TW201440903A - 水果分級篩選檢測機 - Google Patents

Abstract

一種水果分級篩選檢測機，主要包括秤重檢測機構、光譜檢測機構、CCD外觀檢測機構，其中秤重檢測機構是以電子荷重為基礎，並以電子訊號觸發，於秤盤行進過程中，進行重量擷取；並藉由光譜檢測機構以高感度近紅外光光譜分析儀(Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)，將光源由一特定位置入射組織，以達到檢測水果內部品質；再採用CCD影像檢測系統，可對被檢測的水果進行外觀損傷、汙點、色彩等進行檢測，因此，本發明所提供之篩選檢測機具有可同時檢測水果甜度、重量及篩選水果外觀的功能，且採用觸控式螢幕的直覺性的操作方式，可同時於篩選檢測機顯示所量測之各項數據即時顯示，並記錄量測數據、分級情形與數量，因而能提供使用者可依需求做相關分級選項的微調，所以本發明之另一目的就是在提供一種篩選檢測機具有可同時檢測水果甜度、重量與篩選水果外觀的功能，並可同步顯示所量測之數值資料。

Description

水果分級篩選檢測機

本發明主要係一台同時具有重量、外觀及甜度三合一的水果分級篩選機，主要適用於水果重量、甜度的檢測並具有篩選水果外觀的功能。

目前國內在高品質水果生產方面之研究成果相當豐碩，舉凡品種改良、栽培技術之改進等方面均有顯著成果；惟目前本土果農所普遍實施之水果生產後之品質檢測技術，仍著重於水果之外觀大小分級，至於影響水果品質之內部品質如質地、糖度、酸度、氛基酸及維生素等成分含量則未予分析。

再者，利用人工檢視農產品外部品質以決定等級與售價，不但費時費力、成本高，而且無法對農產品內部品質如甜度等進行判別，容易造成等級與實際品質差異過大，至於市面上雖有水果非破壞性線上檢測之應用系統，但由於售價過於昂貴(如5000萬至6000萬)，且其針對水果糖度之量測方式較為複雜，其需先將水果利用榨汁機榨汁，再以滴管吸取一滴果汁滴在屈折計上測定其糖度，因此，由於目前市售之糖度檢測儀器，皆必須榨汁方能進行糖度測量，屬於破壞性糖度檢測方法，無法應用於非破壞性糖度檢測分級應用現場，故在實用性方面亦受到限制，因此，如何加 強開發屬於一種自動篩選水果品質檢測之非破壞性應用系統，有其必要性。

緣此，本案之發明人累積多年設計製造之經驗，經不斷思考、製造及修正，遂有本發明之誕生以解決上述問題。

為了使能使本發明之特徵與技術優勢能有更清楚的呈現，特舉一種適用於水果分級篩選檢測機之較佳實施例來加以詳細說明。

本發明係提供一種水果篩選檢測機，以解決習知的水果糖度檢測機需使用破壞性檢測才可測得水果糖度的問題。

本發明的一實施例所提供之篩選檢測機，主要包括秤重檢測機構、光譜檢測機構、CCD外觀檢測機構，其中秤重檢測機構是以電子荷重為基礎，並以電子訊號觸發，於秤盤行進過程中，進行重量擷取；並藉由光譜檢測機構以高感度近紅外光光譜分析儀(Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)，將光源由一特定位置入射組織，以達到檢測水果內部品質；再採用CCD影像檢測系統，可對被檢測的水果進行外觀損傷、汙點、色彩等進行檢測。

因此，本發明所提供之篩選檢測機具有可同時檢測水果甜度、重量及篩選水果外觀的功能，且採用觸控式螢幕的直覺性的操作方式，可同時於篩選檢測機顯示所量測之各項數據即時顯示，並記錄量測數據、分級情形與數量，因而能提供使用者可依需求做相關分級選項的微調。

所以本發明之另一目的就是在提供一種篩選檢測機具有可同時檢測水果甜度、重量與篩選水果外觀的功能，並可同步顯示所量測之數值資料。

1‧‧‧秤重檢測機構

11‧‧‧秤盤本體

12‧‧‧承托座

13‧‧‧鍊條卡榫

14‧‧‧電子式荷重元

2‧‧‧微型光譜檢測機構

21‧‧‧輸入部

22‧‧‧影像擷取元件

23‧‧‧微型繞射光柵

231‧‧‧光學訊號

232‧‧‧光譜分量

24‧‧‧光柵容置槽

241‧‧‧定位線

25‧‧‧軟墊

26‧‧‧固定板

27‧‧‧波導裝置

271‧‧‧轉折處

28‧‧‧保護板

3‧‧‧CCD外觀檢測機構

31‧‧‧高速CCD感測器

32‧‧‧LED光源

4‧‧‧被測物

5‧‧‧光源

6‧‧‧系統整合顯示裝置

第一圖係本發明之外觀側面圖

第二圖係本發明之外觀細部側面圖

第三圖係秤重檢測機構1外觀立體圖

第四圖係秤重檢測機構1正視圖

第五圖係秤重檢測機構1動作示意圖

第六圖係微型光譜檢測機構2組合示意圖

第七圖係微型光譜檢測機構2作動示意圖

第八圖係CCD外觀檢測機構3組成作動示意圖

第九圖係CCD外觀檢測機構3組成側視圖

第十圖係本發明其系統整合顯示裝置6示意圖

本發明係關於一種水果分級篩選檢測機構，藉由以下圖式之輔助說明、特點與實施例，俾使貴審查人員對於本創作有更進一步之瞭解。

請參閱第一、二圖所示，包括秤重檢測機構1、微型光譜檢測機構2、CCD外觀檢測機構3及系統整合顯示裝置6等組成。以下逐項說明：該秤重檢測機構1組成外觀說明，請參考第三、五圖，主要構件包括一秤盤本體11、一承托座12、一鍊條卡榫13及一電子式荷重元14等組成，且由秤盤本體11連接鍊條卡榫13，並以承托座12來帶動 其被測物4的前進，以便能透過電子式荷重元14可直接受力來量測其被測物之重量。

該秤重檢測機構1動作過程說明，請再參考第四、五圖，主要藉由承托座12連結秤盤本體11，而使用者只需將被測物較為規則的面朝下放置於托盤上，托盤上的軟性材質提供緩衝，減少撞傷受損情形，當托盤進入電子式荷重元14範圍內會藉由上提的動作主動矯正被測物4位置，讓重量平均分散於兩點，且由於托盤提供四個方性的支撐點，被測物4可以穩定的置於秤盤上，並以電子式荷重元14為基礎，以電子訊號觸發，於秤盤行進過程中，進行重量擷取。

該微型光譜檢測機構2組成外觀說明，請參考第六圖，主要構件包括一輸入部21、一影像擷取元件22、一微型繞射光柵23、一光柵容置槽24、一軟墊25、一固定板26、一波導裝置27及一保護板28等所組成。

該微型光譜檢測機構2組合動作過程說明，請再參考第六圖，主要藉由輸入部21來接收一光學訊號231，並將該光學訊號231分離為複數個光譜分量232，使光譜分量232射向該影像擷取元件22，而微型繞射光柵23之輪廓實質上係為一四邊形，該定位線241交叉構成一夾角並構成一預設的形狀，且該形狀與該微型繞射光柵23之輪廓配合，使該微型繞射光柵23根據該定位線241進行組裝定位，而軟墊25則疊放於該微型繞射光柵23之上，並藉由移動該軟墊25，使該微型繞射光柵23放置於該光柵容置槽24中且位於該光學訊號231之傳送路徑上，而固定板26則設置於該波導裝置27上並覆蓋該光柵容置槽24，而該波導裝置27為一 飛鏢型結構，該飛鏢型結構具有一轉折處271，且光柵容置槽24係設置於該轉折處271，而保護板28係安裝於波導裝置27之外部平面上，此平面係相對於固定板26之平面，用以保護波導裝置27免於受到外界的碰撞與污損。

該微型光譜檢測機構2其運用原理之說明，由於各種物品的化學成分及其結構不同，所以能分別吸收光中不同的波長，使用光譜分析即利用此一特性，利用漫反射方式採集水果的漫反射光譜，記錄水果在不同的波長的吸光值，然後利用這些吸光值對物品進行成分定性及定量分析，將收集到數據以部份最小平方迴歸來進行迴歸分析，而樣品大小及樣品線上運動都會引起光線折射的變化，以及電雜訊和雜散光等都會影響到光譜基線漂移和信噪比，因此本發明採用5點移動視窗平滑處理、SNV數學模型對原始光譜進行預處理，盡可能剔除與樣品自身無關的資訊，提高數學模型的預測能力和穩定性，且經不同的預處理方法處理後，分別採用部份最小平方迴歸(PLSR)在840~1050 nm波長範圍內建立水果的光譜吸收值的數學模型，並採用多個未參與建模的樣品預測模型的性能，各波長的吸收值LOG(1/R)經SNV演算法計算過後將數據儲存，累計多顆參考數據後利用Unscrambler軟體之部份最小平方迴歸之模式，選定要迴歸的成分及波長個數後，可得到迴歸最佳之因子數，再將該因子數與各波長的吸收值結合後得到水果甜度的預測值。

光譜儀與糖度量測之關聯性其實際計算說明如下步驟：

(1)定義：1、λ₁,λ_2,λ_3,…,λ_1200,λ_i表示波長i。

(2)C表示count值(未處理之資料(raw data))。

(3)A=log(C_ref-C_dark/C_sample-C_dark)(吸收值)C_ef：參考白板之count值。C_sample：樣本之count值。C_dark：光譜儀之暗電流count值，即背景值。※log(x)運算，其中x>0，當x≦0時=>產生錯誤。

(4)首先讀取光譜儀之(raw data)訊號。

(5)計算相對應之波長(非線性)，將該波長的count數儲存並使用平滑化處理後再代入吸收值演算公式內，得到該參考品的光譜吸收值。

(6)取得該吸收值後可透過SNV數學公式將數據標準化處理後再儲存成陣列資料。

(7)將該資料利用Unscrambler軟體之部份最小平方迴歸之模式選定要迴歸的成分及波長個數後，可得到迴歸最佳之因子數。

(8)將迴歸最佳之因子數再代回與原計算的光譜吸收值(SNV後)，即可得到水果甜度的預測值。

該微型光譜檢測機構2之作動關係，請參考第七圖，主要以光源5及光纖量測頭為主，具有可調整式的設計，讓光源5投射的位置可依照被測物4的特性做調整，光纖量測頭亦可調整量測位置以及與被測物4之間的距離，且機構可調整以符合各項被測物4的特性，取得最佳化之數據，進行分析，並採用反射式近紅外光的量測系統，測量被測物4反射光之光譜，為了提高光譜儀2的取樣數，取樣的位置接近光源5入射的位置，光源5採投射式，並配置透鏡，可調整光線焦距，光源5及光纖頭皆以可調整之機構固定，可適時對光源5投射角度，取樣位置等做調整。

該CCD外觀檢測機構3組成外觀說明，請參考第八、九圖，主要構件包括一高速CCD感測器31及一LED光源32等組成，並藉由高速CCD感測器31來連接LED光源32，用於檢測水果表面色澤、比對是否有爛或過熟的情況發生，進而能夠篩選水果品質而達到自動分級水果的功能。

該系統整合顯示裝置6，請參考第十圖，採用觸控式螢幕的直覺性的操作方式，可同時於篩選檢測機顯示所量測之各項數據即時顯示，並記錄量測數據、分級情形與數量，因而能提供使用者可依需求做相關分級選項的微調。

惟上述所陳述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本 發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

由上可知，本發明之優點為：

1.本發明之水果分級篩選檢測機具有可同時檢測水果甜度、重量與篩選水果外觀的功能，並可同時於篩選檢測機顯示所量測之數值資料，最重要的是，藉由本發明之設計，可使水果在不經由破壞性的檢測方式下，便可測得每個水果之甜度，故可精準的掌控每個水果的品質，並進行品管分類。

2.本發明之水果分級篩選檢測機係可一機多功能的檢測機，同時具有篩選水果外觀色澤與大小和依水果甜度給予水果分級收納，以便節省後續包裝工作所花費的人力成本。

3.本發明之水果分級篩選檢測機係可全自動化的來進行關於水果篩選檢測之功能，因而能夠提升生產效率並節省傳統農業所需人力成本支出，據此，俾達到大幅節省成本的實質效益。

4.本發明之水果分級篩選檢測機係具有可觸控式的直覺化操作介面，因而可以提高使用人員於使用上的便利性，並促進農業機械電子自動化產業的提升。

綜上所述，本發明確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合發明專利之要件爰依法提出專利申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

21‧‧‧輸入部

22‧‧‧影像擷取元件

23‧‧‧微型繞射光柵

231‧‧‧光學訊號

232‧‧‧光譜分量

24‧‧‧光柵容置槽

241‧‧‧定位線

25‧‧‧軟墊

26‧‧‧固定板

27‧‧‧波導裝置

271‧‧‧轉折處

28‧‧‧保護板

Claims (8)

1. 本發明係關於一種水果分級篩選檢測機構構造，主要包括：一控制台；一秤重檢測機構，該秤重檢測機構主要包括一秤盤本體、一承托座、一鍊條卡榫及一電子式荷重元；一微型光譜檢測機構，該微型光譜檢測機構主要包括一輸入部、一影像擷取元件、一微型繞射光柵、一光柵容置槽、一軟墊、一固定板、一波導裝置及一保護板；一CCD外觀檢測機構，該CCD外觀檢測機構主要包括一高速CCD感測器及一LED光源；一系統整合顯示裝置，設置於控制台上；其中秤重檢測機構是以電子荷重為基礎，並以電子訊號觸發，於秤盤行進過程中，進行重量擷取，並藉由光譜檢測機構以高感度近紅外光光譜分析儀(Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)，將光源由一特定位置入射組織，以達到檢測水果內部品質，再採用CCD影像檢測系統，可對被檢測的水果進行外觀損傷、汙點、色彩等進行檢測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該秤重檢測機構，由秤盤本體連接鍊條卡榫，並以承托座來帶動其被測物的前進，以便能透過電子式荷重元可直接受力來量測其被測物之重量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該微型光譜檢測機構，由輸入部來接收一光學訊號，並將該光學訊號分離為複數個光譜分量，使光譜分量射向該影像擷取元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該微型光譜檢測機構，其微型繞射光柵之輪廓實質上係為一四邊形，該定位線交叉構成一夾角並構成一預設的形狀，且該形狀與該微型繞射光柵之輪廓配合，使該微型繞射光柵根據該定位線進行組裝定位。
5. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該微型光譜檢測機構，其軟墊疊放於該微型繞射光柵之上，並藉由移動該軟墊，使該微型繞射光柵放置於該光柵容置槽中且位於該光學訊號之傳送路徑上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該微型光譜檢測機構，其固定板則設置於該波導裝置上並覆蓋該光柵容置槽，該波導裝置為一飛鏢型結構，且飛鏢型結構具有一轉折處，光柵容置槽係設置於該轉折處。
7. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該微型光譜檢測機構，其保護板係安裝於波導裝置之外部平面上，此平面係相對於固定板之平面，用以保護波導裝置免於受到外界的碰撞與污損。
8. 如申請專利範圍第1項所述之水果分級篩選檢測機構構造，其中，該CCD外觀檢測機構，藉由高速CCD感測器來連接LED光源，用於檢測水果表面色澤、比對是否有爛或過熟的情況發生。