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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines Produktes, welches einem nachfolgenden physikalischen Prozess unterzogen werden soll. Der nachfolgende physikalische Prozess ist einer, in welchem das Produktprofil benötigt wird, um die richtige Weiterverarbeitung des Produktes abzusichern. Typische nachfolgende physikalische Prozesse beinhalten das Schneiden des Produkts in einzelne Scheiben auf einer Schneidmaschine. Solche Schneidmaschinen werden prinzipiell, jedoch nicht ausschließlich, für das Schneiden von Nahrungsprodukten wie Käse, Fleisch oder gepressten oder geformten Fleischprodukten verwendet.
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Bekannte Schneidmaschinen beinhalten ein rotierendes Schneidmesser und eine Produktzuführung, welche das Produkt in Richtung auf das Schneidmesser vortreibt, so dass hintereinander Scheiben von einer Fläche des Produktes getrennt werden. Die Distanz, um welche das Produkt zwischen aufeinanderfolgenden Schnitten des Schneidmessers vorgetrieben wird, bestimmt die Dicke der Scheiben. Wenn das Produkt eine einheitliche Form und Dichte hat, kann es ausreichend sein, eine einzelne vorbestimmte Scheibendicke zu verwenden, um einer Scheibe oder einer Gruppe von Scheiben ein gefordertes Gewicht zu geben. Weiterhin kann es ausreichend sein, eine Ausgangswaage nahe der Ausgangsseite des Schneidmessers bereitzustellen, um das aktuelle Gewicht der zu produzierenden Scheibe zu messen und die Dicke der nachfolgenden Scheibe oder der nachfolgenden Scheiben einzustellen, um das geforderte Einheitsgewicht zu erzielen. Es wird auf die
deutsche Patentschrift Nr. 196 04 254 Bezug genommen, die ein System beschreibt, in dem ein Computer mit einem Regelkreis gekoppelt ist, der den Vortrieb von Produktzuführungsmitteln in Abhängigkeit von Abweichungen von einem geforderten Gewicht steuert.
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Grundsätzlich bedeuten jedoch Änderungen der Form und der Dichte des Produktes, dass das Gewicht einer Scheibe einer gegebenen Dicke variiert. Ein früherer Ansatz, mit dieser Schwankung umzugehen, ist im
US-Patent Nr. 4 428 263 beschrieben. In diesem Verfahren wird eine automatische Schneidmaschine programmiert, um die Dicke der Scheiben entsprechend einer typischen Gewichtsverteilung eines Produktes zu verändern.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, eine Bestimmung der Querschnittsfläche des Produktes vorzunehmen, wenn es geschnitten ist. Ein solches System ist andeutungsweise im
US-Patent Nr. 5 136 906 , welches auf Thurne Engineering Co., Ltd. übertragen ist (das Thurne-Patent), offenbart. Entsprechend diesem Patent umfasst eine Schneidmaschine zum Schneiden von Scheiben von einem Produkt eine Kamera zur Betrachtung einer Schnittfläche des Produktes, eine Randerkennungsvorrichtung zur Verarbeitung von Bildsignalen der Kamera, um einen Rand der Schnittfläche zu bestimmen, eine Rechenvorrichtung, um einen Parameter, der charakteristisch für die Schnittfläche ist, aus Bilddaten, die zu Regionen der Schnittfläche innerhalb des Randes gehören, zu berechnen, und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen, um ein Steuersignal zu erzeugen, um die Funktion des Schneidwerkes entsprechend des bestimmten Parameters zu steuern.
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Obwohl das vorhergehende System für Schneidmaschinen mit geringem Durchsatz geeignet sein kann, ist es in signifikanter Weise weniger für Hochgeschwindigkeitsschneidmaschinen geeignet, wie sie von Formax Inc. of Mokena, IL, unter dem Markennamen S180TM verfügbar sind. Erstens steht durch die Berechnung des Produktprofiles an der Schnittfläche eine sehr begrenzte Prozesszeit zur Verfügung, um die Berechnungen auszuführen, die notwendig sind, um die richtige Dicke jeder Scheibe zu sichern, bevor die Schnittfläche für die Einstellung der Dicke der nächsten Scheibe erneut aufgenommen werden muß. Zweitens könnten durch Abschattungseffekte, die aus den relativen Positionen der Beleuchtungsquelle, der Schnittfläche und Komponenten der Schneidmaschine resultieren, substantielle Meßungenauigkeiten resultieren, ein Problem, welches im Thurne-Patent nicht angesprochen wird. Drittens werden weitere Meßungenauigkeiten durch die offensichtliche Voraussetzung eingeführt, dass die Profile auf der Unterseite und einer Seite des Produktes linear sind. Schließlich können bei dem Versuch, das Produktprofil an der Schnittfläche zu messen, erhebliche Ungenauigkeiten durch das Auftreten von Verschnitt eingeführt werden. Eine der Aufgaben der im Thurne-Patent beschriebenen Vorrichtung besteht darin, Ungenauigkeiten durch Produktverschnitt zu beseitigen. Um jedoch dieses Problem an der Schnittfläche anzugehen, muß die Vorrichtung aus dem Thurne-Patent notwendigerweise eine weitere Ebene und einen höheren Grad der Bildverarbeitung einführen.
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Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein automatisches System zum Bearbeiten eines Produkts gemäß Anspruch 1.
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In einer Ausgestaltung umfasst das System eine Vorrichtung, umfassend einen Abtastabschnitt zur Aufnahme des Produktes; einen oder mehrere Produktantriebe, um das Produkt entlang eines Scanpfades durch den Abtastabschnitt zu fahren; ein oberes Bilderkennungssystem, das angeordnet ist, um entlang des Produktes visuelle Informationen über die obere Seite des Produktes zu erfassen; und ein unteres Bilderkennungssystem, das angeordnet ist, um entlang des Produktes visuelle Informationen über die untere Seite des Produktes zu erfassen. Der Abtastabschnitt umfasst typischerweise eine Abtastkammer mit einem offenen Eingabeende für die Aufnahme eines Produkts und einem offenen Auslassende, um dem Produkt zu ermöglichen die Kammer zu verlassen, und die Vorrichtung kann einen Ausgabeabschnitt zur Übernahme des Produkts vom Auslassende für die Zuführung zu einer Produkt-Bearbeitungseinrichtung einschließen. Eine mit dem oberen und unteren Bilderkennungssystem verbundene Steuereinrichtung ist angepasst, um die von dem oberen und dem unteren Bilderkennungssystem empfangenen Informationen in ein Format zu konvertieren, das für eine Nutzung durch eine nachfolgende Produkt-Bearbeitungseinrichtung geeignet ist.
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In der folgenden Beschreibung wird eine Ausgestaltung, die nicht in den Schutzbereich von Anspruch 1 fällt, mit Bezug zu den zugehörigen Zeichnungen beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen:
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1 ist eine perspektivische Darstellung eines Produktverarbeitungssystems.
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2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausgestaltung eines Steuerungssystems, dass in der Profilierungsvorrichtung des in 1 dargestellten Systems verwendet werden kann.
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3 ist ein beispielhaftes Bild, welches vom oberen Bilderkennungssystem der Ausführungsform der Profilierungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist, gewonnen wurde.
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4 und 5 sind Schnittdarstellungen einer Ausgestaltung einer Profilierungsvorrichtung, die in dem in 1 dargestellten System verwendet werden kann.
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6 ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen Eingangsstapler zeigt.
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7 ist eine schematische Schnittdarstellung, die einen Produktstopper am Einlass zum Gehäuse des Bilderkennungssystems zeigt.
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1 illustriert ein Produktverarbeitungssystem, generell mit 10 bezeichnet, welches einen physikalischen Prozess an einem Produkt ausführt, in welchem der physikalische Prozeß von einer genauen Messung des Profils des Rohproduktes abhängt. Wie dargestellt besteht das Produktverarbeitungssystem 10 aus einer Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 und einer Produktverarbeitungseinheit 20. Die Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 nimmt die Messung des Profils des Rohproduktes vor und liefert die Informationen über das Profil an die Produktverarbeitungseinheit 20, welche wiederum die Informationen für die genaue Ausführung des physikalischen Prozesses, der an dem Rohprodukt vorgenommen werden soll, nutzt.
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In der dargestellten Ausführungsform wird die Gewinnung der Informationen über das Produktprofil abgeschlossen, bevor das einzelne Rohprodukt in der Produktverarbeitungseinheit 20 einem physikalischen Prozess unterzogen wird. Durch Nutzung der in 1 dargestellten Anordnung, in welcher die Profilaufnahmevorrichtung 15 vor der Produktverarbeitungseinheit 20 angeordnet ist, ist es möglich, komplette Produktprofile für verschiedene einzelne Rohprodukte zu gewinnen, bevor jedes der Rohprodukte am Eingang der Produktverarbeitungseinheit 20 bereitgestellt wird. Wenn die Profilaufnahmevorrichtung 15 als separate Vorrichtung ausgeführt ist, kann die Profilaufnahmevorrichtung 15 zusätzlich genutzt werden, um Produktprofilinformationen an eine Vielzahl von unterschiedlichen Produktverarbeitungseinheiten, die entweder nacheinander oder in konkurrierender Weise arbeiten, zu liefern.
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Generell besteht die Profilaufnahmevorrichtung 15 aus einem Eingabebereich 25, einem Scanbereich 30 und einem Ausgabebereich 35. Der Eingabebereich 25 enthält eine Vielzahl von Stützstäben 40, die angeordnet sind, um das Produkt 45, dessen Profil bestimmt werden soll, aufzunehmen. Eine Vielzahl aufrecht stehender Finger 50 erstreckt sich durch Zwischenräume zwischen den Stützstäben 40. Die Finger 50 erfassen einen hinteren Teil des Produktes 45 und fahren es in den Scanbereich 30. Die Finger sind so angeordnet, dass sie vertikal über die Stützstäbe ragen, wenn die Bewegung in Förderrichtung erfolgt, und vertikal unterhalb der Stäbe sind, wenn sie in umgekehrter Richtung geleitet werden.
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Der Scanbereich 30 umfaßt ein Gehäuse 55 mit einer Eingangsseite, die offen ist, um das Produkt 45 aufzunehmen, und einer Ausgangsseite, die offen ist, um es dem Produkt 45 zu ermöglichen, daraus auszutreten. In der dargestellten Ausgestaltung umfasst das Gehäuse 55 einen Gehäusehauptteil 60, ein Gehäuse 65 eines oberen Bilderkennungssystems und ein Gehäuse 70 eines unteren Bilderkennungssystems. Das Gehäuse 65 des oberen Bilderkennungssystems enthält ein oberes Bilderkennungssystem, welches darin angeordnet ist. Das obere Bilderkennungssystem der offenbarten Ausgestaltung umfasst einen vertikal gerichteten Linienlaser 75 zur Beleuchtung einer Seite des Produktes in einer festen Ebene, die von dem vorgetriebenen Produkt durchquert wird, und eine zugehörige Kamera 80, die für die Darstellung der laserbeleuchteten Kontur des Produktes 45 vertikal geneigt ausgerichtet ist. In gleicher Weise umfasst das Gehäuse 70 des unteren Bilderkennungssystems ein unteres Bilderkennungssystem, das darin angeordnet ist, welches aus einem Linienlaser 85 und einer entsprechenden Kamera 90 besteht, um die andere Seite des Produktes anzusprechen. Jedes der Gehäuse 65 und 70 des oberen und unteren Bilderkennungssystems umfasst eine Öffnung, die angeordnet ist, um dem jeweiligen Bilderkennungssystem zu erlauben, ein Produkt 45, welches das Hauptgehäuse 60 passiert, zu betrachten. Diese Öffnungen können einfach ausgeschnittene Bereiche umfassen. Die Öffnungen sind jedoch vorzugsweise mit einem transparenten Material abgedeckt, um ein Fenster zu bilden, welches die Komponenten des Bilderkennungssystems mechanisch von Komponenten isoliert, die im Hauptgehäuse 60 angeordnet sind, ohne die Funktion des Bilderkennungssystems zu beeinträchtigen.
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Obwohl mit Bezug auf die ersten Figuren zu Zwecken dieser Überblicksbeschreibung der Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 für die Nutzung in jedem des oberen und unteren Gehäuses 65 und 70 des Bilderkennungssystems ein einzelner Linienlaser dargestellt ist, wird es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedes der Gehäuse der Bilderkennungssysteme zwei entgegengesetzte Linienlaser enthält, um von entgegengesetzten Seiten des Produktes das Produkt jeweils direkt und streifend über das Produkt hinweg zu beleuchten. In Fällen sehr unebener Oberflächen und/oder im Fall hochreflektierender Oberflächencharakteristika ermöglicht die Beleuchtung des Produktes aus unterschiedlichen Richtungen höher aufgelöste Kamerabilder.
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Innerhalb des Hauptgehäuses 60 wird das Produkt 45 von einer Vielzahl abgerundeter Stützstäbe 95 getragen. Diese Stützstäbe 95 können als Verlängerungen der Stützstäbe 40 ausgebildet sein oder können als eine Stützkomponente ausgebildet sein, die sich von den Stützstäben 40 unterscheidet. Die Anzahl und der Durchmesser der Stützstäbe 95 sollten minimiert werden, um die Genauigkeit der Scanmessungen des unteren Bilderkennungssystems zu erleichtern. Obwohl nicht dargestellt, werden meistbevorzugt die Durchmesser der Stützstäbe 95 dort, wo sie die Laserlichtlinie, die von dem Laser des unteren Bilderkennungssystems ausgeht, kreuzen, erheblich bis zu einem Minimum reduziert.
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Das Produkt 45 wird durch einen Produktantrieb, insgesamt mit 100 bezeichnet, durch das Hauptgehäuse 60 gefahren. In der dargestellten Ausgestaltung besteht der Produktantrieb 100 aus einem Produktmitnehmerteil 105, das angeordnet ist, um einen hinteren Teil des Produktes 45 zu ergreifen und das Produkt entlang der Stützstäbe 95 durch das Hauptgehäuse 60 zu fahren. Das Produktmitnehmerteil 105 enthält eine Vielzahl von Schlitzen, die so angeordnet sind, dass sie eine gleichzeitige Betätigung der Finger 50 und des Produktmitnehmerteils 105 an der Eingangsseite des Hauptgehäuses 60 erlauben. Ein Paar senkrechter Teile 110 sind mit entgegengesetzten Enden des Produktmitnehmerteils 105 verbunden. Die senkrechten Teile 110 sind im Gegenzug an entsprechenden Treibriemen 115 und 120 befestigt, um das Produktmitnehmerteil 105 und das entsprechende Produkt 45 durch das Hauptgehäuse 60 zu bewegen. Die Treibriemen 115 und 120 werden vorzugsweise mit einer konstanten genauen Geschwindigkeit, beispielsweise durch einen Servomotor, einen Motor mit einem Drehmelder usw. angetrieben.
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Auf der Ausgangsseite des Hauptgehäuses 60 wird das Produkt 45 durch einen anderen Satz Finger 130 ergriffen, der sich durch die Zwischenräume der Stützstäbe 95 erstreckt. Die Stützstäbe 95 können bis in den Ausgabebereich 35 erstreckt sein, oder alternativ dazu kann ein weiterer anderer Satz von Stützstäben benutzt werden, um das Produkt 45 am Ausgabebereich 35 aufzunehmen. Die Finger 130 ergreifen den hinteren Teil des Produktes 45 und fahren es durch den Ausgabebereich 35 und von dort zur Verarbeitungseinheit 20, welche im offenbarten Ausführungsbeispiel eine Schneidmaschine ist.
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2 ist eine schematische Blockdarstellung einer Ausgestaltung eines Steuersystems, welches für einen gesteuerten Betrieb der Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 geeignet ist. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Steuersystem einen zentralen Controller 150, der verantwortlich ist für:
- 1. die Steuerung der Antriebsmechanismen, die mit verschiedenen Teilen der Profilierungsvorrichtung 15 verbunden sind;
- 2. die Koordination des Betriebes der Bilderkennungssysteme, einschließlich der Gewinnung der Profildaten und
- 3. die Übertragung der Profildaten zu Steuersystemen für eine oder mehrere Produktverarbeitungseinheiten 20.
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Demzufolge ist der zentrale Controller 150 verbunden, um gesendete Signale von jedem der Antriebe 155 und 160 des Eingabe- und Ausgabebereiches und dem Antrieb 65 des Scanbereiches zu empfangen und Bewegungssteuersignale an jeden der Antriebe 155 und 160 des Singabes- und Ausgabebereiches und den Antrieb 65 des Scanbereiches zu liefern. Ebenso ist der zentrale Controller 150 angeschlossen, um von dem oberen und unteren Bilderkennungssystem 170 und 175 gesendete Signale zu empfangen und Scansteuersignale an das obere und untere Bilderkennungssystem 170 und 175 zu liefern. Letztlich werden die Profilinformationen, die von dem oberen und unteren Bilderkennungssystem 170 und 175 aufgenommen werden, zu einem Steuersystem 180 mindestens einer Produktverarbeitungseinheit 20 übertragen. Die Profilinformation kann in jedem einer Vielzahl von Verarbeitungszuständen zum Steuersystem 180 übertragen werden. Beispielsweise kann der Zentralcontroller 150 Profil-Rohdaten an das Steuersystem 180 übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann der zentrale Controller 150 die Profilinformationen übertragen, nachdem die von ihm gewonnenen Rohdaten im zentralen Controller 150 verarbeitet worden sind, wodurch das Steuersystem 180 von viel zusätzlicher Rechenarbeit entlastet wird, die mit der Profilberechnung verbunden ist.
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Wenn mehr als eine Produktverarbeitungseinheit 20 von einer einzelnen Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 versorgt werden soll, muss ein Verfahren zur Verfolgung jedes Produktes 45 durch das System bereitgestellt werden, um abzusichern, dass jede Produktverarbeitungseinheit 20 die richtigen Profildaten empfängt. Beispielsweise kann jedes der Produkte 45 mit einem Strichcode oder einer anderen visuellen Markierung versehen werden, die erfasst oder anderweitig in den zentralen Controller 150 oder in das einzelne Steuersystem 180, 180', 180'', welches mit der einzelnen Produktverarbeitungseinheit 20 verbunden ist, die das einzelne Produkt schneiden soll, eingegeben werden kann. Wenn die Identität des Produktes 45, das von der Produktverarbeitungseinheit geschnitten werden soll, durch das jeweilige Steuerungssystem 180, 180', 180'' bestimmt wurde, kann das jeweilige Steuerungssystem die zum identifizierten Produkt gehörenden Profildaten vom zentralen Controller 150 anfordern.
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Der Betrieb der Produktprofilaufnahmevorrichtung 15 kann anhand der 1 und 2 beschrieben werden. Zuerst wird das Produkt 45, hier als dicke Scheibe Bauchspeck o. ä. dargestellt, am Eingabebereich 25 bereitgestellt, wo es durch Stützstäbe 40 getragen wird. Der zentrale Controller 150 aktiviert dann den Antrieb 155 des Eingabebereiches, sodass die Finger 50 den hinteren Teil des Produkts 45 ergreifen und in den Scanbereich 30 fahren. Das Produktmitnehmerteil 105 ist vorzugsweise schwenkbar gelagert, um aus dem Weg zu schwingen oder in anderer Weise über die obere Oberfläche des Produktes 45 zu gleiten, wenn dieses durch die Öffnung am Eingang des Scanbereiches 30 bewegt wird. Der zentrale Controller 150 steuert dann den Antrieb 165 des Scanbereiches derart, dass das Produktmitnehmerteil 105 den hinteren Teil des Produktes 45 berührt, und beginnt, das Produkt 45 durch die innere Kammer des Hauptgehäuses 55 zu fahren. Vorzugsweise wird das Produkt 45 um eine kleine Distanz über die Stützstäbe 95 gefahren, bevor es eine Position im Hauptgehäuse 55 erreicht, in der mit dem Scannen des Produkts begonnen wird. Das erlaubt es dem Produkt, sich über den Stützstäben 95 und gegen das Produktmitnehmerteil 105 vor dem Scannen zu setzen, wodurch die Genauigkeit der resultierenden Profildaten verbessert wird.
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Entsprechend einer Ausgestaltung der Profilaufnahmevorrichtung 15 erzeugt ein Resolver o. ä., der zum Antrieb 165 des Scanbereiches gehört, Steuerpulse entsprechend einer inkrementalen Bewegung des Produktes 45 über eine feste Distanz durch das Hauptgehäuse 55. Diese Steuerpulse werden als Synchronisationssignale genutzt, die der zentrale Controller 150 nutzt, um die Erfassung eines einzulesenden Profils zu triggern. Die eingelesenen Profile liegen hier in Form eines visuellen Bildes vor, welches durch die Kameras 80 und 90 in festen Schritten über die Länge des Produktes 45 aufgenommen wurde. Das Produktprofil wird akzentuiert, indem ein Linienlaser streifend über die obere und untere Oberfläche des Produktes 45 gerichtet wird.
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Entsprechend sollte das Innere des Hauptgehäuses 55 so dunkel wie möglich sein, sodass die Kameras 80 und 90 die Linie, die von den Linienlasern 75 und 85 projiziert wird, detektieren können.
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3 ist ein exemplarisches Bild, welches von der Kamera 80 der Profilaufnahmevorrichtung 15 erfaßt wurde. Obwohl die Kamera 80 in der Lage ist, ein Bild mit 640×480 Pixeln zu liefern, wird nur eine Untermenge dieses insgesamt verfügbaren Bildes vom zentralen Controller 150 für eine weitere Verarbeitung extrahiert. Wie dargestellt, enthält das resultierende Bild lineare Endbereiche 200. Die linearen Endbereiche werden durch Reflexionen des Lichtes des Linienlasers 75 durch ein Paar Referenzreflektoren, die vorzugsweise in einer Ebene mit der oberen Oberfläche der Stützstäbe 95 angeordnet sind, gebildet. Es gibt eine Anzahl von versetzten nichtlinearen Bereichen zwischen den linearen Bereichen 200. Diese nichtlinearen Bereiche entsprechen dem oberen Profil des Produktes 45, das vom Linienlaser 75 beleuchtet worden ist. Durch Vornahme von Messungen des vertikalen Abstandes (d. h. der Anzahl der vertikalen Pixel) zwischen den linearen Endbereichen 200 und den versetzten nichtlinearen Bereichen ist es möglich, die Kontur des Profils des Produktes in der Position entlang des Inneren des Hauptgehäuses 55, in der das Bild erfasst worden ist, zu berechnen. Durch Erfassung einer Reihe solcher Bilder entlang der Länge des Produkts 45 kann eine genaue Wiedergabe des oberen Profils des Produktes 45 erzielt werden. Gleichzeitig werden von der Kamera 90 ähnliche Bilder, basierend auf einer Beleuchtung der unteren Seite des Produktes 45 durch den Linienlaser 85, erfasst. Wie im Fall der Messungen des oberen Profils werden lineare Referenzbereiche erzeugt, in dem das Licht des Linienlasers 85 von einem Paar Referenzreflektoren reflektiert wird. Aus den Bildern der oberen und unteren Produktoberfläche, die vom oberen und unteren Bilderkennungssystem 170 und 175 erfasst werden, kann der zentrale Controller 150 einen genauen Datensatz des vollständigen Produktprofils an das Steuersystem 180 der Produktverarbeitungseinheit 20 liefern.
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Abhängig von der Zusammensetzung des Produktes 45 kann das Laserlicht, das auf der oberen Oberfläche des Produktes 45 auftrifft, in unterschiedlicher Weise gestreut werden. Wenn das Produkt 45 z. B. Bacon oder ein anderes fetthaltiges Lebensmittel ist, streuen fetthaltige Bereiche, wie 205, das Laserlicht in einem stärkeren Maße als magere Bereiche 210. Im Ergebnis wird ein breiteres Lichtband an den fetten Bereichen 205 ausgebildet. Der Controller 150 kann diese Streuung beispielsweise durch Auswahl der Bereiche mit der höchsten Konzentration dunkler Pixel für die vertikale Messung kompensieren. Alternativ kann eine vertikale Abstandsmessung durch Verwendung des Durchschnitts aus der höchsten vertikal gemessenen Distanz und der niedrigsten vertikal gemessenen Distanz durchgeführt werden.
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Wie in 3 dargestellt, kann das von der Oberfläche des Produktes 45 reflektierte Licht aus der Sicht der Kamera verdeckt sein. Diese Bereiche erscheinen als leere Bereiche 215. Der zentrale Controller 150 kann programmiert sein, um in solchen Bereichen eine lineare Fortsetzung der Oberflächenkontur anzunehmen. Da die leeren Bereiche 215 generell von kleiner Ausdehnung sind, führt diese Annahme auch noch zu einer genauen Wiedergabe des gesamten Produktprofils. Genauso verringert die Annahme, dass in den Regionen der unteren Oberfläche des Produktes 45, die durch die Stützstäbe 90 abgedeckt sind, eine lineare Fortsetzung der Oberflächenkontur existiert, die Genauigkeit der Profilmessungen nicht wesentlich. Um Ungenauigkeiten, die durch die Anwesenheit der Stützstäbe 95 eingeführt werden, zu minimieren, sollte die Anzahl und der Durchmesser der Stützstäbe 90 minimiert werden. Weiterhin sollten die Stützstäbe 95 generell einen runden Querschnitt aufweisen, sodass sie abgedeckte oder anderweitig nicht nutzbare Bereiche des Profilbildes erzeugen, die im wesentlichen von gleicher Länge sind.
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Wenn das Produkt 45 einmal zum Ausgang des Scanbereiches 30 gefahren worden ist, steuert der zentrale Controller 150 den Antrieb 160 des Ausgabebereiches an, sodass die Finger 130 den hinteren Teil des Produktes 45 ergreifen und es vom Inneren des Scanbereiches 15 zum Ausgabebereich 35 fahren. Das Produkt 45 kann durch Bedienpersonal aus dem Bereich 35 entfernt werden und dem Eingang einer nachfolgenden Produktverarbeitungseinheit 20 zugeführt werden. Alternativ dazu können der Ausgabebereich 35 und der entsprechende Antrieb 160 des Ausgabebereiches konstruiert sein, um das Produkt 45 in eine Beschickungsposition einer nachfolgenden Produktverarbeitungseinheit zu fahren.
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Die Profilaufnahmevorrichtung 15 kann eine digitale Waage zum wiegen des Produkts 45 beinhalten. Das Ausgangssignal der digitalen Waage kann dem zentralen Controller 150 zugeführt werden. Der zentrale Controller 150 kann programmiert sein, um auf der Grundlage der Profilmessungen das Gesamtvolumen des Produktes 45 zu berechnen. Der zentrale Controller kann dann den Gesamtwert des Produktes und das von der digitalen Waage ermittelte Gewicht nutzen, um die durchschnittliche Dichte des Produktes 45 zu berechnen. Die Messung der durchschnittlichen Dichte kann von einer Schneidmaschine wie der Produktverarbeitungseinheit 20 in Verbindung mit den Profilmessungen genutzt werden, um die Dicken von Produktscheiben zu berechnen, die erforderlich sind, um ein bestimmtes Gewicht, wie das Gewicht von Produktscheiben, die in einer einzelnen Kundenabpackung ausgeliefert werden sollen, zu berechnen. Alternativ können eine oder mehrere der Berechnungen der durchschnittlichen Dichte des Gesamtvolumens oder Produktprofilmessungen oder -berechnungen durch das Steuersystem 180 der Schneidmaschine ausgeführt werden.
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Die 4 und 5 zeigen eine spezifische Ausgestaltung der Profilaufnahmevorrichtung 15, in welcher ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Verbindung mit der in diesen Figuren gezeigten Ausgestaltung sind die Antriebsmechanismen, die mit dem Eingabebereich 25, dem Scanbereich 30 und dem Ausgabebereich 35 verbunden sind, beachtenswert.
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Gegenüber der Benutzung eines einzelnen Linienlasers zur Beleuchtung der Oberfläche des Produktes, wie in 4 dargestellt, erzielt gemäß der Erfindung ein Paar von weitgehend gegenüberliegenden Lasern, die überlappende Strahlen applizieren, um die Oberfläche des Produktes abzudecken, mehr Profildaten und eine bessere Auflösung im Kamerabild. Das wäre insbesondere in Beispielen der Fall, wo die Produktoberfläche sehr unregelmäßig ist und/oder große fetthaltige Bereiche enthält, da diese Situationen dazu tendieren, im Kamerabild zu Abschattungen oder zu Verwischungen zu führen. Je mehr Profildaten zur Verfügung stehen und je besser die Auflösung des Kamerabildes ist, umso definierter und genauer sind die Oberflächenprofildaten und umso geringer ist die Notwendigkeit einer Mittelung oder Extrapolation.
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In dem Fall, dass mehr als ein Linienlaser in jedem Gehäuse der Bilderkennungssysteme oberhalb und unterhalb des Produktes genutzt wird, sind die Laser vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten des Produktes angeordnet und senden ihre Strahlen auf das Produkt nieder und über das Produkt hinweg. Die Kameraposition ändert sich nicht. In diesem Falle wird ein triangulärer Ansatz verwendet, um das Oberflächenprofil auf beiden Seiten des Produktes zu erfassen.
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Die mit dem Eingabebereich 25 und dem Ausgabebereich 30 verbundenen Antriebsmechanismen hängen wie dargestellt zusammen. Genauer betrachtet bestehen die Antriebsmechanismen aus einem einzelnen, beidseitig begrenzten pneumatischen Aktuator, insgesamt mit 300 bezeichnet, der unterhalb der Stützstäbe 40 montiert ist (die Stützstäbe sind überall durchgängig und als einzelnes Set von Stäben ausgebildet). Der Aktuator 300 enthält eine Kolbenstange 305, von der ein erstes Ende mit einer ersten Fingerbetätigungsanordnung 315 und ein zweites Ende mit einer zweiten Fingerbetätigungsanordnung 310 verbunden ist. Die Fingerbetätigungsanordnung 310 enthält die Finger 50, während die Fingerbetätigungsanordnung 315 die Finger 130 enthält. Die Finger 50 sind entlang einer Lagerstange 320 mit einem oder mehreren Ausgleichsmechanismen 325 angeordnet. Die Ausgleichsmechanismen 325 zwingen die Finger 50 um eine horizontale Achse, die durch die Lagerstange 320 definiert wird, zu rotieren, bis die Finger 50 in ein oder mehrere Stopperteile 330 eingreifen. Das eine oder die mehreren Stopperteile 330 sind angeordnet, um die Rotation der Finger 50 zu stoppen, wenn sich diese in aufrechter Position befinden. Diese Anordnung ermöglicht es den Fingern 50, unter einem nachfolgenden Produkt 45, welches in den Eingabebereich 25 gelegt wurde, hindurchzugleiten, wenn die Finger zurück in die Ausgangsposition gefahren werden, nachdem sie ein vorheriges Produkt 45 in den Scanbereich 30 gefahren haben.
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Eine ähnliche Anordnung ist für die Fingeranordnung 315 am ersten Ende der Kolbenstange 305 angebracht. Hier sind jedoch der eine oder die mehreren Ausgleichsmechanismen 335 der Fingeranordnung 315 angeordnet, um ein weiteres Stopperteil 340 in einer Ausgabeposition des Ausgabebereiches 35 zu berühren. Indem die Finger 130 das Produkt 45 durch den Ausgabebereich 35 fahren, werden die Ausgleichsmechanismen 335 in einen Eingriff mit den weiteren Stoppmechanismen 340 gefahren. Das bewirkt, dass sich die Finger 130 um eine horizontale Achse, die durch die Lagerstange 345 definiert wird, drehen, was es erleichtert, das Produkt 45 vom Ausgabebereich 35 beispielsweise zum Eingang einer Schneidmaschine zu fahren.
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In der in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsform enthält der Antrieb des Scanbereiches einen Motor 350, der angesetzt ist, um die Antriebsrolle 355 zu drehen. Die Antriebsrolle 355 wiederum treibt Riemen 115 und 120, von denen sich jeder zwischen der Antriebsrolle 355 und einer nichtangetriebenen Rolle 360 erstreckt, an. Befestigungsmechanismen 365 sind mit den aufrechten Teilen 110 (in 5 dargestellt) verbunden, um die aufrecht stehenden Teile 110 und das Produktmitnehmerteil 105 an den Treibriemen 115 und 120 zu befestigen. Die Befestigungsmechanismen 365 sind miteinander durch eine Strebe 372 verbunden, um die Steifigkeit des gesamten Antriebsmechanismus zu erhöhen. Zusätzlich steht jeder der Befestigungsmechanismen 365 im Eingriff mit jeweiligen Führungsstäben 377, die sich entlang der Länge des Transportweges, auf dem das Produktmitnehmerteil 105 das Produkt 45 durch den Scanbereich 30 bewegt, erstrecken. Vorzugsweise weist jedes Befestigungsteil 365 eine schwenkbewegliche Verbindung 378 auf, die dem Produktmitnehmerteil 105 erlaubt, über die obere Oberfläche eines Produktes 45, das im Scanbereich 30 angeordnet ist, zu gleiten, wenn das Teil 105 nach dem Transport eines Produktes aus dem Scanbereich 30 in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Alternativ dazu kann das Produktmitnehmerteil 105 aktiv, beispielsweise durch einen Aktuator, bewegt werden, sodass seine Bewegung in die Ausgangsposition nicht durch das Produkt 45 behindert wird.
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Um weiterhin einen kontinuierlichen automatischen Betrieb des erfindungsgemäßen Produktverarbeitungssystems zu erleichtern und weiter zu verbessern, wird das Produkt vorzugsweise von einem Eingangsstapel an den Eingabebereich 25 geliefert. 6 stellt eine spezielle Ausgestaltung eines sich vertikal erstreckenden Staplers 400 in Form eines Trichters dar, dessen Wände durch Walzen 410 bestimmt werden. Das untere Ende des Trichters ist direkt über dem Eingabebereich 25 und zu diesem geöffnet. Das obere Ende des Trichters erstreckt sich über dem Eingabebereich und ragt über diesen hinaus. Der Trichter definiert eine schwerkraftgetriebene Passage, in der eine größere Anzahl der Produkte für eine nacheinander erfolgende automatische Beladung des Eingabebereiches 25 übereinander gestapelt sein kann. Nachdem jedes vorherige zuunterst liegende Produkt auf den Stützstäben des Eingabebereiches gelandet und durch die Finger 50 von unterhalb des Trichters in den Scanbereich 30 bewegt worden ist, fällt das nächste Produkt auf die Stützstäbe des Eingabebereiches, sodass das System automatisch für einen kontinuierlich ablaufenden Betrieb beladen wird.
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Als Sicherheitsmaßnahme ist für den Fall, dass der Antrieb des Scanbereiches 350 während der Rückführbewegung der Finger 130 weiterläuft, vorzugsweise ein Produktstopp 380 (dargestellt in 7) enthalten, welcher die Bewegung des Produktes unter dem Einfluss des Mitnehmerteiles 105 aufhalten könnte, bis die Finger 130 vollständig zurückgekehrt sind, um das nächste Produkt zu erfassen. Der Produktstopper 380 ist frei um eine transversale horizontale Achse schwenkbar und an einer vorderen Seite mit einer L-förmigen Stoppwand 381 versehen, und auf der anderen Seite der Schwenkachse mit einem Anschlag 382 mit Gegengewicht versehen. Bis der Kolben, der die Finger 130 trägt, vollständig zurückgekehrt ist, befindet sich die L-förmige Stoppwand 381 in einer aufgestellten blockierenden Position im Transportweg des nächsten Produktes, das ins Gehäuse des Bilderkennungssystems geliefert werden soll, wie durch die gestrichelte Linie in 7 dargestellt ist. Wenn sich der Kolben in seiner vollständig zurückgekehrten Position befindet, wird der Anschlag 382 mit dem Gegengewicht betätigt und angehoben, was bewirkt, dass die Stoppwand 381 abgesenkt wird und die Transportbewegung des nächsten Produktes nicht stört. In diesem Fall ist das Mitnehmerteil 105 in der Lage, das Produkt für den weiteren Transport, der von hinten durch die aufgestellten Finger 130 erfolgt, über die abgeklappten Finger 130 und die abgesenkte Stoppwand und vollständig in das Gehäuse des Bilderkennungssystems zu leiten.
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Andere Merkmale der speziellen Ausführungsform, die in den 4 und 5 dargestellt ist, schließen Referenzreflektoren 375 ein. Die Referenzreflektoren 375 sind diejenigen, auf die bereits weiter oben in Verbindung mit der Funktionsweise der Profilaufnahmevorrichtung 15 Bezug genommen wurde.
