Danske lav-energi røntgen systemer vinder indpas i USA & Japan

Transkript

1 Juni 2011 Danske lav-energi røntgen systemer vinder indpas i USA & Japan Jørgen Rheinlænder, InnospeXion ApS Lav-energi røntgen teknologi er en ny teknik der i modsætning til konventionelle røntgen systemer tillader detaljeret analyse af tynde og/eller lette materialer. Dette er interessant i forhold til on-line inspektion og kvantificering af mange forskellige produkter, for eksempel svejsninger i plast og folie, rå materialer, tekstiler, fibre og meget andet. I Danmark vandt teknologien FoodPharmatech s Innovationspris i 2007, og var nomineret i en anden unik udgave i Opmærksomheden har givet international genklang, og stor interesse er opnået i blandt andet Japan og USA. Det er i særdeleshed den ekstremt gode billedkvalitet der betinger succesen via en meget mere præcis og nøjagtig kvantificering af proces- og produktparametre i on-line applikationer. Det grundlæggende design element er muligheden for at skræddersy løsningen i forhold til kundens produktionslinjer og miljø. Denne artikel opsummerer fordelene i lav-energi røntgen systemerne fra InnospeXion gennem konkrete applikations eksempler. Fordele ved Lav-Energi Røntgen Lav-energi røntgen systemerne er blevet udviklede med henblik på kvalitetskontrol on-line af produkter og råmaterialer, såvel pakkede som upakkede. Konceptet er et brud på den traditionelle anvendelse af røntgensystemer som en slutkontrol. Derfor er det ikke et simpelt go/no go der er output fra systemerne, men multi-variable der med en stor præcision karakteriserer produktet i forhold til de relevante specifikationer. Anvendelsen af en central PLC i systemerne betinger en hurtig, enkel og effektiv kommunikation med andet proceslinje udstyr. Teknisk afviger lav-energi systemer betragteligt fra almindelige røntgensystemer. Den lavere røntgen energi giver en markant bedre kontrast og systemerne har derfor en væsentligt forbedret detektions kapabilitet. Særligt er evnen til at differentiere imellem meget små tykkelses- og/eller densitets-forskelle meget forbedret. Det betyder at tykkelsesforskelle i mikrometer området kan adskilles, selv ved on-line applikationer, og selv for meget lette materialer som for eksempel plast. Andre røntgenteknikker kan ikke anvendes under 25 kv grundet for ringe følsomhed for detektoren som optager røntgenbillederne. InnospeXions system anvender en helt anderledes teknologi hvorved lav energi røntgenstråler opfanges af detektoren. Der er således ingen andre røntgenløsninger som eksempelvis tilbyder samtidig verifikation af eksempelvis svejsning af plastfolier med mikrometer præcision, og verifikation af indhold i pakninger, i on-line anvendelser. Ligeledes er brugen af lav-energi fordelagtig i forhold til strålingssikkerheden. Brugen af bly gardiner, som ellers kan være et stort problem i forhold til hygiejne, kan oftest undgås, og selve kabinettet er alene opbygget af rustfast stål uden bly plader. Den høje følsomhed bevirker at scannings hastigheder kan matche kravene i de fleste produktionslinjer. InnospeXion har udviklet løsninger der kører med hastigheder op til 120 m/min, men de fleste applikationer er dog ved under 30 m/min, eller op til ca. 150 emner per minut.

2 I mange anvendelser er den rumlige opløsning i røntgenbillederne af produkterne også meget væsentlig, og blandt andet præcisionen i opmåling af produkter i forhold til specifikation afhænger naturligvis heraf. Også her er lav-energi systemerne markant bedre end traditionelle systemer. Sidstnævnte opererer typisk med en pixel størrelse på 0.4 mm, hvor InnospeXion s systemer opererer med en pixel størrelse på 0.1 mm (dvs en faktor 16X bedre på areal basis) Unikt design En faktor der stærkt medvirker til succesen for lav-energi systemerne er at de tilpasses applikationen, både i forhold til design, indpasning og overordnet styring og kontrol. Det er i særdeleshed varierende krav i forhold til anvendelses miljøet der kræver omhyggeligt design, blandt andet i forhold til støv, fugt, vibrationer o.s.v.. Men servicevenlighed og hygiejne er også meget vigtige faktorer, særligt i fødevare industrier. Selv-drænende overflader, lav ruhed, rengøringsvenlighed, og grundige overvejelser omkring bakterielommer i konstruktionen indarbejdes i forhold til de aktuelle krav. Designmæssigt er det dog især systemernes brugerflade der er i fokus sammen med den overordnede styring og systemernes eksterne kommunikation, for eksempel til andre maskiner på linjen. Derfor er en simpel og intuitiv brugerflade uden overflødig information sat i fokus. Kun superbrugere har adgang til system- og programopsætning, og generelt er systemerne forberedt for fjernbetjening via central PLC styring. Fig. 1. Et af de nye lav energi røntgensystemer der leveres til amerikanske kunder ud fra kundespecifikke krav angående design og interfacing på den eksisterende linje.

3 On-line inspektion af folie lukkede fødevare pakninger Anvendelsen vedrører den komplette kvantificering af paknings integritet og verification af indhold i 100 g. plastikbægre påsvejst en alufolie. Bægrene indeholder et produkt med ca. 40 % sovs. Opgaven er at sikre at det pakkede produkt overholder de opstillede specifickationer: - At plast bægret overholde dimensioner (+/- 0.2 mm) - At plast bægrets tykkelse og densitet er acceptabel og at variationen er minimal - At plast bægret ikke er deformt eller beskadiget - At aluminiums folien er korrekt placeret indenfor den acceptable forseglings zone - At der ikke er folder eller defekter i aluminiums folien - At der ikke er produkt i forseglingszonen - At der ikke er produkt udenfor forseglingszonen - At produkt mængden er korrekt og at fordelingen i bægret er jævn - At produktet er homogent - At der ikke forekommer fremmedlegemer i produktet. Baseret på lav energi røntgenstråler opererer systemet ved en hastighed på ca. 100 bægre per minut på hver linje. I real-tid afbildes og behandles data således at sortering i op til 16 forskellige klasser er tilgængelig via I/O terminaler. Output i en bestemt port resulterer således i en frasortering via en pneumatisk cylinder. For nogle fejltyper gives samtidigt signal til en central PLC således at en korrigerende handling kan foretages når flere efterfølgende produkter har samme fejltype. Fig. 2. Eksempel på brugerfladen for superbrugeren ved opsætning af system til kvantitativ on-line sortering af plastbægre med fødevare produkt.

4 Farmacetiske forpakninger Eksemplet vedrører pakninger med sterile katetre. Problematikken er, at der under pakkeprocessen kan ske fejl således at katetre fastklemmes i forseglingszonen. Herved ødelægges steriliteten af pakningen. Problemet kan ikke afsløres uden røntgenteknik. Forsøg med almindelige røntgensystemer har været negative. Lav-energi røntgen er fundet særdeles egnet eftersom ikke kun den relevante fejltype sikkert kan identificeres, men også mange andre uregelmæssigheder i pakkelinjen kan afsløres. Det gælder for eksempel fejl forårsaget af defekte materialer eller andre fejl i pakke og procesmaskiner. Fig. 3. Pakning med katetre Fig. 4. Lav energi røntgenbillede med angivelse af gråtone niveauer i forseglingszonen. Variationer udover de forventede niveauer skyldes fejl placerede katetre, der opfanges i real tid, og frasorteres.

5 Chokolade En stor amerikansk kunde har indledt et samarbejde med InnospeXion som skal udmunde i at der på alle produktionslinjer skal monteres lav-energi røntgen systemer til kontrol af produktet og detektion af fejl og fremmedlegemer. Fejlene kan være procesrelaterede og systemerne skal via en hurtig detektion og en central PLC styring melde fejl ved en specifik maskine så snart afvigende produkter findes udover en vis mængde. Herved undgås store tab grundet fejl produktion, nedbrud og reklamationer. Fig. 5. Chokolade betrukne vafler med indlagte reference test objekter i form af glas, aluminium, PVC, Viton, stål, teflon og andet. De mørke partier modsvarer de kunstige fremmedlegemer. Samtlige typer af proces-relaterede forureningskilder kan detekteres ned til ca. 0.5 mm on-line. Også defekter, såsom huller, fejl i vafler eller chokolade betræk detekteres således at signal gives og fra sortering foregår.

6 Hvornår er lav-energi røntgen teknologi økonomisk attraktiv? Det afgøres af værdien af at kunne karakterisere og måle den indre struktur i produktet, og for eksempel af hvorledes produktionsapparatet kan eller skal justeres med henblik på at opnå bedst mulig produktkvalitet, mængde, udseende eller pakning. Værdien af at kunne detektere afvigelser i produktet, som en integreret del af produktionen, kan opgøres som: Værdien af at mindske produktions stop som skyldes sen opdagelse af fejl tilstande for maskiner på produktionslinjen. Værdien af at opfange fejl produkter (råvare fejl, f.eks.), således at produktionen stoppes momentant når visse fejltyper opstår for hyppigt. Værdien af at stoppe produktionen når der f.eks. forekommer fremmedlegemer i produktet. Er årsagen en maskine med ødelagte sliddele? Værdien af at kunne klassificere produkter bedre. Værdien af at kunne sammenstille visse produkt karakteristika, f.eks. huller i ost versus vægt Værdien af at kunne opfange pakkede produkter hvor der er mangler i pakningen (manglende enheder). Værdien af at kunne bestemme hvorfra f.eks. en kontamination stammer fra (leverandører af råvarer, maskiner, eller internt). Men det beror også på værdien af at kunne detektere fejl i f.eks. emballage eller lukning. Denne værdi afspejles af: Den subjektive værdi der ligger i hvorledes produktet præsenterer sig er det indbydende? Afvigelser afslører ringe styring og kan skade et salg. Den konkrete værdi der bestemmes af om en kunde kasserer eller returnerer et vareparti som følge af fejl emballering (evt. kun af enkelte enheder). Den værdi som en reklamation koster, afhængigt af skadens omfang overfor slutkunden. Er f.eks. en fødevare fordærvet kan værdien skulle måles i menneskeliv, i yderste konsekvens. Værdien af at kunne afsløre uregelmæssigheder i pakkemaskiner momentant. Værdien af at kunne finde fejlene inden produktet forlader produktionsenheden. Værdien i ikke at skulle have større partier opmagasineret før frigivelse fra eventuel stikprøve kontrol ved laboratorium. Almindelige anvendelseskrav omfatter høj hastighed, høj opløsning og høj følsomhed. Avanceret billedbehandling er nødvendig, og implementeres sammen med intelligent system kontrol. Herved opnås en effektiv anvendelse af inspektionen af produktet til at styre proceslinien altså en intelligent fremstillingskontrol. PLC styringen returnerer en række signaler som karakteriserer produktet. Signalerne er styresignaler til andet udstyr på proceslinien som skal foretage bestemte handlinger i forhold til den aktuelt detekterede afvigelse. Brugen af røntgen teknologi som et procesværktøj er nyt traditionelt er røntgen anvendt som en slutkontrol til at detektere fejl og give signal til frasortering. Når i stedet røntgen integreres på et tidligt stadie i fremstillingsprocessen giver det oftest en mulighed for fejludbedring, hurtigere fejl afhjælpning på produktionslinien, mindre spild, og væsentligt mere sikre produkter. Kontakt: Direktør Jørgen Rheinlænder InnospeXion ApS - Horseager 14 - DK Hvalsø Tlf: tw@innospexion.dk -