(57)【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。
【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３３ａ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ＦＦＴ３４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。ｆr 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。
ＦＦＴ４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
４  ＦＦＴ
５、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
【図１】
0003802200.tif 000002
【図２】
0003802200.tif 000003
【図３】
0003802200.tif 000004
【図４】
0003802200.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003802200.tif 000008
【図８】
0003802200.tif 000009
【図９】
0003802200.tif 000010
【図１０】
0003802200.tif 000011
【図１１】
0003802200.tif 000012