Hyperspektral-Bildverarbeitungssystem von Stemmer Imaging

Vollautomatisierte Lösung für die Siegelnahtinspektion

Hyperspektral-Bildverarbeitungssystem von Stemmer Imaging

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Die 1902 gegründete Privatkäserei Bergader vertraut bei der Herstellung ihrer Käsespezialitäten neben traditionellem Handwerk auch auf moderne Technik. Dementsprechend wird nun ein Hyperspektral-Bildverarbeitungssystem bei der Prüfung der Verpackung der Blauschimmelkäsesorte Bergader Edelpilz eingesetzt.

Peter Stiefenhöfer, Inhaber PS Marcom Services, Olching

Inhaltsverzeichnis

1. Hyperspektral-Technologie als Option

2. Ausgeklügeltes System

3. Perfekte Beratung

 

Markus Leibold ist Gebietsverkaufsleiter bei Minebea Intec und sagt: „Meines Wissens gibt es weltweit noch keine andere Anlage zur Lebensmittelproduktion, bei der ein hyperspektrales Bildverarbeitungssystem die Kontrolle der Siegelnaht an der Verpackung übernimmt und damit zu 100 Prozent sicherstellt, dass jede einzelne Käsepackung den Anforderungen an die Dichtheit entspricht.“ Minebea Intec ist ein führender Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen sowie Lieferant eines neuen Systems zur Siegelnahtinspektion bei Bergader. Markus Leibold, der für die Betreuung des Käseproduzenten zuständig ist, und das Entwicklungsteam des Herstellers aus Aachen waren von Anfang an dabei, als über eine vollautomatisierte Lösung für die Inspektion von Siegelnähten am Bergader-Firmensitz im bayerischen Waging am See nachgedacht wurde.

Wichtig ist die korrekte Ausführung einer solchen Siegelnaht vor allem deshalb, weil nur mit einer absolut dichten Verpackung das errechnete Mindesthaltbarkeitsdatum der Lebensmittel erreicht werden kann. Schon kleine Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel führen. Unverkäufliche Produkte oder gar Rückrufaktionen könnten mögliche Folgen sein. Erschwert wurde die Siegelnahtinspektion durch eine Vorgabe aus dem Marketing von Bergader: Die Verpackungen sollten im besten Fall auf der Oberseite vollständig bedruckt sein. Schnell wurde klar, dass konventionelle Vision-Systeme im sichtbaren Lichtspektrum aus diesem Grund nicht in Frage kamen und letztendlich eventuell nur die manuelle Inspektion mit all ihren Nachteilen bleiben würde.

Hyperspektral-Technologie als Option

Um die genannten Risiken auszuschalten, suchte der bei Bergader für die technische Planung einer neuen Produktionsstraße zuständige Manuel Pichler gemeinsam mit Markus Leibold und dem Entwicklungsteam nach einer geeigneten Technologie. Sie setzten dabei zunächst auf ein Röntgensystem, das in dieser Anlage bereits zur Erkennung von Fremdkörpern jeglicher Art eingeplant war. „Mit diesem System konnten wir Fehler an den Siegelnähten jedoch nicht absolut zuverlässig erkennen“, erläutert Leibold. Torsten Schmitz, Leiter für Röntgeninspektion bei Minebea Intec, erinnerte sich zu diesem Zeitpunkt an eine von Stemmer Imaging durchgeführte Schulung zur Hyperspektralanalyse und kontaktierte die Bildverarbeitungsspezialisten deshalb zu diesem Thema nochmals. „In einem Gespräch über die vorliegenden Anforderungen der neuen Anlage bei Bergader schlug mir Jörg Schmitz, Vertriebsspezialist für die Lebensmittelbranche bei Stemmer Imaging, dann vor, die Siegelnahtprüfung mit dieser Technologie vor Ort zu testen“, beschreibt Leibold den nächsten Schritt zur erfolgreichen Lösung. Das Aachener Entwicklungsteam konzipierte daraufhin gemeinsam mit Stemmer Imaging die erste Anlage zur Siegelnahtprüfung auf Basis der Hyperspektralanalyse.

Bereits kurze Zeit später erfolgten Vorort-Tests mit einem Bildverarbeitungsystem auf Basis einer FX17-Hyperspektralkamera des finnischen Herstellers Specim, die über den Anbieter von Bildverarbeitungstechnologie vertrieben werden. „Die Ergebnisse waren von Anfang an sehr vielversprechend und bestätigten schnell, dass diese Technologie für diese Anwendung perfekt geeignet ist“, erklärt Bergader-Ingenieur Pichler. Die besondere Stärke dieser Hyperspektralsysteme – kurz HSI für Hyperspectral Imaging – ist ihre spektrale Auflösung: Mit Hilfe der Transmissionseigenschaften von langwelligem Licht können Verunreinigungen der Siegelnaht durch Käsekrümel oder andere Fremdkörper selbst durch bedruckte Kunststofffolien sicher detektiert werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass das überdeckende Kunststoffmaterial durchlässig für Licht im SWIR-Bereich ist. Fehlstellen oder unerwünschte Stoffe werden somit bei den Käsepackungen durch die Siegelfolie hindurch zuverlässig identifiziert.

Ausgeklügeltes System

In der finalen Version des Systems wird neben der Hyperspektralkamera Specim FX17 auch der digitale Framegrabber Dalsa Xtium-CL MX4 von Teledyne Dalsa zur Erfassung der HSI-Bilder eingesetzt. Eine Halogen-Zeilenbeleuchtung stellt zudem die erforderlichen Wellenlängen in ausreichender Helligkeit zur Verfügung und trägt so dazu bei, dass die Specim FX17 ihre 12-Bit-Graustufen-Spektralbilder in der gewünschten Qualität aufnehmen kann. Das Kamerasystem inklusive der Zeilenbeleuchtung ist durch ein Edelstahlgehäuse geschützt, welches zum Transportband nach unten offen ist.

Die auf diese Weise aufgenommenen Spektralbilder werden zunächst an den eingesetzten Industrie-PC übertragen und dort auf der GPU von der Hyperspektralsoftware Perception Studio von Perception Park vorverarbeitet. Im Anschluss daran speist der CVB GigE Server, ein Modul der Bildverarbeitungsbibliothek Common Vision Blox (CVB) von Stemmer Imaging, die vorverarbeiteten Daten in die Auswertesoftware Sherlock von Teledyne Dalsa ein, wo die weitere Auswertung erfolgt. Das Vision-System ist modular aufgebaut, da Sherlock Kamerabilder asynchron einziehen und CPUs mit mehreren Kernen nutzen kann. Sherlock kommt außerdem noch an einer anderen Stelle der Gesamtanlage zum Einsatz, erläutert Jörg Schmitz: „Hinter der Siegelnahtprüfung ist ein Röntgensystem zur Erkennung von Fremdkörpern jeglicher Art integriert, und direkt darauf folgt ein weiteres Bildverarbeitungssystem, mit dem zuvor aufgebrachte Etiketten auf jeder Käsepackung gelesen werden. Sherlock erkennt dort das aufgedruckte Mindesthaltbarkeitsdatum sowie eine in das Etikett integrierte Kennung.“

Zur Erfassung der Bilder in diesem Anlagenteil hat Stemmer Imaging den Entwicklern von Bergader und Minebea Intec eine kompakte, monochrome Dalsa-Linea-Zeilenkamera mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle, einem Fujinon-Objektiv mit Midopt-Filtern, eine rote Balkenbeleuchtung sowie einen Adlink-Framegrabber empfohlen. Aufgrund der rauen Umgebung ist dabei sowohl die Kamera als auch die Beleuchtung jeweils in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Beide Schutzgehäuse haben die in der Lebensmittelindustrie wichtige FDA-Zulassung.

Perfekte Beratung

Von der Betreuung durch Stemmer Imaging sind Manuel Pichler und Markus Leibold mehr als angetan: „Die Zusammenstellung aller Bildverarbeitungskomponenten für beide Systeme in dieser Anlage war schon im ersten Vorschlag perfekt und erfüllte unsere Anforderungen sofort. Auch bei der weiteren Planung der Systeme standen wir in engem Kontakt und wurden zudem von der Support-Abteilung sehr effizient unterstützt“, erklärt Pichler. Besonders stolz ist Markus Leibold auf die Siegelnahtkontrolle auf Basis der Hyperspektral-Technologie: „Dieses bislang einmalige System stellt für unsere Anforderungen die perfekte Lösung dar. Damit konnten wir die gewünschte Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen pro Minute erreichen und eine nahezu 100-prozentige Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern erzielen.“ Dem Genuss des auf dieser Anlage verpackten Bergader-Blauschimmelkäses steht somit nichts mehr im Wege. ik

www.stemmer-imaging.de

www.minebea-intec.com

Weitere Informationen zu Bildverarbeitungslösungen von Stemmer Imaging in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie:

hier.pro/z9B6U

Messe Vision 2018: Halle 1, Stand 1E52

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