Teknologi Pemeriksaan Visual Botol Penuh Botol PET: Komposisi Sistem, Prinsip Algoritma dan Trend Pembangunan

1. Kepentingan dan Latar Belakang Pemeriksaan Botol Penuh untuk Botol PET

Botol PET adalah bekas pembungkusan yang digunakan secara meluas dalam industri minuman, makanan dan farmaseutikal. Pada barisan pengeluaran pengisian berkelajuan tinggi, kecacatan seperti paras cecair yang terlalu tinggi atau rendah, dan pengedap penutup substandard mungkin berlaku disebabkan oleh faktor seperti ralat peralatan pengisian, variasi botol atau turun naik barisan pengeluaran. Paras cecair yang terlalu tinggi boleh menyebabkan produk mengembang atau pecah semasa pengangkutan atau perubahan suhu, manakala paras cecair yang terlalu rendah mungkin melanggar spesifikasi label, menjejaskan imej syarikat dan menanggung risiko kawal selia. Kecacatan penutup seperti penutup tinggi, penutup bengkok, penutup hilang atau cincin yang jelas rosak boleh menyebabkan kebocoran cecair atau pencemaran mikrob. Oleh itu, pemeriksaan kualiti automatik bagi botol botol penuh di penghujung barisan pengeluaran telah menjadi langkah penting dalam memastikan kualiti produk keluar.

Pemeriksaan tradisional terutamanya bergantung pada pemeriksaan visual manual, tetapi kaedah ini tidak cekap, terdedah kepada keletihan, dan terdedah kepada faktor subjektif, menjadikannya tidak sesuai untuk barisan pengeluaran berkelajuan tinggi yang membawa puluhan ribu botol sejam. Pemeriksaan sinar-X, pemeriksaan ultrasonik, dan teknologi pemeriksaan inframerah juga telah digunakan, tetapi masing-masing mempunyai masalahnya sendiri, seperti risiko kesihatan, mudah terdedah kepada gangguan, atau ketepatan yang tidak mencukupi. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, teknologi pemeriksaan botol penuh berasaskan penglihatan mesin telah menjadi penyelesaian arus perdana secara beransur-ansur kerana kelebihan operasi tanpa sentuhan, ketepatan tinggi dan kelajuan tinggi. Teknologi ini menangkap imej botol dengan kamera dan menggunakan algoritma pemprosesan imej untuk menganalisis penunjuk utama seperti paras cecair, penutup dan label, mencapai pertimbangan kualiti dalam talian yang pantas dan objektif.

2. Komposisi Sistem Pemeriksaan Visual Botol Penuh Botol PET

Sistem pemeriksaan visual botol penuh botol PET yang lengkap biasanya terdiri daripada unit pengimejan, sumber cahaya, unit pemprosesan dan penggerak. Komponen ini mesti bekerjasama untuk memenuhi keperluan pemeriksaan berkelajuan tinggi dan berketepatan tinggi.

2.1 Unit Pengimejan

Unit pengimejan bertanggungjawab untuk mendapatkan imej botol. Komponen terasnya ialah kamera industri (seperti jenis CCD atau CMOS). Untuk meningkatkan liputan pemeriksaan, sistem sering menggunakan berbilang kamera atau menggabungkannya dengan pemantul untuk menangkap imej secara serentak dari sudut yang berbeza. Sebagai contoh, penyelesaian biasa menggunakan tiga kamera CCD tatasusunan kawasan, dengan jarak 120 darjah di sepanjang barisan pengeluaran, untuk mencapai pengesanan penutup botol dan paras cecair tanpa bintik buta 360 darjah. Satu lagi penyelesaian inovatif hanya menggunakan satu kamera CCD industri, tetapi dengan lima cermin reflektif (termasuk cermin pertama hingga kelima), memperoleh imej berbilang sudut hadapan, kiri, kanan dan atas botol melalui pantulan cermin, mengurangkan kos dan kerumitan sistem dengan berkesan. Kanta kamera biasanya disiram dengan bahagian bawah botol untuk memastikan pengimejan garis paras cecair yang jelas.

2.2 Sistem Sumber Cahaya

Pencahayaan yang stabil adalah penting untuk kualiti imej. Sistem ini sering menggunakan sumber cahaya kawasan LED atau sumber cahaya gelang untuk menyerlahkan tepi botol dan kontur paras cecair. Sumber cahaya biasanya ditetapkan kepada mod pemalar hidup, tidak memerlukan pengawal kompleks dan menawarkan kestabilan yang tinggi. Bergantung pada ciri botol (seperti ketelusan dan warna kandungan), lampu latar (mencahayakan dari belakang botol untuk mencipta siluet untuk menyerlahkan garis paras cecair) atau lampu hadapan (bercahaya dari hadapan botol untuk meningkatkan butiran permukaan) boleh dipilih. Contohnya, apabila memeriksa penutup botol, lampu latar membantu menangkap kontur penutup dan gelang sokongan, manakala dalam pengesanan paras cecair, menggabungkan lampu depan dan latar belakang secara berkesan mengimbangi gangguan yang disebabkan oleh buih. Susun atur sumber cahaya mesti mengelakkan pantulan dan bayang-bayang dan menyesuaikan diri dengan persekitaran getaran barisan pengeluaran.

2.3 Unit Pemprosesan dan Penggerak

Unit pemprosesan (seperti komputer kawalan industri) menjalankan algoritma pemprosesan imej untuk menganalisis imej yang ditangkap dan menentukan sama ada paras cecair boleh diterima dan sama ada penutup botol adalah normal. Unit ini berkomunikasi dengan unit kawalan PLC, yang mengawal mekanisme penolakan (seperti ejektor yang dipacu injap solenoid) berdasarkan hasil pengesanan untuk mengeluarkan produk yang rosak secara automatik daripada barisan pengeluaran. Sistem ini juga menyepadukan penderia fotoelektrik, pengekod berputar dan komponen lain untuk mengesan kedudukan botol dan mencetuskan kamera untuk mengambil gambar, memastikan pengesanan disegerakkan dengan kelajuan barisan pengeluaran.

3. Algoritma Utama dalam Pengesanan Botol Penuh

Algoritma adalah teras pemeriksaan visual dan mesti memenuhi ketepatan tinggi dan keperluan masa nyata. Berikut ialah algoritma biasa untuk pengesanan paras cecair dan pengesanan penutup botol.

3.1 Algoritma Pengesanan Tahap Cecair

Matlamat pengesanan paras cecair adalah untuk mengenal pasti dengan tepat sempadan antara cecair dan gas (atau buih) di dalam botol. Algoritma arus perdana termasuk kaedah kecerunan unjuran dan kaedah resapan kecerunan unjuran skala kelabu. Proses mereka biasanya melibatkan tiga langkah: prapemprosesan imej, penyetempatan tahap cecair dan pertimbangan.

• Prapemprosesan Imej: Mula-mula, imej warna ditukar kepada skala kelabu, kemudian diduakan (ambang biasanya ditetapkan kepada sekitar 200 untuk imej skala kelabu 256 peringkat) untuk memisahkan botol daripada latar belakang. Untuk imej terdua, hingar boleh dikeluarkan melalui operasi seperti hakisan dan pelebaran, dan kawasan botol boleh diletakkan secara kasar menggunakan analisis komponen bersambung.

• Penyetempatan Tahap Cecair: Kaedah kecerunan unjuran biasanya digunakan. Pertama, jumlah nilai skala kelabu untuk setiap baris sepanjang arah menegak imej dikira untuk membentuk lengkung unjuran. Disebabkan oleh perubahan mendadak dalam skala kelabu pada paras cecair, nilai kecerunan unjuran akan meningkat dengan ketara. Dengan mengimbas lengkung kecerunan, baris yang mengandungi nilai kecerunan maksimum boleh ditemui, sekali gus menentukan kedudukan aras cecair. Untuk meningkatkan ketepatan, strategi resapan kecerunan boleh digabungkan untuk meningkatkan isyarat kecerunan menggunakan ciri paras cecair terdahulu, menjadikan penyetempatan lebih stabil. Eksperimen menunjukkan bahawa ralat penyetempatan tahap cecair kaedah ini boleh dikawal dalam 0.68 mm, dan masa pemprosesan untuk bingkai tunggal adalah lebih kurang 23.8 ms, memenuhi keperluan pengimejan berkelajuan tinggi. Untuk imej berbilang sudut (seperti pandangan kiri dan kanan yang diperoleh melalui cermin), sistem mengira kedudukan aras cecair secara berasingan. Jika kedua-duanya berada dalam julat standard, ia dianggap合格 (layak); jika seseorang terlalu tinggi, terlalu rendah, atau paras cecair tidak dapat dikesan (cth., dalam botol penuh), ia dianggap 不合格 (tidak layak).

3.2 Algoritma Pengesanan Penutup Botol

Pengesanan penutup botol perlu mengenal pasti kecacatan seperti penutup tinggi, penutup senget, tiada penutup dan cincin yang jelas rosak. Algoritma kebanyakannya berdasarkan hubungan geometri antara penutup botol dan cincin sokongan.

• Lokasi Paksi Simetri: Pertama, pengesanan tepi dilakukan pada imej botol. Paksi simetri botol ditentukan dengan memasang titik kontur kiri dan kanan untuk membetulkan kecondongan botol.

• Lokasi Gelang Sokongan: Gelang sokongan (gelang penyesuai) dilekatkan secara relatif pada badan botol dan muncul sebagai garis lurus dalam imej. Cincin sokongan boleh didapati dengan mengira bilangan piksel hitam dalam setiap baris dan mencari baris puncak; atau dengan menggunakan pengesanan sudut, dua titik akhir gelang sokongan ditentukan oleh titik maksimum kelengkungan kontur, dan kemudian garis lurus dipasang.

• Penghakiman Kecacatan: Berdasarkan algoritma pemasangan garis lurus, cerun dan jarak antara garis lurus di bahagian atas penutup botol dan garis lurus gelang sokongan dikira. Jika perbezaan cerun antara dua garis lurus melebihi ambang (cth., 0.005), ia dinilai sebagai penutup bengkok; jika cerun selari tetapi jaraknya melebihi julat penentukuran (cth., 20 piksel), ia dinilai sebagai topi tinggi; jika kawasan penutup tidak dapat dikesan, ia dianggap sebagai botol tanpa penutup. Untuk gelang jelas gangguan patah, jurang antara gelang sokongan dan gelang jelas gangguan boleh dikesan: jika tiada jurang, ini menunjukkan bahawa gelang jelas gangguan mungkin pecah atau tercabut. Algoritma jenis ini mempunyai ketepatan lebih 99% dan kelajuan pemprosesan 100 ms/imej.

4. Integrasi Proses Pemeriksaan dengan Barisan Pengeluaran

Stesen pemeriksaan botol penuh biasanya ditetapkan selepas mengisi dan menutup tetapi sebelum pelabelan dan pembungkusan. Proses pemeriksaan adalah seperti berikut:

1. Pemerolehan Pencetus: Botol memasuki stesen pemeriksaan melalui tali pinggang penghantar. Sensor fotoelektrik mencetuskan kamera dan sumber cahaya untuk memperoleh imej berbilang sudut secara serentak.

2. Pemprosesan Imej: Komputer kawalan industri menjalankan algoritma untuk mengekstrak ciri paras cecair dan penutup.

3. Penghakiman dan Pelaksanaan Keputusan: Sistem mengeluarkan isyarat "lulus/gagal" berdasarkan sama ada paras cecair berada dalam julat standard dan sama ada penutup itu layak. Selepas menerima isyarat, unit kawalan PLC segera mengeluarkan botol yang rosak di stesen penolakan menggunakan ejektor.

Sistem ini perlu menyesuaikan diri dengan barisan pengeluaran berkelajuan tinggi (sehingga 36,000 botol/jam), oleh itu, kecekapan algoritma dan prestasi penyegerakan perkakasan adalah penting. Tambahan pula, untuk mengatasi gangguan daripada goncangan botol, titisan air dan silau, algoritma perlu menggabungkan reka bentuk yang mantap, seperti menggunakan pertimbangan melata kotak berbilang segi empat tepat dan strategi penapisan imej.

5. Aplikasi Industri dan Trend Pembangunan

Teknologi pemeriksaan visual telah digunakan secara meluas pada barisan pengeluaran pembungkusan PET dalam industri minuman, bir dan farmaseutikal. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, garisan pengisian biasa mengintegrasikan berbilang sistem pemeriksaan di stesen utama: pemeriksaan botol pra-isi sebelum meniup (menyemak kecacatan pada mulut, bahu dan bawah), pemeriksaan botol penuh selepas mengisi (paras cecair, penutup dan pengekodan), pemeriksaan label selepas pelabelan (salah pelabelan, kerosakan, dan pembungkusan penjuru botol). Sistem pemantauan kualiti hujung ke hujung ini meningkatkan automasi pengeluaran dan konsistensi produk dengan ketara.

Trend pembangunan masa depan termasuk:

• Algoritma Pintar: Mengintegrasikan teknologi pembelajaran mendalam untuk melatih model yang mengenal pasti kecacatan kompleks (seperti ralat pencetakan label atau kerosakan botol kecil), meningkatkan kebolehsuaian dan ketepatan sistem.

• Gabungan Pelbagai Penderia: Menggabungkan penderia berat, spektroskopi inframerah dekat, dsb., untuk memantau kualiti dalaman seperti kualiti kandungan dan kekotoran sambil mengesan paras cecair dan penutup botol.

• Reka Bentuk Fleksibel: Peralatan perlu menyokong penukaran pengeluaran pantas, menyesuaikan diri dengan keperluan pengesanan jenis botol dan cecair yang berbeza melalui sumber cahaya boleh laras, kurungan kamera dan perisian parametrik.

• Pengoptimuman Kos: Membangunkan penyelesaian pengimejan berbilang sudut kamera tunggal (seperti sistem gabungan cermin) untuk mengurangkan kos perkakasan sambil memastikan prestasi, mempromosikan penggunaan teknologi oleh PKS.

6. Rumusan

Teknologi pemeriksaan visual botol penuh botol PET, melalui sistem pengimejan termaju dan algoritma yang cekap, mencapai pengesanan automatik dalam talian bagi aspek kualiti utama seperti paras cecair dan penutup botol, menggantikan pemeriksaan manual tradisional secara berkesan, memastikan kualiti produk dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Dengan kemajuan visi mesin dan teknologi kecerdasan buatan, sistem masa hadapan akan berkembang ke arah ketepatan yang lebih tinggi, kelajuan yang lebih pantas dan kebolehsuaian yang lebih kukuh, menyediakan sokongan teknologi utama untuk peningkatan pintar industri seperti minuman, makanan dan farmaseutikal.