La tecnologia di ispezione alimentare a raggi X rappresenta un controllo di qualità ai massimi livelli. Grazie alle capacità di penetrazione degli imballaggi, i controllori della qualità possono identificare la presenza di oggetti estranei all'interno di tipi di imballaggi, verificare i livelli di riempimento delle confezioni e confermare l'integrità del prodotto per la sicurezza dei consumatori. Questa tecnologia è un metodo affidabile, fondamentale per fornire e garantire la conformità alla sicurezza alimentare e l'efficienza produttiva nelle linee di produzione alimentare a ritmo sostenuto.

Con la crescente domanda di prodotti alimentari da parte dei consumatori e l'inasprimento degli standard normativi e di sicurezza alimentare, i produttori di alimenti si trovano ad affrontare importanti sfide operative e produttive. I richiami di prodotti alimentari possono essere finanziariamente devastanti per il bilancio, comportare elevati costi operativi e compromettere la reputazione di un marchio. Pertanto, i sistemi di ispezione degli alimenti devono essere integrati nella linea di produzione per ridurre il rischio di contaminazione. Le carenze dei metodi di ispezione tradizionali, soprattutto per gli imballaggi alimentari flessibili più moderni, hanno reso l'ispezione alimentare a raggi X la soluzione perfetta per questi imballaggi alimentari flessibili più moderni. L'ispezione a raggi-X non richiede test distruttivi e contatto fisico con i prodotti confezionati. Questa guida si concentra sui meccanismi di ispezione a raggi X della tecnologia, sui sistemi di ispezione a raggi X del settore e sui sistemi di ispezione a raggi X per i requisiti unici delle linee di confezionamento in scatola.

Che cos'è l'ispezione alimentare a raggi X e come funziona?

I sistemi di ispezione degli alimenti che utilizzano i raggi X partono dal presupposto di misurare il grado di massa e la densità del prodotto. Il sistema è composto da tre elementi principali: il generatore di raggi X, un sensore lineare a diodi e un processore per computer industriale.

Un generatore invia un fascio di raggi X a bassa energia al nastro trasportatore e ogni fascio di raggi X viene focalizzato su singoli prodotti confezionati o materie prime. Quando le confezioni passano attraverso il fascio di raggi X, i diversi materiali delle confezioni assorbono l'energia dei raggi X, a seconda della composizione dei materiali. Ad esempio, una maggiore quantità di energia viene assorbita da materiali estranei densi, come acciaio, vetro e pietra, rispetto all'assorbimento di materiali meno densi, come acqua, grasso e aria.

C'è un sensore che misura l'energia del fascio di raggi X che è riuscito a passare attraverso la confezione per rilevare potenziali contaminanti. Il computer elabora la misura dell'energia e crea un'immagine in scala di grigi. Per ottenere maggiori dettagli, l'immagine viene costruita con materiali densi che presentano una colorazione scura. Il software implementa algoritmi sofisticati per valutare l'immagine in pochi millisecondi e mantenere standard di qualità rigorosi. Se il software rileva una regione scura che indica la presenza di materiale estraneo al di fuori dell'intervallo di riferimento accettabile, il software avvia il meccanismo di scarto per eliminare il prodotto dal processo di produzione.

Rispetto al tipico meccanismo di rilevamento dei metalli, questo tipo di rilevamento dei contaminanti è molto più avanzato. I metal detector leggono l'ambiente circostante utilizzando i campi elettromagnetici. Si affidano al corpo estraneo per creare un cambiamento comportamentale nel campo elettromagnetico creando un campo conduttivo o magnetico. Tuttavia, la tecnologia a raggi X funziona indipendentemente dai campi elettromagnetici e utilizza la presenza o l'assenza di corpi estranei per "vedere attraverso" i materiali ostruenti, identificando un'ampia gamma di oggetti estranei.

La tecnologia a raggi X è in grado di dichiarare un'ampia gamma di design di imballaggi, poiché è guidata dalla densità, a differenza di altre tecnologie che si basano su misure di conduttività per un prodotto specifico.

Applicazioni in diversi settori alimentari

I segmenti dell'industria alimentare richiedono diversi gradi di garanzia della qualità. Di conseguenza, i progettisti delle linee devono scegliere con precisione il tipo di apparecchiatura di ispezione necessaria per affrontare i potenziali rischi specifici di ciascun segmento. La versatilità dei sistemi di ispezione a raggi X li rende adatti alla maggior parte degli ambienti di lavorazione.

Carne e pollame

I rischi fisici sono insiti nella lavorazione di carne e pollame. Tra questi, la contaminazione della carne con frammenti di ossa calcificate, lame di macinazione in acciaio inossidabile rotte e aghi ipodermici. Inoltre, la carne cruda ha un elevato contenuto di umidità e sale. Ciò determina un "effetto prodotto" molto forte che induce la maggior parte dei metal detector a rifiutare la carne. La tecnologia a raggi X, invece, ignora l'umidità e il sale e identifica con precisione i frammenti di ossa e di metallo.

Panetteria e snack

Per mantenere i prodotti freschi ed evitare l'umidità, i settori dei prodotti da forno e degli snack utilizzano pellicole metallizzate e fogli di alluminio per il loro imballaggio. Una volta che i prodotti sono stati confezionati in questi fogli di alluminio, i metal detector convenzionali non possono valutarli. L'energia dei sistemi di ispezione alimentare a raggi X passa facilmente attraverso il metallo. Per questo motivo, i rivelatori a raggi X possono trovare fili metallici e pietre (che si possono trovare nelle noci) anche quando la confezione è chiusa, impedendo la contaminazione di materiali estranei.

Prodotti in scatola e confezionati: La sfida finale

La tecnologia a raggi X è di grande importanza nell'industria della carne e dei prodotti da forno, ma per l'industria delle conserve alimentari è necessario mantenere la qualità dei prodotti. I prodotti più difficili da trattare per l'ingegneria del controllo qualità sono le conserve e i prodotti confezionati. Gli ingegneri del controllo qualità incontrano una barriera assoluta quando si tratta di lattine di metallo. Con un cilindro metallico, i metodi tradizionali di rilevamento sono del tutto inefficaci contro i contaminanti estranei. Pertanto, in una fabbrica di conserve, l'ispezione alimentare a raggi X non è un'aggiunta opzionale, ma un imperativo fondamentale della progettazione per evitare costosi richiami. Il resto di questa guida metterà in evidenza i problemi unici posti dalle linee di confezionamento di conserve e dimostrerà che la tecnologia a raggi X è la risposta definitiva a questi problemi.

Raggi X e rivelazione dei metalli: Una tabella di confronto

Per esaminare le diverse modalità di malfunzionamento del sistema tradizionale sulle linee di inscatolamento, un ingegnere deve valutare i diversi modi in cui entrambi i sistemi funzionano a livello fondamentale. La tabella seguente illustra le differenze operative e i limiti di applicazione di rilevamento dei metalli rispetto all'ispezione a raggi X.

Approfondimento: Perché gli alimenti in scatola richiedono i raggi X rispetto ai metal detector

Le linee di inscatolamento lavorano e si muovono a velocità elevate e sono costituite da materiali rigidi e non trasparenti. Queste condizioni richiedono un sistema di rilevamento che possa ignorare il contenitore e lavorare con il contenuto.

Superare il punto cieco dell'imballaggio in metallo

I metal detector funzionano impostando un campo elettromagnetico. Quando un oggetto metallico attraversa tale campo, si attiva un'interruzione e l'oggetto viene rimosso dalla linea. L'imballaggio metallico utilizzato, spesso in banda stagnata e alluminio, è un conduttore. Quando una lattina di metallo viene trasportata verso il metal detector, essa crea un'interruzione (o molte interruzioni) estremamente grande del campo. Questo è noto come effetto gabbia di Faraday. Il rilevatore non avrà alcuna visibilità di tutto ciò che è imballato all'interno della lattina di metallo.

Gli architetti di linea non possono utilizzare metal detector come parte del processo di ispezione delle lattine sigillate. Se una struttura utilizza i metal detector, questi devono essere posizionati prima dei processi di riempimento e sigillatura. Questo crea un enorme punto cieco. Se una macchina si guasta durante il riempimento o la sigillatura, la lattina in questione viene inviata lungo la catena di fornitura come una lattina contenente materiali pericolosi. È qui che la tecnologia a raggi X si rivela utile. I raggi X si basano su un principio completamente diverso da quello dei metal detector, che utilizzano campi magnetici. Il software a raggi X utilizza la densità della parete metallica della lattina come linea di base e la sottrae per ispezionare il contenuto del contenitore sigillato.

Rilevamento di vetro, ossa e plastica ad alta densità

Gli impianti di inscatolamento utilizzano spesso macchinari disgiuntivi che sono soggetti a parti di usura non metalliche. Inoltre, alcuni prodotti agricoli possono contenere detriti provenienti dal campo. Di conseguenza, è noto che i barattoli di metallo nascondono vetri rotti, piccole pietre o ossa provenienti dagli ortaggi raccolti e guide rotte in plastica ad alta densità (PTFE o acetale) e plastica nel sistema di trasporto.

I metal detector non saranno mai in grado di identificare vetro, pietre o plastica. Lo faranno invece i sistemi a raggi X. Il vetro e le pietre appariranno nell'immagine in scala di grigi dei raggi X come macchie più scure a causa dei valori di densità più elevati che possiedono. Allo stesso modo, le plastiche ad alta densità e le guarnizioni in gomma (spesso di tipo industriale) possono essere individuate grazie alla loro densità. Grazie ai sistemi a raggi X, i tecnici di produzione sono in grado di identificare e rimuovere i contaminanti metallici e non metallici non pericolosi prima che il prodotto venga sigillato.

Oltre i contaminanti: Sbloccare il valore nella produzione conserviera

Le moderne macchine di produzione devono essere in grado di fornire il massimo valore per l'investimento. I sistemi a raggi X sono in grado di fornire molteplici servizi di controllo della qualità e sono quindi più che semplici strumenti di sicurezza. Si tratta di sistemi completi per il controllo della sicurezza dei prodotti, in grado di verificare anche la presenza di componenti mancanti.

Ispezione accurata del livello di riempimento

Le leggi sulla tutela dei consumatori impongono multe severe per le lattine non riempite e rischiano di perseguire l'intera azienda. Una lattina troppo piena è anche uno spreco di prodotto (giveaway) e può influire negativamente sulla testa di chiusura della doppia cucitura, compromettendone l'integrità.

I sistemi a raggi X eseguono ispezioni altamente dettagliate e controllano contemporaneamente la presenza di contaminanti. Mentre i raggi X esaminano la lattina, il software analizza il contenuto liquido o solido e traccia una linea orizzontale. Gli ingegneri impostano i parametri della zona nel software. Se la linea del contenuto scende al di sotto o al di sopra dei parametri impostati, il sistema segnala un rifiuto. In questo modo, i responsabili dell'impianto possono regolare immediatamente le apparecchiature di dosaggio e ridurre le perdite di prodotto, mantenendo la linea di produzione in funzione.

Identificazione di lattine ammaccate e difetti di tenuta

La tenuta ermetica e la geometria della lattina sono fondamentali per la sicurezza e l'integrità del prodotto. Le lattine danneggiate possono essere più che estetiche: gravi ammaccature sulla giuntura della lattina possono rompere il rivestimento interno o la tenuta del vuoto, creando il rischio di botulismo e rovinando il prodotto.

Il software è dotato di algoritmi di rilevamento dei bordi. Quando una lattina passa davanti ai sensori, il software analizza la geometria della struttura. Esamina il profilo della doppia giuntura e le pareti alla ricerca di eventuali difetti. Se il sistema trova una parete ammaccata, un coperchio mancante o un fianco ammaccato, elimina la lattina. In questo modo si garantisce che nessun prodotto pericoloso o invendibile finisca per essere messo in vendita nei negozi.

Garantire la conformità HACCP e la registrazione dei dati

Gli acquisti B2B si concentrano sulla conformità. Gli audit sulla sicurezza alimentare con le certificazioni GFSI, BRC o IFS richiedono un'ampia documentazione. Gli auditor non cercano solo l'hardware. Vogliono verificare che gli impianti siano in grado di monitorare e registrare in modo attivo e supportato dal sistema gli eventi di qualità.

Le macchine a raggi X industriali sono dispositivi avanzati di registrazione dei dati. Il software del sistema registra l'ora, la data e il codice prodotto di ogni unità che passa attraverso la macchina. Inoltre, la macchina cattura e registra un'immagine di ogni unità scartata. Questa immagine costituisce la prova del difetto o della contaminazione. I dati registrati vengono utilizzati dai team QA per rintracciare il problema in un'apparecchiatura specifica a monte, dimostrando la piena conformità all'HACCP durante gli audit non annunciati.

Integrazione dei sistemi a raggi X nelle linee di inscatolamento ad alta velocità

La scelta della giusta tecnologia a raggi X è il primo di molti passi. L'integrazione del sistema nell'attuale configurazione produttiva è di grande importanza. Le linee di inscatolamento possono essere difficili. Richiedono soluzioni meccaniche specifiche per la combinazione di alta velocità e prodotti pesanti in contenitori rigidi.

Posizionamento strategico sulla linea

I progettisti delle linee devono individuare il punto migliore in cui collocare la macchina a raggi X sulla linea. Le conserve possono essere collocate in due punti principali: direttamente dopo l'aggraffatrice o alla fine della linea, prima dell'incartonatrice.

Se la radiografia viene posizionata dopo l'aggraffatrice, sarà in grado di rilevare per prima i problemi. Ciò significa che se l'insaccatrice o l'aggraffatrice inizia a perdere metallo, la radiografia lo rileverà e l'impianto sarà in grado di fermare la linea e controllare la quantità di prodotto contaminato. Tuttavia, queste postazioni tendono ad avere molta umidità di lavaggio e a fluttuare nella velocità.

Se la radiografia viene posizionata subito prima dell'incartonatrice, sarà in grado di assicurarsi che il prodotto sia nel suo stato finale prima dell'ispezione. In questo modo, la radiografia consentirà di ispezionare il prodotto alla ricerca di eventuali difetti che potrebbero essersi verificati durante la cottura (ritorsione) o l'applicazione di etichette. Questa postazione ha solitamente velocità più costanti. Tuttavia, se in questa posizione si verifica un calo ricorrente della contaminazione del prodotto, significa che molte lattine dovranno essere distrutte già in questo punto finale. Ciò significa che gli architetti della linea devono prendere una decisione basata sull'analisi dei rischi specifici di guasto delle apparecchiature a monte.

Gestione dell'alta produttività e dei meccanismi di rifiuto

Quando si tratta della moderna tecnologia di inscatolamento, la velocità di inscatolamento può raggiungere i 1000 barattoli al minuto, fino a 300 barattoli al minuto. A questa velocità, è indispensabile che il prodotto venga presentato al sensore a raggi X e che la precisa sincronizzazione meccanica elimini effettivamente i difetti.

Le lattine devono entrare nel fascio di raggi X a un passo specifico e personalizzabile. Altrimenti, se si toccano, il software di elaborazione delle immagini determina falsi scarti. Per evitare questo inconveniente, gli ingegneri utilizzano viti di temporizzazione e/o di trasferimento, dove è richiesta una spaziatura personalizzata prima della zona di ispezione.

Alle alte velocità, in particolare con le lattine di metallo pesante, il meccanismo di scarto può essere estremamente critico. Le lattine ad alta energia possono causare gravi lesioni. Ad esempio, gli spintori meccanici standard possono fendere, ammaccare, rompere e/o rovesciare la lattina scartata, causando lo spostamento delle lattine accettabili nelle vicinanze. Per questo motivo, gli ingegneri dovranno specificare respingitori ad aria compressa ad alta velocità e deviatori servoassistiti. Inoltre, gli standard di conformità richiedono un sensore di conferma dello scarto. Questo sensore di scarto bloccabile fornisce la conferma che il bersaglio scartato non è proseguito lungo la linea oltre il sistema di scarto.

Affrontare i problemi legati alle radiazioni nell'ispezione degli alimenti

I responsabili degli impianti si trovano spesso a dover rispondere a domande sulla sicurezza dei sistemi industriali a raggi-X. Per garantire la fiducia dell'acquirente e dell'operatore, i sistemi devono consentire una comprensione della fisica dell'ispezione a raggi X.

• Cibo Sicurezza: Per l'ispezione industriale degli alimenti si utilizzano radiazioni ionizzanti a basso dosaggio. I raggi X attraversano il prodotto senza alterarne il valore nutrizionale, la consistenza o il sapore. L'alimento non è e non sarà mai radioattivo né presenta alcuna contaminazione radioattiva.
• Operatore Sicurezza: I sistemi moderni sono dotati di un cabinet in acciaio inossidabile estremamente spesso, di cortine di radiazioni senza piombo e di spesse cortine all'ingresso e all'uscita. L'energia dei raggi X è contenuta all'interno della struttura. I livelli di radiazione all'esterno sono inferiori ai livelli di radiazione dovuti all'esposizione umana al fondo naturale. Il sistema di interblocco spegne il generatore di raggi X quando si aprono le porte dell'armadio.
• Conformità: I sistemi di ispezione a raggi X sono pienamente conformi alla FDA, all'OMS e alle autorità locali per l'energia atomica.

Una volta risolti tutti i problemi tecnici e di sicurezza, il successo finale del controllo di qualità si basa sulla perfetta integrazione della linea. Siete pronti a creare un processo di inscatolamento "pronto per i raggi X"? Contattate i nostri esperti di ingegneria oggi per progettare un linea di confezionamento ad alta velocità che si sincronizza perfettamente con i sistemi di ispezione di alto livello.