Durchgehende Blicke
Siegelnahtinspektion mit Hyperspectral Imaging
Die 1902 gegründete Privatkäserei Bergader vertraut bei der Herstellung ihrer Käsespezialitäten neben traditionellem Handwerk auch auf modernste Technik. Bei der Verpackung der Blauschimmelkäsesorte Bergader Edelpilz kommt erstmals ein Hyperspectral Imaging Bildverarbeitungssystem zum Einsatz.
Bild: Stemmer Imaging AG"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 100% sicherstellt, dass jede einzelne Käsepackung den Anforderungen an die Dichtheit entspricht", sagt Markus Leibold. Leibold ist als Gebietsverkaufsleiter von Minebea Intec, Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen und Lieferant des neuen Systems zur Siegelnahtinspektion, für die Betreuung von Bergader zuständig.
Bild: Stemmer Imaging AG
Wichtig ist die korrekte Ausführung einer solchen Siegelnaht vor allem deshalb, weil nur mit einer absolut dichten Verpackung das errechnete Mindesthaltbarkeitsdatum erreicht werden kann. Schon kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel führen. 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 Visionsysteme im sichtbaren Lichtspektrum aus diesem Grund nicht in Frage kamen und letztendlich nur die manuelle Inspektion mit all ihren Nachteilen bleiben würde.
Hyperspectral Imaging als Option
Um die genannten Risiken auszuschalten suchten der bei Bergader für die technische Planung einer neuen Produktionsstraße zuständige Manuel Pichler gemeinsam mit dem Entwicklungsteam von Minebea Intec nach einer geeigneten Technologie. Sie setzten zunächst auf ein Röntgensystem, das in der Anlage bereits zur Erkennung von Fremdkörpern eingeplant war. "Mit dem System konnten wir Fehler an den Siegelnähten jedoch nicht 100% zuverlässig erkennen", so Leibold. Torsten Schmitz, Leiter für Röntgeninspektion bei Minebea Intec, erinnerte sich zu diesem Zeitpunkt an eine von Stemmer Imaging durchgeführte Hyperspectral Imaging Schulung und kontaktierte die Bildverarbeitungsspezialisten zu diesem Thema. "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. 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 Bildverarbeitungssystem auf Basis einer FX17-Hyperspektralkamera von Specim. "Die Ergebnisse waren von Anfang an sehr vielversprechend und bestätigten schnell, dass diese Technologie für diese Anwendung perfekt geeignet ist", so Bergader-Ingenieur Pichler. Die besondere Stärke der Hyperspectral Imaging Systeme (HSI) ist ihre spektrale Auflösung: Mit Hilfe der Transmissionseigenschaften von langwelligem Licht können Verunreinigungen der Siegelnaht durch Käsekrümel oder andere Fremdkörper selbst durch bedruckte Kunstofffolien sicher detektiert werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass das überdeckende Kunststoffmaterial durchlässig für Licht im SWIR-Bereich ist. Die Siegelnahtprüfung bei Bergader stellt daher einen perfekten Anwendungsfall dar: Fehlstellen oder unerwünschte Stoffe werden durch die Siegelfolie hindurch zuverlässig identifiziert.
Bild: Stemmer Imaging AGAusgeklügeltes System
In der finalen Version des Systems ist neben der HSI-Kamera auch der Framegrabber Xtium-CL MX4 von Teledyne Dalsa zur Erfassung der HSI-Bilder im Einsatz. Eine Halogen-Zeilenbeleuchtung stellt die erforderlichen Wellenlängen in ausreichender Helligkeit zur Verfügung und trägt dazu bei, dass die FX17 ihre 12Bit-Graustufen-Spektralbilder in der gewünschten Qualität aufnehmen kann. Das Kamerasystem inklusive der Zeilenbeleuchtung ist durch ein Edelstahlgehäuse geschützt, welches zum Transportband nach unter offen ist. Die auf diese Weise aufgenommenen Spektralbilder werden zunächst an einen Industrie-PC übertragen und dort auf der GPU von der HSI-Software Perception Studio von Perception Park vorverarbeitet. Im Anschluss daran speist der CVB GigE Server, ein Modul der Bildverarbeitungsbibliothek Common Vision Blox, 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 auch an einer anderen Stelle der Anlage zum Einsatz, erläutert Jörg Schmitz: "Hinter der Siegelnahtprüfung ist ein Röntgensystem zur Erkennung von Fremdkörpern jeglicher Art integriert. 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 hat Stemmer Imaging den Entwicklern von Bergader und Minebea Intec eine monochrome Dalsa Linea Zeilenkamera, ein Fujinon-Objektiv mit Midopt-Filtern, eine rote Balkenbeleuchtung und einen Adlink-Framegrabber empfohlen. Aufgrund der rauen Umgebung ist die Kamera in einem Kameraschutzgehäuse installiert, und auch die Beleuchtung ist aufgrund der vorliegenden Bedingungen in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Beide Schutzgehäuse haben eine FDA-Zulassung.
Fazit
Von der Betreuung durch Stemmer Imaging sind Manuel Pichler und Markus Leibold mehr als angetan: "Die Zusammenstellung aller Bildverarbeitungskomponenten für beide Systeme 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 bei Stemmer Imaging sehr effizient unterstützt", so Pichler. Besonders stolz ist Markus Leibold auf die Siegelnahtkontrolle auf Basis der HSI-Technologie: "Dieses bislang einmalige System stellt für unsere Anforderungen die perfekte Lösung dar", freut er sich. "Damit konnten wir die gewünschte Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen pro Minute erreichen und eine nahezu 100% Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern erzielen."
Die 1902 gegründete Privatkäserei Bergader vertraut bei der Herstellung ihrer Käsespezialitäten neben traditionellem Handwerk auch auf modernste Technik. Bei der Verpackung der Blauschimmelkäsesorte Bergader Edelpilz kommt erstmals ein Hyperspectral Imaging Bildverarbeitungssystem zum Einsatz.
Bild: Stemmer Imaging AG"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 100% sicherstellt, dass jede einzelne Käsepackung den Anforderungen an die Dichtheit entspricht", sagt Markus Leibold. Leibold ist als Gebietsverkaufsleiter von Minebea Intec, Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen und Lieferant des neuen Systems zur Siegelnahtinspektion, für die Betreuung von Bergader zuständig.Bild: Stemmer Imaging AG
Wichtig ist die korrekte Ausführung einer solchen Siegelnaht vor allem deshalb, weil nur mit einer absolut dichten Verpackung das errechnete Mindesthaltbarkeitsdatum erreicht werden kann. Schon kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel führen. 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 Visionsysteme im sichtbaren Lichtspektrum aus diesem Grund nicht in Frage kamen und letztendlich nur die manuelle Inspektion mit all ihren Nachteilen bleiben würde.
Hyperspectral Imaging als Option
Um die genannten Risiken auszuschalten suchten der bei Bergader für die technische Planung einer neuen Produktionsstraße zuständige Manuel Pichler gemeinsam mit dem Entwicklungsteam von Minebea Intec nach einer geeigneten Technologie. Sie setzten zunächst auf ein Röntgensystem, das in der Anlage bereits zur Erkennung von Fremdkörpern eingeplant war. "Mit dem System konnten wir Fehler an den Siegelnähten jedoch nicht 100% zuverlässig erkennen", so Leibold. Torsten Schmitz, Leiter für Röntgeninspektion bei Minebea Intec, erinnerte sich zu diesem Zeitpunkt an eine von Stemmer Imaging durchgeführte Hyperspectral Imaging Schulung und kontaktierte die Bildverarbeitungsspezialisten zu diesem Thema. "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. 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 Bildverarbeitungssystem auf Basis einer FX17-Hyperspektralkamera von Specim. "Die Ergebnisse waren von Anfang an sehr vielversprechend und bestätigten schnell, dass diese Technologie für diese Anwendung perfekt geeignet ist", so Bergader-Ingenieur Pichler. Die besondere Stärke der Hyperspectral Imaging Systeme (HSI) ist ihre spektrale Auflösung: Mit Hilfe der Transmissionseigenschaften von langwelligem Licht können Verunreinigungen der Siegelnaht durch Käsekrümel oder andere Fremdkörper selbst durch bedruckte Kunstofffolien sicher detektiert werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass das überdeckende Kunststoffmaterial durchlässig für Licht im SWIR-Bereich ist. Die Siegelnahtprüfung bei Bergader stellt daher einen perfekten Anwendungsfall dar: Fehlstellen oder unerwünschte Stoffe werden durch die Siegelfolie hindurch zuverlässig identifiziert.
Bild: Stemmer Imaging AGAusgeklügeltes System
In der finalen Version des Systems ist neben der HSI-Kamera auch der Framegrabber Xtium-CL MX4 von Teledyne Dalsa zur Erfassung der HSI-Bilder im Einsatz. Eine Halogen-Zeilenbeleuchtung stellt die erforderlichen Wellenlängen in ausreichender Helligkeit zur Verfügung und trägt dazu bei, dass die FX17 ihre 12Bit-Graustufen-Spektralbilder in der gewünschten Qualität aufnehmen kann. Das Kamerasystem inklusive der Zeilenbeleuchtung ist durch ein Edelstahlgehäuse geschützt, welches zum Transportband nach unter offen ist. Die auf diese Weise aufgenommenen Spektralbilder werden zunächst an einen Industrie-PC übertragen und dort auf der GPU von der HSI-Software Perception Studio von Perception Park vorverarbeitet. Im Anschluss daran speist der CVB GigE Server, ein Modul der Bildverarbeitungsbibliothek Common Vision Blox, 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 auch an einer anderen Stelle der Anlage zum Einsatz, erläutert Jörg Schmitz: "Hinter der Siegelnahtprüfung ist ein Röntgensystem zur Erkennung von Fremdkörpern jeglicher Art integriert. 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 hat Stemmer Imaging den Entwicklern von Bergader und Minebea Intec eine monochrome Dalsa Linea Zeilenkamera, ein Fujinon-Objektiv mit Midopt-Filtern, eine rote Balkenbeleuchtung und einen Adlink-Framegrabber empfohlen. Aufgrund der rauen Umgebung ist die Kamera in einem Kameraschutzgehäuse installiert, und auch die Beleuchtung ist aufgrund der vorliegenden Bedingungen in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Beide Schutzgehäuse haben eine FDA-Zulassung.
Fazit
Von der Betreuung durch Stemmer Imaging sind Manuel Pichler und Markus Leibold mehr als angetan: "Die Zusammenstellung aller Bildverarbeitungskomponenten für beide Systeme 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 bei Stemmer Imaging sehr effizient unterstützt", so Pichler. Besonders stolz ist Markus Leibold auf die Siegelnahtkontrolle auf Basis der HSI-Technologie: "Dieses bislang einmalige System stellt für unsere Anforderungen die perfekte Lösung dar", freut er sich. "Damit konnten wir die gewünschte Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen pro Minute erreichen und eine nahezu 100% Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern erzielen."
Stemmer Imaging AG
Dieser Artikel erschien in inVISION 4 2018 - 13.09.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
