JPH1194807A

JPH1194807A - 果実の熟度測定方法と熟度測定装置

Info

Publication number: JPH1194807A
Application number: JP25807297A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Nagayama; 秀徳長山
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JP3802200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】共振周波数測定と同時に重量を求め、簡単に
能率よく熟度の測定を行なうことを可能にする。【解決手段】加振力と加速度の情報を出力する加振器
１と、加振された果実１０の第２次共振周波数を検知す
るセンサヘッド１３、レーザ振動計３、ＦＦＴ４と、加
速度の情報により果実１０が一定の加速度で振動するよ
う制御する加振コントローラ２と、加振力と加速度に関
する情報に基づいて重量を求め、その重量と第２次共振
周波数の検知結果に基づいて果実の熟度を判定する熟度
判定部５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、栽培果物や野菜な
どで実の部分を食するもの（以下、果実という）の出荷
前などに、その果実の成熟の程度（熟度）を測定する果
実の熟度測定方法と熟度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、第２次共振周波数と果実の重量か
ら求められる数値Ａが、果実の塾度と高い相関を有する
という研究結果が得られている。

【０００３】この熟度測定装置は、例えば、果実を加振
器の加振台に載せ、サイン波によって加振し、その加振
周波数を連続的に変化させた場合の果実の表面に現れる
振動の速度又は加速度の変化を測定することにより、第
２次共振周波数を検出することができる。また、果実に
向けたスピーカによりランダム雑音の音波によって加振
し、そのときの果実の第２次共振周波数を検出してもよ
い。

【０００４】しかし、果実は、熟度が一定であっても質
量が大きいものほど共振周波数が低くなるので、共振周
波数だけでは、果実の質量がほぼ一定でないと、熟度判
定は困難である。そこで、従来は、果実ごとの質量を別
に重量計などで測定し、第２次共振周波数の測定結果と
組み合わせて、熟度判定の根拠としていた。

【０００５】図９は、従来の果実の熟度（硬さ）判定シ
ステムの一例を示す図である。図９のシステムは、加振
器３０に取付け治具３１を介して果実１０を載せ、加振
周波数を加振器コントローラ３２によって変化させなが
ら、レーザドップラ振動計３３によってセンサヘッド３
３ａを介して果実表面の振動の速度ｖに比例する信号を
取り出し、周波数解析器（ＦＦＴ）３４で解析すること
により、第２次共振周波数を求め、その結果をＦＦＴ３
４の表示部３４ａに表示していた。

【０００６】図１０は、被測定果実内における加振力の
伝達利得を表す特性曲線の表示の一例を示す図である。
図中、速度ｖの果実に与えた加振力Ｆに対する倍率で表
した数値（利得）を縦軸とし、加振周波数を変化させた
ときの周波数を横軸としたものである。ｆ_rは、第２次
共振周波数である。果実の質量は、果実を加振器３０に
載せる前に、重量計３５などの別の測定器によって測定
され、その結果は、重量計の表示部３５ａに表示され
る。

【０００７】熟度の判定は、パソコン３６に第２次共振
周波数と重量計の表示部３５ａに表示された数値を入力
すれば、予め入力されていたプログラムにより、前述し
た数値Ａの式を算出し、被判定対象となる果実の種類に
応じたデータ（テーブル）を参照して行なわれる。その
結果は、パソコン３６の表示部３６ａに表示される。

【０００８】図１１は、多数の被判定対象について、パ
ソコンによって算出された判定数値Ａの値を縦軸とし、
被判定対象の果実を実際に破壊試験により測定した硬さ
を横軸とした両者の相関度を示す説明図である。図中の
Ｂは、各測定点の平均値を示す熟度判定曲線である。

【０００９】また、特開平７−３５７３０号「打音・振
動による果実等の熟度判定方法」の発明は、果実等の質
量に対して適正な質量の打撃体によって果実等を打撃
し、打音や振動を発生させ、その共振周波数と果実等の
質量から算定される数値によって熟度を判定するもので
ある。そして、具体的な実施例には、質量に代わる数値
を得るための大きさ検出器を備え、共振周波数を得るた
めの軽打装置と振動検出器を備えるものが示されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９の熟度判
定システムは、果実の重量は、加振器に載せる前に重量
計などの別の測定器で測定している。したがって、果物
や野菜などの出荷選別時の作業に適用するには、果実の
重量と、第２次共振周波数を別々の測定器で別個に測定
しなければならないので、作業能率が悪いという問題点
がある。なお、レーザ振動計は、装置が複雑で高価でも
ある。しかも、レーザ光の光軸を測定すべき一点に合わ
せる作業が難しい。したがって、できればもっと安価な
設備で、誰でも容易に測定できるような熟度測定方法や
装置であることが望ましい。

【００１１】一方、特開平７−３５７３０号に提示され
た発明は、果実の重量を測定する代わりに、外形の一部
に関係する数値を観察しているが、果実等の外形は、常
に相似形であるとは限らないので、大きさの判定結果に
正確さを欠き、ときには大きな誤差を生む。また、この
発明は、果実等の対象ごとに適正な質量の打撃体を選ぶ
必要があり、その選択を誤れば、共振周波数の測定が困
難になったり、被判定体の外観を傷つけるなどのトラブ
ル発生の恐れがある。

【００１２】本発明の課題は、被測定体の損傷の恐れが
全く無く、安価で、しかも、判定効率の高い果実の熟度
測定方法とその装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、果実の第２次共振周波数と前記
果実の重量を求め、前記第２次共振周波数と前記重量に
基づいて、前記果実の熟度を測定する果実の熟度測定方
法において、加振力に関する情報と加速度に関する情報
を求め、前記加速度に関する情報を参照して、加振中の
果実が一定の加速度で振動するように加振し、前記加速
度が一定に保たれたときの前記加振力に関する情報に基
づいて、前記果実の重量を算出することを特徴とする果
実の熟度測定方法である。

【００１４】請求項２の発明は、果実の第２次共振周波
数と前記果実の重量に基づいて、前記果実の熟度を測定
する果実の熟度測定装置において、前記果実を加振する
加振手段と、前記加振手段の加振力情報を検出する加振
力検出手段と、前記加振手段の加速度情報を検出する加
速度検出手段と、前記加速度情報に基づいて、前記果実
が一定の加速度で振動するように、前記加振手段の加振
力を制御する加振力制御手段と、前記加速度が一定に保
たれた前記加振力情報に基づいて、前記果実の重量を求
める重量算出手段と、を備えることを特徴とする果実の
熟度測定装置である。

【００１５】請求項３の発明は、果実の第２次共振周波
数と前記果実の重量を求め、前記第２次共振周波数と前
記重量に基づいて、前記果実の熟度を測定する果実の熟
度測定方法において、前記果実への加振力に関する情報
と前記果実の被加振部位の加速度に関する情報を検出
し、前記加速度に関する情報を参照して、加振中の果実
が一定の加速度で振動するように加振し、前記加振周波
数を変化させながら、前記加速度と前記加振力に関する
情報に基づいて、前記加振力の伝達関数を求め、その伝
達関数から前記果実の第２次共振周波数を求めることを
特徴とする果実の熟度測定方法である。

【００１６】請求項４の発明は、果実の第２次共振周波
数と前記果実の重量に基づいて、前記果実の熟度を判定
する果実の熟度測定装置において、前記果実に振動を与
える加振手段と、前記加振手段の加振力情報を検出する
加振力検出手段と、前記加振手段と前記果実の間に挿入
され、被加振部位の加速度情報を検出する加速度検出手
段と、前記加振力情報と前記被加振部位の加速度情報に
基づいて、周波数解析を行う周波数解析手段と、前記加
速度情報に基づいて、果実が一定の加速度で振動するよ
うに、前記加振手段を制御し、かつ、その加振力を連続
的に変化させることができる加振力制御手段と、前記周
波数解析手段の解析結果に基づいて、前記加振手段と前
記果実間の加振力の伝達関数特性を求め、その伝達関数
特性から前記果実の第２次共振周波数を求める共振周波
数算出手段と、を備えたことを特徴とする果実の熟度測
定装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。（第１実施形態）図１は、本発明による果実の熟度測定
装置の第１実施形態の各部機能系統を示す説明図であ
る。果実の熟度測定は、果実の第２次共振周波数と質量
（重量）に基づいて行なうが、第１実施形態の果実の熟
度測定方法は、加振力を制御する制御部（以下、加振コ
ントローラという）２によって制御された加振器１の出
力のみに基づいて、果実の重量を測定するものである。

【００１８】加振器１に対象となる果実１０を置いて加
振させるときに、果実１０の無い場合に比較して、果実
１０が有る場合に必要とする加振力が異なる。これは、
果実１０を加振器１に載せることによって、加振器１上
の重量が変わるからである。ここで、果実が有っても、
無くても同じ加速度で振動させるには、加振力を変える
必要があり、この加振力の増減のための加振電流を検出
することにより、果実の重量を検出することができる。

【００１９】この実施形態の加振器１は、加振部１ａ
と、加速度センサ１ｂを内蔵しており、常に一定の加速
度によって振動するように制御できるので、加振器１上
に果実が有っても、無くても同じ加速度で振動させるこ
とができる。

【００２０】この加振器１は、加速度ａを一定にするた
めに、加速度センサ１ｂの出力が、加振コントローラ２
の演算増幅器２ａの一方の端子に帰還している。また、
この加振器１は、加振部１ａへの供給電流を抵抗Ｒに流
し、抵抗Ｒの両端の電位差を取り出して加振力Ｆを検出
している。加振力と重量との関係は、加振力をＦ、重量
をｍ、加速度をａとすると、Ｆ＝ｍ・ａであり、加速度
ａを一定にすれば、加振力Ｆは、重量ｍに比例する。な
お、１１は、対象となる果実１０を、加振器１の上面の
可動部に固定するための取付け治具である。

【００２１】第１実施形態では、果実の第２次共振周波
数の検出は、図９のシステムとほぼ同様の手段を用いて
いる。すなわち、まず、加振されている果実１０の表面
の振動の速度をセンサヘッド１３を用いてドップラ効果
により検出し、レーザ振動計３によって電気信号に変え
て周波数解析器（以下、ＦＦＴという）４の一つの端子
に入力する。ＦＦＴ４は、もう一方の端子に、加振器１
に内蔵された加速度センサ１ｂの出力が入力されてい
る。

【００２２】ＦＦＴ４の出力は、熟度判定部５に入力さ
れ、第２次共振周波数が検出される。なお、ＦＦＴ４の
出力は、加振コントローラ２の演算増幅器２ａの他方の
端子にも入力し、加振力の基準値の設定に役立ててい
る。

【００２３】図２〜図７は、ＦＦＴ４による周波数解析
結果の一例を示す図である。図２〜図７の被測定対象
は、ほぼ同一重量のキーウィであり、図２と図３、図４
と図５、図６と図７は、それぞれ同一のキーウィであ
る。図２及び図３は、普通の標準的な熟度のキーウィの
場合であり、図４及び図５は、硬めの未成熟のキーウィ
の場合であり、図６及び図７は、柔らかい成熟し過ぎた
キーウィの場合である。

【００２４】図２、図４、図６は、果実表面の振動速度
と加振力の比を利得で表して縦軸とし、振動周波数を横
軸にした曲線である。図３、図５、図７は、それぞれ図
２、図４、図６に対応し、加振力と果実表面の振動の位
相差を縦軸とし、振動周波数を横軸にした曲線である。
図３、図５、図７のそれぞれの位相差０の位置における
周波数ｆ₀、ｆ₁、ｆ₂が第２次共振周波数である。未
成熟の場合の第２次共振周波数ｆ₁は、標準的な熟度の
場合のｆ₀より高く、成熟し過ぎた場合の第２次共振周
波数ｆ₂は、標準的な熟度の場合のｆ₀より低い。

【００２５】熟度判定部５は、前述したように第２次共
振周波数を検出するとともに、低い周波数で加振したと
きの、加振器１から出力される加速度ａと加振力Ｆに基
づいて、果実の重量ｍを算出する。そして、第２次共振
周波数と重量ｍに基づき、予め用意されたデータにより
作成された果実の種類ごとに、重量のクラス別ごとの関
係テーブルを参照して、その果実の熟度を判定して表示
する。

【００２６】（第２実施形態）図８は、本発明による果
実の熟度測定装置の第２実施形態の各部機能系統を示す
説明図である。第２実施形態は、対象とする果実の第２
次共振周波数を検出するために、例えば、力センサとし
て用いられる、機械インピーダンスを測定するための機
械電気変換素子（以下、インピーダンスヘッドという）
を用いている。

【００２７】レーザ振動計は、測定精度は高いが高価で
あり、しかも、光の光軸を対象物の表面の一点に合わせ
るのに手間がかかる。そこで、第２実施形態（図８の熟
度判定装置）は、第１実施形態のようにレーザ振動計を
用いず、加振力Ｆと加速度ａを出力するインピーダンス
ヘッド２３を加振器２１に取付け、その上に果実１０を
載せて加振し、共振周波数を測定するものである。

【００２８】レーザ振動計の場合は、果実の加振点の反
対側に伝達された振動の速度を検出しているが、果実に
振動を与えた場合に、果実が硬ければ、小さい加振力で
も振れるが、果実が柔らかければ、大きい加振力を与え
ないと同じ程度には振れてくれない。したがって、果実
にあたえる加振力と、果実の振動の加速度の関係を、周
波数を変化させながら観察すると、レーザ振動計を使用
した場合と同様の結果を得ることができる。

【００２９】図８において、インピーダンスヘッド２３
の加速度センサ２３ｂの出力を、加速度ａを一定にする
ために、加振コントローラ２２の演算増幅器２２ａの一
方の端子に帰還している。また、演算増幅器２２ａの他
方の端子には、加振力を決める基準値の設定のために、
ＦＦＴ４の出力が与えられている。

【００３０】加振されている果実１０の振動の加速度
は、加速度センサ２３ｂによって検出し、その検出信号
が周波数解析器（ＦＦＴ）４の一つの端子に入力され
る。ＦＦＴ４のもう一方の端子には、インピーダンスヘ
ッド２３の加振力に比例した出力が入力されている。Ｆ
ＦＴ４の出力は、第１実施形態と同様に熟度判定部２５
に入力されることにより、果実の加振力と加速度から、
この果実に関する振動の伝達関数が求められ、この伝達
関数に基づいて、第２次共振周波数が検出される。

【００３１】熟度判定部２５は、前述した第２次共振周
波数を検出するとともに、インピーダンスヘッド２３の
加速度センサ２３ｂから出力される加速度ａと加振力セ
ンサ２３ａから出力される加振力Ｆに基づいて、果実の
重量ｍを算出する。そして、第２次共振周波数と重量ｍ
に基づいて、予め用意された関係テーブルを参照して、
その果実の熟度を判定して表示する。

【００３２】（変形形態）本発明は、以上説明した実施
形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能で
あって、それらも本発明の均等の範囲内である。例え
ば、第１実施形態において、果実を加振する方法は、加
振器以外のスピーカや圧電素子を使用してもよいし、加
振力も電流でなく加振力に比例する電圧を取り出して処
理信号としてもよい。

【００３３】また、第２次共振周波数を求める方法とし
て、レーザ振動計を用いているが、他の方法でもよく、
例えば、速度又は加速度センサを果実の表面に軽く接触
させたり、マイクなどを近接させる方法などでもよい。
すなわち、第１実施形態における果実の重量を検出する
方法を、従来のあらゆる技術の第２次共振周波数を求め
る方法と組み合わせて果実の熟度を判定してよい。

【００３４】第２実施形態において、図８の例では、加
振器２１に加速度センサを内蔵していなくてもよいが、
果実の重量を測定する方法として、加振器に加速度セン
サ内蔵のものを使用して、第１実施形態に準じる方法で
検出してもよい。さらに、従来の色々な方法の何ずれか
によって、果実の重量を求め、第２実施形態の方法で求
めた第２次共振周波数と組み合わせて、果実の熟度を判
定してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、加振中の果実が一定の加速度で振動するよう制御
し、加振力と速度から果実の重量を検出することができ
るので、加振された果実の第２次共振周波数の測定中又
はその前後に引き続いて果実の重量を検出することがで
き、別個に重量計などによって重量を計測する従来の技
術に比較して、格段に判定効率が向上し所要時間を短縮
することができる、という効果がある。

【００３６】また、測定対象の果実と加振器の間に、加
振力と被加振部位の加速度とを求め、果実が一定の加速
度で振動するよう制御し、かつ、加振周波数を変化させ
ながら加速度と加振力に基づいて、果実との間の加振力
の伝達関数を求め、その伝達関数から果実の第２次共振
周波数を求めるようにしたので、従来より遙に簡単な構
成により、安価でしかも測定のための操作が容易な装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による果実の熟度測定装置の第１実施形
態の各部機能系統を示す説明図である。

【図２】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図３】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図４】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図５】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図６】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図７】第２次共振周波数を求める周波数解析結果の一
例を示す説明図である。

【図８】本発明による果樹の熟度測定装置の第２実施形
態の各部機能系統を示す説明図である。

【図９】従来の果樹の熟度測定システムの一例を示す説
明図である。

【図１０】果実内における加振力の伝達利得を表す特性
曲線を示す説明図である。

【図１１】判定数値対実測硬さを示す熟度判定曲線の説
明図である。

【符号の説明】

１、２１加振器１ｂ加速度センサ２、２２加振コントローラ３レーザ振動計４ＦＦＴ５、２５熟度判定部１０果実２３インピーダンスヘッド２３ａ加振センサ２３ｂ加速度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】果実の第２次共振周波数と前記果実の重
量を求め、前記第２次共振周波数と前記重量に基づい
て、前記果実の熟度を測定する果実の熟度測定方法にお
いて、加振力に関する情報と加速度に関する情報を求め、前記加速度に関する情報を参照して、加振中の果実が一
定の加速度で振動するように加振し、前記加速度が一定に保たれたときの前記加振力に関する
情報に基づいて、前記果実の重量を算出することを特徴
とする果実の熟度測定方法。
【請求項２】果実の第２次共振周波数と前記果実の重
量に基づいて、前記果実の熟度を測定する果実の熟度測
定装置において、前記果実を加振する加振手段と、前記加振手段の加振力情報を検出する加振力検出手段
と、前記加振手段の加速度情報を検出する加速度検出手段
と、前記加速度情報に基づいて、前記果実が一定の加速度で
振動するように、前記加振手段の加振力を制御する加振
力制御手段と、前記加速度が一定に保たれた前記加振力情報に基づい
て、前記果実の重量を求める重量算出手段と、を備える
ことを特徴とする果実の熟度測定装置。
【請求項３】果実の第２次共振周波数と前記果実の重
量を求め、前記第２次共振周波数と前記重量に基づい
て、前記果実の熟度を測定する果実の熟度測定方法にお
いて、前記果実への加振力に関する情報と前記果実の被加振部
位の加速度に関する情報を検出し、前記加速度に関する情報を参照して、加振中の果実が一
定の加速度で振動するように加振し、前記加振周波数を変化させながら、前記加速度と前記加
振力に関する情報に基づいて、前記加振力の伝達関数を
求め、その伝達関数から前記果実の第２次共振周波数を
求めることを特徴とする果実の熟度測定方法。
【請求項４】果実の第２次共振周波数と前記果実の重
量に基づいて、前記果実の熟度を判定する果実の熟度測
定装置において、前記果実に振動を与える加振手段と、前記加振手段の加振力情報を検出する加振力検出手段
と、前記加振手段と前記果実の間に挿入され、被加振部位の
加速度情報を検出する加速度検出手段と、前記加振力情報と前記被加振部位の加速度情報に基づい
て、周波数解析を行う周波数解析手段と、前記加速度情報に基づいて、果実が一定の加速度で振動
するように、前記加振手段を制御し、かつ、その加振力
を連続的に変化させることができる加振力制御手段と、前記周波数解析手段の解析結果に基づいて、前記加振手
段と前記果実間の加振力の伝達関数特性を求め、その伝
達関数特性から前記果実の第２次共振周波数を求める共
振周波数算出手段と、を備えたことを特徴とする果実の
熟度測定装置。