Die besten Bildverarbeitungskomponenten und -technologien für die Inspektion von Lebensmitteln und Getränken

Die Lebensmittel- und Getränkeherstellung ist eine der anspruchsvollsten Umgebungen für Bildverarbeitungshardware. Kameras, Beleuchtung und Gehäuse müssen Nassreinigung, Temperaturextreme, Feuchtigkeit und Staub überstehen und dabei zuverlässig mit Produktionsgeschwindigkeit laufen. Eine falsche Hardwarespezifikation führt zu einem System, das im Testlabor funktioniert, aber innerhalb von Monaten an der Produktionslinie korrodiert, beschlägt oder ausfällt.

Dieser Artikel behandelt, was OEMs und Systemintegratoren bei der Auswahl von Bildverarbeitungskomponenten für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie berücksichtigen müssen: Kameratyp, Umgebungsschutz, Beleuchtung, Optik und Software. Wo relevant, haben wir konkrete Produktempfehlungen aus dem Clearview-Sortiment aufgenommen.

Beginnen Sie mit der Umgebung, nicht mit der Kamera

Bevor Sie eine Kamera auswählen, sollten Sie verstehen, was sie überstehen muss. Lebensmittelproduktionsumgebungen lassen sich grob in drei Zonen unterteilen, die das erforderliche Schutzniveau bestimmen.

Der häufigste Fehler ist, eine Kamera zu spezifizieren, die die Inspektionsanforderung perfekt erfüllt, aber das Reinigungsregime nicht übersteht. Eine IP40-Kamera, die hervorragende Bilder liefert, liefert nach ihrem dritten Washdown-Zyklus gar nichts mehr.

Den richtigen Kameratyp wählen

Die Inspektion von Lebensmitteln und Getränken nutzt je nach Anwendung alle drei Hauptkameratypen.

Flächenkamera: der Standard für stationsbasierte Inspektion

Flächenkameras sind die richtige Wahl für getriggerte Inspektionsstationen: Etikettenverifizierung an einem festen Punkt, Kontrolle von Deckeln und Verschlüssen, Füllstandsmessung, Barcode-Lesung und Vorhanden-/Fehlt-Prüfungen. Die Kamera wird ausgelöst, sobald jedes Produkt eintrifft, nimmt ein Bild auf und verarbeitet es, bevor das nächste Produkt erscheint.

Für Spritzwasser- und Washdown-Zonen machen Kameras mit nativer IP67-Schutzart externe Gehäuse überflüssig. Die LUCID Triton (GigE, IP67) und die Triton2 (2.5GigE, IP67) eignen sich beide gut für Lebensmittelproduktionsumgebungen, mit abgedichteten M12-Datensteckern und M8-Strom-/GPIO-Steckern, die ihre Schutzart über wiederholte Reinigungen hinweg behalten. Für Trockenbereiche bietet die Teledyne-Blackfly-S-Reihe eine breite Auswahl an Sensoren und Schnittstellen zu wettbewerbsfähigen Preisen.

Zeilenkamera: für kontinuierliche Inspektion und großformatige Etiketten

Zeilenkameras kommen zum Einsatz, wenn das Produkt kontinuierlich an der Kamera vorbeiläuft und Sie die gesamte Oberfläche oder das Etikett inspizieren müssen, ohne die Linie anzuhalten. Das ist üblich bei der Etikettenverifizierung an kontinuierlichen Verpackungslinien, der Inspektion von Rundumetiketten auf zylindrischen Behältern und der Bahninspektion von Verpackungsfolien.

Die Teledyne-Tetra-Reihe (2K bis 8K, 2.5GigE) bringt Zeilenkameras zu einem Preis, der zuvor nur mit Flächenkameras erreichbar war. Für höhere Auflösungen und schnellere Zeilenraten deckt die etablierte Linea-Familie mit Camera-Link-HS-Schnittstellen den gesamten Bereich bis 16K ab.

Smart-Kameras: eigenständige Inspektion ohne PC

Smart-Kameras vereinen Bildaufnahme, Verarbeitung und Entscheidungsausgabe in einer einzigen Einheit. Sie sind die richtige Wahl für einfachere Inspektionsaufgaben, bei denen ein dedizierter PC überdimensioniert wäre, also ideal für Barcode-Lesung an einem Punkt, einfache Vorhanden-/Fehlt-Prüfungen oder einfache Etikettenverifizierung bei einem einzelnen Produktformat.

Zebra-Smart-Kameras und stationäre Industriescanner werden in der Lebensmittelproduktion weithin für die Barcode-Lesung und einfache Qualitätsprüfungen eingesetzt. Für komplexere Inspektionen (mehrere Punkte, mehrere Kameras oder Anwendungen mit individueller Bildverarbeitung) ist ein PC-basiertes System mit Industriekameras besser geeignet. Die Zebra Iris GTX bietet eine Zwischenoption: eine Smart-Kamera mit echter Rechenleistung und der Flexibilität der Softwareplattform Zebra Design Assistant in kompakter Bauform. Wo IP67-Schutz erforderlich ist, können sowohl die Triton als auch die Iris GTX in IP67-Gehäusen untergebracht werden.

Mehrere Kameras: wenn eine nicht ausreicht

Viele Inspektionsanwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie erfordern mehr als eine Kamera. Ein Etikettenverifizierungssystem benötigt womöglich eine Kamera für das vordere Etikett, eine für das hintere, eine für die Oberseite (Datumscode) und eine für den Barcode. Ein sechsseitiger Scan-Tunnel für die Logistik benötigt womöglich mehrere Kameras, die jede sichtbare Seite des Kartons erfassen.

Für Mehrkamerasysteme ist GigE die bevorzugte Schnittstelle, weil jede Kamera unabhängig an einen Netzwerk-Switch angeschlossen wird und so die Bandbreitenaufteilung und Enumerierungsprobleme vermieden werden, die USB3 in Mehrkamera-Aufbauten betreffen können. Die Reihen LUCID Triton und Triton2 mit nativem PoE und IP67 eignen sich besonders gut für Mehrkamera-Lebensmittelproduktionssysteme, weil ein einziges Ethernet-Kabel Daten und Strom für jede Kamera übernimmt. Lesen Sie unseren Blog zum Schnittstellenvergleich für weitere Informationen zur Wahl der Schnittstelle.

Beleuchtung: die kritischste Komponente

Beleuchtung in Lebensmittelproduktionsumgebungen muss zwei Probleme gleichzeitig lösen: Sie muss den richtigen Kontrast für die Inspektionsaufgabe erzeugen und sie muss denselben Umgebungsbedingungen standhalten wie die Kamera.

Für Washdown-Umgebungen ist die UltraSeal-Reihe von Advanced Illumination speziell für die Lebensmittelproduktion ausgelegt. Es handelt sich um LED-Leuchten mit IP69K-Schutzart, die der Hochdruck- und Hochtemperatur-Nassreinigung standhalten. Sie sind in Balken-, Spot-, Ring- und Durchlichtkonfigurationen über sichtbare und infrarote Wellenlängen erhältlich. Standard-Bildverarbeitungsleuchten, die nicht für die Nassreinigung ausgelegt sind, fallen aus, oft schon wenige Wochen nach der Installation in einem feuchten Produktionsbereich.

Die Wahl der Beleuchtungsgeometrie hängt von der Inspektionsaufgabe ab. Reflektierende Verpackungen (glänzende Folie, metallisierte Etiketten, Aluschalen) erzeugen spiegelnde Reflexe, die die zu prüfenden Merkmale verdecken können. Für diese Materialien ist in der Regel eine diffuse Dombeleuchtung oder ein strukturiertes Durchlicht erforderlich. Transparente Verpackungen (klare Flaschen, Blisterpackungen) benötigen oft Durchlicht, um für Füllstands- und Vorhanden-/Fehlt-Prüfungen einen Silhouettenkontrast zu erzeugen.

Die Beleuchtung richtig hinzubekommen, ist der wichtigste einzelne Faktor für die Systemleistung. Ein gut beleuchtetes Bild mit einer bescheidenen Kamera übertrifft ein schlecht beleuchtetes Bild mit einer teuren Kamera. Wenn Sie sich beim Beleuchtungsansatz für ein bestimmtes Verpackungsformat unsicher sind, können wir mit Ihren Mustern in unserem Insights-Labor unter verschiedenen Beleuchtungskonfigurationen arbeiten, bevor Sie sich festlegen.

Optik und Gehäuse

In Washdown-Umgebungen ist das Objektiv eine Schwachstelle. Selbst wenn das Kameragehäuse IP67 ist, ist ein standardmäßiges C-Mount-Objektiv es nicht. Es gibt zwei Ansätze, die Optik zu schützen.

Der erste besteht darin, eine Kamera mit nativem IP67-Objektivgehäuse zu verwenden. Die LUCID-Triton-Kameras nehmen Objektive innerhalb ihres IP67-Gehäuses auf, mit einem Schutzfenster, das den Strahlengang abdichtet. Das ist die sauberste Lösung, weil die gesamte Kamera-Objektiv-Baugruppe eine einzige abgedichtete Einheit bildet.

Der zweite besteht darin, eine Standardkamera und ein Standardobjektiv in einem externen IP67-Gehäuse unterzubringen. Das erhöht Kosten und Baugröße, erlaubt aber die Verwendung jeder Kombination aus Kamera und Objektiv. Die Zebra Iris GTX ist mit IP67-Gehäusen für den Einsatz in der Lebensmittelproduktion erhältlich. Dieser Ansatz ist sinnvoll, wenn die Anwendung einen bestimmten Objektivtyp erfordert (telezentrisch, Makro oder eine sehr kurze oder lange Brennweite), der nicht in ein natives IP67-Kameragehäuse passt.

Software: was die Anwendung leisten muss

Die Softwareseite der Lebensmittel- und Getränkeinspektion umfasst in der Regel eine oder mehrere der folgenden Aufgaben, und die Softwareplattform muss sie alle innerhalb einer einzigen Anwendung unterstützen.

Die unternehmenseigene Softwareplattform Kinetic Velocity von Clearview ist speziell für die Etikettenverifizierung entwickelt und vereint Mustervergleich, Barcode-Lesung, OCR und Datumscode-Verifizierung in einer einzigen Anwendung. Für umfassendere Inspektionsanforderungen, die über die Etikettenverifizierung hinausgehen, bietet Zebra Aurora (Design Assistant für No-Code-Entwicklung, Aurora Imaging Library für SDK-basierte Integration) die Flexibilität, individuelle Inspektionsanwendungen zu erstellen, die alle oben genannten Aufgaben abdecken.

Aufkommende Technologie: jenseits des sichtbaren Lichts

Drei Bildgebungstechnologien werden in der Lebensmittel- und Getränkeinspektion zunehmend relevant, da sie Anforderungen erfüllen, die Standardkameras für sichtbares Licht nicht bewältigen können.

Die hyperspektrale Bildgebung analysiert die spektrale Signatur von Materialien über viele Wellenlängenbänder. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie ermöglicht dies die Erkennung von Fremdkörpern, Kontamination und eine Qualitätsbewertung, die für Standardkameras unsichtbar ist. Hyperspektral wird in Premiumanwendungen eingesetzt, etwa beim Sortieren nach Reifegrad, beim Erkennen von Plastikkontamination in der Fleischverarbeitung und bei der Verifizierung der Produktzusammensetzung. Die Technologie ist noch teuer und datenintensiv, aber die Kosten sinken und die Verarbeitung wird schneller.

Die SWIR-Bildgebung (kurzwelliges Infrarot) kann durch bestimmte Verpackungsmaterialien hindurchsehen und Feuchtegehalt, Füllstände in opaken Behältern und Unterschiede in der Materialzusammensetzung erkennen, die sichtbares Licht nicht offenbaren kann. Die Atlas-SWIR-Kameras von LUCID machen diese Technologie für industrielle Anwendungen zugänglicher.

Die Wärmebildgebung wird zur Prozessüberwachung (Prüfung von Siegeltemperaturen, Überwachung von Koch- und Kühlprozessen) und zur Erkennung von Anlagenfehlern eingesetzt, bevor diese Produktionsprobleme verursachen. Wärmebildkameras können nicht durch Glas sehen, daher benötigen sie eine direkte Sichtlinie zur Zieloberfläche.

Diese Technologien sind kein Ersatz für die Standardinspektion mit sichtbarem Licht. Sie sind Ergänzungen für spezifische, hochwertige Anwendungen, bei denen die Standardbildgebung an ihre Grenzen stößt.

Bereit zur Spezifikation?

Wenn Sie ein Inspektionssystem für die Lebensmittel- und Getränkeproduktion aufbauen oder aufrüsten, kann das Engineering-Team von Clearview Ihnen helfen, die richtige Kombination aus Kameras, Beleuchtung, Optik und Software für Ihre spezifische Anwendung und Umgebung auszuwählen.

Speziell zur Etikettenverifizierung finden Sie auf unserer eigenen Seite zu Etikettenverifizierungslösungen Informationen zur Inline-, Offline- und Point-of-Print-Verifizierung mit Kinetic Velocity.

Kontaktieren Sie uns: info@clearview-imaging.com | +44 (0)1844 217270