DE3612749A1

DE3612749A1 - Contactless determination of the weight of food items by the measurement of microwave absorption

Info

Publication number: DE3612749A1
Application number: DE19863612749
Authority: DE
Inventors: Joerg Michael Dr Soeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-10-22

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Kontrolle des Gewichtes von Produkten der Lebensmittelindustrie ist zur Erfüllung von gesetzlichen Auflagen sowie aus wirtschaftlichen und produk tionstechnischen Gründen von großer Bedeutung.The control of the weight of products in the food industry is for Fulfillment of legal requirements as well as from economic and produc tional reasons of great importance.

Die häufig in sehr großer Stückzahl produzierten Waren müssen vor oder nach der Verpackung auf die Einhaltung von Mindestgewichten kontrolliert werden. Darüber hinaus kann die Gewichtsbestimmung als Regelgröße im Produktions prozeß dienen, um unwirtschaftliche Toleranzen zu minimieren.The goods, which are often produced in very large numbers, must be before or after the packaging is checked for compliance with minimum weights. In addition, weight determination can be used as a control variable in production process to minimize uneconomical tolerances.

In der Praxis werden häufig weniger als 1% der Gesamtzahl der produzierten Individuen einer Stichprobenkontrolle unterzogen. Die Kontrolle auf Ein haltung des Mindestgewichts geht in der Weise vor sich, daß manuell Proben vom Transportband entnommen und abgewogen werden. Liegt das Probenge wicht unter oder wesentlich über dem vorgegebenen Mindestgewicht, so wird der Produktionsprozeß nachgestellt, um die Abweichungen vom Sollwert zu minimieren. Diese Methode ist naturgemäß sehr grob, personalintensiv und eine Prozeßregelung ist nur sehr begrenzt möglich.In practice, less than 1% of the total number is produced Individuals subjected to random checks. Checking on The minimum weight is maintained in such a way that samples are taken manually removed from the conveyor belt and weighed. The sample is lying weight below or significantly above the specified minimum weight, then the production process adjusted to the deviations from the target value minimize. This method is naturally very coarse, personnel-intensive and process control is only possible to a very limited extent.

Teilweise möglich ist der Einsatz von Waagen, insbesondere Bandwaagen, wobei diese in die Transportvorrichtung für die Produkte integriert werden müssen. Voraussetzungen sind dabei, daß die Produkte nicht kleben, die Waagen nicht verschmutzen und daß die produzierten Teile entsprechend vereinzelt werden können, damit eine Wägung überhaupt möglich ist.It is sometimes possible to use scales, especially belt scales, these being integrated into the transport device for the products have to. The prerequisites are that the products do not stick Do not contaminate scales and that the parts produced accordingly can be separated so that weighing is possible at all.

Manche der in sehr großen Mengen hergestellten Produkte - wie beispielsweise die in der Süßwarenindustrie hergestellten Kekse, Schokoladenriegel und ähnliches - werden in bis zu 100 parallelen Spuren auf einem Transportband mit Bandgeschwindigkeiten bis 20 m/min transportiert. In solchen und ähn lichen Fällen wäre das Abwiegen aller Individuen sehr aufwendig und teuer.Some of the products manufactured in very large quantities - such as the cookies, chocolate bars and biscuits manufactured in the confectionery industry Similar - are in up to 100 parallel tracks on a conveyor belt transported at belt speeds of up to 20 m / min. In such and the like In all cases, weighing all individuals would be very complex and expensive.

Die in anderen Industriezweigen bei der Dichte- und Gewichtsbestimmung vorteilhaft eingesetzten radiometrischen Methoden sind in Deutschland und in einigen anderen Ländern bei der Lebensmittelproduktion nicht erlaubt.The in other industries in density and weight determination Radiometric methods used to advantage are in Germany and in not allowed in some other countries in food production.

Hier setzt die Erfindung an. Es liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zu schaffen zur schnellen, berührungslosen Bestimmung des Gewichtes von in großen Mengen hergestellten, verpackten oder unverpackten Lebensmitteln mit fester Konsistenz.This is where the invention comes in. The task is based on a measuring method to create for the quick, contactless determination of the weight of in large quantities of manufactured, packaged or unpacked food firm consistency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst: Das Gewicht von Lebensmitteln in Form von räumlich abgetrennten Produkteinheiten mit fester Konsistenz auf einem Transportband wird dadurch bestimmt, daß die Mikro wellenabsorption der Produkte gemessen und diese über die Verweilzeit des Produktes im Mikrowellen-Meßgerät integriert wird. Daraus wird anhand von im Rechner gespeicherten Kalibrierkurven das Gewicht bestimmt.This object is achieved according to the invention as follows: the weight of Food in the form of spatially separated product units with solid Consistency on a conveyor belt is determined by the fact that the micro Wave absorption of the products measured and this over the residence time of the Product is integrated in the microwave measuring device. From this, using The calibration curves stored in the computer determine the weight.

Vorausgesetzt ist, daß die zu messenden Individuen, die hintereinander auf dem Transportband liegen, auf Abstand gesetzt werden, was produktionstech nisch entweder sowieso erfüllt ist oder in vielen Fällen mit bekannten Tech niken erreicht werden kann.The prerequisite is that the individuals to be measured are in succession lie on the conveyor belt, be set at a distance, what production tech nisch is either fulfilled anyway or in many cases with known tech techniques can be achieved.

Über und unter der zu messenden Spur sind die beiden Teile eines Mikrowel len-Meßkopfes angebracht, mit dem innerhalb der bestrahlten Fläche in Trans mission die Mikrowellenabsorption gemessen wird, die beim Bestrahlen des innerhalb dieser Fläche befindlichen Probenteils durch das vorhandene Wasser und die anderen vorhandenen Bestandteile hervorgerufen wird. Die beiden Teile des MW-Meßkopfes haben einen konstanten Abstand zueinander.The two parts of a microwave are above and below the track to be measured len measuring head attached, with the inside of the irradiated area in Trans mission the microwave absorption is measured, which when irradiating the sample part located within this area due to the existing water and the other existing components are caused. The two Parts of the MW measuring head are at a constant distance from each other.

Unter Verwendung der bekannten Geschwindigkeit des Transportbandes wird mittels eines Rechners der Wert der Mikrowellenabsorption in ihrem Verlauf von einem Startpunkt bis zu einem Endpunkt integriert. Diesem Integrations wert wird mittels einer vorher durchzuführenden und im Rechner in Form einer Tabelle oder Funktion gespeicherten Kalibration ein Gewicht zugeordnet. Die Integration beginnt mit dem Eintreffen des Produktteils am Meßkopf und endet, wenn dieses den Meßkopf verlassen hat.Using the known speed of the conveyor belt the value of the microwave absorption in its course by means of a computer integrated from a start point to an end point. This integration value is obtained by means of a form to be carried out beforehand and in the computer assigned a weight to a table or function stored calibration. The integration begins with the arrival of the product part at the measuring head and ends when this has left the measuring head.

Eine Kalibrationskurve wird dadurch erstellt, daß von einer Anzahl Proben mit möglichst unterschiedlichen Gewichten die Mikrowellen-Absorption gemessen und diese über die Verweildauer der Probe im Mikrowellen-Meßgerät integriert wird. Zusätzlich wird das Gewicht jeder Probe manuell ermittelt und der funktionale Zusammenhang zwischen Absorption/Zeitintegral und Gewicht bestimmt.A calibration curve is created by taking a number of samples measured the microwave absorption with weights as different as possible and integrated this over the dwell time of the sample in the microwave measuring device becomes. In addition, the weight of each sample is determined manually and the functional relationship between absorption / time integral and weight certainly.

Dabei wird zunächst vorausgesetzt, daß Rezeptur und Wassergehalt konstant bleiben. Rezeptur- und Wassergehaltsänderungen können durch geänderte Kalibratonskurven berücksichtigt werden.It is assumed that the recipe and water content are constant stay. Recipe and water content changes can be changed by Calibration curves are taken into account.

Der Mikrowellen-Meßkopf ist so gestaltet, daß die Mikrowellenstrahlung die zu messende Probe und das Transportband durchsetzt. Durch geeignete Wahl des Bandmaterials wie z. B. glasfaserverstärktes Teflon kann erreicht werden, daß die Eigenabsorption des Bandes gering und konstant ist.The microwave measuring head is designed so that the microwave radiation measuring sample and the conveyor belt. By appropriate choice of Tape material such as B. glass fiber reinforced Teflon can be achieved that the self-absorption of the tape is low and constant.

Die Größe der Geschwindigkeit des Transportbandes wird mit bekannten Sensoren wie z. B. mit Winkelgebern an den Transportwalzen gemessen und zur Berechnung des Transportbandvorschubs und damit des Gewichtswertes herangezogen.The size of the speed of the conveyor belt is known with Sensors such as B. measured with angle encoders on the transport rollers and to calculate the conveyor belt feed and thus the weight value used.

Die Bestrahlungsfläche des Mikrowellen-Meßkopfes muß so dimensioniert sein, daß die Probe in ihrer Breite und Höhe vollständig von der MW-Strahlung durchsetzt wird. Die auf dem Transportband liegende Probe wird in Längs richtung durch den Spalt im MW-Meßkopf hindurchgeführt.The radiation area of the microwave measuring head must be dimensioned so that the sample in its width and height completely from the MW radiation is enforced. The sample lying on the conveyor belt becomes longitudinal direction through the gap in the MW measuring head.

Je nach Querschnittsfläche und chemischer Zusammensetzung der zu messenden Probe variiert die MW-Absorption. Der Meßbereich der beschriebenen Anordnung kann in weiten Grenzen dem zu messenden Produkt angepaßt werden. Beschränkungen gibt es dagegen bei der Höhe und der Breite der Probe durch die möglichen Hohlleiterabmessungen im Mikrowellen-Frequenzbereich.Depending on the cross-sectional area and chemical composition of the measuring sample the MW absorption varies. The measuring range of the described arrangement can be within a wide range of what is to be measured Product to be customized. However, there are restrictions on the height and the width of the sample through the possible waveguide dimensions in Microwave frequency range.

Es können einmal Mikrowellen-Transmissionsanordungen gewählt werden, die nach dem Prinzip der Einfachdurchstrahlung mit Sender und gegenüberstehendem Empfänger arbeiten. Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Senderfrequenz nicht konstant ist, sondern wenn die Senderfrequenz innerhalb der von den Hohlleitern gegebenen Grenzen gewobbelt wird.Microwave transmission arrangements can be selected once, which works on the principle of single radiation with transmitter and working opposite recipient. It has proven to be advantageous highlighted when the transmitter frequency is not constant, but if the transmitter frequency is within that given by the waveguides Boundaries is wobbled.

Für Produkte mit geringer Mikrowellenabsorption können auch Meßanordnungen mit MW-Resonatoren eingesetzt werden, wobei die Probe eine Güteänderung bewirkt. Die Anordnungen sind in der Literatur beschrieben (z. B. DE 23 40 130).For products with low microwave absorption, too Measuring arrangements with MW resonators are used, the sample causes a change in quality. The arrangements are in the literature described (e.g. DE 23 40 130).

Zur Erfassung aller Individuen wird jede Spur mit einem eigenen Mikrowel len-Meßkopf ausgerüstet. Häufig kann jedoch auf eine vollständige Erfassung aller Individuen verzichtet werden. In diesem Fall wird eine über Transport bahnbreite traversierende Mikrowellen-Meßvorrichtung eingesetzt.To record all individuals, each track has its own microwave len measuring head equipped. Often, however, can lead to full coverage of all individuals are waived. In this case, one is about transportation web-width traversing microwave measuring device used.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen beschrie ben.In the following an embodiment is described with reference to drawings ben.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt des Transportbandes 8 (Blick von oben) auf dem die zu messenden Proben 1, 1′, 1′′ usw. skizziert sind. Die Mikrowel len-Meßkopfhälften 9 und 9′ sind auf einer Traverse 10 jeweils ober- und unterhalb des Transportbandes 8 angeordnet. Die Querbewegung der Meß kopfhälften auf der Traverse 10 wird durch einen Antrieb 11 durchgeführt, der die beiden Meßkopfhälften jeweils übereinander auf den Schienen 12 über das Transportband 8 bewegt. Damit kann der Meßkopf über der zu messenden Probenspur justiert werden. Fig. 1 shows a section of the conveyor belt 8 (view from above) on which the samples to be measured 1, 1 ', 1'' , etc. are outlined. The Microwave len measuring head halves 9 and 9 ' are each arranged on a cross member 10 above and below the conveyor belt 8 . The transverse movement of the measuring head halves on the cross member 10 is carried out by a drive 11 which moves the two measuring head halves one above the other on the rails 12 via the conveyor belt 8 . The measuring head can thus be adjusted over the sample track to be measured.

Fig. 2 ist eine Darstellung des Querschnitts der Mikrowellen-Meßkopfhälften 9 und 9′, die parallel übereinander mittels der Traversiereinrichtung 10 quer zum Transportband 8 bewegt werden. Die Produktindividuen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 liegen auf dem Transportband 8 in sieben Spuren. Fig. 2 is a representation of the cross section of the microwave measuring head halves 9 and 9 ' , which are moved parallel one above the other by means of the traversing device 10 transversely to the conveyor belt 8 . The product individuals 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 lie on the conveyor belt 8 in seven tracks.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Transportbandes 8 (Blick von oben) mit der Meßanordnung. Die zu messenden Proben 1, 2, 3, 1′, 2′, 3′ liegen in drei Spuren auf dem Transportband. Die Mikrowellen-Meßkopfhälften 9 und 9′ werden mit Hilfe der Traversiereinrichtung 10 auf die Meßpositionen über den drei Produktspuren verschoben. Alternativ können alle drei Spuren jeweils mit eigenen Meßköpfen ausgestattet werden. Fig. 3 is a schematic representation of the conveyor belt 8 (view from above) with the measuring arrangement. The samples 1, 2, 3, 1 ', 2', 3 ' to be measured lie in three tracks on the conveyor belt. The microwave measuring head halves 9 and 9 ' are moved with the help of the traversing device 10 to the measuring positions over the three product tracks. Alternatively, all three tracks can be equipped with their own measuring heads.

Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze des Schaltbildes. Die Mikrowellenmeßkopfhälften für Sender- und Empfängerseite bestehen aus je einer Hohlleiteranordnung mit Koaxial-Hohlleiteradapter. Die Einspeisung der Leistung des Mikrowellen- Generators in den Sender erfolgt über den Adapter auf der Senderseite. Die Frequenz des Mikrowellen-Generators kann mit einem Wobbelgenerator inner halb der von den Hohlleiterabmessungen vorgegebenen Grenzen variiert wer den. Die am Empfängerteil nach Durchstrahlung der Probe anliegende Mikro wellen-Leistung wird gleichgerichtet und der Meßwertverarbeitung zugeführt. Die Größe der eingestrahlten Mikrowellen-Leistung bewegt sich auf Meßsen derniveau. Der Transportbandvorschub wird beispielsweise mit einem Dreh geber gemessen, der auf einer Antriebswalze sitzt. Fig. 4 shows a schematic diagram of the circuit diagram. The microwave measuring head halves for the transmitter and receiver side each consist of a waveguide arrangement with a coaxial waveguide adapter. The power of the microwave generator is fed into the transmitter via the adapter on the transmitter side. The frequency of the microwave generator can be varied with a wobble generator within the limits specified by the waveguide dimensions. The microwaves power applied to the receiver part after irradiation of the sample is rectified and fed to the measured value processing. The size of the irradiated microwave power is at the level of measuring sensors. The conveyor belt feed is measured, for example, with a rotary encoder that sits on a drive roller.

Fig. 5 zeigt die über der Zeit aufgetragene Mikrowellenabsorption für zwei Proben 1 und 1′. Die Flächen F 1 und F 1′ werden in einem Rechner berechnet, d. h. die Mikrowellenabsorption über die Verweildauer der Proben im Meßspalt integriert. Den Proben werden anhand der Kalibrierkurve (siehe Fig. 6) entsprechende Gewichte zugeordnet. Fig. 5 shows the microwave absorption plotted over time for two samples 1 and 1 ' . The areas F 1 and F 1 ' are calculated in a computer, ie the microwave absorption is integrated over the dwell time of the samples in the measuring gap. Appropriate weights are assigned to the samples based on the calibration curve (see FIG. 6).

Fig. 6 zeigt die Kalibrierkurve für ein Produkt. Dabei ist der funktionale Zusammenhang zwischen dem mit einer Waage bestimmten Probengewicht und der Integrationsfläche unter der gemessenen Absorptionskurve über der Verweilzeit der Probe im Meßspalt des Mikrowellen-Meßgerätes dargestellt. Fig. 6 shows the calibration curve for a product. The functional relationship between the sample weight determined with a balance and the integration area under the measured absorption curve over the dwell time of the sample in the measuring gap of the microwave measuring device is shown.

Claims

1. A method for the contactless determination of the weight of food in the form of spatially separated product units with a fixed consistency on a transport path, characterized in that the microwave absorption of the products is measured and this is integrated over the product's time in the microwave measuring device and based on this the weight is determined from calibration curves stored in the computer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the micro shaft measuring head traversed across the transport path.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a micro a measuring resonator is used, the microwave Absorption is displayed as a change in quality factor.

4. The method according to claim 1, characterized in that as a microwave Measuring head an irradiation device is used with which the micro wave absorption is measured in transmission.

5. The method according to claim 4, characterized in that the microwave Frequency of the transmitter swept wid.