Aufrufe
vor 3 Monaten

Industrielle Automation 5/2019

  • Text
  • Industrielle
  • Automation
Industrielle Automation 5/2019

Sorglos genießen

Sorglos genießen Hyperspektrale Bildverarbeitung ermöglicht Erkennung von Lebensmittelverunreinigungen Bei der hyperspektralen Bildverarbeitung werden im Rahmen von Ergebnisanalysen mehr als 100 verschiedene Wellenlängen verwendet. Erforderlich ist dafür stets ein Spektrograph, der das Licht in sein Spektrum zerlegt, welches im Anschluss über die Sensoren der eingesetzten Kameras aufgenommen wird. In diversen industriellen Anwendungsbereichen erschließt die Technologie interessante Applikationen und trägt zu einer sicheren Analyse der Prüfobjekte bei. Konventionelle Bildverarbeitungssysteme suchen mit Parametern wie Größe, Form und Farbe nach Fehlern oder Verunreinigungen in den Objekten, die auf ihre Qualität überprüft werden sollen. Systeme, die auf Basis der hyperspektralen Bildverarbeitung (HSI: Hyperspectral Imaging) arbeiten, gehen einen anderen Weg: Sie ermöglichen eine spektroskopische Analyse der inspizierten Materialien und die farbliche Kennzeichnung der chemischen Zusammensetzung der in den aufgenommenen Bildern erkannten Stoffe. Auf diese Weise können sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein- und demselben System festgestellt werden. Diese Fähigkeit erlaubt u. a. in der Food- Branche umfangreiche Möglichkeiten für das Auffinden von Verunreinigungen in Lebensmitteln. Selbst in Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien identifizieren Hyperspektral-Bildverarbeitungssysteme Fremdkörper wie Schalenteile oder andere Stoffe bei der Herstellung von Nüssen, erkennen Steine oder Erde bei der Sortierung von Kartoffeln, klassifizieren Fleisch-, Fett-, und Knorpelanteile in der Fleischproduktion oder identifizieren Stoffe, die für den Menschen auf den ersten Blick kaum Unterschiede aufweisen, wie es z. B. bei Zucker, Salz und Zitronensäure der Fall ist. „Die Einsatzmöglichkeiten für die hyperspektrale Bildverarbeitung sind vielfältig“, betont Gerhard Stanzel, der sich bei Stemmer Imaging auf diese Technologie spezia lisiert hat und in den vergangenen Jahren schon zahlreiche Kunden dabei unterstützt hat, derartige Systeme zu realisieren. „In der Lebensmittelproduktion besteht die Aufgabe neben der Erkennung von Störstoffen oft auch darin, verdorbene, unreife oder mit Schädlingen bzw. Pilzen befallene Ware zu detektieren. Darüber hinaus existieren noch viele weitere Applikationsbereiche wie der Bergbau oder die Pharmaindustrie, in denen HSI-Systeme eine Lösung bieten können.” Abgrenzung zur klassischen Bildverarbeitung Hyperspektrale Bildverarbeitung unterscheidet sich von Bildverarbeitung im sichtbaren, im Ultraviolett- oder im Infrarot-Bereich vor allem dadurch, dass zur Analyse der Ergebnisse häufig mehr als 100 verschiedene Wellenlängen verwendet werden. Erforderlich ist dafür in Abhängigkeit von der eingesetzten Technologie ein Spektrograph, der das Licht in sein Spektrum zerlegt und auf den Sensor der eingesetzten Kamera abbildet. Diese Bilder werden zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammengesetzt, der große Datenmengen enthalten kann. Auf diese Weise entsteht ein chemischer Fingerabdruck des abgebildeten Stoffes, der eine exakte Analyse der Prüfobjekte zulässt. Eine spezielle Auswertesoftware ermöglicht Die Einsatzmöglichkeiten für die hyperspektrale Bildverarbeitung sind vielfältig Gerhard Stanzel, Technology Specialist Spectral Imaging, Stemmer Imaging dabei eine eigene Farbkennzeichnung jedes festgestellten chemischen Bestandteils im aufgenommenen Bild. „So können sogar die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen ähnlich aussehender Stoffe sicher erkannt und dargestellt werden“, verdeutlicht Stanzel. Prüfung durch die Verpackung hindurch Für diverse Anwendungen von Hyperspektralsystemen ist ein Aspekt dieser Technologie besonders interessant: Infrarotlicht kann bestimmte Stoffe durchdringen, die für sichtbares Licht nicht transparent sind. Peter Stiefenhöfer, Inhaber, PS Marcom Services, für Stemmer Imaging, Olching 66 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2019

Diese Eigenschaft kann man daher nutzen, um die chemische Zusammensetzung von verpackten Inhalten selbst durch eine entsprechend ausgelegte Verpackung hindurch zu prüfen. Stanzel nennt als Beispiel einer konkreten Anwendung aus dem Lebensmittelbereich die Kontrolle von Siegelnähten an Käseverpackungen bei der Privatkäserei Berg ader: „Solche Siegelnähte sorgen für eine absolut dichte Verpackung von Lebensmitteln wie Käse oder Wurst. Schon kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel vor dem errechneten Mindesthaltbarkeitsdatum führen. Mögliche Folgen sind dann unverkäufliche Produkte oder teure Rückrufak tionen.“ Für den Käsehersteller Bergader realisierte Minebea Intec, ein führender Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen, mit Unterstützung von Stemmer Imaging ein System zur Siegelnahtinspektion auf Basis eines Hyperspektralsystems, das mit einer Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen/min eine nahezu hundertprozentige Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern erzielt. In dieser Anwendung kommt eine Hyperspektralkamera FX17 des finnischen Herstellers Specim zum Einsatz, die für den Wellenlängenbereich von 900 bis 1 700 nm entwickelt wurde. Der für die hyperspektrale Bildverarbeitung eingesetzte Spektrograph ist bei diesen kompakten Kameras nach einem patentierten Verfahren direkt in das Kamera gehäuse integriert, was eine kleine Bauform von nur 150 × 85 × 71 mm³ ermöglicht. Bei diesen FX-Kameras ist zudem das Objektiv optisch auf den Spektrographen abgestimmt, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Umfangreiches Hyperspektral- Angebot Das Hyperspektral-Angebot des Unternehmens umfasst jedoch noch mehr. Stanzel: „Auf der 01 Bei den Hyperspektralkameras von Specim ist der Spektrograph nach einem patentierten Verfahren direkt in das Kameragehäuse integriert Hardwareseite arbeiten wir mit einer Reihe von Herstellern zusammen, die geeignete Beleuchtungen, Optiken und Kameras speziell für den Einsatz in HSI-Anwendungen entwickelt haben. Bezüglich der Software ermöglicht es die intuitive Benutzeroberfläche Perception Studio des Grazer Unternehmens Perception Park Anwendern, selbstständig Hyperspektralapplikationen zu entwickeln und zu konfigurieren, ohne über Spezialkenntnisse in Chemometrie, Spektroskopie oder hyperspektraler Datenverarbeitung verfügen zu müssen.“ Die Leistungsfähigkeit dieser Software-Plattform hat Stemmer Imaging im Herbst 2018 dazu veranlasst, sich an dem als Software-Pionier im Bereich Hyperspectral Imaging geltenden Unternehmen zu beteiligen. „Auf Basis unseres Hard- und Softwareangebots für die hyperspektrale Bildverarbeitung sowie durch umfassende Supportmöglichkeiten wie unter anderem die Durchführung von Machbarkeitsstudien oder spezielle Schulungen ist Stemmer Imaging in der Lage, genau auf den jewei ligen Anwendungsfall zugeschnittene Hyperspektralsysteme und Unterstützung bei deren Realisierung anzubieten“, fasst Stanzel zusammen. Mit der intuitiven Benutzeroberfläche Perception Studio von Perception Park können Anwender selbstständig Applikationen entwickeln und konfigurieren, ohne über Spezialkenntnisse in Chemometrie, Spektroskopie oder hyperspektraler Datenverarbeitung verfügen zu müssen. Bilder: Aufmacher Fotolia; sonstige Stemmer Imaging www.stemmer-imaging.com 02 Ein Hyperspektralsystem sorgt für die sichere Erkennung von Siegelnahtfehlern an Verpackungen von Bergader Schimmelkäse TechnologyUniversell. ab 225 € Innovative Infrared Könnte es sein, dass Sie sich auch für besonders schnelle, robuste, leichte, exakte, individuelle und günstige Gerätevarianten im Bereich von –50°C bis +3000 °C interessieren? Oder für Infrarotkameras? Schauen Sie doch mal rein: www.optris.de Wie Sie es auch drehen und wenden: Mit unseren IR-Sensoren für die berührungslose Temperaturmessung können Sie sogar auf reflektierenden Flächen messen.

AUSGABE