适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方的切割装置的制作方法

本发明涉及适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方的切割装置。本发明还涉及使用这种切割装置的方法和切割系统。

背景技术：

在食料行业内，有时对肉的特定切割有要求，这些特定切割的示例是禽类的特定部分切割。用于肉切割的起始点是扁平食料，例如去骨头的腿肉，其中，剩余的肉和皮肤“平滑地”制成一件。

丹麦实用新型dk9600164u3描述了一种用于部分切割的设备，其中，食品在由两个传送器组成的传送器系统上输送，所述两个传送器端部对端部地安装使得在所述两个传送器之间存在切割间隙。在第一传送器系统上方设置有扫描系统，并且旋转的剑状刀具设置成使得：该剑状刀具通过转动穿过该间隙并且该剑状刀具在食品经过间隙时将食品切割成较小的食品。切割是根据设置参数以及产品的在扫描阶段期间所获得的形状进行控制的。

通过这种设备，食品通常被切割成在传送方向上具有多于10mm的延伸长度(extension)的小食品，并且小食品将通常具有不同的延伸长度。

这种设备中的传送器系统的宽度通常在200mm至300mm的范围内。剑状刀具的转动点通常邻近于间隙设置在与传送器的侧部相距150mm至200mm处并且设置成处于大致相同的高度。因此，刀具将通常具有350mm至500mm的长度。

为了满足在传送方向上的不同延伸长度的需求，刀具通常转动一圈并且在每次切割以后停止在与传送器系统相对的位置中。为了使例如每秒进行7次切割，从0°至180°的加速必须在71ms内发生，并且从180°至360°的减速也必须在71ms内发生；这使长度为500mm的刀具的最大圆周速度为44.0m/s，在相同刀具的情况下，刀具在宽度为300mm的传送器的内侧处的速度为17.6m/s。

在这种条件下刀具受到的力将容易使刀具在加速期间挠曲并弯曲，使得刀具不会按照计划准确地击中食品。为了补偿这一点，通常提供用以引导刀具的远端部的引导系统。

这种已知设备以及其他相同类型的已知设备通常包括设置在设备侧部处的刀具，并且其中，刀具的长度通常必须超过输送食品的传送器的宽度，这反映在明显可能影响切割速度的刀具的较大的重量和惯量方面。另外，刀具布置在侧部处的事实使切割装置占据较大空间。

技术实现要素：

在上述背景下，本发明的实施方式的目的在于提供一种改进的切割装置，该切割装置更轻并且因此允许更快的切割过程。此外，本发明的目的在于提供一种更紧凑的刀具，该刀具适于定位在传送器上方，而不是定位在传送器的侧部处。

总体来说，本发明优选地试图以单个或任意组合的方式减轻、减缓或消除现有技术的上述缺点中的一个或更多个缺点。特别地，可以将提供一种解决现有技术的上述问题或其他问题的切割装置视为本发明的实施方式的目的。

为了更好地解决这些问题中的一个或更多个问题，在本发明的第一方面中，提供了一种切割装置，该切割装置适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方，其中切割装置的切割平面延伸通过该间隙，其中，切割装置适于在由传送器系统传送的食物经过该间隙的同时通过切割装置的旋转运动将食物切割成较小的食物，该切割装置包括：

·臂部；

·切割刀片，该切割刀片安装至臂部的一个端部，臂部的相反端部适于安装至用于提供臂部的旋转运动并且因此提供切割刀片的旋转运动的驱动单元，

其中，切割刀片安装至臂部使得：在将食物切割成较小的食物的同时，切割刀片的切割刃侧部与食物以一定角度接合，使得切割刀片在切割期间在食物上并且朝向传送器系统的承载表面施加面向下的力。

因此，提供了一种切割装置，该切割装置比现有技术切割装置显著地轻且小，并且该切割装置适于放置在承载表面上方，该承载表面可以是传送器设备的传送带。由于切割装置可以安装在承载表面上方且不是安装在侧部处，因此切割系统——即，具有切割装置的传送器系统——的尺寸可以大大减小。另外，对于臂部可以由轻重量材料制成的事实，由于切割装置优选地为每次切割进行加速及减速(开始及停止)，因此切割装置的重量和惯量可以显著地减小，这将明显地反映在较高的切割速度方面，即，每分钟切片切割的次数可以增加。

由于刀片可以非常小，因此将刀片作为一次性使用物品而不是当今常见的重新刃磨的刀具将是经济可行的。

由于刀片与臂部和刀片的总长度相比相对较短，因此与旋转轴线放置在传送器的侧部处的传统刀具相比，刀片的切割速度更加恒定。在传统的系统中，刀具的在传送器的靠近刀具的旋转轴线的一侧的速度显著地低于刀具在传送器的另一侧的速度。因此，基于此，更容易选择提供良好切割质量的切割速度。这在切割如去骨鸡腿上的皮肤之类的脆弱组织时是特别重要的。

上述切割系统可以是将诸如无骨鸡腿之类的食物切割成诸如固定部分的较小食物的切割系统，其中，固定部分可以具有诸如但不限于正方形之类的预定形状和/或固定重量。

在这种情况下，可以使用两个或更多个切割装置，所述两个或更多个切割装置放置在相对彼此形成一定角度的间隙上方，其中，第一切割装置将食物切割成多个条，并且其中，另一切割装置将条切成例如正方形、矩形的块。在正方形和矩形的情况下，间隙之间的角度约为90°。

间隙可以通过将两个或更多个传送器放置在一起而形成，使得第一传送器的第二端部邻近于第二传送器的第一端部放置，其中，第二端部与第一端部之间的距离限定了间隙。类似地，第三传送器的第一端部可以邻近与第二传送器的第二端部放置以限定第二间隙。由于刀片仅必须穿过传送器的承载表面中的间隙，因此该间隙可以通过在单个首尾连接的传送器中制造环孔而形成。

在传送器之间可以设置子传送器或间隔件以形成或增大食物条与第一切割装置之间的距离。

术语间隙也可以理解为开口、缝隙等。

在一个实施方式中，切割刀片以这样的方式安装至臂部：切割刀片的切割刃侧部相对于臂部的纵向轴线形成一定角度，其中，该轴线垂直于臂部的旋转轴线。

在一个实施方式中，切割刃侧部与承载表面或围绕间隙的承载表面的接触点处的切线在切割期间形成锐角。因此，确保了产生指向下的力，这防止食物在切割期间滑动或移动。在实施方式中，锐角介于10°与60°之间，优选地介于20°与30°之间，最优选地为约25°。

在一个实施方式中，角度适应于食物的类型和/或特性以及/或者承载表面的摩擦系数使得：在切割期间，通过切割装置施加到食物上的水平力fhori不超过食物与承载表面之间的摩擦力。因此，确保了在切割期间沿与水平力fhori相反的方向指向的摩擦力足以防止在切割期间横向移位。

承载表面与食物之间的摩擦可以通过例如在切割区域中从传送器下方提供负压力或通过在食物的顶部上使用加重的带来增大。

在一个实施方式中，切割刃侧部包括平滑的切割刃。在一个实施方式中，平滑的切割刃是大致直的切割刃或曲线型的。

在一个实施方式中，臂部是由选自以下各者的材料制成的：

·碳纤维；

·陶瓷材料；

·塑性材料；或者

·金属或金属合金。

在一个实施方式中，臂部的长度适应于食物的最大厚度使得：当臂部安装至驱动单元时，臂部的长度比从枢转部至食物的距离短，其中，在臂部的相反端部至食物的顶部之间具有间隙距离。在一个实施方式中，间隙距离可以在1mm至9mm的范围内，优选地在3mm至7mm的范围内，最优选地为约5mm。

由于产品的高度限制于从臂部到承载表面的距离，因此在使用切割系统之前使用所谓的平整机可能是有利的，替代性地，如果产品的高度超过这种限制，可以使用传感器系统来中断切割。

在一个实施方式中，刀片超出在承载表面下方。在一个实施方式中，延伸深度可以在1mm至9mm的范围内，优选地在3mm至7mm的范围内，最优选地为约5mm。

在一个实施方式中，承载表面是凹形形状，使得凹形形状大致依循切割刀片的路径。因此，切割装置的尺寸可以最小化，特别是切割刀片的长度。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刀片所安装的位置的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的一半。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刀片所安装的位置的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的3/4。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刀片的内部点的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的一半。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刀片的内部点的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的3/4。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刃侧部的内部点的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的一半。

在一个实施方式中，从臂部的旋转轴线至切割刃侧部的内部点的距离大于从臂部的旋转轴线至切割刀片的梢端部的距离的3/4。

在一个实施方式中，切割装置适于在连续切割之间调节和/或停止/开始臂部和切割刀片的旋转运动。

在一个实施方式中，通过使切割装置的臂部的旋转轴线布置在承载表面上方而将切割装置放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方。

在一个实施方式中，通过使切割装置的臂部的旋转轴线在传送器系统的宽度、例如承载表面的宽度内的选定位置处布置在承载表面上方而将切割装置放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方。

在一个实施方式中，切割装置适于切割具有沿着间隙的宽度的扁平食物，该宽度大于食物的最大高度。在一个实施方式中，沿着间隙的宽度显著地大于食物的最大高度，例如，最大高度与宽度的比小于1:4，最大高度与宽度的比小于1:10等。

根据第二方面，本发明涉及一种使用切割装置将食物切割成较小的食物的方法，其中，切割装置适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方，其中切割装置的切割平面延伸通过该间隙，其中，切割装置适于在由传送器系统传送的食物经过间隙的同时通过切割装置的旋转运动将食物切割成较小的食物，该切割装置包括：

·臂部；

·切割刀片，该切割刀片安装至臂部的一个端部，臂部的相反端部适于安装至用于提供臂部的旋转运动并且因此提供切割刀片的旋转运动的驱动单元，

其中，切割刀片安装至臂部使得：在将食物切割成较小的食物的同时，切割刀片的切割刃侧部与食物以一定角度接合，使得切割刀片在切割期间向食物上并且朝向传送器系统的承载表面施加面向下的力。

根据第三方面，本发明涉及一种切割系统，该切割系统适于将食物切割成较小的食物，该切割系统包括上述切割装置，其中，切割系统还包括：

·成像系统，该成像系统用于提供即将到来的食物的图像数据；以及

·处理器，该处理器用于基于图像数据控制切割装置。总之，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和结合。参照下文描述的实施方式，本发明的这些及其他方面、特征和/或优点将变得显而易见并得以阐明。

在一个实施方式中，切割系统包括角度调节系统，该角度调整系统可操作地连接至刀具装置以用于使刀具装置的角度倾斜，作为示例，使刀具装置相对于竖向成介于10°与60°之间的角度。因此，可以以一定角度切割食物而不是竖向切割，从而使食物的外观得到改善使得食物看起来更自然。以这种方式，较小食物的价值可以增加。

在一个实施方式中，切割系统还包括至少一个另外的切割装置，所述至少一个另外的切割装置相对于切割装置布置在下游以对食物执行至少一个随后的切割。

在一个实施方式中，切割装置的切割平面在传送方向上形成介于30°与120°之间的角度。

这在将食物切割成具有目标重量和/或诸如立方体之类的预定形状的预定部分时是特别有益的。

由于切割装置布置在承载表面、例如包括传送带的传送器设备上方而不是像现有技术切割系统那样布置在侧部处的事实，切割系统变得更加紧凑。另外，由于刀具装置的惯量可以很低，因此切割系统的切割速度和吞吐量可以增大。

附图说明

将参照附图通过仅示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中：

图1示出了根据本发明的切割装置，该切割装置适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙上方，其中切割装置的切割平面延伸通过该间隙；

图2示出了图1中的切割装置的放大视图；

图3示出了图1和图2中的刀具装置，其中，刀具装置的切割位置延伸通过的间隙具有凹形形状；

图4a、图4b、图4c以图示的方式描绘了图1中所示的切割装置的运动；

图5a、图5b、图5c以类似的方式描绘了图3中所示的切割装置的运动；以及

图6a至图6f以图示的方式描绘了切割系统的不同速度曲线的示例，其中，为了简便起见，所有曲线都是以恒定的加速度和恒定的减速度得到的。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的切割装置100，该切割装置100适于放置在延伸跨过传送器系统的承载表面的间隙106上方，其中切割装置的切割平面延伸通过该间隙。切割装置适于在由传送器系统传送的食物104经过间隙106的同时通过切割装置100的如由箭头108指示的旋转运动将食物104切割成较小的食物。

切割装置包括臂部101和切割刀片102。臂部优选地由诸如但不限于碳纤维等之类的轻重量材料制成。

切割刀片102安装至臂部的一个端部，其中，臂部的相反端部适于安装至用于提供臂部的旋转运动108并因此提供切割刀片的旋转运动108的驱动单元。切割刀片安装至臂部使得：在将食物104切割成较小的食物的同时，切割刀片的切割刃侧部103与食物以角度201接合，使得切割刀片在切割期间向食物上并且朝向传送器系统的承载表面施加面向下的力107。

如在此描绘的，刀具装置100的位置被调节成使得刀具装置的刃侧部103的末端部111在切割期间部分地延伸通过间隙，例如延伸通过几毫米。

图2示出了图1中的切割装置的放大视图，其中，切割刃侧部103与承载表面202(或者围绕间隙的承载表面的接触点处的切线)之间的角度201在切割期间是锐角201。在一个实施方式中，该锐角介于10°与60°之间，优选地介于20°与30°之间，最优选地为约25°，如在此所示的。

角度201适应于食物的类型和/或特性和/或承载表面的摩擦系数使得：在切割期间，通过切割装置施加到食物上的水平力不超过食物与承载表面之间的摩擦力。

图3示出了图1和图2中的刀具装置，其中，间隙306具有凹形形状，该凹形形状可以是具有与驱动单元301的枢转点类似的中心点的弧，该驱动单元301驱动切割装置100的旋转运动108。类似于关于图2所讨论的，切割刃侧部103与承载表面302的切线之间的角度201在切割期间是锐角，并且该角度201在食物是无骨鸡腿的情况下可以例如为约25°。

切割刃侧部优选地包括平滑的切割刃，该切割刃可以是大致直的切割刃或弯曲的刃。

图4a、图4b、图4c以图示的方式描绘了图1中所示的切割装置100的运动，其中，承载表面510、511可以是经由例如旁路环孔的单个传送器的表面、或者是两个传送器的表面，其中，第一传送器510的第二端部邻近于第二传送器511的第一端部放置，其中，第一端部与第二端部之间的距离限定了间隙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，切割刀片与先前讨论的承载表面之间的角度使得与水平力fhori相反地指向的摩擦力能够防止食物104的横向滑动。

图5a、图5b、图5c以图示的方式描绘了图3中所示的切割装置100的运动，其中，围绕间隙的承载表面具有凹形形状、例如弧形状，其中，弧具有与驱动单元的枢转点大致相同的中心点。如在此描绘的，刀具装置100的位置被调节成使得刀具装置的刃侧部103的末端部在切割期间部分延伸通过间隙，延伸长度可以在1mm至9mm的范围内，优选地在3mm至7mm的范围内，最优选地为约5mm。通过关于刀片的路径而使传送器的形状最佳化，可以使切割刃103的有效长度最小化。作为示例，在食物是无骨鸡腿的情况下，优选的角度为约25°。参照图1、图2以及这些图中所示的附图标记，适用于以下内容。假定无骨鸡腿的最大厚度h为10mm，从最大厚度的无骨鸡腿至臂部101的距离作为示例为5mm，在此称为间隙距离h‘，并且刀片在承载表面下方超出的深度作为示例为5mm，在此称为深度d，切割刃侧部103的长度x为：

x＝(h+h‘+d)/sin25°＝20mm/sin25°＝47,3mm

因此，需要非常短的切割刀片来执行这种无骨鸡腿的切割，其中，切割装置的主要部分是臂部，如已经论述的，臂部可以由任何类型的轻重量材料制成。

图6a至图6f以图示的方式描绘了切割系统的不同速度曲线的示例。为了简便起见，所有曲线均是以恒定的加速度和恒定的减速度得到的。

在所有曲线上，y轴601表示切割装置的速度，其中，在x轴处速度为零，并且x轴602表示时间。线603的陡度表示加速度，其中，线604的陡度表示减速度。在这些示例中，加速度和减速度具有相同的速率。虚线607表示肉被切割的速度。所有曲线上，该速度是相同的。

在这些示例中，“不带阴影的”截面区域605都表示切割系统的180°的运动，使得组合的两个截面区域相当于一圈。带阴影的截面区域606也相当于一圈。在每个曲线示例中，百分比608示出了与切割装置的恒定速度相关(如参见图6c)的时间。

图6a描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置在两次切割之间停滞。

图6b描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置在第一次切割后停止之后立即加速以用于第二次切割。

图6c描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置在第一次切割与第二次切割之间以恒定速度运行。

图6d描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置减速至恒定速度并且随后在进行第二次切割之前加速。

图6e描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置加速至最大速度并且随后在进行第二次切割之前减速。

图6f描绘了关于包括两次切割的曲线的示例，其中，切割装置加速至恒定速度并且随后在进行第二次切割之前减速。

如参见图6e至6f，可以形成这样的速度曲线：每次切割之间的时间小于通过以恒定速度运行所达到的时间但仍能够在进行切割以后使切割系统180°停止。

明显的是，加速度和减速度可以从最大值降低，并且可以形成其他曲线和切割速度。还明显的是，可以形成其他曲线例如：具有可变加速度和可变减速度的曲线。还明显的是，曲线可以组合以在多次切割的顺序中在切割之间产生不同的时间。

所有图6a至6f示出了这样的情形：切割装置在与肉相对的位置处从零速度开始、加速至切割速度、切割肉、并且再移动进行第二次切割的一圈，并且在此之后切割装置再次停止。

最大加速度/最大减速度和切割速度的计算可以通过以下示例来说明，其中，各个值是从这样的原型得到的：

切割装置能够以半圈加速至切割速度，并且再次停止半圈。

切割装置的惯量为：0.00183kgm²

用于切割系统的驱动马达的转子的惯量为：0.00106kgm²

来自驱动马达的可用扭矩为m：20nm

从切割系统的轴线至凹形的传送器表面的距离：340mm

待切割的产品的最大高度：20mm

系统的总惯量itot:(itot＝icut+imot)0.00183+0.00106＝0.00289kgm²

角加速度wrad：

角加速度wrot：

加速180°的时间，t：

切割速度rps：(t*wrot)0.03*1100.8＝33rps(转/秒)

刀片在产品的底部处的圆周速度：33*0.34*2*π＝71m/s

刀片在产品的顶部处的圆周速度：33*0.32*2*π＝67m/s

如上所述，明显的是，切割装置的惯量是每分钟执行切割次数的重要因素并且因此是吞吐量的重要因素。

如从以上示例可以看出，从0°位置加速至180°位置的时间为30ms。与开始描述的现有技术示例相比，操作速度大于现有技术的操作速度的两倍。另外，与现有技术示例相比，圆周速度显着地增大并且也更加恒定。

当选择用于切割装置的马达时，切割装置的惯量通常是已知的。必须增加用于马达的转子的惯量以得到旋转系统的总惯量。来自马达的可用扭矩与该总惯量的组合限定了切割装置可以加速的速率。

由于扭矩与转子的惯量之间的良好比率，伺服马达通常被选定用于这种类型的应用。

一般来说，具有较高扭矩的马达具有扭矩与转子的惯量之间的较低比率。这是由于转子(在其他一切都相当的情况下)在所有三个维度上都会增长的事实。当转子的长度增大时，惯量成比例地增加，当直径增大时，惯量的增加超过扭矩的增加。

因此，当切割装置的惯量增大时，切割装置的惯量与伺服马达的转子的惯量之间的比率减小。因此，转子本身的惯量将是用于限定最大加速度和切割速率的越来越重要的因素。

因此，当以切割装置的较低惯量开始时，可以达到较高的加速速率。

尽管附图和前述描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这种图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。在实施所申请保护的本发明时，通过对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，可以理解并实现对所公开实施方式的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”(a)和“一个”(an)不排斥复数个。某些措施被在互相不同的从属权利要在中记载的事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。