KR20200007385A - 과일 선별장치 - Google Patents

Abstract

과일 선별장치를 개시한다. 과일 선별장치는 선별 대상 과일이 통과하는 컨베이어 상부에 설치된 카메라, 카메라에서 촬영된 영상을 분석하는 영상 분석부, 영상 분석부의 분석결과에 따라 과일을 분류하는 분류수단을 포함하여 구성되는 과일 선별장치에 있어서, 과일이 통과하는 컨베이어 상에 있는 선별 대상을 향해 카메라의 초점이 자동 조정되도록 카메라를 고정하는 그립퍼 상에 설치되는 초점 조정수단; 컨베이어 상부에 외부와 차단된 구조로 설치되는 챔버; 챔버 내에 설치되어 컨베이어에 실려 이동되는 과일로부터 발생하는 냄새에 포함된 가스 성분을 측정하는 가스검출수단; 및 가스검출수단에서 검출된 결과와 등록된 샘플을 비교 분석하는 냄새 분석부; 를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

과일 선별장치{apparatus for sorting fruit}

이 발명은 과일 선별장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라 영상을 기반으로 과일들을 분류하는 과정에서 분류 신뢰성이 향상될 수 있도록 할 뿐만 아니라 상하기 시작할 가능성이 큰 과일은 다른 과일에 영향을 미치지 않도록 사전에 솎아 낼 수 있도록 하는 과일 선별장치에 관한 것이다.

과일은 종류에 따라서 특유의 맛과 향을 지니고 있으며, 특히 사과, 배 등 가을철에 수확이 이뤄지는 과일들은 표피 내에 과육과 과즙이 풍부하며 맛이 좋을 뿐만 아니라, 저온 보관 시설 등에 보관되는 경우에는 수개월 이상의 보관이 가능하기 때문에 1년 내내 공급과 소비가 가능하다.

그러나 대부분의 과일은 온도나 습도 조건이 적합하지 않을 때에는 쉽게 상할 수 있을 뿐만 아니라 외부로부터 가해지는 충격에 약하기 때문에 수확, 분류, 보관, 공급 과정 등 물류 전반에 걸쳐 취급 주의가 요구된다.

한편, 과일들은 동일한 과일수나 줄기로부터 수확되더라도 크기, 색상, 맛 등이 동일하지 않고 차이가 있게 마련인데, 재배농가 등에서는 수확한 과일의 상품성을 좋게 하기 위해서 크기, 색상 등을 기준으로 육안검사나 별도의 분류장치를 통해서 분류하게 된다.

대량으로 생산, 수확, 유통 등을 하게 되는 농가나 농산물집하장 등에서는 상품을 분류하는데 드는 시간과 비용을 줄이기 위해서라도 육안검사보다는 기계적인 분류를 통해서 상품을 출하하게 된다. 이와 같이 기계적으로 분류하는 과일 선별장치는 대부분이 카메라 영상을 통한 분류방식이 적용되고 있다. 과일의 품질을 분류하는 장치에 적용되는 카메라의 종류도 다양하게 적용되고 있다.

또한, 과일의 품질을 분류한 후 분류된 품질별로 구분하기 위한 장치의 적용도 활발하게 이루어지고 있으며, 적용되는 과일의 종류나 처리시간 등에 따라서도 과일 선별장치의 형태나 구조 등이 다양하다.

전술한 바와 같은 다양한 구조나 방식에 의해서 과일의 품질을 분류하는 장치들이 있음에도 과일의 품질을 결정하는 과정에서 카메라 영상에서 분석되는 외관이 주요 결정요인으로 작용을 하다 보니 부패가 예상이 되기는 하나 외관은 정상적인 과일을 분류해내지 못하여 정상적인 과일에도 안 좋은 영향을 미칠 수 있게 되는 문제점이 있었다.

대한민국특허청 등록특허공보 10-0400861호 대한민국특허청 등록특허공보 10-1096790호 대한민국특허청 등록특허공보 10-1480149호 대한민국특허청 등록특허공보 10-0590595호

이 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 카메라 영상을 기반으로 과일들을 분류하는 과정에서 분류 신뢰성이 향상될 수 있도록 할 뿐만 아니라 상하기 시작할 가능성이 큰 과일은 다른 과일에 영향을 미치지 않도록 사전에 솎아 낼 수 있도록 하는 과일 선별장치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 바와 같은 이 발명의 목적은 다음과 같은 수단에 의해서 해결될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치는 선별 대상 과일이 통과하는 컨베이어 상부에 설치된 카메라, 카메라에서 촬영된 영상을 분석하는 영상 분석부, 영상 분석부의 분석결과에 따라 과일을 분류하는 분류수단을 포함하여 구성되는 과일 선별장치에 있어서, 과일이 통과하는 컨베이어 상에 있는 선별 대상을 향해 카메라의 초점이 자동 조정되도록 카메라를 고정하는 그립퍼 상에 설치되는 초점 조정수단; 컨베이어 상부에 외부와 차단된 구조로 설치되는 챔버; 챔버 내에 설치되어 컨베이어에 실려 이동되는 과일로부터 발생하는 냄새에 포함된 가스 성분을 측정하는 가스검출수단; 및 가스검출수단에서 검출된 결과와 등록된 샘플을 비교 분석하는 냄새 분석부; 를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에서 컨베이어에는 과일을 단위별로 담는 트레이가 설치되며, 트레이는 과일의 종류, 크기, 형상 중 어느 하나 이상의 속성값에 의해 높이 조정이 가능하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에서 챔버에는 광음향 셀이 형성되고, 가스검출수단은 광음향 셀에 CO₂ 레이저를 조사하여 컨베이어에 의해 이동되는 과일의 오염 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에서 챔버와 광음향 셀 간에는 냄새흡입관이 설치되고, 냄새흡입관을 통해 광음향 셀로 유입된 공기에 가스 레이저가 조사되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에서 냄새흡입관의 도중에는 차단 밸브가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에서 냄새흡입관의 전방에는 챔버 내의 공기를 압축하는 공기압축수단이 더 설치될 수 있다.

이 발명에 따른 과일 선별장치에 따르면 과일의 품질을 판정하고 분류하는 과정에서 상대적으로 먼저 상할 것으로 예측되는 과일을 사전에 분리해냄으로써 과일의 상품성을 우수하게 유지시킬 수 있는 커다란 장점이 있다.

이 발명에 과일 선별장치는 선별 대상이 되는 과일의 종류 등에 따라서 카메라 영상을 기초한 품질 판정 방식과 냄새에 포함된 가스 성분에 기초한 품질 판정 방식을 모두 적용하거나, 선택적으로 어느 하나의 방식을 적용하거나, 또는 두 가지의 방식을 모두 적용하되 특정 조건에서는 어느 하나의 방식만이 적용되도록 설정할 수도 있는 장점이 있다.

도1은 이 출원발명에 따른 과일 선별장치를 대략적으로 보인 구성도.
도2는 이 출원발명에 따른 가스검출수단의 구성을 설명하기 위한 도면.
도3은 이 출원발명에 따른 과일 선별장치의 작동 상태를 보인 도면.

이하에서는 이 발명에 따른 과일 선별장치에 대하여 첨부된 도면을 참고하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도1은 이 출원발명에 따른 과일 선별장치를 대략적으로 보인 구성도이고, 도2는 이 출원발명에 따른 가스검출수단의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도3은 이 출원발명에 따른 과일 선별장치의 작동 상태를 보인 도면이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 100은 이 출원발명에 따른 과일 선별장치를 지시하는 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)는 도1에서 보이는 바와 같이 선별 대상이 되는 과일의 이송을 안내하는 컨베이어(110)의 상부에 카메라(120), 카메라(120)에서 촬영된 영상을 분석하는 영상 분석부(130), 영상 분석부(130)의 분석결과에 따라서 선별대상인 과일을 분류하는 분류수단(140)을 포함하여 구성이 된다. 또한, 전술한 영상 분석부(130)의 분석결과에 더하여 선별 대상인 과일 중에서 부패할 가능성이 큰 과일을 솎아내기 위한 가스검출수단(160)과 냄새 분석부(170)를 더 포함하여 구성이 이루어진다.

전술한 컨베이어(110)는 선별 대상인 과일들이 일정 간격을 유지한 채 일정 속도로 구동될 수 있도록 구성되고, 그 위에는 과일을 낱개 또는 특정 단위별로 담는 트레이(112)가 설치될 수 있다. 컨베이어(110) 상에 일정 간격을 두고 설치되는 트레이(112)는 과일의 종류, 크기, 형상 중 어느 하나 또는 그 이상의 속성값에 의해서 높이 조정이 가능한 구조로 설치될 수 있다. 트레이(112)의 높이는 그 하부에 설치되는 높이조정수단(114)이 무선 조정에 의해서 조정될 수 있도록 구성될 수 있다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)에서 컨베이어(110)는 선별 대상인 과일들이 소정의 속도로 소정의 개수들이 정량적으로 이송될 수 있도록 하는 이송수단을 의미하는 것이다. 따라서 과일의 선별을 위해서 과일들을 어느 한 방향에서 다른 한 방향으로 정량적으로 이송시킬 수 있는 다른 기계적 수단이더라도 컨베이어(110)로 해석될 수 있을 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)에서 카메라(120)는 도면에서 보이는 바와 같이 3개 1조로 구성될 수 있다. 컨베이어(110)의 길이에 따라서 3개 1조의 카메라(120)는 복수 조로 설치될 수 있다. 이와 같이 복수 조로 카메라(120)가 설치되는 경우에는 컨베이어(110)를 따라 이동하는 선별 대상의 촬영이 교번하여 이루어지도록 설정할 수 있어 컨베이어(110)의 이송속도를 빠르게 하여 작업 효율을 높일 수도 있다. 이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)에서는 카메라(120)가 3개 1조로 구성된 예를 들고 있으나, 반드시 복수의 카메라가 1조를 이룰 필요는 없다. 즉, 선별 대상인 과일의 종류, 크기 등에 따라서 1개의 카메라 영상으로 충분한 영상 분석이 가능하다면 1개 또는 2개의 카메라가 1조로 구성되는 것도 가능하다.

또한, 3개 1조로 설치되는 카메라(120)는 일정 각도(예를 들어, 120도) 간격을 두고 설치될 수도 있지만, 선별 대상이 되는 과일의 종류와 크기 등에 따라서 카메라들의 설치 각도는 달라질 수 있을 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)에 사용되는 카메라는 능동광조사가 가능한 초분광 카메라일 수 있으며, CCD 카메라나 적외선 카메라의 적용도 가능할 수 있다.

한편, 카메라(120)가 고정된 상태가 유지되도록 하는 그립퍼(122)에는 선별 대상인 과일의 종류나 크기 등에 따라서 카메라(120)의 초점이 자동으로 조정하는 초점 조정수단(124)이 설치된다. 도면부호 126은 카메라(120)를 지지하는 카메라 지지대이다.

전술한 바와 같이 설치된 카메라(120)를 통해서 촬영된 영상은 영상 분석부(130)에서 분석된다. 영상 분석부(130)는 사전에 프로그램된 알고리즘에 의해서 촬영된 영상을 분석하고 과일의 품질을 판정하게 된다. 영상 분석부(130)에서 판정된 결과는 제어부(180)에 전달되고, 제어부(180)에서는 분류수단(140)을 구동시켜 컨베이어(110)를 따라 이동되는 과일들이 판정된 결과대로 분리되도록 유도한다. 분류수단(140)은 컨베이어(110)를 따라 이동하는 선별 대상의 이동 경로를 변경시킬 수 있는 여러 형태의 기계적인 수단으로 구성될 수 있다.

카메라(120) 설치된 후방의 컨베이어(110) 상에는 도1에서 보이는 바와 같이 내외부가 차단된 구조 또는 차단될 수 있는 구조의 챔버(150)가 설치된다. 한편, 챔버(150)는 도3에서 보이는 것처럼 연속적인 컨베이어(110)의 동작을 위해 도어가 개폐되는 구조 또는 챔버의 몸체 전체 또는 일부분이 승하강 동작하는 구조로 이루어질 수 있다. 부연하면, 컨베이어(110)는 연속적으로 구동되어 그 상부에 놓인 과일은 정속으로 전진방향으로 이동하되 챔버(150)가 하향 동작하여 컨베이어(110)와 함께 일정 구간 이동이 되고, 다시 챔버(150)는 상향 동작하여 다음의 선별 대상을 수용하는 형태의 구성으로 이루어질 수 있다. 원활한 작동을 위해서 챔버(150)는 복수로 설치될 수 있다. 즉, 챔버(150)는 과일의 수용을 위한 하강, 전진이동(또는 회전이동), 과일의 수용을 해제하기 위한 승강, 후진이동(또는 회전이동)의 행정을 반복하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이 컨베이어(110) 상에 설치되는 챔버(150)에는 선별 대상인 과일로부터 발생하는 냄새에 포함된 가스 성분을 측정하는 가스검출수단(160)이 설치된다. 가스검출수단(160)에서 검출된 가스의 성분은 사전 설정 등록된 샘플들과의 비교를 통해서 냄새를 파악하는 냄새 분석부(170)가 구성된다.

전술한 가스검출수단(160)은 도1 및 도2에서 보이는 것처럼 챔버(150)의 일측에 설치되는 광음향 셀(photoacoustic cell, 161) 내로 과일이 수용된 챔버(150) 내의 공기가 이동되도록 한 상태에서 CO₂ 레이저(162)를 조사하여 마이크로폰(163)에서 측정되는 음향분석을 통해서 가스 성분을 검출하는 원리가 이용될 수 있다. 한편, 이렇게 검출된 가스 성분의 분석을 통해서 과일이 부패하기 시작할 때 발생하는 가스 성분과의 비교를 통해서 과일의 부패를 사전에 예측할 수 있다.

특히, 전술한 바와 같은 냄새 검출을 통해서 과일의 이상을 감지하게 되면 과일이 수확된 이후 취급되는 과정에서 외부 충격 등으로 인하여 외관으로는 표시는 나지 않지만 멍이 있는 경우에 다른 정상적인 과일에 영향이 미치기 전에 미리 솎아 낼 수 있게 된다.

도2에서 보이는 것과 같이 가스검출수단(160)으로 챔버(150) 내의 공기를 유도하는 냄새흡입관(164)의 도중에는 차단 밸브(164a)가 설치되어 CO₂ 레이저(162)가 조사되는 동안에는 챔버(150) 내의 공기 유입이 일시적으로 차단이 되도록 구성이 이루어진다. 물론, 배출관(165)의 도중에도 차단 밸브(165a)가 설치될 수 있다.

또한, 냄새흡입관(164)의 전방에는 챔버(150) 내의 공기가 압축된 상태로 가스검출수단(160)의 광음향 셀(161)로 유입되도록 하기 위한 공기압축수단(166)이 설치될 수 있다. 이는 상대적으로 체적이 넓은 챔버(150) 내의 공기가 압축이 된 상태로 광음향 셀(161) 내로 유입되도록 함으로써 가스 검출 성능이 향상되도록 하기 위함이다.

한편, 전술한 가스검출수단(160)은 카메라(120)에서 촬영된 영상에 기초한 영상 분석부(130)의 분석결과에서 이상이 있는 상황 또는 재검사가 필요한 상황에서 작동이 이루어지도록 설정될 수도 있다.

또한, 선별 대상이 되는 과일의 종류 등에 따라서 카메라 영상을 기초한 품질 판정 방식과 냄새에 포함된 가스 성분에 기초한 품질 판정 방식을 모두 적용하거나, 선택적으로 어느 하나의 방식을 적용하거나, 또는 두 가지의 방식을 모두 적용하되 특정 조건에서는 어느 하나의 방식만이 적용되도록 설정할 수도 있다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)는 과일의 외관검사를 통해서 과일의 이상 유무를 판정하거나 과일의 품질 또는 등급을 판정하는데 더하여 과일에서 풍기는 냄새에 포함된 가스 검출과 분석을 통해서 과일의 상태를 파악하게 됨에 따라서 과일 선별에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

한편, 이상에서는 사과나 배와 같은 과실수에서 수확되어 장기간의 보관이 가능한 과일들을 예로 들어 설명하였으나, 이 출원에 따른 과일 선별장치(100)는 1년생 작물인 참외나 수박 등과 같이 수분이 많아 장기간의 보관이 쉽지 않은 농산물에도 적용이 될 수 있는 것이다.

이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)는 기존의 과일 선별장치에 포함되어 있는 일부의 구성들을 개조하여 부가하는 방식으로도 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 기존에 설비되어 과일 선별장치의 구성요소들 중에서 이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치(100)의 주요 구성요소들과 차이가 있는 부분들은 교체차거나 새롭게 부가함으로써 이 발명의 실시 예에서와 같은 효과를 거두는 방식으로도 실시될 수 있다.

이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 이 발명의 실시 예에 따른 과일 선별장치에 대하여 설명하였다. 이러한 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술 사상에 포함되는 것이다. 또한, 전술한 실시 예들은 예시적인 것에 불과한 것으로 한정 해석해서는 안될 것이다.

100 : 과일 선별장치 110 : 컨베이어
120 : 트레이 114 : 높이조정수단
120 : 카메라 122 : 그립퍼
130 : 영상 분석부 140 : 분류수단
150 : 챔버 160 : 가스검출수단
161 : 광음향 셀 162 : CO₂ 레이저
164 : 냄새흡입관 166 : 공기압축수단
170 : 냄새 분석부 180 : 제어부

Claims (6)

1. 선별 대상 과일이 통과하는 컨베이어 상부에 설치된 카메라, 상기 카메라에서 촬영된 영상을 분석하는 영상 분석부, 상기 영상 분석부의 분석결과에 따라 과일을 분류하는 분류수단을 포함하여 구성되는 과일 선별장치에 있어서,
   상기 과일이 통과하는 컨베이어 상에 있는 선별 대상을 향해 상기 카메라의 초점이 자동 조정되도록 상기 카메라를 고정하는 그립퍼 상에 설치되는 초점 조정수단;
   상기 컨베이어 상부에 외부와 차단된 구조로 설치되는 챔버;
   상기 챔버 내에 설치되어 상기 컨베이어에 실려 이동되는 과일로부터 발생하는 냄새에 포함된 가스 성분을 측정하는 가스검출수단; 및
   상기 가스검출수단에서 검출된 결과와 등록된 샘플을 비교 분석하는 냄새 분석부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컨베이어에는 과일을 단위별로 담는 트레이가 설치되며, 상기 트레이는 과일의 종류, 크기, 형상 중 어느 하나 이상의 속성값에 의해 높이 조정이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 챔버에는 광음향 셀(photoacoustic cell)이 형성되고, 가스검출수단은 상기 광음향 셀에 CO₂ 레이저를 조사하여 상기 컨베이어에 의해 이동되는 과일의 오염 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 챔버와 상기 광음향 셀 간에는 냄새흡입관이 설치되고, 상기 냄새흡입관을 통해 상기 광음향 셀로 유입된 공기에 상기 가스 레이저가 조사되도록 구성된 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냄새흡입관의 도중에는 차단 밸브가 형성된 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 냄새흡입관의 전방에는 상기 챔버 내의 공기를 압축하는 공기압축수단이 더 설치된 것을 특징으로 하는 과일 선별장치.

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