应用于罐头产品的X射线异物检测系统

2021-08-26 16:45:00来源：金博宝188官网注册导刊

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幸波（上海太易检测技术有限公司，上海 200000）

摘要：本文通过介绍X射线成像技术的原理、特点等信息，对目前罐装行业异物检测设备进行概述，通过实验对比不同视角检测下的测试精度。
关键词：X射线；罐头；异物检测系统；应用
随着人们生活水平的提高，罐装类食品营养、无菌、便捷的特性也越来越受到消费者的青睐。在发达国家，罐装类食品消费量占总消费量的1/3，近年来国内需求量也逐年上涨。尤其可即食的水果、蛋糕、乳制品及肉类罐装食品更是人们能量的及时补充站。罐头一直是我国的传统食品，在食品工业领域内起步最早，也是占据国际市场份额最多的食品。从20世纪中期开始出口到全球市场，我国已成为世界最大的罐头生产与出口国。
金博宝188官网注册问题一直是目前人们最关注的问题之一，也是国家迫切希望化解的难点。随着罐头类包装食品行业的繁荣发展，罐头类食品消费者的着重点也逐渐由便捷易携带性转变为金博宝188官网注册性。随着各类罐头食品的出现，也带动了相关包装工艺与检测设备的发展[1-2]，具有高精度、高质量性能的罐头类高端检测设备更是市场的迫切需求。本文根据罐装产品特点，提出多视角的检测方法，对容器内区域进行无死角、全方位的成像检测。
1 X射线异物检测技术
食品X光机与行包安检设备都基于X射线成像的原理。设备通过电子对撞从X射线源释放X射线光束，光束通过准直器照射传送带上的检测产品，下端探测盒接收器接收透过被检测产品的X射线束，通过数字图像处理等技术，形成X射线检测灰度图像。如图1所示，当被测物检测有异物时，图中标注为异物，其所在位置的X射线透过率发生变化，在灰度图像显示产品图像中可以看出，异物所在区域在灰度图像中显示的灰度与产品区域不同，X射线异物检测设备通过灰度值的不同，从而确定产品中存在异物的情况，并可通过软件标框提示[3]。

2 罐装产品检测方案
由于罐装产品外观及材质的多样性，单一视角照射玻璃罐装产品以及单视角X射线照射时，由于玻璃材质瓶底的凸起使得产品区域存在较多盲区；当不规则异物与照射角度平行时，异物灰度图像在罐装产品的罐壁处，也不利于异物的检出，金属罐装产品在拉环及瓶盖处金属壁较厚，也存在较大盲区。
针对上述检测难点，提出三视角检测模式如图2所示，结合斜向上双视角、斜向下单视角照射特点[4]。首先根据三视角所成的灰度图，对罐装产品内各角度进行成像显示，尤其罐底凸起及较厚的螺纹内壁。

3 测试与分析
分别使用现有的3种罐装异物检测设备对同一样品进行测试块精度测试。根据瓶装产品的结构，划分多种分区方案，按照顶部瓶盖、中部瓶颈、边缘瓶壁、底部瓶底等区域，使用独立的算法进行检测。

3.1 实验材料
玻璃材质罐装瓶；不锈钢球（SUS304 ball）测试卡，精度分别为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、3.0 mm；玻璃（Glass ball）/陶瓷（Ceramic ball）球测试卡，精度分别为2.5 mm、4.0 mm、5.0 mm和6.0 mm；单视角罐装检测设备、双视角罐装检测设备、三视角罐装检测设备、记录笔。
3.2 实验方法
将测试卡依次贴在罐装产品上述多个区域位置，分别通过单视角罐装检测设备、双视角罐装检测设备、三视角罐装检测设备的传输装置，反复通过30次，记录检测出的测试卡稳定数据精度。
3.2.1 单视角测试精度统计与分析
单视角设备照射方式为斜向下照射，光源与瓶盖齐平。单视角测试精度见表1。由表1可知，①盖子与瓶子颈部对检测有一定影响，但射线的水平照射成像有利于减少这类的影响。②单视角设备在瓶子底部的金属异物检测效果较好。③单视角照射的缺陷，瓶身两侧需要屏蔽从而无法检测小的异物。④瓶子底面厚度和形状对检测有一定影响，射线的斜向下照射成像有利于异物的检测，但玻璃瓶底面的厚度和形状会对低密度异物的检测造成影响。

3.2.2 双视角测试精度统计与分析
双视角设备照射方式为斜向上，光源与瓶底齐平。双视角检测精度见表2。

由表2可知，①盖子与瓶子颈部对检测有影响，射线斜向上照射导致盖子和颈部的图像占比大，影响检测效果。②双视角照射的优势，一个视角中需要屏蔽的区域在另一个视角中则完全不需要。③射线在此区域为接近水平照射，不受瓶底影响。④射线在此区域为水平照射，体积小的异物将与瓶子底面融为一体无法检测，体积足够大的异物可以检测，从而不利于高密度异物的检测。
3.2.3 三视角测试精度统计与分析
三视角设备照射方式为上述两种照射方式组合。三视角检测精度见表3。三视角检测系统同时兼有两种照射视角的优势，保证了罐装产品内部每个区域都可得到最佳的检测灵敏度。
通过以上不同视角设备的检测实验对比可得[5]，三视角较好地避免了漏检问题，当薄片异物面积较大面与其中某个视角垂直时，另一视角正好与面积最大面平行，对于该视角，X射线的穿透厚度增加，异物的X射线灰度图更加明显。

4 结语
本文根据现有罐装产品异物检测存在的难点，提出一种多视角检测的技术方案，针对金属、玻璃、塑料等材质的罐装瓶装形式的产品，如酱料、肉类罐头、水果与蔬菜罐头、方便食品、乳制品以及饮料与药品的异物检测，尤其薄片状异物、较厚瓶底异物等。使用现有的罐装检测设备进行测试，对比不同区域的测试精度，得出三视角的检测方案，极大提高了异物检出概率。
参考文献
[1]涂宝峰.罐头食品的加工工艺研究[J].中国新技术新产品,2020(18):76-77.
[2]朱曜.HACCP系统在罐头食品加工中的建立[J].食品科学,1994(4):7-9.
[3]易国.X射线食品异物检测系统设计与图像处理方法研究[D].长沙:湖南大学,2011.
[4]李轲,刘宾,王立鹏,等.基于多线扫描的X射线聚焦成像算法研究[J].光学学报,2020,40(13):62-71.
[5]董浩.基于多视角的X射线图像分析方法研究[J].南京:东南大学,2016.