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Bezeichnung der Erfindung
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Vorrichtung
zur automatisierten Profilbestimmung eines Produktes und Produktschneidemaschine,
das diese Vorrichtung benutzt
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Querverweis
auf zugehörige
Anmeldungen Nicht anwendbar
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Erklärung betreffend
eine bundesgeförderte Forschung
oder Entwicklung Nicht anwendbar
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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In
einer speziellen, hier offenbarten Ausgestaltung beinhaltet der
spezifische nachfolgende physikalische Prozess 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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Typischerweise
beinhalten solche Schneidmaschinen 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.
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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 Variation
umzugehen, ist in USPN 4 428 263, welche hiermit ausdrücklich einbezogen
wird, beschrieben und beansprucht. Dieses Patent beschreibt ein
Verfahren, in dem eine automatische Schneidmaschine programmiert
wird, 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 in der US-Patentschrift
5 136 906, die den Titel „Schneidmaschine" trägt und auf
Thurne Engineering Co., Ltd. übertragen
ist, offenbart. Entsprechend dieses Patentes 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 vorangegangene 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.
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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 in dem '906 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 in dem '906
Patent beschriebenen Vorrichtung besteht darin, Ungenauigkeiten
durch Produktver schnitt zu beseitigen. Um jedoch dieses Problem
an der Schnittfläche
anzugehen, muß die Vorrichtung
aus dem '906 Patent
notwendigerweise eine weitere Ebene und einen höheren Grad der Bildverarbeitung
einführen.
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Die
gegenwärtigen
Erfinder sind viele der vorangegangenen Probleme, die Operationen
zur Aufnahme eines Produktprofils in Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik inhärent
sind, angegangen. Sie haben schließlich eine akkurate und kosteneffektive
Vorrichtung zur Profilaufnahme eines Produktes entwickelt, die für eine Verwendung
beispielsweise in Verbindung mit Hochgeschwindigkeitsschneidmaschinen
geeignet ist.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung:
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Es
wird eine Vorrichtung für
die Gewinnung eines Profiles eines Produktes für die Verwendung in einer nachfolgenden
Verarbeitung des Produktes beschrieben. Die Vorrichtung umfasst
eine Scankammer zur Aufnahme des Produktes und einen oder mehrere
Produktantriebe, die betreibbar sind, um das Produkt durch die Scankammer
zu fahren, bevor das Produkt einer nachfolgenden Produktverarbeitungseinheit
zugeführt
wird. Die Vorrichtung umfasst auch ein Bilderkennungssystem, das
angeordnet ist, um visuelle Informationen bzgl. des Profils des
Produktes zu gewinnen, bevor das Produkt einer nachfolgenden Produktverarbeitungseinheit
zugeführt wird,
und ein Steuersystem, das zur Steuerung des Bilderkennungssystems
und der Konvertierung der vom Bilderkennungssystem empfangenen Informationen
in ein Format, welches für
die Benutzung durch eine nachfolgende Produktverarbeitungseinheit
geeignet ist, angeschlossen ist.
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Kurze
Beschreibung der verschiedenen Darstellungen der Zeichnungen:
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines Produktverarbeitungssystems,
welches entsprechend einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist.
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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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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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
Produktprofilaufnahmevor richtung 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, wie weiter unten in Bezug auf eine detailliertere Diskussion
der Struktur und der Funktionsweise der Systemmechanik erörtert wird, als
vorteilhafter angesehen, 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
Eingabes- 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. 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
ver deckt 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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Es
wurde festgestellt und wird als vorteilhaft angesehen, dass es gegenüber der
Benutzung eines einzelnen Linienlasers zur Beleuchtung der Oberfläche des
Produktes, wie in 4 dargestellt, besser ist, ein
Paar von weitgehend gegenüberliegenden Lasern
zu verwenden, die überlappende
Strahlen applizieren, um die Oberfläche des Produktes abzudecken,
wodurch mehr Profildaten und eine bessere Auflösung im Kamerabild erzielt
werden können.
Das wäre
insbesondere in Beispielen der Fall, wo die Produktoberfläche sehr
unregelmäßig ist
und/oder große fetthaltige
Bereiche enthält,
da diese Situa tionen 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
gleiche 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.
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Zahlreiche
Modifikationen können
an dem vorgestellten System vorgenommen werden, ohne die grundsätzliche
Leere desselben zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung mit
Bezug auf ein oder mehrere spezielle Ausführungsformen in wesentlichen
Einzelheiten beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen,
das Abänderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Fokus und den Geist der hierin vorgestellten Erfindung
zu verlassen.