DE69806579T2

DE69806579T2 - Anlage zur behandlung von nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE69806579T2
Application number: DE69806579T
Authority: DE
Inventors: Bernard Delpuech; Nicolas Viard
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: DE69806579D1; WO1998039606A1; US6233966B1; AU6405198A; EP0965021B1; FR2760272B1; ES2180148T3; FR2760272A1; EP0965021A1; CA2282686A1; AU736830B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung von Nahrungsartikeln wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Eine derartige Anlage ist beispielsweise aus dem Dokument EP-A-0 167 405 bekannt.
Die Erfindung betrifft Anlagen zur Behandlung von Nahrungsartikeln, beispielsweise Anlagen zum Gefrieren von Nahrungsartikeln, wie Hackfleischportionen oder auch Fischfilets, vorbereiteten Gerichten, Milchprodukten, oder auch Feingebäckprodukten. Es versteht sich, dass die vorstehend angegebene Liste nicht als begrenzend verstanden werden kann, sondern natürlich rein veranschaulichend für zahlreiche Möglichkeiten der Nahrungsmittelindustrie ist.
Die bekannten Gefrieranlagen umfassen beispielsweise einen Gefriertunnel, der von einer Bandfördereinrichtung durchquert wird, auf dem die zu gefrierenden Artikel abgelegt sind. Die Bandfördereinrichtung läuft kontinuierlich durch den Gefriertunnel.
Der Gefriertunnel wird mit einem Kühlfluid versorgt, wie beispielsweise flüssigem Stickstoff oder flüssigem Kohlendioxid. Diese Kühlfluid wird in Kontakt mit den zu behandelnden Artikeln gebracht. Im Kontakt mit den Artikeln erdampft das Kühlfluid und überträgt so Kälte auf die Artikel.
Es ist bekannt, stromaufwärts von den Gefriertunneln Mittel zur Erfassung der in den Tunnel eingeführten Artikel anzuordnen. Diese Mittel sorgen zum Beispiel für die Ermittlung der Anzahl von Artikeln oder der Masse der durch den Tunnel behandelten Artikel. Sie umfassen auf klassische Weise Waagen, die es gestatten, kontinuierlich das Gewicht der in den Gefriertunnel eingeführten Artikel zu ermitteln.
Diese Waagen umfassen im allgemeinen eine Bandfördereinrichtung, das stromaufwärts von der Bandfördereinrichtung des Gefriertunnels angeordnet ist. Unter der Fördereinrichtung sind Wiegeorgane angeordnet, um kontinuierlich das Gewicht der sich auf ihr bewegenden Artikel zu ermitteln. Im Falle, dass mehrere Artikel, beispielsweise Hackfleischportionen, Seite an Seite der Breite der Fördereinrichtung nach angeordnet sind, sind mehrere Wiegeorgane Seite an Seite längs des Verschiebungsweges der Artikel angeordnet.
Die bei den aktuell bekannten Erfassungsmitteln verwendeten Wiegeorgane umfassen bewegliche Teile und setzen einen komplizierten Wiegemechanismus ein. Dieser Mechanismus ist empfindlich gegenüber dem Einfluss der Temperatur. Die Wiegeorgane unterliegen insbesondere Blockierungen aufgrund Frost, wenn diese bei einer sehr niedrigen Temperatur eingesetzt werden.
Unter diesen Umständen müssen die bekannten Wagen mit Abstand vom Gefriertunnel angeordnet werden, um die aus den niedrigen Temperaturen resultierenden Fehlfunktionen zu vermeiden.
Die Wiegeorgane können auch auf nicht direkte Weise mit der Fördereinrichtung des Gefriertunnels verknüpft werden.
Infolgedessen ist es notwendig, Mittel zur Übertragung der Artikel von der den Waagen eigenen Fördereinrichtung zu der dem Gefriertunnel eigenen Fördereinrichtung vorzusehen. Die Verwendung derartiger Übertragungsmittel gibt Anlass für Schädigungen der Artikel während ihrer Übertragung.
Es kann auch Bezug auf das Dokument EP-167405 genommen werden, das eine Anlage zum Gefrieren von Artikeln beschreibt, die eine Bestimmung des Belegungsgrads der Fördereinrichtung mittels einer Videokamera verwendet.
Zur Erläuterung von Anwendungsbeispielen, bei denen es vorteilhaft ist, die Masse, Größe oder Oberfläche von in derartige Tunnel oder Vorrichtungen zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln eintretenden Artikeln zu bestimmen, kann auch noch der Fall von Maschinen zur Verpackung von Nahrungsmitteln in einer Verpackung angeführt werden, die eine Ozon enthaltende Atmosphäre einschließt.
So verwendet man beispielsweise:
- N&sub2;/CO&sub2;/O&sub2;/O&sub3;-Atmosphären, beispielsweise für Fleisch oder auch Fisch. Zur Erläuterung sei gesagt, dass hier typischerweise je nach dem betreffenden Produkt Atmosphären mit 1000 bis 15000 ppm/Ozongewicht verwendet werden, die zwischen einigen % und einigen Zehn % Sauerstoff und einige zehn % CO&sub2; beinhalten.
- N&sub2;/O&sub2;/O&sub3;-Atmosphären, beispielsweise für Gemüse (auch wenn es in einigen Fällen vorkommen kann, dass die Atmosphäre ein wenig CO&sub2; enthält), wobei derartige Atmosphären typischerweise je nach betreffendem Produkt bis zu 1500 ppm/Ozongewicht beinhalten.
Es wurde aber auch deutlich gezeigt, dass das Ozon mehr in Abhängigkeit von der Oberfläche des vorhandenen Produkts reagiert als in Abhängigkeit von beispielsweise seiner Masse oder seinem Volumen. Daher versteht sich das Interesse daran, die Oberfläche der eintretenden Produkte korrekt zu bestimmen, um beispielsweise auf die Menge des durch den Ozongenerator erzeugten Ozons einzuwirken, um sie wirksam an diese Oberfläche anzupassen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer zuvor erstellten Eichkurve.
Aufgabe der Erfindung ist die Auffindung einer Lösung für die zuvor genannten Nachteile und insbesondere die Bereitstellung einer Anlage zur Behandlung von Artikeln, die für eine Erfassung der durch die Vorrichtung behandelten Artikel direkt auf der mit der Vorrichtung verbundenen Fördereinrichtung sorgt und die unempfindlich gegenüber dem Einfluss der Temperatur ist, aber ebenso die Ermittlung der wirklichen Temperatur der Artikel am Ausgang der Anlage gestattet.
Gegenstand der Erfindung ist hierzu eine Anlage wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Es versteht sich, dass die mit den Bildverarbeitungsmitteln verbundene Kamera es gestattet, einen die Menge und gegebenenfalls die Qualität der in die Vorrichtung eingeführten Artikel angebenden Wert zu bestimmen, beispielsweise die Zahl der Artikel oder deren Volumen oder auch den Belegungsgrad der Fördereinrichtung, ohne mechanische Mittel einzusetzen, die empfindlich gegenüber Temperatureffekten sind. Da zudem das Bild direkt auf der Fördereinrichtung für die Übertragung zur Behandlungsvorrichtung aufgenommen wird, weist die Anlage verringerten Platzbedarf auf und erfordert keine Übertragung zwischen den Charakterisierungsmitteln und der eigentlichen Behandlungsvorrichtung.
Gemäß besonderen Ausführungsformen kann die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- die Blickrichtung der Kamera erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsebene der Fördereinrichtung;
- die Informationsverarbeitungseinheit umfasst Mittel zur Auslösung der Aufnahme eines Bildes zu vorbestimmten Auslösezeitpunkten und die Bildverarbeitungsmittel umfassen Mittel, die zur Berechnung eines die Dichte der Artikel auf der Fördereinrichtung angebenden Wertes zu jedem Auslösezeitpunkt auf der Basis der Digitalbildes des Abschnitts der Fördereinrichtung zu diesem Zeitpunkt in der Lage sind;
- die Kamera ist eine Kamera monochromer oder farbiger Art;
- die Kamera ist eine Kamera farbiger Art und die Bildverarbeitung umfasst eine Analyse der in dem Bild vorhandenen Farben, die es gestattet, durch Vergleich mit einer Referenzfarbe den die Dichte der Artikel auf der Fördereinrichtung angebenden Wert zu ermitteln;
Es versteht sich daher, dass es gemäß einer derartigen Ausführungsform möglich ist, sich mit der Information "Dichte von Artikeln auf der Bandfördereinrichtung " "zufrieden" zu geben oder auch diese Information in Kombination mit der Geschwindigkeit des Vorbeilaufs der Bandfördereinrichtung zu verwenden, um Zugriff auf die mittlere Menge der in dem abgeschlossenen Bereich je Zeiteinheit behandelten Artikel zu haben;
- die Anlage umfasst Mittel zur Platzierung der Artikel auf der Fördereinrichtung gemäß einem vorbestimmten Muster, das sequentiell auf der Fördereinrichtung mit einer variablen Menge von Artikeln für jedes Muster reproduziert wird, und sie umfasst mit der Informationsverarbeitungseinheit verbundene Mittel zur Zählung der Zahl von Mustern, die vor der Kamera vorbeilaufen, und die Informationsverarbeitungseinheit umfasst Mittel zur Auswertung des die Menge der behandelten Artikel angebenden Wertes auf der Basis des bei jedem Auslösezeitpunkt berechneten, die Dichte von Artikeln auf der Fördereinrichtung angebenden Wertes und der Anzahl der gezählten Muster;
- die Zählmittel umfassen eine Lichtschranke, die mit der Informationsverarbeitungseinheit verbunden und quer zur Fördereinrichtung angeordnet ist, wobei der Strahl der Schranke in der Bewegungsebene der Artikel so angeordnet ist, dass er von den sich auf der Fördereinrichtung bewegenden Artikeln unterbrochen wird;
- die Lichtschranke umfasst in der Nähe der Fördereinrichtung ein Ende zur Emission des Strahls und ein Ende zum Empfang des Strahls und diese zwei Enden sind mit Düsen zum Ausstoßen eines Schutzgases für die Enden, insbesondere eines warmen Gases, verbunden;
- gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Zählmittel in der Nachbarschaft der Fördereinrichtung eine Ultraschall- oder Mikrowellenschranke, die mit der Informationsverarbeitungseinheit verbunden ist und quer zur Fördereinrichtung angeordnet ist, wobei der Strahl der Schranke in der Bewegungsebene der Artikel (P) so angeordnet ist, dass er von den sich auf der Fördereinrichtung bewegenden Artikeln (P) unterbrochen wird;
- die Kamera ist eine Kamera der Infrarot-Art und die Bildverarbeitungseinheit gestattet es, neben einem die Dichte der Artikel auf der Fördereinrichtung angebenden Wert (wie im Falle der anderen erwähnten Kameraarten) einen die Temperatur der Artikel auf der Fördereinrichtung angebenden Wert zu erhalten;
- die Bildverarbeitungsmittel umfassen Mittel zur Unterscheidung von Bereichen der Fördereinrichtung, die von einem Artikel bedeckt sind, und von frei gebliebenen Bereichen der Fördereinrichtung auf dem Bild sowie Mittel zur Analyse der unterschiedenen Bereiche auf dem Bild zur Ermittlung eines Wertes, der die Menge der behandelten Artikel angibt;
- die Mittel zur Analyse der unterschiedenen Bereiche umfassen Mittel zur Erstellung eines ersten Histogramms über die ganze Ausdehnung des Bildes, das für jede Bildzeile in der Bewegungsrichtung der Fördereinrichtung die Zahl der Pixel angibt, die den von einem Artikel bedeckten Bereichen der Fördereinrichtung entsprechen, Mittel zur Erstellung eines zweiten Histogramms über die ganze Ausdehnung des Bildes, das für jede Bildzeile in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fördereinrichtung die Zahl der Pixel angibt, die den von einem Artikel bedeckten Bereichen der Fördereinrichtung entsprechen, und Mittel zum Vergleich der Pixelwerte des so erstellten ersten und zweiten Histogramms mit ersten und zweiten Grenzwerten zur Ermittlung der Dichte behandelter Artikel;
- die Informationsverarbeitungseinheit umfasst Mittel zur Speicherung der Kurve der Enthalpieänderung eines Artikels in Abhängigkeit von seiner Temperatur und Mittel zur Ermittlung der Austrittstemperatur eines Artikels auf der Basis der Enthalpiekurve, der gemessenen Menge von Kühlfluid, des die Menge der behandelten Artikel angebenden Wertes und der Anfangstemperatur der Artikel.
Die Erfindung wird durch das Studium der folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die nur im Sinne eines Beispiels erfolgt und auf die folgenden Zeichnungen Bezug nimmt:
- Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gefrieranlage für Nahrungsartikel, beispielsweise für Hackfleischportionen, wobei der Gefriertunnel von oben gesehen wird;
- Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht des Gefriertunnels der Fig. 1;
- Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Funktionsweise der Bildverarbeitungsmittel erläutert;
- Fig. 4 ist ein Organigramm, das die von den Bildverarbeitungsmitteln ausgeführten Schritte erläutert;
- Fig. 5 ist eine Kurve, die die auf ein Kilogramm in den Tunnel eingeführter Artikel übertragene Enthalpie in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt; und
- Fig. 6 ist eine Kurve, die Entwicklung der Enthalpie eines Liters anfänglich flüssigen Stickstoffs als Funktion der Endtemperatur für verschiedene Drücke wiedergibt.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anlage umfasst einen an seinen beiden Enden offenen Gefriertunnel 10. Er umfasst eine Versorgungsleitung 11 für Kühlfluid, beispielsweise flüssigen Stickstoff. Der Tunnel wird durch ein Transportband 12 durchquert, das sich längs der Richtung X-X in Richtung des Pfeils F1 bewegt. Die Fördereinrichtung steht auf jeder Seite des Gefriertunnels 10 vor. Sie umfasst insbesondere einen Eingangsabschnitt 14 zur Einführung von zu gefrierenden Artikeln in den Tunnel und einen Ausgangsabschnitt 16 zur Abführung der gefrorenen Artikel.
Von dem dargestellten Tunnel wird angenommen, dass er für das Gefrieren von im wesentlichen ovalförmigen Hackfleischportionen ausgelegt ist. Diese Portionen sind in den Figuren durch den Buchstaben P bezeichnet.
Der Eingangsabschnitt 14 der Fördereinrichtung ist am Ausgang einer Maschine M zur Formung der Portionen angeordnet. Diese Maschine ist dafür ausgelegt, gleichzeitig ein bis sechs Hackfleischportionen zu produzieren.
Nicht dargestellte Übertragungsmittel sind vorgesehen, um die Portionen am Ausgang der Formungsmaschine M aufzunehmen und diese auf dem Eingangsabschnitt 14 abzusetzen. Die Übertragungsmittel sind insbesondere dafür ausgelegt, die Portionen P nacheinander entsprechend einem vordefinierten Muster auf der kontinuierlich laufenden Fördereinrichtung abzusetzen.
Beim beschriebenen Beispiel werden die Portionen P in Reihen längs der Breite Y-Y der Fördereinrichtung 12 abgesetzt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Portionen P werden somit längs Reihen ausgerichtet, die ein bis sechs Portionen umfassen können, abhängig von der Zahl der gleichzeitig durch die Formungsvorrichtung M produzierten Portionen.
Die Anlage umfasst erfindungsgemäß Mittel 20 zur Erfassung der in dem Tunnel behandelten Artikel. Diese Mittel 20 umfassen hier eine Kamera 22, die mit einer Bildverarbeitungseinheit 23 verbunden ist. Diese letztere umfasst eine zentrale Recheneinheit 24, die insbesondere Mittel zur Verarbeitung eines von der Kamera aufgenommenen digitalen Bildes enthalten.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist die Kamera 22 über dem Eingangsabschnitt 14 der Fördereinrichtung angeordnet, wobei sich ihre Blickrichtung im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsebene der Fördereinrichtung 12 erstreckt.
Die Kamera ist für die dargestellte Ausführungsform für die Aufnahme eines digitalen einfarbigen Bildes ausgelegt, das im wesentlichen die Oberfläche des Abschnitts 14 abdeckt.
Ein von der Kamera 22 aufgenommenes Beispielbild ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses durch das Bezugszeichen 25 bezeichnete Bild lässt zwei mit R1 und R2 bezeichnete Reihen erkennen, die jeweils fünf schwarze Flecken aufweisen, die den von einem Artikel bedeckten Bereichen der Fördereinrichtung entsprechen. Die frei gebliebene Oberfläche der Fördereinrichtung erscheint auf Bild 25 weiß.
Die Mittel 24 zur Verarbeitung des digitalen Bildes sind dafür ausgelegt, einen Wert zu bestimmen, der für die Menge der durch den Tunnel verarbeiteten Artikel angibt. Diese Menge ist beispielsweise die Zahl n eingeführter Artikel, das Volumen eingeführter Artikel oder auch der Belegungsgrad der Fördereinrichtung.
Die zentrale Recheneinheit 24 wird beispielsweise von einem Mikroprozessor gebildet, der eine Schnittstelle zu der Kamera 22 umfasst, die für den Empfang eines digitalisierten Bildes ausgelegt ist. In dem Mikroprozessor ist ein Bildverarbeitungsprogramm geladen, um das von der Kamera produzierte Bild zu verarbeiten. Dies wird später unter Bezug auf Fig. 4 erläutert werden.
Die Informationsverarbeitungseinheit 23 umfasst Mittel zur Auslösung der Aufnahme eines Bildes mit vorbestimmter Frequenz (das heißt, für den Übertrag eines Bildes von der Kamera zur Einheit), die verständlicherweise von der anschließend durch die Einheit durchgeführte Bildverarbeitung abhängen wird und daher gering genug ist, um eine Datenverarbeitung des Bildes zu gestatten. Diese Frequenz ist beispielsweise von der Größenordnung von 0,3 Hertz, kann aber fließend zwischen einigen Zehntel Hertz und einigen zehn Hertz variieren.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfasst zudem eine Lichtschranke 26, die zwei ausgerichtete optische Faserstücke 28, 30 umfasst, deren Enden 28A, 30A gegenüberliegend auf beiden Seiten der Fördereinrichtung 12 angeordnet sind.
Die hier dargestellte Ausführungsform beruht folglich auf der kombinierten Verwendung einer einfarbigen Kamera und einer Lichtschranke.
Der optische Faserabschnitt 28 umfasst an seinem anderen Ende eine Elektrolumineszenzdiode 32, die zur Erzeugung eines permanenten Lichtstrahls durch die Faser 28 von einer elektrischen Stromversorgung gespeist wird. Das andere Ende der Faser 30 ist mit einem Photodetektor 34 verknüpft, der mit der zentralen Recheneinheit 24 verbunden ist. Die Fasern 28 und 30 sind auf solcher Höhe angeordnet, dass der Lichtstrahl, der die Fördereinrichtung längs der Richtung Y-Y überquert und von der Faser 28 zur Faser 30 verläuft, durch die auf dem Transportband bewegten Artikelreihen unterbrochen wird.
Der mit der Einheit 23 verbundene Photodetektor 34 gestattet es folglich, die Zahl der Unterbrechungen des Strahls zu ermitteln, die der Zahl der in den Gefriertunnel 10 eindringenden Artikelreihen entspricht. Wenn die Artikel in einem sich von einer Reihe unterscheidenden Motiv angeordnet sind, beispielsweise einem Kreisboden, übt die Lichtschranke 26 auf identische Weise eine Zählfunktion der in den Tunnel eintretenden Motive aus und dies unabhängig von der Zahl der in jedem Motiv enthaltenen Artikel.
An jedem der freien Enden 28A, 30A der optischen Fasern sind Düsen 36, 38 zum Verströmen eines trockenen Gases, insbesondere Stickstoffs, auf die Enden der optischen Fasern vorgesehen, um für ihren Schutz gegen die Kältewirkungen zu sorgen.
Diese Düsen sind mit Mitteln zur Speisung mit trockenem Gas verbunden, wobei dieses Gas eine Temperatur aufweist, die größer als die Temperatur ist, die im abgeschlossenen Bereich des Tunnels herrscht. Die Temperatur des ausgestoßenen trockenen Gases ist beispielsweise gleich der Umgebungstemperatur (20ºC).
Die zentrale Recheneinheit 24 ist mit einem Durchflussmesser 40 verbunden, der dafür ausgelegt ist, den Durchfluss des in den Tunnel 10 eingeführten Kühlfluids zu ermitteln.
Die Einheit 24 ist zudem mit Speichermitteln 42 verbunden, die für jeden Artikeltyp, der im Tunnel behandelt werden kann, eine dem Artikel eigene Kurve G5 der Änderung seiner Enthalpie in Abhängigkeit von seiner Temperatur umfasst.
Ein Anzeigebildschirm 44 ist mit der zentralen Recheneinheit 24 verbunden, um die Temperatur der Artikel am Ausgang des Tunnels anzuzeigen.
Die erfindungsgemäße Anlage funktioniert auf folgende Weise.
Während die Artikel sich kontinuierlich auf dem Transportband bewegen, nimmt die Kamera mit einer gegebenen Frequenz ein Bild des Abschnitts 14 auf und überträgt dieses zur Informationsverarbeitungseinheit 23. Es wird dann durch das Bildverarbeitungsprogramm analysiert.
Das eingesetzte Bildverarbeitungsprogramm umfasst einen ersten Schritt der Filterung des von der Kamera ausgegebenen Bildes. Dieser in dem Organigramm der Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete erste Schritt besteht darin, den Grauwert jedes Pixels des Bildes mit einem Referenzwert zu vergleichen und das betreffende Pixel durch ein weißes Pixel zu ersetzen, wenn der Graupegel kleiner als der Referenzwert ist, und durch ein schwarzes Pixel, wenn der Graupegel größer als der Referenzwert ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Bild, wie dasjenige, das in Fig. 3 dargestellt ist, in dem die durch einen Artikel bedeckten Bereiche der Fördereinrichtung schwarze Flecke auf einem weißen Hintergrund bilden.
Das Bild ist so positioniert, dass die Richtung X-X des Vorrückens der Fördereinrichtung sich längs der Höhe des Bildes erstreckt und die Breite Y-Y der Fördereinrichtung, die Richtung senkrecht zur Richtung des Vorrückens der Fördereinrichtung, sich längs der Breite des Bildes erstreckt.
Bei Schritt 52 erstellt das Programm ein Histogramm 52A der Anzahl schwarzer Pixel längs der Richtung X-X. Dieses Histogramm gibt für jede Linie parallel zur Achse Y-Y des digitalen Bildes die Gesamtzahl der in dieser Line enthaltenen schwarzen Pixel wieder. Die Berechnung wird für alle Linien des Bildes ausgeführt.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst das Histogramm 52A zwei aufeinanderfolgende Spitzen, die den zwei Reihen R1 und R2 entsprechen.
Auf analoge Weise wird bei Schritt 54 ein Histogramm 54A erstellt, in die die Summe der schwarzen Pixel für jede Linie des digitalisierten Bildes parallel zur Achse X-X gebildet wird. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst das Histogramm 54A fünf Spitzen, die den fünf in den zwei Reihen R1 und R2 enthaltenen Artikeln entsprechen.
Bei den Schritten 56 und 58 ermittelt das Programm die Zahl der Spitzen, die in den Histogrammen 52A und 54A enthalten sind.
Hierzu zählt das Programm zum Beispiel für jedes Histogramm die Zahl der Spitzen, deren Höhe einen vorbestimmten Grenzwert 51, 52 überschreitet, der in Fig. 3 durch eine punktierte Linie dargestellt ist. Auf der Basis der Zahl der in den Histogrammen 52A und 54A identifizierten Spitzen berechnet das Programm bei Schritt 60 die Zahl von Artikeln, die im Bild auftreten, und insbesondere die Zahl von Artikeln je Reihe. Dieser letzte Wert gibt die Dichte von Artikeln auf dem Transportband zum betreffenden Zeitpunkt an.
Wie einem Fachmann offenbar sein wird, veranschaulicht das oben dargelegte Beispiel den Fall von Produkten, die in regelmäßiger Form in einer Reihe abgelegt werden; es versteht sich, dass dann, wenn die Platzierung der Produkte auf dem Transportband keiner derartigen Regelmäßigkeit folgt, der verwendete Algorithmus verschieden sein wird.
Die mit der Lichtschranke 26 verbundene zentrale Recheneinheit 24 gestattet es, kontinuierlich die genaue Zahl von durch den Tunnel behandelten Reihen von Artikeln zu ermitteln.
Auf der Basis der Zahl von Artikeln je Reihe und der realen Zahl von in den Tunnel eindringenden Reihen ermittelt die zentrale Recheneinheit 24 kontinuierlich die Zahl von in das Innere des Tunnels eingeführten Artikeln.
In einer Variante bestimmt das Programm bei Schritt 60 auf der Basis der Höhe der Spitze jedes Histogramms die Abmessungen der Artikel in den zwei Richtungen, die sich senkrecht zur Blickrichtung der Kamera erstrecken.
Auf deren Basis ermittelt das Programm den Belegungsgrad der Fördereinrichtung, das heißt das Verhältnis der durch die zu behandelnden Artikel belegten Fläche zu der in dem analysierten Bild enthaltenen freien Fläche der Fördereinrichtung.
Der Belegungsgrad der Fördereinrichtung bildet einen anderen, die Dichte von Artikeln auf der Fördereinrichtung angebenden Wert.
Wie zuvor bestimmt die zentrale Recheneinheit 24 kontinuierlich auf der Basis des Belegungsgrads der Fördereinrichtung und der wirklichen Zahl von in den Tunnel eindringenden Reihen einen Wert, der die Menge von Artikeln angibt, die zum gegebenen Zeitpunkt in den Tunnel eindringen. Dieser Wert ist beispielsweise das Produkt des Belegungsgrads mit der Zahl der in den Tunnel eintretenden Reihen je Zeiteinheit.
Obwohl die Kamera 22 wegen der erhöhten Umlaufgeschwindigkeit der Fördereinrichtung und der relativen Langsamkeit der Recheneinheit kein Bild aller in den Tunnel eintretenden Artikel liefert, versteht es sich, dass es bei den zwei Varianten durch die kombinierte Verwendung der Kamera und der Lichtschranke möglich ist, einen genauen, die Menge der in der Anlage behandelten Artikel angebenden Wert zu ermitteln.
Hinsichtlich der Berechnung der Temperatur Ts der Artikel am Ausgang des Tunnels, umfasst die zentrale Recheneinheit 24 ein Programm, das es gestattet, auf der Basis einer gespeicherten Enthalpieänderungskurve G&sub5;, des Volumens q des je Zeiteinheit in den Tunnel eingeführten Kühlfluids, des Drucks und der Temperatur des Kühlfluids sowie der Zahl der je Zeiteinheit in den Tunnel eingeführten Artikel, deren Masse bekannt ist, und ihrer Eintrittstemperatur diese Temperatur kontinuierlich zu ermitteln. Im beschriebenen Beispiel ist das Kühlfluid flüssiger Stickstoff. Er könnte durch Kohlendioxid, Argon oder ein beliebiges anderes Fluid ersetzt werden.
Aus der in Fig. 5 dargestellten Kurve G&sub5; geht die Änderung der Enthalpie eines Kilogramms von Artikeln hervor, wenn deren Temperatur von der Temperatur von - 189ºC (die Temperatur flüssigen Stickstoffs beim Speicherdruck, der beispielsweise gleich 2 absoluten Bar ist) auf eine beliebige, auf der Abszisse angegebenen Temperatur T bei Atmosphärendruck übergeht.
Die in den Speichermitteln. 42 gespeicherte Enthalpiekurve G&sub5; wird experimentell ermittelt.
Hierzu wird ein Kilogramm von Artikeln bei einer bekannten Anfangstemperatur T in ein mit flüssigem Stickstoff gefülltes Dewar-Gefäß gegeben und beispielsweise mittels einer Waage die Menge von Stickstoff gemessen, die verdampft wird, um die Artikel von der Anfangstemperatur auf die Temperatur flüssigen Stickstoffs (-196ºC) bei Atmosphärendruck zu bringen.
Die auf die Artikel in dem Dewar-Gefäß übertragene Enthalpie H entspricht der Verdampfungsenthalpie des Stickstoffs bei dem betreffenden Druck. Dieser Wert ist proportional zur gemessenen Menge verdampften Stickstoffs.
Die Verdampfungsenthalpie eines Liters flüssigen Stickstoffs bei dem betreffenden Druck ist in den Kurven von Fig. 6 angegeben, die die Enthalpieänderung flüssigen Stickstoffs als Funktion der Temperatur für verschiedene Speicherdrücke im thermodynamischen Gleichgewicht wiedergeben. In dieser Figur entspricht jede Kurve einem gegebenen Druck.
Das Experiment wird für verschiedene Anfangstemperaturen ausreichen häufig wiederholt, um die Kurve G5 zu erstellen, deren Abszissenachse sich von -196ºC bis +50ºC erstreckt.
Mittels dieser Kurve G&sub5; ermittelt das in der zentralen Recheneinheit 24 geladene Programm auf der Basis der Eintrittstemperatur Te und der durch den in den Tunnel eingeleiteten Stickstoff auf ein Kilogramm von Artikeln übertragenen Enthalpie DHT kontinuierlich die Endtemperatur Ts eines Kilogramms von Artikeln am Ausgang des Tunnels.
Hierzu ermittelt das Programm auf der Basis der Kurve G5 die Enthalpie He, die einem Kilogramm von Artikeln in dem Tunnel bei der Temperatur Te entspricht. Ausgehend von der durch den Stickstoff auf die Artikel übertragenen Enthalpie DHT berechnet es die Enthalpie Hs eines Kilogramms von Artikeln am Ausgang des Tunnels durch die Beziehung Hs = He - DHT.
Mittels der Kurve G&sub5; ermittelt das Programm zuletzt die Austrittstemperatur Ts der Artikel, die der Enthalpie Hs entspricht.
Um die Berechnung der Eintrittstemperatur Te der Artikel zu gestatten, ist die zentrale Recheneinheit 24 mit einer Temperatursonde verbunden, die mit den Artikeln unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Tunnel in Kontakt kommt. Sie kann ebenso die Temperatur eines Stabilisierungsbades sein, in dem die Artikel vor ihrer Einführung in den Tunnel verweilen.
Die von dem Stickstoff auf die Artikel in dem Tunnel übertragene Enthalpie DHT wird auf folgende Weise berechnet.
Die Kurve G&sub6; gibt die durch einen Liter flüssigen Stickstoffs freigesetzte Enthalpie an, wenn dieser bei einem gegebenen Druck von seiner Verflüssigungstemperatur auf eine beliebige, auf der Abszisse angegebenen Temperatur übergeht.
Um die freigesetzte Enthalpie zu bestimmen, ermittelt das Programm auf der Basis der Kurve G&sub6; die durch einen Liter flüssigen Stickstoffs in dem Tunnel freigesetzte Enthalpie DHTa, wenn dieser verdampft und von seiner Speichertemperatur (-189ºC) auf die Temperatur Ta der Gase am Ausgang des Tunnels übergeht.
Die Temperatur Ta wird zum Beispiel im Inneren des abgeschlossenen Bereichs des Tunnels an seinem Ausgang (zum Beispiel 1 Meter vor dem Gasauslass) durch eine mit der zentralen Recheneinheit 24 verbundene Temperatursonde gemessen. Diese Temperatur Ta ist im allgemeinen mit der Solltemperatur des Tunnels und der Eingangstemperatur der Artikel verknüpft. Sie liegt beispielsweise in der Größenordnung von -30ºC.
Das Programm leitet anschließend die auf ein Kilogramm von Artikeln übertragene Bruttoenthalpie DEB ab, indem die für einen Liter Stickstoff übertragene Enthalpie DHTa mit dem in den Tunnel für ein Kilogramm von Artikeln eingeführten Stickstoffvolumen multipliziert wird (d. h. DHB = q·DHTa/MP, wobei MP die in den Tunnel je Zeiteinheit eingeführte Masse von Artikeln ist).
Die in den Tunnel je Zeiteinheit eingeführte Masse MP wird auf der Basis der Zahl n von Artikeln, die am Eingang des Tunnels je Zeiteinheit erfasst werden, und dem mittleren Gewicht der Artikel ermittelt.
Die Enthalpie DHT wird anschließend auf der Basis der Bruttoenthalpie DHB unter Berücksichtigung der Wärmeverluste DHP des Tunnels berechnet.
Die materiellen Enthalpieverluste DHP des Tunnels werden experimentell ermittelt, indem man den Tunnel in Abwesenheit von Artikeln für verschiedene im Innern des abgeschlossenen Bereichs herrschende Temperaturwerte T in Gang setzt. Wie zuvor ermittelt man auf der Basis des Stickstoffvolumens, das zur Konstanthaltung der Temperatur im Innern des abgeschlossenen Bereichs je Zeiteinheit verbraucht wird, die auf Verlusten des Tunnels beruhende Enthalpie je Zeiteinheit.
Die Enthalpieverluste des Tunnels sind proportional zur Zeit, wobei der Proportionalitätskoeffizient als Funktion der mittleren Temperatur im Tunnel durch ein Polynom zweiten Grades approximiert werden kann.
Die Enthalpie DHT wird schließlich berechnet, indem von der Enthalpie DHB die Enthalpie DHP der materiellen Verluste des Tunnels, dividiert durch die Masse der in den Tunnel je Zeiteinheit eingeführten Artikel, subtrahi ert wird (d. H. DHT = DHB - DHP/MP).
Es versteht sich, dass die hier beschriebene Anlage es gestattet, die wirkliche Autrittstemperatur der Artikel zu ermitteln und nicht einfach deren geschätzte Temperatur. Denn die in der vorliegenden Anlage berechnete Temperatur berücksichtigt die Zahl der tatsächlich in den Gefriertunnel eingeführten Artikel und die tatsächlich eingeführte Kühlfluidmenge.
Die in der vorliegenden Anlage eingesetzten Erfassungsmittel sind nicht sensibel gegenüber der in unmittelbarer Nähe des Eingangs des Gefriertunnels herrschenden Temperatur. Es wird nämlich kein bewegliches mechanisches Teil eingesetzt und die verwendeten optischen Erfassungsmittel werden durch die niedrigen Temperaturen kaum beeinflusst.
Insbesondere ist die Kamera 22 über der Fördereinrichtung angeordnet, so dass sie der Kälte kaum ausgesetzt ist, da sich im oberen Teil der Anlage die höchsten Temperaturen finden.
Darüber hinaus sind die elektrischen Elemente der Lichtschranke, das heißt der Sender und der Empfänger, dank der Verwendung optischer Fasern von der Fördereinrichtung beabstandet.
Bei einer nicht dargestellten Variante sind die Kamera und die Lichtschranke an dem Ausgangsabschnitt 16 der Fördereinrichtung angeordnet.
Selbstverständlich umfasst die Anlage Mittel zur Auswahl der Natur der in dem Gefriertunnel behandelten Artikel, so dass die zentrale Recheneinheit 24 die Enthalpieänderungskurve, die den in Behandlung befindlichen Artikeln entspricht, zur Berechnung ihrer Austrittstemperatur verwendet.
Darüber hinaus kann der Durchflussmesser 40 durch einen in dem Speicherbehälter für das Kühlfluid installierten Füllstandsmesser ersetzt werden, der dafür ausgelegt ist, der Einheit 24 die Entwicklung des Füllstandes in dem Behälter anzuzeigen.
Die hier beschriebenen Erfassungsmittel können bei der Anlage zur Behandlung von Artikeln hinsichtlich der Fakturierung der Nutzung der Behandlungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Menge der wirklich durch die Vorrichtung behandelten Artikel eingesetzt werden, beispielsweise je Betriebsstunde der Anlage oder auch je Kilogramm in der Anlage behandelter Produkte.
Auch wenn die Erfindung insbesondere für den Fall einer quantitativen Bestimmung der Zahl in einem abgeschlossenen Bereich behandelter Produkte exemplarisch dargestellt wurde, wobei die Kombination einer monochromen Kamera und einer Lichtschranke verwendet wurde, ist einem Fachmann klar, dass ohne vom Rahmen der vorliegende Erfindung abzuweichen beispielsweise folgendes erfolgen kann:
- Verwendung andere Arten von Kameras;
- Verwendung einer Lichtschranke, die aus mehreren, in der Bewegungsebene der Artikel (P) übereinander so abgeordneten Strahlen besteht, dass sie durch die auf der Fördereinrichtung bewegten Artikel unterbrochen werden, und es gestattet eine Information über das Volumen der Artikel zu erhalten (entsprechend der Zahl der während des Durchgangs in der Höhe unterbrochenen Strahlen);
- Verwendung eines anderen Zählmittels als einer Lichtschranke in Kombination mit einer Kamera, beispielsweise einer Ultraschallschranke;
- Verwendung der Kamera, um eine quantitative Information zu erhalten, wie beispielsweise den Belegungsgrad der Fördereinrichtung (der, wie man gesehen hat, es in Kombination mit der Geschwindigkeit dieser Fördereinrichtung erlaubt, Zugang zur mittleren Menge behandelter Produkte zu erlangen), und gegebenenfalls eine qualitative Information, wie die Temperatur der Produkte (sei es am Eingang des abgeschlossenen Bereichs oder am Ausgang je nach dem Ort, an dem das System positioniert wird).

Claims

1. Anlage zur Behandlung von Nahrungsartikeln von der Art mit einer Vorrichtung (10) zur Kühlung von Nahrungsartikeln indem die Artikel einem Kühlfluid ausgesetzt werden, wobei die Vorrichtung mit einer Fördereinrichtung (12) zum Einführen der Artikel in die Vorrichtung und zur Herausnahme der Artikel aus der Vorrichtung (10) verbunden ist, wobei die Anlage außerdem Mittel (20) zur Erfassung der durch die Vorrichtung (10) behandelten Artikel (P) umfasst, wobei diese Mittel (20) zur Ermittlung eines die Menge und gegebenenfalls die Qualität der durch die Vorrichtung behandelten Artikel angebenden Wertes ausgelegt sind, wobei die Erfassungsmittel (20) eine Kamera (22) umfassen, die dafür ausgelegt ist, ein Digitalbild eines Abschnitts (14) der für den Transport der Artikel (P) bestimmten Fördereinrichtung (12) zu erzeugen, wobei das Digitalbild die auf dem Abschnitt (14) der Fördereinrichtung getragenen Artikel wiedergibt, wobei die Kamera (22) mit einer Informationsverarbeitungseinheit (23) verbunden ist, die Bildverarbeitungsmittel (24) umfasst, die dafür ausgelegt sind, den die Menge und gegebenenfalls die Qualität der durch die Vorrichtung behandelten Artikel (P) angebenden Wert auf der Grundlage des Digitalbildes zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit der Informationsverarbeitungseinheit (23) verbundene Mittel (40) zur Messung der Menge des Kühlfluids umfasst, dem die Artikel ausgesetzt werden, und die Informationsverarbeitungseinheit (23) Mittel (24) zur Berechnung der Temperatur jedes Artikels (P) am Ausgang der Vorrichtung (10) in Abhängigkeit von dem die Menge von behandelten Artikeln und der gemessenen Menge von Kühlfluid angebenden Wert umfasst.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsverarbeitungseinheit (23) Mittel (42) zur Speicherung der Kurve (Γs) der Enthalpieänderung eines Artikels in Abhängigkeit von seiner Temperatur und Mittel (24) zur Ermittlung der Austrittstemperatur eines Artikels auf der Basis der Enthalpiekurve (Γs), der gemessenen Menge von Kühlfluid, des die Menge der behandelten Artikel angebenden Wertes und der Anfangstemperatur der Artikel umfasst.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blickrichtung der Kamera (22) sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsebene der Fördereinrichtung (12) erstreckt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsverarbeitungseinheit (23) Mittel (24) zur Auslösung der Aufnahme eines Bildes zu vorbestimmten Auslösezeitpunkten umfasst und dass die Bildverarbeitungsmittel (24) Mittel umfasst, die zur Berechnung eines die Dichte der Artikel auf der Fördereinrichtung (12) angebenden Wertes zu jedem Auslösezeitpunkt auf der Basis der Digitalbildes des Abschnitts (14) der Fördereinrichtung zu diesem Zeitpunkt in der Lage ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Kamera monochromer oder farbiger Art ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Kamera farbiger Art ist und dass die Bildverarbeitung eine Analyse der in dem Bild vorhandenen Farben umfasst, die es gestattet, durch Vergleich mit einer Referenzfarbe den die Dichte der Artikel auf der Fördereinrichtung angebenden Wert zu ermitteln.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Plazierung der Artikel (P) auf der Fördereinrichtung (12) gemäß einem vorbestimmten Muster umfasst, das sequentiell auf der Fördereinrichtung mit eine variablen Menge von Artikeln für jedes Muster reproduziert wird, und dass sie mit der Informationsverarbeitungseinheit (23) verbundene Mittel (26) zur Zählung der Zahl von Mustern, die vor der Kamera (22) vorbeilaufen, umfasst und dass die Informationsverarbeitungseinheit (23) Mittel (24) zur Auswertung des die Menge der behandelten Artikel angebenden Wertes auf der Basis des bei jedem Auslösezeitpunkt berechneten, die Dichte von Artikeln auf der Fördereinrichtung angebenden Wertes und der Anzahl der gezählten Muster umfasst.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählmittel eine Schranke mit zumindest einem Lichtstrahl (26) umfassen, die mit der Informationsverarbeitungseinheit (23) verbunden und quer zur Fördereinrichtung (12) angeordnet ist, wobei der Strahl der Schranke in der Bewegungsebene der Artikel (P) angeordnet ist, um von den sich auf der Fördereinrichtung (12) bewegenden Artikeln (P) unterbrochen zu werden.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (26) in der Nähe der Fördereinrichtung (12) ein Ende (28A) zur Emission des zumindest einen Strahls und ein Ende (30A) zum Empfang des zumindest einen Strahls umfasst und dass die zwei Enden (28A, 30A) mit Düsen (38) zum Ausstoßen eines Schutzgases für die Enden, insbesondere eines warmen Gases, verbunden sind.

10. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählmittel in der Nachbarschaft der Fördereinrichtung eine Ultraschall- oder Mikrowellenschranke umfassen, die mit der Informationsverarbeitungseinheit verbunden ist und quer zur Fördereinrichtung angeordnet ist, wobei der Strahl der Schranke in der Bewegungsebene der Artikel (P) angeordnet ist, um von den sich auf der Fördereinrichtung bewegenden Artikeln (P) unterbrochen zu werden.

11. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Kamera der Infrarot-Art ist und dass die Bildverarbeitungseinheit es gestattet, einen die Temperatur der Artikel auf dem Transportband angebenden Wert zu erhalten.

12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildbearbeitungsmittel (24) Mittel zur Unterscheidung von Bereichen der Fördereinrichtung, die von einem Artikel P bedeckt sind, und von frei gebliebenen Bereichen der Fördereinrichtung auf dem Bild sowie Mittel (24) zur Analyse der unterschiedenen Bereiche auf dem Bild zur Ermittlung eine Wertes umfassen, der die Menge der behandelten Artikel (P) angibt.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24) zur Analyse der unterschiedenen Bereiche Mittel (24) zur Erstellung eines ersten Histogramms (52A) über die ganze Ausdehnung des Bildes, das für jede Bildzeile in der Bewegungsrichtung (X-X) der Fördereinrichtung die Zahl der Pixel angibt, die den von einem Artikel (P) bedeckten Bereichen der Fördereinrichtung entsprechen, Mittel (24) zur Erstellung eines zweiten Histogramms (54A) über die ganze Ausdehnung des Bildes, das für jede Bildzeile in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (Y-Y) der Fördereinrichtung die Zahl der Pixel angibt, die den von einem Artikel (P) bedeckten Bereichen der Fördereinrichtung entsprechen, und Mittel (24) zm Vergleich der Pixelwerte des so erstellten ersten und zweiten Histogramms (52A, 54A) mit ersten und zweiten Grenzwerten (51, 52) zur Ermittlung der Dichte behandelter Artikel (P) umfassen.