ES2192948B2 - Sensor de firmeza de frutos por impacto. - Google Patents

Abstract

La invención consiste en un sensor capaz de medir no destructivamente la firmeza de frutos intactos en una línea de clasificación. El sensor está basado en la respuesta al impacto de una pequeña masa semiesférica fijada al extremo de un brazo horizontal pivotante. La respuesta del fruto al impacto es medida por un acelerómetro miniatura que va fijado detrás de la cabeza impactadora. La respuesta al impacto consiste en la señal aceleración-tiempo durante el contacto entre el impactador y el fruto. El análisis de esta señal permite el cálculo de un índice de firmeza. El brazo impactador está inicialmente retenido por un electroimán y es lanzado por un muelle cuando se corta la alimentación del electroimán. Sensor, actuadores y bastidor ocupan un pequeño espacio, y el dispositivo mide la firmeza de al menos 8 frutos por segundo, por lo que es viable para su montaje en una línea de clasificación.

Description

Sensor de firmeza de frutos por impacto.

Objeto de la invención

El objeto de la invención es un sensor no destructivo medidor de la firmeza de frutos intactos, basado en la respuesta al impacto de una pequeña cabeza semiesférica fijada al extremo de un brazo horizontal pivotante.

El sensor de firmeza puede utilizarse tanto en laboratorio (medidas estáticas) como en línea (medidas dinámicas) y permite obtener un índice de firmeza de cada fruta.

Estado de la técnica

Los resultados de trabajos anteriores llevados a cabo por investigadores muestran que la técnica del impacto puede ser utilizada para evaluar la firmeza de los frutos. La firmeza es una de las características de calidad más importantes, indicativa del nivel de madurez de los frutos. Un procedimiento generalizado de medida de la firmeza es dejar caer los frutos sobre un sensor de fuerzas y medir la fuerza en relación al tiempo de contacto. De los datos fuerza-tiempo se extrae un índice de firmeza adecuado. Un problema inherente a esta técnica es que la fuerza de impacto es también función de la masa y del radio de curvatura del fruto. Debido a ello, variaciones importantes en estos dos parámetros afectan a la precisión de las medidas de firmeza. Otras limitaciones de esta técnica son: a) la velocidad está limitada por el tiempo de duración de caída libre del fruto y b) el punto de impacto (en el fruto) es difícil de controlar.

Otra técnica diferente consiste en impactar el fruto, dejando caer sobre él desde una altura prefijada un pequeño impactador de masa y radio de curvatura conocidos y medir la aceleración con un pequeño acelerómetro fijado en la parte posterior de dicha masa. La ventaja de dicho método es que la respuesta impacto-aceleración es independiente de la masa y es menos sensible a variaciones del radio de curvatura del fruto. Además, la utilización de un impactador de pequeña masa produce las siguientes ventajas:

1.

Aumenta la fuerza de la señal de aceleración, facilitando la detección y maximizando la relación señal/ruido.

2.

Aumenta la magnitud absoluta del índice de firmeza calculado, así como las diferencias relativas del índice de firmeza respecto de las variaciones de firmeza de los frutos (es decir, aumenta la sensibilidad de las medidas).

3.

Minimiza el error debido a los posibles movimientos del fruto durante el impacto.

4.

Minimiza el daño causado al fruto por el impacto.

5.

Facilita las medidas a altas velocidades (en líneas de clasificación).

Es por todo ello evidente que el sensor de impacto de pequeña masa es un procedimiento viable de medida de la firmeza de frutos. El sensor deberá ser de pequeña masa, impactar a alta velocidad, impactar a velocidad uniforme para diferentes frutos y ser estructuralmente compacto. Sobre la base de estas investigaciones hemos diseñado y fabricado un sensor de impactos de pequeña masa pero que impacta mediante un movimiento horizontal, para la medida de la firmeza de frutos a alta velocidad.

Descripción de la invención

Uno de los parámetros principales para estimar la calidad de una fruta es la firmeza. La firmeza permite estimar la madurez y la vida comercial de una fruta, por lo que es muy importante la obtención de sensores que sean capaces de medir no destructivamente la firmeza de la fruta tanto en laboratorio como en las líneas de clasificación comerciales. Para solucionar este problema se ha construido y ensayado un sensor de firmeza de frutos por impacto, capaz de detectar la firmeza de la fruta tanto en condiciones estáticas (laboratorio) como dinámicas (línea de clasificación).

El sensor de firmeza por impacto (figs. 1 y 2) consta de una cabeza semiesférica de material plástico anclada a un brazo giratorio, con un acelerómetro piezoeléctrico uniaxial en su zona posterior, un muelle para lanzar el brazo y un electroimán para retenerlo. El brazo giratorio, de material plástico, realiza su movimiento en un plano horizontal y en su parte posterior dispone de una chapa metálica para posibilitar su retención por el electroimán. Todos los componentes se encuentran ubicados dentro de un bastidor.

El ciclo operativo para el trabajo en línea es como sigue (fig. 1): a) un sensor óptico detecta la presencia de fruta y da la orden de desactivación del electroimán que retiene el brazo; b) el muelle lanza el brazo que avanza a velocidad constante hasta golpear el fruto; c) el acelerómetro envía la señal de aceleración a un ordenador, donde es procesada para determinar la firmeza del fruto; d) en base al índice de firmeza se hace salir la fruta de la cadena mediante un sistema de eyección.

Descripción de los dibujos

La figura 1 representa la vista en planta desde arriba del sensor de firmeza por impacto situado en una cadena de diábolos (10) de una línea de clasificación de fruta (9). El sistema está compuesto por diferentes elementos: cabeza semiesférica (1), brazo giratorio (2), acelerómetro (3), muelle (4), electroimán (5), sensor óptico (6), bastidor (7), bandeja de fruta (8) y fruto (9).

La figura 2 representa la vista en alzado frontal del sensor de firmeza por impacto, con los siguientes elementos: cabeza semiesférica (1), brazo giratorio (2), muelle (4), electroimán (5), sensor óptico (6) y bastidor (7).

Un modo de realización de la invención

El sensor tiene una dimensiones de 250 mm x 120 mm x 150 mm y ha sido construido utilizando aluminio en la estructura y metacrilato en el brazo impactante. Está formado por una estructura con diferentes posibilidades de regulación para desplazamientos longitudinales y en altura que permiten la perfecta adaptación del sensor en función del diámetro de la fruta a impactar. En dicha estructura se ubica sensor en función del diámetro de la fruta a impactar. En dicha estructura se ubica un brazo giratorio de metacrilato de 9 cm de longitud y sección de 1 x 1,2 cm, con una cabeza semiesférica de 1,6 cm de diámetro en cuya parte posterior se ubica un acelerómetro piezoeléctrico uniaxial. El brazo, anclado a la estructura mediante un eje giratorio de 2 mm de diámetro, se retiene por la acción de un electroimán de 12 V, con un diámetro de 2,5 cm, que actúa sobre una pequeña pletina metálica situada en la parte posterior del brazo, y es accionado por un muelle. El muelle se encuentra deformado cuando el brazo se mantiene retenido por el electroimán, de forma que cuando se corta la alimentación del mismo, el muelle lanza el brazo para que impacte a la fruta. En la misma estructura se ubica una fotocélula o sensor óptico de presencia en el caso de su utilización en línea, que permite la detección de la presencia de una fruta para así iniciar el ciclo de disparo del brazo impactante.

Para realizar las diferentes funciones se ha desarrollado un software específico y una serie de circuitos electrónicos que regulan el funcionamiento del impactador y del sistema de eyección. El sistema es versátil pudiéndose utilizar tanto en línea como en estático. En este último caso se prescinde de la parte correspondiente al sistema de eyección.

La realización práctica de la invención ha sido instalada de forma estática (en laboratorio) y de forma dinámica en la línea experimental de manipulación de fruta situada en instalaciones de la Universidad Politécnica de Madrid. En este caso se ha conseguido trabajar a velocidades de 8 frutos/segundo.

Aplicación industrial

El sensor tiene una inmediata aplicación industrial para las empresas productoras y comercializadoras de fruta fresca, en diferentes ámbitos de las mismas: 1. Para su uso en laboratorios de calidad como equipo de referencia para la medición de firmeza en las muestras de producto. 2. Para su uso de forma continua en las líneas de confección determinando la firmeza de cada fruto en la cadena de calibración. 3. Para su uso como equipo portátil en campo para determinar la firmeza de la fruta en árbol y así poder decidir el momento idóneo de recolección.

Claims (2)

1. Sensor de firmeza de frutos por impacto compuesto por: brazo giratorio con movimiento oscilante en un plano horizontal, cabeza semiesférica fijada en el extremo del brazo, acelerómetro piezoeléctrico uniaxial fijado en la parte posterior de la cabeza semiesférica que envía la señal de aceleración a un ordenador donde es procesada para determinar la firmeza, muelle sobre el que apoya el brazo, electroimán que cuando está activo retiene el brazo manteniendo el muelle deformado, y bastidor.

2. Sensor de firmeza de frutos por impacto según reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de que se utilice en modo dinámico, contiene una fotocélula o sensor óptico de presencia, que al detectar la presencia de fruta, desactiva el electroimán que sujeta el brazo y permite que el muelle lance el brazo contra la fruta.