Mit seinem Radarmessgerät durchleuchtet ein Sensor- und Kamerahersteller geschlossene Verpackungen und prüft den Inhalt so auf Vollständigkeit, Unversehrtheit und Fremdkörper. Dabei ist er unempfindlich gegenüber Staub, Schmutz und schlechten Lichterverhältnissen.

Pharmazeutische Produkte stellen oft hohe Anforderungen an Verpackungs- und Logistikkonzepte. Dazu kommt, dass im Jahr 2022 die Arzneimittelkommission der deutschen Apotheken (AMK) 7.182 Spontanberichte zu vermuteten Qualitätsmängeln und unerwünschten Wirkungen von Arzneimitteln aus 4.049 Apotheken erhielt. Unter den 4.843 Qualitätsmängeln wurden, wie in den Jahren zuvor, am häufigsten Verpackungsfehler gemeldet (2022: 2.180 = 45 Prozent). Das erfordert flexible Produktionslinien mit einer 100-prozentigen Inline-Qualitätskontrolle am Ende des Verpackungsprozesses.

Laut Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit gab es im Jahr 2023 46 Meldungen zu in Lebensmitteln gefundenen Fremdkörpern. Deshalb geht es in der Lebensmittelindustrie darum sicherzustellen, dass keine Produkte in den Handel kommen, die Fremdkörper enthalten.
 

Radar Imaging ersetzt Kamera- und Röntgensysteme

Heute werden in der Produktion unterschiedlichste Technologien zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Dazu gehören unter anderem optische Systeme, die aber nicht durch das Verpackungsmaterial sehen können; Durchlaufwagen, die keinen Aufschluss über den Fehlerfall geben; und Röntgeninspektion. Letztere erfordern kostspielige Schutzeinrichtungen, wegen der ionisierenden Röntgenstrahlung, und einen Strahlenbeauftragten. Allerdings kann die Röntgenanalyse zwar Metalle zuverlässig in Verpackungen detektieren, aber etwa bei Glas-, Kunststoff- und Holzsplittern kommt die Technologie an ihre Grenzen. 

Genau hier setzt der Radarimager von Balluff an. Das industrielle 3D-Bildgebungssystem – basierend auf Radartechnologie – durchleuchtet Verpackungen. Er ermöglicht es, alle Arten von für den Menschen unsichtbaren Objekten zu finden. So prüft das System Verpackungen auf Vollständigkeit, Unversehrtheit des Produkts oder identifiziert Fremdkörper. Der Frequenzbereich der verwendeten Radarstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowelle und Infrarot. Die verwendeten Wellen sind deshalb nicht ionisierend, also gesundheitlich unbedenklich.

Funktionsprinzip von Radar Imaging

Der Sensor sendet elektromagnetische Wellen aus, die nichtleitende Produkte durchdringen können. Jedes Material beeinflusst die Wellenenergie spezifisch, was deren Amplitude entsprechend reduziert. Die zusätzliche Reflektion an Grenzflächen generiert Laufzeitdifferenzen zwischen der ursprünglichen und der reflektierten Welle.

Die eingesetzte Software übersetzt die gemessenen Amplituden- und Laufzeit­differenzen in Bilder. Das System erstellt so bis zu zehn Bildstapel pro Sekunde, die den gesamten Bereich unter dem Radarimager abdecken. Die Auswertung des Bildstapels bildet die Basis der Qualitätsprüfung. Da jedes Bild seinen eigenen Zeitstempel hat, ist damit eine exakte Rückverfolgung möglich. 

Die so gewonnenen Daten dokumentieren gefundene Unregelmäßigkeiten und Fremdkörper oder überprüfen, ob Verpackungen vollständig und unversehrt sind.

Radar Imaging in der Praxis 

Im verwendeten Frequenzbereich können die Radarstrahlen sämtliche dielektrischen Materialien wie zum Beispiel Folien, Karton­agen und Kunststoffe durchleuchten. Metall, leitfähige Gegenstände und Flüssigkeiten lassen sich detektieren, aber nicht durchleuchten. So lassen sich auch metallische Gegenstände oder Partikel auffinden und Füllstände erkennen. Dazu ermöglicht es der Sensor, die Oberflächenbeschaffenheit unterschiedlicher Materialien zu erfassen.

Durch den verwendeten Frequenz­bereich kann der Imager dielektrische Objekte mit einem Abstand von wenigen Millimetern optisch sicher trennen. Auch wenn Objekte dichter beieinander liegen, lassen sich noch wichtige Informationen gewinnen und das bei Bandgeschwindigkeiten bis 1,5 m/s oder 90 m/min. Um mit der nötigen Präzision messen zu können, setzt der Radarimager allerdings eine kontinuierliche Bewegung des Produktförderbands oder seiner Position und eine freie Sicht auf die Produkte voraus.  Ist der Sensor in der Produktionslinie eingerichtet, braucht er zur Auswertung der Bilder noch eine geeignete Prüf-Software. Wechselt das Produkt, muss nur die neue Konfiguration geladen werden. So kann der Radarsensor auch im Bereich Nahrungsmittel und Getränke Inhalte von Verpackungen auf Vollständigkeit – inklusive Beipackzettel – und Unversehrtheit prüfen, Fremdkörper detektieren oder Füllstände erkennen. 

Die Vorteile von Radarmessungen

Der Radarsensor von Balluff – ein industrielles 3D-Bildgebungssystem – bietet wichtige Vorteile. Er zeichnet sich durch seine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus und bietet zudem eine breite Palette an Konfigurationsmöglichkeiten. Der kompakte Sensor lässt sich per Plug&Play in bestehende Produktlinien integrieren. Er ist wartungsfrei, bietet eine benutzerfreundliche Bedienung, agiert präzise und zuverlässig auch unter ungünstigen Lichtverhältnissen und liefert optimale Ergebnisse auch bei Staub, Rauch, Feuchtigkeit und rauen Oberflächen, ohne das Produkt selbst zu beeinflussen. Dadurch kann der Radarimager eine Alternative zu aktuellen Technologien sein und eröffnet neue Wege im Bereich Qualitätskontrolle für Lebensmittel, Pharma, Kosmetik, Verpackungen und Logistik.

Autor
Jörg Maier, Strategic Incubation Manager bei Balluff

Effizient auf Vollständigkeit prüfen

Interview mit Jörg Maier, Strategic Incubation Manager bei Balluff

inspect: Was sind die Vorteile des Radarimagers gegenüber einer ­VIS-Kamera?

Jörg Maier: Im Unterschied zu optischen Systemen wie Kameras, arbeitet der Radar­imager beleuchtungsunabhängig. Spiegelnde oder glänzende Oberflächen haben keinen Einfluss auf die Ergebnisse. Der Radarimager braucht keine direkte Sichtverbindung zum verpackten Objekt, da er in die Verpackung hineinschaut. 

inspect: Welche Besonderheiten bringt das Funktionsprinzip mich sich?

Maier: Die Prüfung auf Vollständigkeit von Materialien und Produkten wird durch den Radarimager effizient ermöglicht. Seine Fähigkeit, nicht-leitfähige Materialien zu durchleuchten, ermöglicht eine Detektion von Verunreinigungen und Fremdkörpern in Verpackungen, wie Folien, Kartonagen und Kunststoffen. Metall, leitfähige Gegenstände und Flüssigkeiten können detektiert, aber nicht durchleuchtet werden. So können beispielsweise metallische Gegenstände oder Partikel detektiert und Füllstände erkannt werden.

inspect: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit sich der Radar­imager einsetzen lässt?

Maier: Eine kontinuierliche Bewegung, durch das Förderband des Produkts oder die Bewegung des Radarimagers, ist entscheidend für eine verwendbare und aussagekräftige Messung. Die optimale Distanz zwischen dem Radarimager und dem zu durchleuchtenden Produkt sollte im Bereich von 10 bis 30 cm liegen. Diese Abstände ermöglichen eine präzise Analyse und Trennung von Objekten im Millimeterbereich.