식품 산업에 이용되는 열화상 카메라
식품 산업에서는 생산부터, 수송, 저장, 판매까지 전 과정에 걸쳐 부패하기 쉬운 상품의 온도를 철저히 통제할 필요가 있습니다. 오염되었거나 제대로 익히지 않은 식품으로 발생하는 질병에 대해 반복적으로 경고하여 공정을 더 엄격히 관리하도록 강조하고 있습니다. 이런 문제는 대부분이 인적 요소와 관련이 있기 때문에 식품가공업체는 비용은 줄이면서 중요 공정에는 인적 실수를 최소화 할 수 있는 자동화 장치를 구현해야 합니다.
열화상 카메라가 바로 그런 장치입니다. FLIR 열화상 카메라를 사용하면 많은 식품가공 공정에서 비 접촉식 자동 온도 측정을 할 수 있습니다. 아날로그 비디오 출력은 비디오 모니터에서 볼 수 있으며, 이더넷을 이용하면 MPEG4 비디오 출력을 포함한 디지털 온도 데이터를 컴퓨터로 보낼 수도 있습니다.
작동 방식
식품산업에 사용하는 이 비 접촉식 온도 측정 장치의 주요 구성요소는 열화상 카메라와 관련 소프트웨어입니다. “스마트” 비 접촉식 센서처럼 설비, 냉장 식품, 조리 식품의 온도를 조리가 끝나면 바로 측정하여 모든 식품을 100% 검사합니다.
열화상 카메라는 사용하기 쉽고 크기도 작으며 필요한 곳이면 거의 모든 곳에 설치할 수 있습니다. 포장 밀봉 검수나 다른 식품 가공 과정의 효율 개선에도 이용할 수 있습니다
FLIR 열화상 카메라에는 펌웨어와 통신 인터페이스가 있어 자동화 공정 제어에도 활용할 수 있습니다. 제 3삼사 소프트웨어를 이용하면 고객이 제어 코드를 새로 쓰지 않고도 이런 도구를 자동화 된 머신 비전 시스템에 통합 설치 할 수 있습니다.
다음과 같이 식품 가공 산업에서 열화상 카메라의 쓰임새가 점점 늘어나고 있습니다:
- 오븐 구이 식품
- 전자레인지 조리육
- 찐쌀과 다른 곡물의 전자레인지 건조
- 오븐 적정 온도 검사
- 냉동 식품 포장 채우기
- 전자레인지 식품의 셀로판 밀봉 무결성 점검
- 포장 상자의 접힘 날개 접착 검사
- 냉장고와 냉동칸 모니터링
품질 지원 및 제품 안전을 위한 온도 측정
열화상은 최초이자 가장 중요한 품질 보증 (QA) 장치입니다. 이 기술을 가장 훌륭히 활용한 분야가 조리한 육류 제품의 품질 및 안전 관리 분야입니다. 예를 들어, 영구 탑재 열화상 카메라가 연속 컨베이어 오븐에서 나온 닭고기 살의 온도를 기록해 줍니다.
고기가 충분히 잘 익었고 너무 익혀 바싹 마르지는 않았는지 확인하는 것이 목표입니다. 수분 함량 감소는 중량으로 알 수 있습니다. 전자레인지 사전 조리 라인 검사에도 열화상 카메라를 이용할 수 있습니다. 제품 품질과 안전이 개선되는 것 이외에 전반적인 처리량도 향상될 수 있습니다. 에너지 비용을 절감할 수 있다는 부수적인 장점도 있습니다.
장비 모니터링
열화상 카메라로 조리된 식품을 검사하는 것 외에 컨베이어 오븐도 모니터 할 수 있습니다. 피드백 루프의 일부로 사용하여 오븐 온도 제어에 활용하는 방법도 있습니다.
컨베이어 오븐이라면 열화상 카메라를 컨베이어 오븐 조리 벨트의 폭 방향으로 온도가 일정한지 모니터링 하는 용도로도 이용할 수 있습니다. 전기 오븐 내부 요소가 가열되지 않거나 공기 충돌식 오븐 내부가 고르게 가열되지 않은 경우, 제품 흐름 한쪽의 온도가 떨어지게 됩니다. 이런 부분이 생기면 열화상 카메라가 빠르게 발견해 낼 수 있습니다.
이런 종류의 품질 검사는 기존의 접촉식 온도 측정법보다 훨씬 어렵습니다. 그렇기 때문에 열화상 카메라가 있으면 많은 제품이 폐기되기 전에 온도 변화를 바로잡아 품질을 개선할 수 있습니다.
포장 검수
열화상 카메라로 물체의 위치를 찾아 패턴을 화상으로 보여주는 소프트웨어를 활용할 수 있습니다. 이런 패턴 조사를 응용한 분야 중 하나가 냉동식품 생산 분야입니다. 열화상 머신 비전은 패턴 인식 소프트웨어를 이용하여 식품 트레이 함이 제대로 채워지는지 점검합니다.
이와 관련하여 완제품 전자레인지 식품 밀봉 열접착 셀로판 덮개 100% 자동화 검사에 이용되고 있습니다. 열화상 카메라는 셀로판 열접착 공정을 거친 용기 봉합부에서 나오는 열을 감지합니다. 포장 전체 둘레 온도는 머신 비전 소프트웨어가 만든 열화상을 이용하여 점검합니다. 이런 종류의 프로그램은 컴퓨터 메모리에 저장된 온도 패턴에 영상 속 패턴을 맞춥니다. 이런 시스템은 잘 봉합이 되지 않은 용기에 레이저로 표시를 하여 검사장에서 제외하는 기능이 추가로 들어가기도 합니다.
제품 안전에 간접적으로 영향을 주는 것은 식품 용기를 포장하고 보호하는 상자의 무결성 입니다. 포장 상자 봉합법 중 가장 비용 효과가 높은 방법 중 하나가 봉입 날개 쪽에 가열한 아교를 발라 봉하는 국부 접착법입니다. 예전에는 표본을 여러 개 취하여 파손해 보는 것으로 이런 국부 접착의 무결성을 확인하였습니다. 이 방법은 시간도 걸리고 비용도 많이 들어갑니다.
아교를 가열해야 하므로 열화상 카메라가 골판지를 “투시”하여 국부 접착 패턴과 크기를 점검할 수 있습니다. 아교를 바를 위치를 주시하도록 사전에 정한 위치에 카메라를 설치하여 국부 접착 크기와 온도를 확인할 수 있습니다.
수집한 디지털 데이터는 각 상자 합격/불합격 판정에 사용하며, 상태가 불량한 상자는 생산 라인에서 즉시 제거할 수 있습니다. 이 데이터는 추이 분석용 QA 시스템에 자동으로 기록되므로 불합격 판정을 받는 상자 수가 늘어나면 즉시 경고 신호를 보낼 수 있습니다.
그렇지만 열화상 카메라는 컨테이너를 채우는 공정 모니터링에도 이용할 수 있습니다. 제품 안전 문제와는 그다지 관계가 없긴 하지만 산출량과 규정 준수에는 영향을 줍니다. 병의 여러 부분을 지정하여 덜 채웠거나 너무 많이 채운 병이 있으면 제거하도록 경고를 발동할 때에도 이용할 수 있습니다. 어두운 색유리나 플라스틱제 병이나 단지라면 가시 광선 카메라보다는 열화상 카메라가 더 나은 대안이라 할 수 있습니다.
자동 측정
현재 열화상 카메라에서 이용할 수 있는 소프트웨어는 자동 식품 가공 분야를 지원해 주는 다양한 기능을 갖고 있습니다. 이 소프트웨어는 열화상 카메라 내부 펌웨어를 보완하고 보조합니다. 이런 패키지에 들어있는 이미징 툴과 라이브러리는 하드웨어나 언어와는 무관하므로, 식품가공 기술자라면 누구나 바로 열 모니터링/제어 장치에 도입할 수 있습니다.
열화상 카메라 자체에 이미 다양한 조건에서 온도를 정확히 측정할 수 있는 다양한 운영 모드가 구현되어 있습니다. 이런 카메라에서 흔히 볼 수 있는 기능 두 가지가 스팟미터와 영역 측정입니다.
스팟미터는 특정 지점의 온도를 측정합니다. 영역 기능은 대상이나 장면에서 선택한 부분을 떼어 내어 그 부분의 최대, 최저, 평균 온도를 보여줍니다. 온도 측정 범위는 사용자가 대체로 선택할 수 있습니다. 대부분의 카메라가 온도 범위 선택의 보조 장치로 카메라 화상 최적화 수단으로 컬라나 흑백 설정을 할 수 있게 되어 있습니다.
컨베이어 오븐에서는 조리한 제품 조각이 컨베이어 상에서 무작위로 위치하게 되므로 보통은 이 영역 기능을 사용합니다 . 지정한 영역 안에서 최고 온도와 최저 온도를 찾아 측정하도록 카메라를 프로그램할 수 있습니다. 이런 설정 온도 중 하나가 사용자가 지정한 한계에서 벗어나면, PC 나 프로그램 가능 논리제어장치 (PLC) 에서 구동되는 응용프로그램은 비디오 모니터나 PC의 열화상을 점검하여 불량 제품을 찾아 제거하거나 조리 온도를 조정하도록 즉시 운영자에게 경보를 발동합니다.
국부 모니터링이라면, 적외선 카메라의 디지털 I/O로 별도의 소프트웨어 없이 경보 장치를 직접 작동시킬 수도 있습니다. 그렇지만, 식품 가공 산업은 PC에서 구동하는 제 3사의 소프트웨어에 구현된 고차원 분석 자료를 이용하는 것이 좀 더 이로울 때도 많습니다.
이처럼 격이 다른 솔루션이므로 따로 응용 프로그램 소스 코드를 짤 필요가 없습니다. GigE Vision® 과 GenICam™ 같이 일반적으로 사용하는 머신 비전 인터페이스 표준만 지켜도 이 소프트웨어의 다양한 기능의 지원을 받을 수 있습니다.
컨베이어 모니터링을 나타낸 단순 블록 선도. 많은 곳이 열화상 카메라 한 대면 충분하지만, 열화상 카메라와 가시 광선 카메라를 조합하여 색상처럼 대상물의 다른 속성도 기록할 수도 있습니다.
