DE69826652T2

DE69826652T2 - Vorrichtung zum Prüfung des Zustandes von Obst und Gemüse

Info

Publication number: DE69826652T2
Application number: DE69826652T
Authority: DE
Inventors: David Peter BRIGGS
Original assignee: Sinclair International Ltd
Current assignee: Sinclair International Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: AU7342498A; CA2290623A1; AU742115B2; NZ501098A; IL132923A0; ZA984135B; CA2290623C; ES2230691T3; GB9709840D0; IL132923A; US6435002B1; EP0981744B1; JP2001525928A; EP0981744A1; DE69826652D1; WO1998052037A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bewertung des Zustandes von Obst und Gemüse.
Wenn Obst und Gemüse geerntet wird, ist es häufig der Fall, daß der Ernteertrag einen variierenden Reifheitsgrad aufweist. Häufig werden keine speziellen Schritte vorgenommen, die Ernte nach dem Reifegrad aufzuteilen. Im Ergebnis kann Obst und Gemüse, welches zur Lagerung verschickt wurde, schon reif und für den Verzehr geeignet sein, und unreifes Obst und Gemüse kann zum Kauf angeboten werden. Es ist deshalb bis zu einem gewissen Grad eine Frage des Zufalls, daß das Obst und Gemüse zum Zeitpunkt des Verkaufs in einem für den Verzehr optimalen Reifezustand ist. In einem kalten Lager gehaltenes, reifes Obst und Gemüse neigt dazu, zu dem Zeitpunkt, in dem es vom Lager entnommen und zum Einzelhandelsverkauf transportiert wurde, überreif zu sein. Häufig können solche Produkte nicht mehr verkauft werden und müssen fortgeworfen werden. Dies ist ein ernsthaftes Problem. Es wurde geschätzt, daß eine sehr große Menge an Obst und Gemüse verlorengeht, weil es im überreifen Zustand bei der Ankunft am Verkaufsort unverkäuflich ist.
Bei nicht ausgereiften Produkten treten verschiedene Probleme auf. Bei der Ausstellung am Verkaufsort können diese zwar einigermaßen akzeptabel aussehen. Wenn allerdings der Käufer unreifes Obst oder Gemüse verzehrt, stellt sich ein deutlich negativer Eindruck ein. Dies kann dazu führen, daß der Käufer verleitet wird, solche Produkte nicht erneut vom gleichen Einzelhändler zu kaufen.
Die EP-A-0 439 405 offenbart eine Vorrichtung, in der ein Stempel mit konstanter Geschwindigkeit soweit zu einem Stück Obst hinbewegt wird, bis dieser das Obst berührt. Die Vorrichtung ermöglicht die Messung des Durchmessers und Gewichtes des Obstes, und auch die Reife kann gemessen werden, wenn der Stempel in das Stück Obst eindringt oder dieses zerdrückt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dieses Problem zu beheben.
Nach der Erfindung ist eine Anordnung zur Messung des Zustandes von Obst und Gemüse vorgesehen, umfassend eine Stößelvorrichtung, einen von der Stößelvorrichtung getragenen, passiven Sensor, wobei die Stößelvorrichtung dazu ausgelegt ist, den passiven Sensor in Kontakt mit oder in die Nähe von einem Stück Obst oder Gemüse zu bringen, wobei der Sensor auf eine Eigenschaft des Stückes Obst oder Gemüse anspricht, um ein sich auf diese Eigenschaft beziehendes Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößelvorrichtung eine elastische Faltenbalgvorrichtung umfaßt, die in der Lage ist, sich durch die Einwirkung von Druckluft zu dehnen und durch die Beaufschlagung mit Vakuum zusammenzuziehen, wobei das Dehnen und das Zusammenziehen des Faltenbalges so getaktet sind, daß sie mit der Vorlage eines Stückes Obst oder Gemüse zur Prüfung übereinstimmen.
Die Erfindung ist insbesondere geeignet für den Einsatz in einem Verpackungsbetrieb, wohin das Obst oder Gemüse nach der Ernte zur Einstufung gebracht werden. Auf einem Förderband bewegte Stücke von Obst können unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung individuell geprüft werden. Die Ergebnisse dieser Prüfung, d. h. das Signal vom passiven Sensor, gibt einen Anhaltspunkt für den Entwicklungs- oder Reifegrad des Stückes Obst oder des Gemüses, wodurch das Obst oder Gemüse nach dem Entwicklungs- oder Reifegrad sortiert werden kann. Unausgereifte Produkte können zurückgehalten und zu einem Lager gesandt werden, während reifere Produkte dem sofortigen Verkauf zugeführt werden können. Zwischen diesen Extremen können beliebig viele Zwischenstufen vorhanden sein.
Die Eigenschaft, zu deren Auslesung der passive Sensor vorgesehen ist, kann jede Eigenschaft sein, die als Maßstab für den Zustand des Stückes Obst oder Gemüse geeignet ist. Viele davon sind durchaus bekannt. Die Eigenschaften, die durch die vorliegende Erfindung für die Messung insbesondere bevorzugt sind, umfassen die Erkennung von Oberflächengas, Chlorophyll-Fluoreszenzstrahlung, Spektrometrie des sichtbaren und des nahen Infrarotlichtes, Ladungstransfer, verzögerte Lichtemission und Resonanz.
Es ist durchaus bekannt, daß bei der Reifung von Obst und Gemüse an deren Oberfläche eine Gasemission auftritt. Diese Gasemission ist ein Maßstab für den Zustand des Produktes. Der passive Sensor kann zur Aufnahme einer Probe dieser Oberflächengas-Emission von einem Obst- oder Gemüsestück ausgelegt sein, wobei diese Probe dann analysiert werden kann, um ein Signal als Maßstab für den Zustand des Produktes zu erzeugen.
Es ist ebenfalls bekannt, daß die Chlorophyll-Fluoreszenzstrahlung mit fortschreitender Reifung abnimmt. Zur Nutzung dieses Phänomens kann der passive Sensor eine optische Vorrichtung wie ein oder mehrere optische Fasern sein. Alternativ kann ein passiver Sensor genutzt werden, um das Produkt mit Spektrometrie des nahen Infrarots abzutasten. Diese gibt bekanntermaßen einen Hinweis auf die löslichen Feststoffe im Produkt. Der größere Teil der löslichen Feststoffe wird in den meisten Fällen Zucker sein, so daß diese Messung einen Hinweis auf den Entwicklungs- oder Reifegrad des Produktes gibt. Es ist ebenfalls bekannt, daß die Spektrometrie des nahen Infrarots einen Hinweis auf die Materialstruktur geben kann, und daß deshalb diese Information ebenfalls dazu genutzt werden kann, einen Hinweis auf die Reife oder Entwicklung des Produktes zu geben.
Es ist ebenfalls bekannt, daß verschiedene Reife des Produktes dazu führt, daß das Produkt verschiedene elektrische Kapazität aufweist. Dadurch kann mittels der Kapazität des Produktes ein Hinweis auf den Reifegrad des Produktes gebildet werden. Die Kapazität des Produktes kann gemessen werden, indem der Sensor einen geladenen Kondensator aufweist, wobei die Anwesenheit des Produktes in dessen Nähe eine Veränderung der im Kondensator gespeicherten Ladung bewirkt, deren Größe abhängig von der Kapazität des Produktes und folglich seines Reifegrades ist. Die Änderung der auf dem Kondensator gespeicherten Ladung kann mittels eines zweiten Kondensators erkannt werden, was als "charge transfer sensing" bekannt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigt:
1 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer ersten Ausführung einer Anordnung mit einem Gassensor;
2 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer zweiten Ausführung der Anordnung mit einem optischen Sensor;
3 einen diagrammartigen Teilschnitt einer dritten Ausführung der Anordnung mit einem Ladungstransfer-Sensor;
4 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer vierten Ausführung der Anordnung mit die Oberfläche von Obst berührenden, konzentrischen faseroptischen Leitungen;
5 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer fünften Ausführung der Anordnung mit konzentrischen faseroptischen Leitungen, die in unmittelbarer Nähe zur Obstoberfläche gebracht sind;
6 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer sechsten Ausführung der Anordnung, wobei die faseroptischen Leitungen in einem bekannten Abstand zum Obst gehalten sind, und wobei die Anordnung das Obst berührt;
7 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer siebten Ausführung der Anordnung mit externen, Licht auf das Obst lenkenden Lichtquellen, wobei das Licht reflektiert und mittels einer faseroptischen Leitung in der Anordnung aufgenommen wird;
8 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer achten Ausführung der Anordnung, die im wesentlichen ähnlich zu der nach 7 ist, bei der jedoch kein Kontakt zwischen dem Obst und der Anordnung gegeben ist;
9 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer neunten Ausführung der Anordnung, bei der ein Fotodetektor in der Anordnung getragen ist;
10 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer zehnten Ausführung der Anordnung, in der der Reifegrad unter Nutzung von verzögerter Lichtemission erkannt wird;
11 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer elften Ausführung der Anordnung, in der der Reifegrad unter Nutzung von Resonanz erkannt wird;
12 eine Vielzahl von auf einer drehbaren Montageeinrichtung montierten Anordnungen des in den 1 bis 9 gezeigten Typs;
13 eine schematische Seitenansicht einer Ausführung der Erfindung;
14 eine schematische Seitenansicht, die die Bewegungsabfolge der Schlagvorrichtung nach 13 darstellt, wie sie mit Obst zusammenwirkt, das mittels eines Förderbandes unterhalb der Schlagvorrichtung entlangbewegt werden (für bessere Übersichtlichkeit ist die Schwenkposition der Anordnung in dieser Zeichnung horizontal verschoben, wobei in der Realität der Schwenkpunkt der Anordnung festliegt und das Obst an der Anordnung vorbeiläuft);
15 ein Spannungs-/Zeit-Diagramm, welches die Formen des elektrischen Treiberpulses für den Schlagkörper und der Ausgabepulse darstellt, die vom Anstoßen an Obst von unterschiedlicher Härte resultieren;
16 ein Blockschaltbild eines Signalverarbeitungs-Schaltkreises, der zur Nutzung bei der Erfindung geeignet ist;
17 eine diagrammartige, teilweise geschnittene Frontansicht einer weiteren Ausführung der Erfindung;
18 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab des Schlagkörpers der Ausführung nach 17;
19 eine Teilansicht des Aufschlagkörpers nach 18; und
20 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung mit einer quer zum Obstförderband angeordneten Schlagvorrichtung der 17 und 18.
In den Zeichnungen sind ähnliche Teile verschiedener Ausführungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Unter Bezug auf 1 weist die Anordnung zur Bestimmung des Zustandes von Obst oder Gemüse einen Faltenbalg 10 aus nachgiebigem Material wie Plastik oder synthetischem Gummi und von leichter Bauweise auf. Der Faltenbalg ist an einem Ende auf einem Ringflansch 12 montiert, der von einem rohrförmigen starren Faltenbalgträger 14 absteht. Die Bauweise des Faltenbalges und der Mittel zur Zufuhr von Druckluft in den Faltenbalg zur Ausdehnung des Faltenbalges nach unten (wie in der Zeichnung gezeigt) und zur Beaufschlagung des Faltenbalges mit einem Vakuum für das Einziehen des Faltenbalges nach oben (wie in der Zeichnung gezeigt) sind im US-Patent 4,217,164 beschrieben, wobei durch Bezugnahme darauf die Inhalte dieses Patents hier eingefügt sind.
Ein passiver Gassensor 20 ist am freien oder entfernten Ende 24 des Faltenbalges montiert und ist zusammen mit der ausdehnenden und einziehenden Bewegung des Faltenbalges beweglich. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, ist der Gassensor innerhalb des Faltenbalges angeordnet, hat aber einen offenen Träger 22, der im wesentlichen planeben mit der freien oder entfernten Endoberfläche 24 des Faltenbalges liegt. Ein Rohr 26 erstreckt sich vom Gassensor durch den Faltenbalgträger zu Gasanalysemitteln 31. Das Rohr umfaßt einen gewundenen Ab schnitt 30, um den Gassensor in die Lage zu versetzen, sich mit dem Faltenbalg zu bewegen.
Die Anordnung ist im Betrieb oberhalb eines Förderbandes zum Transport von Stücken Obst oder Gemüse positioniert. Normalerweise ist der Faltenbalg mit einem Vakuum beaufschlagt, um ihn in der in 1 dargestellten, rückgezogenenen Position zu halten. Wenn ein Stück Obst oder Gemüse unterhalb des Faltenbalges vorbeizieht, wird das Vakuum durch Druckluft ersetzt, wodurch sich der Faltenbalg ausdehnt und in Kontakt zum Stück Obst oder Gemüse gebracht wird. Der Gassensor 20 nimmt ein abgemessenes Volumen an Oberflächengas von dem Stück Obst oder Gemüse auf. Ein Vakuumsystem innerhalb des Analysegerätes 31 zieht die Probe für eine Analyse in das Analysegerät. Sehr kurze Zeit nach dem Kontakt des Faltenbalges mit dem Stück Obst oder Gemüse wird der Faltenbalg wieder mit einem Vakuum beaufschlagt, um ihn zurückzuziehen. Anschließend wird der Zyklus wiederholt.
Das Analysegerät 31 erzeugt von jedem Stück Obst oder Gemüse ein Signal in bezug auf die Gasprobe. Dieses Signal kann mit einer vorbestimmten Skala verglichen werden, um einen Hinweis auf den Zustand jedes der genannten Stücke zu erhalten. Dieser Hinweis kann in der Folge zur Einstufung des Produktes genutzt werden, beispielsweise durch Umleitung ausgewählter Stücke vom Förderband zur Lagerung bis zur weiteren Reife. Der passive Gassensor 20 kann mit Geschwindigkeiten von näherungsweise 750 bis 1000 Stücken pro Bahn arbeiten, während er jedes Stück von Obst oder einem anderem Produkt prüft.
Der passive Gassensor 20 kann einer von verschiedenen bekannten Ausführungen sein, wie etwa der von M. Benady et al. in ihrem Artikel beschriebene mit dem Titel "Fruit Ripeness Determination by Electronic Sensing of Aromatic Volatiles", veröffentlicht in 1995 Transactions of the ASAE, hierin eingefügt unter Bezugnahme, als ob er hier vollständig ausgeführt wäre. Dieser Artikel beschreibt einen elektronischen Schnüffler mit einem passiven Halbleiter-Gassensor. Ein Beispiel eines betriebsfertigen Gassensors ist ein Figaro Gassensor TGS822, hergestellt von Figaro aus Osaka, Japan, welcher der ausgewählte Sensor für Melonen ist. Der Sensor erkennt neun aromatische flüchtige Bestandteile, wie in dem veröffentlichten Artikel beschrieben, sowie auch CO₂. Die Menge der aromatischen flüchtigen Stoffe (und CO₂) nimmt mit der Fruchtreife zu. Der spezielle Halbleiter-Sensor zur Nutzung für Melonen ist ein Zinn-Dioxid-(SnO₂)-Halbleiter, dessen Leitfähigkeit in der Anwesenheit von reduzierenden Stoffen zunimmt, einschließend verbrennbare Gase wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Monoxid, Methan und Propan, sowie auch viele flüchtige Gase, die den Alkohol-, Keton-, Ester- und Benzol-Gruppen zugehören, von denen einige natürlicherweise in reifenden Früchten vorkommen.
Die Ausführung nach 2 ist ähnlich zu der von 1 mit der Ausnahme, daß ein faseroptisches Bündel 40 den Gassensor 20 ersetzt. Das faseroptische Bündel bildet bei 42 eine Spule, um es in die Lage zu versetzen, sich zusammen mit dem Faltenbalg zu bewegen, und ist mit einer Strahlungsquelle und Detektoranordnung 44 verbunden.
In dieser Ausführung ist die Strahlungsquelle, beispielsweise Licht oder nahes Infrarot, auf ein Stück Obst oder Gemüse gerichtet, welches durch den ausgedehnten Faltenbalg berührt oder in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist, und wobei die resultierende Fluoreszenzstrahlung oder dementsprechend das nahe Infrarot-Spektrum des Stückes mittels der Detektoranordnung 44 erkannt werden kann. Der Detektor erzeugt ein Ausgangssignal, welches mit einer vorbestimmten Skala verglichen werden kann, um einen Hinweis auf den Zustand des Produktes zu erhalten.
Die Ausführung der 3 zeigt eine Anordnung, in der der Sensor die elektrische Kapazität einer Frucht mißt. In diesem Falle weist der Sensor 50 einen geladenen Kondensator auf. Die Vorbeiführung des Produktes in unmittelbarer Nähe zum Sensor 50 induziert eine Änderung der gespeicherten Ladung im Sensor 50. Die auf dem Sensor 50 gespeicherte Ladung wird dann in einen zweiten Meßkondensator entladen, wo die gespeicherte Ladung in bekannter Weise gemessen wird. In der Praxis können Sensor und Meßkondensatoren in jeder erforderlichen Geschwindigkeit betrieben werden, um der Zufuhr von Produkten zum Sensor gerecht zu werden. Es ist durchaus bekannt, daß die elektrische Kapazität des Produktes vom Reifegrad abhängt, wodurch eine Kapazitätsmessung des Produktes eine hinreichend genaue Einschätzung des Reifegrades ergibt. In der Ausführung nach 3 sind Meßkondensator, Schaltanordnung und Analysegerät allesamt in dem in der Figur als 58 bezeichneten Gerät enthalten, welches mit dem Sensor 50 über ein Kabel 56 verbunden ist.
Ein Beispiel eines kapazitiven Systems zur Reifemessung ist im Artikel von Nelson und Lawrence gezeigt mit dem Titel "Sensing Moisture Content in Dates by RF Impedance Measurements", veröffentlicht in Transactions of the ASAE, Vol. 35 (2): März–April 1992, wobei der Detektor im Diodengitter-Spektrofotometer 1024 einzelne Lichtmessungselemente enthielt. Der Diodengitter-Detektor, der von Slaughter et al. eingesetzt wurde, und welcher für die vorliegende Erfindung geeignet wäre, ist ein von Ocean Optics in Dunedin, Florida, gefertigtes Modell S1000. Es wurden faseroptische Sonden mit Durchmessern zwischen 200 μ und 1000 μ genutzt. Beleuchtungsstufen von 100 und 200 Watt wurden bewertet. Es war nicht erforderlich, daß die faseroptische Röhre tatsächlich das Obst berührt, wodurch nur ein geringer Verlust an Genauigkeit entstand. Ein Sensor wurde in unmittelbarer Nähe zu jedem Stück von Obst über 0,25 Sekunden gehalten. Die bevorzugte Kombination von Belichtungszeit und Sondendurchmesser war 0,25 Sekunden gesamter Belichtung bei Nutzung zusammen mit einer 200 μ-Faser. Wenn die Sonde 0,5 Inch von der Oberfläche des Obstes entfernt angeordnet wurde, fiel die Korrelation nur auf r = 0,89. Der hier genutzte Ausdruck "unmittelbare Nähe" bedeutet 0,5 Inch oder weniger.
Ein weiteres Beispiel einer geeigneten Fotodiode sind die Fotodioden der Hamamatsu-Serie 56436.
Die Ausführungen der 4 und 5 zeigen eine Anordnung, in der der Sensor ein Lichtleiterbündel 140 aufweist, beinhaltend zwei konzentrische Röhren 148 und 149. Die äußere Röhre 148 leitet den hereinkommenden Lichtstrahl, und die innere Röhre 149 leitet den reflektierten Strahl. In 4 berührt das entfernte Ende 22 des Faltenbalges 10 das Obst, und auch die untersten Enden der Röhren 148 und 149 berühren das Obst. Wie in 5 gezeigt, kann sich das entfernte Ende 22 des Faltenbalges 10 alternativ bis zur unmittelbaren Nähe zur Obstoberfläche erstrecken, was im Falle der Lichtleiteroptik eine Entfernung "d" von 0,5 Inch oder weniger bedeutet. Eine weitere Option, wie in 6 gezeigt, ist die Ausformung einer Aussparung 22a im entfernten Ende 22 des Faltenbalges 10, so daß die untersten Enden der Röhren 148 und 149 in einen bekannten Abstand zur Obstoberfläche gebracht sind, während das entfernte Ende 22 das Obst berührt.
Die 7 und 8 zeigen weitere Ausführungen der Anordnung, in denen der Sensor eine faseroptische Röhre aufweist, wobei Strahlungsquellen 144 und 145 außerhalb des Faltenbalges 10 positioniert sind, und wobei die Ausgangsstrahlen 146 und 147 in das Obst eindringen und einen fluoreszierenden Strahl zum Eintritt in die Röhre 240 erzeugen. In der Ausführung nach 7 ist das entfernte Ende 22 des Faltenbalges in Kontakt mit der Obstoberfläche gebracht, während in der Ausführung nach 8 das entfernte Ende 22 des Faltenbalges 10 in unmittelbare Nähe zur Obstoberfläche gebracht ist, ohne sie zu berühren. Ausgangsstrahlen 146 und 147 sind von dem Obst in die Röhre 240 hinein reflektiert.
9 zeigt noch eine weitere Ausführung der Anordnung, in der der Sensor einen Fotodetektor 340 aufweist, der in einer Aussparung 22a im entfernten Ende 22 des Faltenbalges 10 getragen ist, welcher entweder reflektiertes Licht von Lichtquellen außerhalb des Faltenbalges 10 oder reflektiertes Licht von einer vom Fotodetektor 340 getragenen Lichtquelle mißt.
Ein Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten optischen Systems ist im Artikel beschrieben mit dem Titel "Non-Destructive Sensing of Quality Attributes in Peaches and Nectarines", 1997, von David Slaughter et al., von der Universität von Kalifornien, Davis. Dieser Artikel ist durch Bezugnahme hierin eingefügt. Das darin beschriebene System ist ein Hochgeschwindigkeits-Spektrofotometrie-System zur Messung der Eigenschaften des nahen Infrarots von intakten Pfirsichen und Nektarinen. Das System beinhaltet drei wesentliche Komponenten: 1) ein Spektrofotometer mit einem Hochgeschwindigkeits-Diodengitter, 2) eine Beleuchtungsquelle mit nahem Infrarot und 3) ein Hochgeschwindigkeits-Computersystem. Die Lichttechnik ist geeignet, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genutzt zu werden, wie es in größerem Detail in dem Artikel von Beaudray et al. beschrieben ist.
Während in der Ausführung nach 9 ein Fotodetektor 340 als am entfernten Ende 22 des Faltenbalges 10 angeordnet beschrieben ist, ist es verständlich, daß jede beliebige Anzahl von Sensoren in der Aussparung 22a angeordnet werden kann, und daß diese Sensoren vom gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein können. Unter diesen Umständen werden die Sensoren von hinreichend kleiner Größe und bevorzugt Miniatursensoren sein.
Eine zugeordnete optische Technik ist die Chlorophyll-Fluoreszenz, wie beschrieben von Randolph M. Beaudry et al. in dem Artikel "Chlorophyll Fluorescence: A Nondestructive Tool for Quality Measurements of Stored Apple Fruit", 1997, wobei dieser Artikel durch Bezugnahme hierin eingefügt ist. Der Artikel beschreibt die optische Messung der Chlorophyll-Fluoreszenz von verschiedenen Äpfeln. Die Äpfel wurden 4 mm vom Ende eines faseroptischen Lichtleiters eines pulsmodulierten Fluorometers plaziert. Das spezielle Fluorometer war ein von Opti-Science, USA, hergestelltes Modell OS-500. Die Chlorophyll-Fluoreszenz Seiten 591–596. Dieser Artikel ist durch Bezugnahme hierin eingefügt. Der Artikel offenbart die Nutzung eines Parallelplattenkondensators zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Fruchtfleisch und Kernen von Datteln, und die Ergebnisse waren ermutigend.
Unter Bezug auf 10 ist eine Ausführung der Anordnung gezeigt, in welcher der Sensor die Intensität der verzögerten Lichtemission (DLE) von einem Stück Obst erkennt, nachdem dieses von einer externen Lichtquelle 400 beleuchtet wurde. Nach einer Beleuchtung durch die Lichtquelle 400 wird das Obst Licht von geringer Intensität aussenden, dessen Intensität von der Reife des Obstes abhängt. Die Nutzung der verzögerten Lichtemission zur Messung der Reife von Tomaten ist detaillierter beschrieben in einem Artikel mit dem Titel "Measurement of Tomato Maturity by Delayed Light Emission" von W. R. Forbes et al. in The Journal of Food Science–Volume 50 (1985).
Eine weitere Ausführung der Anordnung ist in 11 gezeigt, in welcher der Sensor ein piezoelektrisches Mikrophon 410 aufweist. In dieser Ausführung beinhaltet der Faltenbalg 10 einen Stößel 420, der, wenn sich der Faltenbalg 10 ausdehnt, an die Oberfläche des Obstes stößt. Nach einer Reihe von sanften Stößen schwingt das Obst in Resonanz mit einer Frequenz, die durch sein Ge wicht und seinen Reifegrad bestimmt ist. Die gemessenen Frequenzen werden in einem Computer verarbeitet, wodurch eine Ausgabe als Anzeige für den Reifegrad des Obstes erzeugt wird.
12 zeigt eine Anordnung, in der eine Vielzahl von Faltenbälgen 10, von denen jeder einen Sensor 22 des Typs einer beliebigen, oben beschriebenen Ausführung enthält, auf einer drehbaren Montagevorrichtung 510 montiert sind. Die drehbare Montagevorrichtung 510 kann in einer Weise drehbar angetrieben werden, daß dann, wenn Obst auf dem Förderband unterhalb der Montagevorrichtung hindurchgeführt wird, in der Folge jeder der Faltenbälge 10 in eine Lage gebracht werden kann, um das unter der Montagevorrichtung hindurchgeführte Obst zu berühren. Vorzugsweise sind die Sensoren 22 in jedem Faltenbalg 10 vom gleichen Typ. Sollte es allerdings für irgendeine spezielle Anwendung erforderlich sein, können die Sensoren von verschiedenen Typen sein.
In allen Ausführungen wird die Ausgabe des Sensors analysiert, um ein Ausgangssignal zu bilden, welches als Anzeige für den Reifegrad des gemessenen Obstes oder Gemüses dient. Zum Beispiel ist in der Ausführung nach 1 ein Gasanalysator genutzt. Die gegenwärtigen Anwender haben erkannt, daß es möglich sein kann, insbesondere wenn Miniatursensoren genutzt werden, die Analysemittel innerhalb des oder nahe zum Sensor unterzubringen, wobei die Analysemittel gegenwärtig vom Faltenbalg 10 selbst beinhaltet sind. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal direkt vom Faltenbalg 10 entnommen werden kann, ohne eine weitere Bearbeitung zu erfordern.
Weitere Ausführungen sind in den 13 bis 20 gezeigt.
Der in 13 gezeigte Apparat ist dafür ausgestaltet, Obst wie Avocadobirnen durch Anstoßen zu testen, während sie entlang eines sogenannten "Singulators" gefördert werden, der in Sortierdepots genutzt wird, um Obst in individuellen Bechern zu plazieren, von denen aus sie abhängig vom durch den Test gemessenen Reifegrad in verschiedene Trichter eingefüllt werden. Der Apparat beinhaltet einen Schlagarm 1, der um ein Ende 2 oberhalb des Singulators oder Förderbandes (nicht gezeigt) schwenkbar ist, angeordnet, um die Stücke Obst eines nach dem anderen unter den Arm zu fördern. An seinem äußeren Ende trägt der Arm die Schlagvorrichtung 3. Die letztere weist eine Magnetspule 4 auf, deren Anker 5 an einem Ende aus dem Spulengehäuse herausragt und als Schlagkörper dient, welcher zum Anstoßen des unterhalb des Armes vorbeigeführten Obstes angeordnet ist. Um das Obst mit einem Stoß zu beaufschlagen, wird der Anker 5 infolge eines auf die Magnetspule aufgebrachten, elektrischen Antriebspulses nach vorne bewegt, wobei der Anker zur Rückführung in seine eingezogene Position federvorgespannt ist. Der Anker beinhaltet einen Kraftmeßaufnehmer in Form eines piezoelektrischen Kristalls, der einen elektrischen Ausgangspuls erzeugt in Antwort auf die Reaktionskraft, die in der Folge der Beaufschlagung des Obstes mit einem Stoß auf den Anker wirkt. Zur Ausführung eines Stoßes wird die Magnetspule 4 ausgelöst in Abhängigkeit von der Betätigung eines Mikroschalters 6 mittels eines Stückes Obst, welches unterhalb des Schlagkörpers hindurchwandert und auf einen nach unten hervorstehenden Betätigungsarm 7 des Mikroschalters trifft.
Zwischen der Magnetspule 4 und dem Gelenk 2 ist der Arm 1 mit Rollen 8 versehen, damit der Arm sanft über das Obst rollen kann, welches darunter gefördert wird und welches in Vorbereitung dazu auf den Arm trifft, um vom Aufschlagkörper angestoßen zu werden. Das Obst ist gegen Beschädigung seitens des äußeren Endes vom Arm durch eine weitere Rolle 9 geschützt. Geeignete Anschläge 10, 11 sind oberhalb und unterhalb des Armes angrenzend an sein Gelenk montiert, um die Bewegung des Armes zu begrenzen und um ihn daran zu hindern, zu tief zu fallen und mit dem Förderband in Kontakt zu geraten oder um zu hoch angehoben zu werden.
Das Förderband ist von bekannter Bauweise und sollte bevorzugt die Avocadobirnen oder anderes Obst unter dem Aufschlagkörper mit dem dicksten oder gewölbtesten Teil des Obstes unterhalb des Aufschlagkörpers positionieren. Das Obst kann entlang des Förderbandes mit einer Rollbewegung oder um seine Achse stationär gefördert werden. Unter weiteren Bezug auf 14 stößt das jeweilige Stück Obst 12, wenn es unter den Schlagarm 1 wandert, an den Arm und drückt ihn derart nach oben, daß der Schlagkörper 3 in eine Position zum Anstoßen des Obstes bewegt wird. Sobald das Obst und die Schlageinrichtung in einer vorbestimmten Position relativ zueinander liegen, betätigt das Obst den Mikroschalter 6, indem es an den Betätigungsarm 7 anstößt, wodurch ein elektrischer Antriebspuls zur Auslösung der Magnetspule 4 bereitgestellt wird, und wobei der Anker 5 zum Anstoßen des Obstes bewegt wird.
Die Auslöseposition der Magnetspule ist bei A auf großem Obst 12 und bei B auf kleinem Obst 12', während C die erste Kontaktposition auf großem Obst und D diejenige auf kleinem Obst ist. Diese Unterschiede der Kontaktpositionen werden durch Auslösung der Magnetspule mittels des Mikroschalters 6 ausgeglichen. Nach dem Stoß setzt jedes Stück Obst seinen Weg unterhalb des Armes 1 fort. Der Arm wird folglich von dem Obst (Position E) freigegeben und kehrt in Vorbereitung zur Anlage an das nächste Stück Obst auf dem Förderband in seine Ruheposition gegen den unteren Anschlag zurück. Die Rolle 9 am äußeren Ende des Armes schützt das Obst gegen Beschädigung bei der Freigabe des Armes.
Wie im Diagramm nach 15 gezeigt, ist der Treiberpuls 13 der Magnetspule ein quadratischer Puls und endet, bevor der Stoß auf das Obst trifft, so daß die Magnetspule 4 den Anker nicht in das Obst hineintreibt. Die Reaktionskraft eines vom Spulenanker aufgebrachten und das Obst treffenden Stoßes wird vom Kraftaufnehmer erfaßt und ist als einzelner elektrischer Ausgangspuls ähnlich zu den in 15 gezeigten Pulsen 14, 15 reproduziert. Der Spitzenwert und die Dauer des resultierenden Ausgangspulses hängen von der Festigkeit und damit vom Reifegrad des Obstes ab. Der Puls 14 repräsentiert daher den von einem Stoßtest auf einer unreifen oder harten Avocado resultierenden Puls, während der Puls 15 aus einem Stoßtest auf einer reifen oder weichen Avocado resultiert. Diese Ausgangspulse können in beliebiger, oben beschriebener Weise weiterverarbeitet werden, um einen Meßwert als Maßstab für den Reifegrad des Obstes zu erzeugen.
16 stellt einen elektronischen Schaltkreis zur Nutzung mit der oben beschriebenen Stoßanordnung und zur Weiterverarbeitung des von der Anordnung beim An stoßen des Obstes erzeugten elektrischen Ausgangspulses dar. Die Ausgangspulse des piezoelektrischen Meßaufnehmers von der Aufschlagvorrichtung 3 werden mittels Leitungen 16, eines Verstärkers 17 und einer Auslöseeinheit 18 zu einem Analog-Digital-Konverter 19 und anschließend zu einem Pufferspeicher 20 geleitet. Die Auslöseeinheit 18 arbeitet abhängig von der Betätigung des Mikroschalters 6 und stellt sicher, daß der Wert der Ausgabe des Verstärkers 17 die volle Dauer des Pulses abdeckt. Sofern erforderlich, wird die Ausgabe vom Speicher 20 zu einem Computer 21 geleitet, der das Digitalsignal vom Speicher in einer der oben beschriebenen Art und Weise weiterverarbeitet, um einen Meßwert als Anzeige für den Reifegrad des Obstes zu erzeugen. Damit der Meßwert als numerische, direkt den Reifegrad angebende Ausgabe bereitgestellt werden kann, ist es erforderlich, die erzeugten Meßwerte gegen bekannte Reifedaten jeder Spezies von Obst und ihrer individuellen Sorten zu kalibrieren.
Unter Bezug auf die 17 und 18 weist eine alternative Ausführung der Aufschlagvorrichtung 28 einen Faltenbalg 30 aus nachgiebigem Material wie Plastik oder synthetischem Gummi und von leichtgewichtiger Bauweise auf. Ein derartiger Faltenbalg ist bereits im Zusammenhang beispielsweise mit Etikettiermaschinen bekannt, wie in US-A-4,217,164 beschrieben. Der Faltenbalg ist auf einem vorstehenden Ringflansch 31 einer starren rohrförmigen Stütze 32 montiert. Es sind nicht dargestellte Mittel bereitgestellt zur Beaufschlagung des Faltenbalges mit Vakuum, um ihn in einer eingezogenen, wie in 17 dargestellten Position zu halten, und zur Versorgung des Faltenbalges mit Druckluft, um ihn abwärts auszufahren (wie in 17 zu sehen).
Eine Schlaganordnung 33 ist auf der inneren Oberfläche des freien Endes 34 vom Faltenbalg montiert, oberhalb einer Öffnung 35 in einem ausgeformten Nasenstück 36 am freien Ende 34. Die Schlaganordnung 33 ist zusammen mit dem Faltenbalg beweglich, wenn der Faltenbalg aus- und eingefahren wird. Sie ist mittels Drähten 37 mit dem Verstärker 38 für Signale von der Schlaganordnung elektrisch verbunden.
Die Schlaganordnung 33 ist detaillierter in 18 gezeigt. Sie ist in einem rohrförmigen Gehäuse 40 montiert, welches an einem Ende einen nach außen gerichteten Flansch 41 zur Montage der Schlaganordnung an der inneren Oberfläche des freien Endes 34 vom Faltenbalg 30 aufweist. Am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses ist eine Abdeckung 42 vorgesehen, die zusammen mit dem genannten gegenüberliegenden Ende eine innere kreisringförmige Schulter oder Anlage 43 definiert.
Die Schlaganordnung selbst weist ein gleitend im Gehäuse 40 angeordnetes, inneres Gehäuse 44 auf. Das an die Abdeckung 42 angrenzende Ende des inneren Gehäuses 44 ist mit einem Flansch 45 versehen. Um das innere Gehäuse herum ist eine Druckfeder 46 angeordnet und an einem Ende gegen die Schulter 43 sowie an seinem gegenüberliegenden Ende gegen den Flansch 45 abgestützt, so daß das innere Gehäuse aufwärtsgedrückt wird (wie in 18 zu sehen). Die Aufwärtsbewegung des inneren Gehäuses ist durch Anschlag des inneren Gehäuses gegen die Abdeckung 42 begrenzt.
Innerhalb des Gehäuses 44 ist ein massiver Bolzen 52 befestigt, der angrenzend an das Ende 51 des inneren Gehäuses und entfernt von der Abdeckung 42 einen piezoelektrischen Meßaufnehmer 50 trägt. Das Ende 53 des Bolzens steht aus dem Ende 51 des inneren Gehäuses zum Anstoßen der zu testenden Frucht hervor und ist teilkugelförmig geformt. Der Meßaufnehmer 50 ist im Kontakt mit dem Bolzen gehalten, und die Signaldrähte 37 sind zu einem Hohlraum 54 geführt, der Zugang zu gegenüberliegenden Seiten des Meßaufnehmers bereitstellt, und der den Anschluß der Drähte 37 hieran durch eine Öffnung 55 in der Abdeckung und Durchtrittsöffnungen 56 in dem inneren Gehäuse und dem Bolzen (siehe auch 19) ermöglicht.
Im Betrieb werden Stücke von Obst oder Gemüse mittels eines Förderbandes in Reihe an den Faltenbälgen vorbeigefördert. Wenn ein Stück Obst unterhalb des Faltenbalges ist, wird ein Ausfahren des Faltenbalges herbeigeführt auf Veranlassung von Steuermitteln, die ähnlich zu Steuermitteln für Etikettierung sein können, wie in der zuvor genannten US-A-4,217,164 beschrieben. Der Faltenbalg fährt aus, bis das Nasenstück 36 am freien Ende das Stück Obst oder Gemüse berührt. Bei diesem Ereignis endet die weitere Ausdehnung des Faltenbalges. Die mit dem ausfahrenden Faltenbalg mitbewegte Schlaganordnung 33 setzt allerdings ihre Bewegung fort, bis der Bolzen 52 gegen die Oberfläche des Stückes Obst oder Gemüse schlägt. Die auf den Bolzen 52 wirkende Reaktionskraft veranlaßt den im Kontakt mit dem Bolzen stehenden Meßaufnehmer 50, ein Signal zu erzeugen, welches anschließend in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit 16 beschrieben weiterverarbeitet werden kann.
In 20 ist die Schlaganordnung 28 gezeigt, die in eine Maschine zur Prüfung des Reifegrades eingebaut und über einem unterhalb der Anordnung vorbeigeführten Stück Obst 60 gehalten ist. Letzteres ist auf einer Rahmenstruktur 58 gehalten, die oberhalb eines Förderbandes 59 angeordnet ist, auf dem das Obst 60 transportiert wird.
Der rohrförmige Träger 32 für den Faltenbalg der Schlaganordnung steht in Verbindung mit einer auf der Rahmenstruktur 58 oberhalb der Anordnung gehaltenen Kammer 61. Die Kammer 61 ist an einer Seite mittels einer Öffnung 62 mit einer unter Druck stehenden Luftkammer 63 verbunden, die an eine Luftdruckquelle mittels einer Einlaßleitung 64 angeschlossen ist. An ihrer gegenüberliegenden Seite ist die Kammer 61 mittels einer Öffnung 55 mit einer Vakuumkammer 66 verbunden, die mittels einer Auslaßleitung 67 an eine Vakuumquelle angeschlossen ist. Die Öffnungen 62, 65 werden mittels Ventilelementen 68, 69 gesteuert, die an einer verschieblichen Ventilstange 70 befestigt sind, die mittels eines Elektromagnets 71 und einer Rückholfeder 72 hin- und herbewegt wird. Die Feder 72 drückt die Ventilelemente 68, 69 in Positionen, in denen die Lufteinlaßöffnung 62 geschlossen und die Vakuumöffnung 65 offen ist, in dessen Folge das Trägerrohr 32 mit Vakuum beaufschlagt und der Faltenbalg 30 in einer eingezogenen Ruheposition gehalten wird. Eine Betätigung des Elektromagneten 71 schiebt die Ventilsteuerstange 70 gegen die Wirkung der Feder 72, um die Lufteinlaßöffnung 62 zu öffnen und die Vakuumöffnung 65 zu schließen, wobei der Faltenbalg kurzzeitig derart ausgefahren wird, daß die Nase 36 ein unterhalb der Schlaganordnung gefördertes Stück Obst 60 berührt, und daß die Schlaganordnung das Obst anstößt und einen Ausgangspuls vom Meßaufnehmer 50 erzeugt. Der Elektromagnet 71 kann in jeder beliebigen Weise derart gesteuert werden, daß die Schlaganordnung jedesmal dann betätigt wird, wenn ein Stück Obst 60 darunter gefördert wird. Der Elektromagnet wird derart ausgelöst, daß das Ventilelement 68 nur kurz geöffnet wird, und daß der Faltenbalg mit Luftdruck für eine ausreichende Zeit beaufschlagt wird, um eine Antriebskraft zur Auslösung der Bewegung des Faltenbalges und der Schlaganordnung in Richtung des Obstes zu erzeugen, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, daß die Schlaganordnung infolge ihrer eigenen Trägheit auf das Obst trifft, wenn das Nasenstück 36 des Faltenbalges das Obst berührt und dagegen stoppt. Sofort danach wird der Faltenbalg zusammengezogen, indem durch die Vakuumöffnung 65 und die Vakuumauslaßleitung 67 die Luft herausgesogen wird, um die Schlaganordnung in ihre Ruheposition zurückzubringen.
Zur Optimierung der Reifemessung jedes Stückes Obst können zwei oder mehr Schlaganordnungen 28 nebeneinander in einer Reihe quer zum Förderband 59 für ein simultanes Anstoßen jedes Stückes Obst angeordnet werden, um ein Ausgangssignal für jede einer Vielzahl von Positionen entlang der quer zur Bewegungsrichtung des Förderbandes liegenden Achse des Obstes zu erzeugen. Das Förderband 59 kann dafür ausgelegt sein, jedes vom Förderband herangeführte Stück Obst zu drehen. Eine Vielzahl von Schlaganordnungen kann des weiteren entlang des Förderbandes aufeinanderfolgend oder in aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet werden, um jedes Stück Obst aufeinanderfolgend anzustoßen und für das Obst ein Ausgangssignal für jede der Vielzahl von Positionen zu erzeugen.
Während besondere Ausführungen beschrieben wurden, ist es zu verstehen, daß Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne aus dem Schutzbereich der Erfindung herauszufallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Beispielsweise braucht die Signalverarbeitung nicht zu erfordern, daß das analoge Ausgangssignal des piezoelektrischen Meßaufnehmers für die Verarbeitung im Computer in ein digitales Signal umgewandelt wird, wobei in diesem Falle der Analog-Digital-Konverter 19 aus dem Schaltkreis herausgenommen werden kann. Des weiteren können die Rollen 8, 9 auf dem Schlagarm 1 durch Streifen aus niedrigreibendem Material wie PTFE ersetzt werden.

Claims

Vorrichtung zum Prüfen des Zustandes von Obst und Gemüse mit einer Plungervorrichtung und einem von der Plungervorrichtung getragenen, passiven Sensor, wobei die Plungervorrichtung geeignet ist, den passiven Sensor in Kontakt mit oder in die Nähe von einem Stück Obst oder Gemüse zu bringen, wobei der Sensor auf eine Eigenschaft des Stückes Obst oder Gemüse anspricht und ein Signal erzeugt, das sich auf diese Eigenschaft bezieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Plungervorrichtung eine elastische Faltenbalgvorrichtung umfaßt, die sich durch die Wirkung von Druckluft dehnen und durch die Erzeugung eines Vakuums zusammenziehen kann, wobei das Dehnen und das Zusammenziehen des Faltenbalges so getaktet sind, daß sie mit der Vorlage eines Stückes Obst oder Gemüse zur Prüfung übereinstimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor auf die Erzeugung von Oberflächengas durch das Stück Obst oder Gemüse anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor geeignet ist, die Chlorophyll-Fluoreszenzstrahlung des Stückes Obst oder Gemüse zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor geeignet ist, das sichtbare und nahe Infrarot-Spektrum des Stückes Obst oder Gemüse zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor geeignet ist, die Änderung einer Kapazität des Stückes Obst oder Gemüse zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der Sensor eine optische Vorrichtung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die optische Vorrichtung einen oder mehrere Lichtwellenleiter umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Sensor einen Ladekondensator umfaßt, wobei das Vorhandensein eines Stückes Gemüse oder Obst in der Nähe des Kondensators eine Änderung der Kapazität des Ladekondensators bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Vielzahl von Plungervorrichtungen drehbar an einem Gestell angeordnet sind, wobei das Gestell derart drehbar ist, daß es jede Plungervorrichtung nacheinander in eine Position bewegt, in der sie einen Sensor in Kontakt mit oder in die Nähe von einem Stück Obst oder Gemüse bringen kann, so daß der Sensor auf eine Eigenschaft des Stückes Obst oder Gemüse ansprechen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede Plungervorrichtung einen dehnbaren elastischen Faltenbalg umfaßt.