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Mit bloßem Auge sind die Fremdkörper nur schwer zu bestimmen. Vor allem nicht bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten. (Bild: Stemmer Imaging)

  • Inspektionen sind ein wichtiger Bestandteil von HACCP-Programmen in der Lebensmittelindustrie. Die hyperspektrale Bildverarbeitung stellt Bildverarbeitungs-Spezialisten ein leistungsfähiges Konzept zur Seite.
  • Die Fähigkeit, Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung organischer Stoffe festzustellen, eröffnet umfangreiche neue Möglichkeiten für die Auffindung von Verunreinigungen in Lebensmitteln.
  • Damit stehen nun Systeme zur Verfügung, die in Echtzeit arbeiten, sodass sie in Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien zum Einsatz kommen können.

Metalldetektoren konzentrieren sich auf das Erkennen metallischer Verunreinigungen, während Röntgenuntersuchungen nur dann effektiv sind, wenn eine ausreichende Differenz zwischen der Dichte der Verunreinigung und der des untersuchten Produktes besteht. Konventionelle Bildverarbeitungssysteme wiederum suchen mit Parametern wie Größe, Form und Farbe nach Verunreinigungen. Die hyperspektrale Bildverarbeitung verbindet jedoch die spektroskopische Analyse mit Bildverarbeitung, sodass es möglich ist, die Bilder entsprechend der chemischen Zusammensetzung der abgebildeten Stoffe farblich zu kennzeichnen. Damit können Betreiber sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein und demselben System feststellen.

 

Die Technologie in Aktion

Die Möglichkeiten der hyperspektralen Bildverarbeitung lassen sich anhand des abgebildeten Beispiels mit Süßwaren erläutern. Die Geleebohnen, die auf dem Hauptbild zu sehen sind, enthalten einige nichtmetallische Fremdkörper. Diese haben verschiedene Formen und Farben, jedoch eine ähnliche Dichte wie die Süßwaren selbst, sodass sie mit konventionellen Methoden schwer festzustellen sind. Die hyperspektrale Bildverarbeitung macht sie jedoch einwandfrei kenntlich. Die Geleebohnen haben alle die gleiche chemische Zusammensetzung und werden grün abgebildet, während die Verunreinigungen eine andere Zusammensetzung aufweisen und rot erscheinen. Das hyperspektrale Bild übernimmt das System in die Bildverarbeitungssoftware zur Farbsortierung und für die üblichen Messungen.

 

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Jeder Stoff reflektiert Licht mit einer bestimmten Wellenlänge. Dies macht sich die Technologie zunutze. (Bild Stemmer Imaging)

Die Bildverarbeitungstechnik

Das Prinzip der farblichen Abbildung chemischer Stoffe beruht auf der spektroskopischen Analyse der Wellenlänge des vom Objekt kommenden Lichtes in Echtzeit. Sie ergibt einen chemischen Fingerabdruck des abgebildeten Stoffes. Jeder festgestellte chemische Bestandteil kann auf dem Bild eine eigene Farbkennzeichnung erhalten. So ist es möglich, bei ähnlich aussehenden Stoffen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen festzustellen. Ebenso können Anwender chemisch identische Stoffe in unterschiedlich aussehenden Objekten bestimmen. Zum Aufgliedern des vom Muster reflektierten Lichtes in die verschiedenen Wellenlängen seiner Bestandteile benötigen Betreiber einen Spektrographen. Danach erstellt ein IR-empfindlicher Sensor ein Bild des Musters für jede dieser Wellenlängen. Diese Bilder setzt das System zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammen, der sehr große Datenmengen enthalten kann. Das System CVS Hyperinspect von Stemmer Imaging integriert diese Kernkomponenten in ein voll funktionales System, das auf einfachem Weg an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anzupassen ist. Wesentlicher Bestandteil des Systems ist zudem eine flexible Hochgeschwindigkeits-Software, die die Daten aus dem Datenwürfel extrahiert und daraus Farbzuweisungen in den Bildern generiert. Die Bilder kann der Anwender mit der ebenfalls enthaltenen leistungsstarken Bildverarbeitungssoftware weiterverarbeiten und analysieren.

 

Vielzahl von Anwendungen

Die Applikation vereinfacht den Gesamtprozess des Hyperspektralverfahrens und erschließt zusätzliche Anwendungen in einer Vielzahl von Industriezweigen, beispielsweise in der Pharmazie und der Verpackungsindustrie. Besonders interessant ist der Umstand, dass viele Verpackungsmaterialien Infrarotlicht typischerweise ungehindert passieren lassen. Dadurch können Unternehmen die chemische Zusammensetzung des Inhalts selbst durch die Verpackung hindurch prüfen.

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