Teknologi Pemeriksaan Visual untuk Kecacatan Penampilan Botol PET: Dari Prinsip kepada Aplikasi Perindustrian

1. Kecacatan Penampilan Biasa dalam Botol PET dan Kesannya terhadap Kualiti Produk

Sebagai bentuk pembungkusan utama untuk minuman, makanan dan barangan pengguna lain yang bergerak pantas, kualiti penampilan botol PET secara langsung mempengaruhi tanggapan pertama pengguna terhadap produk dan penting untuk keselamatan dan jangka hayat kandungan tersebut. Semasa pengeluaran, botol PET menjalani pelbagai proses, termasuk pengacuan tamparan, pengisian, pelabelan/penggunaan dan pengekodan. Setiap proses boleh memperkenalkan kecacatan penampilan tertentu. Dalam peringkat pengacuan tamparan, apabila gas suhu tinggi ditiup ke dalam bentuk awal dan ditekan menjadi bentuk oleh acuan, kecacatan seperti ubah bentuk botol dan leher bengkok cenderung berlaku. Pada peringkat pengisian, masalah biasa termasuk pengisian yang terlepas, pengisian tidak mencukupi dan penutup longgar atau bengkok (termasuk penutup tinggi dan penutup bengkok). Proses pelabelan dan penggunaan boleh mengakibatkan label tidak sejajar atau hilang, manakala proses pengekodan boleh menyebabkan pengekodan terlepas atau tidak betul akibat kerosakan peralatan.

Kecacatan ini terdiri daripada kesan kecil pada penampilan produk kepada akibat serius yang secara langsung mengubah kualiti kandungan. Terutama untuk produk sensitif oksigen seperti minuman teh dan produk tenusu, penutup botol yang tidak dimeterai dengan betul boleh menyebabkan kerosakan produk, manakala pelabelan yang salah atau pengekodan yang tidak jelas boleh menyebabkan isu pengawasan pasaran. Oleh itu, pengesanan kecacatan penampilan dalam botol PET bukan sahaja berkaitan dengan penampilan produk tetapi juga merupakan pautan utama dalam kawalan kualiti.

Jadual: Jenis Kecacatan Utama Botol PET dan Kesannya

Kategori Kecacatan	Contoh Kecacatan Tertentu	Kesan terhadap Kualiti Produk
Kecacatan Penutup Botol	Tudung tinggi, tudung bengkok, tudung patah, tiada tudung	Kandungan rosak, kebocoran dan pencemaran
Kecacatan Label	Tiada label, label tinggi atau rendah, label berlubang, label bengkok	Maklumat tidak lengkap, kesan pada imej jenama
Kecacatan Pengekodan	Pengekodan tiada, kabur, tarikh yang salah	Kesukaran dalam kebolehkesanan produk, risiko pengawasan pasaran
Kecacatan Badan Botol	Ubah bentuk, leher bengkok, kebocoran	Kegagalan fungsi pembungkusan, kehilangan kandungan

2. Prinsip Teknikal dan Komposisi Sistem Sistem Pemeriksaan Visual

Sistem pemeriksaan visual automatik sepenuhnya mensimulasikan fungsi visual manusia, menggunakan peralatan pemerolehan imej untuk memperoleh imej penampilan botol PET. Kemudian, algoritma pemprosesan imej lanjutan menganalisis kualiti imej untuk akhirnya mencapai pengecaman dan pengelasan kecacatan. Sistem pemeriksaan visual yang lengkap biasanya terdiri daripada tiga bahagian teras: modul pemerolehan imej, modul pemprosesan imej dan modul pelaksanaan hasil.

Modul pemerolehan imej, "mata" sistem, terutamanya terdiri daripada kamera industri, kanta optik, dan sumber cahaya khusus. Memandangkan sifat pemantulan tinggi permukaan botol PET, sistem pencahayaan yang direka khas biasanya diperlukan untuk menyerlahkan ciri sasaran. Sebagai contoh, peralatan pemeriksaan yang dibangunkan oleh Jinan Maotong menggunakan "kaedah penggambaran depan dan lampu latar gabungan" dan "konfigurasi optik telesentrik," dengan berkesan menyerlahkan label dan ciri kecacatannya, memastikan ketepatan dan ketepatan tinggi dalam pemeriksaan. Untuk pemeriksaan botol lutsinar, penderia optik khusus (seperti siri 5 dan siri 3C) yang disediakan oleh syarikat seperti Leuze boleh menangani cabaran memeriksa bahan lutsinar dengan berkesan.

Modul pemprosesan imej, "otak" sistem, menjalankan tugas mengenal pasti kecacatan yang paling kritikal. Modul ini terlebih dahulu memproses imej yang diperoleh, termasuk transformasi skala kelabu, pembahagian ambang dan perduaan, untuk meningkatkan maklumat kecacatan yang berguna dalam imej. Selepas itu, melalui algoritma seperti pengesanan tepi, pengekstrakan ciri dan pengecaman corak, sistem boleh menentukan dengan tepat sama ada produk itu layak. Contohnya, dalam pemeriksaan penutup botol, sistem mengira jarak maksimum dari tepi atas penutup ke garis dasar dan menentukan sama ada pengedap penutup layak dengan menggunakan sudut antara garis tepi kiri dan kanan serta garis dasar dan tepi atas.

Modul pelaksanaan hasil bertindak sebagai "tangan" sistem, bertanggungjawab untuk menterjemahkan hasil pemprosesan kepada tindakan sebenar. Apabila sistem mengesan produk yang rosak, ia segera menghantar isyarat kepada peranti penolakan untuk mengalih keluar item yang tidak mematuhi dengan tepat. Untuk meningkatkan ketepatan penolakan, sistem biasanya menggabungkan pengekod kelajuan untuk menjejak kelajuan tali pinggang penghantar secara automatik, mencapai penolakan segerak. Sistem pemeriksaan penglihatan moden juga mempunyai fungsi statistik data yang kaya, yang mampu memaparkan kuantiti dan bahagian produk yang tidak mematuhi dalam masa nyata pada skrin sentuh dan membolehkan pemantauan jauh dan penyimpanan data pengeluaran melalui antara muka Ethernet.

3. Pendekatan Teknikal Pelbagai Jenis Sistem Pemeriksaan Penglihatan

Sistem pemeriksaan penglihatan kecacatan penampilan botol PET boleh dikategorikan secara meluas kepada dua pendekatan teknikal berdasarkan teknologi pemprosesan teras mereka: sistem terbenam berdasarkan cip-on-a-chip (SOPC) boleh atur cara dan sistem bersepadu industri. Setiap pendekatan mempunyai kelebihannya dan sesuai untuk senario dan keperluan pengeluaran yang berbeza.

3.1 Sistem Pemeriksaan Penglihatan Terbenam Berdasarkan Teknologi SOPC

Sistem pemeriksaan berdasarkan teknologi system-on-a-chip (SOPC) boleh atur cara menggunakan FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) sebagai teras perkakasan mereka, memanfaatkan sepenuhnya keupayaan pemprosesan selari peranti logik boleh atur cara. Sistem ini biasanya berdasarkan cip FPGA Altera atau Xilinx, dengan pemproses teras lembut seperti Nios II dikonfigurasikan sebagai teras kawalan. Sistem ini mencapai fungsi pemprosesan imej yang lengkap dengan menyambungkan modul persisian seperti antara muka pemerolehan imej, pengawal storan dan pengawal VGA ke bas Avalon.

Kelebihan ketara sistem jenis ini terletak pada keupayaan pemprosesan berkelajuan tinggi. Oleh kerana FPGA membolehkan pengkomputeran selari peringkat perkakasan, kelajuan pemprosesan imej jauh lebih baik daripada sistem berdasarkan pemproses tujuan umum. Data eksperimen menunjukkan bahawa sistem berasaskan SOPC memproses imej botol tunggal dalam kira-kira 90 milisaat, diterjemahkan kepada kelajuan pengesanan lebih 10 botol sesaat dan ketepatan melebihi 99%. Pada masa yang sama, sistem ini menawarkan fleksibiliti yang tinggi, membolehkan pengguna menyesuaikan algoritma pemprosesan imej dan piawaian pengesanan mengikut keperluan, seperti melaksanakan kriteria pertimbangan pengesanan imej tertentu melalui pengaturcaraan C++.

Walau bagaimanapun, laluan teknologi SOPC juga memerlukan syarikat untuk memiliki reka bentuk perkakasan yang kukuh dan keupayaan pembangunan algoritma, menjadikannya lebih sesuai untuk pengeluar minuman besar atau penyepadu sistem dengan keperluan yang melampau untuk kelajuan pengesanan.

3.2 Sistem Pemeriksaan Penglihatan Bersepadu Industri Sistem bersepadu industri dibina menggunakan komponen penglihatan industri yang matang, seperti pemproses penglihatan Siemens digabungkan dengan PLC (Pengawal Logik Boleh Diprogram) dan skrin sentuh untuk membentuk sistem pemeriksaan yang lengkap. Sistem ini biasanya dibangunkan sebagai penyelesaian keseluruhan oleh syarikat automasi khusus (seperti Hangzhou Huafeng Automation Systems Co., Ltd.), menyediakan kefungsian lengkap daripada pemerolehan imej kepada penyingkiran kecacatan.

Kelebihan sistem bersepadu industri terletak pada kestabilan yang tinggi dan pelaksanaan yang pantas. Sistem ini menggunakan semua bahan keluli tahan karat, memenuhi piawaian kebersihan industri makanan dan minuman; struktur mekanikal bebasnya membolehkan pemasangan mudah di mana-mana lokasi di barisan pengeluaran; dan mekanisme boleh laras X-Y-Z memberikan fleksibiliti operasi yang lebih besar. Sebagai contoh, sistem penglihatan Siemens menawarkan kedua-dua antara muka isyarat digital dan antara muka rangkaian industri, membolehkan pengguna memilih konfigurasi yang sesuai berdasarkan keadaan kerja sebenar mereka, yang memudahkan dan menjimatkan kos.

Sistem ini juga cemerlang dalam kelajuan pemeriksaan, mencapai kelajuan lebih 1500 botol seminit dalam aplikasi praktikal. Tambahan pula, sistem ini mempunyai keupayaan komunikasi data yang berkuasa, berkomunikasi dengan komputer melalui antara muka Ethernet untuk membolehkan pemantauan dalam talian, pengubahsuaian program dan rakaman data pengeluaran, menyediakan asas data untuk pembuatan pintar.

Jadual: Perbandingan Sistem Pemeriksaan Visual dengan Pendekatan Teknikal Berbeza

4. Kes Aplikasi Praktikal dan Analisis Prestasi

Kesan aplikasi praktikal teknologi pemeriksaan visual dalam pengesanan kecacatan penampilan dalam botol PET adalah luar biasa. Peralatan khusus pengeluar yang berbeza mempunyai ciri tersendiri dari segi kelajuan pengesanan, ketepatan dan kebolehsuaian. Berikut ialah analisis prestasi beberapa senario aplikasi biasa.

Dari segi pemeriksaan penutup botol, mesin pemeriksaan keliling botol PET Jinan Maotong boleh mengesan pelbagai kecacatan seperti tiada penutup, penutup tinggi, penutup bengkok, jambatan pecah, cincin pecah, penutup bercampur dan penutup perbezaan warna. Kelajuan pemeriksaan adalah sehingga 36,000 bekas sejam, bersamaan dengan 600 botol seminit. Peralatan ini meliputi penutup standard 28-cap, 38-cap, double-layer cap dan lain-lain jenis penutup bukan standard, hampir meliputi jenis penutup botol PET arus perdana di pasaran. Lokasi pemasangan biasanya selepas mesin penutup, membolehkan pengesanan produk yang rosak tepat pada masanya dan menghalang kecacatan daripada mengalir ke peringkat seterusnya.

Pemeriksaan label adalah satu lagi aplikasi utama. Mesin pemeriksaan label gabungan 360° omnidirectional Jinan Maotong menggunakan seni bina berbilang stesen, memerhati dari enam sudut berbeza untuk mencapai pemeriksaan bebas bintik buta 360°. Peralatan menggunakan "mod pencetus segerak-tak segerak" dan algoritma pengesanan penyambungan yang dipatenkan untuk mengenal pasti kecacatan dengan tepat seperti label hilang, label sambungan, label tidak sekata, label berlubang, label terbalik, label potong, label retak, label berkedut dan label mengimbangi secara mendatar. Peralatan ini mempunyai kelajuan pemeriksaan yang mengagumkan sehingga 48,000 kontena sejam, memenuhi permintaan barisan pengeluaran berkelajuan tinggi.

Untuk tahap pengisian dan pemeriksaan pengedap, pengesan aras sinar-X dan pengesan kebocoran picit menyediakan penyelesaian yang berkesan. Pengesan sinar-X menggunakan prinsip bahawa bahan yang berbeza menyerap sinar-X secara berbeza, membolehkan mereka menembusi pelbagai bekas telus dan tidak telus untuk mengesan paras cecair, dengan kelajuan sehingga 60,000 bekas sejam. Mesin pengesan kebocoran picitan menggunakan berbilang penderia paras cecair dan penderia tekanan berketepatan tinggi untuk bersama-sama menentukan kapasiti dan prestasi pengedap bekas dengan menganalisis paras cecair dan nilai maklum balas tekanan dalaman di bawah keamatan picitan yang berbeza, membolehkannya mengesan kebocoran walaupun minit secara sensitif.

Perlu diingat bahawa peranti pengesanan ini bukan sahaja boleh menolak produk yang rosak dalam masa nyata, tetapi juga mempunyai fungsi statistik data yang kaya. Sebagai contoh, sistem yang dibangunkan oleh Hangzhou Huafeng boleh menganalisis secara statistik bilangan dan bahagian produk rosak yang melalui setiap unit produk, bilangan dan bahagian produk rosak yang melalui setiap unit produk dalam satu unit masa, dan jumlah volum pengeluaran dan bilangan produk yang rosak untuk setiap syif dan bulan. Data ini dipaparkan dalam masa nyata pada skrin sentuh dan boleh disambungkan ke pencetak untuk output, menyediakan asas untuk keputusan pengurusan kualiti pengeluaran.

5. Cabaran Teknikal dan Trend Pembangunan

Walaupun teknologi pemeriksaan visual telah mencapai hasil yang ketara dalam pengesanan kecacatan penampilan dalam botol PET, ia masih menghadapi beberapa cabaran teknikal. Pada masa yang sama, untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk kawalan kualiti, teknologi ini sentiasa berkembang.

5.1 Cabaran Teknikal Semasa

Mengesan bahan lutsinar adalah salah satu cabaran utama yang dihadapi oleh sistem pemeriksaan visual. Botol PET sendiri mempunyai sifat lutsinar atau separa lutsinar, yang dengan mudah menghasilkan pantulan dan pembiasan, mengganggu kualiti pemerolehan imej. Untuk menangani cabaran ini, pengeluar sensor telah membangunkan penyelesaian khusus. Sebagai contoh, penderia 5 siri Leuze boleh mengesan botol lut sinar dan filem lutsinar; siri 3C direka khusus untuk mengesan objek lutsinar dan keupayaan pengesanan ciri. Walau bagaimanapun, pengesanan stabil di bawah keadaan pencahayaan yang kompleks masih memerlukan reka bentuk optik yang canggih.

Keperluan masa nyata pengeluaran berkelajuan tinggi merupakan satu lagi cabaran utama. Barisan pengeluaran minuman moden sentiasa meningkat dalam kelajuan, dengan ratusan atau bahkan ribuan botol diproses seminit menjadi perkara biasa. Ini meletakkan permintaan yang sangat tinggi pada pemerolehan imej dan kelajuan pemprosesan. Seni bina pemprosesan selari berasaskan FPGA ialah cara yang berkesan untuk menyelesaikan cabaran ini, meningkatkan kelajuan pemprosesan dengan ketara melalui pengkomputeran selari peringkat perkakasan.

Tambahan pula, pengenalpastian jenis kecacatan kompleks memerlukan algoritma yang lebih maju. Contohnya, pengenalpastian tepat kecacatan seperti kedutan label dan sedikit salah jajaran memerlukan algoritma dengan keupayaan anti-gangguan yang kuat dan kebolehan pengecaman corak. Menggabungkan algoritma pemprosesan imej tradisional dengan teknologi kecerdasan buatan moden mungkin menjadi hala tuju masa depan.

5.2 Trend Pembangunan Masa Depan

Masa depan teknologi pemeriksaan visual botol PET akan bergerak ke arah ketepatan yang lebih tinggi, kelajuan yang lebih pantas dan kecerdasan yang lebih tinggi. Dengan penambahbaikan resolusi kamera dan peningkatan kuasa pengkomputeran pemproses, ketepatan pengesanan akan menembusi dari paras mikrometer semasa ke paras nanometer, membolehkan pengecaman kecacatan yang lebih kecil. Pada masa yang sama, kelajuan pengesanan akan terus meningkat dengan peningkatan prestasi pemproses, memenuhi keperluan barisan pengeluaran berkelajuan ultra tinggi.

Penyepaduan mendalam kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin ialah satu lagi trend penting. Melalui algoritma pembelajaran mendalam, sistem boleh mempelajari ciri kecacatan secara autonomi daripada sejumlah besar sampel, mengurangkan kerumitan penyahpepijatan algoritma dan meningkatkan ketepatan pengecaman, terutamanya untuk kecacatan kompleks yang sukar diterangkan menggunakan peraturan tradisional. Tambahan pula, fungsi ramalan kualiti berdasarkan analisis data besar juga akan menjadi mungkin, merealisasikan transformasi daripada "pengesanan selepas peristiwa" kepada "pencegahan sebelum peristiwa."

Penyepaduan sistem dan pelbagai fungsi juga merupakan hala tuju pembangunan yang penting. Sistem pemeriksaan penglihatan moden tidak lagi terhad kepada fungsi tunggal tetapi sedang membangun ke arah mengintegrasikan pelbagai fungsi pengesanan ke dalam satu unit. Contohnya, satu peranti boleh menyepadukan penutup botol, label, paras cecair dan fungsi pengekodan pengekodan inkjet secara serentak, mengurangkan jejak peralatan dan meningkatkan kecekapan pemeriksaan keseluruhan. Pada masa yang sama, penyepaduan sistem yang mendalam dengan peralatan lain pada barisan pengeluaran (seperti robot industri, AGV, dll.) akan membentuk sistem pembuatan pintar gelung tertutup "pengoptimuman pengesanan-penghakiman-isihan."

Dengan kemajuan dalam Industri 4.0 dan pembuatan pintar, sistem pemeriksaan visual tidak lagi akan menjadi unit kawalan kualiti terpencil, tetapi akan disepadukan secara mendalam ke dalam keseluruhan sistem pengurusan pengeluaran, mencapai perkongsian data dan pengoptimuman proses, dan menyediakan jaminan kualiti yang komprehensif untuk pengeluaran botol PET.

Kesimpulan: 

Teknologi pemeriksaan visual automatik sepenuhnya untuk kecacatan penampilan botol PET telah menjadi kaedah kawalan kualiti yang amat diperlukan dan penting dalam industri minuman moden. Daripada sistem tersuai berasaskan FPGA kepada penyelesaian bersepadu industri, pelbagai peralatan pemeriksaan memainkan peranan penting dalam meningkatkan kualiti produk, mengurangkan kos pengeluaran dan meningkatkan kecekapan pengeluaran. Menghadapi cabaran seperti pemeriksaan bahan yang telus, pengeluaran berkelajuan tinggi dan pengecaman kecacatan yang kompleks, teknologi ini terus berinovasi dan berkembang ke arah ketepatan yang lebih tinggi, kelajuan yang lebih pantas dan kecerdasan yang lebih tinggi. Dengan penyepaduan mendalam teknologi canggih seperti kecerdasan buatan dan data besar, prospek aplikasi teknologi pemeriksaan visual dalam bidang pembungkusan botol PET akan menjadi lebih luas, memberikan pengeluar penyelesaian jaminan kualiti yang lebih komprehensif dan boleh dipercayai.