Mеталдетектор или рентгенова инспекция за приложения в ХВП

• Металдетекторите и машините за рентгенова инспекция са първата линия на защита в идентифицирането на наличие на замърсители в хранителните продукти, преди те да са напуснали завода
  
  
• С цел да се подобри чувствителността и да се осигури възможност за детекция на много видове метали и на частици с по-малки размери, може да се използва многочестотна технология
  
  
• Рентгеновите системи могат да “виждат” през всички видове опаковки, включително метални, генерирайки изображения на съдържанието им

Откриването на чужди тела е от ключово значение за безопасността и качеството на храните. Всяка година милиони тонове хранителни продукти се изтеглят от търговската мрежа заради наличието на физически замърсители, което освен че струва скъпо, поставя риск и за потребителите. Счупени стъклени буркани, камъни, остри парчета пластмаса, гайки и болтове от вибриращо оборудване и дори рибарски кукички могат лесно да постъпят в производствената линия. Критично важно е да се гарантира обаче, че тези замърсители няма да достигнат и до рафтовете в магазините.

Металдетекторите и машините за рентгенова инспекция са първата линия на защита в идентифицирането на наличие на замърсители в хранителните продукти, преди те да са напуснали завода. Едно от основните съображения при избора между тези две технологии трябва да бъде типът на преработвания продукт. Месните продукти, замразените храни, насипните ядки, напитките в пауч опаковки, храните в стъклени буркани и дори полуготовите храни имат различни характеристики, които продиктуват коя технология ще бъде най-подходяща за всяко специфично приложение.

Метал детекция

Металдетекторите са един от най-широко разпространените типове системи за инспекция на храни и се отличават с висока ефективност при откриването на малки частици замърсители от черни и цветни метали и неръждаема стомана. Те функционират чрез намотки, навити на неметална рамка и свързани към високочестотен радио предавател. Когато частица метал премине през намотките, високочестотното поле се смущава, изменяйки напрежението с няколко микроволта.

Високочестотното поле вече не е в равновесие и полученият в резултат изходен сигнал се използва за детекцията на метал. Впоследствие продуктът с вече установено съдържание на замърсители се изтегля от производствената линия.

С цел да се подобри чувствителността и да се осигури възможност за детекция на много видове метали и на частици с по-малки размери, може да се използва многочестотна технология. Металдетекторите с тази функционалност използват няколко напълно регулируеми честоти за откриването на видове метали и частици с размери, които преди не са подлежали на детекция. Прилагането на широкоспектърен подход редуцира вероятността от пропуск с няколко порядъка. Тази технология е аналогична на това по продължение на производствената линия да са инсталирани няколко металдетектора.

Многочестотната технология е особено полезна за предприятия, преработващи мокри, солени храни с високо съдържание на минерали, както и за замразени храни. Тези типове хранителни продукти се характеризират с това, че имат свойства на проводимост, които могат да бъдат объркани с тези на метален предмет, като това може да доведе до погрешен сигнал от металдетектора за наличието на физически замърсител. Многочестотната технология обаче позволява тези предизвикателства да бъдат преодолени.

Металдетекторите могат да се използват и за реверсивна детекция – когато в крайния продукт се очаква да има метален компонент. Пример за това може да се даде с опаковка на смес за кексчета, в която има и метална кутийка с боровинки. В тези случаи металдетекторът ще отхвърли всяка опаковка краен продукт, в която кутийката с боровинки липсва.

Рентгенова инспекция

Рентгеновата инспекция също се среща често в програмите на производителите на храни за безопасност и качество на продукцията, тъй като технологията може да засича и метални, и неметални замърсители – метали, стъкло, пластмаса, камъни и кости. Сред предимствата й е, че тук не може да стане объркване, както когато се използва металдетектор и продуктът демонстрира свойства на проводимост.

Рентгеновите системи са по-подходящи за крайни продукти в метални опаковки, включително паучове със сок и пакетчета снакс. Рентгеновите системи могат да “виждат” през всички видове опаковки, включително метални, генерирайки изображения на съдържанието им, за да се гарантира, че няма наличие на замърсители.
Сканиращите системи с рентгенова технология насочват високоенергийна светлина с малка дължина на вълната към целия технологичен поток. При проникването на рентгеновите лъчи в материалите те губят енергия в зависимост от плътността на съответния материал, през който преминават. Детекторите улавят измененията в енергията на рентгеновите лъчи и преобразуват тези сигнали в изображения, показващи вариациите в плътността на материалите. Чрез анализирането на тези изображения могат да бъдат открити замърсители, несъответствия на самия продукт, проблеми с опаковките и др.

Рентгеновите системи за хранително-вкусовата промишленост не използват радиоактивни материали за генериране на рентгеновите лъчи. Вместо това за генериране на мощност се използват високоволтови рентгенови тръби. Когато тръбата е изключена, не се отделя рентгенова енергия.
Друго приложение на рентгеновата инспекция е проверяването за целостта на продукта. Могат да се използват алгоритми за зрение, които да гарантират, че от крайните продукти не липсват парчета и които да отхвърлят тези, чиято цялост е нарушена.

Как се прави избор

В някои приложения е очевидно коя технология за инспекция да се избере, тъй като само едната от тях може надеждно да засече замърсителите, създаващи риска, който трябва да се ограничи в конкретния случай. Невинаги обаче е толкова лесно. Двете технологии често успяват или не сработват в зависимост от два различни набора от критерии. Успеваемостта при металдетекторите обикновено зависи от материалите (продукта, опаковката и замърсителя), докато при рентгеновите системи се влияе повече от други параметри, като формата на продукта и начина на транспортирането му през машината.

Рентгеновите системи по принцип не могат да се използват за свободно падащи продукти, заради непостоянната плътност в рамките на падащия продуктов поток. Това ги прави неподходящи за редица опаковъчни дейности, например линии за вертикално пълнене и запечатване (VFFS).
Ако замърсителите, представляващи най-голям риск, са камъни, стъкло, пластмаса с висока плътност или кости, един металдетектор явно няма да може да ги засече. Добре е обаче да се отбележи, че дори рентгенова система може да осигури надеждна защита срещу тези неметални замърсители само при определени условия. Поради тези причини изборът между металдетектор и рентгенова система за производството и опаковането на храни остава въпрос, отворен за интерпретация.

Сравнение на разходите

Предварителната инвестиция за инсталиране на ново оборудване естествено е основно съображение, но трябва да се отчетат и разходите за поддръжка, които допринасят за общата цена на притежание в рамките на експлоатационния срок на оборудването. Металдетекторите обикновено се характеризират с по-ниска първоначална инвестиция. Разликата в цената на метелдетекторите и рентгеновите системи се увеличава постепенно спрямо размера на оборудването. Тоест разликата в предварителните разходи за по-малки системи може да не е толкова съществена, ако се инвестира в машина за рентгенова инспекция, но може да стане непреодолима, ако е необходима по-голяма система, например ако ще се инспектират цели пилета вместо пилешки хапки. Енергопотреблението допринася към оперативните разходи. Тук разликата зависи основно от това дали рентгеновата машина се нуждае от охлаждащи системи или не.

Металдетекторите са проектирани да са по-устойчиви при екстремни условия, например във фризерни помещения, мокри инсталации, например за опаковане на риба, както и когато съставките са предимно сухи – инспекция на брашно в пекарни или при опаковане на подправки. Друг фактор са разходите за резервни части и поддръжка. Въпреки че вече са много по-надеждни от предшествениците си, генераторите и сензорите все още са част от рентгеновите системи. Цените на резервните части обикновено са доста високи в сравнение с тези на металдетекторите.

Когато се сметнат общо, разликите по отношение на разходите могат да бъдат съществени. В най-лошия случай общата цена на притежание на една система за рентгенова инспекция може да бъде над 100 пъти по-висока, отколкото на един металдетектор. Разбира се, други фактори могат да надделеят над разходите. Преди да се пристъпи към инвестиция, трябва да е налице увереност, че една система за рентгенова инспекция ще добави значителна стойност, що се отнася до гъвкавостта и понижаването на риска за нейното специфично приложение.

Чувствителност

Чувствителността и на металдетекторите, и на рентгеновите системи се влошава с увеличаване на размера на отвора. Няколко други фактора обаче могат да повлияят на чувствителността на двете технологии по доста различен начин.

Металдетекторите могат да идентифицират всички видове метал въз основа на магнитни свойства или проводимост, докато рентгеновите системи функционират въз основа на разликите в плътността. Това означава, че една рентгенова система може да не се справи с детекцията на алуминий, включително на фолио или метализиран филм.

От друга страна, опаковките от фолио могат да се окажат предизвикателство за металдетекторите, които могат да засичат само магнитни замърсители във вътрешността на опаковката, докато една рентгенова система може да регистрира всички метали до известна степен.

Трябва да се отчетат и ефектите на ориентация и на продукта. Ефектът на ориентация се проявява, когато замърсителят не е със сферична форма, а е например част от проводник. В този случай способността за засичане на замърсителя може да зависи от ориентацията му спрямо детектора.
В случая на рентгеновите системи лицевата повърхност, която “вижда” детекторът, трябва да е равна или по-голяма от основата разделителна способност на детекторните диоди. Металдетекторите със сигурност не са устойчиви на ефекта на ориентация, но вероятността за такъв пълен пропуск е изключително ниска.

Ефектът на продукта може да се генерира или от самия продукт, или от неговата опаковка. Доскоро всичко мокро и проводящо оказваше влияние върху ефективността на металдетекторите, особено по отношение на замърсителите от неръждаема стомана. Това се дължи на работния принцип на металдетекторите. За разлика от черните и цветните метали, неръждаемата стомана обикновено няма магнитни свойства и е лош проводник на електричество. Вследствие на това, стружка от неръждаема стомана, метално парче или проводник, попаднал в сух продукт, трябва да е с 50% по-големи размери в сравнение със сферична частица от черен метал, за да генерира сигнал с аналогична величина. Тази разлика може да достигне до 300% в мокри продукти, като готови ястия, месо, риба, сосове и хляб, тъй като влажността действа като проводник. Както беше споменато, решение на този проблем може да бъде многочестотната технология. При рентгеновите системи плътността на продукта и нейната равномерност повлияват на чувствителността.

Практически въпроси

Набор от практически фактори също определят типа на подходящата система за определено приложение. Сред тях е площта на съоръжението. Металдетекторите обикновено се предпочитат за ограничени пространства, както и за приложения, в които продуктът преминава през машината с много висока или с много ниска скорост.

Поддържането на надеждна ефективност с времето изисква периодично калибриране и валидиране и при двата вида технологии. В някои случаи производственият процес може да бъде спрян по няколко пъти на смяна. Поради това потребителите може да желаят да намалят честотата на проверките, но е важно да имат предвид, че колкото по-дълъг е периодът между тях, толкова повече продукция може да се наложи да бъде изтеглена, ако се открие проблем със системата за инспекция.

В обобщение може да се каже, че повечето потребители клонят към рентгенови системи, защото се смята, че те предлагат по-голяма гъвкавост. Те също предоставят възможност за извършване на други дейности по инспекция, които са отвъд обхвата на металдетекторите, например засичане на липсващи или счупени продукти или проверяване на нивото на запълване.

Потребителите трябва да са сигурни обаче, че всяко технологично предимство действително ще добави стойност, тъй като преимуществата и недостатъците на металдетекторите и рентгеновите системи за инспекция често затрудняват определянето на това коя технология на практика е най-ефективното и разходно оптимизирано решение.