Bezpečnost a nezávadnost potravin i ostatních výrobků a produktů je trendem současné doby a s největší pravděpodobností i budoucnosti, přičemž požadavky se neustale zvyšují. Kov, sklo, dřevo, kamínky, plast a další materiály prostě do potravin, léků, nápojů a dalších poživatelných produktů prostě nepatří a dnes firmám hrozí velké sankce a pokuty, když něco takového spotřebitel najde, nemluvě o mediální ostudě. Navíc prodejní řetězce rozhodně nemají zapotřebí negativně na sebe upozorňovat, a tak požadují od svých dodavatelů záruku nezávadnosti. To samé platí, pokud chce firma dodávat produkty jinam do EU.

Jak je tedy možné i ve velké výrobní lince zajistit automatickou kontrolu produktu zároveň na tolik možných kontaminantů? Jde to prostřednictvím rentgenového detektoru, častěji se využívá anglického označení X-Ray detektor. O tom, jak takový přístroj funguje a co všechno obvykle dokáže, jsem se mohl osobně přesvědčit na schůzce distributorů zařízení Sartorius uskutečněného pro oficiální uvedení na trh X-Ray detektoru Sartorius, konaný přímo ve firmě Sartorius Mechatronic v Aachenu (Cáchy).

Co to je X-Ray detektor ?

Jak již bylo poznamenáno výše, jde v případě X-Ray detektorů o zařízení pro automatickou kontrolu a separaci (vyřazení) produktů, které obsahují předměty, které tam nemají co dělat (kontaminanty). Například pro kontrolu, zda v dětské výživě nejsou střepy či kamínky, zda v knedlíku není matice či hřebík, zda v nakrájeném sýru není ulomený kousek nože. Právě sklo a kamínky jsou v potravinářství největším problémem, protože plast není až tak závažným kontaminantem a detekci kovu lze u produktů nebalených v kovových či pokovených obalech řešit detektorem kovů, což je výrazně levnější, menší a jednodušší stroj. Na proti tomu X-Ray detektor zase umí zjistit kov v kovovém obale a navíc obvykle umožňuje vydetekovat výrazně menší kovovou částici (několik desetin mm).

Použití a schopnosti X-Ray detektoru

• Kontrola produktů, polotovarů a materiálů před kontaminací:
  • kovem - libovolný kov, magnetický, paramagnetický i diamagnetický
  • kameny - malé i velké, na typu nerostu moc nezáleží
  • sklem - na barvě nezáleží
  • plastem - kvalita detekce je závislá na typu plastu
  • apod.
• Nelze detekovat takové materiály jako: živočichy, dřevo, hmyz, nylon, polypropylen, vlasy
• Nelze detekovat materiály, které mají stejnou hustotou, jako okolní produkt, který kontaminant obsahuje
• Detekce kontaminantu stejného druhu, z jakého je obal:
  • detekce skla ve skleněné lahvi
  • detekce kovu v plechovce či konzervě
  • detekce plastu v plastové lahvi
• Kontrola kompletnosti - zda v obale nechybějí komponenty
  • počet bonbonů v bonboniéře
  • přítomnost hračky v krabici s CornFlakes
  • počet figurek ve hře nebo počet dílů stavebnice
  • apod.
• Mimo detekci umí i:
  • zjišťovat výšku hladiny v lahvi
  • odhadovat hmotnost celého produktu nebo jeho částí
  • měřit rozměry balíčků
  • sledovat změny hustoty produktu (změny složení nebo vada materiálu)
  • automatické řízení krájení plátků o stejné hmotnosti - například ementálu, kde to může být problém
• Využívá se v:
  • potravinářství - dětská výživa, paštiky, salámy, zelenina apod.
  • farmacii - tabletky, sirupy, kapky, čípky apod.

X-Ray detektor pracuje na principu, který je prakticky velmi podobný rentgenům provozovaných na letištích pro kontrolu zavazadel cestujících. Jde tedy o zařízení zapouzdřené do olověných plechů tvořené hlavně X-Ray vysílačem, generujícím rentgenové paprsky, a přijímačem (snímačem), který převádí intenzitu dopadajícího záření na tomu úměrný elektrický signál. V praxi jde o to, že průchodem rentgenových paprsků předmětem (produktem) či překážkou dojde k zeslabení intenzity (pohlcení) paprsku v závislosti na hustotě a tloušťce překážky. Proto například lze najít nejen kov (matici nebo hřebík) v bochníku chleba, ale i v plechovce, nebo například skleněný střep ve sklenici, pokud je dostatečně velký vzhledem k tloušťce stěny sklenice. Prostě v tom určitém místě musí paprsek projít nejen stěnou obalu a produktem, ale i samotným kontaminantem. Na rentgenovém obrazu se pak to inkriminované místo zobrazí jako tmavší bod proti okolním místům bez přítomnosti kontaminantu, což značí, že tam něco je. Pokud tedy již existuje nasnímaný rentgenový obraz, nastupuje elektronické číslicové zpracování obrazu, které ho zpracuje a vyhodnotí právě dle jasu jednotlivých pixelů. Dle uživatelem nastavené rozlišovací hranice, tj. jak tmavý bod bude ještě brán za dobrý produkt či již kontaminant, která se vhodně zvolí během módu seřizování, pak detektor určuje, zda produkt obsahuje nežádoucí částice a má být z dopravníku vyřazen nebo ne.

X-Ray generátor (zdroj rentgenového záření)

Rentgenové paprsky jsou jednou z forem elektromagnetického záření, dá se říct světla o vlnové délce okolo 1 nm. Jednou z možností jak je generovat je použít principu televizní obrazovky. Tedy prakticky fotoelektronky (fotonky), která generuje fotony rentgenového paprsku (X-Ray Beam) po dopadu urychlených elektronů na povrch anody (anode), na kterém je nesena vrstvička wolframu, která snadno emituje "rentgenové" fotony. Proud elektronů (Electron Beam) je vytvářen pomocí elektricky žhavené katody (cathode). Vše je zabudováno ve vakuové skleněné baňce ponořené do oleje. Celý generátor je pak až na malé okénko (window) uzavřen v odstíněném kovovém pouzdře (metal shielding). I když je přeměna energie letících elektronů na rentgenové záření velmi nízká (jen 1 % energie se přemění na světlo a zbylých 99% tvoří teplo, které je nutné odvést intenzivním chlazením, je tento způsob nejsnadněji realizovatelný pro potřeby X-Ray detektorů.

X-Ray detektor (Snímač rengenového záření)

Snímač rentgenového záření je vlastně lineární pole fotodiod, které jsou na povrchu pokryté zvláštním materiálem - scintilátorem. Proto je snímač označován jako "Detector Linear Array of Scintillator Diodes". Ten převádí rentgenové světlo na viditelné, které je následně snímáno fotodiodami. V jádru tak detektor prakticky pracuje jako CCD snímač kamer a fotoaparátů převádějící intenzitu světla (množství dopadajících fotonů za určitý časový okamžik) na elektrický signál. Přesněji řečeno na velikost proudu každého pixelu za určitý časový okamžik, který je pak digitalizován A/D převodníkem na číselnou hodnotu. Výsledkem je tedy v paměti přístroje matice čísel, které reprezentují úroveň šedi každého pixelu výsledného rentgenového obrazu. Ten je pak dále vyhodnocovaný DSP dle uživatelem nastavených parametrů.

Jedním z hlavních vlivů na vlastnosti X-Ray detektoru je počet vysílačů a přijímačů a jejich vzájemné uspořádáním. To existuje v několika základních konfiguracích nasazovaných podle toho, jaký produkt má být primárně detekován, konkrétně zda jde o placaté balíčky či krabice (výška je menší ne šířka a délka), plechovky, konzervy nebo plastové dózy (výška je největší rozměr) nebo zda budou předmětem zkoumání sklenice a lahve. Dle této specifikace se volí jedno z následujících uspořádání:

• Jeden vysílač a přijímač umístěné horizontálně (rentgenový paprsek je vysílán vertikálně) - testování nízkých předmětů / obalů, které jsou prosvěcovány z vrchu nebo zespodu skrz dopravní pás, který musí být pro rentgenové světlo transparentní
  


• Jeden vysílač a přijímač umístěné vertikálně (rentgenový paprsek je vysílán horizontálně) - testování stojících produktů, které nemají složité tvarování a vypouklá dna a povrchy, které jsou prosvěcovány z boku
  


• Dva vysílače a přijímače posazené do kříže (dva rentgenové paprsky jsou vysílány horizontálně a protínají se v produktu) - testování produktu v různě tvarovaných nádobách (hlavně skleněných), kde je nutné eliminovat tzv. mrtvá místa, kde kvůli tvarování sklenice (např. vypouklé dno) může být malý kontaminant schován v žlábku na straně X-Ray přijímače (vzdálenější strana od vysílače).

Co obvykle X-Ray detektor dokáže ?

Kvalita, resp. schopnost detekce, X-Ray detektoru je vyhodnocována maximální citlivostí na částici kovu, kamenu a skla položeného na nebo vloženého do konkrétního produktu, který má být kontrolován. Jak již bylo zmíněno výše, schopnost detekce, přesněji řečeno vyhodnocení kontaminantu v produktu závisí na tloušťce, hustotě a chemickém složení produktu, ale i obalu. Například není logicky možné rozlišit slabounkou hliníkovou fólii v hliníkové plechovce, protože je jeho tloušťka výrazně menší než tloušťka stěny plechovky a v rentgenovém obrazu se výrazně nezobrazí. Naopak již nějaký kompaktní kousek hliníku (např. hliníkovou šponu) odhalit lze. Proto se standardně k testování používá etalonů kovu (železa, nerez, hliník), kamene a skla ve tvaru kuliček vhodně odstupňovaných velikostí.

Obecně lze říct, že nejlepšími X-Ray detektory lze dosáhnout zhruba následující detektivity - zde konkrétně X-Ray detektory Sartorius/DYLOG:

• Dezert v plastové vaničce s Alu fólií - kulička kovu 0.8 mm, kamene 1.5 mm, skla 1.5 mm
• Sušené luštěniny v plastovém pytlíku - kulička kovu 1.0 mm, kamene 3.0 mm, skla 3.0 mm
• Zelenina, maso, ovoce, omáčka v konzervě - kulička kovu 1.0 mm, kamene 3.0 mm
• Zmrzlina v plastové vaničce s Alu fólií - kulička kovu 1.0 mm, kamene 2.0 mm, skla 2.0 mm
• Instantní káva v pytlíku - kulička kovu 0.8 mm, kamene 2.0 mm, skla 2.0 mm
• Koláč v plastovém obalu - kulička kovu 1.0 mm, kamene 2.0 mm, skla 2.0 mm
• Nanuky v hliníkovém obale a v kartonové krabici - kulička kovu 1.0 mm, kamene 3.0 mm, skla 3.0 mm
• Zmražená zelenina v pokoveném plastovém pytlíku - kulička kovu 1.2 mm, kamene 3.5 mm, skla 3.5 mm
• Tortila v plastovém sáčku - kulička kovu 0.6 mm, kamene 2.0 mm, skla 2.0 mm