Wärmebildkameras in der Qualitätssicherung

In der Nahrungsmittelindustrie ist es entscheidend, die Temperatur verderblicher Güter während Produktion, Transport, Lagerung und Verkauf sorgfältig zu überwachen. Immer wieder wird vor Erkrankungen aufgrund verdorbener und nicht vorschriftsmäßig gegarter Nahrungsmittel gewarnt. Das unterstreicht die Bedeutung einer engmaschigeren Prozessüberwachung. Da in diesem Bereich fast immer Menschen kontrollieren, brauchen nahrungsmittelverarbeitende Betriebe Werkzeuge, die entscheidende Vorgänge so automatisieren, dass menschliches Versagen reduziert wird und gleichzeitig die Kosten niedrig bleiben. Wärmebildkameras sind so ein Werkzeug. Mit Flir-Wärmebildkameras von Topa lassen sich automatisierte, berührungsfreie Temperaturmessungen in vielen Anwendungen der Nahrungsmittelverarbeitung durchführen. Die Daten analoger Videoausgänge können auf Videomonitoren betrachtet werden, und digitale Temperaturdaten, einschließlich MPEG4-Videodaten, lassen sich via Ethernet an einen Computer übertragen. Wie sieht die Realisierung aus? Die wichtigsten Komponenten für berührungsfreie Temperaturmessungen in der Nahrungsmittelindustrie sind eine Wärmebildkamera und die entsprechende Software. Die Kamera arbeitet als \’intelligenter\‘, berührungsfreier Sensor zur Durchführung von Null-Fehler-Kontrollen. Sie misst die Temperatur der Betriebsmittel, der gekühlten Produkte und der gekochten Nahrungsmittel, wenn sie den Garungsprozess verlassen. Die Flir A310 ist eine festmontierte Wärmebildkamera. Sie kann für alle Arten von Überwachungsanwendungen in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden. Mit einer Infrarot-Temperaturmessung und einem Wärmebild werden nicht vollständig gekochte Hähnchenteile erkannt und die Produktionslinie angehalten, sodass nicht durchgegarte Teile entfernt werden können. Das Wärmebild zeigt Flaschen, die automatisch befüllt werden; über- oder unterfüllte Flaschen können hier ausgeleitet werden (Bild 4). Wenn eine Flasche oder ein Behälter aus dunkel eingefärbtem Glas oder Kunststoff besteht, sind Wärmebildkameras wesentlich effektiver als Tageslichtkameras. Überprüfung des Durchbratgrades von Hamburgern Wärmebildkameras sind einfach zu bedienen, klein und können fast überall dort angebracht werden, wo sie gebraucht werden. Sie lassen sich auch zur Prüfung der Versiegelung von Verpackungen einsetzen und verbessern die Effizienz in anderen Abläufen der Nahrungsmittelverarbeitung. Flir-Wärmebildkameras von Topa besitzen Firmware- und Kommunikationsschnittstellen, die ihren Einsatz in der automatisierten Prozessüberwachung ermöglichen. Mithilfe von Dritthersteller-Software lassen sich diese Werkzeuge in automatisierte Systeme für maschinelles Sehen integrieren, ohne dass umfangreicher, anwendungsspezifischer Steuercode geschrieben werden muss. Immer mehr Wärmebildkameras werden in der Nahrungsmittelverarbeitung für Anwendungen in folgenden Bereichen eingesetzt: – Backofenprodukte – Mikrowellen-Fleischgerichte – Trocknen von halbfertig gekochtem Reis und anderen Getreidearten – Untersuchung von Öfen auf Einhaltung der korrekten Temperatur – Korrektes Befüllen der Fächer von Tiefkühlkostschalen – Prüfen der Unversehrtheit von Zellophan-Abdeckungen über Mikrowellengerichten – Untersuchung der Klebung der Laschen von Umverpackungen – Überwachung von Kühl- und Tiefgefrierfächern Thermografie für Qualitätssicherung und Produktsicherheit Die Wärmebildtechnik ist in erster Linie ein Qualitätssicherungstool (QA). Die Überwachung der Qualität und Sicherheit gekochter Fleischprodukte ist ein typischer Fall für den Einsatz dieser Technologie. Eine festmontierte Wärmebildkamera kann die Temperatur z.B. von Hähnchenteilen aufzeichnen, wenn sie aus einem Durchlaufofen herauskommen. Das Ziel ist dabei sicherzustellen, dass sie ausreichend gegart, aber nicht verkocht und ausgetrocknet sind. Ein zu geringer Feuchtigkeitsgehalt bedeutet ebenfalls eine Ertragseinbuße, da das Produkt weniger wiegt. Wärmebildkameras können auch für die Untersuchung von Mikrowellenlinien zum Vorkochen von Gerichten eingesetzt werden. Neben der Verbesserung von Produktqualität und -sicherheit ist es damit möglich, den Gesamtdurchsatz zu steigern. Ein zusätzlicher Vorteil sind reduzierte Energiekosten. Überwachung von Betriebsmitteln: Beispiel Ofentemperatur Zusätzlich zur Überprüfung gekochter Nahrungsmittel lassen sich mit Wärmebildkameras auch Durchlauföfen überwachen. Sie können sogar Teil einer Istwerterfassung für die Überwachung der Ofentemperatur sein. Ein weiterer Einsatz von Wärmebildkameras für Durchlauföfen ist die Überwachung einer einheitlichen Temperaturverteilung über die gesamte Breite des Förderbandes im Ofen. Wenn ein Heizelement in einem elektrischen Ofen ausfällt oder ungleichmäßige Hitze in einem Umluftofen vorhanden ist, kann eine Seite des Produktstroms kälter sein. Mit Wärmebildkameras lässt sich das feststellen. Qualitätskontrollen dieser Art sind mit konventionellen Kontakt-Temperatursensoren deutlich schwieriger auszuführen. Folglich helfen Wärmebildkameras, Schwankungen zu korrigieren und die Qualität zu verbessern, bevor ein Produkt zu Ausschuss wird. Untersuchung von Verpackungen auf korrekte Füllung Mithilfe von Software können Wärmebildkameras Objekte und Muster in Bildern lokalisieren. Eine Anwendung für die Mustererkennung ist die Produktion von Tiefkühlkost. Beim maschinellen Sehen mit Wärmebildtechnik überprüft eine Mustererkennungssoftware, ob die Fächer von Nahrungsmittelschalen korrekt gefüllt sind. Eine damit zusammenhängende Anwendung ist die automatisierte Null-Fehler-Kontrolle der warmverschweißten Zellophanabdeckung über Mikrowellen-Fertiggerichten. Eine Wärmebildkamera erkennt die abgestrahlte Wärme am Rand des Behälters, an dem die Zellophandichtung erzeugt wird. Die Temperatur entlang des gesamten Umfangs der Verpackung kann durch die Verarbeitung des Wärmebilds in der Software für maschinelles Sehen überprüft werden. Diese Programme vergleichen das geometrische Muster im Bild und seine Temperaturen mit den Temperaturen in einem vom Computer gespeicherten Muster. Eine zusätzliche Funktion in einem derartigen System könnte die Laser-Kennzeichnung fehlerhaft versiegelter Verpackungen sein, damit sie bei der Endkontrolle aussortiert werden können. Konstante Qualität gefordert Auch in der Nahrungsmittelindustrie sind Produktionsingenieure und -techniker mit der Forderung nach höherem Produktausstoß und einer konstanten Qualität bei niedrigeren Kosten konfrontiert. Die Wärmebildkameras der Flir A-Serie sind ein Tool für maschinelles Sehen mit Infrarottechnik, Prozesssteuerung im geschlossenen Regelkreis und Qualitätssicherung mit bildgebenden Verfahren. Sie unterstützen die Anwender dabei, die Produktqualität und den Ausstoß sicherzustellen und zu steigern, und bieten somit einen Wettbewerbsvorteil und höhere Rentabilität. Die Flir A310 ist eine festmontierte Wärmebildkamera. Sie kann für alle Arten von Überwachungsanwendungen in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden. Zu den wichtigsten Merkmalen der A310 zählen: – Integrierte umfassende Analysefunktionen – Integrierte Alarmfunktionen – Kompatibilität mit Ethernet/IP und Modbus TCP – Einfache Weiterleitung von Analysen und Alarmergebnissen an speicherprogrammierbare Steuerungen. – Spannungsversorgung über Ethernet (PoE, Power over Ethernet) – Digitale Eingänge / Ausgänge – Integrierte 100 MB Ethernet-Verbindung Ein Faktor, der die Produktqualität indirekt beeinflusst, ist die Unversehrtheit von Kartons und Umverpackungen, die Lebensmittelbehälter schützen. Eine der kostengünstigsten Arten der Versiegelung von Umverpackungen ist der Einsatz von Heißklebepunkten auf den Kartonlaschen. In der Vergangenheit wurde die Unversehrtheit der Punktklebung durch regelmäßiges zerstörendes Prüfen einiger aus der Produktion entnommener Muster überwacht. Dieses Verfahren war zeitintensiv und teuer. Da der Kleber erhitzt wird, kann eine Wärmebildkamera durch den Karton \’sehen\‘, um das Muster und die Größe der angebrachten Klebepunkte zu überprüfen. Die Kamera lässt sich so einstellen, dass sie festgelegte Bereiche der Laschen untersucht, an denen sich Kleber befinden sollte, und die Punktgrößen sowie ihre Temperaturen überprüft. Die dabei erfassten digitalen Daten werden für eine Zuordnung in Gut- oder Schlechtprodukte für jede einzelne Verpackung verwendet. Fehlerhafte Verpackungen können daher unmittelbar an der Produktionslinie ausgeleitet werden. Die Daten werden automatisch im QA-System für eine Trendanalyse gespeichert. Wenn zu viele Kartons als Schlechtprodukte auffallen, generiert das System eine Warnung. Eine weitere Anwendung für Wärmebildkameras ist die Überwachung der Befüllung von Behältern. Obwohl dies nur in seltenen Fällen Auswirkungen auf die Produktsicherheit hat, wirkt es sich doch auf den Gewinn und die Einhaltung geltender Vorschriften aus. Unterschiedliche Bereiche auf der Flasche können definiert und zur Alarmauslösung für das Ausleiten von Flaschen verwendet werden, die über- oder unterfüllt sind. Wärmebildkameras sind insbesondere dann eine gute Alternative zu Tageslichtkameras, wenn eine Flasche oder ein Behälter aus dunkel eingefärbtem Glas oder Kunststoff besteht. Automatisierung von Messungen mithilfe von Wärmebildkameras Die zur Zeit aktuelle Software für Wärmebildkameras besitzt eine Vielzahl von Funktionen, die automatisierte Anwendungen zur Nahrungsmittelverarbeitung unterstützen. Diese Software ergänzt die in den Wärmebildkameras gespeicherte Firmware und arbeitet mit ihr zusammen. Die Tools und Libraries für die Bildverarbeitung in diesen Softwarepaketen sind hardware- und sprachunabhängig. Dadurch können Nahrungsmitteltechniker Wärmebildüberwachung und Steuersysteme in kürzester Zeit integrieren. Die Kamera lässt sich so einstellen, dass sie festgelegte Bereiche der Laschen untersucht, an denen sich Kleber befinden sollte, und die Punktgrößen sowie ihre Temperaturen überprüft. Die Daten werden automatisch im QA-System für eine Trendanalyse gespeichert. Wenn zu viele Kartons als Schlechtprodukte auffallen, generiert das System eine Warnung. Die Wärmebildkameras selbst bieten dem Anwender unterschiedliche Betriebsmodi, die korrekte Temperaturmessungen bei verschiedensten Bedingungen unterstützen. Zwei häufig in diese Kameras integrierte Funktionen sind Messpunkte und Bereichsmessungen. Messpunkte ermitteln die Temperatur an einem bestimmten Punkt. Die Bereichsfunktion isoliert einen ausgewählten Bereich eines Objekts oder einer Szene und liefert normalerweise Maximal-, Minimal- und Mittelwerte innerhalb dieses Bereichs. Der Temperaturmessbereich wird normalerweise vom Anwender festgelegt. Neben der Auswahl des Temperaturbereichs kann der Anwender bei den meisten Kameras eine Farb- oder Graustufenskala zur Optimierung des aufgenommenen Bildes einstellen. Bei Anwendungen mit Bandöfen wird die Bereichsfunktion in der Regel eingesetzt, da sich die Teile des gebackenen Produktes häufig nicht an definierten Stellen auf dem Förderband befinden. Die Kamera kann so programmiert werden, dass sie die Minimal- und Maximaltemperaturen innerhalb des festgelegten Bereichs erkennt und misst. Fällt eine dieser Solltemperaturen aus den kundenseitig festgelegten Grenzwerten heraus, löst ein Anwendungsprogramm, das auf einem PC oder einer SPS läuft, sofort einen Alarm aus, der den Bediener veranlasst, das Wärmebild auf einem Videomonitor oder einem PC zu überprüfen, um das Schlechtprodukt zu finden, zu entfernen und/oder die Backtemperatur korrekt einzustellen. Bei einer lokalen Überwachung können die digitalen Ein-/Ausgänge einer Wärmebildkamera verwendet werden, um direkt ein Alarmgerät ohne zusätzliche Software anzusteuern. In der Nahrungsmittelverarbeitung werden jedoch häufig übergeordnete Analysen eingesetzt, die in Dritthersteller-PC-Software integriert sind. Bei diesen kommerziellen Lösungen ist das Schreiben von Quellcode nicht erforderlich. Durch den Einsatz häufig verwendeter Schnittstellenstandards für maschinelles Sehen wie GigE Vision und GenICam unterstützt diese Software eine große Bandbreite an Funktionen. Ein vereinfachtes Blockdiagramm der Überwachung von Förderbändern wird hier dargestellt. Eine Wärmebildkamera eignet sich für viele Anwendungen; sie kann mit einer Tageslichtkamera kombiniert werden, um andere Eigenschaften der Zielobjekte aufzuzeichnen wie etwa die Farbe. – Computer oder PLC – Cat-6 Ethernet-Kabel mit RJ45-Steckern – Industrielle Ethernet-Verteiler mit Glasfaseranschlüssen- Glasfaserkabel – Flir A310 – Zu überwachender Nahrungsmittelprozess, z.B. Artikel auf einem Förderband Dies spiegelt ein typisches Gut/Schlecht-Inspektionssystem unter Verwendung von Wärmebildkameras wider oder die Prozessüberwachung einer Produktionslinie. Flir-Infrarotkameras sind erhältlich bei der Topa GmbH.