Die Temperatur von Lebensmitteln spielt von der Produktion bis zum Verzehr eine Schlüsselrolle. Deshalb sind Wärmebildkameras essentielle Werkzeuge für die Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie. Neben Nahrungsmitteln können sie auch Verpackungen oder Füllmengen prüfen.

In der Lebensmittelindustrie muss die Temperatur leicht verderblicher Waren während des gesamten Produktions-, Transport-, Lager- und Verkaufsprozesses sorgfältig kontrolliert werden. Da hierbei immer Menschen beteiligt sind, benötigen die Nahrungsmittelverarbeiter Geräte, die entscheidende Prozesse so automatisieren, dass sie das Risiko menschlicher Fehler und gleichzeitig die Kosten reduzieren. Wärmebildkameras zum Beispiel. Mit Flir-Wärmebildkameras können Anwender 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 von berührungslosen Temperaturmessungen

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.

Die Wärmebildkameras sind benutzerfreundlich, kompakt und können bei Bedarf praktisch überall angebracht werden. Sie lassen sich auch zur Prüfung von Verpackungsdichtungen und zum Erhöhen der Effizienz in anderen Lebensmittelverarbeitungsverfahren einsetzen.

Wärmebildkameras von Flir verfügen außerdem über Firmware und Kommunikationsschnittstellen, wodurch sie für die automatische Prozesskontrolle geeignet sind. Durch die Software eines Drittanbieters lassen sich diese Tools einfach in automatische Bildgebungssysteme integrieren, ohne dass aufwendige kundenspezifische Kontroll-Codes erforderlich wären.

Anwendungen von Wärmebildkameras in der Lebensmittelindustrie

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 die gängigste und wichtigste Technologie zur Qualitätssicherung. Sie eignet sich etwa zur Kontrolle der Qualität und Sicherheit von gekochten Fleischprodukten. Eine festinstallierte 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 lässt sich so der Gesamtdurchsatz erhöhen. Die geringeren Energiekosten sind ein weiterer Vorteil.

Anlagenüberwachung mittels Wärmebildkameras

Neben der Prüfung von gekochten Lebensmitteln eignen sich Wärmebildkameras auch zur Überwachung von Durchlauföfen. Sie können auch 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 erkennen Anwender mit Wärmebildkameras im Handumdrehen.

Solche Qualitätsprüfungen sind mit herkömmlichen Berührungstemperatursensoren deutlich schwieriger. Somit tragen Wärmebildkameras zum Beseitigen von Abweichungen und einer höheren Qualität bei, bevor größere Produktmengen entsorgt werden müssen.

Software unterstützt bei der 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 Mustererkennungs-Software zur Überprüfung der richtigen Abfüllung in Verpackungsfächer verwendet werden.

Eine damit verbundene Anwendung ist die automatische Inspektion von wärmedichten Cellophanabdeckungen bei Mikrowellengerichten. Eine Kamera erkennt die Wärmestrahlung, die von einer undichten Cellophan-Dichtung ausgeht. Durch die Auswertung des Wärmebilds mit einer Bildgebungs-Software lässt sich die Temperatur am gesamten Umfang der Verpackung überprüfen. 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 diese Wärme durch den Karton hindurch sehen 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 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 zum Auslösen 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 Anwendungs-Software umfasst viele Funktionen, die für die automatische Lebensmittelverarbeitung geeignet sind. Die Software ergänzt die 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 mehrere 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 einsatzbereite Lösung ist kein Anwendungsquellcode erforderlich. Da diese Software die gängigen Schnittstellenstandards für Bildgebungsanwendungen (zum Beispiel GigE Vision und GenICam) aufweist, unterstützt sie zahlreiche Funktionen.

Autor
Joachim Templin, Sales Manager R&D/Science & Automation Solutions Sales EMEAI bei Flir