Warum ist die korrekte Versiegelung von Lebensmittelverpackungen so wichtig? Weil die Waren nur in einer dichten Verpackung geschützt und haltbar sind. Schon kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen der Siegelnaht können zu undichten Verpackungen führen. Die Folge: Die Produkte verderben zu früh und können nicht mehr zum Verkauf angeboten werden. Darüber hinaus kann es auch zu Rückrufaktionen kommen.
Für den Ingenieur Manuel Pichler, der bei der Käserei Bergader für die technische Planung einer neuen Produktionsstraße verantwortlich ist, gestaltete sich die Siegelnahtinspektion herausfordernd: Die Marketingabteilung gab vor, dass die Verpackungen auf der Oberseite vollständig bedruckt werden sollten. Aus diesem Grund war dem Technikverantwortlichen schnell klar, dass konventionelle optische Kontrollsysteme, die im sichtbaren Lichtspektrum arbeiten, für eine sichere Prüfung nicht infrage kommen. Also begab er sich auf die Suche nach einer vollautomatischen Inspektionslösung, die die komplexen Anforderungen erfüllen konnte. Unterstützt hat ihn dabei ein Expertenteam von Minebea Intec.
Zunächst fiel für sie die Wahl auf ein Röntgensystem, das in der Anlage bereits zur Erkennung von Fremdkörpern eingeplant war. Doch dieser Idee folgte schnell Ernüchterung: Fehler an den Siegelnähten ließen sich mit dem System nicht zu 100 % zuverlässig erkennen. Also setzten sie ihre Suche fort und stießen schließlich auf eine Technologie von Stemmer Imaging: die Hyperspektralanalyse.
Vielversprechende Tests
Bereits kurze Zeit später erfolgten erste Tests Vor Ort mit einem Bildverarbeitungssystem auf Basis einer FX17-Hyperspektralkamera des finnischen Herstellers Specim, die über Stemmer Imaging vertrieben werden. „Die Ergebnisse waren von Anfang an sehr vielversprechend und bestätigten schnell, dass diese Technologie für unsere Anwendung sehr gut geeignet ist“, so Pichler.
Die besondere Stärke der Hyperspektralsysteme – kurz HSI für Hyperspectral Imaging – ist ihre spektrale Auflösung: Mithilfe 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 kurzwelligen Infrarotlichtbereich, genannt SWIR, ist. Fehlstellen oder unerwünschte Stoffe lassen sich so zuverlässig durch die Siegelfolie hindurch identifizieren.
Ausgeklügeltes System
In der finalen Version des Systems ist neben der Hyperspektralkamera Specim FX17 der digitale Frame Grabber Dalsa 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 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, das 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 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. „Mit dem hyperspektralen Bildverarbeitungssystem erreichen wir unsere gewünschte Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen pro Minute. Wir erzielen dabei eine nahezu 100%ige Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern“, freut sich Pichler.
Noch mehr Bildverarbeitung
Im Anschluss an die Siegelnahtprüfung ist in der Gesamtanlage noch ein Röntgensystem integriert. Es dient dazu, Fremdkörper aller Art zu erkennen. Direkt darauf folgt ein weiteres Bildverarbeitungssystem, das in Verbindung mit der Auswertesoftware Sherlock die auf die Käsepackungen aufgebrachten Etiketten prüft: Es erkennt 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 und einen Adlink-Frame-Grabber empfohlen. Aufgrund der rauen Umgebung ist die Kamera dabei in einem Kameraschutzgehäuse installiert und auch die Beleuchtung ist aufgrund der vorliegenden Bedingungen in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Beide Schutzgehäuse haben die in der Lebensmittelindustrie wichtige FDA-Zulassung.
Mit der Betreuung durch Stemmer Imaging während der gesamten Projektlaufzeit war Pichler sehr zufrieden: „Die Zusammenstellung aller Bildverarbeitungskomponenten für beide Systeme in unserer Anlage war im ersten Vorschlag gut und erfüllte die Anforderungen. Auch bei der weiteren Planung der Systeme standen wir in engem Kontakt und wurden zudem von der Support-Abteilung des Unternehmens hilfreich unterstützt.“
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Autor: Peter Stiefenhöfer
Gründer und Inhaber,
PS Marcom Services
