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Industrielle Bildverarbeitung in der Lebensmittelindustrie

Mit hyperspektraler Bildverarbeitung neue Wettbewerbsvorteile bei der Qualitätsprüfung von Lebensmitteln und der Kontrolle von Verpackungen erschließen

In fast keiner anderen Branche ist das Thema Qualitätskontrolle sensibler zu behandeln als in der Lebensmittelindustrie. Produkte müssen fehlerfrei und vollständig beim Kunden ankommen, wichtige Daten, wie das MHD (Mindesthaltbarkeitsdatum), richtig aufgedruckt sein. Beschädigungen der Verpackungen sind in jedem Fall zu vermeiden, da sonst Produktqualität und -haltbarkeit beeinträchtigt werden. Fremdkörper dürfen sich unter keinen Umständen im Produkt wiederfinden.

Oft wird die Qualitätsprüfung von Lebensmitteln und Verpackungen noch stichprobenweise durch manuelle Sichtkontrollen durchgeführt und fehlerhafte Produkte werden per Hand aussortiert. Durch diese monotone Tätigkeit leidet die Konzentration der prüfenden Mitarbeiter, sodass Produktionsfehler übersehen werden und Produkte in den Handel gelangen, die eigentlich aussortiert werden sollten. Hinzu kommen Fehler, die vom menschlichen Auge gar nicht erst wahrgenommen werden können, wie z. B. Lufteinschlüsse in den Siegelnähten der Verpackung.

Ein Weg, um die Kontrolle von Lebensmitteln und ihren Verpackungen sicher und effizienter zu gestalten, ist die Automatisierung des Prüfprozesses mit industrieller Kameratechnik.

Mithilfe von 2D- oder 3D-Kameras und aufgabenspezifischer Bildverarbeitungssoftware werden die Produkte während des Produktionsprozesses automatisch analysiert.

Die Kamerasysteme erkennen und verarbeiten Parameter, wie:

Solche Kamerasysteme kontrollieren 100 % der Produkte im Prozess und schleusen als fehlerhaft erkannte Lebensmittel oder Verpackungen automatisch aus. Die Schnelligkeit und Genauigkeit, die diese Messsysteme mit sich bringen, beschleunigen die Produktion und erhöhen die Sicherheit der Qualitätskontrolle.

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Abb. 1: Die Hyperspektralanalyse erweitert den Einsatzbereich der Bildverarbeitung über die häufig verwendeten Grauwert- und Farbkameras hinaus. Hyperspektralkameras können mehrere hundert Wellenlängen aufnehmen, sodass ein großer Bereich des Farbspektrums, vom ultravioletten bis zum Infrarotbereich, abgedeckt wird. So können Materialien anhand ihrer chemischen Zusammensetzung eindeutig erkannt und klassifiziert werden.


Abb. 2: Kunststoff in Zucker – Echtfarbenbild von Zucker und zwei verschiedenen Plastiken (links vermischt, rechts separat)


Abb. 3: Kunststoff in Zucker – Screenshot aus der hyperspektralen Analysesoftware: Klare Unterscheidung zwischen verschiedenen Plastiken und Zucker nach Benutzung eines Klassifikators (rechts)


Abb. 4: Einschlüsse von Lebensmittelresten in der Siegelnaht einer Käseverpackung

Erweiterter Anwendungsbereich durch Hyperspektralanalyse

Hyperspektrale Bildverarbeitungssysteme erweitern die Leistungsfähigkeit der automatisierten Kontrolle nochmal deutlich. Die Flächendarstellung des Prüfobjektes wird um eine spektrale Information erweitert:

 

Üblicherweise nicht sichtbare Eigenschaften der Produkte werden sichtbar gemacht, wie zum Beispiel die Zusammensetzung von Fett und Wasser in einem Stück Fleisch. Kunststoffe werden eindeutig von organischen Materialien unterschieden und damit z. B. Fremdkörper zielsicher im Produktionsprozess identifiziert.

Auch die Kontrolle von Schüttgut wie Salz und Zucker ist mit Hyperspektralkameras deutlich zu erweitern. Kleinste Verunreinigungen, auch solche, die sich farblich nicht vom Produkt unterscheiden, werden im Produktionsprozess erkannt – vorausgesetzt, sie weisen eine spezifische Absorptionssignatur im betrachteten Wellenlängenbereich auf, sei es im UV-, sichtbaren oder im Infrarotbereich.

Überprüfung von Siegelnähten

Insbesondere bei luftdicht verpackten Lebensmitteln führen fehlerhafte Verpackungen zu einer schnellen Verderblichkeit des Produktes. Gerade bei bedruckter Folie war es bisher nicht möglich, Einschlüsse von Luft oder Lebensmittelresten in der Siegelnaht zu erkennen.

Hyperspektralsysteme überprüfen Siegelnähte selbst durch bedruckte Folie hindurch. So wird vermieden, dass fehlerhafte Produkte in den Handel gelangen. Sie werden noch im Produktions- bzw. Verpackungsprozess erkannt und ausgeschleust. Der Kunde erhält also zu 100 % geprüfte und für gut befundene Produkte.

Qualitätsvorteil durch automatisierte und berührungslose Prüfsysteme

Kamerasysteme lassen sich direkt in den Produktionsprozess integrieren und stellen somit möglichst früh in der Wertschöpfungskette eine reibungslose Produktion sicher. Statt manueller Sichtkontrollen ermöglicht der Einsatz eines Kamerasystems eine 100%ige Qualitätskontrolle.

Die Systeme sind nahezu wartungsfrei, haben eine geringe Störanfälligkeit und eine Verfügbarkeit von 24 Stunden an 7 Tagen in der Woche. Sobald hohe Qualität ein zentraler Erfolgsfaktor eines Unternehmens ist, trägt moderne Kameratechnik wesentlich zum Erfolg bei.

Einsetzbarkeit in Hygienebereichen

Mithilfe von speziellen Gehäusen und Systemkomponenten werden Kameraprüfsysteme auch in hygienisch anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, wie sie in der Lebensmittelindustrie oft vorherrschen. Einflüssen wie Spritzwasser und extremen Temperaturen wirkt die passende Technik entgegen, sodass eine Qualitätsprüfung gerade auch in Bereichen stattfinden kann, in denen sich üblicherweise kein Personal aufhalten sollte. Dies trifft auch für Aufgaben zur Prozessüberwachung zu, wenn z. B. im Sinne einer vorausschauenden Wartung, Fehlermeldungen aufgrund sich ändernder Prozessparameter ausgegeben werden sollen.


Zusammenfassend werden mit Kameratechnik, und mit der hyperspektralen Bildverarbeitung im Besonderen, Produkteigenschaften

• automatisch,
• zerstörungsfrei
• und zu 100 % kontrolliert.

Der richtige Einsatz dieser technischen Innovationen garantiert einen deutlichen Mehrwert gegenüber konventioneller Sichtprüfung.

Die Zukunft der Qualitätssicherung

Der Einsatz eines Kamerasystems ermöglicht parallel zur Qualitätsprüfung die automatische Erfassung von Produkt- und Prozessdaten. Diese dienen primär der 100%igen Qualitätskontrolle in Echtzeit sowie der Überwachung des Herstellungsprozesses, um im besten Falle Störungen gänzlich zu vermeiden.

Mit den gesammelten Daten können darüber hinaus weitere wirtschaftliche Potentiale erschlossen werden, sofern diese entsprechend genutzt werden.

Die Verknüpfung der gesammelten Daten mit weiteren Faktoren ermöglicht gezielte Analysen, z. B.:


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Bildquellen: PSI Technics, Inodo, Optikon, AdobeStock, Fotolia, Perception Park, Kai Myller

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