Heiße Verfolgung

Einsatzgebiete von Wärmebildkameras in der Nahrungsmittelindustrie

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25.08.2011 Beim Verarbeiten von Nahrungsmitteln ist es entscheidend, die Temperatur verderblicher Güter während Produktion, Transport, Lagerung und Verkauf sorgfältig zu überwachen. Immer wieder wird vor Erkrankungen aufgrund verdorbener und nicht vorschriftsmäßig gegarter Nahrungsmittel gewarnt. Das unterstreicht die Bedeutung einer engmaschigeren Prozessüberwachung.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Wärmebildkameras sind ein effizientes Tool für maschinelles Sehen mit Infrarottechnik, Prozesssteuerung im geschlossenen Regelkreis und Qualitätssicherung mit bildgebenden Verfahren.
  • Thermografiekameras unterstützen die Anwender dabei, die Produktqualität und den Ausstoß sicherzustellen und zu steigern, und bieten einen Wettbewerbsvorteil und höhere Rentabilität.
  • Die Kombination von integrierten, umfassenden Analysefunktionen, Alarmfunktionen, Kompatibilität mit Ethernet/IP und Modbus TCP, digitalen Ein-/Ausgängen sowie der einfachen Weiterleitung von Analysen und Alarmergebnissen an speicherprogrammierbare Steuerungen bieten Anwendern viele Vorteile.

Da in der Nahrungsmittelindustrie fast immer Menschen die Prozesse kontrollieren, brauchen nahrungsmittelverarbeitende Betriebe Werkzeuge, die entscheidende Vorgänge so automatisieren, dass sich menschliches Versagen minimiert und gleichzeitig die Kosten niedrig bleiben. Ein Instrument, um dies zu realisieren, stellen Wärmebildkameras einschließlich der entsprechenden Software dar. Sie sind die wichtigsten Komponenten für berührungsfreie Temperaturmessungen. Mit ihnen lassen sich automati­sierte Temperaturmessungen in vielen Anwendungen der Nahrungsmittelverarbeitung vornehmen. Auf Videomonitoren kann der Anwender die Daten analoger Videoausgänge betrachten; digitale Temperaturdaten, einschließlich MPEG4-Videodaten, lassen sich via Ethernet an einen Computer übertragen. Die Kamera arbeitet somit als intelligenter, berührungsfreier Sensor zum Ausführen von Null-Fehler-Kontrollen. Sie misst die Temperatur der Betriebsmittel, der gekühlten Produkte und der gekochten Nahrungsmittel, wenn sie den Garungsprozess verlassen. Wärmebildkameras sind einfach zu bedienen, klein und lassen sich fast überall dort anbringen, wo sie vonnöten sind. Sie lassen sich auch einsetzen, um die Versiegelung von Verpackungen zu prüfen und verbessern die Effizienz in anderen Abläufen der Nahrungsmittelverarbeitung.
Die Firmware- und Kommunikationsschnittstellen ermöglichen den Einsatz der Wärmebildkameras in der automatisierten Prozessüberwachung. Mithilfe von Dritthersteller-Software lassen sich diese Werkzeuge in automatisierte Systeme für maschinelles Sehen integrieren, ohne dass umfangreicher, kundenspezifischer Steuercode geschrieben werden muss.
In der Nahrungsmittelverarbeitung kommen Thermografiekameras in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise für Backofenprodukte, Mikrowellen-Fleischgerichte oder das Trocknen von halbfertig gekochtem Reis und anderen Getreidearten. Außerdem eignen sie sich für die Untersuchung von Öfen auf Einhaltung der korrekten Temperatur, zum Überwachen des korrekten Befüllens der Fächer von Tiefkühlkostschalen, zum Prüfen der Unversehrtheit von Zellophan-Abdeckungen über Mikrowellengerichten, zur Untersuchung der Klebung der Laschen von Umverpackungen sowie zur Überwachung von Kühl- und Tiefgefrierfächern.

Qualitätssicherung und Produktsicherheit durch Thermografie
Die Wärmebildtechnik ist in erster Linie ein Qualitätssicherungstool (QA). Das Überwachen der Qualität und Sicherheit gekochter Fleischprodukte ist ein typischer Fall für den Einsatz dieser Technologie. Eine festmontierte Wärmebildkamera kann beispielsweise die Temperatur von Hähnchenteilen aufzeichnen, wenn sie aus einem Durchlaufofen herauskommen. Das Ziel ist, dabei sicherzustellen, dass sie ausreichend gegart, aber nicht verkocht und ausgetrocknet sind. Ein zu geringer Feuchtigkeitsgehalt bedeutet auch eine Ertragseinbuße, da das Produkt weniger wiegt.
Auch für die Untersuchung von Mikrowellenlinien zum Vorkochen von Gerichten lassen sich Thermografiekameras einsetzen. Neben der Verbesserung von Produktqualität und -sicherheit ist es damit möglich, den Gesamtdurchsatz zu steigern. Ein zusätzlicher Vorteil sind reduzierte Energiekosten.

Betriebsmittel überwachen
Falls es im Betrieb notwendig wird, beispielsweise einen Durchlaufofen zu überwachen, lassen sich Wärmebildkameras ebenfalls sinnvoll einsetzen. Sie können hier sogar Teil einer Istwerterfassung für die Überwachung der Ofentemperatur sein.
Auch um in einem Durchlaufofen die einheitliche Temperaturverteilung über die gesamte Breite des Förderbandes zu überwachen, bieten sich die Kameras an. Wenn ein Heizelement in einem elektrischen Ofen ausfällt oder ungleichmäßige Hitze in einem Umluftofen vorhanden ist, kann eine Seite des Produktstroms kälter sein. Mit Thermografiekameras lässt sich dies problemlos feststellen. Qualitätskontrollen dieser Art sind mit konventionellen Kontakt-Temperatursensoren deutlich schwieriger vorzunehmen. Folglich helfen die Kameras, Schwankungen zu korrigieren und die Qualität zu verbessern, bevor ein Produkt zu Ausschuss wird.

Untersuchung von Verpackungen
Beim Überprüfen der korrekten Füllung von Fächern von Nahrungsmittelschalen durch maschinelles Sehen, beispielsweise bei der Produktion von Tiefkühlkost, spielt die sogenannte Mustererkennung eine wichtige Rolle. Mithilfe von Software können Wärmebildkameras dabei Objekte und Muster in Bildern lokalisieren. Beim maschinellen Sehen mit Wärmebildtechnik überprüft eine Mustererkennungssoftware, ob die Fächer von Nahrungsmittelschalen korrekt gefüllt sind.
Eine damit zusammenhängende Anwendung ist die automatisierte Null-Fehler-Kontrolle der warmverschweißten Zellophanabdeckung über Mikrowellen-Fertiggerichten. Eine Thermografiekamera erkennt die abgestrahlte Wärme am Rand des Behälters, an dem die Zellophandichtung erzeugt wird. Die Temperatur entlang des gesamten Umfangs der Verpackung lässt sich durch Verarbeiten des Wärmebilds in der Software für maschinelles Sehen überprüfen. Diese Programme vergleichen das geometrische Muster im Bild und seine Temperaturen mit den Temperaturen in einem vom Computer gespeicherten Muster. Eine zusätzliche Funktion in einem derartigen System schafft die anschließende Laser-Kennzeichnung fehlerhaft versiegelter Verpackungen. Sie trägt in der Folge dazu bei, dass fehlerhafte Verpackungen bei der Endkontrolle aussortiert werden können. Ein Faktor, der die Produktqualität indirekt beeinflusst, ist die Unversehrtheit von Kartons und Umverpackungen, die Lebensmittelbehälter schützen. Eine der kostengünstigsten Arten der Versiegelung von Umverpackungen ist der Einsatz von Heißklebepunkten auf den Kartonlaschen. In der Vergangenheit wurde die Unversehrtheit der Punktklebung durch regelmäßiges zerstörendes Prüfen einiger aus der Produktion entnommener Muster überwacht. Dieses Verfahren war zeitintensiv und teuer. Da der Kleber erhitzt wird, kann jedoch eine Wärmebildkamera durch den Karton „sehen“, um Muster und Größe der angebrachten Klebepunkte zu überprüfen. Die Kamera lässt sich so einstellen, dass sie festgelegte Bereiche der Laschen untersucht, an denen sich Kleber befinden sollte, und die Punktgrößen sowie ihre Temperaturen überprüft. Die dabei erfassten digitalen Daten kommen für eine Zuordnung in Gut- oder Schlechtprodukte für jede einzelne Verpackung zum Einsatz. Fehlerhafte Verpackungen lassen sich daher unmittelbar an der Produktionslinie ausleiten. Die Daten werden automatisch im QA-System für eine Trendanalyse gespeichert. Wenn zu viele Kartons als Schlechtprodukte auffallen, generiert das System eine Warnung.
Auch das Befüllen von Behältern lässt sich mithilfe von Thermografiekameras überwachen. Obwohl dies nur in seltenen Fällen Auswirkungen auf die Produktsicherheit hat, wirkt es sich doch auf den Gewinn und die Einhaltung geltender Vorschriften aus. Unterschiedliche Bereiche z.B. auf einer Flasche lassen sich definieren und zum Auslösen eines Alarms für das Ausleiten von Flaschen, die über- oder unterfüllt sind, verwenden. Wärmebildkameras sind insbesondere dann die bessere Alternative zu Tageslichtkameras, wenn eine Flasche oder ein Behälter aus dunkel eingefärbtem Glas oder Kunststoff besteht.

Automatisierung von Messungen
Die zurzeit aktuelle Software für Wärmebildkameras besitzt eine Vielzahl von Funktionen, die automatisierte Anwendungen zur Nahrungsmittelverarbeitung unterstützen. Diese Software ergänzt die in den Thermgrafiekameras gespeicherte Firmware und arbeitet mit ihr zusammen. Die Tools und Libraries für die Bildverarbeitung in diesen Softwarepaketen sind hardware- und sprachunabhängig. Dadurch können Nahrungsmitteltechniker Wärmebildüberwachung und Steuersysteme in kurzer Zeit integrieren. Die Wärmebildkameras selbst bieten dem Anwender unterschiedliche Betriebsmodi, die korrekte Temperaturmessungen bei verschiedenen Bedingungen unterstützen.
Zwei häufig in diese Kameras integrierte Funktionen sind Messpunkte und Bereichsmessungen. Messpunkte ermitteln die Temperatur an einem bestimmten Punkt. Die Bereichsfunktion isoliert einen ausgewählten Bereich eines Objekts oder einer Szene und liefert normalerweise Maximal-, Minimal- und Mittelwerte innerhalb dieses Bereichs. Den Temperaturmessbereich legt in der Regel der Anwender fest. Neben der Auswahl des Temperaturbereichs kann er bei den meisten Kameras eine Farb- oder Graustufenskala zum Optimieren des aufgenommenen Bildes einstellen.
Bei Anwendungen mit Bandöfen kommt gewöhnlich die Bereichsfunktion zum Einsatz, da sich die Teile des gebackenen Produktes häufig nicht an definierten Stellen auf dem Förderband befinden. Die Kamera lässt sich so programmieren, dass sie die Minimal- und Maximaltemperaturen innerhalb des festgelegten Bereichs erkennt und misst. Fällt eine dieser Solltemperaturen aus den kundenseitig festgelegten Grenzwerten heraus, löst ein Anwendungsprogramm, das auf einem PC oder einer SPS läuft, sofort einen Alarm aus. Dieser Alarm veranlasst den Bediener, das Wärmebild auf einem Videomonitor oder einem PC zu überprüfen, um das Schlechtprodukt zu finden, zu entfernen und/oder die Backtemperatur korrekt einzustellen. Bei einer lokalen Überwachung lassen sich die digitalen Ein-/Ausgänge einer Wärmebildkamera verwenden, um direkt ein Alarmgerät ohne zusätzliche Software anzusteuern. In der Nahrungsmittelverarbeitung kommen jedoch häufig übergeordnete Analysen zum Einsatz, die in Dritthersteller-PC-Software integriert sind.

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Heftausgabe: September 2011
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Jannes Goedbloed, Editor und Content Manager, Flir Commercial Systems

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Jannes Goedbloed, Editor und Content Manager, Flir Commercial Systems
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