Ausgefeilte Vision-Technologie kontrolliert und zählt Backwaren Kein Brot ist wie das andere

Ausgefeilte Vision-Technologie kontrolliert und zählt Backwaren

Kein Brot ist wie das andere

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In seinen Maschinen zur Inspektion von Backwaren setzt Niverplast auf Bildverarbeitungstechnologie von Stemmer Imaging zur zuverlässigen Erkennung von fehlerhaften Broten und Brötchen.

Die niederländische Niverplast baut Anlagen, mit denen Fleisch, Fisch, Öle und Fette sowie Nonfood-Produkte inspiziert, gezählt und verpackt werden. Im Bereich Backwaren ist man zwar erst seit 2009 tätig, hat aber dennoch schnell den Aufstieg unter die weltweit größten Hersteller solcher Anlagen geschafft. „Etwa 80 Prozent unserer Anlagen sind für Großbäckereien konzipiert und kommen in aller Welt zum Einsatz“, erläutert Albert Danneberg von der Forschungs- & Entwicklungsabteilung bei Niverplast.

Die vorgebackenen Brote oder Brötchen können der Maschine zum Prüfen und Zählen auf zwei unterschiedliche Arten zugeführt werden: „Entweder entwickeln wir eine automatisierte Zuführung direkt aus dem Gefrierschrank heraus oder die gefrorenen Teigwaren werden manuell auf das Transportband aufgelegt“, so Danneberg. Bevor die Produkte in die Maschine laufen, prüft zunächst ein Metalldetektor, ob in vorangegangenen Prozessschritten unerwünschte Metallteile in die Backwaren gelangt sind.
Bei den folgenden Schritten spielt Bildverarbeitung eine entscheidende Rolle: An der ersten Station erfolgt eine Qualitätsprüfung, bei der die geometrischen Abmessungen wie Länge und Breite der Backwaren erfasst und analysiert werden. Zudem erkennt die Anlage an dieser Stelle, ob Bruchfehler vorliegen oder ob beispielsweise die Einschnitte an der Oberseite von Baguettes korrekt sind.
Zähl-Zelle als Option
Fehlerhafte Produkte werden nach dieser ersten Station über verfahrbare Transportbänder vollautomatisch aussortiert, bevor die positiv bewerteten Backwaren an der zweiten Station gezählt werden. „Diese zweite Prüfzelle zum Zählen bieten wir als Option an. Doch die meisten Kunden bestellen ihre Anlage mit beiden Zellen“, erläutert Danneberg.
Im Anschluss erfolgt die Verpackung der Backwaren in der gewünschten Stückzahl nach den Vorgaben des Kunden, z. B. in Kartons oder Tüten. In der beschriebenen Anlage wollte der Kunde die geprüften Backwaren in bestimmten Mengen in Tüten verpacken lassen, die in Kartons eingelegt sind. Hier sind zwei separat ansteuerbare Bänder im Einsatz, die den Transport der leeren und vollen Kartons übernehmen.
Bei der Bildverarbeitung als Kernelement der beiden Prüfzellen verlässt sich Niverplast voll auf seinen langjährigen Partner Stemmer Imaging. Dietmar Serbée, Geschäftsführer der Benelux-Niederlassung der Puchheimer, erinnert sich noch gut an den Beginn der Zusammenarbeit: „Zuerst lag die Anforderung nur im Zählen von Backwaren; die Erkennung von Fehlern kam erst später hinzu. Niverplast hatte dazu bereits mehrere andere Bildverarbeiter angesprochen, doch keiner konnte ein geeignetes System anbieten.“
Kein Brot ist wie das andere
Die besondere Schwierigkeit der Aufgabe liegt laut Serbée vor allem darin, dass kein Brot wie das andere ist: „Die Formen der vorgebackenen Brote und Brötchen sind nie identisch, sondern weisen immer leichte Abweichungen auf. Es ist daher für ein automatisiertes System sehr schwer zu entscheiden, ob es sich bei einer Vertiefung an der Oberfläche eines Baguettes um einen gewollten Einschnitt oder um den ungewollten Anfang eines Bruches handelt.“
Mit einer Software-Lösung, die auf der Bildverarbeitungsbibliothek Common Vision Blox basiert, konnte Serbée solche Merkmale nach einer intensiven Entwicklungsphase schließlich sicher unterscheiden. Auch die erforderlichen Hardwarekomponenten der Bildverarbeitungssysteme wählte Serbée aus: „In Voruntersuchungen haben wir getestet, mit welcher Kamera, Optik und Beleuchtung die optimalen Ergebnisse erzielt werden können. Die Entscheidung fiel am Ende auf eine Kombination aus Zeilenkameras sowie dazu passende Zeilenbeleuchtungen und Optiken. Damit lassen sich die bis zu 1300 Millimeter breiten Transportbänder optimal abdecken.“
Zudem übernahm man auch die Anbindung der Bildverarbeitungssoftware an die grafische Benutzeroberfläche des Systems, über die unter anderem die Programme für die nächste Charge an Backwaren eingestellt wird. „Die GUI selbst wurde von Niverplast erstellt. Bei der Anbindung haben wir eng zusammengearbeitet, um die Wünsche unseres Kunden vollständig zu erfüllen“, erinnert sich Serbée.
Mit dessen Service ist Danneberg zufrieden: „Niverplast hat keine eigenen BV-Spezialisten im Haus, aufgrund der bisherigen Erfahrungen verlassen wir uns gerne auf die Unterstützung durch Stemmer Imaging.“ Diese endet auch nicht nach der Auslieferung einer Anlage. „Egal wo auf der Welt unsere Anlagen im Einsatz sind: Wenn ein System steht, wählt sich ein Mitarbeiter via Internet in die Maschine ein und behebt soweit möglich den Fehler online oder unterstützt den Anwender bei der Einrichtung und dem Anlernen neuer Backwaren.“
Die größte Anlage, die Niverplast bisher ausgeliefert hat, umfasst zwei parallele Linien mit jeweils zwei auf Bildverarbeitung basierenden Prüfzellen für die Qualitätsprüfungen und das Zählen der Backwaren. Und es gibt bereits weitere Ideen, die in das Design künftiger Anlagen einfließen werden: „Die Höhe von Backwaren lässt sich durch ein 3D-Triangulationssystem erfassen. Damit kann man Brote und Brötchen noch genauer vermessen und Fehler an den Backwaren noch sicherer erkennen.“ ↓
Stemmer Imaging GmbH
Vision Halle 1, Stand E52
„Die Höhe von Backwaren lässt sich durch ein 3D-Triangulationssystem erfassen. Damit kann man Brote und Brötchen künftig noch genauer vermessen.“ Albert Danneberg, Niverplast

Steckbrief
Zur Prüfung von Broten und Brötchen verwendet Niverplast Bildverarbeitungstechnologie von Stemmer Imaging. An der ersten Station erfolgt eine Qualitätsprüfung, bei der die geometrischen Abmessungen wie Länge und Breite erfasst werden. An der zweiten Station werden die Backwaren gezählt.
Die Herausforderung für die Bildverarbeitung liegt darin, dass kein Brot wie das andere ist. Es ist für ein automatisiertes System daher sehr schwer zu entscheiden, ob es sich bei einer Vertiefung um einen gewollten Einschnitt oder einen ungewollten Bruch handelt.
Zum Einsatz kommt eine Kombination aus Zeilenkameras sowie Zeilenbeleuchtungen und Optiken, die die bis zu 1300 mm breiten Transportbänder optimal abdecken. Künftig soll auch die Höhe von Backwaren durch ein 3D-Triangulationssystem erfasst werden.
Die Bildverarbeitungssoftware ist an die grafische Benutzeroberfläche des Systems angebunden, über die die Programme für die nächste Charge eingestellt wird. ↓

Hyperspektral: Next Big Thing der Bildverarbeitung
Die hyperspektrale Bildverarbeitung ist für Stemmer Imaging „die nächste Evolutionsstufe der Vision-Technologie“. Die Hyperspektraltechnologie erstellt quasi einen „chemischen Fingerabdruck“ der Materialien. Einsatzbeispiele sind die Klassifizierung von Kunststoffen beim Recycling oder Anwendungen im Lebensmittelbereich, in der Pharmaindustrie oder im Medizinbereich.
Im Gegensatz zur Bildverarbeitung im sichtbaren, UV- oder im IR-Bereich werden dabei mehr als 100 verschiedene Wellenlängen analysiert. Dazu zerlegt ein Spektrograph das Licht verschiedener Wellenlängen in sein Spektrum. Dieses wird über die Sensoren der Kameras aufgenommen.
Die Puchheimer haben dafür etwa die kompakten Hyperspektralkameras FX10 des finnischen Herstellers Specim im Programm. Die FX10 wurden für den Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm entwickelt. Besonderheit: der Spektrograph ist in das Kameragehäuse integriert. Dennoch besitzt die Kamera eine extrem kleine Baugröße. Anwender können aus 220 Wellenlängen diejenigen auswählen, die für die Applikation optimal geeignet sind. Die Anzahl der Wellenlängen hat dabei direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit: Bei 220 Wellenlängen nimmt die FX10 330 Bilder pro Sekunde auf, bei 5 Wellenlängen lassen sich 6510 Bilder erzielen.
Auch die Kameraserie Goldeye G-033 (siehe Bild) von Allied Vision eignet sich dank ihrer gleichmäßigen Empfindlichkeit im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) von 900 – 1700 nm für die hyperspektrale Bildverarbeitung. Der Spektralbereich von 900 – 1700 nm spielt eine große Rolle, da in diesem Bereich spezifische Absorptionsbande auftreten, die den chemischen Fingerabdruck von organischen Materialien aufweisen.
Für den SWIR-Wellenlängenbereich von 900 – 1700 nm hat Stemmer mit Perception Park zudem das Bildverarbeitungssystem CVS Hyperinspect entwickelt. Dieses ist eine intuitiv konfigurierbare Hyperspektral-Plattform, die man auch ohne Expertenwissen in Sachen Spektroskopie und Chemometrie benutzen kann. ↓
Stemmer Imaging GmbH
Vision Halle 1 Stand E52

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