Рентгеновский контроль может не все, но очень многое

С 1990-х гг. рентгеновская технология широко используется в пищевой и фармацевтической промышленности для выявления потенциально опасных инородных включений, таких, как стекло и металл. Рентгеновский контроль позволяет производителю защитить своих потребителей и сохранить хорошую репутацию торговой марки.

Что еще может сделать рентгеновский контроль для проверки качества продукции? Способна ли эта технология на большее? Может ли она выполнять и другие функции, повышающие безопасность и качество продукции?

В данной статье рассматриваются возможности применения рентгеновского контроля для решения самых разных задач контроля качества, которые обычно возникают при производстве продуктов питания. Вы узнаете больше о том, каким образом рентгеновский контроль может выявлять продукты с самыми разными дефектами до того, как они покинут пределы предприятия. Это поможет вам избежать возврата продукции на предприятие, а также не допустить, чтобы покупатели разочаровались в вашей торговой марке.

Зачем использовать для проверки продуктов рентгеновский контроль?

Производители продуктов питания применяют технологию рентгеновского контроля для обеспечения безопасности и качества своей продукции. Рентгеновский контроль дает исключительные возможности выявления включений из нержавеющей стали и других сплавов, как содержащих, так и не содержащих железо. Эта технология также исключительно эффективна в выявлении и других инородных включений – стекла, камней, пластмассы высокой плотности и резины.

Кроме того, рентгеновские системы могут одновременно решать и широкий ряд других задач по проверке качества непосредственно на производственной линии. В их числе:

-        измерение массы;

-        подсчет компонентов;

-        выявление недостающих изделий;

-        выявление деформированных или сломанных изделий;

-        контроль уровня наполнения упаковки;

-        проверка целости герметичной упаковки;

-        поиск поврежденных изделий или упаковки.

Применение рентгеновского контроля не входит в законодательные требования. Однако повышение скорости производственных линий и рост ожиданий потребителей заставляют производителей переходить на более надежные методы проверки продукции.

Наряду с этим и такие документы, как НАССР, Глобальная инициатива по безопасности пищевых продуктов и GMP (надлежащая производственная практика), а также специализированные стандарты, устанавливаемые отдельными розничными предприятиями, призывают производителей внедрять максимально надежные программы контроля качества продукции.

Использование систем рентгеновского контроля в составе программ контроля качества позволяет повысить безопасность и качество продукции. Это оборудование помогает производителям соблюдать требования национальных и международных нормативов, местного законодательства и стандартов, устанавливаемых предприятиями розничной торговли.

Как работает рентгеновский контроль?

Рентгеновский контроль видит то, что не можете видеть вы.

Рентгеновские лучи невидимы. Как свет или радиоволны, они представляют собой одну из форм электромагнитного излучения. Поскольку рентгеновские лучи имеют короткую длину волны, они могут проникать сквозь материалы, не прозрачные для видимого света. Однако не через все материалы они проходят одинаково легко. Прозрачность материала для рентгеновских лучей сильно зависит от его плотности.

Именно поэтому рентгеновский контроль успешно применяется в производстве продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов. Чем плотнее материал, тем меньше рентгеновского излучения может пройти сквозь него. Скрытые посторонние предметы, такие, как стекло или металл, становятся видны при рентгеновском контроле, потому что поглощают больше рентгеновского излучения, чем окружающий их продукт.

Система рентгеновского контроля преимущественно является устройством сканирующего типа. Когда продукт проходит через аппарат, фиксируется его черно-белое изображение (рис. 1).

Рис. 1. Формирование рентгеновского изображения

Программное обеспечение системы рентгеновского контроля анализирует черно-белое изображение и сравнивает его с заданным стандартом приемки. На основании результатов сравнения оно принимает или отбраковывает изображение. В случае отбраковки программное обеспечение посылает сигнал на автоматическую систему отбраковки, которая убирает продукт с производственной линии.

Используя простую разницу в плотности и анализируя получающиеся черно-белые изображения, системы рентгеновского контроля вышли на новый уровень и стали использоваться не только для обеспечения безопасности продукции, но и для решения других задач контроля качества.

Одна рентгеновская система – много функций контроля качества

Современные системы рентгеновского контроля представляют собой многофункциональные устройства, обеспечивающие качество продукта и защиту репутации марки, а не только обнаружение инородных включений.

За один прогон контролируемого продукта при высокой скорости конвейерной линии системы рентгеновского контроля успевают одновременно выполнять сразу несколько функций:

-       измерение длины, ширины, площади и объема продукта;

-       выявление недостающих или поврежденных изделий;

-       контроль уровня наполнения;

-       измерение массы;

-       выявление плохо запечатанных упаковок одновременно с обнаружением посторонних предметов.

Измерение длины, ширины, площади и объема продукта

Измерение длины, ширины, площади и объема продукта – простейшая форма проверки продукции, используемая в сочетании с обнаружением посторонних предметов. Этот процесс известен как «определитель объектов».

Как уже говорилось ранее, рентгеновское изображение – черно-белое. Чем темнее серый цвет, тем больше продукта оказалось на пути рентгеновского луча. Преобразуя оттенки серого в трехмерное изображение, программное обеспечение может рассчитать, например, площадь продукта.

Возможность подобного анализа изображений выводит контроль качества на новый уровень. Такой анализ позволяет выявлять подозрительные продукты, даже если они имеют правильную массу, правильно расположены в упаковке и не содержат посторонних предметов. Это крайне важно для производителей товаров, внешний вид которых имеет большое значение. Например, один из трех брикетов мясного фарша, показанных на рис. 2, имеет внутри полость. Она видна как светлое пятно на однородном сером фоне.

Рис. 2. Полость размером 2 мм в брикете фарша

Один из трех брикетов, показанных на рис. 3, отличается по форме от остальных.

Рис. 3. Брикет фарша «неправильной» формы (отклонение больше ± 5 %)

С двумя чесночными батонами хлеба в упаковке flow-wrap (рис. 4) дело обстоит сложнее. Контроль качества в данном случае должен определять возможное недовложение чесночного масла в каждый из надрезов (например, по причине засорения фасовочного автомата или оттого, что в нем могло закончиться масло). Поскольку система рентгеновского контроля способна распознавать отдельные сгустки масла, она может проанализировать эти области индивидуально. Система проверяет, соответствует ли площадь и объем каждой области нанесения масла заданному стандарту. В случае несоответствия продукт отбраковывается и убирается с производственной линии.

Рис. 4. В батоне хлеба справа есть недовложение чесночного масла

 Выявление недостающих или нестандартных изделий

Рентгеновский контроль также способен выявлять дефектные и недостающие изделия.

1. Выявление поврежденных изделий:

·         раскрошенные, отсутствующие и нецелые штучные продукты в блистерных упаковках;

·         зазубренная, смятая или деформированная упаковка;

·         проверка полноты фасовки и целости содержимого коробки.

2. Выявление недостающих изделий:

·         подсчет упакованных компонентов для контроля необходимого количества;

·         проверка наличия рычага блокировки ингалятора для больных астмой.

3. Контроль вложений:

·         выявление отсутствующих компонентов (таких, как соус или гарнир в упаковках с готовыми блюдами);

·         проверка наличия рекламных вкладышей внутри упаковки.

Эти методы проверки сохраняют эффективность, даже если продукция уложена в несколько слоев.

 Выявление поврежденных изделий

Обнаружение поврежденных изделий основано на тех же принципах, что и измерение длины и объема. Задавая минимальное и максимальное значения ширины, высоты, объема или площади поверхности, можно с помощью программного обеспечения рентгеновского оборудования выявлять деформированные упаковки. На рис. 5 показано, что проверки площади поверхности оказалось достаточно, чтобы выявить деформированные пачки и удалить их с производственной линии. В программном обеспечении рентгеновского аппарата было задано значение площади поверхности хороших упаковок, равное 100, и система отбраковывает все упаковки, не соответствующие данному условию.

Рис. 5. Рентгеновское изображение помятой упаковки супа

Выявление недостающих изделий

Рентгеновские системы способны заглянуть внутрь конечной герметично запечатанной упаковки и проверить, все ли компоненты на месте. Система может посчитать изделия, которые не может увидеть и посчитать видеокамера или контролирующий персонал.

Система может посчитать кубики сыра или ломтики ветчины в лотке, а также сколько пельменей находится в запечатанном пакете. На рис. 6 показано, как система обнаружила отсутствие одной сосиски в упаковке. Программа распознала пять темных зон на черно-белом рентгеновском изображении, в то время как задано было шесть.

Рис. 6. Обнаружение недостающей сосиски

Проверять наличие всех сосисок в упаковке возможно и невооруженным глазом, но с помощью рентгеновской технологии это быстрее и надежнее. Полностью исключаются ошибки персонала из-за невнимательности, а неполные упаковки гарантированно определяются и удаляются с линии.

Проверка вложений

Если рентгеновская система способна обнаруживать в продукте предметы, которых там быть не должно, то она может и выявлять предметы, которые должны там быть, например, рекламные буклеты или подарки.

Если программа обнаруживает заданный предмет внутри упаковки с продуктом, то упаковка проходит контроль. Одновременно с этим рентгеновская система проверяет продукт в упаковке на наличие посторонних включений. Исключая заданный условиями предмет (подарок, приз) из изображения, программа анализирует оставшееся изображение и выявляет различные дефекты или посторонние предметы. Эти процессы могут происходить одновременно, и рекламный буклет или приз внутри упаковки никак не влияет на эффективность обнаружения посторонних включений в продукте.

В качестве примера можно привести процесс контроля упаковок со свежим мясом. Многие мясные продукты упаковываются вместе с окислителями (известными, как добавки, поглощающие кислород). Применение подобных окислителей способствует увеличению срока хранения. Пакетики с окислителями могут иметь довольно высокую плотность, что может снизить эффективность выявления посторонних предметов. На рис. 7 показано, как рентгеновская установка может не только показать присутствие пакетика с окислителем в упаковке с бифштексом, но и удалить его с рентгеновского изображения для оптимизации процесса обнаружения посторонних предметов.

Рис. 7. Рентгеновская система проверяет наличие окислителя в упаковке

Измерение массы и контроль уровня наполнения

Правильная дозировка каждой отдельной упаковки, а также уровень ее наполнения всегда создают определенные сложности в производстве пищевых продуктов. Перерасход или недовес влияет на производственные затраты и на лояльность покупателя. Рентгеновский контроль позволяет анализировать такие показатели, как:

·         общая масса продукта;

·         масса отдельных порций в разных участках или ячейках упаковки;

·         общий уровень наполнения упаковки продуктом;

·         уровни наполнения отдельных участков или ячеек продуктом.

Измерение общей массы

Как было уже сказано выше, рентгеновская система позволяет получать изображения в различных оттенках серого. Преобразуя эти черно-белые изображения в трехмерные, программное обеспечение рентгеновской системы может рассчитать, сколько продукта находится в упаковке. Трехмерный волюметрический контроль используется также для измерения массы.

В состав системы рентгеновского контроля входит блок автоматического обучения, с помощью которого упаковка приемлемой массы (приближенной к номинальной) пропускается через систему (как правило, 10 раз). После этого общая масса упаковки вводится в систему. Предварительно пользователь должен взвесить данную упаковку на нескольких калиброванных платформенных весах с подходящими диапазоном измерений и точностью.

Аналитическое программное обеспечение может рассчитывать массу последующих упаковок в сравнении с массой зарегистрированной контрольной упаковки. Теперь система рентгеновского контроля может сравнивать все последующие изделия с эталонным контрольным образцом. Если рассчитанная масса оказывается в заданных пределах допуска, упаковка проходит контроль, если же масса выходит за эти пределы, упаковка отбраковывается.

Например, в упаковке из 6 колбасок, уложенных в два слоя, не хватает одной средней колбаски в нижнем ряду. Батончик из нижнего слоя смещается за счет пустоты. На рентгеновском снимке это выглядит как тень, выходящая за пределы нормального диапазона оттенков серого, поэтому такая упаковка будет отбракована (рис. 8).

Рис. 8. В упаковке колбасок одного батончика не хватает

Количество мясной начинки в пирожке – еще один пример того, как рентгеновская система может использоваться для улучшения контроля качества продукции. Снаружи пирожок с недовесом или перевесом начинки ничем не отличается от других. Пока не откусишь, не узнаешь. Перевес начинки повышает себестоимость. Недовес начинки вызывает недовольство покупателей.

Рентгеновский контроль позволяет проверить каждый пирожок на линии, даже если ее производительность – 600 пирожков в минуту. Программа рентгеновского аппарата анализирует каждое черно-белое изображение. По общему уровню черноты она рассчитывает массу начинки внутри пирожка. Если масса соответствует заданному стандарту, пирожок проходит контроль, если же не соответствует, пирожок удаляется с производственной линии, а оператор получает возможность отрегулировать подачу начинки в формовочном аппарате в соответствии со стандартом (рис. 9).

Рис. 9. Упаковка пирожков, в одном из которых недостает начинки, а в другом обнаружен посторонний предмет

 Зависимость между массой продукта и полным поглощением рентгеновского излучения продуктом нелинейная. Использование функции автоматического обучения на отдельно взятом продукте дает исключительно точный результат, когда масса упаковок с продуктом близка к заданному. В более сложных системах в процессе автоматического обучения используются три типа продукта: точка отбраковки по нижнему весовому пределу, заданная масса и точка отбраковки по верхнему весовому пределу.

Этот метод позволяет рассчитывать массу с учетом разброса величины поглощения рентгеновского излучения в пределах более узкого диапазона. Он обеспечивает более высокую точность, чем та, которая достигается в весовом диапазоне при нормальном производстве.

Высокая точность измерения массы достигается в случае обработки гомогенных упаковок (брикеты с мясным фаршем), но она недостаточно высока при обработке продуктов с неплотной упаковкой (сосиски или продукты, где порционные ингредиенты могут существенно меняться).

Измерение массы с помощью рентгеновского излучения особенно эффективно при высокоскоростных процессах, когда традиционные весовые системы, находящиеся на технологической линии, не могут предложить соответствующего уровня точности. Это позволяет производителям соблюдать требования к минимальной и средней массе на территории Евросоюза или массе для региональных зон на территории США. В каждом случае система предоставляет необходимые статистические данные по отбраковкам.

Измерение массы не является универсальным решением проблем в области соблюдения мер и весов. В некоторых странах действует сертификация R51, которая применима только к весовым системам гравитационного типа.

Измерение массы по зонам

В случае с продуктами, выпускаемыми в отдельных ячейках (например, готовые блюда в контейнерах с несколькими отделениями), измерение массы позволяет получать данные для каждой отдельной зоны (отделения). Это дает возможность оператору контролировать как общую массу продукта, так и массу порции внутри каждой ячейки (рис. 10).

Рис. 10. Готовое блюдо в контейнере с двумя отделениями

Как видно из рис. 10, готовое блюдо в контейнере с двумя отделениями было проверено на общую массу упаковки и массу начинки и мясного продукта в разных отделениях. Упаковка на иллюстрации является правильной по общей массе, но секция для риса заполнена недостаточно, поэтому такая упаковка отбраковывается.

Проверка общего уровня наполнения

Проверка уровня наполнения отличается от измерения массы. Это – двухмерный процесс, основанный на простой проверке: вы задаете максимальный и минимальный уровни наполнения и отбраковываете любой продукт, не попадающий в этот диапазон. При этом неважно, из чего продукт сделан и какова его масса. Необходимо только, чтобы продукт достигал определенной высоты в емкости или пачке.

Уровень наполнения фиксируется в виде простого двухмерного изображения. Трехмерная волюметрическая проверка, как в случае с измерением массы, при этом не требуется. Например, банка с чипсами упала во время транспортирования, стопка чипсов накренилась, а некоторые чипсы раскрошились. Путем проверки высоты стопки система рентгеновского контроля позволяет зафиксировать падение уровня наполнения ниже стандартного заданного значения и отбраковать такую упаковку.

Кроме того, по данным уровня наполнения можно отрегулировать работу фасовочного оборудования и настроить ее правильно. Это особенно важно для жидких (йогурты) или порошкообразных (сухое молоко) продуктов.

Проверка продукта в герметичной упаковке

Целость воздухонепроницаемой упаковки – важнейший вопрос контроля качества пищевой продукции. Нарушить барьерные свойства упаковки легко могут отдельные частицы продукта, попавшие в сварной шов, а также неправильно расположенные продукты. Рентгеновский контроль герметичной упаковки позволяет выявлять в области шва частицы размером всего в 1 мм.

На упаковке из материала малой плотности специальная высококонтрастная детекторная система может одновременно выявлять посторонние предметы и проверять целость шва. На рис. 11 показано рентгеновское изображение герметичной упаковки. Система проверяет, нет ли какого-либо плотного материала между внутренним и внешним краями упаковки. Если она обнаруживает материал в этой зоне, упаковка удаляется с производственной линии.

Рис. 11. Упаковка шоколадных конфет с частицами, попавшими в сварной шов

 Никаких сюрпризов или неожиданностей – рентгеновский контроль повышает ценность бренда

Системы рентгеновского контроля позволяют производителям осуществлять контроль качества и проверять целость продукции на каждом этапе производства для сыпучих и наливных продуктов, а также продуктов с начинкой, включая сырье и готовые упакованные товары.

Задавая нужные параметры и регулируя чувствительность системы контроля, производители могут контролировать многочисленные аспекты качества продукции – от выявления в ней посторонних предметов до обеспечения надлежащего внешнего вида. Продукция, успешно прошедшая рентгеновский контроль, не преподнесет неожиданностей и сюрпризов и не разочарует покупателей. Производитель получает уверенность в том, что его продукция соответствует обещанию бренда.

Как показывают приведенные примеры, современные системы рентгеновского контроля обеспечивают не только обнаружение посторонних примесей, но и способны измерять массу продукта, производить подсчет его компонентов, проверять уровень наполнения упаковок, идентифицировать дефектные продукты, проверять качество герметизации, определять наличие или отсутствие вложенных сувениров и при этом обнаруживать инородные частицы.

Одним словом, рентгеновский контроль – крайне эффективное средство поддержания запланированного уровня производственных затрат и неизменно высокого качества про­дукции. И прежде всего это – способ доставить удовольствие покупателям, предлагая им продукт, который по своему внешнему виду и свойствам будет в точности соответствовать их ожиданиям.