BEIM QUALITÄTS-CHECK ALLES IM BLICK

Herr Dr. Cruse, mit CLK stehen Sie für umfangreiches Wissen in allen Fragen der industriellen Bildverarbeitung. In welchen Bereichen ist Ihr Unternehmen aktiv? Dr. Carsten Cruse: Bei unseren Kunden, die zumeist aus der Lebensmittelindustrie und dem produzierendem Gewerbe sind, dreht sich alles ums Automatisieren. Dabei helfen wir Lösungen zu finden, wie Produktionsprozesse automatisiert werden können oder wie eine automatisierte Qualitätskontrolle eingeführt werden kann, beispielsweise um die Produktsicherheit bei Lebensmitteln zu garantieren.

Innerhalb industrieller Produktionsketten herrschen unterschiedliche Qualitätsanforderungen. Wie begegnen Sie diesen?
Unsere Stärken sind exakt auf Kundenwunsch zugeschnittene Systeme, die sich in bereits bestehende Produktabläufe integrieren lassen. Umfangreiche Testläufe sind dabei eine Selbstverständlichkeit, genauso wie die Einbindung des Kunden in unseren Entwicklerteams. Durch die Verwendung flexibler Hard- und Software können wir die Anlagen so auch optimal an die Wünsche der Anwender aus der Food-Industrie anpassen. Unsere Kompetenzen reichen von schlüsselfertigen Automatisierungslösungen mit voll integrierten Komponenten über Sonder- oder Serienlösungen bis hin zu detaillierten Machbarkeitsstudien.

Ein Faktor bei der Lebensmittelherstellung ist, dass die Bildverarbeitungstechnologien verschiedenste Prozessschritte umfassen müssen ...
... und nicht nur das. Die Bildverarbeitungssysteme sind hier teilweise extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, wenn Sie an die Reinigungsprozeduren denken. Eine weitere Herausforderung, der wir uns mit unseren MultiCheck- und VacuCheck-Anlagen stellen müssen: Lebensmittel wie Fleisch, Gemüse oder Obst sehen nie identisch aus und weisen Abweichungen auf – selbst bei Produkten, die einheitliche Spezifikationen bei Form und Größe erfüllen.

Da liegt es nahe, dass Sie als Spezialist für industrielle Bildverarbeitung mit dem Multi-Check ein optisches System zur Fremdkörpererkennung entwickelt haben. Die Gewährleistung von sicheren Produkten, die frei von Verunreinigungen sind, ist eine der anspruchsvollen Aufgaben in der Lebensmittelindustrie ...
… und genau dafür haben wir mit dem Multi-Check eine einfach zu integrierende Technik im Angebot. Bereits ein einziger Produktrückruf aufgrund von Fremdkörpern kann ausreichen, um der Gesundheit der Verbraucher, dem Markenimage oder dem Ruf des Unternehmens erheblichen Schaden zuzufügen. Folglich gibt es viele Inspektionssysteme, zwischen denen die Hersteller wählen können. Das Funktionsprinzip des MultiCheck beruht auf einer Farberkennung: Solange sich der Fremdkörper farblich vom Produkt und dem Hintergrund abhebt, wird er vom MultiCheck erkannt.

Ein Trend folgt dem Wunsch der Anwender, die Bildverarbeitungsfunktionen stärker in die Maschine beziehungsweise die Maschinensteuerung, also durchgängig in einem System zu integrieren ...
Die Herstellung von Lebensmitteln erfolgt heutzutage fast immer mit einem hohen Grad an Automatisierung. Hier setzt der MultiCheck an – ein optisches System zur Produktinspektion, welches wir direkt in gängigen Mehrkopfwaagen verbauen. Erkannt wird eine breite Palette von Verunreinigungen ab einer Größe von zwei Millimetern mal zwei Millimetern unabhängig von Dichte oder Material, darunter auch Teilchen aus harten und weichen Kunststoffen.

Für die Anlage wurde CLK im Jahr 2022 mit dem Seifriz-Preis und dem Innovationspreis Münsterland ausgezeichnet …
Mittlerweile haben wir das System patentieren lassen. Die beiden Preise würdigen übrigens unsere Kooperation mit der Fachhochschule Münster, vor allem aber die langjährige Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Jürgen te Vrugt vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, der an der Entwicklung des MultiCheck maßgeblich beteiligt war. Dort wird die Grundlagenforschung betrieben, die wir als mittelständischer Maschinenbauer selbst nicht leisten können, aber natürlich für uns nutzen. Und schließlich rekrutieren wir so auch einen Teil unserer Fachkräfte. Studierende, die bei uns ihre Bachelor- oder Masterarbeit schreiben oder in Projekten mitwirkten, arbeiten nun in unserem Team.

Wie lassen sich heutzutage im mittelständischen Maschinenbau Innovationen entwickeln, managen und marktreif machen?
Unser Anspruch ist es, immer auf dem aktuellen Stand der Technik zu sein. Die Impulse dafür kommen intern aus unserem Service, der Konstruktion oder dem Vertrieb. Extern von unseren Kunden, den Partnerunternehmen und Zulieferern oder aus der Wissenschaft. Ganz entscheidend für unseren Erfolg ist, dass alle technischen Fortschritte an unseren Maschinen strikt auf den Kundennutzen ausgerichtet sind.

Entstand die Idee für den MultiCheck durch eine direkte Anfrage aus der Lebensmittelindustrie?
Ja, eine Anfrage von apetito gab hier den Startschuss. Der Hersteller von Tiefkühlkost und Gemeinschaftsverpflegung suchte nach einer Möglichkeit, seine Produkte während des Portionierens in der Mehrkopfwaage einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Konkret ging es um die Suche nach blauen Verunreinigungen aus Kunststoff. Aufgrund der hohen Durchsatzraten in der Produktion kam für unser Team von Beginn an nur die optische Inspektion als Lösungsansatz in Frage.

Welche Hürden galt es bei der Entwicklung zu meistern?
Wie immer sprechen wir über Edelstahl, wenn es sich um produktberührte Oberflächen im Lebensmittelbereich handelt. Der spiegelnde Hintergrund in der Mehrkopfwaage, die Beleuchtung mittels gepulster LEDs sowie das spezielle Hygienekonzept stellten unsere Ingenieure und Entwickler vor besondere Herausforderungen.

Wie sieht die Lösung aus?
Wir haben den kompakten MultiCheck mit seinen vier Kameras direkt innerhalb der Mehrkopfwaage platziert. Die Installation am oberen Ende des Abwurftrichters ermöglicht dabei einen 360-Grad-Rundumblick ohne tote Winkel. So können wir eine bestmögliche Sicht auf die herabfallenden Lebensmittel garantieren, ohne mit diesen in Kontakt zu kommen.

Wie läuft die Prüfung ab?
Die mehrfache Aufnahme eines Abwurfs stellt sicher, dass kein Fremdkörper durch das Produkt verdeckt wird. Bis zu 100 Abwürfe in der Minute lassen sich prüfen. Die Bildverarbeitungssoftware muss dafür in Echtzeit mit der Maschinensteuerung kommunizieren, um die sofortige Entfernung von Verunreinigungen aus der Produktionslinie sicherzustellen. Findet das System einen Fremdkörper aus Kunststoff und anderen Materialien anhand seiner Farbe im Produktstrom, erzeugt es ein Signal für den Stopp der Anlage oder optional den Auswurf der betroffenen Teilmenge.

Sie heben hervor, dass sich das System in gängige Mehrkopfwaagen integrieren lässt. Stehen Sie hier in Verbindung mit bekannten Anbietern aus dem Bereich Wägetechnik?
Wir pflegen einen engen Kontakt zu den Herstellern von Mehrkopfwaagen und wollen diese Kooperationen in Zukunft weiter ausbauen. Anfang Mai wird der MultiCheck auf der Interpack in Düsseldorf beispielsweise an den Ständen von Yamato, Multiweigh und Multipond zu sehen sein. Besucher können im Vorfeld der Messe einen Gesprächstermin mit uns vereinbaren, um sich vor Ort über die Möglichkeiten des Systems zu informieren.

Welche Vorteile bietet diese automatische visuelle Prüfung?
Diese auf Künstliche Intelligenz basierende Kontrolle unmittelbar vor der Verpackung erzielt eine sehr hohe Sicherheit, da im Anschluss kein Fremdkörper mehr in das Produkt gelangen kann. Dabei spielt es grundsätzliche keine Rolle, ob Süßwaren, Cerealien, Gemüse, Tiefkühlkost oder frische Produkte wie Käse oder Fleisch gewogen und anschließend verpackt werden.

Zum Erkennen von Verunreinigungen wie Drähte oder Späne eignen sich Metalldetektoren. Für die Erkennung von nicht-metallischen Materialien kommen Röntgensysteme zum Einsatz. Warum schlagen Sie mit MultiCheck einen anderen Weg ein?
Kein System allein, schon gar nicht die visuelle Kontrolle durch Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, bietet eine hundertprozentige Sicherheit. MultiCheck ist die optimale Ergänzung zu den beiden genannten Verfahren und steigert deren Effizienz deutlich. Im Gegensatz zu diesen spürt unser System mittels Bildverarbeitung und den damit einhergehenden Methoden des maschinellen Lernens die Fremdkörper und Verunreinigungen anhand ihrer Farbe auf. Hinzu kommt: Die von Ihnen genannten Verfahren haben auch Schwächen ...

Welche wären das? Eine Faustregel besagt: Sicher aufspüren lassen sich mit Röntgensystemen alle Fremdkörper, die nicht auf Wasser schwimmen ...
Das Funktionsprinzip eines Röntgendetektors ähnelt dem eines Metalldetektors: Es wird eine elektromagnetische Strahlung mit hoher Energie durch das Produkt gerichtet. Eine übermäßige Abschwächung dieser Strahlung aufgrund unterschiedlicher Dichten wird vom System erkannt und als Fremdkörper im Graubild gekennzeichnet. Und bei aller Flexibilität gibt es hier einen entscheidenden Nachteil, denn der Dichteunterschied zwischen Lebensmittel und Fremdkörper muss ausreichend groß sein – das trifft nicht auf alle Materialien zu und kann beispielsweise bei wasserhaltigen Lebensmitteln und einigen Kunststoffen zu Problemen führen.

Viele Maschinenbauer setzen den Begriff "Künstliche Intelligenz“ als Marketing- Schlagwort ein. Wichtig für Lebensmittelproduzenten ist es, zu verstehen, was sie in der Fremdkörpererkennung oder Qualitätskontrolle leisten kann...
In erster Linie bietet sie eine automatisierte visuelle Kontrolle in Höchstgeschwindigkeit. Durch die Kombination von Farbkameras mit Künstlicher Intelligenz ermöglichen unsere Anlagen eine objektive Qualitätskontrolle, die immer in gleicher Weise bewertet. Die Systeme untersuchen dabei jedes einzelne Gut auf definierte Abweichungen. Dies kann die Form, die Größe, die Farbe sein oder auch ein charakteristisches Faltenmuster von Siegelnähten, wie im Falle des VacuCheck.

Womit Sie eine weitere Lösung aus Ihrem Hause ansprechen, den VacuCheck. Was leistet die Maschine?
Beim VacuCheck handelt es sich um ein Kamerasystem, das berührungslos vakuumierte Schlauchbeutel auf Undichtigkeiten überprüft.

Passiert ein Produkt die integrierten Lichtschranken, erfassen die Kameras die Vorderund Rückseite der Verpackung. Zum Einsatz kommt dabei unsere KI-gestützte Bildverarbeitung, die nahezu 100 Prozent aller undichten Verpackungen identifiziert – und das voll automatisiert mit bis zu 70 Packungen pro Minute.

Jeder Käse hat seine Eigenarten. Wie erfolgt die Auswertung?
Die vakuumierten Beutel weisen unter spezieller Beleuchtung charakteristische Muster an der Oberfläche auf, anhand deren sich die Dichtigkeit erkennen lässt. Der VacuCheck analysiert diese Muster und trifft mittels Machine Learning gesicherte Aussagen über den Zustand der Verpackung. Stellt der Algorithmus eine Abweichung vom Soll-Zustand fest, wird die fehlerhafte Verpackung über eine Ausschleusevorrichtung direkt aussortiert und gelangt nicht in den Handel.

Anders als beim MultiCheck, handelt es sich beim VacuCheck um eine klassische Stand-Alone-Anlage zur Integration in eine Verpackungslinie ...
Der VacuCheck lässt sich angepasst an die lokalen Gegebenheiten mit geringem Aufwand in die Produktion einbinden, wobei das Kamerasystem über dem Förderband platziert wird. Am Förderband selbst muss lediglich ein Drehgeber montiert werden, der die Ausschleusung der Fehlprodukte synchronisiert.

Gibt es weitere Besonderheiten, beispielsweise in puncto Hygiene?
Wir haben die gesamte Konstruktion nach den Kriterien des Hygienic Design ausgeführt. Der VacuCheck ist für Reinigungsarbeiten komplett zugänglich und verfügt über glatte Oberflächen aus Edelstahl. Bei der Geometrie wurde darauf geachtet, dass sich weder Schmutz noch Rückstände ansammeln können. Die Anlage erfüllt zudem die Anforderungen an die hohe Schutzklasse IP69 und ist prädestiniert für den Einsatz im hygienisch sensiblen Umfeld der Lebensmittelindustrie.

Kommen wir zum Abschluss noch auf die kamerageführte Robotik zu sprechen, einem weiteren Schwerpunkt, dem sich CLK widmet. Was ist konkret darunter zu verstehen?
Dabei handelt es sich um Sonderanlagen, die aus einer Kombination von Bildverarbeitung und Robotik bestehen. Wir statten den Roboter dafür mit einem neuen Sinn aus, indem wir ihm die Bildverarbeitung an die Hand geben – was ihn zu einem "sehenden" Produktionsmittel macht. So ist es möglich, Handling-, Bearbeitungs- und Verpackungsprozesse zu automatisieren, ohne die Produkte zuvor exakt positionieren zu müssen. Solche Qualitätskontrollen lassen sich etwa mit einem am Roboter montierten Kamerasystem durchführen.

Haben Sie ein Beispiel für eine solche Applikation?
Exemplarisch dafür steht unser "Spinatroboter" zur schnellen und hochpräzisen Inspektion in der Spinatverarbeitung. Zuerst erkennt ein multispektrales Kamerasystem durch eine Kombination mit Höhendaten die Fremdkörper auf dem Förderband. Danach werden die Fremdkörper von einem Roboter ausgeschleust. Aus dieser Entwicklung kann durch CLK eine kundenspezifische Lösung erstellt werden. Darüber hinaus entwickeln wir unser Portfolio ständig weiter und treiben so die Automation und die Fremdkörperkontrolle durch optische Systeme und Künstliche Intelligenz voran.

Das Gespräch führte Mareike Bähnisch, freie Fachjournalistin für Prozesstechnik

Diesen Artikel finden Sie in LT 3/2023 auf den Seiten 16 bis 19.

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