System zur Inline-Kirschentsteinungs-Überwachung

In typischen industriellen Anlagen zur Entsteinung von Kirschen

...werden jeweils 100 bis 150 Kirschen in einem Arbeitstakt gleichzeitig entsteint, wobei die Zykluszeit ca. 1-2 Sekunden beträgt. Die Entsteinung ist jedoch nicht immer erfolgreich, so dass ein Teil der Steine in den Kirschen verbleibt. Beim Verzehr der Kirschen können verbliebene Kirschsteine zu Zahnschäden führen. Um dieses Risiko zu minimieren, soll der Entkernvorgang überwacht und nicht entsteinte Kirschen aus dem Produktstrom entfernt werden.

© FhG IIS
Signal einer Achse des Beschleunigungssensors nach Auftreffen eines Steines.
© FhG IIS
Signal nach Auftreffen von Fruchtfleisch und Saft auf dem Federstahl.

Idee für einen Lösungsansatz

Nicht entsteinte Kirschen können mit den bekannten zerstörungsfreien Prüfmethoden wie z.B. Röntgen nicht erkannt werden. Daher wird hier ein alternativer Lösungsansatz verfolgt: Bereits während des Entsteinvorgangs wird überwacht, ob der gesamte Stein aus der Kirsche entfernt wird. Bei der Entsteinung wird der Kirschstein mechanisch mittels eines Stößels aus der Kirsche entfernt, die Kirsche selbst wird durch einen Gummiring zurückgehalten.

Das Auftreffen des Kirschsteines auf ein Federstahlblech wird mittels eines Beschleunigungssensors in Kombination mit einer Auswerteeinheit detektiert. Eine erfolgte Detektion wird an eine übergeordnete Maschinensteuerung gemeldet, die den gesamten Entsteinungsprozess überwacht. Im Fehlerfall wird die entsprechende Kirsche aus dem Produktstrom entfernt.

In einer Vorstudie wurden Kirschsteine mit einem pneumatisch getriebenen Metallstößel durchstoßen. Zum Nachweis der entfernten Kirschsteine wurde unterhalb des Gummis ein Bewegungssensor auf einem Federstahl montiert. Erfolgreich entfernte Kirschsteine treffen auf den Federstahl und lösen dadurch eine Schwingung aus, welche mittels eines 3D­Beschleunigungssensors gemessen wird. Die in der Vorstudie gewonnen Messsignale zeigen signifikante Unterschiede  für auftreffende ganze Steine, Steinsplitter und Fruchtfleisch.

Systemdesign

Das System enthält eine variable Anzahl intelligenter Messeinheiten, die jeweils aus einem Beschleunigungssensor und einer integrierten Auswerteeinheit besteht. Jede Messeinheit meldet signifikante Messsignale an eine übergeordnete Maschinensteuerung. Sofern zum erwarteten Zeitpunkt kein entsprechendes Messsignal vorliegt, wird die Kirsche aus dem Produktstrom entfernt. Entwickelt und evaluiert werden die Messeinheit, die Auswerteeinheit und die Auswerte-Algorithmik.