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Auch bei schnellen Prozessen erkennt die Wärmebildkamera eindeutig, ob die Behälter korrekt verschlossen sind.
Auch bei schnellen Prozessen erkennt die Wärmebildkamera eindeutig, ob die Behälter korrekt verschlossen sind.

Mithilfe von Bildverarbeitungs- und Analysesoftware erkennen und vergleichen Wärmebild­kameras Objekte und thermische Muster innerhalb des erzeugten Thermogramms. Die automatisierte Null-Fehler-Kontrolle einer warmverschweißten Zellophan­abdeckung über Mikrowellen-Fertiggerichten ist eine solche Anwendung. Eine Wärmebildkamera erkennt die abgestrahlte Wärme am Rand des Behälters, an dem die Zellophandichtung sitzt. Bei Bedarf überprüft die Kamera auch die Temperatur entlang des gesamten Umfangs der Verpackung, um beispielsweise den Füllstand zu kontrollieren. In beiden Fällen kommen entsprechende Analysefilter aus der klassischen Bildverarbeitung zum Einsatz: Ein Wärmebildkamera-System liefert hierzu hohe Kontrastwerte zwischen erwärmtem Umfang und den nicht erwärmten Bereichen. Ein Temperaturschwellwert dient zur Binarisierung des Bildes, um die relevanten Muster hervorzuheben. Im entsprechend bearbeiteten Bild können die Filter etwa die Flächengröße, den Schwerpunkt oder die Form automatisiert markieren und somit Gut- und Schlechtteile unterscheiden.

Die Kamera untersucht nur die Bereiche der Laschen, an denen sich Kleber befinden soll, und leitet die Daten an die Qualitätsmanagement-Software zur Auswertung weiter.

Die Kamera untersucht nur die Bereiche der Laschen, an denen sich Kleber befinden soll, und leitet die Daten an die Qualitätsmanagement-Software zur Auswertung weiter.Flir

Hotspots auf Kartons erkennen

Der Zustand von Kartons und anderen Umverpackungen, die Lebensmittelbehälter schützen, beeinflusst die Produktqualität indirekt. Eine der kostengünstigsten Arten der Versiegelung von Umverpackungen ist der Einsatz von Heißklebepunkten auf den Kartonlaschen. In der Vergangenheit wurde die Punktklebung durch regelmäßiges, zerstörendes Prüfen einiger aus der Produktion entnommener Muster überwacht. Dieses Verfahren war zeitintensiv und teuer. Da der Kleber direkt nach der Kartonmontage noch heiß ist, lässt sich die Versiegelung alternativ mit einer Wärmebildkamera kontrollieren. Sie sieht die Klebepunkte durch den Karton und erfasst deren Muster. Der Anwender kann die Kamera so einstellen, dass sie nur festgelegte Bereiche der Laschen untersucht, an denen sich Kleber befinden soll, und die Punktgrößen sowie ihre Temperaturen zeigt. Anschließend werden die gesammelten digitalen Daten für die Zuordnung in Gut- oder Schlechtprodukt für jede einzelne Verpackung verwendet. Fehlerhafte Kartons lassen sich daher unmittelbar an der Produkt­ionslinie ausleiten. Ein Qualitätssicherungs-System speichert die Daten zudem automatisch für eine Trendanalyse. Wenn zu viele Kartons einer Charge als Schlechtprodukte auffallen, gibt das System eine Warnung aus.

Halb voll oder halb leer

Eine weitere Anwendung für Wärmebildkameras ist die Füllstandsüberwachung von Behältern. Obwohl dies nur in seltenen Fällen Auswirkungen auf die Produktsicherheit hat, wirkt es sich auf den Gewinn und die Einhaltung geltender Vorschriften aus. Für den Überwachungsprozess lassen sich unterschiedliche Bereiche einer Flasche definieren, um im Fehlerfall Alarm auszulösen oder sie auszuleiten. Dazu gehört der obere Teil des Flaschenhalses, um den Füllstand zu erfassen. Wärmebildkameras sind bei solchen Anwendungen insbesondere dann die bessere Alternative zu Tageslicht­kameras, wenn die Flaschen oder Behälter aus dunkel eingefärbtem Glas oder Kunststoff bestehen. Ein Beispiel dafür ist die Reinigung von Bierfässern, die mit einer heißen Reinigungsflüssigkeit befüllt werden. Hier kann der Bediener mit der Wärmebildkamera erkennen, ob die Flüssigkeit das Fass vollständig ausfüllt.

Wärmebildkameras sind die bessere Alternative zu Tageslichtkameras, wenn die Flaschen oder ­Behälter aus eingefärbtem Glas oder Kunststoff bestehen.

Wärmebildkameras sind die bessere Alternative zu Tageslichtkameras, wenn die Flaschen oder ­Behälter aus eingefärbtem Glas oder Kunststoff bestehen.Flir

Keine Messung ohne Software

Der Software kommt beim Einsatz von Wärmebildkameras eine Schlüsselrolle zu: Ob in Form von internen Analyse-Algorithmen, mit denen sie sich auch ohne zusätzliche PC-Hardware betreiben lassen, oder als gesonderte Bildverarbeitungs-Programme. Software ermöglicht es, die aufgenommenen Bilder automatisiert zu interpretieren und die Infrarot-Technik online in der Fertigung einzusetzen. Beispielsweise, wenn beim maschinellen Sehen mit Wärmebildtechnik eine Mustererkennungs-Software in der Fertigungslinie von Tiefkühlkost überprüft, ob die Fächer von Nahrungsmittelschalen korrekt befüllt sind. Hierfür vergleichen Bildverarbeitungs-Programme zum Beispiel geometrische Muster im Thermo­gramm mit denen in einem vom Computer als Referenz gespeicherten Bild.

‚Flir IR-Monitor‘, die Software für die Kamera-Serie A310, verfügt für automatisierte Anwendungen zur Nahrungsmittelverarbeitung zusätzlich über eine Region-­of-Interest-Analyse und verschiedene Alarmeinstellungen. Die Software unterstützt das Einrichten und Visualisieren von neun Kameras, übernimmt das Speichern von Bildern und synchronisiert die Kameras mit Internet-Zeitservern. Dazu verfügt die Kamera über einen Webbrowser.

Die Wärmebildkameras der Ax5-Serie eignen sich für Anwendungen in der Qualitätskontrolle.

Die Wärmebildkameras der Ax5-Serie eignen sich für Anwendungen in der Qualitätskontrolle.Flir

Auf den Punkt genau messen

Die Wärmebildkameras bieten unterschiedliche Betriebsmodi, die die Temperaturmessungen an verschiedene Bedingungen anpassen. Zwei häufige Funktionen sind Messpunkte und Bereichsmessungen. Der erstgenannte Modus ermittelt die Temperatur an einem bestimmten Punkt. Die Bereichsmessung isoliert eine ausgewählte Region eines Objekts oder einer Szene und liefert Maximal-, Minimal- und Mittelwerte innerhalb dieses Bereichs. Den Temperaturmessbereich legt der Anwender fest. Neben der Auswahl des Bereichs kann er bei den meisten Kameras eine Farb- oder Graustufenskala zum Verbessern des aufgenommenen Bildes nutzen. Mit einer Sonderfunktion lassen sich die Messbereiche innerhalb des Thermogramms frei zeichnen. Der Anwender kann den Analysebereich somit an nahezu alle stationären Objektformen anpassen.

Fällt eine der definierten Solltemperaturen aus den Grenzwerten heraus, löst ein Programm, das auf einem PC oder einer SPS läuft, Alarm aus. Ein Bediener kann daraufhin das Wärmebild auf einem Videomonitor oder PC überprüfen, um das Schlechtprodukt auszuschleusen und die Maschinenparameter anzupassen.

Technik im Detail

Wärmebildkameras im Prozess

Die in den Applikationen verwendete FLIR A310 ist eine Wärmebildkamera, die sich für alle Arten von Überwachungsanwendungen in der Nahrungsmittelindustrie eignet. Anwender können die Daten der analogen Ausgänge auf Monitoren betrachten und die Temperaturdaten, einschließlich MPEG4-Videodaten, sowie via Ethernet an einen Computer übertragen. Bei Bedarf kann die Kamera über das Ethernet-Kabel mit Spannung versorgt werden (Power over Ethernet).

Noch kompakter als die Flir-A310-Serie ist die Ax5-Baureihe. Diese Kameras eignen sich für Anwendungen in der Qualitätskontrolle. Kalibriert für Messungen von Temperaturen zwischen -40 bis 550 °C erfassen die Geräte Temperaturunterschiede ab 50 mK. Die Modelle bieten Infrarot-Auflösungen bis 640 mal 512 Pixel (Version A65), mit bis zu 30 Hz Bildwiederholfrequenz. Außerdem unterstützen die Kameras Gig-E-Vision und Genicam. Diese Standards ermöglichen die Integration der Kamerasysteme in klassische Bildverarbeitungs-Software.