-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Portionieren von Lebensmitteln,
wobei die Portionen eine definierte Masse aufweisen sollen, gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
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.
-
Mit
der
DE 101 49 492
A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten
Untersuchung und Absonderung von Stoffgemischen, Fleisch und Lebensmitteln
offenbart, wobei die Inhaltsstoffe der nachfolgend zu bearbeitenden
Stoffe (Fleisch, Lebensmittel) analysiert werden, um diese gemäß der anteilsmäßigen Analyse
einer bestimmten Qualität
zuzuordnen und in ein oder mehrere nachfolgende Verarbeitungsschritte
aufzuteilen.
-
Diese
Erfindung hat den Nachteil, dass hier lediglich eine Analyse durchgeführt wird,
welche keinen Einfluss auf eine definierte Stofftrennung hinsichtlich
einer definierten Gewichtsmenge aufweist.
-
Mit
der
DE 101 22 014
A1 wird eine Fettanalysevorrichtung für eine Fleischverarbeitungsmaschine
offenbart, welche mittels Röntgenstrahlung
in einem Teilbereich des Fleisches durchgeführt wird, bei der die Messstrecke
nicht von sich bewegenden Metallteilen unterbrochen wird.
-
Diese
Erfindung hat den Nachteil, dass hier lediglich die Bestimmung des
Fettgehaltes von Fleisch durchgeführt wird und keine definierte
Stofftrennung gemäß dem Messverfahren.
-
Mit
der
GB 23 64 894 A wird
ein Verfahren und Vorrichtung für
eine rechnergesteuerte, regelbare Schneideinrichtung zum Schneiden
eines dreidimensionalen Nahrungsmittelteils mit einer vorbestimmten
Form offenbart, wobei die Form des zu schneidenden Nahrungsmittel
mit Scannern erfasst wird, eine daraus entstehende Abbildung mit
Rechnerdaten vergleicht, einen oder mehrere Schneidbahnen berechnet
und den Schneidvorgang ausführt,
wobei zwischen jedem Schneidvorgang eine erneute Messung erfolgt.
-
Diese
Erfindung hat den Nachteil, dass hier lediglich ein Form-Schneidvorgang
offenbart wird, welcher nicht in Abhängigkeit einer definierten
Masse durchgeführt
wird.
-
Mit
der
US 5,428,657 wird
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung und genauer örtlicher
Bestimmung von unerwünschten
Materialteilen in Geflügelteilen
offenbart, wobei auf einem Förderband
liegende Teile unterhalb einem stoßenden Röntgenstrahlenbündel unterschiedlicher Röntgenstrahltypen
vorbeiziehen, welcher ein Fremdmaterial in Geflügelteilen identifiziert und
lokalisiert.
-
Diese
Erfindung weist ebenso den Nachteil auf, dass die ermittelten Daten
nicht für
eine definierte Materialtrennung in Abhängigkeit einer definierten Masse
durchgeführt
wird.
-
Mit
der WO 92/05703 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden
von Lebensmitteln offenbart, wobei das Gewebe eines Lebensmittels
mittels kernmagnetischer Resonanz oder Röntgenstrahlung hinsichtlich
unterschiedlicher Gewebestrukturen und deren Lage detektiert wird
und die Daten zur örtlichen
Festlegung geeigneter Schnitte verwendet werden.
-
Diese
Erfindung hat den Nachteil, dass dieser Druckschrift keine definierte
Materialtrennung in Bezug auf die Masse zu entnehmen ist.
-
Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Portionieren
von Lebensmitteln so weiterzubilden, dass die 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 Schufzmaßnahmen
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.
-
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
- Portionsschneidemaschine
- 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