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2016年03月30日

X射线技术的先进功能和能力


对于负责任的工业产品生产和包装来说,质量检验是不可或缺的一环。首要的任务就是保证食品和保健品的高质量,确保消费者的安全。此外,全球食品安全倡议(GFSI)的要求不仅限于食品或药物/设备本身,而且还包括产品的包装。因此,如果食品和保健品出现了任何污染,或者相关的包装出现了任何类型的杂质,都可能给一家公司带来严重的后果。为了防止此类问题的发生,制造商已经采用了各种检测系统对杂质进行检验。

 

X射线系统取代传统的金属检测器

金属检测器在磁性和非磁性金属的检测中可以充分发挥作用。但是,对于铝质涂层包装材料的产品检验来说,金属检测器起到的作用就非常有限,使用这种包装时,只有尺寸较大的金属才能被检测出来。

 

玻璃、陶瓷、石头等类似材料的杂质也会导致严重的问题。在过去10至15年里,X射线检测系统在食品和制药等行业里的应用越来越普遍。与传统的金属检测器相比,X射线具有一个明显的优势——X射线不仅可以检测各种密致材料异物,而且还具有更高的检测分辨率。

 

X射线系统通过测量线性检测器中检测产品所吸收的X射线能量的数量进行成像。检测器的二极管通常为0.4mm或0.8mm大小,彼此排列在一起,以非常高的速率进行扫描。每个二极管接收到的信息被称为像素,这些像素具有一个灰度值,与检测产品的密度成正比。当一个个像素紧挨着排列出来,就得到线性扫描。利用皮带将检测产品输送通过检测器,然后将扫描线并排定位,就得到了X射线图像。

 

X射线技术经过多年以来的发展,已经具备了多功能性,能够确保更高水平的产品安全性。例如,因为所使用的Windows XP操作系统软件功能有限,以前的X射线系统功能受到非常大的限制。现代的X射线系统虽然继续沿用了用户友好型Windows环境作为操作平台,但它将图像处理任务分配给了非基于Windows的系统,如Linux系统。这样一来,处理的速度更快,而且更加稳健。此外,Linux系统是一种非常先进的操作系统,不仅在大型服务器上有使用,在速度最快的超级计算机上也有使用;因此,凭借自身的优点,它可以完美地适用于包装完整性检查所需的强化处理。

 

多功能X射线检测系统可以进行扩展应用

先进的X射线技术能力非常强大,不仅可以进行杂质检测,同时还可以提高包装产品的质量。如果让操作人员手动检查所有包装,检验封闭包装盒内部的产品或待售产品是否完整,这种做法是不切实际的。凭借高分辨率探测器,再加上高效操作系统的快速处理能力,X射线技术有能力确保产品的完好性或完整性。因此,随着现代X射线系统功能的增强,特别是随着自动化程度的提高带动了包装生产线速度的提高,几年前不可能完成的任务现在变得轻而易举。更高效的操作系统为更智能的图像分析奠定了基础。下文以比萨饼碎皮(图1a)和碎饼干(图1b)图片为例,展示了包装内超规格产品的自动检测。


图1:破碎产品的检测

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此外,现代X射线系统还可以计算包装中分散对象的数量,甚至还使用了图像数据进行检重。

 

长期以来,人们有种观点,认为采用X射线技术检测不出木制异物。但是,图2表明,X射线不仅可以检测并自动剔除缺少木棒的花饰冰淇淋,而且可以检测出木棒长度不足的冰淇淋。

 

图2:检测出一个花饰冰淇淋缺失木棒

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现代X射线检测系统的另外一个应用是塑料检测。众所周知,X射线无法检测出所有的塑料异物。但是,许多医疗设备和产品都采用塑料容器包装或通过塑料容器给药。图3中显示了纸盒内装有一只长度正确的预充式注射器,而另一只注射器受压损坏。X射线可以测量注射器的长度,以分辨是否存在旋转或变形现象,以提高准确性,然后剔除长度错误的注射器。因为长度错误意味着与正确剂量之间存在偏差,X射线系统可以确保产品的完整性,而这是任何其他系统无法实现的。

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许多产品可以无序排列或合并在一起,所以在包装内呈现完全随机放置的状态。如果选择了具体的产品设置,就可以利用X射线实现最佳检测性能。虽然不同的产品可以使用单一的设置进行检测,但是单一的设置往往会导致顾此失彼,在某一个产品上表现不佳,进而造成更高程度的错误剔除。有一种X射线系统使用了新的软件技术,在产品呈现时可以自动识别无序排列或多种不同产品。图4显示了鸡大腿和琵琶腿通常被随机包装,放置在生产线上。该软件可以在屏幕上突出显示识别出的产品。

 

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随着生产线的机器人自动化水平越来越高,与视觉系统相比,X射线通常可以更好地自动识别不同的产品。这种能力可以用于提醒接收产品的机器人系统。由于新的X射线采用了“自下而上发射”的源架构,最多可以同时对四条生产线进行检查。旧式架构的机器采用“自上而下发射”的方式,顶部角落是盲点,与之相比,新型X射线源通常采用的配置是放置在输送机下,可以对生产线进行全宽检查。

 

未来展望

最新一代的X射线检测系统不仅与传统的金属检测器相比有优势,而且与旧式X射线技术相比也有优势。除了可以进行杂质检测,它还可以对产品的完好性和完整性进行检验,在封闭的形状和包装内进行定位,以此来检验产品的质量。此外,它还可以对两种不同的产品进行质量平行检测,无论是无序放置还是重叠的产品。现代X射线技术的设计可以对被检产品和生产线旁的操作人员实现安全运行。重要的是,X射线检测已经被确立为检验产品纯度、质量和完好性的标准。随着技术和软件的进步,其成本相较之前也大大下降。凭借最新的耐用型X射线管,再加上采用闪存的工业计算机上运行的专用实时软件,图像处理的速度、可靠性和易用性可以得到完美保证。X射线检测系统的优点深受业内专家的认可。现在各个行业都安装了下一代 X射线检测系统,很大一部分原因和驱动力就是与金属检测器和旧式X射线技术相比较,下一代X射线系统具有非常大的优势。



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