식품산업에서의 열화상 카메라 활용

상품의 온도 세심하게 통제 … 비접촉 방식 측정식품산업에서는 생산·운송·보관·판매 등 전체 과정에서 썩기 쉬운 상품의 온도를 세심하게 통제해야 한다. 부패한 식품이나 잘못 조리된 식품으로 인한 질병에 대해 경고가 끊임 없는 것만 보더라도 엄격한 프로세스 통제의 필요성을 알 수 있다. 여기에는 거의 항상 인간이 관여하기 때문에 식품 가공자에게는 인간의 실수를 최소화하면서 비용을 낮출 수 있는 중요 동작의 자동화 도구가 필요하다

열화상 카메라가 바로 그런 도구이다. FLIR 열화상 카메라를 사용하면 대부분의 식품 가공용도에서 자동화된 비접촉 온도 측정을 할 수 있다. 아날로그 비디오 출력을 비디오 모니터에서 볼 수 있으며, MPEG4 비디오 출력 등의 디지털 온도 데이터를 이더넷을 통해 컴퓨터로 전송할 수도 있다.

작동 원리

식품가공 산업에서 비접촉 온도 측정을 하는 주요 구성요소는 열화상 카메라와 관련 소프트웨어이다. 이들은 100% 검사를 수행할 스마트 비접촉 센서 역할을 하며, 조리 공정을 마친 장비·냉장제품·조리식품 등의 온도를 검사한다.
열화상 카메라는 사용하기 간편하고 작아서 거의 모든 곳에 설치할 수 있다. 또한 포장 밀봉을 검사하고 다른 식품 가공 공정의 효율을 개선하는데 사용할 수도 있다.

FLIR 열화상 카메라는 자동화된 공정 제어에 사용할 수 있는 펌웨어와 통신 인터페이스를 가지고 있다.
제3자 소프트웨어는 맞춤형으로 쓰여진 광범위한 통제 코드 없이도 이러한 툴들이 자동화 머신비전 시스템에 통합될 수 있도록 해 준다.

식품가공에서는 열화상 카메라의 쓰임새가 점점 더 넓어지고 있다:

- 오븐으로 구운 식품
- 마이크로파로 요리한 고기
- 찐쌀과 그 밖의 곡물의 마이크로파
   건조
- 오븐의 적정 온도 검사
- 냉동식품 포장 칸의 적절한 충전
- 마이크로파 식품의 셀로판 밀봉의
   무결성 확인
- 겉포장 상자의 날개 접착부위 검사
- 냉장고 칸과 냉동고 칸의 감시

품질관리를 위한 온도기록법

열화상은 최우선적인 품질관리 도구이다. 조리된 육가공 제품의 품질과 안전을 통제하는 일이야말로 이 기술을 가장 잘 활용할 수 있는 방법이다. 상설 열화상 카메라는 연속 컨베이어 오븐 밖으로 나온 치킨 텐더 같은 식품의 온도를 기록할 수 있다. 이것의 목적은 충분히 조리되었는지 확인하기 위한 것이지, 지나치게 조리되었거나 건조된 것을 확인하기 위한 것이 아니다. 수분 감소는 무게 감소로 알게 된다.

열화상 카메라는 마이크로파 예비조리 라인에서의 검사에도 사용할 수 있다. 이것은 제품 품질과 안전을 높이는 것 외에도 전체 처리량을 증가시킬 수 있다. 그 밖의 장점으로 에너지 비용 감소를 들 수 있다.

장비 감시

조리식품의 검사 외에도, 열화상 카메라는 컨베이어 오븐을 감시할 수 있다. 심지어 이것은 오븐 온도를 통제할 수 있는 피드백 루프의 일부가 된다.

컨베이어 오븐에서 열화상 카메라의 또 다른 용도로 컨베이어 오븐 요리 벨트 전체에 걸쳐 온도의 일정함을 감시하는 용도도 있다. 전기 오븐 내의 가열 구성요소에 장애가 있을 경우, 또는 공기 집진 오븐에서 가열이 일정하지 못할 경우, 제품 흐름 중 어느 한 부분이 더 차가울 수 있다. 열화상 카메라는 이것을 금방 발견한다.
이런 종류의 품질검사는 기존의 접촉식 온도 센서로 하기 어렵다. 열화상 카메라는 많은 제품들이 폐기되기 전에 변동성을 바로잡고 품질을 개선하는 데 도움이 된다.

포장 검사

열화상 카메라가 이미지에서 물체와 패턴을 찾아내도록 도와주는 소프트웨어도 있다. 패턴 매칭의 한 가지 용도로 냉동식품 생산이 있다. 열 머신비전은 패턴인식 소프트웨어를 이용하여 식품 트레이칸에 제대로 충전이 되었는지를 확인한다.

관련 용도로는 마이크로파 완제품의 가열밀봉 셀로판 커버에 대한 자동화 100% 검사가 있다. 열화상 카메라는 셀로판 가열 밀봉이 되어 있는 경우, 컨테이너 입구에서 방사되는 열을 보게 한다. 머신비전 소프트웨어를 통해 열화상으로 포장의 전체 둘레의 온도를 확인하는 것.

이런 종류의 프로그램은 영상 속 기하학적 패턴과 온도를 컴퓨터 메모리에 저장된 패턴의 온도와 매칭한다. 이런 시스템에 추가할 수 있는 기능으로는 불량 밀봉 포장에 대한 레이저 마킹이 있다. 이 경우 이 레이저 마킹 포장을 검사 장소에서 제거할 수 있다.

제품 안전에 간접적으로 영향을 미치는 것 중에는 식품 용기의 겉을 싸서 보호하는 상자의 무결성이 있다. 가장 비용효과적인 겉포장 상자 밀봉 방식 중 하나가 상자 날개에 가열 접착 부위를 만드는 것. 과거에는 이러한 부위 접착 무결성을 확인하기 위해 정기적으로 여러 개 샘플에 파괴테스트를 해야 했다. 이것은 시간 소모적이고 비용이 많이 든다.

접착제에 가열을 하기 때문에 열화상 카메라로 판지를 ‘투시’하여 접착제가 붙여진 부위의 패턴과 크기를 확인할 수 있다.

수집된 디지털 데이터는 각각의 박스에 대한 합격/불합격 결정에 사용되며, 불량 박스는 즉시 생산라인에서 제거된다. 이 데이터는 자동으로 QA 시스템에 기록되어 추세 분석에 사용되며, 따라서 박스의 불합격 숫자가 과도할 경우 경고음이 발생하게 된다.

열화상 카메라의 또 다른 용도로 용기 충적을 감시하는 용도가 있다. 이것이 제품안전 문제를 일으키는 경우는 거의 없지만, 산출량과 규정 준수에 영향을 미친다. 경보를 울리게 할 병 부위를 서로 다르게 정의하여 많이 충전되거나 덜 충전된 병을 제거한다. 병이나 단지가 어두운 색상의 유리나 플라스틱으로 만들어졌을 경우 열화상 카메라를 선택하는 것이 가시광선 카메라를 선택하는 것보다 더 낫다.

측정 자동화

열화상 카메라용으로 현재 나와 있는 애플리케이션 소프트웨어에는 자동화 식품 가공 애플리케이션을 지원하는 다양한 기능들이 들어 있다. 이 소프트웨어는 열화상 카메라에 내장된 펌웨어를 보완하며 함께 실행된다. 패키지로 구성된 화상 도구와 라이브러리는 하드웨어와 언어에 좌우되지 않기 때문에 식품가공 엔지니어는 열 감시제어 시스템을 빠르고 손쉽게 구현한다.

열화상 카메라는 그 자체로도 다양한 환경에서 정확한 온도 측정을 제공하는 여러 가지 작동 모드를 사용자에게 제공한다. 이러한 카메라에서 흔히 발견되는 두 가지 기능이 바로 스폿 노출계와 구역 측정 기능이다.

스폿노출계는 특정 지점의 온도를 알아낸다. 구역 기능은 물체나 장면에서 선택된 부위만을 분리하여 그 부위 내 최대온도, 최소온도, 평균온도를 내놓는다. 온도 측정 범위는 사용자가 선택할 수 있다. 온도 범위 선택 외에도 대부분의 카메라에서 사용자는 컬러 스케일과 그레이 스케일을 설정하여 카메라 영상을 최적화할 수 있다. 컨베이어 오븐 용도에서는 주로 구역 기능이 사용된다.

그 이유는 조리 식품의 조각들이 컨베이어 위에 무작위로 위치하고 있는 경우가 많기 때문. 규정된 구역에서 최소온도와 최대온도를 찾아 측정하도록 카메라를 프로그램 할 수 있다.

이 설정포인트 온도 중 하나가 사용자가 정의한 범위를 벗어날 경우, PC나 PLC에서 실행되고 있는 응용프로그램이 즉시 경보를 발하며 운영자에게 비디오 모니터나 PC의 열화상을 확인하여 불량 제품을 찾아 제거하거나 조리 온도를 조정하도록 경고한다.

국지적 감시의 경우, IR 카메라의 디지털 I/O를 사용하여 추가 소프트웨어 없이 즉시 경보 장치를 발동시킨다. 그러나 식품가공의 경우, PC에서 실행되는 제3자 소프트웨어의 분석이 필요한 경우가 많다.

이러한 완비형 솔루션에서는 애플리케이션 소스 코드를 쓸 필요가 없다. GigE Vision과 GenICam 같은 흔히 사용되는 머신비전 인터페이스 표준을 준수함으로써 이 소프트웨어는 다양한 범위의 기능들을 지원하고 있다.

컨베이어 모니터링에 관한 약식 블록 다이어그램이 나와 있다. 대부분의 용도에 열화상 카메라 하나만으로 충분할 때도 있고, 색상 같은 다른 대상의 물체 속성을 기록하기 위해 가시광선 카메라와 열화상 카메라를 조합하여 사용할 때도 있다.

자료제공 |플리어코리아(www.flir.com)