GUIDA AI METAL DETECTORS
Lo scopo di questa guida è di fornire ai Responsabili Qualità ed in generale agli utilizzatori di metal detectors una conoscenza base dei rilevatori di metalli e delle loro caratteristiche, in particolare per quanto concerne i seguenti argomenti:
Come è fatto un metal detector
I metal detector servono ad indentificare la presenza di particelle metalliche indesiderate all'interno di prodotti industriali.
Per fare questo, i prodotti da controllare (1) vengono fatti transitare all'interno di una testa di rilevazione (2) in cui è presente un campo magnetico.
Una centralina di controllo (3) analizza il campo magnetico, distinguendo tra le variazioni generate dal solo prodotto non contaminato (chiamato solitamente effetto prodotto) e quelle generate invece da un contaminante metallico.
Il metal detector è solitamente dotato di un sistema di identificazione e scarto dei pezzi contaminati (4), che puo variare dal semplice stop dell'avanzamento del prodotto a vari sistemi di espulsione automatica.
La testa di rilevazione, vista in sezione nel disegno sottostante, è dotata di un sistema di trasmissione (in verde) ed un sistema di ricezione (in rosso).
In base a come queste siano realizzate, si possono distinguere due principali tipologie di metal detector industriale:
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- Metal detectors a magneti: questo tipo di rilevatore utilizza un campo magnetico fisso, generato da magneti permanenti. Il pezzo di metallo in transito nel varco viene magnetizzato. Il passaggio di un pezzo magnetizzato all'interno di una bobina genera una corrente elettrica, che viene amplificata ed utilizzata per determinare gli allarmi.
Questo tipo di metal detector è in grado di rilevare la presenza di particelle metalliche all'interno di buste in alluminio, perchè l'alluminio che non risponde ai campi magnetici fissi, ma è in grado di rivelare solo particelle che siano a loro volta magnetiche, e non è adatto alla rilevazione di particelle d'acciaio.
Per questo viene solitamente denominato Ferrous-in-foil.
- Metal detectors a bobine bilanciate: è il tipo più diffuso. La bobina di trasmissione genera un segnale ad una frequenza ben determinata, che viene ricevuto da due bobine bilanciate.
Il passaggio di un oggetto all'interno del campo turba l'equilibrio, e la variazione viene analizzata dal software di controllo, che segnala la presenza di contaminanti metallici.
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Questo tipo di metal detector è in grado di rilevare tutti i tipi di contaminanti metallici.
Entrambi i tipi di metal detector possono essere realizzati con un varco di passaggio rettangolare o circolare, a seconda delle caratteristiche del prodotto da controllare.
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I fattori che influenzano la sensibiltà
La capacità di rilevazione di un metal detector è influenzata da numerosi fattori:
- Il tipo e la forma del metallo che deve essere rilevato
- La dimensione del varco di passaggio
- La posizione del metallo che deve essere rilevato
- Il prodotto da controllare
Visto che molti di questi fattori non possono essere determinati a priori (ad esempio, non è possibile sapere in anticipo quali tipi di metallo verranno trovati), i test per determinare la sensibiltà del metal detector devono essere svolti in modo da simulare la condizione più sfavorevole.
Prenderemo in esame ognuno di questi fattori separatamente, vedendo come questo influisce sulla sensibiltà finale del metal detector
Il tipo di metallo e la sua forma
Non tutti i metalli sono ugualmente rilevabili da un metal detector: un pezzo di metallo risulterà piu o meno facile da rilevare a seconda delle caratteristiche elettromagnetiche del metallo stesso e delle dimensioni del frammento da rilevare.
Un metal detector rileva i metalli in base a quanto questi siano magnetici e conduttivi.
Un metallo magnetico è un metallo che viene attratto da un campo magnetico fisso, come ad esempio quello generato da una comune calamita. Un metallo conduttivo è un metallo che conduce corrente elettrica.
Più un metallo è conduttivo e magnetico, maggiore sarà il disturbo che questo genererà nel campo magnetico di controllo, e di conseguenza sarà rilevabile.
In base a questi dati si distinguono i metalli in tre categorie principali:
- Metalli ferrosi: fortemente magnetici e fortemente conduttivi
- Metalli non ferrosi: non magnetici ma fortemente conduttivi
- Acciai: non magnetici e debolmente conduttivi
| TIPO |
ESEMPIO |
CAPACITA MAGNETICA |
CONDUCIBILITA ELETTRICA |
RILEVABILITA |
| FERROSI |
Ferro |
Elevata |
Elevata |
Elevata |
| NON FERROSI |
Alluminio |
Bassa |
Elevata |
Buona |
| ACCIAI |
AISI 304, AISI 316 |
Bassa |
Bassa |
Scarsa |
A parità di forma e composizione, inoltre, un contaminante di massa maggiore è più facilmente rilevabile di un contaminante di massa minore.
Più della massa è però importante considerare la sezione che il contaminante oppone al campo magnetico: il disturbo sarà tanto maggiore quanto è maggiore la sezione opposta.
Come si vede dal disegno soprastante, il pezzo 1 oppone una sezione minore al campo magnetico del metal detector rispetto al pezzo 2. Per questo, pur avendo stesse dimensioni e stessa composizione, il disturbo generato dal campione 1 è minore di quello generato dal campione 2.
E' facile comprendere come non sia semplice andare a determinare la sensibilità di un metal detector. Per questo, quando ci sia necessità di indicare la capacità di rilevazione in maniera chiara ed univoca (ad esempio per la certificazione di un impianto) si utilizzano di solito sfere campione di dimensione e composizione noti e certificati.
Una sfera ha il vantaggio di presentare al campo di rilevazione una sezione sempre identica e di essere realizzabile in materiali e dimensioni note. La capacità di rilevazione di un metal detector quindi è misurabile in base alla dimensione minima di sfera che è in grado di rilevare.
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Il varco di passaggio e la posizione del metallo
La sensibiltà di un metal detector, a parità di ogni altro fattore, diminuisce all'aumentare della dimensione del varco di passaggio.
Il parametro determinante è la dimensione minore del varco di passaggio: un metal detector dovrebbe essere in grado di rilevare a vuoto una sfera di materiale ferroso di diametro circa pari all'1% della dimensione minore del varco di passaggio.
Ciò significa che ci può attendere una capacità di rilevazione di 1mm per un varco di 100mm, di 1,5mm per un varco da 150mm e così via.
Per i campioni non ferrosi e di acciaio le dimensioni rilevabili sono di solito maggiori, ma le misure precise dipendono in larga parte dal prodotto che deve essere controllato.
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La sensibiltà di un metal detector non è però uguale in tutte le parti del varco di passaggio.
L'intensità del campo magnetico, e di conseguenza la capacità di rilevazione del metal detector è massima vicino alle antenne di rilevazione, e decresce mano a mano che ci si allontana.
Le antenne sono collocate tutto intorno al varco, e di conseguenza la sensibiltà sarà massima nei pressi dei bordi, e decrescerà mano a mano che ci si allontana dal bordo. Questo fenomeno è noto come gradiente di sensibiltà, e cresce al crescere delle dimensioni del varco.
Per questo i test di sensibilità devono essere svolti ponendo i contaminanti al centro del varco, in modo da simulare le condizioni più sfavorevoli.
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Il campo di rilevazione di un metal detector non è del tutto contenuto all'interno della testata.
La testa del metal detector è realizzata in metallo, in modo da schermare il campo all'interno della stessa. E' però necessario realizzare un varco per il passaggio del prodotto, ed il campo magnetico fuoriesce da questo foro.
Eventuali pezzi metallici che si muovano in questa zona possono venire rilevati se la loro dimensione è sufficiente. Per questo quando si installa un metal detector è necessario prevedere una zona libera da metalli: tutte le parti metalliche devono essere situate ad una distanza pari ad almeno la dimensione minore del varco di trasporto.
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Il tipo di prodotto e la sua disposizione
Il fattore più importante nel determinare la sensibilità di un metal detector è il prodotto che deve essere controllato.
Tutti i prodotti, al loro passaggio all'interno di un metal detector, generano un disturbo nel campo di rilevazione. Questo disturbo può essere talmente basso da risultare trascurabile, o essere così elevato da compromettere seriamente la rilevazione dei contaminanti metallici.
Esattamente come per i contaminanti metallici, il disturbo prodotto (il disturbo indotto nel campo magnetico da un prodotto non contaminato) dipende da moltissimi fattori, non sempre determinabili a priori.
Per questo è buona prassi quando si voglia installare un metal detector sulle proprie linee, richiedere un test preventivo con campioni di prodotto, per determinare quale sarà la capacità di rilevazione della macchina.
Una quantificazione precisa è impossibile, vista l'enorme varietà di prodotti che è possibile controllare con un metal detector, ma è sempre necessario considerare questi fattori:
- Massa del prodotto: il disturbo cresce all'aumentare della massa
- Umidità relativa: i prodotti umidi sono più conduttivi, e quindi disturbano di più, dei prodotti secchi
- Temperatura del prodotto: All'aumentare della temperatura il disturbo aumenta.
- Densità: Il disturbo aumenta all'aumentare della densità.
- Sezione: Un prodotto di sezione elevata ha un disturbo maggiore di un prodotto di sezione minore
- Contenuto salino: il sale, disciolto, è un eccellente conduttore e genera un elevato disturbo
- Quantità di sangue: Il sangue, ricco di ferro, genera un elevato distubo
- Contenuto metallico: Prodotti naturalmente ricchi di metalli hanno un disturbo più elevato
Partendo da questi dati, è già possibile dare una prima quantificazione: ad esempio è lecito attendersi buone prestazioni nel controllo di piccoli pacchi di biscotti secchi, mentre il controllo di grossi tranci di carne risulterà molto più difficoltoso.
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Un prodotto che passi come flusso costante darà un disturbo molto minore di un prodotto discontinuo.
Questo è particolarmente importante nel settore dei salumifici: i salumi sono generalmente prodotti di massa elevata, ricchi di sale, sangue ed umidità, ed il controllo dei singoli pezzi finiti può risultare difficoltoso.
Per questo si opta solitamente per il controllo del prodotto in uscita alla insaccatrice, quando si presenta come un impasto omogeneo: controllare un flusso costante di prodotto permette di ridurre il disturbo rilevato e di ottenere prestazioni migliori di quelle che si otterrebbero controllando i pezzi dopo l'insaccamento.
In questo caso, i disturbi provengono soprattutto da disomogeneità nel prodotto quali bolle d'aria o eventuali pezzi ghiacciati.
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La variazione di sensibilità all'interno del varco influisce anche sul disturbo prodotto rilevato: lo stesso pezzo in transito al centro del varco ed al bordo dello stesso darà un distubo minore nel primo caso, e maggiore nel secondo.
E' quindi auspicabile una uniformità della posizione di passaggio per prodotto all'interno del varco, per mantenere il più possibile costante il disturbo prodotto.
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Posizionare un metal detector nella linea di produzione
Un adeguato piazzamento nella linea di produzione può facilitare molto il lavoro di un metal detector, ed un posizionamento inadeguato può compromettere la capacità di rilevazione.
Per questo è sempre consigliabile, quando si prevede di installare un rilevatore di metalli, concordare un sopralluogo con i tecnici Co-El per analizzare il miglior posizionamento.
I fattori desiderabili sono quelli che minimizzano il disturbo prodotto, come illustrato nel paragrafo precedente. Naturalmente molti di essi non sono controllabili, in quanto dipendono strettamente dalle caratteristiche del prodotto, ma ovunque possibile è utile prevedere:
- Ispezionare piccole quantità di prodotto: riducendo la massa la sensibiltà risulta migliore
- Porre il metal detector il più possibile a valle nella linea di produzione: in questo modo si minimizza la possibiltà che il prodotto venga contaminato dopo il controllo
- Ispezionare il prodotto già impacchettato: una eventuale contaminazione successiva al controllo rimarrà fuori dalla confezione e non a contatto col prodotto
- Prevedere un sistema di identificazione dei pezzi contaminati: un metal detector è efficace solo se i pezzi rilevati vengono rimossi dalla linea.
- Assicurare il più possibile un prodotto costante: Tutte le variazioni di massa, posizione, dimensioni peggiorano le condizioni di lavoro.
Se ad esempio vi sono grandi variazioni di massa, ad esempio perchè i prodotti possono giungere ammassati, è necessario tarare il metal detector perchè non dia falsi allarmi nelle condizioni di lavoro peggiori. Questo comporta che pezzi più piccoli vengono controllati con una sensibiltà minore di quella che sarebbe possibile ottenere nel caso passassero solo i pezzi più piccoli.
Ciò portrebbe rendere necessario un controllo grossolano anche su pezzi facilmente ispezionabili, con il risultato di non sfruttare appieno le potenzialità dell'apparecchiatura.
E' una buona precauzione utilizzare guide per il prodotto in modo da assicurare che i pezzi da controllare abbiano posizione ed orientamento il più possibile costanti, soprattutto se i pezzi arrivano con
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Metal detectors alimentari |
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