Berührungslose Sensoren in der Lebensmittelindustrie

Wie Lebensmittelfabriken in Zukunft aussehen werden, lässt sich nie 100% vorhersagen. Dass Sensoren eine wichtige Rolle spielen werden, können wir jedoch als "sicher" ansehen. Ganz einfach, weil der Weg in die Automatisierung ohne Sensoren nicht möglich ist. In der Lebensmittelindustrie liegt der Schwerpunkt logischerweise auf berührungslosen Sensoren, damit das Risiko einer Lebensmittelkontamination ausgeschlossen werden kann.

Sensoren erzeugen verschiedene Arten von Daten als Input für das Kontrollsystem von Produktionslinien in der Lebensmittelindustrie. Sie messen zum Beispiel Druck und Temperatur, aber auch Anwesenheit oder Farbe. Die Messwerte werden vom Steuerungssystem oder Steuerungsalgorithmus verwendet, um Prozessschritte zu überwachen, die Sicherheit zu gewährleisten oder einfach als Auslöser für einen nächsten Prozessschritt.

Kontakt- versus berührungslose Sensoren

Gerade weil die Hygiene in der Lebensmittelindustrie eines der Hauptanliegen ist, werden bevorzugt so genannte berührungslose Sensoren eingesetzt. Wie der Name schon sagt, kommt der Teil des Sensors, der die eigentliche Messung durchführt, nicht mit dem Produkt oder Medium in Berührung. Dies steht im Gegensatz zu klassischen Sensoren, bei denen oft eine mechanische Wechselwirkung zwischen Sensor und Objekt besteht. Wir kennen dies zum Beispiel von Dehnungsmessstreifen, Thermoelementen, Drucksensoren und Sensoren, die auf Berührung reagieren. 

Ein wesentlicher Vorteil von Kontaktsensoren ist ihre relativ hohe Zuverlässigkeit. Ein Nachteil ist, dass gerade der Kontakt Verschleiß verursacht, was die Genauigkeit und letztlich die Zuverlässigkeit verringert. Vielleicht noch wichtiger für die automatisierte Lebensmittelindustrie ist die Tatsache, dass es nicht für alle Größen einen geeigneten Kontaktsensor gibt. Die Geschwindigkeit von sich bewegenden Objekten ist beispielsweise schwer zu erfassen, und auch Größen wie "Farbe" und "Glanz" werden zu einer heiklen Geschichte. Aus diesem Grund hat sich die Entwicklung bei den so genannten berührungslosen Sensoren rasant entwickelt, und der Maschinenbauer kann heute aus einer breiten Palette von berührungslosen Hightech-Sensoren wählen. Messelemente, deren Funktion auf einem sich ändernden magnetischen oder elektrischen Feld, auf Schallwellen, Licht- oder Laserstrahlen beruht, zum Beispiel. Hochgenau, verschleißfrei und hygienisch.

Vision

Sensoren, die sich ideal für die Lebensmittelindustrie eignen, sind Vision-Sensoren. Im Grunde genommen nichts anderes als eine Kamera, die Bilder aufnimmt, aber mit einer speziellen Software kombiniert wird, die die Bilder analysiert und - möglicherweise in Zusammenarbeit mit KI - eine Schlussfolgerung zieht. Vision-Sensoren sind von einfachen Versionen bis hin zur Integration in hochentwickelte Vision-Systeme erhältlich. 

Ein einfacher Sensor "sieht" zum Beispiel, ob auf einem Etikett bestimmte Informationen vorhanden sind oder nicht, und schaltet daraufhin um. Anspruchsvollere Systeme werden u. a. für die Qualitätskontrolle eingesetzt und sind in der Lage, aufgenommene Bilder blitzschnell mit einem Referenzbild zu vergleichen. Ein gutes Beispiel ist die Qualitätskontrolle von abgepackten Weintrauben. Ein Bildverarbeitungssystem mit künstlicher Intelligenz (KI) prüft jede Schale, die die Kamera passiert, u. a. auf Schimmel, Risse (undichte Stellen), Farbe, Feuchtigkeit und Form der Früchte. Die Zeitspanne zwischen der Bewertung durch die KI und der Entscheidung "genehmigen oder ablehnen" beträgt nur 0,3 Sekunden, so dass bis zu 90 Schalen pro Minute geprüft werden können.

Wechselndes Feld

Sensoren, die auf der Grundlage eines (sich ändernden) elektrischen Feldes arbeiten, sind die induktiven und kapazitiven Sensoren. Sensoren, die auf ein sich änderndes Magnetfeld reagieren, haben einen ähnlichen Effekt. In der Lebensmittelindustrie können diese Arten von Sensoren unter anderem verwendet werden, um zu prüfen, ob sich Metallpartikel in den Lebensmitteln befinden. 

Schließlich erwähnen wir noch die Infrarotsensoren. Diese Bauteile sind empfindlich für Wärmestrahlung und können diese entweder aussenden (aktive Sensoren) oder nur einfangen (passive Sensoren). In der Lebensmittelindustrie können sie eingesetzt werden, um Wärmeunterschiede in den Lebensmitteln selbst schnell zu erkennen. Diese können möglicherweise auf Fehler hinweisen oder einen Prozess überwachen.

In allen Fällen können die von den Sensoren erzeugten Daten dazu verwendet werden, unmittelbare Entscheidungen zu treffen, aber auch um eine Historie zu sammeln und aufzubauen. Zum Beispiel, um im Nachhinein zu prüfen, ob die Prozesse gut gelaufen sind oder um bestimmte Trends zu beobachten.