Defektprüfung und Fremdkörpererkennung in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion: vom Leergut bis zum fertigen Produkt

Manche Prüfungen in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion suchen nach etwas, das nicht da sein darf. Das kann ein Riss im Flaschenhals sein, ein Ausbruch an der Mündung, Schmutz auf dem Flaschenboden, ein verformtes Bierfass, ein Loch in der Waffel oder ein Fremdkörper im leeren Becher. Als Grund nennen die dokumentierten Anwendungen das Risiko von Glas in der Flasche und den Stillstand der nächsten Maschine; was das wirtschaftlich bedeutet, behandelt die Übersichtsseite zu Lebensmitteln und Getränken. Dieser Leitfaden folgt dem Objekt durch den Betrieb: von der Leerflasche über Kasten, Fass und Verschluss im Mehrwegkreislauf bis zum Lebensmittel vor dem Verpacken. Ein eigener Abschnitt benennt, welche Fremdkörper eine Kamera sieht und welche nicht. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; eine installierte Prüfung ist nicht darunter.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Defektprüfung fragt, ob an Produkt, Behälter oder Verschluss etwas ist, das dort nicht hingehört, und als Faustregel gilt: Ein fehlender Deckel ist eine Anwesenheitsfrage, ein schiefer Deckel eine Lagefrage und ein beschädigter Deckel ein Defekt.
Die Geräteklasse folgt dem Merkmal, nicht dem Produkt: Flächige Fehlerbilder wie Riss, Schmutz, Rückstand und sichtbarer Fremdkörper prüft die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS.
Hat der Fehler eine Höhe, vom Lufteinschluss unter der Oberfläche bis zur Deformation am Fass, ist der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die passende Klasse, weil er eine Information liefert, die ein Graubild nicht enthält.
Ein Naturprodukt wie Waffel, Ei oder Riegel hat kein einzelnes Gutbild, deshalb klärt erst ein Test mit Gut- und Schlechtteilen, ob AI-Segmentierung oder AI-Klassifizierung die natürliche Streuung sicher vom Fehler trennt.
Eine Kamera sieht die Oberfläche eines Produkts und durch einen durchsichtigen Behälter dessen Inneres, aber nicht, was im Inneren eines undurchsichtigen Produkts liegt.

Was nicht da sein darf: Riss, Bruch, Rückstand und Fremdkörper

Die Defektprüfung beantwortet eine eigene Frage. Sie will wissen, ob an Produkt, Behälter oder Verschluss etwas ist, das dort nicht hingehört: ein Riss, ein Loch, ein abgebrochenes Stück, eine Verformung, ein Rückstand, Schmutz oder ein sichtbarer Fremdkörper. Das Ergebnis ist i.O. oder n.i.O.

Die Nachbarfragen haben eigene Artikel. Ob da ist, was da sein muss, etwa die Flasche im Kasten oder genug Inhalt, klärt die Anwesenheitsprüfung. Wie hoch, breit oder voll ein Behälter ist, gehört zur Maßprüfung, und wohin er zeigt, zur Lageprüfung. Welche Sorte vorliegt, entscheidet die Typunterscheidung. Ob Verschluss und Etikett vorhanden sind, richtig sitzen und zur Variante passen, behandelt der Beitrag zur Etiketten- und Verschlusskontrolle, die Siegelnaht die Verpackungsprüfung. In der Anwendungspraxis hilft eine Faustregel: Ein fehlender Deckel ist eine Anwesenheitsfrage, ein schiefer Deckel eine Lagefrage und ein beschädigter Deckel ein Defekt. Steht eine Flasche im falschen Kasten, ist das eine Sortierfrage; liegt eine zerbrochene Flasche darin, ein Defekt.

Die Glasflasche nach der Waschmaschine und am Hals: Risse, Ausbrüche und Schmutz

Mehrwegglas kommt verkratzt, angeschlagen und verschmutzt zurück. In den dokumentierten Anwendungen wird es deshalb an zwei Stellen geprüft: am Boden und im Innenraum nach der Reinigung, an Hals und Mündung in der Bewegung.

Nach der Flaschenwaschmaschine sollen an Bierflaschen aus Grün- und Braunglas Schmutz und Defekte am Boden erkannt werden, mit Blick ins Innere, Fremdelementen ab etwa 1 x 1 mm, über 20.000 Flaschen pro Stunde und einer Vorgabe von 100 ms. Dort soll ein bestehendes System ersetzt werden. Am Flaschenhals geht es um Risse. In einem Fall soll der Hals in der Bewegung mit mindestens drei Kameras geprüft werden, und Grenzmuster liegen vor. In einem anderen Fall begründet das Risiko von Glas in der Flasche die Prüfung. Dort ist eine einzelne Kamera vorgesehen, und gefragt ist, wie klein das kritischste Glasstück sein kann.

Zwei weitere Anwendungen betreffen gefüllte Flaschen und nennen keine Branche. Kleine Flaschen sollen bei 150 bis 200 Stück pro Minute auf Risse geprüft werden; das Objektiv braucht etwa 10 cm Abstand, und ob der Flüssigkeitsspiegel schwankt, war noch zu klären. Nach einem erfolgreichen Test ist die Prüfung dort auf drei Kameras ausgelegt. Die zweite Anwendung nennt Risse und Ausbrüche an Klar- und Braunglas mit verschieden gefärbten Füllungen, bei rund 60 Flaschen pro Minute und Fehlern ab etwa 5 mm.

Für eckige, gravierte Glasflaschen in mehreren Größen soll eine eigenständige Station arbeiten. Sie soll Fremdkörper innen und außen, überschüssiges Glas an der Öffnung, einen doppelten Boden, scharfe Kanten, Formfehler und Kratzer erkennen, bei Zehntausenden Flaschen pro Stunde. Ein Abfüller von Gläsern aus Klar- und Braunglas, Steinzeug und beschichtetem Glas setzt Glasfehler wie Blasen und Risse an den Anfang einer längeren Prüfliste.

Für Hals, Mündung und Boden ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die erste Wahl. Sollen drei oder mehr Kameras rund um den Hals an einem Controller arbeiten, kommt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G mit bis zu acht Kameras in Frage. Für eine einzelne Ansicht am Hals kommt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 in Frage. Bei durchsichtigem und farbigem Glas ist die Beleuchtung die erste Testfrage.

Kasten, Fass und Verschluss: Schäden im Mehrwegkreislauf

Im Mehrwegkreislauf kommt nicht nur die Flasche beschädigt zurück. Für einen Flaschenkasten mit PET- und Glasflaschen sollen Defekte am Kasten und Fremdobjekte darin erkannt werden; eine Branche nennt dieser Fall nicht. Ob Verschlüsse aufgesetzt sind, Flaschen kopfüber stehen oder Glas und PET gemischt sind, soll dieselbe Station ebenfalls melden; das sind Fragen der Anwesenheit, der Lage und der Sorte.

Bierfässer sollen auf Deformationen im Millimeterbereich über einen größeren Teil des Umfangs geprüft werden, ungewaschen und verschmutzt, bei Fasshöhen bis etwa einem halben Meter.

An einer Füllstation sollen Rückstände auf den Verschlüssen von Bierflaschen erkannt werden. Bei der multispektralen Aufnahme ergab grünes Licht für grüne und UV-Licht für gelbe Verschlüsse das beste Bild. Das ist der Eindruck aus diesem einen Versuch, keine allgemeine Regel. Schwierig ist dort der Einbauort, weil an der Station Flüssigkeit versprüht und der Bereich in kurzen Abständen gewaschen wird. Beschädigte Verschlüsse stehen zudem auf der Prüfliste des Glasabfüllers.

Für Deformationen am Fass und Schäden am Kasten passt der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000, weil der Fehler eine Höhe hat. Er erfasst je nach Messkopf ein Feld von 7,0 bis 510 mm in X-Richtung mit bis zu 3.200 Punkten je Profil; ausgewertet wird am Controller der High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X. Rückstände auf Verschlüssen nimmt die All-in-One Kamera mit multispektraler Aufnahme auf. Ob der Verschluss da ist und richtig sitzt, bleibt Sache der Verschlusskontrolle.

Am Lebensmittel selbst: Lufteinschluss, Loch, Riss und verklebte Produkte

Ein Naturprodukt hat kein einzelnes Gutbild. Jede Waffel, jedes Ei und jeder Riegel sieht etwas anders aus, und der Fehler muss sich von dieser Streuung abheben.

An einer neuen Schokoladenlinie sollen Schokoladenriegel mit strukturierter Oberfläche in 3D auf Lufteinschlüsse geprüft werden, mit mehreren Köpfen, von denen jeder eine Reihe von rund einem Meter abtastet. Eine Vermischung von Sorten soll dieselbe Station ebenfalls erkennen, was zur Typunterscheidung gehört. Bei Waffeln sind Löcher der Hauptfehler, weitere Fehler gelten als Zusatz; fünf bis sechs Waffeln liegen nebeneinander auf dem Band, bisher wird per Sichtprüfung kontrolliert.

Eine neue Kontrollmaschine für Eier hat zwölf Spuren mit zwei bis drei Kameras je Spur, und die meisten Risse zeigen sich dort als lokaler Kontrastunterschied.

Im Zulauf einer Verpackungsmaschine soll gefülltes Gebäck auf Formfehler geprüft werden: ovale Form, ausgespritzte Füllung, versetzter Schaum und verklebte Produkte, auf zwei Spuren mit mehreren Stück pro Sekunde. Ziel ist, einen Crash und den Stillstand der Maschine zu verhindern. Helle und dunkle Varianten bieten wenig Kontrast. Höhe und Durchmesser als Messwerte mit Toleranz gehören zur Maßprüfung. Ein Lebensmittelmaschinenbauer will die Unversehrtheit von Schokoladenprodukten auf dem Förderband prüfen.

Wo der Fehler eine Höhe hat, wie beim Lufteinschluss unter der Oberfläche, beim Loch oder bei zwei verklebten Produkten, liefert der Profilsensor eine Information, die ein Graubild nicht enthält. Für Risse im Ei und die Unversehrtheit von Schokolade kommt die All-in-One Kamera in Frage. Ob AI-Segmentierung oder AI-Klassifizierung die natürliche Streuung sicher vom Fehler trennt, klärt erst ein Test mit Gut- und Schlechtteilen; zugesagt ist damit nichts. Grenzmuster aus der eigenen Produktion legen fest, wo n.i.O. beginnt.

Fremdkörper, die eine Kamera sieht, und die, die sie nicht sieht

Eine Kamera sieht die Oberfläche eines Produkts und, durch einen durchsichtigen Behälter, dessen Inneres. Was im Inneren eines undurchsichtigen Produkts liegt, sieht sie nicht. Solche Fremdkörper verlangen andere Prüfverfahren, die dieser Beitrag nicht beschreibt.

Innerhalb dieser Grenze sind die Anwendungen konkret. In weißen Kunststoffbehältern für Schokolade sollen Fremdkörper erkannt werden, bevor sie ins Produkt gelangen, bei langsamem Band mit 5 m/min. Weiße, durchscheinende Eisbecher in zwei Größen sollen vor dem Befüllen nebeneinander auf Verunreinigung geprüft werden, mit rund einer Sekunde Stillstand; ein farbbasierter Sensor als Auslöser ist als Option genannt. An einer bestehenden Linie soll Verschmutzung auf Käseblöcken in verschiedenen Gelbtönen erkannt werden, bei rund zwei Dutzend Artikeln in fünf Kategorien und einigen Sekunden je Seite. Hinzu kommen die Fremdkörper im Leergut, innen und außen an der Glasflasche, auf dem Boden nach der Waschmaschine und im Mehrwegkasten.

Für Behälter, Becher und Käse ist die All-in-One Kamera die naheliegende Klasse. Hat die Verunreinigung kaum Kontrast zum Untergrund, etwa ein heller Fremdkörper auf weißem Kunststoff, sind multispektrale Aufnahme und LumiTrax Testfragen. LumiTrax setzt Bilder aus verschiedenen Beleuchtungsrichtungen zu einem Formbild für Unregelmäßigkeiten und einem Texturbild für Muster zusammen. Beim durchscheinenden Becher entscheidet das Licht von unten oder hinten, was sichtbar wird.

Kamera, Vision-Sensor oder Profilsensor: welches Merkmal welches Gerät verlangt

Die Geräteklasse folgt dem Merkmal, nicht dem Produkt. Für eine einzelne Prüfstelle mit klarem Merkmal, etwa eine Ansicht am Flaschenhals, kommt der Vision-Sensor in Frage, dessen Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m reicht.

Flächige Fehlerbilder wie Riss, Schmutz, Rückstand und sichtbarer Fremdkörper prüft die All-in-One Kamera. Gehören mehrere Ansichten zusammen, spricht das für die Bildverarbeitung der Modellreihe VS-G mit bis zu acht Kameras je Controller und 0,31 bis 64 MP. An der Eiermaschine ergeben zwölf Spuren mit zwei bis drei Kameras rechnerisch 24 bis 36 Kameras, also mehrere Controller.

Hat der Fehler eine Höhe, vom Lufteinschluss bis zur Deformation am Fass, ist der Profilsensor die passende Klasse. Er tastet mit bis zu 16 kHz ab.

Häufige Fragen

F Was gehört zur Defektprüfung in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion?

Zur Defektprüfung gehört alles, was an Produkt, Behälter oder Verschluss nicht sein darf: Riss, Ausbruch, Loch, Verformung, Rückstand, Schmutz und sichtbarer Fremdkörper. Ob etwas vorhanden ist, wie groß es ist, wie es liegt und welche Sorte es ist, sind eigene Prüffragen.

F Kann eine Kamera Risse im Flaschenhals in der Bewegung erkennen?

In einer dokumentierten Anwendung soll der Hals in der Bewegung mit mindestens drei Kameras geprüft werden. Wie klein ein erkennbarer Riss sein darf, klärt der Test mit Grenzmustern. Für mehrere Kameras an einem Controller eignet sich die Modellreihe VS-G mit bis zu acht Kameras, für eine einzelne Ansicht der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4.

F Welche Fremdkörper erkennt eine optische Prüfung?

Eine Kamera erkennt Fremdkörper auf der Oberfläche eines Produkts und im Inneren durchsichtiger Behälter, etwa im leeren Glas oder im durchscheinenden Becher. Was in einem undurchsichtigen Produkt liegt, erfasst sie nicht. Für diese Fälle sind andere Prüfverfahren nötig.

F Wann braucht man einen 3D-Profilsensor statt einer Kamera?

Wenn der Fehler eine Höhe hat, etwa ein Lufteinschluss unter der Oberfläche, ein Loch, zwei verklebte Produkte oder eine Deformation am Fass. Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 liefert Höhenprofile auch bei geringem Farbkontrast.

F Wie prüft man Naturprodukte wie Waffeln, Eier oder Schokolade?

Weil kein Stück dem anderen gleicht, muss sich der Fehler von der natürlichen Streuung abheben. In einer dokumentierten Anwendung zeigen sich Risse im Ei meist als lokaler Kontrastunterschied; für Löcher in der Waffel und Lufteinschlüsse in der Schokolade kommt ein Höhenbild in Frage. Ob AI-Werkzeuge die Streuung sicher trennen, klärt ein Test mit Gut- und Schlechtteilen aus der eigenen Produktion.

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