CN111902054B - 块茎去皮设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种对块茎进行去皮的方法,该方法包括步骤:a.提供一种去皮装置,该去皮装置限定有由去皮机构围成的腔体;b.将要被去皮的块茎输入到该腔体中;c.将来自于照明装置的电磁辐射引入该腔体中;d.在去皮机构进行去皮操作的过程中检测从位于所述腔体中的块茎反射到照相机的镜头中的电磁辐射;以及e.基于由照相机检测到的反射的电磁辐射来对去皮装置进行操作。还披露了一种用于实施该方法的设备。

Description

块茎去皮设备和方法
技术领域
本发明涉及一种块茎去皮设备和一种块茎去皮方法。本发明特别适于对用于生产诸如薯片之类的休闲食品的马铃薯进行去皮。
背景技术
在加工可食用块茎(如马铃薯、红薯或任何其他可食用块茎或可食用块茎的混合物)以制造加工食品(如薯片或炸薯条)的过程中,众所周知,需要对可食用块茎进行去皮。需要对块茎进行充分去皮,以去除整个果皮,否则加工食品的质量会受到影响。这尤其适用于薯片的生产。但是,如果将块茎过度去皮以确保每个块茎都被完全去皮,则会产生过多的果皮浪费,而且会浪费块茎的有用果肉,从而降低产量。
在商业食品生产中,例如在薯片生产中,商业去皮机的生产率很高,例如每小时要削3吨马铃薯。存在的问题是,要实现去皮马铃薯的大批量生产,不仅要达到高而统一的产品质量,而且要在不降低生产率的情况下最大限度地减少浪费。
US-A-4147619公开了一种用于分类物品的设备,如去皮的整个马铃薯,在没有异常情况下,该马铃薯会表现出基本均匀的光反射率,该设备包括照明室,要被分类的物品相继流水地通过该照明室。光传感器聚焦在物体通过的照明室的横截面切片上,这些光传感器每个仅聚焦在切片的一小部分上。电子电路与光传感器一起计数这些传感器感测异常的数量。如果感测异常的传感器数目大于预定的最小值,则产生拒绝信号。该披露的内容拒绝了有缺陷的马铃薯。去皮操作没有改善。
US-A-5884775公开了一种采用近红外光作为照明源来实施自动光学检测的系统和方法,以从具有去皮缺陷的马铃薯块与可接受的马铃薯块的随机混合物中去除具有去皮缺陷的马铃薯块。该系统实现了一种利用近红外光照射混合物,检测被检马铃薯块反射的光,根据检测到的反射来识别缺陷马铃薯块表面区域,并从混合物中去除缺陷物品的方法。该系统和方法实现了对去皮的马铃薯块进行是否存在果皮覆盖缺陷的检查。同样,去皮操作没有改善。
WO-A-931 1882公开了一种用于对自由下落的单个物品进行控制和分选的光学装置,该光学装置包括位于控制区外围的激光扫描仪,该激光扫描仪的反射光由导光件的末端从四面八方收集并传输到控制器以供评估。控制器根据预定的控制标准控制控制区域下游的分选装置。环绕控制区域的导光条捕获反射光,根据所测到的直接光进行控制。该装置特别适用于分类去皮的土豆和湿产品。同样,去皮操作没有改善。
因此,需要一种改进的用于商业规模的对食用块茎进行去皮的方法和设备。
此外,还需要减少或尽量减少块茎肉的浪费,以提高从给定数量的未去皮块茎产品中获得去皮块茎产品的产量。
还需要提供一种去皮设备,该设备可以在没有显著资本支出的情况下实现这些目标,并且最好是用增强的去皮模块对现有的去皮器进行改造。
本发明的目的是至少部分地在于满足这些需求。
发明内容
在第一方面中,本发明提供了一种用于对块茎进行去皮的设备,该设备包括:
去皮装置,其限定了由去皮机构围成的腔体,该去皮装置具有连接到所述腔体的输入部,用于将要被去皮的块茎输入到该腔体中;
照明装置,其用于将电磁辐射引入到所述腔体中;
照相机,其具有限定有视场的镜头,该视场取向于所述腔体内,该照相机设置成在去皮机构进行去皮操作过程中用于检测从位于所述腔体中的块茎反射到镜头中的电磁辐射;
操作系统,其基于由所述照相机检测到的反射的电磁辐射对去皮装置进行操作,该操作系统包括:
取样器,其用于依次测量检测到的电磁辐射的多个强度值;
比较器,其用于将测量到的强度值进行比较以确定测量到的强度值的变化率;以及
控制器,其用于响应于测量到的强度值的变化率而对去皮装置进行控制。
在第二方面中,本发明提供了一种对块茎进行去皮的方法,该方法包括步骤:
a.提供一种去皮装置,该去皮装置限定有由去皮机构围成的腔体;
b.将要被去皮的块茎输入到所述腔体中;
c.将来自于照明装置的电磁辐射引入所述腔体中;
d.在去皮机构进行去皮操作的过程中检测从位于所述腔体中块茎反射到照相机的镜头中的电磁辐射;以及
e.基于由照相机检测到的反射的电磁辐射来对去皮装置进行操作。
在相应的从属权利要求中限定了可选的或者优选的特征。
在优选实施方式中,本发明提供了一种去皮装置,其具有用于控制去皮功能的操作系统,因此去皮功能在已经达到预定的去皮程度之后终止。降低去皮产品质量的不完全去皮和增加块茎浪费但没有提高去皮产品质量的过度去皮两者均可被避免。
去皮功能可以被控制成通过在去皮操作过程中实时、动态地实现去皮控制,在一批块茎内达到精确、均匀的去皮程度。
可以始终如一地获得高质量的去皮块茎产品而没有过多的产品浪费。
用于控制去皮功能的操作系统可以容易安装或者改进安装到诸如当前商用的去皮机之类的去皮装置上。
在第三方面中,本发明还提供了一种用于对块茎进行分选的装置,该装置包括:从块茎供应端沿着输送方向串行设置的多个分选区,其中每个分选区包括相互对齐的形成网格的杆阵列,每个分选区中的这些杆相互间隔开相应的间隔距离,其中朝向块茎供应端定位的第一分选区中的该间隔距离小于沿着输送方向位于第一分选区下游的第二分选区中的间隔距离,藉此小于第一阈值尺寸的块茎穿过第一分选区的杆落下,大于第一阈值尺寸的块茎被沿着第一分选区的杆输送到第二分选区。
在第四方面中,本发明还提供了一种对块茎进行分选的方法,该方法包括步骤:
i.提供一种块茎分选装置,该块茎分选装置包括从块茎供应端沿着输送方向串行设置的多个分选区,其中每个分选区包括相互对齐的形成网格的杆阵列,每个分选区中的这些杆相互间隔开相应的间隔距离,其中朝向块茎供应端定位的第一分选区中的该间隔距离小于沿着输送方向位于第一分选区下游的第二分选区中的间隔距离,以及
ii.从块茎供应端提供块茎,藉此块茎被沿着输送方向输送,从而小于第一阈值尺寸的块茎穿过第一分选区的杆落下,大于第一阈值尺寸的块茎被沿着第一分选区的杆输送到第二分选区。
同样,在相应的从属权利要求中限定了可选的或者优选的特征。
附图说明
现在参照下面的附图仅通过示例对本发明的实施方式进行描述,其中:
图1是根据本发明的一个实施方式的一种用于对块茎进行去皮的设备的示意性侧视图;
图2是图1的块茎分选装置的特写透视图;
图3是示出了根据使用图1的设备对块茎进行去皮的方法的第一示例的反射电磁辐射与时间之间关系的图;和
图4是示出了根据使用图1的设备对块茎进行去皮的方法的第一示例的反射电磁辐射与时间关系的图。
具体实施方式
这些附图是示意性的,并不旨在按比例绘制。在这些图中,各个图中示出的每个完全相同的或者基本类似的部件由单个数字或符号表示。为了清楚起见,在每个图中并不是每个元件都进行了标记。对于本领域普通技术人员理解本发明不必要示出的情况下,也没有示出本发明的每个实施方式的每个部件。
参见图1和2,示出了根据本发明的一个实施方式的一种用于对块茎进行去皮的设备2。块茎可以包括任何可食用块茎或者多种可食用块茎的混合物,本发明尤其适用于对马铃薯进行去皮,例如用于制造加工食品,一般是薯片或炸薯条。
设备2包括去皮装置4,该去皮装置4限定有由去皮机构8围成的腔体6。去皮装置4具有连接到腔体6的输入部10,用于将要被去皮的块茎输入到腔体6中。
去皮机构8典型地是已知的商用装置,并且包括可转动的圆柱体12,圆柱体12具有粗糙的内圆柱表面14。当操作去皮机构8时,由于可转动的圆柱体12的转动,在离心力的作用下径向向外推动腔体6内的块茎,块茎与粗糙的内圆柱表面14进行摩擦。进入腔体6内的水流(未示出)可以冲走摩擦掉的去皮材料。
根据本发明,去皮装置4设有用于控制去皮功能的操作系统,因此去皮功能在已经达到预定的去皮程度之后终止。降低去皮产品质量的不完全去皮和增加块茎浪费但没有提高去皮产品质量的过度去皮两者均可被避免。去皮功能可以被控制成通过在去皮操作过程中实时、动态地实现去皮控制,在一批块茎内达到精确、均匀的去皮程度。可以始终如一地获得高质量的去皮块茎产品而没有过多的产品浪费。
因此,在腔体6上方设置照明装置20用于将电磁辐射引入到腔体6中。照明装置20适于产生在一定波长范围内的电磁辐射,该波长范围能够允许反射的辐射指示去皮产品的特性。电磁辐射可以在电磁波谱的可见区域内,或在电磁波谱的红外线(IR)或紫外线(UV)区域内。
照明装置20典型地具有适于产生490到780nm波长范围内的电磁辐射(这在电磁波谱的可见区域内)的任何合适形式的照明元件,如发光二极管(LED)或白炽灯丝。
在一个实施方式中,照明装置20适于产生490到570nm波长范围内的电磁辐射,该电磁辐射的颜色可以是绿色。
在另一个实施方式中,照明装置20适于产生在620到780nm波长范围内的电磁辐射,该电磁辐射的颜色可以是红色。
已经发现,当根据本发明的示出的实施方式控制马铃薯的去皮时,相比于例如蓝色光,红色或绿色光对使用反射光指示去皮程度具有更高的敏感性。
在腔体6上方设置照相机22。照相机22具有限定视场F的镜头24。视场F取向到腔体6中。照相机44设置成用于在通过去皮机构8进行去皮操作的过程中检测从位于腔体6中的块茎T反射到镜头24中的电磁辐射。
优选地,照明装置20和照相机22由例如由不锈钢组成的管状外罩21包围,该管状外罩21具有例如由聚合物(比如PMMA)组成的下窗口23,管状外罩21保护照明装置20、照相机22尤其是镜头24避免去皮操作过程中产生的碎片。窗口23相对于照相机22的光轴倾斜一角度,在使用中是相对于竖直方向倾斜,并且可以在去皮操作之后便于清洁。
设备2还包括处理器控制的操作系统26,用于基于照相机22检测到的反射电磁辐射来操作去皮装置4。
操作系统26包括取样器28,用于依次测量检测到的电磁辐射的多个强度值。取样器28适于测量检测到的电磁辐射的预定数量的强度值。典型地预定的强度值的数量为5到50,或10到30。取样器28适于在预定的时间周期内测量预定数量的强度值。预定的时间周期可以是0.5到2秒,典型地是0.5到1.5秒,例如大约1秒。
操作系统26还包括计算器30,用于计算表示与特定第一时间周期相关的平均强度值的平均强度值。
操作系统26还包括比较器32,用于将测量到的强度值进行比较以确定测量到的强度值的变化率。
计算器30设置成向比较器输出平均强度值,用于与和所述特定第一时间周期相比不同的第一时间周期相关的至少一个其他的计算出的平均强度值进行比较。
计算器30设置成向比较器输出2到10个平均强度值,例如2到6个平均强度值。
计算器30设置成向比较器32输出表示在第二时间周期内测量到的强度值的多个平均强度值。该第二时间周期可以1到10秒,典型地是1到5秒,例如2到4秒。优选值是3秒。
操作系统26还包括控制器34,用于响应于测量到的强度值的变化率来对去皮装置4进行控制。控制器34适于响应于测量到的强度值的变化率对去皮装置4进行控制,例如当所述变化率小于测量到的强度值的10%,典型地小于测量到的强度值的5%,更典型地是小于测量到的强度值的2%,例如小于测量到的强度值的1%时。
换言之,控制器34适于在平均强度值的变化率低到在例如3秒的第二时间周期内平均强度值变化小于10%,在第二时间周期内典型地小于5%,更典型地小于2%,例如小于1%时对去皮装置4进行控制。平均强度值在给定时间周期内的这种低的变化表示反射强度正趋平于最终定值,这与反射强度的实际最终定值无关,其可以因块茎批次而异。
在一个实施方式中,操作系统26适于在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或者在第一预定时间延迟之后终止去皮装置4的操作。
在另一个实施方式中,操作系统26适于在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或者在第一预定时间延迟之后使去皮后的块茎从腔体6输出。
在另一个实施方式中,操作系统26适于在测量到的强度值的变化率在从去皮装置4进行的去皮循环开始的最小时间周期到期后、未到第二预定阈值时立即或者在第二预定时间延迟之后终止去皮装置4的操作或者使去皮后的块茎从腔体6输出。
操作系统26可以配置成通过关掉去皮装置4的驱动马达35的电源来终止去皮装置4的操作。例如可以沿着控制线37从控制器34向驱动马达35发送控制信号。
在一个优选的实施方式中,操作系统26适于检测照相机8检测到的反射电磁辐射的峰值,并响应于该峰值输出校准信号。
参见图2,设备2还包括直接或间接联接到去皮装置4的输入部10的块茎分选装置36。块茎分选装置36可以将选定尺寸范围的块茎供应到去皮装置4。
块茎分选装置36包括从块茎供应端44沿着输送方向C串行设置的多个分选区38、40、42。每个分选区38、40、42包括相互对齐的形成网格52的杆46、48、50阵列。网格52自块茎供应端44向下倾斜,驱动机构58使杆46、48、50转动或者以其他方式移动,以使块茎从块茎供应端44沿着杆46、48、50移动。杆46、48、50的上游端66、68、70偏心地安装到驱动装置60、62、64,杆46、48、50的下游端72、74、76可以是自由端。
每个分选区38、40、42中的杆46、48、50相互间隔开相应的间隔距离d1、d2、d3。朝向块茎供应端44定位的第一分选区38中的间隔距离d1小于沿着输送方向C位于第一分选区38下游的第二分选区40中的间隔距离d2。因此,在操作中,小于第一阈值尺寸d1的块茎穿过第一分选区38的杆46落下,大于第一阈值尺寸d1的块茎被沿着第一分选区38的杆46输送到第二分选区40。
典型地,第二分选区40配置成在第二分选区40中,小于第二阈值尺寸d2的块茎穿过第二分选区40的杆48落下,大于第二阈值尺寸d2的块茎被沿着第二分选区40的杆48输送到第三分选区42。第三分选区42可以允许所有剩下的块茎被供应到去皮装置4。替代性地,第三分选区42可以相应地通过使小于第三阈值尺寸d3的块茎穿过第三分选区52的杆50落下而对小于第三阈值尺寸d3的块茎进行分选,并且使大于第三阈值尺寸d3的块茎沿着第三分选区52的杆50输送到第四分选区(未示出)或者输送到块茎分选装置36的输出端54。
间隔距离d1、d2、d3选择成为后续的加工(例如,去皮)提供所需的个体马铃薯尺寸群。例如,第一分选区中的间隔距离d1可以是60mm+/-20mm,第二分选区中的间隔距离d2可以是140mm+/-20mm,第三分选区中的间隔距离d3可以是200mm+/-20mm。
在图2的示出的实施方式中,间隔距离d1、d2、d3分别是60mm、140mm和200mm。因此,第一分选区38将尺寸为60mm或者更小的块茎分选出去,第二分选区40将尺寸大于60mm高至140mm的块茎分选出去,第三分选区42将尺寸大于140mm高至200mm的块茎分选出去。沿着输送方向C串行设置的三个分选区38、40、42可以将0到200mm范围内具有各种块茎尺寸的初始块茎供应分选成具有不同块茎尺寸的三个分选组。这意味着每个组具有在统计学上更均匀的尺寸范围,已经发现这样对于任何给定批次的块茎增强了去皮操作的均匀性。
回到图1,其示出了分选装置36的单个分选区,在多个分选区38、40、42的至少一个的相应的分选区38、40、42下面设置料斗56用于接收穿过相应分选区38、40、42的杆46、48、50落下的块茎。在该优选实施方式中,设置多个去皮装置4和多个料斗56,每个料斗56连接到相应的一个或多个去皮装置4的输入部。典型地,每个料斗56连接到相应去皮装置4(或多个去皮装置)的输入部10。在优选实施方式中,每个料斗56连接到两个去皮装置4的输入部10。
现在将参照图3描述对块茎进行去皮的方法,图3是示出了根据使用图1的设备对块茎进行去皮的方法的第一示例的反射电磁辐射与实时间之间的关系的图。
在对块茎进行去皮的方法中,将典型地作为具有预定重量的一批要被去皮的块茎(例如,马铃薯)通过输入部10输入到去皮装置4的腔体6中。去皮机构8通过转动操作,使要被去皮的块茎通过与粗糙的内圆柱表面14的摩擦而被去皮。
在去皮操作过程中,照明装置20将电磁辐射引入到腔体6中,从而引到正被逐渐去皮的块茎上。同时,在去皮机构8的去皮操作过程中照相机22对从位于腔体6中的块茎反射到照相机22镜头24中的电磁辐射进行检测。
如上所述,照明装置20优选地发射波长在490到570nm范围内的电磁辐射,该电磁辐射的颜色可以是绿色的。替代性地,在另一个优选实施方式中,照明装置20发射波长在620到780nm范围内的电磁辐射,该电磁辐射的颜色可以是红色的。已经发现的事实是,当根据本发明的示出的实施方式控制马铃薯的去皮时,相比于例如蓝色光,红色光或绿色光对使用反射光指示去皮程度具有更高的敏感性。
最初没有被去皮的块茎对电磁辐射具有低的反射率,而相反最终被去皮的块茎对电磁辐射具有高的反射率。使用在去皮操作过程中可检测的反射辐射的增加来控制去皮操作,以便于在已经达到预定的去皮程度之后终止去皮操作。因此是基于由照相机检测到的反射的电磁辐射对去皮装置的操作进行控制的。
特别地,本发明人在大量的研究工作之后发现,在去皮操作过程中反射强度与去皮时间存在特定的关系,反射强度因块茎批次不同而变化,并且可能在不同的块茎种类之间变化。
特别地,对于种类相同不同批次的块茎,块茎不具有一致的反射强度;例如相同种类的马铃薯的果肉的颜色会因批次不同而变化,尤其是会根据马铃薯的收获或贮藏时间而变化(随着马铃薯在贮藏过程中的老化,其果肉颜色会发生变化,而且通常会随着老化而变黑)。
此外,不同的块茎种类具有不同的表皮颜色和不同的果肉颜色。
因此,为了实现精确的去皮控制,仅测量反射强度并在达到最小反射强度阈值之后终止去皮操作是不可行的,因为该阈值会因批次不同而变化,并且没有共同的阈值可以可靠地用于连续的去皮操作来达到高水平的精确的去皮程度,从而避免去皮不完全,同时避免因过度去皮造成的浪费。
本发明是基于一个发现,即为了达到高水平的精确的去皮程度,应该确定反射强度和时间之间的关系并确定反射强度随时间的变化率并对其进行分析以提供用于终止去皮操作的信号。
图3是对于用在薯片制造中的典型的马铃薯品种在去皮操作过程中反射强度随时间的变化图,该马铃薯具有浅色表皮。
首先,在第一阶段I中,反射强度具有恒定的低初始值。这是因为与马铃薯的果肉相比,来自照明设备20的入射电磁辐射会被相对较暗的马铃薯皮反射,而且输入的要被去皮的马铃薯可能也可能被泥或泥土沉淀物覆盖。
接着,在第二阶段II中,去皮操作逐渐地将马铃薯的表皮移除。如图3中所示,在马铃薯被逐渐去皮时反射强度从低初始值基本线性地增大。当块茎表皮被移除并且更浅颜色的果肉逐渐露出时,反射强度增大。
第二阶段II中反射强度的变化率可以用反射强度图与Y轴(纵坐标)之间的夹角α表示;角度α越小,去皮操作进行得越快。同一品种马铃薯的不同批次之间的夹角α和不同品种马铃薯之间的夹角α是不同的。
此后,在第三阶段III中,去皮操作基本将所有的马铃薯表皮移除。如图3中所示,反射强度开始趋平于最终反射强度RI,表示只在出现被削掉的果肉且所有马铃薯皮都被削掉和移除时的完全去皮态。如上所述,最终反射强度RI在同一马铃薯品种的不同批次之间以及不同马铃薯品种之间是不同的。
在达到RI值之后,存在第四阶段IV,在该阶段中测量到的强度保持恒定,同时去皮后的块茎在腔体6中但去皮操作已经停止。显然,如果在去皮之后将去皮后的块茎从腔体6清空则测量到的反射强度值因此会变化。
在本发明中,在第三阶段III中测量的反射强度随着时间的变化率用于控制去皮操作。
特别地,在去皮操作过程中,依次测量检测到的电磁辐射的多个反射强度值。例如,以每秒5到50,或者10到30,典型地20个测量结果的速率对反射强度进行测量。
取样器28以该顺序测量检测到电磁辐射在预定时间周期(这里称作“第一时间周期”)内的预定强度值数量,计算器30计算表示与特定的第一时间周期相关的平均强度值的平均强度值。预定的强度值数量典型地是5到50,优选10到30,例如20个,典型的预定时间周期是0.5到2秒,优选0.5到1.5秒,例如约1秒。
在示出的实施方式中,取样器在1秒时间周期内测量20个反射强度的样本测量结果。
然后计算器30从在给定时间周期内测量的多个样本(例如,1秒内测量的20个样本)计算该时间周期内的平均反射强度值。这是通过计算器30中简单的平均算法实现的。
这样提供了一系列连续时间周期内的一系列平均强度值。
此后,在比较器32中,将给定时间周期内的平均强度值与和所述特定的给定的时间周期相比不同的第一时间周期相关的至少一个其他的计算出的平均强度值进行比较。这种比较用于确定测量到的强度值的变化率。
特别地,在示出的实施方式中,使用2到10个平均强度值来确定测量到的强度值的变化率。优选地,使用2到6个平均强度值,例如3个平均强度值来确定测量到的强度值的变化率。
多个平均强度值表示累积的时间周期(这里称作“第二时间周期”)内测量到的强度值,该累积的时间周期足够长以确保精确地检测到测量强度随着时间的变化率,以能够可靠地并一致地检测到代表所需去皮程度的趋于平缓的反射强度。典型地,第二时间周期是1到10秒,优选1到5秒,更优选2到4秒,例如约3秒。
在示出的实施方式中,取样器28在1秒的时间周期(这是第一时间周期)内测量反射强度的20个样本测量结果,计算器30从这20个样本测量结果计算平均强度值。然后在比较器32中使用三个连续的1秒周期,总数是3秒(这是第二时间周期)来确定平均强度值随着该总的时间周期的变化率。
控制器34使用确定好的变化率来控制去皮功能的终止。
响应于测量到的强度值的变化率来控制去皮装置4。特别地,当强度值趋平于最终恒定反射强度值RI时,在阶段III中测量到的强度值的变化率逐渐减小。当测量到的强度值的变化率达到最小阈值,例如低于给定的变化率时,可以控制去皮装置终止去皮操作。
在示出的实施方式中,当变化率小于测量到的强度值的10%时,响应于测量到的强度值的变化率来控制去皮装置4。典型地,当变化率小于测量到的强度值的5%、小于2%或者小于1%时响应于测量到的强度值的变化率对去皮装置4进行控制。
当测量到强度值的变化率达到最小阈值时,可以立即或者在预定的时间延迟(例如,延迟达5秒)之后终止去皮操作。在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后,通过立即或在第一预定时间延迟之后终止去皮机构8的操作或者通过使去皮后的块茎从腔体6输出来终止去皮操作。
对于典型的具有50公斤批处理能力和每小时3吨的去皮马铃薯生产能力的商业马铃薯去皮装置,在典型的最小时间周期(在该时间周期内保证使用如上所述的去皮操作控制已经终止了去皮操作)之后,例如大约60秒,例如通过喷淋水或清洗设备对镜头窗口23进行清洗。
这将导致如图3所示的要被检测的测量到的强度的峰值S,因为电磁辐射从任何水或紧邻窗口23定位的清洁设备有一个高水平的反射。可以使用测量到的峰值确认照明装置20和照相机22功能是正常的,因此可以开始后续的对另一批块茎的去皮周期,从而校准照相机22的敏感性以检测反射的电磁辐射。
图3示出了白色新马铃薯的典型图,在去皮操作过程中,该马铃薯的反射强度展现出显著快速增加,最终趋平于恒定反射强度值RI。
相反,图4示出了红色或较老的马铃薯的典型图,在去皮操作过程中,其反射强度只出现了较慢且较小的显著增加,但并没有趋平于最终的恒定反射强度值RI。对于这类马铃薯,第二阶段II中的反射强度变化率可以用反射强度图与Y轴(纵坐标)的夹角β表示;角度β大于角度α,表明随着去皮过程的进行,反射强度变化较慢,尽管对于其他相同批次的马铃薯,无论果肉或表皮颜色如何,去皮操作实质上具有基本相同的去皮率。角度β在同一马铃薯品种的不同批次之间和不同马铃薯品种之间是不同的。对于这类马铃薯,没有呈现出趋于平缓达到最终恒定反射强度值RI的第三阶段的III,也没有呈现出最终恒定反射强度值RI的第四阶段的IV。
对于这种第二阶段II呈现出较低反射强度变化率且没有第三阶段III的块茎,仍然可以使用本发明的方法和设备。
特别地,可以仍然在测量到的强度值变化率达到最小阈值,例如低于给定的变化率(该变化率典型地高于图3的马铃薯所用的变化率)时控制去皮装置4终止去皮操作。
例如,最小阈值可以小于测量到的强度值的10%或者小于5%。此外,当测量到的强度值的变化率达到最小阈值时,可以立即或者在预定的时间延迟之后(例如,延迟达5秒)通过终止去皮机构8的操作或者使去皮后的块茎从腔体输出来终止去皮操作。当第二阶段II中的关系与如图4中所示的相同时,可以使用更高的取样速率和/或更长的第二时间周期来分析反射强度的变化率。
将供应到去皮装置4的块茎批次进行预先分选以具有所需的尺寸范围,以便于在要被去皮的块茎的任何给定的批次中,块茎具有基本相同的尺寸。使用这种预分选规程来将去皮浪费降到最低并增强去皮的均匀性和质量。
因此输入到每个去皮装置4的一批块茎具有选定的尺寸范围。
最开始的块茎在上述块茎分选装置36中进行分选,该分选装置直接或间接地联接到去皮装置4或者成对去皮装置4的输入部10。
在块茎供应端将块茎供应到分选装置36。块茎沿着第一分选区38通过。小于第一阈值尺寸d1的块茎穿过第一分选区38的杆46落入料斗54中。料斗54将具有选定尺寸范围d1的分选后的块茎供应到相应的去皮装置4或者成对去皮装置4。
大于第一阈值尺寸d1的块茎被沿着第一分选区38的杆46输送到第二分选区40。典型地,第二分选区40配置成在第二分选区40中,小于第二阈值尺寸d2的块茎穿过第二分选区40的杆48落入第二料斗54中。第二料斗54将具有选定尺寸范围d2的分选后的块茎供应到第二个相应的去皮装置4或成对去皮装置4。
大于第二阈值尺寸d2的块茎被沿着第二分选区40的杆48输送到第三分选区52。第三分选区52可以允许所有剩下的块茎被供应到第三个相应的去皮装置4或成对去皮装置4。替代性地,第三分选区52可以通过使小于第三阈值尺寸d3的块茎穿过第三分选区52的杆50落下并将大于第三阈值尺寸d3的块茎沿着第三分选区52的杆50输送到第四分选区(未示出)或者输送到块茎分选装置36的输出端54来相应地对小于第三阈值尺寸d3的块茎进行分选。
本发明特别适用于马铃薯的去皮,这些马铃薯随后被切成马铃薯片,用于制造薯片(油炸马铃薯片)。本发明人已经发现使用反射的电磁辐射动态地控制去皮循环终止的本发明的优选实施方式的设备和方法可以实现收益率增加,经测量因过度去皮而造成的马铃薯果肉的损失减少至少1wt%。对于薯片生产线上使用的典型商业去皮机来说,这意味着每小时至少可以节省30公斤的土豆果肉,否则这些土豆果肉将会流失到去皮废弃物流中。此外,使用反射电磁辐射动态地控制去皮循环终止的本发明的优选实施方式的设备和方法可以在不同果龄和不同品种的多个批次的马铃薯上实现更均匀的去皮。
对如上所述的本发明的实施方式所做的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的,这些修改旨在落入正如所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (68)

1.一种用于对块茎进行去皮的设备,所述设备包括:
去皮装置,所述去皮装置限定了由去皮机构围成的腔体,所述去皮装置具有连接到所述腔体的输入部,用于将要被去皮的块茎输入到所述腔体中;
照明装置,所述照明装置用于将电磁辐射引入到所述腔体中;
照相机,所述照相机具有限定有视场的镜头,所述视场取向于所述腔体内,该照相机设置成在去皮机构进行去皮操作过程中用于检测从位于所述腔体中的块茎反射到镜头中的电磁辐射;
操作系统,所述操作系统基于由所述照相机检测到的反射的电磁辐射对去皮装置进行操作,该操作系统包括:
取样器,所述取样器用于依次测量检测到的电磁辐射的多个强度值;
比较器,所述比较器用于将测量到的强度值进行比较以确定测量到的强度值的变化率;以及
控制器,所述控制器用于响应于测量到的强度值的变化率而对去皮装置进行控制。
2.根据权利要求1所述的设备,其中所述操作系统适于在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或者在第一预定时间延迟之后终止去皮装置的操作。
3.根据权利要求1所述的设备,其中所述操作系统适于在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或者在第一预定时间延迟之后使去皮后的块茎从所述腔体输出。
4.根据权利要求1所述的设备,其中所述操作系统适于在测量到的强度值的变化率在从去皮装置进行的去皮循环开始的最小时间周期到期后低于第二预定阈值时立即或者在第二预定时间延迟之后终止去皮装置的操作或者使去皮后的块茎从腔体输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,其中所述取样器适于测量检测到的电磁辐射的预定数量的强度值;所述操作系统还包括计算器,所述计算器用于计算表示与特定第一时间周期相关的平均强度值的平均强度值。
6.根据权利要求5所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出平均强度值,用于与和所述特定第一时间周期相比不同的第一时间周期相关的至少一个其他的计算出的平均强度值进行比较。
7.根据权利要求5所述的设备,其中所述取样器适于测量5到50个预定数量的强度值。
8.根据权利要求7所述的设备,其中所述取样器适于测量10到30个预定数量的强度值。
9.根据权利要求5所述的设备,其中所述取样器适于测量预定时间周期内的预定数量的强度值。
10.根据权利要求9所述的设备,其中所述取样器适于测量0.5到2秒的预定时间周期内的预定数量的强度值。
11.根据权利要求10所述的设备,其中所述取样器适于测量0.5到1.5秒的预定时间周期内的预定数量的强度值。
12.根据权利要求11所述的设备,其中所述取样器适于测量约1秒的预定时间周期内的预定数量的强度值。
13.根据权利要求5所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出2到10个平均强度值。
14.根据权利要求13所述的设备,其中所述取样器适于向比较器输出2到6个平均强度值。
15.根据权利要求5所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出表示在第二时间周期内测量的强度值的多个平均强度值。
16.根据权利要求15所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出表示在1到10秒的第二时间周期内测量的强度值的多个平均强度值。
17.根据权利要求16所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出表示在1到5秒的第二时间周期内测量的强度值的多个平均强度值。
18.根据权利要求17所述的设备,其中所述计算器设置成向比较器输出表示在2到4秒的第二时间周期内测量的强度值的多个平均强度值。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,其中所述控制器适于在所述变化率小于测量到的强度值的10%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
20.根据权利要求19所述的设备,其中所述控制器适于在所述变化率小于测量到的强度值的5%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
21.根据权利要求20所述的设备,其中所述控制器适于在所述变化率小于测量到的强度值的2%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
22.根据权利要求21所述的设备,其中所述控制器适于在所述变化率小于测量到的强度值的1%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
23.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,其中所述照明装置适于产生波长范围在490到780 nm内的电磁辐射。
24.根据权利要求23所述的设备,其中所述照明装置适于产生波长范围在490到570 nm内的电磁辐射。
25.根据权利要求24所述的设备,其中所述照明装置适于产生绿色电磁辐射。
26.根据权利要求23所述的设备,其中所述照明装置适于产生波长范围在620到780 nm内的电磁辐射。
27.根据权利要求26所述的设备,其中所述照明装置适于产生红色电磁辐射。
28.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,其中所述操作系统适于检测由所述照相机检测反射的电磁辐射的峰值,并响应于该峰值输出校准信号。
29.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,还包括块茎分选装置,该块茎分选装置直接或间接地联接到去皮装置的输入部或者多个去皮装置的相应输入部,用于将选定尺寸范围的块茎供应到所述去皮装置或多个去皮装置。
30.根据权利要求29所述的设备,其中所述块茎分选装置包括从块茎供应端沿着输送方向串行设置的多个分选区,其中每个分选区包括相互对齐的形成网格的杆阵列,每个分选区中的这些杆相互间隔开相应的间隔距离,其中朝向块茎供应端定位的第一分选区中的间隔距离小于沿着输送方向位于第一分选区下游的第二分选区中的间隔距离,从而使小于第一阈值尺寸的块茎穿过第一分选区的杆落下,大于第一阈值尺寸的块茎被沿着第一分选区的杆输送到第二分选区。
31.根据权利要求30所述的设备,其中在第二分选区中,小于第二阈值尺寸的块茎穿过第二分选区的杆落下,大于第二阈值尺寸的块茎被沿着第二分选区的杆输送到第三分选区。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的设备,其中所述块茎分选装置还包括设置在所述多个分选区的至少一个分选区的相应分选区下面的料斗,用于接收穿过相应分选区的杆落下的块茎。
33.根据权利要求32所述的设备,其中所述料斗连接到所述去皮装置的输入部或者多个去皮装置的相应输入部。
34.根据权利要求33所述的设备,其包括多个去皮装置和多个料斗,每个料斗连接到相应的一个或相应的多个去皮装置的输入部。
35.一种对块茎进行去皮的方法,所述方法包括步骤:
a.提供一种去皮装置,该去皮装置限定有由去皮机构围成的腔体;
b.将要被去皮的块茎输入到所述腔体中;
c.将来自于照明装置的电磁辐射引入所述腔体中;
d.检测在去皮机构进行去皮操作的过程中从位于所述腔体中块茎反射进入照相机的镜头中的电磁辐射;以及
e.基于由照相机检测到的反射的电磁辐射来对去皮装置进行操作,
其中操作步骤e包括子步骤:
i.依次测量检测到的电磁辐射的多个强度值;
ii.将测量到强度值进行比较以确定测量到的强度值的变化率;以及
iii.响应于测量到的强度值的变化率对去皮装置进行控制。
36.根据权利要求35所述的方法,其中操作步骤e在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或在第一预定时间延迟之后终止去皮装置的操作。
37.根据权利要求35所述的方法,其中操作步骤e在测量到的强度值的变化率达到第一预定阈值之后立即或者在第一预定时间延迟之后使去皮后的块茎从所述腔体输出。
38.根据权利要求35所述的方法,其中操作步骤e在测量到的强度值的变化率在从去皮装置进行的去皮循环开始的最小时间周期到期后低于第二预定阈值时立即或者在第二预定时间延迟之后终止去皮装置的操作或者使去皮后的块茎从腔体输出。
39.根据权利要求35到38中任一项所述的方法,其中在子步骤i中测量检测到的电磁辐射的预定数量的强度值;并计算表示与特定第一时间周期相关的平均强度值的平均强度值。
40.根据权利要求39所述的方法,其中在子步骤ii中将子步骤i中计算得到的平均强度值与和所述特定第一时间周期相比不同的第一时间周期相关的至少一个其他的计算出的平均强度值进行比较。
41.根据权利要求39所述的方法,其中在子步骤i中预定数量的强度值是5到50个。
42.根据权利要求41所述的方法,其中在子步骤i中预定数量的强度值是10到30个。
43.根据权利要求39所述的方法,其中在子步骤i中在预定时间周期内测量所述预定数量的强度值。
44.根据权利要求43所述的方法,其中在子步骤i中所述预定时间周期是0.5到2秒。
45.根据权利要求44所述的方法,其中在子步骤i中所述预定时间周期是0.5到1.5秒。
46.根据权利要求45所述的方法,其中在子步骤i中所述预定时间周期是约1秒。
47.根据权利要求39所述的方法,其中在子步骤ii中,使用从子步骤i输出的2到10个平均强度值来确定测量到的强度值的变化率。
48.根据权利要求47所述的方法,其中在子步骤ii中,使用从子步骤i输出的2到6个平均强度值来确定测量到的强度值的变化率。
49.根据权利要求39所述的方法,其中在子步骤i中多个平均强度值表示在第二时间周期内测量的强度值。
50.根据权利要求49所述的方法,其中所述第二时间周期是1到10秒。
51.根据权利要求50所述的方法,其中所述第二时间周期是1到5秒。
52.根据权利要求51所述的方法,其中所述第二时间周期是2到4秒。
53.根据权利要求35到38中任一项所述的方法,其中在子步骤iii中在所述变化率小于测量到的强度值的10%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
54.根据权利要求53所述的方法,其中在子步骤iii中在所述变化率小于测量到的强度值的5%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
55.根据权利要求54所述的方法,其中在子步骤iii中在所述变化率小于测量到的强度值的2%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
56.根据权利要求55所述的方法,其中在子步骤iii中在所述变化率小于测量到的强度值的1%时响应于测量到的强度值的变化率来控制所述去皮装置。
57.根据权利要求35到38中任一项所述的方法,其中所述照明装置产生波长范围在490到780 nm内的电磁辐射。
58.根据权利要求57所述的方法,其中所述照明装置产生波长范围在490到570 nm内的电磁辐射。
59.根据权利要求58所述的方法,其中所述照明装置产生绿色电磁辐射。
60.根据权利要求59所述的方法,其中所述照明装置产生波长范围在620到780 nm内的电磁辐射。
61.根据权利要求60所述的方法,其中所述照明装置产生红色电磁辐射。
62.根据权利要求35到38中任一项所述的方法,其中操作步骤e包括子步骤:iv.由所述照相机检测反射的电磁辐射的峰值;以及v.响应于该峰值输出校准信号。
63.根据权利要求35到38中任一项所述的方法,其中步骤b中输入的块茎是具有选定尺寸范围的块茎,所述方法在步骤a之前还包括在直接或间接地联接到去皮装置的输入部或者多个去皮装置的相应输入部的块茎分选装置中对块茎进行分选的步骤,用于将步骤b中输入的块茎分选出来。
64.根据权利要求63所述的方法,其中所述块茎分选装置包括从块茎供应端沿着输送方向串行设置的多个分选区,其中每个分选区包括相互对齐的形成网格的杆阵列,每个分选区中的这些杆相互间隔开相应的间隔距离,其中朝向块茎供应端定位的第一分选区中的间隔距离小于沿着输送方向位于第一分选区下游的第二分选区中的间隔距离,从而使小于第一阈值尺寸的块茎穿过第一分选区的杆落下,大于第一阈值尺寸的块茎被沿着第一分选区的杆输送到第二分选区。
65.根据权利要求64所述的方法,其中在第二分选区中,小于第二阈值尺寸的块茎穿过第二分选区的杆落下,大于第二阈值尺寸的块茎被沿着第二分选区的杆输送到第三分选区。
66.根据权利要求64或权利要求65所述的方法,其中所述块茎分选装置还包括设置在所述多个分选区的至少一个分选区的相应分选区下面的料斗,用于接收穿过相应分选区的杆落下的块茎。
67.根据权利要求66所述的方法,其中所述料斗连接到所述去皮装置的输入部或者多个去皮装置的相应输入部,块茎被从所述料斗供应到所述去皮装置或多个去皮装置中。
68.根据权利要求67所述的方法,其中在步骤a中设置多个去皮装置,所述块茎分选装置包括多个料斗,其中每个料斗连接到相应的一个分选装置的输入部或者多个分选装置的相应的输入部,块茎被从相应的料斗供应到相应的去皮装置或多个去皮装置中。
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