Рентгеновские детекторы чаще всего используются на производстве для обнаружения различных посторонних веществ и компонентов в пищевой и фармацевтической продукции. Данные системы не подходя для определения даметра или геометрических размеров тех или иных изделий. Однако, такая система хорошо применима для всех материалов и типов упаковки продукции. Подобные решения могут быть реализованы на любом этапе технологического процесса. Лучшее место для ее расположения – это конец производственной линии. На этом этапе вы можете следить за целостностью упаковки и выявлять продукцию, еоторая не соответствует требуемым стандартам.
В этой статье мы рассмотрим различия между двумя доступными технологиями рентгеновского контроля и факторы, которые следует учитывать при выборе между этими системами.
Основы рентгеновских систем
Сердцем рентгеновской системы является сканирующее устройство. Оно основан но на генераторе рентгеновских лучей, который проецирует рентгеновские лучи на датчик или детектор. Интенсивность рентгеновских лучей, попадающих в конкретную точку, представлена оттенками серого на полученном изображении: от черного, когда рентгеновские лучи не проходят тело, до белого, когда проходят все лучи.
Когда продукт проходит через устройство, он сканируется рентгеновскими лучами, и детектор создает серое изображение продукта. Специальное программное обеспечение системы анализирует полученные изображения и сравнивает их с заданными стандартами. На основе проведенного сравнения выявляются дефекты. В последнем случае в систему автоматического исключения бракованной продукции подается соответствующий сигнал и продукт автоматически снимается с линии.
Три компонента систем рентгеновского инспектирования (рис. 1):
- генератор рентгеновского излучения (A);
- детектор (Б);
- компьютер (В).
Рис. 1. Устройство систем рентген-инспекции
Рентгеновские лучи генерируются в рентгеновской трубке (А), встроенной в генератор. Излучение проходит непосредственно от генератора через коллиматор (устройство, сужающее луч до меньшего веерообразного луча). Суженный луч проходит через испытуемый продукт или упаковку и достигает детектора (В). В детекторе энергия луча преобразуется в электрические сигналы и отправляется на экране компьютера (B). Компьютер обрабатывает этот сигнал и использует его для создания изображения в оттенках серого. Далее изображение будет проанализировано, чтобы определить, соответствует ли продукт заданным критериям или его следует отклонить.
Точно так же, как камера регистрирует свет, детектор регистрирует рентгеновское излучение. Созданное изображение можно обрабатывать для получения подробной информации о проверяемом продукте. В сочетании с программным обеспечением для анализа изображений этот детектор может более точно обнаруживать посторонние предметы, такие как фрагменты костей в птице, а также кусочки резины в макаронах, картофеле фри и других продуктах.
Получаемые изображения разделяют на мельчайшие фрагменты — точки (пиксели). Они генерируются на основе измерения интенсивности рентгеновских лучей, достигающих детектора (рис. 2).
Рис. 2. Продукт, который сканируется с помощью рентгеновских лучей, и его сгенерированное изображение
Когда упакованный продукт проходит через детектор, изображение создается построчно. Каждая строка содержит количество пикселей, связанных с предыдущей строкой. Это создает полное представление о продукте построчно. Программное обеспечение системы рентгеновского контроля затем анализирует изображение и сравнивает его с указанными критериями соответствия. На основании этого сравнения изображение утверждается системой или фиксируется брак.
Основной задачей системы рентгеновского контроля является точное обнаружение отклонений и выявление посторонних предметов, которые могут сливаться с фоном изделия. Это особенно актуально, если продукт изготовлен сложной формы или имеет перекрывающуюся упаковку, что приводит к неравномерной плотности цвета на рентгеновском изображении. В таких случаях качество изображения ухудшается, и отклонения становится трудно обнаружить.
Выбор правильной технологии детектора
Для проверки упакованных продуктов питания и лекарственных препаратов используются два типа рентгеновских детекторов: однолучевой детектор и двухлучевой детектор. Двухлучевой может быть стандартным или модифицированным. Каждая технология предназначена для решения определенной задачи.
Преимущества однолучевой технологии
Однолучевая технология эффективна для обнаружения посторонних предметов, которые имеют более высокий коэффициент поглощения рентгеновских лучей, чем окружающие продукты, например, металлы в приготовленных продуктах. Кроме того, эти детекторы также хорошо работают на высокоскоростных маршрутах.
Детекторы, основанные на однолучевой технологии, подходят для большинства задач контроля и широко используются во многих областях. Они используются для проверки продуктов с одинаковой плотностью, например, чтобы определить, являются ли предполагаемые посторонние частицы плотнее и/или крупнее. Чем выше плотность материала (металл, стекло), тем чётче выделяется и лучше видна текстура изделия. Материалы с низкой плотностью, такие как алюминий или низкоминеральное стекло, также можно обнаружить, если продукт имеет однородную плотность.
Проблема возникает, когда необходимо обнаружить мелкие посторонние предметы одинаковой или низкой плотности в сложных или неоднородных продуктах (например, курица, чипсы, макароны). Полученное рентгеновское изображение имеет определенную текстуру, за которой могут скрываться посторонние предметы.
Например, с помощью однолучевого детектора очень сложно обнаружить тонкие кости в филе птицы или небольшие кусочки резины в картофеле фри или макаронах. Еще один материал, который трудно обнаружить, — это алюминий.
Преимущества двулучевой технологии
Двухлучевая технология, разработанная в 2000-х годах, позволила значительно улучшить возможности рентгеновских детекторов и улучшить возможности оборудования рентгеновского контроля. Он использует одновременно два луча разной высоты и работает под разными углами. Это повышает точность устройства и предоставляет больше информации о продукте внутри упаковки. Такие системы позволили обрабатывать самые разнообразные материалы. (в центре и справа на рис. 3).
Рис. 3. Изображение пачки картофельных оладий с примесями алюминиевой фольги. Слева: однолучевые детекторы; в центре: стандартная двулучевая технология; справа: модифицированная двулучевая технология
Двухлучевые рентгеновские системы не только основаны на различиях в плотности продукта и инородных тел, но и их возможности гораздо шире. Он позволяет обнаруживать примеси в смешанных продуктах неоднородного состава и идентифицировать мелкие частицы низкой плотности (хрящ, тонкая кость, бедное минералами стекло).
Надежное обнаружение посторонних предметов было упрощено, и теперь можно работать в средах, где однолучевая технология не эффективна (например, когда продукты в упаковках имеют разную толщину: цельное мясо, упаковки макарон, пакеты и т. д.). картофель). Единственным ограничением является скорость, что делает его пригодным для операций с более низкой скоростью производственной линии по сравнению с одноструйной технологией.
Двухлучевые детекторы значительно удаляют шум продукта на изображении при обнаружении загрязнений и поэтому в основном используются в ситуациях, когда сам продукт мешает правильной работе устройства. Это означает, что если ваш продукт отображается в цвете, близком к цвету фона сгенерированного изображения, вам следует рассмотреть возможность использования технологии двухлучевого луча. Это может произойти в двух случаях:
-
Сложные или перекрывающиеся продукты.
В этой ситуации продукт может выглядеть ярче (менее плотным) или темнее (более плотным) в зависимости от того, какая часть изображения просматривается. Это приводит к появлению текстуры на рентгеновском снимке, особенно если части изделия перекрывают друг друга. В качестве примера приведем фото пачки драников, перемешанных с алюминиевой фольгой (рис. 3). Если части упаковки перекрывают друг друга, они могут стать слишком темными и вызвать ошибки идентификации. Кроме того, алюминий имеет относительно низкую поглощающую способность для металла, поэтому мелкие кусочки могут быть не обнаружены в больших пакетах.
Полученные изображения выглядят одинаково, но двухлучевой детектор корректирует смешение цветов и нейтрализует шум продукта. Это позволяет увидеть больше загрязнений на конечном изображении и является гораздо более точным, чем однолучевые устройства.
-
Отображение материалов низкой плотности.
Когда посторонний предмет имеет низкую плотность, он может быть скрыт на фоне продукта. Хороший пример этого — обнаружение костей в упакованном мясе. На рис. 4 слева показан однолучевой снимок фрагментов костей курицы, а в центре и справа — снимки детекторов со стандартной и модифицированной двулучевой технологии.
Рис. 4. Кусок куриного филе с костями. Слева: однолучевые детекторы; в центре: стандартная двулучевая технология; справа: модифицированная двулучевая технология
Даже при отображении однородного продукта результирующее изображение будет отображать различные оттенки серого. Если присутствует инородное тело низкой плотности, оно не будет поглощать достаточное количество рентгеновских лучей, чтобы создать контраст с продуктом, даже если нет перекрытия.
Двухлучевая технология очень эффективна при различении различных материалов, тем самым повышая способность обнаружения даже посторонних объектов той же плотности, что и продукт. Однолучевые измерительные устройства обнаруживают только различия в плотности.
Двухлучевой детектор был разработан для решения практической задачи, аналогичной описанной выше. Однако однолучевая технология не уступает во всех случаях обнаружения посторонних примесей. Например, при поиске стальных частиц в мешке с крупой (где частицы на результирующем изображении несколько раз перекрываются) двухлучевая технология не обязательно дает значительное преимущество.
Производители и переработчики могут использовать усовершенствованные двухэнергетические рентгеновские детекторы как на однолинейных, так и на многолинейных линиях, а также на критических контрольных точках (ККТ). Эти CCP также могут быть объединены в сеть, чтобы обеспечить полную оптимизацию процесса и более детальный анализ эффективности.
В настоящее время существует два типа двухлучевой технологии, которые используют одну и ту же базовую концепцию, описанную выше, но дают совершенно разные результаты.
Стандартная двухлучевая технология основана на существующей рентгеновской технологии и может работать в тех же условиях, что и устройства на основе однолучевых детекторов.
Стандартный двухлучевой детектор обеспечивает значительно лучшие результаты при поиске посторонних предметов низкой плотности в наполненных многокомпонентных упаковках продуктов. Экспериментально установлено, что двухлучевой прибор в 0,5-килограммовом мешке способен обнаруживать резиновые включения толщиной до 5 мм, тогда как однолучевой аналог имеет чувствительность всего 8 мм.
Усовершенствованная двухлучевая технология является прорывом в технологии контроля. С его помощью можно собрать подробные данные о тестируемой продукции. Это позволяет создавать более четкие изображения с большей детализацией и более высоким разрешением. Рентгеновский анализ также выполняется с использованием современного программного обеспечения, повышающего эффективность сканирования.
Модернизированный двулучевой детектор достигает самых высоких уровней обнаружения. В недавних тестах со скоростью линии 35 м/мин модернизированный двулучевой детектор достиг 100% обнаружения поперечной кости толщиной 2 мм в упакованной тушке цыпленка. В таких условиях однолучевой детектор ничего не смог выявить (результат — 0%).
Заключение
Правильный выбор оборудования зависит от многих факторов, конкретного применения и материала предполагаемого источника загрязнения. Вам необходимо принять во внимание упаковочный материал и скорость вашей производственной линии.
Рентгеновское оборудование для контроля может успешно использоваться в качестве решения для контроля, но окончательный выбор «правильного» детектора должен зависеть от технических характеристик производства. Оба типа двухлучевых детекторов улучшают обнаружение посторонних объектов в некоторых случаях, когда шум от перекрывающихся частей продукта или загрязняющих веществ низкой плотности может затруднить обнаружение. Стандартный двухлучевой детектор обеспечивает обнаружение посторонних предметов во всем диапазоне параметров применения. Усовершенствованная технология двойного луча обеспечивает высококачественный и надежный контроль продукции даже в самых сложных условиях эксплуатации.
