Сортировка орехов с помощью гиперспектральной камеры Specim FX10
Одной из наиболее важных задач производителей продуктов питания является избежание загрязнения их продукции, чтобы свести к минимуму риск повреждения здоровья, отзыва дорогостоящих продуктов и связанной с этим потери репутации. Конечно, это также относится к продуктам, которые содержат орехи в качестве компонентов, таких как мюсли, батончики, смеси из сухофруктов и орехов или печенье.
"Из-за визуального сходства, точно отличить орехи от их оболочек или других загрязнений на высокой скорости является чрезвычайно сложной задачей", говорит докторр Стефан Стрелен, управляющий директор компании Strelen Control Systems GmbH, расположенной в Бюттельборн близ Дармштадта, Германия. Его компания уже много лет занимается разработкой решений для контроля и анализа, а также автоматизации и контроля производственных процессов в различных отраслях промышленности. Компания уже накопила большой опыт работы с приложениями из пищевой промышленности. «Мы занимаемся машинным зрением с момента основания компании, и в нашем специализированном отделе работают шесть специально обученных инженеров-оптиков и сотрудников, специализирующихся на этой технологии. Наше внимание уделяется машинному зрению, и многие из реализованных нами проектов содержат решения, основанные на оценке изображений».
Стрелен чувствовал, что его компания хорошо подготовлена для удовлетворения запроса производителя продуктов питания на систему сортировки орехов, тем более что Strelen Control Systems уже внедрила различные другие системы сортировки. «Используемые системы машинного зрения были основаны на обычных цветных RGB камерах, которые, как и человеческий глаз, работают с тремя основными цветами: красным, зеленым и синим, и отображают все цвета человеческого зрения в соответствующей смеси. Однако коричневые тона орехов и их скорлупы отличаются лишь незначительными вариациями, поэтому с такой камерой практически невозможно было надежно различить их».
Конвейерная лента
Система получения изображений с гисперспектральной камерой Specim FX10
Сопла для сортировки
Гиперспектральное решение
Гиперспектральные камеры работают по другому принципу и анализируют спектр до 250 спектральных полос в диапазоне длин волн от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Это позволяет распознавать индивидуальные спектры света. На таком принципе гиперспектральная система может различить, создается ли один и тот же оттенок коричневого из одной или нескольких наложенных длин волн. Обрабатываемые орехи, такие как миндаль, фундук, грецкие орехи, кешью, орехи макадамия, арахис и другие виды орехов, имеют идентифицируемый спектр. С помощью подходящего программного обеспечения гиперспектральные изображения можно анализировать быстро и точно. Система распознает все спектры, которые не соответствуют ожидаемым типам орехов, такие как скорлупа, остатки скорлупы, пластмассовые детали, орехи, зараженные плесенью, или любые другие загрязнения, и присваивает каждой распознанной частице хорошее или плохое качество. «Чтобы гарантировать чистоту конечного продукта, только идеальные орехи и их части признаются хорошими при сортировке и отбраковываются все объекты, которые не соответствуют требованиям», - подчеркивает Стрелен.
Сортировка в воздухе
Safe-Ident Sort – это название машины, разработанной Strelen Control Systems для сортировки орехов, которая используется с осени 2020 года. Она работает с конвейерной лентой, по которой несортированный материал транспортируется со скоростью 150 мм в секунду под гиперспектральной камерой Specim FX10. Эта камера непрерывно записывает изображения и пересылает их в программу обработки изображений на основе Halcon, специально разработанной для этого приложения.
Конвейерная лента заканчивается шкивом, где основная масса материала падает через край, чтобы в процессе удалить дефектные частицы и остальные виды загрязнений. На основе результатов оценки изображения система управляет 32 высокоточными соплами, которые выбивают обнаруженные объекты, не соответствующие критериям, с траектории, в контейнер для брака. С другой стороны, недефектные объекты попадают в сборный контейнер и могут подвергаться дальнейшей переработке.
Демонстрация работы машины по сортировке орехов с помощью гиперспектральной камеры Specim FX10
Продуманная конструкция системы
Чтобы сделать доступным этот процесс и достичь необходимой скорости и точности, требуется сложная конструкция всей системы, блоки машинного зрения и связи между всеми компонентами. «Гиперспектральная камера Specim FX10 является центральным элементом системы машинного зрения», - поясняет Стрелен. «Основным аргументом выборы камеры было то, что она охватывает большое количество длин волн в спектре, подходящем для этой задачи. Кроме того, это единственная гиперспектральная камера, которая также подходит для видимого диапазона спектра. Кроме того, имеется совместимость с программными библиотеками LuxFlux, используемыми для классификации и предварительной обработки данных изображения, и программным обеспечением Halcon для принятия решения OK / NOK на основе результатов LuxFlux, компактный размер и, что не менее важно, бюджетная цена камеры».
Оптимальное освещение – важное требование для работы гиперспектральной системы. Гиперспектральным камерам требуется широкий спектр света для надежной идентификации спектральных характеристик различных материалов. Освещение должно становиться ярче по мере увеличения скорости проверки. Компания Strelen Control Systems решила это условие с помощью собственной разработки непрямого однородного галогенного освещения с широким спектром длин волн от 400 до 1000 нм. Специальный радиатор для этой подсветки рассеивает выделяемое тепло.
Легкий переход на новую систему
Первая система Safe-Ident Sort работает в Ortlieb Organic в Бенсхайме, Германия, с осени 2020 года и может сделать больше, чем обычные сортировочные машины от других производителей. Стрелен подчеркивает: «Системы сортировки обычно предназначены для определенного типа орехов. Изменение на другой орех требует замены компонентов, что может быть сделано только с относительно большими усилиями.
Именно здесь гиперспектральная камера Specim в сочетании с используемым программным обеспечением показывает свою особенность, объясняет управляющий директор: «Safe-Ident Sort может быть приспособлен к различным продуктам просто путем перепрограммирования и не требует какой-либо модернизации или замены компонентов. Для изменения программы требуется только изменение параметра программного обеспечения. Даже этот шаг может быть обработан без малейших усилий из-за четкого и удобного интерфейса программного обеспечения ".
В Ortlieb Organic очень довольны производительностью готовой системы, сообщает основатель и генеральный директор Эберхард Ортлиб: «Поскольку мы работаем с Safe-Ident Sort, мы облегчили труд двух рабочих за смену, которые ранее проверяли поступающие товары вручную на сортировке. Safe-Ident Sort позволяет обрабатывать около 900 кг орехов в час и обнаруживает все хорошие орехи с очень высоким уровнем точности в режиме реального времени. Это дает нам высокую гарантию того, что наши товары свободны от дефектов. Точное распознавание изображений гиперспектральной камерой Specim FX10 и простое приспособление системы к различным типам орехов являются основными причинами успеха этого развития. Без этой системы 100% контроль качества не был бы экономически целесообразным, учитывая высокие скорости производства продуктов питания в соответствии со строгими требованиями пищевой промышленности».
Specim является ведущим мировым поставщиком в области гиперспектральной визуализации и настоящим пионером и первопроходцем в этой области. Международная команда из более чем 70 специалистов, с опытом работы в области оптики, электроники, программного обеспечения и машинного зрения, обслуживает рынок с широким ассортиментом гиперспектральных камер, спектрографов, систем и аксессуаров. Specim является надежным партнером для промышленных OEM-производителей, машиностроителей и специалистов по интеграции.
Strelen Control Systems GmbH – компания, базирующаяся в Бюттельборне, недалеко от Дармштадта, Германия. Разработанные Стефаном Стреленом решения подходят для проверки и анализа, а также для автоматизации и контроля производственных процессов. Многие проекты содержат решения, основанные на оценке изображений с использованием методов промышленного машинного зрения. Решения компании используются в различных отраслях промышленности, в основном в фармацевтической, пищевой и автомобильной промышленностях.
