AT516897A1

AT516897A1 - Method and device for nondestructive determination of the quality of the fermentation process in bottles

Info

Publication number: AT516897A1
Application number: ATA112/2015A
Authority: AT
Original assignee: Set - Software Eng Tschürtz Gmbh; Sektkellerei Gebrüder Szigeti Gmbh
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eln Verfahren und elne Vorrichtung zur zerstörungsfreien Bestimmung der Qualität des Gärungsprozesses in Flaschen mit Kapsel oder Schraubverschluss, vorzugsweise Sektflaschen während der Sekterzeugung. Erfindungsgemäß wird der Kapsel- oder Schraubverschluss der Flasche mittels Linienlaserscanner vermessen, und daraus ein dreidimensionales Höhenprofil erstellt, aus welchem die Wölbung des Verschlusses ermittelt wird. Aus der Größe der Wölbung können anschließend Rückschlüsse auf den Status der Gärung getroffen werden. Die Messung kann erfindungsgemäß mit einer über einem Förderband (3) angebrachten Messeinheit (4) erfolgen, welche als Linienlaserscanner ausgebildet ist und mittels Laserdiode (5) einen linienförmigen Laserstrahl (7) auf die Oberfläche des Verschlusses (2) der zu prüfenden Flasche (1) wirft. Die Reflexion des Strahls wird von einem Kamera-Sensor (6) in dem Linienlaserscanner erfasst und in ein Höhenprofil umgerechnet. Um möglichst viele Schwingungsimpulse von außen abzudämpfen die das Messergebnis beeinträchtigen würden sind die Messeinheit und das Förderband mit einem schweren Masse-Dämpfersystem (15) fest verbunden.The invention relates to a method and a device for nondestructive determination of the quality of the fermentation process in bottles with capsule or screw cap, preferably champagne bottles during the production of sparkling. According to the invention, the capsule or screw cap of the bottle is measured by means of a line laser scanner, and from this a three-dimensional height profile is created, from which the curvature of the closure is determined. From the size of the curvature can then be made conclusions about the status of the fermentation. The measurement can be carried out according to the invention with a measuring unit (4) mounted above a conveyor belt (3), which is designed as a line laser scanner and by means of laser diode (5) a line-shaped laser beam (7) on the surface of the closure (2) of the bottle to be tested (1 ) throws. The reflection of the beam is detected by a camera sensor (6) in the line laser scanner and converted into a height profile. To dampen as many vibration pulses from the outside that would affect the measurement result, the measuring unit and the conveyor belt with a heavy mass-damper system (15) are firmly connected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Bestimmung der Qualität des Gärungsprozesses in Flaschen, vorzugsweise Sektflaschen während der Sekterzeugung.The invention relates to a method and a device for nondestructive determination of the quality of the fermentation process in bottles, preferably champagne bottles during the production of sparkling wine.

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, während des Produktionsprozesses von Sekt nach der traditionellen Methode bei der Flaschengärung die Qualität der Gärung in den Sektflaschen zu bestimmen, ohne dabei den Gärprozess durch äußere Einwirkung zu zerstören. Damit die Gärung überwacht werden kann, wird als Kenngröße die Gasdruckbildung in der Flasche herangezogen. Diese wirkt sich direkt auf die Wölbung des Kapselverschlusses aus, mit welchem die Sektflasche während der Sektproduktion verschlossen ist. Daher kann über die Wölbung des Kapselverschlusses auf den Zustand der Gärung in der Flasche rückgeschlossen werden.The technical object of the invention is to determine the quality of the fermentation in the champagne bottles during the production process of sparkling wine according to the traditional method in bottle fermentation, without destroying the fermentation process by external action. So that the fermentation can be monitored, the gas pressure formation in the bottle is used as a parameter. This has a direct effect on the curvature of the capsule closure, with which the champagne bottle is closed during the champagne production. Therefore it can be concluded about the curvature of the capsule closure on the state of fermentation in the bottle.

Als Kapselverschluss, auch als Kronkorken bezeichnet, wird ein metallischer Verschluss mit eventuell vorhandener Kunststoffbeschichtung verstanden, welcher auf die Öffnung der Flasche aufgesetzt wird und diese durch formschlüssige Verpressung des Mundstücks verschließt. Die Dichtheit des Verschlusses kann durch Einpressen eines Pfropfens aus Kunststoff in den Flaschenhals vor dem Aufsetzen der Kapsel noch zusätzlich erhöht werden.As a capsule closure, also referred to as a bottle cap, a metallic closure is understood with any existing plastic coating, which is placed on the opening of the bottle and closes it by positive compression of the mouthpiece. The tightness of the closure can be further increased by pressing a plug of plastic into the bottle neck before placing the capsule.

Bei der traditionellen Methode der Sektherstellung wird der Gärungsvorgang nicht in Tanks sondern in der originalen Flasche, welche später auch in den Handel kommt, durchgeführt. Dabei wird die Sektflasche während der Produktion mit einem Kapselverschluss und erst vor der Auslieferung an die Kunden mit dem eigentlichen Kork-Verschluss ausgestattet. Die Qualität der Gärung während der Produktion kann durch den entstehenden Gasdruck in der Flasche überprüft werden. Dieser bewegt sich im Bereich des atmosphärischen Drucks bis hin zu 8 bar über den atmosphärischen Druck hinaus. Anhand der Zeitdauer der Gärung, welche auch mehrere Monate bis Jahre in Anspruch nehmen kann, ergibt sich daher bei optimalem Gärungsverlauf ein zu jedem Zeitpunkt optimaler Flascheninnendruck, welcher dem Kellermeister durch Erfahrung bekannt ist. Bislang wird in regelmäßigen Abständen stichprobenartig der Innendruck der Flaschen mittels Einstich-Manometer, in der Fachsprache auch als „Aphrometer" bezeichnet, der Innendruck der Flasche überprüft. Dabei wird allerdings der Kapselverschluss zerstört. Durch das Entweichen der Gärgase und Einströmen von Luft wird dabei unweigerlich auch der Gärungsprozess gestoppt und der Flascheninhalt unbrauchbar gemacht. Wird bei den Stichprobenkontrollen ein statistisch signifikantes Maß an Schlechtflaschen festgestellt, wird die gesamte Charge verworfen.In the traditional method of sparkling wine production, the fermentation process is not carried out in tanks but in the original bottle, which later also goes on sale. During production, the champagne bottle is equipped with a capsule closure and only before delivery to the customer with the actual cork closure. The quality of fermentation during production can be checked by the resulting gas pressure in the bottle. This moves in the range of the atmospheric pressure up to 8 bar beyond the atmospheric pressure. Based on the duration of the fermentation, which can take several months to years to complete, resulting in optimal fermentation process at any time optimal internal pressure of the bottle, which is known to the winemaker by experience. Until now, the internal pressure of the bottles has been sampled at regular intervals by means of a puncture manometer, also known as an "aphrometer", which in turn destroys the capsule closure Also, the fermentation process is stopped and the contents of the bottle are rendered unusable If the random checks reveal a statistically significant amount of bad bottles, the entire batch is discarded.

Dadurch ergeben sich bisher hohe Produktionsausfälle für die Sekterzeugung nach der traditionellen Methode.This results in previously high production losses for the production of sparkling wine using the traditional method.

Aus dem Stand der Technik ist das Patent AT510294B1 zu nennen, welches eine zerstörungsfreie Prüfung desFrom the prior art is the patent AT510294B1 call, which is a nondestructive testing of the

Flascheninnendrucks bei der Sekte*rz*eugung durch Projektion eines Lichtgitters und Berechnung eines fiktiven „Verzerrwertes" beschreibt. Die vorliegende Erfindung ist davon jedoch nicht betroffen. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Empfindlichkeit der Verzerrung des Lichtgitters auf Streuung auf der Kapseloberseite sowie auf die exakte Positionierung der Flasche unter der Einheit, welche das Lichtgitter projiziert. Auch Verschmutzung der Oberfläche beeinflusst bei diesem Verfahren das Ergebnis stark. Außerdem ist die Berechnung des „Verzerrwertes" in dieser Methode sehr fehleranfällig und unterliegt zu großen Toleranzen um aussagekräftige Resultate zu erzielen.However, the present invention is not affected by this. [0005] A disadvantage of this method is the sensitivity of the light curtain distortion to scatter on the capsule top as well as to the exact ones Positioning of the bottle below the unit that projects the light curtain Surface contamination in this method also greatly affects the result, and calculating the "distortion value" in this method is very prone to error and is subject to large tolerances for meaningful results.

Zusätzlich ist ein Gerät der Firma L PRO SRL (http://www.lpro.it, zuletzt aufgerufen am 21.01.2015) bekannt, welches durch den Einsatz von Laserspektroskopie den Anteil an gelöstem C02 und 02 in der Gärungslösung bestimmt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Empfindlichkeit des Gerätes, weshalb es sich nur bedingt für den Einsatz unter Produktionseinflüssen eignet.In addition, a device from the company L PRO SRL (http://www.lpro.it, last accessed on 21.01.2015) is known, which determines the proportion of dissolved C02 and 02 in the fermentation solution by the use of laser spectroscopy. A disadvantage of this method is the sensitivity of the device, which is why it is only partially suitable for use under production influences.

Erfindungsgemäß kann das neue Verfahren und die Vorrichtung auch an Schraubverschlüssen sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff angewendet werden.According to the invention, the new method and the device can also be applied to screw caps made of both metal and plastic.

Das neue Verfahren zeichnet sich durch Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen in Produktionsflächen wie auch niedrigen Anschaffungskosten aus. Auch gegenüber Verschmutzungen der Oberfläche des Kapselverschlusses durch beispielsweise Staub ist das Verfahren resistenter.The new process is characterized by robustness against environmental influences in production areas as well as low acquisition costs. Even against contamination of the surface of the capsule closure by, for example, dust, the process is more resistant.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein vorzugsweise fest verbauter Linienlaserscanner dazu verwendet bei einer sich unter dem Laserscanner in dessen Arbeitsbereich vorzugsweise linear durchbewegenden Flasche mit Kapselverschluss ein dreidimensionales Höhenprofil des Kapselverschlusses zu erstellen. Die Bewegung der Flasche oder des Linienlasers kann sowohl mittels Förderband als auch mittels pneumatischen oder elektrischen oder hydraulischen Linearantriebes erfolgen. Auch die Verwendung von Drehtischen ist möglich. Der Laserscanner nimmt dabei mit einer Frequenz von vorzugsweise mehr als 50Hz Linien-Höhen-Profile des Kapselverschlusses auf, wobei jedes Höhenprofil eine zweidimensionale Kurve aus eindimensionalen horizontalen und dazugehörigen eindimensionalen vertikalen Werten darstellt. Die Aufnahme der Höhenprofile erfolgt durch senkrecht auf die Oberfläche des Kapselverschlusses einfallendes Laser-Licht und zur Einfallsebene in einem definierten Winkel geschwenkter Kamera-Sensorebene. Die Höhenprofile werden an eine Datenverarbeitungsvorrichtung weitergeleitet, wo die Profile weiter analysiert werden. Dort wird zunächst die Mitte des Kapselverschlusses bestimmt, indem aus den Randpunkten der Profile eine Kreiskurve berechnet wird, deren Mittelpunkt anschließend bestimmt wird. ·« «· ··· ··· «·» ·»In the method according to the invention, a preferably permanently installed line laser scanner is used to create a three-dimensional height profile of the capsule closure in the case of a bottle with capsule closure preferably linearly moving under the laser scanner in its working area. The movement of the bottle or the line laser can be done both by means of conveyor belt and by means of pneumatic or electric or hydraulic linear drive. The use of turntables is possible. The laser scanner records at a frequency of preferably more than 50 Hz line-height profiles of the capsule closure, each height profile representing a two-dimensional curve of one-dimensional horizontal and associated one-dimensional vertical values. The recording of the height profiles is carried out by perpendicular to the surface of the capsule shutter incident laser light and the plane of incidence in a defined angle tilted camera sensor plane. The height profiles are forwarded to a data processing device where the profiles are further analyzed. There, the center of the capsule closure is first determined by calculating from the edge points of the profiles a circular curve whose center is subsequently determined. · «· · ··· ···« · »·»

Eine alternative aber ungenauere Variante ist die längste Profillinie zu bestimmen und dort den mittleren Messwert als Mittelpunkt des Kapselverschlusses anzunehmen. Anschließend werden in einem definierten Abstand von jeweils vorzugsweise 10 Millimeter zu dem Mittelpunkt des Kapselverschlusses in zumindest zwei, vorzugsweise vier oder mehr, Richtungen die dort befindlichen Höhenwerte ermittelt. Diese werden mittels Median-Verfahren gemittelt. Von diesem Mittelwert wird nun der Höhenwert des Kapselmittelpunktes abgezogen.An alternative but inaccurate variant is to determine the longest profile line and to accept there the mean measured value as the center of the capsule closure. Subsequently, the height values located there are determined at a defined distance of respectively preferably 10 millimeters from the center of the capsule closure in at least two, preferably four or more, directions. These are averaged using median methods. From this mean value, the height value of the capsule center is subtracted.

Das Ergebnis entspricht der Größe der Wölbung des Flaschenverschlusses. Die ausgegebene Einheit ist vorzugsweise Mikrometer. Um eine noch genauere Ermittlung der Wölbung zu gewährleisten, werden - eine ausreichende Auflösung und Wiederholfrequenz des eingesetzten Laserscanners vorausgesetzt - die Höhenwerte sämtlicher Messpunkte im Abstand von vorzugsweise 0,5mm um den errechneten Mittelpunkt des Kapselverschlusses durch Medianverfahren gemittelt und als Höhenwert des Mittelpunktes für die Errechnung der Wölbung herangezogen. Anhand der ausgegeben Größe der Wölbung kann der Kellermeister auf die Qualität der Gärung in der Flasche rückschließen. Des Weiteren ist es möglich, durch Voreingabe eines gewünschten Sollbereiches der Wölbung durch den Kellermeister die Flaschen vollautomatisch nach der Messung in Gut- und Schlechtflaschen zu sortieren. ***** ·· ·The result corresponds to the size of the curvature of the bottle cap. The output unit is preferably micrometers. In order to ensure an even more accurate determination of the curvature, the height values of all measuring points at a distance of preferably 0.5 mm from the calculated center of the capsule closure are averaged by median method and as a height value of the center for the calculation - assuming adequate resolution and repetition frequency of the laser scanner used the vault used. On the basis of the size of the vault, the waiter can conclude the quality of the fermentation in the bottle. Furthermore, it is possible to sort the bottles fully automatically after the measurement in good and bad bottles by pre-input of a desired target range of curvature by the cellar master. ***** ·· ·

Die Erfindung wird anhand eine*S AhsYüh'furt^stJeispiels gemäß den Zeichnungen näher erläutert, wobei die Anordnung der Förderbänder in linearer, U- oder Z-Form erfolgen kann, und keinerlei Auswirkungen auf die Ergebnisse der Messung hat. Wie in Fig. 1 ersichtlich, wird die Vorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel aus drei Förderbändern (3, 10) in U-Form aufgebaut. Diese Anordnung zeichnet sich durch einen geringen Platzbedarf aus. Auf einem Förderband (10) werden durch Roboter oder Bediener oder andere Maschinen die zu prüfenden Flaschen aufgegeben. Das Förderband fördert die Flaschen zu einem Einschubzylinder (12) welcher diese auf das zweite Förderband (3) aufschiebt an welchem sich die Messeinheit(4) befindet. Diese ist auf einem schweren Masse-Dämpfersystem (15) fest installiert, um möglichst viele Schwingungsimpulse von außen abzudämpfen. Dieses Masse-Dämpfersystem kann beispielsweise durch eine auf Gummi-Dämpfern gelagerte massive Stahlplatte ausgeführt sein. Die Messeinheit ist unter einem Lichtdichten Verbau (nicht eingezeichnet) gegen Fremdlicht und Staub geschützt über dem Förderband angebracht und so schwingungssteif wie möglich mit dem Masse-Dämpfersystem verbunden. Gleichzeitig muss das Messsystem höhenverstellbar (14) ausgeführt sein, um baulich unterschiedliche Flaschen messen zu können. Die Ausgabe der Flaschen erfolgt mittels Schubzylinder (12) auf das dritte Förderband (10). Bei der Übergabe auf das dritte Förderband erfolgt mittels Ausschieber (12) eine Sortierung der Flaschen auf Basis des Messergebnisses der Wölbung. AlsThe invention will be explained in more detail with reference to a drawing in which the arrangement of the conveyor belts can take place in a linear, U or Z-shape and has no effect whatsoever on the results of the measurement. As can be seen in Fig. 1, the device is constructed in this embodiment of three conveyor belts (3, 10) in a U-shape. This arrangement is characterized by a small footprint. On a conveyor belt (10), the bottles to be tested are abandoned by robots or operators or other machines. The conveyor belt conveys the bottles to a slide-in cylinder (12) which pushes them onto the second conveyor belt (3) on which the measuring unit (4) is located. This is firmly installed on a heavy mass damper system (15) to dampen as many vibration pulses from the outside. This mass-damper system can be carried out, for example, by a solid rubber plate mounted on rubber dampers. The measuring unit is mounted under a light-tight shed (not shown) protected against extraneous light and dust on the conveyor belt and as vibration stiff as possible connected to the mass damper system. At the same time, the measuring system must be adjustable in height (14) in order to be able to measure structurally different bottles. The output of the bottles by means of thrust cylinder (12) on the third conveyor belt (10). When transferring to the third conveyor belt is carried out by means of ejector (12) sorting of the bottles based on the measurement result of the curvature. When

Schlecht flaschen erkannte Flaschen *^hYfieh**a13f eine Ablage (13) ausgeschoben. Von dem dritten Förderband werden durch einen Roboter oder Bediener oder andere Maschinen die Flaschen wieder der Vorrichtung entnommen. Entlang der Förderbänder sind Führungsschienen (9) mittels Schnellspannern (8) montiert, welche die Flaschen führen. Die Schnellspanner dienen dem schnellen Umrüsten auf andere Flaschengrößen. Die Förderbänder werden mittels Elektromotoren (11) angetrieben. Die Führungsschiene auf dem zweiten Förderband ist ein wenig schräg von außen Richtung Mitte des Förderbandes verlaufend angeordnet, um die Flaschen an einer eindeutigen Position unter der Messeinheit durchzubewegen, da sich diese dadurch stets an der Führungsschiene entlang bewegen. Die Messeinheit ist derart über dem Förderband angebracht, dass der Linien-Laserstrahl quer zur Förderrichtung aus der Messeinheit austritt.Bad bottles recognized bottles * ^ hYfieh ** a13f a tray (13) pushed out. From the third conveyor belt, the bottles are removed from the device by a robot or operator or other machine. Guide rails (9) are mounted along the conveyor belts by means of quick-releases (8) which guide the bottles. The quick releases are used for quick conversion to other bottle sizes. The conveyor belts are driven by electric motors (11). The guide rail on the second conveyor belt is arranged to run a little obliquely from the outside toward the center of the conveyor belt in order to move the bottles at a definite position under the measuring unit, since they thereby always move along the guide rail. The measuring unit is mounted above the conveyor belt such that the line laser beam exits the measuring unit transversely to the conveying direction.

Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, wird der Laserscanner (4) auf einer Montagevorrichtung in einer derartigen Position angebracht, dass der Scanner die Oberflächen der Kapselverschlüsse (2) der sich unter ihm auf dem Förderband (3) vorbei bewegenden Flaschen (1) abtasten kann. Dabei trifft der Laserstrahl (7) aus der Laserdiode (5) in einem vorzugsweise senkrechten Einfallswinkel auf die Kapseloberfläche auf. Ein Teil des reflektierten Lichtes wird anschließend von einem Kamera-Sensor (6) erfasst. Da der Laserstrahl als Linie ausgebildet ist, wird ebenfalls eine Linienförmige Reflexion auf dem Kamera-Sensor abgebildet, welche über die Winkelfunktionen der bekannten Kinkel*'cf£r Anordnung aus Laserdiode und Kamera-Sensor in ein Höhenprofil umgerechnet werden kann. Fig. 3 zeigt verbildlicht das Verfahren, nachdem die Laserlinie in ein Höhenprofil umgewandelt wird. In dem linken Feld ist vereinfacht eine Laserlinie dargestellt, die auf ein Objekt fällt. Das mittlere Feld zeigt das Bild, welches der Kamera-Sensor des Linienlaserscanners empfängt. Das rechte Feld zeigt das Höhenprofil, welches das Datenverarbeitungsprogramm des Linienlaserscanners daraus errechnet.As can be seen in Fig. 2, the laser scanner (4) is mounted on a mounting device in such a position that the scanner scan the surfaces of the capsule closures (2) of bottles (1) passing beneath it on the conveyor belt (3) can. In this case, the laser beam (7) from the laser diode (5) impinges on the capsule surface in a preferably perpendicular angle of incidence. A part of the reflected light is subsequently detected by a camera sensor (6). Since the laser beam is formed as a line, a linear reflection is also imaged on the camera sensor, which can be converted into a height profile via the angular functions of the known Kinkel * 'cf arrangement of laser diode and camera sensor. Fig. 3 shows the process after the laser line is converted into a height profile. In the left-hand field, a laser line that is incident on an object is shown in simplified form. The center panel shows the image that the camera sensor of the line laser scanner receives. The right field shows the height profile, which calculates the data processing program of the line laser scanner.

Im Anschluss daran wird das Höhenprofil an eine Datenverarbeitungsvorrichtung weitergeleitet, wo aus einzelnen Höhenprofilen ein dreidimensionales Höhenprofil (Fig. 4) des Kapselverschlusses erstellt und wie in dem Verfahren oben beschrieben ausgewertet wird.Following this, the height profile is forwarded to a data processing device, where a three-dimensional height profile (FIG. 4) of the capsule closure is created from individual height profiles and evaluated as described above in the method.

Claims

Claims ..........

1. A method for non-destructive determination of the quality of the fermentation process in bottles with capsule or screw cap, preferably champagne bottles during the production of sparkling, conveyor systems and line laser scanner characterized in that by recording a three-dimensional height profile of the closure of the bottles, the curvature of the closure by finding and reading the Height value of the closure center and the height values calculated at a defined distance around the center and subtraction of the midpoint height value from the remaining altitude values, and thereby the fermentation process is monitored in the bottles.

2. The method according to claim 1, characterized in that the determination of the curvature by comparison calculation of the height information between the center of the capsule closure and the height information at a defined distance from the center, preferably 10mm, takes place, wherein a plurality of measured values can be contracted for averaging.

3. The method according to claim 1, characterized in that the measurement can be carried out by a linear or rotationally circulating movement or a combination thereof of the sensor or the bottle.

4. The method according to claim 1, characterized in that the bottle at the time of measurement both standing as well as lying or ** hanging ** im'käum can be oriented.

5. Apparatus for nondestructive determination of the quality of the fermentation process in bottles with capsule or screw cap, preferably champagne bottles during sparkling, by means of conveyor systems consisting of linear drives and conveyor belts, and line laser scanner, characterized in that the line laser scanner is mounted centrally above a conveyor belt and an inclined in the conveying direction Starting from the edge of the conveyor belt towards the center of the conveyor belt extending guide rail can always move through the bottles at a defined position under the line laser scanner, the line laser scanner is fixed but height adjustable with a mass-damper system, on which also located under the line laser scanner Conveyor belt is mounted and can be made after the measurement of a sorting of the bottles based on the measured value.