Qualità in linea: sensori, strumenti di misura, e…

Le caratteristiche principali di uno strumento di misura sono ripetibilità, prontezza, sensibilità, risoluzione, fondo scala, precisione. Altri fattori rilevanti sono il costo, l’ingombro, il peso dello strumento stesso. Le varie caratteristiche sono correlate tra loro e sono spesso la conseguenza di un compromesso.

Il costo può aumentare sensibilmente all’aumentare dell’intervallo di funzionamento e non sempre le due grandezze sono correlate in modo lineare; in genere un piccolo ampliamento delle caratteristiche (precisione, intervallo di funzionamento) comporta un aumento dei costi ben superiore ai miglioramenti apportati.

I parametri da controllare

I sistemi di controllo qualità delle linee di imbottigliamento sono accomunati da alcuni controlli ricorrenti, fra questi la presenza e posizione dell’etichetta, la verifica dei livelli di riempimento con valenza estetica e legale, la tenuta della chiusura per prevenire perdite e proteggere il prodotto dal contatto con l’aria, l’assenza di patogeni. I criteri di accettazione devono esser concordati con il cliente. La tabella 1 riassume i controlli più diffusi.

L’assenza dell’etichetta e la presenza di patogeni sono difetti critici perché rendono il prodotto illegale e non prevedono LQA.

Il mancato rispetto della posizione dell’etichetta è un difetto minore e il relativo LQA può arrivare fino a quattro; il contenuto della bottiglia e le relative tolleranze sono stabilite dalla normativa metrologica e come tali devono essere rispettate.

L’LQA attribuito alla chiusura imperfetta deve essere molto basso per evitare contestazioni, perdite di prodotto o problemi di contaminazione microbiologica.

Una mirata serie di misure permette di validare la capacità della linea, calcolare la media e la deviazione standard, ma in caso di LQA molto bassi è spesso preferibile ricorrere a un controllo automatico sull’intera produzione, realizzato con strumenti installati in linea.

Lo stesso dicasi nel caso di linee molto veloci, quando sia indispensabile eliminare tutti i pezzi difettosi, prevenire cause random, e ancora quando si abbiano ambiziosi obiettivi di miglioramento continuo o di saving che portano a ridurre i campionamenti manuali.

I criteri di installazione

Strumenti e sensori possono misurare oppure trasmettere informazioni qualitative. Devono essere “capaci” tanto quanto il processo; la relazione tra il massimo errore accettabile e l’intervallo di accettazione deve essere meno di un terzo, meglio se meno di un decimo. Ogni strumento o sensore è soggetto a errori sistematici e a errori accidentali. Gli errori casuali sono dovuti a influenze non controllabili e non unidirezionali che intervengono durante una serie di misure; sono responsabili della variabilità dei valori misurati intorno ad un certo valore medio a parità di condizioni sperimentali.

Gli errori sistematici sono le deviazioni dal valore vero che durante la misura sono costanti in entità e mantengono lo stesso segno.

Ogni strumento ha un intervallo entro il quale operare e fuori dal quale i risultati non sono più attendibili.

Gli strumenti installati sulla linea sono soggetti ad alcuni vincoli aggiuntivi: stabilità, robustezza, assenza di interferenze o disturbi, facilità d’uso, accessibilità per la manutenzione e la calibrazione. Un altro criterio di scelta è l’affidabilità dell’assistenza tecnica erogata dal fornitore. È preferibile scegliere strumenti versatili in grado di controllare più parametri contemporaneamente.

Nello scegliere è importante considerare anche le performance degli espulsori che allontanano i prodotti difettosi dalla linea; devono garantire un’efficienza pari a quella degli strumenti automatici di controllo.

In sintesi l’installazione di questi sistemi richiede un accurato studio preliminare, per evitare che il frutto di un ingente investimento sia presto accantonato perché poco funzionale.

Le tecnologie

Una delle tecnologie più innovative è la valutazione di immagini catturate con telecamere lineari o a matrice. L’elaborazione dei dati estratti dall’immagine permette di misurare altezze, diametri e angoli, valutare la presenza e assenza o la posizione di alcune componenti dell’imballaggio (chiusure, collarini, etichette), forme, difetti del contenitore, presenza di sporcizia o corpi estranei.

La telecamera deve essere associata ad adeguate ottiche alla lunghezza d’onda del visibile, laser, led, infrarossi. Un’unica telecamera può effettuare più controlli contemporaneamente.

Per esempio sono spesso accomunati il livello di riempimento, lo spessore della schiuma, la presenza/ assenza della chiusura, la sua posizione. Meno diffusi sono i sistemi di controllo ai raggi X e ai raggi gamma. I raggi X sono raggi elettromagnetici, collocabili nella porzione dello spettro elettromagnetico con una lunghezza d’onda compresa tra 10 nanometri e 1 picometro. I loro fotoni hanno un’energia tale da attraversare i materiali con un’attenuazione dipendente dalla densità e dallo spessore del materiale attraversato. Solo spessori dell’ordine dei centimetri di piombo o delle decine di centimetri di calcestruzzo possono fermarli. Nelle applicazioni per il settore alimentare i dosaggi sono bassi al punto da non causare pericoli per il prodotto e gli operatori. I tubi radiogeni sono rigorosamente regolamentati e controllati. Nel settore imbottigliamento sono usati per controllare contemporaneamente il livello della bevanda in contenitori opachi e la pressione interna dei contenitori misurando il raggio di curvatura esterna di un lid o di una capsula. I raggi gamma sono una forma di radiazione elettromagnetica prodotta dal decadimento gamma; sono più penetranti della radiazione particellare prodotta dalle altre forme di decadimento. Abbinati a dei sensori di precisione permettono di rilevare la presenza di corpi estranei nei contenitori (frammenti di vetro o di metallo).

I metal detector sono molto utilizzati nell’industria alimentare, soprattutto in presenza di imballaggi di plastica o vetro. Il passaggio di un oggetto o di un frammento metallico in un campo magnetico disturba il campo. Le variazioni sono misurate ed interpretate come presenza di un contaminante metallico. La rilevazione è difficoltosa qualora si tratti di un metallo non magnetico (acciaio), di frammenti lunghi e sottili (aghi) o se nei pressi dello strumento ci sono disturbatori magnetici. I sensori usati per rilevare la presenza /assenza di oggetti o gli spessori sfruttano uno o più di questi principi: induzione, ultrasuoni, cellule ottiche (riflessione o barriera). Si utilizzano sensori anche per valutare la tenuta di un contenitore. Si valuta la pressione interna tramite sistemi elettroacustici o a radiofrequenza. Nei sistemi elettroacustici un impulso magnetico colpisce la capsula o il lid, un microfono registra l’eco, basandosi sul fatto che la propagazione del suono nel contenitore dipende dal livello di riempimento e dalla pressione nella bottiglia. Nei sistemi a radiofrequenza un radar misura la curvatura del lid correlata alla pressione interna. Lo stesso radar può anche misurare le vibrazioni della parete del contenitore eccitate da un campo magnetico.

Il problema microbiologia

I controlli microbiologici recano con sé diversi problemi: implicano il prelievo di campioni caratterizzati da bassa significatività statistica, i controlli sono distruttivi e gli esiti non sono immediati.

Quando la microbiologia fa davvero la differenza, per esempio nel riempimento asettico o nei prodotti UHT, è necessario bloccare il lotto per alcuni giorni. Un modo per prevenire il rischio microbiologico è la rigorosa applicazione del sistema HACCP impostato in modo da tenere sotto controllo tutti i parametri che, a monte, possono influenzare la qualità microbiologica dei prodotti finiti. È importante considerare bene le conseguenze della variazione di alcuni parametri indiretti (temperatura e pH) facilmente misurabili e correggibili. Il controllo microbiologico di contenitori e chiusure è piuttosto raro, ma potrebbe apportare notevoli miglioramenti al processo. Molte linee di imbottigliamento prevedono il lavaggio e la disinfezione di contenitori e chiusure prima dell’utilizzo. È utile impostare un’indagine preliminare che coinvolga con cadenze regolari la carica microbica iniziale e dei limiti di accettazione per i materiali in arrivo. Tra le soluzioni immediatamente adottabili ci sono la sostituzione delle interfalde in cartone con interfalde in plastica lavabili, il passaggio a bancali coperti, lo stoccaggio in ambienti non umidi, i controlli microbiologici degli imballaggi alla consegna, il monitoraggio della concentrazione e dell’efficacia delle soluzioni disinfettanti, la contaminazione dell’aria nella zona del depallettizzatore e nella zona del riempimento. È pleonastico sottolineare che le riempitrici devono essere regolarmente sanificate. La qualità dell’acqua di risciacquo può essere valutata con tecniche ATP, COT (composti organici totali) o con metodi microbiologici.