幸波

摘 要：本文通過介紹X射線成像技術(shù)的原理、特點等信息，對目前罐裝行業(yè)異物檢測設(shè)備進行概述，通過實驗對比不同視角檢測下的測試精度。

關(guān)鍵詞：X射線;罐頭;異物檢測系統(tǒng);應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，罐裝類食品營養(yǎng)、無菌、便捷的特性也越來越受到消費者的青睞。在發(fā)達國家，罐裝類食品消費量占總消費量的1/3，近年來國內(nèi)需求量也逐年上漲。尤其可即食的水果、蛋糕、乳制品及肉類罐裝食品更是人們能量的及時補充站。罐頭一直是我國的傳統(tǒng)食品，在食品工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)起步最早，也是占據(jù)國際市場份額最多的食品。從20世紀中期開始出口到全球市場，我國已成為世界最大的罐頭生產(chǎn)與出口國。

食品安全問題一直是目前人們最關(guān)注的問題之一，也是國家迫切希望化解的難點。隨著罐頭類包裝食品行業(yè)的繁榮發(fā)展，罐頭類食品消費者的著重點也逐漸由便捷易攜帶性轉(zhuǎn)變?yōu)槭称钒踩浴ｋS著各類罐頭食品的出現(xiàn)，也帶動了相關(guān)包裝工藝與檢測設(shè)備的發(fā)展[1-2]，具有高精度、高質(zhì)量性能的罐頭類高端檢測設(shè)備更是市場的迫切需求。本文根據(jù)罐裝產(chǎn)品特點，提出多視角的檢測方法，對容器內(nèi)區(qū)域進行無死角、全方位的成像檢測。

1 X射線異物檢測技術(shù)

食品X光機與行包安檢設(shè)備都基于X射線成像的原理。設(shè)備通過電子對撞從X射線源釋放X射線光束，光束通過準直器照射傳送帶上的檢測產(chǎn)品，下端探測盒接收器接收透過被檢測產(chǎn)品的X射線束，通過數(shù)字圖像處理等技術(shù)，形成X射線檢測灰度圖像。如圖1所示，當被測物檢測有異物時，圖中標注為異物，其所在位置的X射線透過率發(fā)生變化，在灰度圖像顯示產(chǎn)品圖像中可以看出，異物所在區(qū)域在灰度圖像中顯示的灰度與產(chǎn)品區(qū)域不同，X射線異物檢測設(shè)備通過灰度值的不同，從而確定產(chǎn)品中存在異物的情況，并可通過軟件標框提示[3]。

2 罐裝產(chǎn)品檢測方案

由于罐裝產(chǎn)品外觀及材質(zhì)的多樣性，單一視角照射玻璃罐裝產(chǎn)品以及單視角X射線照射時，由于玻璃材質(zhì)瓶底的凸起使得產(chǎn)品區(qū)域存在較多盲區(qū);當不規(guī)則異物與照射角度平行時，異物灰度圖像在罐裝產(chǎn)品的罐壁處，也不利于異物的檢出，金屬罐裝產(chǎn)品在拉環(huán)及瓶蓋處金屬壁較厚，也存在較大盲區(qū)。

針對上述檢測難點，提出三視角檢測模式如圖2所示，結(jié)合斜向上雙視角、斜向下單視角照射特點[4]。首先根據(jù)三視角所成的灰度圖，對罐裝產(chǎn)品內(nèi)各角度進行成像顯示，尤其罐底凸起及較厚的螺紋內(nèi)壁。

3 測試與分析

分別使用現(xiàn)有的3種罐裝異物檢測設(shè)備對同一樣品進行測試塊精度測試。根據(jù)瓶裝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，劃分多種分區(qū)方案，按照頂部瓶蓋、中部瓶頸、邊緣瓶壁、底部瓶底等區(qū)域，使用獨立的算法進行檢測。

3.1 實驗材料

玻璃材質(zhì)罐裝瓶;不銹鋼球（SUS304 ball）測試卡，精度分別為1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、3.0 mm;玻璃（Glass ball）/陶瓷（Ceramic ball）球測試卡，精度分別為2.5 mm、4.0 mm、5.0 mm和6.0 mm;單視角罐裝檢測設(shè)備、雙視角罐裝檢測設(shè)備、三視角罐裝檢測設(shè)備、記錄筆。

3.2 實驗方法

將測試卡依次貼在罐裝產(chǎn)品上述多個區(qū)域位置，分別通過單視角罐裝檢測設(shè)備、雙視角罐裝檢測設(shè)備、三視角罐裝檢測設(shè)備的傳輸裝置，反復(fù)通過30次，記錄檢測出的測試卡穩(wěn)定數(shù)據(jù)精度。

3.2.1 單視角測試精度統(tǒng)計與分析

單視角設(shè)備照射方式為斜向下照射，光源與瓶蓋齊平。單視角測試精度見表1。由表1可知，①蓋子與瓶子頸部對檢測有一定影響，但射線的水平照射成像有利于減少這類的影響。②單視角設(shè)備在瓶子底部的金屬異物檢測效果較好。③單視角照射的缺陷，瓶身兩側(cè)需要屏蔽從而無法檢測小的異物。④瓶子底面厚度和形狀對檢測有一定影響，射線的斜向下照射成像有利于異物的檢測，但玻璃瓶底面的厚度和形狀會對低密度異物的檢測造成影響。

3.2.2 雙視角測試精度統(tǒng)計與分析

雙視角設(shè)備照射方式為斜向上，光源與瓶底齊平。雙視角檢測精度見表2。

由表2可知，①蓋子與瓶子頸部對檢測有影響，射線斜向上照射導(dǎo)致蓋子和頸部的圖像占比大，影響檢測效果。②雙視角照射的優(yōu)勢，一個視角中需要屏蔽的區(qū)域在另一個視角中則完全不需要。③射線在此區(qū)域為接近水平照射，不受瓶底影響。④射線在此區(qū)域為水平照射，體積小的異物將與瓶子底面融為一體無法檢測，體積足夠大的異物可以檢測，從而不利于高密度異物的檢測。

3.2.3 三視角測試精度統(tǒng)計與分析

三視角設(shè)備照射方式為上述兩種照射方式組合。三視角檢測精度見表3。三視角檢測系統(tǒng)同時兼有兩種照射視角的優(yōu)勢，保證了罐裝產(chǎn)品內(nèi)部每個區(qū)域都可得到最佳的檢測靈敏度。

通過以上不同視角設(shè)備的檢測實驗對比可得[5]，三視角較好地避免了漏檢問題，當薄片異物面積較大面與其中某個視角垂直時，另一視角正好與面積最大面平行，對于該視角，X射線的穿透厚度增加，異物的X射線灰度圖更加明顯。

4 結(jié)語

本文根據(jù)現(xiàn)有罐裝產(chǎn)品異物檢測存在的難點，提出一種多視角檢測的技術(shù)方案，針對金屬、玻璃、塑料等材質(zhì)的罐裝瓶裝形式的產(chǎn)品，如醬料、肉類罐頭、水果與蔬菜罐頭、方便食品、乳制品以及飲料與藥品的異物檢測，尤其薄片狀異物、較厚瓶底異物等。使用現(xiàn)有的罐裝檢測設(shè)備進行測試，對比不同區(qū)域的測試精度，得出三視角的檢測方案，極大提高了異物檢出概率。

參考文獻

[1]涂寶峰.罐頭食品的加工工藝研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（18）：76-77.

[2]朱曜.HACCP系統(tǒng)在罐頭食品加工中的建立[J].食品科學，1994（4）：7-9.

[3]易國.X射線食品異物檢測系統(tǒng)設(shè)計與圖像處理方法研究[D].長沙：湖南大學，2011.

[4]李軻，劉賓，王立鵬，等.基于多線掃描的X射線聚焦成像算法研究[J].光學學報，2020，40（13）：62-71.

[5]董浩.基于多視角的X射線圖像分析方法研究[J].南京：東南大學，2016.