Auch beim Holz wird ein ressourcenschonender Umgang immer wichtiger. Nicht nur aus Kostengründen, auch für den Klimaschutz ist die Wiederaufbereitung von Bedeutung: Einerseits, da Holz viel CO2 speichert, das nach Lebensende des Holzprodukts wieder in die Atmosphäre gelangt, und andererseits, weil die Wiederaufbereitung die Ressource schont. Daher wird ausgedientes Holz gesammelt, nach Abfallklassen sortiert und der entsprechenden Verarbeitung zugeführt. Ziel dabei ist, so wenig Holz wie möglich zu entsorgen. Grundlage hierfür ist die exakte Erkennung und Unterscheidung aller Bestandteile: Es muss sicher erkannt werden, ob es sich beim vorhandenen Material um Holz oder einen Fremdstoff handelt. Im nächsten Schritt folgt die Sortierung nach Holzwerkstoffen, um ein anschließendes Recycling zu ermöglichen.

Die Lösung: Hyperspektrale Bildgebung

Für die Feinsortierung der Holzwerkstoffe würde der Einsatz einer Farbkamera nicht zum Erfolg führen, denn die Identität des Materials spiegelt sich normalerweise nicht in der Farbe wider. Hier kommt die Hyperspektrale Bildgebung ins Spiel. Verschiedene Materialien absorbieren elektromagnetische Strahlung unterschiedlich. Eine Hyperspek­tralkamera macht dieses Absorptionsverhalten und daher Materialunterschiede sichtbar. Für die Unterscheidung von Holzwerkstoffen ist Strahlung im kurzwelligen Infrarotbereich (Swir) am besten geeignet.

Hyperspektrale Sensoren werden alltagstauglich

Die Sensortechnik hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Bei der Empfindlichkeit für bestimmte Bereiche des elek­tromagnetischen Spektrums kamen   Sensoren hinzu, die neben VIS nun auch für ultraviolette Wellenlängen ab 150 nm oder im Swir bis 1.700 nm zuverlässig Daten liefern. Darüber hinaus gibt es inzwischen Sensoren, die mehrere dieser Bereiche parallel abdecken, die sich also für den Einsatz in den oben beschriebenen Anwendungen eignen. 

Holzrecycling: der Prozess

Beim Recyclingprozess von Holz werden die zu sortierenden Stoffe zerkleinert, laufen über ein Förderband und werden dabei inspiziert und sortiert. Grob lassen sich Holzwerkstoffe aus dem Baubereich unterteilen in Vollholz, Spanplatten und Faserplatten. Diese Materialien sind häufig zusätzlich mit Kunststoffen beschichtet oder mit Kunststoffkanten versehen. Span- und Faserplatten enthalten außerdem unterschiedliche Mengen und Arten an Bindestoffen und Färbemitteln. Oft ist eine Unterscheidung anhand der Farbe, also im visuellen Spek­trum, aufgrund der Ähnlichkeit nicht möglich.

Dies gilt jedoch nicht für die Swir-Spek­tralanalyse: Vergleicht man die spektrale Antwort der Materialien, sind im Swir-Bereich deutliche Unterschiede zu erkennen. Damit lässt sich eine sichere Klassifizierung und somit auch eine einfache Aussortierung der einzelnen Stückchen realisieren.

Swir: Spektraldaten enthalten chemische Informationen 

Hyperspektrale Bildgebung basiert auf dem chemischen Analysewerkzeug Spektroskopie. Dieses wird zu einer effizienten bildgebenden Methode erweitert, die auch für indus­trielle Prozesse nutzbar ist. Mittels dieser wird in hoher Geschwindigkeit eine große Fläche erfasst, bei der jeder einzelne Bild­pixel ein vollständiges Spektrum enthält. Wird nicht der sichtbare Bereich des Spektrums, sondern der kurzwellige Infrarotbereich (Swir) gemessen, enthalten die Spektraldaten chemische Informationen, die zum Beispiel auf das Material, die Menge eines Inhaltsstoffes oder eine vorhandene Beschichtung oder Verunreinigung schließen lassen. 

Autorin
Miriam Schreiber, Business Unit Manager Marketing Communications & Services

Die NIR-Hyperspektralkamera Redeye 1.7 von Inno-Spec

Die NIR-Hyperspektralkamera Redeye von Inno-Spec verfügt über einen Spektralbereich von 950 bis 1.700 nm. Die Optik der Kamera zerlegt jeden örtlichen Punkt der aufgenommenen Zeile in seine spektralen Bestandteile. Der Swir-sensible InGaAs-Flächen­sensor bildet dabei in einer seiner beiden Dimensionen die örtliche und in die andere Dimension die Spektralinformation ab. Zeitlich aufeinanderfolgende Sensorbilder ergeben die zweite örtliche Dimension und werden zum sogenannten Hypercube vereinigt.

Inno-Spec als Spezialist für hyperspektrale Optiken designt und fertigt diese mit einem besonderen Augenmerk auf Präzision, geringen Aberrationen und hohen Lichtdurchlass für hohe Messraten und gute Spektrenqualität, die wiederum die automatisierten Analyse­ergebnisse verbessern. Als Einheit von Sensor und Elektronik kommt eine Industriekamera von Photonfocus zum Einsatz, die zusammen mit der Optik im IP65/67-klassifizierten und somit auch für harsche Umgebungsbedingungen geeigneten Gehäuse verbaut wird.

Alle HSI-Kameras von Inno-Spec sind Pushbroom-Systeme, das heißt, das System funktioniert wie eine Zeilen­kamera, die bewegte Objekte Zeile für Zeile erfasst. Diese Methode ermöglicht hohe Mess- und Probenverfahr­geschwindigkeiten.

Swir-Kameras von Photonfocus

Die Spektral-Kameraserie beinhaltet Kameras mit Swir- und UV-Sensoren sowie Kameras für die ­Hyperspektralbildverarbeitung. Die Swir-Kamera MV3-D320I-T01-G2 ­basiert auf dem Chunghwa-FPA-320x256-K-InGaAs-Bildsensor mit einer CMOS-Auslesestufe. Der Sensor besitzt eine Sättigungsladung von 3.5 Me- und wurde für eine hohe Dynamik und ein ­hohes Signal-Rausch-Verhältnis entwickelt. Die integrierte Multi-ROI-Funktion mit bis zu 128 Auslesefenstern sorgt für eine gesteigerte Auswertegeschwindigkeit und Taktrate.

Die Kamera ist für Standardapplikationen und anspruchsvolle Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung im Spektralbereich von 900 bis 1.700 nm geeignet. Mit dem Global Shutter sind darüber hinaus auch Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit Belichtungszeiten im µs-Bereich möglich. Die GigE-Schnittstelle sorgt für eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung.