Устройство для резки рыбного филе

Устройство для резки рыбного филе

Реферат

Изобретение относится к рыбной промышленности, а более конкретно к области автоматизированного оборудования для резки рыбного филе на кусочки, и может найти применение на береговых рыбообрабатывающих предприятиях и судах промыслового флота.

В настоящее время одним из наиболее востребованных продуктов рыбной отрасли является обесшкуренное рыбное филе. Экономически выгодным является изготовление порционированного филе, нарезанного на кусочки заданного веса, формы и размеров. Разнообразие веса, размеров и формы кусочков филе позволяет удовлетворить запросы более широких групп потребителей, по сравнению с выпуском однообразного филе.

Исходным сырьем при этом являются рыбные обесшкуренные филейчики, полученные при машинном филетировании рыбы и снятии шкуры. Готовым продуктом являются кусочки филе, предназначенные для дальнейшей упаковки, замораживания, транспортировки и реализации потребителю. Процесс резки филе оказывает существенное влияние на качество и потребительские достоинства готового продукта. Резка филе вручную является очень трудоемким процессом, в связи с чем существует соответствующее технологическое оборудование. Таким образом, большое значение имеют технологические возможности, эффективность и качество работы оборудования для нарезки рыбного филе.

Основными проблемами реализации процесса резки филе являются следующие мероприятия:

- обеспечение высокой точности разрезания филе на кусочки заданной формы, размеров и веса;

- обеспечение рационального разрезания филе при условии максимально экономного использования ценного мяса за счет расчета оптимальной траектории движения режущих инструментов;

- увеличение качества готового продукта за счет удаления кровяных пятен, жировых включений и участков филе с несъедобным мясом.

С целью экономного использования мяса в ходе технологического процесса должна рассчитываться оптимальная схема разрезания филе при помощи численных методов, а также вычисляться соответствующая этой схеме замкнутая траектория движения режущих инструментов.

Известна машина для разделки тунца (пат. №4738004 США, МКИ⁴ А22С 25/14, А22С 25/18, опубл. 19.04.88), позволяющая отделять светлое мясо рыбы от темного, а также нарезать тунец на поперечные кусочки. После разделки тунца и обработки тушки паром специальный фотоэлектронный прибор сканирует мясо своим лучом и определяет границу между светлым мясом и темным. Разрезание тунца на кусочки осуществляется при помощи остронаправленной струи воды. Плоскость резания при этом перпендикулярна оси скелета рыбы. В зависимости от положения выявленной границы между светлым и темным мясом настраивается режущий инструмент для отделения съедобной части рыбы.

К недостаткам данной машины следует отнести возможность измерения только одного параметра рыбы - границы между съедобной и несъедобной частями рыбы. Машина позволяет нарезать тушку лишь на два кусочка - светлый и темный, причем не учитываются размеры тушки и ее геометрическая форма. Разрезание вдоль выявленной границы может приводить либо к перерасходу полезного мяса, либо к оставлению несъедобной части в готовом продукте. Отсутствует возможность для измерения веса тушки, а также невозможно рациональное разрезание рыбы на кусочки определенной формы, размеров и веса, что снижает потребительскую ценность продукта.

Известно рыборазделочное устройство (пат. №248731 ГДР, МКИ А22С 25/14, А22С 25/18, опубл. 19.08.87), предназначенное для разрезания тушек рыбы и других рыбных продуктов на кусочки при помощи разделительных струй жидкости. Режущий механизм обеспечивает качественные разрезы упругого внешнего слоя в органических материалах и лежащих под ним слоев жира или мягких тканей. Предварительно производится вспучивание внешнего слоя при помощи вдавливающей струи, после чего материал разрезается остронаправленной струей жидкой или газообразной среды.

К основному недостатку данного устройства следует отнести отсутствие измерительного блока, позволяющего получать и обрабатывать информацию о размерах и форме обрабатываемых объектов. В устройстве возможно нарезание рыбного изделия на кусочки одной установленной формы без учета их веса и наличия в них дефектных включений. Для изменения размеров готовых кусочков требуется ручная перенастройка режущих инструментов. Это существенно ограничивает возможности устройства для повышения качества готовой продукции, создает трудности для экономичного использования мяса и требует непрерывной ручной инспекции и доработки кусочков.

Наиболее близким техническим решением является устройство для автоматического нарезания и взвешивания рыбы (акцепт. заявка №14678-85 Япония, МКИ В26D 3/28, В26D 5/30, А22С 25/20, опубл. 15.04.85), состоящее из неподвижной опорной рамы; конвейера, включающего платформенные пластины; измерительного блока, включающего прибор для определения длины обрабатываемого объекта, световой элемент, цифровые преобразователи; управляющего блока, включающего прибор для определения желаемого веса отдельных нарезаемых частей, схему вычисления, схему чтения/записи информации в память, схему запоминания; режущего механизма, включающего режущие инструменты в виде пластинчатых ножей, приспособление для регулировки режущего механизма, приспособление для опускания режущих инструментов; исполнительного привода, включающего импульсные моторы, механическую передачу; приспособления для определения веса обрабатываемого объекта.

Устройство позволяет измерять длину и вес разрезаемых объектов, нарезать их на несколько частей в поперечном сечении, принимать и хранить информацию о длине кусочков, рассчитывать длину нарезания кусочков в зависимости от заданного веса. Предусмотрено электронное регулирование процесса автоматического нарезания.

Разрезаемые объекты укладываются на платформенные пластины конвейера, после чего измеряется их общая длина. Режущие инструменты, имеющие возможность горизонтального продольного перемещения вдоль оси движения объекта обработки, настраиваются на рассчитанную длину кусочков. После чего происходит опускание пластинчатых ножей на обрабатываемый объект и его разрезание. Наличие управляющего блока позволяет хранить в памяти устройства стандартные зависимости веса обрабатываемого сырья от его геометрических размеров.

Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивается точность нарезания кусочков по весу, так как не учитывается размер кусочков по ширине, а также невозможно обеспечить правильную геометрическую форму кусочков из-за того, что режущие инструменты не выполняют продольные разрезы. Кроме того, устройство не позволяет выявлять и устранять дефекты обрабатываемых рыбных объектов. Этот недостаток обуславливает необходимость непрерывной органолептической инспекции готового продукта и ручной доработки, что влечет перерасход производственных ресурсов и трудозатраты персонала.

Изобретение решает задачу экономии мяса при резке рыбного филе и улучшения качества кусочков филе за счет определения оптимальной траектории движения режущих инструментов с учетом формы, размеров и веса кусочков, а также выявления и вырезания дефектных участков.

Для достижения необходимого технического результата в известном устройстве, состоящем из неподвижной опорной рамы, конвейера, источников света, измерительного блока, управляющего блока, включающего схему чтения/записи информации в память, схему запоминания, режущего механизма, включающего режущий инструмент и приспособление для регулировки режущего механизма, исполнительного привода, приспособления для определения веса обрабатываемого объекта, измерительный блок оборудован прибором для получения видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта. Управляющий блок дополнительно включает центральный процессор, связанную с ним схему расчета оптимальных линий реза, вход которой связан с выходом схемы распознавания признаков обрабатываемого объекта, вход которой связан со схемой обработки видеоизображения, соединенной с прибором для получения видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта. Центральный процессор связан со схемой чтения/записи информации в память, водяным компрессором, источниками света и конвейером. Приспособление для регулировки режущего инструмента выполнено в виде каретки, установленной на направляющих с возможностью продольного перемещения, а режущий инструмент установлен на каретке с возможностью поперечного перемещения.

Для рациональной резки рыбного филе на кусочки требуется информация о геометрической форме филейчика, его размерах и весе. Вес каждого филейчика определяется соответствующим приспособлением, выполненным в виде весоконтрольного автомата.

Сканирование филейчика позволяет получить его изображение в цифровом виде для последующей обработки. Распознавание контуров филейчика по его изображению позволяет выявить форму и размеры каждого экземпляра. Кровяные пятна и жировые включения обладают повышенной контрастностью по отношению к окружающему их мясу филе и замкнутостью собственного контура. Эти признаки позволяют выявить наличие таких дефектов при помощи цифровых алгоритмов обработки. Информация о форме и размерах филе позволяет рассчитать оптимальные координаты линий реза и координаты траектории движения режущего инструмента при условии рационального использования мяса.

Получение видеоизображения заключается в формализации зависимости интенсивности светового излучения с поверхности филе от координат отсканированных точек изображения. В цифровой форме видеоизображение филе представляется путем дискретизации аналоговой функции интенсивности светового излучения (яркости изображения) в точках изображения. Количество точек изображения, в которых выполняется дискретизация, определяет частоту дискретизации и выбирается по критерию качества, достаточному для уверенного распознавания контрастных участков.

Для распознавания контуров филе и контрастных включений проводится предварительная обработка цифрового изображения. Она заключается в пороговой фильтрации аппаратных шумов для удаления помех, вносимых в информацию об изображении филе со стороны прибора для получения видеоизображения (видеокамеры), каналов передачи данных, а также нежелательных засветок и бликов.

Распознавание контуров филе, а также контуров и расположения кровяных пятен и жировых включений осуществляется при помощи математического дифференциального алгоритма обработки графической информации, основанного на методе поиска максимума функции яркости изображения при помощи оператора Робертса.

В результате распознавания контуров филе и дефектных включений формируется двумерная матрица координат, включающая координаты контурной линии филе и координаты контурных линий дефектных включений. На основании этой информации рассчитываются координаты линий реза при помощи алгоритма оптимального раскроя двумерного объекта заданной формы и размеров. При этом граничными условиями при расчете являются заданный вес кусочков, их размеры и форма. После чего рассчитываются управляющие воздействия на исполнительные механизмы устройства и производится резка рыбного филе.

На чертеже представлена схема устройства для автоматической резки рыбного филе.

На схеме приняты следующие обозначения:

1 - конвейер;

2 - неподвижная опорная рама;

3 - приспособление для определения веса обрабатываемого объекта;

4 - каретка;

5 - направляющая;

6 - привод продольного перемещения;

7 - гидравлический режущий инструмент;

8 - водяной компрессор;

9 - центральный процессор;

10 - схема управления приводом;

11 - схема чтения/записи информации;

12 - схема расчета оптимальных линий реза;

13 - прибор для получения видеоизображения;

14 - схема обработки видеоизображения;

15 - схема распознавания признаков обрабатываемого объекта;

16 - источник света;

17 - схема запоминания;

18, 19 - импульсный мотор;

20 - филейчик;

21 - кровяное пятно;

22 - жировое включение;

23 - кусочек филе;

24 - поле зрения видеоустройства;

25 - управляющий блок.

В предлагаемом техническом решении высокая точность разрезания филе на кусочки заданной формы, размеров и веса осуществляется за счет получения видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта и его дальнейшего распознавания в управляющем блоке. Рациональное разрезание филе и расчет оптимальной схемы резки при условии максимально экономного использования ценного мяса обеспечивается за счет введения центрального процессора, схемы обработки видеоизображения, схемы распознавания признаков обрабатываемого объекта, а также схемы расчета оптимальных линий реза. Увеличение качества готового продукта осуществляется за счет распознавания на видеоизображении кровяных пятен, жировых включений и участков филе с несъедобным мясом с их последующим вырезанием гидравлическим режущим инструментов.

В предлагаемом устройстве для резки рыбного филе конвейер 1 соединен с неподвижной опорной рамой 2 и центральным процессором 9. Приспособление для определения веса обрабатываемого объекта 3 размещено под перемещающейся поверхностью конвейера 1 и соединено с неподвижной опорной рамой 2 и центральным процессором 9. Каретка 4 соединена с направляющими 5, а также соединена при помощи ременной передачи с приводом продольного перемещения 6. Импульсный мотор 19 смонтирован на каретке 4 и соединен ременной передачей с гидравлическим режущим инструментом 7. Гидравлический режущий инструмент 7 соединен с кареткой 4 и имеет возможность поперечного перемещения по канавке, проточенной в каретке 4. В сочетании с возможностью продольного перемещения каретки 4 гидравлический режущий инструмент 7 имеет возможность двухкоординатного плоского перемещения с двумя степенями свободы. Водяной компрессор 8 соединен с гидравлическим режущим инструментом 7 и центральным процессором 9. Центральный процессор 9 соединен со схемой управления приводом 10, схемой чтения/записи информации 11, схемой расчета оптимальных линий реза 12, источниками света 16, предназначенными для освещения рабочей зоны устройства. Прибор для получения видеоизображения 13 соединен со схемой обработки видеоизображения 14. Схема обработки видеоизображения 14 соединена со схемой распознавания признаков обрабатываемого объекта 15, которая соединена со схемой расчета оптимальных линий реза 12. Схема управления приводом 10 соединена с импульсными моторами 18 и 19. Схема чтения/записи информации 11 соединена со схемой запоминания 17. Измерительный блок 25 включает в себя центральный процессор 9, схему управления приводом 10, схему обработки видеоизображения 14, схему распознавания признаков обрабатываемого объекта 15, схему расчета оптимальных линий реза 12, схему чтения/записи информации 11, схему запоминания 17. Прибор для получения видеоизображения 13 и источники света 16 смонтированы над поверхностью конвейера 1.

Работа устройства для резки рыбного филе осуществляется следующим образом.

Филейчик 20 помещается на перемещающуюся поверхность конвейера 1 и передвигается на приспособление для определения веса обрабатываемого объекта 3. Приспособление для определения веса обрабатываемого объекта 3 измеряет вес филейчика 20 и передает информацию о весе в центральный процессор 9. Центральный процессор 9 передает значение веса в схему чтения/записи информации 11, которая записывает информацию в схему запоминания 17. По конвейеру 1 филейчик 20 перемещается под прибором для получения видеоизображения 13 и освещается источниками света 16. Яркость источников света 16 регулируется центральным процессором 9 с целью получения более качественного изображения. Филейчик 20 попадает в поле зрения 24 прибора для получения видеоизображения 13, которое по специальным контрастным меткам определяет границы поля зрения 24 и текущее положение гидравлического режущего инструмента 7. При этом конвейер 1 останавливается по команде центрального процессора 9. Прибор для получения видеоизображения 13 сканирует изображение рабочей зоны, в которой находится филейчик 20. Видеоизображение общего вида филейчика 20, соответствующее полю зрения 24, передается в схему обработки видеоизображения 14, где осуществляется перевод информации в цифровой вид и фильтрация помех. Цифровая информация с видеоизображением филейчика поступает из схемы обработки видеоизображения 14 в схему распознавания признаков обрабатываемого объекта 15, где производится выделение контуров филейчика 20, выявляются наличие, форма и расположение кровяных пятен 21 и жировых включений 22. После этого информация о координатах контура филейчика 20 и дефектных включений 21, 22 передается в схему расчета оптимальных линий реза 12. Одновременно центральный процессор 9 через схему чтения/записи информации 11 запрашивает в схеме запоминания 17 информацию о весе филейчика и передает ее в схему расчета оптимальных линий реза 12. От схемы расчета оптимальных линий реза 12 центральный процессор 9 получает координаты линий, по которым должен разрезаться филейчик 20 с условием рационального использования мяса и вырезания дефектных включений 21, 22. Центральный процессор рассчитывает координаты траектории движения гидравлического режущего инструмента 7 и передает их в схему управления приводом 10. Схема управления приводом 10 рассчитывает углы поворота моторов и передает управляющие сигналы на импульсные моторы 18 и 19. Импульсный мотор 18 перемещает каретку 4 в продольном направлении, а импульсный мотор 19 перемещает гидравлический режущий инструмент 7 в поперечном направлении. В результате гидравлический режущий инструмент 7 совершает плоское движение по двум координатам. При достижении гидравлическим режущим инструментом 7 заданной позиции в рабочей зоне, центральный процессор 9 подает команду включения на водяной компрессор 8. Водяной компрессор 8 подает струю воды под высоким давлением в гидравлический режущий инструмент 7. При движении гидравлического режущего инструмента 7 по рассчитанной плоской криволинейной траектории осуществляется разрезание филейчика 20 на кусочки 23 остронаправленной струей воды. При этом кровяные пятна 21 и жировые включения 22 вырезаются в отдельные кусочки. После завершения процесса резки филейчика конвейер 1 возобновляет свое движение, выводя готовые кусочки 23 из рабочей зоны и перемещая следующий филейчик в рабочую зону. Для калибровки и точной настройки привода при помощи прибора для получения видеоизображения 13 в управляющий блок 25 может передаваться изображение корпуса гидравлического режущего инструмента 7, который находится в поле зрения 24.

Устройство для резки рыбного филе, состоящее из неподвижной опорной рамы, конвейера, источников света, измерительного блока, управляющего блока, включающего схему чтения/записи информации в память и схему запоминания, режущего механизма, включающего режущий инструмент и приспособление для регулировки режущего инструмента, исполнительного привода, приспособления для определения веса обрабатываемого объекта, отличающееся тем, что измерительный блок оборудован прибором для получения видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта, управляющий блок дополнительно включает центральный процессор, связанную с ним схему расчета оптимальных линий реза, вход которой связан с выходом схемы распознавания признаков обрабатываемого объекта, вход которой связан со схемой обработки видеоизображения, соединенной с прибором для получения видеоизображения общего вида обрабатываемого объекта, кроме того, центральный процессор связан со схемой чтения/записи информации в память, водяным компрессором, источниками света и конвейером, приспособление для регулировки режущего инструмента выполнено в виде каретки, установленной на направляющих с возможностью продольного перемещения, а режущий инструмент установлен на каретке с возможностью поперечного перемещения.