Wärmebildkameras in der Lebensmittelindustrie

In der Lebensmittelindustrie muss die Temperatur leicht verderblicher Waren während des gesamten Produktions-, Transport-, Lager- und Verkaufsprozesses sorgfältig kontrolliert werden. Wiederholte Warnungen vor Krankheiten durch verdorbene oder unsachgemäß zubereitete Lebensmittel unterstreichen die Notwendigkeit einer strengeren Prozesskontrolle. Da hierbei immer Menschen beteiligt sind, benötigen die Nahrungsmittelverarbeiter Tools, die entscheidende Prozesse so automatisieren, dass sie das Risiko menschlicher Fehler und gleichzeitig Kosten reduzieren.

Wärmebildkameras sind ebensolch ein Tool. Mit den FLIR-Wärmebildkameras können Sie automatische und berührungslose Temperaturmessungen in vielen Lebensmittelverarbeitungsanwendungen durchführen. Die analogen Videoausgänge können auf Videobildschirmen angezeigt werden und die digitalen Temperaturdaten (einschließlich MPEG4-Videoausgängen) können über Ethernet an einen Computer gesendet werden.

Funktionsweise

Die Hauptelemente von berührungslosen Temperaturmessungen in der Lebensmittelverarbeitungsindustrie sind eine Wärmebildkamera und die dazugehörige Software. Die Kameras funktionieren als intelligente und berührungslose Sensoren für eingehende Inspektionen und messen die Temperatur von Maschinen, gekühlten Produkten und gekochten Lebensmitteln am Ende des Kochvorgangs.

Wärmebildkameras sind benutzerfreundlich, kompakt und können bei Bedarf praktisch überall angebracht werden. Sie können auch zur Prüfung von Verpackungsdichtungen und zur Verbesserung der Effizienz in anderen Lebensmittelverarbeitungsverfahren eingesetzt werden. 

FLIR-Wärmebildkameras sind außerdem mit Firmware und Kommunikationsschnittstellen ausgestattet, wodurch sie für die automatische Prozesskontrolle geeignet sind. Dank der Software eines Drittanbieters lassen sich diese Tools einfach in automatische Bildgebungssysteme integrieren, ohne dass aufwendige kundenspezifische Kontrollcodes erforderlich wären.

Wärmebildkameras werden in der Lebensmittelverarbeitung zunehmend für verschiedene Anwendungen verwendet, darunter:

• Ofenprodukte
• In der Mikrowelle gekochtes Fleisch
• Mikrowellentrocknung von angekochtem Reis und sonstigem Getreide
• Prüfung der richtigen Temperatur in Öfen
• Richtiges Abfüllen von gefrorenen Lebensmitteln in Verpackungsfächer
• Prüfung von Cellophandichtungen an Mikrowellengerichten
• Untersuchung von Laschenklebstoff an Faltkartons
• Überwachung von Kühl- und Tiefkühlfächern

Thermografie für die Qualitätssicherung und Produktsicherheit

Wärmebildtechnik ist das gängigste und wichtigste Tool zur Qualitätssicherung. Diese Technologie eignet sich hervorragend zur Kontrolle der Qualität und Sicherheit von gekochten Fleischprodukten. Eine permanent befestigte Wärmebildkamera kann beispielsweise die Temperatur von Hähnchenstreifen messen, wenn diese einen Durchlaufofen verlassen.

So soll gewährleistet werden, dass das Fleisch zwar gar, aber nicht überkocht und trocken ist. Ein geringerer Feuchtegehalt zieht auch einen Ertragsverlust in Bezug auf das Gewicht nach sich. Wärmebildkameras  können auch zur Inspektion von Vorbereitungslinien mit Mikrowellen eingesetzt werden. Neben einer Verbesserung der Produktqualität und -sicherheit kann so der Gesamtdurchsatz erhöht werden. Die geringeren Energiekosten sind ein weiterer Vorteil.

Anlagenüberwachung

Neben der Prüfung von gekochten Lebensmitteln können Wärmebildkameras auch zur Überwachung von Durchlauföfen eingesetzt werden. Sie können sogar Teil einer Feedbackschleife zur Kontrolle der Ofentemperatur sein.

Ein weiteres Anwendungsgebiet von Wärmebildkameras für Durchlauföfen ist die Überwachung einer einheitlichen Temperatur auf der gesamten Breite des Ofenlaufbands. Wenn ein Heizelement in einem Elektroofen defekt ist oder die Hitze in einem Konvektomat unregelmäßig verteilt ist, könnte eine Seite des Produkts eine geringere Temperatur aufweisen als die andere. Solche Fehler werden mit Wärmebildkameras im Handumdrehen erkannt.

Diese Qualitätsprüfungen sind mit herkömmlichen Berührungstemperatursensoren deutlich schwieriger. Somit tragen Wärmebildkameras zur Beseitigung von Abweichungen und zur Verbesserung der Qualität bei, bevor größere Produktmengen entsorgt werden müssen.

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Verpackungsprüfung

Mit der richtigen Software können Wärmebildkameras Gegenstände und Muster in den Wärmebildern erkennen. Eine Anwendung der Musterbestimmung ist die Produktion von Tiefkühlgerichten. Bei der thermischen Bildgebung kann eine Mustererkennungssoftware zur Überprüfung der richtigen Abfüllung in Verpackungsfächer verwendet werden.

Eine damit verbundene Anwendung ist die automatische eingehende Inspektion von wärmedichten Cellophanabdeckungen bei Mikrowellengerichten. Eine Wärmebildkamera erkennt die Wärmestrahlung, die von einer undichten Cellophan-Wärmedichtung ausgeht. Durch die Auswertung des Wärmebilds mit einer Bildgebungssoftware kann die Temperatur am gesamten Umfang der Verpackung überprüft werden. Diese Art von Programm gleicht das geometrische Muster im Bild und seine Temperaturen mit den Temperaturen in einem gespeicherten Muster ab. Eine Zusatzfunktion in einem solchen System wäre die Lasermarkierung einer undichten Verpackung, sodass diese nach der Inspektion aussortiert werden kann.

Die Unversehrtheit von Kartons für Lebensmittelverpackungen wirkt sich indirekt auf die Produktsicherheit aus. Zu den preisgünstigsten Methoden, Verpackungskartons zu verschließen, gehört das Auftragen von Heißkleber auf die Kartonlaschen. In der Vergangenheit wurde die Unversehrtheit von Klebeverbindungen ermittelt, indem mehrere Proben aufgerissen wurden. Dieses Verfahren war zeitaufwendig und kostspielig.

Da der Kleber heiß aufgetragen wird, kann eine Wärmebildkamera durch den Karton hindurchsehen und das Muster und die Menge des aufgetragenen Klebstoffs prüfen. Die Kamera kann so eingestellt werden, dass sie vordefinierte Bereiche der Laschen überprüft, an denen Klebstoff aufgetragen werden sollte. So erkennt sie die aufgetragene Menge und die Temperatur des Klebstoffs.

Anhand der digitalen Daten wird entschieden, ob eine Verpackung den Test bestanden hat oder nicht. Fehlerhafte Verpackungen werden auf diese Weise umgehend aus der Fertigungslinie entfernt. Die Daten werden zur Trendanalyse automatisch in das Qualitätssicherungssystem eingetragen, sodass eine Warnung ausgegeben werden kann, wenn zu viele Verpackungen den Test nicht bestehen.

Eine weitere Anwendung für Wärmebildkameras ist die Überwachung von Abfüllvorgängen. Auch wenn dieser Punkt nur selten die Produktsicherheit betrifft, wirkt er sich auf den Ertrag und die Konformität des Produkts aus. Es können unterschiedliche Bereiche einer Flasche definiert und zur Auslösung eines Alarms herangezogen werden, sodass Flaschen weder unter- noch überfüllt werden. Bei Flaschen oder Gläsern aus dunklem Glas oder Kunststoff sind Wärmebildkameras eine bessere Lösung als Tageslichtkameras.

Automatisierung von Messungen

Die derzeit für Wärmebildkameras verfügbare Anwendungssoftware umfasst eine Vielzahl von Funktionen, die für die automatische Lebensmittelverarbeitung geeignet sind. Die Software ergänzt in Wärmebildkameras integrierte Firmware und arbeitet mit dieser zusammen. Die Bildgebungswerkzeuge und -bibliotheken in diesen Paketen sind von der Hardware und Sprache unabhängig. Dadurch können Lebensmitteltechniker Wärmeüberwachungs- und Kontrollsysteme schnell in die Prozesse integrieren.

Die Wärmebildkameras selbst bieten unterschiedliche Betriebsmodi zur richtigen Temperaturmessung unter verschiedenen Bedingungen. Zu den typischen Funktionen dieser Kameras gehören ein Spotmesser und Bereichsmessungen.

Der Spotmesser ermittelt die Temperatur für einen bestimmten Punkt. Die Bereichsfunktion isoliert einen ausgewählten Bereich eines Gegenstands oder einer Anordnung und misst in der Regel die höchste, niedrigste und durchschnittliche Temperatur in diesem Bereich. Üblicherweise kann der Benutzer den Temperaturmessbereich auswählen. Zusätzlich zur Auswahl des Temperaturmessbereichs kann der Benutzer bei den meisten Kameras eine Farbskala oder Grauskala für das optimale Kamerabild festlegen.

Die Bereichsfunktion wird meistens für Durchlauföfen verwendet, da gekochte Lebensmittel häufig unregelmäßig auf dem Laufband angeordnet sind. Die Kamera kann so programmiert werden, dass sie die maximale und minimale Temperatur im definierten Bereich erfasst. Wenn ein gemessener Temperaturwert die benutzerdefinierten Grenzwerte über- oder unterschreitet, löst ein auf einem PC oder einer SPS laufendes Anwendungsprogramm umgehend einen Alarm aus. So wird der Bediener darauf hingewiesen, das Wärmebild auf einem Videobildschirm oder einem PC zu überprüfen, damit er das fehlerhafte Produkt finden und/oder die Ofentemperatur anpassen kann.

Bei einer lokalen Überwachung können die digitalen Ein- und Ausgänge der Kamera zur direkten Auslösung eines Alarms ohne zusätzliche Software verwendet werden. Die Lebensmittelverarbeitung profitiert jedoch häufig von übergeordneten Analysefunktionen, die in Softwares von Drittherstellern auf PCs verfügbar sind.

Für diese sofort einsatzbereiten Lösung ist kein Anwendungsquellcode erforderlich. Da diese Software die gängigen Schnittstellenstandards für Bildgebungsanwendungen (z. B. GigE Vision® und GenICam™) aufweist, unterstützt sie zahlreiche Funktionen.

Ein vereinfachtes Balkendiagramm der Bandüberwachung wird angezeigt. Eine einzelne Wärmebildkamera kann mehrere Aufgaben erfüllen oder zur Erfassung anderer Eigenschaften (z. B. der Farbe) mit einer Tageslichtkamera kombiniert werden.

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