Kako rentgenski sistemi najdejo onesnaževalce?

Rentgenski žarki so eden izmed več naravnih virov sevanja in predstavljajo nevidno obliko elektromagnetnega sevanja, kot so radijski valovi.

Vse vrste elektromagnetnega sevanja so del enotnega kontinuuma, znanega kot elektromagnetni spekter, ki je razporejen glede na frekvenco in valovno dolžino. Poteka od radijskih valov na enem koncu (ki imajo dolgo valovno dolžino) do gama žarkov na drugem (ki imajo kratko valovno dolžino).

Kratka valovna dolžina rentgenskih žarkov jim omogoča, da prehajajo skozi materiale, ki so za vidno svetlobo neprosojni, vendar ne prehajajo skozi vse materiale z enako lahkoto. Prosojnost materiala za rentgenske žarke je v grobem povezana z njegovo gostoto — gostejši kot je material, manj rentgenskih žarkov prehaja skozi. Skriti onesnaževalci, vključno s steklom, kalcifikiranimi kostmi in kovinami, se pojavijo, ker absorbirajo več rentgenskih žarkov kot okoliški izdelek.

Preprosto povedano, rentgenski sistem uporablja generator rentgenskih žarkov za projiciranje snopa nizkoenergijskih rentgenskih žarkov na senzor ali detektor.

Rentgenski pregled vključuje prehod izdelka ali paketa skozi rentgenski žarek, preden doseže detektor. Količina rentgenske energije, absorbirane med prehodom žarka skozi produkt, je odvisna od debeline, gostote in atomskega števila izdelka.

Ko produkt prehaja skozi rentgenski žarek, do detektorja pride le preostala energija. Merjenje razlik v absorpciji med izdelkom in onesnaževalcem je osnova za zaznavanje tujkov pri rentgenskem pregledu.

Obstajajo tri ključne komponente rentgenskega preglednega sistema:

• Rentgenski generator
• Detektor
• Nadzorna plošča

Rentgenski žarek generira rentgenska cev, vgrajena v rentgenski generator. Odhaja skozi izhodno okno in potuje naravnost skozi kolimator (napravo za zoženje toka rentgenskih žarkov na manjši ventilatorski žarek). Rentgenski žarek nato preide skozi izdelek ali paket, ki ga pregledujejo, preden končno doseže detektor. Ko diode dosežejo detektor, pretvorijo raven svetlobe iz snopa v električni signal, ki se pošlje nazaj na nadzorno ploščo. Nadzorna plošča nato ustvari rentgensko sliko v sivinah, ki jo pregleda in analizira rentgenska programska oprema, ki nato odloči, ali bo pregledani izdelek sprejel ali zavrnil.

Rentgenski generator vsebuje rentgensko cev, ki ustvarja rentgenski žarek.

Sodobne rentgenske cevi so sestavljene iz steklenega ovoja, filamentne katode, bakrene anode in volframovega cilja. Katoda, ki je vir elektronov, je volframova nit, segreta do žarenja z električnim tokom. Elektroni se pospešijo do tarče z uporabo visoke napetosti med anodo in katodo. Ko elektroni zadenejo volframovo tarčo, nameščeno znotraj bakrene anode, se hitro upočasnijo in ta upočasnitev povzroči rentgenske emisije.

Obstajata dve vrsti rentgenskih cevi, ki se uporabljajo za pregled hrane in farmacevtskih izdelkov. Razlika je v filtracijskem materialu, uporabljenem za rentgenski žarek. To je lahko stekleni/aluminijasti filter (najpogostejši) ali alternativno berilijev filter. Berilijeva filtracija omogoča boljši kontrast slike in boljšo občutljivost na onesnaževalce z nižjo gostoto, kot so steklo, kamen in kost, vendar so koristi omejene na tanjše pakete in izdelke z večjim pretokom.

Izbira pravega sistema je ključna za uspeh rentgenskega pregleda, saj sistemi ne morejo optimalno zaznati onesnaževal, razen če je vsak element od kota žarka do mehanizma za zavračanje izbran tako, da najbolje ustreza aplikaciji. Rentgenski sistemi spadajo v tri kategorije: vertikalni žarek, horizontalni žarek in sistemi, ki združujejo obe.

Večina rentgenskih sistemov uporablja navpični rentgenski žarek iz generatorja za skeniranje produkta, ko ta prehaja skozi rentgenski sistem. Hitro premikajoči se potrošniški izdelki so običajno manjši po globini kot v širini in dolžini, zato pregled skozi navpični prerez, kjer je najmanjša globina izdelka, zagotavlja najboljšo občutljivost. Stroji za zaprte pakete, vključno z izdelki v tekočih ovitkih, vrečkah, kompozitnih kartonih ali pladnjih, imajo običajno vertikalne nosilne sisteme.

Horizontalni sistemi uporabljajo stranski rentgenski generator za skeniranje izdelkov, ki potujejo po tekočem traku, in se uporabljajo predvsem za pakirane izdelke, ki so višji kot široki. Ker je ključni dejavnik pri občutljivosti zaznavanja globina produkta, skozi katerega morajo rentgenski žarki iti, horizontalni sistemi običajno omogočajo boljšo zaznavanje teh izdelkov, saj lahko skenirajo skozi stranice posode.

Rentgenski pregledovalni sistem je v bistvu naprava za skeniranje. Ko izdelek prehaja skozi sistem s konstantno hitrostjo, notranji senzorji zajamejo 'sivinsko' sliko izdelka, ki se ustvari z merjenjem količine rentgenske energije, ki doseže detektor.

Vsaka slika je sestavljena iz pikslov in vsak piksel ima vrednost, ki označuje vrednost v sivini (od črne 0 do bele 255). Ko izdelek ali paket prehaja čez detektor, se vsaka vrstica sivih podatkov ponovno sestavi, da dobi popolno sliko izdelka.

Programska oprema znotraj rentgenskega sistema analizira sliko in jo primerja z vnaprej določenim sprejemljivim standardom. Na podlagi te primerjave sistem sliko sprejme ali zavrne, v primeru zavrnitve pa programska oprema pošlje signal samodejnemu zavrnitvi sistema, ki nato izdelek odstrani s proizvodne linije.

Diode (posamezni elementi detektorja) so na voljo v različnih velikostih, kar omogoča različno ločljivost slike. Manjše diode zahtevajo višje vrednosti miliamperov (mA) za ohranjanje kakovosti slike, zato je to pogosto kompromis na tem področju.

Eden ključnih razlogov, zakaj rentgenski pregled hitro postaja pogost pojav v prehrambeni in farmacevtski industriji po vsem svetu, je ta, da širok spekter fizičnih onesnaževal (tako kovinskih kot nekovinskih) absorbira več rentgenskih žarkov kot okoliški izdelek in se zato jasno pokaže na rentgenski sliki.

Zaznavanje kontaminacije je neposredno povezano z gostoto izdelka in kontaminanta. Večina živil ima podobno gostoto kot voda, ki ima specifično težo (SG) 1,0. Na splošno velja, da če potencialni onesnaževalec plava v vodi, ga je verjetno težko zaznati z rentgenskim pregledom.

Rentgenski pregled lahko zazna številne onesnaževalce, vključno s steklom, mineralnim kamnom, kalcifikiranimi kostmi ter plastiko in gumijastimi spojinami z visoko gostoto. Oblika, velikost in lokacija onesnaževala v izdelku ali vrsta uporabljene embalaže lahko vplivajo na stopnjo občutljivosti. Rentgenski pregled prav tako omogoča izjemno stopnjo zaznavanja za nerjaveče jeklo ter feromagnetne in neželezne kovine, tudi v izdelkih, pakiranih v pločevinke, kovinske folije ali folijo.

Rentgenski sistemi se lahko uporabljajo za odkrivanje onesnaževal v različnih fazah proizvodnega procesa, v različnih aplikacijah, od surovin v večjem pretoku do pakiranih pripravljenih jedi in izdelkov, ki se črpajo skozi cevovod do izdelkov v steklenih kozarcih, steklenicah ali kovinskih pločevinkah.

Rentgenski sistemi lahko zaznajo onesnaževalce različnih velikosti, verjetnost zaznave pa se razlikuje glede na več dejavnikov, vključno z debelino, homogenostjo, gostoto in velikostjo izdelkov. Na primer, rentgenski pregledni sistemi pogosto dosegajo boljše stopnje zaznavanja pri homogenih izdelkih, kot je sir, saj ustvarjajo jasnejše slike v primerjavi z nehomogenimi izdelki, kot je škatla žit z različnimi komponentami različnih gostot, npr. kosmiči, oreščki in suho sadje.

Rentgenski sistemi pregledujejo razsute izdelke, preden jih zapakirajo ali dodajo kot sestavine končnemu izdelku. Tipične uporabe vključujejo oreščke, ekstrudirane prigrizke, suho sadje,  predelano meso ter žita in žita.

Občutljivost zaznavanja pri produktih z večjim pretokom je običajno boljša kot pri končnih zaprtih paketih, saj je globina izdelka običajno veliko manjša. Doseči je mogoče eno plast produkta ali konstantno globino pretoka produkta, kar izboljša občutljivost zaznavanja.

Upoštevati je treba tudi lokacijo teh strojev v proizvodni liniji. Na primer, ko so nameščeni zgodaj v postopku, lahko pregledajo prihajajoče blago ali surovine, kar omogoča odstranitev onesnaževal na izvoru in takojšnjo povezavo z dobaviteljem. Onesnaževala v prihajajočih izdelkih so največja in najlažje zaznavna, vendar pa je nižje po toku možnost, da se med proizvodnim procesom razbijejo na manjše, manj zaznavne koščke, da o morebitni grožnji poškodb strojev niti ne govorimo. Zgodnja odstranitev tujkov v proizvodnem procesu prinaša številne prednosti, med drugim preprečuje dodatno dodajanje vrednosti izdelkom s predelavo in pakiranjem, s čimer se zmanjšujejo odpadki in skupni proizvodni stroški.

Ti sistemi so zasnovani za pregled črpanih izdelkov, običajno tekočin, kaš in past, preden se končna embalaža in doda dodatna vrednost. Uporaba vključuje omake, marmelade, mleto meso, perutnino, čokolado, sadni pire in mlečne namaze.

Žarek skenira izdelek, ko ta prehaja skozi cev, in zazna izdelek, ki vsebuje onesnaževalo, ki se nato preusmeri stran od dobrega izdelka preko ventila za zavrnitev. Tako kot stroji za pretok v količini je rentgenski cevovod običajno nameščen višje po toku za zgodnji pregled izdelka in omogoča izboljšano stopnjo zaznavanja, saj je izdelek homogen. Iskanje onesnaževala v cevovodnem sistemu je veliko lažje kot v steklenem kozarcu, čeprav je zaradi lastnih tveganj za stekleno embalažo morda potrebna več kot ena kritična kontrolna točka (CCP) na proizvodni liniji.

Izdelke v maloprodaji je mogoče pregledati z različnimi rentgenskimi sistemi, odvisno od posamezne uporabe. Te rentgenske sisteme lahko razdelimo v tri kategorije (ali tri vrste kabinetnih sistemov): vertikalni žarkovni sistemi, horizontalni žarkovni sistemi in sistemi, ki so kombinacija obeh.

Vertikalni žarkovni sistemi za pakirane izdelke

Rentgenski pregledni sistemi, ki uporabljajo navpične žarke, se pogosto uporabljajo na proizvodnih linijah za razsuto in cevovodno ter na maloprodajnih pakiranih izdelkih. Pakirani izdelki, pregledani na vertikalnih nosilnih sistemih, so običajno manjši po globini (tj. višini) kot po širini in dolžini. Vertikalni nosilni sistemi pregledujejo izdelke skozi njihov navpični presek (ki ima najmanjšo globino izdelka), kar olajša pregled notranjih komponent. Slika, ustvarjena s to geometrijo žarka, je načrt paketa, ki omogoča podrobno analizo paketa in na koncu zagotavlja visoko stopnjo občutljivosti in zaznavanja.

Horizontalni žarkovni sistemi za pakirane izdelke

Horizontalni rentgenski sistemi se uporabljajo predvsem za izdelke v paketih, kjer je višina paketa večja od njegove širine (visoki, trdi posode). Ker je ključni dejavnik pri občutljivosti zaznavanja globina produkta, skozi katerega morajo rentgenski žarki iti, horizontalni pregled običajno prinese boljše stopnje zaznavanja za pakete te zasnove. Horizontalni sistemi nosilcev so na voljo v enojnih ali večkratnih geometrijah, odvisno od specifične uporabe.

Sistemi z več žarki

Čeprav tehnologija ostaja enaka (kot sistemi horizontalnega žarka), je mogoče rentgenske sisteme prilagoditi za določene uporabe, da se optimizira verjetnost zaznave v aplikacijah, kot so stekleni kozarci in druge vrste visokih in trdnih posode.

Dva rentgenska žarka iz enega generatorja (imenovanega split beam) povečata verjetnost zaznave onesnaževal, saj se hkrati ustvarita dve sliki iz različnih kotov.

To je še posebej uporabno za embalažo, kot so kovinske pločevinke, kjer je težko zaznati kontaminacijo na dnu ali stranskih stenah pločevinke.

Z udarjanjem dveh ločenih detektorjev sistem razdeljenega dvojnega žarka premaga ta izziv, saj je vsaka pločevinka prikazana dvakrat, vsaka slika pa predstavlja drugačen kot gledanja, s čimer se poveča pokritost znotraj kontejnerja in verjetnost zaznave.

Dvojni rentgenski žarki iz dveh ločenih generatorjev prav tako povečajo zaznavanje z zagotavljanjem slik iz dveh nasprotnih kotov.

Izdelki, pakirani v steklenice in kozarce, so med najzahtevnejšimi za pregled, saj lahko dno, stranske stene in vrat povzročijo 'slepe točke' pri pregledu z enim rentgenskim žarkom. Verjetnost zaznave je mogoče izboljšati z uporabo več rentgenskih žarkov – kombinacije navpičnih in horizontalnih žarkov. Na primer, en navpični in trije horizontalni rentgenski žarki bodo hkrati skenirali izdelek, da ustvarijo serijo slik iz različnih kotov, zmanjšajo slepe pege in optimizirajo zaznavanje. Orientacijo žarka je mogoče optimizirati tudi pod različnimi koti, da ustreza vrsti kontejnerja in vrsti izdelka.

Izbira pravilne vrste nosilca za specifično uporabo je zapletena odločitev, možnost "ena rešitev za vse" pa je redko mogoča. Zaradi tega je priporočljivo, da pridobite dodatne nasvete izkušenih strokovnjakov za inšpekcijo izdelkov in v mnogih primerih opravite individualno testiranje izdelkov.

Proizvajalci ne uporabljajo le rentgenskega pregleda za odkrivanje onesnaževal; Rentgenski sistemi lahko hkrati izvajajo širok spekter preverjanj integritete in kakovosti izdelkov v liniji.

Dodatni pregledi, ki jih lahko opravi rentgenski sistem, vključujejo:

• Merjenje conirane in bruto mase
• Štetje komponent
• Prepoznavanje manjkajočih ali poškodovanih izdelkov
• Spremljanje nivojev polnjenja
• Pregled celovitosti tesnil
• Preverjanje poškodovanih izdelkov in embalaže
• Zaznavanje aglomeratov, kot so grudice okusa in prahu
• Merilni prostor nad glavo

Z zaostrovanjem predpisov o varnosti hrane in farmacevtskih izdelkov postajata skladnost in sledljivost v vseh fazah življenjskega cikla izdelka vse pomembnejša, proizvajalci znanih blagovnih znamk pa vse pogosteje uporabljajo rentgenski pregled za odkrivanje in zavračanje onesnaženih izdelkov.

Rentgenski pregledni sistemi lahko odkrijejo onesnaževalce v vsaki fazi proizvodnje za ohlapne, razsute, črpane in pakirane izdelke, vendar je učinkovitost tehnologije odvisna od gostote, debeline in homogenosti izdelka.

Rentgenski žarki ne prehajajo skozi vse materiale enako enostavno, merjenje razlik v absorpciji med izdelkom in onesnaževalcem pa je osnova za zaznavanje tujkov pri rentgenskem pregledu. Prosojnost materiala za rentgenske žarke je na splošno povezana z njegovo gostoto – gostejši kot je izdelek, več rentgenskih žarkov absorbira, skriti onesnaževalci, vključno s tujki, kot so steklo, kost in kovina, pa se pokažejo, ker absorbirajo več rentgenskih žarkov kot okoliški izdelek, kar pomeni, da na sivinski sliki izgledajo temnejši.

Čeprav so osnovna načela rentgenskega pregleda enaka, gre za vsestransko tehnologijo in različne aplikacije zahtevajo različne rentgenske sisteme. Izbira pravega sistema je ključna za uspeh rentgenskega pregleda, saj onesnaževal ni mogoče zaznati, razen če je vsak element, od kota žarka do mehanizma za izločanje, izbran tako, da ustreza liniji in izdelku. Razumevanje različnih formatov in njihove primernosti za različne vrste izzivov zaznavanja onesnaženja je zato temelj specifikacije in izbire sistema.

Vendar pa je ena stvar gotova: izdelki, ki uspešno prestanejo rentgenske preglede, krepijo zaupanje proizvajalcev hrane in farmacevtskih izdelkov v kakovost in varnost njihovih izdelkov ter jim pomagajo uskladiti se z industrijskimi standardi, vključno z Global Food Safety Initiative (GFSI), British Retail Consortium (BRC), Food Safety System Certification 22000 (FSSC 22000), kitajskim zakonom o varnosti hrane in International Featured Standard for Food (IFS).