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Special Automatisierung/Robotik

Glasfremdkörper in Glasverpackungen

Frau vor Supermarktregal mit Lebensmitteln in Gläsern
Glas ist für Lebensmittel- und Pharmahersteller häufig das bevorzugte Verpackungsmaterial. Glasverpackungen bergen jedoch trotz ihrer Beliebtheit ein gewisses Restrisiko. Bereits ein einziger Glassplitter im Endprodukt kann schier unabsehbare Folgen für die Gesundheit des Verbrauchers haben.
(Bild: Boggy – Adobe Stock)

Ob Lebensmittel-, Pharma- oder Kosmetikprodukte: Die Detektion von Glasfremdkörpern in Glasverpackungen, sprich Glas-in-Glas-Kontaminationen, markiert für Hersteller nach wie vor eine besondere Herausforderung. Um hierbei optimale Resultate zu erzielen, ist die Auswahl des am besten für die jeweilige Applikation geeigneten Systems von entscheidender Bedeutung. Jede Komponente gilt es auf die spezifischen Anforderungen der Produktionslinie und des Produkts abzustimmen. Trotz auf die Vermeidung von Glas-in-Glas-Fremdkörpern optimiert ausgerichteter Prozesse in der Fertigungslinie bleibt immer ein gewisses Restrisiko: Glasgefäße und -flaschen können innerhalb der Produktionslinie aufgrund von Transportbandvibrationen oder Gegendruck brechen, falsch ausgerichtete Abfüllköpfe oder zu fest angezogene Verschlussdeckel Glasabsplitterungen verursachen.

Da Fremdkörper und Verpackung hinsichtlich Material und Dichte identisch in solchen Fällen identisch sind, macht dies für Hersteller die Glas-in-Glas-Fremdkörperkennung besonders anspruchsvoll. Erschwerend hinzu kommen Faktoren wie die variierende Stärke der Außenwand von Glasgefäßen oder nach innen gewölbte Böden – beide Formfaktoren können aufgrund ihrer Dichte blinde Flecken auf dem Röntgenbild verursachen, sprich Glas- und andere Fremdkörper überlagern. Auch Verunreinigungen im Glas selbst, etwa durch metallische Einschlüsse im Zuge des Herstellungsprozesses, beeinflussen die Röntgenabsorption und damit die Erkennungsempfindlichkeit. Prägungen, das Glasschraubengewinde und der Metallverschluss kombiniert mit Schwankungen in der Glasdicke machen die Inspektion des Deckel- und Schulterbereichs von Glasgefäßen technisch herausfordernd. Des Weiteren hat die Viskosität des Produkts maßgeblichen Einfluss darauf, wo im Gefäß sich Fremdkörper, respektive Glaschips, ablagern. Kaltabfüllungen eines halbfesten oder zähflüssigen Produkts können diese in der Schwebe halten. Bei Heißabfüllungen mit niedrigerer Viskosität bewegen sie sich tendenziell eher in Richtung Gefäßboden. Bei Flüssigkeiten befinden sich diese sogar sehr wahrscheinlich dort.

Detailliert Analyse vor dem Invest

Je nach Anforderungen der Produktionslinie und des Produkts sind verschiedene technische Herangehensweisen bei der Röntgeninspektion zur Detektion von Glas-in-Glas-Fremdkörpern gangbar. Grundsätzlich eignen sich Horizontal-Beam-Systeme am besten für die Glas-in-Glas-Erkennung. Schlüsselfaktor für die Erkennungsempfindlichkeit ist die Tiefe der Gefäße, die die Röntgenstrahlen passieren müssen. Horizontal-Beam-Systeme bieten in der Regel eine bessere Erkennung bei Gefäßen, die höher als breit sind. Das seitlich aufgenommene Bild ermöglicht die einfache Anwendung von dynamischen Bildfilteralgorithmen („Masking“) auf die dichtesten Bereiche der Gefäße, sprich die äußeren Ränder. Dies optimiert die Erkennungsempfindlichkeit im Gefäßinneren und minimiert Fehlausschleusungen aufgrund kleiner Unregelmäßigkeiten in Außenwänden und Böden.

Entsprechend den Gegebenheiten können unterschiedlich große Röntgengeneratoren und Detektortypen verwendet werden, um das optimale Setup zu erreichen. Ebenfalls möglich ist der Einsatz mehrerer Generatoren und Detektoren in der horizontalen Ebene oder die Kombination mit einem zusätzlichen Generator und Detektor in der vertikalen Ebene.

Einfache Single-Beam-Systeme erzeugen einen horizontalen Röntgenstrahl entlang der Oberfläche des Transportbandes. Sie durchleuchten bündig mit dem Gefäßboden und erzielen eine gute Erkennung im Gefäßinneren, nicht aber im Bereich des Bodens, Gewindes und Deckels. Die Krone beziehungsweise der Gefäßboden ist besonders heikel, da er stark variiert und der dichteste Bereich des Gefäßes ist. Glas- und andere Fremdkörper, die sich in der Rinne rund um die Krone ablagern, werden sehr wahrscheinlich zusammen mit dem dunklen Schatten der Krone herausgefiltert und bleiben deshalb unentdeckt.

Split-Beam-Systeme verbessern hierzu im Vergleich die Erkennungswahrscheinlichkeit. Diese Systeme brechen einen einzelnen Röntgenstrahl mithilfe eines doppelt divergierenden Kollimators in zwei voneinander abgewinkelte Strahlen auf. Die Röntgenstrahlen treffen auf zwei separate Detektoren, sodass zwei Röntgenbilder erzeugt werden. Die unterschiedlichen Betrachtungswinkel erhöhen sowohl die Inspektionsabdeckung innerhalb des Gefäßes als auch die Erkennungswahrscheinlichkeit – insbesondere von unregelmäßig geformten Fremdkörpern wie Glasfragmenten. Durch intelligente Softwarealgorithmen und Bildabgleich beider Perspektiven werden Fremdkörper besser erkannt.

Detektion in allen Bereichen

Wollen Hersteller die Erkennungswahrscheinlichkeit auch in schwer zu inspizierenden Bereichen wie etwa der Krone weiter optimieren, ist der Einsatz eines Combination-Beam-Systems der nächste logische Schritt. Diese Systeme kombinieren die Vorzüge der Single-Beam und Split-Beam-Systeme in der Horizontalen mit einem Röntgenstrahl in der Vertikalen – verwenden idealerweise also drei horizontale und einen vertikalen Strahl gleichzeitig. Insbesondere die Abdeckung im Bereich des Gefäßbodens wird so nochmals gesteigert.

Als Königsweg gelten Angled-Beam-Systeme mit einem einzelnen abgewinkelten Röntgenstrahl, der den Gefäßboden und das Gefäßinnere gleichzeitig durchleuchtet. Die Vorteile: Durch eine Draufsicht auf den Gefäßboden und unteren Gefäßkörper erscheint die Krone in der Darstellung flach. Zudem verläuft der Röntgenstrahl bündig mit der Schulter des Gefäßes, also unterhalb des komplexen Glasschraubengewindes und Deckels. Dies beseitigt die üblichen blinden Flecken, reduziert die Komplexität des Bildes und optimiert die Erkennungswahrscheinlichkeit sowohl im Bereich des Gefäßbodens und unteren Gefäßkörpers als auch im Gefäßinneren. Darüber hinaus erlauben Angled-Beam-Systeme auch weitere Produktkonformitätsprüfungen wie etwa Füllstandskontrollen. Die Position des Röntgengenerators ist vertikal justierbar, sodass das System an eine Vielzahl unterschiedlicher Gefäßgrößen angepasst werden kann. So bieten Angled-Beam-Systeme eine umfassende Glas-in-Glas-Erkennung für eine breite Palette an Lebensmitteln, Getränken und pharmazeutischen Produkten unterschiedlichster Viskosität.

Fazit

Die Auswahl eines auf die Anforderungen der eigenen Produktionslinien und Produkte zugeschnittenen Röntgeninspektionssystems ist für Hersteller von entscheidender Bedeutung. Ein Verständnis der Faktoren, die sich auf die Erkennungsempfindlichkeit auswirken, sowie der verschiedenen technischen Ausführungen und deren Eignung für unterschiedliche Erkennungsherausforderungen erleichtert die Spezifikation eines optimalen Setups. So können Hersteller Glas-in-Glas-Verunreinigungen zuverlässig erkennen, um Verbraucher, Produktkonformität und Markenruf nachhaltig zu schützen.

Über den Autor
Autorenbild
Rainer Mundt

Head of Marketing bei Mettler-Toledo Produktinspektion Deutschland

Über die Firma
Mettler-Toledo Product Inspection Deutschland Division of Mettler Toledo Garvens GmbH
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