Egal, ob es sich um Lebensmittel, Pharmazeutika oder Kosmetika handelt: Die Erkennung von Glasfremdkörpern in Glasverpackungen zählt zu den Königsdisziplinen der Produktinspektion. Welchen Beitrag können Röntgeninspektionssysteme dazu heute leisten – und was ist zu beachten?

Leistungsstarke Glas-in-Glas-Erkennung ist entscheidend für hohe Produktsicherheit und Vermeidung von Rückruf-Aktionen. (Bild: Mettler-Toledo Produktinspektion)

Im Zuge verschärfter Vorschriften zur Lebens- und Arzneimittelsicherheit gewinnen Compliance und Rückverfolgbarkeit entlang des gesamten Produktlebenszyklus zunehmend an Bedeutung. Hersteller greifen infolgedessen verstärkt auf Röntgeninspektion zurück, um zum Schutze der Verbraucher verunreinigte Produkte zu erkennen und das Risiko kostspieliger Produktrückrufe zu minimieren.

Effiziente Inspektionslösungen für die elektronische Baugruppenfertigung bietet Systempartner Factronix mit seinen Partnern Aleader Europe für AOI-Systeme und Nikon Metrology für die Röntgeninspektion. Hier geht es weiter

Aus natürlichen, nachhaltigen Rohstoffen hergestellt, ist Glas aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Glas ist das einzige von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) mit dem Prädikat „GRAS“ – „generally regarded as safe“ – klassifizierte Verpackungsmaterial. Glas ist vergleichsweise kostengünstig und punktet in Sachen Nachhaltigkeit mit seiner 100-prozentigen Recyclebarkeit. Gleichzeitig gilt: Gerade Fremdkörperverunreinigungen durch Glassplitter bergen hohe gesundheitliche Risiken und sind ein emotional aufgeladenes Thema. Kein Wunder also, dass große Einzelhändler vermehrt Röntgeninspektion bei entsprechenden Produkten in ihren Guidelines für eine Lieferantenzulassung einfordern. Und auch im Hinblick auf die Compliance mit nationalen und internationalen gesetzlichen und behördlichen Standards, wie der Global Food Safety Initiative (GFSI) und Hazard Analysis and Risk-Based Preventive Controls (HARPC), sowie der Umsetzung von Managementsystemen, wie Hazard Analysis and Critical Control Points (HACCP) und Good Manufacturing Practice (GMP), kann Röntgeninspektionstechnologie Hersteller umfassend und zuverlässig unterstützen.

Dessen ungeachtet sind Glas-in-Glas-Kontaminationen in puncto Fremdkörpererkennung besonders anspruchsvoll, da Fremdkörper und Verpackung hinsichtlich Materials und Dichte identisch sind. Erschwerend hinzu kommen bei Glasbehältern Faktoren wie variierende Stärken der Außenwände und nach innen gewölbte Böden. Selbst wenn es keine Unregelmäßigkeiten in Bezug auf das Gesamtgewicht und die äußere Form gibt, sind Schwankungen der Glasstärke im Bereich des Bodens von bis zu 20 % keine Seltenheit und wirken sich direkt auf die Röntgeninspektion aus. Auch Verunreinigungen im Glas selbst – etwa durch den Einschluss metallischer Rückstände von Aluminiumschraubverschlüssen während des Herstellungs- oder Recyclingprozesses – beeinflussen die Röntgenabsorption und damit die Erkennungsempfindlichkeit. Gleiches gilt bei der Verwendung von Glasbehältern verschiedener Zulieferer, da jene sich in ihrer Dichte und chemischen Zusammensetzung unterscheiden können. Des Weiteren machen Prägungen, das Glasschraubengewinde und der Metallverschluss in Kombination mit Schwankungen in der Glasstärke die Inspektion des Deckel- und Schulterbereichs von Glasbehältern zu einer besonderen technischen Herausforderung.

Als Faustregel gilt: Je komplexer die Form des Behälters, desto schwieriger die Inspektion. Produkte in runden Glasbehältern sind am einfachsten zu prüfen, da die Gefäße keine Abweichungen im vertikalen Kantenprofil aufweisen, die im Röntgenbild zu blinden Flecken oder harten, dunklen Kanten führen und die Erkennungsempfindlichkeit beeinträchtigen könnten. Darüber hinaus ist kein Orientierungseffekt zu berücksichtigen, da das Behälterprofil aus allen Betrachtungs-, sprich: Inspektionswinkeln identisch ist. Auch quadratische, rechteckige oder sechseckige Glasbehälter lassen sich bei einer gerichteten Zuführung des Produkts und einer darauf ausgerichteten Maskierung der Außenwände und Kanten gut inspizieren. Anders oval geformte Behälter, die eine ausgerichtete Zuführung erschweren und dadurch zu variierenden Röntgenbildern führen können.

Darüber hinaus hat die Viskosität des Produkts maßgeblichen Einfluss darauf, wo sich im Behälter Fremdkörper, respektive Glassplitter, ablagern. Daher gilt es die Produktviskosität von Beginn an in die Planungen mit einzubeziehen. Befinden sich, beispielsweise aufgrund von Problemen beim Produkthandling, schon vor der Abfüllung Glassplitter im Behälter, können schnelle, hochvolumige Abfüllungen diese vom Boden weg und höher in den Behälter spülen. Dies erhöht zwar die Wahrscheinlichkeit, sie mittels Röntgeninspektion zu detektieren, macht aber auch deutlich, dass nicht nur der Bodenbereich inspiziert werden sollte. Kaltabfüllungen eines halbfesten oder zähflüssigen Produkts können Fremdkörper in der Schwebe halten, weshalb die Inspektion den gesamten Behälter abdecken sollte. Bei Heißabfüllungen mit niedrigerer Viskosität bewegen sich Fremdkörper tendenziell eher in Richtung Behälterboden. Bei Flüssigkeiten befinden sie sich sogar sehr wahrscheinlich dort, sodass die Inspektion auf diesen Bereich fokussiert werden sollte.

Der Boden von Glasbehältern, die sogenannte Krone, stellt Röntgeninspektionssysteme traditionell vor Herausforderungen, da er stark variiert und der dichteste Bereich ist. Dank technologischer Neuerungen sind heute jedoch Systeme verfügbar, die eine umfassende Glas-in-Glas-Erkennung auch in diesem Bereich für eine breite Palette an Lebensmitteln, Getränken und pharmazeutischen Produkten unterschiedlichster Viskosität bieten.

Moderne Angled-Beam-Systeme arbeiten mit einem einzelnen Perpendikular-Röntgenstrahl, der den Bodenbereich und das Behälterinnere gleichzeitig durchleuchtet. Die Vorteile: Durch eine Draufsicht auf den Behälterboden und unteren Behälterkörper erscheint die Krone in der Darstellung flach. Zudem verläuft der Röntgenstrahl bündig mit der Schulter und dem oberen Bereich des Behälters, sprich 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 Behälterbodens und unteren Behälterkörpers als auch im Behälterinneren. An das Profil jedes einzelnen Behälters angepasstes dynamisches Filtern stellt sicher, dass bei Produkten in Glasbehältern mit dichten Außenwänden die dunklen Bereiche mit hoher Absorption herausgefiltert werden. Dies optimiert die Erkennungsempfindlichkeit in anderen Bildbereichen und minimiert Fehlausschleusungen.

Da das Transportband eine geringe Menge der Röntgenstrahlung absorbiert und ebenfalls Teil des endgültigen Bildes ist, empfiehlt sich ein dünnes Material mit möglichst geringer Dichte. Angled-Beam-Systeme verfügen jedoch auch über entsprechende Softwareoptionen, die auch den Einsatz eines strapazierfähigen Bandes unterstützen. So können Hersteller Verschleiß entgegenwirken und Ausfallzeiten reduzieren. Darüber hinaus ermöglichen Angled-Beam-Systeme auch weitere Produktkonformitätsprüfungen wie etwa Füllstandskontrollen. Da die Konfiguration des Röntgenstrahls es zulässt, dass sich Glasbehälter auf dem Transportband berühren, ist eine Inspektion bei Geschwindigkeiten von bis zu 1.200 Behältern pro Minute möglich.

Während eine Reihe verschiedener automatischer Ausschleusmechanismen wie zum Beispiel mechanische oder pneumatische Pusher zur Verfügung stehen, können des Weiteren für Hochgeschwindigkeitsanwendungen auch andere, fortschrittlichere Ausschleusmechanismen eingesetzt werden, welche die entsprechenden Behälter sanft auf parallele angeschlossene Ausschleusbänder umleiten. Die Position des Röntgengenerators sollte zudem vertikal justierbar sein, sodass das Röntgensystem an eine Vielzahl unterschiedlicher Behältergrößen angepasst werden kann.

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