DE102011007666A1

DE102011007666A1 - Fluoreszenzkontrolle

Info

Publication number: DE102011007666A1
Application number: DE201110007666
Authority: DE
Inventors: Kelly Ann Cook; Maximilian Fleischer; Roland Pohle; Von Sicard Oliver
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-10-25
Also published as: WO2012143201A1

Abstract

Es wird eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle fur die Qualitatskontrolle von organischem Rohmaterial, wie beispielsweise Getreide, Tee oder Tabak, angegeben. Das organische Rohmaterial soll auf eine Kontamination durch Öl hin untersucht werden. Dazu wird dessen inhärente Eigenschaft genutzt, unter Anregung durch UV-Strahlung Fluoreszenzstrahlung auszusenden. Diese kann ohne großen technischen Aufwand, beispielsweise mittels einer Kamera detektiert werden. Mit dieser Methode ist auch eine Lokalisierung kontaminierten Materials moglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle.
Fur die Herstellung von Lebensmitteln oder Genussmitteln aus einem organischen Material, wie beispielsweise Tee, Getreide oder Tabak, ist es wichtig, schon vor der Weiterverarbeitung das Rohmaterial auf Kontaminationen zu überprüfen, besonders auf olbasierte Kontaminanten. Olspuren konnen schon bei der Ernte durch die Erntemaschinen oder auch beim Transport in das organische Material gelangen. Dabei handelt es sich z. B. um Schmieröle oder Hydraulikole, die in landwirtschaftlichen Maschinen verwendet werden. Aber auch lebensmittelunbedenkliche Ole, wie sie in den Maschinen von weiterverarbeitenden Betrieben verwendet werden, sind nicht immer unbedenklich und sollten nicht in das Endprodukt gelangen. Wird eine Ölverschmutzung nicht am organischen Ausgangsmaterial, sondern erst am Endprodukt sichtbar, stellt dies eine Gefahr oder zumindest mogliche Gesundheitsbeeintrachtigung für den Verbraucher beim Genuss oder Verzehr dar. Gerade Ole konnen oftmals giftige oder krebserregende Bestandteile aufweisen oder Bestandteile aufweisen, die bei einem Produktionsschritt mit hoherer Temperatur zu giftigen oder krebserregenden Ölverbindungen umgewandelt werden.
Bisher verwendete Inspektionssysteme fur die Rohmaterialien können organische Substanzen, wie Ol, von dem organischen Rohmaterial nicht unterscheiden. Insbesondere werden bislang optische Inspektionssysteme verwendet, die Verpackungsteile, Maschinenteile, Insekten oder auch Teile von unerwunschten Pflanzen erkennen konnen. Diese Inspektionssysteme arbeiten auf Basis von farb- und kontrastbasierten Bilderkennungsverfahren.
Bei der Identifikation einer Ölverschmutzung in einem Endprodukt bedeutet dies bislang, dass die gesamte, im relevanten Zeitraum hergestellte Produktion zu vernichten ist und bedeutet des Weiteren eine aufwandige Reinigung aller verwendeten Maschinenteile, was auch zu wirtschaftlichem Schaden fur den Hersteller führen kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Inspektionssystem sowie ein zugehoriges Inspektionsverfahren anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemaß dem Patentanspruch 1 gelost. Ein dazu gehoriges Verfahren ist im Patentanspruch 10 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind Gegenstand der Unteranspruche.
Die erfindungsgemaße Anordnung dient zur Fluoreszenzkontrolle von organischem Rohmaterial. Die Anordnung umfasst eine Lichtquelle, einen Detektor sowie eine Auswerteeinheit. Die Lichtquelle ist dabei so ausgestaltet, dass sie geeignete elektromagnetische Strahlung aussendet, die in olbasierten Kontaminanten Fluoreszenz anregt. Die Anordnung hat den Vorteil, dass olbasierte Kontaminanten in organischem Rohmaterial detektiert werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Detektor der Anordnung eine Kamera, insbesondere eine Farbkamera. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine große Bildinformation aufgenommen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit eine Bildauswertesoftware. Damit konnen die olbasierten Kontaminanten in einem Detektionsbereich eindeutig erfasst werden. Insbesondere ist dadurch eine ortsaufgeloste Auswertung moglich.
Die Bildauswertesoftware ist beispielsweise so ausgestaltet, dass sie ölbasierte Kontaminanten in dem organischen Rohmaterial anhand ihrer höheren Fluoreszenzintensitat identifiziert. Dies hat den Vorteil, dass eine automatische Kontaminationskontrolle erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anordnung einen Spektralfilter, der vor dem Detektor angebracht ist. Dabei ist dieser Spektralfilter fur elektromagnetische Strahlung der Wellenlänge 350 nm bis 550 nm durchlassig. Dieser kann zur weiteren Verbesserung der Messung insbesondere auf 400 nm bis 450 nm eingeschrankt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Detektor neben der signifikanten Fluoreszenzstrahlung nicht noch mit Umgebungslicht geflutet wird, welches die Detektion erschweren wurde.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle der Anordnung eine UV-Lichtquelle. Insbesondere ist die Lichtquelle so ausgestaltet, dass sie elektromagnetische Strahlung einer Wellenlange zwischen 300 nm und 400 nm aussendet, bevorzugt von 350 nm bis 400 nm. Als UV-Lichtquelle sind beispielsweise besonders UV-LEDs oder Halbleiterlaser im UV-Bereich mit unterschiedlichen Emissions-Wellenlängen geeignet. Dies hat den Vorteil, dass diese Strahlung die Fluoreszenz des organischen Rohmaterials und der Kontaminanten anregt ohne selbst z. B. in Reflektion zur storenden Hintergrundstrahlung im Detektor beizutragen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle eine Breitband-UV-Lichtquelle. Insbesondere ist diese Lichtquelle so ausgestaltet, dass sie elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlangen zwischen 300 nm und 400 nm aussendet. D. h., dass die Lichtquelle nicht nur eine Wellenlange aussendet, sondern dass die Breitband-UV-Lichtquelle mit ihrem Spektrum zwischen 300 und 400 nm einen so großen Energiebereich abdeckt, dass jegliche Art von Kontamination in diesem Bereich eine Anregung zur Fluoreszenz erfahren kann.
Insbesondere konnen in einer Anordnung auch mehrere Lichtquellen, insbesondere unterschiedlicher Wellenlange, umfasst sein.
Um eine industriell nutzbare, d. h. langlebige, effektive und schnell ein- und ausschaltbare Lichtquelle bereitzustellen werden bevorzugt UV-LEDs oder Halbleiterlaser im UV Bereich verwendet.
Zweckdienlicherweise umfasst die Anordnung auch ein Fließband, welches ausgestaltet ist, eine Probe von organischem Rohmaterial an der Lichtquelle und an dem Detektor vorbeizufuhren. Dies hat den Vorteil, dass das organische Rohmaterial auf dem Fließband ausgebreitet werden kann und so bei Detektion von Kontaminanten diese direkt aus dem restlichen Material aussortiert werden konnen. Z. B. wird dann ein gewisser Fließbandabschnitt bestimmt, auf dem das kontaminierte Material vorliegt, und dieses entfernt. Das Fließband erlaubt außerdem einen hohen Probendurchsatz. Insbesondere ist eine Anordnung der Detektionseinheit mit Lichtquelle und Detektor an einem Fließband zur Verarbeitung oder Verpackung des Rohmaterials moglich.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle wird eine Probe von organischem Rohmaterial mit UV-Licht bestrahlt, die Fluoreszenzstrahlung, die von der bestrahlten Probe des organischen Rohmaterials ausgeht detektiert und die detektierten Helligkeitswerte ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass die Detektion eines kontaminierten Bereichs von organischem Rohmaterial aussortiert werden kann, ohne dass eine vollständige Vernichtung einer großen Probenmenge vorgenommen werden muss.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle die Auswertung der detektierten Helligkeitswerte mittels eines Bildverarbeitungsprogrammes vorgenommen. Dieses hat den Vorteil mit handelsublichen ausgereiften Programmen arbeiten zu konnen, die große Datenmengen von Kamerabildern, insbesondere Farbkamerabildern verarbeiten können. Insbesondere ist mittels eines Bildverarbeitungsprogramms eine automatische Identifikation kontaminierter Bereiche des organischen Rohmaterials möglich. Beispielsweise kann dann ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgesendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren der Mittelwert der Fluoreszenzstrahlung der Probe von organischem Rohmaterial bestimmt und dieser von allen gemessenen Bildpunkten abgezogen, so dass die hohere Intensität der Fluoreszenzstrahlung, die von den ölbasierten Kontaminanten ausgeht, signifikant visualisiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren mit dem Detektor ein erstes Bild ohne UV-Anregung, d. h. bei ausgeschalteter Lichtquelle, und ein zweites Bild unter UV-Anregung aufgenommen. Dabei werden die Bilder so voneinander subtrahiert, dass die gemessene Intensitat unabhangig vom Umgebungslicht ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren nur der Blau-Kanal des Detektors, welcher insbesondere eine Farbkamera ist, ausgelesen. Dies hat den Vorteil, dass nur der relevante Fluoreszenzlichtbereich an die Bildauswerteeinheit weitergegeben wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren ein Spektrometer zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung der Probe von organischem Rohmaterial verwendet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die 1 bis 3 der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht der Anordnung zur Fluoreszenzkontrolle,
2 eine Fluoreszenzbild von reinem organischen Rohmaterial,
3 eine Fluoreszenzbild von kontaminiertem organischen Rohmaterial.
1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus fur die Detektion von Olkontaminanten 20 in organischem Rohmaterial 10. Als organisches Rohmaterial 10 sind beispielsweise Tabak, Tee oder Getreide zu verstehen. In diesen Fallen wurde eine Kontamination durch Ol 20 eine Gesundheitsgefahrdung fur den Verbraucher beim Genuss oder Verzehr bedeuten.
Die 1 zeigt zunächst eine Ablage 1 für das zu untersuchende organische Rohmaterial 10. In diesem Fall ist ein Abschnitt eines Fließ- oder Förderbandes 1 gezeigt, auf dem das organische Rohmaterial 10 ausgebreitet ist und an der Detektionseinheit 4 vorbeibewegt werden kann. Oberhalb des Fließbandes 1 ist die Lichtquelle 3, insbesondere die UV-Lichtquelle angeordnet, so dass diese genau den Bereich 2 des Fließbandes 1 beleuchtet, der von der Detektionseinheit 4 erfasst wird. Der Detektor 4 ist insbesondere eine Kamera, z. B. eine Farbkamera. Eine gunstige Realisierung des Aufbaus ist z. B. mit einer Webkamera moglich. Diese erfasst die Fluoreszenzstrahlung 40, die von dem UV-Licht 30 in dem organischen Material 10 sowie in den Kontaminanten 20 angeregt wird. Beides, das organische Rohmaterial 10 sowie auch das Ol 20, zeigen eine Fluoreszenz 60. Die Fluoreszenzintensitat 43 des Ols 20 ist jedoch signifikant hoher als die des organischen Rohmaterials 10, so dass eine Ölkontamination 20 eindeutig detektiert werden kann.
Der Detektionsbereich 2 umfasst die Probenmenge an organischem Material 10, das im Fall einer Identifikation von Kontaminanten 20 aussortiert werden musste. Diese ortsaufgeloste Kontrolle verringert also das Verlustvolumen.
Die 1 zeigt weiter, dass das Kamerasignal an eine Auswerteeinheit 5 weitergegeben wird, insbesondere an einen Rechner, z. B. einen PC. Dort wird mittels eines Bildverarbeitungsprogramms die Auswertung des Kamerabildes vorgenommen. Das Ergebnis der Analyse kann beispielsweise auf einem Monitor 6 ausgegeben werden und/oder durch ein Sensorsignal, z. B. ein akustisches Signal, unterstutzt werden.
Die 3 und 4 zeigen das Kamerabild von einer sauberen Probe 10 und einer Probe mit Olflecken 20. Insbesondere erkennt man in den 3 und 4 den Detektionsbereich 2, der durch die UV-Strahlung 30 zur Fluoreszenz 40 angeregt ist. Die natürliche Eigenschaft zur Fluoreszenz 42 des organischen Materials 10 hebt sich von der Hintergrundbeleuchtung 41 ab. Die Fluoreszenz 43 der Ölflecken 20 jedoch ist gegenuber der Fluoreszenz 42 des organischen Materials 10 noch einmal deutlich hoher und kann mit einem Bildverarbeitungsprogramm dementsprechend lokalisiert werden. So muss nicht die gesamte Probe 10 entsorgt werden, nicht einmal der gesamte Detektionsbereich 2, sondern es könnte dieser kontaminierte Bereich 20 aus der restlichen reinen Probe entfernt werden kann. Diese ortsaufgelöste Messung bildet einen großen Vorteil der Methode gegenüber Untersuchungen mittels Spektrometer, die bezuglich der Identifikation des Kontaminanten im Vorteil sind, jedoch keine ortsaufgeloste Messung zulassen.

Claims

Anordnung zur Fluoreszenzkontrolle von organischem Rohmaterial (10) mit – einer Lichtquelle (3), – einem Detektor (4) und – einer Auswerteeinheit (5), wobei die Lichtquelle (3) ausgestaltet ist ölbasierte Kontaminanten (20) zur Fluoreszenz (40) anzuregen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Detektor (4) eine Kamera, insbesondere eine Farbkamera ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit (5) eine Bildauswerte-Software umfasst.
Anordnung nach einem der vorstehenden Anspruche, wobei die Bildauswerte-Software ausgestaltet ist, ölbasierte Kontaminanten (20) im organischen Rohmaterial (10) anhand ihrer höheren Fluoreszenzintensität (43) zu identifizieren.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Spektralfilter vor dem Detektor (4), wobei der Spektralfilter fur elektromagnetische Strahlung (30) der Wellenlänge 350 nm bis 550 nm, insbesondere im Bereich 400 nm bis 450 nm durchlässig ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (3) eine UV-Lichtquelle ist, insbesondere eine UV-LED oder ein UV-Halbleiterlaser, und insbesondere ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 400 nm, insbesondere zwischen 350 nm und 400 nm, auszusenden.
Anordnung nach einem der vorstehenden Anspruche, wobei die Lichtquelle (3) eine Breitband-UV-Lichtquelle ist und insbesondere ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (30) verschiedener Wellenlängen zwischen 300 nm und 400 nm auszusenden.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere Lichtquellen (3) umfasst sind.
Anordnung nach einem der vorstehenden Anspruche mit einem Fließband, das ausgestaltet ist eine Probe von organischem Rohmaterial (10) an der Lichtquelle (3) und an dem Detektor (4) vorbeizufuhren.
Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle in dem – eine Probe von organischem Rohmaterial (10) mit UV-Licht (30) bestrahlt wird, – die Fluoreszenzstrahlung (40) der Probe von organischem Rohmaterial (10) detektiert wird und – die detektierten Helligkeitswerte ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Auswertung der detektierten Helligkeitswerte mittels eines Bildverarbeitungsprogramms vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Anspruche 10 oder 11 in dem der Mittelwert der Fluoreszenzstrahlung (40) der Probe von organischem Rohmaterial (10) bestimmt und von allen gemessenen Bildpunkten abgezogen wird, so dass die hohere Intensitat (43) der Fluoreszenzstrahlung (40), die von den olbasierte Kontaminanten (20) ausgeht, signifikant visualisiert wird.
Verfahren nach einem der Anspruche 10 oder 11 in dem mit dem Detektor (4) ein erstes Bild ohne UV-Anregung, das heißt bei ausgeschalteter Lichtquelle (3), und ein zweites Bild unter UV-Anregung aufgenommen wird, wobei die Bilder so voneinander subtrahiert werden, dass die gemessene Intensität unabhängig von Umgebungslicht ist.
Verfahren nach einem der Anspruche 10 oder 11 in dem nur der Blau-Kanal des Detektors (4), der insbesondere eine Farbkamera ist, ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 10 bis 14 in dem ein Spektrometer (4) zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung (40) der Probe von organischem Rohmaterial (10) verwendet wird.