ES1258144U - Dispositivo para detectar materia extrana en una sustancia comestible o en un recipiente que contiene la sustancia comestible y metodo de empleo del dispositivo - Google Patents

Abstract

Dispositivo (D) para la detección de materia extraña (F) en una sustancia comestible (M) o en un recipiente (B) que contenga la sustancia comestible (M), que comprende un camino óptico que comprende secuencialmente: - una fuente (1) de luz monocromática; - un soporte (2) para soportar la sustancia comestible o un recipiente (5) que contenga la sustancia comestible (M); y - un detector de luz (3) para recibir la luz emitida por la fuente (1); en el que el dispositivo (D) comprende además un colimador (4) dispuesto en el camino óptico entre la sustancia comestible o recipiente (5) que contiene la sustancia comestible y el detector de luz (3); caracterizado porque el soporte está formado por dos unidades transportadoras (C1, C2) con un espacio entre ellas, estando dispuesto dicho espacio en dicho camino óptico.

Description

DESCRIPCIÓN

DISPOSITIVO PARA DETECTAR MATERIA EXTRAÑA EN UNA SUSTANCIA

COMESTIBLE O EN UN RECIPIENTE QUE CONTIENE LA SUSTANCIA

COMESTIBLE Y MÉTODO DE EMPLEO DEL DISPOSITIVO

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a dispositivos y métodos para la detección de cuerpos extraños en matrices de materiales comestibles, especialmente para líneas de inspección de alimentos. En particular, es una solución de base fotónica para la detección de cuerpos extraños en productos alimenticios para ser utilizada como herramienta alternativa o complementaria a los detectores de metales y escáneres de rayos X. Puede ser aplicada sobre matrices totalmente opacas (madera, metal, plástico con rellenos...) y totalmente transparentes (piezas de PMMA y vidrio).

Estado de la técnica

Los dispositivos conocidos para detectar materia extraña en una sustancia comestible o en un recipiente que contiene la sustancia comestible normalmente comprenden un camino óptico que comprende secuencialmente:

- una fuente de luz que tiene una longitud de onda comprendida en un rango predeterminado;

- un soporte para soportar la sustancia comestible o un recipiente que contiene la sustancia comestible; y

- un detector de luz para recibir la luz emitida por la fuente.

En algunas soluciones conocidas el rango es estrecho, de modo que en la práctica la luz puede considerarse monocromática, mientras que en otras soluciones se emplean rangos relativamente amplios.

Un inconveniente conocido de los dispositivos es el bajo contraste entre la luz transmitida por la matriz y en el cuerpo extraño, lo cual es incluso más inconveniente si la matriz está contenida en una botella o en un recipiente, ya sea de plástico o de vidrio.

Una solución conocida consiste en aumentar la intensidad de la radiación utilizada. Un inconveniente de estas soluciones es que implican una mayor energía radiante. Esto a su vez presenta dos posibles inconvenientes, el primero es la incompatibilidad con algunos alimentos y el otro el desperdicio de energía. Otro inconveniente es que el contraste no mejora realmente, ya que la dispersión supone un límite físico al contraste, como han podido comprobar los inventores de la presente invención.

Otra solución conocida es seleccionar longitudes de onda que se puedan discriminar de la luz habitualmente presente en las líneas industriales del sector alimentario, como se describe en la solicitud publicada EP 1176417 A1.

Sin embargo, para los inventores de la presente invención, la solución basada en infrarrojos descrita en ese documento tampoco es óptima, ya que no tiene en cuenta la alta dispersión del infrarrojo.

Otros documentos que ayudan a reflejar los antecedentes básicos del presente incluyen, entre otros, el documento US6587575B1, de la Universidad de Georgia relacionado con un "Método y sistema para la detección de contaminantes durante el procesamiento de alimentos", que se limita a utilizar unas pocas longitudes de onda del rango VIS-NIR (siglas en inglés de luz visible y del infrarrojo cercano), algoritmos muy básicos y destinados a la detección de materia fecal e ingesta en canales de carne y de aves de corral.

El documento CN1995987A divulga un "Método y dispositivo de detección no destructiva para productos agrícolas y animales basado en tecnología de imagen hiper-espectral", que se limita al rango VIS-NIR, algoritmos muy básicos y orientados a la caracterización de productos agrícolas y ganaderos.

El documento EP2343671A2 de Sumitomo Electric Industries, relacionado con un "Equipo y método para analizar datos de imágenes", describe el uso de una variedad del algoritmo SVM para procesar datos hiper-espectrales.

El documento CN2874482Y relativo a un "Colector de imágenes de alto espectro para frutas" describe un dispositivo de adquisición de imágenes hiper-espectrales de frutas sin mencionar el rango espectral o las herramientas de procesamiento de datos.

El documento US7835002B2, de RP Ventures Tech Office AB para un "Sistema para imágenes multi- e hiper-espectrales" se centra en la configuración óptica para adquirir el hiper-cubo sin ninguna mención a una aplicación, iluminación o procesamiento de datos genéricos o específicos.

Descripción de la invención

Para superar los inconvenientes mencionados y conseguir los objetivos antes mencionados, la presente invención propone un dispositivo para la detección de materia extraña en una sustancia comestible o en un recipiente que contiene la sustancia comestible, que comprende un camino óptico que comprende secuencialmente:

- una fuente de luz monocromática que tiene una longitud de onda comprendida en un rango estrecho predeterminado,

- un soporte para soportar la sustancia comestible o un recipiente que contiene la sustancia comestible; y

- un detector de luz para recibir la luz emitida por la fuente;

que comprende un colimador dispuesto en el camino óptico entre la sustancia comestible o recipiente que contiene la sustancia comestible y el detector de luz.

Por tanto, la presente invención consiste en utilizar una luz monocromática en combinación con un colimador dispuesto antes del detector de luz. De esta forma, aunque se pierda luz monocromática difusa, se ha comprobado que para la detección de cuerpos extraños la luz que realmente importa es aquella que no ha sido sometida a dispersión o que ha sido sometida a una dispersión mínima que permita llevarla al detector de imágenes después de haber pasado por el colimador.

Para mejorar el contraste, se debe seleccionar luz monocromática para matriz extraña/cuerpo extraño para maximizar la relación entre la luz monocromática transmitida por la matriz y la transmitida por el cuerpo extraño.

En algunas realizaciones, la fuente y el detector son bidimensionales.

Esta solución será la aplicación preferida cuando las matrices o recipientes que contengan dicha matriz tengan formas irregulares, como es el caso de las botellas.

En algunas realizaciones, la fuente y el detector son unidimensionales.

Esta solución es especialmente adecuada para el caso de análisis de recipientes de tipo plano, como productos dispuestos en bandejas de plástico, como productos de carnicería laminados.

En algunas realizaciones, la fuente es una fuente puntual.

Esta solución se puede aplicar en el caso en que se desee minimizar la dispersión, aunque debería combinarla con el movimiento de la fuente de luz para poder inspeccionar objetos de gran tamaño. Preferiblemente, en estas realizaciones, la fuente se puede mover en traslación de acuerdo con una dirección perpendicular al camino óptico.

Se han descrito tres tipos de instalaciones, algunas de las cuales tienen fuentes bidimensionales (planas), otras tienen fuentes unidimensionales (lineales) y otras son puntuales. La idoneidad de aplicación de cada uno de ellos dependerá del grado de dispersión al que esté sometida la luz monocromática utilizada. Si el grado de dispersión es menor se utilizará preferentemente una instalación con emisor y detector bidimensionales, mientras que si el grado de dispersión es alto para una combinación particular de luz/matriz/cuerpo extraño, se podrá optar preferentemente por una fuente de luz puntual, que es la que produce menos dispersión, por motivos puramente geométricos.

En algunas realizaciones, toda la longitud del camino óptico que comprende y va desde la fuente de luz monocromática hasta el receptor de luz está dentro de un túnel oscuro.

Siempre que sea posible disponer el camino óptico en un túnel oscuro, se evitará la irrupción en el sistema de fuentes de luz externas al sistema y que podría disminuir la precisión de detección.

En algunas realizaciones, el colimador es un sistema de colimación telecéntrico basado en lentes de Fresnel.

En algunas realizaciones, se dispone un filtro de banda estrecha en el camino óptico entre el colimador y el detector de luz.

En algunas realizaciones, el soporte está formado por dos unidades transportadoras con un espacio entre ellas, estando dispuesto el espacio en el camino óptico.

En algunas realizaciones, las dos unidades transportadoras están desplazadas verticalmente una distancia que tiene el orden del espesor de los transportadores.

En algunas realizaciones, la fuente también tiene un colimador.

En algunas realizaciones, la fuente es un láser.

La invención también se refiere a un método para detectar materia extraña en una sustancia comestible, el método comprende las etapas de:

a) seleccionar una luz monocromática, en la que la longitud de onda de la luz monocromática tiene el valor máximo de transmisividad o, alternativamente, el contraste máximo entre ciertos cuerpos extraños y el fondo (luz que atraviesa la matriz de dicha sustancia comestible), dentro del espectro visible y del infrarrojo cercano, para la sustancia comestible;

b) recibir, la sustancia comestible, la luz monocromática;

c) detectar con un detector de luz los rayos de la luz monocromática transmitidos a través de la sustancia para detectar materia extraña;

en el que:

la luz monocromática no absorbida por la sustancia comestible pasa a través de un colimador antes de entrar en el detector de luz;

la luz cuya longitud de onda es diferente a la de la luz monocromática se bloquea con un filtro de banda antes de llegar al detector de luz;

el sistema captador de imágenes rechaza -mediante un filtro y el colimador- cualquier rayo con longitud de onda diferente a la seleccionada, así como la mayoría de rayos en cualquier dirección diferente al eje óptico.

En algunas realizaciones, el método comprende las siguientes etapas previas para determinar la longitud de onda que tiene el máximo contraste entre la sustancia y el cuerpo extraño o, alternativamente, la máxima transmisividad para la sustancia, dentro del espectro visible y del infrarrojo cercano:

a) irradiar una muestra representativa de la sustancia con un rango de longitudes de onda dentro del espectro visible y del infrarrojo cercano;

b) registrar la densidad óptica ds y el espectro ss para cada longitud de onda de la etapa a);

c) calcular, para cada densidad óptica ds y espectro ss de la etapa b), una transmitancia aparente utilizando la densidad óptica ds y el espectro ss para dicha longitud de onda, y una densidad óptica de referencia dR y un espectro de referencia sR;

d) determinar la longitud de onda de transmisividad máxima como la longitud de onda para la cual la transmisión aparente es la más alta de todas las longitudes de onda calculadas en la etapa c).

Preferiblemente, el recipiente es un recipiente de vidrio para bebidas, un recipiente de plástico para bebidas o un recipiente de plástico para alimentos sólidos.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran realizaciones de la invención, que no deben interpretarse como una restricción del alcance de la invención, sino simplemente como un ejemplo de cómo se puede llevar a cabo la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La Figura 1 muestra un diagrama esquemático con los componentes básicos de la invención.

La Figura 2 muestra una forma de realización del dispositivo utilizado para inspeccionar objetos tales como una botella, de modo que la fuente y el receptor estén dispuestos encima del transportador.

La Figura 3 muestra una realización de una fuente de luz bidimensional, formada por una disposición ordenada de leds monocromáticos, un difusor y un protector translúcido.

La Figura 4 muestra los componentes de un dispositivo de captura de imágenes 2D que consta de un protector translúcido, una lente de Fresnel, una lente de colimación telecéntrica, un filtro de paso de banda estrecha y una cámara.

La Figura 5 muestra una realización de la invención en la que se utiliza una fuente de luz unidimensional y un detector (1D) para que el plano definido por ambos pase por un espacio G formado entre dos transportadores C1, C2 que transportan los objetos a analizar.

La Figura 6 muestra una realización del conjunto receptor unidimensional, en el que el conjunto colimador está constituido por una lente de Fresnel combinada con una lente telecéntrica, y opcionalmente provisto de una capa frontal provista de una ranura lineal.

La Figura 7 muestra esquemáticamente una implementación de una realización de una fuente puntual de luz láser y un generador de fuente lineal a partir de la fuente puntual, en combinación con una lente de Fresnel y un protector translúcido.

La Figura 8 muestra una realización particular de la Figura 5, donde los dos transportadores están desplazados entre sí.

Descripción de una forma de realizar la invención

Como se muestra en la FIG. 1, en el presente documento se describe un dispositivo D para detectar materia extraña F en una sustancia comestible M o en un recipiente B que contiene la sustancia comestible M.

El dispositivo D comprende un camino óptico OP que comprende secuencialmente:

- una fuente 1 de luz monocromática, que puede ser una fuente de luz puntual, lineal o plana;

- un soporte 2 para soportar la sustancia comestible o un recipiente B que contiene la sustancia comestible M, que puede ser un soporte transparente a la luz monocromática, o dos transportadores dispuestos transversales al camino óptico OP definiendo un espacio entre ellos;

- un detector de luz 3 para recibir la luz emitida por la fuente 1;

- un colimador 4 preferiblemente implementado por medio de una lente de Fresnel 41 y una lente telecéntrica 42; y

- un detector de luz 3.

Opcionalmente, se puede disponer un filtro de banda estrecha 5 en el camino óptico entre el colimador 4 y el detector de luz 3.

La Figura 2 muestra un dispositivo D según la invención especialmente diseñado para la detección de cuerpos extraños en recipientes que pueden ser transportados por una cinta transportadora C, como una botella.

En este caso, la fuente de luz está dispuesta en un lado del transportador C y el conjunto receptor constituido por el colimador 4, el filtro 5 y el detector de luz 3 en el otro lado del transportador C.

En este caso, se utiliza una fuente de luz bidimensional 1, como se muestra en la FIG. 3. En este caso particular, la fuente de luz bidimensional está constituida por las propias fuentes de luz 11, que consisten en una matriz de luz discreta, por ejemplo dispuesta en forma óptima en configuración hexagonal. Al ser fuentes de luz discretas, su salida tendrá necesariamente un perfil formado por valles y picos. Para suavizar o aplanar este perfil, se prevé acoplar un difusor 1D a la matriz 11 de la fuente de luz. T ras ello, se proporciona un protector translúcido 1P.

A continuación, la FIG. 4 muestra el subconjunto de detección, a su vez, provisto del colimador 4, el filtro de paso de banda estrecha y el detector de luz 3.

En este caso, el colimador 4 está compuesto por un protector translúcido 44 unido a una lente de Fresnel plana 41. Esta lente de Fresnel discrimina los rayos perpendiculares, la gran mayoría de los cuales no han sufrido de dispersión, de los cuales no llegan perpendiculares, de modo que solo los primeros se pasan a las lentes telecéntricas 42, las cuales llevan la imagen al filtro 5, para finalmente terminar en la cámara 3 para su posterior uso.

La Figura 5 muestra otra realización especialmente diseñada para objetos como bandejas o recipientes tipo bandeja, como los que se utilizan para contener productos alimenticios enrollados o carnes, por dar dos ejemplos de aplicación preferida.

En este caso, el soporte 2 consta de dos transportadores C1 y C2 ligeramente separados para definir un espacio G entre ellos. A la altura del espacio G, el generador de luz monocromática 1, en este caso lineal, es decir unidimensional, se sitúa debajo. Por encima y dispuesto para recoger la luz emitida por la fuente de luz 1, se encuentra el detector de luz 3. De esta forma es posible detectar objetos extraños F contenidos en los productos M que son transportados por los transportadores C1, C2. El escaso espacio involucrado en la colocación del detector de cuerpos extraños D según la presente invención se mantiene al mínimo.

La figura 6 muestra el subconjunto de detección, constituido por una primera pantalla 43 provista de una ranura 43, destinada a evitar aún más la entrada de luz no perpendicular al sistema detector, tras ella una lente de Fresnel 41 que discrimina y lleva los rayos perpendiculares hasta las lentes telecéntricas 42, que a su vez llevan la luz al filtro 5 y luego al detector de luz 3.

La figura 7 muestra el subconjunto de generación de un haz lineal monocromático, constituido a su vez por una fuente de luz puntual 11, como por ejemplo un láser, un generador lineal 12, una lente de Fresnel 13 y un protector transparente 14. En este caso, el conjunto formado por el generador lineal 12 y la lente de Fresnel 13 constituyen un colimador de salida.

Finalmente, como se muestra en la FIG. 8, las dos unidades transportadoras C1, C2 pueden disponerse verticalmente desplazadas una distancia que tiene el orden del espesor de los transportadores.

Esta disposición es ventajosa ya que permite reducir el espacio entre los transportadores C1 y C2, lo que podría limitar el tamaño mínimo de los objetos M a inspeccionar. Teniendo en cuenta que los productos van a una determinada velocidad, los productos se inspeccionan en vuelo. En esta realización, como se muestra, el haz de radiación se inclina ligeramente de 5 a 10 °. Teniendo en cuenta que típicamente los transportadores tienen un grosor del orden de 5 cm, el desplazamiento se seleccionará del mismo orden, con el fin de reducir efectivamente la proyección vertical del espacio G y así utilizar la instalación para productos más pequeños.

Allí también se describe un método para detectar materia extraña F en una sustancia comestible M. El método comprende los pasos de:

a seleccionar una luz monocromática, en la que la longitud de onda de la luz monocromática tiene el valor máximo de transmisividad o, alternativamente, el contraste máximo entre ciertos cuerpos extraños F y la luz de fondo que atraviesa la matriz de dicha sustancia comestible, dentro del espectro visible y del infrarrojo cercano, para la sustancia comestible M;

b la sustancia comestible M recibe la luz monocromática;

c detectar con un detector de luz 3 los rayos de la luz monocromática transmitidos a través de la sustancia M para detectar materia extraña F;

caracterizado porque:

la luz monocromática no absorbida por la sustancia comestible M pasa a través de un colimador 4 antes de entrar en el detector de luz 3;

la luz cuya longitud de onda es diferente a la de la luz monocromática se bloquea con un filtro de banda 5 antes de llegar al detector de luz 3.

el sistema captador de imágenes rechaza -mediante un filtro y el colimador- cualquier rayo con longitud de onda diferente a la seleccionada, así como la mayoría de rayos en cualquier dirección diferente al eje óptico.

El dispositivo y los métodos de acuerdo con la presente invención se pueden aplicar para la detección de cuerpos extraños tales como piezas de vidrio (transparentes y coloreadas), piezas de PMMA, películas plásticas transparentes y coloreadas, piezas plásticas opacas, metales, piezas de hueso, astillas de madera, piedras, etc. , mientras que las matrices objetivo pueden incluir masa fresca, carne picada (vaca, cerdo, pollo ...), salchichas en rodajas y apiladas, filetes de pescado, panes, quesos en lonchas, vino tinto embotellado y similares.

En este texto, el término "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo descrito y definido pueda incluir otros elementos.

Obviamente, la invención no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier persona experta en la técnica dentro del alcance general de la invención tal como se define en las reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. - Dispositivo (D) para la detección de materia extraña (F) en una sustancia comestible (M) o en un recipiente (B) que contenga la sustancia comestible (M), que comprende un camino óptico que comprende secuencialmente:

- una fuente (1) de luz monocromática;

- un soporte (2) para soportar la sustancia comestible o un recipiente (B) que contenga la sustancia comestible (M); y

- un detector de luz (3) para recibir la luz emitida por la fuente (1);

en el que el dispositivo (D) comprende además un colimador (4) dispuesto en el camino óptico entre la sustancia comestible o recipiente (B) que contiene la sustancia comestible y el detector de luz (3);

caracterizado porque el soporte está formado por dos unidades transportadoras (C1, C2) con un espacio entre ellas, estando dispuesto dicho espacio en dicho camino óptico.

2. - Dispositivo según reivindicación 1, en el que la fuente (1) y el detector (3) son unidimensionales.

3. - Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la fuente (1) y el detector (3) son bidimensionales.

4. - Dispositivo según reivindicación 1, en el que la fuente (1) es una fuente puntual.

5. - Dispositivo según la reivindicación 4, en el que la fuente (1) es móvil en traslación según una dirección perpendicular al camino óptico.

6. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que toda la longitud del camino óptico que comprende y va desde la fuente (1) de luz monocromática al receptor de luz se encuentra dentro de un túnel oscuro.

7. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el colimador (4) es un sistema de colimación telecéntrico basado en lentes de Fresnel.

8. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se dispone un filtro de banda estrecha (5) en el camino óptico entre el colimador (4) y el detector de luz.

9. - Dispositivo según la reivindicación 1, en el que las dos unidades transportadoras (C1, C2) están desplazadas verticalmente una distancia del orden del espesor de las unidades transportadoras.

10. - Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente (1) tiene un colimador.

11. - Dispositivo según la reivindicación 2 o la reivindicación 4 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, donde la fuente (1) es un láser.