DE10342499A1

DE10342499A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Portionieren von Lebensmitteln

Info

Publication number: DE10342499A1
Application number: DE10342499A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Hennig
Original assignee: Maschb Heinrich Hajek & C GmbH; Maschinenbau Heinrich Hajek & Co GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE10342499B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Portionieren von Lebensmitteln mit einer definierten Masse wird eine Produktstange bekannter Masse durch einen Strahl einer Durchleuchtungseinheit hindurchgeführt und das sich ergebende Durchleuchtungsbild durch Integration der Dichte ausgewertet, um die Schnittbreite einer nachgeschalteten Schneidvorrichtung zu steuern. DOLLAR A Um eine genauere Bestimmung der Dichte der Produktstange und damit eine Verbesserung der Genauigkeit des Gewichts der abgeschnittenen Scheibe zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die Produktstange in Richtung ihrer axialen Erstreckung durch einen die gesamte Breite der Produktstange durchsetzenden Röntgenstrahl hindurchgefördert wird, dass die Grauwertverteilung des Röntgenstrahls jenseits der durchleuchteten Produktstange mit einer Zeilenkamera erfasst wird, dass das von der Zeilenkamera über die Transportlänge ermittelte Grauwertbild über die Wegachse integriert wird und dass aus den Teilintegralen des integrierten Grauwertverlaufes der Vorschub für die Positionsschneidemaschine errechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Portionieren von Lebensmitteln, wobei die Portionen eine definierte Masse aufweisen sollen.
Beim Portionieren von Lebensmitteln aus stangenförmigen Ausgangsprodukten – zum Beispiel Käse oder Wurststangen – ist oft gefordert, dass die Masse der Portionen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz – bezogen auf die Nennmasse – liegt. Diese Toleranzen werden zum Beispiel durch die Europäische Fertigpackungsverordnung vorgegeben. Liegt die Masse einer Portion eines Lebensmittels innerhalb dieser Toleranz, darf die Portion als Portion mit Nennmasse in den Handel gelangen, unabhängig von ihrer tatsächlichen Masse. Diese Portionen werden als „Gutportionen" bezeichnet.
Portionen mit einer Masse unterhalb dieser Toleranz dürfen demnach nicht als „Gutportion" zum Beispiel in einer Verpackungsmaschine zu einer Packung mit Nennmasse weiterverarbeitet werden. Sie stehen somit als absetzbare Ware mit einer definierten Nennmasse gemäß Fertigpackungsverordnung nicht zur Verfügung.
Des Weiteren sind Portionen mit einer Masse größer als die Nennmasse unerwünscht.
Bei Ausgangsprodukten (Käse- oder Wurststangen) mit ungleichmäßiger Massenverteilung längs der Produktstange ist die Herstellung von Portionen definierter Masse nur in begrenztem Umfang möglich, solange keine Informationen über die Art und Weise der Massenverteilung längs der Stange vorliegen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Portionieren von Lebensmitteln ist beispielsweise mit der DE 44 10 596 A1 bekannt geworden. Die Durchleuchtung eines Lebensmittelstranges zur Bestimmung der lokalen Dichte des Körpers mit Röntgenstrahlen wird jedoch dort als nicht einsetzbar abgelehnt. Vielmehr wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichteverteilung eines inhomogenen Materials beschrieben, welches den Lebensmittelstrang mit mehreren zeilenförmig und matrixförmig angeordneten Lichtquellen durchleuchtet.
Auf der den Lichtquellen gegenüberliegenden Seite sind matrixförmig angeordnete Lichtsensoren vorgesehen. Es wird die Grauwertverteilung der Durchleuchtungslichtstärke gemessen. Eine solche Vorrichtung hat sich jedoch nicht durchgesetzt, weil durch die intensive Lichtbestrahlung die Qualität des Lebensmittels leidet und die Durchleuchtungsqualität ungenügend ist.
Die Durchleuchtung mit Licht hat im übrigen den weiteren Nachteil, dass hohe Streuverluste auftreten und die Grauwertbestimmung (Liniendicht über den Förderweg) bei der Durchleuchtung nur ungenau erfolgt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Portionieren von Lebensmitteln so weiterzubilden, dass die hieraus Portionen eine definierte Masse aufweisen, wobei eine hochgenaue Portionierung erfolgen soll.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch ein Verfahren nach der technischen Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass eine vorgegebene Produktstange mit bekannter Masse in Richtung ihrer axialen Erstreckung durch einen die gesamte Breite der Produktstange durchsetzenden Röntgenstrahl hindurchgefördert wird. Es wird die Grauwertverteilung des Röntgenstrahls jenseits der durchleuchteten Produktstange mit einer Zeilenkamera erfasst. Das von der Zeilenkamera über die Transportlänge ermittelte Grauwertbild wird über die Wegachse integriert. Aus den Teilintegralen des integrierten Grauwertverlaufes wird der Vorschub für die Portionsschneidemaschine zum Schnitt eines Portionsvolumens errechnet, das hochgenau der Portionssoll-Masse entspricht.
Es wird der Vorteil erreicht, dass wenige Portionsscheiben mit einer Masse über einer vorgegebenen Nennmasse liegen, wobei die Massendifferenz von tatsächlicher und der Nennmasse ein Minimum erreicht. Dies war nicht mit den bisherigen Auswerteverfahren möglich. Die hier erwähnte Nennmasse entspricht der vorher erwähnten Sollmasse.
Die Portionierung erfolgt mit einer geeigneten Schneidmaschine, indem über die Dicke der abzuschneidenden Portion die Portionsmasse vorgegeben wird. Die geschnittenen Portionen werden gegebenenfalls nach dem Schneiden gewogen.
Die Massenverteilung längs der Produktstange wird durch das Röntgenverfahren ermittelt. Dabei wird aus einer Röntgenquelle eine fächerförmige Röntgenstrahlung durch die sich mit einer bestimmten Transportgeschwindigkeit in Längsrichtung bewegende Produktstange geleitet. Unter der Röntgenquelle befindet sich eine Zeilenkamera, mit der die Absorption der Röntgenstrahlung gemessen wird, die sich als Grauwertverteilung zeigt.
Die Masse der Produktstange wurde vor dem Röntgen mit der Stangenwaage festgestellt. Aus Kenntnis der Stangenmasse und der Summe der gemessenen Grauwerte wird ein Vorschub auf der Portionsschneidemaschine für eine Portion mit vorher definierter Masse bestimmt, der als Sollwert an die Portionsschneidemaschine übergeben wird.
Mit der nach der Portionsschneidemaschine angeordneter Portionswaage wird die tatsächliche Masse der geschnittenen Portion bestimmt. Durch Soll-Ist-Vergleich wird das Auswerteverfahren der Grauwerte für die nächsten Portionen optimiert.
Um die Röntgeneinheit herum befindet sich eine Kapselung, mit der die Einhaltung der Strahlenschutzbestimmungen gewährleistet wird.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Masse der Produktstange mit einer Waage und die Massenverteilung der Produktstange mit dem Röntgenverfahren bestimmt wird.
Über die Bestimmung der Absorptionsrate und Masse der Stange wird ein Sollvorschub für die zu schneidende Portion einer definierten Masse ermittelt. Dieser Sollvorschub wird an eine nachgeordnete Schneidmaschine übergeben, die eine Portion unter Verwendung des Sollvorschubwertes abschneidet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Portion nach dem Schneiden gewogen wird und dass der Wert der tatsächlichen Portionsmasse mit dem Sollwert verglichen und zur Optimierung des Auswerte-Algorithmus verwendet wird.
Die Durchleuchtung eines Produktstranges mit Röntgenstrahlen mit den Mitteln der Erfindung ist ungefährlich. Es werden Röntgenstrahlen mit einer Intensität unterhalb des zulässigen Grenzwertes gemäß der Strahlenverordnung für den Einsatz bei Lebensmitteln verwendet. Insbesondere wird es bevorzugt, wenn als Röntgenstrahlquelle eine herkömmliche Röntgenröhre mit relativ schwacher Röntgenstrahlung verwendet wird, weil lediglich beim Betrieb dieser Röhre eine für die Durchleuchtung notwendige, niedrige Röntgenstrahlung erzeugt wird.
Dies im Gegensatz zu einer ständig strahlenden Röntgenquelle, zum Beispiel einem Kobaltstrahler, der mit entsprechenden Schutzmaßnahmen abgeschirmt werden muss, auch wenn er nicht in Betrieb ist.
Für den Betrieb der Röntgenröhre wird eine derartig geringe Strahlenmenge benötigt, wie sie nach der Röntgenstrahlenverordnung zugelassen und bei der Lebensmittelverarbeitung erlaubt ist.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
1: schematisiert eine Darstellung der Funktion einer Vorrichtung nach der Erfindung;
2: Die Seitenansicht der Vorrichtung nach 1
3: eine gegenüber 1 konkretisierte Ausbildung der Vorrichtung;
4: eine schematisierte Darstellung der Auswertung des Grauwertbildes.
In 1 und 2 ist eine Röntgeneinheit 2 dargestellt, die über eine zugeordnete Blende eine etwa fächerförmigen Röntgenstrahl 11 erzeugt, der eine Produktstange 9 durchsetzt, die in Längsrichtung 8 durch den Röntgenstrahl 11 hindurchgefördert wird.
Unterhalb der Produktstange 9 und jenseits der Röntgeneinheit 2 ist eine Zeilenkamera 12 angeordnet, in ein oder mehrere Sensoren zeilenförmig angeordnet sind und die ein entsprechendes Grauwertbild 20 in Abhängigkeit vom Vorschub in Längsrichtung 8 erfassen.
In 3 ist eine weiter konkretisierte Anordnung dargestellt.
Es sind eine Reihe von hintereinander geschalteten Transportbändern 5 vorgesehen, über welche die Produktstange 9 in Pfeilrichtung 8 gefördert wird.
Von dem anfänglichen Transportband 5 wird die Produktstange auf eine Stangenwaage 1 gefördert, mit der die aktuelle Masse festgestellt wird. Diese Masse wird über die Signalleitung 15 einer Auswerteeinheit 6 mitgeteilt.
Von der Stangenwaage 1 wird die Produktstange 9 in Pfeilrichtung 8 weiter in den Bereich der Röntgeneinheit 2 gefördert, die in einer strahlenschutztechnischen Kapselung angeordnet ist.
Wie in 1 dargestellt, durchsetzt die Röntgenstrahlung 11 die Produktstange 9 und die entsprechende Strahlung wird in der Zeilenkamera 12 erfasst. Das sich hieraus ergebende Bild der Zeilenkamera wird über die Signalleitung 16 ebenfalls der Auswerteeinheit 6 zugeführt.
Würde ein Röntgenfilm anstelle der Zeilenkamera 12 unter die Produktstange 9 gelegt werden, ergäbe sich ein Grauwertbild 20 nach 3 in der oberen Darstellung. Dieses Grauwertbild 20 ist gekennzeichnet durch eine Anzahl unterschiedlicher und teilweise sich überschneidender Flächenbereiche 21– 26.
Hellgraue Flächenbereiche sind kennzeichnend für eine hohe Dichte und eine entsprechend hohe Absorption, während dunkle Flächenbereiche 24, 21, 23 kennzeichnend sind für eine geringe Dichte und damit für eine niedrige Absorption der Röntgenstrahlen in der Produktstange.
Wenn beispielsweise ein Käse mit Luftlöchern durch die Röntgenstrahlung der Zeilenkamera 12 in Pfeilrichtung 8 hindurchgeführt wird, ergeben die Luftlöcher dunkle Flächenbereiche, während das übrige, umgebende Material helle Flächenbereiche ergibt, wie es mit dem Flächenbereich 26 dargestellt ist.
Die obere Darstellung in 3 dient nur der Verdeutlichung, wie eine Produktstange und die daraus resultierende Strahlungsabsorption erscheint.
In Wirklichkeit erfasst die Zeilenkamera 12 jedoch einen Grauwertverlauf 27 der im unteren Teil der 3 dargestellt ist. Hier ist der Grauwertverlauf auf der Ordinate über den Vorschubweg auf der Abszisse dargestellt.
Das Integral über den gesamten Grauwertlauf entspricht der Masse der gesamten Produktstange 9.
Zwischen der Position 29 und 30 ergibt sich beispielsweise ein Scheibengrauwert 28, welcher der geforderten Masse einer einzigen Scheibe entspricht. Diese Scheibe wird gewichtsgenau abgeschnitten. Zu diesem Zweck wird in der Auswerteeinheit 6 eine Scheibensollmasse 34 eingegeben und mit dem aktuellen Scheibengrauwert 28 nach 3 verglichen.
In der Abhängigkeit von dem ermittelten Unterschied, werden über die Signalleitung 17 ein Schneidmesser 13 beziehungsweise ein Vorschub gegen das Schneidmesser angesteuert. Hierzu fördert eine Vorschubeinrichtung 14 die Produktstange in Pfeilrichtung 8 gegen das Schneidmesser 13.
Das Schneidmesser 13 schneidet nun gewichtsgenau eine Portion 10 ab, die nachfolgend von der Portionswaage 4 erfasst wird.
Das Gewichtssignal der Portionswaage 4 wird über die Signalleitung 18 einem Regler 35 zugeführt, der ein entsprechendes Signal über die Signalleitung 19 der Auswerteeinheit zuführt. Auf diese Weise kann über die Regelstrecke zwischen der Portionswaage 4 und der Vorschubeinrichtung 14 hochgenau eine Portion 10 mit einer definierten Masse abgeschnitten werden.
Ändert sich hingegen die Grauwertverteilung gemäß 3 von Position 30 zu 31, dann wird das Integral über diese Grauwertverteilung zwischen Position 30 und 31 von der Auswerteeinheit 6 erfasst und ebenso in ein Vorschubsignal für die Vorschubeinrichtung 14 umgesetzt. Gleiches gilt für die Grauwertverteilung zwischen der Position 31 und 32.
Auf diese Weise stellt das Integral über den Grauwertverlauf 27 die Masse der gesamten Produktstange 9 dar, deren physikalische Masse eingangs von der Stangenwaage 1 erfasst wurde.
Mit der Auswahl der Einheit 6 wird somit der Abstand 33 zwischen den Positionen 29–32 hochgenau bestimmt und somit die Vorschubeinrichtung 14 angesteuert.
Die Konstruktion des Schneidmessers 13 kann hierbei unterschiedlich sein. Es kann sich um ein umlaufendes Kreis- oder Sichelmesser handeln. In einer anderen Ausführungsform kann es aber ein vertikal oder horizontal bewegtes Schneidmesser sein.
Hieraus wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit jeder beliebigen Schneid- oder Trenneinrichtung erfolgen kann. Es kommt daher auch berührungslose Trenneinrichtungen in Betracht, die beispielsweise mit Laser oder Wasserstrahl schneiden.

1: Stangenwaage
2: Röntgeneinheit
3: Portionsschneidmaschine
4: Portionswaage
5: Transportbänder
6: Auswerteinheit
7: Kapselung
8: Längsrichtung
9: Produktstange
10: Portion
11: Röntgenstrahlung
12: Zeilenkamera
13: Schneidmesser
14: Vorschubeinrichtung
15: Signalleitung
16: Signalleitung
17: Signalleitung
18: Signalleitung
19: Signalleitung
20: Grauwertbild
21: Flächenbereiche
22: Flächenbereiche
23: Flächenbereiche
24: Flächenbereiche
25: Flächenbereiche
26: Flächenbereiche
27: Grauwertverlauf
28: Scheibengrauwert
29: Position
30: Position
31: Position
32: Position
33: Abstand
34: Scheibensollmasse
35: Regler

Claims

Verfahren zum Portionieren von Lebensmitteln mit einer definierten Masse, bei dem eine Produktstange (9) bekannter Masse durch einen Strahl einer Durchleuchtungseinheit hindurchgeführt und das sich ergebende Durchleuchtungsbild durch Integration der Dichte ausgewertet wird, um die Schnittbreite einer nachgeschalteten Schneidvorrichtung zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktstange in Richtung ihrer axialen Erstreckung durch einen die gesamte Breite der Produktstange (9) durchsetzenden Röntgenstrahl (11) hindurchgefördert wird, dass die Grauwertverteilung (20, 27) des Röntgenstrahls (11) jenseits der durchleuchteten Produktstange (9) mit einer Zeilenkamera (12) erfasst wird, und dass das von der Zeilenkamera (12) über die Transportlänge ermittelte Grauwertbild über die Wegachse integriert wird und dass aus den Teilintegralen des integrierten Grauwertverlaufes (27) der Vorschub für die Portionsschneidemaschine errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Produktstange (9) vor dem Röntgen mit der Stangenwaage (1) festgestellt wird, dass aus Kenntnis der Stangenmasse und der Summe der gemessenen Grauwerte ein Vorschub auf der Portionsschneidemaschine für eine Portion mit vorher definierter Masse bestimmt wird, der als Sollwert an die Portionsschneidemaschine übergeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der der Portionsschneidemaschine nachgeordneten Portionswaage die tatsächliche Masse der geschnittenen Portion bestimmt wird und dass durch einen Soll-Ist-Vergleich das Auswerteverfahren der Grauwerte für die nächsten Portionen mit einem Auswerte-Algorithmus optimiert wird.
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Röntgenstrahlquelle eine herkömmliche Röntgenröhre mit relativ schwacher Röntgenstrahlung verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlung (11) etwa fächerförmig die Produktstange (9) senkrecht zu ihrer Längserstreckung durchsetzt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Produktstange (9) und jenseits der Röntgeneinheit (2) ist eine Zeilenkamera (12) angeordnet ist, in der ein oder mehrere Sensoren zeilenförmig angeordnet sind, die ein Grauwertbild (20) in Abhängigkeit vom Vorschub in Längsrichtung (8) erfassen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Schneidvorrichtung eine Portionswaage (4) angeordnet ist, deren Gewichtssignal über eine Signalleitung (18) einem Regler (35) zugeführt wird, der über die Signalleitung (19) mit der Auswerteeinheit verbunden ist.