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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln, beispielsweise in Form eines Heißumluft-Ofens.
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Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der
DE 20 2006 009 284 U1 bekannt. Hierbei ist ein Behandlungsraum vorgesehen, mit einer Mehrzahl von Einschubebenen zur Aufnahme von Produktträgern, die zur Aufnahme von Produkten ausgebildet sind. Dabei ist jedem Produktträger ein Garprozessfühler zugeordnet, der in das Gargut eingestochen werden kann, um zum Beispiel die Kerntemperatur zu erfassen. Der Garprozess für die einzelnen Produkte in den verschiedenen Einschubebenen kann dann anhand der von den Garprozessfühlern erfassten Werte gesteuert werden.
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Bei üblicherweise manuell beschickten Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln, etwa in Form von Heißumluft-Öfen werden die Produkte in der Regel auf Produktträgern aufgelegt und dann in den Ofen eingeschoben. Je nach aufgegebenen Produkten muss der Anwender durch manuelles Drücken der entsprechenden Produktwahltaste an einer Steuerung oder durch Auswahl eine individuellen Konfiguration die Prozessparameter zur Wärmebehandlung der Produkte eingeben.
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Diese üblicherweise manuelle Auswahl der verschiedenen Behandlungsprogrammen hat jedoch eine Reihe von Nachteilen:
So kann der Anwender beispielsweise durch Auswahl eines falschen Produktes Prozessparameter initialisieren, die für die Behandlung der betreffenden Produkte ungeeignet sind und somit die Entstehung von Ausschussware fördern. In einigen Fällen kann der Behandlungsprozess infolge inkompatibler Eingaben erst gar nicht gestartet werden.
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Die Prozessparameter sind in der Regel nicht optimal auf die tatsächliche beschickte Menge abgestimmt. Sind beispielsweise nur 50 oder weniger Prozent der maximalen Mengenauslastung beschickt, so wird beim Garprozess nicht benötigte Energie aufgewendet, was zu unnötig hohen Betriebskosten führt.
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Werden auf einem oder mehreren Produktträgern unterschiedliche Produkttypen platziert, so kann als Konsequenz eine Genussfertigkeit durch die Prozessparameter überhaupt nicht oder nicht in optimaler Weise gewährleistet werden.
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Schließlich setzt die Notwendigkeit der manuellen Auswahl von Prozessparametern nach visueller Klassifizierung des Produktes durch den Anwender gewisse Fähigkeiten voraus und mindert im Gegensatz zu einem voll automatischen System den Komfort.
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Im Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, insbesondere den Garzustand verschiedener Produkte automatisch zu überwachen und teilweise den Wärmebehandlungsprozess in Abhängigkeit davon zu steuern.
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Gemäß der
DE 10 2005 046 716 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Gargerätes unter Verwendung von Infrarotstrahlung zur Bestimmung der Position des Gargutes bekannt. Dabei wird Infrarotstrahlung auf das Gargut gerichtet und die emittierte, reflektierte oder absorbierte Strahlung erfasst und ausgewertet. Die hierbei gewonnenen Daten werden zur Prozesssteuerung des Gargutes verwendet.
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Aus der
DE 10 2008 009 660 A1 ist ferner ein berührungsloser Gassensor für ein Gargerät bekannt, der zur Bestimmung des Garzustandes eines Produktes genutzt wird, zum Beispiel zur Bestimmung des Bräunungszustandes. Der Behandlungsraum wird hierzu mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt und das im Behandlungsraum vorhandene fluide Medium wird ausgewertet, wozu mit dem Sensor die Absorption und/oder die Emission der elektromagnetischen Strahlung gemessen wird, die von vom Gargut in das fluide Medium abgegebenen Stoffen resultiert. Diese Daten werden ausgewertet und hieraus zumindest ein Parameter abgeleitet, der mit dem Garzustand des Garguts korreliert.
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Darüber hinaus sind im Stand der Technik Maßnahmen bekannt, um eine Belegung der Einschubebenen zu überwachen. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 022 227 B3 bekannt, jeder Einschubebene zur Belegungserkennung zumindest einen kapazitiven Belegungssensor zuzuordnen. Die kapazitiven Belegungssensoren werden mit einer Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz beaufschlagt, so dass mit Hilfe einer Impedanz-Messung eine Belegungserkennung durch Vergleich mit einem Referenzwert erfolgen kann.
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Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln sind jedoch sämtlich nicht geeignet, nur eine automatische Wärmebehandlung von Produkten zu erlauben, ohne dass von einem Benutzer bestimmte Daten manuell eingegeben werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln zu schaffen, die auf einem Produktträger innerhalb eines Behandlungsraums behandelt werden, womit ein automatischer Prozessablauf ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln gelöst, mit einem Behandlungsraum, mit mindestens einer Einschubebene zur Aufnahme eines Produktträgers, der zur Aufnahme von Produkten ausgebildet ist, mit mindestens einer Heizeinrichtung zur Beheizung des Behandlungsraums, und mit einer Steuerung zur Steuerung eines Behandlungsprozesses, mit mindestens einem Sensor zur Erkennung der Art der Produkte und der Belegung eines Produktträgers mit Produkten, wobei in der Steuerung eine Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzprodukten zusammen mit charakteristischen Daten für eine Identifizierung hinterlegt ist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die von Sensor erfassten Daten mit den produktspezifischen charakteristischen Daten zu vergleichen und eine automatische Identifizierung der Produkte durchzuführen, wobei die Steuerung ferner dazu ausgebildet ist, die Menge der Produkte auf jedem Produktträger automatisch zu erfassen, und wobei die Steuerung ferner dazu ausgebildet ist, die Wärmebehandlung der Produkte in Abhängigkeit von der erfassten Art und Menge der Produkte automatisch zu steuern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Erfassung von charakteristischen Produktdaten mittels mindestens eines Sensors und den Vergleich mit den für unterschiedliche Referenzprodukte hinterlegten charakteristischen Daten wird eine automatische Identifizierung der Produkte ermöglicht, die in Kombination mit der Erfassung der Menge der Produkte auf jedem Produktträger zur automatischen Steuerung der Wärmebehandlung der Produkte benutzt werden kann.
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Erfindungsgemäß werden somit manuelle Eingaben der Produktart und -menge überflüssig. Auf diese Weise werden Bedienungsfehler vermieden und es wird ein optimierter Behandlungsprozess selbst für unterschiedliche Produkte gewährleistet. Auf diese Weise werden optimale Behandlungsergebnisse erzielt und gleichzeitig ein besonders energie- und kostensparendes Arbeiten gewährleistet.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein optoelektronischer Sensor oder mindestens ein Schallsensor, insbesondere ein Ultraschallsensor, vorgesehen.
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In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kamerasystem zur Produkterfassung vorgesehen.
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Während Schallsensoren sehr einfach und robust aufgebaut sind, wird durch die Verwendung eines Kamerasystems zur Erfassung der Produktart und -menge eine besonders vollständige und umfassende Produktüberwachung ermöglicht, wozu grundsätzlich im Stand der Technik bekannte Kamerasysteme in zahlreichen Variationen vorhanden sind und mit geeigneter Software zur Auswertung und Erfassung der notwendigen Informationen benutzt werden können.
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Vorzugsweise ist hierbei die Steuerung dazu ausgebildet, zumindest die Form, die Oberflächenbeschaffenheit, die Oberflächenstruktur oder die Farbe der Produkte auszuwerten.
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Hierbei erfolgt vorzugsweise zunächst eine Festlegung eines Bildausschnittes durch eine definierte Hilfsgeometrie, wobei es sich z. B. um ein Rechteck einer bestimmten Form und Größe handeln kann.
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Vorzugsweise ist ferner die Steuerung zur Identifizierung eines Kanals (R-Kanal, G-Kanal oder B-Kanal anhand der RGB-Werte innerhalb des Bildausschnittes ausgebildet, der die Produkte am besten vom Hintergrund hervorhebt.
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Auf diese Weise wird der bestmögliche Kontrast verwendet, um mit einfachen Mitteln eine Auswertung zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung ferner innerhalb des ausgewählten Kanals zur Segmentierung des Produktträgers und der Produkte mit einer optimalen Grauwertschwelle ausgebildet.
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Nachdem die Produktträger und die Produkte so segmentiert sind, können die einzelnen Segmente zur Ermittlung der Zugehörigkeit einzeln liegender Produkte zu den verschiedenen Produktarten anhand von Regioneneigenschaften der Referenzprodukte und/oder durch einen Abgleich mit den charakteristischen Daten der Referenzprodukte festgestellt werden.
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Im Falle von aneinanderliegenden Produkten ist die Steuerung vorzugsweise zur Ermittlung der Zugehörigkeit zu den verschiedenen Produktarten anhand von Morphologie- und Regioneneigenschaften der Referenzprodukte und/oder durch einen Abgleich mit den charakteristischen Daten der Referenzprodukte ausgebildet.
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Auf diese Weise kann sowohl bei einzeln liegenden Produkten als auch bei aneinanderliegenden Produkten eine zuverlässige Produkterkennung durch Vergleich mit den charakteristischen Daten der Referenzprodukte gewährleistet werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst die Steuerung einen vorzugsweise digitalen Aufhell- oder Dämpfungsmodus für das vom Kamerasystem jeweils erfasste Bild.
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Da für eine visuelle Produkterkennung grundsätzlich ein gewisses Lichtniveau vorherrschen muss, wird durch diese Maßnahme eine effiziente Bildauswertung unterstützt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kamerasystem einen Autofokus, der sich automatisch so einstellt, dass der Bildausschnitt jeweils einen Produktträger vollständig umfasst.
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Auf diese Weise ist das Kamerasystem in der Lage, unabhängig von der Einschubebene, die auf den Produktträgern platzierten Produkte zu detektieren.
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In alternativer Ausführung der Erfindung ist das Kamerasystem mit einer Festbrennweite ausgestattet, wobei an jedem Produktträger eine Markierung bestimmter Geometrie und Größe vorgesehen ist, um den Maßstab bei der Erfassung der jeweiligen Produkte zu bestimmen.
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Auf diese Weise kann bei der Verwendung einer Kamera mit einer Festbrennweite die Größe des erkannten Produktes dem korrekten Maßstab und somit der richtigen Produktklasse zugeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Kamerasystem zur Erkennung der Anzahl der Produktträger im Behandlungsraum ausgebildet.
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Auf diese Weise kann der Behandlungsprozess optimal an die Produktbelegung angepasst werden.
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Vorzugsweise weist auch hierzu jeder Produktträger eine Markierung bestimmter Geometrie und Größe vor, wobei das Kamerasystem zur Erfassung und Auswertung der Markierungen ausgebildet ist, um die Anzahl der Produktträger im Behandlungsraum zu bestimmen.
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Auf diese Weise ist eine besonders einfache Erfassung der Anzahl der mit Produktträgern belegten Einschubebenen ermöglicht.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Sensor derart außerhalb des Behandlungsraums angeordnet, das beim Einschieben eines Produktträgers in eine Einschubebene die Art und Anzahl der Produkte erfasst wird.
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In alternativer Ausführung der Erfindung ist jeder Einschubebene des Behandlungsraums mindestens ein Sensor zugeordnet.
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Während bei der zweiten Variante der Sensor für jede Behandlungsebene beispielsweise an der Rückwand oder einer der Seitenwände des Behandlungsraums angeordnet sein kann und über ein Sichtfenster in den Behandlungsraum gerichtet sein kann, werden hierbei keine besonders hohen Anforderungen an die Dynamik bei der Datenerfassung gestellt. Bei der ersten Ausführung unter Verwendung eines Sensors außerhalb des Behandlungsraums ergibt sich grundsätzlich ein vereinfachter Aufbau, da nur außerhalb des Behandlungsraums ein Sensor vorgesehen sein muss, der somit auch nicht den Verschmutzungen innerhalb des Behandlungsraums ausgesetzt ist. Allerdings ergeben sich hierbei deutlich höhere Anforderungen an die Datenerfassung und -verarbeitung, da nur eine relativ kurze Zeitspanne zur Verfügung steht, um während des Einschubvorgangs die Abtastung des Produktträgers und der einzelnen Produkte zu gewährleisten.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung der Erfindung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 eine schematische Darstellung einer in gegenüber der Ausführung gemäß 1 abgewandelten Ausführung der Erfindung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Lebensmitteln schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Es handelt sich hierbei um einen Heißumluft-Ofen mit einem Behandlungsraum 12. Der Behandlungsraum 12 ist mit Edelstahl ausgekleidet und weist beispielhaft zwei Einschubebenen 14, 16 auf, in die bei geöffneter Tür Produktträger 24, 26 eingeschoben werden können. An der Rückseite des Behandlungsraums 12 ist eine Heizung 18 vorgesehen, die lediglich rein schematisch dargestellt ist. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um eine oder mehrere Heizstangen in Kombination mit einem Gebläse, mit dem die Luft innerhalb des Behandlungsraums 12 umgewälzt werden kann. Zusätzlich können weitere Heizelemente im Boden- und Deckenbereich des Behandlungsraums 12 angeordnet sein.
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Weiterhin ist jeder Behandlungsebene 14, 16 vorzugsweise ein Sichtfenster zugeordnet, das mit 22 angedeutet ist.
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Zugeordnete Produktträger, die in die Einschubebenen 14, 16 bei geöffneter Tür eingeschoben werden können, sind mit den Ziffern 24 und 26 bezeichnet und sind im vorliegenden Fall mit unterschiedlichen Produkten 28 und 30 belegt. Es kann sich hierbei zum Beispiel um Spitzbrötchen und Baguettes handeln.
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Die Vorrichtung 10 wird über eine zentrale Steuerung 20 vollautomatisch gesteuert. Im Bereich des oberen Endes der Vorrichtung 10 ist ein Sensor 32 in Form einer Kamera angeordnet, der nach unten gerichtet ist und so angeordnet ist, dass er die gesamte Fläche eines Produktträgers 24, 26 erfassen kann, wenn dieser in eine der Einschubebenen 14 bzw. 16 eingeschoben wird. An jedem Produktträger 24, 26 ist ferner eine Markierung 25 bzw. 27 einer bestimmten Form und Größe vorgesehen, die beim Einschieben des Produktträgers 24 bzw. 26 in die Einschubebene 14 bzw. 16 erfasst wird, so dass festgestellt werden kann, wie viele Einschubebenen 14, 16 belegt sind.
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In 2 ist eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und insgesamt mit Ziffer 10a bezeichnet. Hierbei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
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Zusätzlich zu den in 1 dargestellten zwei Einschubebenen 14, 16 ist hierbei eine dritte Einschubebene 36 am unteren Ende vorgesehen.
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Die Vorrichtung 10a unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 im Wesentlichen durch die andere Anordnung der Sensorik. Anstelle eines einzigen Sensors 32 gemäß 1 sind hierbei jeder Einschubebene 14, 16, 36 ein Sensor 33, 34, 35 jeweils in Form einer Kamera angeordnet, die mit Festfokus ausgestattet ist und beispielsweise im Bereich der Rückwand oder im Bereich einer Seitenwand angeordnet sein kann. Die betreffenden Kameras sind über geeignete Sichtfenster mit dem Behandlungsraum 12 verbunden.
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Die grundsätzliche Arbeitsweise der Vorrichtung 10 bzw. 10a ist wie folgt:
In der Vorrichtung 10 ist ein Sensor 32 in Form einer Kamera mit Autofokus vorgesehen, der bei Einschieben eines Produktträgers 24, 26 in die zugeordnete Einschubebene 14, 16 die gesamte Fläche des betreffenden Produktträgers 24 bzw. 26 erfassen kann.
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Zwecks einer automatischen Erfassung und Identifizierung der Produkte 28, 30 enthält die Steuerung 20 eine Produktdatenbank mit Referenzprodukten und einer Reihe von charakteristischen Eigenschaften, durch die die Referenzprodukte gekennzeichnet sind. Es kann sich hierbei etwa um die Form, die Oberflächenbeschaffenheit, die Oberflächenstruktur und/oder die Farbe der Produkte handeln.
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Die entsprechenden Eigenschaften der Produkte werden beim Einschieben der Produktträger 24 bzw. 26 in die Einschubebenen 14, 16 erfasst und mit den in der Datenbank hinterlegten charakteristischen Produktarten verglichen, so dass durch geeignete Algorithmen eine Zuordnung und Identifizierung der Produkte erfolgen kann.
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Hierbei wird zunächst ein interessierender Bildbereich innerhalb des gesamten Bildes durch eine definierte Hilfsgeometrie festgelegt.
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Anhand der RGB-Werte (Komplementärfarben) wird anschließend innerhalb des interessierenden Bildbereichs ein Kanal (R- oder G- oder B-Kanal) festgelegt, der die Produkte 28, 30 vom Rest des Bildes am besten farblich vom Hintergrund abhebt. Anschließend erfolgt eine Segmentierung von Produkten und Produktträgern in dem identifizierten Farb-Kanal mit einer ermittelten optimalen Grauwertschwelle. Im Anschluss daran wird die Zugehörigkeit einzeln liegender Elemente anhand von Regioneneigenschaften und/oder durch einen Abgleich mit den Referenzprodukten bestimmt. Bei aneinanderliegenden Produkten wird mittels Morphologie- und Regioneneigenschaften und/oder einem Abgleich mit den Referenzprodukten die Zugehörigkeit der Produkte ermittelt.
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Die Kamera ist mit einem automatischen Auslösemechanismus für das Starten der Bildaufnahme, gefolgt von einer automatischen Bildauswertung versehen. Der Auslösemechanismus kann sowohl durch ein ausgelöstes elektrisches Signal beim Beschicken einer Einschubebene als auch durch eine rein programmiertechnische Funktion erfolgen. Es kann auch beispielsweise ein Näherungssensor in Form eines Ultraschallsensors oder dergleichen vorgesehen sein, der bei Erfassen eines Produktträgers automatisch den Auslösemechanismus startet. Die progammiertechnische Funktion erkennt dynamisch beim Beschickungsvorgang das jeweilige Produkt durch Vergleich der Objekte im Blickfeld mit den in der Datenbank hinterlegten Referenzprodukten.
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Da für eine visuelle Objekterkennung grundsätzlich ein gewisses Lichtniveau vorherrschen sollte, wird vor den Bildauswertungen ein digitaler Aufhell- oder Dämpfungsmechanismus verwendet, um die Bilddaten auf ein einheitliches Lichtniveau zu bringen. Der digitale Aufhell- oder Dämpfungsmechanismus ermöglicht eine automatische Anpassung der Lichtverhältnisse, um eine effiziente Bildauswertung zu gewährleisten.
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Das verwendete Kamerasystem ist unabhängig von der Menge der Einschubebenen für die Produktträger in der Lage, die auf den Produktträgern platzierten Produkte zu detektieren.
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Die von der Steuerung 20 schließlich ermittelte Information der Zuordnung zu einem Produkttyp und die Menge der Produkte wird schließlich über eine geeignete Schnittstelle an den Teil der Steuerung 20 übergeben, über den die Regelung der Back- und Garprozessparameter automatisch initialisiert wird.
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Um die Zuordnung der entsprechenden Back-/Garprozessparameter so energie- und zeiteffizient wie möglich zu gestalten, ist das verwendete Kamerasystem auch in der Lage, die Anzahl an beschickten Produktträgern zu detektieren. Hierzu werden die Markierungen 25, 27 an den Produktträgern 24, 26 erfasst, über die eine einfache Detektion möglich ist. Alternativ oder unterstützend können auch Informationen der äußeren Ränder der Produktträger 24, 26 oder anderer geometrischer Merkmale der Produktträger selbst herangezogen werden.
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Bei der Vorrichtung gemäß 2 sind in Abwandlung zu der Vorrichtung gemäß 1 für jede Einschubebene 14, 16, 36 jeweils ein Sensor 33, 34, 35 in Form einer Kamera mit Festfokus vorgesehen.
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Durch die betreffende Ausgestaltung kommt das System mit einer deutlich geringeren Dynamik als bei der Ausführung gemäß 1 am. Allerdings bedeuten die Anordnungen von jeweils einer Kamera für eine Einschubebene in Verbindung mit einem zugeordneten Sichtfenster einen deutlich erhöhten Aufwand, wobei ferner im Laufe der Zeit mit einer Verschmutzung der Sichtfenster zu rechnen ist, die in geeigneter Weise gereinigt werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006009284 U1 [0002]
- DE 102005046716 A1 [0009]
- DE 102008009660 A1 [0010]
- DE 102008022227 B3 [0011]
