Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Anlagen- und Apparatebau: Ausgabe 03/2014, 11.03.2014

Lernfähige Technik sorgt für Spitzenweine

Bittere Geschmacksnoten sind im Wein unerwünscht. Eine Anlage mit optischer Erkennung ist in der Lage, Trauben nach Qualitätsstufen zu sortieren und unerwünschte Fremdkörper ausschleusen zu lassen. Das spart nicht nur mühevolle Handarbeit, sondern auch Zeit.

Es ist wohl der Traum eines jeden Winzers, einen Spitzenwein zu keltern, der nicht nur bei Auktionen Spitzenpreise erzielt. Doch Weine dieser Güteklasse sind Ausnahmeerscheinungen, da die Qualität von vielen Faktoren abhängt. Dabei kommt es nicht nur auf die Witterungsverhältnisse an, sondern auch auf die Sorgfalt während der Lese. Gemäss dem Motto «die guten ins Töpfchen, die schlechten ins Kröpfchen» haben Winzer und ihre Helfer bei der Sortierung alle Hände voll zu tun. Um diese manuelle Arbeit nicht nur zu beschleunigen, sondern künftig sogar überflüssig zu machen, entwickeln derzeit Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, IOSB, und ihre Partner eine Sortiermaschine für Spitzenweine. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, BMWi, geförderte Projekt «GrapeSort» hat im Februar 2013 begonnen und läuft bis Ende Januar 2015.
Intelligente Technik. Was Menschen buchstäblich auf den ersten Blick erkennen, ist für die Maschine mit einer Lernphase verbunden. Damit die Sortieranlage später in Sekundenschnelle gut von schlecht, süss von sauer, gross von klein, Blatt von Beere und so weiter unterscheiden kann, haben die Wissenschaftler die Auswertungssoftware «angelernt» und für jedes Sortier- und Auswahlkriterium Referenzbilder und die entsprechenden Daten hinterlegt. «Zum Anlernen der Software haben wir zwei unserer Hyperspektralkameras eingesetzt, mit denen wir nicht nur Dreifarbenbilder bekommen, sondern für jedes Pixel ein komplettes Spektrum», erklärt Kai-Uwe Vieth, Projektleiter und Wissenschaftler am IOSB. Die Untersuchungen finden unter realen Bedingungen im Weinberg der Hochschule Geisenheim University  statt. Die Önologen vom Zentrum für  Weinforschung und Verfahrenstechnologie der Getränke der Hochschule liefern für das Projekt die Qualitätsparameter wie Süs­se, Taningehalt und andere Kriterien, die für einen Spitzenwein ausschlag­gebend sind. Auf dieser Grundlage können die Experten des Fraun­hofer-Instituts ihre Auslesesoftware anlernen und Referenzwerte hinterlegen. Nach dem «Trainingslager» erkennt die Technik unterschiedliche Qualitätskriterien und unerwünschte Bestandteile wie Rebholz, Steine, Insekten oder faulige Beeren und schiesst blitzschnell alles aus, was die Forscher als Auswahlkriterium eingegeben haben. «Aufbauend auf den Informationen der vorhergehenden Untersuchungen haben wir ein optisches Element fertigen lassen, das bei den Versuchen im Herbst zum Einsatz kam. So sind wir in der Lage, die vielen Daten, die wir während dieser Versuche im Herbst aufgenommen haben, zu analysieren, um für die nächste Weinsaison noch besser aufgestellt zu sein», so Vieth.
Modulares System. Die komplette Anlage besteht derzeit aus einer Zuführ­einrichtung und einer Abbeermaschine der Firma Armbruster, die die Früchte von Stielen ablöst und dann über einen neu entwickelten Fördermechanismus auf einem Band vereinzelt. Was einfach klingt, ist es jedoch nicht, da Weintrauben leicht «zermanschen». Zudem müssen die Früchte so schnell vereinzelt werden, dass sich ein hoher Durchsatz schaffen lässt.
Das Herzstück der Anlage ist eine Hochgeschwindigkeits-Zeilenkamera, die in der Lage ist, 18 000-mal pro Sekunde Bilder zu schiessen. Das System sortiert momentan noch anhand von Form- und Farbanalysen. So kann sie den unterschiedlichen Reifegrad der Beeren anhand von Farbnuancen erkennen. Künftig wollen die Forscher den Reifegrad auch nach dem Zuckergehalt der Trauben ermitteln. Winzer messen diesen mit einem optischen Sichtgerät, dem Refraktometer, bei dem die Zuckermoleküle den Brechungswinkel des einfallenden Lichts beeinflussen. Je höher der Zuckergehalt, desto stärker wird das Licht gebrochen. Auch mit der eingebauten Zeilenkamera lässt sich das reflektierte Licht messen, da sie mit einer lichtempfindlichen Zeile ausgestattet ist. Dieser integrierte Zeilensensor ist empfindlich im sichtbaren sowie im nichtsichtbaren Bereich.

Die angeschlossene Auswertungssoftware vom IOSB analysiert die Aufnahmen in Millisekunden und steuert Druckluftdüsen an, die Fremdkörper zielgerichtet herauspustet. «Das Inge­nieurbüro Waidelich hat für das Projekt die entsprechenden Ventilblöcke entwickelt. Druckluftdüsen schleusen blitzschnell alles mit einem Luftstrom aus, was die trainierte Software vorgibt», so der Forscher. Auch schlechte, unerwünschte Beeren entfernt die Ausblaseinheit, da das System die Beeren nach unterschiedlichen Qualitäten sortieren kann. «Damit sind wir in der Lage, den Wein so zu komponieren, wie wir ihn haben wollen», sagt der Experte.
Einfache Bedienbarkeit. Neben den technischen Innovationen und blitzschnellen Analysemöglichkeiten ist auch die Bedienbarkeit der Anlage ein wichtiges Kriterium. «Wir müssen die Benutzeroberfläche so gestalten, dass Winzer sie leicht bedienen können. Da die Weinlese und damit auch die Nutzung der Maschine auf wenige Wochen beschränkt ist, achten wir darauf, dass eine sich jährlich wiederholende Einlernphase unnötig ist. Es dürfen nicht zu viele Parameter sein», so der Wissenschaftler.
Nicht nur für Weintrauben geeignet. Auch wenn Forscher die Sortiermaschine ursprünglich für die Sortierung von Weintrauben entwickelt haben, lässt sich die Maschine auch für andere Lebensmittel nutzen. So denken die Projektpartner auch über den Einsatz zur Fremdkörper­erkennung, beispielsweise bei Tee, Kräutern, Blattgemüse und anderen Lebensmitteln, nach. «Wir haben bereits in der Vergangenheit Anlagen für getrocknete Lebensmittel gebaut. So können wir auf diesem Wissen aufbauen und das Sortiersystem für Weintrauben auch auf andere Lebensmittel anpassen. Wie bei den Trauben auch, müssen wir die jeweiligen Spezifikationen einlernen, Aufnahmen von gut und schlecht machen, Referenzaufnahmen speichern und die notwendigen Parameter festlegen. Damit lassen sich auch andere Lebensmittel schnell und automatisch sortieren», sagt der Experte.
Wie alle innovativen Systeme und Maschinen, muss auch die Sortieranlage für Wein ihre Tauglichkeit unter Beweis stellen. So hat die Anlage im Herbst bereits in Vorversuchen mehrere Tonnen Trauben pro Stunde erfolgreich verarbeitet. Das Sortierergebnis haben alle Kooperationspartner einhellig für gut befunden. Im Juni 2014 findet eine weitere Premiere statt. Dann steht die sensorische Prüfung auf dem Plan, die die Weinbauexperten der Hochschule
Geisenheim University durchführen. Aufgrund der guten Ergebnisse sieht der Projektleiter diesem Ereignis gelassen entgegen.

Weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung IOSB