Auf die Zwischentöne kommt es an

Die Dioden sind als Suchgerät des Röntgeninspektionssystems von maßgeblicher Bedeutung: Die Diodengröße bestimmt direkt, wie genau Fremdkörper bei unterschiedlichen Produkteigenschaften erkannt werden – und sichert so die Produktqualität und den guten Ruf des Produzenten. Daher haben Hersteller wie Mettler-Toledo für Röntgeninspektionssysteme wie die X36-Serie eine breite Palette an Diodengrößen im Angebot. In der Lebensmittelbranche sind Größen von 0,4 bis 0,8 mm am weitesten verbreitet.

Um zu verstehen, wann welche Diodengröße die zuverlässigsten Messergebnisse liefert und wirtschaftlicher arbeitet, gilt es zunächst, die grundlegenden Erkennungsmethoden der Dioden näher zu betrachten, nämlich die räumliche Auflösung und den radiografischen Kontrast. Anschließend lohnt sich ein Blick auf die Produktbeschaffenheit – sie entscheidet letztlich darüber, welche Diodengröße im individuellen Fall bessere Erkennungsraten liefert.

Die Dioden sind neben dem Röntgengenerator und dem Computer zur Bilderstellung eines von drei zentralen Bestandteilen eines Systems für Röntgeninspektion. Nachdem der Röntgenstrahl das Produkt durchleuchtet hat, trifft die Reststrahlung auf die Dioden. Diese sitzen in einer Reihe quer zur Transportrichtung, messen die Restenergie und schicken sie als elektrisches Signal an den Computer. Der Computer wiederum erstellt aus den Signalen zeilenweise die Röntgenbilder. Dabei ist jede Bildzeile nur so hoch wie der Durchmesser der Dioden. Je kleiner also die Diode, desto mehr Bildpunkte entstehen und desto höher ist die räumliche Auflösung.

Die hohe Auflösung der kleinen Dioden trägt zu ihrem Ruf bei, grundsätzlich für bessere Erkennungsraten und damit für eine zuverlässigere Produktkontrolle zu sorgen. Dabei wird jedoch oft außer Acht gelassen, dass kleine Dioden aufgrund ihrer geringen Größe weniger Röntgenstrahlung aufnehmen können. Damit die Bildqualität erhalten bleibt, erfordern kleinere Dioden also eine stärkere Röntgenstrahlung, was wiederum einen höheren Stromverbrauch nach sich zieht. Zugleich verschleißen die Röntgenröhren durch die höhere Belastung schneller und müssen häufiger ausgetauscht werden.

Kleinere Dioden benötigen für das Abtasten eines Produkts aufgrund ihrer geringen Größe mehr Zeit oder müssen das Produkt innerhalb der gleichen Zeit häufiger abtasten, was die Signalstärke verringert. Deshalb steigt zwar mit geringerer Diodengröße die Auflösung, jedoch müssen der Durchsatz und die Band-geschwindigkeit reduziert werden, um die Bildqualität zu erhalten.

Der radiografische Kontrast gibt an, wie sehr sich Produkt und Verunreinigung auf dem Röntgenbild unterscheiden. In der Regel ist ein Fremdkörper aus einem dichteren Material als die Lebensmittel und schluckt beim Durchleuchten mehr Röntgenenergie als das durchlässigere Produkt. Diesen Energieunterschied registrieren die Dioden und stellen Fremdkörper auf dem Röntgenbild deutlich dunkler dar.

Wenn allerdings ein sehr dichtes und möglicherweise auch noch dickes Produkt wie etwa ein Käseblock den Röntgenstrahl passiert, schluckt das Produkt selbst bereits sehr viel Energie und ist damit schwieriger von einem Fremdkörper zu unterscheiden. Erschwerend kommt hinzu: Jedes elektronische Gerät erzeugt ein gewisses Hintergrundrauschen. Je weniger Röntgenenergie bei den Suchdioden ankommt, desto schwieriger ist es für sie, den Dichteunterschied vor dem Hintergrundrauschen als sichtbaren Hell-Dunkel-Kontrast darzustellen.

Weil kleinere Dioden weniger Röntgenenergie aufnehmen, übertönt für sie das Rauschen den Produkt-Fremdkörper-Kontrast – und sie erkennen Verunreinigungen schlechter. Eine größere Diode dagegen ist empfindlicher, da sie mehr Röntgenenergie aufnimmt. Dadurch nimmt sie das Rauschen weniger wahr und erzeugt ein kontrastreicheres Bild. Eine größere Diode empfiehlt sich daher besonders bei Produkten mit hoher Dichte.

Ob eine hohe Auflösung oder ein deutlicher radiografischer Kontrast Verunreinigungen effektiver erkennen, bestimmt die Beschaffenheit des Produkts und auch der Fremdkörper. Zusätzlich zum bereits angesprochenen Einfluss der Produktdichte können dicke Lebensmittel einen Projektionseffekt hervorrufen: Dabei erzeugt ein Fremdkörper einen Schatten für das Suchgerät, der umso unschärfer und schwerer zu erkennen ist, je weiter die Verunreinigung von der Diode entfernt ist. Diese blassen Schemen lassen sich leichter von energiesensibleren, also größeren Dioden wahrnehmen.

Auch bei Produkten mit natürlichen Dichteschwankungen und damit Produkteffekten punkten größere Dioden. Eine Packung Reis verursacht beispielsweise ein starkes Produkt-rauschen aufgrund der Dämpfungsunterschiede, sprich Unebenheiten, innerhalb des Produkts. Eine kleine Diode ist hier weniger geeignet, da das Signal im Vergleich zum Pro-duktrauschen zu schwach sein könnte.

Hersteller sollten bei der Entscheidung für eine Diodengröße außerdem analysieren, mit welchen Fremdkörpern sie in ihren Lebensmitteln zu rechnen haben. Sind Verunreinigungen mit hoher Dichte wie Metall zu erwarten, reicht eine kleine Diode aus, da sie eindeutige Dichteunterschiede zwischen Lebensmittel und Fremdkörper gut genug erkennt. Bei kleinen Fremdkörpern mit geringer Dichte, wie Glas, Kunststoff oder Knochen, sollte eine große Diode verwendet werden. Sie liefert durch das verbesserte Signal selbst mit weniger Röntgenenergie eine gute Bildqualität.

Bei Diodengrößen gilt als Daumenregel: Kleine Dioden liefern bei dünnen, wenig dichten und homogenen Lebensmitteln wie etwa Käsescheiben oder Leberwurst aufgrund der hohen räumlichen Auflösung die besseren Erkennungsraten. Für dicke, dichte oder heterogene Produkte wie etwa Käseblöcke oder Kartoffelnetze eignen sich größere Dioden. Sie nehmen mehr Röntgenenergie auf, liefern einen deutlicheren radiografischen Kontrast und benötigen weniger Energie.

Diese allgemeinen Grundsätze ersetzen jedoch nicht eine genaue Analyse des konkreten Anwendungsfalls. Denn für eine sichere und zugleich effiziente Röntgeninspektion gibt es keine einfache Lösungsformel. Der Königsweg ist vielmehr, das Röntgensystem genau auf die Produkte und die zu erwartenden Fremdkörper abzustimmen. Um Lebensmittel bestmöglich zu kontrollieren und alle gesetzlichen Vorgaben sicher zu erfüllen, lassen sich Hersteller idealerweise von erfahrenen Röntgeninspektionsanbietern mit breiten Modularisierungsoptionen wie Mettler-Toledo beraten.

www.prozesstechnik-online.deSuchwort: dei1215mettler-toledo

Marketingleiter, Mettler-Toledo Produkt-inspektion Deutschland