Ponechme zde stranou polemiku na téma, zda jsou stále přísnější požadavky a zákony v tomto směru nutné a ku prospěchu lidem, či již začínají být na obtíž a jen zvyšují ceny produktů. Prostě dnes prakticky všechny velké prodejní řetězce vyžadují od výrobců potravinářských, léčebných či hygienických produktů doložení nějakého zajištění a kontroly produktů na přítomnost tzv. cizích předmětů a těles. Již prakticky standardem se stala kontrola na přítomnost kovů (kovových částic), které se mohou do produktu před zabalením dostat ze zpracovatelských strojů a linek. Poslední roky však roste i požadavek na kontrolu ostatních materiálů jako jsou sklo či například i plast, kamínky, dřevo, kosti apod.

Prakticky ideální by byla možnost kontrolovat všechno, co nemá být přítomno ve správném složení již zabaleného produktu. Bohužel stále nám fyzika ani dostupné technologie nedovolují toto provádět. Pojďme se tedy podívat, jaké jsou aktuální možnosti průmyslové automatické detekce produktů na výrobních linkách.

Detekce a zachycení přítomnosti kovů

Asi nejčastějším požadavkem na detekci cizích předmětů  v produktech jsou kovy a to nejlépe již u plně zabalených produktů na konci linky, aby zde již nebyla žádná možnost, jak by se nežádoucí kovová částice mohla do produktu dostat. Ze širšího pohledu se dá říct, že tato kontrola je již velmi dobře zvládnutá a celosvětově existuje nejméně několik desítek výrobců tzv. průmyslových detektorů kovů (metaldetectors), které po umístění na dopravník výrobní linky toto snadno zajistí. Když se zde bavíme o zachycení kovů, tak zvláště v potravinářství se hovoří o částicích o velkosti kuliček cca 1 až 3 mm, což na první pohled jako číslo vypadá hodně, ale když se v praxi podíváte například 1 mm kuličku, sotva se jí všimnete.  

Aby takto malé předměty bylo možné zachytit i v relativně velkých nádobách, pytlících či skleničkách, jde z pohledu konstrukce snímací částí obvykle o koncepci uzavřeného průchozího tunelu, tzv. detekční cívky, kde je možné vytvořit natolik dostatečně silné a nerozptýlené elektromagnetické pole na to, aby přítomným kovem vygenerovaný signál byl též natolik silný, aby jej bylo na přijímači možné dostatečně spolehlivě odlišit od okolního elektromagnetického rušení.

V závislosti na požadovaných průchozích rozměrech vnitřku detekční cívky, resp. na rozměrech největšího balení produktu, který je nutné kontrolovat, se pak můžete setkat s velmi malými detekčními cívkami s průchodem například jen 10 x 10 cm až po obrovská provedení klidně o velikosti i 1 x 1 m. Obvykle má každý výrobce v nabídce alespoň desítku různě velikostně odstupňovaných rozměrů detekčních cívek, ze kterých pak zákazníkovi vybírá tu nejvhodnější velikost. Proč takové „ciráty“ s velikostí průchodu? Protože bohužel platí dost velká závislost, že „čím větší jsou průchozí rozměry, tedy hlavně výška, tím horší je detekce kovů“. Tedy prakticky řečeno, čím menší je průchozí otvor, tím menší kuličky (kousky) kovu je možné v produktu identifikovat. Proto je vždy nejlepší při nákupu průmyslových detektorů kovů si předem dostatečně rozmyslet, jaká největší balení se budou vyrábět, s ohledem na to si pořídit co nejbližší velikost detekční cívky z nabídky prodejce. Na druhou stranu musí být průchod natolik dostatečně veliký, aby jím nejen bez problémů prošel produkt, ale samozřejmě i dopravní pás, který jej nese a případně i nějaká nekovová nemagnetická nosná deska, která pás i produkt podpírá. V žádném případě se nesmí produkt při průchodu dotýkat stěn detekční cívky, protože pak je schopnost vyhledávání kovu velmi rušena.

Příklad typického řešení průmyslového detektoru kovů na dopravníku pro kontrolu kontaminace produktů kovem - zde detektor kovů Vistus společnosti Sartorius Mechatronic GmbH (prodejce v ČR - Albertina Trading s.r.o.).

Dnešní vyspělé průmyslové detektory kovů prakticky umí detekovat veškeré kovy, ať již magnetické i nemagnetické. Samozřejmě nejcitlivější jsou na železo, ale bez problémů zachytí i produkt s přítomností hliníku, mědi, mosazi, bronzu, zlata a i nerezové oceli, která z pohledu samotné detekce bývá nejkomplikovanější. V praxi ale dost záleží na tom, jaký typ nerezové oceli je detekován, protože mezi jednotlivými typy bývá dost rozdíl. Zatímco dříve obvykle platilo, že detektor kovů je schopen v produktu najít nerezovou kuličky zhruba 2x větší než je rozměr kuličky železa v posledních letech u nejlepších výrobců detektorů je pak tento rozdíl často již jen minimální.

Hodně záleží také na tzv. efektu produktu, což je výraz pro to, jak moc se samotný čistý produkt chová jako „kov“, tedy jako moc ruší vyhledávací funkci detektorů kovů. Čím je produkt elektricky vodivější (např. vlivem přítomnosti vody, soli, grafitu, krve apod.), tím více ruší funkci detektoru a tím hůře se zachycuje přítomnost malých nežádoucích kovových částic. Samozřejmě největší problém je s produkty balenými v pokovených fóliích či dokonce kovových obalech. Hledat kov v kovu pomocí elektromagnetického pole je logicky dost velký problém. V prvním případě velmi závisí na tloušťce pokovení a rozměrech balíčku, v druhém případě je věc téměř beznadějná. Sice existují principy jak nalézt magnetické kovy v nemagnetickém kovovém obalu (například železo v hliníkovém obalu typu balení trojúhelníčků taveného sýra), například typ Observer společnosti Sartorius, ale stejně nelze dosáhnou tak kvalitní detekce, jako v případě plastových, skleněných či papírových obalů. 

Detekce přítomnosti skla v produktu a kovu v kovu

Druhý nejčastější požadavek na vyhledání cizího předmětu v produktu je sklo. Samozřejmě sklo je zvláště u potravin a dalších produktů vkládaných do úst, velmi nežádoucí a zvláště v případě, že produkt je balený do skleněných obalů. Bohužel sklo je obvykle možné v zabaleném produktu nalézt jen prostřednictvím vyhodnocení obrazu produktu prosvíceného rentgenovým zářením. A takový rentgenový detektor v průmyslovém provedení se všemi bezpečnostními kryty a jištěním je stále velmi drahá záležitost pohybující se spíše v řádu jednotek miliónů Kč (proti několika stovkám tisíc Kč u kvalitních detektorů kovů).

Příklad rentgenového (X-ray) detektoru cizích předmětů v produktu pro průmyslové účely - zde nejsložitější, nejdražší, ale také nejlepší dvoupaprskové provedení umožňující plnou spolehlivou kontrolu kontaminantu i v lahvích s vypouklým dnem.

Také kvalitní průmyslové „rentgeny“ nabízí celosvětově jen hrstka výrobců. Navíc u produktu s lahví či jiným obalem s vypouklým dnem nestačí tzv. jednopaprskové provedení, ale musí se obvykle použít i více paprsková verze. Taková zařízení samozřejmě bývají nejdražší, protože právě rentgenové zářiče a snímače a pak také olověné stínění stroje bývají  ty nejnákladnější části rentgenu. I když dnes se pro tyto účely využívá již jen velmi slabých rentgenových paprsků, lidskému životu jen velmi málo nebezpečných. Navíc i pravidelný servis těchto strojů je dost nákladný. Trošku útěchou při vynaložení takové značné sumy peněz je fakt, že rentgenový detektor dokáže spolehlivě najít i přítomnost kovů uvnitř libovolných kovových obalů (a samozřejmě i všech nekovových), tedy například detekci malých kovových částic uvnitř klasické plechovky, a to již od velikost částic cca 0,8 mm, což jiným fyzikálním principem provést nelze.

Problematika spolehlivé detekce nežádoucích předmětů pomocí rengenového detektoru spočívá ve schování kontaminantu u stěny či dna nádoby při jejím nevhodném natočení (viz zatímco vždy na obrázcích "2" je kontaminant snadno detekovatelný, na obrázcích "1" je nejhorší situace).

Mimo to je možné provádět i detekci přítomnosti kamínků též řádově již od velikosti cca 0,8 mm, či případně i některý typ plastu, ale například takové dřevo, různé stopky ovoce či kousky kostí jím nezachytíte vůbec. Naštěstí v dnešním průmyslové výrobě se dřevo prakticky nepoužívá, samozřejmě vyjma finální přepravy na paletách, a proto jej obvykle ani není nutné detekovat. Rentgenový detektor pak je také možné případně použít i na aplikace mimo zjištění nežádoucích předmětů v produktu, ale samozřejmě i pro opačné aplikace hlídání přítomnosti různých doplňkových komponent, které jsou do produktu záměrně přidávány. Například počet lahví v krabici, počet bonbonů v bonboniéře, přítomnost hračky ve snídaňových cereáliích pro děti apod. 

X-Ray detektor lze mimo odhalování nežádoucího kontaminantu v produktu využívat i pro kontrolu žádoucích příměsí či doplňků v produktu, které by v něm neměly chybět.

Detekce nežádoucích předmětů v kapalinách

Jak jsem již zmínil výše, přítomnost dřeva či od něho odvozených materiálů v produktu nebo některé druhy plastů je velmi obtížné detekovat, protože tyto materiály mají dost malou hustotu a v rengenovém obraze jsou obvykle špatně vidět. V případě kapalných produktů a průhledných obalů by dnes při velkém rozmachu a kvalitách kamerových systémů teoreticky bylo možné neprůhledné předměty plovoucí ve vodě detekovat opticky pomocí bočního snímáním sloupce kapaliny a její hladiny a následně provádět vyhodnocení porovnáním v reálném čase obrazu produktu bez a s kontaminantem. Zároveň by se tato kontrola dala například spojit s kontrolou hladiny produktu v lahvi. Na druhou stranu v praxi by bylo možné tím způsobem zachycovat jen dost velké "kousky" asi v řádu spíše desítek mm.

Závěr

Aktuálně lze říci, že vcelku spolehlivě lze detekovat přítomnost nežádoucích kovových částic a také v dnešní době již většina velkých producentů detektory kovů ve své výrobě využívá. S detekcí ostatních kontaminantů je to již horší, protože například pouze velké nadnárodní společnosti jsou dnes schopny investovat velké částky do rentgenových detektorů. Ani ten však nezvládne vše. I se současnou vyspělou technikou stále není možné detekovat všechny kontaminanty, které by si současný, dle mého názoru někdy až příliš náročný zákazník, představoval. Bohužel či bohudík fyzikální zákony platí pro každého stejně a vymezují určité limity, za které jít již nelze. 

Autor článku: Antonín Vojáček
Fotografie a obrázky převzaty z materiálů Sartorius Mechatronic GmbH

Odkazy na související články

• Článek o principu a funkci moderních průmyslových rentgenových detektorů cizích předmětů v produktech:http://automatizace.hw.cz/prumyslovy-x-ray-detektor-co-je-princip-struktura-pouziti
• Článek o možnosti konvenční detekce kovů uvnitř kovového obalu produktu: http://automatizace.hw.cz/clanek/2006112801