KR20020006856A - 비파괴 과일 선별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비파괴 과일 선별장치에 관한 것으로서, 수확된 과일을 파괴하지 않는 가운데 실시간으로 당도, 색깔, 무게별로 선별 등급화 함으로서 과일의 품질별 가격차별로 농가의 소득향상과 소비자의 과일에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 장치를 제공하고자 한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 선별장치는, 근적외선 분광분석시스템으로 이루어져 시료실 내에서의 시료의 당도를 판단하는 당도판정부(10)와, 상기 이송수단의 적소 하단부에 로드셀을 설치함으로서 시료의 무게를 판단하는 무게판정부(20), 조명챔버(32)내에 다수의 광원(33)을 배치하고 CCD카메라(31)를 이용하여 화상으로 시료를 촬영함으로서 색깔비율을 판정하는 영상처리부(30), 그리고 상기 각 요소로 부터 출력되어 전해진 결과신호를 연산처리하여 실시간으로 시료의 등급을 결정토록 하는 연산제어부(40)가 선별장치의 과일이송경로상에 일체로 설치되어진 것을 특징으로 한다.

Description

비파괴 과일 선별장치{A NONDESTRUCTIVE GRADING SYSTEM}

본 발명은 비파괴 과일 선별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생산된 과일을 파괴하거나 접촉하지 않으면서 실시간으로 과일 시료의 당도, 색깔 및 무게를 동시에 판정하여 등급 선별이 가능하여 품질별 가격 차별화를 용이하게 이룰 수 있는 과일 선별장치를 제공하기 위한 것이다.

일반적으로, 과일을 수확한 뒤에는 크기(중량)나 색깔의 정도 및 흠집유무등 외형을 토대로 선별하여 상품의 가치에 따라 등급을 매겨 상품으로 유통시키고 있는 실정이다.

그러나 과일을 등급별로 선별하는 방법 가운데 과실의 특성상 상기와 같이 외관에 의해 선별된 것은 비록 등급이 높은 과실일지라도 그 당도 및 산도 등의 맛을 알 수 없어 상품의 가치를 결정하는데 과실(過失)을 범하게 되어 최상품의 가치를 실추시키고 있는 사례가 빈번하다.

그래서 과일을 파괴하지 않고 빛을 투과시켜 외관, 당도 및 산도를 측정하여 측정치에 따라 과일선별하는 선별기가 외국에서 개발되어 사용되고 있기는 하나 선별하기 위하여 빛이 투과되는 과정에 빛이 분산되거나 과실의 크기에 따라 투과되는 빛의 양이 천차만별하여 미리 입력된 측정치에 의해 자동적으로 선별되는 과정에 오차가 발생하고, 빛이 분산되는 만큼 센서에 감응되는 그 빛의 세기가 약하므로 정확도가 떨어져 선별된 과실의 등급에 오차가 발생하게 되는 등의 문제점이 있었다.

한편, 특허등록 제160098호에는 본 출원인이 CCD카메라를 이용하여 과일의 색깔과 크기를 동시에 선별할 수 있는 영상처리식 자동선과장치 기술이 제시되어 있는데, 이 기술을 통해 과일의 크기와 색깔을 동시에 선별할 수 있는 기술이 실용화된 바 있다.

또한, 본 출원인은 연구를 통하여 과일의 외관이 당도, 산도 등 내부품질과의 상관관계가 높지 않다는 점을 착안하여 근적외선을 이용한 비파괴 당도판정기술을 특허출원(1999-033408)함으로써 과일의 외관과 내부품질별로 선별할 수 있는 기술을 제시한 바 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인이 기 출원한 상기 기술내용 가운데 성능적으로 미비했던 영상처리부의 조명장치 부분을 개선하여 다른 기술내용과 결합시킨 통합 시스템을 제공함으로서, 과일을 전혀 파괴하거나 접촉하지 않고 실시간으로 당도, 색깔 및 무게를 동시에 판정하여 등급 선별이 이루어질 수 있도록 하는데 목적이 있다.

또한, 제공되는 선별장치가 기존의 대형선과장 선별라인에 적용되어 질 수 있도록 하여, 설치에 따른 가격부담을 최소화할 수 있도록 하는데 부가적인 목적을갖게된다.

상기 목적은, 과일시료의 상태에 따라 등급을 결정하기 위하여 수평일렬로 이송수단을 마련하여 과일을 이송토록 하는 과일 선별장치에,

조명챔버내에 다수의 광원을 배치하고, CCD카메라를 이용하여 화상으로 시료를 촬영함으로서 색깔비율을 판정하는 영상처리부와;

근적외선 분광분석시스템으로 이루어져 시료실 내에서의 시료의 당도를 판단하는 당도판정부;

상기 이송수단의 적소 하단부에 로드셀을 설치함으로서 시료의 무게를 판단하는 무게판정부; 그리고

상기 각 요소로 부터 전해진 신호를 처리하여 실시간으로 시료의 등급을 결정토록 하는 연산제어부;가 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 과일 선별장치를 통해 이룰 수 있게된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과일 선별장치의 일부절개 사시도.

도 2는 본 발명의 각 장치별 연결 블럭도.

도 3은 상기 실시예에서의 광섬유다발 구조도.

도 4는 상기 실시예의 시료실 구조도.

도 5는 상기 실시예의 항온실의 회로구성 개략도.

도 6은 본 발명의 조명장치를 나타낸 것으로서,

6a는 사시도.

6b는 평면도.

도 7은 상기 조명장치의 고정 및 조절프레임 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 이송접시 2 : 과일(시료)

10 : 당도판정부 11 : 수광부

12 : 광검출부(집광부) 13 : 광섬유다발

14 : 시료실 15a,15b,16a,16b : 광섬유프로브

17 : 항온실 18 : 히터

19 : 온도센서 20 : 무게판정부

30 : 영상처리부 31 : CCD카메라

32 : 조명챔버 33 : 삼파장램프

34 : 반구형커버

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선별장치의 사시도이고, 도 2는 각 장치별 연결 블럭도를 나타낸다.

본 실시예에 따른 선별장치의 전체적인 구성을 살펴보면 도 1에 도시된 바와같이 시료인 과일(2)이 안착되어지는 과일이송접시(1)는 컨베이어 이송수단에 의해 일정속도로 이송되어지게 되며, 그 경로상에는 근 적외선 분광분석 시스템으로 이루어진 당도판정부(10), 과일(2)의 무게를 측정하는 무게판정부(20), 색깔과 크기를 판정하는 영상처리부(30), 그리고 이들 각부의 신호를 입력 처리하여 등급을 결정하는 연산 제어부(40)가 일체화되어 구성되어 도 2의 블럭도에 도시된 바와같이 상호간의 연관관계를 이루고 있다.

한편, 각 단계별 구성요소 및 각 요소별 기능을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저,당도판정부(10)의 구성은, 근적외선 대역의 빛을 발생하는 수광부(11)와, 집광되어진 빛의 세기를 전기신호로 변환해 주는 광검출부(12), 빛을 손실없이 전달하는 유리재질을 채택한 광섬유다발(13), 기존의 선별기에 부착하여 외부광을 차단하는 시료실(14) 및 시료실내를 일정온도로 유지하기 위한 항온실(17) 등으로 구성되어 있다.

상기 발광을 일으키는 수광부(11)는 강한 근적외선 파장대역(800∼1100nm)의 빛을 내는 수정-텅스텐 할로겐 램프(24V, 250W)를 사용하였고, 광원에서 나오는 빛은 도 3에 도시된 바와같이 광원측 광섬유프로브(15a)와 동심원 형태의 분기형 광섬유다발(bifurcated fiber optic)(13)을 통하여 시료측의 발광부인 광섬유프로브(15b)로 전달됨으로서, 컨베이어상에 이송중인 과일(1)에 비추어주고, 동시에 과일로 부터 반사되는 반사광은 시료측 수광부의 광섬유프로브(16b)로 모아지며, 광섬유다발(13)과 광검출부측 광섬유프로브(16a)를 통하여 집광 및 광검출부(12)로 입력된다.

이때, 당도판정 시료실(14)에서는 과일이 초당 3개의 속도로 지나가는 동안 외부로 부터 빛이 시료실 내부로 들어오지 않도록 암실용 차광천(미도시)을 시료실의 입구와 출구에 6단으로 설치함이 당도측정에 바람직하다. 그리고 상기 광섬유다발(13)을 설치하기 위해서는 시료실(14)의 측벽에 직경 30mm의 구멍을 형성하였으며, 이를 과일이송접시(1)의 끝단에 최대한 근접 설치함으로서 당도측정에 효과가 높아질 수 있게된다.

도 4는 상기한 시료실(14)의 구조도로서 광섬유다발(13)이 설치된 반대편인 시료실 후면(14a)은 시료가 없는 상태에서 빛을 비추었을때 가장 낮은 반사광이 나타날 수 있도록 깊이(d)를 소정길이 이상되게 제작하였고, 시료실(14) 내부는 무광 흑색페인트로 도색하였다.

도 5는 항온실(17)을 이루는 회로의 개략도로서 광검출기(12)는 25℃에서 신호가 최대로 안정되므로, 광검출기가 정온상태를 유지토록 히터(18), 온도센서(19)가 구비되었으며, 온도컨트롤러(19a)에 의해 온/오프 제어됨으로서 광검출기(12) 주위 온도가 항상 설정온도 내에서 유지될 수 있게된다.

그리고,무게판정부(20)는 이송중인 사과의 무게를 정밀하게 측정하기 위해 이송접시(1)의 하단부에 부착되는 로드셀로서, 과일(2) 이송중 시료실(14)의 광섬유다발(13)에 도달했을때 빛 조사와 동시에 무게가 측정될 수 있도록 로드셀을 광섬유다발 하단부에 설치한 것이다.

그리고,영상처리부(30)는 영상을 획득하는 CCD카메라(31)와 입력영상에 그림자 또는 섬광이 생기지 않도록 고안 제작된 조명챔버(32)로 구성되어있다.

즉, 사과, 토마토 등 대부분의 과일들은 구형에 가깝기 때문에 종래 기술에서와 같이 조명챔버(32) 내부의 중앙상부에 광원을 1개를 설치하거나 양쪽에 다수개를 평행으로 설치할 경우에는, CCD카메라(31)로 획득된 영상에 그림자가 생기기 쉽고 과일 표면의 반사에 의한 섬광이 나타나는데, 이는 화소간 심한 농담구배를 초래하여 정확한 색깔판정이 불가능한 문제점이 있었다. 또한, 광원으로 부터의 빛이 시료인 과일표면에 직접 비추었을 때 과일 표면의 반사특성에 의해 섬광이 발생함으로 정확한 측정이 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 영상처리부(30)에서는 도 6a,b에 도시된 바와같이 광원으로서 18개의 백색 삼파장램프(33)가 구형의 과일로 부터 등거리에 위치하도록 2단 배치하였고, 빛이 과일시료에 직접 조사되지 않도록 반투명의 아크릴판을 3mm 두께로 제작한 반구형커버(34)를 삼파장램프(33)앞에 설치하였고, CCD카메라(31)로 이송중에 있는 과일의 영상을 획득할 수 있도록 커버의 상단부에는 원형의 관통홀(34')을 형성하였다.

도 7에는 광원인 상기 삼파장램프(33)의 각도조절을 위한 조절프레임을 나타낸 것으로서, 램프가 고정되어지는 고정프레임(35)과 램프의 각도를 효율적으로 조절하기 위한 조절로드(36)로 이루어짐으로서 광원의 각도를 효율적으로 조절할 수 있게된다.

이러한 본 실시예의 과일 선별장치는, 과일의 외관을 파괴하지 않는 가운데 실시간으로 수확된 과일시료의 내외부 품질을 판정, 선별할 수 있게 되는데, 과일 이송접시(1)에 안착되어 공급된 시료는 이송되는 과정에서 당도판정부(10), 무게판정부(20), 영상처리부(30)를 차례로 지나면서 당도, 무게, 색깔 정보가 연산제어부(40)에 입력되어 미리 입력된 등급판정 논리식에 따라 과일의 등급이 결정되고, 등급이 결정된 상태로 이송되어지면서 후방에서 등급별로 인출되는 것이다.

이때, 연산 제어부(40)에는 각 과일별 당도, 무게, 색깔에 대한 등급기준이 입력되어진 상태에서, 선별할 과일의 종류를 미리 설정해 놓으면 입력되는 신호에 따른 해당 과일의 등급이 선별되어질 수 있게되는 것이다.

한편 실험결과, 본 발명 선별장치의 과일 선별능력은 초당 3개 정도로 나타났으며, 실험에 따른 선별오차는 당도 ±1Brix 이하, 무게 ±10g 이하, 색깔 4% 이하의 우수한 결과로 나타났다.

따라서 색깔, 무게와 같은 외형 인자와 내부 품질인자인 당도까지를 시료를 파괴하지 않고 실시간으로 측정하여 등급별로 선별이 가능한 본 발명의 선별장치는 최첨단의 과일 선별기로서, 내수 및 수출 과실의 상품성 및 부가가치를 향상시키고, 이를 통해 농가의 소득증대 및 소비자의 과일에 대한 신뢰성 제고 측면에 크게 기여할 수 있게됨을 알 수 있다.

그리고, 상기에서는 본 발명의 특정한 실시예가 설명되었지만 본 발명의 비파괴 과일선별장치가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 사실이다.

예를들면, 본 발명의 중량, 형상, 색깔, 당도등의 판정요소 외에 별도의 추가적인 편의요소를 설치하거나, 이를 과일 뿐만 아니라 여타의 농산물 선별에도 변형하여 사용할 수도 있게된다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 상세하게 살펴본 바와 같이 본 발명의 비파괴 과일선별장치는, 수확된 과일외관을 파괴하지 않는 가운데 각 과일시료에 대한 영상과 스펙트럼을 검출하여 제어부를 통해 실시간으로 당도, 색깔, 무게별로 등급결정하므로써 과일의 품질별 가격차별로 농가의 소득향상과 소비자의 과일에 대한 신뢰성을 향상시키게 되는 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명의 장치는 기존 대형선과장의 선별라인에 그대로 적용하는 것이 가능하여, 새로운 기계장치 도입 또는 교체에 의한 가격상승을 억제하는 동시에 전체 기계가격의 저렴화로 실용성이 우수한 이점이 있다.

Claims (2)

1. 과일시료의 상태에 따라 등급을 결정하기 위하여 수평일렬로 이송수단을 마련하여 과일을 이송토록 하는 과일 선별장치에는:

   근적외선 분광분석시스템으로 이루어져 시료실 내에서의 시료의 당도를 판단하는 당도판정부(10)와, 상기 이송수단의 적소 하단부에 로드셀을 설치함으로서 시료의 무게를 판단하는 무게판정부(20), 조명챔버(32)내에 다수의 광원(33)을 배치하고 CCD카메라(31)를 이용하여 화상으로 시료를 촬영함으로서 색깔비율을 판정하는 영상처리부(30), 그리고 상기 각 요소로 부터 출력되어 전해진 결과신호를 연산처리하여 실시간으로 시료의 등급을 결정토록 하는 연산제어부(40)가 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 비파괴 과일 선별장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 영상처리부(30)의 조명챔버(32) 내에는, 원주상 고정프레임(35)과 광원(33)의 각도조절을 위한 조절로드(36)를 이용하여 다수의 광원이 과일시료로 부터 등거리에 위치하도록 2단으로 배치되며;

   상기 광원(33)과 시료 사이에는 반투명재질의 반구형커버(34)를 배치함으로서 과일시료에서의 반사광 발생을 방지한 것을 특징으로 하는 비파괴 과일 선별장치.