JP7586477B2 - Apparatus and method for detecting damage to fruits and vegetables - Google Patents
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Description
本発明は、青果物の損傷検出装置および青果物の損傷検出方法に関する。 The present invention relates to a device for detecting damage to fruits and vegetables and a method for detecting damage to fruits and vegetables.
青果物は、収穫、輸送、および、包装される過程で衝撃を受けることがある。衝撃により、青果物が傷つくことがある。青果物の傷は、当該傷を起点とする腐敗の進行、および、水分損失の原因となり、青果物の商品価値を下げてしまう。 Fruits and vegetables are subject to impacts during harvesting, transportation, and packaging. Impacts can cause damage to the fruit and vegetables. Damage to fruit and vegetables can lead to the progression of spoilage and moisture loss, reducing the market value of the fruit and vegetables.
傷がある青果物は、目視検査によって選別されている。しかしながら、目視検査では選別精度が不安定であるため、検査の自動化が要求されている。 Fruits and vegetables with scratches are sorted out by visual inspection. However, the sorting accuracy of visual inspection is unstable, so there is a demand for automating the inspection.
青果物の状態を判定する装置として、特許文献1には、光を検査対象の果物に照射し、果物からの散乱光の強度を測定し、測定された強度に基づいて果物の熟度を判定する熟度判定装置が開示されている。 As an apparatus for determining the condition of fresh produce, Patent Document 1 discloses a ripeness determination device that irradiates light onto the fruit to be inspected, measures the intensity of the light scattered from the fruit, and determines the ripeness of the fruit based on the measured intensity.
特許文献1の熟度判定装置は、青果物の熟度を判定することはできるが、青果物の傷を検出することはできない。 The ripeness determination device in Patent Document 1 can determine the ripeness of fruits and vegetables, but cannot detect blemishes on the fruits and vegetables.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、青果物の傷を検出することが可能な青果物の損傷検出装置および青果物の損傷検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and aims to provide a fruit and vegetable damage detection device and a fruit and vegetable damage detection method that are capable of detecting damage to fruit and vegetables.
本発明に係る青果物の損傷検出装置は、青果物の表面を伝搬する表面波を測定する測定部と、測定された前記表面波に基づいて、前記青果物の損傷を検出する検出部とを備え、前記表面波の伝搬速度が前記表面上の他の位置における前記表面波の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置である速度低下位置が前記表面上に存在する場合、前記検出部は、前記青果物に前記損傷があると判定する。 The device for detecting damage to fresh produce according to the present invention comprises a measurement unit that measures surface waves propagating on the surface of the fresh produce, and a detection unit that detects damage to the fresh produce based on the measured surface waves.If there is a position of reduced velocity on the surface where the propagation velocity of the surface wave is lower than the propagation velocity of the surface wave at other positions on the surface by a predetermined percentage or more, the detection unit determines that the fresh produce has damage .
本発明に係る青果物の損傷検出方法は、青果物の表面を伝搬する表面波を測定するステップと、測定された前記表面波に基づいて、前記青果物の損傷を検出するステップと、を備え、前記検出するステップにおいて、前記表面波の伝搬速度が前記表面上の他の位置における前記表面波の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置である速度低下位置が前記表面上に存在する場合、前記青果物に前記損傷があると判定する。 The method for detecting damage to fresh produce of the present invention comprises the steps of measuring surface waves propagating on the surface of the fresh produce and detecting damage to the fresh produce based on the measured surface waves, and if, in the detection step, there is a position of reduced velocity on the surface where the propagation velocity of the surface wave is lower than the propagation velocity of the surface wave at other positions on the surface by a predetermined percentage or more, it is determined that the fresh produce has the damage.
本発明によれば、青果物の傷を検出することが可能な青果物の損傷検出装置および青果物の損傷検出方法を提供することができる。 The present invention provides a fruit and vegetable damage detection device and a fruit and vegetable damage detection method that can detect damage to fruit and vegetables.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係る青果物の損傷検出装置について詳細に説明する。以下に示す実施形態および変形例はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態および変形例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、実施形態および変形例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、実施形態および変形例の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 The fruit and vegetable damage detection device according to the present invention will be described in detail below, with reference to the drawings as appropriate. The embodiments and variations shown below are merely examples, and do not exclude the application of various modifications and techniques not explicitly stated in the embodiments and variations below. Furthermore, the configurations of the embodiments and variations can be modified in various ways without departing from the spirit of the embodiments and variations. Furthermore, the configurations of the embodiments and variations can be selected or combined as necessary.
なお、実施形態および変形例を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。なお、本発明の青果物の損傷検出装置は、青果物の表面を伝搬する表面波を測定することで青果物の損傷を検出する。なお、損傷には、打撲傷、擦り傷、および、切り傷等、青果物の表皮および喫食に呈する部分を損なわせる傷が含まれる。表面波には、レイリー波、および、ラブ波などがある。以下に示す実施形態および各変形例では、表面波がレイリー波であるとして説明する。また、本明細書中で、青果物の表面を単に「表面」と称することがある。 In all the drawings used to explain the embodiments and modifications, the same elements are generally given the same reference numerals, and their description may be omitted. The fruit and vegetable damage detection device of the present invention detects damage to fruit and vegetable by measuring surface waves propagating on the surface of the fruit and vegetable. Damage includes bruises, abrasions, cuts, and other damage that impairs the skin and edible parts of the fruit and vegetable. Surface waves include Rayleigh waves and Love waves. In the following embodiments and modifications, the surface waves will be described as Rayleigh waves. In this specification, the surface of fruit and vegetable may be simply referred to as the "surface".
(実施形態)
図1Aは、本発明の実施形態に係る青果物20の損傷検出装置100のブロック図である。
(Embodiment)
FIG. 1A is a block diagram of an apparatus 100 for detecting damage to fruit or vegetable 20 according to an embodiment of the present invention.
損傷検出装置100は、青果物20の表面のレイリー波に基づいて青果物20の損傷を検出する。よって、青果物20は、表面が振動するものであれば、どんな果物および野菜であってもよい。青果物20は、例えば、りんご、梨、洋ナシ、ビワ、トマト、アンズ、ブドウ、サクランボ、スモモ、ネクタリン、プルーン、ウメ、ブルーベリー、パパイヤ、柿、キウイ、桃、マンゴー、ポーポー、栗、アケビ、ザクロ、パイナップル、ドリアン、パッションフルーツ、スターフルーツ、カリン、アボカド、マンゴスチン、ライチ、ドラゴンフルーツ、バナナ、イチジク、イチゴ、キイチゴ、温州みかん、スィーティー、グレープフルーツ、ハッサク、ブンタン、夏みかん、スイカ、および、メロン等、である。 The damage detection device 100 detects damage to the fruit or vegetable 20 based on the Rayleigh waves on the surface of the fruit or vegetable 20. Thus, the fruit or vegetable 20 may be any fruit or vegetable as long as the surface vibrates. Examples of the fruit or vegetable 20 include apples, pears, loquats, tomatoes, apricots, grapes, cherries, plums, nectarines, prunes, plums, blueberries, papayas, persimmons, kiwis, peaches, mangoes, pawpaws, chestnuts, Akebia japonica, pomegranates, pineapples, durians, passion fruit, star fruit, quince, avocados, mangosteens, lychees, dragon fruit, bananas, figs, strawberries, raspberries, Satsuma mandarins, sweeties, grapefruits, hassaku citrus fruits, pomegranates, summer mandarins, watermelons, and melons.
青果物20が、比較的薄く、かつ、比較的柔らかい表皮または果皮を有する野菜および果物である場合、すなわち、漿果、核果、ナシ状果およびイチゴ状果の野菜または果物である場合、損傷検出装置100がもたらす効果は大きい。 When the fruit or vegetable 20 is a vegetable or fruit with a relatively thin and relatively soft skin or peel, i.e., a berry, stone fruit, pome fruit, or strawberry fruit, the damage detection device 100 can be of great benefit.
漿果とは、外果皮は薄く、中果皮および内果皮が水分が多い柔軟な組織からなる肉果となり、中果皮および内果皮の中にやや堅い種皮がある種子を生じる果物または野菜である。また、核果とは、外果皮が薄い果皮となり、中果皮が肥大しており、内果皮は硬く、木化して核を形成する果物または野菜である。また、ナシ状果とは、子房を包む花托または花托が肥大して多肉となり、その内部に子房に由来する芯を有する果物または野菜である。また、イチゴ状果とは、花托が肥大して液質になり、表面に多数の痩果がある果物または野菜である。漿果、核果、ナシ状果およびイチゴ状果の野菜または果物は、生の状態でヒトが喫食する際、歯によって容易に表皮または果皮が裂けまたは破れると同時に、歯が喫食に呈する部分に到達する青果物である。漿果、核果、ナシ状果およびイチゴ状果の野菜または果物は、外部からの衝撃により薄くて柔らかい外皮または果皮に傷がつきやすく、かつ、表皮または果皮の傷は、喫食に呈する部分の痛みに直結する。さらに、当該傷を起点として腐敗が進行しやすいので商品価値が損なわれやすい。青果物20が、漿果、核果、ナシ状果およびイチゴ状果の野菜または果物である場合、損傷検出装置100を用いて青果物20の損傷を検出することで、商品価値が高い青果物20のみを出荷することができる。また、詳しくは後述するが、損傷検出装置100は、青果物20に直接接触することなく青果物20の損傷を検出できる。よって、漿果、核果、ナシ状果またはイチゴ状果の野菜または果物のように、傷が付きやすく、さらに、その傷により商品価値が損なわれやすいものに新たな損傷を与えずに青果物20に対する損傷の検査を行うことができる。よって、検査の前後で、青果物20の商品価値を高いまま維持することができる。 A berry is a fruit or vegetable that has a thin exocarp, a mesocarp and endocarp that are fleshy and made of soft, water-rich tissue, and produces seeds with a somewhat tough seed coat inside the mesocarp and endocarp. A drupe is a fruit or vegetable that has a thin exocarp, an enlarged mesocarp, a hard endocarp, and a lignified kernel. A pome is a fruit or vegetable that has an enlarged, fleshy receptacle or thalamus that encases the ovary, and has a core derived from the ovary inside. A strawberry is a fruit or vegetable that has an enlarged, liquid receptacle and numerous achenes on its surface. Berries, drupes, pome and strawberry vegetables or fruits are fruits or vegetables whose skin or skin is easily torn or broken by the teeth when eaten raw, and whose teeth reach the part of the fruit that is exposed to the food. Berry, stone, pome, and strawberry-like vegetables or fruits are easily damaged by external impacts on their thin and soft outer skin or pericarp, and damage to the outer skin or pericarp directly leads to pain in the part of the fruit that is eaten. Furthermore, spoilage easily progresses from the damage, so that the commercial value is easily lost. When the fruit or vegetable 20 is a berry, stone, pome, or strawberry-like vegetable or fruit, damage to the fruit or vegetable 20 can be detected using the damage detection device 100, so that only the fruit or vegetable 20 with high commercial value can be shipped. In addition, as will be described in detail later, the damage detection device 100 can detect damage to the fruit or vegetable 20 without directly contacting the fruit or vegetable 20. Therefore, damage to the fruit or vegetable 20 can be inspected without causing any new damage to fruit or vegetable that is easily damaged and whose commercial value is easily lost due to the damage, such as a berry, stone, pome, or strawberry-like vegetable or fruit. Therefore, the commercial value of the fruit or vegetable 20 can be maintained high before and after the inspection.
漿果、核果、ナシ状果、および、イチゴ状果の野菜または果物には、りんご、梨、洋ナシ、カリン、ビワ、トマト、アンズ、ブドウ、サクランボ、スモモ、ネクタリン、プルーン、ウメ、ブルーベリー、パパイヤ、柿、ポーポー、キウイ、桃、マンゴー、および、イチゴ等が含まれる。 Berry, stone fruit, pome, and strawberry-like vegetables or fruits include apples, pears, pears, quince, loquats, tomatoes, apricots, grapes, cherries, plums, nectarines, prunes, plums, blueberries, papayas, persimmons, pawpaws, kiwis, peaches, mangoes, and strawberries.
損傷検出装置100は、載置部30、振動発生装置40、測定部50、および、制御装置60を備えている。 The damage detection device 100 includes a mounting unit 30, a vibration generating device 40, a measuring unit 50, and a control device 60.
載置部30は、青果物20が載置される台である。載置部30は、青果物20が載置されたことを検出するセンサ(不図示)を備えている。センサは、青果物20を検出すると、検出信号を制御装置60に送信する。 The placement unit 30 is a platform on which the fruit or vegetable 20 is placed. The placement unit 30 is equipped with a sensor (not shown) that detects that the fruit or vegetable 20 has been placed. When the sensor detects the fruit or vegetable 20, it transmits a detection signal to the control device 60.
載置部30は、青果物20のサイズおよび形状に応じて、互いに直交する3つの軸であるX軸、Y軸、および、Z軸のそれぞれの方向における青果物20の位置が調整可能に構成されている。よって、青果物20の中心を、測定部50の軌道中心に一致させることができる。軌道中心は、測定部50が移動するときの基準となる位置のことであり、載置部30の上方に位置する。 The mounting unit 30 is configured to adjust the position of the fruit or vegetable 20 in each of three mutually perpendicular axes, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, depending on the size and shape of the fruit or vegetable 20. This allows the center of the fruit or vegetable 20 to be aligned with the center of the track of the measuring unit 50. The track center is the reference position for the movement of the measuring unit 50, and is located above the mounting unit 30.
青果物20の中心とは、X軸方向における青果物20の中央位置であり、かつ、Y軸方向における青果物20の中央位置であり、かつ、Z軸方向における青果物20の中央位置である位置のことである。 The center of the fruit or vegetable 20 refers to the position that is the center position of the fruit or vegetable 20 in the X-axis direction, the center position of the fruit or vegetable 20 in the Y-axis direction, and the center position of the fruit or vegetable 20 in the Z-axis direction.
振動発生装置40は、青果物20の表面に圧力波を与える装置である。本実施形態において、振動発生装置40は、レーザー装置41、および、レンズ43を備える。 The vibration generating device 40 is a device that applies pressure waves to the surface of the fruit or vegetable 20. In this embodiment, the vibration generating device 40 includes a laser device 41 and a lens 43.
レーザー装置41は、制御装置60による制御の下、レーザー光を出射する。レンズ43は、例えば、平凸レンズである。レンズ43は、レーザー装置41から出射されたレーザー光を集光する。これにより、空気中にレーザー誘起プラズマ(Laser Induced Plasma:LIP)が形成される。LIPは、高出力のレーザー光が空気中に出射され、そのレーザーフルエンス(つまり、エネルギー密度)が一定値(具体的には、1015W/m2)を越えたときに形成されるプラズマのことである。レーザー装置41は、制御装置60によって、レーザーフルエンスが1015W/m2を越えるように、レーザーパルスエネルギー、レーザー光の照射範囲、および、レーザー光の照射時間の少なくともいずれかが制御される。 The laser device 41 emits a laser beam under the control of the control device 60. The lens 43 is, for example, a plano-convex lens. The lens 43 focuses the laser beam emitted from the laser device 41. This forms a laser induced plasma (LIP) in the air. The LIP is a plasma formed when a high-power laser beam is emitted into the air and the laser fluence (i.e., energy density) exceeds a certain value (specifically, 10 15 W/m 2 ). The laser device 41 is controlled by the control device 60 in at least one of the laser pulse energy, the irradiation range of the laser beam, and the irradiation time of the laser beam so that the laser fluence exceeds 10 15 W/m 2 .
LIPは、高速で膨張する。LIPが膨張する際に空気中を伝わる圧力波が生成され、当該圧力波が青果物20に当たる。すると、圧力波が当たった位置において、青果物20に衝撃が加わる。すなわち、振動発生装置40は、圧力波による衝撃を青果物20に対する加振力として用いて青果物20を振動させる。以下の説明において、青果物20の表面上の位置であり、かつ、圧力波が当たる位置を加振点と称する。 The LIP expands at high speed. When the LIP expands, a pressure wave is generated that travels through the air and hits the fruit or vegetable 20. An impact is then applied to the fruit or vegetable 20 at the location where the pressure wave hits. In other words, the vibration generator 40 uses the impact of the pressure wave as a vibration force for the fruit or vegetable 20 to vibrate the fruit or vegetable 20. In the following description, a position on the surface of the fruit or vegetable 20 where the pressure wave hits is referred to as a vibration point.
振動発生装置40により発生された圧力波が青果物20に当たると、青果物20の表面にレイリー波が生成される。レイリー波は、青果物20の表面を伝搬する。 When the pressure waves generated by the vibration generator 40 hit the fruit or vegetable 20, Rayleigh waves are generated on the surface of the fruit or vegetable 20. The Rayleigh waves propagate along the surface of the fruit or vegetable 20.
測定部50は、例えば、レーザードップラー振動計である。測定部50は、青果物20の表面の測定点に伝搬したレイリー波を測定する。より具体的には、測定部50は、圧力波に対する青果物20の応答を測定する。ここでいう応答は、青果物20の表面の変位である。測定部50は、測定した変位を制御装置60に送信する。なお、測定点は、青果物20の表面の変位について測定される位置であり、青果物20の表面上の位置である。 The measurement unit 50 is, for example, a laser Doppler vibrometer. The measurement unit 50 measures the Rayleigh waves that have propagated to a measurement point on the surface of the fruit or vegetable 20. More specifically, the measurement unit 50 measures the response of the fruit or vegetable 20 to the pressure wave. The response here is the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20. The measurement unit 50 transmits the measured displacement to the control device 60. The measurement point is the position where the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 is measured, and is a position on the surface of the fruit or vegetable 20.
測定部50は、制御装置60の制御の下、軌道中心を中心として、青果物20の周囲を移動する。測定部50が移動する軌道は、軌道中心を中心とする円を描く。 The measuring unit 50 moves around the fruit or vegetable 20 around the orbit center under the control of the control device 60. The orbit along which the measuring unit 50 moves describes a circle with the orbit center as the center.
より具体的には、測定部50は、軌道中心を含み、かつ、軌道中心を含む水平面に対し角度θ傾いた平面(以下、軌道面と称することがある。)に沿って、軌道中心から一定距離離れた位置を、軌道中心を中心として円運動するように移動可能である。θは、0度以上180度未満の角度である。 More specifically, the measurement unit 50 can move in a circular motion around the center of the orbit, at a position a certain distance away from the center of the orbit, along a plane (hereinafter sometimes referred to as the orbit plane) that includes the center of the orbit and is inclined at an angle θ with respect to a horizontal plane that also includes the center of the orbit. θ is an angle greater than or equal to 0 degrees and less than 180 degrees.
レイリー波の測定の際、測定部50は、以下(1)から(4)に示すように移動する。
(1)θ=0度の軌道面(すなわち、軌道中心を含む水平面)上のある位置を始点として青果物20の周囲を一定の角度Δη(ここでは、Δη=7.5度)ずつ、青果物20の周囲を一周するまで移動する。
(2)θが7.5度である軌道面に沿って、軌道面上のある位置を始点として、青果物20の周囲を一周するまでΔη(=7.5度)ずつ移動する。
(3)θを7.5度ずつ増加させながら、(2)を繰り返す。
(4)θが172.5度(=180度-7.5度)である軌道面に沿って、軌道面上のある位置を始点として、青果物20の周囲を一周するまでΔη(=7.5度)ずつ移動する。
When measuring the Rayleigh wave, the measuring unit 50 moves as shown in (1) to (4) below.
(1) Starting from a position on the orbital plane of θ = 0 degrees (i.e., a horizontal plane including the center of the orbit), the robot moves around the fruit or vegetable 20 at a constant angle Δη (here, Δη = 7.5 degrees) until it has completed one revolution around the fruit or vegetable 20.
(2) Along an orbital plane with θ of 7.5 degrees, the robot starts from a position on the orbital plane and moves in increments of Δη (=7.5 degrees) until it has completed one revolution around the fruit or vegetable 20 .
(3) Repeat (2) while increasing θ by 7.5 degrees each time.
(4) Starting from a position on the orbital surface as a starting point, the robot moves in increments of Δη (=7.5 degrees) along the orbital surface with θ being 172.5 degrees (=180 degrees-7.5 degrees) until it has completed one revolution around the fruit or vegetable 20.
これにより、測定点を青果物20の表面の全範囲のうちの加振点となる位置を除いて、いずれにも設定することができる。すなわち、測定部50は、青果物20の形状にもよるが、加振点となる位置を除いて、青果物20の表面上の実質的にすべての位置におけるレイリー波を測定することができる。 This allows the measurement points to be set anywhere on the entire surface of the fruit or vegetable 20, except for the positions that become the excitation points. In other words, depending on the shape of the fruit or vegetable 20, the measurement unit 50 can measure Rayleigh waves at substantially all positions on the surface of the fruit or vegetable 20, except for the positions that become the excitation points.
本実施形態において、青果物20の周囲を一周するにつき、原則48点測定点が設定可能であり、水平面からの角度θが、0度から172.5度まで24個の値をとり得、かつ、加振点となる位置は測定点に設定できないことを踏まえると、青果物20の表面において、測定点を最大で1151(=48×24-1)点設定可能である。 In this embodiment, in principle, 48 measurement points can be set around the circumference of the fruit or vegetable 20, and the angle θ from the horizontal plane can take 24 values from 0 degrees to 172.5 degrees. Also, considering that positions that become vibration points cannot be set as measurement points, a maximum of 1151 (= 48 x 24 - 1) measurement points can be set on the surface of the fruit or vegetable 20.
制御装置60は、損傷検出装置100全体を制御する。制御装置60は、記憶部61およびCPU(Central Processing Unit)(不図示)を備えている。 The control device 60 controls the entire damage detection device 100. The control device 60 includes a memory unit 61 and a CPU (Central Processing Unit) (not shown).
記憶部61には、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)が含まれる。記憶部61には、青果物20の損傷を検出するための所定のプログラムが記憶されている。 The memory unit 61 includes a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM). The memory unit 61 stores a predetermined program for detecting damage to the fruit or vegetable 20.
CPUは、ROMに記憶されている所定のプログラムを読みだして、RAMに展開し、展開したプログラムを実行することで制御部62および検出部63として機能する。 The CPU reads out a specific program stored in the ROM, expands it into the RAM, and executes the expanded program to function as the control unit 62 and the detection unit 63.
制御部62は、レーザー装置41のレーザー光の出射を制御する。制御部62は、検出信号を受信したとき、または、所定の条件が成立したときにレーザー装置41に出力信号を送信する。所定の条件については、後に詳細に説明する。 The control unit 62 controls the emission of laser light from the laser device 41. The control unit 62 transmits an output signal to the laser device 41 when a detection signal is received or when a predetermined condition is met. The predetermined condition will be described in detail later.
制御部62は、測定部50が位置すべき位置を示す移動信号を測定部50に送信することで、測定部50の位置を制御する。 The control unit 62 controls the position of the measurement unit 50 by sending a movement signal to the measurement unit 50 indicating the position where the measurement unit 50 should be located.
検出部63は、測定部50によって測定されたレイリー波に基づいて、青果物20の損傷を検出する。検出部63は、測定部50からの測定結果に基づいて、測定点と当該測定点におけるレイリー波の伝搬速度との対応関係を求める。そして、測定部50は、求められた対応関係に基づいて、青果物20の損傷を検出する。 The detection unit 63 detects damage to the fruit or vegetable 20 based on the Rayleigh waves measured by the measurement unit 50. The detection unit 63 determines the correspondence between the measurement points and the propagation speed of the Rayleigh waves at the measurement points based on the measurement results from the measurement unit 50. The measurement unit 50 then detects damage to the fruit or vegetable 20 based on the determined correspondence.
図1Bは、本発明の第1実施形態に係る青果物20の損傷検出装置100の動作を示すフローチャートである。 Figure 1B is a flowchart showing the operation of the device 100 for detecting damage to fruit or vegetable 20 according to the first embodiment of the present invention.
まず、制御部62が、載置部30に青果物20が載置されたか否かを判定する(ステップS1)。ここで、制御部62は、載置部30から検出信号を受信した場合には青果物20が載置部30に載置されたと判定し、当該検出信号を受信していない場合には載置部30に青果物20が載置されていないと判定する。 First, the control unit 62 determines whether or not the fruit or vegetable 20 has been placed on the placement unit 30 (step S1). Here, if the control unit 62 receives a detection signal from the placement unit 30, it determines that the fruit or vegetable 20 has been placed on the placement unit 30, and if the control unit 62 does not receive the detection signal, it determines that the fruit or vegetable 20 has not been placed on the placement unit 30.
まず、制御部62が、載置部30に青果物20が載置されていない場合(ステップS1のNO)、制御部62は、ステップS1の処理を繰り返す。 First, if the control unit 62 determines that no fruit or vegetable 20 is placed on the placement unit 30 (NO in step S1), the control unit 62 repeats the process in step S1.
載置部30に青果物20が載置されている場合(ステップS1のYES)、制御部62は、振動発生装置40を制御してレーザー光を出射させる(ステップS2)。 If fruit or vegetable 20 is placed on the placement unit 30 (YES in step S1), the control unit 62 controls the vibration generating device 40 to emit laser light (step S2).
次に、測定部50は、青果物20の表面のレイリー波を測定する(ステップS3)。ステップS3の測定は、所定時間、例えば、圧力波が青果物に当たった時刻から約3ミリ秒間行われる。 Next, the measurement unit 50 measures the Rayleigh waves on the surface of the fruit or vegetable 20 (step S3). The measurement in step S3 is performed for a predetermined time, for example, about 3 milliseconds from the time the pressure wave hits the fruit or vegetable.
なお、測定部50は、制御部62が出力信号を振動発生装置40に送信する一定時間(例えば10ミリ秒)前から青果物20の表面の変位の測定を行っている。レイリー波は、ステップS2の処理により生成される圧力波が、青果物20に当たることで生じるので、レイリー波の測定は、ステップS2の後に行われる。 The measurement unit 50 starts measuring the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 a certain time (e.g., 10 milliseconds) before the control unit 62 sends an output signal to the vibration generating device 40. Rayleigh waves are generated when the pressure waves generated by the processing in step S2 hit the fruit or vegetable 20, so the measurement of the Rayleigh waves is performed after step S2.
次に、制御部62は、所定の条件が成立しているか否かを判定する(ステップS4)。所定の条件とは、1つの青果物20に対するレイリー波の測定回数が所定回数に達していることである。所定回数とは、1つの青果物20に対してあらかじめ定められたレイリー波の測定回数である。所定回数は、例えば、1151回である。1151回は、本実施形態の損傷検出装置100が設定可能な最大限の測定点の数に対応する。 Next, the control unit 62 determines whether a predetermined condition is met (step S4). The predetermined condition is that the number of measurements of the Rayleigh wave for one fruit or vegetable 20 has reached a predetermined number. The predetermined number is a predetermined number of measurements of the Rayleigh wave for one fruit or vegetable 20. The predetermined number is, for example, 1151 times. 1151 times corresponds to the maximum number of measurement points that can be set by the damage detection device 100 of this embodiment.
所定の条件が成立していない場合(ステップS4のNO)、制御装置60は、レイリー波の測定点を変更する(ステップS5)。ステップS5において、制御部62は、測定部50を移動させる。 If the predetermined condition is not met (NO in step S4), the control device 60 changes the measurement point of the Rayleigh wave (step S5). In step S5, the control unit 62 moves the measurement unit 50.
損傷検出装置100は、測定回数が所定回数に達するまで、ステップS2~S5の処理を繰り返す。なお、1つの青果物20に対して測定が行われるたびに、異なる測定点でレイリー波が測定される。すなわち、損傷検出装置100は、1つの青果物20に対して、複数の測定点においてレイリー波を測定する。 The damage detection device 100 repeats the processes of steps S2 to S5 until the number of measurements reaches a predetermined number. Each time a measurement is performed on one fruit or vegetable 20, the Rayleigh waves are measured at a different measurement point. In other words, the damage detection device 100 measures Rayleigh waves at multiple measurement points on one fruit or vegetable 20.
そして、所定の条件が成立した場合(ステップS4のYES)、損傷検出装置100は、青果物20の損傷検出処理を行う(ステップS6)。 If the predetermined condition is met (YES in step S4), the damage detection device 100 performs damage detection processing on the fruit or vegetable 20 (step S6).
ステップS6では、以下の処理が実行される。まず、検出部63は、測定部50による測定結果に基づいて、表面上の位置とレイリー波の伝搬速度との対応関係を求める。そして、検出部63は、当該対応関係を参照し、レイリー波の伝搬速度が青果物20の表面上の他の位置におけるレイリー波の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置(以下、速度低下位置と称す。)が表面上に存在する場合、検出部63は、青果物20に損傷があると判定する。他方、検出部63は、速度低下位置が表面上に存在しない場合、検出部63は、青果物20に損傷が無いと判定する。所定割合とは、速度低下率の判定基準であり、例えば、40%である。 In step S6, the following process is executed. First, the detection unit 63 determines the correspondence between the position on the surface and the propagation speed of the Rayleigh wave based on the measurement results by the measurement unit 50. The detection unit 63 then refers to this correspondence, and if there is a position on the surface where the propagation speed of the Rayleigh wave is lower than the propagation speed of the Rayleigh wave at other positions on the surface of the fruit or vegetable 20 by a predetermined percentage or more (hereinafter referred to as a speed reduction position), the detection unit 63 determines that the fruit or vegetable 20 is damaged. On the other hand, if there is no speed reduction position on the surface, the detection unit 63 determines that the fruit or vegetable 20 is not damaged. The predetermined percentage is a criterion for determining the speed reduction rate, and is, for example, 40%.
また、青果物20に損傷があると判定された場合、検出部63は、表面上における速度低下位置の分布を求め、求められた分布に基づいて、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定する。 In addition, if it is determined that the fruit or vegetable 20 is damaged, the detection unit 63 calculates the distribution of speed reduction positions on the surface, and identifies the extent of the damage on the surface of the fruit or vegetable 20 based on the calculated distribution.
以下、ステップS6で行われる処理の具体例を、図1Cおよび1Dを参照しつつ説明する。なお、青果物20はりんごであり、りんごの赤道部に加振点が設定されているとして説明する。なお、赤道部は、りんごの表面に位置しており、りんごの芯に沿った方向において当該りんごの梗窪の上端から萼窪の下端までの間をおよそ2等分する位置に位置する部分である。 A specific example of the process performed in step S6 will be described below with reference to Figures 1C and 1D. It is assumed that the fruit or vegetable 20 is an apple, and the vibration point is set at the equator of the apple. The equator is located on the surface of the apple, and is a portion that is located in a position that approximately halves the distance between the upper end of the rachis depression and the lower end of the calyx depression in the direction along the apple's core.
検出部63は、測定部50による測定結果に基づいて、青果物20の表面上の位置(つまり、測定点)に対応するパラメータと、時間と、青果物20の表面の変位との対応関係を求める。 Based on the measurement results by the measurement unit 50, the detection unit 63 determines the correspondence between parameters corresponding to positions on the surface of the fruit or vegetable 20 (i.e., measurement points), time, and the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20.
図1Cは、位置に対応するパラメータと、時間と、青果物20の表面の変位との対応関係の一例を示す図である。測定部50は、測定点毎に青果物20の表面の変位の時間変化を測定している。検出部63は、赤道部に位置する測定点における測定結果を並べることで図1Cに示されている対応関係を求めている。なお、図1CのGR1については、後に説明する。 Figure 1C is a diagram showing an example of the correspondence relationship between parameters corresponding to position, time, and the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20. The measurement unit 50 measures the change in the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 over time for each measurement point. The detection unit 63 determines the correspondence relationship shown in Figure 1C by arranging the measurement results at measurement points located at the equator. GR1 in Figure 1C will be explained later.
図1Cには、位置に対応するパラメータとして角度が示されている。角度は、青果物20の中心から青果物20の赤道部の加振点に向かう方向を0度としたときに、青果物20の中心から各測定点に向かう方向が示す角度を意味する。図1Cの変位は、その値が+1μmから-1μmに減少するにしたがって、白色から黒色となるように示されている。変位は、振動していない状態における青果物20の表面の位置からの当該表面の移動量である。なお、横軸の時間は、青果物20の表面の変位の測定が開始された時刻からの経過時間である。 In Figure 1C, angle is shown as a parameter corresponding to position. The angle refers to the angle indicated by the direction from the center of fruit or vegetable 20 toward each measurement point, when the direction from the center of fruit or vegetable 20 toward the vibration point at the equator of fruit or vegetable 20 is set to 0 degrees. The displacement in Figure 1C is shown changing from white to black as its value decreases from +1 μm to -1 μm. The displacement is the amount of movement of the surface of fruit or vegetable 20 from its position when it is not vibrated. The time on the horizontal axis is the elapsed time from the time when measurement of the displacement of the surface of fruit or vegetable 20 began.
図1Cにおいて、時間が増加するほど角度が増加するように伸びる線RW01および時間が増加するほど角度が減少するように伸びる線RW02がレイリー波を示す線である。実施形態のように、加振点が固定され、測定部50を移動させる場合、加振点から測定中の測定点までの長さは、測定部50が移動する度に変化する。よって、図1Cに示されているように、レイリー波を示す線RW01およびRW02は、斜めに伸びる。線RW01およびRW02は、比較的大きめの変位を示す部分を略直線的につなぐ線から構成されている。比較的大きめの変位を示す部分を略直線的につなぐ線とは、図1Cにおける白色部分を略直線的につなぐ線、または、黒色部分を略直線的につなぐ線である。図1Cには、線RW01およびRW02が、白色部分を略直線的につなぐ線として示されている。なお、線RW01およびRW02の傾きの絶対値は、レイリー波の伝搬速度である。 In FIG. 1C, the line RW01, which extends so that the angle increases as time increases, and the line RW02, which extends so that the angle decreases as time increases, are lines that indicate Rayleigh waves. When the excitation point is fixed and the measurement unit 50 is moved as in the embodiment, the length from the excitation point to the measurement point during measurement changes each time the measurement unit 50 moves. Therefore, as shown in FIG. 1C, the lines RW01 and RW02 that indicate Rayleigh waves extend diagonally. The lines RW01 and RW02 are composed of lines that connect parts that show relatively large displacements in an approximately linear manner. The lines that connect parts that show relatively large displacements in an approximately linear manner are lines that connect white parts in FIG. 1C in an approximately linear manner, or lines that connect black parts in an approximately linear manner. In FIG. 1C, the lines RW01 and RW02 are shown as lines that connect white parts in an approximately linear manner. The absolute value of the slope of the lines RW01 and RW02 is the propagation speed of the Rayleigh waves.
検出部63は、レイリー波を示す線の1つ、例えば線RW01の傾きの絶対値に基づいて、測定点におけるレイリー波の伝搬速度を求める。そして、検出部63は、伝搬速度が他の測定点における伝搬速度よりも40%以上小さい測定点(つまり、速度低下位置)の有無を判定する。速度低下位置がある場合、検出部63は、速度低下位置に該当する測定点を求める。 The detection unit 63 determines the propagation velocity of the Rayleigh wave at the measurement point based on the absolute value of the slope of one of the lines indicating the Rayleigh wave, for example, line RW01. The detection unit 63 then determines whether there is a measurement point (i.e., a position of velocity reduction) where the propagation velocity is 40% or more lower than the propagation velocity at the other measurement points. If there is a position of velocity reduction, the detection unit 63 determines the measurement point corresponding to the position of velocity reduction.
図1Dは、損傷検出装置100が実行する損傷に関する判定処理の具体例を説明するための図である。図1Dに示されているように、線RW01(図1Dの白線部分)は、3本の直線部分RPT1、RPT2、および、RPT3から構成されている。 Figure 1D is a diagram for explaining a specific example of the damage determination process executed by the damage detection device 100. As shown in Figure 1D, the line RW01 (the white line portion in Figure 1D) is composed of three straight line portions RPT1, RPT2, and RPT3.
検出部63は、直線部分RPT1に対応する表面上の範囲に位置するすべての測定点において、レイリー波の伝搬速度がV11であると求める。同様に、検出部63は、直線部分RPT2に対応する表面上の範囲に位置するすべての測定点において、レイリー波の伝搬速度がV12であると求める。また、検出部63は、直線部分RPT3に対応する表面上の範囲に位置するすべての測定点において、レイリー波の伝搬速度がV13であると求める。なお、V11、V12、およびV13は、直線部分RPT1、RPT2、およびRPT3の傾きの絶対値に基づいて求められる。このようにして、検出部63は、赤道部の測定点とレイリー波の伝搬速度の対応関係を求める。 The detection unit 63 determines that the propagation velocity of the Rayleigh wave is V11 at all measurement points located in the range on the surface corresponding to the straight line portion RPT1. Similarly, the detection unit 63 determines that the propagation velocity of the Rayleigh wave is V12 at all measurement points located in the range on the surface corresponding to the straight line portion RPT2. The detection unit 63 also determines that the propagation velocity of the Rayleigh wave is V13 at all measurement points located in the range on the surface corresponding to the straight line portion RPT3. Note that V11, V12, and V13 are determined based on the absolute values of the slopes of the straight line portions RPT1, RPT2, and RPT3. In this way, the detection unit 63 determines the correspondence between the measurement points on the equator and the propagation velocity of the Rayleigh wave.
V12は、V11およびV13のいずれに対しても40%以上小さい。よって、検出部63は、速度低下位置があると判定し、さらに、直線部分RPT2に対応する表面上の位置に位置するすべての測定点(75度以上かつ112.5度以下の範囲内の測定点)を、速度低下位置として求める。そして、検出部63は、求められた速度低下位置に対応する表面上の位置範囲を損傷の存在範囲として特定する。 V12 is at least 40% smaller than both V11 and V13. Therefore, the detection unit 63 determines that there is a speed reduction position, and further determines all measurement points located at positions on the surface corresponding to the straight line portion RPT2 (measurement points within a range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less) as speed reduction positions. The detection unit 63 then identifies the position range on the surface corresponding to the determined speed reduction positions as the range in which damage exists.
なお、図1Dでは、レイリー波を示す直線の1つである線RW01は、3本の直線部分から構成されているが、青果物20に損傷がない場合、1本の直線部分で構成されていることが多い。この場合、レイリー波は表面上の位置に関係なく、ほぼ一定の伝搬速度で伝搬していると言える。 In FIG. 1D, line RW01, one of the straight lines representing a Rayleigh wave, is made up of three straight line segments, but if the fruit or vegetable 20 is not damaged, it is often made up of a single straight line segment. In this case, it can be said that the Rayleigh wave propagates at a nearly constant propagation speed regardless of its position on the surface.
以上説明したように、実施形態に係る損傷検出装置100は、青果物20の表面の複数個所においてレイリー波を測定する。そして、測定点とレイリー波の伝搬速度の大きさに基づいて、速度低下位置が存在する場合、青果物20の表面に損傷があると判定する。よって、青果物20の損傷を検出できる。 As described above, the damage detection device 100 according to the embodiment measures Rayleigh waves at multiple points on the surface of the fruit or vegetable 20. Then, based on the measurement points and the magnitude of the propagation speed of the Rayleigh waves, if a point of reduced speed is present, it is determined that damage exists on the surface of the fruit or vegetable 20. Thus, damage to the fruit or vegetable 20 can be detected.
また、損傷検出装置100は、測定点とレイリー波の伝搬速度の対応関係を求め、求められた対応関係から、速度低下位置の分布を求める。よって、損傷検出装置100は、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定することができる。 In addition, the damage detection device 100 determines the correspondence between the measurement points and the propagation speed of the Rayleigh waves, and determines the distribution of the speed reduction positions from the determined correspondence. Therefore, the damage detection device 100 can identify the range of damage on the surface of the fruit or vegetable 20.
また、損傷検出装置100は、青果物20に対してレーザー光を照射したり、打撃を加えること無く、LIPを形成したときに発生する圧力波を青果物20に当てることで青果物20の表面にレイリー波を発生させている。よって、青果物20を傷つけることなく、損傷を検出することができる。このため、上述したように、青果物20が、漿果、核果、ナシ状果およびイチゴ状果の野菜または果物、すなわち、傷つきやすい果物または野菜であったとしても、青果物20の商品価値を損なわせることなく、損傷の検査を行うことができる。 The damage detection device 100 generates Rayleigh waves on the surface of the fruit or vegetable 20 by applying pressure waves generated when a LIP is formed to the fruit or vegetable 20, without irradiating the fruit or vegetable 20 with laser light or striking it. This makes it possible to detect damage without damaging the fruit or vegetable 20. Therefore, as described above, even if the fruit or vegetable 20 is a berry, stone fruit, pome fruit, or strawberry fruit, that is, a fruit or vegetable that is easily damaged, damage can be inspected without compromising the commercial value of the fruit or vegetable 20.
(変形例1)
以下、変形例1に係る損傷検出装置100について、主に上述した実施形態と異なる点を説明する。
(Variation 1)
The damage detection device 100 according to the first modification will be described below, focusing mainly on the differences from the above-described embodiment.
変形例に係る損傷検出装置100の載置部30は、姿勢変更部として機能する。載置部30は、制御装置60の制御の下、測定部50に対する青果物20の姿勢を変更する。 The placement unit 30 of the damage detection device 100 according to the modified example functions as a position change unit. The placement unit 30 changes the position of the fruit or vegetable 20 relative to the measurement unit 50 under the control of the control device 60.
載置部30は、互いに直交する3つの軸であるX軸、Y軸、およびZ軸周りに青果物20を回転させる。ここで、本変形例において、X軸、Y軸、およびZ軸は青果物20を貫く回転軸であり、互いに青果物20中の1点(以降、この1点を回転中心と記載することがある)にて交わる。 The placement unit 30 rotates the fruit or vegetable 20 around three mutually perpendicular axes, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. Here, in this modified example, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are rotation axes that pass through the fruit or vegetable 20 and intersect with each other at one point in the fruit or vegetable 20 (hereinafter, this one point may be referred to as the center of rotation).
載置部30は、実施形態と同様、青果物20のサイズおよび形状に応じて、X軸、Y軸、および、Z軸のそれぞれの方向における青果物20の位置が調整可能に構成されている。よって、青果物20の中心を回転中心に一致させることができる。 As in the embodiment, the placement unit 30 is configured to adjust the position of the fruit or vegetable 20 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions according to the size and shape of the fruit or vegetable 20. This allows the center of the fruit or vegetable 20 to coincide with the center of rotation.
変形例1に係る測定部50は、LIPが形成される位置(すなわち、圧力波が発生する位置)と1つの回転軸とを結ぶ線(以下、第1の線と称す。)と、第1の線と交わる線であり、かつ、測定部50と当該1つの回転軸とを結ぶ線(以下、第2の線と称す。)とにより形成される角度が所定角度(例えば、15度)となる位置に配置されている。ここで、1つの回転軸は、第1の線および第2の線を含む平面に垂直な回転軸である。所定角度は0度よりも大きく、かつ、15度以下であればよい。なお、測定部50は、上述した実施形態と異なり、青果物20の周囲を移動しない。 The measurement unit 50 in the first modification is disposed at a position where the angle formed by a line (hereinafter referred to as a first line) connecting the position where the LIP is formed (i.e., the position where the pressure wave is generated) and one rotation axis, and a line (hereinafter referred to as a second line) that intersects with the first line and connects the measurement unit 50 and the one rotation axis is a predetermined angle (e.g., 15 degrees). Here, the one rotation axis is a rotation axis perpendicular to a plane including the first line and the second line. The predetermined angle may be any angle greater than 0 degrees and less than or equal to 15 degrees. Note that the measurement unit 50 does not move around the fruit or vegetable 20, unlike the above-described embodiment.
変形例1に係る制御部62は、測定部50の位置を制御することに代えて、載置部30を制御する。より具体的には、制御部62は、青果物20の姿勢を変更するための姿勢制御信号を載置部30に送信する。姿勢制御信号には、例えば、互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸周りに回転させるべき角度を示す情報が含まれる。 The control unit 62 according to the first modification controls the placement unit 30 instead of controlling the position of the measurement unit 50. More specifically, the control unit 62 transmits a posture control signal to the placement unit 30 to change the posture of the fruit or vegetable 20. The posture control signal includes, for example, information indicating the angle to be rotated around the mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis.
このように、変形例1に係る損傷検出装置100は、測定部50を移動させる代わりに、測定部50に対する青果物20の姿勢を変更させることで、レイリー波の測定点を変更する。 In this way, the damage detection device 100 according to variant example 1 changes the measurement point of the Rayleigh wave by changing the orientation of the fruit or vegetable 20 relative to the measurement unit 50, instead of moving the measurement unit 50.
変形例1に係る損傷検出装置100が実行する動作は、ステップS5およびS6の処理内容以外は、実施形態に係る損傷検出装置100が実行する動作と同じである。 The operations performed by the damage detection device 100 in the first modified example are the same as those performed by the damage detection device 100 in the embodiment, except for the processing contents of steps S5 and S6.
変形例1では、ステップS5において、制御部62は、載置部30を制御することで青果物20の測定部50に対する姿勢を変更する。その結果、測定点が変更される。 In the first modification, in step S5, the control unit 62 controls the placement unit 30 to change the orientation of the fruit or vegetable 20 relative to the measurement unit 50. As a result, the measurement point is changed.
以下、変形例1におけるステップS6で行われる処理の具体例を、図1Eおよび図1Fを参照しつつ説明する。なお、以下の説明における損傷は、表面において比較的広範囲に存在するものであるとする。また、所定角度が15度となるように測定部50が配置されているとする。さらに、青果物20は、りんごであるとする。 A specific example of the process performed in step S6 in Modification 1 will be described below with reference to Figures 1E and 1F. Note that the damage in the following description is assumed to be present over a relatively wide area on the surface. Also, it is assumed that the measuring unit 50 is positioned so that the specified angle is 15 degrees. Furthermore, it is assumed that the fruit or vegetable 20 is an apple.
図1Eおよび図1Fは、変形例1に係る青果物20の損傷検出装置100による測定結果の一例であり、青果物20の表面の変位の時間変化を示すグラフである。 Figures 1E and 1F are examples of measurement results obtained by the damage detection device 100 for the fruit or vegetable 20 according to the first modification, and are graphs showing the change in displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 over time.
図1Eおよび図1Fは、互いに異なる測定点における測定結果である。なお、横軸の時間は、青果物20の表面の変位の測定が開始された時刻からの経過時間を意味する。図1Eおよび図1FのPT1およびPT2については、後に説明する。以下、図1Eおよび図1Fのグラフは、青果物20の赤道部上に位置する測定点M1および測定点M2における測定結果であるとして説明する。 Figures 1E and 1F show the measurement results at different measurement points. The time on the horizontal axis indicates the elapsed time from the time when measurement of the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 was started. PT1 and PT2 in Figures 1E and 1F will be explained later. Below, the graphs in Figures 1E and 1F will be explained as being the measurement results at measurement points M1 and M2 located on the equator of the fruit or vegetable 20.
まず、検出部63は、赤道部上の各測定点における表面の変位の時間変化を示すグラフに基づいて、加振点から測定点までの表面上の範囲におけるレイリー波の伝搬速度に対応する速度パラメータをそれぞれ求める。この速度パラメータは、レイリー波が加振点において発生してから測定点に到達するまでにかかる時間の逆数である。 First, the detection unit 63 determines a velocity parameter corresponding to the propagation velocity of the Rayleigh wave in the range on the surface from the excitation point to the measurement point based on a graph showing the change over time in the displacement of the surface at each measurement point on the equator. This velocity parameter is the reciprocal of the time it takes for the Rayleigh wave to reach the measurement point after it is generated at the excitation point.
例えば、図1Eおよび1Fのグラフにおいて、レイリー波が発生してから測定点M1およびM2に到達するまでの時間はそれぞれTAR1およびTAR2である。よって、加振点から測定点M1およびM2までの速度パラメータは、TAR1およびTAR2の逆数を計算することでそれぞれ求められる。 For example, in the graphs of Figures 1E and 1F, the times from when the Rayleigh wave is generated until it reaches measurement points M1 and M2 are TAR1 and TAR2, respectively. Therefore, the speed parameters from the excitation point to measurement points M1 and M2 can be found by calculating the reciprocals of TAR1 and TAR2, respectively.
検出部63は、求められた速度パラメータ同士を比較して、速度パラメータが、他の範囲の速度パラメータと比べて、40%以上小さい表面上の範囲(以下、速度低下範囲と称す。)の有無を判定する。 The detection unit 63 compares the obtained speed parameters to determine whether there is a range on the surface where the speed parameter is 40% or more smaller than the speed parameters in other ranges (hereinafter referred to as a speed reduction range).
変形例1では加振点から測定点までの長さがほぼ一定に保たれるので、加振点から測定点までの長さは、測定点の位置に関係なく一定である。このため、加振点から測定点までの範囲におけるレイリー波の伝搬速度は、レイリー波が発生してから測定点に到達するまでにかかる時間に反比例し、加振点から測定点までの範囲における速度パラメータに比例する。 In variant 1, the length from the excitation point to the measurement point is kept almost constant, so the length from the excitation point to the measurement point is constant regardless of the position of the measurement point. Therefore, the propagation speed of the Rayleigh wave in the range from the excitation point to the measurement point is inversely proportional to the time it takes for the Rayleigh wave to reach the measurement point after it is generated, and is proportional to the speed parameter in the range from the excitation point to the measurement point.
よって、検出部63は、速度パラメータの値に基づく判定を行うことで、伝搬速度が、表面上の他の範囲における伝搬速度と比べて、40%以上小さい表面上の範囲の有無を判定していることになる。さらに、速度低下範囲は速度低下位置を含んでいる。よって、上述したように、速度パラメータの値に基づく判定を行うことで、速度低下位置の有無を判定していることになる。 Therefore, by making a judgment based on the value of the speed parameter, the detection unit 63 determines whether or not there is a range on the surface where the propagation speed is 40% or more lower than the propagation speed in other ranges on the surface. Furthermore, the speed reduction range includes a speed reduction position. Therefore, as described above, by making a judgment based on the value of the speed parameter, the detection unit 63 determines whether or not there is a speed reduction position.
加振点から測定点M2における速度パラメータは、加振点から測定点M1における速度パラメータよりも約53%小さい。よって、検出部63は、速度低下範囲、すなわち、速度低下位置があると判定し、さらに、青果物20に損傷があると判定する。そして、検出部63は、速度低下位置の分布、すなわち、表面上の速度低下範囲に基づいて、表面上における損傷の存在範囲を特定する。 The speed parameter from the excitation point to measurement point M2 is approximately 53% smaller than the speed parameter from the excitation point to measurement point M1. Therefore, the detection unit 63 determines that there is a speed reduction range, i.e., a speed reduction position, and further determines that there is damage to the fruit or vegetable 20. The detection unit 63 then identifies the range of damage on the surface based on the distribution of the speed reduction positions, i.e., the speed reduction range on the surface.
もし、速度低下位置が存在しないと判定された場合、検出部63は、青果物20に損傷が無いと判定する。 If it is determined that there is no speed reduction position, the detection unit 63 determines that there is no damage to the fruit or vegetable 20.
なお、上述した処理は、加振点から測定点までの長さが、損傷の存在範囲の長さ以下である場合には有効である。損傷の存在範囲の長さが、加振点から測定点までの長さよりも短くなる程度に損傷の存在範囲が小さい場合、損傷が存在している範囲と損傷が存在していない範囲とを伝搬する速度パラメータしか算出できない。つまり、損傷が存在している範囲のみを伝搬するレイリー波の速度パラメータが算出できない。よって、伝搬速度(速度パラメータ)の低下率の判定基準を40%とした場合、損傷があるにもかかわらず、検出部63は、損傷がないと判定される可能性があるためである。このため、加振点から測定点までの長さができるだけ短い方が、つまり、上述した所定角度は小さい方が損傷の検出精度が高くなる。また、高い精度で損傷の存在範囲を特定することができる。 The above-mentioned process is effective when the length from the excitation point to the measurement point is equal to or shorter than the length of the damage range. When the damage range is small enough that the length of the damage range is shorter than the length from the excitation point to the measurement point, only the velocity parameters that propagate between the range where the damage exists and the range where the damage does not exist can be calculated. In other words, the velocity parameters of the Rayleigh wave that propagates only through the range where the damage exists cannot be calculated. Therefore, when the criterion for the rate of decrease in the propagation velocity (velocity parameter) is set to 40%, the detection unit 63 may determine that there is no damage even though there is damage. For this reason, the shorter the length from the excitation point to the measurement point is, that is, the smaller the above-mentioned specified angle is, the higher the accuracy of damage detection. In addition, the damage range can be identified with high accuracy.
以上説明したように、変形例1に係る損傷検出装置100は、測定部50に対する青果物20の姿勢を変更することで測定点を変更する。このような変更を複数回行うことで、測定部50を移動させることなく、青果物20の表面の様々な位置においてレイリー波の測定を実行することができる。よって、より短時間で測定点を変更でき、ひいては、損傷検出装置100を用いた青果物20の損傷検査をより効率的に行うことができる。 As described above, the damage detection device 100 according to the first modified example changes the measurement point by changing the attitude of the fruit or vegetable 20 relative to the measurement unit 50. By making such changes multiple times, it is possible to perform Rayleigh wave measurements at various positions on the surface of the fruit or vegetable 20 without moving the measurement unit 50. This allows the measurement point to be changed in a shorter time, and ultimately makes it possible to more efficiently inspect the fruit or vegetable 20 for damage using the damage detection device 100.
変形例1に係る損傷検出装置100は、測定部50に対する青果物20の姿勢を変更するので、測定部50の位置とLIPが形成される位置との位置関係が変更されない。また、測定点の変更に伴い、加振点も変更されるので、測定点と加振点の位置関係を変更することなく、測定点を次々に変更できる。 The damage detection device 100 according to the first modification changes the attitude of the fruit or vegetable 20 relative to the measurement unit 50, so the positional relationship between the position of the measurement unit 50 and the position where the LIP is formed does not change. In addition, since the excitation point is also changed in conjunction with the change in the measurement point, the measurement point can be changed one after another without changing the positional relationship between the measurement point and the excitation point.
すなわち、測定点が変更されたとしても、測定点と加振点との距離がほぼ一定に維持される。さらに、測定部50は、LIPが形成される位置と回転軸とを結ぶ線と、当該線と交わる線であり、かつ、測定部50と当該回転軸とを結ぶ線とにより形成される角度が0度よりも大きく、かつ、15度以下となる位置に位置している。これにより、青果物20の損傷の検出精度を高めることができる。具体的には、青果物20の損傷の有無をより正確に判定することができるとともに、損傷の存在範囲をより正確に特定できる。 That is, even if the measurement point is changed, the distance between the measurement point and the vibration point is maintained approximately constant. Furthermore, the measurement unit 50 is positioned at a position where the angle formed by the line connecting the position where the LIP is formed and the rotation axis and the line that intersects with the line connecting the measurement unit 50 and the rotation axis is greater than 0 degrees and is less than or equal to 15 degrees. This improves the accuracy of detecting damage to the fruit or vegetable 20. Specifically, it is possible to more accurately determine whether or not damage is present in the fruit or vegetable 20, and to more accurately identify the extent of the damage.
(変形例2)
以下、変形例2に係る損傷検出装置100について、主に上述した変形例1と異なる点を説明する。
(Variation 2)
The damage detection device 100 according to the second modification will be described below, focusing mainly on the differences from the first modification described above.
変形例1と異なる点はステップS6で行われる処理である。変形例2では、ステップS6において、検出部63は、測定部50の測定結果に対してパターン認識を行うことで、青果物20に損傷があるか否かを判定する。また、検出部63は、測定部50による測定結果に対してパターン認識を行うことで、表面上における損傷の存在範囲を特定する。以下、変形例2の損傷検出装置100が実行するパターン認識の例を説明する。以下の説明は、青果物20がりんごであり、赤道部上に位置する測定点における測定結果に対して処理することを例とするものである。 The difference from Modification 1 is the processing performed in step S6. In Modification 2, in step S6, the detection unit 63 performs pattern recognition on the measurement results of the measurement unit 50 to determine whether or not there is damage to the fruit or vegetable 20. The detection unit 63 also performs pattern recognition on the measurement results of the measurement unit 50 to identify the extent of damage on the surface. An example of pattern recognition performed by the damage detection device 100 of Modification 2 is described below. The following description is an example in which the fruit or vegetable 20 is an apple, and processing is performed on the measurement results at a measurement point located on the equator.
<パターン認識の例1>
予め記憶部61には、パターン認識の基準とする波形(以下、基準波形と称す。)が記憶されている。基準波形は、青果物20の表面における損傷がない位置をレイリー波が伝搬したときの当該位置における表面の変位の時間変化を示す波形である。図2Aは、検出部63がパターン認識を行うときに基準として用いられる青果物の表面の変位の時間変化を示す波形の一例である。図2Aの時間範囲PTは、パターン認識において比較対象となる部分波形(以下、基準部分波形と称す。)が位置する時間範囲である。基準部分波形には、レイリー波の成分を示す波形部分が含まれる。なお、横軸の時間は、青果物20の表面の変位の測定が開始された時刻からの経過時間を意味する。
<Pattern Recognition Example 1>
A waveform (hereinafter referred to as the reference waveform) that is used as a reference for pattern recognition is stored in advance in the memory unit 61. The reference waveform is a waveform that indicates the change over time in the surface displacement at a position on the surface of the fruit or vegetable 20 when a Rayleigh wave propagates through that position where there is no damage on the surface of the fruit or vegetable 20. FIG. 2A is an example of a waveform that indicates the change over time in the surface displacement of the fruit or vegetable, which is used as a reference when the detection unit 63 performs pattern recognition. The time range PT in FIG. 2A is the time range in which a partial waveform (hereinafter referred to as the reference partial waveform) that is to be compared in the pattern recognition is located. The reference partial waveform includes a waveform portion that indicates a Rayleigh wave component. The time on the horizontal axis indicates the elapsed time from the time when measurement of the surface displacement of the fruit or vegetable 20 was started.
検出部63は、測定部50による測定結果に基づいて、青果物20の表面上の位置(つまり、測定点)毎に表面の変位と時間との対応関係を求める。ここで求められる対応関係は、測定点における青果物20の表面の変位の時刻歴波形を示す。 The detection unit 63 determines the correspondence between the surface displacement and time for each position (i.e., measurement point) on the surface of the fruit or vegetable 20 based on the measurement results by the measurement unit 50. The correspondence determined here indicates the time history waveform of the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 at the measurement point.
以下、測定部50による測定結果に基づいて求められた変位と時間との対応関係の中に、図1Eおよび図1Fに示されている変位と時間との対応関係が含まれているとして説明する。 In the following description, it is assumed that the relationship between displacement and time obtained based on the measurement results by the measurement unit 50 includes the relationship between displacement and time shown in Figures 1E and 1F.
検出部63は、基準部分波形に基づいて各測定点の時刻歴波形をパターン認識する。まず、検出部63は、各測定点における時刻歴波形から、レイリー波の成分を示す波形部分が含まれるように所定の波形部分(以下、抽出波形と称す。)を抽出する。検出部63は、図1Eおよび図1Fの時刻歴波形について、それぞれ時間範囲PT1の波形部分、および、時間範囲PT2の波形部分を抽出波形として抽出する。そして、検出部63は、すべての測定点に対応する抽出波形と、基準部分波形とを比較して、抽出波形と基準部分波形とが同一の形状であるか否かを判定する。 The detection unit 63 performs pattern recognition on the time history waveform of each measurement point based on the reference partial waveform. First, the detection unit 63 extracts a predetermined waveform portion (hereinafter referred to as the extracted waveform) from the time history waveform at each measurement point so that the waveform portion showing the Rayleigh wave component is included. For the time history waveforms of Figures 1E and 1F, the detection unit 63 extracts the waveform portion of time range PT1 and the waveform portion of time range PT2, respectively, as the extracted waveform. The detection unit 63 then compares the extracted waveforms corresponding to all measurement points with the reference partial waveform to determine whether the extracted waveform and the reference partial waveform have the same shape.
例えば、検出部63は、抽出波形が、基準部分波形における最大変位の2倍以上の変位を有する場合、抽出波形と基準部分波形とは異なる波形であると判定する。また、検出部63は、抽出波形が、当該最大変位の2倍以上の変位を有していない場合、抽出波形と基準部分波形とは同じ波形であると判定する。 For example, if the extracted waveform has a displacement that is more than twice the maximum displacement in the reference partial waveform, the detection unit 63 determines that the extracted waveform and the reference partial waveform are different waveforms. Also, if the extracted waveform does not have a displacement that is more than twice the maximum displacement, the detection unit 63 determines that the extracted waveform and the reference partial waveform are the same waveform.
図1Eの抽出波形の最大変位は、約0.5μmであり、図1Fの抽出波形の最大変位は、約3.7μmである。よって、検出部63は、図1Eの抽出波形は、基準部分波形と同じ波形であると判定し、図1Fの抽出波形は、基準部分波形と異なる波形であると判定する。 The maximum displacement of the extracted waveform in FIG. 1E is approximately 0.5 μm, and the maximum displacement of the extracted waveform in FIG. 1F is approximately 3.7 μm. Therefore, the detection unit 63 determines that the extracted waveform in FIG. 1E is the same waveform as the reference partial waveform, and determines that the extracted waveform in FIG. 1F is a waveform different from the reference partial waveform.
検出部63は、すべての測定点に対応する抽出波形が基準部分波形と同じ波形であると判定した場合、青果物20に損傷はないと判定する。すべての測定点に対応する抽出波形の中に、1つでも基準部分波形と異なる波形であると判定された抽出波形が含まれる場合、検出部63は、青果物20に損傷があると判定する。 When the detection unit 63 determines that the extracted waveforms corresponding to all measurement points are the same as the reference partial waveform, it determines that there is no damage to the fruit or vegetable 20. When the extracted waveforms corresponding to all measurement points include even one extracted waveform that is determined to be different from the reference partial waveform, the detection unit 63 determines that there is damage to the fruit or vegetable 20.
また、検出部63は、基準部分波形と異なる波形であると判定された抽出波形に対応する測定点の位置に基づいて、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定する。 In addition, the detection unit 63 identifies the extent of damage on the surface of the fruit or vegetable 20 based on the positions of the measurement points corresponding to the extracted waveform that is determined to be different from the reference partial waveform.
なお、記憶部61は基準部分波形、すなわち、比較対象となる部分の波形のみを記憶していてもよい。また、変位の大きさの基準は、必ずしも基準部分波形の最大変位の2倍でなくてもよい。さらに、抽出波形と基準部分波形とが同一の形状であるか否かを判定するとき、検出部63は、変位の大きさ以外の波形の特徴部分、例えば、波長等に基づいて判定してもよい。 The memory unit 61 may store only the reference partial waveform, i.e., the waveform of the portion to be compared. The standard for the magnitude of displacement does not necessarily have to be twice the maximum displacement of the reference partial waveform. Furthermore, when determining whether the extracted waveform and the reference partial waveform have the same shape, the detection unit 63 may make the determination based on a characteristic part of the waveform other than the magnitude of displacement, such as the wavelength.
<パターン認識の例2>
以下、パターン認識の例2を、図2Bを参照しつつ説明する。以下の説明において青果物20は、りんごであるとする。
<Pattern Recognition Example 2>
A second example of pattern recognition will now be described with reference to Fig. 2B. In the following description, it is assumed that the fruit or vegetable 20 is an apple.
検出部63は、測定部50による測定結果に基づいて、青果物20の表面上の位置(つまり、測定点)に対応するパラメータと、時間と、青果物20の表面の変位との対応関係を求め、その対応関係を示す画像を生成する。 Based on the measurement results by the measurement unit 50, the detection unit 63 determines the correspondence between parameters corresponding to positions on the surface of the fruit or vegetable 20 (i.e., measurement points), time, and the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20, and generates an image showing this correspondence.
図2Bは、位置に対応するパラメータと、時間と、青果物20の表面の変位との対応関係の一例を示す図である。検出部63は、赤道部に位置する測定点における測定結果(つまり、変位の時間変化のグラフ)を並べることで図2Bに示されている対応関係を求めている。 Figure 2B is a diagram showing an example of the correspondence relationship between parameters corresponding to position, time, and the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20. The detection unit 63 determines the correspondence relationship shown in Figure 2B by arranging the measurement results (i.e., a graph of the change in displacement over time) at measurement points located at the equator.
図2Bには、縦軸の角度、横軸の時間、および、変位の色については、図1Cにおける角度、時間、および変位と同じことを意味するので、詳細な説明を省略する。 In Figure 2B, the angle on the vertical axis, the time on the horizontal axis, and the color of the displacement have the same meanings as the angle, time, and displacement in Figure 1C, so a detailed explanation will be omitted.
変形例2は、変形例1と同様、青果物20の姿勢を変更することで測定点を切り替える測定方法を利用している。このため、測定点が変更されたとしても加振点から測定点までの長さはほぼ変わらない。このため、レイリー波を示す線RW03は、同時刻を示す直線が伸びる方向と略平行に伸びた線となる。線RW03は、比較的大きめの変位を示す部分を略直線的につなぐ線から構成されている。比較的大きめの変位を示す部分を略直線的につなぐ線とは、図2Bにおける白色部分を略直線的につなぐ線、または、黒色部分を略直線的につなぐ線である。図2Bには、線RW03が、白色部分を略直線的につなぐ線として示されている。 As with variant 1, variant 2 utilizes a measurement method in which the measurement point is switched by changing the orientation of the fruit or vegetable 20. Therefore, even if the measurement point is changed, the length from the excitation point to the measurement point remains almost the same. Therefore, line RW03 indicating the Rayleigh wave is a line that extends approximately parallel to the direction in which the straight line indicating the same time extends. Line RW03 is composed of lines that connect in an approximately linear manner parts that indicate relatively large displacements. Lines that connect in an approximately linear manner parts that indicate relatively large displacements are lines that connect in an approximately linear manner white parts in Figure 2B or lines that connect in an approximately linear manner black parts. In Figure 2B, line RW03 is shown as a line that connects in an approximately linear manner white parts.
図2BのGR2(2点鎖線枠内部分)が、検出部63によって生成される画像である。 GR2 in Figure 2B (the area within the dashed double-dashed line frame) is the image generated by the detection unit 63.
検出部63は、生成された画像に対してパターン認識する。まず、検出部63は、画像GR2からレイリー波を示す線を探す。そして、検出部63は、レイリー波を示す線が、0度から360度まで分断されていないと判定した場合、青果物20に損傷はないと判定する。検出部63は、レイリー波を示す線が、複数の線に分断されていると判定した場合、青果物20に損傷があると判定する。 The detection unit 63 performs pattern recognition on the generated image. First, the detection unit 63 searches for lines indicative of Rayleigh waves in the image GR2. Then, if the detection unit 63 determines that the lines indicative of Rayleigh waves are not divided from 0 degrees to 360 degrees, it determines that there is no damage to the fruit or vegetable 20. If the detection unit 63 determines that the lines indicative of Rayleigh waves are divided into multiple lines, it determines that there is damage to the fruit or vegetable 20.
検出部63は、画像GR2をパターン認識し、線RW03を発見する。そして、線RW03が、分断部分SPTにより分断されていると判定する。そして、検出部63は、青果物20に損傷があると判定する。 The detection unit 63 performs pattern recognition on the image GR2 and finds the line RW03. The detection unit 63 then determines that the line RW03 is divided by the dividing portion SPT. The detection unit 63 then determines that the fruit or vegetable 20 is damaged.
さらに、検出部63は、分断部分SPTの角度範囲を特定する。そして、検出部63は、特定した角度範囲に基づいて、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定する。検出部63は、例えば、75度以上112.5度以下の角度範囲を損傷の存在範囲として特定する。 The detection unit 63 further identifies the angle range of the divided portion SPT. Then, based on the identified angle range, the detection unit 63 identifies the range in which damage exists on the surface of the fruit or vegetable 20. For example, the detection unit 63 identifies an angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less as the range in which damage exists.
変形例2で実行されるパターン認識は、上述した2つの例に限られない。他の部位におけるレイリー波の伝搬状態と比べてレイリー波の伝搬状態が異なるか否かを判定できる手法であればよい。 The pattern recognition performed in variant example 2 is not limited to the two examples described above. Any method can be used that can determine whether the propagation state of the Rayleigh waves is different from the propagation state of the Rayleigh waves in other parts.
以上説明したように、変形例2に係る損傷検出装置100は、レイリー波の測定結果に対して、パターン認識を行うことで、損傷の有無、および、損傷の存在範囲を特定することができる。また、変形例2に係る損傷検出装置100は、変形例1に係る損傷検出装置100と同様の効果が得られる。 As described above, the damage detection device 100 according to the second modification can identify the presence or absence of damage and the extent of the damage by performing pattern recognition on the measurement results of the Rayleigh waves. Furthermore, the damage detection device 100 according to the second modification can achieve the same effects as the damage detection device 100 according to the first modification.
(変形例3)
以下、変形例3に係る損傷検出装置100について、主に上述した実施形態と異なる点を説明する。
(Variation 3)
The damage detection device 100 according to the third modification will be described below, focusing mainly on the differences from the above-described embodiment.
実施形態と異なる点はステップS6で行われる処理である。変形例3では、ステップS6において、検出部63は、測定部50の測定結果に対してパターン認識を行うことで、青果物20に損傷があるか否かを判定する。また、検出部63は、測定部50による測定結果に対してパターン認識を行うことで、表面上における損傷の存在範囲を特定する。 The difference from the embodiment is the process performed in step S6. In the third modification, in step S6, the detection unit 63 performs pattern recognition on the measurement results of the measurement unit 50 to determine whether or not there is damage to the fruit or vegetable 20. The detection unit 63 also performs pattern recognition on the measurement results of the measurement unit 50 to identify the extent of the damage on the surface.
<パターン認識の例3>
上述したパターン認識の例1と同様に、検出部63は、予め記憶部61に記憶されている基準波形の中の基準部分波形と、各測定点における時刻歴波形の中の抽出波形とが同一波形であるか否かを判定することで、損傷の有無を判定する。さらに、検出部63は、基準部分波形と異なる波形であると判定された抽出波形に対応する測定点の位置に基づいて、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定する。
<Pattern Recognition Example 3>
As in the above-described pattern recognition example 1, the detection unit 63 determines whether or not a reference partial waveform in a reference waveform previously stored in the storage unit 61 is the same waveform as an extracted waveform in the time history waveform at each measurement point, thereby determining the presence or absence of damage. Furthermore, the detection unit 63 identifies the extent of damage on the surface of the fruit or vegetable 20 based on the position of the measurement point corresponding to the extracted waveform determined to be a waveform different from the reference partial waveform.
なお、変形例3では、加振点が固定されつつ測定部50が移動させるので、測定点が切り替えられる度に、加振点から測定点までの長さが変わる。よって、レイリー波が各測定点に到達する時刻が異なる。このため、各測定点における時刻歴波形の中の抽出波形に対応する時間範囲は、加振点から測定点までの長さに応じて後の時刻にシフトしている。この点を除けば、パターン認識の例1と同様にして、検出部63は、損傷の有無の判定、および、損傷の存在範囲の特定を行う。 In addition, in the third modification, the excitation point is fixed while the measurement unit 50 moves it, so that the length from the excitation point to the measurement point changes each time the measurement point is switched. Therefore, the time at which the Rayleigh wave arrives at each measurement point is different. For this reason, the time range corresponding to the extracted waveform in the time history waveform at each measurement point shifts to a later time depending on the length from the excitation point to the measurement point. Apart from this, the detection unit 63 determines whether or not damage exists and identifies the range in which the damage exists in the same way as in the first pattern recognition example.
<パターン認識の例4>
以下、図1Cおよび図1Dを参照しつつ、変形例3の損傷検出装置100が実行するパターン認識の例4を説明する。主に、上述したパターン認識の例2と異なる点を説明する。
<Pattern Recognition Example 4>
1C and 1D, a fourth example of pattern recognition executed by the damage detection device 100 of the third modification will be described below. Differences from the second example of pattern recognition described above will be mainly described.
検出部63は、測定部50による測定結果に基づいて、青果物20の表面上の位置(つまり、測定点)に対応するパラメータと、時間と、表面の変位との対応関係を求め、その対応関係を示す画像を生成する。以下の説明において、図1Cおよび図1Dに示されている画像GR1(2点鎖線枠内部分)が、検出部63によって生成されたとして説明する。 Based on the measurement results from the measurement unit 50, the detection unit 63 determines the correspondence between parameters corresponding to positions on the surface of the fruit or vegetable 20 (i.e., measurement points), time, and surface displacement, and generates an image showing this correspondence. In the following description, it is assumed that the image GR1 (portion within the two-dot chain line frame) shown in Figures 1C and 1D was generated by the detection unit 63.
検出部63は、生成された画像GR1に対してパターン認識する。 The detection unit 63 performs pattern recognition on the generated image GR1.
検出部63は、画像GR1からレイリー波を示す線を探す。そして、検出部63は、レイリー波を示す線が、ほぼ1本の直線部分で構成されていると判定した場合、青果物20に損傷はないと判定する。検出部63は、レイリー波を示す線が、複数の直線部分で構成されていると判定した場合、青果物20に損傷があると判定する。 The detection unit 63 searches for a line indicative of a Rayleigh wave in the image GR1. If the detection unit 63 determines that the line indicative of a Rayleigh wave is made up of approximately one straight line segment, it determines that there is no damage to the fruit or vegetable 20. If the detection unit 63 determines that the line indicative of a Rayleigh wave is made up of multiple straight line segments, it determines that there is damage to the fruit or vegetable 20.
検出部63は、画像GR1をパターン認識し、線RW01(図1Dの白線部分)を発見する。そして、線RW01が、3本の直線部分RPT1、RPT2、および、RPT3から構成されていると判定する。そして、検出部63は、青果物20に損傷があると判定する。 The detection unit 63 performs pattern recognition on the image GR1 and finds the line RW01 (the white line portion in FIG. 1D). The detection unit 63 then determines that the line RW01 is composed of three straight line portions RPT1, RPT2, and RPT3. The detection unit 63 then determines that the fruit or vegetable 20 is damaged.
さらに、検出部63は、直線部分RPT1および直線部分RPT3に対して傾きが大きく異なる部分である直線部分PRT2の角度範囲を特定する。そして、検出部63は、特定した角度範囲に基づいて、青果物20の表面における損傷の存在範囲を特定する。検出部63は、例えば、75度以上112.5度以下の角度範囲を損傷の存在範囲として特定する。 The detection unit 63 further identifies the angle range of the straight line portion PRT2, which is a portion whose inclination is significantly different from that of the straight line portions RPT1 and RPT3. The detection unit 63 then identifies the range in which damage exists on the surface of the fruit or vegetable 20 based on the identified angle range. The detection unit 63 identifies, for example, an angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less as the range in which damage exists.
変形例3で実行されるパターン認識は、上述した2つの例に限られない。他の部位におけるレイリー波の伝搬状態と比べてレイリー波の伝搬状態が異なるか否かを判定できる手法であればよい。 The pattern recognition performed in variant example 3 is not limited to the two examples described above. Any method can be used that can determine whether the propagation state of the Rayleigh waves is different from the propagation state of the Rayleigh waves in other parts.
以上説明したように、変形例3に係る損傷検出装置100は、レイリー波の測定結果に対して、パターン認識を行うことで、損傷の有無、および、損傷の存在範囲を特定することができる。また、変形例3に係る損傷検出装置100によれば、変形例1に係る損傷検出装置100と同様の効果が得られる。 As described above, the damage detection device 100 according to the third modification can identify the presence or absence of damage and the extent of the damage by performing pattern recognition on the measurement results of the Rayleigh waves. Furthermore, the damage detection device 100 according to the third modification can achieve the same effects as the damage detection device 100 according to the first modification.
(その他の変形例)
損傷検出装置100が測定部50を青果物20の周囲を移動させる場合、損傷検出装置100は、測定部50および制御装置60を備えていればよく、載置部30および振動発生装置40を必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、載置部30および振動発生装置40は、損傷検出装置100とは別に準備される装置であってもよい。
(Other Modifications)
When damage detection device 100 moves measuring unit 50 around fruit or vegetable 20, damage detection device 100 only needs to include measuring unit 50 and control device 60, and does not necessarily need to include mounting unit 30 and vibration generating device 40. In other words, mounting unit 30 and vibration generating device 40 may be devices prepared separately from damage detection device 100.
圧力波を青果物20に当てるための手法は、レーザー光を用いてLIPを形成する手法に限られず、青果物20の表面を振動させることができる手法であればどんな手法が用いられてもよい。よって、例えば、スピーカ等の音響装置を用いて青果物20にレイリー波を生成して(つまり、振動を与えて)もよい。ただし、圧力波は青果物20の加振点に、点とみなせるような小さな領域で与えることが望ましい。また、バイブレーター等の振動装置を用いて、振動装置を青果物20に接触させてレイリー波を生成して(つまり、振動を与えて)もよい。ただし、青果物20に新たな損傷を与えることなく損傷を検出する観点からは、青果物20に接触することなく青果物20を振動させる装置を用いることが望ましい。 The method of applying pressure waves to the fruit or vegetable 20 is not limited to the method of forming a LIP using laser light, and any method that can vibrate the surface of the fruit or vegetable 20 may be used. Thus, for example, a Rayleigh wave may be generated (i.e., vibration may be applied) in the fruit or vegetable 20 using an acoustic device such as a speaker. However, it is preferable that the pressure wave is applied to the excitation point of the fruit or vegetable 20 in a small area that can be considered as a point. Alternatively, a vibration device such as a vibrator may be used to generate a Rayleigh wave (i.e., vibration) by contacting the fruit or vegetable 20. However, from the viewpoint of detecting damage without causing any additional damage to the fruit or vegetable 20, it is preferable to use a device that vibrates the fruit or vegetable 20 without contacting the fruit or vegetable 20.
1つの青果物20に対するレイリー波の測定回数は、1151回に限られない。損傷の有無のみを判定するという観点に基づけば、測定回数を1151回より少なくしてもよい。この場合、上述した一定の角度Δηは、7.5度よりも大きく設定され、かつ、角度θは、7.5度よりも大きい値で変更される。 The number of measurements of the Rayleigh wave for one fruit or vegetable 20 is not limited to 1151. From the viewpoint of determining only the presence or absence of damage, the number of measurements may be less than 1151. In this case, the above-mentioned constant angle Δη is set to be greater than 7.5 degrees, and the angle θ is changed to a value greater than 7.5 degrees.
損傷の存在範囲をより正確に特定するという観点に基づけば、測定回数を1151回より多くしてもよい。この場合、上述した一定の角度Δηは、7.5度よりも小さく設定され、かつ、角度θは、7.5度よりも小さい値で変更される。 From the viewpoint of identifying the extent of the damage more accurately, the number of measurements may be greater than 1151. In this case, the above-mentioned constant angle Δη is set to be smaller than 7.5 degrees, and the angle θ is changed to a value smaller than 7.5 degrees.
変形例1および2に係る載置部30は、必ずしも3つの軸周りに青果物20を回転させるように構成されていなくてもよく、少なくとも1つの回転軸周りに回転させることができるように構成されていればよい。 The placement unit 30 in the first and second variants does not necessarily have to be configured to rotate the fruit or vegetable 20 around three axes, but only needs to be configured to rotate it around at least one rotation axis.
上述した実施形態、および、各変形例では、測定部50は、圧力波に対する青果物20の応答として青果物20の表面の変位を測定すると説明したが、測定される応答は、青果物20の表面の振動に対応する速度、または、加速度であってもよい。速度や加速度を測定した場合、測定結果を積分することで、変位の値を得ることができる。また、測定部50は、青果物20の表面の振動を測定できればよいので、レーザードップラー振動計に代えて、レーザー変位計等を用いてもよい。また、測定部50として、青果物20の表面の振動を測定できるカメラを使用してもよい。当該カメラを使用する場合、青果物20対して少なくとも2つの方向から測定することで、青果物20の表面の全範囲の各位置における振動を測定できる。このため、実施形態および変形例3に係る測定部50の移動回数および変形例1および2に係る載置部30による姿勢変更回数を少なくすることができる。 In the above-mentioned embodiment and each modified example, the measuring unit 50 measures the displacement of the surface of the fruit or vegetable 20 as the response of the fruit or vegetable 20 to the pressure wave. However, the measured response may be the velocity or acceleration corresponding to the vibration of the surface of the fruit or vegetable 20. When the velocity or acceleration is measured, the displacement value can be obtained by integrating the measurement result. In addition, since the measuring unit 50 only needs to measure the vibration of the surface of the fruit or vegetable 20, a laser displacement meter or the like may be used instead of a laser Doppler vibrometer. In addition, a camera capable of measuring the vibration of the surface of the fruit or vegetable 20 may be used as the measuring unit 50. When such a camera is used, the vibration at each position of the entire range of the surface of the fruit or vegetable 20 can be measured by measuring the fruit or vegetable 20 from at least two directions. Therefore, the number of movements of the measuring unit 50 according to the embodiment and modified example 3 and the number of changes in posture by the mounting unit 30 according to modified examples 1 and 2 can be reduced.
変形例1および2では、所定角度が0度よりも大きく、かつ、15度以下となるように測定部50が配置されるとしたが、損傷の有無を判定するという観点に基づけば、所定角度が15度よりも大きくかつ90度以下であってもよい。 In the first and second variants, the measuring unit 50 is positioned so that the predetermined angle is greater than 0 degrees and less than or equal to 15 degrees, but from the viewpoint of determining whether or not damage has occurred, the predetermined angle may be greater than 15 degrees and less than or equal to 90 degrees.
なお、振動発生装置40が備えるレンズ43は、レーザー光を集光可能なレンズであればよい。例えば、レンズ43は、対物レンズ、集光レンズ、および、シリンダレンズ等のレンズであってもよいし、それらを組み合わせたものであってもよい。 The lens 43 of the vibration generating device 40 may be any lens capable of focusing laser light. For example, the lens 43 may be an objective lens, a focusing lens, a cylindrical lens, or a combination of these lenses.
実施形態および変形例2において、測定部50は、始点からΔη度ずつ、青果物20の周囲を移動するとしたが、測定部50は、軌道中心に対して始点の反対側の点まで、一方向周りに始点からΔη度ずつ移動し、その後、当該始点から他方向周りに反対側の点まで移動してもよい。 In the embodiment and the second variant, the measurement unit 50 moves around the fruit or vegetable 20 in increments of Δη degrees from the starting point, but the measurement unit 50 may move in increments of Δη degrees from the starting point in one direction to a point on the opposite side of the starting point with respect to the center of the trajectory, and then move from the starting point in the other direction to the opposite point.
(実施例1)
発明者は、実験1により、青果物の表面波の一例であるレイリー波を測定することで青果物の打撲傷を検出できることを明らかにした。以下、発明者が行った実験1について説明する。
Example 1
The inventors have demonstrated through Experiment 1 that bruises on fruits and vegetables can be detected by measuring Rayleigh waves, which are an example of surface waves on fruits and vegetables. Experiment 1 conducted by the inventors will be described below.
<供試材料>
本実験では、供試材料、すなわち、青果物として4個のりんごを用いた。詳しく説明すると、りんごは、直径10cm程度の新鮮な青森県産「サンふじ」である。以下の説明において、4個のりんごを、それぞれサンプル1、サンプル2、サンプル3、サンプル4と称する。
<Test materials>
In this experiment, four apples were used as test materials, i.e., fruits and vegetables. More specifically, the apples were fresh "Sun Fuji" apples produced in Aomori Prefecture, with a diameter of about 10 cm. In the following description, the four apples will be referred to as Sample 1, Sample 2, Sample 3, and Sample 4, respectively.
<損傷検出システム>
図3は、実施例1に係る実験1に用いられた損傷検出システム200を示す概略図である。なお、図3の110はりんごである。
<Damage detection system>
Fig. 3 is a schematic diagram showing a damage detection system 200 used in Experiment 1 according to Example 1. In Fig. 3, reference numeral 110 denotes an apple.
損傷検出システム200は、ラボジャッキ130、振動発生装置140、レーザードップラー振動計(LDV)150、および、アナライザ170を備えている。 The damage detection system 200 includes a lab jack 130, a vibration generator 140, a laser Doppler vibrometer (LDV) 150, and an analyzer 170.
ラボジャッキ130は、りんご110を載置する台である。ラボジャッキ130は、その高さが調整可能である。ラボジャッキ130は、りんごの載置位置に設けられたクッションを備えている。 The lab jack 130 is a platform on which the apple 110 is placed. The height of the lab jack 130 is adjustable. The lab jack 130 has a cushion provided at the position where the apple is placed.
振動発生装置140は、レーザー装置141、ミラー142、および、平凸レンズ143を備えている。 The vibration generating device 140 includes a laser device 141, a mirror 142, and a plano-convex lens 143.
レーザー装置141として、高出力Nd:YAGパルスレーザー(Continum Inc. surelite III-10、波長1064nm、ビーム直径9.5mm、パルス幅5ns、最大出力850mJ、広がり角0.5mrad)を用いた。 A high-power Nd:YAG pulsed laser (Continum Inc. Surelite III-10, wavelength 1064 nm, beam diameter 9.5 mm, pulse width 5 ns, maximum output 850 mJ, divergence angle 0.5 mrad) was used as the laser device 141.
ミラー142は、LIPを形成させる位置に向けてレーザー装置141から出射されたレーザー光LSの進行方向を変更する。 The mirror 142 changes the direction of the laser light LS emitted from the laser device 141 toward the position where the LIP is to be formed.
平凸レンズ143として、焦点距離100mmの平凸レンズを用いた。平凸レンズ143は、ミラー142にて進行方向が変更されたレーザー光LSを集光する。これにより、LIPが形成され、LIPが膨張するときに空気中を伝搬する圧力波が生じる。この圧力波による衝撃をりんご110に対する加振力として用いてりんご110の表面を振動させた。 A plano-convex lens with a focal length of 100 mm was used as the plano-convex lens 143. The plano-convex lens 143 focuses the laser light LS whose direction of travel has been changed by the mirror 142. This forms a LIP, and as the LIP expands, a pressure wave is generated that propagates through the air. The impact of this pressure wave was used as a vibration force for the apple 110, causing the surface of the apple 110 to vibrate.
本実験では、レーザー光のレーザーパルスエネルギーを850mJに設定した。 In this experiment, the laser pulse energy of the laser light was set to 850 mJ.
なお、LIPが空気中で形成するために必要なレーザーフルエンス(つまり、エネルギー密度)I[W/m2]は、レーザーパルスエネルギーE[J]、レーザー光の照射時間T[s]、および、レーザー光LSが照射される領域の面積S[m2]を用いて、I=E/(ST)と表される。空気中におけるLIPの閾値はI≧1015W/m2である。本実験はエネルギー密度Iが1015W/m2以上となるように、レーザー光LSが照射される空気中の領域範囲の面積Sを調整した。 The laser fluence (i.e., energy density) I [W/ m2 ] required to form LIP in air is expressed as I=E/(ST) using the laser pulse energy E [J], the laser light irradiation time T [s], and the area S [ m2 ] of the region irradiated with the laser light LS. The threshold value of LIP in air is I≧ 1015 W/ m2 . In this experiment, the area S of the region in air irradiated with the laser light LS was adjusted so that the energy density I was 1015 W/m2 or more .
また、LIPが、りんご110の表面から3mmの位置に形成されるようにレーザー装置141、ミラー142、および、平凸レンズ143の位置、並びに、ラボジャッキ130の高さを調整した。 The positions of the laser device 141, mirror 142, and plano-convex lens 143, as well as the height of the lab jack 130, were adjusted so that the LIP was formed 3 mm from the surface of the apple 110.
図4は、レイリー波の伝搬について説明する図である。なお、点Pおよび点BPはりんご110の表面上の点である。 Figure 4 is a diagram explaining the propagation of Rayleigh waves. Note that points P and BP are points on the surface of apple 110.
LIPが形成される際に生じる圧力波がりんご110の加振点である点Pに当たると、点Pに衝撃が加わり、点Pが振動する。これにより、りんご110の表面にレイリー波が生成される。レイリー波は点Pを起点としてりんご110の表面を伝搬する。レイリー波は、点Pの反対側に位置する点BPにも伝搬する。 When the pressure wave generated when the LIP is formed hits point P, which is the excitation point of apple 110, an impact is applied to point P, causing it to vibrate. This generates a Rayleigh wave on the surface of apple 110. The Rayleigh wave propagates across the surface of apple 110 from point P as its starting point. The Rayleigh wave also propagates to point BP, which is located on the opposite side of point P.
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
レーザードップラー振動計150は、圧力波を受けたりんご110の応答を測定する計器である。本実験では、レーザードップラー振動計150として、LDV(Polytec Inc. NLV-2500-5)を用いて、りんご110の表面の変位を測定した。 The laser Doppler vibrometer 150 is an instrument that measures the response of the apple 110 to pressure waves. In this experiment, an LDV (Polytec Inc. NLV-2500-5) was used as the laser Doppler vibrometer 150 to measure the displacement of the surface of the apple 110.
図3の破線は、りんご110の中心Oから一定距離離れた位置を示す曲線(以下、移動曲線と称す。)である。本実験では、レーザードップラー振動計150を破線に沿って移動させ、りんご110の赤道部EQ上の複数の測定点におけるりんご110の表面の変位を測定した。なお、本実験において設定された測定点については、後に詳細に説明する。なお、中心Oは、互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、X軸方向におけるりんご110の中央位置であり、かつ、Y軸方向におけるりんご110の中央位置であり、かつ、Z軸方向におけるりんご110の中央位置である位置のことである。 The dashed line in FIG. 3 is a curve (hereinafter referred to as a movement curve) that indicates a position a certain distance away from the center O of the apple 110. In this experiment, the laser Doppler vibrometer 150 was moved along the dashed line, and the displacement of the surface of the apple 110 was measured at multiple measurement points on the equator EQ of the apple 110. The measurement points set in this experiment will be described in detail later. The center O is the position that is the center position of the apple 110 in the X-axis direction, the center position of the apple 110 in the Y-axis direction, and the center position of the apple 110 in the Z-axis direction, when the three mutually perpendicular axes are the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
本実験では、アナライザ170として、スペクトルアナライザ(NI PXI-4462)を用いて、レーザードップラー振動計150による測定結果を記録した。 In this experiment, a spectrum analyzer (NI PXI-4462) was used as the analyzer 170 to record the measurement results from the laser Doppler vibrometer 150.
<加振点および測定点>
図5は、実験1における加振点IPおよび測定点MP1~MP47を説明するための図である。図5には、上側から見たときのりんご110の様子が示されている。図5のBRは打撲傷である。
<Excitation points and measurement points>
Fig. 5 is a diagram for explaining the excitation point IP and the measurement points MP1 to MP47 in Experiment 1. Fig. 5 shows the state of an apple 110 as viewed from above. BR in Fig. 5 indicates a bruise.
本実験では、りんご110の赤道部EQ上に加振点IPおよび測定点MP1~MP47をそれぞれ設定した。 In this experiment, the excitation point IP and measurement points MP1 to MP47 were set on the equator EQ of the apple 110.
加振点IPは、LIPに起因する圧力波が当てられる位置である。本実験では、加振点IPは、りんご110の赤道部EQ上に設定された。 The excitation point IP is the position where the pressure wave caused by the LIP is applied. In this experiment, the excitation point IP was set on the equator EQ of the apple 110.
本実験を説明する上で、点Oと点IPとを結ぶ線を基準線とし、当該基準線に沿って点Oから点IPに向かう方向を、0度の方向と称する。また、点IPの位置を0度の位置と称することもある。 In explaining this experiment, the line connecting points O and IP is taken as the reference line, and the direction from point O to point IP along this reference line is referred to as the 0 degree direction. The position of point IP is also sometimes referred to as the 0 degree position.
本実験では、測定点を等間隔に47点(測定点MP1~MP47)設定した。測定点MP1~47は、レーザードップラー振動計150により測定対象となる位置である。測定点MP1~47は、0度の方向から7.5n度反時計回りに回転させた方向にそれぞれ位置する。ここで、nは1~47のいずれかの整数である。例えば、測定点MP1は、7.5度の位置に位置し、測定点MP12は、90度の位置に位置し、測定点MP24は、180度の位置に位置し、測定点MP36は、270度の位置に位置する。 In this experiment, 47 measurement points (measurement points MP1 to MP47) were set at equal intervals. Measurement points MP1 to 47 are the positions that are the subject of measurement by the laser Doppler vibrometer 150. Measurement points MP1 to 47 are each located in a direction rotated 7.5n degrees counterclockwise from the 0 degree direction, where n is an integer between 1 and 47. For example, measurement point MP1 is located at the 7.5 degree position, measurement point MP12 is located at the 90 degree position, measurement point MP24 is located at the 180 degree position, and measurement point MP36 is located at the 270 degree position.
<打撲傷>
サンプル1~4を温度が0℃かつ湿度が50%の冷蔵庫内で保管し、さらに、室温で1時間放置した。そして、打撲傷BRが付けられていない状態でサンプル1~4について後述するレイリー波の測定を行った後、サンプル1~4を高さ15cmの位置から自由落下させて鋼鉄製の定盤と衝突させることで、赤道部EQに打撲傷BRをつけた。なお、本実験では、打撲傷BRが、測定点MP12の近傍になるようにサンプル1~4に打撲傷BRが付けられている。
<Bruises>
Samples 1 to 4 were stored in a refrigerator at a temperature of 0°C and a humidity of 50%, and were then left at room temperature for 1 hour. Then, the Rayleigh wave measurement described below was performed on Samples 1 to 4 without the bruise BR, and Samples 1 to 4 were then allowed to freely fall from a height of 15 cm and collided with a steel surface plate to leave a bruise BR at the equator EQ. In this experiment, the bruise BR was left on Samples 1 to 4 so that the bruise BR was located near the measurement point MP12.
なお、打撲傷BRが付けられたりんご110は、りんご110の果肉が痛んでいるものの、痛んだ果肉を覆う表皮と痛んでいない果肉を覆う表皮とを目視により判別することは困難な状態にある。すなわち、りんご110の表皮を見ただけでは、打撲傷BRの位置を特定することは困難である。 In the case of an apple 110 with a bruise BR, although the flesh of the apple 110 is damaged, it is difficult to visually distinguish between the skin covering the damaged flesh and the skin covering the undamaged flesh. In other words, it is difficult to identify the location of the bruise BR just by looking at the skin of the apple 110.
<レイリー波の測定>
本実験では、レイリー波の測定を行う度に、7.5度の方向から180度の方向まで、レーザードップラー振動計150を図3の矢印Y1の方向に7.5度ずつ移動させた。これにより、測定点MP1~24におけるレイリー波を次々に測定した。また、352.5度の方向から187.5度の方向までレーザードップラー振動計150を図3の矢印Y2の方向に7.5度ずつ移動させた。これにより、測定点MP47~25におけるレイリー波を次々に測定した。
<Rayleigh wave measurement>
In this experiment, each time a Rayleigh wave was measured, the laser Doppler vibrometer 150 was moved in the direction of the arrow Y1 in Fig. 3 from the 7.5 degree direction to the 180 degree direction in increments of 7.5 degrees. This allowed the Rayleigh waves at measurement points MP1 to MP24 to be measured one after another. The laser Doppler vibrometer 150 was also moved in the direction of the arrow Y2 in Fig. 3 from the 352.5 degree direction to the 187.5 degree direction in increments of 7.5 degrees. This allowed the Rayleigh waves at measurement points MP47 to MP25 to be measured one after another.
なお、1つの測定点についてレイリー波の測定が行われる度にレーザー装置141は、レーザー光LSを出射する。例えば、測定点MP1におけるレイリー波の測定が完了すると、測定点MP2におけるレイリー波を測定する際にレーザー装置141は、レーザー光LSを出射する。 The laser device 141 emits laser light LS each time a Rayleigh wave is measured at one measurement point. For example, when the measurement of the Rayleigh wave at measurement point MP1 is completed, the laser device 141 emits laser light LS when measuring the Rayleigh wave at measurement point MP2.
<その他>
発明者は、サンプル1~4に対してレイリー波の測定を温度が20℃、および、湿度が60%の環境下で行った。なお、発明者は、サンプル1~4が、打撲傷BRが付けられていない状態および打撲傷BRが付けられた状態の両方においてレイリー波の測定を行った。また、発明者は、打撲傷BRが付けられたサンプル1~4に対するレイリー波の測定を、それぞれに打撲傷BRを付けてから6時間以内に行った。
<Other>
The inventors measured the Rayleigh waves for Samples 1 to 4 in an environment with a temperature of 20° C. and a humidity of 60%. The inventors measured the Rayleigh waves for Samples 1 to 4 both in a state in which the bruise BR was not made and in a state in which the bruise BR was made. The inventors also measured the Rayleigh waves for Samples 1 to 4 with the bruise BR made within 6 hours after the bruise BR was made on each of the samples.
1つの測定点に対して、一定時間、ここでは約13ミリ秒間、レーザードップラー振動計150を用いてりんご110の表面の変位を測定し続けた。なお、レイリー波が発生する約10ミリ秒前からレーザードップラー振動計150でりんご110の表面の変位の測定を開始しており、レイリー波がりんご110の表面に発生してから約3ミリ秒間、りんご110の表面の変位を測定した。 For each measurement point, the displacement of the surface of the apple 110 was continuously measured using the laser Doppler vibrometer 150 for a fixed period of time, here about 13 milliseconds. Note that the laser Doppler vibrometer 150 started measuring the displacement of the surface of the apple 110 about 10 milliseconds before the Rayleigh waves were generated, and the displacement of the surface of the apple 110 was measured for about 3 milliseconds after the Rayleigh waves were generated on the surface of the apple 110.
<実験1の結果>
図6は、サンプル4のいくつかの測定点における表面の変位の測定結果の例であり、表面の変位の時間変化を示すグラフである。図6のグラフは、打撲傷BRが付けられていない状態にあるサンプル4のレイリー波の測定結果を示しており、測定点MP6、測定点MP12、および、測定点MP18における表面の変位の時間変化を示している。
<Results of Experiment 1>
Fig. 6 is an example of the measurement results of the surface displacement at several measurement points of the sample 4, and is a graph showing the change in the surface displacement over time. The graph in Fig. 6 shows the measurement results of the Rayleigh wave of the sample 4 in a state in which the contusion BR is not formed, and shows the change in the surface displacement over time at the measurement points MP6, MP12, and MP18.
なお、変位は、振動していない状態におけるりんご110の表面の位置からの当該表面の移動量である。りんご110の中心Oからりんご110の表面に向かう方向(以下、半径方向と称す。)に表面が移動したとき、変位の符号は正であり、半径方向に対して反対方向に表面が移動したとき、変位の符号は負である。時間は、レーザードップラー振動計150が、りんご110の表面の変位の測定を開始した時刻からの経過時間である。レイリー波がりんご110の表面に発生したときの時刻は10ミリ秒であった。 Note that the displacement is the amount of movement of the surface of apple 110 from its position when it is not vibrating. When the surface moves in a direction from the center O of apple 110 toward the surface of apple 110 (hereinafter referred to as the radial direction), the sign of the displacement is positive, and when the surface moves in the opposite direction to the radial direction, the sign of the displacement is negative. The time is the elapsed time from the time when the laser Doppler vibrometer 150 started measuring the displacement of the surface of apple 110. The time when the Rayleigh wave was generated on the surface of apple 110 was 10 milliseconds.
そして、測定点MP1~47における表面の変位の時間変化のグラフを、測定点MP1~47の位置毎に並べることで、サンプル4の表面の位置に対応するパラメータ(ここでは角度)と、時間と、変位との対応関係を生成した。 Then, by arranging the graphs of the time change in the surface displacement at the measurement points MP1 to MP47 for each position of the measurement points MP1 to MP47, the correspondence between the parameter (here, angle) corresponding to the surface position of the sample 4, time, and displacement was generated.
図7は、打撲傷BRが付けられていないサンプル4に関する実験結果であり、サンプル1の表面の位置に対応するパラメータ(ここでは角度)と時間とサンプル4の表面の変位と対応関係を示す図である。 Figure 7 shows the experimental results for sample 4, which does not have a bruise BR, and shows the relationship between the parameter (here, angle) corresponding to the position on the surface of sample 1, time, and the displacement of the surface of sample 4.
図7の縦軸の角度は、サンプル4の表面の位置に対応している。1~47のいずれかの整数をnとしたときに整数7.5n度は、測定点MPnの位置に対応する。また、角度0度から角度360度までの角度の大きさは、サンプル4の赤道部EQに沿った外周の長さに相当する。 The angle on the vertical axis in Figure 7 corresponds to the position on the surface of sample 4. When n is an integer between 1 and 47, the integer 7.5n degrees corresponds to the position of measurement point MPn. In addition, the magnitude of the angle from 0 degrees to 360 degrees corresponds to the length of the circumference along the equator EQ of sample 4.
図7の変位は、その値が+1μmから-1μmに減少するにしたがって、白色から黒色となるように示されている。 The displacement in Figure 7 is shown going from white to black as its value decreases from +1 μm to -1 μm.
本実験では、加振点IPを固定しつつ、測定点MP1~47を次々に切り替えた。このため、レイリー波が測定点MP1~47に到達する時刻は、加振点IPからの距離に比例して遅くなる。したがって、図7に示されているように、レイリー波は、時間に比例して角度の値が大きくなる直線RW1、および、時間に比例して角度の値が小さくなる直線RW2として表される。また、これらの直線RW1およびRW2の傾きは、途中で大きく変化することなく、ほぼ一定であった。 In this experiment, the excitation point IP was fixed, while the measurement points MP1 to MP47 were switched in succession. Therefore, the time at which the Rayleigh wave reached the measurement points MP1 to MP47 became slower in proportion to the distance from the excitation point IP. Therefore, as shown in Figure 7, the Rayleigh wave is represented as a straight line RW1 whose angle value increases in proportion to time, and a straight line RW2 whose angle value decreases in proportion to time. Furthermore, the slopes of these straight lines RW1 and RW2 were almost constant without changing significantly along the way.
なお、直線RW1は、加振点IPから測定点MP1、MP2、…と伝搬するレイリー波を示す。一方、直線RW2は、加振点IPから測定点MP47、MP46、…と伝搬するレイリー波を示す。 The straight line RW1 shows the Rayleigh wave propagating from the excitation point IP to the measurement points MP1, MP2, .... On the other hand, the straight line RW2 shows the Rayleigh wave propagating from the excitation point IP to the measurement points MP47, MP46, ....
直線RW1およびRW2の傾きが途中で大きく変化することなく、ほぼ一定の傾きを有する直線として表されていることは、サンプル4の測定点MP1~47をほぼ同じ速度でレイリー波が伝搬していることを意味する。2つのレイリー波の伝搬速度は、直線RW1およびRW2の傾きの絶対値であり、その値は約84m/sであった。 The fact that the slope of the straight lines RW1 and RW2 does not change significantly along the way and is shown as a straight line with an almost constant slope means that the Rayleigh waves propagate at almost the same speed through measurement points MP1 to MP47 of sample 4. The propagation speed of the two Rayleigh waves is the absolute value of the slope of the straight lines RW1 and RW2, and its value was approximately 84 m/s.
図8は、打撲傷BRが付けられたサンプル4に関する実験結果であり、サンプル4の表面の位置に対応するパラメータ(ここでは角度)と時間とサンプル4の表面の変位との対応関係を示す図である。図8の対応関係は、打撲傷BRが付けられたサンプル4に関する測定点MP1~47における表面の変位の時間変化のグラフを、測定点MP1~47の位置毎に並べることで得られる。 Figure 8 shows the experimental results for Sample 4 with bruises BR, and is a diagram showing the correspondence between the parameter (here, angle) corresponding to the position on the surface of Sample 4 and the time and the displacement on the surface of Sample 4. The correspondence in Figure 8 is obtained by arranging the graphs of the time change in the surface displacement at measurement points MP1 to MP47 for Sample 4 with bruises BR for each position of measurement points MP1 to MP47.
レイリー波を示す線RW3において、75度以上112.5度以下の角度範囲の傾きの絶対値は、0度以上75度未満の角度範囲の傾きの絶対値、および、112.5度より大きく360度未満の角度範囲の傾きの絶対値と比べて小さくなっている。この結果は、75度以上112.5度以下の角度範囲において、レイリー波の伝搬速度が小さくなっていることを意味する。 In line RW3, which shows the Rayleigh wave, the absolute value of the slope in the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less is smaller than the absolute value of the slope in the angle range of 0 degrees or more and less than 75 degrees, and the absolute value of the slope in the angle range of more than 112.5 degrees and less than 360 degrees. This result means that the propagation speed of the Rayleigh wave is smaller in the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less.
線RW3の0度以上75度未満の角度範囲、および、112.5度より大きく360度未満の角度範囲における傾きの絶対値は、直線RW1およびRW2の傾きの絶対値とほぼ同じであった。よって、打撲傷BRが付けられているサンプル4の表面を伝搬するレイリー波の伝搬速度は、0度以上75度未満の角度範囲、および、112.5度より大きく360度未満の角度範囲において、打撲傷BRが付けられていないサンプル4の表面を伝搬するレイリー波の伝搬速度とほぼ同じであると言える。 The absolute value of the slope of line RW3 in the angle range of 0 degrees or more and less than 75 degrees, and in the angle range of more than 112.5 degrees and less than 360 degrees, was approximately the same as the absolute value of the slope of straight lines RW1 and RW2. Therefore, it can be said that the propagation speed of the Rayleigh wave propagating on the surface of sample 4 with dents BR is approximately the same as the propagation speed of the Rayleigh wave propagating on the surface of sample 4 without dents BR in the angle range of 0 degrees or more and less than 75 degrees, and in the angle range of more than 112.5 degrees and less than 360 degrees.
図8において、75度以上112.5度以下の角度範囲におけるレイリー波の伝搬速度の大きさは、75度以上112.5度以下の角度範囲における線RW3の傾きの絶対値から、約45m/sと求められた。この値は、打撲傷BRが付けられていないサンプル4におけるレイリー波の伝搬速度(すなわち、約84m/s)と比べて、約46%小さい。言い換えると、打撲傷BRが付けられているサンプル4において、レイリー波の伝搬速度は、0度以上75度未満の角度範囲、および、112.5度より大きく360度未満の角度範囲の値と比べて、75度以上112.5度以下の角度範囲の値が約46%小さい。 In FIG. 8, the magnitude of the propagation velocity of the Rayleigh wave in the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less was calculated to be about 45 m/s from the absolute value of the slope of the line RW3 in the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less. This value is about 46% smaller than the propagation velocity of the Rayleigh wave in sample 4 without the contusion BR (i.e., about 84 m/s). In other words, in sample 4 with the contusion BR, the propagation velocity of the Rayleigh wave in the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less is about 46% smaller than the values in the angle range of 0 degrees or more and less than 75 degrees, and in the angle range of more than 112.5 degrees and less than 360 degrees.
表1には、本実験により得られたサンプル1~4に関するデータが示されている。なお、伝搬速度Vbfは、打撲傷BRが付けられていない状態のサンプル1~4に関するデータであり、赤道部EQにおけるレイリー波の伝搬速度の平均値である。伝搬速度Vafは、打撲傷BRが付けられている状態のサンプル1~4に関するデータであり、レイリー波の伝搬速度の値が小さい領域におけるレイリー波の伝搬速度の平均値である。速度低下率は、伝搬速度Vbfに対する伝搬速度Vafの低下率を示しており、(Vbf-Vaf)×100/Vbfで表すことができる。 Table 1 shows data on samples 1 to 4 obtained from this experiment. Note that the propagation velocity Vbf is data on samples 1 to 4 without the contusion BR, and is the average value of the propagation velocity of the Rayleigh wave at the equatorial region EQ. The propagation velocity Vaf is data on samples 1 to 4 with the contusion BR, and is the average value of the propagation velocity of the Rayleigh wave in the region where the propagation velocity of the Rayleigh wave is small. The velocity reduction rate indicates the rate of reduction of the propagation velocity Vaf relative to the propagation velocity Vbf, and can be expressed as (Vbf-Vaf) x 100/Vbf.
表1には、サンプル1~4の質量が、313.3g以上347.5g以下であることが示されている。よって、サンプル1~4の中には、極端に大きいりんご、および、極端に小さいりんごは含まれていないと言える。 Table 1 shows that the masses of samples 1 to 4 are between 313.3g and 347.5g. Therefore, it can be said that samples 1 to 4 do not contain any extremely large or small apples.
表1には、サンプル1~4の伝搬速度Vafはサンプル1~4の伝搬速度Vbfに対して、少なくとも44%以上小さい値であることが示されている。 Table 1 shows that the propagation velocity Vaf of samples 1 to 4 is at least 44% smaller than the propagation velocity Vbf of samples 1 to 4.
発明者は、サンプル1~4の打撲傷BRの大きさを評価した。 The inventors evaluated the size of the bruises BR in samples 1 to 4.
図9は、りんご110の打撲傷BRについて説明するための図である。図9の上側には、打撲傷BRに正対する方向からりんご110を見た時の打撲傷BRの模式図が示されており、図9の下側には、打撲傷BRに正対する方向に対して垂直な方向から見た時の打撲傷BRの模式図が示されている。 Figure 9 is a diagram for explaining the bruise BR on the apple 110. The upper part of Figure 9 shows a schematic diagram of the bruise BR when the apple 110 is viewed from a direction directly facing the bruise BR, and the lower part of Figure 9 shows a schematic diagram of the bruise BR when viewed from a direction perpendicular to the direction directly facing the bruise BR.
W1およびW2は、打撲傷BRの延在方向を含む平面(以下、延在面と称す。)に関する値である。W1およびW2は、延在面に含まれる互いに直交する2つの軸に沿った方向における各寸法である。 W1 and W2 are values relating to a plane (hereinafter referred to as the extension plane) that includes the extension direction of the bruise BR. W1 and W2 are the dimensions in the directions along two mutually perpendicular axes included in the extension plane.
yおよびbは、りんご110の半径方向に関する打撲傷BRの値である。yは、打撲傷BRが付けられたことで中心Oに向かってりんご110の表面が凹んだ長さである。bは、打撲傷BRが付けられる前のりんご110の表面から当該表面に付けられた打撲傷BRの最も中心Oに近い位置までの長さである。 y and b are the values of the bruise BR in the radial direction of the apple 110. y is the length of the depression of the surface of the apple 110 toward the center O due to the bruise BR. b is the length from the surface of the apple 110 before the bruise BR is made to the point of the bruise BR on that surface closest to the center O.
Enclosed volume法を用いた場合、打撲傷BRの大きさである打撲量Eは、以下に示す式で表される。 When using the enclosed volume method, the size of the bruise BR, or the bruise volume E, is expressed by the following formula:
供試材料として用いた4個のりんご110に対して発明者は式(1)を用いて打撲量Eを算出した。 The inventors used formula (1) to calculate the amount of bruising E for the four apples 110 used as test materials.
表2には、サンプル1~4の打撲傷BRに関する各値(W1、W2、y、およびb)、打撲量、および、打撲傷BRの存在範囲が示されている。 Table 2 shows the bruise BR values (W1, W2, y, and b), bruise volume, and range of bruise BR for samples 1 to 4.
表2には、サンプル4の打撲傷BRの存在範囲が75度以上かつ112.5度以下であることが示されている。この範囲は、打撲傷BRが付けられている状態のサンプル4における伝搬速度が周囲よりも小さい角度範囲(つまり、75度以上かつ112.5度以下である角度範囲)に一致している。 Table 2 shows that the range of the bruise BR in sample 4 is 75 degrees or more and 112.5 degrees or less. This range corresponds to the angle range in which the propagation speed in sample 4 with the bruise BR is smaller than the surrounding area (i.e., the angle range from 75 degrees or more to 112.5 degrees or less).
なお、サンプル1~3におけるレイリー波の伝搬速度が小さい範囲は、サンプル1~3の打撲傷BRの存在範囲(表2参照)と完全には一致しなかった。しかし、サンプル1~3におけるレイリー波の伝搬速度が小さい範囲と、各サンプル1~3における打撲傷BRの存在範囲(表2参照)とは広い角度範囲において重複していた。すなわち、打撲傷BRの存在範囲と、レイリー波の伝搬速度が小さい範囲とは対応していることが分かった。 The range where the Rayleigh wave propagation velocity is low in Samples 1 to 3 did not completely coincide with the range where the contusion BR exists in Samples 1 to 3 (see Table 2). However, the range where the Rayleigh wave propagation velocity is low in Samples 1 to 3 and the range where the contusion BR exists in each of Samples 1 to 3 (see Table 2) overlapped over a wide angular range. In other words, it was found that the range where the contusion BR exists corresponds to the range where the Rayleigh wave propagation velocity is low.
このように、りんご110の表面における打撲傷BRが存在する領域範囲においては、打撲傷BRが存在しない領域よりも40%以上伝搬速度が小さくなることが分かった。 In this way, it was found that in the area where the bruise BR exists on the surface of the apple 110, the propagation speed is more than 40% slower than in the area where the bruise BR does not exist.
したがって、りんご110についてレイリー波を測定し、レイリー波の伝搬速度が他の位置の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置があるか否かを判定することで、りんご110に打撲傷BRがあるか否かを判定することができることが分かった。また、レイリー波の伝搬速度が他の位置の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい範囲を特定することで、打撲傷BRの存在範囲を特定することができることが分かった。 Therefore, it was found that by measuring the Rayleigh waves on the apple 110 and determining whether there is a position where the propagation speed of the Rayleigh waves is smaller than the propagation speed of other positions by a predetermined percentage or more, it is possible to determine whether the apple 110 has a bruise BR. It was also found that by identifying the range where the propagation speed of the Rayleigh waves is smaller than the propagation speed of other positions by a predetermined percentage or more, it is possible to identify the range where the bruise BR exists.
また、りんご110に打撲傷BRが付けられていない場合、りんご110の表面の位置に対応するパラメータと時間と表面の変位との対応関係において、レイリー波を示す線RW1およびRW2は、ほぼ1本の直線とみなせる線であった。他方、打撲傷BRが付けられた場合、りんご110の表面の位置に対応するパラメータと時間と表面の変位との対応関係において、レイリー波を示す線RW3の傾きの絶対値は、打撲傷BRの存在範囲に対応する角度範囲において、当該角度範囲以外におけるレイリー波を示す線の傾きの絶対値と比べて変化した。つまり、線RW3は、複数の直線部分から構成されるものであった。よって、青果物の表面の位置に対応するパラメータと時間と表面の変位との対応関係において、レイリー波を示す線が、ほぼ1本の直線とみなせるか否かを判定することで、りんご110に打撲傷BRがあるか否かを判定することができることが分かった。さらに、レイリー波を示す線の中で、他の直線部分と比べて傾きが異なる直線部分の角度範囲を特定することで、打撲傷BRの存在範囲を特定することができることが分かった。 In addition, when the apple 110 does not have a bruise BR, in the correspondence relationship between the parameters corresponding to the surface position of the apple 110 and the surface displacement over time, the lines RW1 and RW2 indicating the Rayleigh waves were lines that could be considered to be approximately one straight line. On the other hand, when the apple 110 has a bruise BR, in the correspondence relationship between the parameters corresponding to the surface position of the apple 110 and the surface displacement over time, the absolute value of the slope of the line RW3 indicating the Rayleigh waves changed in the angle range corresponding to the presence range of the bruise BR compared to the absolute value of the slope of the line indicating the Rayleigh waves outside that angle range. In other words, the line RW3 was composed of multiple straight line segments. Therefore, it was found that it is possible to determine whether the apple 110 has a bruise BR by determining whether the line indicating the Rayleigh waves can be considered to be approximately one straight line in the correspondence relationship between the parameters corresponding to the surface position of the fruit or vegetable and the surface displacement over time. Furthermore, it was found that the range in which the bruise BR exists can be identified by identifying the angle range of the straight line portion that has a different slope compared to other straight line portions in the line showing the Rayleigh wave.
(実施例2)
発明者は、加振点IPと測定点との距離を一定にしつつ、青果物の表面のレイリー波の測定を行う実験2を実行した。以下、実験2について、主に実験1と異なる点を説明する。
Example 2
The inventors carried out Experiment 2 in which the Rayleigh wave on the surface of fruit or vegetable was measured while keeping the distance between the excitation point IP and the measurement point constant. Hereinafter, Experiment 2 will be described, focusing mainly on the differences from Experiment 1.
<供試材料>
供試材料として実験1と同様、サンプル1~4を使用した。
<Test materials>
As in Experiment 1, Samples 1 to 4 were used as test materials.
<打撲傷>
サンプル4の保管条件、および、打撲傷BRの付け方は実験1と同様である。
<Bruises>
The storage conditions of sample 4 and the method of applying the bruise BR were the same as in experiment 1.
<損傷検出システム>
実験2において使用した損傷検出システムは、ラボジャッキ130に代えて、回転台を備えている。回転台は、鉛直方向周りに回転可能な台である。すなわち、回転軸は鉛直方向に沿う。発明者は、りんご110が、その中心を回転軸が通過するように回転台に配置した。
<Damage detection system>
The damage detection system used in Experiment 2 includes a rotating platform instead of the lab jack 130. The rotating platform is a platform that can rotate around the vertical direction. That is, the axis of rotation is along the vertical direction. The inventors placed the apple 110 on the rotating platform so that the axis of rotation passes through the center of the apple.
レーザードップラー振動計150は、LIPが形成される位置と回転軸とを結ぶ線と、当該線と交わる線であり、かつ、レーザードップラー振動計150と当該回転軸とを結ぶ線とにより形成される角度が一定の角度(以下、角度αと称す。)となる位置に配置されている。 The laser Doppler vibrometer 150 is positioned so that the angle formed by the line connecting the position where the LIP is formed and the axis of rotation and the line that intersects with the line connecting the laser Doppler vibrometer 150 and the axis of rotation is a constant angle (hereinafter referred to as angle α).
<レイリー波の測定方法>
本実験では、打撲傷BRが付けられていないサンプル1~4、および、打撲傷BRが付けられたサンプル1~4に対して、角度αが、15度、45度、および、90度となるようにレーザードップラー振動計150の位置を設定し、各設定条件の下、赤道部EQ上の48個の測定点(測定点MP1~MP48)に伝搬するレイリー波の測定を行った。測定点MP1~MP47は実験1における測定点MP1~MP47に対応する。測定点MP48は、0度の方向に位置する測定点である。
<How to measure Rayleigh waves>
In this experiment, the position of the laser Doppler vibrometer 150 was set so that the angle α was 15 degrees, 45 degrees, and 90 degrees for samples 1 to 4 without the bruise BR and samples 1 to 4 with the bruise BR, and measurements of Rayleigh waves propagating to 48 measurement points (measurement points MP1 to MP48) on the equator EQ were performed under each set condition. Measurement points MP1 to MP47 correspond to measurement points MP1 to MP47 in experiment 1. Measurement point MP48 is a measurement point located in the 0 degree direction.
まず、LIPが形成される位置に対するレーザードップラー振動計150の位置を、角度αが15度となるように設定した。そして、1つの測定点に伝搬したレイリー波の測定を行った。レイリー波の測定が行われるたびに回転台を回転軸周りに7.5度ずつ回転させて測定点および加振点IPを次々と変更した。このようにして、測定点および加振点IPを、サンプル4の赤道部EQ上をほぼ等間隔に48箇所設定した。なお、測定点および加振点が変更されたとしても、加振点IPから測定点までの長さはほぼ一定である。 First, the position of the laser Doppler vibrometer 150 relative to the position where the LIP is formed was set so that the angle α was 15 degrees. Then, a measurement was performed of the Rayleigh wave that had propagated to one measurement point. Each time a Rayleigh wave was measured, the turntable was rotated 7.5 degrees around the rotation axis to successively change the measurement point and excitation point IP. In this way, 48 measurement points and excitation points IP were set at approximately equal intervals on the equator EQ of sample 4. Note that even if the measurement point and excitation point are changed, the length from the excitation point IP to the measurement point remains approximately constant.
48個の測定点におけるレイリー波の測定が完了すると、角度αが45度となるようにレーザードップラー振動計150の位置を変更した。そして、角度αが15度である場合と同様に48個の測定点においてレイリー波の測定を行った。 After completing the measurement of the Rayleigh waves at the 48 measurement points, the position of the laser Doppler vibrometer 150 was changed so that the angle α was 45 degrees. Then, the Rayleigh waves were measured at the 48 measurement points in the same way as when the angle α was 15 degrees.
さらに、角度αが90度となるようにレーザードップラー振動計150の位置を変更し、48個の測定点においてレイリー波の測定を行った。 Furthermore, the position of the laser Doppler vibrometer 150 was changed so that the angle α was 90 degrees, and the Rayleigh waves were measured at 48 measurement points.
<実験2の結果>
(1)変位の時間変化について
図10Aは、打撲傷が付けられているサンプル4の測定点における表面の変位の測定結果である。図10Aの測定結果は、角度αが15度の場合における、測定点MP1の変位の時間変化を示すグラフである。上述したように、測定点MP1は、7.5度の位置に位置する。角度αが15度であるので、加振点は、352.5度の位置に位置する。すなわち、測定点MP1と加振点とはいずれもサンプル4における打撲傷BRの存在範囲(表2参照)に位置していない。
<Results of Experiment 2>
(1) Change in displacement over time Figure 10A shows the measurement results of the surface displacement at the measurement point of sample 4, which has a bruise. The measurement results in Figure 10A are graphs showing the change in displacement over time of measurement point MP1 when angle α is 15 degrees. As described above, measurement point MP1 is located at a position of 7.5 degrees. Since angle α is 15 degrees, the excitation point is located at a position of 352.5 degrees. In other words, neither measurement point MP1 nor the excitation point is located in the range of existence of the bruise BR in sample 4 (see Table 2).
図10AのTAR11は、サンプル4にレイリー波が発生してから測定点MP1にレイリー波が到達するまでの時間である。TAR11は、約0.15ミリ秒であった。サンプル4の赤道部EQにおける周囲の長さ(以下、周長と称す。)は28cmであった。また、測定点は7.5度ずつシフトしており、角度αの値である15度は、シフト2回分に相当する。よって、加振点から測定点MP1までの長さは、周長に対して2/48倍した長さである。したがって、加振点から測定点MP1までの範囲におけるレイリー波の伝搬速度は、28cm×2/48×1/(0.15ミリ秒)を計算することで、約78m/sと求められた。 TAR11 in FIG. 10A is the time from when the Rayleigh wave is generated in sample 4 until the Rayleigh wave reaches measurement point MP1. TAR11 was approximately 0.15 milliseconds. The perimeter (hereinafter referred to as the circumference) of sample 4 at the equator EQ was 28 cm. The measurement points were shifted by 7.5 degrees each time, and the angle α of 15 degrees corresponds to two shifts. Therefore, the length from the excitation point to measurement point MP1 is 2/48 times the circumference. Therefore, the propagation speed of the Rayleigh wave in the range from the excitation point to measurement point MP1 was calculated as 28 cm x 2/48 x 1/(0.15 milliseconds) to be approximately 78 m/s.
図10Bは、打撲傷が付けられているサンプル4の別の測定点における表面の変位の測定結果である。図10Bの測定結果は、角度αが15度の場合における、測定点MP14の変位の時間変化を示すグラフである。測定点MP14は、105度の位置に位置する。角度αが15度であるので、加振点は、90度の位置に位置する。すなわち、測定点MP14と加振点IPとはいずれもサンプル4における打撲傷BRの存在範囲(表2参照)に位置する。 Figure 10B shows the measurement results of the surface displacement at another measurement point on sample 4, which has a bruise. The measurement results in Figure 10B are a graph showing the change in displacement over time of measurement point MP14 when angle α is 15 degrees. Measurement point MP14 is located at a position of 105 degrees. Since angle α is 15 degrees, the excitation point is located at a position of 90 degrees. In other words, both measurement point MP14 and excitation point IP are located within the range of existence of bruise BR on sample 4 (see Table 2).
図10BのTAR12は、サンプル4にレイリー波が発生してから測定点MP14にレイリー波が到達するまでの時間である。TAR12は、約0.32ミリ秒であった。サンプル4の周長が、28cmであること、および、加振点から測定点MP14までの長さが周長に対して2/48倍した長さであることから、加振点から測定点MP14までの範囲におけるレイリー波の伝搬速度は、28cm×2/48×1/(0.32ms)を計算することで、約36m/sと求められた。 TAR12 in Figure 10B is the time from when a Rayleigh wave is generated in sample 4 until the Rayleigh wave reaches measurement point MP14. TAR12 was approximately 0.32 milliseconds. Since the circumference of sample 4 is 28 cm and the length from the excitation point to measurement point MP14 is 2/48 times the circumference, the propagation speed of the Rayleigh wave in the range from the excitation point to measurement point MP14 was calculated as 28 cm x 2/48 x 1/(0.32 ms) to be approximately 36 m/s.
よって、サンプル4において、打撲傷BRが存在しない範囲におけるレイリー波の伝搬速度(約78m/s)に対して、打撲傷BRが存在する範囲におけるレイリー波の伝搬速度(約36mm/s)は、約53%低下したことが分かった。 Therefore, in sample 4, it was found that the propagation velocity of the Rayleigh wave in the area where the contusion BR exists (approximately 36 mm/s) was reduced by approximately 53% compared to the propagation velocity of the Rayleigh wave in the area where the contusion BR does not exist (approximately 78 m/s).
このため、実験2のように、加振点から測定点までの長さを一定にしつつレイリー波を測定する場合でも、各測定点における青果物の表面の変位と時間との対応関係に基づくことで、青果物の表面においてレイリー波の伝搬速度が低下している範囲を特定することができることが分かった。よって、加振点から測定点までの長さを一定にしつつレイリー波を測定する場合であっても、加振点から測定点までの長さがある程度短い場合には、青果物の表面にレイリー波の伝搬速度が低下している範囲が存在するか否かに基づいて、損傷の有無を判定することができると言える。そして、40%の値を速度低下率の判定基準にすることは有効であると言える。 For this reason, it was found that even when measuring Rayleigh waves while keeping the length from the excitation point to the measurement point constant, as in Experiment 2, it is possible to identify the area on the surface of the fruit or vegetable where the propagation speed of the Rayleigh wave is reduced based on the correspondence between the displacement of the fruit or vegetable surface at each measurement point and time. Therefore, even when measuring Rayleigh waves while keeping the length from the excitation point to the measurement point constant, if the length from the excitation point to the measurement point is relatively short, it can be said that it is possible to determine the presence or absence of damage based on whether or not there is an area on the surface of the fruit or vegetable where the propagation speed of the Rayleigh wave is reduced. It can also be said that it is effective to use a value of 40% as the criterion for determining the speed reduction rate.
また、レイリー波の伝搬速度が低下している範囲を特定することで、打撲傷BRの存在範囲をおおよそ特定することができると言える。 In addition, by identifying the area where the propagation speed of the Rayleigh wave is decreasing, it is possible to roughly identify the area where the bruise BR exists.
図10Aおよび図10BのPT11、PT12は、それぞれレイリー波の成分を含む抽出波形が位置する時間範囲である。図10Aの抽出波形と図10Bの抽出波形とを見比べると、互いに振幅および波長が明らかに異なる波形であることが分かった。すなわち、測定点が、打撲傷BRが存在する範囲に位置するか否かによって、青果物の表面の変位の時間変化を示す波形のうちのレイリー波の成分を含む波形が明らかに異なる波形となった。 PT11 and PT12 in Figures 10A and 10B are time ranges in which extracted waveforms containing Rayleigh wave components are located. Comparing the extracted waveforms in Figures 10A and 10B, it was found that the waveforms have clearly different amplitudes and wavelengths. In other words, depending on whether the measurement point is located in the range where the bruise BR is present, the waveforms showing the time change in displacement of the surface of the fruit or vegetable that contain Rayleigh wave components are clearly different.
よって、加振点から測定点までの長さを一定にしつつレイリー波を測定する場合、各測定点における変位と時間との対応関係を示す波形に基づいて、青果物に打撲傷BRの有無を判定することができると言える。また、各測定点における変位と時間との対応関係を示す波形に基づいて、打撲傷BRの存在範囲をおおよそ特定することができると言える。 Therefore, when measuring Rayleigh waves while keeping the length from the excitation point to the measurement point constant, it can be said that the presence or absence of bruises BR on fruit or vegetables can be determined based on the waveform showing the correspondence between displacement and time at each measurement point. It can also be said that the range in which bruises BR exist can be roughly identified based on the waveform showing the correspondence between displacement and time at each measurement point.
なお、加振点を固定しつつ測定点のみを変更していく手法を用いてレイリー波を測定する場合、表面の変位と時間との対応関係において、レイリー波の成分が位置する時間範囲は、加振点から測定点までの長さに応じて異なる。このため、表面の変位と時間との対応関係から正確にレイリー波の成分を抽出できさえすれば、加振点から測定点までの長さを一定にする手法と同様に各測定点における測定結果を処理することで打撲傷BRの有無を判定することができると言える。また、打撲傷BRの存在範囲をおおよそ特定することができると言える。 When measuring Rayleigh waves using a method in which only the measurement point is changed while the excitation point is fixed, the time range in which the Rayleigh wave components are located in the correspondence relationship between surface displacement and time varies depending on the length from the excitation point to the measurement point. Therefore, as long as the Rayleigh wave components can be accurately extracted from the correspondence relationship between surface displacement and time, it can be said that the presence or absence of a bruise BR can be determined by processing the measurement results at each measurement point in the same way as with the method in which the length from the excitation point to the measurement point is constant. It can also be said that the range in which the bruise BR exists can be roughly identified.
(2)表面上の位置に対応するパラメータと時間と変位との対応関係
図11A、図11Bおよび図11Cは、実施例2における実験結果であり、打撲傷BRが付けられていないサンプル4に関する表面の位置に対応するパラメータ(つまり、角度)と時間と表面の変位との対応関係を示す図である。図11A、図11Bおよび図11Cは、それぞれ角度αが15度、45度および90度の場合の実験結果である。図11A、図11Bおよび図11Cの縦軸の角度は、サンプル4の表面の位置に対応している。
(2) Corresponding Relationship Between Parameters Corresponding to Surface Position and Time and Displacement Figures 11A, 11B, and 11C are experimental results in Example 2, showing the corresponding relationship between parameters (i.e., angles) corresponding to surface positions and time and surface displacement for Sample 4 without bruises BR. Figures 11A, 11B, and 11C are experimental results when angles α are 15 degrees, 45 degrees, and 90 degrees, respectively. The angles on the vertical axes in Figures 11A, 11B, and 11C correspond to the surface positions of Sample 4.
本実験では、角度αが変更されない限り、加振点IPから測定点までの長さはほぼ一定に保たれるので、各測定点にはほぼ同時刻にレイリー波が到達する。このため、図11A、図11Bおよび図11Cに示されているように、レイリー波は、縦軸にほぼ平行に伸びる直線として表される。これらの結果は、48個の測定点のいずれの位置においても、レイリー波がほぼ同じ伝搬速度で伝搬していることを意味する。 In this experiment, unless the angle α is changed, the length from the excitation point IP to the measurement point remains almost constant, so the Rayleigh wave arrives at each measurement point at almost the same time. For this reason, as shown in Figures 11A, 11B, and 11C, the Rayleigh wave is represented as a straight line extending almost parallel to the vertical axis. These results mean that the Rayleigh wave propagates at almost the same propagation speed at all 48 measurement points.
図示されていないが、打撲傷BRが付けられていないサンプル1~3において、αが15度、45度、および、90度のいずれの場合にも、表面の位置に対応するパラメータ(つまり、角度)と時間と表面の変位との対応関係において、レイリー波を示す線は、縦軸にほぼ平行に伸びる直線となった。よって、サンプル1~3のいずれにおいても、測定点の位置に関係なくレイリー波がほぼ同じ伝搬速度で伝搬していたと言える。 Although not shown, in samples 1 to 3, which do not have bruises BR, when α is 15 degrees, 45 degrees, or 90 degrees, the line showing the Rayleigh wave in the correspondence relationship between the parameter corresponding to the surface position (i.e., the angle) and the time and surface displacement is a straight line extending almost parallel to the vertical axis. Therefore, it can be said that in all of samples 1 to 3, the Rayleigh wave propagated at almost the same propagation speed regardless of the position of the measurement point.
次に、図12A、図12Bおよび図12Cを参照して、打撲傷BRが付けられたサンプル4に対する測定結果を説明する。 Next, the measurement results for sample 4 with bruise BR will be described with reference to Figures 12A, 12B, and 12C.
図12A、図12Bおよび図12Cは、実施例2における実験結果であり、打撲傷が付けられているサンプル4に関する表面の位置に対応するパラメータ(つまり、角度)と時間と表面の変位との対応関係を示す図である。図12A、図12Bおよび図12Cは、それぞれ角度αが15度、45度および90度の場合の実験結果である。 12A, 12B, and 12C are experimental results for Example 2, showing the relationship between the parameter (i.e., angle) corresponding to the surface position on Sample 4 with a bruise and the surface displacement over time. 12A, 12B, and 12C are experimental results for angles α of 15 degrees, 45 degrees, and 90 degrees, respectively.
図12A、図12Bおよび図12CのQRは、特定範囲を示す。特定範囲QRは、特定範囲以外の角度範囲における変位と比べて大きく異なる変位を有する角度範囲であり、レイリー波を示す線RW21、RW22、およびRW23を分断する分断部分が位置する角度範囲である。なお、以下の説明において、特定範囲以外の角度範囲を他の範囲と称する。 QR in Figures 12A, 12B, and 12C indicates a specific range. The specific range QR is an angle range that has a displacement that is significantly different from the displacement in angle ranges other than the specific range, and is an angle range in which a dividing portion that divides the lines RW21, RW22, and RW23 that indicate the Rayleigh wave is located. In the following description, angle ranges other than the specific range will be referred to as other ranges.
図12Aには、75度以上112.5度以下の角度範囲が特定範囲QRであり、0度以上75度未満の角度範囲、および、112.5度よりも大きく360度未満の角度範囲が他の範囲であることが示されている。この特定範囲QRは、サンプル4の打撲傷BRの存在範囲(表2参照)に一致した。なお、図12Aに示されている特定範囲QRの大きさは約37.5度(=112.5度-75度)である。 Figure 12A shows that the specific range QR is the angle range of 75 degrees or more and 112.5 degrees or less, and the other ranges are the angle range of 0 degrees or more and less than 75 degrees, and the angle range of more than 112.5 degrees and less than 360 degrees. This specific range QR coincided with the range of the bruise BR in sample 4 (see Table 2). The size of the specific range QR shown in Figure 12A is approximately 37.5 degrees (= 112.5 degrees - 75 degrees).
図12Bおよび図12Cには、図12Aに示される特定範囲QRよりも広い特定範囲QRがそれぞれ示されている。図12Bに示されている特定範囲QRの大きさは約90度であり、図12Cに示されている特定範囲QRの大きさは約105度である。よって、角度αが小さい方が、つまり、加振点から測定点までの長さが短い方が、特定範囲QRが小さくなった。また、図12Bおよび図12C、並びに表2を見ると、サンプル4において、角度αが90度および45度の特定範囲QRは、りんご110の表面における打撲傷BRの存在範囲と広い範囲においてそれぞれ重複していることが分かる。 12B and 12C each show a specific range QR that is wider than the specific range QR shown in FIG. 12A. The size of the specific range QR shown in FIG. 12B is approximately 90 degrees, and the size of the specific range QR shown in FIG. 12C is approximately 105 degrees. Thus, the smaller the angle α, that is, the shorter the length from the excitation point to the measurement point, the smaller the specific range QR. Also, looking at FIGS. 12B and 12C and Table 2, it can be seen that in sample 4, the specific ranges QR with angles α of 90 degrees and 45 degrees each overlap over a wide range with the range of the bruise BR on the surface of apple 110.
打撲傷BRが付けられたサンプル1~3においても同様の傾向が見られた。すなわち、サンプル1~3において、角度αが90度、45度、および、15度と小さくなるにつれて、特定範囲QRは小さくなった。また、サンプル1~3において、角度αが90度、45度、および、15度の特定範囲QRは、りんご110の表面における打撲傷BRの存在範囲(表2参照)と広い範囲において重複していた。 A similar trend was observed in samples 1 to 3, which had bruises BR. That is, in samples 1 to 3, the specific range QR became smaller as the angle α became smaller, from 90 degrees, to 45 degrees, to 15 degrees. Furthermore, in samples 1 to 3, the specific range QR where the angle α was 90 degrees, 45 degrees, and 15 degrees overlapped over a large area with the range of the bruises BR on the surface of the apple 110 (see Table 2).
これらの結果から、変形例2のように加振点から測定点までの長さを一定にしつつレイリー波を測定する場合でも、特定範囲QRの有無、つまり、表面の位置に対応するパラメータと時間と表面の変位との対応関係において、レイリー波を示す線が分断されているか否かに基づいて、りんご110の打撲傷BRの有無を判定することができることが分かった。 From these results, it was found that even when measuring Rayleigh waves while keeping the length from the excitation point to the measurement point constant as in variant example 2, it is possible to determine the presence or absence of a bruise BR on apple 110 based on the presence or absence of a specific range QR, that is, based on whether or not the line representing the Rayleigh wave is interrupted in the correspondence between the parameter corresponding to the surface position and the time and the surface displacement.
また、加振点から測定点までの長さが比較的長かったとしても、少なくとも一定の距離以内であれば、表面の位置に対応するパラメータと時間と表面の変位との対応関係を示す画像に基づいて、打撲傷BRの有無を判定することができることが分かった。 In addition, it was found that even if the distance from the excitation point to the measurement point is relatively long, at least within a certain distance, it is possible to determine the presence or absence of a bruise BR based on an image showing the correspondence between the parameters corresponding to the surface position and the time and the surface displacement.
また、加振点から測定点までの長さは短い方が、打撲傷BRの存在範囲をより正確に特定できることが分かった。さらに、一定の角度αが15度以下となるようにLIPの形成位置に対するレーザードップラー振動計150の位置を決めることで、高い精度で打撲傷BRの存在範囲を特定できることが分かった。 It was also found that the shorter the distance from the excitation point to the measurement point, the more accurately the extent of the bruise BR can be identified. Furthermore, it was found that the extent of the bruise BR can be identified with high accuracy by determining the position of the laser Doppler vibrometer 150 relative to the position where the LIP is formed so that the certain angle α is 15 degrees or less.
本発明は、青果物の傷を検出する損傷検出装置および青果物の損傷検出方法に好適に利用できる。したがって、その産業上の利用可能性はきわめて大きい。 The present invention can be suitably used in a damage detection device for detecting damage to fruits and vegetables, and a damage detection method for fruits and vegetables. Therefore, its industrial applicability is extremely high.
20 青果物
30 載置部
40 振動発生装置
41 レーザー装置
43 レンズ
50 測定部
60 制御装置
61 記憶部
62 制御部
63 検出部
100 損傷検出装置
110 りんご
130 ラボジャッキ
140 振動発生装置
141 レーザー装置
142 ミラー
143 平凸レンズ
150 レーザードップラー振動計
170 アナライザ
200 損傷検出システム
EQ 赤道部
LS レーザー光
BR 打撲傷
20 Fruit or vegetable 30 Placement section 40 Vibration generator 41 Laser device 43 Lens 50 Measurement section 60 Control device 61 Memory section 62 Control section 63 Detection section 100 Damage detection device 110 Apple 130 Lab jack 140 Vibration generator 141 Laser device 142 Mirror 143 Plano-convex lens 150 Laser Doppler vibrometer 170 Analyzer 200 Damage detection system EQ Equatorial section LS Laser light BR Bruise
Claims (12)
測定された前記表面波に基づいて、前記青果物の損傷を検出する検出部とを備え、
前記表面波の伝搬速度が前記表面上の他の位置における前記表面波の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置である速度低下位置が前記表面上に存在する場合、前記検出部は、前記青果物に前記損傷があると判定する、
青果物の損傷検出装置。 a measuring unit for measuring a surface wave propagating on the surface of the fruit or vegetable;
a detection unit that detects damage to the fruit or vegetable based on the measured surface wave ,
When a velocity reduction position is present on the surface, the velocity reduction position being a position where the propagation velocity of the surface wave is lower than the propagation velocity of the surface wave at another position on the surface by a predetermined percentage or more, the detection unit determines that the fruit or vegetable is damaged.
A device for detecting damage to fresh produce.
前記表面波は、レイリー波であり、the surface wave is a Rayleigh wave,
前記測定部は、前記圧力波に起因して発生した前記レイリー波を測定する、請求項1から3のいずれか一項に記載の青果物の損傷検出装置。The fruit or vegetable damage detection device according to claim 1 , wherein the measurement unit measures the Rayleigh wave generated due to the pressure wave.
測定された前記表面波に基づいて、前記青果物の損傷を検出するステップと、
を備え、
前記検出するステップにおいて、前記表面波の伝搬速度が前記表面上の他の位置における前記表面波の伝搬速度に比べて所定割合以上小さい位置である速度低下位置が前記表面上に存在する場合、前記青果物に前記損傷があると判定する、
青果物の損傷検出方法。 Measuring a surface wave propagating on a surface of the fruit or vegetable;
detecting damage to the fruit or vegetable based on the measured surface waves;
Equipped with
In the detecting step, when a velocity reduction position is present on the surface, the velocity reduction position being a position where the propagation velocity of the surface wave is lower than the propagation velocity of the surface wave at another position on the surface by a predetermined percentage or more, the fruit or vegetable is determined to have the damage.
A method for detecting damage in fresh produce.
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