Le termocamere nell'industria alimentare

Nell'industria alimentare, è essenziale poter controllare con attenzione la temperatura dei beni deperibili durante le varie fasi di produzione, trasporto, stoccaggio e vendita. I frequenti casi di avvelenamento causati da alimenti contaminati e preparati in modo improprio evidenziano l'esigenza di un maggior controllo dei processi produttivi. Poiché è quasi sempre coinvolto un fattore umano, le linee di preparazione degli alimenti richiedono validi strumenti per automatizzare le operazioni critiche, con l'obiettivo di minimizzare il rischio di errore umano e al tempo stesso di contenere i costi.

Le termocamere sono esattamente uno strumento di questo tipo. Con le termocamere FLIR, è possibile eseguire misurazioni di temperatura automatiche e senza contatto in molte applicazioni dell'industria alimentare. Le uscite video analogiche possono essere visualizzate su monitor e i dati di temperatura digitali, comprese le uscite video MPEG4, possono essere indirizzati a un computer tramite Ethernet.

Come funziona

Gli elementi principali che eseguono le misurazioni di temperatura senza contatto nell'industria alimentare sono una termocamera e il relativo software. Questi elementi agiscono da sensori "smart" senza contatto per ispezionare il 100% del prodotto, misurando la temperatura di apparecchiature, prodotti refrigerati e alimenti cotti quando escono dal processo di cottura.

Le termocamere sono semplici da utilizzare, di ingombro ridotto e possono essere posizionate praticamente ovunque, secondo necessità. Possono anche essere impiegate per ispezionare la sigillatura della confezione e migliorare l'efficienza in altre operazioni di lavorazione degli alimenti. 

Le termocamere FLIR sono dotate di firmware e interfacce di comunicazione che consentono il loro utilizzo nel controllo di processo automatizzato. Software di terze parti semplifica l'integrazione di questi strumenti in sistemi di machine vision automatizzati, senza dover ricorrere a codice di controllo personalizzato.

L'uso della termocamera nell'industria alimentare è in forte crescita per applicazioni quali:

• Prodotti da forno
• Carni cotte a microonde
• Essiccazione a microonde di riso parboiled e altri cereali
• Ispezione di forni per garantire temperature adeguate
• Corretto riempimento delle confezioni di alimenti pronti congelati
• Controllo di integrità del sottovuoto nelle confezioni di cibi cotti a microonde
• Ispezione dell'incollaggio sui lembi degli imballi di cartone
• Monitoraggio dei vani frigorifero e congelatore

La termografia per il controllo qualità e la sicurezza dei prodotti

La termografia è innanzitutto uno strumento per il controllo qualità (QA). Questa tecnologia trova un ottimo impiego nel controllo della qualità e della sicurezza dei prodotti cotti a base di carne. Una termocamera montata in modo permanente può registrare la temperatura, ad esempio, dei bocconcini di pollo all’uscita da un forno con trasportatore continuo.

L'obiettivo è verificare che siano cotti al punto giusto, e non disidratati per una cottura eccessiva. Il ridotto contenuto di umidità rappresenta tra l'altro una perdita di resa in base al peso. Le termocamere  possono anche essere utilizzate per l'ispezione su linee di precottura a microonde. Oltre a migliorare la qualità e la sicurezza del prodotto, è possibile aumentare la produttività complessiva. Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla riduzione dei costi energetici.

Monitoraggio delle attrezzature

Oltre alle ispezioni sui cibi cotti, le termocamere possono monitorare i forni a catena. Possono persino essere integrate in un circuito di feedback per contribuire a controllare la temperatura del forno.

Un altro uso delle termocamere in applicazioni per forni a catena è il monitoraggio dell'uniformità della temperatura lungo la larghezza del nastro trasportatore del forno a catena. Se un elemento riscaldante in un forno elettrico subisce un guasto o si rileva un riscaldamento non uniforme in un forno a convezione, un lato del nastro di trasporto potrebbe essere a temperatura inferiore. Questo problema può essere rapidamente individuato grazie alle termocamere.

Simili controlli di qualità sono molto più difficili con i sensori di temperatura convenzionali a contatto. Pertanto, le termocamere possono aiutare a correggere la variabilità indesiderata e a migliorare la qualità prima di trovarsi costretti a scartare un lotto di prodotto.

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Ispezioni degli imballaggi

È disponibile un software che consente alle termocamere di individuare oggetti e motivi ricorrenti nelle immagini. Un esempio di applicazione per l'identificazione di schemi ricorrenti è la produzione di pasti surgelati. Il sistema di machine vision termica può utilizzare il software di riconoscimento di modelli geometrici per verificare il corretto riempimento dei diversi vani del vassoio.

Un'applicazione analoga è l'ispezione automatizzata del 100% delle pellicole di cellophane termosaldato applicato sui pasti pronti cotti a microonde. Una termocamera può visualizzare il calore che si irradia dal bordo del contenitore, dove il cellophane è stato termosaldato. È possibile verificare la temperatura lungo tutto il perimetro della confezione utilizzando l'immagine termica insieme al software di machine vision. Il programma confronta il modello geometrico nell'immagine e le temperature rilevate rispetto alle temperature di uno schema archiviato nella memoria di un computer. Una funzione aggiuntiva di un simile sistema potrebbe essere la marcatura laser di una confezione non correttamente sigillata, in modo che sia possibile rimuoverla alla stazione di ispezione.

Un problema che indirettamente riguarda la sicurezza del prodotto è l'integrità dei cartoni che avvolgono e proteggono i contenitori di cibo. Uno dei metodi più economici per sigillare i cartoni protettivi prevede l'uso di adesivo riscaldato sui lembi della confezione. In passato, l'integrità dell'incollaggio a punti veniva determinata effettuando periodici test distruttivi su diversi campioni. Ma l'operazione richiedeva molto tempo e denaro.

Dal momento che la colla è riscaldata, una termocamera può "vedere" attraverso il cartone e verificare lo schema e la quantità di applicazione dell'adesivo nei vari punti. La termocamera può essere configurata per esaminare aree predefinite dei lembi della confezione su cui viene applicata la colla e per verificare le dimensioni del punto di collante e le relative temperature.

I dati digitali raccolti vengono utilizzati per distinguere ciascuna scatola in prodotto da scartare o prodotto commercializzabile, quindi le confezioni difettose possono essere immediatamente rimosse dalla linea di produzione. I dati vengono automaticamente registrati nel sistema del controllo qualità per l'analisi statistica dell'andamento, così è possibile generare un avviso nel caso in cui un numero eccessivo di scatole non risulti a norma.

Un'ulteriore applicazione per le termocamere è il monitoraggio delle operazioni di riempimento dei contenitori. Sebbene il riempimento rappresenti raramente un problema di sicurezza del prodotto, può influire sulla resa e sulla conformità alle normative. È possibile definire diverse zone sul contenitore utilizzabili per attivare un allarme e rimuovere i contenitori riempiti in modo eccessivo o insufficiente. Le termocamere rappresentano un'alternativa migliore rispetto alle fotocamere a luce visibile quando flaconi o barattoli sono realizzati in vetro o plastica di colore scuro.

Automazione delle misurazioni

Il software applicativo attualmente disponibile per le termocamere include un'ampia varietà di funzioni, che supportano le applicazioni automatizzate per l'industria alimentare. Tale software si completa e collabora con il firmware integrato nelle termocamere. Gli strumenti e le librerie per la gestione delle immagini di questi pacchetti sono indipendenti dall'hardware e dal linguaggio e sono in grado di semplificare il lavoro dei tecnici del settore alimentare per l'implementazione di sistemi di monitoraggio e controllo termico.

Le termocamere stesse forniscono all'utilizzatore diverse modalità operative che supportano precise e corrette misurazioni di temperatura in varie condizioni. Due funzioni comunemente presenti in queste termocamere sono un puntatore spot e misurazioni di aree.

Il puntatore spot rileva la temperatura in un punto specifico. La funzione area isola un'area selezionata di un oggetto o di una scena e solitamente fornisce le temperature massime, minime e medie all'interno di quell'area. L'intervallo di misurazione di temperatura è tipicamente selezionabile dall'utente. Oltre alla selezione dell'intervallo di temperatura, la maggior parte delle termocamere consente all'utente di impostare una scala di colori o di grigi per ottimizzare l'immagine.

Nelle applicazioni per forni a catena, viene in genere utilizzata la funzione di analisi di area, poiché i pezzi cotti sono spesso posizionati casualmente sul nastro trasportatore. La termocamera può essere programmata per identificare e misurare le temperature minima e massima all'interno dell'area definita. Se una delle temperature prefissate dovesse cadere al di fuori dei limiti definiti dall'utente, un programma applicativo in esecuzione su PC o PLC attiva immediatamente un allarme, segnalando all'operatore di controllare l'immagine termica su un monitor video o PC per individuare e scartare il prodotto difettoso o regolare la temperatura di cottura.

Nel caso del monitoraggio locale, è possibile utilizzare l'I/O digitale di una termocamera IR per attivare direttamente un dispositivo di allarme senza software aggiuntivo. Tuttavia, l'industria alimentare spesso trae beneficio dalle analisi più sofisticate disponibili in software di terze parti eseguito su PC.

Queste soluzioni preconfezionate e pronte all'uso non richiedono interventi sul codice sorgente dell'applicazione. Il software, conforme a standard di interfaccia comunemente utilizzati per la visione artificiale, come GigE Vision® e GenICam™, supporta una vasta gamma di funzionalità.

L'illustrazione mostra uno schema a blocchi semplificato del monitoraggio del trasportatore. Per molte applicazioni è adeguata e sufficiente una termocamera, oppure, per registrare altri attributi dell'oggetto da osservare, come il colore, è possibile abbinare una termocamera a una telecamera a luce visibile.

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