1. Einführung

Die Anwendung des Lichtspektrums und seiner verschiedenen Wellenlängen ist zu einem wichtigen Faktor für die Weiterentwicklung der Bildverarbeitungsindustrie geworden. Durch die Nutzung unterschiedlicher Lichtwellenlängen, Bildverarbeitungssysteme können eine Vielzahl von Inspektionsaufgaben mit außergewöhnlicher Präzision und Effizienz ausführen.

Das Lichtspektrum besteht aus einem Bereich von Wellenlängen, Jedes verfügt über einen eigenen Satz an Eigenschaften für ein breites Spektrum an Bildverarbeitungsinspektionsaufgaben

 

Zum Beispiel, Ultraviolett (UV) Licht, welches kürzere Wellenlängen als sichtbares Licht hat, kann zur Untersuchung von Materialien auf Risse und andere Beschädigungen eingesetzt werden. UV-Licht wird von den meisten Materialien absorbiert und dringt nur über kurze Distanzen ein, Dies macht es zu einem idealen Werkzeug für die Oberflächeninspektion.

Auf der anderen Seite des sichtbaren Lichts befindet sich das Infrarot (UND) Spektrum, die direkt hinter dem beginnt, was wir als rotes sichtbares Licht sehen, und sich bis zu dem erstreckt, was wir als thermische Energie empfinden, auch Langwelle genannt Infrarotlicht oder (LWIR).

Mit einer Wellenlänge, die etwas länger als sichtbares Licht, aber viel kürzer als thermische Energie ist, Nahinfrarot (NIR) Licht wird häufig in Bildverarbeitungsanwendungen eingesetzt, da es viele Materialien durchdringen und verborgene Merkmale und Eigenschaften von Objekten offenbaren kann. Zum Beispiel, NIR-Lichter werden in der Landwirtschaft häufig zur Untersuchung von Pflanzenstress und -krankheiten eingesetzt, und in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung, um Kontaminationen und andere Qualitätsprobleme zu erkennen.

Für Materialien wie Kunststoffe, Keramik, und Halbleiter, die entweder unsichtbar oder im sichtbaren Spektrum schwer zu beobachten sind, kurzwelliges Infrarot (SWIR) Licht bietet möglicherweise bessere Inspektionsmöglichkeiten als Nahinfrarot (NIR) Licht, aufgrund seiner längeren Wellenlängen. Seine Fähigkeit, Materialien mit spektralen Eigenschaften zu durchdringen, die ein Reflexionsvermögen im sichtbaren und NIR-Bereich aufweisen, aber Transparenz im SWIR-Bereich, hat neue Möglichkeiten für Qualitätsprüfungen eröffnet, die mit herkömmlichen Bildgebungslösungen bisher nicht möglich waren.

2. Einführung der SWIR-Bildgebungstechnologie in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie verfügt über strenge Qualitätskontrollstandards, um sicherzustellen, dass die Verbraucher sicher sind, hochwertige Produkte. Mit seinem erweiterten Inspektionswellenlängenbereich, Die SWIR-Technologie bietet schnellere Ergebnisse, genauer, und zuverlässige Ergebnisse, Dies ermöglicht erweiterte Inspektionen, die zu weniger Kontamination führen, verbesserte Sortiermöglichkeiten, und qualitativ hochwertigere Produkte. In den letzten Jahren, Die SWIR-Technologie hat in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie dank Fortschritten, die die Bildqualität und die Erschwinglichkeit verbessert haben, an Popularität gewonnen. In diesem Abschnitt werden verschiedene Anwendungen der SWIR-Bildgebungstechnologie in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie besprochen.

3. Granulare Inspektion

Getreide wie Reis und Weizen enthalten oft unterschiedlich starke Verunreinigungen, einschließlich Fremdmaterialien und zerkleinerter oder verfärbter Körner. Diese Verunreinigungen können die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen und erhebliche Verluste verursachen. SWIR-Bildgebung wird zur Klassifizierung und Trennung von Objekten wie Körnern verwendet, Nüsse, Mais, und andere Produkte basierend auf der Größe, Form, und andere Faktoren zur genauen Identifizierung von Kontaminationen, Verfärbung, und andere Mängel für eine effiziente und effektive Sortierung. Der Einsatz von Kameras mit SWIR-Technologie bietet mehrere Vorteile für granulare Inspektionsanwendungen.

 

Hier sind einige Beispiele:

Hohe Präzision
Kameras wie die von JAI SW-4010Q Modell, ist in der Lage, gleichzeitig RGB- und SWIR-Bildgebung bereitzustellen, unterstützen die hochauflösende Bilderfassung körniger Materialien in einem einzigen Durchgang mit Korrelation auf Pixelebene und ohne Parallaxenprobleme. Dies ermöglicht präzise Inspektionen, Dadurch ist es möglich, selbst kleinste Mängel oder Verunreinigungen zu erkennen, Verbesserung der Gesamtqualität des Endprodukts. Zum Beispiel, Verunreinigungen wie Steine, Bei der Inspektion von Getreide und Nüssen können Metalle und Glasscherben identifiziert werden.

 

 

Erkennung von Verunreinigungen bei der Inspektion roter Bohnen mittels SWIR plus RGB-Bildgebung

Echtzeitinspektion
Die Integration der SWIR-Technologie in Kameras ermöglicht die Echtzeitprüfung körniger Materialien bei hohen Geschwindigkeiten, um sofortige Korrekturmaßnahmen zu ermöglichen, Reduzierung des Zeit- und Ressourcenaufwands für Inspektionen und Nacharbeiten. Dies erhöht die Lebensmittelsicherheit, indem es die Kontaminationsgefahr verringert und außerdem den Produktionsprozess beschleunigt und rationalisiert.

Tiefere Penetration
Im Vergleich zu Kameras, die sichtbares Licht oder Licht im nahen Infrarot verwenden, SWIR-Kameras eignen sich besser für die Analyse dichter und undurchsichtiger Materialien, die eine tiefere Eindringtiefe erfordern, um detaillierte Bilder aufzunehmen. SWIR-Kameras, Zum Beispiel, kann in die äußeren Schichten von Getreidekörnern eindringen und Feuchtigkeit oder andere Eigenschaften im Inneren erkennen, die zur Beurteilung der Getreidequalität und des Nährwerts herangezogen werden können. Ähnlich, Sie können die äußeren Schichten von Pulvern durchdringen, um Fremdkörper oder Verunreinigungen im Pulver aufzuspüren, Gewährleistung der Pulverqualität und -sicherheit.

 

Hier sind einige Beispiele für die Anwendung der SWIR-Bildgebung bei der granularen Inspektion:

Materialklassifizierung
Mit Kameras mit integrierter SWIR-Technologie lassen sich körnige Materialien wie Nüsse klassifizieren, Körner, und Mais aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und spektralen Eigenschaften. Wenn diese Materialien mit SWIR-Licht beleuchtet werden, Ihre Eigenschaften bewirken, dass sie absorbieren, unterschiedliche Lichtwellenlängen durchlassen oder reflektieren. SWIR-Kameras können feine Unterschiede zwischen verschiedenen Nussarten wie Mandeln unterscheiden, Cashewnüsse, oder Erdnüsse, sowie Getreide wie Weizen, Gerste, und Hafer, sodass sie anhand ihrer unterschiedlichen spektralen Signaturen klassifiziert werden können. In diesem Fall, Der Einsatz einer Multisensor-Kamera, die eine gleichzeitige visuelle und SWIR-Bilderfassung ermöglicht, ermöglicht eine noch schnellere und genauere Trennung verschiedener Getreidearten, Steigerung der Effizienz des Produktionsprozesses und Verringerung des Kontaminationsrisikos. 

Schadstofferkennung
Wenn Lebensmittel geerntet oder transportiert werden, Verunreinigungen wie Fremdkörper, Staub und Nussschalen können sich mit den Lebensmitteln vermischen. Eine Methode, dies zu erkennen, besteht darin, mithilfe von SWIR-Kameras Bilder aufzunehmen, die Variationen in ihren Reflexionsmustern zeigen. Zum Beispiel, Mehl kann mit Nussschalen verunreinigt werden, die für Menschen mit einer Nussallergie eine Gefahr darstellen. Mithilfe von SWIR-Daten können diese Verunreinigungen erkannt und aus der Verarbeitungslinie entfernt werden, Verringerung des Risikos einer Verbraucherschädigung.

Verwendung von SWIR zur Erkennung von Fremdkörpern bei der Prüfung von Muttern

Feuchtigkeitsanalyse
Verwendung von SWIR-Bildgebung, Es lässt sich ermitteln, wie viel Wasser in körnigen Materialien enthalten ist, was sich auf die Haltbarkeit auswirkt, Qualität, und Sicherheit von Lebensmitteln. Zum Beispiel, SWIR-Kameras, In Kombination mit den richtigen Beleuchtungstechniken lässt sich die von Weizen absorbierte Lichtmenge bei verschiedenen Wellenlängen bestimmen, die dann zur Erstellung einer Feuchtigkeitskarte verwendet werden kann. Dies zeigt, wie viel Wasser in verschiedenen Teilen der Probe vorhanden ist. Je mehr Wasser im Weizen enthalten ist, desto mehr Licht absorbiert es bei bestimmten Wellenlängen. Zu viel Feuchtigkeit in körnigen Materialien kann die Gefahr des Verderbens erhöhen und ihre Haltbarkeit verkürzen. Im Gegensatz, Zu wenig Feuchtigkeit führt dazu, dass Materialien spröde werden und ihren Nährwert verlieren, making it less valuable for use in food production.

 

4. Packaging inspection

Packaging inspection is a comprehensive process that involves thorough examination to guarantee that they adhere to quality and safety requirements and uphold consumer confidence in the product. Using cameras integrated with SWIR technology offers several benefits for packaging inspection applications.

 

Hier sind einige Beispiele:

Deeper penetration
Because SWIR light can pass through many types of plastic, as well as the printing layer on the surface of the plastic, SWIR cameras can provide clear and detailed images of the contents within. Zum Beispiel, they can detect fill levels of opaque plastic containers to ensure the correct amount of product is packed.

 

 

Material identification
In the SWIR region, different materials, such as plastic, paper, and metal, wird unterschiedliche Reflexionsmuster aufweisen, so dass sie identifiziert werden können. Zum Beispiel, wenn ein Lebensmittelunternehmen papierbasierte Verpackungen für seine Produkte verwendet, Sie müssen sicherstellen, dass das Papier eine gleichbleibende Qualität aufweist und nicht mit Schadstoffen verunreinigt ist, die in das Produkt gelangen können.

Verbesserte Fehler- und Kontaminationserkennung
Lebensmittel- und Getränkeprodukte werden häufig in Materialien wie Kunststoff verpackt, Glas oder Metall, die durch Öle verunreinigt werden können, Fett, oder andere Flüssigkeiten während des Produktionsprozesses. Aufgrund ihrer unterschiedlichen spektralen Durchlässigkeit im SWIR-Wellenband, Diese Verunreinigungen können unterschieden werden, Dadurch können Hersteller betroffene Produkte schneller und genauer identifizieren und entfernen, Gewährleistung der Produktsicherheit. Zum Beispiel, Sie können Mängel in Verpackungsmaterialien wie Lufteinschlüsse oder schwache Versiegelungen erkennen, Dies kann zum Verderb oder zur Verunreinigung des Produkts führen. Zusätzlich, SWIR-Kameras können Ölverunreinigungen aus Verpackungen wie Dosen erkennen und es Systemen ermöglichen, diese aus der Verarbeitungslinie zu entfernen.

Hier sind einige Beispiele dafür, wie SWIR-Bildgebung zur Verpackungsinspektion eingesetzt wird:

Feuchtigkeitserkennung
Feuchtigkeit kann Verpackungsmaterialien angreifen, wodurch sie Falten bekommen, verfärben, oder sogar unbrauchbar werden. SWIR-Kameras sind oft die Kamera der Wahl, da Wassermoleküle Licht in diesem Spektrum absorbieren, Dadurch ist es möglich, das Vorhandensein von Wasser auch durch undurchsichtige oder mehrschichtige Verpackungsmaterialien mit komplexen Strukturen wie laminierten Folien und Beuteln zu erkennen.

Produktinspektion durch Verpackung
SWIR-Kameras können das Produkt in Verpackungsmaterialien wie Kunststoffen inspizieren. Sie können, Zum Beispiel, Bestimmen Sie den Füllstand flüssiger Produkte wie Säfte zur Qualitätskontrolle.

Fälschungsschutz
Auch wenn es nicht unbedingt mit Lebensmitteln zu tun hat, Die gleiche Technologie, die zur Überprüfung der Etiketten von Lebensmitteln verwendet wird, kann auch auf die Währung angewendet werden, mit der sie gekauft werden. SWIR-Kameras können gefälschte Banknoten erkennen, indem sie einzigartige Merkmale, einschließlich Tinteneigenschaften, analysieren, Papierstruktur und Drucktechniken. Mithilfe ausgefeilter Algorithmen, Die aufgenommenen Bilder werden analysiert, um das Vorhandensein oder Fehlen von Infrarotstrahlung zu erkennen, die von den in echten Banknoten verwendeten Materialien abgegeben wird, wodurch sie leicht zu identifizieren sind.

 

5. Kombination aus gleichzeitiger und getrennter Abbildung von RGB- und SWIR-Licht

Obwohl SWIR-Kameras die Inspektionseffizienz verbessern können, Für viele industrielle Bildverarbeitungsanwendungen im Lebensmittelbereich sind immer noch Kameras mit sichtbarem Licht erforderlich. Diese Kameras können Farbnuancen analysieren, Größe prüfen, und Form, und überprüfen Sie die Farbe von Etiketten oder Druckmaterialien im sichtbaren Spektrum. Um ein breiteres Spektrum an Fehlern zu erkennen, Anforderungen an die Qualitätsprüfung in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung erfordern häufig den Einsatz sowohl sichtbarer als auch nicht sichtbarer Bildgebungstechniken in derselben Produktionslinie.

 

 

Die Verwendung einer einzelnen Kamera mit Multisensortechnologie bietet mehrere wesentliche Vorteile:

Bessere Qualitätskontrolle
Die gleichzeitige Verwendung von RGB- und SWIR-Bildgebung ermöglicht eine umfassendere Analyse von Lebensmitteln mit erhöhter Inspektionsgenauigkeit. Die RGB-Bildgebung erfasst sichtbares Licht und erzeugt ein Farbbild des Objekts, das zur Erkennung von Oberflächenfehlern und zur Analyse von Farbvariationen verwendet werden kann. SWIR-Bildgebung, Jedoch, erfasst kurzwelliges Infrarotlicht und liefert Informationen über die optischen Eigenschaften des Objekts außerhalb des sichtbaren Spektrums, Dadurch kann es in bestimmte Materialien eindringen und unterirdische Merkmale erkennen. Im Beispiel unten, Mit sichtbarem Licht wird die Genauigkeit des Farbdrucks und des Etikettentexts auf der Verpackung überprüft, Während SWIR-Licht verwendet wird, um durch die Verpackung zu dringen, um darin dunkel erscheinende Nüsse zu erkennen. Diese kombinierten Daten ermöglichen eine genauere und zuverlässigere Inspektion zur Einhaltung der Produktqualitäts- und Sicherheitsstandards.

 

Gleichzeitige Inspektion des Farbdrucks und des Inhalts einer Verpackung mit RGB+SWIR-Technologie.

 

Reduzierte Einrichtungskomplexität und -kosten
Durch die Kombination zweier bildgebender Verfahren in einem Gerät, die Notwendigkeit separater Kameras, Linsen, Verkabelung, und Montagezubehör entfällt. Dies senkt die Gesamtkosten und die Komplexität des Inspektionssystems und erleichtert gleichzeitig die Integration der Kamera in eine bestehende Produktionslinie.

Verbesserte Effizienz und Leistung
Die gleichzeitigen und separaten RGB- und SWIR-Bildgebungsfunktionen des SW-4010Q-Modells der Sweep+-Serie von JAI bieten noch größere Leistungsvorteile, Dies ermöglicht die genaue Erkennung von Verunreinigungen und Mängeln in Lebensmitteln. RGB-Bildgebung, Zum Beispiel, kann detaillierte Informationen über das Aussehen und die Farbe der Produkte wie z. B. Verfärbungen liefern, wohingegen SWIR-Bildgebung die Verpackung durchdringen kann, um unterirdische Merkmale wie Feuchtigkeit zu erkennen, Blutergüsse und innere Defekte.

 

6. Abschluss

SWIR-Bildgebung ist eine wertvolle Technologie für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Mit seiner Fähigkeit, unsichtbare Defekte und Verunreinigungen zu erkennen, Die SWIR-Technologie kann Unternehmen dabei helfen, hohe Produktqualitätsstandards aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass Produkte für den Verzehr sicher sind.

Wir würdigen JAI als Quelle dieses Artikels