience
Vol.117P590-595 (1992)」には、１００Hzから２KHz
の音をスピーカーからりんごに与え、反対側からマイク
で集音することにより、果実内での音の共鳴周波数を測
定し、そして、周波数の低いほうから２つめの共鳴周波
数とかたさとの間に相関があることが記載されている。
また、これは果実のかたさ測定ではないが、ゼブロウス
キー（J. Zebrowski）氏による「Planta Vol.187,P301-
305 (1992)」には、ライコムギの茎と葉鞘に１００KHz
のパルス音を与え、各部位の音速の測定から弾性率を算
出し、登熟時期やかたさの違いを議論している。また、
果実の内部欠陥判定には、核磁気共鳴断層像やＸ線透過
像の他に、最近、甘味や酸味測定に開発されている近赤
外線透過法を応用して像観察する方法なども研究されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
非貫入式果実硬度計では、果実に対する硬度計の接触具
合によって値が変化するため、測定条件や測定者によっ
てデータが大きくばらつく。さらに、接触式のこの原理
を高速処理の選果機に応用することは困難という問題点
を有していた。次に、アボット氏らの方法では、果実は
やわらかく、粘性の影響で振動の減衰係数が大きくなる
ために明確な共鳴周波数が得られない。さらに果実のか
たさよりも果実内部の構造の違いが共鳴周波数に大きく
影響するために正確なかたさ測定は難しいという問題を
有している。

【０００７】最後のゼブロウスキー氏の方法では、一般
の果実は２KHz 以上の音をほとんど吸収してしまうため
に、１００KHz では、果実全体のかたさは測定できな
い。さらに、果実全体を透過する音の速度を測定するた
めに、周波数を２KHz 以下にさげた場合、パルス波をフ
ーリエ変換すれば多くの周波数成分を含んでいるため
に、果実の粘弾性構造に対応して、各周波数によって伝
搬モードが異なり、任意周波数の音速を特定することは
困難である。そうなればデータにばらつきが生じ、安定
した判別は望めないという問題点を有している。また、
内部欠陥判定においては、核磁気共鳴断層像やＸ線透過
像観察、近赤外光透過像観察は、装置が非常におおがか
りで高価となり、汎用性に劣るという問題点を有してい
る。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、非接触非破壊法にて果実の高速な熟度または内部欠
陥の選果を実現し、収穫時期や賞味期間の最適化によっ
て、消費者や生産者に高い付加価値を提供できる測定方
法および測定装置を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の果実の熟度と欠陥の測定方法ならびに測定装
置は、測定すべき果実に振動を加え、その果実の振動状
態を測定することにより、果実に与えた振動の加速度ま
たは速度、変位、力に対する果実振動の加速度、速度、
変位、力の振幅比と位相差のうち、いずれか一方あるい
は両方を測定することにより果実の熟度を判定する。

【００１０】また、全く同じ装置構成で、果実の共振周
波数の測定より果実の構造的欠陥を判定する。これらの
装置は、加振機が果実に与える振動の周波数としては、
０から２KHz の間を用いる。さらに、果実の振動状態
は、果実表面に照射されたレーザー光がその振動によっ
てドップラー効果を受けることを利用して、非接触に測
定する。また、周波数変化に対する振幅比の変化率と周
波数変化に対する位相差の変化率のうち、いずれか一方
あるいは両方を測定することによって熟度を判定しても
よい。そして、熟度測定における果実の大きさの補正に
関しては、果実の加振部と振動測定部間の距離を基準に
して行う。

【００１１】これらの構成によって、以下のような作用
により、野菜や果実の熟度とそれらの内部欠陥を判定す
ることができる。最近、建物や機械などの設計分野にお
いて、振動のモード解析の手法が多く取り入れられてい
る。これは、構造物の形やその材質によって起こる振動
の共振現象をなるべく抑え、最適な強度と特性を持つ構
造物を実現するためである。この場合、振動の状態は、
構造物の各部位の形状や質量、弾性率、減衰係数によっ
て決定される。野菜や果実においても特有の内部構造を
持っているために、振動現象に関して建物や機械などと
同様に議論できる。果実は一般的に果皮と種子部からな
り、それぞれが外果皮、中果皮、内果皮、種皮、胚など
に分かれる。植物の種類によって、それぞれの部位の形
状と質量、弾性率、減衰係数が異なる。また、果実は、
成熟に伴った細胞壁の生化学的変化により、その弾性率
と粘性が低下してやわらかくなることは良く知られてい
る。

【００１２】解説としては、桜井直樹、児島清秀、倉石
晋［ニューフードインダストリー第36巻 pp67-80 (199
4)] すなわち、果実の振動状態を調べることにより、
各部位のかたさや粘性を測定でき、熟度が判定できる。
同時に、共振周波数から果実内部の構造の違いを議論す
ることができ、内部の欠陥を判定できる。まず、測定す
る果実重量に対して十分に安定した振動加速度を付加で
きる能力を持つ加振機によって、果実の一端から０から
２KHz の周波数範囲の振動を与える。一般に熟した果実
は粘性の大きな影響により、高い周波数の振動は果実内
部をほとんど伝搬しない。そこで、振動周波数として
は、果実特有の共振が見られ、かつ果実内部を十分伝搬
する０から２KHz の周波数範囲が最適である。

【００１３】次に加振した側と反対側の一端の果実の振
動状態を測定する。従来からの振動測定法には接触と非
接触タイプがあるが、高速選果を想定した場合は非接触
法が適している。非接触振動測定法には、マイクロフォ
ン、静電容量、渦電流、レ−ザ−三角測量法などがある
が、マイクロフォン法はノイズ分離が難しく、静電容量
や渦電流法は測定間隔が微小で測定できる材料が制限さ
れる、レーザー三角測量法は光路を正確に調整しなくて
はならないなどの問題を持っていた。そこで我々は、一
般にレーザードップラ−法と呼ばれている方法が最適で
あることを見いだした。この方法は、受光感度の向上に
より、任意の乱反射曲面を持つ果実に対しても比較的粗
い光軸調整だけで安定な振動測定が行え、かつ果実に対
する測定距離も数mmから数ｍの範囲で調節できる。原理
は、果実に照射されたレーザー光の周波数が、表面の振
動速度によってドップラーシフトを受けることによって
いる。

【００１４】また、高速選果機ではないハンディーな装
置を想定した場合は、接触マイクロフォンや加速度セン
サーなどの接触法が利用できる。果実の熟度判定には、
果実に与えた振動の入力と振動計で測定される出力の振
幅比と位相差を用いる。加振器から果実に与えた入力振
動の物理量としては、加速度、速度、変位、力の中のど
れを用いても良い。同様に振動計で測定する出力振動の
物理量としても、加速度、速度、変位、力の中のどれを
用いても良い。ただ、それぞれの物理量の振幅と位相の
関係を良く理解しておく必要がある。我々は、この振幅
比が、果実の成熟に従って大きく減少することを見いだ
した。この振幅比は、ある周波数における振動伝搬の減
衰率を示しており、これは果実を粘弾性モデルで考えた
場合、果実の粘性低下に大きく関係していると考えられ
る。また、我々は、この位相差も果実の成熟に従って大
きく増加することを見いだした。この位相差は、共振に
よる１８０度の反転と振動の伝搬速度で決まるが、おも
に果実の成熟に従う弾性率の低下によって伝搬速度が減
少することに大きく関係していると考えられる。

【００１５】さらに、これら振幅比と位相差の両方を観
点に熟度を判定すれば、データの信頼性が向上するだけ
でなく、各種の果実への対応や食味を観点とした複雑な
熟度状態の判定も可能である。さらに、２点以上の周波
数における振幅比と位相差を測定し、周波数変化に対す
る振幅比あるいは位相差の変化率、すなわち周波数を横
軸に、振幅比と位相差を縦軸にグラフ化した場合のそれ
ぞれの傾きによって熟度を判定すれば、より信頼性の高
いデータを得ることができる。これらの測定において、
果実のおよその直径が揃っている場合は補正の必要はな
い。しかし、果実の大きさが不揃いである場合やデータ
の信頼性を求める場合は、先の振幅比と位相差を、果実
の加振部と振動測定部間の距離で割った値を用いて、果
実の大きさの違いを補正することができる。

【００１６】さらに、振幅比と位相差の測定に関して、
あらかじめ果実のない加振機のみの振幅比と位相差を測
定しておき、その後測定した果実の振幅比と位相差の値
から、この加振機のみの値を引き算した値を正味の果実
振動の振幅比と位相差として用いてもよい。また、同じ
測定装置によって、果実の共振周波数を測定できる。我
々は、同じ熟度レベルの果実における共振周波数の違い
が、果皮の厚みや種の大きさなどの果実内部の構造の違
いを示していることを見いだした。これは、選果機自体
に欠陥に特有な共振周波数を学習させておけば、欠陥の
選果に利用できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１において、１１
は測定対象の果実、１２はレーザー光、１３はレーザー
ドップラー法のセンサーヘッド、１４はレーザードップ
ラー法の信号変換器、１５はフーリエ変換解析器、１６
は加振器の制御部、１７は加振器の駆動部、１８は加速
度センサー、１９は試料台である。

【００１８】以上のように構成された果実の熟度と欠陥
の測定装置について、以下にその動作を説明する。ま
ず、果実１１を加振器上の試料台１９上に置く。加振器
の制御部１６によって駆動部１７が周波数に対して振動
の加速度が一定になるように制御しながら、果実１１に
０から２kHz の振動を順次与える。振動の加速度は加速
度センサー１８によって電圧信号として測定し、これを
フーリエ変換解析器１５の入力Ａに入力する。この場
合、加速度の他に力やそれらを変換した速度、変位信号
を入力としてもよい。一方、果実の加振部と反対側の上
部面に、センサーヘッド１３からレーザー光１２を照射
し、その点の振動速度をドップラー効果を利用して、信
号変換器１４によって電圧信号として測定する。これを
フーリエ変換解析器１５の入力Ｂに入力する。この場合
も速度の他に変位や加速度、力を入力としてもよい。こ
のようにレーザードップラー法を用いることによって、
キウイやトマト、桃、みかんなど様々な表面状態を持つ
果実に対しても、レーザー光の正確な光軸調整なしに、
比較的容易に振動を非接触非破壊測定できる。最後に、
フーリエ変換解析器の入力ＡとＢに入力された振動信号
をフーリエ変換して、周波数に対する果実振動の入出力
間の振幅比Ｂ／Ａ（ｄＢ）と位相差（度）を測定する。

【００１９】本実施例による周波数に対する振幅比Ｂ／
Ａ（ｄＢ）と位相差（度）の測定結果を、図２にかたい
キウイとやわらかいキウイの場合を比較して示してい
る。この場合、入力Ａには加速度信号を入力Ｂには速度
信号を使った。そのため位相差では果実の振動に無関係
に初期より９０度の差が生じている。キウイは、店頭に
並んでいたニュージーランド産のものから同じ程度の大
きさと熟度を持つものを選別し、かたいキウイとしては
５℃の冷蔵庫内で１週間放置したものを用い、やわらか
いキウイとしては２０℃の恒温槽内で１週間エチレン処
理したものを用いた。

【００２０】この図２から明らかなように、任意の周波
数におけるやわらかいキウイの振動の振幅比はかたいキ
ウイと比べ顕著に減少しており、やわらかいキウイの場
合は高い周波数において振動が吸収されている。また、
任意の周波数におけるやわらかいキウイの振動の位相差
はかたいキウイと比べ、顕著に増加している。これらの
場合、ある適当な複数周波数における振幅比や位相差を
測定し、周波数に対する振幅比や位相差の傾きを見て
も、その傾きがやわらかいキウイほど大きくなってい
る。また、周波数と振幅比のグラフ（ａ）には共振ピー
クが読み取れる。アボットらが指摘したリンゴの場合と
同様に、やわらかいキウイの方がかたいキウイより共振
周波数が低周波数側にシフトしている。さらに、やわら
かいキウイにはかたいキウイに見られない共振が見ら
れ、これらは熟したことによる内部構造の変化を示して
いる。また、果実の大きさが異なる場合は、入出力間の
振幅比Ｂ／Ａ（ｄＢ）と位相差（度）を、果実の大きさ
（加振部と振動測定部間の距離）で割った値を用いて、
補正することができる。

【００２１】以上のように本実施例によれば、キウイの
振動の振幅比と位相差を測定することにより、キウイの
内部のやわらかさと構造の特徴を調べることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明は、果実に０から２
KHz の振動を与え、その振動の入出力間の振幅の比と位
相差をレーザードップラー法を用いて測定することによ
り、果実内部の弾性と粘性、構造の特徴を調べることが
でき、優れた果実の熟度と欠陥選別装置を実現できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における果実の熟度と欠陥選別
装置の機器構成図

【図２】（ａ）実施例におけるかたいキウイとやわらか
いキウイの周波数に対する振動の入出力間の振幅比を示
す図（ｂ）実施例におけるかたいキウイとやわらかいキウイ
の周波数に対する振動の入出力間の位相差を示す図

【符号の説明】

１１果実１２レーザー光１３レーザードップラー法のセンサーヘッド１４レーザードップラー法の信号変換器１５フーリエ変換解析器１６加振器の制御部１７加振器の駆動部１８加速度センサー１９試料台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本良一奈良県奈良市学園南３丁目１番３号帝塚山短期大学内 (72)発明者和田直樹香川県高松市古新町８番地の１松下寿電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定すべき果実に振動を加え、その果実に
与えた振動の果実内部での振動伝搬速度と振動伝搬の減
衰率の少なくとも一方を測定することにより前記果実の
熟度を測定することを特徴とする果実の熟度測定方法。
【請求項２】測定すべき果実に一定加速度で振動周波数
が変化する振動を加え、その果実に与えた振動の加速
度、速度、変位または力に対する果実振動の加速度、速
度、変位または力の振幅比の変化率と位相差の変化率の
少なくとも一方を測定することにより前記果実の熟度を
測定することを特徴とする果実の熟度測定方法。
【請求項３】測定すべき果実に振動を付加する加振手段
とその果実の振動状態を測定する振動計を備え、前記加
振手段により果実に与えた振動の加速度、速度、変位ま
たは力に対する果実振動の加速度、速度、変位または力
の振幅比を測定することにより果実の熟度を判定するこ
とを特徴とする果実の熟度測定装置。
【請求項４】測定すべき果実に振動を付加する加振手段
とその果実の振動状態を測定する振動計を備え、前記加
振手段により果実に与えた振動の加速度、速度、変位ま
たは力に対する果実振動の加速度、速度、変位または力
の位相差を測定することにより果実の熟度を判定するこ
とを特徴とする果実の熟度測定装置。
【請求項５】測定すべき果実に振動を付加する加振機と
その果実の振動状態を測定する振動計を備え、果実の共
振周波数の測定より果実の構造的欠陥を判定することを
特徴とする果実の欠陥選別装置。
【請求項６】測定すべき果実に与える振動の周波数とし
て２KHz 以下の周波数を用いることを特徴とする請求項
１又は２に記載の果実の熟度測定方法。
【請求項７】振動計は果実表面に照射されたレーザー光
が果実の振動によってドップラー効果を受けることを利
用して果実の振動状態を測定することを特徴とする請求
項３又は４に記載の果実の熟度測定装置。
【請求項８】測定すべき果実の加振部と振動測定部間の
距離を基準として、測定値の補正を行うことを特徴とす
る請求項１又は２に記載の果実の熟度測定方法。