JP2015148453A - 青果物の品質測定装置、及び青果物の品質測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記部位が上部に位置する姿勢を保持して搬送された青果物Vに対し、側方に一定面積を持った光束L1を照射する投光部3、青果物Vからの拡散透過光L2,L3を受光する、上方の第1受光部4A及び側方の第2受光部4B、光束L1の一部を制限する光束制限部5、第1受光部4Aで受光した拡散透過光L2を分光して必要とする波長の分光を測定する第1分光部、第2受光部4Bで受光した拡散透過光L3を分光して必要とする波長の分光を測定する第2分光部、前記第1分光部で得た第1のデータ及び前記第2分光部で得た第2のデータを演算処理及び波形分析し、青果物Vの品質を評価するための検量線を用いて演算処理する信号処理・制御部を備えた。
【選択図】図3
Description
このような現状の問題点の解決策として、コンベアで搬送されるタマネギ等の青果物の品質をオンラインで測定して選別するための品質測定装置を用いて、出荷時にタマネギの健全球と腐敗球を選別することが考えられる。このような品質測定装置を用いた、出荷時におけるタマネギ腐敗球の精度の高い判別技術が開発されれば、フードチェーンの下流側に対して腐敗球の混入率を明確に保証した商品提供が可能となる。
ここで、特許文献1の品質測定装置は、青果物の側方の一方に単一の投光器を配置し、前記側方の他方に例えば上下2個の受光器を配置している。
また、特許文献2の品質測定装置は、青果物の側方の両方に1個ずつの投光器を配置し、青果物の上方に受光器を配置するとともに、青果物の上面を通して受光器側へ入射する、拡散透過光以外の光を遮光する遮光手段を備えている。
さらに、特許文献3の品質測定装置は、青果物の側方の両方に少なくとも1個ずつの投光器を配置し、青果物の上下に1個ずつの受光器を配置しており(図2及び図5〜図8の構成)、特許文献3には、光源と上方側受光部との間に、青果物の上面を通して受光器側へ入射する、拡散透過光以外の光を遮光する遮光板を備えたものも開示されている(図8)。
その結果、青果物の側方の一方に単一の投光器を配置し、前記側方の他方に上下2個の受光器を配置した特許文献1の品質測定装置の構成では、首付近にのみ腐敗のあるタマネギの判別制度が低いという問題があることが分かった。
これは、タマネギは、葉鞘茎部から菌が浸入して腐敗が起こるため、初期症状としては首付近に腐敗が発生する場合が多く、このような内部腐敗レベルのタマネギを腐敗球として判別できないことに起因している。
さらに、特許文献3のような品質測定装置(例えば図8の構成)を用いて行うタマネギの同様の品質測定においては、タマネギを透過した拡散透過光であっても、表面付近のみを極短距離透過した場合は表皮情報のみが反映されることになるため、表面に近い一定深度を持った首付近に発生する腐敗の検出には不向きである。
よって、搬送部で搬送される前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)を向上できる。
このような構成によれば、前記青果物の側方に照射される一定面積を持った光束の一部を制限する光束制限部が、前記搬送部と同期して回転するので、前記光束制限部が前記青果物に接触した際に、品質測定に必要な前記青果物の姿勢が保持される。
その上、前記光束制限部が円盤状部材であるので、構成が簡素になるため、コストを低減できるとともに、信頼性が向上する。
その上さらに、円盤状部材が前記基部及び前記円環部からなり、前記円環部が前記青果物のサイズに応じて前記青果物の上側面に沿って変形するので、前記青果物のサイズ変動に対応できる。
このような構成によれば、前記第1のデータ及び前記第2のデータを多変量解析の説明変数として同時利用するので、多変量解析における次元数が増加することから、多変量解析により作成される検量線(判別モデル)の精度が高くなるため、前記検量線を用いて行う前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)が一層向上する。
このような構成によれば、波長選択が不要であり全ての波長の情報を使用するので情報の欠落がなくなること等から、前記検量線を用いて行う前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)がより一層向上する。
そして、前記青果物の品質測定をする際に、前記青果物を搬送しながら前記青果物の側方に一定面積を持った光束を照射し、前記青果物に照射される前記光束の一部を前記光束制限部により制限した状態で、前記第1受光部で受光した拡散透過光に基づく第1のデータ、及び前記第2受光部で受光した拡散透過光に基づく第2のデータの両方のデータを用いて、これらを演算処理及び波形分析し、前記検量線を用いた演算処理により前記青果物の品質測定を行うので、搬送される前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)を向上できる。
このような方法によれば、波長選択が不要であり全ての波長の情報を使用するので情報の欠落がなくなること等から、前記検量線を用いて行う前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)が一層向上する。
なお、タマネギV,V,…の葉鞘茎部を上に向けた姿勢に整列するのは、整列装置を用いるのが好ましいが、人手によってもよく、投光部3からタマネギVへ光束L1が照射され、第1受光部4A及び第2受光部4B(図3参照)が拡散透過光L2,L3を受光する際に、タマネギVの葉鞘茎部を上に向けた姿勢が保持されればよい。
なお、投光部3をタマネギVの右方に配置し、第2受光部4BをタマネギVの左方に配置してもよい。
図1及び図2に示す操作パネルPは、品質測定装置1の起動及び停止等の操作を行うとともに、品質測定の結果等の表示を行うものである。
さらにまた、品質測定装置1は、第1分光光量測定器である第1ラインセンサ8Aの測定値から得られた第1のデータである第1スペクトルデータ(以下、「BL1」とする)、及び第2分光光量測定器である第2ラインセンサ8Bの測定値から得られた第2のデータである第2スペクトルデータ(以下、「BL2」とする)の両方のスペクトルデータBL1,BL2を演算処理及び波形分析するとともに、タマネギVの品質を評価するための検量線を用いて演算処理する信号処理・制御部9(図1及び図2参照)を備えている。
また、図3の部分断面図、並びに、図6(a)の後方から見た図及び図6(b)の断面図に示すように、第2受光部4Bは、保護用のカバーガラス22Bを通った拡散透過光L3が、基体内に配置されたフレネルレンズ21Bに入射して集光され、図7の光ファイバケーブル24Bにより第2分光部6Bへ導かれる。
図8(a)の正面図及び図8(b)の断面図に示すように、円盤状部材10は、水平軸Bまわりに径方向に延びる、円板状の形態が保たれる基部10Aと、基部10Aの外周縁から径方向外方へ且つ投光部3(図3参照)から離れる方向へ傾斜する円錐台の側面板状の円環部10Bとからなる。
また、光束制限部5は、円盤状部材10に限定されるものではなく、前後に離間したプーリに架け渡したベルト状部材により構成する等、青果物(例えば、タマネギV)に照射される一定面積を持った光束である照射光L1の一部を制限できるものであればよい。
図2及び図3に示すように、光束制限部5として機能する、タマネギVの左上側面に当接する投光部3側に位置する円盤状部材10の他に、タマネギVの右上側面に当接する、投光部3側の円盤状部材10とタマネギVの中心を通る前後方向の垂直面対称である円盤状部材10も設けている。よって、搬送部2により搬送されて品質測定を行う所定位置でタマネギVに光束制限部5(左側の円盤状部材10)が当接すると同時に、左側の円盤状部材10と前記面対称である右側の円盤状部材10もタマネギVに当接するので、品質測定する際に葉鞘茎部を上に向けた姿勢を保持する必要があるタマネギVの姿勢の安定性が向上する。
柔軟性に優れた材料により前記形状の基部10A及び円環部10Bが形成されており、円環部10Bは、基部10Aの外周縁から径方向外方へ且つ投光部3(図3参照)から離れる方向へ傾斜する円錐台の側面状の板部材であり、上下方向へ変形しやすいので、円環部10Bが搬送されてきたタマネギVの上側面に接触すると、タマネギVにより上方へ押されて変形する。
例えば、図9(a)の部分縦断面図のようにタマネギのサイズが小さい場合(タマネギV1)、及び図9(b)の部分縦断面図のようにタマネギのサイズが大きい場合(タマネギV2)のように、円環部10Bはタマネギの上側面に沿って変形し、タマネギのサイズが大きい場合の方が円環部10Bの変形量が大きくなる。
また、柔軟性に優れた材料により製作されているので、円環部10BはタマネギV(図9(a)ではタマネギV1、図9(b)ではタマネギV2)に密着する。
よって、搬送部2で搬送されるタマネギVの健全及び障害の判別精度(判別率)を向上できる。
さらに、光束制限部5が円盤状部材10であるので、構成が簡素になるため、コストを低減できるとともに、信頼性が向上する。
さらにまた、円盤状部材10が基部10A及び円環部10Bからなり、円環部10BがタマネギVのサイズに応じてタマネギVの上側面に沿って変形するので、タマネギVのサイズ変動に対応できる。
初期症状として表面に近い一定深度を持った部位S(図9参照)に障害が発生する場合が多いタマネギVの試料を、部位Sが上部に位置する姿勢(葉鞘茎部を上に向けた姿勢)で搬送しながら、図3に示すように、左方の投光部3から前記試料の側方に一定面積を持った光束L1を照射し、前記試料に照射される光束L1の一部を光束制限部5により制限した状態で、前記試料の上方に配置された第1受光部4A、及び右方に配置された第2受光部4Bで前記試料からの拡散透過光L2,L3を受光し、第1受光部4Aで受光した拡散透過光L2を第1分光部6Aで分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第1スペクトルデータBL1、及び第2受光部4Bで受光した拡散透過光L3を第2分光部6Bで分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第2スペクトルデータBL2の両方のデータを説明変数とし、前記試料の障害レベルである内部腐敗レベルを目的変数としてPLS回帰分析により検量線を作成する。
タマネギVの試料として、淡路島たまねぎ(登録商標)である「ターザン」(n=394)、「もみじの輝」(n=326)、及び「もみじ3号」(n=315)を、1℃の商用冷蔵庫で貯蔵しておいたものを使用した。
これらのタマネギVの試料を恒温層内に一晩静置することにより、品温を所定の温度に調温した後、20m/minの速度で搬送しながら、青果物の品質測定装置1により、可視近赤外透過スペクトルである第1スペクトルデータBL1及び第2スペクトルデータBL2を計測した。
障害レベルについては、第1スペクトルデータBL1及び第2スペクトルデータBL2を収集後、試料の縦切断面の目視観察により、内部腐敗レベル(0から5の6段階で評価)を実測した。ここで、「レベル0」は腐敗なし、「レベル1」は鱗片1枚の1/2以下が腐敗、「レベル2」は鱗片1枚の1/2程度が腐敗、「レベル3」は鱗片1枚の1/2以上が腐敗、「レベル4」は鱗片2枚の1/2以上が腐敗、「レベル5」はレベル4以上とした。
得られたスペクトルの内、波長が655〜955nmの吸光度を説明変数(説明変量)、内部腐敗レベルを目的変数(目的変量)とし、PLS回帰分析により検量線(判別モデル)を構築し、その精度について評価した。
第1スペクトルデータBL1及び第2スペクトルデータBL2の両方を説明変数として同時に使用する。
(比較例1)
第1スペクトルデータBL1のみを説明変数として使用する。
(比較例2)
第2スペクトルデータBL2のみを説明変数として使用する。
健全球と腐敗球との閾値を腐敗レベル1.0とした際の内部腐敗レベルの判別率、及び腐敗球混入率を表1に示した。なお、表1における「N」は、取得したスペクトル数を示している。また、「腐敗球混入率」は、直ぐにクレームの対象となり得るレベル2以上の腐敗球の判別ミスの数をA、健全球と判別された数をBとした場合、[A/(A+B)]×100(%)で算出したものである。
また、特に市場等においてクレームの対象となるレベル2以上の腐敗球の判別率を見ると、レベル2の腐敗球の判別率は、比較例1が96.6%、比較例2が95.4%であるのに対し、実施例は97.1%と高くなっている。レベル3及び4の判別率は、実施例及び比較例2が100%であるのに対し、比較例1は97.9%及び95.1%であり低くなっている。
さらに、腐敗球混入率を見ると、比較例1が1.07%、比較例2が0.52%であるのに対し、実施例は0.33%と低くなっている。
以上を総合すると、実施例のように第1スペクトルデータBL1及び第2スペクトルデータBL2の両方を説明変数として同時に使用することが、腐敗球判別に極めて有効であることが分かる。
前記第1のデータ及び前記第2のデータがスペクトルデータであり、前記多変量解析がPLS回帰分析であると、波長選択が不要であり全ての波長の情報を使用するので情報の欠落がなくなること等から、前記検量線を用いて行う前記青果物の健全及び障害の判別精度(判別率)が一層向上する。
また、以上の説明においては、初期症状として表面に近い一定深度を持った部位に障害が発生する場合が多い青果物の例としてタマネギVを示したが、前記青果物はリンゴ等の青果物であってもよい。前記青果物がリンゴである場合は、前記部位が上部に位置する姿勢にするために果梗部を上に向ければよい。
B 搬送方向に直交する水平軸
BL1 第1スペクトルデータ(第1のデータ)
BL2 第2スペクトルデータ(第2のデータ)
L1 照射光
L2,L3 拡散透過光
P 操作パネル
S 表面に近い一定深度を持った部位
V,V1,V2 タマネギ(青果物)
1 品質測定装置
2 搬送部
3 投光部
4A 第1受光部
4B 第2受光部
5 光束制限部
6A 第1分光部
6B 第2分光部
7A 第1回折格子(第1分光器)
7B 第2回折格子(第2分光器)
8A (第1ラインセンサ)第1分光光量検出器
8B (第2ラインセンサ)第2分光光量検出器
9 信号処理・制御部
10 円盤状部材
10A 基部
10B 円環部
11 基台
12 搬送ベルト
13 カバー
14 開口
15 遮光カーテン
16 光源
17 曲面反射鏡
18 平面反射鏡
19 レンズ
19A 光束透過穴
20 光源用シャッタ
21A,21B フレネルレンズ
22A,22B カバーガラス
23 平面反射鏡
24A,24B 光ファイバケーブル
25A,25B 遮光ケース
26A,26B 光通過口
27A,27B 可視光カットフィルタ
28A,28B スリット
29A,29B シャッタ駆動用アクチュエータ
30A,30B オフセット取得用シャッタ(黒色シャッタ)
31A,31B NDフィルタ
Claims (6)
- 初期症状として表面に近い一定深度を持った部位に障害が発生する場合が多い青果物を搬送する搬送部と、
前記部位が上部に位置する姿勢を保持して前記搬送部により搬送されてきた前記青果物に対し、前記青果物の側方に一定面積を持った光束を照射する、前記青果物の搬送方向に向かって左方及び右方の一方に配置された投光部と、
前記青果物からの拡散透過光を受光する、前記青果物の上方に配置された第1受光部、及び前記左方及び右方の他方に配置された第2受光部と、
前記青果物に照射される前記光束の一部を制限する光束制限部と、
前記第1受光部で受光した前記拡散透過光を分光する第1分光器、及び必要とする波長の分光光量を測定する第1分光光量測定器を有する第1分光部、並びに、前記第2受光部で受光した前記拡散透過光を分光する第2分光器、及び必要とする波長の分光光量を測定する第2分光光量測定器を有する第2分光部と、
前記第1分光光量測定器の測定値から得られた第1のデータ、及び前記第2分光光量測定器の測定値から得られた第2のデータの両方のデータを演算処理及び波形分析するとともに、前記青果物の品質を評価するための検量線を用いて演算処理する信号処理・制御部とを備えたことを特徴とする青果物の品質測定装置。 - 前記光束制限部が、前記搬送方向に直交する水平軸まわりに、前記左方から見て時計回り方向へ、前記搬送部と同期して回転する円盤状部材であり、前記円盤状部材は、前記水平軸まわりに径方向に延びる、円板状の形態が保たれる基部と、前記基部の外周縁から径方向外方へ且つ前記投光部から離れる方向へ傾斜する円錐台の側面板状の円環部とからなり、前記円環部は、前記青果物のサイズに応じて前記青果物の上側面に沿って変形するものである請求項1記載の青果物の品質測定装置。
- 前記青果物の試料を前記部位が上部に位置する姿勢を保持して前記搬送部により搬送しながら、前記第1分光部の前記第1分光光量測定器の測定値から得られた第1のデータ及び前記第2分光部の前記第2分光光量測定器の測定値から得られた第2のデータを説明変数とし、前記試料の障害レベルを目的変数として多変量解析により前記検量線を作成してなる請求項1又は2記載の青果物の品質測定装置。
- 前記第1のデータ及び前記第2のデータがスペクトルデータであり、前記多変量解析がPLS回帰分析である請求項3記載の青果物の品質測定装置。
- 初期症状として表面に近い一定深度を持った部位に障害が発生する場合が多い青果物の試料を、前記部位が上部に位置する姿勢で搬送しながら、前記試料の搬送方向に向かって左方及び右方の一方に配置された投光部から前記試料の側方に一定面積を持った光束を照射し、前記試料に照射される前記光束の一部を光束制限部により制限した状態で、前記試料の上方に配置された第1受光部、及び前記左方及び右方の他方に配置された第2受光部で前記試料からの拡散透過光を受光し、前記第1受光部で受光した前記拡散透過光を分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第1のデータ、及び前記第2受光部で受光した前記拡散透過光を分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第2のデータの両方のデータを説明変数とし、前記試料の障害レベルを目的変数として多変量解析により検量線を作成しておき、
前記青果物の品質測定をする際に、前記青果物を前記部位が上部に位置する姿勢で搬送しながら、前記投光部から前記青果物の側方に一定面積を持った光束を照射し、前記光束制限部により前記青果物に照射される前記光束の一部を制限した状態で、前記第1受光部で受光した前記青果物からの拡散透過光を分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第1のデータ、及び前記第2受光部で受光した前記青果物からの拡散透過光を分光して必要とする波長の分光光量を測定して得られた第2のデータの両方のデータを用いて、これらを演算処理及び波形分析し、前記検量線を用いた演算処理により前記青果物の品質測定を行うことを特徴とする青果物の品質測定方法。 - 前記第1のデータ及び前記第2のデータがスペクトルデータであり、前記多変量解析がPLS回帰分析である請求項5記載の青果物の品質測定方法。
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