Detección de cuerpos extraños en la línea de producción

En términos generales, para los fabricantes, “cuerpo extraño” es todo aquello que no debe estar en la línea de producción, bien sea un elemento orgánico (hueso, piel, cáscaras, otros alimentos que no sean el producto a envasar, trozos de madera, astillas por mencionar algunos) o elementos inorgánicos como los metales, tornillos, plásticos, cartón, papel, etc. La norma es que todo lo que no sea producto, no debe estar allí, ya que supone un problema que puede alterar la calidad del producto final y por consiguiente generar pérdidas económicas, como así también es un riesgo para la salud de los consumidores y la imagen de la empresa.

Hasta ahora, el control de cuerpos extraños en la gran mayoría de industrias, sean o no alimentarias, se viene realizando mediante inspección visual. Es decir, con operarios en la línea de producción mirando el flujo de producto y extrayendo aquellos cuerpos extraños que puedan colarse durante el proceso de fabricación. Por un lado, los sistemas de detección por rayos X que ya se han implementado en prácticamente todas las industrias, nos garantizan que no van a pasar elementos conductivos, es decir, metales, pero no nos exime de que pasen por la línea elementos no conductivos y de baja densidad como son los plásticos, papeles, cartones, piedras, vidrios, gomas, entre otros, que pueden aparecer y que son indetectables con dicha tecnología.

Por otro lado, la visión artificial tradicional, para la detección de cuerpos extraños, tiene importantes limitaciones ante la enorme variabilidad que puede haber en cuanto a tipos, forma, color o tamaño que resulta en una ratio elevado de falsos positivos (producto “bueno” rechazado). No obstante, en un plano más contemporáneo, la visión artificial asistida con deep learning o algoritmos de aprendizaje automático es una tecnología que tiene sus bondades en determinados puntos de la línea, como por ejemplo en el envasado, donde es útil para detectar la presencia de determinados contaminantes físicos.

Si tenemos que decir que a 2022 hay una tecnología lo suficientemente madura, de fácil integración en línea y económicamente viable para detectar cuerpos extraños, es la tecnología NIR hiperespectral. 

Esta tecnología consiste en una ampliación de la visión artificial tradicional en dos sentidos: Primeramente, en vez de los tres canales de color habituales en la visión artificial, la imagen hiperespectral emplea hasta centenares de canales, gracias a lo cual permite apreciar sutilísimas diferencias.  En segundo lugar, las cámaras hiperespectrales que incorporan estos sistemas suelen contar con un rango espectral ampliado más allá del visible, o sea, hacia el infrarrojo, en el que la composición química se manifiesta con mucha más evidencia que en el rango visible. 

Por todo ello, la imagen hiperespectral puede considerarse como un cambio de paradigma en cuanto a los sistemas de visión y como una fuente de datos abundantes y de alta calidad para alimentar los sistemas de visión basados en algoritmos de inteligencia artificial. En la práctica, disponer de una cámara hiperespectral equivale a tener un espectrofotómetro en cada píxel, es decir, que permite obtener información química de la composición del producto píxel a píxel y unidad a unidad de producto, brindando una imagen clara de toda el área inspeccionada y distinguiendo según su composición química lo que es producto y lo que no lo es, independientemente su forma, tamaño o tipología. Tiene una limitación; al trabajar con luz y como ésta tiene una penetración mínima en la materia, todo lo que no sea superficial no será detectado. Para evitar que esto ocurra, en IRIS Technology, integramos vibración o velocidad para generar dispersión del producto en el tramo donde se ubica el sistema de detección hiperespectral. 

El sistema Visum HSI™ puede trabajar a una velocidad de hasta 50 m/min detectando cuerpos extraños de hasta 3 mm² y con una densidad mínima de 0.7g/cm³. Se trata pues, de una solución de “compromiso” entre velocidad de la línea, potencia de procesamiento y tamaño mínimo detectable.

Los sistemas llave en mano de IRIS Technology, como el analizador Visum HSI™, pueden operar en dos rangos espectrales, Vis-NIR (400 a 1000 nm) o SWIR (900-1700 nm). La aplicación de una cámara u otra en el sistema hiperespectral dependerá de la necesidad del fabricante. Si se trata sólamente de detectar cuerpos extraños, se empleará una cámara Vis-NIR ya que en dicho rango hay suficiente información química para detectar lo que es producto y lo que no lo es. Por el contrario, si además se desea cuantificar o clasificar parámetros de composición del producto distintos a la humedad, como pueden ser grasas, proteínas, fibras, acidez u otros parámetros, se empleará una cámara que trabaje en el rango SWIR para obtener resultados fiables y robustos como los del laboratorio.

Es importante destacar que la tecnología hiperespectral no sirve para detectar cuerpos extraños que se encuentren en el interior del producto, independientemente del producto de que se trate, ya que como mencionamos anteriormente, la luz tiene una penetración mínima. 

Aunque no es objeto de este artículo, creemos que es importante aclarar que la tecnología hiperespectral tampoco es útil para la detección de actividad microbiológica en las concentraciones y límites que exigen los organismos regulatorios (ppm), donde la única técnica analítica viable sigue siendo el swap o Elisa.

Por lo tanto, en IRIS Technology invertimos constantemente en I+D para aumentar las capacidades analíticas de nuestros sistemas, así como para desarrollar soluciones avanzadas que sean fiables y viables de integrar en la línea de producción.