適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方的切割裝置的製作方法
2023-09-20 00:19:30
本發明涉及適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方的切割裝置。本發明還涉及使用這種切割裝置的方法和切割系統。
背景技術：
在食料行業內，有時對肉的特定切割有要求，這些特定切割的示例是禽類的特定部分切割。用於肉切割的起始點是扁平食料，例如去骨頭的腿肉，其中，剩餘的肉和皮膚「平滑地」製成一件。
丹麥實用新型dk9600164u3描述了一種用於部分切割的設備，其中，食品在由兩個傳送器組成的傳送器系統上輸送，所述兩個傳送器端部對端部地安裝使得在所述兩個傳送器之間存在切割間隙。在第一傳送器系統上方設置有掃描系統，並且旋轉的劍狀刀具設置成使得：該劍狀刀具通過轉動穿過該間隙並且該劍狀刀具在食品經過間隙時將食品切割成較小的食品。切割是根據設置參數以及產品的在掃描階段期間所獲得的形狀進行控制的。
通過這種設備，食品通常被切割成在傳送方向上具有多於10mm的延伸長度(extension)的小食品，並且小食品將通常具有不同的延伸長度。
這種設備中的傳送器系統的寬度通常在200mm至300mm的範圍內。劍狀刀具的轉動點通常鄰近於間隙設置在與傳送器的側部相距150mm至200mm處並且設置成處於大致相同的高度。因此，刀具將通常具有350mm至500mm的長度。
為了滿足在傳送方向上的不同延伸長度的需求，刀具通常轉動一圈並且在每次切割以後停止在與傳送器系統相對的位置中。為了使例如每秒進行7次切割，從0°至180°的加速必須在71ms內發生，並且從180°至360°的減速也必須在71ms內發生；這使長度為500mm的刀具的最大圓周速度為44.0m/s，在相同刀具的情況下，刀具在寬度為300mm的傳送器的內側處的速度為17.6m/s。
在這種條件下刀具受到的力將容易使刀具在加速期間撓曲並彎曲，使得刀具不會按照計劃準確地擊中食品。為了補償這一點，通常提供用以引導刀具的遠端部的引導系統。
這種已知設備以及其他相同類型的已知設備通常包括設置在設備側部處的刀具，並且其中，刀具的長度通常必須超過輸送食品的傳送器的寬度，這反映在明顯可能影響切割速度的刀具的較大的重量和慣量方面。另外，刀具布置在側部處的事實使切割裝置佔據較大空間。
技術實現要素：
在上述背景下，本發明的實施方式的目的在於提供一種改進的切割裝置，該切割裝置更輕並且因此允許更快的切割過程。此外，本發明的目的在於提供一種更緊湊的刀具，該刀具適於定位在傳送器上方，而不是定位在傳送器的側部處。
總體來說，本發明優選地試圖以單個或任意組合的方式減輕、減緩或消除現有技術的上述缺點中的一個或更多個缺點。特別地，可以將提供一種解決現有技術的上述問題或其他問題的切割裝置視為本發明的實施方式的目的。
為了更好地解決這些問題中的一個或更多個問題，在本發明的第一方面中，提供了一種切割裝置，該切割裝置適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方，其中切割裝置的切割平面延伸通過該間隙，其中，切割裝置適於在由傳送器系統傳送的食物經過該間隙的同時通過切割裝置的旋轉運動將食物切割成較小的食物，該切割裝置包括：
·臂部；
·切割刀片，該切割刀片安裝至臂部的一個端部，臂部的相反端部適於安裝至用於提供臂部的旋轉運動並且因此提供切割刀片的旋轉運動的驅動單元，
其中，切割刀片安裝至臂部使得：在將食物切割成較小的食物的同時，切割刀片的切割刃側部與食物以一定角度接合，使得切割刀片在切割期間在食物上並且朝向傳送器系統的承載表面施加面向下的力。
因此，提供了一種切割裝置，該切割裝置比現有技術切割裝置顯著地輕且小，並且該切割裝置適於放置在承載表面上方，該承載表面可以是傳送器設備的傳送帶。由於切割裝置可以安裝在承載表面上方且不是安裝在側部處，因此切割系統——即，具有切割裝置的傳送器系統——的尺寸可以大大減小。另外，對於臂部可以由輕重量材料製成的事實，由於切割裝置優選地為每次切割進行加速及減速(開始及停止)，因此切割裝置的重量和慣量可以顯著地減小，這將明顯地反映在較高的切割速度方面，即，每分鐘切片切割的次數可以增加。
由於刀片可以非常小，因此將刀片作為一次性使用物品而不是當今常見的重新刃磨的刀具將是經濟可行的。
由於刀片與臂部和刀片的總長度相比相對較短，因此與旋轉軸線放置在傳送器的側部處的傳統刀具相比，刀片的切割速度更加恆定。在傳統的系統中，刀具的在傳送器的靠近刀具的旋轉軸線的一側的速度顯著地低於刀具在傳送器的另一側的速度。因此，基於此，更容易選擇提供良好切割質量的切割速度。這在切割如去骨雞腿上的皮膚之類的脆弱組織時是特別重要的。
上述切割系統可以是將諸如無骨雞腿之類的食物切割成諸如固定部分的較小食物的切割系統，其中，固定部分可以具有諸如但不限於正方形之類的預定形狀和/或固定重量。
在這種情況下，可以使用兩個或更多個切割裝置，所述兩個或更多個切割裝置放置在相對彼此形成一定角度的間隙上方，其中，第一切割裝置將食物切割成多個條，並且其中，另一切割裝置將條切成例如正方形、矩形的塊。在正方形和矩形的情況下，間隙之間的角度約為90°。
間隙可以通過將兩個或更多個傳送器放置在一起而形成，使得第一傳送器的第二端部鄰近於第二傳送器的第一端部放置，其中，第二端部與第一端部之間的距離限定了間隙。類似地，第三傳送器的第一端部可以鄰近與第二傳送器的第二端部放置以限定第二間隙。由於刀片僅必須穿過傳送器的承載表面中的間隙，因此該間隙可以通過在單個首尾連接的傳送器中製造環孔而形成。
在傳送器之間可以設置子傳送器或間隔件以形成或增大食物條與第一切割裝置之間的距離。
術語間隙也可以理解為開口、縫隙等。
在一個實施方式中，切割刀片以這樣的方式安裝至臂部：切割刀片的切割刃側部相對於臂部的縱向軸線形成一定角度，其中，該軸線垂直於臂部的旋轉軸線。
在一個實施方式中，切割刃側部與承載表面或圍繞間隙的承載表面的接觸點處的切線在切割期間形成銳角。因此，確保了產生指向下的力，這防止食物在切割期間滑動或移動。在實施方式中，銳角介於10°與60°之間，優選地介於20°與30°之間，最優選地為約25°。
在一個實施方式中，角度適應於食物的類型和/或特性以及/或者承載表面的摩擦係數使得：在切割期間，通過切割裝置施加到食物上的水平力fhori不超過食物與承載表面之間的摩擦力。因此，確保了在切割期間沿與水平力fhori相反的方向指向的摩擦力足以防止在切割期間橫向移位。
承載表面與食物之間的摩擦可以通過例如在切割區域中從傳送器下方提供負壓力或通過在食物的頂部上使用加重的帶來增大。
在一個實施方式中，切割刃側部包括平滑的切割刃。在一個實施方式中，平滑的切割刃是大致直的切割刃或曲線型的。
在一個實施方式中，臂部是由選自以下各者的材料製成的：
·碳纖維；
·陶瓷材料；
·塑性材料；或者
·金屬或金屬合金。
在一個實施方式中，臂部的長度適應於食物的最大厚度使得：當臂部安裝至驅動單元時，臂部的長度比從樞轉部至食物的距離短，其中，在臂部的相反端部至食物的頂部之間具有間隙距離。在一個實施方式中，間隙距離可以在1mm至9mm的範圍內，優選地在3mm至7mm的範圍內，最優選地為約5mm。
由於產品的高度限制於從臂部到承載表面的距離，因此在使用切割系統之前使用所謂的平整機可能是有利的，替代性地，如果產品的高度超過這種限制，可以使用傳感器系統來中斷切割。
在一個實施方式中，刀片超出在承載表面下方。在一個實施方式中，延伸深度可以在1mm至9mm的範圍內，優選地在3mm至7mm的範圍內，最優選地為約5mm。
在一個實施方式中，承載表面是凹形形狀，使得凹形形狀大致依循切割刀片的路徑。因此，切割裝置的尺寸可以最小化，特別是切割刀片的長度。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刀片所安裝的位置的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的一半。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刀片所安裝的位置的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的3/4。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刀片的內部點的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的一半。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刀片的內部點的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的3/4。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刃側部的內部點的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的一半。
在一個實施方式中，從臂部的旋轉軸線至切割刃側部的內部點的距離大於從臂部的旋轉軸線至切割刀片的梢端部的距離的3/4。
在一個實施方式中，切割裝置適於在連續切割之間調節和/或停止/開始臂部和切割刀片的旋轉運動。
在一個實施方式中，通過使切割裝置的臂部的旋轉軸線布置在承載表面上方而將切割裝置放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方。
在一個實施方式中，通過使切割裝置的臂部的旋轉軸線在傳送器系統的寬度、例如承載表面的寬度內的選定位置處布置在承載表面上方而將切割裝置放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方。
在一個實施方式中，切割裝置適於切割具有沿著間隙的寬度的扁平食物，該寬度大於食物的最大高度。在一個實施方式中，沿著間隙的寬度顯著地大於食物的最大高度，例如，最大高度與寬度的比小於1:4，最大高度與寬度的比小於1:10等。
根據第二方面，本發明涉及一種使用切割裝置將食物切割成較小的食物的方法，其中，切割裝置適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方，其中切割裝置的切割平面延伸通過該間隙，其中，切割裝置適於在由傳送器系統傳送的食物經過間隙的同時通過切割裝置的旋轉運動將食物切割成較小的食物，該切割裝置包括：
·臂部；
·切割刀片，該切割刀片安裝至臂部的一個端部，臂部的相反端部適於安裝至用於提供臂部的旋轉運動並且因此提供切割刀片的旋轉運動的驅動單元，
其中，切割刀片安裝至臂部使得：在將食物切割成較小的食物的同時，切割刀片的切割刃側部與食物以一定角度接合，使得切割刀片在切割期間向食物上並且朝向傳送器系統的承載表面施加面向下的力。
根據第三方面，本發明涉及一種切割系統，該切割系統適於將食物切割成較小的食物，該切割系統包括上述切割裝置，其中，切割系統還包括：
·成像系統，該成像系統用於提供即將到來的食物的圖像數據；以及
·處理器，該處理器用於基於圖像數據控制切割裝置。總之，本發明的各個方面可以在本發明的範圍內以任何可能的方式組合和結合。參照下文描述的實施方式，本發明的這些及其他方面、特徵和/或優點將變得顯而易見並得以闡明。
在一個實施方式中，切割系統包括角度調節系統，該角度調整系統可操作地連接至刀具裝置以用於使刀具裝置的角度傾斜，作為示例，使刀具裝置相對於豎向成介於10°與60°之間的角度。因此，可以以一定角度切割食物而不是豎向切割，從而使食物的外觀得到改善使得食物看起來更自然。以這種方式，較小食物的價值可以增加。
在一個實施方式中，切割系統還包括至少一個另外的切割裝置，所述至少一個另外的切割裝置相對於切割裝置布置在下遊以對食物執行至少一個隨後的切割。
在一個實施方式中，切割裝置的切割平面在傳送方向上形成介於30°與120°之間的角度。
這在將食物切割成具有目標重量和/或諸如立方體之類的預定形狀的預定部分時是特別有益的。
由於切割裝置布置在承載表面、例如包括傳送帶的傳送器設備上方而不是像現有技術切割系統那樣布置在側部處的事實，切割系統變得更加緊湊。另外，由於刀具裝置的慣量可以很低，因此切割系統的切割速度和吞吐量可以增大。
附圖說明
將參照附圖通過僅示例的方式對本發明的實施方式進行描述，其中：
圖1示出了根據本發明的切割裝置，該切割裝置適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙上方，其中切割裝置的切割平面延伸通過該間隙；
圖2示出了圖1中的切割裝置的放大視圖；
圖3示出了圖1和圖2中的刀具裝置，其中，刀具裝置的切割位置延伸通過的間隙具有凹形形狀；
圖4a、圖4b、圖4c以圖示的方式描繪了圖1中所示的切割裝置的運動；
圖5a、圖5b、圖5c以類似的方式描繪了圖3中所示的切割裝置的運動；以及
圖6a至圖6f以圖示的方式描繪了切割系統的不同速度曲線的示例，其中，為了簡便起見，所有曲線都是以恆定的加速度和恆定的減速度得到的。
具體實施方式
圖1示出了根據本發明的切割裝置100，該切割裝置100適於放置在延伸跨過傳送器系統的承載表面的間隙106上方，其中切割裝置的切割平面延伸通過該間隙。切割裝置適於在由傳送器系統傳送的食物104經過間隙106的同時通過切割裝置100的如由箭頭108指示的旋轉運動將食物104切割成較小的食物。
切割裝置包括臂部101和切割刀片102。臂部優選地由諸如但不限於碳纖維等之類的輕重量材料製成。
切割刀片102安裝至臂部的一個端部，其中，臂部的相反端部適於安裝至用於提供臂部的旋轉運動108並因此提供切割刀片的旋轉運動108的驅動單元。切割刀片安裝至臂部使得：在將食物104切割成較小的食物的同時，切割刀片的切割刃側部103與食物以角度201接合，使得切割刀片在切割期間向食物上並且朝向傳送器系統的承載表面施加面向下的力107。
如在此描繪的，刀具裝置100的位置被調節成使得刀具裝置的刃側部103的末端部111在切割期間部分地延伸通過間隙，例如延伸通過幾毫米。
圖2示出了圖1中的切割裝置的放大視圖，其中，切割刃側部103與承載表面202(或者圍繞間隙的承載表面的接觸點處的切線)之間的角度201在切割期間是銳角201。在一個實施方式中，該銳角介於10°與60°之間，優選地介於20°與30°之間，最優選地為約25°，如在此所示的。
角度201適應於食物的類型和/或特性和/或承載表面的摩擦係數使得：在切割期間，通過切割裝置施加到食物上的水平力不超過食物與承載表面之間的摩擦力。
圖3示出了圖1和圖2中的刀具裝置，其中，間隙306具有凹形形狀，該凹形形狀可以是具有與驅動單元301的樞轉點類似的中心點的弧，該驅動單元301驅動切割裝置100的旋轉運動108。類似於關於圖2所討論的，切割刃側部103與承載表面302的切線之間的角度201在切割期間是銳角，並且該角度201在食物是無骨雞腿的情況下可以例如為約25°。
切割刃側部優選地包括平滑的切割刃，該切割刃可以是大致直的切割刃或彎曲的刃。
圖4a、圖4b、圖4c以圖示的方式描繪了圖1中所示的切割裝置100的運動，其中，承載表面510、511可以是經由例如旁路環孔的單個傳送器的表面、或者是兩個傳送器的表面，其中，第一傳送器510的第二端部鄰近於第二傳送器511的第一端部放置，其中，第一端部與第二端部之間的距離限定了間隙106。
如在此所示的，切割刀片102施加指向下的力fvert和水平力fhori，其中，切割刀片與先前討論的承載表面之間的角度使得與水平力fhori相反地指向的摩擦力能夠防止食物104的橫向滑動。
圖5a、圖5b、圖5c以圖示的方式描繪了圖3中所示的切割裝置100的運動，其中，圍繞間隙的承載表面具有凹形形狀、例如弧形狀，其中，弧具有與驅動單元的樞轉點大致相同的中心點。如在此描繪的，刀具裝置100的位置被調節成使得刀具裝置的刃側部103的末端部在切割期間部分延伸通過間隙，延伸長度可以在1mm至9mm的範圍內，優選地在3mm至7mm的範圍內，最優選地為約5mm。通過關於刀片的路徑而使傳送器的形狀最佳化，可以使切割刃103的有效長度最小化。作為示例，在食物是無骨雞腿的情況下，優選的角度為約25°。參照圖1、圖2以及這些圖中所示的附圖標記，適用於以下內容。假定無骨雞腿的最大厚度h為10mm，從最大厚度的無骨雞腿至臂部101的距離作為示例為5mm，在此稱為間隙距離h『，並且刀片在承載表面下方超出的深度作為示例為5mm，在此稱為深度d，切割刃側部103的長度x為：
x＝(h+h『+d)/sin25°＝20mm/sin25°＝47,3mm
因此，需要非常短的切割刀片來執行這種無骨雞腿的切割，其中，切割裝置的主要部分是臂部，如已經論述的，臂部可以由任何類型的輕重量材料製成。
圖6a至圖6f以圖示的方式描繪了切割系統的不同速度曲線的示例。為了簡便起見，所有曲線均是以恆定的加速度和恆定的減速度得到的。
在所有曲線上，y軸601表示切割裝置的速度，其中，在x軸處速度為零，並且x軸602表示時間。線603的陡度表示加速度，其中，線604的陡度表示減速度。在這些示例中，加速度和減速度具有相同的速率。虛線607表示肉被切割的速度。所有曲線上，該速度是相同的。
在這些示例中，「不帶陰影的」截面區域605都表示切割系統的180°的運動，使得組合的兩個截面區域相當於一圈。帶陰影的截面區域606也相當於一圈。在每個曲線示例中，百分比608示出了與切割裝置的恆定速度相關(如參見圖6c)的時間。
圖6a描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置在兩次切割之間停滯。
圖6b描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置在第一次切割後停止之後立即加速以用於第二次切割。
圖6c描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置在第一次切割與第二次切割之間以恆定速度運行。
圖6d描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置減速至恆定速度並且隨後在進行第二次切割之前加速。
圖6e描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置加速至最大速度並且隨後在進行第二次切割之前減速。
圖6f描繪了關於包括兩次切割的曲線的示例，其中，切割裝置加速至恆定速度並且隨後在進行第二次切割之前減速。
如參見圖6e至6f，可以形成這樣的速度曲線：每次切割之間的時間小於通過以恆定速度運行所達到的時間但仍能夠在進行切割以後使切割系統180°停止。
明顯的是，加速度和減速度可以從最大值降低，並且可以形成其他曲線和切割速度。還明顯的是，可以形成其他曲線例如：具有可變加速度和可變減速度的曲線。還明顯的是，曲線可以組合以在多次切割的順序中在切割之間產生不同的時間。
所有圖6a至6f示出了這樣的情形：切割裝置在與肉相對的位置處從零速度開始、加速至切割速度、切割肉、並且再移動進行第二次切割的一圈，並且在此之後切割裝置再次停止。
最大加速度/最大減速度和切割速度的計算可以通過以下示例來說明，其中，各個值是從這樣的原型得到的：
切割裝置能夠以半圈加速至切割速度，並且再次停止半圈。
切割裝置的慣量為：0.00183kgm2
用於切割系統的驅動馬達的轉子的慣量為：0.00106kgm2
來自驅動馬達的可用扭矩為m：20nm
從切割系統的軸線至凹形的傳送器表面的距離：340mm
待切割的產品的最大高度：20mm
系統的總慣量itot:(itot＝icut+imot)0.00183+0.00106＝0.00289kgm2
角加速度wrad：
角加速度wrot：
加速180°的時間，t：
切割速度rps：(t*wrot)0.03*1100.8＝33rps(轉/秒)
刀片在產品的底部處的圓周速度：33*0.34*2*π＝71m/s
刀片在產品的頂部處的圓周速度：33*0.32*2*π＝67m/s
如上所述，明顯的是，切割裝置的慣量是每分鐘執行切割次數的重要因素並且因此是吞吐量的重要因素。
如從以上示例可以看出，從0°位置加速至180°位置的時間為30ms。與開始描述的現有技術示例相比，操作速度大於現有技術的操作速度的兩倍。另外，與現有技術示例相比，圓周速度顯著地增大並且也更加恆定。
當選擇用於切割裝置的馬達時，切割裝置的慣量通常是已知的。必須增加用於馬達的轉子的慣量以得到旋轉系統的總慣量。來自馬達的可用扭矩與該總慣量的組合限定了切割裝置可以加速的速率。
由於扭矩與轉子的慣量之間的良好比率，伺服馬達通常被選定用於這種類型的應用。
一般來說，具有較高扭矩的馬達具有扭矩與轉子的慣量之間的較低比率。這是由於轉子(在其他一切都相當的情況下)在所有三個維度上都會增長的事實。當轉子的長度增大時，慣量成比例地增加，當直徑增大時，慣量的增加超過扭矩的增加。
因此，當切割裝置的慣量增大時，切割裝置的慣量與伺服馬達的轉子的慣量之間的比率減小。因此，轉子本身的慣量將是用於限定最大加速度和切割速率的越來越重要的因素。
因此，當以切割裝置的較低慣量開始時，可以達到較高的加速速率。
儘管附圖和前述描述中已經詳細地圖示和描述了本發明，但是這種圖示和描述被認為是說明性的或示例性的而非限制性的；本發明不限於所公開的實施方式。在實施所申請保護的本發明時，通過對附圖、公開內容以及所附權利要求的研究，可以理解並實現對所公開實施方式的其他變型。在權利要求書中，詞語「包括」不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一」(a)和「一個」(an)不排斥複數個。某些措施被在互相不同的從屬權利要在中記載的事實並不表明這些措施的組合不能被有利地使用。