SE504557C2

SE504557C2 - Method and apparatus for measuring the volume of a bread

Info

Publication number: SE504557C2
Application number: SE9400571A
Authority: SE
Inventors: Urban Girhammar; Philip Dahl; Jan Nilsson; Patrik Soederlund
Original assignee: Ri Cards Instr Ab
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1997-03-03
Also published as: SE9400571L; SE9400571D0; WO1995022744A1

Abstract

In a method for measuring the volume of a loaf of bread, a distance-measuring ultrasonic transducer (10) is kept at a known distance from a reference point (R) in the loaf during the entire measurement. Relative motion between the loaf (2) and the ultrasonic transducer (10) is generated, such that a measuring signal from the ultrasonic transducer (10) successively impinges upon essentially the entire surface of the loaf (2) during the relative motion. The distance from the ultrasonic transducer (10) to the loaf (2) is measured several times during the relative motion. Since the distance between the ultrasonic transducer (10) and the reference point is known, the distance from the reference point to a number of measuring points on the surface of the loaf can be determined on the basis of the distances measured by the ultrasonic transducer (10). A part volume of the loaf is determined for each measured distance from the reference point to the surface of the loaf, and the total volume of the loaf is then determined by adding up all the part volumes. A device for implementing the method is also disclosed.

Description

5Û4 10 15 20 25 30 35 557 2 vinklar. Volymen av brödet bestäms genom datorbehandling av silhuettbilderna, varvid varje silhuett delas upp i ett antal segment där längden och höjden av segmentet används för att bestämma segmentets volym enligt en bestämd for- mel. 5Û4 10 15 20 25 30 35 557 2 angles. The volume of the bread is determined by computer processing of the silhouette images, each silhouette being divided into a number of segments where the length and height of the segment are used to determine the volume of the segment according to a certain formula.

Denna metod har nackdelen att konkaviteter i brödets yta inte syns i siluettbilden. Eftersom brödet ofta har ett antal större och mindre sådana kaviteter leder detta till att metoden inte blir så noggrann som man skulle önska. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett nytt sätt och en ny anordning för mätning av brödvolym som avhjälper problemen med den tidigare kända tekniken. Ändamålet uppnås med ett sätt och en anordning som har de i patentkraven l resp 6 angivna särdragen.This method has the disadvantage that concavities in the surface of the bread are not visible in the silhouette image. Since the bread often has a number of larger and smaller such cavities, this leads to the method not being as accurate as one would like. The object of the present invention is to provide a new method and a device for measuring the volume of bread which alleviates the problems with the prior art. The object is achieved with a method and a device which have the features stated in claims 1 and 6, respectively.

Föreliggande uppfinning skall nu beskrivas genom ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är en schematisk sidovy av en utföringsform av en anordning för mätning av brödvolym enligt uppfinningen; och Fig 2 är en schematisk sidovy, som delvis är i block- schemaform och som visar anordningen i fig l sedd från ett annat håll.The present invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of an apparatus for measuring bread volume according to the invention; and Fig. 2 is a schematic side view, partly in block diagram form, showing the device of Fig. 1 seen from another direction.

Den i fig 1 och 2 visade brödvolymmätaren innefattar en hållare 1 för uppbärning av ett bröd 2, som visas med streckade linjer i fig 2. Hållaren 1, som har formen av en gaffel, är monterad i ett fäste 3, som är roterbart lagrat i ett fundament 4. Fästet 3 är löstagbart så att olika hållare kan användas för olika bröd.The bread volume meter shown in Figs. 1 and 2 comprises a holder 1 for supporting a bread 2, which is shown in broken lines in Fig. 2. The holder 1, which has the shape of a fork, is mounted in a bracket 3, which is rotatably mounted in a foundation 4. The bracket 3 is detachable so that different holders can be used for different breads.

På fundamentet 4 är en första motor 5 monterad.A first motor 5 is mounted on the foundation 4.

Motorn 5 har en utgående axel 6, vilken via en rem 7 kan bringa fästet 3 att rotera.The motor 5 has an output shaft 6, which via a belt 7 can cause the bracket 3 to rotate.

På fundamentet 4 finns vidare ett stativ 8, på vilket en armkonstruktion 9 med en första vertikal arm 9a och en andra transversell arm 9b är rörligt monterad. I ena änden 10 15 20 25 30 35 504 557 3 av den transversella armen 9b är en ultraljudsgivare 10 monterad. I den vertikala armen 9a finns en skära 11 i vilken den transversella armen 9b kan fästas i olika lägen för att anpassa givarens 10 höjd till bröd med olika stor- lek.On the foundation 4 there is furthermore a frame 8, on which an arm construction 9 with a first vertical arm 9a and a second transverse arm 9b is movably mounted. At one end 10 of the transverse arm 9b an ultrasonic sensor 10 is mounted. In the vertical arm 9a there is a cutter 11 in which the transverse arm 9b can be attached in different positions to adapt the height of the sensor 10 to bread of different sizes.

Ultraljudsgivaren 10 innehåller en sändare och en mottagare. Sändaren avger en fokuserad stråle med ett fo- kalavstånd av exempelvis 10 cm. Driftsfrekvensen kan med fördel ligga i intervallet 100 kHz till 1000 kHz.The ultrasonic sensor 10 contains a transmitter and a receiver. The transmitter emits a focused beam with a focal length of, for example, 10 cm. The operating frequency can advantageously be in the range 100 kHz to 1000 kHz.

I fundamentet 4 är vidare en andra motor 12 monterad.A second motor 12 is further mounted in the foundation 4.

Denna motor 12 har en utgående axel 13, vilken driver en rem 14, som i sin tur driver en axel 15, vilken är lagrad i stativet 8 och på vilken armkonstruktionen 9 är monte- rad. Armkonstruktionen 9 är anordnad att föra givaren 10 i en halvcirkelformad rörelse kring en referenspunkt R, som utgörs av skärningspunkten mellan den geometriska längd- axel Ll och L2 kring vilken hållaren 1 resp armkonstruk- tionen 9 vrids. Givaren 10, befinner sig sálunda på kon- stant avstånd från referenspunkten R under hela rörelsen.This motor 12 has an output shaft 13, which drives a belt 14, which in turn drives a shaft 15, which is mounted in the frame 8 and on which the arm structure 9 is mounted. The arm structure 9 is arranged to move the sensor 10 in a semicircular movement about a reference point R, which is constituted by the point of intersection between the geometric longitudinal axis L1 and L2 about which the holder 1 and the arm structure 9, respectively, are rotated. The sensor 10, is thus at a constant distance from the reference point R during the entire movement.

I anslutning till fästet 3 är en första vinkelgivare 16, monterad för mätning av hållarens 1 vridningsvinkel. På som i fig 2 visas schematiskt i form av ett block, motsvarande sätt är en andra vinkelgivare 17 monterad i anslutning till axeln 15 för mätning av armkonstruktionens 9 vridningsvinkel. De båda vinkelgivarna är anslutna till ett beräkningsorgan 18, företrädesvis en persondator, med ett tangentbord 19 och en skärm 20 för presentation av mätresultatet. Även ultraljudsgivaren 10 är ansluten till beräkningsorganet 18.Adjacent to the bracket 3 is a first angle sensor 16, mounted for measuring the angle of rotation of the holder 1. As shown in Fig. 2 schematically in the form of a block, correspondingly a second angle sensor 17 is mounted in connection with the shaft 15 for measuring the angle of rotation of the arm construction 9. The two angle sensors are connected to a calculation means 18, preferably a personal computer, with a keyboard 19 and a screen 20 for presenting the measurement result. The ultrasonic sensor 10 is also connected to the calculation means 18.

I den visade utföringsformen är slutligen även en temperaturgivare 21 för mätning av den temperatur vid vilken mätningen utförs, ansluten till beräkningsorganet 18, placerad på armkonstruktionen 9.Finally, in the embodiment shown, a temperature sensor 21 for measuring the temperature at which the measurement is performed is also connected to the calculation means 18, placed on the arm construction 9.

I det följande skall den visade brödvolymens funktion beskrivas. Ett bröd 2, vars volym skall mätas, placeras på hàllaren 1 och dennas höjd ställs in så att brödets cent- rum ungefärligen ligger i referenspunkten R. Vidare place- 504 5 10 15 20 25 30 35 557 4 ras den transversella armen 9b i ett för det aktuella brö- det lämpligt läge på den vertikala armen 9a och avståndet från givaren 10 till referenspunkten R bestäms. Den första och den andra motorn 5 och 12 startas, varvid hållaren 1 med brödet 2 roteras kring längdaxeln L2 med konstant vin- kelhastighet och armkonstruktionen 9 med givaren 10 svän- ger kring längdaxeln L1 med konstant vinkelhastighet. I den föredragna utföringsformen är hållarens 1 vinkelhas- tighet betydligt högre än armkonstruktionens 9 vinkelhas- tighet.In the following, the function of the displayed bread volume will be described. A bread 2, the volume of which is to be measured, is placed on the holder 1 and its height is adjusted so that the center of the bread is approximately at the reference point R. Furthermore, the transverse arm 9b is placed in a for the bread in question, the appropriate position on the vertical arm 9a and the distance from the sensor 10 to the reference point R are determined. The first and second motors 5 and 12 are started, the holder 1 with the bread 2 being rotated about the longitudinal axis L2 at a constant angular velocity and the arm structure 9 with the sensor 10 pivoting about the longitudinal axis L1 at a constant angular velocity. In the preferred embodiment, the angular velocity of the holder 1 is significantly higher than the angular velocity of the arm structure 9.

Beräkningsorganet 18 styr ultraljudsgivaren 10 till att sampla avståndet till brödets 2 yta med konstant frek- vens. Närmare bestämt sänder ultraljudsgivaren 10 ut en ultraljudspuls mot referenspunkten R. Ljudpulsen reflek- teras mot ytan på brödet 2 och tillbaka till ultraljuds- givaren 10. Eftersom ljudpulsen är fokuserad träffar den bara ett litet område, exempelvis med en diameter av ett fåtal millimeter, på brödets 2 yta, och därigenom erhålls ett i tiden väldefinierat eko. Avståndet från givaren till brödet bestäms från den tid det tar att färdas från givaren till brödet för ultraljudspulsen och tillbaka till givaren. Hänsyn tas härvid till den av temperaturgivaren 21 bestämda omgivningstemperaturen, eftersom ultraljuds- pulsens utbredningshastighet är temperaturberoende.The calculating means 18 controls the ultrasonic sensor 10 to sample the distance to the surface of the bread 2 at a constant frequency. More specifically, the ultrasound sensor 10 emits an ultrasonic pulse towards the reference point R. The sound pulse is reflected towards the surface of the bread 2 and back to the ultrasonic sensor 10. Since the sound pulse is focused, it hits only a small area, for example with a diameter of a few millimeters. the surface of the bread 2, and thereby a well-defined echo is obtained in time. The distance from the sensor to the bread is determined from the time it takes to travel from the sensor to the bread for the ultrasonic pulse and back to the sensor. In this case, the ambient temperature determined by the temperature sensor 21 is taken into account, since the propagation speed of the ultrasonic pulse is temperature-dependent.

Under en mätning vrids givaren 10 ca l70° kring refe- renspunkten R, medan hàllaren 1 roterar ett stort antal varv. På detta sätt kommer väsentligen hela brödets yta att successivt avsökas av pulser från givaren 10 under en mätning och ett stort antal avståndsvärden erhålls. Vid varje sampling av avståndet till brödets yta bestäms även hållarens 1 vridningsvinkel med hjälp av den första vin- kelgivaren 16 och armkonstruktionens 9 vridningsvinkel med hjälp av den andra vinkelgivaren 17. Vinkelvärdena matas tillsammans med avståndssignalen från ultraljudsgivaren 10 som insignaler till beräkningsorganet 18. 10 15 20 25 30 35 504 557 5 Beräkningen av volymen sker på följande sätt i beräk- ningsorganet 18. För varje sampling av ultraljudsgivaren 10 bestäms ett motsvarande avstånd till brödytan. Varje avstånd svarar mot en mätpunkt vars koordinater ges av vinkelgivarnas 16 och 17 vinkelvärden. Varje sålunda be- stämt avstånd till brödytan subtraheras från det kända av- ståndet mellan givaren 10 och referenspunkten R, varvid en brödradie erhålles för varje mätpunkt. Därefter beräknas för varje mätpunkt en delvolym som är baserad på motsva- rande brödradie, ultraljudspulsernas utbredning och hålla- rens rotationsvinkel. Brödets totala volym erhålles genom summering av de beräknade delvolymerna. Resultatet presen- teras på skärmen 20.During a measurement, the sensor 10 is rotated approx. 170 ° around the reference point R, while the holder 1 rotates a large number of turns. In this way, substantially the entire surface of the bread will be successively scanned by pulses from the sensor 10 during a measurement and a large number of distance values are obtained. At each sampling of the distance to the surface of the bread, the angle of rotation of the holder 1 is also determined by means of the first angle sensor 16 and the angle of rotation of the arm structure 9 by means of the second angle sensor 17. The angular values are fed together with the distance signal from the ultrasound sensor 10. 20 25 30 35 504 557 5 The calculation of the volume takes place in the following manner in the calculation means 18. For each sampling of the ultrasonic sensor 10, a corresponding distance to the bread surface is determined. Each distance corresponds to a measuring point whose coordinates are given by the angular values of the angle sensors 16 and 17. Each thus determined distance to the bread surface is subtracted from the known distance between the sensor 10 and the reference point R, whereby a radius of bread is obtained for each measuring point. Then a sub-volume is calculated for each measuring point, which is based on the corresponding bread radius, the propagation of the ultrasonic pulses and the angle of rotation of the holder. The total volume of the bread is obtained by summing the calculated subvolumes. The result is presented on screen 20.

Eftersom brödet roterar med konstant vinkelhastighet och avståndssamplingen sker med konstant frekvens kommer den relativa ytvinkelhastigheten mellan givaren 10 och brödet att variera i beroende av armkonstruktionens 9 vridningsvinkel, vilket kompenseras genom att varje del- volym viktas med hjälp av motsvarande vridningsvinkel för hållaren l.Since the bread rotates at a constant angular velocity and the distance sampling takes place at a constant frequency, the relative surface angular velocity between the sensor 10 and the bread will vary depending on the rotation angle of the arm structure 9, which is compensated by weighting each subvolume by the corresponding rotation angle of the holder 1.

Brödvolymmätaren enligt uppfinningen löser alla pro- blemen med den kända tekniken. Mätningen utförs automa- tiskt och mätresultaten lagras direkt i en dator. Mät- ningen har hög noggrannhet och repeterbarhet. I och med att signalen från givaren är fokuserad träffar den endast ett litet område vid varje sampling och eftersom dessutom väsentligen hela brödytan avsöks "ser" anordningen brödets form, inklusive dess konkaviteter, i detalj. Endast en brödvolymmätare behöver användas, eftersom den kan anpas- sas till olika storlekar och former hos brödet.The bread volume meter according to the invention solves all the problems with the prior art. The measurement is performed automatically and the measurement results are stored directly in a computer. The measurement has high accuracy and repeatability. Because the signal from the sensor is focused, it hits only a small area at each sampling and since, in addition, substantially the entire bread surface is scanned, the device "sees" the shape of the bread, including its concavities, in detail. Only one bread volume meter needs to be used, as it can be adapted to different sizes and shapes of the bread.

Ultraljudsgivaren är fördelaktig att använda i dessa sammanhang då den är okänslig för damm som det förekommer mycket av i bagerier och kvarnar där brödvolymmätaren är avsedd att användas. Den är vidare okänslig för färgskift- ningar i brödets yta. Slutligen kan den mäta avstånd nog- grant i ett relativt stort intervall, vilket är viktigt i den på ritningarna visade utföringsformen där givaren be- finner sig på olika avstånd från brödet. 504 557 10 15 20 25 30 35 6 Ovan beskrivna utföringsform kan modifieras på många sätt inom ramen för bifogade patentkrav. Givaren och brö- det behöver t ex inte förflyttas pà ovan angivna sätt i förhållande till varandra. Som en variant kan givaren vara fast och brödet roteras pà samma sätt som i ovan beskrivna utföringsform men samtidigt förflyttas i vertikalled. Även andra varianter är tänkbara. Det viktiga är att givaren och brödet förflyttas på så sätt i förhållande till varan- dra att väsentligen hela brödets yta avsöks med hjälp av en mätsignal frán givaren och att avståndet mellan givaren och en referenspunkt i brödet är känt.The ultrasonic sensor is advantageous to use in these contexts as it is insensitive to dust, which is common in bakeries and mills where the bread volume meter is intended to be used. It is also insensitive to color changes in the surface of the bread. Finally, it can measure distances accurately in a relatively large range, which is important in the embodiment shown in the drawings where the sensor is at different distances from the bread. 504 557 10 15 20 25 30 35 6 The embodiment described above can be modified in many ways within the scope of the appended claims. The donor and the bread, for example, do not need to be moved in the manner specified above in relation to each other. As a variant, the sensor can be fixed and the bread rotated in the same way as in the embodiment described above, but at the same time moved vertically. Other variants are also conceivable. It is important that the sensor and the bread are moved in relation to each other in such a way that substantially the entire surface of the bread is scanned by means of a measuring signal from the sensor and that the distance between the sensor and a reference point in the bread is known.

Claims

10 15 20 25 30 35 504 557 7 PATENT REQUIREMENTS

A method of measuring the volume of a loaf of bread (2), characterized by the steps of: - an ultrasonic transducer (10) for distance measurement being kept at a known distance from a reference point (R) in the bread throughout the measurement, - a relative motion is created between the bread (2) and the ultrasonic transducer (10) so that substantially the entire surface of the bread (2) is successively hit during the relative motion by a measuring signal from the ultrasonic transducer, , and - the volume of the bread is calculated using the measured distances and the distance from the ultrasound sensor to the reference point in the bread.

A method according to claim 1, that the creation of the relative motion comprises that the bread (2) is characterized by being rotated about a first axis of rotation (L1) extending through the reference point (R).

A method according to claim 1 or 2, wherein the creation of the relative motion comprises sensing the ultrasonic sensor (10) in a path around the bread.

A method according to claim 2, that the ultrasonic transducer (10) moves in an arc of a circle around the characteristic of a second axis of rotation (L2) which is perpendicular to the first axis of rotation (L1) and which extends through the reference point (R).

5. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation of the volume of the bread comprises the steps of determining the distance from the reference point (R) to the surface of the bread for a plurality of points on the surface of the bread using the distances measured by the ultrasound sensor. and the distance from the ultrasonic transducer (10) to the reference point (R), determine a sub-volume corresponding to each said point and sum the sub-volumes. 504 10 15 20 25 30 35 557 8

Device for measuring the volume of a loaf of bread (2), characterized by means (1) for supporting the loaf, an ultrasonic sensor (10) for measuring the distance to the surface of the loaf, which is arranged so that it is present throughout the measurement. at a known distance from a reference point (R) on or near the support means, drive means (5, 12) for effecting a relative movement between the ultrasonic transducer (10) and the support means (1), which relative movement is such that substantially the entire surface of a bread attached to the support means is successively hit by a distance measuring signal from the ultrasound sensor during the relative movement, and a calculation means (18), which as input signals receives information about the relative movement and distance measured by the ultrasound sensor (10) and which is arranged to calculate the volume of the bread by means of the input signals and said known distance from the ultrasonic sensor (10) to the reference point (R).

Device according to one of Claims 6, characterized in that the support means (1) are rotatable about a first axis (L1) which extends through the reference point (R).

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the ultrasonic sensor (10) is placed on an arm construction (9) which is pivotable in an arc of a circle around the support means (1).

Device according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the arm structure (9) is pivotable in an arc of a circle about a second axis (L2), which is perpendicular to the first axis (L1) and extends by reference. - point (R). k ä n - 17) for measuring arm-

Device according to one of Claims 6 to 9, characterized by means (16, the angle of rotation of the structure around the support means and for measuring the angle of rotation of the support means (1), which means are connected to the calculation means (18).