DE102016215522A1

DE102016215522A1 - Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung mit Mikrofonarray

Info

Publication number: DE102016215522A1
Application number: DE102016215522.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Rother
Original assignee: Weber Maschinenbau GmbH Breidenbach
Current assignee: WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, DE
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung 1, 2, 3, 29, mit einer Auswerteeinheit zum Überwachen des Betriebs der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung 1, 2, 3, 29, wobei ein Mikrofonarray 4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38 vorgesehen ist, das ausgelegt ist, von der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung erzeugte Betriebsgeräusche zu erfassen und als Signal auszugeben, wobei die Auswerteeinheit ausgelegt ist, aus dem Signal des Mikrofonarrays 4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38 ein Schallbild zu berechnen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung 1, 2, 3, 29 und eine Verwendung eines Mikrofonarrays 4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38 und einer zugeordneten Auswerteeinheit zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung 1, 2, 3, 29.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung mit einer Auswerteeinheit zum Überwachen des Betriebs der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung.
Beim Betrieb von Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen und insbesondere von kompletten Lebensmittelschneidlinien entstehen an verschiedenen Komponenten aufgrund von Schwingungen und Bewegungen der Maschinen Geräusche, welche der Bediener bei seiner Tätigkeit als störend empfindet. Eine geräuschintensive Arbeitsweise einer Maschine kann subjektiv mit der Qualität der Maschine assoziiert werden. Allerdings stellen die ungewollten Geräusche und die generelle Lautstärke oft nicht nur ein subjektives Problem für den Bediener dar, sondern geben auch Hinweise auf notwendige Wartungsmaßnahmen, Fehlbedienungen oder Beschädigungen der Maschine.
Die von der Maschine erzeugten Geräusche werden durch das Maschinengehäuse an die Luft übertragen. Es findet somit ein Übergang vom Körperschall der Maschine zu Luftschall statt.
Lebensmittelaufschneidevorrichtungen sowie die damit verbundenen, vor- und nachgeschalteten Verarbeitungslinien werden immer komplexer und vielfältiger. Dies erfordert entsprechend qualifiziertes Personal für Betrieb, Einrichtung, Wartung und Service. Grundsätzlich soll die Effizienz einer Anlage gesteigert und es sollen Fehler vermieden werden. Dabei gilt es, Rüstzeiten als Produktionsunterbrechungen sowie Störungen möglichst kurz zu halten. Tritt eine Störung auf, so muss ein Bediener den Fehler in der Anzeige der Steuerung ablesen und anschließend lokalisieren. Oftmals ist dies aber nicht einfach möglich, so dass eine zeitintensive Fehlersuche beginnt.
Im Stand der Technik ist es bekannt mittels akustischen Messungen Betriebszustände bei Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen zu ermitteln. So wird in der DE 10 2004 033 568 A1 offenbart, dass eine Berührung zwischen Messer und Schneidkante bei der Schneidspalteinstellung akustisch ermittelt werden kann. In der DE 195 18 597 A1 wird offenbart, dass über ein Mikrofon bestimmt wird, wann es zu einem Eingriff zwischen Spiralmesser und Schneidleiste kommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung einen effizienten Betrieb und eine verbesserte und verlässliche Fehleranalyse zu ermöglichen.
Die Erfindung stellt eine Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung mit einer Auswerteeinheit zum Überwachen des Betriebs der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung bereit, wobei erfindungsgemäß ein Mikrofonarray vorgesehen ist, das ausgelegt ist, von der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung erzeugte Betriebsgeräusche zu erfassen und als Signal auszugeben, wobei die Auswerteeinheit ausgelegt ist, aus dem Signal des Mikrofonarrays ein Schallbild zu berechnen.
Schall breitet sich als Longitudinalwelle von Druckunterschieden insbesondere im Medium Luft aus. Allerdings findet auch eine Ausbreitung von Schall in Festkörpern als Körperschall statt. Schwingungen zwischen zirka 16 Hz und 20000 Hz sind für das menschliche Gehör wahrnehmbar. Schall breitet sich jeweils mit einer Geschwindigkeit aus, die vom Ausbreitungsmedium abhängig ist. Wenn nun die Laufzeitunterschiede eines Geräuschs an einem Messpunkt zu den jeweiligen Mikrofonen des Mikrofonarrays bestimmt wird, können die jeweiligen Abstände und damit der Ort der Schallquelle bestimmt werden.
Durch die Überlagerung von Schallsignalen kann es allerdings zu Verfälschungen der jeweiligen Schallsignale kommen, was die Positionsbestimmung erschwert. Deswegen können Filter, insbesondere digitale Filter, eingesetzt werden, mit denen die Qualität des Schallbilds signifikant erhöht werden kann.
Die Erfindung ermöglicht eine Lokalisierung von Geräuschen bei Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen, insbesondere von Störgeräuschen, die weder mit dem menschlichen Gehör, noch mit gebräuchlichen Mikrofonen zur Schallpegelmessung möglich ist. Insbesondere werden die Schallquellen auf dem Schallbild genau lokalisiert und können dokumentiert werden. Das Mikrofonarray kann auf verschiedene Messpunkte auf dem Messobjekt fokussiert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das Mikrofonarray, insbesondere die Anordnung der Mikrofone darin, in Einklang mit den Gegebenheiten der überwachten Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung und deren maschinenakustischer Gestaltung zu bringen. Die Maschinenakustik betrifft die Schallerzeugung durch Maschinen wie die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung, wobei vornehmlich das Ziel verfolgt wird, die von den Maschinen emittierten Geräusche zu vermindern, um gesetzliche Emissionswerte einzuhalten und den von Kunden gewünschten Geräuschpegel umzusetzen. Geräuschreduktion kann entweder durch primäre oder sekundäre Maßnahmen erreicht werden. Primäre Maßnahmen beeinflussen und insbesondere reduzieren die Entstehung von Schwingungen, um die Schallerzeugung zu verhindern. Sekundäre Maßnahmen haben die Aufgabe, die entstandenen Schallwellen nachträglich zu verringern, beispielsweise durch Schalldämmung. Vorteilhafterweise werden Schalldämmungselemente bei der Anordnung der Mikrofone des Mikrofonarrays und/oder bei der Auswertung des Signals berücksichtigt.
In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung ausgelegt, ein zweidimensionales Schallbild zu berechnen.
Das zweidimensionale Schallbild entspricht der zweidimensionalen Projektion der Schallquellenintensitäten in eine Bildebene. In jedem Punkt dieser Bildebene wird ein Schallwert angegeben. Das zweidimensionale Schallbild kann insbesondere als Schwarz/Weiß-Bild oder farbiges Bild ausgegeben werden, wobei die verschiedenen Farben beziehungsweise Graustufen eines jeden Bildpunktes die Schallintensität angeben.
Alternativ kann ein dreidimensionales Schallbild berechnet werden. Das heißt, eine räumliche Struktur von Datenpunkten in drei Dimensionen wird berechnet, wobei jeder Datenpunkt eine Schallintensität an der jeweiligen Position angibt. Dieses dreidimensionale Schallbild kann dann perspektivisch oder in Schnittansichten dargestellt werden, wobei der Bediener die Perspektive beziehungsweise die Schnittebenen der Darstellung vorteilhafterweise frei wählen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung und/oder eine dieser zugeordneten Funktionseinheit eine Anzeige auf, auf der das Schallbild angezeigt wird. Vorteilhafterweise wird das Schallbild farbig dargestellt, beispielsweise mit grünen Farben für geringe Schallintensitäten und roten Farben für hohe Schallintensitäten und einem im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang dazwischen. Insbesondere kann das Schallbild auf der Anzeige ausgerichtet auf ebenfalls dargestellte Umrisse der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung oder von deren Bauteilen angezeigt werden, so dass es für den Bediener einfacher ist zu ermitteln, in welchem Bereich der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung Schall emittiert wird.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das insbesondere dreidimensionale Schallbild mittels einer der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung zugeordneten Funktionseinheit, beispielsweise einer Virtual Reality oder Augmented Reality Brille, dargestellt wird. Bei der Augmented Reality Brille ist auch die tatsächliche Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung sichtbar oder wird dargestellt, wobei das Schallbild als dreidimensionale Datenstruktur darübergelegt wird.
Vorteilhafterweise umfasst die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung oder eine ihr zugeordnete externe Funktionseinheit eine Kamera, deren Bild mit dem Schallbild überlagert wird. Das überlagerte Bild kann dann auf der Anzeige angezeigt werden, so dass dem Bediener deutlich vermittelt wird, wo in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung Schall emittiert wird. Die Anordnung mit einer Kamera empfiehlt sich insbesondere für Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen, bei denen bewegliche Teile vorliegen. Das Schallbild kann jeweils immer auf die derzeitige Position der beweglichen Maschinenteile ausgerichtet werden. Aus der DE 198 44 870 A1 ist es bekannt unter Verwendung einer Mehrzahl von Mikrofonen und einer CCD-Kamera ein Schall/Licht-Mischbild eines Objektes zu erzeugen.
Die Kombination aus Mikrofonarray und zugeordneter Kamera sowie die gemeinsame Auswertung von deren Messdaten wird oft als akustische Kamera bezeichnet. Eine akustische Kamera ist ein leichtes, modulares und somit flexibles System zur bildgebenden Lokalisierung und Analyse von Schallquellen. Die akustische Kamera ermöglicht es, Schallquellen zu lokalisieren und diese, abhängig von der Lautstärke, farbig in einem Bild in Echtzeit und im von der Kamera erfassten Kontext darzustellen.
Ein Mikrofonarray ist eine Vielzahl von zusammengeschalteten Mikrofonen. Durch diese Zusammenschaltung ist es möglich, die Richtung einer Schallquelle zu bestimmen. Verschiedene Mikrofonarrays unterscheiden sich im Wesentlichen in der Anordnung der Mikrofone, den Einsatzmöglichkeiten und ihren Eigenschaften. Vorteilhafterweise ist ein Datenrekorder vorgesehen, der als Schnittstelle zwischen dem Mikrofonarray und einem Auswertecomputer dient. Diese Bauteile können Teil der vorgenannten Auswerteeinheit sein. Der Datenrekorder kann – je nach Anzahl der Mikrofone – in das Array integriert werden oder extern positioniert werden. Die Aufgabe des Datenrekorders ist es, die akustischen Daten des Arrays zu erfassen und zwischenzuspeichern, um sie an den Computer mit der dazugehörigen Software weiterzugeben. Wenn eine Kamera zum Einsatz kommt ist es auch möglich, dass der Datenrekorder die akustischen und visuellen Daten erfasst und zwischenspeichert, um sie dann an den Computer weiterzugeben. Zusätzlich können mit dem Datenrekorder analoge Daten, wie z.B. die Drehzahl eines Messers einer Schneidmaschine dokumentiert werden. Die im Computer vorgesehene Software dient der Umwandlung der Signale des Datenrekorders in Bilddaten und eignet sich weiterhin für Nachbearbeitung und Analyse der Daten. Um hochdynamische Bewegungen zu erfassen muss die Frequenz der Datenerfassung im Mikrofonarray und der Kamera erhöht werden. Gegebenenfalls müssen bei hoher Dynamik im Messbereich, insbesondere des Messobjekts, per Nachbearbeitung Frequenzen eingegrenzt bzw. ausgefiltert werden, wodurch gegebenenfalls kein Live-Bild und keine Direktmessung mit dem Mikrofonarray und der gegebenenfalls vorgesehenen Kamera möglich ist. Allerdings können die aufbereiteten Daten über einen ausreichenden Erfassungszeitraum erfasst und dann dargestellt werden.
Vorteilhafterweise ist das Mikrofonarray in einer Ebene angeordnet, deren Normale auf die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung ausgerichtet ist. Insbesondere ist die Normale in der Mitte des Mikrofonarrays auf das vornehmlich zu überwachende Bauteil ausgerichtet. Die Mikrofone des Mikrofonarrays sind insbesondere in einer Ebene als zweidimensionales Array angeordnet. Zweidimensionale Arrays sind aufgrund ihres Grundaufbaus in einer Ebene einfacher zu implementieren und kosteneffizienter, da die Auswerteeinheit ausschließlich ein akustisches Bild aus in einer Ebene erfassten Daten berechnen muss. Weiterhin reicht schon eine geringe Anzahl von Mikrofonen aus, um ein ausagekräftiges Schallbild zu berechnen. Je nach Anordnung der Mikrofone in der Ebene deckt das Mikrofonarray verschiedenste Einsatzmöglichkeiten ab.
Die Mikrofone eines zweidimensionalen Mikrofonarrays können gemäß verschiedener Anordnungen angeordnet werden, die ausschlaggebend für die Eigenschaften und die daraus resultierenden Einsatzmöglichkeiten sind.
Die einfachste Form der Anordnung eines zweidimensionalen Mikrofonarrays ist eine Anordnung der Mikrofone in Kreuzform. Dies ermöglicht einen breiten Frequenzbereich bei der Schallerfassung bei einer gleichzeitig relativ geringen Anzahl von Mikrofonen. Damit können schnell und preisgünstig Lokalisierungen von emittiertem Schall durchgeführt werden. Allerdings ist die Kreuzform bereichsweise ungenauer als andere Mikrofonarrayformen, da die gemessenen Geräuschpegel beeinflussbar sind, und Reflektionen als Schallquellen erfasst werden können.
Mit einem zweidimensionalen Mikrofonarray in Sternform kann eine genaue Lokalisation nahe beieinanderliegender Schallquellen aus relativ großer Entfernung realisiert werden. Dennoch wird dies mit noch einer relativ geringen Anzahl an Einzelmikrofonen im Mikrofonarray ermöglicht. Nachteilig ist die etwas größere Bauweise. Weiterhin können sehr leise Geräusche nicht immer lokalisiert werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anordnung der Mikrofone eines zweidimensionalen Mikrofonarrays in Rechteckform (sogenanntes Paddle). Mit der rechteckigen Anordnung lässt sich eine große Spanne von Lautstärken abdecken und ein breiter Bereich vor dem Mikrofonarray überwachen. Allerdings benötigt diese Ausführungsform eine große Anzahl von Mikrofonen, die innerhalb des gesamten Rechtecks fein verteilt sind. Zudem wird ein eher geringer Frequenzbereich abgedeckt.
Eine vorteilhafte Anordnung der Mikrofone in einem Array kann die zweidimensionale Anordnung in Ringform sein. Diese Anordnung hat eine sehr hohe Dynamik, was eine genaue Unterscheidung von verschiedenen Lautstärken selbst bei hohen Umgebungsgeräuschen ermöglicht. Allerdings wird der Frequenzbereich sehr stark von der Größe des Rings und dem Abstand des Mikrofonarrays zur Schallquelle beeinflusst.
Weiterhin ist es möglich die Mikrofone eines Mikrofonarrays als zweidimensionales Mikrofonarray in Spiralform mit variierenden Mikrofonabständen anzuordnen. Diese ermöglicht einen großen Frequenzbereich abzudecken und zudem weist diese Form eine hohe Dynamik auf. Die Lokalisation vieler nahe beieinanderliegender Schallquellen mit geringen Lautstärkenunterschieden ist für diese Bauform ebenfalls möglich. Dies wird insbesondere realisiert durch die Bildung von Sub-Arrays in der Spirale. Beispielsweise ist jeder Arm der Spirale für einen anderen Frequenzbereich zuständig.
Alternativ kann das Mikrofonarray dreidimensional in einem definierten Raum angeordnet werden. Dies ermöglicht die Aufnahme von Schallbildern von komplexen dreidimensionalen Bauteilen, ohne dass Verzerrungen im Bild oder ungenaue Schalldruckpegel auftreten. Zudem kann die Position der Schallquelle genauer lokalisiert werden. Weiterhin haben dreidimensionale Mikrofonarrays den großen Vorteil, dass sie eine genaue Kartierung von Schallbildern von dreidimensionalen Objekten in einem Raum ermöglichen. Die erfassten dreidimensionalen Daten können auf ein CAD-Modell übertragen werden, wodurch Analysemöglichkeiten bis in das Innere der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung resultieren. Allerdings sind für dreidimensionale Mikrofonarrays eine Vielzahl von Mikrofonen notwendig und eine hohe Leistungsfähigkeit der Auswerteeinheit. Dreidimensionale Mikrofonarrays können einen großen Frequenzbereich erfassen, insbesondere bei unregelmäßiger Anordnung der Mikrofone im Raum.
Vorteilhafterweise ist das Mikrofonarray in einem Mindestabstand von 0,5 m (Meter) bis 10 m zur Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung angeordnet, insbesondere zu der zu überwachenden, potentiellen Schallquelle darin. Große Abstände im Bereich von 5 m bis 10 m sind bei geringen Umgebungsgeräuschen realisierbar. Bevorzugt werden Abstände von 0,5 m bis 2 m vorgesehen.
Insbesondere ist das Mikrofonarray frontal auf das Messobjekt, d. h. auf den bezüglich Schallemission zu überwachenden Bereich der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung, ausgerichtet. Dabei sollte insbesondere eine direkte Erfassung des emittierten Schalls möglich sein. Nach Möglichkeit ist der Raum zwischen Mikrofonarray und überwachtem Bereich somit frei von Gehäusen oder ähnlichen abschirmenden Bauteilen.
Vorteilhafterweise sind mehrere Mikrofonarrays vorgesehen, insbesondere in unterschiedlicher Ausrichtung, wobei die Auswerteeinheit oder mehrere Auswerteeinheiten ausgelegt sind, aus deren jeweiligen Signalen mehrere Schallbilder zu berechnen. Die Schallbilder können gegebenenfalls überlagert werden oder zu einem dreidimensionalen Schallbild zusammengesetzt werden. Dann ist eine Anzeige auf einem 3D-Modell möglich. Alternativ kann eine Darstellung von mehreren Schallbilder aber auch auf jeweils separaten Anzeigen erfolgen oder auf einer Anzeige, in der durch verschiedene Ansichten geschaltet werden kann.
Vorteilhafterweise ist das Mikrofonarray verschieblich oder verschwenkbar gelagert. Wenn eine Kamera vorgesehen ist, kann diese Kamera zusammen mit dem Mikrofonarray verschieblich oder verschwenkbar gelagert sein. Das Mikrofonarray und gegebenenfalls die Kamera kann automatisch verfahren werden, insbesondere gesteuert durch die Maschinensteuerung. Dadurch ist ein Wechsel von Messpositionen und Erfassungsbereichen möglich. Insbesondere ist das Mikrofonarray und gegebenenfalls die Kamera an einer Halterung fixiert. Diese Halterung kann dann beispielsweise um einen Drehpunkt verschwenkt werden oder beispielsweise entlang einer Schiene verschoben werden, so dass sich der Erfassungsbereich mit der Positionierung ändert. Diese Verschwenkung oder Verschiebung kann insbesondere automatisch durch gesteuerte oder geregelte Stellglieder erfolgen. Dafür können Einstellungen für verschiedene Erfassungsbereiche abgespeichert werden und dann gezielt angefahren werden. Insbesondere können mehrere Erfassungsbereiche zyklisch abgefahren werden, so dass durch nur ein Mikrofonarray mehrere Positionen an der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung gegebenenfalls mit verschiedenen Ausrichtungen überwacht werden können.
Die verschiedenen Referenzmesspunkte, beziehungsweise Messpositionen, können durch eine Stange als Koppel- und Abstandselement oder einen Kragarm als Halter für das Mikrofonarray ermöglicht werden. Damit wird der Messabstand zum Messbereich beziehungsweise Messobjekt sichergestellt. Insbesondere können Adaptionspunkte beziehungsweise Anbaupositionen für die akustische Kamera an der Maschine oder Komponente vorgesehen sein, wie z.B. Halter, Aufnahmen, Steckvorrichtungen, Markierungen, mechanische Codierungen und Ähnliches.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Mikrofonarray über der halben Höhe der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung angeordnet. Das heißt, das Mikrofonarray ist im oberen Bereich der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere, dass die Messung von oben oder schräg von oben erfolgen kann. Dies hat generell den Vorteil, dass dadurch wenige Einschränkungen im Betrieb entstehen. Zudem besteht in dieser Position geringe Berührungs- und Verschmutzungsgefahr für das Mikrofonarray. Insbesondere ist es bei einer Messung von oben möglich, dass die Lebensmittelaufschneidemaschine so gestaltet ist, dass keine Schutz- oder Gehäuseelemente zwischen der akustischen Kamera und den zu überwachenden Bauteilen vorgesehen sind, da diese vornehmlich zwischen dem Bediener und unbeweglichen Teilen in der Maschine vorgesehen werden müssen. Insbesondere ist es möglich, mehrere Mikrofonarrays und/oder Kameras schräg von oben anzuordnen.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung bereit, bei dem zunächst Betriebsgeräusche der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung mittels eines Mikrofonarrays erfasst werden, und dann die von dem Mikrofonarray erfassten Betriebsgeräusche ausgewertet werden, um ein Schallbild zu berechnen.
Vorteilhafterweise wird das Schallbild dem Bediener angezeigt.
Insbesondere wird eine Referenzmessung der Betriebsgeräusche durchgeführt, und eine Anzeige oder Bewertung des Schallbildes erfolgt in Abhängigkeit der Ergebnisse der Referenzmessung.
Die Referenzmessung kann beispielsweise bei einer baugleichen Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung erfolgen. Durch Vergleich mit der Referenzmessung kann ermittelt werden ob ein Defekt oder Wartungsbedarf besteht. Alternativ kann die Referenzmessung bei der Inbetriebnahme der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung durchgeführt werden. Veränderte Schallbilder geben dann Hinweise aufgrund Informationen zu gegebenenfalls vorliegenden Störungen und/oder Wartungsbedarf.
Referenzmessungen ermöglichen insbesondere Vergleiche der Messergebnisse mit baugleichen Komponenten oder Vergleiche der Messergebnisse mit gleichen Anlagen und Einbauorten. Bei dem Vergleich der Messergebnisse mit Inbetriebnahmemessungen beim Neuzustand der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung, beziehungsweise bei einem optimalen Einstell- und Schmierungszustand, kann insbesondere die Veränderung der erzeugten Betriebsgeräusche überprüft werden, um dadurch Aufschluss auf Veränderungen in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung zu erhalten. Referenzmessungen können bspw. nach Messerwechsel, Schmierung (z.B. Führungsschienen bei Magnetfördersystemen), Reinigung oder nach Veränderung der Nutzlast durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Steuerung der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung auf Basis des Schallbilds erfolgen. Insbesondere kann der Betrieb der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung auf Basis des Schallbilds geregelt werden. Beispielsweise können die Daten des Schallbildes verwendet werden, um Maschineneinstellungen durchzuführen. Es ist möglich, eine automatisierte Schneidspalteinstellung auf Basis des Schallbilds durchzuführen.
Die Daten des Schallbilds können auch herangezogen werden, um die Bandgurt-Spannung von Förderbändern in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung geregelt einzustellen.
Weiterhin ist es auch möglich, auf Basis des Schallbilds Endlagen von beweglichen Bauteilen in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung zu erkennen.
Vorteilhafterweise wird der Verschleiß eines Bauteils der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung auf Basis des Schallbilds bestimmt. Insbesondere kann das Lagerspiel von in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung eingesetzten Lagern erkannt werden. Die akustische Erkennung wird über veränderte, in der Regel zunehmende und/oder sich verlagernde Geräusche realisiert, welche insbesondere mit Referenzmessungen verglichen werden.
Insbesondere kann Verschleiß im Bereich der Axialverstellung des Messerkopfs beziehungsweise im Leerschnittverhalten von Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen in Form von Lebensmittelaufschneidevorrichtungen erkannt werden. Dabei kann auch die Messerschärfe ermittelt werden. Dafür wird insbesondere bei vorgebbarer Drehzahl das von einem scharfen Messer emittierte Signal als Referenz mit dem aktuell vom eingesetzten Messer emittierten Geräusch verglichen. Das entsprechende Mikrofonarray kann in die Lebensmittelaufschneidevorrichtung, insbesondere in Form eines Slicers, oder in eine Schärfeinrichtung fest integriert sein, d.h. an einem festen Einbau- und Messort mit einem festen Abstandsbezug zum Messobjekt oder in einer geschützten (sich nur zeitweise für die Messung öffnenden) Einbauposition. Weiterhin kann der Verschleiß bei Produktgreifern erfasst werden, insbesondere bei deren Schließ- und Öffnungsvorgängen, sowie in der Greiferführung beim Verfahren mit Spindeln, die insbesondere relativ lang sein können.
Verschleißbestimmung ist erfindungsgemäß auch möglich im Bereich der Zuführung, des Zuführungsbandes und des Unterstützungsbandes der Lebensmittelaufschneidevorrichtungen, insbesondere direkt vor dem Schneidmesser.
Weiterhin kann der Verschleiß im Bereich der Beladeschwinge beim Schwenken der Zuführung von Belade- in Schneidstellung bestimmt werden. Auch im Bereich der Portioniereinheit, die unter dem Schneidmesser angeordnet ist, kann der Verschleiß bestimmt werden, da diese schnelle Quer- und Längsbewegungen zum Anordnen der einzelnen Scheiben in einer Portion durchführt.
Weiterhin kann der Verschleiß einer Interleaver-Ausstoßeinheit bestimmt werden. Die Interleaver-Ausstoßeinheit stellt Papier oder Plastikfolien bereit, die zwischen die einzelnen abgeschnittenen Scheiben, insbesondere beim Fallen der Scheiben vom Messer auf die Portioniereinheit, eingeschossen werden.
Es ist auch möglich den Verschleiß einer Lebensmitteltransportvorrichtung im Bereich des Einlegebands oder des Spurverteilers zu bestimmen, der schnelle Querbewegungen ausführt und in dem die Riemen gespreizt werden.
Insbesondere kann der Verschleiß der Wippe bestimmt werden, die zum Aussondern von einzelnen Portionen dient oder dem Zuführen von Portionen auf verschiedene Fördermittel. So ist es möglich bei Hubbewegungen der Wippe, die insbesondere Portionen auf Pufferebenen verteilen, den lokalen Verschleiß genau zu bestimmen.
Auch bei Robotergreifern, die zum Verlagern von Lebensmittelportionen eingesetzt werden, kann der Verschleiß mittels des Mikrofonarrays erfasst werden. Dies ist insbesondere bezüglich der Schließ- und Öffnungsvorgänge der Schaufeln möglich. Weiterhin ist es auch möglich den Verschleiß beim Roboterantrieb, insbesondere bei den oberen Antrieben für Arme eines Deltaroboters, der zum Verlagern von Portionen eingesetzt wird, zu bestimmen.
Die Verschleißmessung kann kontinuierlich oder in festgelegten Intervallen als Condition Monitoring durchgeführt werden. Andernfalls kann die Verschleißmessung auch nur als Direktmessung beziehungsweise Prüfung auf Wunsch des Bedieners durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform wird die zeitliche Veränderung des Schallbilds berechnet. Vorteilhafterweise kann der zeitliche Gradient der einzelnen Bildpunkte des Schallbilds berechnet und insbesondere angezeigt werden. Somit können lokale Veränderungen im Schallbild schnell bestimmt werden, wodurch Aufschluss auf veränderte Bedingungen in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung gewonnen werden kann, vornehmlich bezüglich Verschleiß oder notwendigen Wartungsmaßnahmen. Insbesondere kann die zeitliche Veränderung des Schallbilds im Rahmen des Condition Monitorings überwacht werden, was zu einer besseren Verfügbarkeit der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung führen kann, die Produktionsqualität steigern kann und hilfreich bezüglich der Festlegung der Wartungsintervalle ist, wodurch das Ausfallrisiko verringert werden kann. Insbesondere kann auf Basis des Schallbilds und seiner zeitlichen Veränderung berechnet werden, welche Wartungen zeitgleich durchgeführt werden können. Das heißt, es kann eine Bündelung von Wartungsarbeiten erreicht werden. Die Ausfallzeiten der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung werden somit reduziert.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann die Position eines Bauteils der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung auf Basis des Schallbilds bestimmt werden. Beispielsweise können Endlagen von beweglichen Bauteilen bestimmt werden. So ist es z.B. möglich, das Verfahren bei der Einstellung des Schneidspalts, d.h. bei der Einstellung des Abstands zwischen Messer und Schneidkante einzusetzen. Wenn das insbesondere drehende Schneidmesser die Schneidkante berührt, wird ein Geräusch erzeugt, das mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren genau in seiner Position bestimmt werden kann, so dass die Nulllage des Messers bestimmt werden kann. Davon ausgehend kann ein vorbestimmter Schneidspalt eingestellt werden.
Insbesondere können in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung wirkende Kräfte auf Basis des Schallbilds bestimmt werden. So ist es beispielsweise möglich, durch das veränderte Schallbild die Spannung eines Gurtes in einem Fördermittel, insbesondere eine Bandgurtspannung, zu ermitteln.
In einer Ausführungsform erfolgt das Erfassen der Betriebsgeräusche in einem stationären Zustand der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung. Dadurch können vorhergehende Schallbilder als Referenzschallbilder verwendet werden und somit einfach Abweichungen detektiert werden. Insbesondere kann die Feststellung, dass ein stationärer Zustand in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung vorliegt, auch durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgen, indem das Schallbild und die darin vorliegenden zeitlichen Veränderungen ausgewertet werden. So kann eine Messung, eine Datenspeicherung und -auswertung und ein Vergleich mit Referenzwerten, insbesondere nur mit Schallbildern erfolgen, die während dem stationären Betriebszustand erfasst wurden.
Vorteilhafterweise wird bei der Berechnung des Schallbilds eine Frequenzfilterung durchgeführt. Dadurch können beispielsweise Frequenzen ausgefiltert werden, die nicht durch die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung selbst, sondern durch die Umgebung bedingt werden.
Insbesondere können auch mehrere Schallbilder mit mehreren verschiedenen Frequenzfiltern berechnet werden, so dass jeweils die für bestimmte Bauteile aussagekräftigen Frequenzen im jeweiligen Schallbild erfasst werden. Diese Schallbilder können zu einem Schallbild kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Mikrofonarrays und einer zugeordneten Auswerteeinheit zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Lebensmittelaufschneidevorrichtung, einer Lebensmitteltransport- bzw. -handhabungsvorrichtung, einer Lebensmittelverarbeitungslinie oder einer Lebensmittelverpackungsmaschine. So kann beispielsweise eine Überwachung in Form einer dauerhaften Messung oder einer nur zeitweisen Messung in vorgebbaren, insbesondere maschinenzustandsabhängigen Phasen erfolgen. Insbesondere kann die gesamte Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung über das Mikrofonarray erfasst werden. In anderen Ausführungsformen kann auch nur ein Bereich der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung beobachtet werden. Die Verwendung kann bei einer Lebensmittelaufschneidemaschine in Form eines Slicers, bei einer oder nach einer Schneidspalteinstellung, nach einer Produktanschlagverstellung, nach einer Reinigung, nach dem Greiferwechsel, oder nach dem Bandgurt-, Riemen- oder Rollenaustausch erfolgen.
Bei einer Lebensmitteltransportvorrichtung in Form eines Fördersystems kann die Verwendung insbesondere nach einer Spurbreitenverstellung, nach einer Reinigung, nach einem Bandgurt-, Riemen-, Rollenaustausch, nach Änderung einer Bandgurtvorspannung usw. erfolgen.
Bei einer Lebensmitteltransportvorrichtung in Form eines Magnetfördersystems kann die Messung insbesondere bei erkannten oder sich lokal häufenden Störungen erfolgen.
Die Verwendung ist sowohl bei Lebensmitteltransportvorrichtungen wie Slicern, als auch bei Lebensmitteltransportvorrichtungen, insbesondere Fördersystemen, wie Einleger, Portioniereinheiten, Förderbänder, und Transportsystemen, wie Magnetfördersystemen, Robotern, usw. möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine akustische Kamera als Erfassungseinrichtung eingesetzt, die eine Mikrofonanordnung zur Lokalisation und Bewertung von Schallquellen und eine Kamera umfasst, in deren konventionelles Bild ein von zumindest einem Messobjekt oder Messfeld erfasstes Schallbild eingeblendet wird. Diese akustische Kamera wird insbesondere bei Vorrichtungen und Verfahren zum Einstellen, Betreiben und Überwachen der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Lebensmittelaufschneidevorrichtung, und den damit in Verbindung stehenden Komponenten eingesetzt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den folgenden Figuren dargestellt sind:
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung in Form einer Schneidlinie in Seitenansicht;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung in Form einer Lebensmittelaufschneidemaschine in Vorderansicht;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung in Form einer Lebensmitteltransportmaschine in Draufsicht;
4 zeigt eine erste Anordnung von Mikrofonarray und Kamera, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann;
5 zeigt eine zweite Anordnung von Mikrofonarray und Kamera, die in den Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen kann;
6 zeigt eine dritte Anordnung von Mikrofonarray und Kamera, die in den Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz kommen kann; und
7 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung aus 6.
Die Lebensmittelaufschneidelinie in 1 umfasst eine Lebensmittelaufschneidemaschine 1, einen Lebensmittelportionsüberlapper 2 und einen Lebensmittelhandhabungsroboter 3. Im Bereich der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 ist ein Mikrofonarray 4 vorgesehen, das von der Seite auf den gesamten Bereich mit beweglichen Teilen der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 ausgerichtet ist. Das Mikrofonarray 4 ermöglicht eine Überwachung und Lokalisierung von durch die Lebensmittelaufschneidemaschine 1, insbesondere deren beweglichen Bauteilen, erzeugten Geräusche. Somit kann durch Auswertung des von dem Mikrofonarray 4 erfassten Signals eine Beobachtung der Komponenten der Lebensmittelaufschneidevorrichtung 1 erfolgen und diese können somit auf ihre Funktion überwacht und/oder geprüft werden. Somit wird eine Komponenten- und/oder Bauteilprüfung insbesondere im Rahmen eines Condition Monitoring, für die gesamte Lebensmittelaufschneidemaschine 1 erfolgen. Insbesondere wird der Schneidprozess im Schneidbereich, d.h. im Innenraum der Messerschutzhaube, die Beladung und Zuführung, der Portionierbereich, das Messer, die Lager, die Spindeln und der Messerkopf überwacht und/oder geprüft.
Das Mikrofonarray 4 besteht aus einer Vielzahl von Mikrofonen 5, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleichmäßig in einer Ebene verteilt sind.
Das Mikrofonarray 4 kann durch ein weiteres Mikrofonarray 6 ergänzt werden, das bereichsweise durch eine höhere Anzahl von Mikrofonen eine höhere Auflösung ermöglicht. In 1 ist das Mikrofonarray 6 im Bereich der Portioniereinheit angeordnet, und ermöglicht somit eine genaue Überwachung der Funktion der Portioniereinheit.
In dem Ausführungsbeispiel in 1 wird das Mikrofonarray 4 durch eine Kamera 7, insbesondere eine CCD-Kamera, ergänzt, die im Wesentlichen den gleichen Bildbereich aufnimmt, in dem durch das Mikrofonarray 4 Geräusche erfasst werden. Die Kamera 7 ist insbesondere entsprechend des Mikrofonarrays 4 ausgerichtet. Das vom Mikrofonarray 4 erfasste Schallbild kann mit dem Bild der Kamera 7 überlagert werden und in einer Anzeige 8, die an der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 angeordnet ist, dargestellt werden. Somit kann für einen Bediener intuitiv dargestellt werden, in welchem Bereich der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 Geräusche erzeugt werden. Die in der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 überwachten Komponenten sind insbesondere die nicht dargestellte Beladeschwinge, das Zuführband 9, der Greifer 10, der das Ende der Lebensmittelstange 11 ergreifen kann, der Schneidmessermotor 12 und sein zugeordneter Schneidkopf, das darauf angeordnete Schneidmesser 13, und/oder die Portionierablage 14 der Portioniereinheit, auf die die Lebensmittelscheiben 15 abgelegt werden.
In Ergänzung zu den Mikrofonarrays 4 und 6 kann ein weiteres Mikrofonarray 16 vorgesehen sein, das in anderer Ausrichtung angeordnet ist. Das Mikrofonarray 16 ist in 2, in Vorderansicht des Schneidmessers 13 und der Portionierablage 14 der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann eine Lebensmittelaufschneidemaschine 1 vorgesehen werden, in der lediglich das Mikrofonarray 16 vorgesehen ist. Dem Mikrofonarray 16 ist eine Kamera 17, insbesondere einer CCD-Kamera zugeordnet, wobei die Bilder des Mikrofonarrays und der Kamera 17 überlagert werden und in der an der Lebensmittelaufschneidevorrichtung vorgesehenen Anzeige 18 dargestellt werden.
Durch die Mikrofonarrays 4, 6 und 16 kann der Schneidprozess der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 beobachtet und ausgewertet werden. Insbesondere wird dafür ein Schallbild aufgenommen, wenn die Lebensmittelaufschneidemaschine 1 im Gut- beziehungsweise Optimalbetrieb läuft. Durch Vergleich mit dieser Referenzmessung kann dann beim Betrieb festgestellt werden, ob Fehler vorliegen. Insbesondere können auf der Anzeige 8, 18 zumindest optional nur die Abweichungen vom Referenzschallbild dargestellt werden. Dadurch erkennbare Fehler sind beispielsweise Ablagefehler, ungleichmäßige Scheiben 15, keilige Scheiben 15 oder Gewichtsabweichungen in den Scheiben 15. Der Vergleich von Schallbild und Referenzschallbild liefert Aussagen über die Messerschärfe, über die richtige Einstellung des Schneidspalts, über den Betrieb einer gegebenenfalls vorgesehenen Interleaver-Ausstoßeinheit, die Papierzwischenlagen zwischen die abgeschnittenen Scheiben 15 einschießt, oder über die Portionsablage.
Die aus Lebensmittelscheiben 15 bestehenden Portionen werden ausgehend von der Lebensmittelaufschneidemaschine 1 zum Portionsüberlapper 2 gefördert, der eine Hauptspur 19 und eine Nebenspur 20 aufweist, wobei eine Wippe 21 vorgesehen ist, deren Position bestimmt, ob eine Portion auf der Hauptspur 19 verbleibt oder auf die Nebenspur 20 gefördert wird. Weiterhin ist ein Auflegeförderband 22 vorgesehen, das ermöglicht, Portionen von der Nebenspur 20 auf die Hauptspur 19 zurückzuführen. Dabei können die Portionen von der Nebenspur 20 entweder zwischen die Portionen auf der Hauptspur 19 eingetaktet werden oder auf die Portionen auf der Hauptspur 19 aufgelegt werden, um mehrere Portionen überlappend zu einer neuen Portion zu kombinieren.
Wie in 1 dargestellt ist, ist im Bereich des Auflegeförderbands 22 ein Mikrofonarray 23 vorgesehen, das es ermöglicht, ein Schallbild bezüglich des Portionsüberlappers 2 zu erstellen. Insbesondere kann das Mikrofonarray 23 verfahrbar sein, um Geräusche in verschiedenen Bereichen des Portionsüberlappers 2 zu erfassen. Dennoch kann die Darstellung des Schallbilds als integrales Schallbild über den gesamten Portionsüberlapper 2 erfolgen.
Die Mikrofonarrays 4 und 16 sind in Rechteck- beziehungsweise Paddleform ausgeführt. Das Mikrofonarray 6 ist in einer Ovalform ausgeführt. Das Mikrofonarray 23 ist kreuzförmig ausgeführt.
Weiterhin ist ein Mikrofonarray 24 im Bereich des Lebensmittelhandhabungsroboters 3 angeordnet. Bei dem Lebensmittelhandhabungsroboter 3 handelt es sich um einen Deltaroboter, der drei jeweils über Gelenke verbundene Arme 25 aufweist, mit denen ein Greifer 26 bewegt werden kann. Der Greifer 26 ergreift Lebensmittelportionen und legt diese insbesondere in Packungen ein oder auf andere Förderbänder auf. Bei einem Deltaroboter kann es beispielsweise zur Geräuscherzeugung in den Gelenken kommen, wenn diese abgenutzt oder nicht ausreichend geschmiert sind. Weiterhin kann es bei Kollisionen zur Geräuschentwicklung kommen. All diese Geräusche können durch das Mikrofonarray 24 erfasst und ausgewertet werden. In Ergänzung zum Mikrofonarray 24 ist eine Kamera 27, insbesondere eine CCD-Kamera, vorgesehen. Das Bild der Kamera 27 wird mit dem Schallbild des Mikrofonarrays 24 kombiniert und auf der Anzeige 28 dargestellt.
In 3 wird die Verwendung von Mikrofonarrays in einer Lebensmitteltransportvorrichtung 29 dargestellt. Bei der Lebensmitteltransportmaschine 29 handelt es sich um ein System, dem Lebensmittelportionen 30 in einem Zuführbereich 31 zugeführt werden, und in wenigstens einem Ausgabebereich 32 ausgeleitet werden. Dabei können die Lebensmittelportionen 15 über ein oder mehrere Zwischenstationen 33 bewegt werden, die innerhalb der Lebensmitteltransportmaschine 29 angeordnet sind. Bei den Zwischenstationen 33 kann es sich beispielsweise um Waagen oder Lebensmittelverarbeitungsvorrichtungen, z.B. Verpackungsmaschinen handeln. Details zu derartigen Lebensmitteltransportvorrichtungen 29 finden sich in der DE 10 2014 116 233 A1 und der DE 10 2014 106 400 A1 . Aufgrund der Vielzahl an beweglichen Bauteilen und Zwischenstationen 33, ist eine Überwachung von derartigen Lebensmitteltransportvorrichtungen 29 im Stand der Technik oft schwierig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können dafür Mikrofonarrays 34, 35, 36 verwendet werden, die in verschiedenen Bereichen der Lebensmitteltransportmaschine 29 vorgesehen sind. Dabei ermöglicht das Mikrofonarray 34 insbesondere die Erzeugung eines Schallbilds des Zuführbereichs 31. Das Mikrofonarray 35 ermöglicht die Erzeugung eines Schallbilds der Zwischenstation 33. Das Mikrofonarray 36 ermöglicht die Erzeugung eines Schallbilds des Ausgabebereichs 32.
Die Lebensmitteltransportvorrichtung 29 weist ein Bahnsystem 37 auf, das aus einer Vielzahl von Haupt- und Nebenspuren besteht, die durch Verzweigungen und Zusammenführungen miteinander verbunden sind, und die den Zuführbereich 31, die Zwischenstation 33 und den Ausgabebereich 32 miteinander verbinden. Auf dem Bahnsystem 37 laufen eine Vielzahl von einzelantreibbaren Movern 38, auf denen die Lebensmittelportionen angeordnet werden können. Insbesondere können die Movern 38 auf dem Bahnsystem 37 durch lineare Synchronmotoren angetrieben werden. Die Mikrofonarrays 34, 35, 36 können durch eine oder mehrere Kameras, insbesondere CCD-Kameras, ergänzt werden, so dass durch Überlagerung des Bildes der CCD-Kameras und des Schallbildes ein für den Bediener aussagekräftiges Bild des Zustands der Lebensmitteltransportvorrichtung 29 erstellt werden kann. Die erfindungsgemäße Verwendung der Mikrofonarrays 34, 35, 36 in der Lebensmitteltransportvorrichtung 29 ermöglicht nicht nur, dass Defekte oder Wartungsbedarf in der Maschine genau lokalisiert werden können, sondern auch, dass diese gegebenenfalls den Movern 38 und deren Positionen zugeordnet werden können.
Wie in den Ausführungsbeispielen gesehen werden kann, können mehrere Mikrofonarrays und Kameras entlang einer Schneidelinie oder Lebensmittelverarbeitungslinie eingesetzt werden. Dabei kann eine Kombination aus Frontal- und Draufsichtmessung, sowohl durch die Mikrofonarrays und Kameraanordnung als auch durch deren Auswertung erfolgen.
Die Mikrofonarrays und Kameras werden vorteilhafterweise an die örtlichen Gegebenheiten angepasst, indem eine geeignete Ausrichtung, Anpassung der Abstände zwischen den Mikrofonen, Frequenzfilterung und Nachbearbeitung beziehungsweise Filterung der Messergebnisse erfolgt.
In 4 ist ein zweidimensionales Mikrofonarray 4, das aus einer Anordnung von Mikrofonen 5 in Ringform besteht, in Vorderansicht dargestellt. Das Mikrofonarray 4 wird durch eine optische Kamera 7 ergänzt, die im Wesentlichen zentral im Mikrofonarray 4 angeordnet ist. Die Kamera 7 und das Mikrofonarray 4 bilden zusammen eine akustische Kamera. Insbesondere können die Kamera 7 und das Mikrofonarray 4 an einer gemeinsamen Trägerstruktur 39 angeordnet sein.
In 5 ist ein zweidimensionales Mikrofonarray 4 mit wiederum zentral angeordneter optischer Kamera 7 dargestellt. Die Mikrofone 5 des Mikrofonarrays 4 sind in Sternform angeordnet, und zwar in der vorliegenden Ausgestaltung entlang von drei im gleichen Winkelabstand angeordneten radialen Armen der Trägerstruktur 39.
In 6 ist ein zweidimensionales Mikrofonarray 4 dargestellt, dessen Mikrofone 5 in Rechteck-, insbesondere Quadratform, angeordnet sind. Zentral im Mikrofonarray 4 ist eine optische Kamera 7 angeordnet. Wiederum kann die Trägerstruktur 39 des Mikrofonarrays 4 und der Kamera 7 integral ausgeführt sein.
In 7 ist die Anordnung aus 6 in Draufsicht dargestellt. Hier kann deutlich gesehen werden, dass Mikrofone 5 des Mikrofonarrays 4 zweidimensional angeordnet sind.
Die beispielhaften Anordnungen aus 4, 5 und 6 können in den vorangehend diskutierten Ausführungsformen der Erfindung anstelle der darin offenbarten Mikrofonarrays 4, 6, 16, 23, 24, 34, 35 und/oder 38 eingesetzt werden. Die Auswahl des Mikrofonarrays hängt insbesondere von den erzeugten und zu erfassenden Geräuschen an der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung und von den Umgebungsgeräuschen ab.
In besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Maschinensteuerung der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung bezüglich der Mikrofonarrays und/oder Kameras angepasst. Insbesondere kann die Maschinensteuerung bestimmen, welche Positionen für die Mikrofonarrays und/oder Kamera vorteilhaft sind, und die Mikrofonarrays und/oder Kamera entweder automatisch in diesen Bereich bewegen oder den Bediener einen geeigneten Vorschlag machen. Insbesondere können damit die Mikrofonarrays und/oder Kameras in Bereichen angeordnet werden, in denen Unregelmäßigkeiten detektiert wurden, oder eine Komponente verändert wurde.
Die Maschinensteuerung kann auch eine Abfolge von Schritten in einem Einstellungs-, Einrichtungs-, Wartungs- und/oder Servicemenü vorgeben, die es dem Bediener ermöglichen, Störungen zu lokalisieren und zu beheben.
Weiterhin ist es möglich, dass die Steuerung Parameter in dem Maschinenbereich, in dem eine Veränderung des Schallbilds festgestellt wurde, verändert, oder Empfehlungen für veränderte Einstellwerte an den Bediener ausgibt. Zudem kann die Maschinensteuerung für die Messung nicht notwendige oder steuernde Hilfsantriebe abschalten oder einem Bediener Hinweise geben, dass Geräte und Anlagen in der Umgebung abgeschaltet werden sollten, damit eine verbesserte Erfassung des Schallbilds erfolgen kann.
Die Maschinensteuerung kann ausgelegt sein, selbständig Referenzmessungen vorzunehmen und diese als Referenzzustand zu hinterlegen. Diese Referenzmessungen können dann mit späteren Messungen im Rahmen der Auswertung verglichen werden. Beispielsweise kann die Maschinensteuerung dafür eine spezielle Drehzahl für die Antriebe festlegen. Weiterhin weist die Maschinensteuerung vorteilhafterweise eine Datenbank auf, in der Messeinstellungen für das Mikrofonarray und/oder die Kamera in Abhängigkeit von Betriebszuständen, Komponenten oder anlagenbezogenen Einstellwerten gespeichert und abrufbar vorgehalten werden.
Erfindungsgemäß wird auch der Vorteil erreicht, dass eine für Hygienebereiche vorteilhafte berührungslose Messung stattfinden kann. Die Messung kann dauerhaft oder nur in vorgebbaren Phasen erfolgen. Damit wird erfindungsgemäß die Bedienung der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung vereinfacht, weil eine umfassendere und bessere Erfassung der Betriebszustände möglich ist, die zudem den Betrieb der Vorrichtung nicht einschränkt. Damit können Störungen bei laufendem Betrieb und aus relativ großer Entfernung erkannt werden. Nachdem die Störungen durch die Mikrofonarrays genau lokalisiert werden, ist es möglich diese gezielt zu beheben. Weiterhin kann das Mikrofonarray auch im Rahmen der Optimierung von Bauteilen und Anlagen in Bezug auf Betriebsgeräusche eingesetzt werden. Generell werden durch den erfindungsgemäßen Einsatz des Mikrofonarrays Fehlersuchen beschleunigt und Stillstandszeiten reduziert. Durch die realitätsnahe Darstellung in Kombination mit einem Kamerabild wird die Orientierung des Bedien- und Servicepersonals auch bei komplexen Systemen erleichtert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004033568 A1 [0005]
DE 19518597 A1 [0005]
DE 19844870 A1 [0017]
DE 102014116233 A1 [0080]
DE 102014106400 A1 [0080]

Claims

Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29), mit einer Auswerteeinheit zum Überwachen des Betriebs der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29), gekennzeichnet durch ein Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38), das ausgelegt ist, von der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung erzeugte Betriebsgeräusche zu erfassen und als Signal auszugeben, wobei die Auswerteeinheit ausgelegt ist, aus dem Signal des Mikrofonarrays (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) ein Schallbild zu berechnen.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit ausgelegt ist, ein zweidimensionales Schallbild zu berechnen.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) und/oder eine zugeordnete Funktionseinheit eine Anzeige (8, 18, 28) aufweist, auf der das Schallbild angezeigt wird.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) und/oder eine ihr zugeordnete Funktionseinheit eine Kamera (7, 17, 27) umfasst, deren Bild mit dem Schallbild überlagert wird.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) in einer Ebene angeordnet ist, deren Normale vorteilhafterweise auf die Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) ausgerichtet ist.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) in einem Mindestabstand von 0,5 Meter bis 10 Meter zur zu überwachenden, potentiellen Schallquelle in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) angeordnet ist.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Mikrofonarrays (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38), insbesondere in unterschiedlicher Ausrichtung, vorgesehen sind, und die Auswerteeinheit oder mehrere Auswerteeinheiten ausgelegt sind, aus deren jeweiligen Signalen mehrere Schallbilder zu berechnen.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) verschieblich oder verschwenkbar gelagert ist.
Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) über der halben Höhe der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) angeordnet ist.
Verfahren zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29), gekennzeichnet durch Erfassen der Betriebsgeräusche der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) mittels eines Mikrofonarrays (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38), und Auswerten der von dem Mikrofonarray (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) erfassten Betriebsgeräusche um ein Schallbild zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Referenzmessung der Betriebsgeräusche durchgeführt wird, und eine Anzeige oder Bewertung des Schallbildes in Abhängigkeit der Ergebnisse der Referenzmessung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Steuerung der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) auf Basis des Schallbilds erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Verschleiß eines Bauteils der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) auf Basis des Schallbilds bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die zeitliche Veränderung des Schallbilds berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Position eines Bauteils der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) auf Basis des Schallbilds bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei in der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) wirkende Kräfte auf Basis des Schallbilds bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Erfassen der Betriebsgeräusche in einem stationären Zustand der Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei bei der Berechnung des Schallbilds eine Frequenzfilterung durchführt wird.
Verwendung eines Mikrofonarrays (4, 6, 16, 23, 24, 34, 35, 38) und einer zugeordneten Auswerteeinheit zur Überwachung einer Lebensmittelverarbeitungsvorrichtung (1, 2, 3, 29), insbesondere einer Lebensmittelaufschneidevorrichtung (1), einer Lebensmitteltransportvorrichtung (29), einer Lebensmittelhandhabungsvorrichtung, einer Lebensmittelverarbeitungslinie, oder einer Verpackungsmaschine.