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Pablo Pérez-Vasallo, Novadep Scientic SL, Software Area Manager
Obtener un loncheado de producto inhomogéneo (queso con agujeros, bacon, jamon deshuesado) en paquetes de peso exacto con desviación menor de 1 gramo. Para ello se hará uso de información obtenida de la radiografía en línea del producto a lonchear.
La fabricación de un módulo RX complementario a la máquina loncheadora principal. El módulo escaneará el producto y realizará las operaciones de visión artificial preceptivas para enviar las posiciones de corte a la máquina loncheadora principal. La máquina es totalmente automática y se controla totalmente con LabVIEW a través de una interfaz HMI.
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Eusebio Solórzano - Novadep Scientific SL
El mercado necesita cada vez métodos más innovadores y eficientes para mejorar el aprovechamiento de cualquier producto. La industria alimentaria es uno de los sectores donde se persigue ese objetivo con mayor ahínco. En el caso particular del producto loncheado ya envasado, las empresas se enfrentan al reto de producir paquetes con peso exacto partiendo de un producto inhomogéneo. La legislación vigente obliga al envasador a ofrecer en el paquete el peso que se indica en la etiqueta del producto con una desviación inferior al -2%. El productor puede intentar compensar posibles desviaciones envasando un peso mayor pero entonces las pérdidas pueden ser hasta del 10%. El sistema propuesto permite obtener información de la estructura interna del producto y determinar su perfil lineal de densidad lo que supone una ventaja frente a los sistemas volumétricos 3D basados en triangulación láser.
Superar el reto propuesto implica también cumplir la legislación internacional en materia de seguridad radiológica y alimentaria. El diseño, pues, tiene que ser compatible con los estándares de la industria alimentaria (lavable a alta presión, prohibición de uso de metales tóxicos como el plomo, etc) y tener unos niveles de radiación en superficie mínimos e inferiores a unos valores de referencia. Así pues el objetivo fundamental es desarrollar un sistema de corte predictivo para producto alimentario capaz de cumplir con los estándares radiológicos y alimentarios mejorando el aprovechamiento del producto y en consecuencia reduciendo los costes de producción. De forma adicional será posible detectar inclusiones metálicas que puedan poner en riesgo al consumidor y/o la cuchilla de la máquina loncheadora.
La ley de Beer-Lambert es el fundamento físico en el que se basa el sistema. Esta ley predice la absorción de los RX por parte de los distintos tejidos/materiales en función de su densidad. Nuestro sistema consta de tubo RX y un detector en línea para determinar esa absorción en forma de imagen de transmisión con alta resolución espacial (radiografía). Con la imagen radiográfica tomada, tras realizar una serie de cálculos, es posible determinar la densidad del objeto a través de calibraciones previas. Sin embargo, es posible evitar la necesidad calibración previa del sistema si se conoce el peso total de la pieza examinada. El módulo RX incluye una célula de carga que permite conocer el peso del producto una vez escaneado por lo que de esta forma es posible calibrar el perfil de densidad en cada escaneo con menor error.
El equipo estará formado por cinco partes diferenciadas tal y como se muestra en la figura 2:
•Sistema de radiografía: Formado a su vez por el subconjunto fuente R-X y detector. Son los componentes fundamentales del escáner. El elemento emisor tiene una potencia máxima de 50W (80KVp, 700µA) y un detector de 768 píxeles y 10bits que permite la obtención de imágenes a una resolución óptica de 350 micras. La comunicación es RS-232 y cameralink respecticamente.
•Estructura del equipo: está destinado a dar soporte a todos los componentes que forman el equipo y a blindar radiológicamente al usuario. Se utiliza una estructura tipo “sándwich” de acero inoxidable-plomo que permite cumplir las normativas de radioprotección y alimentaria simultáneamente. Además contiene elementos mecánicos que coliman el haz de la fuente de rayos-X con el fin de reducir la dosis en las zonas abiertas de la estructura (entrada y salida de producto).
•Cintas transportadoras: Bandas de categoría alimentaria, actuadas por motores paso a paso (PaP), que desplazan el producto a velocidad constante para su escaneo. Los motores PaP se controlan mediante 3 drives con comunicación RS-485
•Célula de carga: Elemento necesario para obtener el peso total del producto escaneado para poder calibrar el perfil de densidad obtenido. Los datos de la célula de carga se leen a través de un acondicionador de señal con comunicación RS-485
•Ordenador embebido: Sistema que controla todos los elementos anteriores, tal y como se muestra en la figura 2. El ordenador tiene instalado un programa ejecutable programado en LabVIEW que sirve como plataforma para la automatización y control de todos los elementos que conforman el escáner.
El programa desarrollado utiliza LabVIEW como única plataforma de programación. Se han desarrollado módulos de comunicación para cada uno de los elementos, desarrollando hasta las funciones de comunicación más básicas. El entorno gráfico HMI creado permite tener un control del equipo únicamente mediante entrada táctil. Durante el escaneado existe un funcionamiento sincronizado de las cintas transportadoras junto con el sistema de rayos-X, de tal forma que se obtiene una imagen del producto escaneado. A partir de la imagen obtenida las funciones del paquete Vision Development Module permiten obtener el peso en cualquier sección “virtual” del producto. Con estos datos el software calcula las porciones con un peso idéntico y el número de lonchas por porción, que son enviadas a la máquina de corte.
Ha sido posible desarrollar un sistema para la determinación de cortes con idéntico peso en producto alimentario no homogéneo. Esto permite mejorar el aprovechamiento del producto y reducir los costes de producción. Ha sido necesario fabricar de un sistema seguro a nivel radiológico y que cumpla con las normativas de la industria alimentaria. El desarrollo de un software de control basado en LabVIEW ha sido clave para el uso sincronizado de todos los elementos que forman el equipo y las operaciones de tratamiento y manipulación de la imagen obtenida.
Este módulo RX desarrollado permite optimizar el aprovechamiento del producto eliminando, practicamente en su totalidad, los paquetes fuera de especificaciones. Esto permite incrementar el beneficio de los productores y envasadores entre un 5-7%.
Pablo Pérez-Vasallo
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