Die Herstellung von verzehrbereiten Salaten nimmt in der Lebensmittelindustrie
stark zu. Diese Salatpackungen bestehen aus zugeschnittenen und gewaschenen
Salat
stückchen welche luftdicht verpackt sind und aus denen leicht ein Salatmenü
erstellt werden kann.
Bei der Herstellung solcher Salate ist noch eine umfangreiche Handarbeit für das
sog. Putzen (Entfernung der äußeren Blätter) und das Zuschneiden (Zerschneiden
der zum Verzehr geeigneten inneren Blätter in kleine Stücke) erforderlich. Die
Automatisierung dieser Arbeitsgänge bedeutet eine erhebliche Rationalisierung und
Kostensenkung für die unter starkem Kostendruck stehenden Betriebe.
In der europäischen Patentschrift EP 0419 349 B1 wird unter der Bezeichnung
"Salatschälvorrichtung" eine mechanische Lösung für das Putzen und Zuschneiden
beschrieben. Hierbei wird der Salatkopf per Hand mit dem Strunk in den
zangenförmigen Greifer einer automatischen Schneidemaschine eingelegt. Dieser
Greifer wird in eine Drehbewegung und gleichzeitig in eine longitudinale Bewegung
versetzt und der mit dem Kopf nach unten hängende, sich drehendem Salatkopf an
einer Reihe von feststehenden Scheibenmessern vorbei geführt. Diese Messer sind
so eingestellt, daß sie nacheinander zuerst die äußeren Blätter abschneiden
(Putzen) und dann die inneren Blätter in kleine Stückchen schneiden (zuschneiden).
Die guten Blattstückchen werden von den äußeren Blättern und dem Strunk getrennt
und an die weiteren Bearbeitungsprozesse (waschen, desinfizieren, trocknen,
verpacken) weitergeleitet.
Dieses Verfahren bedeutet eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem rein
manuellen Zuschneiden. Allerdings ist die feste Einstellung der Messer von großem
Nachteil. Die Salatköpfe schwanken stark in ihrer Größe und Form, auch innerhalb
einer Lieferung. Die Messer müssen zwangsläufig so eingestellt werden, daß beim
kleinsten Kopf noch die äußeren Blätter ausreichend weit abgeschnitten werden.
Dies bedeutet, daß bei größeren Köpfen ein großer Verlust an verwertbarem
Material entsteht, weil wesentlich zuviel eßbare Innenblätter abgeschnitten und
ausgeschieden werden. Das gleiche Argument gilt auch für unterschiedlich lange
Köpfe; auch hier müssen die Messer nach dem kürzesten Kopf eingestellt werden,
was wiederum zu erheblichen Materialverlusten bei zu langen Salatköpfen führt.
Je nach Kundenkreis und nach Qualitätstufe werden als "gute" Blätter lediglich die
weißen inneren, zum Salatherzen gehörenden Blätter verwendet, während bei
anderen Produktionen und Salatmischungen im Vergleich hierzu wesentlich mehr
grüne, äußere Blätter mitverwendet werden. Auch die hierfür erforderliche
Umstellung der Schneidemesser ist umständlich und kompliziert durchzuführen.
Schlußendlich ist wegen der Vielzahl der erforderlichen, fest eingestellten Messer
der mechanische Aufwand und vor allem der Reinigungsaufwand eines solchen
Automaten recht hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexible, sich automatisch an die
individuelle Form des Salatkopfes anpassende Schneideanlage zu erstellen welche
durch minimalen Materialverlust, schneller Umstellung an unterschiedliche
Salatkopfformen und Salatqualitäten sowie verringertem Reinigungsaufwand
gekennzeichnet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
zumindest einer der folgenden Schneideprozesse: a). Entfernen der äußeren, nicht
zum Verzehr geeigneten Blätter und b). Zuschneiden der Inneren zum Verzehr
geeigneten Blätter durchgeführt wird:
- a) daß zur Anpassung des oder der für das Entfernen der äußeren, nicht zum
Verzehr geeigneten Blätter zuständigen Schneidemesser an die individuelle Form
und Größe der Salatköpfe mittels einem oder mehrerer bildgebender Sensoren
und zugeordneter Signalauswertungselektronik aus der Silhouette und/oder Farbe
des Salatkopfes diejenigen Positionen des oder der Schneidemesser bestimmt
werden, welche für das Entfernen der äußeren Blätter erforderlich sind, daß die
Schneidemesser motorisch an diese Schneideposition verstellt werden und daß
nach dieser Verstellung durch die Schneidemesser die äußeren nicht zum
Verzehr geeigneten Blättern so abgeschnitten werden, daß wenig Verlust an
inneren, zum Verzehr geeigneter Blätter auftritt,
- b) daß zur Anpassung des oder der für das Zuschneiden der inneren zum Verzehr
Blätter zuständigen Schneidemesser an die individuelle Form und Größe und/oder
Farbe des von den äußeren Salatblättern befreiten Salatkopfes mittels
einem oder mehrerer bildgebender Sensoren und zugeordneter Signalauswer
tungselektronik aus der Silhouette und/oder dem Auflichtbild des Salatkopfes
diejenigen Positionen des oder der Schneidemesser bestimmt werden, welche für
das Zuschneiden der inneren Blätter ohne Anschneiden des nicht verzehrbaren
Strunks erforderlich sind, daß die Schneidemesser motorisch an diese
Schneideposition verstellt werden und daß nach dieser Verstellung durch die
Schneidemesser die inneren zum Verzehr geeigneten Blättern so abgeschnitten
werden, daß wenig Verlust auftritt und keine Teile des Strunks mit abgeschnitten
werden.
Die Erfindung soll beispielhaft aber nicht ausschließend anhand der folgenden
Figuren beschrieben werden:
Fig. 1 zeigt wie von einem Salatkopf, welcher von einem Greifer kopfüber am
Strunk hängend geführt wird, mit Hilfe eines bildgebenden Sensors die
Silhouette erfaßt wird;
Fig. 2 zeigt, wie ein motorisch verstellbares Drehmesser zur Entfernung der
äußeren Blätter vom Rechner, welcher das Bild der Silhouette
auswertet in eine der Salatform angepaßte Schneideposition gebracht
wird;
Fig. 3 zeigt wie mit einem bildgebenden Farbsensor geprüft wird, ob bereits
die inneren hellen Blätter des Salatherzens sichtbar sind und damit der
Putzprozeß beendet werden kann;
Fig. 4 zeigt wie ein Messerstapel durch Auswertung der Silhouette des
Salatkopfes nach dem Putzen in eine für das Zuschneiden der inneren
Blätter geeignete Position gebracht wird;
Fig. 5 zeigt beispielhaft die Anordnung der bildgebenden Sensoren und der
Schneidemesser für das Putzen und das Zuschneiden in einem
Rundtakttischaufbau;
Fig. 6 zeigt wie die Grobform des Salatkopfes durch eine vereinfachte
Anordnung von Lichtschranken bestimmt werden kann;
Fig. 7 zeigt wie in zwei bildhaften Aufnahme des Salatkopfes jeweils im
Stillstand und in Drehbewegung sich die Menge an äußeren Blättern in
Form eines durch die Zentrifugalkraft bewirkten Aufblähen des
Salatkopfes äußert.
Um die Putzmesser in eine Schneideposition zu bringen, welche verläßlich die
äußeren Blätter entfernt aber dennoch nicht zuviele der guten inneren Blätter mit
abschneidet ist es erforderlich, sowohl die vertikale Schneideposition als auch die
horizontale Schneidposition zu erkennen. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der am Strunk
1 von einem drehenden Greifer 2 gefaßte Salatkopf 3 im Durchlicht 4 von
einem bildgebenden Sensor 5 gegen den hellen Hintergrund 6 der Durchlichtquelle
betrachtet. Ein solcher Sensor kann aus einer Halbleiterkamera oder einem Feld von
optischen Detektoren mit der jeweilig erforderlichen Abbildungsoptik 7 bestehen.
Erfindungsgemäß besteht die Beleuchtung aus einer oder mehreren Lichtquellen mit
einer Wellenlänge im nahen Infrarot und bildgebenden Detektoren oder Kamera,
welche durch vorgeschaltete optische Filter oder entsprechende Selektion des
Halbmaterials eine im wesentlichen nur auf diesen Wellenlängenbereich der
Beleuchtung beschränkte Empfindlichkeit besitzen. So läßt sich der Einfluß von
Fremdlicht auf die Bildgewinnung wirksam ausschalten.
Erfindungsgemäß wird die Leuchtquelle stroboskopisch betrieben um auch bei
Bewegungen des Salatkopfes scharfe Bilder zu erhalten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die Signale des bildgebenden Sensors 1 mit Hilfe
eines Bildrechners 2 so ausgewertet, daß die Position der Halseinschnürung 3
sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung, bezogen auf die
Greiferposition 4 aus dem Bild der Durchlichtsilhouette 5 ermittelt und an die
motorische Verstellung 6 des für das Putzen zuständigen Scheibenmessers 7
weitergegeben wird.
Erfindungsgemäß wird diese Schneideposition aus mehreren Silhouettenbildern des
gleichen Salatkopfes bei unterschiedlichem Drehwinkel bestimmt um Einflüsse nicht
rotationssymmetrischer Kopfformen durch statistische Auswertung wie Mittelwert
bildung, Beseitigung von Ausreißern usw. eine geglätte Silhouettenform zu erhalten,
welche repräsentativ für den individuellen Salatkopf ist.
Erfindungsgemäß wird diese statistische Auswertung nicht nur über verschiedene
Aufnahmen des gleichen Salatkopfes angewendet sondern über mehrere aufein
anderfolgende Salatköpfe. Dies kann z. B. in Form einer gleitenden Mittelwertbildung
der Konturkoordinaten der Silhouetten geschehen. Bei eher gleichmäßigen
Produkten kann zur Verringerung des Rechenaufwandes und zur Beschleunigung
der Positionsbestimmung beispielsweise nur jeder 10ter Salatkopf bildhaft aus
gewertet werden und mit diesen Stichprobenwerten eine statistisch gemittelte
Silhouette bestimmt werden, welche zur Positionierung der Schneidemesser benutzt
wird. Ein solches Verfahren hat zwar den Nachteil, daß es die Schneidemesser nicht
mehr individuell für jeden Salatkopf nachstellt aber den Vorteil, daß allmähliche
Veränderungen in der zu verarbeitenden Charge noch erfaßt werden bei einer
erheblich reduzierten Anzahl von erforderlichen Bildauswertungen.
Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, daß die Steuerung der Putzmesser
nicht nur aus bildhaften Informationen der Kopfsilhouette gewonnen werden,
sondern auch aus Auflichtbildern mit Helligkeits- und Farbbildinformationen. In der
Tat müssen solange die äußeren Blätter entfernt werden, bis die inneren hellen zum
Verzehr geeigneten Blätter sichtbar werden. Dies kann beispielhaft nach Fig. 3
dadurch geschehen, daß im Auflicht 1 mit Hilfe eines farbtüchtigen Bildsensors 2,
z. B. einer Farbkamera, ein Bild der Oberfläche des Salatkopfes 3 in einer oder
mehreren Drehpositionen erstellt wird und daß mit Verfahren der Farbbildverarbei
tung mit dem Bildrechner 4 bestimmt wird, ob ein ausreichender Weißgrad des
Salatkopfes vorliegt bzw. ob eine ausreichende Beseitigung der dunkelgrünen
äußeren Blätter erreicht ist. Solche Farbbildverarbeitungsverfahren sind z. B. in dem
europäischen Patent EP 0425595 von R. Massen im Zusammenhang mit der
optischen Sortierung von Pflanzen beschrieben.
Die oder das Putzmesser 5 werden solange motorisch nachgestellt bis alle
äußeren grünen Blätter soweit abgeschnitten sind, wie es von der zu produzieren
den Qualität gefordert wird. Dieser Zustand wird durch Farbklassifikation des
erfaßten Auflichtbildes in die beiden Farbklassen "dunkelgrün" und "hellgelb"
bestimmt. Wird ein vorgegebenes als Verhältnis der Anzahl von dunkelgrünen zu
der Anzahl von hellgelben Bildpunkten des Salatkopfbildes gemessen, so wird der
Prozeß "Abschneiden der äußeren Blätter" beendet. Erst danach bewegt sich der
Salatkopf in die nächste Bearbeitungsposition für das Zuschneiden der zum Verzehr
geeigneten inneren Blätter.
Um die oder das Drehmesser für das Zuschneiden der inneren zum Verzehr
bestimmten Blättern so durchzuführen, daß der Strunk nicht angeschnitten wird und
das oder die Drehmesser an den korrekten Positionen angreifen, wird in einer
ähnlichen Weise wie oben beschrieben die Silhouette des nunmehr von den
äußeren Blätter befreiten Salatkopfes mit einem oder mehreren bildgebenden
Sensoren erfaßt und hieraus die Schneideposition für das oder die Messer ermittelt.
Fig. 4 zeigt beispielhaft einen von den äußeren Salatblättern befreiten Kopf 1,
dessen Silhouette mit der Kamera 2 im Durchlicht 3 erfaßt wird, die Ermittlung der
Achse des Salatstrunks aus dem Bild 4 der Silhouette mit dem Bildrechner 5 als
maximale Eindringposition für den Satz parallel auf einer Drehachse montierten
Schneidemesser 6 sowie die maximale vertikale Position 7 für den Schneide
messerstapel.
Erfindungsgemäß wird die maximale Eindringposition aus der Gesamtfläche des
Salatkopfes über eine empirisch ermittelte Funktion abgeleitet. Die Zuschneide
messer dürfen nur soweit eindringen, daß sie den Strunk nicht mit anschneiden. In
der Bildaufnahme ist aber nur der obere Teil sichtbar. Es ist aber bekannt, daß
sowohl die Länge des Strunks (in vertikaler Richtung in Fig. 4 gemessen) als auch
der Durchmesser des Strunks im nicht-sichtbaren, von den hellen Blättern bedeckte
Bereich mit der Gesamtgröße des Salatkopfes korreliert. Die Eindringposition des
oberen Schneidemessers richtet sich demnach nach dem sichtbaren Strunk
durchmesser; an den tiefer gelegenen Schneidepositionen wird sie aus dem
sichtbaren Durchmesser und der Gesamtkopfgröße über eine empirisch ermittelte
Funktion bestimmt.
In Fig. 5 wird eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens erläutert. Die Salatköpfe 1 werden manuell in den Greifer
eines Rundtaktsystem 2 eingehängt. Am Umfang sind die unterschiedlichen
Bearbeitungsstationen angeordnet:
- 1. die Station 3 zum Putzen, d. h. Abschneiden der äußeren Blätter mit dem
bildgebenden Sensor 6 und dem von den Bildsignalen motorisch positionierten
Schneidemesser 7 sowie einem Förderband 8, welches die abgeschnittenen
äußeren Blätter ausfährt
- 2. die Station 4 zum Zuschneiden der inneren Blätter mit dem bildgebenden
Sensor 9 und dem von den Bildsignalen dieses Sensors motorisch positionierten
Schneidemessers 10 sowie einem Förderband 11 zum Ausfahren der zuge
schnittenen Salatstückchen
- 3. die Station 5 zum Abscheiden des Strunks mit dem Auswurf 12 und einem
Förderband 13 zu Ausfahren des Strunks.
Damit werden im Gegensatz zu dem bekannten System nach EP 90402581, welches
aus einer großen Anzahl von fest eingestellten Drehmessern besteht, lediglich zwei
Drehmesser benötigt. Dies erleichtert die Reinigung und Wartung erheblich und
vermindert die Kosten für die Vielzahl der sonst erforderlichen Drehantriebe.
Der Erfindungsgedanke läßt zahlreiche Variationen der Anordnungen und Anzahl
von bildgebenden Sensoren und motorisch verstellbaren Schneidemesser zu, so
daß je nach verlangtem Durchsatz unterschiedliche Ausbaustufen möglich sind. Im
einfachsten Fall wird lediglich ein einziges Drehschneidemesser motorisch in die für
das Putzen und das Zuschneiden erforderliche Positionen gebracht mit Hilfe der aus
einer Durchlicht und/oder Auflichtaufnahme ermittelten Positionen. Ein solches
System führt demnach alle Schnitte nacheinander durch und ist nicht sehr schnell.
Dafür ist es einfach und preiswert und besteht nur aus wenigen, leicht wartbaren
und zu reinigenden Komponenten.
Im andern Extremfall werden eine Reihe von Schneidemessern mitzugehörigen
optischen Sensoren so entlang des Umfangs eines Rundtakttisches positioniert, daß
in jeder Schneideposition nur ein Teil des gesamten Putz- und Zuschneideprozesse
durchgeführt wird.
Eine weitere Ausprägung des Erfindungsgedanken ist es, den bildgebenden Sensor
zur Erfassung der Silhouette des Salatkopfes aus einer Anordnung einzelner
Lichtschranken zu bilden. Wie in Fig. 6 gezeigt, können durch eine Anordnung von
mehreren, in unterschiedlicher Höhe angebrachten Zeile einzelner Lichtschranken
1 die ungefähre Kopfform 2 aus den Signalen derjenigen Lichtschranken 3
ermittelt werden, welche durch den Salatkopf 4 unterbrochen werden. Ebenso
kann die Betrachtung des Auflichtes durch einen Anzahl getrennter Licht- oder
-empfänger, welche das von dem sich drehenden Salatkopf reflektierte Licht
empfangen und Auswerten kostengünstig ausgelegt werden. Der Begriff "bildge
bender Sensor" bedeutet damit nicht zwangsläufig einen Sensor mit einer hohen
Anzahl von Bildpunkten, wie er z. B. bei Videokameras vorliegt. Die Bildauflösung
welche erfindungsgemäß benötigt wird richtet sich lediglich nach der gewünschten
Positionierungsgenauigkeit der Schneidemesser. Gegenüber dem aktuellen Stand
der Technik mit feststehenden Messern bedeutet auch bereits eine grobe
Positionierung einen Fortschritt, insbesondere auch dann wenn die Form des
Salatkopfes stark schwankt.
Ein weiterer Erfindungsgedanken besteht nach Fig. 7 darin, die Kopfform sowohl bei
nicht drehendem Kopf 1 als auch bei drehendem Kopf 2 zu erfassen. Da die
äußeren Blätter sich beim Drehen infolge der Zentrifugalkräfte aufstellen, läßt sich
die ungefähre Dicke der äußeren Blattschicht aus dem Unterschied der beiden
Silhouetten bestimmen und damit direkt das Putzschneidemesser in die tiefst
mögliche Position, bei welcher der Strunk noch nicht angeschnitten wird bringen.
Hierdurch wird der Putzvorgang beschleunigt.
Erfindungsgemäß werden die bildhaften Informationen welche aus der Silhouette
und/oder dem Auflichtbild gewonnen werden nicht nur zur Positionierung der
Schneidemesser sondern auch zur Qualitätskontrolle der verarbeitenden Salatköpfe
verwendet. Salatköpfe ungenügender Größe oder schlechter Kopfform können aus
dem Bild der Silhouette erkannt werden; Salatköpfe mit inneren Faulstellen können
aus dem Auflichtfarbbild nach dem Putzen erkannt werden.
Erfindungsgemäß werden Salatköpfe schlechter Qualität aus dem Verarbeitungs
prozeß ausgeschieden.
Ein weiterer Erfindungsgedanke ist es, aus diesen bildhaften Informationen bereits
während der Produktion eine Vorhersage für die Menge an produziertem zum
Verzehr geeigneten Salat zu erstellen, indem z. B. die Fläche des Salatkopfes nach
Entfernen der äußeren Blätter als Maß für das Gewicht an produzierten Gut-Material
verwendet wird.
Erfindungsgemäß werden diese Informationen zur Abrechnung des Erzeugers
verwendet, da der Abnahmepreis sich direkt nach den Gewicht an erzeugbarem Gut-
Material richtet.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß das beschriebene Verfahren nicht
nur auf Salatköpfe beschränkt ist sondern sich auch andere Gemüse- und
Pflanzenformen mit einer ähnlichen Form und einem ähnlich Aufbau sowie ähnlich
geformte Produkte bearbeiten lassen. Beispielhaft sei hier Chinakohl, Krautköpfe
u. a. genannt. Durch eine andere Auslegung der Form der Schneidemesser lassen
sich auch komplizierter Formen bearbeiten, solang sich die Schneideposition aus
dem Durchlicht- der Auflichtbild des Produktes ermitteln läßt.
Auch die Umkehrung der Drehbewegung zum Abschneiden von Außenblätter oder
Schalen ist Gedanke dieser Erfindung. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß
beim Zuschneiden das Produkt nicht bewegt wird sondern die Schneidemesser
entlang der vom bildgebenden Sensor gelieferten Silhouettenbahn um das Produkt
herum bewegt werden.
Auch die Kombination von Raumbewegung des Salatkopfes und Bewegung der
Schneidemesser im Raum entlang von Raumpositionen, welche aus den Signalen
der optischen Sensoren gewonnen werden ist Teil des Erfindungsgedanken.