Die spektrale Welle

Inspektionssysteme - Keine Käsekrümel, keine Fremdkörper dürfen in die Siegelnaht der Verpackung gelangen. Sonst ist diese nicht mehr dicht und der Käse kann verderben. Aber wie soll ein Bildverarbeitungssystem bei vollständig bedruckter Folie die sichere Prüfung schaffen?

25. März 2019
Die spektrale Welle
Bei Bergader werden die im vorangegangenen Prozess geschnittenen Käseportionen in die Unterschalen der Verpackung eingelegt und danach mit einer Folie von oben versiegelt. (Bild: Stemmer Imaging)

Die 1902 gegründete Privatkäserei Bergader vertraut bei der Herstellung ihrer Käsespezialitäten neben traditionellem Handwerk auch auf modernste Technik. So kommt bei der Verpackung der Blauschimmelkäsesorte Bergader Edelpilz erstmals ein Hyperspektral-Bildverarbeitungssystem zum Einsatz.

»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-prozentig sicherstellt, dass jede einzelne Käsepackung den Anforderungen an die Dichtheit entspricht«, sagt Markus Leibold. Er ist als Gebietsverkaufsleiter von Minebea Intec für die Betreuung von Bergader zuständig. Der Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen ist Lieferant des neuen Systems zur Siegelnahtinspektion.

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 kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel führen. Unverkäufliche Produkte oder gar Rückrufaktionen könnten mögliche Folgen sein.

Leibold und das Entwicklungsteam von Minebea Intec aus Aachen waren von Anfang an dabei, als über eine voll automatisierte Lösung für die Inspektion von Siegelnähten am Bergader-Firmensitz im bayerischen Waging am See nachgedacht wurde. Erschwert wurde dies 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 daher nicht infrage kamen und letztendlich nur die manuelle Inspektion mit all ihren Nachteilen bleiben würde.

Suche nach geeigneter Technologie

Um die genannten Risiken auszuschalten, suchte der bei Bergader für die technische Planung einer neuen Produktionsstraße zuständige Manuel Pichler gemeinsam mit Leibold und dem Entwicklungsteam von Minebea Intec in Aachen 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 hundertprozentig zuver- lässig erkennen«, so 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. »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«, erzählt Leibold. Das Aachener Entwicklungsteam konzipierte daraufhin gemeinsam mit dem Bildverarbeitungsspezialisten die erste Anlage zur Siegelnahtprüfung auf Basis der Hyperspektralanalyse. Bereits kurze Zeit später erfolgten Vorort-Tests 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 diese Anwendung perfekt geeignet ist«, so Bergader-Ingenieur Pichler.

Die besondere Stärke dieser Hyperspektralsysteme – kurz HSI für Hyperspectral Imaging – ist ihre spektrale Auflösung: Mithilfe der Transmissionseigenschaften von langwelligem Licht wie Infrarot können Verunreinigungen der Siegelnaht durch Käsekrümel oder andere Fremdkörper selbst durch bedruckte Kunststofffolien sicher detektiert werden. Voraussetzung dafür ist, dass das überdeckende Kunststoffmaterial durchlässig für Licht im SWIR-Bereich (short wavelength infrared) ist.

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 HSI-Kamera ihre 12-Bit-Graustufen-Spektralbilder in der gewünschten Qualität aufnehmen kann.

Auswertesoftware Sherlock mehrfach im Einsatz

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. Dort erfolgt die weitere Auswertung. Das Vision-System ist modular aufgebaut, da Sherlock Kamerabilder asynchron einziehen und CPUs mit mehreren Kernen nutzen kann.

Sherlock kommt noch an einer anderen Stelle der Gesamtanlage zum Einsatz, so 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.«

Gehäuse mit FDA-Zulassung

Zum Erfassen 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. Bedingt durch die raue 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 (Food and Drug Administration).

»Die Zusammenstellung aller Bildverarbeitungskomponenten für beide Systeme in dieser Anlage war schon im ersten Vorschlag perfekt und erfüllte unsere Anforderungen sofort«, berichtet Pichler von der Zusammenarbeit mit dem Bildverarbeitungsspezialisten. »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.«

Besonders stolz ist Leibold auf die Siegelnahtkontrolle auf Basis der Hyperspektral-Technologie: »Dieses bislang einmalige System stellt für unsere Anforderungen die perfekte Lösung dar«, erläutert der Gebietsverkaufsleiter von Minebea Intec. »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-Blauschimmel- käses steht somit nichts mehr im Wege.

Hannover Messe: Halle 17, Stand E40

Erschienen in Ausgabe: 02/2019
Seite: 50 bis 51