WO2012143201A1

WO2012143201A1 - Fluoreszenzkontrolle

Info

Publication number: WO2012143201A1
Application number: PCT/EP2012/055163
Authority: WO
Inventors: Kelly Ann COOK; Maximilian Fleischer; Roland Pohle; Oliver von Sicard
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-10-26
Also published as: DE102011007666A1

Abstract

Es wird eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle für die Qualitätskontrolle 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 möglich.

Description

Beschreibung

Fluoreszenzkontrolle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle.

Für 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 ölbasierte Kontaminanten . Ölspuren können 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 Hydrauliköle, die in landwirtschaftlichen Maschinen verwendet werden. Aber auch lebensmittelunbedenkliche Öle, wie sie in den Maschinen von weiterverarbeitenden Betrieben verwendet werden, sind nicht immer unbedenklich und sollten nicht in das Endprodukt gelangen. Wird eine Ölver^¬ schmutzung nicht am organischen Ausgangsmaterial, sondern erst am Endprodukt sichtbar, stellt dies eine Gefahr oder zu^¬ mindest mögliche Gesundheitsbeeinträchtigung für den Verbraucher beim Genuss oder Verzehr dar. Gerade Öle können oftmals giftige oder krebserregende Bestandteile aufweisen oder Be^¬ standteile aufweisen, die bei einem Produktionsschritt mit höherer Temperatur zu giftigen oder krebserregenden Ölverbin- dungen umgewandelt werden.

Bisher verwendete Inspektionssysteme für die Rohmaterialien können organische Substanzen, wie Öl, von dem organischen Rohmaterial nicht unterscheiden. Insbesondere werden bislang optische Inspektionssysteme verwendet, die Verpackungsteile, Maschinenteile, Insekten oder auch Teile von unerwünschten Pflanzen erkennen können. Diese Inspektionssysteme arbeiten auf Basis von färb- 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 aufwändige Reinigung aller verwendeten Maschinenteile, was auch zu wirtschaftlichem Schaden für den Hersteller führen kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Inspektionssystem sowie ein zugehöriges Inspektionsverfahren anzugeben .

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein dazu gehöriges Verfahren ist im Patent^¬ anspruch 10 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße 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 ölbasierten Kontaminanten Fluoreszenz anregt. Die Anordnung hat den Vorteil, dass ölbasierte Kontaminanten in organischem Rohmaterial detektiert werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Detektor der Anordnung eine Kamera, insbesondere eine Farbka^¬ mera. 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 können die ölbasierten Kontaminanten in einem Detektionsbe- reich eindeutig erfasst werden. Insbesondere ist dadurch eine ortsaufgelöste Auswertung möglich. Die Bildauswertesoftware ist beispielsweise so ausgestaltet, dass sie ölbasierte Kontaminanten in dem organischen Rohmate^¬ rial anhand ihrer höheren Fluoreszenzintensität identifi^¬ ziert. Dies hat den Vorteil, dass eine automatische Kontami- nationskontrolle erfolgen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anordnung einen Spektralfilter, der vor dem Detektor angebracht ist. Dabei ist dieser Spektralfilter für elektromagnetische Strahlung der Wellenlänge 350 nm bis

550 nm durchlässig. Dieser kann zur weiteren Verbesserung der Messung insbesondere auf 400 nm bis 450 nm eingeschränkt wer^¬ den. Dies hat den Vorteil, dass der Detektor neben der signifikanten Fluoreszenzstrahlung nicht noch mit Umgebungslicht geflutet wird, welches die Detektion erschweren würde.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle der Anordnung eine UV-Lichtquelle. Insbe^¬ sondere ist die Lichtquelle so ausgestaltet, dass sie elek- tromagnetische Strahlung einer Wellenlänge 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 störenden Hintergrundstrahlung im Detektor beizutragen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle eine Breitband-UV-Lichtquelle. Insbeson^¬ dere ist diese Lichtquelle so ausgestaltet, dass sie elektro^¬ magnetische Strahlung verschiedener Wellenlängen zwischen 300 nm und 400 nm aussendet. D.h., dass die Lichtquelle nicht nur eine Wellenlänge 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 können in einer Anordnung auch mehrere Lichtquellen, insbesondere unterschiedlicher Wellenlänge, 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 Fließ^¬ band, welches ausgestaltet ist, eine Probe von organischem Rohmaterial an der Lichtquelle und an dem Detektor vorbeizu^¬ führen. Dies hat den Vorteil, dass das organische Rohmateria auf dem Fließband ausgebreitet werden kann und so bei Detek- tion von Kontaminanten diese direkt aus dem restlichen Material aussortiert werden können. Z.B. wird dann ein gewisser Fließbandabschnitt bestimmt, auf dem das kontaminierte Mate^¬ rial 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 möglich.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle wird eine Probe von organischem Rohmaterial mit UV-Licht be^¬ strahlt, die Fluoreszenzstrahlung, die von der bestrahlten Probe des organischen Rohmaterials ausgeht detektiert und di detektierten Helligkeitswerte ausgewertet. Dies hat den Vor^¬ teil, dass die Detektion eines kontaminierten Bereichs von organischem Rohmaterial aussortiert werden kann, ohne dass eine vollständige Vernichtung einer großen Probenmenge vorge nommen werden muss.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren zur Fluoreszenzkontrolle die Auswertung der de tektierten Helligkeitswerte mittels eines Bildverarbeitungs- programmes vorgenommen. Dieses hat den Vorteil mit handelsüb liehen ausgereiften Programmen arbeiten zu können, die große Datenmengen von Kamerabildern, insbesondere Farbkamerabildern verarbeiten können. Insbesondere ist mittels eines Bildverarbeitungsprogramms eine automatische Identifikation kontami^¬ nierter Bereiche des organischen Rohmaterials möglich. Bei^¬ spielsweise kann dann ein optisches oder akustisches Warnsig^¬ nal 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 höhere 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 di Bilder so voneinander subtrahiert, dass die gemessene Inten sität unabhängig vom Umgebungslicht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren nur der Blau-Kanal des Detektors, wel^¬ cher 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 .

Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung werden in exem- plarischer Weise mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 der Zeich- nung beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht der Anordnung zur Fluores^¬ zenzkontrolle,

Fig. 2 eine Fluoreszenzbild von reinem organischen Rohmate^¬ rial,

Fig. 3 eine Fluoreszenzbild von kontaminiertem organischen

Rohmaterial .

Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus für die Detektion von Ölkontaminanten 20 in organischem Rohmaterial 10. Als organisches Rohmaterial 10 sind beispielsweise Tabak, Tee oder Getreide zu verstehen. In diesen Fällen würde eine Kontamination durch Öl 20 eine Gesundheitsgefährdung für den Verbraucher beim Genuss oder Verzehr bedeuten.

Die Figur 1 zeigt zunächst eine Ablage 1 für das zu untersu^¬ chende organische Rohmaterial 10. In diesem Fall ist ein Ab^¬ schnitt eines Fließ- oder Förderbandes 1 gezeigt, auf dem das organische Rohmaterial 10 ausgebreitet ist und an der Detek- tionseinheit 4 vorbeibewegt werden kann. Oberhalb des Fließ^¬ bandes 1 ist die Lichtquelle 3, insbesondere die UV-Licht^¬ quelle angeordnet, so dass diese genau den Bereich 2 des Fließbandes 1 beleuchtet, der von der Detektionseinheit 4 er- fasst wird. Der Detektor 4 ist insbesondere eine Kamera, z.B. eine Farbkamera. Eine günstige Realisierung des Aufbaus ist z. B. mit einer Webkamera möglich. Diese erfasst die Fluores^¬ zenzstrahlung 40, die von dem UV-Licht 30 in dem organischen Material 10 sowie in den Kontaminanten 20 angeregt wird. Bei^¬ des, das organische Rohmaterial 10 sowie auch das Öl 20, zei^¬ gen eine Fluoreszenz 60. Die Fluoreszenzintensität 43 des Öls 20 ist jedoch signifikant höher als die des organischen Rohmaterials 10, so dass eine Ölkontamination 20 eindeutig de- tektiert werden kann.

Der Detektionsbereich 2 umfasst die Probenmenge an organischem Material 10, das im Fall einer Identifikation von Kon- taminanten 20 aussortiert werden müsste. Diese ortsaufgelöste Kontrolle verringert also das Verlustvolumen.

Die Figur 1 zeigt weiter, dass das Kamerasignal an eine Aus- werteeinheit 5 weitergegeben wird, insbesondere an einen

Rechner, z.B. einen PC. Dort wird mittels eines Bildverarbei^¬ tungsprogramms die Auswertung des Kamerabildes vorgenommen. Das Ergebnis der Analyse kann beispielsweise auf einem Moni^¬ tor 6 ausgegeben werden und/oder durch ein Sensorsignal, z.B. ein akustisches Signal, unterstützt werden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen das Kamerabild von einer sauberen Probe 10 und einer Probe mit Ölflecken 20. Insbesondere er^¬ kennt man in den Figuren 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 gegenüber der Fluoreszenz 42 des organischen Materials 10 noch einmal deut- lieh höher und kann mit einem Bildverarbeitungsprogramm dementsprechend lokalisiert werden. So muss nicht die gesamte Probe 10 entsorgt werden, nicht einmal der gesamte Detekti^¬ onsbereich 2, sondern es könnte dieser kontaminierte Bereich 20 aus der restlichen reinen Probe entfernt werden kann. Die- se ortsaufgelöste Messung bildet einen großen Vorteil der Me^¬ thode gegenüber Untersuchungen mittels Spektrometer, die bezüglich der Identifikation des Kontaminanten im Vorteil sind, jedoch keine ortsaufgelöste Messung zulassen.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Fluoreszenzkontrolle von organischem Rohma^¬ terial (10) mit

- einer Lichtquelle ( 3 ) ,

- einem Detektor (4) und

- einer Auswerteeinheit (5),

wobei die Lichtquelle (3) ausgestaltet ist ölbasierte Konta- minanten (20) zur Fluoreszenz (40) anzuregen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Detektor (4) eine Kamera, insbesondere eine Farbkamera ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteein- heit (5) eine Bildauswerte-Software umfasst.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bildauswerte-Software ausgestaltet ist, ölbasierte Kontami- nanten (20) im organischen Rohmaterial (10) anhand ihrer hö- heren Fluoreszenzintensität (43) zu identifizieren.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Spektralfilter vor dem Detektor (4), wobei der Spektralfilter für elektromagnetische Strahlung (30) der Wellenlänge 350 nm bis 550 nm, insbesondere im Bereich 400 nm bis 450 nm durchlässig ist.

6. 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.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (3) eine Breitband-UV-Lichtquelle ist und insbe^¬ sondere ausgestaltet ist, elektromagnetische Strahlung (30) verschiedener Wellenlängen zwischen 300 nm und 400 nm auszusenden .

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere Lichtquellen (3) umfasst sind.

9. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Fließband, das ausgestaltet ist eine Probe von organischem Rohmaterial (10) an der Lichtquelle ( 3 ) und an dem Detektor (4) vorbeizuführen.

10. 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.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Auswertung der de- tektierten Helligkeitswerte mittels eines Bildverarbeitungs^¬ programms vorgenommen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 in dem der Mittelwert der Fluoreszenzstrahlung (40) der Probe von orga- nischem Rohmaterial (10) bestimmt und von allen gemessenen Bildpunkten abgezogen wird, so dass die höhere Intensität (43) der Fluoreszenzstrahlung (40), die von den ölbasierte Kontaminanten (20) ausgeht, signifikant visualisiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 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 un^¬ ter UV-Anregung aufgenommen wird, wobei die Bilder so voneinander subtrahiert werden, dass die gemessene Intensität unab- hängig von Umgebungslicht ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 in dem nur der Blau-Kanal des Detektors (4), der insbesondere eine Farb^¬ kamera ist, ausgelesen wird.

15. 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.