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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Fremdkörpern in einem Schüttgut, z. B. Lebensmittel, das in einem Materialstrom durch einen Detektionsbereich gefördert wird.
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In der Lebensmittelproduktion ist das Auftreten von Fremdkörpern in den Lebensmitteln ein nicht unerhebliches Problem hinsichtlich Produktqualität und Verbraucherschutz. Zur Vermeidung von Fremdkörpern in den Lebensmitteln gibt es zahlreiche Ansätze. Neben präventiver Maßnahmen, die eine Verunreinigung der Lebensmittel mit Fremdkörpern vermeiden helfen sollen, gibt es Verfahren zur gezielten Aussortierung, z. B. mittels Filtern, Zentrifugen, Druckluftdüsen oder Sieben, sowie zur systematischen Erkennung der Fremdkörper im Lebensmittel.
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Aus der
DE 10 2018 121 762 A1 ist bekannt, einen Metalldetektor zu verwenden, der einen Detektionsbereich aufweist, durch den Lebensmittel gefördert werden. In einer Auswerteeinrichtung des Metalldetektors werden Fremdkörpern als metallhaltig detektiert, wenn das erhaltene Messsignal wenigstens einen Referenzwert überschreitet.
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Nachteil der auf Metalldetektoren basierenden Verfahren ist ihre Beschränkung einzig auf metallische bzw. metallhaltige Fremdkörper. Beispielsweise werden Kunststofffolien hierdurch nicht erfasst.
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EP 3 028 031 B1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion von Fremdkörpern in Behältern, die eine Behälterwand aus einem optisch transparenten Material aufweisen. Hierbei werden mittels optischer Kohärenztomographie (OCT) tomographische Daten wenigstens eines Volumenbereiches im Inneren der Behälter aufgezeichnet. Zwar werden mit diesem Verfahren Fremdkörper bzw. Fremdkörperpartikel weitgehend unabhängig von ihren optischen Eigenschaften erfasst, doch ist das Verfahren nur bei optisch transparenten Produkten, z. B. Flüssigkeiten, anwendbar.
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Die in
DE 10 2011 075 607 A1 gezeigte Verpackungsvorrichtung mit Fremdkörpererfassung umfasst eine Dosierschnecke, welche das Produkt einer Verpackung zuführt. An der Dosierschnecke sind zwei Ultrabreitbandsensoren angeordnet, mittels derer kontinuierlich eine Dichte des Produkts detektiert wird. Ein außerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegender Dichtewert führt zum Ausscheiden der Verpackung. Allerdings werden Fremdkörper mit einer zum Produkt ähnlichen Dichte hierdurch nicht erkannt.
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Die
DE 10 2017 124 895 B3 beschreibt eine Anordnung zur Fremdkörpererkennung in einer Mehrkopfwaage, die in einen Trichter entleerbar ist. Die Mehrkopfwaage weist eine Kamera zur Aufnahme einer Bildserie am Trichter, eine Beleuchtungseinheit und eine Bildauswerteeinheit zur Abgabe eines Signals bei einer Fremdkörperdetektion in einer Bildserie auf. Durch die Integration der Anordnung zur Fremdkörpererkennung in die Mehrkopfwaage ist eine - insbesondere im Lebensmittelbereich vorgeschriebene - regelmäßige Reinigung erschwert. Außerdem werden in der Mehrkopfwaage gesammelte, saubere Chargen zuerst mit den verschmutzten Chargen gemischt, bevor sie ausgeschleust werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile, wie die Beschränkung auf Fremdkörper eines dedizierten Materials, zu vermeiden, wobei eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Förderstrom eines Schüttguts z. B. in einer Abfüllanlage realisierbar sein soll, die eine im Abfüllprozess frühzeitige (und somit kosteneffiziente) Fremdkörpererkennung unabhängig vom Material der Fremdkörper sowie eine ungehinderte Reinigung der Abfüllanlage ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Förderstrom eines Schüttguts mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Schutzanspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß der Offenbarung ist es vorgesehen, den mittels einer Fördervorrichtung transportierten Förderstrom von Schüttgutkörpern vor einer Abbruchkante der Fördervorrichtung zu verbreitern und in seiner Höhe zu begrenzen, bevor die Schüttgutkörper durch einen mittels Beleuchtungseinrichtungen beleuchteten, direkt unterhalb der Abbruchkante des Förderstroms angeordneten Detektionsbereich fallen. Der derart begrenzte Schüttgutkörperstrom fällt an der Abbruchkante der Fördervorrichtung in eine Abfüllanlage, z. B. eine Mehrkopfwaage, oder auf ein abfahrfähiges Transportband.
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Auf den direkt unterhalb der Abbruchkante angeordneten, mittels Beleuchtungseinrichtungen beleuchteten Detektionsbereich, durch den die zuvor quasi vereinzelten Schüttgutkörper fallen, ist wenigstens eine Kamera gerichtet. Der wenigstens einen Kamera bezüglich des Detektionsbereichs gegenüberliegend ist ein flächig ausgebildetes Reflektionselement angeordnet, d. h., die Schüttgutkörper fallen zwischen Reflektionselement und der wenigstens einen Kamera durch den Detektionsbereich. Von den fallenden Schüttgutkörpern wird von der wenigstens einen Kamera in vorgegebenen Zeitabständen jeweils ein Bild erfasst, dass mittels Bildauswertung hinsichtlich Farbe und/oder Kontur der abgebildeten Körper analysiert wird.
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Falls eine von der Farbe und/oder Kontur der Schüttgutkörper abweichende Farbe bzw. Kontur in einem der Bilder detektiert wird, wird ein Signal generiert, z. B. ein Alarm- und/oder Stoppsignal. Zusätzlich wird das fragliche Bild in einem Bildspeicher zusammen mit weiteren Prozessdaten, z. B. Datum und Uhrzeit, abgelegt. Zusätzlich kann ein Bildschirm das aktuell letzte Bild mit Fremdköpererkennung für den Bediener anzeigen.
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Die Bildaufnahmefrequenz ist vergleichsweise hoch; sie beträgt wenigstens 40 Bilder pro Sekunde, bevorzugt über 50 Bilder pro Sekunde. Die Bildaufnahme erfolgt im Endlosbetrieb, somit kann eine dauerhafte, unterbrechungsfreie Detektion gewährleistet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass im Falle eines Signals, d. h., wenn die Bilderfassung einen Fremdkörper detektiert, das betroffene Schüttgut - vorzugsweise automatisiert - aussortiert wird, bevor es in die Abfüllanlage fällt. Das Aussortieren kann mittels eines abfahrfähigen Transportbandes, welches das verunreinigte Schüttgut z. B. entgegen der Produktionsrichtung in ein Abfallgefäß bzw. in Produktionsrichtung mittels Umklappens in ein Abfallgefäß abführt, erfolgen.
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In vorteilhafter Weise kann das Verfahren verwendet werden, um geriebenen oder gewürfelten Käse, der auch mit einem Trennmittel, z. B. Stärke, behandelt sein kann, vor dem Abwiegen und Abfüllen in Verpackungseinheiten auf Fremdkörper, z. B. Kunststofffolienteilchen, hin zu überwachen.
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Die offenbarungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Förderstrom eines Schüttguts umfasst ein flächig ausgebildetes Reflektionselement sowie wenigstens eine auf dasselbe gerichtete Kamera, wobei sich zwischen dem Reflektionselement und der wenigstens einen Kamera der Detektionsbereich befindet, durch den das Schüttgut fällt.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung wenigstens drei Beleuchtungseinrichtungen zur Beleuchtung des Detektionsbereichs und des Reflektionselementes. In vorteilhafter Weise beleuchtet jede der Beleuchtungseinrichtungen den Detektionsbereich aus einer anderen Richtung, sodass das fallende Schüttgut von den Beleuchtungseinrichtungen aus wenigstens drei unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird.
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Die Kamera bzw. Kameras sind mit einer Bildauswerteeinrichtung verbunden, die eingerichtet ist, ein Signal zu generieren, wenn innerhalb eines mittels der mindestens einen Kamera erfassten Bildes eine von der Farbe des Schüttguts abweichende Farbe und/oder eine von der Kontur des Schüttguts abweichende Kontur auftritt.
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Das hierbei generierte Signal kann ein (akustisches, elektrisches und/oder optisches) Alarmsignal und/oder ein an eine Steuereinheit gerichtetes Steuersignal sein, wobei die Steuereinheit beispielsweise den Förderstrom des Schüttguts unterbricht oder eine Ausschleusungsvorrichtung ansteuert, die den kontaminierten Teil des Förderstroms aus der Anlage ausschleust, z. B. bevor das Fremdkörper-belastete Schüttgut in eine Abfüllanlage mit Mehrkopfwaage fällt.
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Die Beleuchtungseinrichtungen emittieren breitbandiges Licht in einem von der wenigstens einen Kamera erfassbaren Wellenlängenbereich, vorzugsweise im sichtbaren Bereich.
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Bevorzugt weist das flächige Reflektionselement eine matte Oberfläche in einer dem Schüttgut angepassten Farbe auf. Die Größe, d. h. die Fläche, des Reflektionselementes ist derart gewählt, dass es den gesamten von der wenigstens einen Kamera erfassten Bildausschnitt abdeckt.
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Alle Beleuchtungseinrichtungen können flächig ausgebildet sein; bevorzugt sind sie auf derselben Höhe bezüglich des Detektionsbereiches in der Art angeordnet, dass sie den Detektionsbereich bzw. das durch diesen fallende Schüttgut aus unterschiedlichen Richtungen beleuchten.
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Es kann vorgesehen sein, dass zwei der wenigstens drei Beleuchtungseinrichtungen bezüglich des Detektionsbereiches einander gegenüberliegend angeordnet sind, sodass sie sich - ohne fallendes Schüttgut - gegenseitig anstrahlen. Auch können die Beleuchtungseinrichtungen eine körperliche Einheit bilden, wobei sie z. B. durch einen Steg verbunden oder als ein U-Förmiges Bauteil ausgebildet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine der Beleuchtungseinrichtungen auf einer Gehäusewand eines die mindestens eine Kamera umhausenden Gehäuses angeordnet oder Bestandteil derselben. Das Leuchtelement ist hierbei flächig ausgebildet, wobei es einen transparenten Bereich aufweist, der als Fenster im Gehäuse für die wenigstens eine Kamera dient. Das Gehäuse kann hierbei leicht nach vorne gekippt sein, d. h., die die Beleuchtungseinrichtung umfassende Gehäusewand ist um wenige Grad, z. B. 5°, zur Lotrechten gekippt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung wenigstens zwei Kameras aufweist. Hierbei sind alle Kameras auf das Reflektionselement ausgerichtet, wobei die Blickrichtungen der Kameras auf das Reflektionselement jeweils unterschiedlich sind, d. h. die Blickrichtungen sind in einem Winkel zueinander angeordnet, wobei dieser jeweils maximal 30°, bevorzugt jeweils maximal 10°, beträgt. Insbesondere überschneiden sich die mit den einzelnen Kameras erfassten Bildausschnitte, sodass durch unterschiedliche Blickwinkel auf den Schüttgutstrom eine verbesserte Fremdkörperdetektion ermöglicht ist. Vorzugsweise sind die Kameras auf einer horizontalen Linie bzw. entlang eines horizontalen Bogens angeordnet. Zusätzlich können die Kameras in einem gemeinsamen Gehäuse gekapselt sein.
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Weiter kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung eine in Förderrichtung des Schüttguts vor dem Detektionsbereich angeordnete Vereinzelungseinrichtung aufweist, mit der die Dicke des Förderstromes begrenzbar ist, wodurch eine Detektion von Fremdkörpern erleichtert ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung oder Teile von ihr mittels einer Verschiebevorrichtung mit nur geringem Kraftaufwand und unter Verzicht auf Werkzeug in zumindest einem Freiheitsgrad, z. B. transversal nach oben, verschiebbar ist. Insbesondere kann die Vorrichtung ein die mindestens eine Kamera umhausendes, staubdichtes Gehäuse aufweisen, welches mittels einer Hebelarme und Gelenke umfassenden Verschiebevorrichtung für z. B. Reinigungszwecke verschoben werden kann. Für einen reduzierten Kraftaufwand beim Verschieben kann die Verschiebevorrichtung auch mechanische und/oder hydraulische Federelemente umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Reflektionselement von einer Beleuchtungseinrichtung direkt beleuchtet sein und/oder selbst ein Beleuchtungselement umfassen, das den Schüttgutstrom beleuchtet.
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Die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern ist vorteilhaft einsetzbar in der Lebensmittelindustrie bei der Überwachung von schüttfähigen Lebensmitteln, beispielsweise geriebenem oder gewürfeltem Käse oder Hülsenfrüchten, auf Fremdkörper.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen in schematischer Darstellung die
- 1: den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse;
- 2: eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse gemäß einer Ausgestaltung;
- 3: ein Kameragehäuse mit integrierter Beleuchtungseinrichtung;
- 4: eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse gemäß einer weiteren Ausgestaltung; und
- 5: eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Schüttgut aus Erbsen gemäß einer Ausgestaltung.
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Gemäß 1 sind rings um den Detektionsbereich 1, durch welchen der Reibekäse (nicht dargestellt) fällt, in einer Ebene (der Papierebene) die Beleuchtungseinrichtungen 2.1, 2.2 und 2.3, das Reflektionselement 3 und die Kameras 4 angeordnet. In diesem Beispiel fällt der Reibekäse von oben in die Papierebene hinein. Die Kameras 4 sind mit der Bildauswerteeinrichtung 5 verbunden.
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In der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 2 sind die Kameras (nicht dargestellt) in dem staubdichten Gehäuse 6 aus Edelstahl untergebracht, auf dessen dem Reflektionselement 3 zugewandter Vorderseite die Beleuchtungseinrichtung 2.3 angeordnet ist. Die beiden anderen Beleuchtungseinrichtungen 2.1 und 2.2 sind - analog zu 1 - jeweils links und rechts des Detektionsbereiches 1 angeordnet.
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3 zeigt das Gehäuse 6 von seiner Vorderseite. Die großflächig ausgebildete Beleuchtungseinrichtung 2.3 bedeckt die gesamte Vorderseite mit Ausnahme einer schlitzförmigen Ausnehmung, die als Kamerafenster 7 dient, sodass die zwei Kameras 4 freie Sicht auf den gut beleuchteten Schüttgutstrom von Reibekäse (nicht dargestellt) haben. Die transparente Vorderseite des Gehäuses 6 besteht aus Makrolon.
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Die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse gemäß der Ausgestaltung in 4 umfasst das Abführband 8, welches den vom Zuführband 9 durch den Detektionsbereich 1 fallenden Reibekäse (nicht dargestellt) in die Mehrkopfwaage 10 zum Verpacken des „guten“ Reibekäses oder alternativ (durch Bewegungsumkehr in die entgegengesetzte Richtung) in den Abfallbehälter 11 zur Aussortierung des „verunreinigten“ Käses transportiert.
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Die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern beispielsweise zwischen Erbsen gemäß 5 umfasst die beiden Abführbänder 8.1 und 8.2, wobei das zweite Abführband 8.2 kippbar ausgestaltet ist. Bei Detektion eines Fremdkörpers in den durch den Detektionsbereich fallenden Erbsen (nicht dargestellt) wird das zweite Abführband 8.2 nach unten gekippt, sodass die „verunreinigten“ Erbsen in den Abfallbehälter 11 fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Detektionsbereich
- 2.1
- erste Beleuchtungseinrichtung
- 2.2
- zweite Beleuchtungseinrichtung
- 2.3
- dritte Beleuchtungseinrichtung
- 3
- Reflektionselement
- 4
- Kamera
- 5
- Bildauswerteeinrichtung
- 6
- Gehäuse
- 7
- Kamerafenster
- 8
- Abführband
- 8.1
- Abführband
- 8.2
- Abführband, kippbar
- 9
- Zuführband
- 10
- Mehrkopfwaage
- 11
- Abfallbehälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018121762 A1 [0003]
- EP 3028031 B1 [0005]
- DE 102011075607 A1 [0006]
- DE 102017124895 B3 [0007]
