JPS58750A - 判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は野菜や果物等の対象物の状態を自動的に判定
する装置に関するものである。

従来、野菜や果物等の対象物の熟れ具合を知る場合９人
が目で見たり手で叩きその音を耳で聴き分けて、その熟
れ具合を推定していた。

すなわち、従来は野菜や果物の熟れ具合を非破壊検量で
推定するには熟れ具合によって変わる対象固有の特性（
色：リンゴやトマトの場合熟れるにつれて広みが増す、
音ニスイカの彎合熟れるにつれて音が変わる）の変化を
人がとらえて経験的な勘により判定していた。対象物の
色をある計器で神Ｊ足してその度合より熟Ｋを判定する
方法は、一部実用化されているが、スイカのように熟度
の進行に従っても殆んど表面色が変わらないものの非破
壊検査による熟度判定装置の実用化および自勅辿別化は
吟声達成されていなかった。

このため９作業者の熟練度とが疲労度により判定結果の
バラツキが非常に大きく２判定梢度も低く、また選別作
業に要する人手も大変なものであっ廠。

この発明は判定の精度向上９選別作業の省力化すなわち
選別作業を自動化するためになされたものである。

以下、この発明をスイカ（西瓜）の熟度判定に応用した
例につき説明する。

まず、対称物を叩いて、これから発生する音波の特徴を
あられすパラメータ（波形成分）の幾つかと、対象物の
形状をあられすパラメータ（外形寸法）の幾つかを組み
合わせて一つのパラメータによる判定よりもけるかに判
定精度をあげ、特に音波特性と熟度との相山については
充分データ収集と実験からその適用方法を確立した。

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の選別装置の構成をポす図で。

この図において（１）は選別（判定）対称で９選別コン
ベヤ０４１の引張チェイン（２］Ｊに取付けられた皿状
のパケット（６１によって運ばれ、その途中で熟度判定
のための各接値を測定されて熟度が判定され、所定の位
置に仕分けられる。

＋２１　ｕ　／＜　ケラ）　＋６１を移動（走行）させ
るための駆動力を与える電動機、（３；は電動機（２１
がら伝達された力をパケット引張チェインｃ！ｕｌに伝
えるａ歯車（スプロケット）である。（４）ｔｆｉ選別
対象物１１＋の形状を光学的にとらえるセンｆ（カメラ
）で。

、その映像は照明装置（５；からの光の反射光を利用し
ているが、場合によってはセンナ（カメラ）と反対側に
配置した照明装置からの透過光を利用シてもよい。（６
−（）・はパケットが正規の状態（水平状態）にある場
合で、（６０）はパケットが転倒して対象物をパケット
から払い出しく仕分け）た状態を示している。１７＋　
ｄ対象物（１１に光を当てる照明装置ｔ　ｔ５＋の制御
ならびに対象物（１１およびバケツ）　１６＋の反射光
を、パケット形状検査定位置検出のだめの通過検出器（
８１からのバケッ）Ｊ過信号と同期してとらえ、各種の
画像処理（画像入力、ノイズ除去、形状判定とその結束
の出力）をおこなう形状計°副装置である。（１５）は
音波測定位置を検出する通過検出器（９）から信号によ
り。

打撃９　ｔ　（１２１をり１作させて対象物（１１に打
音を発生させ、同時に受波器（ピックアップ）（ＩＨ一
対象物（１１に接触させるように接触器（１１１を動か
して受波器ααに音波をとらえさせたり、検査后の対象
の移動を助けるためその後受波器ｔ１０＋　？対象物ｉ
ｌ＋から逃がしたり、検査后の対象物（１１の所定位置
における払い出しく仕分け）動作を転倒アクチェエータ
化にさせたり、対象物（１１を一定速度で運ぶための選
別コンベヤ＋１４１の躯動を電ト卸したりする磯ｖｃ駆
動装置である。日は受波器００１からの音波全党けとり
、音波を分析しく１波数毎の音圧レベルを出し）その結
４：を総合判定処理装置０６）へ送出する音波分析装置
である。（１６１は形状＝１測装置（７）および音波分
析装置ｔ　（１３１からの形状および音波データを受け
とり、これらのデータから総合的に対象物の熟度を判定
したり、大きさを判定して階級づけをおこない、さらに
パケットの移動位置を検出する位置検出６開からの位、
？信号を参照して１判定した対象が所定熟度、大きさ階
級の払い出し口に到達したら仕分はイぎ号を出し機械Ｉ
ｔＡｍ装置（１５）を通じて仕分アクチュエータ（１８
１を動作させパケット（６）を転倒させ対Ｊ＃２物（１
）を払い出す制御を行なうと同時に、必要な場合は他の
周辺装置９例えば選別結果表示のための表示装置１１９
１や１選別結果をプリントとするプリンタ■等の制御を
おこなう総合判定装置である。

以下に本発明の一実施例（選別対象が西瓜の場合）の作
用、動作について説明する。

まず１選別コンベヤ０４＋に付属したパケット６１の上
に選別対象品である西瓜（１１ヲ・改せる。この載せ方
は後で測定する測定器に対して測定条件を揃えるため特
定の方向にのせる方が判定梢ｖは良くなる。一般には対
象の縦軸−茎とへそを結ぶ直線−がカメラの視軸と直角
となるような方向すなわち第２図（イ）の如くカメラか
らみえる位置がよい。また、音響特性上は打撃方向と受
波６の接触方向も大体対象物の縦軸と直角方向で打棒や
受波器を対象物に接触ζせる場合は接触面に打撃棒およ
び受波器の接触面が密潟する方向が最も測定誤差が少な
い。選別コンベヤは常に一定速度で動いているので乗せ
られた選別対象はパケットと共に計測位置（形状検出器
＝カメラの正面）を通過、この際通過検出ａ１８１から
通過信号が出て、これを受けた形状計測装置１１７＋か
らの指令により形状検出器（４）からバケッ）　ｆ６＋
および対象物（１１の映像を形状計側装置＋７１に取り
込み、対象物山／Ｉ！ｒ郡の形状手法（形状パラメータ
）を計測回路処理により測定する。西瓜の場合、男２図
（イ）に示す商さくハ）および赤道径（Ｑ４）が糖度と
相関が強いことがデータ分析によって分った（第１表）
ので、西瓜の糖度を補足する場合の形状パラメータとし
ては商さＨ四と赤道径り例を測定する。再にパケット（
６１が移動して１通過検出器（９）が作動すると対象物
（１１が打音−１定最適位置にきたことを示すので、こ
の信号を礪械駆動装＊１Ｉ５１が受けて打撃装７１　（
１２１を動作させて対象物（１１に打音を発生ζせ、ま
た打音発生の直前から受波器＃触器（Ｉｌｌを動作させ
て受荻器ｄαを対象物（１１に密着させておき、打音波
発生と同時にこの音波を音波分析Ｈｉｌ　（１３にｔａ
す込む。音波分析装置ａ３は周波数毎の音圧レベルを検
出し、これを周波数毎に総合判定装ｖｊｔｕｅに含まれ
る波形判別回路により第２図（ロ）の第１共振点乃、第
２共撮点啼、第１反共振点例のそれぞれの周波数と音圧
レベル、すなわち（Ｈｚｌ　ｅ　ｄＢｌ）　ｅ　Ｃ”π
ｚ　ｅｄＢｚ　）　ｅ　（Ｈａｌ−ｘ　ｅ　ｄＢｔ　−
ｚ　）　ｆｔＩ４１１定する。（以上の音に関する座標
を音パラメータと呼ぶ）ここて音パラメータの測定方法
と熟度との関係について述べると、対象物はそれぞれ個
体別に固有像！ｖｌ数を持っており、それぞれを構成す
る品質が変らない限り、その固有撮動数はかわらない。

また対象物に衝撃を与えると自己の固有撮動数で伝動す
る（鳴る）。このことを利用して経験的に対象の内部状
態を判別できることは分っており、このことを利用した
人による熟度判定は昔からおこなわれていたが、これを
さらに解明し技術的に応用した例は未だなかった。

行と熟度の関係がどうなっているかについて次に説明す
る。前に述べた対象物固有の撮動数は対象物を叩いて発
生する音を測定することができるが、この方法で測定し
た場合形状（および大きさ）と楯変によって波形が色々
変わる。第３図はその摸馳的な例を示したもので、横軸
に周波数Ｈ−縦軸に）オ圧ｄＢをとって表示した。第３
１（イ）は同じ大きさの対象物でも糖度が違うと波形が
違うことを示した実験例で、同図（ロ）は糖度がはソ同
じでも大きさが違うと打音波形が異なることを示す実験
例である。

なお、第３図（イ）において、実線は糖度ｄ＝１１．ｏ
。

サイズがＩＶ級Ｍ…、　ｆｉｆｆｉ５．２７ｋｆ、赤道
径Ｄ＝２１８露、商さＨ＋＝　２０８勤１のものを示し
、破線は糖度ｏｔ＝ｌＱ、２＠サイズが階ＩＪＭ…１重
量５．３０　ｋｇ、赤道径Ｄ＝２１３ｗ、　ｆＡさＨ＝
　２２０　ｍのものを示している。また、第３図（ロ）
において、実線はｔＡ！！度α＝９．４．サイズが階級
Ｌ（大）１重ｉ６．３３初、赤道径Ｄ＝＝２３０ｍ＋、
　ＡさＨ＝２３３ｍのものを示し、破線Ｆｉ糖度ｄ＝９
．２．サイズが階級ｓｓ（虜小）、事碇３．８６ｋｇ、
亦遍径Ｄ　＝　２００　ｗ、　ＡさＨ＝１９２ｍ＋のも
のを示している。

このような音の波形の特徴をとらえるには図を見ても分
るように、波形の山（４１，第２共振点）と谷＜ｌＪｌ
、１反共振点）の位置に看目すれば、非常に便利でめる
。

発明者ｆｃらは、このような共振点ω−９反共振点（２
）の座標もとらえて、これらを音ノ（ラメータとして用
いることにした。これらのパラメータ単独と熟度と４１
１関度を第１表に、同様に谷）ゝラメータと果（空洞）
の有無の有意差検定を第２表に示す。

第１表および第２表はある要素（糖度や巣の有無）の推
定をするのに、各パラメータを単独に用いて判定をした
結果である。この場合の判定の仕方を第５図について説
明する。第５図において横座ＰＡは対象物の１つのパラ
メータで、縦座標はそのパラメータのある値をとる個体
数（±度数）である。ある対象物の母集団を代表するサ
ンプルの度数分布図の二つの型を例として第５図（イ）
、（ロ）Ｋ示した。この図では推定対象（種類）が二つ
（ａ、ｂ）ある場合で、推定対象が互いに充分かけ離れ
ている場合Ｇ）と、推定対象がはっきり分離できない場
合（ロ）の二側を示した。

第５図（イ）のような場合は種類が違うものが同じパラ
メータをとることはあり得ない、すなわち二種（ａ、ｂ
）のパラメータム圧対する度数分布！３１１．（３２が
互いに交叉しない場合でであるから。

図のｔｔｏのよりなａ、　ｂ種分割線（区分線）で分け
れば１００％二種を判別できる。一方（ロ）のように二
種の度数分布図が交叉する場合は０分割線（ｔｆどのよ
うに設定しても一つの分割線で＃′１ａｅｂ種とも１０
０％正しく判別することはできない。

鴫の最適位ｔｌｔを定める統計的手法は確立されている
ので、この手法により、誤判別の最も少なくなるｄの位
置を設定したとしも図（ロ）の場合は１種をｂ種と誤る
範囲（２）とｂ種を１種と誤る範囲（２）が存在する。

もし判別したものには誤りがなく、誤判別する可能性の
あるものは判別を保留する（すなわち判定不能とする）
ような分割線を引けばすなわち同図（ロ）のｄ、とｄ２
の位置に分割線を引き１図のｄより左側は１００チ正し
い１種であり、ａ２より右側に分布するものけ１００チ
正しいｂ種であると判定できる。しかし、このよう二本
の分割線を引き方法は、二つの山（度数分布図）が充分
に離れていて互の交叉する範囲■、Ｃ１４１が小さけれ
ば問題ないが、これが大きい場合は判別すべきものの大
部分は色とｅｔ２の間に挾まれたもので判定不能という
ことでは、正判別の童が余りに少なすぎ実用的でない。

以上の例はパラメータ１つに２つの判別対象がある場合
について説明したが２判別対象が３つ以上ある場合は分
割線の数を判別対象が増えるに従って増やせばよい。

一般に１つのパラメータで対象がどのグループに属する
かを判定できる場合は少ない。現在果実や野菜の熟度判
定についてもある１つパラメータによる判別を用いた選
別装置が実用されているが、非常に限られた極めて条件
のよい場合しかこの方法は適用できず普及が非常に遅れ
ている。発明者たちは二つ以上のパラメータをどのよう
に組み合わせれば判別がうまくいくか研究しその具体的
手法を開発した。三つ以上のパラメータを用いる方法は
二つのパラメータｆｍみ合わせる方法の考えの延長上に
あるが非常に説明が複雑になるので、二つのパラメータ
の場合について、′＠６図によね説明する。

第６図においてＡ、　Ｂはパラメータで、　　ＮＦｉ度
数である。Ａ、Ｂをそれぞれ水平横軸、水平ｅｃ軸。

Ｎを垂直軸にとって一般的な２種（ａ、　ｂ）の度数分
布を図示すると第６図（イ）のようになる。この図の平
面図（座標軸Ｎ方向からみた図）は仲）のようになる。

この（０を垂直平面Ａ−Ｎに投影すると（ロー＠）の如
くなるが、これはつまり第５図と同じ本のである。同様
にして（イ）をＢ、Ｎ平面に投影した図が（ロー■）で
あり、これはＡをＢに置き換えた場合の第５図であるの
で、どちらか一方（こ＼ではロー■）について説明すれ
ば他方の場合も同じことがいえるので、ここでは（ロ）
および（ロー■）について説明する。１パラメータのみ
によるどちらかに分ける判別では、（ロー■）図のｄｏ
−ｃｔ。　で分割した場合に相当するが。

この場合、誤判定される部分は図の斜線（、ザ、　Ｃ３
４１の範囲である。（ロー■）図についても同様にβ。

−β。で分割した場合、誤判定される部分は斜線部個η
、　（４１１１である。これに対し、２つのパラメータ
を考慮して統計的判別分析の手法を用いて最適の分割線
を引くと（ロ）のｒ６．−ｒｏ’となる。この場合の誤
判定部分は（ロ）図中に水平（０−Ａ軸に平行な）ハツ
チング線を施した軸回で、（ロ）図から明らかなように
範囲（３３＋　３４）　）範囲（４９＋　５０　）であ
る。すなわちｒｏ−ｒ６’分割の方がσ。−ｃｔｏ′（
又はβ０−β。′）よりも範囲が狭いつまり誤判定が少
ないといえる。

以上の説明のように２つの変数（パラメータ）を組み合
わせれば、１つ１つのパラメータによる判別よりも商い
正判定率の判別（分割）をすることができることが分っ
た。これは変数を３つ以上に増やしても同様のことがい
え、さらに正判定率は高まるが、ある程度ザ数を増やす
と。

正判定率の増加が鈍くなるので、処理制御の容易さやコ
ストパー７オマンヌを考えて適当な変数の数にとどめて
実際上は処理することになる。

また１判別対象が３つ以上に増えた場合は判別分析手法
を階段的に適用することにより同様の効果を出すことが
できる。

単独パラメータによる糖度の判定（規準値以上か以下か
）は第１表の相関係数が得られ最も相関係数の高いＤの
場合でも正判定率７５％程度である。−これを多くのパ
ラメータ（例えばり。

Ｈｍｌ　、　ｄＢ　、　ＨＸ、　、　ｄＢ、　）によっ
て判定すると判定結果は第３表の如くなる。

第３表 正判定率＝　５□　、９２．３（％） ちなみにパラメータｄ　Ｂ１−２　、　Ｈｚ　１−２を
この場合使っていないが、これを使うと正判定率は確か
に上るが１〜２チ程度なので強いて使用せず判定式を簡
略化できるようにすることに重点を置いた。

同様にして第２表の単位パラメータの結果を。

数個のパラメータを用いて判定すると第４表の如くなる
。

第４表　巣の有無の判定結果 パラメータの選定は１パラメータで判定に有効なもの、
２個以上と組み合わせると有効なものを選定し１判定処
理が余り複雑にならないように最小限選定する。

なお、音のパラメータ測定は以下のようにすれば便利で
ある。西瓜の場合第１．第２共撮点および第１反共振点
をとるのがよく、普通の正常な西瓜の打音波形は第１．
第２共振点と＠１′反共振点しかない（第４図（イ）参
照）のであるが。

まれに波形がくずれ、＠４図（ロ）（ハ）のような波形
になる場合がある。

この場合は第３．第４・・・の共撮点や第２．第３゜・
・・の反共重点があることになりまた１通常の第４図（
イ）の場合と比べてかなり位置がずれているので、これ
らを正しく測るため周波数範囲を設けて、この範囲内の
最大値（いくつかのうちの極大値の最大のもの）とか最
小値を求めれば。

殆んどの場合、（イ）の場合と同様に音パラメータを扱
うことができることが分った。第４図は実際の西瓜の例
で＠１共振点としては２０）ｈ〜５０Ｍ。

の間６υの最大音圧をとる周波数と音圧をそれぞれＨｓ
ｌ　、　ｄＢｌとし８０）１ｇ〜２５０石の間畷の範囲
内の最大音圧をとる周波数とそのときの音圧をそれぞれ
ｕｍ２．ａＢ２とし、また、５０石〜２００Ｈｓの間關
の範囲内で最小音圧をとる周波数とそのときの音圧ｔ’
　Ｈｚ１４ｅ　ｄＢｌ−２とすればほぼすべての西瓜に
ついて普偏的なパラメータとすることができる。

このこと＃′ｉ第４図（ロ）、（ハ）の波形では第１．
第２共根点や第１反共振点の山や谷が割れた（分かれた
）本のであるとみなしてよいことが分る。

なお上記実施例では計測装置として形状計測用（形状検
出器（カメラ）十形状計測装置）と音波計測用（受波器
＋音波分析装置）の二つを用いているが、この構成は西
瓜以外の他の野菜・果物（例えばメロン）等にも適用で
きる。また。

計測装置として実施例の音波計測用のものに色計測装置
を付加するか、音波計御］の代わりに色計測装＆を用い
て音座標（音圧ｄＢ、周波数Ｈ，）の代わりに色座標（
Ｌ、　ａ、　ｂ　又けＸ、Ｙ、Ｚ）ｉ用いれば同様の熟
度判定が可能である。

色座標と形状パラメータによる選別が可能な例トシては
リンゴ、ナシ、ミカン等があり、これらは１秒間に５〜
１０個程度の処理が可能である。

さらに、計測装置として形状検出器のみを用いて体型的
な特徴をなす部分の寸法（長さ、巾。

を判別ないし選別することも可能である。

また、上記実施例では１選別コンベアを常時定速で駆動
する例で説明したが、対象物が検量位置に来たとき一時
点にコンベアを停止させるようにすれば９選別スピード
は落ちるが、よりパラメータによる判定で判定積度が非
常に低か検査で、自動的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による判定装置の一実施例を示す構成
図、第２図は西瓜の熟度選別に用いるパラメータのうち
形状パラメータ（イ）と音波パラメータ（ロ）を示す図
、第３図は西瓜の熟度の一つである糖度を判定する音波
が糖度や形状（大きさ）によってどのように変わるかを
示した図。 第４図は音波形の乱れに対しても測定誤差が生じないよ
うか測定手段を説明するための波形図。 第５図は単一パラメータによって二種の判定対象を分割
する場合を説明する図、第６図は２つのパラメータを組
合せて判定する場合を示す図であり、（１）は判定対象
物（野菜、果物、その他）。 （４）は形状検出器、（６１はバケツ）、ｔ７１け形状
計測−置、（８１は形状計測位置通過検出器、（９１は
音測定位置通過検出器、（１αは受波器、　ｉｌｌは受
波器接触器、　Ｑ２１は打撃装置、　（１３１は音波分
析装置、０４）は選別コンベヤ、　ｆ１５１は機械駆動
装置１冊は総合判定処理装置、　＋１７］は位置噴出器
、　ｆｉｌｌは転倒アクチェエータである。 代理人　葛　野　信　− 第１図 第２図 （イ） 第３図 （イ） ４／／ ｊＩ４図 手　続　補　正　書（自発） ５６　８　１３ 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官殿 １、　　ｒＪＦ件の表示　　　　特願昭５６−９８７３
６号２、発明の名称　　　　判　定　装　置３、補正を
する者 ＝Ｊｒｆ’ｌ−との関係　　　特１りγ出願人５、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄１図面の簡単な説明の欄
お工ひ図面。 ６、補正の内容 山　明細書第２頁第１８行の「推定」を「推定」と訂正
する。 （２）　　同第３頁第１８行のｒ対称物」を「対象物Ｊ
と訂正する。 （３）同第４頁８ｇ９行の「対称」ヲ「対象Ｊと訂正す
る。 （４）　　同第７頁第３行の「対象品」を「対象物」と
訂正する。 （５）同第７頁第２０行の「手法」ヲ「寸法」と訂正す
る。 （６）　　同第１１頁＠１表の説明文中「単独相関」全
「重相関」と訂正する・ １７）同第１１頁第２表の説明文中ｒ（ｆ検定）」を「
（Ｆ検定Ｊ」と訂正する。 （８）同第１２頁第１４行の「パラメータ會とる」を「
パラメータのｆｌｕとる」と訂正する。 ＋９１　　同第１２Ｊｊ第１６行のｒ場合でである」を
場合である」と訂正する。 叫　同第１３頁第４行の「設定したとしても」を「設定
したとしても」と訂正する。 ｆｉｌ　　同第１３頁第１θ行の「α」全「α１」と訂
正する。 口ｚ　同第１３頁第１３行のｒ引き方法」ｒ「引く方法
」と訂正する。 α＆　同第１４頁第５行のｒある１つＪ全「ある１つの
」と訂正する。 （１４１同第１４頁第６行の「実用」ヲ「実用化」と訂
正する。 ［１５１同第１６頁第８行の「程度度数」を「８度パラ
メータのｆｆＪと訂正する。 し　同第１６　Ｎ第１０行のｒコストパ７オマ／ヌ」ヲ
「コストパフォーマンス」と訂正する。 （１７＋　　同第１６頁第１９行のｒｄＪｉｒｄＢＩＪ
と訂正する。 Ｕ〜　同第１７頁下から３行月のｒ単位パラメータの結
果をＪ’ｔｒＱねパラメータの判だに対して」と訂正す
る。 ａ９　　同第１７頁下から１行目のｒ如くなる。」を「
如き好結果となる。」 ■　同第２１頁下から８行目の「音波」を「首」と訂正
する。 ■　図面の第６図を別紙のとおり訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定対象物の持つ特性と相関のめるまたは判定
   に有意性を持つパラメータを計測する計測装置、との計
   測装置から得られた異種の計測パラメータを幾つか組み
   合わせることにより判別する総合判定装置、被測定対象
   物を移動させ上記計測装置の測定位置へ順次被測定対象
   物を送出する倣送装置、上記計測装置の測定位置を検出
   する位ｌｔ検出器、および上記総合判定装置の判定結果
   によりｔ珍−ｍ（２）上記計測パラメータとして、外形
   形状と被測定対象物をたたくことにより発生する音と求
   の範囲第１項記載のへｍ表置。 （３１被測だ対象物の発生音の音波形のうち共振点９反
   埃撮点の音圧９周波数を計測バラメー（４）共振点２反
   共像点を計測パラメータとして使用するに際し、予じめ
   定めた所定範囲内の最大または最小音圧の発生点をもっ
   て、そｎぞれ共振点２反共像点を求めるようにしたこ