DE102022115138A1

DE102022115138A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband

Info

Publication number: DE102022115138A1
Application number: DE102022115138.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Stüpmann
Original assignee: Silicann Systems GmbH
Current assignee: Silicann Systems GmbH
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-06-16
Publication date: 2023-12-21

Abstract

Beschrieben werden eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband (2). Die beschriebene technische Lösung ist insbesondere für Förderbänder (2) geeignet, die zur Förderung von Lebensmitteln eingesetzt werden. Hierbei sind zumindest eine Strahlungsquelle (3) mit einem Emitter (9), durch den Licht in Richtung einer Oberfläche (4) des Förderbandes (2) emittierbar ist, eine Sensoreinheit (5), die ausgeführt ist, um im Bereich der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) angeregte und/oder reflektierte Strahlung zu empfangen und ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal zu erzeugen sowie eine Auswerteeinheit (6), die eingerichtet ist, um unter Zugrundelegung des Messsignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) zu erzeugen, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband. Die beschriebene technische Lösung ist insbesondere für Förderbänder geeignet, die zur Förderung von Lebensmitteln eingesetzt werden. Hierbei sind zumindest ein Emitter, durch den Licht in Richtung einer Oberfläche des Förderbandes emittierbar ist, eine Sensoreinheit, die ausgeführt ist, um im Bereich der Oberfläche des Förderbandes reflektierte Strahlung zu empfangen und ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal zu erzeugen sowie eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, um unter Zugrundelegung des Messsignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche des Förderbandes zu erzeugen, vorgesehen.
Insbesondere aufgrund der stetig wachsenden Weltbevölkerung kommt der industriellen Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln eine immer größere Bedeutung zu. Hierbei stellen in der lebensmittelverarbeitenden Industrie einerseits eine effektive Verarbeitung der zur Verfügung stehenden Lebensmittel und andererseits Qualität sowie Hygiene im Produktionsprozess eine herausragende Rolle dar. Oftmals werden in lebensmitteltechnischen Herstellungsprozessen eine Mehrzahl teilweise unterschiedlicher Lebensmittel nacheinander entlang von Förderstrecken bewegt, wobei stets sichergestellt werden muss, dass die zur Förderung verwendeten Förderbänder, vor allem deren Oberflächen, frei von Verschmutzungen und Lebensmittelrückständen sind, und es nicht die zu einer ungewünschten Kontamination der transportierten Lebensmittel kommt. Außerdem soll auch während der Produktion von bestimmten Lebensmitteln festgestellt werden können, ob ein Transportband verschmutzt ist und gereinigt werden muss oder noch genutzt werden kann. Damit können die Reinigungszyklen für die Bänder optimiert werden.
Aus den zuvor geschilderten Gründen kommen der Zustandsüberwachung und der bedarfsgerechten Reinigung der für den Lebensmitteltransport genutzten Förderbänder im Rahmen der bekannten industriellen Prozesse zur Verarbeitung von Lebensmitteln eine erhebliche Bedeutung zu. Sowohl eine Überwachung der Förderbänder als auch deren Reinigung sollte hierbei kontinuierlich und ohne Beeinträchtigung des Produktionsablaufs erfolgen.
In diesem Zusammenhang sind unterschiedliche optische Verfahren bekannt, mit denen etwaige Verschmutzungen auf bewegten Förderbändern detektiert werden können. So beschreibt die DE 199 06 047 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion biologischer Kontaminationen auf technischen Oberflächen, die auch in industriellen Lebensmittelherstellungsprozessen einsetzbar sind. Gemäß der beschriebenen technischen Lösung wird die zu untersuchende Oberfläche mit Licht einer Wellenlänge, vorzugsweise unterhalb des sichtbaren Spektrums, bestrahlt sowie von der bestrahlten Oberfläche emittierte Fluoreszenzstrahlung zumindest teilweise erfasst und ausgewertet. Die Auswertung der empfangenen Fluoreszenzstrahlung erfolgt derart, dass bei Auftreten spezifischer Strahlungsspektren auf die Anwesenheit biotischer Kontaminationen der untersuchten technischen Oberfläche geschlossen wird. Auf der Grundlage der Auswertung der Fluoreszenzemission wird sowohl auf das Vorhandensein einer biotischen Kontamination als auf den Grad der Kontamination geschlossen, wobei die Messung und Auswertung vorzugsweise in Echtzeit erfolgen.
Eine weitere technische Lösung zur Überwachung von technischen Oberflächen auf die Anwesenheit von Verschmutzungen ist aus der DE 102 44 819 A1 bekannt. Auch in diesem Fall wird die zu untersuchende Oberfläche mithilfe einer Lichtquelle beleuchtet und die von der bestrahlten Oberfläche emittierte Fluoreszenzstrahlung empfangen sowie ein Messsignal erzeugt und ausgewertet. Im Rahmen der Auswertung erfolgt eine qualitative Bestimmung der Materialien, von denen die Fluoreszenzstrahlung ausgeht. Wesentlich an der beschriebenen technischen Lösung ist, dass auf der zu untersuchenden Oberfläche ein punkt- oder linienförmiges Beleuchtungsmuster abgebildet wird, wobei die Lichtstrahlung schräg zur Oberfläche eingestrahlt wird und die Einfallsrichtung des Lichtbündels nicht mit der Detektorblickrichtung zusammenfällt.
Trotz der bekannten technischen Lösungen zur kontinuierlichen Überwachung von technischen Oberflächen, insbesondere von Förderbändern, die in der lebensmittelverarbeitenden Industrie zur Förderung von Lebensmitteln eingesetzt werden, besteht nach wie vor ein erheblicher Bedarf an Einrichtungen, die während des Betriebs der Anlage eine kontinuierliche und zuverlässige Überwachung bewegter Oberflächen auf Verschmutzungen ermöglichen. Hierbei sollten die entsprechenden Einrichtungen einerseits eine zuverlässige Detektion von Verschmutzungen, insbesondere von organischem Material, sicherstellen und andererseits mit verhältnismäßig einfachen Mitteln, umsetzbar sein. Im Weiteren sollten sich derartige Anlagen durch ihre Robustheit und Kompaktheit auszeichnen und auch im Hinblick auf die wirtschaftlichen Randbedingungen, die für einen industriellen Fertigungsprozess in der Lebensmittelindustrie zu beachten sind, sinnvoll realisierbar sein.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Detektion von Verschmutzungen auf bewegten oder unbewegten technischen Oberflächen sowie den zuvor geschilderten Problemen und Herausforderungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen, insbesondere von organischem Material anzugeben, die bei Einsatz verhältnismäßig einfacher Mittel eine zuverlässige und ausfallsichere Detektion derartiger Verschmutzungen sicherstellt. Im Weiteren sollte eine derartige Vorrichtung als kompakte Einheit realisierbar sein und sich auf einfache Weise auch in einen bereits bestehenden Lebensmittelproduktionsprozess integrieren lassen. Eine Auswertung der erfassten Messdaten sollte in Echtzeit möglich sein, sodass entsprechende Informationen über ein Verschmutzungsereignis bzw. einen Verschmutzungsgrad einer technischen Oberfläche möglichst schnell zur Verfügung stehen und geeignete Eingriffe, vor allem Reinigungsschritte, in den Lebensmittelproduktionsprozess vorgenommen werden können. Darüber hinaus sollte sich die anzugebende technische Lösung bevorzugt mit bekannten technischen Mitteln und unter Zugrundelegung bereits erprobter technischer Prinzipien realisieren lassen. Gleichfalls sollte sichergestellt werden, dass wirtschaftliche Belastungen, aufgrund der Integration einer entsprechenden Verschmutzungsüberwachung in einen Lebensmittelproduktionsprozess minimiert werden.
Die zuvor beschriebene Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Eine Steuerung, mit der die die Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst wird, ist im Anspruch 18 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf Figuren näher erläutert.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband mit wenigstens einer Strahlungsquelle, die wenigstens einen Emitter aufweist, durch den Licht in Richtung einer Oberfläche des Förderbandes emittierbar ist, mit zumindest einer Sensoreinheit, die ausgeführt ist, um von der Oberfläche des Förderbandes aufgrund von Reflexion und/oder Anregung ausgehende Strahlung zu empfangen sowie ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal zu erzeugen, und mit einer Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, um das Messsignal wenigstens zeitweise zu empfangen und unter Zugrundelegung des Messignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche des Förderbandes zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquelle Licht mit einer Wellenlänge, die in einem Wellenlängenbereich von 270-760 nm liegt, emittiert, die Sensoreinheit wenigstens einen im Wellenlängenbereich zwischen 270 und 760 nm spektralsensitiven, optoelektrischen Farbsensor und/oder wenigstens ein Spektrometer aufweist, die eingerichtet sind, um zumindest ein für das Frequenzspektrum der reflektierten Strahlung spezifisches Messsignal zu erzeugen und an die Auswerteeinheit zu übertragen, wobei die reflektierte Strahlung durch Reflexion des eingestreuten Lichts an Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder an einem Edelstahl erzeugte Strahlung bzw. entsprechende Strahlungsanteile enthält, und dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, auf der Grundlage der Analyse des Messsignals eine Information über eine Verschmutzung und/oder einen Verschmutzungsgrad der Oberfläche des Förderbandes zu erzeugen und über eine Schnittstelle einer Ausgabeeinheit bereitzustellen. Wesentlich für die erfindungsgemäße technische Lösung ist, dass eine spezielle Kombination bestehend aus Sensor- und Auswerteeinheit verwendet wird, die die Auswertung von Strahlung unter Berücksichtigung von Frequenzen, Frequenzverläufen und/oder Frequenzmuster, die für Strahlung spezifisch ist, welche bei Bestrahlung potenzieller Verschmutzungen auf dem Förderband von dem bestrahlten Material, das zumindest einen Teil der Verschmutzung bildet, ausgeht. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich breitbandige Strahlung mit Wellenlängen zwischen 270 und 760 nm und/oder Strahlung mit speziell ausgewählten Wellenlängen oder Frequenzen auf die zu untersuchende Oberfläche eines Förderbandes einzustrahlen und die aufgrund dieser Bestrahlung von der Oberfläche ausgehende Strahlung mit wenigstens einem Farbsensor, einem Spektrometer und/oder einer Fotodiode zu empfangen und Eigenschaften der empfangenen Strahlung in einer Auswerteeinheit auszuwerten und eine Information über eine Verschmutzung oder einen Verschmutzungsgrad der Förderbandoberfläche auszugeben. Hierbei werden bei Verwendung wenigstens eines Farbsensors auf vorteilhafte Weise die Frequenzen der empfangenen Strahlung aufintegriert und als Ergebnis eine Farbe der empfangenen Strahlung ermittelt, beispielsweise eine Farbe definiert im CIELab-Farbraum, während bei der Anregung einer Autofluoreszenzstrahlung, die bevorzugt mit einer schmalbandigen Anregungsstrahlung im Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm angeregt wird, die von der Oberfläche ausgehende Strahlung Wellenlängen in einem schmalbandigen Bereich oder mit einer speziellen Frequenz aufweist und mit einem Spektrometer oder einer Fotodiode empfangen und ausgewertet wird. Autofluoreszenzstrahlung ist üblicherweise nur festzustellen, wenn vergleichsweise schmalbandig, etwa mit Licht einer Wellenlänge von 270 nm und/oder bei 340 nm beleuchtet wird das sich aufgrund dieser Bestrahlung von der Oberfläche ausgehende Licht mit seinen sehr spezifischen Wellenlängen empfangen und ausgewertet wird. Die Auswerteeinheit erkennt somit verschmutzungs- bzw. stoffspezifische Frequenzen, Frequenzverläufen und/oder Frequenzmuster der von der Sensoreinheit empfangenen, von wenigstens einer Verschmutzung ausgehenden Strahlung, wobei die Erkennung bevorzugt anhand eines Vergleichs mit geeigneten Werten, die in der Auswerteeinheit oder einem damit verbundenen Datenspeicher hinterlegt sind, erfolgt. Von besonderem Vorteil ist, wenn die für den Vergleich verwendeten, verschmutzungs- bzw. stoffspezifischen Werte mit Hilfe von zuvor durchgeführten Messungen ermittelt und/oder mittels einer Rechenvorschrift auf Basis wenigstens eines Trainingsdatensatzes erzeugt wurden. Auf diese Weise lässt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf besonders geeignete Weise an die jeweiligen an einem Produktionsstand herrschenden Bedingungen anpassen. Hierbei ist die Auswerteeinheit stets derart ausgebildet, dass Frequenzanteile, die auf Strahlung zurückzuführen ist, welche von Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder an einem Edelstahl ausgeht, bei der Auswertung und der Erzeugung der gewünschten Information über einen Verschmutzungsgrad berücksichtigt wird. Dies ist von erheblicher Bedeutung, da die bekannten, in der Lebensmittelindustrie verwendeten Förderbändern oftmals eins der zuvor genannten Materialien aufweisen und diese Materialien bei Bestrahlung ferner zu einer erheblichen Strahlung angeregt werden und/oder unter oder durch Reflexion erzeugte Strahlung von ihnen ausgeht. Gemäß der Erfindung wird das durch Bestrahlung mit Licht, das zumindest eine Wellenlänge von 270 bis 760 nm aufweist, erhaltene Frequenzspektrum somit unter Berücksichtigung einer speziellen Frequenz, eines Frequenzverlaufs und/oder eines Frequenzmusters ausgewertet, wobei nicht nur die Art einer potenziellen Verschmutzung, sondern auch die Beschaffenheit der üblicherweise verwendeten Förderbänder berücksichtigt wird. Eine Verschmutzung und/oder ein Verschmutzungsgrad eines Förderbandes, insbesondere verursacht durch organisches Material, lässt sich auf diese Weise zügig, vor allem in Echtzeit, ausfallsicher und genau detektieren.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, verschmutzungs- bzw. stoffspezifische Signale zu detektieren und damit besonders zuverlässig eine Oberflächenüberwachung, Reinigungskontrolle als auch, bei Anbindung an eine Reinigungseinrichtung, Reinigung vorzunehmen, wobei auf besondere Weise eine schnelle Detektion potenzieller Quellen von Kreuzkontaminationen realisierbar ist. Dies ist für viele Bereiche der lebensmittelverarbeitenden Industrie wichtig, sodass die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer speziellen Weiterbildung über wenigstens eine Schnittstelle zur Anbindung an eine Prozessüberwachung und/oder -steuerung eines Prozesses zur Lebensmittelverarbeitung, -förderung oder -verpackung und/oder an wenigstens ein Informationssystem, das spezifische Anlagenparameter bereitstellt, verfügt.
Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, dass gerade bei der Förderung von organischem Material die von charakteristischen Biomolekülen in Mikroorganismen bei Bestrahlung ausgehende Strahlung, teilweise Autofluoreszenzstrahlung, unter Berücksichtigung der von dem bestrahlten Förderband ausgehenden Strahlung auf geeignete Weise zur Detektion entsprechender Verschmutzungen auf Förderbänder verwendet werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform erfolgt die Bestrahlung der Oberfläche mit einer Strahlungsquelle, deren wenigstens einer Emitter breitbandig Strahlung bzw. Licht mit Wellenlängen, die zumindest zwischen 270 und 760 nm liegen, in Richtung der zu untersuchenden Oberfläche ausstrahlt und die durch Reflexion dieser breitbandigen Strahlung von der Oberfläche ausgehende Strahlung wird von wenigstens einem Farbsensor empfangen. In dem Farbsensor oder der daran angebundenen Auswerteeinheit erfolgt eine Aufintegration oder Aufsummierung zumindest eines Teils der Wellenlängen und/oder Frequenzen der empfangenen, von der Oberfläche ausgegangenen Strahlung und so eine Ermittlung wenigstens einer Farbe dieser Strahlung, die der weiteren Auswertung, insbesondere der Detektion einer Verschmutzung oder eines Verschmutzungsgrades zugrunde gelegt wird. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Farberkennung auf der Grundlage einer geeigneten Farbdefinition erfolgt, beispielsweise auf der Festlegung von Farben im CIELab-Farbraum. Alternativ oder ergänzend ist die Strahlungsquelle derart ausgeführt, dass zumindest zeitweise eine Strahlung auf die Oberfläche eingestrahlt wird, die geeignet ist, einebei der Existenz einer Verschmutzung von der untersuchten Oberfläche ausgehende Fluoreszenzstrahlung anzuregen, welche von der Sensoreinheit, hier bevorzugt mit einem Spektrometer oder einer Fotodiode, vorzugsweise mit vorgeschaltetem Filter, empfangen und in der Auswerteeinheit ausgewertet wird, um basierend auf einem Ergebnis der Auswertung eine Information über eine Verschmutzung und/oder einen Verschmutzungsgrad der Förderbandoberfläche ausgeben zu können.
Die Bestrahlung der zu untersuchenden Oberfläche erfolgt hierbei mithilfe wenigstens eines, bevorzugt einer Mehrzahl von Emittern einer Strahlungsquelle, vorzugsweise mit LEDs, die zumindest Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 270 und 760 nm emittieren.
Bevorzugt erfolgt eine Bestrahlung zumindest teilweise mit einem Emitter, der Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 280 und 380 nm emittiert.
Die Sensoreinheit ist derart ausgebildet, dass diese sensitiv für die durch Bestrahlung der Oberfläche des Förderbandes von der Oberfläche ausgehende Strahlung, also Reflexions- und/oder Fluoreszenzstrahlung ist. Auf besonders spezielle Weise ist die Auswerteeinheit derart weitergebildet, dass eine Information über die Existenz spezieller Aminosäuren, Coenzyme, Vitamine und/oder Pyridincarbonsäure auf der Oberfläche eines überwachten Förderbandes erzeugbar ist, indem spezifische Frequenzen, Frequenzverläufe und/oder Frequenzmuster erkannt werden, die die bei Bestrahlung derartiger Biomoleküle erzeugte Fluoreszenzstrahlung aufweist. Insbesondere ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet, dass eine Information über die Existenz der Aminosäure Tryptophan, des Coenzyms Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, insbesondere in seiner reduzierten Form NAD(P)H, und/oder der Dipicolinsäure erzeugbar ist. In diesem Fall sind die Sensor- und die Auswerteeinheit vorzugsweise derart ausgebildet, dass die für die zuvor genannten Biomoleküle bei Bestrahlung spezifische Strahlung mit einer Wellenlänge von 280 nm für Tryptohan, mit 340 nm für das Coenzym Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, insbesondere für seine reduzierte Form NAD(P)H und/oder mit 635 und 360 nm für Dipicolinsäure empfangen und der Auswertung zugrunde gelegt wird. Die zuvor genannten Biomoleküle können auf der Oberfläche eines Förderbandes vorhanden sein, da sie Strukturbestandteil bestimmter organischer Materialien sind, bei der Verstoffwechselung vorhandenen Organmaterials entstehen und/oder sich bei Vermehrung von organischem Material bilden.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Emitter eingerichtet ist, um wenigstens zeitweise breitbandig Licht mit Wellenlängen zwischen 270 und 760 nm zu emittieren. Aufgrund der zuvor beschriebenen Auswertungen des Frequenzspektrums der durch Bestrahlung der Förderbandoberfläche erzeugten Strahlung, bei der spezielle Frequenzanteile, die spezifisch für ausgewählte organische Materialien, insbesondere für bestimmte Biomoleküle sind, detektiert werden, ist es möglich, das zu untersuchende Förderband mit breitbandiger Strahlung unter Einsatz einer vergleichsweise einfachen, kostengünstigen Lichtquelle zu bestrahlen und dennoch genaue Ergebnisse zu erhalten. Denkbar ist in diesem Zusammenhang ferner, dass die Bestrahlung der zu untersuchenden Oberfläche eines Förderbandes mit einer Mehrzahl von Emittern einer Strahlungsquelle erfolgt, die Strahlung im Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm in verschiedenen diskreten, voneinander beabstandeten Frequenzbereichen aussenden. Alternativ oder in Ergänzung ist es denkbar, dass wenigstens ein Emitter Licht unterschiedlicher Farbe, also unterschiedlicher Frequenz bzw. Wellenlänge aussendet. Eine entsprechende Bestrahlung der zu untersuchenden Oberfläche eines Förderbandes erfolgt in diesem Fall bevorzugt mit verschiedenen Strahlungen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen oder in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, wobei die Bestrahlung mit Licht unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche generell zeitgleich oder zeitlich beabstandet zueinander erfolgt. Auf besonders vorteilhafte Weise ist es denkbar, dass die Sensoreinheit, wenigstens drei Farbsensoren aufweist, die sensitiv für drei unterschiedliche Teilwellenlängenbereich innerhalb des Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm sind, sodass die Sensoreinheit zumindest sensitiv für Licht mit drei unterschiedlichen Farben ist. Von ganz besonderem Vorteil ist es, wenn die Sensoreinheit zumindest einen Dreibereichs-Farbdetektor aufweist, der für Strahlung in zumindest drei Teilwellenlängenbereichen eines Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm sensitiv ist und bei Empfang von Strahlung in wenigstens einem dieser Teilwellenlängenbereichen ein für den jeweiligen Teilwellenlängenbereich spezifisches Messsignal erzeugt.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausbildung der Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet, um zur Bestimmung wenigstens einer Farbe der von der Sensoreinheit empfangenen Strahlung Frequenzanteile der empfangenen Strahlung und/oder des erhaltenen Messsignals aufzuintegrieren. Hierbei werden bevorzugt geeignete Frequenzbereiche ausgewählt und die erhaltenen Messsignale über ein Frequenzintervall und/oder einen Zeitraum, in dem das Messsignal empfangen wurde, integriert. Im Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um wenigstens einen bei der Analyse des Messsignals ermittelten Wert mit zumindest einem Referenzwert zu vergleichen. Der Referenzwert stellt vorzugsweise eine Frequenz oder einen Frequenzbereich dar, die oder der spezifisch für eine Strahlung, insbesondere Reflektionsstrahlung eines von einem bestimmten organischen Materials, das sich als Verschmutzung auf dem überwachten Förderband befinden kann, entspricht. Ein entsprechender Referenzwert ist auf vorteilhafte Weise in einem Datenspeicher der Vorrichtung zur Detektion eines Verschmutzungsgrades selbst und/oder in einem externen Datenspeicher oder einer externen Datenverarbeitungseinheit hinterlegt. Denkbar ist es ferner, dass wenigstens ein geeigneter Referenzwert in einer zentralen Datenverarbeitungseinheit, mit der auch ein industrieller Lebensmittelherstellungsprozess zumindest teilweise gesteuert wird, hinterlegt ist. Eine Datenkommunikation zwischen der erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung und der zentralen Steuereinheit findet über eine uni- oder bidirektionale Datenübertragungsstrecke, und zwar drahtlos oder drahtgebunden statt. Je nach Ausführungsform werden die von der Vorrichtung erzeugten Messsignale, ein Referenzwert und/oder aufgrund einer Auswertung der Messignale erhaltene Informationen über die Datenübertragungsstrecke übertragen.
Eine weitere spezielle Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Referenzwert spezifisch für wenigstens ein Protein, ein Biomolekül, einen Gewebetyp, eine Fleischart, eine Pflanzenart, einen Pilz und/oder eine Frucht. Auf besonders vorteilhafte Weise ist der Referenzwert spezifisch für die Aminosäure Tryptophan, das Coenzym Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, insbesondere für seine reduzierte Form NAD(P)H und/oder für Dipicolinsäure.
Bei einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist im Übrigen vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um bei der Analyse des wenigstens einen Messsignals und/oder bei der Ermittlung einer Information über die Existenz einer Verschmutzung auf dem Förderband und/oder des Verschmutzungsgrades einen Wert zu berücksichtigen, der mit einer Rechenvorschrift bzw. Algorithmus unter Einsatz von Trainingsdaten erzeugt wurde, die spezifisch für wenigstens ein Protein, ein Biomolekül, einen Stoff, einen Gewebetyp, eine Fleischart, eine Pflanzenart, und/oder eine Frucht sind. Die verwendete Auswerteeinheit zeichnet sich somit dadurch aus, dass sie mithilfe eines bereitgestellten Datensatzes trainiert wurde, sodass eine besonders anwendungsbezogene technische Lösung realisierbar ist, die auch Eigenschaften des jeweiligen Produktionsprozesseses, des über das Förderband transportierten Lebensmittels und/oder der zu erwartende Verschmutzungen, berücksichtigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Strahlungsquelle derart gestaltet, dass diese im Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm nacheinander oder gleichzeitig wenigstens zwei Licht strahlen oder Lichtbündel in einem diskreten Teilwellenlängenbereich emittiert. Vorzugsweise weisen die jeweils verwendeten Wellenlängen- bzw. Frequenzbereiche eine Bandbreite von 400 auf 1100 THz auf, wobei Abweichungen von diesem Wert um etwa 10% denkbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, Strahlung mit Wellenlängen, die in spezifisch ausgewählten Wellenlängenbereichen liegen, zu emittieren und so die Autofluoreszenz ausgewählter organischer Verschmutzungen auf dem Förderband zu detektieren.
Im Weiteren ist es denkbar, dass die Strahlungsquelle über eine LED, die breitbandiges Licht mit Wellenlängen, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 270 und 760 nm liegen, sowie über wenigstens zwei LEDs verfügt, die jeweils in unterschiedlichen, zwischen 270 und 760 nm angeordneten Teilwellenlängenbereichen schmalbaldiges Licht mit einer Bandbreite von 400 bis11 00 THz emittieren. Es wird somit eine Strahlungsquelle verwendet, die unterschiedliche Emitter, mit denen gleichzeitig oder nacheinander Licht mit unterschiedlichen Eigenschaften emittiert wird. Hierbei ist es denkbar, dass die verschiedenen Emitter als einzelne Baueinheiten ausgeführt sind oder in einer Strahlungsquelle zusammengefasst werden. Wesentlich ist jeweils, dass Strahlungen mit den zuvor genannten Eigenschaften, nämlich einmal breitbandiges Licht mit Wellenlängen zwischen 270 und 760 nm und andererseits schmalbaldiges Licht in Teilwellenlängenbereichen mit einer Bandbreite von 400 bis 1100 THz, die ebenfalls in dem Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm liegen, zur Bestrahlung der Oberfläche des überwachten Förderbandes und damit als Anregungsstrahlung verwendet wird. Vorzugsweise sind die Emitter in einer Strahlungsquelle kombiniert. Grundsätzlich denkbar ist allerdings ebenfalls, dass die Strahlungsquelle nur über einen Emitter verfügt, der in zeitlichem Abstand sowohl breitbandiges Licht als auch schmalbandiges Licht in dem angegebenen Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm emittieren kann.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung verfügt die Sensoreinheit über wenigstens einen im Wellenlängenbereich zwischen 270 und 760 nm zumindest teilweise spektralselektiven optoelektrischen Farbsensor oder eine geeignete Kombination aus Farbsensor und Auswerteeinheit, sodass eine perzeptive Farberkennung, also eine dem menschlichen Empfinden entsprechende Farberkennung realisierbar ist. Auf vorteilhafte Weise wird wenigstens ein Farbsensor verwendet, der bis zu 255 unterschiedliche Messignale erzeugen kann und so bis zu 255 Farben der empfangenen Strahlung unterscheidbar sind. Die so erhaltenen Farbwerte werden einer weiteren Auswertung in der Auswerteeinheit zugeführt und/oder in einem Datenspeicher zumindest zwischengespeichert. Vorzugsweise ist zumindest ein Farbsensor derart ausgeführte, dass sich Schaltfrequenzen von bis zu 15 kHz erreichen lassen. Im Weiteren ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Farberkennung auf einer Nutzung von Farbwerten des RGB-Farbraums beruht, wobei die ermittelten Farbwerte bevorzugt in Echtzeit mit Referenzwerten zur Erzeugung einer Information über die Existenz einer Verschmutzung auf dem Förderband und/oder einen Verschmutzungsgrad verglichen werden.
Generell ist es denkbar, einen Farbsensor und/oder eine Kombination aus Farbsensor und Auswerteeinheit mithilfe geeigneter Trainingsdaten anzulernen, wobei die jeweils erzeugten Erkennungsergebnisse prinzipiell auch über eine Datenschnittstelle auslesbar sind. Der Einsatz eines perzeptiven optoelektrischen Farbsensors zur Detektion von Verschmutzungen und/oder Ermittlung eines Verschmutzungsgrades auf einem Förderband stellt eine besonders spezielle Weiterbildung der Erfindung dar.
Die Definition der unterschiedlichen Farben erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung des Normfarbraums CIELab, der von der internationalen Beleuchtungskommission CIE im Jahr 1976 festgelegt wurde. Entsprechende Farbwerte sind, bevorzugt als Referenzwerte, in der Auswerteeinheit hinterlegt und/oder werden von dieser bei der Auswertung der empfangenen Messignale berücksichtigt.

Gemäß dieses Farbdefinitionssystems wird jede Farbe anhand eines 3D-Farbmodells durch einen numerischen Farbwert beschrieben, wobei jede Farbe einem Ort in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zugeordnet wird. Die drei Raumkoordinaten werden durch die Helligkeit mit dem Wert L, für den Schwarz den Wert 0 und Weiß den Wert 100 annimmt, die Grün-Rot-Buntheit mit dem Wert a, für den Grün den Wert -100 und Rot den Wert +100 annimmt, und die Blau-Gelb-Buntheit mit dem Wert b, für den Blau den Wert -100 und Gelb den Wert +100 annimmt, bestimmt. Eine grafische Darstellung des im Zusammenhang mit der Erfindung auf vorteilhafte Weise zur Detektion unterschiedlicher Farben verwendeten Normfarbraums CIELab findet sich in 1. Die Abstände ΔE zwischen zwei in diesem Farbraum definierten Farben sind keine abstrakten Toleranzangaben, sondern beschreiben den Abstand zweier Farben, der deren Unterscheidbarkeit mit dem menschlichen Auge repräsentiert. Diese Einstufung wird gemäß der hier dargestellten Ausführungsform der Unterscheidung der einzelnen Farbabstufungen und letztendlich der Entscheidung über die Existenz von Verschmutzungen auf dem Förderband und/oder den Verschmutzungsgrad zugrunde gelegt. Hierbei gilt:

ΔE = 0 ... 1:	Nicht sichtbare Abweichung
ΔE = 1 ...2:	Sehr geringe, in der Regel nur von einem geschulten Auge sichtbare Abweichung
ΔE = 2 ...3,5:	Mittlere Abweichung, auch von einem ungeschulten Auge erkennbar
ΔE = 3,5 ...5:	Deutliche Abweichung
ΔE > 5:	starke Abweichung.

Gemäß dieser besonderen Ausführungsform sind die Sensoreinheit und eine darin integrierte Farberkennungseinheit oder eine an die Sensoreinheit gekoppelte Auswerteeinheit derart ausgebildet, dass bis zu 255 unterschiedliche Farben anhand des zuvor beschriebenen CIELab-Farbraums definiert und entsprechende Farbunterschiede erkannt werden. Hierbei sind Unterscheidungen möglich, insbesondere bei sehr geringen Abweichungen der einzelnen Farben, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Sensoreinheit derart ausgebildet ist, dass diese auf der Grundlage der empfangenen Strahlung wenigstens 4000, bevorzugt 6000 und besonders bevorzugt wenigstens 8000 Messwerte pro Sekunde erzeugt und wenigstens ein die Messwerte repräsentierendes Messignal zur Verfügung stellt. Mit einer derartigen Sensoreinheit ist es somit möglich, in kurzer Zeit eine Vielzahl von Messwerten zu ermitteln und somit besonders schnell eine Verschmutzung oder einen Verschmutzungsgrad eines Förderbandes festzustellen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das auf Verschmutzungen überwachte Förderband mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird.
Gemäß einer besonders speziellen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um den zeitlichen Verlauf einer Eigenschaft der von der Oberfläche des Förderbandes ausgehenden und von der Sensoreinheit empfangenen Strahlung einer Entscheidung über das Vorliegen einer Verschmutzung und/oder der Ermittlung des Werts eines Verschmutzungsgrades zu berücksichtigen. So ist bevorzugt vorgesehen, das Maß einer in einem Zeitintervall erfolgenden Änderung eines Frequenzspektrums und/oder einer Intensität der empfangenen Strahlung der Entscheidung über das Vorliegen einer Verschmutzung und/oder der Ermittlung des Werts eines Verschmutzungsgrad zugrunde zu legen.
Neben einer Vorrichtung betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband. Bei diesem Verfahren wird mithilfe wenigstens eines Emitters einer Strahlungsquelle Licht in Richtung einer Oberfläche des Förderbandes ausgestrahlt, die im Bereich der Oberfläche des Förderbandes aufgrund der Lichteinstrahlung angeregte und/oder reflektierte Strahlung, bevorzugt eine durch die Bestrahlung angeregte Fluoreszenzstrahlung von organischem Material, mit einer Sensoreinheit empfangen sowie ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal erzeugt und an eine Auswerteeinheit übertragen, in der unter Zugrundelegung des Messsignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche des Förderbandes erzeugt wird. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass von der Strahlungsquelle zumindest teilweise Licht mit einer Wellenlänge, die in einem Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm liegt, emittiert wird, ein Farbsensor und/oder ein Spektrometer der Sensoreinheit die aus dem Bereich der Oberfläche ausgehende, angeregte und/oder reflektierte Strahlung, die durch Reflexion an und/oder Anregung von Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder einem Edelstahl erzeugte Strahlung enthält, empfängt und dass durch die Auswerteeinheit eine Auswertung des wenigstens einen Messsignals unter Berücksichtigung einer ausgewählten Frequenz und/oder eines Frequenzspektrums, die sich innerhalb des Wellenlängenbereichs befinden, durchgeführt wird und dass unter Zugrundelegung des Ergebnisses der Auswertung eine Information über eine Verschmutzung und/oder einen Verschmutzungsgrad der Oberfläche des Förderbandes über eine Schnittstelle einer Ausgabeeinheit zur Verfügung gestellt wird.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist zunächst wiederum, dass das Frequenzspektrum einer Strahlung ausgewertet wird, die aufgrund einer Bestrahlung der Oberfläche des Förderbandes durch Reflexion und/oder Anregung aus dem Bereich der Oberfläche abgestrahlt wird, wobei die aus dem Bereich der Oberfläche des Förderbandes ausgehende Strahlung zumindest teilweise Strahlungsanteile enthält, welche durch Reflexion an und/oder Anregung von Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder einem Edelstahl erzeugt wurde. Dies ist von Bedeutung, da die üblicherweise in der Lebensmittelindustrie verwendeten Förderbänder entsprechende Materialien aufweisen und diese Materialien bei Bestrahlung eine vergleichsweise starke Strahlung aussenden. Insofern ist es von erheblicher Bedeutung, dass der durch diese Materialien bewirkte Anteil an der von der Oberfläche des Förderbandes ausgehenden Strahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird. Unter Berücksichtigung des zuvor genannten Anteils an der von der Oberfläche des auf Verschmutzungen überwachten Förderbands ausgehenden Strahlung wird in der Auswerteeinheit ein Messsignal ausgewertet und unter Berücksichtigung der Eigenschaften spezieller Frequenzen oder Frequenzbänder der empfangenen, vom Förderband ausgehenden Strahlung, die innerhalb des Wellenlängen- bzw. Frequenzbereich der Anregungsstrahlung liegen, eine Information über die Existenz von Verschmutzungen und/oder einen Verschmutzungsgrad erzeugt und über eine geeignete Schnittstelle zur Ausgabe dieser Information bereitgestellt.
Bei der Auswertung werden somit bevorzugt spezielle Frequenzen und/oder schmalbandige Frequenzbänder der aufgrund der Bestrahlung mit Licht vom Förderband ausgehenden Strahlung berücksichtigt und ausgewertet, wobei die Bestrahlung vorzugsweise zumindest teilweise mit breitbandigem Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die im Bereich von 270 bis 760 nm liegt, durchgeführt wird.
Vorzugsweise werden die speziellen Frequenzen und/oder Frequenzbänder in Abhängigkeit der zu erwartenden Verschmutzung, also insbesondere des zu erwartenden organischen Materials, festgelegt und bei der Auswertung berücksichtigt. Auf vorteilhafte Weise lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Kombination aus Sensor- und Auswerteeinheit auch vergleichsweise kleine, verschmutzungsrelevante Frequenzabweichungen innerhalb der empfangenen Strahlung, und damit bereits geringe Verschmutzungen auf der Oberfläche des überwachten Förderbandes zuverlässig zu detektieren.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Auswertung der die empfangene Strahlung repräsentierenden Messsignale unter Berücksichtigung des CIELab-Farbraums. Von Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, wenn die empfangene Strahlung entsprechend der Wahrnehmung eines Menschen nachempfunden stattfindet, wobei mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Farbunterschiede detektiert werden, die von einem Menschen nicht wahrnehmbar sind.
Im Weiteren sieht eine spezielle Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass mit einem Emitter der Strahlungsquelle zumindest zeitweise Licht in einem Wellenlängenbereich, der Teil des Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm ist oder diesem entspricht emittiert und/oder die Sensoreinheit in einem Teilwellenlängenbereich der Teil des Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm ist, spektralsensitiv ist. Wird für die Anregung einer von der untersuchten Förderbandoberfläche ausgehenden Strahlung Licht einer diskreten Wellenlänge und/oder Licht in diskreten Wellenlängenbereichen mit vergleichsweise schmalbandigen Frequenzbändern verwendet, so lässt sich eine spezielle Strahlung, die bei Auftreten einer Verschmutzung spezifische Eigenschaften hat, erzeugen, von der Sensoreinheit empfangen und einer anschließenden Auswertung zugrunde legen, sodass letztendlich hochgenaue Messungen, die zu einem sicheren Ergebnis führen, zu verwirklichen sind. Die Wahl der Frequenzen oder Frequenzbänder des emittierten Lichts, die auch die Eigenschaften der von der untersuchten Förderbandoberfläche ausgehenden Strahlung beeinflusst, erfolgt üblicherweise in Abhängigkeit des zu vermutenden organischen Materials auf einem Förderband. Bevorzugt wird die zu untersuchende Förderband derart mit Licht bestrahlt, dass hierdurch eine Autofluoreszenzstrahlung von Tryptophan mit 280 nm, von dem Coenzym Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, insbesondere in seiner reduzierten Form NAD(P)H mit 340 nm und/oder von Dipicolinsäure mit 635 und 360 nm angeregt wird. Derartige Frequenzen lassen sich gut in der empfangenen Strahlung detektieren, wobei im Fall der Detektion von Licht, das von der Förderbandoberfläche ausgeht und wenigstens eine dieser Wellenlängen aufweist, mit hoher Sicherheit von einer Verschmutzung der Oberfläche mit organischem Material ausgegangen werden kann.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das für die Anregung verwendete Licht und/oder das von der Förderbandoberfläche aufgrund der Anregung ausgehende Licht Wellenlängen, die in einem Frequenzband mit der Bandbreite von 400 bis 1400 THz liegen, aufweist. Alternativ und/oder Ergänzung ist wenigstens ein Emitter vorgesehen, der breitbandig Licht in einem Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm, besonders bevorzugt in dem gesamten Wellenlängenbereich emittiert
In einer weiteren speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Auswerteeinheit die erhaltenen Messsignale derart ausgewertet werden, dass auf der Grundlage einer Integration der Frequenzen eines von der Sensoreinheit empfangenen Frequenzspektrums eine Farbe der von dem Förderband ausgehenden Strahlung ermittelt wird. Im Weiteren ist es von Vorteil, wenn bei der Auswertung der Messsignale die Frequenzspektren der vom Förderband ausgehenden Strahlung zumindest teilweise mit wenigstens einem Referenzspektrum verglichen werden. Entsprechende Referenzspektren wurden bei Vergleichsmessungen aufgenommen und/oder mit Hilfe einer Rechenvorschrift erzeugt, die bevorzugt auf Basis von Daten, die Prozess- und Anlagenparameter vor Ort berücksichtigen, trainiert wurde.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Auswertung der Messsignale wenigstens ein Algorithmus verwendet wird, der mithilfe von Trainingsdaten angelernt worden, die wenigstens eine Information über zumindest ein Protein, ein Biomolekül, einen Stoff, ein Gewebe, einen Pflanzenbestandteil, eine Fleischart, einen Pilzbestandteil und/oder über einen Fruchtbestandteil enthalten. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist es somit denkbar, eine für die Nutzung vorgesehene Sensoreinheit mit integrierter oder daran angeschlossener Auswerteeinheit direkt an einem Produktionsstandort anzulernen und/oder zum Trainieren der Sensoreinheit Trainingsdaten zu verwenden, die auf speziellen Anlagenparametern, etwa einer Eigenschaft des zu überwachenden Förderbandes, und/oder einer Wellenlänge bzw. Frequenz der Autofluoreszenzstrahlung eines Lebensmittels, das mit dem zu überwachenden Förderband zumindest zeitweise gefördert wird, beruhen.
Im Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche des zu untersuchenden Förderbandes gleichzeitig oder zeitlich beabstandet mit wenigstens zwei Lichtstrahlungen bestrahlt wird, die unterschiedliche Wellenlängen und/oder Wellenlängen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen bzw. mit verschiedenen Frequenzbändern aufweisen.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mit der Auswerteeinheit der zeitliche Verlauf einer Eigenschaft der von der Oberfläche des Förderbandes ausgehenden und von der Sensoreinheit empfangenen Strahlung bei einer Entscheidung über das Vorliegen einer Verschmutzung und/oder der Ermittlung des Werts eines Verschmutzungsgrades berücksichtig wird. So ist bevorzugt vorgesehen, das Maß einer in einem Zeitintervall erfolgenden Änderung eines Frequenzspektrums und/oder einer Intensität der empfangenen Strahlung der Entscheidung über das Vorliegen einer Verschmutzung und/oder der Ermittlung des Werts eines Verschmutzungsgrad zugrunde zu legen.
Die Vorrichtung und/oder das Verfahren gemäß wenigstens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen lässt sich grundsätzlich sowohl zur Überwachung des Zustandes eines Förderbandes in Bezug auf Verschmutzungen oder den Verschmutzungsgrad als auch die Überwachung eines Reinigungsprozesses, insbesondere des Erfolgs des Reinigungsprozesses einsetzen. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass eine Oberfläche des Förderbandes, auf dem sich die zu fördernden Lebensmittel nicht befinden, etwa einen Randbereich, während des Betriebs des Förderbandes auf zu Verschmutzungen zu überwachen. Bei Erreichen eines Grenzwerts für einen Verschmutzungsgrad erfolgt in diesem Fall eine Informierung, sodass der eigentliche Produktionsablauf unterbrochen und die Oberfläche des Förderbandes gereinigt werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Produktionsablauf dahingehend optimieren, dass eine Reinigung des Förderbandes nur erfolgt, wenn diese erforderlich ist, so dass die Abstände zwischen einzelnen Reinigungen maximiert werden. Ebenso ist es denkbar, ein Förderband in bestimmten Zeitabständen zu reinigen und im Anschluss daran den Erfolg der Reinigung mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überprüfen und/oder zu dokumentieren.
Im Übrigen betrifft die Erfindung eine Steuerung zur Ansteuerung einer Reinigungseinheit zur Reinigung einer Förderbandoberfläche, die an eine Vorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen gekoppelt ist oder die zumindest teilweise das Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen nutzt, die ferner ausgebildet ist, um zumindest ein Steuersignal zur Ansteuerung der Reinigungseinheit zu erzeugen. Mithilfe einer derartigen Steuerung ist es somit möglich, innerhalb eines Produktionsprozesses für Lebensmittel eine zumindest weitgehend automatisierte Erkennung von Verschmutzungen auf einem Förderband durchzuführen und gleichzeitig bei Erkennung einer entsprechenden Verschmutzung automatisiert eine Reinigung durchzuführen. Alternativ oder Ergänzung lässt sich unter Ausnutzung der Erfindung die Qualität einer durchgeführten Reinigung überwachen.
Mit Hilfe einer derartigen Steuerung ist es somit möglich eine Verschmutzungserkennung sowie Reinigung während des Betriebs einer Anlage zur Lebensmittelerzeugung vorzunehmen, insbesondere ohne dass der eigentliche industrielle Fertigungsprozess unterbrochen werden muss.
Im Folgenden die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

1: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband;
2: grafische Darstellung des Normfarbraums CIELab sowie
3: schematische Darstellung einer Anlage zur Reinigung eines Förderbandes, die mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband gesteuert wird.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung 1 zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband 2, mit dem Lebensmittel, die während der Lebensmittelproduktion verarbeitet werden, gefördert werden. Mit Hilfe des Förderbandes 2 werden nacheinander unterschiedliche Lebensmittel gefördert, sodass einerseits die Einhaltung der üblichen Hygienevorschriften zu beachten ist und andererseits Kreuzkontaminationen zwischen den verschiedenen Lebensmitteln sicher verhindert werden sollen.
Die Vorrichtung 1 gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform verfügt über eine Strahlungsquelle 3 mit einem Emitter 9, der breitbandig Licht mit Wellenlängen zwischen 270 und 760 nm emittiert. Dieses Licht trifft auf die Oberfläche 4 des üblicherweise während der Produktion bewegten Förderbandes 2 sowie die darauf angeordneten Lebensmittel. Aufgrund der Bestrahlung geht von der Oberfläche 4 des Förderbandes 2, die in diesem Fall Silikon aufweist, und den darauf befindlichen Gegenständen eine Strahlung aus, die durch Reflexion des eingestrahlten Lichts und/oder durch Anregung, insbesondere einer Fluoreszenz- bzw. einer sogenannten Autofluoreszenzstrahlung, entstanden ist. Das von der Oberfläche 4 des Förderbandes 2 und den darauf befindlichen Gegenständen, einschließlich möglicher Verschmutzungen, ausgehende Licht wird von einer oberhalb des Förderbandes 2 angeordneten Sensoreinheit 5 empfangen.
Die in 1 gezeigte Sensoreinheit 5 verfügt über drei spektralselektive optoelektrische Farbsensoren 7, die eine perzeptive, also dem menschlichen Empfinden nachgebildete Farberkennung ermöglichen. Hierzu erzeugen die Farbsensoren 7 jeweils ein in Abhängigkeit der Farbe der empfangenen Strahlung bzw. des Lichts ein Messsignal, das an eine Auswerteeinheit 6 zur Auswertung der empfangenen Strahlung übertragen wird.
Die Auswerteeinheit 6, die gemeinsam mit der Sensoreinheit 5 eine Baueinheit bilden oder über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragungsstrecke an die Sensoreinheit (5) angebunden sein kann, ist derart gestaltet, dass diese anhand des erhaltenen Messsignals bis zu 255 Farben unterscheiden kann und bis zu 8000 Messwerte pro Sekunde erzeugen kann.
Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Farbsensoren 7 sensitiv insbesondere für Wellenlängen zwischen 400 und 500 nm, zwischen 530 und 580 nm sowie zwischen 580 und 630 nm sowie 430 und 450 nm. Auf vorteilhafte Weise sind die drei Farbsensoren 7 hierbei derart gestaltet, dass der sensitive Bereich eine Bandbreite von 400-1100 THz aufweist.
Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, eine Sensoreinheit mit einem Spektrometer oder einer Fotodiode mit vorgeschaltetem Filter zu verwenden, die insbesondere für Autofluoreszenzstrahlung der Aminosäure Tryptophan, deren Peak bei 280 nm liegt, und/oder des Coenzyms Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat, insbesondere in seiner reduzierten Form NAD(P)H, deren Peak bei 340 nm liegt, und/oder von Dipicolinsäure, deren Peak bei 635 nm liegt, sensitiv sind.
Mithilfe einer derartigen Sensoreinheit zur Erfassung von Strahlung mit speziellen Wellenlängen und einer Auswerteeinheit 6 zur Auswertung der Messsignale ist es möglich, spezielle Biomoleküle auszuwählen, deren Anwesenheit auf einem Förderband anhand der Auswertung der bei Bestrahlung von diesen Biomolekülen ausgehenden Autofluoreszenzstrahlung detektiert wird. Hierbei ist es generell denkbar, die Anregung einer Strahlung, die auf eine Verschmutzung auf der Förderbandoberfläche 4 hindeutet, mit Hilfe einer Strahlungsquelle 3 zu realisieren, die einen Emitter 9, der breitbandiges Licht emittiert, aufweist. Ebenso können ergänzend oder alternativ Emitter 9 verwendet werden, die lediglich Licht in einem begrenzten Wellenlängenbereich aussenden.
Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Auswertung der von der Sensoreinheit 5 erzeugten Messignale, also der Frequenzspektren der empfangenen Strahlung bzw. der unterschiedlichen Farben, zumindest zeitweise zusätzlich unter Berücksichtigung des Normfarbraums CIELab, der von der internationalen Beleuchtungskommission CIE im Jahr 1976 festgelegt wurde. Entsprechende Farbwerte sind als Referenzwerte in der Auswerteeinheit 6 hinterlegt und werden von dieser bei der Auswertung der empfangenen Messignale berücksichtigt.

Gemäß dieses Farbdefinitionssystems wird jede Farbe anhand eines 3D-Farbmodells durch einen numerischen Farbwert beschrieben, wobei jede Farbe einem Ort in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zugeordnet wird. Die drei Raumkoordinaten werden durch die Helligkeit mit dem Wert L, für den Schwarz den Wert 0 und Weiß den Wert 100 annimmt, die Grün-Rot-Buntheit mit dem Wert a, für den Grün den Wert -100 und Rot den Wert +100 annimmt, und die Blau-Gelb-Buntheit mit dem Wert b, für den Blau den Wert -100 und Gelb den Wert +100 annimmt, bestimmt. Eine grafische Darstellung des zur Detektion unterschiedlicher Farben verwendeten Normfarbraums CIELab findet sich in 2. Die Abstände ΔE zwischen zwei in diesem Farbraum definierten Farben sind keine abstrakten Toleranzangaben, sondern beschreiben den Abstand zweier Farben, der deren Unterscheidbarkeit mit dem menschlichen Auge repräsentiert. Diese Einstufung wird gemäß der hier dargestellten Ausführungsform der Unterscheidung der einzelnen Farbabstufungen und letztendlich der Entscheidung über die Existenz von Verschmutzungen auf dem Förderband und/oder den Verschmutzungsgrad zugrunde gelegt. Hierbei gilt:

Die Auswerteeinheit 6 führt somit unter Berücksichtigung der zuvor aufgeführten Parameter eine Farberkennung durch, wobei bis zu 255 Farben des empfangenen Lichts unterschieden werden. Die erkannten Farben werden dann wiederum mit hinterlegten Farbwerten verglichen, die spezifisch für bestimmte Verschmutzungen, die auf der Förderbandoberfläche auftreten können, sind. Die hinterlegten Farbwerte wurden zuvor mit Referenzmessungen ermittelt oder mit Hilfe eines Algorithmus erzeugt werden, der mit Trainingsdaten angelernt wurde, die bevorzugt an dem zu überwachenden Förderband erzeugt wurden.
Die Auswerteeinheit 6 zur Auswertung des von der Sensoreinheit 5 übertragenen Messignals ist somit derart ausgebildet, dass auf der Grundlage der Auswertung des Frequenzspektrums der empfangenen Strahlung, insbesondere bestimmter Frequenzen, Frequenzverläufe und/oder Frequenzmuster, insbesondere einer Farbe oder Farbzusammensetzung des empfangenen Lichts, eine Information über die Existenz von Verschmutzungen und/oder den Verschmutzungsgrad, vor allem das Vorhandensein von organischen Verschmutzungen auf der Förderbandoberfläche 4, erzeugt wird. Hierbei wird ein Ergebnissignal erzeugt, das eine Information darüber enthält, dass eine organische Verschmutzung auf dem Förderband 2, beispielsweise in Form von Hackfleisch- oder Obstrückständen, vorhanden ist. Dieses Signal kann drahtlos oder drahtgebunden über eine Schnittstelle 8 an eine Ausgabeeinheit weitergeleitet werden, die die entsprechende Information für den Anwender ausgibt.
Alternativ oder in Ergänzung ist es denkbar, dass sobald eine Verschmutzung auf dem Förderband detektiert wurde, automatisiert ein Steuersignal erzeugt und an eine Alarmierungseinrichtung und/oder eine Reinigungseinheit 10 zur Reinigung des Förderbandes 2, insbesondere des Förderbandabschnittes, in dem die Verschmutzung festgestellt wurde, übertragen wird.
Eine Reinigungseinheit 10, die gemeinsam mit einer Steuerung 11 an eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband 2, wie sie etwa in 1 beschrieben wird, gekoppelt ist, ist schematisch in 3 dargestellt. Sobald eine Verschmutzung auf der Oberfläche 4 des Förderbandes 2 detektiert und ein geeignetes Ereignissignal von der Auswerteeinheit 6 erzeugt wurde, wird dieses Signal über die Schnittstelle 8 an die Steuerung 11 übertragen und durch diese die Reinigungseinheit 10 automatisiert mit einem Steuersignal angesteuert, um das Förderband 2 oder wenigstens den kontaminierten Förderbandabschnitt zu reinigen. Ebenso ist es denkbar, eine erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung 1 zur Detektion von Verschmutzungen auf der Oberfläche 4 eines Förderbands 2, wie sie etwa im Zusammenhang mit 1 erläutert wird, zur Überwachung der Qualität einer durchgeführten Reinigung zu verwenden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband
2: Förderband
3: Strahlungsquelle
4: Oberfläche des Förderbandes
5: Sensoreinheit
6: Auswerteeinheit
7: Farbsensor
8: Schnittstelle
9: Emitter
10: Reinigungseinheit
11: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19906047 A1 [0004]
DE 10244819 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband (2) mit wenigstens einer Strahlungsquelle (3), die wenigstens einen Emitter (9) aufweist, durch den Licht in Richtung einer Oberfläche (4) des Förderbandes (2) emittierbar ist, mit zumindest einer Sensoreinheit (5), die ausgeführt ist, um im Bereich der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) aufgrund des einfallenden Lichts angeregte und/oder reflektierte Strahlung zu empfangen sowie ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal zu erzeugen und mit einer Auswerteeinheit (6), die eingerichtet ist, um das Messsignal wenigstens zeitweise zu empfangen und unter Zugrundelegung des Messsignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) Licht mit einer Wellenlänge, die wenigstens teilweise in einem Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm liegt, emittiert, die Sensoreinheit (5) wenigstens einen zumindest im Wellenlängenbereich zwischen 270 und 760 nm spektralselektiven optoelektrischen Farbsensor (7) und/oder wenigstens ein Spektrometer aufweist, die eingerichtet sind, um zumindest ein für das Frequenzspektrum der von der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) ausgehenden Strahlung, welche durch Reflexion des eingestrahlten Lichts an Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder an einem Edelstahl erzeugte Strahlung enthält, spezifisches Messignal zu erzeugen und an die Auswerteeinheit (6) zu übertragen, und dass durch die Auswerteeinheit (6) eine Auswertung des Messsignals basierend auf einer Erkennung einer Farbe und/oder wenigstens einer Wellenlänge der empfangenen Strahlung durchführbar und auf der Grundlage der Erkennung eine Verschmutzung und/oder ein Verschmutzungsgrad der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) ermittelbar und über eine Schnittstelle (8) zur weiteren Nutzung zur Verfügung stellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (9) eingerichtet ist, um wenigstens zeitweise breitbandig Licht mit Wellenlängen zwischen 270 und 760 nm zu emittieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbsensor (7) über wenigstens drei Farbsensoreinheiten oder wenigstens drei farbsensitive Bereiche verfügt, die für Strahlung in voneinander getrennten und zueinander beabstandeten Teilwellenlängenbereichen innerhalb des Wellenlängenbereichs spektralsensitiv sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) eingerichtet ist, um zur Bestimmung einer Farbe der von der Oberfläche (4) des Förderbands (2) ausgehenden Strahlung anhand des Messsignals Frequenzanteile der reflektierten Strahlung aufzuintegrieren.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) eingerichtet ist, um wenigstens einen bei der Analyse des Messignals ermittelten Wert mit zumindest einem Referenzwert zu vergleichen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (6) zur Analyse des Messignals und/oder der Ermittlung des Verschmutzungsgrads eine Look-Up-Tabelle zur Verfügung steht, in der einem bei der Analyse des Messignals ermittelten Wert ein Referenzwert zugeordnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Referenzwert spezifisch für wenigstens ein Protein, ein Biomolekül, einen Stoff, einen Gewebetyp, eine Pflanzenart, einen Pilz und/oder eine Frucht ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) eingerichtet ist, um bei der Analyse des Messignals und/oder bei der Ermittlung des Verschmutzungsgrads einen Wert zu berücksichtigen, der mit einem Algorithmus unter Einsatz von Trainingsdaten erzeugt wurde, die für wenigstens ein Protein, ein Biomolekül, einen Stoff, einen Gewebetyp, eine Pflanzenart, einen Pilz und/oder eine Frucht spezifisch sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eingerichtet ist, um in einem Wellenlängenbereich von 270 bis 760 nm, nacheinander oder gleichzeitig wenigstens zwei Lichtstrahlungen, deren Frequenzen eine Bandbreite von 400 bis 1100 THz aufweisen, zu emittieren.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) über eine LED, die breitbandiges Licht mit Wellenlängen von 270 bis 760 nm emittiert, sowie über wenigstens zwei LED, die jeweils schmalbandiges Licht mit einer Bandbreite von 400 bis 1100 THz emittieren, verfügt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinheit (5) ausgebildet ist, wenigstens 8000 Messwerte pro Sekunde aufzunehmen.
Verfahren zur Detektion von Verschmutzungen auf einem Förderband (2), bei dem durch wenigstens einen Emitter (9) einer Strahlungsquelle (3) Licht in Richtung einer Oberfläche (4) des Förderbandes (2) ausgestrahlt wird, die im Bereich der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) reflektierte und/oder angeregte Strahlung mit einer Sensoreinheit (5) empfangen sowie ein für ein Frequenzspektrum der empfangenen Strahlung spezifisches Messsignal erzeugt wird und bei dem das Messsignal an eine Auswerteeinheit (6) übertragen wird, in der unter Zugrundelegung des Messsignals eine Information über einen Zustand der Oberfläche (4) des Förderbandes (2) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Strahlungsquelle (3) Licht zumindest mit Wellenlängen von 270 bis 760 nm emittiert wird, ein Farbsensor (7) und/oder ein Spektrometer der Sensoreinheit (5) die von der Oberfläche (2) ausgehende Strahlung, welche durch Anregung und/oder durch Reflexion des eingestrahlten Lichts an Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder einem Edelstahl erzeugte Strahlung enthält, wenigstens teilweise empfängt und wenigstens ein für das erfasste Frequenzspektrum spezifisches Messsignal erzeugt, und dass durch die Auswerteeinheit (6) eine Auswertung des wenigstens einen Messignals durchgeführt, auf der Grundlage der Auswertung des Messignals ein Verschmutzungsgrad der Oberfläche des Förderbandes, die wenigstens teilweise Silikon, Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder einem Edelstahl aufweist, ermittelt und der ermittelte Verschmutzungsgrad über eine Schnittstelle (8) einer weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (9) zumindest zeitweise Licht in einem Wellenlängenbereich, der Teil des Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm ist, emittiert und/oder die Sensoreinheit (5) für Licht in einem Wellenlängenbereich, der Teil des Wellenlängenbereichs von 270 bis 760 nm ist, spektralsensitiv ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (6) die für die Frequenzspektren der drei Spektralbereiche spezifischen Messignale, derart ausgewertet werden, dass auf der Grundlage einer Integration der Frequenzen der Frequenzspektren eine Farbe der reflektierten Strahlung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Messsignale die Frequenzspektren der reflektierten Strahlung mit wenigstens einem Referenzspektrum verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der der Auswertung der Messsignale wenigstens ein Algorithmus verwendet wird, der mit Hilfe von Trainingsdaten angelernt wurde, die wenigstens eine Information über an wenigstens einem Protein, einem Biomolekül, einem Stoff, einem Gewebestück, einem Pflanzenbestandteil, einem Pilzbestandteil und/oder an einem Fruchtbestandteil reflektierter Strahlung enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (4) des Förderbandes (2) gleichzeitig oder zeitlich beabstandet mit wenigstens zwei Lichtstrahlungen bestrahlt wird, die Wellenlängen in unterschiedlichen Spektralbereichen aufweisen.
Steuerung (11) zur Ansteuerung einer Reinigungseinheit (10) zur Reinigung einer Förderbandoberfläche (4), die an eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gekoppelt ist oder zumindest teilweise das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17 nutzt, um zumindest ein Steuersignal zur Ansteuerung der Reinigungseinheit (10) zu erzeugen.