用于修剪和切割食品的装置

技术领域

本发明提供了一种用于精确地修剪和切割食品、分割食品以及去除不期望的组织的设备和方法。此外，本发明提供了一种使用水射流设备来分割和修剪食品并使用图像数据来确定切割模式的方法和设备。

背景技术

食品的自动处理(例如修剪、分割和销骨去除)对食品工业来说是一项艰巨的任务，而且已经持续了很长时间。早期的技术聚焦于屠宰后将鱼储存几天或甚至在处理前冷冻。这被认为有利于销骨去除，以便允许肉与骨分离。将新鲜食品交付到市场的要求推动了冷却和冷冻处理的发展，这与大多数处理步骤的自动化相结合已经使得在屠宰后更短的时间内获得了质量更好的食品。

水射流切割是一种常见的用于切割或修剪食品的方法，例如鸡肉、鸡胸肉或鱼片。食物产品的分离(如鱼片、鸡柳和许多其他食品)在本领域是已知的。US4,962,568公开了如何通过用相机扫描物品来将食物产品切割成预定的部分尺寸或预定的轮廓形状，该相机能够在物品在传送带上移动时进行扫描。相机为编程计算机提供尺寸数据，并利用计算机来控制多个高压水射流切割机的操作，以将食物产品切割成由计算机程序指示的减小的尺寸。

WO2006/064521A1公开了一种用于使用水射流设备从超冷鱼片中自动地切割销骨的方法，其中，销骨和其他不期望的组织的去除是基于成像以及与切割模式的阵列的比较，并且此后基于图像比较选择一个切割模式，并根据所选择的切割模式进行切割。

发明内容

本发明提供了一种用于修剪和/或切割食品的系统、方法和装置。此处所公开的本发明提供了对现有技术设备的改进，其中包括一组水射流设备的切割单元用于切割食品，其中，切割单元用于切割食品，该切割单元包括一组水射流设备，其中一个水射流设备被定义为主切割设备，而一个或多个第二或辅助水射流设备布置成在修剪和/或切割食品期间围绕主射流设备旋转。

本发明使用用于操作切割单元的计算装置，该计算装置向每个水射流切割设备给出操作指令。主水射流设备在每个食品中进行底部切割，而第二水射流设备的位置通过围绕主水射流设备旋转的概率来调整，以基于诸如尺寸和方向的标准来改变或微调进入食品的第二切割，以交付期望尺寸和/或重量的部分或交付食品的更精确的修剪和切割。

在一些实施例中，一个或多个成像设备用于在分割、修剪或去除不需要的组织之前获得食品的图像。成像设备可以获得食品的体积数据，其中，计算装置基于部分的期望尺寸和/或重量来确定切割模式。因此，较大的食品以与较小的食品不同的方式被切割，以获得类似的尺寸或重量切块。成像设备可用于确定要切割的食品的形状，其中，计算设备基于用于不同形状和大小的食品的计算或预定义的切割模式来确定切割模式。成像装置还可以用于检测不期望的组织，例如脂肪、软骨或骨骼等，其中，计算设备处理图像数据以识别这种不期望的组织，并发布用于切割单元执行切割的操作指令，使得能够去除不期望的组织。

在一些实施例中，用于确定食品在传送带上的位置和/或方向的装置，其中，能够随时确定传送机上的实时位置。这样的数据可以用于计算切割模式并精确地操作切割单元。

在一些实施例中，食品在切割或修剪之前被过冷(undercooled)。冷却可以通过冷却装置中的“子冷冻”过程进行，使用盐控制和温度控制的溶液使食品进入冷冻到过冷状态的相变。这种冷却过程使食品更加坚固，并且更适合用水射流设备切割。

在一些实施例中，食品在切割或修剪之前被成型。食品可以在使用导热传送带的设备中成型，该导热传送带在其返回进料端时穿过冷却溶液。该方法和设备用于通过冷却与传送带接触的食品的表面而不冷冻表面或不在食品周围形成冰壳，而使食品进入冷冻的相变。在一些实施例中，成型设备包括热腔室和液体容器，热腔室具有用于在腔室中传送产品条目的传送机，液体容器位于包含冷冻盐溶液的腔室的底部。这使得传送机被冷却到远低于0℃的温度，以在传送带从液床上升并进入其运输方向时提供食品表面的接触冷却，并促进食品的接触冷却。

在一些实施例中，对食品执行热成型和x射线成像，以提供在处理食品时从肉中更精确地去除不期望的组织(例如骨骼和脂肪)的选择。通过提供一种使用切割单元的方法和设备，该切割单元具有主射流切割设备和围绕主射流设备旋转的第二射流切割设备，能够在传送带和切割单元的一次运动中进行精确的切割，以执行多次切割，节省时间但保持精度。传送机上食品的X射线成像需要在此类传送机的坚固平面上进行，而水射流切割是在多孔表面传送带上进行的，这需要将食品从一个带转移到另一个带。这种运输可能会引起新鲜食品中的肉体内不期望的组织移位或移动，这要求在切割前进行第二成像和计算机校正。通过使用成型，不需要这样的校正，并且启动了在冷冻的相变中使食品变硬的冷却步骤。

在一些实施例中，切割单元使用主水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备，一个或多个第二水射流切割设备被布置成在单个机械臂上围绕主水射流切割设备旋转。每个水射流切割设备可以包括一至六个自由度运动，以便在所有角度切入食品。

本发明的目的是克服或改善现有技术的上述缺点，并提供一种用于使用水射流切割设备来切割和/或修剪食品的改进和/或可选和/或另外的装置和方法。本发明的一个优选目的是提供一种用于在单个切割单元中使用两个或更多个水射流切割设备的方法和设备，其中，一个水射流设备被定义为主射流设备，并且在执行对食品的切割期间(在机械臂的单个运动中)，一个或多个第二水射流设备围绕主射流设备旋转。在本发明的一个优选目的中，提供了一种用于使用视觉装置和处理设备的装置和方法，用于基于尺寸和形状来确定食品的切割模式，以便用本发明的切割单元进行切割。此外，本发明的优选目的是提供一种用于使用定位数据和方向数据来切割和/或修剪食品的装置和方法。此外，本发明的优选目的是提供一种用于通过在“子冷冻”或成型食品上使用本文所述的水射流切割单元来处理食品的装置和方法。

本发明的基本目的特别地由独立权利要求中限定的特征来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。下文将讨论进一步的另外和/或可选的方面。

因此，本发明的至少一个优选目的通过一种用于切割和/或修剪食品的装置来解决，其中，该装置包括i)处理传送带，其适于接收用于切割和/或修剪的食品，ii)切割单元，其还包括第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备，以及iii)计算装置。切割单元的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备由计算装置操作，其中，一个或更多个第二水射流切割设备被布置成在切割和/或修剪加工传送带上的食品期间围绕第一水射流切割设备旋转。

本发明的优选目的之一是通过一种用于切割和/或修剪食品的系统来解决的，其中该系统包括i)处理输送装置，其用于接收和推进用于切割和(或)修剪的食品，ii)切割单元，其用于切割和/或修剪食品，其中，切割单元还包括a)第一水射流切割设备，以及b)一个或多个第二水射流切割设备，以及iii)计算装置，其用于向切割单元的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备给出操作指令，其中，一个或多个第二水射流切割设备被布置成在切割和/或修剪在处理传送装置上的食品期间围绕第一水射流切割设备旋转。

本发明的优选目的之一是通过一种用于切割和/或修剪食品的方法来解决的，其中，该方法包括以下步骤：

a)在处理传送机上输送食品，

b)使用切割单元来在处理传送机上执行用于切割和/或修剪食品的处理步骤，所述切割单元还包括：

-第一水射流切割设备，

-一个或多个第二水射流切割设备，以及

c)由计算装置向切割单元发布操作指令，其中，针对第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备发布独立的操作指令。

切割单元的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备由计算装置操作，并且一个或多个第二水射流切割设备被布置成在切割和/或修剪处理传送装置上的食品期间围绕第一水射流切割设备旋转。

本发明的优选目的之一是通过一种用于检测和去除食品中的不期望的组织的系统来解决的，该装置包括：

a)成像传送装置，用于将食品传送到用于获得食品的图像数据的成像装置，

b)第一计算装置，用于处理食品的图像数据以确定食品的切割和/或修剪模式，

c)处理传送装置，用于接收和推进用于切割和/或修剪的食品，

d)定位装置，用于获得食品在处理传送装置上的实时位置数据和方向数据，

e)切割装置，用于切割和/或修剪食品，其中，切割装置还包括：

-第一水射流切割设备，以及

-一个或多个第二水射流切割设备，

f)第二计算装置，用于：

i)处理在处理传送装置上的食品的位置数据和方向数据，并将其与处理后的图像数据进行比较，以及

ii)用于基于数据比较向切割装置的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备给出操作指令，以及

g)将一个或多个第二水射流切割设备布置成在切割和/或修剪处理传送装置上的食品期间围绕切割装置上的第一水射流切割设备旋转。

在本上下文中，术语“食品”指鱼类或鱼类的部分(例如鱼片)，来自鱼类的例如但不限于鲑鱼、鳟鱼、鳕鱼、黑线鳕、绿青鳕、鲶鱼、灵鱼、蓝灵鱼、单鳍鳕、安康鱼、鲤鱼、鲈鱼、鲷鱼、大菱鲆、海鲈鱼、龙利鱼、遮目鱼、灰鲻鱼、石斑鱼、海鲷、大比目鱼、比目鱼、日本比目鱼，或鸡肉或鸡肉的部分，以及来自牛肉、猪肉和绵羊/羔羊的肉产品。

在目前的上下文中，术语“不期望的组织”指任何不旨在进一步处理的食品的组织，例如骨骼、脂肪和软骨。

在目前的上下文中，术语“从成型食品中去除不期望的组织”指例如使用水射流设备进行切割的处理步骤。

在目前的上下文中，术语“切割”和“修剪”指处理步骤，例如使用水射流设备切割，以切入或穿过用于分割和/或修剪的食品。

在目前的上下文中，术语“成型”和“热成型”都是指在覆盖有用于提供表面冷却和硬性食品的盐溶液的传送带上冷却食品，而不在食品的表面形成外壳或冰壳。

在本上下文中，术语“子冷冻

在当前上下文中，术语“计算装置”、“处理装置”和“处理器”均指具有用于处理数据、执行软件、计算和给出指令的处理器的装置或设备。这些术语能够用于工业计算机和数据处理计算机。

在本上下文中，术语“六个自由度”是指设备(如水射流)在三维空间中的运动自由，并且可以自由地改变位置，例如前进/后退、上/下、左/右。

在本上下文中，术语“水射流切割设备”是指高压水流通过喷嘴集中成束或水射流的切割设备。

在本上下文中，术语“操作指令”指的是向切割单元提供关于如何在每个食品在处理传送机上传送时执行切入每种食品中的通信，例如在骨头或其他不期望的组织周围进行切割，或者例如进行分割切割。

在本发明的实施例中，传送装置或传送带(例如处理传送机或成像传送机)包括用于将食品从进料端推进或移动到出料端的细长的传送带。

在本发明的实施例中，成像传送机包括由固体材料制成的环形传送带。

在本发明的实施例中，处理传送机包括由多孔材料制成的环形传送带。

在本发明的实施例中，处理传送带包括由金属(例如钢)制成的传送表面。

在本发明的实施例中，切割单元的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备包括高压水射流喷嘴。

在本发明的实施例中，切割单元的第一水射流切割设备和一个或多个第二水射流切割设备布置/定位在单个机械臂上。

在本发明的实施例中，每个水射流切割设备包括一至六个自由度运动。

在本发明的实施例中，每个水射流切割设备的孔径是可调整的。在这样的实施例中，可以在切割操作之间或在切割操作期间调整或改变水射流切割设备的直径。

在本发明的实施例中，每个水射流切割设备可以在切割和/或修剪每个食品期间打开和关闭。这可以使用用于每个水射流切割设备的阀来促进。

在本发明的实施例中，每个水射流切割设备可以被调节以在切割食品的过程中提供变化的水压。

在本发明的实施例中，提供了一种定位装置，该定位装置适于获得食品在处理传送机上的实时位置数据和方向数据。

在本发明的实施例中，定位装置还包括i)成像装置、ii)编码器和iii)计算装置中的一个或多个。

在本发明的实施例中，提供了一种用于过冷的冷却装置，用于使食品进入过冷状态，其中，冷却设备包括i)用于在液体中冷却食品的腔室，以及ii)用于在冷却过程中搅拌食品的装置。在这样的实施例中，在切割/和/或修剪之前，使食品通过在盐控制和温度控制的溶液中搅拌而进入过冷状态。

在本发明的实施例中，提供了一种热成型设备，用于在切割和/或修剪之前通过食品的接触冷却来加固和/或固定食品的形状。在这样的实施例中，热成型设备还可以包括：i)热腔室，ii)热腔室内的传送带，所述传送带形成具有处理部分和空载部分的环形回路，以及iii)在所述传送带下方的液体容器，其中，所述传送带的空载部分穿过热容器的液体容纳部分。

在本发明的实施例中，第一水射流切割设备被定义为主切割设备，并且用于一个或多个第二水射流切割设备的操作指令包括围绕主切割设备旋转一个或多个第二水射流切割设备，以使它们进入并保持切割位置。

在本发明的实施例中，提供了一种成像传送装置，该成像传送装置被布置并适于在处理传送装置上推进食品并将食品递送到处理传送装置。在这样的实施例中，提供了第一成像装置以获得成像传送装置上的食品的第一图像数据。

在本发明的实施例中，计算装置处理图像数据以确定用于切割单元的切割模式。

在本发明的实施例中，第一成像装置包括x射线设备，该x射线设备被定位成获得成像传送装置上的食品的x射线图像数据。

在本发明的实施例中，计算装置使用x射线图像来识别和定位食品中的不期望的组织，其中，计算装置确定用于从食品中去除不期望的组织的处理步骤。

在本发明的实施例中，计算装置被配置为将X射线图像中的不期望的组织的位置与处理传送装置上的食品的实时位置和方向数据进行比较，以向切割单元给出操作指令，用于去除食品中的不期望的组织。

在本发明的实施例中，x射线设备包括一个或多个x射线源。

在本发明的实施例中，计算装置被配置为在向切割单元给出操作指令之前将在处理传送装置上的食品的位置和方向与图像数据进行比较。

在本发明的实施例中，第一图像数据包括食品的体积/尺寸数据。

在本发明的实施例中，食品的体积/尺寸数据用于确定食品的部分切割，并且其中，用于一个或多个第二水射流切割设备的操作指令由第一水射流切割设备的位置确定，以通过预定标准获得食品的部分切割。

在本发明的实施例中，该装置或系统还包括用于获得第二图像数据的第二成像设备。

在本发明的实施例中，第一成像设备包括x射线设备，并且第二成像设备包括其他成像装置，例如用于获得体积数据、颜色数据等的数字成像装置、2D和/或3D成像装置。

在本发明的实施例中，计算装置适于处理图像数据以基于来自第一成像设备和/或第二成像设备的图像数据来确定用于切割单元的切割模式。

在本发明的实施例中，处理装置使用体积/尺寸数据来在切割期间保持切割单元和食品之间的恒定距离。

在本发明的实施例中，处理装置使用体积/尺寸数据来确定切割单元相对于食品厚度的移动的速度。

在本发明的实施例中，计算装置基于预定义的切割模式向切割单元给出操作指令，该预定义的切割模式可以基于尺寸和/或形状。

在本发明的实施例中，计算装置使用处理后的位置数据和方向数据来基于预定义的切割模式确定用于切割单元的切割模式。

在本发明的实施例中，通过相同或分离的计算装置来执行图像处理、操作切割单元和位置/方向确定。

在本发明的实施例中，使用了一个或多个计算设备：i)用于给出操作指令，ii)用于处理图像数据以确定切割单元的切割模式，iii)以识别和定位食品中不期望的组织，iv)以确定处理步骤，以及v)以将食品在处理传送装置上的位置和方向与图像数据进行比较以基于比较给出操作指令。

在本发明的实施例中，将食品从热成型装置的传送机输送到成像传送机，随后从成像传送机输送到处理传送机，并且其中，系统还包括定位装置，以确定食品在处理传送机上的位置，用于从成型食品中精确地去除不期望的组织。

在本发明的实施例中，该装置还包括第二成像设备，用于获得成像传送机上的食品的图像数据，例如数字图像数据。

在本发明的实施例中，来自多个x射线源的x射线图像用于确定成型食品中的不期望的组织的位置。

具体实施方式

本发明将从以下的详细描述以及附图中得到更充分的理解，其中，附图仅以示意性的方式给出，因此并不是对本发明的限制，其中：

图1概述了本发明的一个实施例中的装置、系统和方法，其示出了在处理传送机2上传输的食品1。使用切割单元3切割或修剪食品，该切割单元3还包括水射流切割设备。在图1所示的实施例中，切割单元包括主水射流切割设备4和一个第二水射流切割设备5。第二水射流切割设备5被布置为能围绕主水射流切割设备4旋转。计算机设备6操作切割单元，并控制切割设备4、5的运动，从而在切割处理期间控制水射流9的方向以及打开和关闭水射流。食品1在处理传送机2上的位置和方向是通过定位和成像装置来确定的，例如与编码器8相结合的计算机6和视觉系统7。视觉系统7可以获得待由计算设备6处理的食品的图像，以确定每个食品1的切割模式。

图2是根据本发明的一个实施例的装置的概述，其使用若干成像系统来确定食品的处理步骤。在该实施例中，该装置基于通过成型、成像步骤和食品的处理在传送机上传送食品1。热成型设备10用于通过冷却与传送带接触的食品的表面来硬化食品，而不会冻结食品的表面或在食品周围形成冰壳。如图1所公开的，成型设备有传送带11，传送带11将成型食品递送到成像传送机12，用于处理步骤的图像分析和确定。x射线设备13定位在成像传送机12上方，以获得成像传送机12上的食品1的x射线图像，该x射线图像可由计算机6处理并用于确定食品中不期望的组织上的位置。在该实施例中，示出了第二成像设备14，其可以获得第二图像数据，例如彩色数字图像或3D数据，其中，该数据由计算机6处理以进一步定位不期望的组织和/或产生用于修剪和分割食品的体积数据。此后，将成型食品转移到处理传送机2上，该处理传送机2适于接收来自成像传送机12的食品。计算设备6可以使用x射线数据并与来自第二成像设备14的数据结合以确定由切割单元3执行的处理步骤。定位设备7、8获得处理传送机2上以及可选地成像传送机12上的成型食品1的位置数据。计算设备6将X射线图像数据和可选的第二图像数据与处理传送机上的食品1的位置数据进行比较，以基于处理后的数据确定发布切割指令。切割单元可以从成型食品中去除不期望的组织和/或使用切割单元3的水射流设备对成型食品进行修剪和分割。由于定位设备7、8能够向计算装置6提供处理传送机2上的食品的精确位置和方向，因此计算装置可以通过将图像数据与位置数据和方向数据进行比较来确定精确的切割步骤。两个水射流9能够同时切割或者一次切割一个。由于第二水射流切割设备5能够围绕主水射流切割设备4旋转，因此能够在单个切割单元3的一个动作中切割成型食品，从而节省了时间、空间和设备成本。

如本文所用，包括在权利要求中，术语的单数形式应被解释为还包括复数形式，反之亦然，除非上下文另有指示。因此，应当注意，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。

在整个说明书和请求保护范围中，术语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”及其变体应理解为“包括但不限于”的含义，不旨在排除其他组分。

如果这些术语、特征、值和范围等与大约、大概、一般、基本上、实质上、至少等结合使用，则本发明还涵盖确切的术语、特征、值和范围等(即“大约3”也应涵盖确切的3，或者，“基本上的常数”也应覆盖确切的常数)。

术语“至少一个”应理解为意味着“一个或多个”，因此包括包含一个或多个部件的两种实施例。此外，当该特征被称为“所述”和“所述至少一个”时，引用了描述有“至少一个”特征的独立权利要求的从属权利要求具有相同的含义。

应当理解，能够对本发明的前述实施例进行变化，也可以在仍然落入本发明的范围内。除非另有声明，本说明书中公开的特征能够被用于相同、等效或类似目的的替代特征所替代。因此，除非另有说明，所公开的每个特征代表同等或类似特征的通用系列中的一个示例。

使用诸如“例如”、“诸如”、“比如”等示例性语言，仅仅是为了更好地阐释本发明，并不指示对本发明范围的限制，除非如此要求。除非上下文明确指示，否则说明书中所描述的任何步骤都可以以任意顺序执行或者同时执行。

说明书中所公开的所有特征和/或步骤能够以任意组合进行组合，除了其中至少一些特征和/或步骤相互排斥的组合。具体地，本发明的优选的特征适用于本发明的所有方面并且可以以任意组合使用。