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Der
Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf
eine Vorrichtung zur Klassifikation von Milch beim maschinellen
Melken.
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Rohmilch
ist ein wichtiger Rohstoff für
die Nahrungsmittelindustrie sowie ein bedeutsames Lebensmittel.
Zum Schutz von Verbrauchern und zur technischen Verarbeitungsfähigkeit
ist es notwendig, dass Rohmilch sowohl nationalen als auch internationalen
Qualitätsanforderungen
genügt.
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Nach § 3 der Verordnung über Hygiene-
und Qualitätsanforderungen
an Milch und Milcherzeugnisse auf Milchbasis (Milchverordnung in
der Bundesrepublik Deutschland) darf Rohmilch keine anomalen sensorischen
Merkmale aufweisen, so dass gemäß Anlage
3 der Milchverordnung Personen, die melken, die ersten Milchstrahlen
aus einer jeden Zitze gesondert zu melken, um sich durch Prüfen des Aussehens
von der einwandfreien Beschaffenheit der Milch von jedem Tier zu überzeugen,
haben. Die ersten Milchstrahlen dürfen nach § 18 Abs. 1 Nr. 1 der Milchverordnung
nicht als Lebensmittel in den Verkehr gebracht werden.
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Tiere,
von denen Milch als Lebensmittel gewonnen wird, dürfen nach
Anlage 1 der Milchverordnung nicht an einer erkennbaren Entzündung des
Euters leiden. Entsprechende Rechtsvorschriften (RL 92/46 EWG, Anhang
A und RL 89/362 EWG, Anhang Kapitel III) sind innerhalb der Europäischen Union
anwendbar.
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Anzeichen
einer erkennbaren Entzündung des
Euters – klinische
Mastitis – sind
unter anderem das Vorhandensein von Flocken im Gemelk einzelner Drüsenkomplexe,
Euterviertel bzw. Euterhälften
und im Gesamtgemelk einzelner Tiere. Die Flocken können hierbei
aus Geweberesten, Vibrin, Zelldeutritus, Blutkuagola und Mastitiserregern
bestehen.
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Es
ist bekannt, dass makroskopisch erkennbare Flocken eine Größe von ca.
100 mm bis zu mehreren mm aufweisen. Das Ansammeln solcher Flocken
in bestimmten Gemelksfraktionen, vorzugsweise den Vor- und Anfangsgemelken,
kann zu einem hochviskösen
Sekret von mehreren Millimetern führen. Derartige Flocken sind
qualitätsbestimmende Partikel,
die die Verkehrsfähigkeit
von Rohmilch bestimmen und gegebenenfalls ausschließen.
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Neben
Flocken können
Vor- und Anfangsgemelke auch Partikel enthalten, die kein Anzeichen
einer erkennbaren Entzündung
des Euters sind, sondern als Fremdpartikel aus der Umwelt kommen.
Die Ursache für
das Gelangen solcher Partikel in das Vor- und Anfangsgemelk kann
in einer unzureichenden Reinigung des Euters des Tieres gesehen
werden. Bei solchen Partikeln kann es sich beispielsweise um Sägespäne, Strohpartikel,
Haare, Heureste und Kot handeln.
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In
der konventionellen Melktechnik werden Milchsammelstücke verwendet,
von denen aus die Milch in einem langen Milchschlauch über eine Milchleitung
in einen Milchsammeltank geleitet und gekühlt gelagert wird. Die Milch
wird dann in entsprechenden Fachbetrieben weiter verarbeitet. Bei
automatischen Melksystemen (AMS) fehlen regelmäßig kurze Milchschläuche und
ein Milchsammelstück,
so dass die Milch vom Melkbecher separat jeweils in einem Milchschlauch
der Milchleitung zugeführt
und schließlich
in einem Milchsammeltank aufgefangen, gekühlt und gelagert wird.
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Gemelke
mehrerer, parallel gemolkener Tiere vermischen sich in der Milchleitung.
In den Milchsammeltank gelangen sämtliche Gemelke der Tiere eines Milchviehbetriebes,
so dass die aufgefangene Milch als Herdensammelmilch bezeichnet
wird.
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Entsprechend
den Vorgaben der Milchverordnung sind die Tiere mit erkennbarer
Euterentzündung,
separat zu melken, wobei üblicherweise
ein konventioneller Melktechnik dem langen Milchschlauch vor Einmündung in
die Milchleitung ein Sammelbehälter
zwischengeschaltet wird, dem die sinnfällig veränderte Milch zugeführt wird.
Das Gemelk wird anschließend
verworfen. Als Entscheidungsgrundlage, ob es sich um eine sinnfällig veränderte Milch
handelt oder nicht, dient eine vorangegangene Prüfung des Aussehens gesondert
gewonnenen Vorgemelks durch den Melker.
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In
der Praxis besteht jedoch die Gefahr, dass die visuelle Sinnfälligkeitsprüfung oftmals
unterlassen wird, da sie im allgemeinen zeitaufwendig und damit
unwirtschaftlich ist. Einrichtungen, die das Auffangen der Flocken
ermöglichen,
sind durch den Melker zu kontrollieren, was ebenfalls mit einem
nicht unerheblichen Zeitaufwand verbunden ist.
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Bei
automatischen und robotergestützten Melksystemen
ist eine visuelle Prüfung
des gesondert gewonnenen Vorgemelks durch eine Person nicht möglich. Die
bislang bekannt gewordenen technischen Vorrichtungen und Verfahren
arbeiten unzureichend, so dass nicht gewährleistet werden kann, dass
die beim automatischen Melken gewonnene Milch den nationalen und
internationalen Qualitätsvorschriften
entspricht.
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Zur
Bestimmung von Partikeln in der Milch sind unterschiedliche Verfahren
und Vorrichtungen bekannt. So schlägt beispielsweise die
US 4,376,053 eine Filtereinheit
vor, die ein Filtergehäuse
mit einem nach außen
offenen Spalt hat. In dem Filtergehäuse ist ein Filterelement angeordnet,
das von einem Dichtungselement tragend im passenden Rahmen gehalten
wird. Zur visuellen Prüfung,
ob in dem Gemelk Partikel enthalten waren, wird das Filterelement
aus dem Filtergehäuse
herausgenommen und der optischen Prüfung unterzogen. Zur Vermeidung
einer Verstopfungsgefahr der Milchleitung durch das Filterelement
und dadurch das Vakuum an den Melkzeugen nicht verloren geht, was
zu einem Abfall der Melkzeuge führen
kann, ist ein zum Strömungsweg der
Milch parallel angeordneter Bypass vorgesehen.
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Nach
der WO 00/67559 ist eine Vorrichtung zur automatischen Milchaussonderung
beim maschinellen Melken beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine
Messeinrichtung zum Überwachen
der gewonnenen Milch auf. Eine Prüfung der sich auf einem Filter
angelagerten Partikel erfolgt durch eine Detektion mit Hilfe von
einer Detektoreinrichtung. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Partikeldetektion
durch Messung des Intensitätsverlustes
beim Durchstrahlen des Filterelementes, also in Transmission, erfolgt. Es
besteht auch die Möglichkeit,
dass die Menge der abgelagerten Partikel durch Messung der reflektierten
Intensität
erfolgt. Zum Nachweis von Partikeln ab einer vorgegebenen Ausdehnung
wird nach der WO 00/67559 vorgeschlagen, dass Strahlung im wesentlichen
parallel zur Filteroberfläche
ausgesendet wird. Durch eine geeignete Wahl des Abstands der Strahlungsquelle
und des Empfängers
von der Filteroberfläche
wird die Ausdehnung der Partikel in eine Ebene ermittelt. Um Informationen über die
Partikelgröße zu erhalten,
wird auch vorgeschlagen, das Filterelement mit beabstandeten und
zueinander isoliert angeordneten elektrisch leitfähigen Elementen
auszustatten. Wird in diese Elemente Strom bzw. Spannung eingebracht,
so kann die Menge der vorhandenen Partikel auf der Filteroberfläche nachgewiesen werden.
Voraussetzung hierfür
ist, dass die Widerstandsverhältnisse
sich als Folge der abgelagerten Partikel verändern.
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Diese
Vorgehensweise ist nicht unproblematisch, da sich auch die elektrische
Leitfähigkeit
der Milch von Tier zu Tier verändert.
Die elektrische Leitfähigkeit
kann sich auch während
der Laktationsperiode verändern.
Auch die Ernährung
der Tiere hat einen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der
Rohmilch. Elektrisch nicht leitende Partikel können nicht detektiert werden,
wenn sie nicht mit einer leitenden Flüssigkeit (Milch, Wasser) benetzt
sind.
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Die
Bestimmung der Flocken bzw. Partikel muss tierindividuell erfolgen.
Dies setzt voraus, dass eine Reinigung des Filterelementes zuverlässig und sicher
erfolgen kann, ohne dass eine Kontamination nachfolgender Milchströme mit Partikeln
vorhergehender Gemelke erfolgt. Eine Reinigung des Filterelementes
bei der nach der WO 00/67559 bekannten Vorrichtung erfolgt dadurch,
dass die auf dem Filterelement liegenden Partikel durch Drehung
des Filterelementes mit Hilfe des Milchstromes abgelöst werden.
Alternativ hierzu kann die Reinigung des Filterelementes durch einen „Weg-splash" erfolgen. Hierbei besteht
die Gefahr, dass aus dem Milchstrom nachfolgender Partikel sich
auf der Randseite des Filterelementes niederschlagen können und
dadurch es zu fehlerhaften Messungen kommen kann. Es besteht auch
die Gefahr, dass partikelfreie Milchströme mit qualitätsmindernden
Partikel vorhergehender Melkungen kontaminiert werden.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Zielsetzung zugrunde,
ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung
von Milch anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, mit dem eine Qualitätsbestimmung
von Milch erfolgen kann. Dazu wird eine Probe untersucht und es
wenigs tens ein Kennwert abgeleitet. Mittels des wenigstens einen
Kennwertes wird ein in der Probe enthaltenes Objekt klassifiziert.
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Ein
Objekt im Sinne dieser Anmeldung ist ein makroskopisches Gebilde,
wie z.B. ein Partikel oder eine Ansammlung von Teilchen. Das ist
z.B. eine durch Mastitis hervorgerufene Flocke oder ein Staub- oder
Sandkorn, ein Stück
Stroh, eine Blase, ein Milchsee, oder eine Spiegelung oder Reflektion
oder dergleichen mehr. Wenn kein Objekt vorhanden ist, erfolgt keine
Klassifizierung oder eine vorbestimmte Einordnung der Probe.
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Unter
Klassifizierung wird hier eine Einteilung in Klassen verstanden,
wobei wenigstens zwei Klassen vorgesehen sind.
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Vorzugsweise
wird der Probe insgesamt, aufgrund des Ergebnisses der Klassifizierung,
eine bestimmte Qualitätsstufe
zugeordnet
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Zur
Bestimmung der Qualität
von Milch wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem wenigstens eine
charakteristische Größe einer
Probe ermittelt und die wenigstens eine charakteristische Größe mit Charakteristikinformationen
wenigstens einer Klassifikationsklasse zugeordnet wird. Durch diese
erfindungsgemäße Verfahrensführung wird
eine sichere und zuverlässige
Bestimmung der Qualität
der Milch erreicht. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren,
bei denen eine reine Untersuchung auf das Vorhandensein von Partikeln
erfolgt, wird im Falle des Vorhandenseins von Partikeln diese mit
Charakteristikinformationen wenigstens einer Klassifikationsklasse
zugeordnet. Durch diese Maßnahme
wird Milch, die beispielsweise Fremdpartikel wie z.B. Stroh, Sand
oder desgleichen enthält,
hinsichtlich ihrer Qualität
einer anderen Klasse zugeordnet, als eine Milch, bei der festgestellt
wurde, dass diese Flocken enthält,
welche einen Hinweis auf eine pathologische Veränderung des Euters darstellen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eröffnet daher
die Möglichkeit,
durch Zuordnung der Charakteristikinformationen zu bestimmten Klassen
eine Unterscheidung von Milch, die z.B. flockenbehaftet ist und
daher nicht für
den menschlichen Verzehr geeignet ist, von einer Milch, die Fremdobjekte
wie z.B. Sandkörner
enthält,
die jedoch im übrigen
qualitativ hochwertig ist. Auch Kot kann in der Milch detektiert und
klassifiziert werden, so dass derartige Milch abgesondert werden
kann.
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Partikel,
bei denen es sich beispielsweise um Stroh, Sand oder desgleichen
handeln kann, können in
die Milch gelangen, wenn eine vorherige Reinigung des Euters nicht
einwandfrei erfolgte. Durch die Zuordnung zu bestimmten Klassen
kann auch eine Häufigkeit
des Auftretens bestimmter Klassen ermittelt werden. Hieraus können dann
auch Rückschlüsse auf
die Reinigung des Euters gezogen werden. Erfolgt die Reinigung des
Euters maschinell, so kann ein häufiges
Auftreten bestimmter Klassen den Rückschluss zulassen, dass die
maschinelle Reinigung unzureichend ist und daher Maßnahmen
zur Verbesserung der maschinellen Reinigung des Euters ergriffen
werden müssen.
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Enthält die Milch
Partikel, die „harmlos" sind, so können diese
Partikel aus der Milch abgetrennt werden. Dies kann beispielsweise
durch eine Filterung der Milch erfolgen. Diese Milch kann in den
Verkehr gebracht werden. Somit wird die Gesamtleistung eines Milchviehbetriebes
zutreffender eingeschätzt.
Darüber
hinaus kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Gesamtaufwand
in einem Milchviehbetrieb reduziert werden, da die Anzahl der „Falschmeldungen" hinsichtlich des
Vorhandenseins von Flocken und daher eine unzutreffenden Einstufung
des Gesundheitszustandes reduziert wird.
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Die
Entscheidung darüber,
ob die während eines
Melkvorgangs gewonnene Milch verwertbar ist, oder nicht, ist relativ
schnell zu treffen, da der Melkvorgang nicht unterbrochen werden
soll. Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Bestimmung der Qualität von Milch
wird daher vorgeschlagen, dass wenigstens ein interessierender Bereich
identifiziert wird, wobei der interessierende Bereich für die Ermittlung
der wenigstens einen charakteristischen Größe kennzeichnend ist.
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Bei
viertelindividueller Messung kann auch viertelindividuell ein Ergebnis
bestimmt werden und viertelindividuell eine Absonderung erfolgen,
wobei die jeweiligen gesetzlichen Vorgaben zu beachten sind.
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Zur
Auswertung können
Referenzwerte oder Referenzabbildungen herangezogen werden. Auch die
Verwendung von Dunkelbildern zur Verbesserung der Auswertequalität kann erfolgen.
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Bei
der Referenzabbildung kann es sich um eine Abbildung handeln, die
eine Abbildung einer einwandfreien Probe ist. Dies ist nicht zwingend
notwendig. Es besteht auch die Möglichkeit,
dass vor einem jeden Melkvorgang ein Referenzbild beispielsweise eines
Probennehmers bzw. eines Probenträgers erstellt wird. Durch diese
Maßnahme
können
Fehlerstellen, Partikel oder dergleichen, die der Probennehmer aufweist,
von einer nachfolgenden Auswertung ausgeschlossen werden, da diese
bereits im Referenzbild erkennbar sind.
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Zur
Auswertung können
die im Stand der Technik bekannt gewordenen Bildanalyseverfahren herangezogen
werden. Solche Verfahren werden hier zur Erkennung von Objekten
in der Milch verwendet. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein charakteristischer
Kennwert bestimmt, um erkannte Objekte zu klassifizieren. So sind
Flocken hell. Die Farbunterschiede innerhalb einer Flocke sind gering.
Die Flocken weisen keine oder nur sehr wenige parallele Konturen
oder Verfärbungen
auf. Die Außenkontur der
Flocken ist nicht symmetrisch bzw. rau, so dass die Außenkontur
nicht in eine einfache geometrische Grundform einteilbar ist.
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Die
Außenkanten
der Flocken heben sich deutlich vom Hintergrund ab. Eine Veränderung
der Farbe, Sättigung
und/oder Intensität
verläuft
auf wenigen Pixel.
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Es
ist festgestellt worden, dass beim Vorhandensein von Partikeln oder
Objekten, diese von Milch umgeben sind. Diese Partikel bzw. Objekte
liegen quasi in einem „Milchsee". Ein Milchsee hat
eine Veränderung
der Farbe, Sättigung
und/oder der Intensität
im Verlauf über
sehr viel mehr Pixel hinweg. Bei Flocken handelt es sich um massive
Objekte, die selten hohl geformt sind. Die Farbgebung von Flocken reicht
von weiß bis
hellgelb bis hin zum hellen ocker. Gegebenenfalls weisen Flocken
eine Marmorierung, Schattierung oder Schleier auf.
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Bereits
vorstehend wurde ausgeführt,
dass Flocken eine nicht symmetrische Außenkontur haben. Diese Außenkontur
kann von rundlich bis hin zur Wurmform ausgeprägt sein. Auch sichelförmige Ausbildungen
von Flocken sind beobachtet worden. Die Größe einer Flocke reicht von
ca. 100 μm
bis hin zu mehreren Millimetern in ihrer längsten Ausdehnung.
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Während des
Melkens liegt Milch auch in Form von Schaum vor. Dies bedeutet,
dass auch Blasen vorhanden sind. Schaum bzw. Blasen sind in der Mitte
häufig
Hintergrundfarben und haben eine runde oder kreisförmige Außenkontur.
Diese Außenkontur verläuft von
Milchfarben bis Hintergrundfarben.
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Da
Tiere mit Stroh in Kontakt kommen, und Stroh gegebenenfalls nicht
durch den Reinigungsvorgang des Euters vollständig entfernt wird, kann Stroh in
Form von Partikeln in die ermolkene Milch gelangen. Stroh weist
oft eine annähernd
parallele Maserung auf. Strohpartikel haben überwiegend scharfe, gezackte
Ränder
mit sehr wenigen bzw. kleinen Radien. Die Farbgebung von Stroh reicht
von goldgelb über
braun bis graubraun.
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Auch
Sägespäne können auf
diese Weise in die Milch gelangen. Sägespäne haben eine braune, graue
Farbe. Sie haben überwiegend
einen geraden Kantenverlauf und weisen fast keine Radien auf. Bei einem
Sägespan
ist häufig
mindestens eine Spitze erkennbar. Im Gegensatz zu Stroh haben Sägespäne eine
nicht so ausgeprägte
Maserung.
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Eine
bevorzugte Möglichkeit
ist die Heranziehung der Farbe, der Intensität und der Sättigung.
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Wird
beispielsweise durch die Bildverarbeitung festgestellt, dass ein
Objekt länglich
ausgestaltet ist und scharf abgegrenzte Kanten bzw. Grenzen aufweist,
so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es sich nicht um eine
Flocke, sondern um Stroh handelt.
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Die
ermittelten charakteristischen Größen werden vorzugsweise nach
vorgegebenen Kriterien gruppiert und einem Klassifikationscode zugeordnet. Der
Klassifikationscode liefert dann eine Aussage darüber, ob
es sich um eine Flocke oder um ein anderes Objekt handelt. In Abhängigkeit
von der Feinstufigkeit des Klassifikationscodes, kann das Objekt auch
näher spezifiziert
werden.
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Die
wenigstens eine charakteristische Größe kann aus einem Auflicht
und/oder Durchlichtverfahren ermittelt werden. Das Auflicht- bzw.
das Durchlichtverfahren liefern dabei unterschiedliche physikalische
Größen, die
zur Bestimmung der charakteristischen Größe mit Charakteristikinformationen
herangezogen werden. So werden beispielsweise bei einem Auflichtverfahren
Informationen über
die Reflektionen gewonnen. Bei einem Durchlichtverfahren- können Informationen
aus der Transmission herausgefiltert werden. Sowohl bei dem Auflicht
als auch bei dem Durchlichtverfahren können auch Lichtquellen mit
unterschiedlicher Fre quenz eingesetzt werden, wodurch die Bestimmung
der charakteristischen Größen noch
weiter vereinfacht werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Selektion von Milch anzugeben, mit dem sicher und zuverlässig Milch
selektiert werden kann.
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Diese
Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Selektion von Milch wird vorgeschlagen, dass zunächst eine Bestimmung der Qualität der Milch
erfolgt und danach die Milch in Abhängigkeit von der wenigstens
einen Klassenzuordnung entweder zum Behälter für verwertbare Milch geleitet
oder verworfen wird.
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Vorzugsweise
wird wenigstens ein vorgegebenes Milchvolumen in eine Messkammer
mit wenigstens einer Erfassungseinheit geleitet. Mindestens ein
Teil der flüssigen
Phase der sich in der Messkammer befindenden Milch wird danach aus
der Messkammer abgeleitet. Wenigstens ein Bereich einer Oberfläche der
Messkammer wird erfasst. Die Erfassung kann beispielsweise mittels
eines optischen Systems, vorzugsweise einer Kamera, insbesondere einer
Digitalkamera, erfolgen. Eine solche Digitalkamera liefert eine
Abbildung einer Oberfläche
in der Messkammer. Das Bild wird anschließend entsprechend ausgewertet,
so dass wenigstens eine charakteristische Größe der Probe ermittelt und
die wenigstens eine charakteristische Größe mit Charakteristikinformationen
wenigstens einer Klassifikationsklasse zugeordnet wird. In Abhängigkeit
von der Klassenzuordnung wird die Milch entweder zum Behälter für verwertbare
Milch geleitet oder verworfen.
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Die
Ableitung des wenigstens eines Teils der flüssigen Phase aus der Messkammer
kann dadurch erfolgen, dass die Milch durch einen Filter hindurch geleitet
wird. Es besteht auch die Möglichkeit,
dass die flüssige
Phase dekantiert wird, so dass mögliche Partikel,
die sich in der Milch befinden, in der Messkammer verbleiben.
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Alternativ
besteht auch die Möglichkeit,
dass ein vorgegebenes Milchvolumen durch eine Messkammer, die wenigstens
eine Erfassungseinheit aufweist, unter Ausbildung eines Films geleitet
und erfasst wird. Hierbei kann die Milch beispielsweise als Film
entlang einer Wandfläche
geleitet werden. Eine Filmausbildung der Milch kann auch dadurch
erzielt werden, dass die Milch über
eine Kante frei auf ein niedrigeres Niveau strömt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Klassifikations-Datenbank bereitzustellen,
durch die eine Klassifikation von Objekten in Milch vereinfacht
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Bereitstellen einer Klassifikations-Datenbank zur Klassifikation von Objekten
in Milch zeichnet sich dadurch aus, dass eine Referenzabbildung
einer Milchprobe bereitgestellt wird. Die Referenzabbildung ist
angepasst an die Milchprobe. Sie kann unterschiedlicher Ausgestaltung
sein. Es wird eine Abbildung wenigstens einer Probe, die wenigstens
ein Objekt enthält, bereitgestellt.
Aus der Referenzabbildung und der Abbildung einer Probe wird eine
Fehlerabbildung extrahiert. Hierdurch werden Pseudo-Fehler, die
in der Referenzabbildung und in der Abbildung der wenigstens einen
Probe eliminiert, so dass diese bei der Bestimmung eines Objektes
keinen Einfluss haben.
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Aus
der Fehlerabbildung werden charakteristische Größen von Objekten bestimmt.
In Abhängigkeit
von den charakteristischen Größen des
Objektes, wird dieses Objekt entsprechend einem Klassifikationscode
klassifiziert. Danach erfolgt eine Speicherung der charakteristischen
Größen zu Klassen des
Klassifikationscodes.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, mittels derer eine Qualitätsbestimmung von Milch verwirklicht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Qualitätsbestimmung
von Milch weist eine Detektoreinrichtung zur Erfassung wenigstens
einer Probe auf. Zur Ermittlung wenigstens einer charakteristischen Größe mit Charakterinformationen
einer Probe ist eine Ermittlungseinrichtung vorgesehen. Mittels
einer Klassifikationseinrichtung wird die Probe in Abhängigkeit
von den charakteristischen Größen der
Probe klassifiziert. Die Klassifikation kann dabei vorzugsweise
derart erfolgen, dass die Klassifikationseinrichtung mehrere Klassen
1 bis N aufweist und die Qualität
der Milch auch in unterschiedliche Klassen fallen kann. Die Qualität der Milch
kann von den sich in der Milchprobe enthaltenen Objekte abhängen. Weisen die
charakteristischen Informationen der Probe darauf hin, dass die
Milch Flocken enthält,
so wird die Milch als nicht verwertbare Milch bewertet. Enthält die Milchprobe
keinerlei Objekte, so kann die Milch als solche hoch qualitativ
eingestuft werden.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Identifikationseinrichtung zur Identifikation wenigstens eines
interessierenden Bereich der Probe auf, wobei der interessierende
Bereich für die
Ermittlung der wenigstens einen charakteristischen Größe kennzeichnend
ist. Hierdurch wird die Ermittlung der charakteristischen Größe vereinfacht, da
vorzugsweise lediglich der interessierende Bereich untersucht und
ausgewertet wird.
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Nach
einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung
wird vorgeschlagen, dass diese eine Extraktionseinrichtung zur Extraktion
einer Fehlerabbildung aus einer Abbildung der Probe und einer Referenzabbildung
aufweist. Die Fehlerabbildung wird zur Ermittlung wenigstens einer
charakteristischen Größe herangezogen.
Durch diese Vorgehensweise können
Einflüsse,
die z.B. durch Fehlstellen, Objekte vom Vortier oder desgleichen
zur Fehlinterpretationen führen,
im wesentlichen ausgeschlossen werden.
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Bevorzugt
ist eine Vorrichtung, bei der die Detektoreinrichtung und/oder die
Ermittlungseinrichtung wenigstens eine physikalische Größe, vorzugsweise
ausgewählt
aus der Gruppe optischen, akustischen und/oder elektrischen Eigenschaften,
insbesondere der Farbe, der Intensität, der Sättigung, elektrischen Leitfähigkeit,
elektrischen Kapazität,
Reflektion und Transmission, erfasst bzw. ermittelt. Die Detektoreinrichtung
arbeitet vorzugsweise nach dem Auflicht- und/oder Durchlichtverfahren.
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Zur
Selektion von Milch wird eine Vorrichtung nach einem noch weiteren
erfinderischen Gedanken vorgeschlagen, dass diese eine Vorrichtung
zur Bestimmung der Qualität
der Milch, eine Steuereinrichtung und eine Selektionseinheit aufweist,
wobei die Milch in Abhängigkeit
von der wenigstens einen Klassenzuordnung entweder zum Behälter für verwertbare
Milch geleitet oder verworfen wird.
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Es
wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein vorgegebenes Milchvolumen
in einer Messkammer mit wenigstens einer Erfassungseinheit geleitet
wird, wenigstens ein Teil der flüssigen
Phase der sich in der Messkammer befindenden Milch aus der Messkammer
abgeleitet und da nach wenigstens einem Bereich einer Oberfläche der
Messkammer erfasst wird.
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Alternativ
wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein vorgebendes Milchvolumen
durch eine Messkammer, die wenigstens eine Erfassungseinheit aufweist,
vorzugsweise unter Ausbildung eines Films geleitet und erfasst wird.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Verfahren bzw. der Vorrichtungen sind
Gegenstand der in der Zeichnung bevorzugt dargestellten Ausführungsbeispiele,
ohne dass der Gegenstand der Patentanmeldung auf diese Beispiele
das der Gegenstand der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt wird.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
einen Vorrichtungsaufbau,
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2 schematisch
einen Verfahrensablauf und
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3 schematisch
ein Verfahrensablauf,
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4 schematisch
eine Abbildung mit Strohobjekten und
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5 eine Abbildung mit einer Flocke.
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In
der 1 ist schematisch eine Vorrichtung mit einer Messkammer 1 dargestellt.
Die Messkammer 1 weist einen Zulauf 2 und einen
Ablauf 3 auf. Innerhalb der Messkammer ist eine Filtereinheit 4 angeordnet.
Die Filtereinheit 4 ist so angeordnet, dass Milch, die über den
Einlass in die Messkammer 1 hineinströmt und über den Auslass 3 die
Messkammer verlässt,
die Filtereinheit 4 durchströmt. Enthält die Milch Partikel 5,
so werden diese durch die Filtereinheit 4 aus der Milch
herausgefiltert.
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Die
Oberfläche
der Filtereinheit 4 mit den darauf liegenden Partikeln
wird mittels einer Detektoreinrichtung 6 detektiert. Hierbei
handelt es sich um eine Detektion einer Probe. Die Detektoreinrichtung 6 kann
beispielsweise ein optisches System, insbesondere ein Kamerasystem,
vorzugsweise eine digitale Kamera aufweisen, mit welcher eine Abbildung der
Probe vorgenommen werden kann. Mit der Detektoreinrichtung 6 ist
eine Extraktionseinrichtung 7 verbunden. Die Extraktionseinrichtung 7 weist
Daten einer Referenzabbildung auf. Mittels der Extraktionseinrichtung
wird eine Fehlerabbildung aus der Abbildung der Probe und einer
Referenzabbildung erzeugt.
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Die
Fehlerabbildung wird vorzugsweise in digitalisierter Form an eine
Identifikationseinrichtung 8 übermittelt. Mittels der Identifikationseinrichtung 8 wird
wenigstens ein interessierender Bereich innerhalb der Fehlerabbildung
identifiziert. Der interessierende Bereich ist für die Ermittlung wenigstens
einer charakteristischen Größe kennzeichnend.
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Die
Vorrichtung weist des weiteren eine Ermittlungseinrichtung 9 auf.
Mit der Ermittlungseinrichtung wird wenigstens eine charakteristische
Größe des Objektes
der Probe ermittelt. Die charakteristische Größe kann mehrere Charakterinformationen unterschiedlicher
Art enthalten. Die so ermittelten charakteristischen Größen werden
an eine Klassifikationseinrichtung 10 zur Klassifikation
der wenigstens einen charakteristischen Größe übermittelt. In Abhängigkeit
von dem Ergebnis der Klassifikation kann über eine Steuereinrichtung 11 eine
Selektions einheit 12 angesteuert werden, durch die die
Milch entweder über
eine Leitung 13 zu einem nicht dargestellten Behälter für verwertbare
Milch oder über
eine Leitung 14 zu einem Behälter für nicht verwertbare Milch geleitet
wird.
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In
der 2 ist schematisch ein Verfahrensablauf dargestellt.
Mit Hilfe dieses Verfahrensablaufes kann eine Qualitätsbestimmung
von Milch durchgeführt
werden. Zum Beginn des Vorgangs der Qualitätsbestimmung wird eine Referenzabbildung
erstellt. Diese Referenzabbildung wird auf Fehlstellen, Partikel
oder desgleichen untersucht. Hierdurch wird sichergestellt, dass
Fehlstellen, Partikel von einer nachfolgenden Auswertung ausgeschlossen
werden. Vorzugsweise erfolgt die Erstellung einer Referenzabbildung
vor einem jeden Melkvorgang. Hinsichtlich der Referenzabbildung
können
auch Kriterien aufgestellt werden. So kann beispielsweise durch
die Referenzabbildung festgestellt werden, ob auf einem Filter Partikel
aus einem vorhergehenden Melkvorgang aufliegen. Es kann auch festgestellt
werden, ob beispielsweise die Reinigung des Filters erfolgreich war.
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Wird
Milch beispielsweise durch einen Filter hindurchgeführt, so
wird nach einer bestimmten Zeitspanne der Zulauf der Milch unterbrochen.
Es wird eine Abbildung einer Probe erstellt.
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Aus
der Referenzabbildung sowie aus der Abbildung einer Probe kann eine
Fehlerabbildung extrahiert werden.
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Statt
einer Extraktion einer Fehlerabbildung kann auch ein Umgebungsvergleich
durchgeführt werden.
Hierbei wird die Abbildung der Probe dahingehend untersucht, ob
größere Zusammenhänge der Flächen vorliegen,
die innerhalb eines bestimmten Farb-, Sättigungs- und Intensitätsbereichs
liegen.
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In
einem weiteren Schritt erfolgt eine Objektermittlung. Um den Aufwand
und den für
die Objektermittlung notwendigen Datenmengen zu reduzieren, wird
vorzugsweise ein interessierender Bereich identifiziert, wobei der
interessierende Bereich für
die Ermittlung der wenigstens einen charakteristischen Größe kennzeichnend
ist. So erfolgt beispielsweise die Suche nach Flächen mit Farb-, Sättigungs- und/oder
Intensitätsunterschieden,
die sich von anderen Bereichen unterscheiden bzw. die außerhalb eines
vorgegebenen Toleranzfeldes liegen.
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Farb-,
Sättigungs-
und/oder Intensitätsunterschiede,
die außerhalb
eines bestimmten Toleranzfeldes liegen, weisen auf eine Kontur oder
einen Übergang
von einem zum nächsten
Objekt hin. Liegt die Fehlerabbildung in digitalisierter Form, so
können die
Objektübergänge bzw.
Ränder
vorzugsweise mittels einer Gradientenbildung oder einer Grenzlokalisierungsroutine
ermittelt werden. Hiermit können
die einzelnen Objekte erkannt werden.
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Bei
der Verwendung von optischen Systemen besteht die Gefahr, dass bei
der Erstellung einer Abbildung einer Probe Reflektionen auftreten,
die als Fehler bzw. Objekte in der Fehlerabbildung erkannt worden
sind. Es gilt daher solche Objekte auszuschließen. Die gleiche Problematik
tritt auf, wenn beispielsweise auf dem Filter eine Blase zum Zeitpunkt der
Erstellung der Abbildung einer Probe vorhanden war. Um Blasen und
Reflektionen auszuschließen, werden
vorzugsweise Intensitäts-,
Farb-, und/oder Sättigungsunterschiede
nahe einer Objektfläche
ermittelt. Sind solche Teilobjekte ermittelt worden, so wird die
Frage gestellt, ob sehr helle Stellen in Richtung der Lichtquelle
und direkt anliegende sehr dunkle Stellen vorhanden sind. Ist dies
der Fall, so kann es sich um eine Reflektion und um eine Blase handeln.
Dieses Objekt wird von der weiteren Analyse ausgeschlossen. Sind
keine hellen Stellen in Richtung der Lichtquelle vorhanden, so handelt
es sich um eine Reflektion. Auch diese Objekte werden von der weiteren
Bewertung ausgenommen.
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Die
verbliebenen Kanten der Objekte werden hinsichtlich Ihrer charakteristischen
Größe bestimmt. In
Abhängigkeit
von der charakteristischen Größe werden
die Objekte in vorgegebene Klassifikationsklassen zugeordnet. In
Abhängigkeit
von der Objektklassifikation kann eine Entscheidung darüber getroffen
werden, ob es sich bei den Objekten um „harmlose" Objekte wie z.B. Sägespäne oder Strohpartikel handelt,
oder ob das Objekt eine Flocke ist, die auf eine krankhafte Veränderung
des Euters verweist.
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Für die Ermittlung
der Objekte bzw. Objektklassifikationen können unterschiedliche Kriterien herangezogen
werden. Diese Kriterien sind auch beispielsweise abhängig vom
Farbmodell, welches benutzt wird. Handelt es sich bei dem Farbmodell
um das HSL (Hue, Saturation, Lightness) Farbmodell, so kann auch
jedes andere Farbmodell benutzt werden, jedoch sind die Begriffe
wie Farbton, Sättigung
und Intensität
entsprechend dem dann verwendeten Modell zu ersetzen bzw. daran
anzupassen. Nach dem Auflichtverfahren wird vorzugsweise ein dunkler
Hintergrund verwendet. Auch hierzu sind die Kriterien entsprechend
anzupassen. Bei Durchlichtverfahren müssen die Kriterien entsprechend
angepasst werden, da z.B. Sandkörner
nicht mehr feststellbar wären.
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In
der 3 ist schematisch eine Abbildung von Strohpartikeln – Objekten 15 – schematisch
dargestellt.
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Flocken
sind hell. Strohpartikel sind nicht sonderlich hell, so dass die
Annahme getroffen werden kann, dass es sich bei dem Objekt 15 um
keine Flocke handelt.
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Die
Farbunterschiede innerhalb einer Flocke sind gering. Die Farbunterschiede
bei Stroh-Partikeln sind hoch, so dass der Schluss gezogen werden kann,
dass sehr wahrscheinlich keine Flocke ist.
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Das
Objekt 15 weist parallele Konturen und Verfärbungen
auf. Flocken haben keine oder nur sehr wenige parallele Konturen
oder Verfärbungen,
so dass der Schluss gezogen werden kann, dass es sich um keine Flocke
bei dem Objekt 15 handelt.
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Flocken
weisen eine raue, nicht symmetrische Außenkontur auf, welche nicht
in eine einfache geometrische Grundform einteilbar ist. Die Außenkontur
ist bei dem Objekt 15 sehr symmetrisch, so dass der Schluss
gezogen werden kann, dass es sich sehr wahrscheinlich um keine Flocke
handelt.
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In
der Abbildung nach 3 sind mehrere Objekte dargestellt.
Entlang vieler Bereiche ändert sich
die Farbe, Sättigung
und/oder Intensität
auf wenige Pixel. Hieraus kann geschlossen werden, dass einige Außenkanten
vorhanden sind, so dass mehrere Objekte 15 vorliegen. Es
ist auch zu beobachten, dass die Objekte 15 relativ massiv
sind. Auch Flocken sind massiv. Sie sind selten hohl geformt, so dass
die Annahme getroffen werden könnte,
dass es sich bei dem Objekt 15 um eine Flocke handelt.
Aus der Ermittlung der Farbe ergibt sich, dass das Objekt 15 gelb,
braun und grau aber nicht hell ist. Flocken haben eine Farbe von
weiß bis
zum hellen gelb oder hellen ocker. Hieraus kann der Schluss gezogen
werden, dass es sich sehr wahrscheinlich um keine Flocke handelt.
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Bei
Flocken, die eine Verfärbung
wie gelb, ocker oder braun aufweisen, ist diese eventuell leicht marmoriert,
schattig oder als Schlieren ausgebildet. Bei dem Objekt 15 ist,
eine Marmorierung oder Schlierenbildung nicht zu erkennen, so dass
die Annahme getroffen werden kann, dass es sich um keine Flocke
handelt.
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Flocken
weisen eine kreisförmige
Außenkontur
auf. Sie können
auch wurmförmig
ausgebildet sein. Das Objekt 15 ist weder rundlich noch
wurmförmig,
so dass es sich hierbei sehr wahrscheinlich um keine Flocke handelt.
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Auch
sichelförmige
Ausbildungen von Flocken sind möglich.
Eine solche Form weist das Objekt 15 nicht auf.
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Die
Größe einer
Flocke reicht von ca. 0,1 mm bis hin zu mehreren Millimetern in
ihrer längsten
Ausdehnung. Einige der Objekte 15 haben eine solche Größe, so dass
es sich hierbei um Flocken handeln könnte.
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Schaum
und Blasen sind in der Mitte häufig Hintergrundfarben
und haben eine runde oder rundliche Außenkontur. Diese Außenkontur
verläuft
von weißlich
bis Hintergrundfarben. Betrachtet man die Objekte 15 in
ihrer Gesamtheit, so kann ein hintergrundfarbener Kern ermittelt
werden. Es kann sich um Schaum handeln.
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Stroh
weist oft eine annähernd
parallele Maserung auf. Des weiteren kann Stroh dadurch identifiziert
werden, dass dieses scharfe, gezackte Ränder mit sehr wenigen bzw.
kleinen Radien aufweist. Bei den Objekten 15 kann festgestellt
werden, dass diese paralele Linien aufweisen. Des weiteren sind
scharfe Ränder
mit wenigen Radien zu erkennen, so dass es sich beispielsweise um
Stroh handeln kann.
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Für andere
Objekte können
auch zusätzliche Kriterien
aufgestellt werden. So kann beispielsweise der Fall eintreten, dass
neben Stroh, Kot, Sägespäne oder
Sand in die Milch gelangen. Für
solche Partikel können
unterschiedliche Kriterien aufgestellt werden. So ist Kot braun
oder grün
oder in diesen Farben gefleckt. Kot tritt eher rundlich auf.
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Sägespäne haben
eine braune, graue Farbe. Sie haben einen geraden Kantenverlauf
und fast keine Radien. Bei Sägespänen ist
häufig
mindestens eine Spitze zu erkennen. Sägespäne haben eine nicht so ausgeprägte Maserung
wie Stroh. Sand hat einen hintergrundfarbenen (transparenten) oder
hellbraunen, rundlichen Kern.
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Liegen
Definitionen weiterer Objekte vor, so werden diese auch bei der
Objektermittlung abgeprüft.
Das Objekt 15 weist z.B. die Farben braun, gelb und grau
auf. Es liegt jedoch kein grün
vor, so dass sehr wahrscheinlich das Objekt 15 kein Kot
ist. Es sind keine besonders Rundheiten auszumachen.
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Das
Objekt 15 ist unter anderem graubraun. Möglicherweise
handelt es sich um einen Span. Es sind scharfe Ränder mit wenigen Radien zu
erkennen. Dies weist auf die Möglichkeit
hin, dass es sich bei dem Objekt 15 um einen Sägespan handelt.
Eine eindeutige Spitze ist nicht erkennbar, so dass sehr wahrscheinlich
kein Sägespan
vorliegt.
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Die
ausgeprägte
Maserung lässt
auf Stroh schließen.
Der Kern der Objekte 15 ist nicht hintergrundfarben oder
helbraun, so dass Sand höchstwahrscheinlich
ausgeschlossen werden kann. Es sind auch keine sehr hellen Stellen
auf der Fehlerabbildung auszumachen, so dass keine Reflektion vorhanden
ist.
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Aus
der Ermittlung der einzelnen Zuordnungen, die auch als Regeln bezeichnet
werden können, besteht
die hohe Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei den Objekten 15 um
Stroh handelt. Ohne eine solche Identifikation wären die Objekte 15 eventuell
als Flocken erkannt. Dies würde
dazu führen,
dass die gute Milch als nicht verwertbar qualifiziert worden wäre. Dies
verringert jedoch den Milchertrag eines Milchviehbetriebes.
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Ist
beispielsweise in einer Fehlerabbildung ein Bereich identifiziert
worden, der ein Objekt 16 nach 4 enthält, so wird,
wie bei der Objektbestimmung bei den Objekten 15 eine Charakterisierung
des Objektes 16 vorgenommen. Das Objekt 16 ist
hell, so dass es sich hierbei um eine Flocke handeln könnte. Die
Farbunterschiede innerhalb des Objektes 16 sind gering.
Es könnte
eine Flocke sein.
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Das
Objekt 16 weist keine parallelen Konturen auf. Hieraus
kann geschlossen werden, dass es sich höchstwahrscheinlich um eine
Flocke handelt. Es ist zu erkennen, dass die Außenkontur rau ist, was auf
eine Flocke hinweist. Sind innerhalb des Objektes 16 Schattierungen
festzustellen, wären
Farbe, Sättigung
und/oder Intensität
sich nur über
wenige Pixel hinweg ändert,
so kann davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Objekt 16 nur
um ein Objekt handelt.
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Ist
nicht erkennbar, dass ein Verlauf über mehrere Pixel von Farbe,
Sättigung
und/oder Intensität
vorliegt, so kann daraus geschlossen werden, dass es sich nicht
um einen „Milchsee" handelt.
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Wird
festgestellt, dass das Objekt massiv ist, so kann es sich um eine
Flocke handeln. Ist die Farbe des Objektes 16 weiß und im
oberen Bereich hell ocker, so liegt sehr wahrscheinlich eine Flocke
vor. Ist im oberen Bereich ein schattenartiger hellockerfarbiger
Bereich auszumachen, so kann es sich sehr wahrscheinlich um eine
Flocke handeln.
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Eine
rundliche Form der Außenkontur
ist ein Hinweis auf eine Flocke. Die Größe des Objektes 16 deutet
daraufhin, dass es sich um eine Flocke handeln könnte.
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In
dem mittleren Bereich des Objektes 16 ist kein hintergrundfarbenes
Gebiet erkennbar. Es ist auch keine runde Außenkontur zu erkennen, so dass es
sich bei dem Objekt 16 sehr wahrscheinlich um keine Blase
handelt. Es sind auch keine parallelen Maserungen zu sehen, so dass
sehr wahrscheinlich das Objekt 16 keine Blase darstellt.
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Das
Objekt 16 weist zwar zackige Ränder auf, jedoch sind auch
einige Rundungen am Rand vorhanden. Möglicherweise handelt es sich
bei dem Objekt 16 um Stroh, dies ist jedoch unwahrscheinlich. Die
Farbe ist nicht goldgelb braun und/oder graubraun, so dass das Objekt 16 kein
Stroh ist. Die Färbung
des Objektes ist auch nicht braun oder grün oder auch nicht in diesen
Farben gefleckt, so dass daraus geschlossen werden kann, dass es
sich bei dem Objekt 16 nicht um Kot handelt. Die rundliche Form
des Objektes weist jedoch auf eventuell Kot hin.
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Sind
dann auch noch weitere Objektklassen, wie z.B. Sägespan, Sand etc. zu fragen.
In Abhängigkeit
von den gesamten Abfragen kann der Rückschluss gezogen werden, dass
es sich bei dem Objekt 16 um eine Flocke handelt.
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Die
Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Insbesondere dadurch, dass eine
Klassifizierung der Objekte möglich
ist, kann eine sicherere Bestimmung der Qualität der Milch vorgenommen werden.
Objekte, die bis hier fälschlicherweise
als Flocken eingestuft worden sind, können nunmehr eindeutig identifiziert
und bestimmt werden. Milch, die „harmlose" Partikel wie z.B. Stroh enthielt, wird
nicht mehr als nicht verwertbare sondern als verwertbare Milch eingestuft.
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- 1
- Messkammer
- 2
- Einlass
- 3
- Auslass
- 4
- Sieb
- 5
- Partikel
- 6
- Detektoreinrichtung
- 7
- Extraktionseinrichtung
- 8
- Identifikationseinrichtung
- 9
- Ermittlungseinrichtung
- 10
- Klassifikationseinrichtung
- 11
- Steuereinrichtung
- 12
- Selektionseinheit
- 13
- Leitung
- 14
- Leitung
- 15
- Objekt
- 16
- Objekt