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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten oder Lebensmitteln, insbesondere zum Schneiden von Früchten, mit einem Schneidmittel zum Schneiden des landwirtschaftlichen Produktes, mit einer Führungseinrichtung zur Darstellung einer Relativbewegung zwischen dem Schneidmittel und dem landwirtschaftlichen Produkt, sodaß an oder in dem landwirtschaftlichen Produkt eine Schneidbahn ermöglicht ist, mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung der Führungseinrichtung, mit einer Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte und Umsetzen der Meßwerte in einen maschinenlesbaren Code für die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Ansteuerung der Führungseinrichtung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Zentralrecheneinheit mit zumindest einem Datenspeicher zur Steuerung der Vorrichtung gemäß Anspruch 22.
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Schneidvorrichtungen unter denen auch Schälvorrichtungen für Früchte und dergleichen subsummiert sein sollen, werden in verschiedenen Bereichen der Lebensmittelverarbeitung zum Zerschneiden von Früchten oder Fleisch oder von Produkten aus diesen Naturstoffen eingesetzt und sind durch die
DE 42 28 068 A1 oder die
DE 199 81 456 B4 bekannt. Gattungsbildend sei hier die
DE 10 2007 017 899 B4 der Anmelderin genannt, die das Schneiden von Lebensmittelmaterial mit Hilfe eines Schneidmittels aus einem Hochdruck-Fluidstrahl oder einem hochenergetischen Lichtstrahl beschreibt.
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Die hieraus und allgemein bekannte Technik des Wasserstrahlschneidens ermöglicht die Herstellung von Produkten mit gleichen, definierten geometrischen Formen, die beispielsweise ein nachfolgendes Verarbeiten des Lebensmittels oder der Früchte z.B. beim Trocknen deutlich erleichtert. Besonders bei Früchten besteht oft der Wunsch eines Verarbeiters oder eines Endkunden, aus einer Fruchtscheibe oder aus einer ganzen Frucht ein Fruchtstück in einer vorgegeben Form herauszuschneiden. Als Form kommt z.B. eine geometrische Figur, wie ein Stern oder eine Außenkontur eines Gegenstandes oder eines Tieres in Betracht, um etwa Früchte für Kinder attraktiver zu gestalten.
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Auch kann es Ziel eines Schneidvorganges sein, eine Fruchtfleisch-Scheibe in mehrere, möglichst annähernd gleich große Fruchtstücke zu zerschneiden. Dabei kann z.B. der Durchmesser einer Öffnung eines Verpackungsbehälters, wie beispielsweise eines Glases oder einer Konservendose, durch welche die Fruchtstücke passen müssen, die Größe der herauszuschneidenden Fruchtstücke vorgeben.
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Unter Schneiden sei auch der Vorgang des Schälens einer Frucht oder dergleichen involviert.
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Das Verfahren bietet wesentliche Vorteile hinsichtlich der Präzision der Schnittführung und der Hygiene gegenüber anderen Schneid- oder Schälverfahren.
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Zur Durchführung des Schneidens mit der Vorrichtung sind mehrere Arbeitsschritte, die bisher nur teilweise automatisiert sind, notwendig. So sind die landwirtschaftlichen Produkte vorzusortieren, sie müssen der Vorrichtung zugeführt und in ihr definiert eingespannt oder angeordnet werden.
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Die landwirtschaftlichen Produkte müssen anschließend optisch erfaßt, insbesondere vermessen werden und die genannten Daten in einen maschinenlesbaren Code compiliert werden.
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Anschließend wird nach einem definierten Muster das landwirtschaftliche Produkt geschnitten und/oder geschält. Zum Schälen und Schneiden wird das landwirtschaftliche Produkt meist manuell in der Führungseinrichtung fixiert. Die Führungseinrichtung gestattet eine einachsige Bewegung (Drehung). Der Schneidstrahl wird anschließend mit Hilfe einer x, y-Steuerung in mindestens einer Achse, vorzugsweise in zwei Achsen so bewegt, daß die definierte oder von der Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung des landwirtschaftlichen Produktes und/oder der Steuerungs-und/oder Regelungseinrichtung berechnete Schnittfolge erreicht werden kann. Dabei wird das landwirtschaftliche Produkt inkremental entsprechend der Lage der gewünschten Schnitte weitergedreht.
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Die bisher bekannten Verfahren gemäß des Standes der Technik zeichnen sich durch eine komplexe Programmierung der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung und einer langen Bearbeitungsdauer des landwirtschaftlichen Produktes aus. Fehlstellen an dem landwirtschaftlichen Produkt werden zudem nicht immer erkannt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art anzugeben, die ein präzises, hygienisches und sicheres, sowie rasches Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten ermöglicht, mit der ein Schneidverfahren darstellbar ist, das insgesamt in eine Produktionskette integrierbar ist und die von einer Bedienperson ohne spezielle Programmierkenntnisse bedient werden kann.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einer Zentralrecheneinheit mit zumindest einem Datenspeicher gemäß Anspruch 22 gelöst.
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Dadurch daß die Vorrichtung zum Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten eine Zentralrecheneinheit aufweist, die zumindest einen Datenspeicher umfaßt und daß die Zentralrecheneinheit mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung der Führungseinrichtung und des Schneidmittels so funktional verbunden ist, daß der Schneidvorgang des landwirtschaftlichen Produktes nach Maßgabe von in dem Datenspeicher zumindest abgespeicherten Qualitätsmerkmalen des landwirtschaftlichen Produktes und/oder von abgespeicherten physikalischen Eigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes und/oder von Stoffeigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes, die während und nach dem Schneidvorgang erreicht werden sollen, gesteuert ist, ist eine technische Maßnahme angegeben, den gesamten Schneidvorgang durch Anpassung der Führung der Schneidmittel und des Betriebes der Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung des landwirtschaftlichen Produktes so ständig zu optimieren, daß ein Schneidverfahren darstellbar ist, das insgesamt wenig Zeit in Anspruch nimmt, das aufgrund seines gesteigerten Automatisierungsgrades einfacher von einer Bedienperson zu führen ist und bei ökonomisch optimaler Nutzung des landwirtschaftlichen Produktes ein präzise geschnittenes, hygienisch unbedenkliches Endprodukt ergibt.
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Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet die Vorrichtung als Schneidmittel einen Schneidstrahl aus einem hochenergetischen Lichtstrahl oder einem Partikel- oder Flüssigkeitsstrahl. Hierbei weist die Führungseinrichtung eine zumindest in zwei Richtungen bewegbare Düse auf, aus welcher der Schneidstrahl mündet. Die Führungseinrichtung weist eine Halteeinrichtung für das landwirtschaftliche Produkt auf, mit welcher das landwirtschaftliche Produkt um zumindest eine Achse, die mit einem Winkel zu dem Schneidstrahl ausgerichtet ist, bewegbar ist.
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Dadurch ist die erzielbare Schnittqualität verbessert, sowie eine individuelle Schnittführung und minimale Produktverluste ermöglicht.
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Wird das landwirtschaftliche Produkt mit Hilfe der Führungseinrichtung um die Achse gedreht, können ganze Früchte geschält werden. Dabei muss lediglich die Düse in einer Ebene bewegt werden.
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Die Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte ist mit einem Bilderkennungs- und -verarbeitungsalgorithmus programmiert, welcher das von dem landwirtschaftlichen Produkt erzeugte Bild bzw. dessen digitale Daten auswertet. Beispielsweise kann die Einrichtung die Lage und Erstreckung einer Fruchtscheibe aufgrund des Kontrastunterschiedes zwischen der Fruchtscheibe und einem -förderband, auf welchem die Fruchtscheibe liegt, ermitteln. Dadurch ist die Aussenkontur der Fruchtscheibe bekannt.
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Soll nun eine bestimmte Form aus dieser Fruchtscheibe herausgeschnitten werden, beispielsweise ein Stern, so entspricht die von der Einrichtung berechnete Schneidbahn der Außenkontur diese Sternes. Die Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte verändert die Ausrichtung dieser sternförmigen Schneidbahn so gegenüber der Fruchtscheibe, daß möglichst wenig Verschnitt anfällt. Gegebenenfalls kann die Größe der herauszuschneidenden Form auch an die Erstreckung der Fruchtscheibe angepaßt und entsprechend gegenüber der Grundform unter Beibehaltung der Seitenverhältnisse vergrößert oder verkleinert werden. Die Schneidbahn kann auch an die Beschaffenheit des landwirtschaftlichen Produktes oder der Fruchtscheibe angepaßt werden.
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Handelt es sich bei dem zu schneidenden landwirtschaftlichen Produkt um Früchte, so können Bereiche unterschiedlicher Beschaffenheit, beispielsweise abhängig von der Fruchtart, durch die Schale der Frucht, des Fruchtfleisches, durch den Fruchtkern oder einen aus einer Vielzahl von Fruchtkernen gebildeten Mittelbereich oder auch durch Bereiche minderer Qualität, die in Form von Druckstellen oder auch in Form von bereits verdorbenen Bereichen vorliegen, gebildet sein.
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Bei Früchten mit einer Fruchtschale kann einerseits der Wunsch bestehen, jeweils eine ganze Frucht in Stücke zu schneiden. Andererseits soll häufig bei bereits geschnittenen Fruchtscheiben, welche noch die Fruchtschale und/oder ein Teil des Fruchtkernes umfassen, das Fruchtfleisch durch Schneiden von der Fruchtschale und/oder dem Fruchtkern getrennt werden. Da die Führungseinrichtung das Drehen einer Frucht ermöglicht, kann ein gesamtes Oberflächenbild der Frucht erzeugt werden, wodurch beispielsweise Fehl- oder Druckstellen detektierbar sind.
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Es kann die Farbe und Farbverteilung auf der Frucht detektiert werden. Zudem läßt sich die Außenkontur einer Frucht berechnen.
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Durch Berechnung entsprechender Schneidbahnen kann dann die ganze Frucht mittels eines Schneidstrahles geschält werden.
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Dabei können zu jedem Zeitpunkt weitere Bilder der Frucht aufgenommen werden. So kann stets geprüft werden, ob die freigelegte, von der Fruchtschale befreite Fruchtscheibe noch unerwünschte Bereiche zu erkennen gibt. Von diesen kann dann eine weitere Schicht mit dem Schneidstrahl abgetragen werden. Dann kann erneut eine Bildaufnahme gefolgt von einem Schnitt erfolgen, wobei dies solange wiederholt werden kann, bis das Gesamtbild der Oberfläche der Frucht eine einheitliche Erscheinung hat.
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Die Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte ermittelt mittels des Bilderkennungs- und -verarbeitungsalgorithmus unter Anwendung intelligenter Analysemethoden den Grenzverlauf zwischen dem Fruchtfleisch und der Schale der Frucht, wobei dieser Grenzverlauf sowohl der Außenkontur des Fruchtfleisches als auch der Innenkontur der Fruchtschalte entspricht. Die Kontur-Schneidbahn sollte in diesem Fall also etwas weiter innen verlaufend berechnet werden, als der tatsächliche Grenzverlauf zwischen Fruchtfleisch und -Schale.
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Auf diese Weise ist gewährleistet, daß nach dem Schneiden keine Schalenreste am Fruchtfleisch verbleiben. Die Kontur-Schneidbahn, die dafür berechnet wird, um den Teil des Fruchtkerns von dem Fruchtfleisch zu trennen, sollte dementsprechend derart berechnet werden, dass sie etwas weiter außen neben der Außenkontur des Fruchtfleisches verläuft.
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Weist das Fruchtfleisch verdorbene Stellen auf, welche nicht weiter verwertbar sind, so erscheinen auch derartige Bereiche im aufgenommenen Bild des Schneidgutes in einer gegenüber anderen Bereichen verschiedenen Farbtönung. Dadurch kann dieser Bereich oder diese Bereiche von der Einrichtung zur Vermessung von dem oder den Bereichen verwertbaren Fruchtfleisches unterschieden werden. Somit kann die Einrichtung auch im Hinblick auf die betreffenden verdorbenen Stellen eine entsprechende Schneidbahn berechnen.
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Die Einrichtung zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte kann einen CMOS-Sensor oder einen CCD-Sensor aufweisen. Auf diese Weise können digitale Bilder dann für die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung weiterverwendet werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird bei dem Schneidvorgang des landwirtschaftlichen Produktes ein Vergleich der in dem Datenspeicher für ein jeweiliges Schneidinterall abgespeicherten Soll-Daten in Form von Qualitätsmerkmalen (Schnitttoleranz) und/oder physikalischen Eigenschaften und/oder der Stoffeigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes und aktuell gemessener Werte des Schnittverlaufes oder Schälverlaufes durchgeführt und eine Regelabweichung am Ende eines jeweiligen Intervalls durch die Zentralrecheneinheit und/oder die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung durchgeführt.
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Die Regelabweichungen werden in dem Datenspeicher gespeichert und können als Grundlage für eine machine-learning-Funktion und insbesondere als deep-learning-Funktion der Schnittführung der Führungseinrichtung und der Führungseinrichtung und der Halteeinrichtung bei einem nachfolgenden Schneid- oder Schälvorgang herangezogen sein.
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Statistische und mechanistische Funktionen können hinzukommen oder diese ersetzen. Es findet also eine Selbstoptimierung des durch die Vorrichtung durchgeführten Verfahrens statt.
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Als Qualitätsmerkmale gelten neben der toleranzarmen Schnittführung auch die Homogenität der Struktur der geschnittenen landwirtschaftlichen Produkte, mithin das akribische Entfernen von Fehlstellen aller Art an dem landwirtschaftlichen Produkt, aber auch das Auflösungsvermögen der Bilderzeugungs- und -verarbeitungseinrichtung.
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Bei Unterschreiten einer Regelabweichung der gemessenen Parameter und Eigenschaften des geschnittenen oder geschälten landwirtschaftlichen Produktes von dem in dem Datenspeicher abgespeicherten Parametern und Eigenschaften über die Bearbeitungsdauer wird von der Zentralrecheneinheit und/oder der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung keine Änderung des Schneidvorganges vorgenommen.
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Die Regelabweichung kann anstatt von der Zentralrecheneinheit von einer weiteren, zweiten Recheneinheit ermittelt werden und in dem Datenspeicher abgespeichert werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung werden die gemessenen Regelabweichungen der einzelnen Parameter und Eigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes über die Bearbeitungsdauer produktspezifisch und spezifisch für die verschiedenen Intervalle des Schneidvorganges in einem Datenspeicher abgespeichert.
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Bevorzugt werden die Regelabweichungen in dem Datenspeicher der Zentralrecheneinheit oder in einem Datenspeicher der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung und/oder dem Datenspeicher der zweiten Recheneinheit abgespeichert. Dadurch wird ein redundantes System für die Steuerung des Schneidvorganges geschaffen und die Betriebssicherheit verbessert.
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Bevorzugt werden die während eines Schneid- oder Schälvorganges gemessenen Parameter des landwirtschaftlichen Produktes und dessen betreffende Schnittführung zumindest in diskreten Abständen in dem oder den Datenspeichern abgespeichert. Dadurch ergibt sich eine mehrdimensionale Matrix von Werte-Abhängigkeiten, die als Grundlage für die Optimierung oder die Durchführung nachfolgender Schneidprozesse dienen und von der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung oder der Zentralrecheneinheit herangezogen werden kann.
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Vorzugweise werden die erhobenen und abgespeicherten Werte der genannten Parameter mit den je Schneidintervall voreingegebenen Werten von der Zentralrecheneinheit verglichen und ein nachfolgender Schneidvorgang oder Schneidverlauf daran angepaßt.
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Um einen weiteren Optimierungsschritt beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisieren zu können, kann es vorteilhaft sein, die in den Datenspeichern abgespeicherten Sollwerte der Parameter des landwirtschaftlichen Produktes und die entsprechenden, ermittelten Regelabweichungen mit in einer cloud (internet of things) verfügbaren Daten betreffend den Schneidvorgang und der Parameterführung darin abzugleichen und/oder zu aktualisieren.
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Es kann daher vorteilhaft sein, zumindest vor der Durchführung eines Schneidverfahrens, Parameterführungen über einen von Interesse seienden Schneidprozess teilweise oder ganz aus Quellen einer cloud heranzuziehen und in den Datenspeichern oder zumindest in dem Datenspeicher der Zentralrecheneinheit temporär oder dauerhaft abzuspeichern. Eine Plausibilisierung der abgespeicherten Daten, vor deren Weiterverwendung, ist vorgesehen.
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Vor oder während oder nach dem Schneiden des landwirtschaftlichen Produktes werden Daten betreffend die Steuerung des Bearbeitungsverlaufes von der cloud oder einem Serversystem übertragen.
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Als Qualitätsmerkmale oder Stoffeigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes dienen geometrische Größen und/oder Fehl- und Faulstellen und/oder Farben und Farbverteilungen des landwirtschaftlichen Produktes.
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Die Aktualisisierung dieser Daten kann somit auch durch die Bereitstellung von Daten einer oder vieler Betriebe, die Wasserstrahl- oder andere Schneidverfahren durchführen, über das Serversystem erfolgen. Die cloud kann somit auch zur Überprüfung der Prozessgüte herangezogen werden.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Führungseinrichtung für die landwirtschaftlichen Produkte auch einen Roboter, der beispielsweise die landwirtschaftlichen Produkte der Vorrichtung zuführt oder entnimmt. Der Roboter kann auch die Führungseinrichtung und die Halteeinrichtung ersetzen, sodaß mehrere Bearbeitungsschritte, vorzugweise alle Bearbeitungsschritte des Schneidens und/oder Schälens und vor- und nachgelagerter Schritte der Bearbeitung des landwirtschaftlichen Produktes mit Hilfe des Roboters durchgeführt werden können.
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Er kann auch lediglich als kollaborativer Roboter gebildet sein, der die Führungs- und/oder Halteeinrichtung ergänzt oder teilweise ersetzt.
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Der Roboter oder der kollaborative Roboter ist von der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung oder der Zentralrecheneinheit angesteuert, daß abgespeicherte Qualitätsmerkmale und geometrische Parameter der Schnittführung in dem landwirtschaftlichen Produkt zur Steuerung des Roboters in einem nachfolgenden Schneidverlauf herangezogen werden können und er im Sinne einer machine-learning Funktion seine Arbeitsqualitäten verbessern kann. Beispielsweise kann die Positioniergeschwindigkeit, in der er das landwirtschaftliche Produkt greift und der Schneiddüse zuführt, erhöht werden, mithin der gesamte Prozessablauf verkürzt werden.
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Vorteilhaft wird die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung mit der Zentralrecheneinheit durch ein Bussystem oder Ähnliches verbunden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen, nicht maßstäblichen vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten oder Lebensmitteln,
- 2 einen horizontalen Schnitt der Schneidvorrichtung von 1 entlang der Schnittlinie I - I,
- 3 einen schematischen, nicht maßstäblichen vertikalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten oder Lebensmitteln, wobei Fruchtfleisch aus einer Fruchtscheibe herausgeschnitten werden soll; und
- 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung von der Schnittlinie III - III in 3 gesehen.
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In 1 ist in einem Vertikalschnitt eine Vorrichtung 1 zum Schneiden von landwirtschaftlichen Produkten 2, hier von Mango-Früchten, gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist ein gasdichtes, kubusartiges Gehäuse 21 auf, welches einen Schneidraum 22 definiert. Das Gehäuse 21 weist auf einer Seite einen Zuführbereich 23 auf, über welchen Mango-Früchte 2 in den Schneidraum 22 eingebracht werden können. Zur Aufrechterhaltung der Gasdichtheit des Gehäuses 21 ist der Zuführbereich 23 als Schleuse ausgebildet.
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Dem Zuführbereich 23 gegenüberliegend ist an dem Gehäuse 21 ein Abgabebereich 23', durch welchen geschnittene Mango-Früchte 2 aus dem Schneidraum 22 abgegeben werden können, angeordnet. Auch der Abgabebereich 23' ist zur Aufrechterhaltung der Gasdichtheit des Gehäuses 21 als Schleuse ausgebildet.
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Zwischen dem Zuführbereich 23 und dem Abgabebereich 23' erstreckt sich im Schneidraum 22 ein Bandförderer 24 mit einem Fördergurt 25, welcher in der Art einer durchlässigen, netzartigen Struktur ausgebildet ist. Der Fördergurt 25 ist also mit einer Vielzahl an Öffnungen versehen.
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Im Zuführbereich 23 des Gehäuses 21 ist ein Zuführ-Bandförderer 26 und im Abgabebereich 23' des Gehäuses 21 ist ein Abgabe-Bandförderer 27 angeordnet.
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Unterhalb des Bandförderers 24 ist eine Wanne 28 vorgesehen, deren Umfangswand dicht neben den Wänden des Gehäuses 21 verläuft.
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Das Gehäuse 21 weist außerdem einen Anschluß 29 auf, über welchen dem Schneidraum 22 aus einer hier nicht dargestellten Schutzgasquelle ein Schutzgas in Form beispielsweise von Stickstoff oder Kohlendioxid oder einem geeigneten Edelgas zugeführt werden kann, sodass der Schneidvorgang im Schneidraum 22 unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden kann.
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Das Gehäuse 21 hat sich gegenüberliegende Seitenwände 30, 31, die senkrecht verlaufen, welche ihrerseits den Zuführbereich 23 bzw. den Abgabebereich 23' aufweisen. Wie 2 zeigt, sind an den Seitenwänden 30, 31 etwas oberhalb des Bandförderers 24 jeweils ein erster Teil 32 und ein zweiter Teil 32' einer Halteeinrichtung 12 für die Mango-Frucht 2 vorgesehen. Jeder Teil 32, 32' umfaßt einen Haltestempel 33, 33', welcher jeweils an der Stirnseite einer Haltestange 34, 34' angeordnet ist. Jede Haltestange 34, 34' ihrerseits ist mittels eines Servomotors in ihrer Längsrichtung verfahrbar und um ihre Längsachse drehbar gebildet. Zudem kann jede Haltestange 34, 34' in vertikaler Richtung verfahren werden. Die Halteeinrichtung 12, die Haltestangen 34, 34' und die Haltestempel 33, 33'sind Teile einer Führungseinrichtung 4 zu Darstellung einer Relativbewegung zwischen einem Schneidmittel 3, in Form einer Düseneinheit 11 und dem landwirtschaftlichen Produkt 2.
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Die Düse 11, oder Schneidmittel 3, ist oberhalb des Zuführbereiches 23 und des Abgabebereiches 23' in dem Schneidraum 22 angeordnet. Das Schneidmittel 3 umfaßt ein längs einer Führungsstange 35 in beiden Richtungen verfahrbares Gehäuse 36. Zum Bewegen des Gehäuses 36 weist dieses einen Servomotor auf. Außerdem trägt das Gehäuse 36 die Düse 11, welche als Hochdruckdüse gebildet ist und über eine Fluidleitung 37 mit einem Kompressor 38 in Verbindung steht. Die Fluidleitung 37 führt Schneidfluid, wie Wasser, Alkohol oder ein Gemisch von beiden. Die Hochdruckdüse 11 gibt einen Schneidstrahl 10 ab, der zum Schneiden des landwirtschaftlichen Produktes 2 geeignet ist.
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Die Düse 11 kann mittels eines Elektromotors so bewegt werden, daß der Schneidstrahl 10 innerhalb eines Schneidkegels verlaufen kann. Das landwirtschaftliche Produkt 2 kann um die Achse X, die mit einem Winkel β zu dem Schneidstrahl 10 ausgerichtet ist, rotieren.
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Der Schneidkegel ist in 1 durch die den Schneidstrahl 10 flankierenden, gepunkteten Linien angedeutet.
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Die Führungsstange 35, auf welcher die Düse 11 angeordnet ist, verläuft senkrecht zu den Gehäusewänden 30, 31 des Gehäuses 21 und wird an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils von einem Führungsglied 39, 39' gehalten, welche ihrerseits auf einer Führungsstange 40, 40' verfahrbar angeordnet sind.
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Dazu sind die Führungsstangen 40, 40', die zwischen den Wänden des Gehäuses 21 und senkrecht dazu verlaufen, als Gewindestangen ausgebildet, die mittels eines jeweils zugehörigen Elektro- oder Servomotors 41, 41' um ihre Längsachse verdreht werden können.
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Die Führungsglieder 39, 39' sitzen mit einem entsprechenden Gewinde auf Außengewinden der Führungsstangen 40, 40', sodaß sie bei einer entsprechenden Verdrehung der Führungstangen 40, 40' auf diesen entlangfahren.
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Damit die durch die Führungsstange 35 starr miteinander verbundenen Führungsglieder 39, 39' nicht verkanten können, sind die Elektromotoren 41, 41' synchronisiert.
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Die Halteeinrichtung 12 für das landwirtschaftliche Produkt 2 ist Teil der Führungseinrichtung 4, welche außerdem die Düse 11, die Führungstange 35 mit den Führungsgliedern 39, 39', die Führungstangen 40, 40' und die Elektro- bzw. Servomotoren 41, 41' umfaßt.
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Durch die Führungseinrichtung 4 ist eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Mango-Frucht 2 und dem Schneidstrahl 10 möglich, um eine Schneidbahn 5 in dem landwirtschaftlichen Produkt 2 darstellen zu können.
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Auf der Innenseite der Decke des Gehäuses 21 (vgl. 3) ist eine Einrichtung 7 zur Vermessung und optischen Erfassung der landwirtschaftlichen Produkte 2 angeordnet, welche mit einem CMOS-Sensor oder einem CCD-Sensor ausgestattet ist und ein digitales Bild erzeugen kann. Die Einrichtung 7 hat ein durch gepunktete Linien angedeutetes Erkennungsfeld, welche die Mango-Frucht 2 in der Halteeinrichtung 12 erfaßt.
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Die Einrichtung 7 kommuniziert über eine Datenleitung 42 mit einer Zentralrecheneinheit 8, die funktional mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 verbunden ist, die die Führungseinrichtung 4 ansteuert.
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Die Zentralrecheneinheit 8 weist eine intelligente Bilderzeugungs- und - verarbeitungseinrichtung 19 mit einem Bilderkennungs- und -verarbeitungsalgorithmus auf und erkennt die Lage und Erstreckung der unterschiedlichen Fruchtbereiche, nämlich die Lage und Erstreckung der Fruchtscheibe 43 (vgl. 3 und 4), deren Fruchtschale 44, einen Fruchtkern und eine Druckstelle oder Fehlstelle 18 in der Fruchtscheibe 43 anhand der von der Einrichtung 7 übermittelten digitalen Bilder und erstellt auf deren Grundlage einen Steuersignalsatz zur Steuerung der Düse 11.
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Die Zentralrecheneinheit 8 weist einen Datenspeicher 9 auf, und ist mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 so funktional verbunden, daß der Schneidvorgang des landwirtschaftlichen Produktes 2 nach Maßgabe von in dem Datenspeicher 9 abgespeicherten physikalischen Produkteigenschaften und/oder Stoffeigenschaften, die nach dem Schneiden erreicht sein sollen (Schneidtoleranzen) gesteuert ist.
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Der Schneidvorgang findet mithin automatisch und ausgerichtet an die genannten Charakteristiken und Merkmale des landwirtschaftlichen Produktes 2 statt.
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Abgesehen von der Möglichkeit, daß die Vorrichtung 1 die Mango-Frucht 2 von ihrer Fruchtschale 44 befreien kann, kann die Vorrichtung 1 auch zum weiteren Schneiden von Fruchtscheiben 43, welche mit Schale 44 und einem Teil des Fruchtkerns 45 aus einer Frucht geschnitten werden, eingesetzt werden.
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In 4 ist ein Schnitt III-III in 3 und eine Draufsicht u.a. auf zwei Fruchtscheiben 43 gezeigt. Die Fruchtscheiben 43 weisen noch den sie umgebenden Teil der Fruchtschale 44 auf und einen Teil des Fruchtkernes 45. Ferner ist auf einer Fruchtscheibe 43 die Druckstelle oder Fehlstelle 18 zu erkennen, die sich radial nach innen in Richtung auf den Fruchtkern 45 erstreckt. Ziel ist es hier, das Fruchtfleisch von der Fruchtschale 44, dem Fruchtkern 45 und dem Bereich der Druck- oder Fehlstelle 18 zu trennen, sodaß nach dem Schneidvorgang eine Scheibe vorliegt, welche nur aus genießbarem Fruchtfleisch besteht.
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Dazu werden die Fruchtscheiben 43 mit Abstand zueinander auf den Bandförder 24 in das Meßfeld der Einrichtung 7 gefördert. Die Bilderkennungs- und - verarbeitungseinheit 19 erstellt ein Bild der Fruchtscheibe 43 und sendet dieses der Zentralrecheneinheit 8. Sollen landwirtschaftliche Produkte 2 geschnitten werden, welche in der Art und/oder der Optik der Fruchtscheibe 43 entsprechen, ist es in der Regel ausreichend, wenn ein einziges Bild erstellt wird.
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Aufgrund der in unterschiedlichen Farbtönen erscheinenden Bereiche der Fruchtschale 44, der Fehlstelle 18, des Fruchtkernes 45 und des Fruchtfleisches erkennt die mit dem Bildverarbeitungs- und -erkennungsalgorithmus programmierte Bilderzeugungs- und -verarbeitungseinrichtung 19 neben den geometrischen Größen a, b der Mango-Frucht 2 insgesamt, die Längen und die Erstreckung der unterschiedlichen Fruchtbereiche, die Lage und die Erstreckung des Fruchtkernes 45, des Fruchtfleisches, der Fehlstelle 18, sowie der Fruchtschale 44. Daraus leitet die Zentralrecheneinheit 8 mehrere Schneidbahnen 5 ab.
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Um den Fruchtkern 45 von dem Fruchtfleisch zu trennen, berechnet die Zentralrecheneinheit 8 eine Schneidbahn 5, welche etwas radial außen benachbart zur Kontur des Fruchtkernes 45 verläuft. Diese Schneidbahn 5 ist in 4 gepunktet angedeutet.
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Ebenso erkennt die Zentralrecheneinheit 8 anhand der Einrichtung 7 erstellten Bilddateien die Grenze zwischen Fruchtfleisch und Fruchtschale 44. Daraus berechnet die Zentralrecheneinheit 8 eine weitere Schneidbahn, welche in Bezug auf die Fruchtschale 44 etwas radial nach innen versetzt verläuft. Entsprechend erkennt die Zentralrecheneinheit 8 auch die Grenze zwischen dem Fruchtfleisch und dem Bereich der Fehlstelle 18, in welchem verdorbenes Fruchtfleisch vorliegt und berechnet dazu eine dritte Schneidbahn, welche nach innen versetzt benachbart zur Kontur des Bereichs der Fehlstelle 18 verläuft.
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Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 steuert nun die Servo- oder Elektromotoren der Führungseinrichtung 4 an, wodurch die Düse 11 oberhalb der Fruchtscheibe 43 der berechneten Schneidbahn folgt. Der Schneidstrahl 10 trennt somit das Fruchtfleisch aus der Fruchtscheibe 43 heraus. Durch die Öffnungen im Fördergurt 25 des Bandförderers 24 kann die Flüssigkeit, aus welcher der Schneidstrahl 10 besteht, in die Wanne 28 abfließen.
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Als Schneidstrahl 10 kann auch ein Laserstrahl dienen. In diesem Fall ist anstelle der Düse 11 eine Quelle für Laserlicht vorgesehen.
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Um eine Steigerung der Schnittqualität zu erreichen und Verringerung des Materialverlustes an dem landwirtschaftlichen Produkt 2 bei dem Schneidvorgang zu bewirken, ist vorgesehen, daß zumindest ein intervallartiger Vergleich der in dem Datenspeicher abgespeicherten Qualitätsverluste (Schnitt-Toleranzen) und/oder der physikalischen Eigenschaften und/oder der Stoffeigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes 2 und aktuell gemessener Werte dieser Parameter und Eigenschaften - durch eine Ermittlung der Regelabweichungen somit - von der Zentralrecheneinheit 8 und/oder der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 ermittelt ist. Dabei werden insbesondere als Parameter auch Schnittparameter a, b geometrischer Art oder der verwendeten Düse 11, des Druckes und der Abfolge der Strahlführung gespeichert.
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Bei Unterschreiten einer definierten Regelabweichung der gemessenen Parameter und Eigenschaften des geschnittenen oder geschälten landwirtschaftlichen Produktes 2 von den in dem Datenspeicher 9 abgespeicherten Parametern und Eigenschaften über die Bearbeitungsdauer wird von der Zentralrecheneinheit 8 und/oder der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 keine Änderung des Schneidvorganges vorgenommen. Somit lassen sich die Endqualitäten des geschnittenen landwirtschaftlichen Produktes 2, automatisch geregelt, erreichen.
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Zur Ermittlung der Regelabweichung ist bevorzugt eine weitere, zweite Recheneinheit 13 vorgesehen. Diese speichert die gemessenen Regelabweichungen über die Bearbeitungsdauer produktspezifisch in dem Datenspeicher 9 ab. Die Regelabweichungen lassen sich auch in einem Datenspeicher 14 der Steuer—und/oder Regelungseinrichtung 6 und/oder in einem Datenspeicher 15 der zweiten Recheneinheit 13 abspeichern.
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Auch die gemessenen Parameter des landwirtschaftlichen Produktes 2, wie die Farbverteilung an deren Oberfläche, deren Maße, Gewichte, Dichteverteilung und dergleichen, lassen sich in diskreten Zeitintervallen in den Datenspeichern 9, 14 und 15 abspeichern.
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Die Regelabweichungen können als Grundlage für eine machine-learning-Funktion und insbesondere als deep-learning-Funktion eines Steuer- und/oder Regelalgorithmus für die Steuerung der physikalischen Parameter des Prozesses, also zur Selbstoptimierung des von der Vorrichtung 1 durchgeführten Schneidverfahrens dienen.
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Statistische und mechanistische Funktionen können hinzukommen oder diese ersetzen.
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Durch die Implementierung eines Cloudsystems 16 können die in den Datenspeichern 9, 14, 15 abgespeicherten Parameter und Eigenschaften des landwirtschaftlichen Produktes 2 nach dem Schneid- oder Schälverfahren mit in der cloud 16 oder einem, mit dieser verbundenen Serversystem 17 oder nur in einem Serversystem 17 vorhandenen Daten verglichen werden oder verfügbar gemacht werden. Die Aktualisierung dieser Daten kann auch durch die - Bereitstellung von Daten eines oder vieler -Betriebe, die eine derartige Vorrichtung 1 betreiben, erfolgen. Dadurch wird ein mit der Vorrichtung 1 durchgeführtes Schneid- oder Schälverfahren effizienter und kann optimal an einen Kundenwunsch angepaßt werden.
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Die cloud 16 kann auch zur Überwachung der Prozessgüte des Schneidverfahrens dienen.
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Zu der Führungseinrichtung 4 kann auch ein Roboter 20 mit beispielsweise auf das System abgestimmter Bildverarbeitung gehören. Dieser Roboter 20 kann den Zuführ-Bandförderer 26 und/oder den Abgabe-Bandförder 27 ersetzen oder unterstützen, indem landwirtschaftliche Produkte 2 mit Hilfe dessen vorsortiert oder nach dem Schneiden weitertransportiert werden. In dieser Ausführungsform ist es ein kollaborativer Roboter 20. Er kann jedoch für die Durchführung von wesentlich mehr Aufgaben als Roboter 20 allgemein eingesetzt sein und hierbei die Führungseinrichtung 4 und die Halteeinrichtung 12 ersetzen bzw. deren Aufgaben temporär oder dauerhaft übernehmen.
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Die Einrichtung 7 zur Vermessung wird in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 so gebildet, daß ein Vorsortieren der landwirtschaftlichen Produkte entfallen kann, da Fehl- und Faulstellen 18 direkt miterfaßt und berücksichtigt werden. Sie ist in die machine-learning Funktion oder die von der cloud 16 oder dem Serversystem 17 unterstützte deep-learning - Funktion eingebunden.
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Zu den landwirtschaftlichen Produkten 2 zählt z.B. auch Fruchtleder, Teig oder andere Lebensmittel, wie Käse und dergleichen mehr
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Vorrichtung zum Schneiden
- (2)
- Produkt, landwirtschaftlich, Lebensmittel
- (3)
- Schneidmittel
- (4)
- Führungseinrichtung
- (5)
- Schneidbahn
- (6)
- Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
- (7)
- Einrichtung zur Vermessung
- (8)
- Zentralrecheneinheit
- (9)
- Datenspeicher
- (10)
- Flüssigkeitsstrahl, Schneidstrahl
- (11)
- Düse
- (12)
- Halteeinrichtung
- (13)
- Recheneinheit, zweite
- (14)
- Datenspeicher, v. 6
- (15)
- Datenspeicher, v. 13
- (16)
- Cloud
- (17)
- Serversystem
- (18)
- Fehlstelle
- (19)
- Bilderzeugungs- und -verarbeitungseinrichtung, intelligent
- (20)
- Roboter, kollaborativer Roboter
- (21)
- Gehäuse
- (22)
- Schneidraum
- (23)
- Zuführbereich
- (23')
- Abgabebereich
- (24)
- Bandförderer
- (25)
- Fördergurt
- (26)
- Zuführ- Bandförderer
- (27)
- Abgabe-Bandförderer
- (28)
- Wanne
- (29)
- Anschluß
- (30)
- Seitenwand
- (31)
- Seitenwand
- (32)
- Teil, erster
- (32')
- Teil, zweiter
- (33)
- Haltestempel
- (33')
- Haltestempel
- (34)
- Haltestange
- (34')
- Haltestange
- (35)
- Führungsstange
- (36)
- Gehäuse
- (37)
- Fluidleitung
- (38)
- Kompressor
- (39)
- Führungsglied
- (39')
- Führungsglied
- (40)
- Führungsstange
- (40')
- Führungsstange
- (41)
- Elektromotor
- (41')
- Elektromotor
- (42)
- Datenleitung
- (43)
- Fruchtscheibe
- (44)
- Fruchtschale
- (45)
- Fruchtkern
- (a)
- Größe, geometrisch
- (b)
- Größe, geometrisch
- (X)
- Achse
- (β)
- Winkel, zwischen X und 10
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4228068 A1 [0002]
- DE 19981456 B4 [0002]
- DE 102007017899 B4 [0002]