Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Putzen und
Zuschneiden von Salatköpfen und ähnlichen Produkten, bei welchem die einzelnen Salatköpfe
mittels eines Greifers am Strunk gefaßt, in Drehbewegungen versetzt und an einem
oder mehreren Schneidmessern vorbeigeführt werden, welche zumindest einen der folgenden
Schneidprozesse durchführen: a) Entfernen der äußeren, nicht zum Verzehr geeigneten
Blätter und b) Zuschneiden der Inneren zum Verzehr geeigneten Blätter. Ferner betrifft
die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Herstellung von verzehrbereiten Salaten nimmt in der Lebensmittelindustrie
stark zu. Diese Salatpackungen bestehen aus zugeschnittenen und gewaschenen Salatstückchen,
welche luftdicht verpackt sind und aus denen leicht ein Salatmenü erstellt werden
kann.
Bei der Herstellung solcher Salate ist noch eine umfangreiche Handarbeit
für das sog. Putzen (Entfernung der äußeren Blätter) und das Zuschneiden (Zerschneiden
der zum Verzehr geeigneten inneren Blätter in kleine Stücke) erforderlich. Die Automatisierung
dieser Arbeitsgänge bedeutet eine erhebliche Rationalisierung und Kostensenkung
für die unter starkem Kostendruck stehenden Betriebe.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen mit Bezug auf
die Zeichnung, dabei zeigt:
1, wie von einem Salatkopf, welcher von
einem Greifer kopfüber am Strunk hängend geführt wird, mit Hilfe eines bildgebenden
Sensors die Silhouette erfaßt wird;
2, wie ein motorisch verstellbares Drehmesser
zur Entfernung der äußeren Blätter vom Rechner, welcher das Bild der Silhouette
auswertet, in eine der Salatform angepaßten Schneidposition gebracht wird;
3, wie mit einem bildgebenden Farbsensor
geprüft wird, ob bereits die inneren hellen Blätter des Salatherzens sichtbar sind
und damit der Putzprozeß beendet werden kann;
4, wie ein Messerstapel durch Auswertung
der Silhouette des Salatkopfes nach dem Putzen in eine für das Zuschneiden der inneren
Blätter geeignete Position gebracht wird;
5 beispielhaft die Anordnung der bildgebenden
Sensoren und der Schneidmesser für das Putzen und das Zuschneiden in einem Rundtakttischaufbau;
6, wie die Grobform des Salatkopfes durch
eine einfache Anordnung von Lichtschranken bestimmt werden kann; und
7, wie in zwei bildhaften Aufnahmen des
Salatkopfes jeweils im Stillstand und in Drehbewegung sich die Menge an äußeren
Blättern in Form eines durch die Zentrifugalkraft bewirkten Aufblähens des Salatkopfes
äußert.
1 zeigt einen Salatkopf 10,
der am Strunk 12 von einem Greifer 14, der sich drehen kann, gefaßt
ist. Eine Durchlichtquelle 16 beleuchtet den Salatkopf 10. Die
Durchlichtquelle 16 besteht aus einer oder mehreren Lichtquellen vorzugsweise
mit einer Wellenlänge im nahen Infrarot. Ein bildgebender Sensor 18 mit
einer Abbildungsoptik 20 erfaßt die Silhouette des Salatkopfes gegen einen
hellen Hintergrund 22. Wird die Durchlichtquelle 16 stroboskopisch
betrieben, erhält man auch bei Bewegung des Salatkopfes scharfe Bilder. Der Sensor
18 kann aus einer Halbleiterkamera oder einem Feld von optischen Detektoren
mit der jeweils erforderlichen Abbildungsoptik 20 bestehen. Durch vorgeschaltete
optische Filter oder entsprechende Selektion des Halbleitermaterials besitzt der
bildgebende Sensor eine im wesentlichen nur auf den Wellenlängenbereich der Durchlichtquelle
16 beschränkte Empfindlichkeit. So läßt sich der Einfluß von Fremdlicht
auf die Bildgewinnung wirksam ausschalten.
2 zeigt wiederum den Salatkopf
10 mit Strunk 12, der vom Greifer 14 gehalten ist. Außerdem
ist ein Schneidmesser 28 dargestellt, bei dem es sich beispielsweise um
ein Scheibenmesser handelt. Um das Schneidmesser 28 in eine Schneidposition
zu bringen, welche verläßlich die äußeren Blätter entfernt, aber dennoch nicht zu
viele der guten inneren Blätter mit abschneidet, ist es erforderlich, sowohl die
vertikale Schneidposition als auch die horizontale Schneidposition zu erkennen.
Daher werden die Signale des bildgebenden Sensors 18 mit Hilfe einer Signalauswertungselektronik
24 einem Bildrechner so ausgewertet, daß die Position der Halseinschnürung
am Übergang des Strunks 12 in die Salatblätter des Salatkopfes
10 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung, bezogen auf
eine Greiferposition 26, aus dem Bild einer Durchlichtsilhouette
30 ermittelt wird. Die so ermittelte Position wird an eine motorische Verstellung
32 des für das Putzen zuständigen Schneidmessers 28 weitergegeben.
Diese Schneidposition wird aus mehreren Silhouettenbildern des gleichen
Salatkopfes 10 bei unterschiedlichen Drehwinkeln bestimmt. Durch statistische
Auswertung wie Mittelwertbildung, Beseitigung von Ausreißern usw. werden Einflüsse
nicht-rotationssymmetrischer Kopfformen vermindert, um eine geglättete Silhouettenform
zu erhalten, welche repräsentativ für den individuellen Salatkopf ist. Diese statistische
Auswertung wird nicht nur über verschiedene Aufnahmen des gleichen Salatkopfes angewendet,
sondern auch über mehrere aufeinanderfolgende Salatköpfe. Dies kann z.B. in Form
einer gleitenden Mittelwertbildung der Konturkoordinaten der Silhouetten geschehen.
Bei eher gleichmäßigen Produkten kann zur Verringerung des Rechenaufwandes und zur
Beschleunigung der Positionsbestimmung beispielsweise nur jeder 10te Salatkopf bildhaft
ausgewertet werden und mit diesen Stichprobenwerten eine statistisch gemittelte
Silhouette bestimmt werden, welche zur Positionierung der Schneidmesser benutzt
wird. Ein solches Verfahren hat zwar den Nachteil, daß es die Schneidmesser nicht
mehr individuell für jeden Salatkopf nachstellt aber den Vorteil, daß allmähliche
Veränderungen in der zu verarbeitenden Charge noch erfaßt werden, bei einer erheblich
reduzierten Anzahl von erforderlichen Bildauswertungen.
Die Steuerung der Putzmesser kann nicht nur aus bildhaften Informationen
der Kopfsilhouette gewonnen werden, sondern auch aus Auflichtbildern mit Helligkeits-
und Farbbildinformationen. In der Tat müssen solange die äußeren Blätter entfernt
werden, bis die inneren, hellen, zum Verzehr geeigneten Blätter sichtbar werden.
Eine dafür geeignete Anordnung zeigt 3 mit einem Salatkopf
10, der mit seinem Strunk 12 wiederum an einem drehbaren Greifer
14 befestigt ist. Ferner zeigt 3 einen bildgebenden
Sensor 18 mit Abbildungsoptik 20, ein Schneidmesser
28 und einen Bildrechner mit Signalausweitungselektronik 24. Beleuchtungsquellen
34 beleuchten den Salatkopf 10 im Auflicht. Mit Hilfe des farbtüchtigen
Bildsensors 18, z.B. einer Farbkamera, wird ein Bild der Oberfläche des
Salatkopfes 10 in einer oder mehreren Drehpositionen erstellt und mit Verfahren
der Farbbildbearbeitung wird mit dem Bildrechner bestimmt, ob ein ausreichender
Weißrand des Salatkopfes vorliegt bzw. ob eine ausreichende Beseitigung der dunkelgrünen
äußeren Blätter erreicht ist. Solche Farbbilderarbeitungsverfahren sind z.B. in
der EP 0 425 595 B1 im Zusammenhang
mit der optischen Sortierung von Pflanzen beschrieben.
Die oder das Schneidmesser 28 werden solange motorisiert
nachgestellt, bis alle äußeren grünen Blätter soweit abgeschnitten sind, wie es
von der zu produzierenden Qualität gefordert wird. Dieser Zustand wird durch die
Farbklassifikation des erfaßten Auflichtbildes in die beiden Farbklassen „dunkelgrün"
und „hellgelb" bestimmt. Wird ein vorgegebenes Verhältnis, das als Verhältnis
der Anzahl von dunkelgrünen zu der Anzahl von hellgelben Bildpunkten des Salatkopfbildes
angegeben ist, gemessen, so wird der Prozeß „Abschneiden der äußeren Blätter"
beendet. Erst danach bewegt sich der Salatkopf in die nächste Bearbeitungsposition
für das Zuschneiden der zum Verzehr geeigneten inneren Blätter.
Für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt des Zuschneidens der inneren
zum Verzehr geeigneten Blätter sind das oder die Schneidmesser, bei denen es sich
z.B. um Drehmesser handelt, so zu positionieren, daß der Strunk nicht angeschnitten
wird. Damit das oder die Drehmesser an den korrekten Positionen angreifen, wird
in einer ähnlichen Weise, wie oben beschrieben, die Silhouette des nunmehr von den
äußeren Blättern befreiten Salatkopfes mit einem oder mehreren bildgebenden Sensoren
erfaßt und hieraus die Schneidposition für das oder die Messer ermittelt.
4 zeigt einen von den äußeren Salatblättern befreiten
Salatkopf 10, der in bekannter Weise von einem Greifer 14 gehalten
und der von einer Durchlichtquelle 16 beschienen wird. Ein Satz Messer
36 kann in vertikaler und horizontaler Richtung verschoben werden. Die
Silhouette des Salatkopfes 10 wird mit einer Kamera 18 im Durchlicht
erfaßt. Mit einem Bildrechner mit Signalauswerteelektronik 24 wird die
Achse des Salatstrunks aus dem Bild 38 der Silhouette bestimmt. Daraus
berechnet sich die maximale Eindringposition sowie die maximale vertikale Position
für den Satz parallel auf einer Drehachse montierter Schneidmesser 36.
Die maximale Eindringposition wird aus der Gesamtfläche des Salatkopfes
über eine empirisch ermittelte Funktion abgeleitet. Die Schneidmesser
36 dürfen nur soweit eindringen, daß sie den Strunk 12 nicht mit
anschneiden. In der Bildaufnahme ist jedoch nur der obere Teil sichtbar. Es ist
aber bekannt, daß sowohl die Länge des Strunks 12 (in vertikaler Richtung
in 4 gemessen) als auch der Durchmesser des Strunks
12 im nicht-sichtbaren, von den hellen Blättern bedeckten Bereich mit der
Gesamtgröße des Salatkopfes 10 korrelieren. Die Eindringposition des oberen
Schneidmessers richtet sich demnach nach dem sichtbaren Strunkdurchmesser; an den
tiefer gelegenen Schneidpositionen wird sie aus dem sichtbaren Durchmesser und der
Gesamtkopfgröße über eine empirisch ermittelte Funktion bestimmt.
In 5 wird eine beispielhafte Anordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Die Salatköpfe
10 werden manuell in den Greifer eines Rundtaktsystems
40 eingehängt. Am Umfang sind die unterschiedlichen Bearbeitungspositionen
angeordnet:
eine Station 42 zum Putzen, d.h. Abschneiden der äußeren Blätter mit einem
bildgebenden Sensor 18a und einem von den Bildsignalen motorisch positionierten
Schneidmesser 28a sowie mit einem Förderband 44, welches die abgeschnittenen
äußeren Blätter abtransportiert;
eine Station 46 zum Zuschneiden der inneren Blätter mit einem bildgebenden
Sensor 18b und einem von den Bildsignalen dieses Sensors 18b motorisch
positionierten Schneidmesser 28b sowie mit einem Förderband 48
zum Abtransportieren der zugeschnittenen Salatstückchen und
eine Station 50 zum Abschneiden des Strunks mit einem Auswurf
52 und einem Förderband 54 zum Abtransportieren des Strunks.
Damit werden, im Gegensatz zu dem bekannten System nach
EP 0 419 349 B1, welches aus einer
großen Anzahl von fest eingestellten Drehmessern besteht, lediglich zwei Drehmesser
benötigt. Dies erleichtert die Reinigung und Wartung erheblich und vermindert die
Kosten für die Vielzahl der sonst erforderlichen Drehantriebe.
Der Erfindungsgedanke läßt zahlreiche Variationen der Anordnungen
und Anzahl von bildgebenden Sensoren und motorisch verstellbaren Schneidmessern
zu, so daß, je nach verlangtem Durchsatz, unterschiedliche Ausbaustufen möglich
sind. Im einfachsten Fall wird lediglich ein einziges Drehschneidmesser motorisch
in die für das Putzen und das Zuschneiden erforderliche Position entsprechend der
aus einer Durchlicht und/oder Auflichtaufnahme ermittelten Position gebracht. Ein
solches System führt demnach alle Schnitte nacheinander durch und ist nicht sehr
schnell. Dafür ist es einfach und preiswert und besteht nur aus wenigen, leicht
zu wartenden und zu reinigenden Komponenten.
Im anderen Extremfall werden eine Reihe von Schneidmessern mit zugehörigen
optischen Sensoren so entlang des Umfangs eines Rundtakttisches positioniert, daß
in jeder Schneidposition nur ein Teil des gesamten Putz- und Schneidprozesses durchgeführt
wird.
Eine weitere Ausprägung des Erfindungsgedanken ist es, den bildgebenden
Sensor zur Erfassung der Silhouette des Salatkopfes aus einer Anordnung einzelner
Lichtschranken zu bilden. Wie in 6 gezeigt, wird ein
Salatkopf 10, der in bekannter Weise von einem Greifer 14 gehalten
ist, in eine Anordnung 56 von Lichtschranken gebracht. Die Anordnung
56 von Lichtschranken besteht aus einer Anzahl beispielsweise in Matrixform
angebrachter Lichtsender 56a und jeweils gegenüber liegenden Lichtempfängern
56b. Die ungefähre Kopfform des Salatkopfes 10 kann aus den Signalen
derjenigen Lichtschranken ermittelt werden, welche durch den Salatkopf
10 unterbrochen werden.
Ebenso kann die Betrachtung des Auflichtes durch eine Anzahl getrennter
Lichtempfänger, welche das von dem sich drehenden Salatkopf reflektierte Licht empfangen
und auswerten, kostengünstig ausgelegt werden. Der Begriff „bildgebender
Sensor" bedeutet damit nicht zwangsläufig einen Sensor mit einer hohen Anzahl von
Bildpunkten, wie z.B. bei einer Videokamera. Die Bildauflösung, welche benötigt
wird, richtet sich lediglich nach der gewünschten Positionierungsgenauigkeit der
Schneidmesser. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik mit feststehenden Messern
bedeutet auch bereits eine grobe Positionierung einen Fortschritt, insbesondere
auch dann, wenn die Form des Salatkopfes stark schwankt.
7 zeigt eine Silhouette 10a
eines Salatkopfes in Ruhe und eine Silhouette 10b des gleichen Salatkopfes,
wenn er gedreht wird. Diese unterschiedlichen Silhouetten können von einem Bildrechner
erfaßt werden. Da die äußeren Blätter sich beim Drehen infolge der Zentrifugalkräfte
aufstellen, läßt sich die ungefähre Dicke der äußeren Blattschicht aus dem Unterschied
der beiden Silhouetten bestimmen und damit direkt das Putzschneidmesser in die tiefstmögliche
Position, bei welcher der Strunk noch nicht angeschnitten wird, bringen. Hierdurch
wird der Putzvorgang beschleunigt.
Die bildhaften Informationen, welche aus der Silhouette und/oder dem
Auflichtbild gewonnen werden, können nicht nur zur Positionierung der Schneidmesser
sondern auch zur Qualitätskontrolle der zu verarbeitenden Salatköpfe verwendet werden.
Salatköpfe ungenügender Größe oder schlechter Kopfform können aus dem Bild der Silhouette
erkannt werden; Salatköpfe mit inneren Faulstellen können aus dem Auflichtfarbbild
nach dem Putzen erkannt werden.
Salatköpfe schlechter Qualität können somit aus dem Verarbeitungsprozeß
ausgeschieden werden. Aus den bildhaften Informationen kann auch bereits während
der Produktion eine Vorhersage über die produzierte Menge an zum Verzehr geeigneten
Salat erstellt werden, indem z.B. die Fläche des Salatkopfes nach Entfernen der
äußeren Blätter als Maß für das Gewicht an produziertem Gut-Material verwendet wird.
Diese Informationen werden zur Abrechnung mit dem Erzeuger verwendet, da der Abnahmepreis
sich direkt nach dem Gewicht an erzeugbarem Gut-Material richtet.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß das beschriebene Verfahren
nicht nur auf Salatköpfe beschränkt ist, sondern sich auch andere Gemüse-
und Pflanzenformen mit einer ähnlichen Form und einem ähnlichen Aufbau sowie ähnliche
Produkte bearbeiten lassen. Beispielhaft seien hier Chinakohl, Krautköpfe u. a.
genannt. Durch eine andere Auslegung der Form der Schneidmesser lassen sich auch
kompliziertere Formen bearbeiten, solange sich die Schneidposition aus dem Durchlicht-
und/oder dem Auflichtbild des Produktes ermitteln läßt.
Auch die Umkehrung der Drehbewegung zum Abschneiden von Außenblättern
oder Schalen ist möglich. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß beim Zuschneiden
nicht das Produkt bewegt wird, sondern die Schneidmesser entlang der vom bildgebenden
Sensor gelieferten Silhouettenbahn um das Produkt herum bewegt werden.
Auch eine Kombination der Raumbewegung des Salatkopfes und der Bewegung
der Schneidmesser im Raum entlang von Raumpositionen, welche aus den Signalen der
optischen Sensoren gewonnen werden, ist denkbar.
