Teknologi Pemeriksaan Visual untuk Kecacatan Penutup Botol PET: Dari Prinsip kepada Aplikasi Perindustrian
Pada barisan pengeluaran minuman berkelajuan tinggi, kualiti pengedap setiap penutup botol adalah penting untuk keselamatan makanan dan reputasi korporat. Teknologi pemeriksaan visual, yang membolehkan mesin "melihat" kecacatan halus pada penutup botol, telah menjadi komponen penting dalam kawalan kualiti industri moden.
Botol PET terdapat di mana-mana dalam industri barangan pengguna (FMCG) yang bergerak pantas, seperti minuman dan farmaseutikal. Sebagai komponen teras pembungkusan dan pengedap, kualiti penutup botol secara langsung memberi kesan kepada keselamatan dan kualiti kandungan. Pengesanan kecacatan penutup botol tradisional bergantung terutamanya pada pemeriksaan visual manual, yang mengalami kecekapan rendah, intensiti buruh yang tinggi dan kadar pemeriksaan yang tidak dijawab yang tinggi.
Teknologi pengacuan mampatan penutup botol terkini membolehkan kelajuan pengeluaran penutup botol PET 24,000-48,000 unit sejam. Walau bagaimanapun, kelajuan pengeluaran yang tinggi meningkatkan kebarangkalian kecacatan.
Teknologi pengesanan kecacatan penutup botol PET berasaskan penglihatan mesin telah muncul sebagai alat teknikal utama untuk memastikan kualiti produk.
I. Jenis Biasa Kecacatan Penutup Botol PET dan Kesannya
Kecacatan penutup botol PET berbeza-beza dan boleh dikategorikan ke dalam kategori berikut berdasarkan bentuk dan lokasinya:
Kecacatan penampilan terutamanya termasuk ubah bentuk penutup keseluruhan, penyok tepi, kotoran dan parut. Kecacatan ini bukan sahaja menjejaskan penampilan produk tetapi juga boleh menjejaskan prestasi pengedapnya. Sebagai contoh, ubah bentuk keseluruhan penutup botol boleh menyebabkan kesesuaian longgar dengan kemasan botol, yang berpotensi menyebabkan kebocoran atau pertukaran gas.
Kecacatan pengedap seperti penutup bengkok, penutup tinggi atau penutup yang hilang secara langsung memberi kesan kepada integriti bungkusan. Penutup bengkok boleh mewujudkan jurang antara penutup dan kemasan botol, yang berpotensi membawa kepada kebocoran cecair atau kemasukan gas; penutup tinggi menunjukkan bahawa penutup tidak diketatkan sepenuhnya, juga memberi kesan kepada meterai.
Kecacatan struktur termasuk lebar gelang anti-kecurian yang berlebihan dan jambatan penghubung yang patah. Pecah sepenuhnya atau sebahagian daripada jambatan penghubung dalam gelang anti-kecurian boleh menjejaskan keselamatan produk dan menghalangnya daripada berfungsi dengan baik.
Kecacatan yang berkaitan dengan leher termasuk kilat kemasan botol, acuan kemasan dalaman yang lemah, dan diameter platform gelang pengunci yang tidak normal. Kecacatan ini timbul daripada isu dengan pengeluaran prabentuk atau proses pengacuan tiupan tetapi boleh memberi kesan langsung kepada prestasi pengedap penutup botol. Sebagai contoh, kilat kemasan botol yang berlebihan boleh mengganggu penyumbat luar penutup, menjejaskan pengedap; manakala kilat pada benang boleh menghalang skru pada penutup dan mudah membawa kepada penutup bengkok.
Jadual 1: Jenis Kecacatan Biasa dan Kesan Penutup Botol PET
II. Komponen Sistem Pemeriksaan Visual Penutup Botol PET
Sistem pemeriksaan visual penutup botol PET yang lengkap biasanya terdiri daripada tiga komponen utama: unit pemerolehan imej, unit pemprosesan imej dan unit kawalan pelaksanaan.
1. Unit Pemerolehan Imej
Unit pemerolehan imej ialah "mata" sistem, bertanggungjawab untuk menangkap imej penutup botol yang jelas. Unit ini biasanya termasuk komponen seperti sumber cahaya LED, kamera industri (CCD atau CMOS), kanta dan kad pemerolehan imej.
Dari segi penyelesaian pengimejan, pengimejan siluet lampu latar digunakan secara meluas, yang boleh menangkap maklumat garis besar sampel dengan jelas. Untuk menutup sepenuhnya permukaan silinder penutup botol, sistem berbilang kamera sering digunakan, seperti susunan tiga kamera dengan sudut 120° antara setiap kamera, memastikan imej lengkap sisi penutup botol tanpa memutar botol.
Reka bentuk pencahayaan adalah penting untuk kualiti imej. Pencahayaan yang sesuai boleh menyerlahkan ciri sasaran dan mengurangkan gangguan daripada pantulan dan bayang-bayang. Sumber cahaya LED ialah kaedah pencahayaan pilihan untuk sistem penglihatan kerana hayatnya yang panjang, kestabilan yang sangat baik dan kebolehsesuaian yang tinggi.
2. Unit Pemprosesan Imej
Unit pemprosesan imej ialah "otak" sistem pemeriksaan visual, bertanggungjawab untuk menganalisis dan memproses imej yang ditangkap dan mengenal pasti ciri kecacatan. Unit ini biasanya termasuk langkah seperti prapemprosesan imej, pengekstrakan ciri dan pengelasan dan pengenalan kecacatan.
Semasa peringkat prapemprosesan imej, penapisan median suai sering digunakan untuk mengeluarkan bunyi, pembahagian ambang lelaran digunakan untuk penduaan, dan operator Canny digunakan untuk pengesanan tepi. Kaedah ini berkesan mengekstrak tepi ciri penutup botol, meletakkan asas untuk pengecaman kecacatan berikutnya.
Untuk jenis kecacatan yang kompleks, algoritma yang lebih maju diperlukan. Sebagai contoh, untuk mengesan objek asing pada permukaan penutup botol, ruang warna HSV boleh digunakan sebagai ganti ruang RGB tradisional untuk mengatasi kekurangan skala kelabu yang tidak sekata pada permukaan penutup botol dan ciri objek asing yang tidak jelas. Untuk kecacatan halus seperti jambatan patah, algoritma pembahagian ambang dinamik telah menunjukkan hasil yang baik. Algoritma ini menggunakan penapisan min untuk mendapatkan kawasan latar belakang, membandingkan imej yang sedang diperiksa dengan latar belakang dan menetapkan ambang dinamik untuk membahagikan kawasan yang pecah.
3. Unit Kawalan Perlaksanaan
Unit kawalan pelaksanaan bertanggungjawab untuk melaksanakan operasi yang sepadan berdasarkan hasil pemprosesan. Ia biasanya terdiri daripada PLC (Programmable Logic Controller), peranti penolakan pneumatik, dan sistem kedudukan. Apabila sistem mengesan produk yang rosak, ia menghantar isyarat kepada PLC, yang mengawal injap solenoid untuk menggerakkan silinder, mengeluarkan produk yang tidak layak daripada barisan pengeluaran. Sistem lanjutan juga termasuk fungsi penentududukan yang merekodkan stesen mesin capping sepadan dengan produk yang rosak, memberikan maklumat yang tepat untuk pembaikan dan pelarasan.
Jadual 2: Konfigurasi Biasa Sistem Pemeriksaan Visual Penutup Botol PET
III. Algoritma Pengesanan Utama dan Inovasi Teknologi
Teknologi teras sistem pemeriksaan visual penutup botol PET terletak pada algoritma pemprosesan imej, dan kecacatan yang berbeza memerlukan kaedah pengesanan yang berbeza.
1. Algoritma Pendudukan Penutup Botol dan Kontur
Kedudukan penutup botol adalah langkah pertama dalam pengesanan kecacatan. Menggunakan pengesanan tepi operator Canny digabungkan dengan pengekstrakan kontur 8 kejiranan, kedudukan penutup botol dalam imej boleh ditentukan dengan tepat. Selepas itu, kaedah kuasa dua terkecil digunakan untuk menyesuaikan kontur atas penutup dan garisan gelung sokongan, mengira kedudukan dan sudut relatifnya, yang berfungsi sebagai asas untuk menentukan sama ada penutup itu tinggi atau bengkok.
2. Algoritma Pengesanan Khusus untuk Kecacatan Kompleks
Pemprosesan imej skala kelabu konvensional adalah terhad dalam keberkesanannya untuk mengesan bahan asing pada permukaan penutup botol. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa menukar imej daripada ruang RGB kepada ruang warna HSV dan menggunakan komponen tepu boleh menyerlahkan ciri benda asing dengan berkesan dan meningkatkan ketepatan pengesanan. Untuk kecacatan halus seperti jambatan penghubung yang patah sebahagian daripada gelang anti-kecurian, kaedah ambang tetap bergelut untuk membahagikan produk dengan berkesan disebabkan oleh jurang kecil (0.2-0.3mm) dan pengedaran skala kelabu yang mendadak. Algoritma pembahagian ambang dinamik, melalui anggaran latar belakang dan perbandingan perbezaan, dapat mengenal pasti kecacatan halus ini dengan tepat.
3. Penyelesaian Pemprosesan Dipercepatkan Perkakasan
Untuk memenuhi permintaan barisan pengeluaran berkelajuan tinggi, sesetengah sistem menggunakan penyelesaian pecutan perkakasan seperti FPGA (tatasusunan get boleh diprogramkan medan). Contohnya, sistem pemeriksaan berdasarkan SoPC (system-on-a-chip) menggunakan cip FPGA EP2C35F6726C. Dengan memanfaatkan keupayaan pemprosesan selari perkakasan, ia mengurangkan masa pemprosesan kepada kira-kira 90ms setiap botol, jauh lebih pantas daripada penyelesaian berasaskan perisian (biasanya 2-3 botol sesaat).
IV. Keputusan Aplikasi Industri dan Tinjauan Teknologi
Teknologi pemeriksaan visual untuk penutup botol PET telah digunakan secara meluas dalam industri minuman dan farmaseutikal, mencapai hasil yang ketara.
1. Keputusan Permohonan Perindustrian
Aplikasi sebenar telah menunjukkan bahawa sistem pemeriksaan visual boleh mencapai lebih 99% ketepatan pengesanan dan memproses lebih 12,000 botol sejam, jauh melebihi kecekapan dan ketepatan pemeriksaan manual. Sebagai contoh, sistem pemeriksaan penutup botol PET cincin tanpa sokongan kilang farmaseutikal mencapai ketepatan 99.97% untuk mengesan penutup biasa dan ketepatan 99.20% untuk mengesan bendasing pada permukaan penutup dan cincin pecah. Sistem pemeriksaan visual yang dibangunkan oleh Kumpulan Hangzhou Wahaha mencapai ketepatan 99.90% dalam ujian barisan pengeluaran sebenar, dengan kadar pengesanan produk yang rosak 100% dan kadar penolakan palsu hanya 0.08%.
2. Trend Pembangunan Teknologi
Pada masa hadapan, teknologi pemeriksaan visual untuk penutup botol PET akan berkembang ke arah keupayaan pintar dan bersepadu. Kepintaran buatan dan teknologi pembelajaran mendalam sedang diperkenalkan ke dalam bidang pemeriksaan visual. Melalui operasi konvolusi dan latihan sampel kecil, mereka menjana model pemeriksaan yang lebih sesuai untuk produk tertentu, mengembangkan julat pemeriksaan dan meningkatkan kecekapan peralatan.
Gabungan platform latihan dan penyelenggaraan berasaskan awan serta teknologi pengkomputeran tepi membolehkan sistem terus mengoptimumkan algoritma melalui kemas kini jauh sambil memastikan prestasi masa nyata. Teknologi pemeriksaan visual 3D, seperti sistem anjakan laser, boleh mengesan kedudukan penutup botol dengan ketepatan tahap mikron, memberikan maklumat tiga dimensi yang lebih kaya daripada penglihatan 2D. V. Kesimpulan
Teknologi pemeriksaan visual untuk kecacatan penutup botol PET telah menjadi alat kawalan kualiti yang sangat diperlukan dalam pengeluaran perindustrian moden. Daripada pengesanan fotoelektrik mudah awal kepada sistem penglihatan berbilang kamera hari ini, dan daripada algoritma pemprosesan imej tradisional kepada pengenalan kecerdasan buatan, bidang ini telah mencapai kemajuan yang luar biasa.
Dengan kemunculan Industri 4.0, teknologi pemeriksaan visual penutup botol PET akan menjadi lebih pintar dan rangkaian. Ia bukan sahaja akan mengesan kecacatan tetapi juga mengoptimumkan proses pengeluaran melalui analisis data dan penyelenggaraan ramalan, meningkatkan kualiti dan kecekapan produk secara keseluruhan. Pada masa hadapan, dengan peningkatan kuasa pengkomputeran dan algoritma yang dioptimumkan, sistem pemeriksaan visual akan mencapai kejayaan baharu dalam ketepatan, kelajuan dan kebolehsuaian, memberikan kawalan kualiti yang lebih dipercayai untuk industri pembungkusan.
Bagi pengeluar, mengguna pakai sistem pemeriksaan visual termaju bukan sahaja cara untuk meningkatkan kualiti produk tetapi juga laluan utama untuk mengurangkan kos pengeluaran, meningkatkan imej jenama dan mencapai pembuatan pintar. Memandangkan teknologi semakin meluas dan kos berkurangan, teknologi pemeriksaan visual akan digunakan secara lebih meluas oleh perusahaan kecil dan sederhana, memacu peningkatan berterusan dalam kualiti di seluruh industri.
