X 光系統如何發現污染物？

X 射線是多種自然存在的輻射源之一，是一種隱形的電磁輻射形式，例如無線電波。

所有類型的電磁輻射都是一個稱為電磁頻譜的連續體，該光譜依頻率和波長排列。它從一端的無線電波（波長較長）到另一端的伽瑪射線（波長較短）延伸。

X光的短波長使它們能穿透對可見光不透明的材料，但並非所有材料都能同樣輕鬆通過。材料對X光的透明度大致與其密度相關——材料越密，通過的X光越少。隱藏的污染物，包括玻璃、鈣化的骨頭和金屬，是因為它們吸收的X光比周圍的產品多。

簡單來說，X 射線系統利用 X 射線產生器將低能量 X 射線束投射到感測器或偵測器上。

X光檢測是指在產品或包裝通過X光束後，才進入探測器。在光束通過產品過程中吸收的X射線能量量會受到產品的厚度、密度和原子序數的影響。

當產物通過X射線束時，只有殘餘能量能到達探測器。測量產品與污染物吸收差異是X光檢測異物檢測的基礎。

X 光檢查系統有三個關鍵組成部分：

• X光產生器
• 一個探測器
• 控制面板

X光束由包覆在X光發生器內的X光管產生。它從出口窗戶離開，沿著直線通過準直器（一種將X射線流縮小到較小扇形束的裝置）。X 射線束隨後通過被檢查的產品或包裝，最終抵達探測器。當二極體到達偵測器時，會將光束的強度轉換為電信號，並返回控制面板。控制面板接著產生「灰階」X光影像，並由X光軟體檢查與分析，並決定是否接受或拒絕檢查過的產品。

X光產生器內含一根X光管，產生X光束。

現代X光管由玻璃包層、燈絲陰極、銅陽極和鎢靶組成。電子的陰極是鎢絲，經電流加熱至白熾。電子透過在陽極與陰極間施加高電壓被加速至靶材。當電子撞擊銅陽極內的鎢靶時，會迅速減速，產生X射線輻射。

用於食品和藥品檢驗的X光管有兩種類型。差異在於用於X射線束的過濾材料。這可能是玻璃/鋁製濾網（最常見的）或鈹濾網。鈹過濾能提升影像對比度，並提升對玻璃、石頭和骨頭等低密度污染物的敏感度，但其優點僅限於較薄的包裝和散裝流產品。

選擇合適的系統是X光檢測成功的關鍵，因為系統若無法從光束角度到拒絕機制的每個元件都被選為最適合應用的元件，才能最佳地偵測污染物。X光系統分為三類：垂直光束、水平光束，以及兩者結合的系統。

大多數 X 射線系統使用產生器發射的垂直 X 光束，掃描產品通過 X 光系統時的影像。快速移動的消費品通常在深度上比寬度和長度小，因此透過垂直截面檢查，也就是產品深度最小的地方，能提供最佳的靈敏度。密封包裝機器，包括流包裝、袋子、複合紙盒或托盤，通常採用垂直光束系統。

水平系統使用側邊安裝的X光產生器掃描輸送帶上通過的產品，主要用於高度大於寬的包裝產品。由於檢測靈敏度的關鍵因素是X光必須通過的產品深度，水平系統通常能更有效地偵測這些產品，因為它們能掃描容器側面。

X 光檢查系統本質上是一種掃描裝置。當產品以恆定速度通過系統時，內部感測器會捕捉產品的「灰階」影像，該影像是透過測量到達探測器的X射線能量產生的。

每張影像由像素組成，每個像素都有一個值，表示灰階上的值（從黑色0到白色255）。當產品或包通過偵測器時，每行灰階資料都會被重建，以提供完整的產品影像。

X光系統內的軟體會分析影像，並將其與預先設定的可接受標準進行比較。根據此比較，系統會接受或拒絕影像，若被拒絕，軟體會向自動拒絕系統發送訊號，系統隨即將產品從生產線上移除。

二極體（探測器的各個元件）有不同尺寸可供選擇，以提供不同的影像解析度。較小的二極體需要較高的毫安（mA）才能維持影像品質，因此這通常是在此領域的取捨。

X 光檢測迅速成為全球食品與製藥產業普遍配備的主要原因之一，是因為各種物理污染物（包括金屬與非金屬）吸收的 X 光比周圍產品多，因此在 X 光影像上能清晰呈現。

污染偵測與產品及污染物的密度直接相關。大多數食品的密度與水相似，水的比重（SG）為1.0。一般來說，如果潛在污染物漂浮在水中，通常很難用X光檢查來偵測。

X光檢測能檢測多種污染物，包括玻璃、礦石、鈣化骨骼，以及高密度塑膠和橡膠化合物。污染物在產品中的形狀、大小與位置，或所使用的包裝類型，都會影響敏感度。X 光檢測對不鏽鋼、有色金屬和有色金屬，即使是罐裝、金屬膜或鋁箔包裝的產品，也能提供卓越的檢測能力。

X 光系統可用於生產過程中的各個階段偵測污染物，應用範圍廣泛，從散裝原料、包裝即食餐，到管線輸送至玻璃罐、瓶裝或金屬罐製品。

X射線系統能偵測不同大小的污染物，檢測機率會因多種因素而異，包括產品的厚度、均質性、密度及大小。例如，X 光檢測系統通常在同質產品（如起司）上能產生較清晰的影像，而非均質產品（如含有不同密度成分的穀物盒，如玉米片、堅果和乾果）時，通常能有較佳的偵測率。

X 光系統會在散裝產品被包裝或加入成品前檢查它們。典型應用包括堅果、擠壓零食、 乾果、 加工肉品，以及穀物和穀物。

散裝流產品的檢測靈敏度通常優於最終封閉包裝，因為產品深度通常較小。可達成單層產品，或產品流動深度恆定，提升檢測靈敏度。

應考慮這些機器在生產線上的位置。例如，若在流程早期放置，便能檢查進口貨物或原料，從而從源頭移除污染物並立即追蹤至供應商。進口貨物中的污染物最大且最容易被偵測，但在下游，製造過程中可能會被分解成較小、較難檢測的碎片，更不用說可能對機械造成損害。在生產過程中早期消除異物有許多優點，包括防止加工與包裝帶來更多附加價值，從而降低浪費及整體生產成本。

這些系統設計用於檢查抽取的產品，通常是液體、漿料和糊狀物，然後再進行最終包裝及增值。應用包括醬料、果醬、絞肉、家禽、巧克力、水果泥和乳製品抹醬。

一束光束掃描通過管線時的產品，偵測含有污染物的產品，然後透過廢棄分流閥將污染物從良好產品中導出。與散流機器類似，X光管線系統通常設置於上游，以便在產品早期檢查，且因產品均勻，能提升檢測力。在管線系統中尋找污染物比在玻璃罐中發現容易得多，儘管玻璃包裝本身存在風險，生產線上可能需要多個關鍵控制點（CCP）。

零售包裝產品可依據個別應用，使用多種X光系統進行檢查。這些X光系統可分為三類（或三種櫃系統類型）：垂直光束系統、水平光束系統，以及兩者結合的系統。

包裝產品用垂直束系統

使用垂直樑的X光檢測系統常用於散裝、管線生產線以及零售包裝產品。在垂直樑系統上檢查的包裝產品，通常深度（即高度）小於寬度和長度。垂直樑系統透過垂直截面（產品深度最小）來檢查產品，使內部組件更容易被看到。利用此束流幾何形狀所產生的影像是包體的平面圖，允許對包體進行詳細分析，最終提供高度靈敏度與偵測效果。

包裝產品用的水平束系統

水平束X光系統主要用於包裝中，包裝高度大於寬度的產品（高且剛性容器）。由於偵測靈敏度的關鍵因素是X光必須通過的產物深度，水平掃描通常能讓此類設計的包體獲得更好的偵測率。水平樑系統依具體應用而定，有單束或多束幾何形狀。

多束系統

雖然技術與水平束系統相同，但X光系統可依據特定應用進行調整，以優化玻璃罐及其他高大硬殼等應用的偵測機率。

來自單一產生器的兩束X光束（稱為分割束）能提高污染物偵測的機率，因為同時從不同角度產生兩張影像。

這對於包裝如金屬罐子特別有用，因為罐底或側壁難以偵測污染物。

透過擊中兩個獨立探測器，分割雙束系統克服了這個挑戰，因為每個罐子會被拍攝兩次，且每張影像代表不同的視角，從而提升容器內部的覆蓋範圍及偵測機率。

來自兩個獨立產生器的雙 X 光束同樣能透過提供兩個相反角度的影像來提升偵測效果。

包裝在玻璃瓶和罐子裡的產品是最難檢查的，因為底部、側壁和瓶頸在單束X光照射下可能產生「盲點」。使用多束X光束——垂直與水平光束的組合——可以提升偵測機率。例如，一束垂直X光束與三束水平X光束會同時掃描產品，從多個角度產生一系列影像，減少盲點並優化偵測效果。光束的方向也可根據容器類型與產品類型，在不同角度進行最佳化。

為特定應用選擇合適的光束類型是一項複雜的決策，而「一法適用」的選項很少能實現。因此，建議向經驗豐富的產品檢驗專業人員尋求進一步建議，且在許多情況下會進行個別產品測試。

製造商不僅使用X光檢測來檢測污染物;X 光系統可同時執行多種線上產品完整性與品質檢查。

X光系統還能執行以下額外檢查：

• 分區與總質量的測量
• 計數成分
• 辨識遺失或損壞的產品
• 填充水位監測
• 檢查密封完整性
• 檢查產品及包裝是否有損壞
• 偵測風味和粉末塊等凝聚體
• 測量頭間距

隨著食品與藥品安全法規日益嚴格，產品生命週期各階段的合規性與可追溯性日益重要，知名品牌製造商也越來越多使用X光檢測來偵測及排除受污染產品。

X光檢測系統可在散裝、散裝、泵送及包裝產品的每個生產階段發現污染物，但該技術的有效性取決於產品的密度、厚度及均勻性。

X光並非能同樣輕易通過所有材料，測量產品與污染物吸收差異是X光檢測異體檢測的基礎。材料對X光的透明度大致與其密度有關——產品越密度，吸收的X光越多，而隱藏的污染物，包括玻璃、骨骼和金屬等異物，會因吸收更多X光而顯現，使灰階影像呈現較暗。

雖然X光檢查的基本原理相同，但它是一項多功能技術，不同應用需要不同的X光系統。選擇合適的系統對X光檢測的成功至關重要，因為污染物必須從光束角度到過濾機制都經過篩選，才能與生產線及產品相符。因此，了解各種格式及其適合不同污染偵測挑戰，是系統規格與選擇的基礎。

然而，有一點是肯定的，成功通過X光檢驗系統的產品，能提升食品及藥品製造商對其產品品質與安全的信心，幫助他們遵守產業標準，包括全球食品安全倡議（GFSI）、英國零售聯盟（BRC）、食品安全系統認證22000（FSSC 22000）、中國食品安全法及國際食品特色標準（IFS）。