CH719464A2

CH719464A2 - Method for determining the size distribution of cheese curd grains.

Info

Publication number: CH719464A2
Application number: CH000202/2022A
Authority: CH
Inventors: Vavoura Eleftheria; Banica Marius; Ganz Mirco; Stähli Patrick; Grüninger Siegried
Original assignee: Kalt Maschb Ag
Priority date: 2022-03-01
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Grössenverteilung von Käsebruchkörnern, insbesondere in einem Strom Käserohmasse, der von einem Käsefertiger in Käseformen strömt. Es soll aufwandsarm und zuverlässig sein. Hierzu umfasst das Verfahren mehrere Schritte. In einem ersten Schritt wird aus einem Originalbild des Gemischs ein Graustufenbild des Gemischs erstellt, in einem zweiten Schritt werden die Bestandteile bzw. Pixel des Graustufenbildes bestimmt, die Partikel und somit Käsebruchkörner sind. In einem dritten Schritt werden die Pixel des Graustufenbildes bestimmt, die keine Partikel darstellen. In einem vierten Schritt erhalten die Partikel jeweils ein Label, und in einem fünften Schritt wird die Detektion der Partikel anhand der Label und des Originalbildes weiter verfeinert.The invention relates to a method for determining the size distribution of cheese curd grains, in particular in a stream of raw cheese mass which flows from a cheese maker into cheese molds. It should be low-cost and reliable. The process involves several steps. In a first step, a grayscale image of the mixture is created from an original image of the mixture; in a second step, the components or pixels of the grayscale image, which are particles and thus cheese curd grains, are determined. In a third step, the pixels of the grayscale image that do not represent particles are determined. In a fourth step, the particles each receive a label, and in a fifth step, the detection of the particles is further refined using the labels and the original image.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Grössenverteilung von Käsebruchkörnern, insbesondere in einem Strom Käserohmasse, einem Gemisch aus Molke und Käsebruchkörnern, der von einem Käsefertiger in Käseformen strömt. The invention relates to a method for determining the size distribution of cheese curd grains, in particular in a stream of raw cheese mass, a mixture of whey and cheese curd grains, which flows from a cheese maker into cheese molds.

[0002] Zur Käseherstellung wird Milch in einem Käsekessel, einem Käsefertiger Lab zugesetzt und die Milch wird für den Käsungsprozess mittels Rühr- und Schneidflügel ständig gerührt. Entstehende gallertartige Käsebrocken werden mittels der Rühr- und Schneidflügel geschnitten, siehe zum Beispiel DE 29812845 U1. Beim Schneiden wird der Käsebruch in Käsebruchkörner zerschnitten, möglichst in Käsebruchkörner mit gleichmässiger Grösse. Der Käsebruch wird unter Einwirkung des Labs und von Wärme fest, spröde und zerbrechlich. Dieser Käsebruch ist somit empfindlich gegen mechanische Beanspruchung, so dass der Rührvorgang schonend erfolgt. Schonend muss auch die Molke abgesaugt werden, um die Käsebruchkörner in einen stabilen körnigen Zustand zu überführen. Die Absaugung der Molke erfolgt gemäss CH 537142 A mittels einer Ablassvorrichtung, bei der die Molke durch einen, von einem Siebmantel umgebenen Molkesammelraum, der mit einer Ablaufleitung verbunden ist, abgesaugt wird. Der Siebmantel soll das Eindringen von Käsebruch in den Molkesammelraum verhindern. [0002] To make cheese, milk is added to a cheese kettle, a cheese maker, and the milk is constantly stirred for the cheese-making process using stirring and cutting blades. The resulting gelatinous chunks of cheese are cut using the stirring and cutting blades, see for example DE 29812845 U1. When cutting, the cheese curd is cut into cheese curd grains, if possible into cheese curd grains of uniform size. The curd becomes solid, brittle and fragile under the influence of the rennet and heat. This cheese curd is therefore sensitive to mechanical stress, so that the stirring process is gentle. The whey must also be gently sucked off in order to convert the cheese curd grains into a stable, granular state. According to CH 537142 A, the whey is extracted using a draining device in which the whey is extracted through a whey collecting space surrounded by a sieve jacket and connected to a drain line. The sieve jacket is intended to prevent cheese curd from entering the whey collection space.

[0003] Um den Dickungszustand der Rohkäsemasse bzw. des Käsebruchs während des Betriebs des drehenden Rührwerks ermitteln zu können, ist es bereits bekannt, sogenannte Dickungssonden im Behälter des Käsefertigers fest anzuordnen. Es ist auch bekannt, den Anteil an Käsebruch in einem Käsebruch-Molke-Gemisch in einem Behältnis mittels eines Tomographen zu bestimmen. Gemäss DE 102009036633 A1 ist im Behältnis mindestens eine Elektrode eines Tomographiesensors angeordnet, welcher mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung eines Leitfähigkeitswertes gekoppelt ist. Das Behältnis ist ein durchströmtes Rohr oder eine Wanne. Genutzt wird die Erkenntnis, dass die Leitfähigkeiten von Molke und Käsebruch-Molke-Gemisch verschieden sind. Einem Puffertank könne somit immer die Menge an Gemisch entnommen werden, die pro Käseform erforderlich ist. Eine vorherige Kalibrierung mit reiner Molke und in Abhängigkeit von deren Herkunft (Kuh, Ziege o. a.) ist erforderlich. Eine solche Messvorrichtung ist aufwendig und kostenintensiv. In order to be able to determine the thickening state of the raw cheese mass or the cheese curd during operation of the rotating agitator, it is already known to permanently arrange so-called thickening probes in the container of the cheese maker. It is also known to determine the proportion of cheese curd in a cheese curd-whey mixture in a container using a tomograph. According to DE 102009036633 A1, at least one electrode of a tomography sensor is arranged in the container, which is coupled to an evaluation unit for determining a conductivity value. The container is a pipe or a tub through which flows. The knowledge that the conductivities of whey and curd-whey mixtures are different is used. The amount of mixture required for each cheese mold can therefore always be taken from a buffer tank. A previous calibration with pure whey and depending on its origin (cow, goat, etc.) is required. Such a measuring device is complex and cost-intensive.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Grössenverteilung von Käsebruchkörnern, insbesondere in einem Strom Käserohmasse bereitzustellen, das aufwandsarm und zuverlässig ist. Der Strom Käserohmasse ist ein Gemisch aus Molke und Käsebruchkörnern, das von einem Käsefertiger über eine Rohrleitung in Käseformen strömt. The invention is based on the object of providing a method for determining the size distribution of cheese curd grains, in particular in a stream of raw cheese mass, which requires little effort and is reliable. The raw cheese stream is a mixture of whey and cheese curd grains that flows from a cheese maker via a pipeline into cheese molds.

[0005] Die Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. [0005] The task is solved with the characterizing features of patent claim 1.

[0006] Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst Verfahren zur Bestimmung der Verteilung von Käsebruchkörnern, insbesondere in einem Strom Käserohmasse, ein Gemisch aus Molke und Käsebruchkörnern, der von einem Käsefertiger in Käseformen strömt. In einem ersten Schritt wird aus einem aufgenommenen Originalbild des Gemischs ein Graustufenbild des Gemischs erstellt. In einem zweiten Schritt werden nachfolgend die Bestandteile bzw. Pixel des Graustufenbildes bestimmt, Partikel und somit Käsebruchkörner sind. In einem folgenden dritten Schritt werden die Pixel des Graustufenbildes bestimmt, die keine Partikel sondern Molke darstellen. In einem vierten Schritt erhalten die im zweiten Schritt bestimmten Partikel jeweils ein Label, und in einem fünften Schritt wird die Detektion der Partikel anhand der Label und des Originalbildes weiter verfeinert. The method according to the invention comprises methods for determining the distribution of cheese curd grains, in particular in a stream of raw cheese mass, a mixture of whey and cheese curd grains, which flows from a cheese maker into cheese molds. In a first step, a grayscale image of the mixture is created from a recorded original image of the mixture. In a second step, the components or pixels of the grayscale image are determined, which are particles and thus cheese curd grains. In a subsequent third step, the pixels of the grayscale image that do not represent particles but whey are determined. In a fourth step, the particles determined in the second step each receive a label, and in a fifth step, the detection of the particles is further refined using the labels and the original image.

[0007] Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims.

[0008] Vorteilhaft werden für die Anzahl Pixel im zweiten und dritten Schritt Schwellenwerte vorgegeben. Threshold values are advantageously specified for the number of pixels in the second and third steps.

[0009] Eine etwaige resultierende Differenz der Partikeln und Molke zuordenbaren Pixel vom Gesamtbild werden Pixeln, die der Molke entsprechen, zugeordnet. Any resulting difference in the pixels that can be assigned to particles and whey from the overall image is assigned to pixels that correspond to the whey.

[0010] Vorteilhaft wird die Detektion der Partikel anhand der Label und des Originalbildes mittels eines Watershed-Algorithmus weiter verfeinert. [0010] Advantageously, the detection of the particles is further refined using the labels and the original image using a watershed algorithm.

[0011] Das Verfahren wird vorteilhaft für eine aufwandsarme dynamische Regelung des Durchsatzes im Abfüllprozess eingesetzt. The method is advantageously used for low-effort dynamic control of the throughput in the filling process.

[0012] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Sie umfasst zumindest Messvorrichtung mit einem vorgelagerten Bypass und einem Übergangsstutzen, wobei die Messvorrichtung einen Spannrahmen mit einem Beobachtungsfenster und einer Kamera aufweist. Der Kamera gegenüberliegend ist eine, bevorzugt flächige, Lichtquelle angeordnet. The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention. It comprises at least a measuring device with an upstream bypass and a transition connection, the measuring device having a clamping frame with an observation window and a camera. A light source, preferably flat, is arranged opposite the camera.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1: eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens und Fig. 2: eine bildliche Darstellung der Verteilung von Käsebruchkörnern (a-f).The invention is described in more detail below in an exemplary embodiment. In the drawing, Fig. 1 shows: a device according to the invention for carrying out the method according to the invention and Fig. 2: a pictorial representation of the distribution of cheese curd grains (a-f).

[0014] Ein Käsefertiger, wie er zum Beispiel in US 10729095 B2 der Anmelderin offenbart und daher nicht explizit dargestellt ist, umfasst einen Behälter (Käsekessel), der über Füsse auf dem Boden aufstellbar ist und dessen Behälterinnenraum mittels einer Haube abgedeckt ist. Die Haube ist mit einer schliessbaren Sichtluke versehen, die ein Gitter aufweist. Der Käsefertiger umfasst weiterhin eine Steuerung und ein Steuerpanel mit einem Touchscreen. Der Käsekessel weist eine senkrechte Behälterwand auf, die sich aus zwei, in der Draufsicht, kreisbogenabschnittsförmigen Wandteilen zusammensetzt und nach unten von einem, nicht näher bezeichneten Behälterboden begrenzt ist. In den Käsekessel ragt ein, in der Haube abgestütztes Doppelrührwerk, dessen Drehachse parallel zur senkrechten Behälterwand gelegen ist. Ein Antrieb des Doppelrührwerks ist ebenfalls in der Haube angeordnet. An der Behälterwand des Käsefertigers kann eine mobile Dickungssonde angeordnet werden, die universell bei unterschiedlich grossen Behältern von Käsefertigern einsetzbar ist. Sobald das Gemisch aus Molke und Käserohmasse abgesaugt und in Käseformen einer, an sich bekannten und daher ebenfalls nicht dargestellten, Kassettenpresse verbracht werden kann, wird das Gemisch durch eine Zuführleitung 9 (Rohrleitung) einer Vorrichtung 1 (Fig. 1) gepumpt. Ein Teilstrom des Gemischs wird in die Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Verteilung von Käsebruchkörnern in der Molke geleitet, während der übrige Strom des Gemischs direkt durch eine Hauptleitung 6 der Vorrichtung 1 in eine Abführleitung 10 zur Kassettenpresse geleitet wird. Der in der Vorrichtung 1 zu analysierende Teilstrom des Gemischs gelangt über einen Bypass 2 und einen Übergangsstutzen 11 in die eigentliche Messvorrichtung 3. Die Messvorrichtung 3 umfasst einen Spannrahmen 4 mit einem Beobachtungsfenster 5, dem eine hochauflösende Kamera 7 zugeordnet ist. Der Kamera 7 gegenüberliegend umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin eine, bevorzugt, flächig ausgebildete Lichtquelle 8 mit LED's oder einer anderen Lichtquelle. A cheese maker, as disclosed, for example, in US 10729095 B2 by the applicant and is therefore not explicitly shown, comprises a container (cheese kettle) which can be set up on the floor via feet and the interior of the container is covered by a hood. The hood is equipped with a closable viewing hatch that has a grille. The cheese maker also includes a control and a control panel with a touchscreen. The cheese kettle has a vertical container wall, which is composed of two wall parts that are in the shape of a circular arc when viewed from above and is bounded at the bottom by an unspecified container base. A double agitator supported in the hood protrudes into the cheese kettle, the axis of rotation of which is parallel to the vertical container wall. A drive for the double agitator is also located in the hood. A mobile thickening probe can be arranged on the container wall of the cheese maker, which can be used universally for cheese maker containers of different sizes. As soon as the mixture of whey and cheese raw material can be sucked off and placed in cheese molds of a cassette press known per se and therefore also not shown, the mixture is pumped through a feed line 9 (pipeline) of a device 1 (FIG. 1). A partial stream of the mixture is passed into the device 1 for determining the distribution of cheese curd grains in the whey, while the remaining stream of the mixture is passed directly through a main line 6 of the device 1 into a discharge line 10 to the cassette press. The partial flow of the mixture to be analyzed in the device 1 reaches the actual measuring device 3 via a bypass 2 and a transition connection 11. The measuring device 3 includes a clamping frame 4 with an observation window 5, to which a high-resolution camera 7 is assigned. Opposite the camera 7, the device 1 further comprises a, preferably flat, light source 8 with LEDs or another light source.

[0015] Bereits im Übergangsstutzen 11 wird der zu analysierende Teilstrom auf die innere Weite des Spannrahmens 4 gespreizt, so dass im Spannrahmen 4 ein, im Beispiel, gleichmässig flacher Strom des Gemischs strömt und am Beobachtungsfenster 5 sowie der Kamera 7 vorbeigeführt wird. Die Geschwindigkeit des Stroms kann aber auch ungleichmässig sein. Nach der Passage im Spannrahmen 4 gelangt der Teilstrom durch einen weiteren Übergangsstutzen 12 in die Abführleitung 10. Mittels der Kamera 7 und eines Auswertealgorithmus' kann im zu analysierenden Teilstrom die Verteilung der Käsebruchkörner bestimmt werden. Hierzu wird zunächst ein Graustufenbild des Gemischs erstellt und es werden die Bestandteile des Graustufenbildes bestimmt, die im Beispiel mit (hoher) Sicherheit Partikel, d. h. Käsebruchkörner sind. Im Beispiel sind dies die weissen Pixel (Fig. 2a). Hierbei ist ein Schwellenwert vorgeben. Zudem werden die, im Beispiel schwarzen, Pixel bestimmt, die mit hoher Sicherheit keine Partikel sondern Molke darstellen (Fig. 2b). Auch hierzu ist ein Schwellenwert vorgeben. Eine etwaige resultierende Differenz (Fig. 2c) der weissen und schwarzen Pixel vom Gesamtbild wird den weisen Pixeln, d. h. der Molke zugeordnet. Nachfolgend erhalten die Partikel jeweils ein Label und werden farbig dargestellt (Fig. 2d). Mittels eines Watershed-Algorithmus wird die Detektion der der Partikel anhand der Label und des Originalbildes weiter verfeinert (Fig. 2e), wobei im Beispiel nur im unbekannten weissen Bereich der Pixel verfeinert wird. Already in the transition connection 11, the partial flow to be analyzed is spread over the inner width of the clamping frame 4, so that a, in the example, evenly flat stream of the mixture flows in the clamping frame 4 and is guided past the observation window 5 and the camera 7. However, the speed of the current can also be uneven. After passing through the clamping frame 4, the partial flow passes through a further transition connection 12 into the discharge line 10. Using the camera 7 and an evaluation algorithm, the distribution of the cheese curd grains in the partial flow to be analyzed can be determined. For this purpose, a grayscale image of the mixture is first created and the components of the grayscale image are determined, which in the example are (highly) certain to be particles, i.e. H. Cheese curd grains are. In the example these are the white pixels (Fig. 2a). A threshold value is specified here. In addition, the black pixels in the example are determined, which with a high degree of certainty do not represent particles but whey (Fig. 2b). A threshold value must also be specified for this. Any resulting difference (Fig. 2c) between the white and black pixels from the overall image is attributed to the white pixels, i.e. H. assigned to whey. The particles each receive a label and are shown in color (Fig. 2d). Using a watershed algorithm, the detection of the particles is further refined based on the labels and the original image (Fig. 2e), whereby in the example only the unknown white area of the pixels is refined.

[0016] Die detektierten Partikel bzw. Käsebruchkörner (Fig.2f) könnten nachfolgend auch wieder farbig dargestellt werden. The detected particles or cheese curd grains (Fig. 2f) could subsequently also be shown in color again.

[0017] Die gewonnenen Daten können als Input für eine Strömungssimulation des Gemischs verwendet werden. Wesentlicher ist jedoch ihre Verwendung zur dynamischen Regelung des Bruchkorndurchsatzes der Abfüllung des Gemischs in die Käseformen. Somit kann die Abfüllgenauigkeit in die einzelnen Käseformen und damit die Menge an Käsebruchkörnern in den abzupressenden Käselaiben beeinflusst werden. The data obtained can be used as input for a flow simulation of the mixture. However, their use for dynamic control of the broken grain throughput when filling the mixture into the cheese molds is more important. This means that the filling accuracy into the individual cheese molds and thus the amount of cheese curd grains in the cheese wheels to be pressed can be influenced.

BezugszeichenlisteReference symbol list

[0018] 1 Vorrichtung 2 Übergangsstutzen 3 Messvorrichtung 4 Spannrahmen 5 Beobachtungsfenster 6 Hauptleitung 7 Kamera 8 Lichtquelle 9 Zuführleitung 10 Abführleitung 11 Übergangsstutzen 12 Übergangsstutzen 1 device 2 transition connection 3 measuring device 4 clamping frame 5 observation window 6 main line 7 camera 8 light source 9 supply line 10 discharge line 11 transition connection 12 transition connection

Claims

1. Method for determining the size distribution of cheese curd grains, in particular in a stream of raw cheese mass, a mixture of whey and cheese curd grains, which flows from a cheese maker into cheese molds, characterized in that in a first step a grayscale image of the mixture is created from an original image of the mixture, in a second step the components or pixels of the grayscale image are determined, which are particles and thus cheese curd grains, in a third step the pixels of the grayscale image are determined which do not represent particles, in a fourth step the particles each receive a label, and in a fifth step the detection of the particles is further refined using the labels and the original image.

2. The method according to claim 1, characterized in that threshold values are specified for the number of pixels in the second and third steps.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a resulting difference of the white and black pixels from the overall image is the white pixels, i.e. H. assigned to whey.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the detection of the particles is refined using the labels and the original image using a watershed algorithm.

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that dynamic control of the throughput in the filling process is made possible.

6. Device for carrying out a method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a measuring device (3), the measuring device (3) having a clamping frame (4) with an observation window (5) and a camera (7). includes, and that a light source 8 is arranged opposite the camera (7).

7. Device according to claim 6, characterized in that the measuring device (3) has an upstream bypass (2) and a transition connection (11).

8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that it comprises a supply line (9) and a discharge line (10).