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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 systematischen Erkennung der Fremdkörper im Lebensmittel vor deren Verpackung und entsprechend gezielten Aussortierung.
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Die systematische Erkennung der Fremdkörper kann beispielsweise optisch erfolgen, indem der Materialstrom im Detektionsbereich beleuchtet und mittels eines Lichtdetektors, z. B. einer Kamera, Unregelmäßigkeiten im Materialstrom detektiert werden.
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Die
DE 10 2017 124 895 B3 beschreibt eine derartige 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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DE 20 2006 016 604 U1 zeigt eine Vorrichtung zur optischen Selektion von Bestandteilen wenigstens einer Fraktion aus einem längs einer Förderrichtung geförderten Schüttgutstrom, mit einer Kameraeinheit, deren Blickrichtung auf den Schüttgutstrom gerichtet ist, einem in Kamerablickrichtung hinter dem Schüttgutstrom angeordneten, aktiv leuchtenden Hintergrund, dessen Farbe an die Farbe einer ausgewählten Fraktion von Bestandteilen des Schüttgutstromes anpassbar ist, eine mit der Kameraeinheit in Verbindung stehende Auswerte- und Steuereinheit, in der nach einem Entscheidungskriterium Steuerbefehle für eine Separiereinheit generiert werden, die bei Ansteuerung die zu selektierenden Bestandteile aus dem Schüttgutstrom zu separieren vermag.
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EP 3 822 618 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auffinden von Fremdkörpern in einem Schüttgutstrom. Hierbei wird der kontinuierlich von einem Förderband herabfallende Schüttgutstrom von wenigstens drei Seiten beleuchtet und das reflektierte Licht mit einer Kamera erfasst. Mittels Bildauswertung werden sodann Fremdkörper im Schüttgut identifiziert.
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Nachteil der o. g. Verfahren bzw. Vorrichtungen ist eine durch unzureichende Beleuchtung und/oder Fremdlichteinwirkung beeinträchtigte Detektion der Fremdkörper.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit der optischen Erkennung von Fremdkörpern in einem Förderstrom eines Schüttguts, z. B. in einer Abfüllanlage, gegenüber dem Stand der Technik noch weiter zu verbessern, wobei eine Vorrichtung realisierbar sein soll, die eine im Abfüllprozess des Schüttgutes frühzeitige (und somit kosteneffiziente) Fremdkörpererkennung unabhängig vom Material der Fremdkörper und/oder des Schüttgutes sowie eine ungehinderte Reinigung der Abfüllanlage ermöglicht.
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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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Die offenbarungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Förderstrom eines Schüttguts umfasst ein flächig ausgebildetes Reflexionselement sowie wenigstens eine auf dasselbe gerichtete Kamera, wobei sich zwischen dem Reflexionselement und der wenigstens einen Kamera der Detektionsbereich befindet, durch den das Schüttgut fällt.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Detektionsbereichs bzw. des durch den Detektionsbereich fallenden Schüttgutes.
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Die wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung, das flächig ausgebildete Reflexionselement sowie die wenigstens eine auf dasselbe gerichtete Kamera sind innerhalb eines Gehäuses angeordnet.
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Das Gehäuse umfasst eine Boden- und eine Deckelplatte mit jeweils einer Ausnehmung, durch die das Schüttgut in das Gehäuse bzw. den Detektionsbereich hinein- bzw. wieder heraus befördert wird. Zusätzlich umfasst das Gehäuse Seitenwände, wobei, im Falle das Gehäuse eine z. B. kreiszylinderförmige Gestalt aufweist, die Mantelfläche des Zylinders den Seitenwänden entspricht. Somit beschreibt der im Folgenden verwendete Begriff „Seitenwände“ auch eine einzige Mantelfläche eines Zylinders.
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Wenigstens eine der Seitenwände weist an ihrer Innenseite, d. h. der zum Detektionsbereich gerichteten Wandseite, ein flächiges Wandreflexionselement auf, das einen Teil der Seitenwand, vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte Innenwandfläche, bedeckt. Das Wandreflexionselement ist ausgebildet, das von der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung emittierte Licht zurück auf den Detektionsbereich zu reflektieren.
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Außerdem ist das flächige Wandreflexionselement lösbar - z. B. mittels Haken und Ösen - mit der jeweiligen Seitenwand verbunden. Hierdurch wird ein Austausch der Wandreflexionselemente mit nur geringem technischen Aufwand - vorzugsweise unter Verzicht auf den Einsatz von Werkzeugen - ermöglicht.
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Im Betrieb der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der mittels einer Fördervorrichtung transportierte Förderstrom von Schüttgutkörpern an einer Abbruchkante der Fördervorrichtung in das Gehäuse durch die Ausnehmung in der Deckelplatte fallen, bevor die Schüttgutkörper durch den mittels der wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung beleuchteten, im Gehäuse unterhalb der Ausnehmung in der Deckelplatte angeordneten Detektionsbereich fallen.
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Auf den direkt unterhalb der Abbruchkante angeordneten Detektionsbereich ist die wenigstens eine Kamera gerichtet. Der wenigstens einen Kamera bezüglich des Detektionsbereichs gegenüberliegend ist das flächig ausgebildete Reflexionselement angeordnet, d. h., die Schüttgutkörper fallen zwischen Reflexionselement 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 kann das fragliche Bild in einem Bildspeicher zusammen mit weiteren Prozessdaten, z. B. Datum und Uhrzeit, abgelegt werden.
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Durch die Inklusion des Detektionsbereiches mitsamt Beleuchtungseinrichtungen und Kamera in ein nahezu geschlossenes Gehäuse ist aufgrund der Reduktion von Umgebungslicht eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fremdkörpererkennung ermöglicht. Indem die flächigen Wandreflexionselemente zusätzlich selbst wie eine Beleuchtungseinrichtung funktionieren, ist zudem eine verbesserte Ausleuchtung des Schüttgutstromes ermöglicht, wodurch die Anzahl der Fehlalarme aufgrund von Schattenbildung innerhalb des Schüttgutstromes reduziert wird.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung wenigstens drei Beleuchtungseinrichtungen. 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. Insbesondere kann eine der Beleuchtungseinrichtungen auf einer Gehäusewand eines die mindestens eine Kamera umhausenden Kameragehäuses angeordnet oder Bestandteil derselben sein.
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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 innerhalb des Schüttgutstromes 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 bevorzugt breitbandiges Licht in einem von der wenigstens einen Kamera erfassbaren Wellenlängenbereich, vorzugsweise im sichtbaren Bereich.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse eine z. B. abnehmbare Abdeckplatte umfasst, mittels derer die Ausnehmung der Deckelplatte vollständig abdeckbar ist. Somit ist sichergestellt, dass bei einer Reinigung der gesamten Abfüllanlage die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elemente vor z. B. der Reinigungsflüssigkeit geschützt sind.
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Bevorzugt weist das flächige Wandreflexionselement eine matte Oberfläche in einer dem Schüttgut angepassten Farbe auf. Indem die Wandreflexionselemente lösbar mit den Seitenwänden verbunden sind, kann bei Wechsel des Schüttguts durch Austausch der Wandreflexionselemente mit entsprechend angepasster Farbe ihrer Oberfläche die Vorrichtung nach kurzer Umbauphase weiter genutzt werden.
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Das Gehäuse kann im Wesentlichen quaderförmig, d. h. mit vier Seitenwänden, ausgebildet sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass wenigstens drei der vier Seitenwände jeweils ein flächiges Wandreflexionselement aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Seitenwände beweglich an das Gehäuse angelenkt ist, sodass sie quasi wie eine Tür geöffnet werden kann. Somit ist ein Zugang zum Gehäuse zwecks Wartungsarbeiten oder Austausch der flächigen Wandreflexionselemente ermöglicht.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die flächigen Wandreflexionselemente aus einem Kunststoff, z. B. Makrolon, sind, der einseitig ganzflächig mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist.
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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 verschiebbar ist. Für einen reduzierten Kraftaufwand beim Verschieben kann die Verschiebevorrichtung auch Rollen, Räder und/oder Federelemente umfassen.
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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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In vorteilhafter Weise kann die Vorrichtung 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 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 Aufbau einer Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse gemäß einer Ausgestaltung; und
- 2: die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in Reibekäse mit geöffneten Seitenwänden.
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Gemäß 1 umfasst die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern das Gehäuse 1 mit den Seitenwänden 1.1, 1.2, der Deckelplatte 7 und der Bodenplatte (nicht dargestellt). Die Eintrittsöffnung in der Deckelplatte 7, durch die der Reibekäse vom Zuführband 8 in das Gehäuse fällt, ist mittels der Abdeckplatte 6 verschlossen.
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2 zeigt die Vorrichtung, wobei die Seitenwände 1.1, 1.2 und 1.3 des Gehäuses 1 geöffnet sind. an jeder dieser Seitenwände ist an ihrer Innenseite jeweils ein Wandreflexionselement 5 angebracht, das die Innenwandfläche nahezu vollständig bedeckt. Innerhalb des Gehäuses 1 sind die Beleuchtungseinrichtung 2, das Reflexionselement 3 und die Kamera 4 angeordnet. Die Wandreflexionselemente 5 sind in diesem Beispiel gelb beschichtete Makrolonplatten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Beleuchtungseinrichtung
- 3
- Reflexionselement
- 4
- Kamera
- 5
- Wandreflexionselement
- 6
- Abdeckplatte
- 7
- Deckelplatte
- 8
- Zuführband
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017124895 B3 [0004]
- DE 202006016604 U1 [0005]
- EP 3822618 A1 [0006]
