Tecnologia de Inspeção Visual: Uma Guardiã Inteligente da Qualidade e Segurança dos Alimentos e Bebidas

Nas linhas de produção modernas de alta velocidade, as garrafas e os sacos de bebidas passam por um exame mais rigoroso do que o olho humano — esta é a revolução de qualidade provocada pela tecnologia de inspeção por visão de máquina.

Nas atuais linhas de produção de alimentos e bebidas, os sistemas de inspeção visual podem inspecionar a velocidades superiores a 500 garrafas por minuto, conseguindo uma precisão milimétrica, excedendo em muito os limites do olho humano. Estes sistemas não só identificam defeitos mínimos, como também garantem mais de 99,9% de precisão, tornando-se o “guardião inteligente” do controlo de qualidade dos alimentos.

1.º Histórico e desafios do setor: Por que razão é necessária a inspeção visual para alimentos e bebidas?

A indústria alimentar e de bebidas tem requisitos de qualidade e segurança extremamente rigorosos; mesmo uma taxa de defeitos de 0,1% é inaceitável. Os métodos tradicionais de inspeção de qualidade dependem principalmente da inspeção visual manual, mas a inspeção visual humana apresenta limitações significativas.

Em ambientes de produção de alta velocidade, os trabalhadores são propensos à fadiga visual, o que leva a um aumento das taxas de inspeção perdida. Por exemplo, na Budweiser, apesar da elevada ênfase na qualidade do produto, uma pequena parcela das embalagens ainda depende de verificações manuais pontuais, o que acarreta o risco de inspeções perdidas, afeta a eficiência e representa desafios para a rastreabilidade do produto. Além disso, os alimentos e bebidas apresentam uma grande variedade de tipos, utilizando uma variedade de materiais de embalagem (como garrafas transparentes, latas e caixas de cartão), exigindo inspeções complexas e diversificadas. Desde a integridade da embalagem aos níveis de enchimento, desde a impressão de rótulos até às datas de produção, os requisitos de inspeção são extremamente detalhados.

Face à feroz concorrência de mercado e a regulamentos cada vez mais rigorosos, os fabricantes de alimentos e bebidas têm de procurar métodos de inspeção mais eficientes e precisos. A tecnologia de visão por computador surgiu neste contexto.

2.º Princípio Técnico: Como a Visão por Computador "Vê" e "Julga"

O princípio básico de um sistema de visão por computador é imitar as funções visuais humanas, alcançando os objetivos de inspeção através do trabalho colaborativo de hardware e software. Um sistema completo de visão por computador consiste numa fonte de iluminação, lente ótica, câmara, processamento de sinal de imagem e atuadores.

A fonte de iluminação é a base de todo o sistema. Um excelente sistema de iluminação consegue reproduzir fielmente as cores do produto, manter o brilho uniforme em toda a área iluminada e realçar as características dos objetos, aumentando o contraste. Diferentes alvos de inspeção requerem diferentes projetos de iluminação. Por exemplo, ao inspecionar o filme de embalagem de massa instantânea, as propriedades refletoras do filme devem ser especificamente consideradas.

A lente ótica e a câmara são responsáveis ​​por captar a imagem. A qualidade da objetiva afeta a capacidade do sistema de distinguir objetos, enquanto as câmaras convertem a informação ótica em informação elétrica. As câmaras industriais atuais têm uma resolução de até 25 megapixéis, capazes de captar defeitos extremamente subtis.

O processamento e a análise de imagens são o núcleo do sistema. Através de pré-processamento, extração e reconhecimento de características e medição, o computador compara a imagem captada com um modelo padrão, identifica diferenças e determina se o produto é aceitável. Os sistemas modernos também incorporam algoritmos de aprendizagem profunda e IA para melhorar a sua capacidade de identificar defeitos complexos.

3. Cenário de Aplicação: Aplicação Abrangente da Inspeção Visual em Alimentos e Bebidas

Inspeção da integridade da embalagem

Os sistemas de inspeção visual podem identificar diversos defeitos de embalagem, como embalagens danificadas, rótulos defeituosos e datas de produção em falta. Para alimentos em caixas ou sacos, o sistema pode verificar a integridade da embalagem exterior; para produtos engarrafados, pode detetar tampas em falta ou tortas.

A solução da Dongguan Chuangshi Automation Technology Co., Ltd. demonstra que a deteção de defeitos no filme plástico de embalagem de massas instantâneas pode identificar eficazmente defeitos como furos, queimaduras e rugas, garantindo a qualidade do produto.

Inspeção de Qualidade Alimentar

A tecnologia de visão pode ser aplicada diretamente para avaliar a qualidade dos alimentos. Por exemplo, os biscoitos de massa instantânea podem ser inspecionados em busca de sujidade ou marcas de queimado causadas por óleo sobreaquecido. Na classificação de frutos, os sistemas de visão podem classificar automaticamente por tamanho, cor e forma.

Com base nas propriedades óticas dos alimentos, os sistemas de visão também podem determinar a frescura dos alimentos pela cor. Por exemplo, a fotografia UV pode ser utilizada para detetar danos na superfície dos citrinos ou avaliar a frescura dos vegetais.

Inspeção de etiquetas e impressão a jato de tinta

A inspeção de etiquetas é uma área de aplicação fundamental para a tecnologia de visão. Uma empresa alimentar americana demonstrou que um sistema de visão pode inspecionar mais de 20 rótulos de produtos diferentes, verificando a exatidão dos gráficos e códigos de barras dos rótulos e garantindo o posicionamento dos rótulos dentro de uma tolerância de ±2 mm.

Para informações impressas, como a data de produção e a validade, os sistemas de visão garantem que cada embalagem está claramente etiquetada. O sistema iVu da Banner utiliza uma ferramenta de correspondência para detetar a presença de informação impressa, rejeitando automaticamente os produtos com códigos em falta.

Inspeção de Enchimento e Tampa

Na indústria de bebidas, os sistemas de visão podem inspecionar níveis de enchimento consistentes e a presença de corpos estranhos em garrafas para garantir a qualidade consistente do produto. A inspeção das tampas das garrafas inclui a verificação de fugas e distorções, entre outros fatores.

O sistema de visão de IA de alta precisão da Budweiser pode realizar simultaneamente inspeções abrangentes de vedação de tampas, nível de líquido, codificação de jato de tinta e posicionamento de rótulos, garantindo de forma abrangente a qualidade do produto.

Inspeção da Composição e Integridade

A tecnologia de visão também pode ser utilizada para inspecionar a composição interna e a integridade dos produtos. Por exemplo, ela pode verificar a integridade dos grânulos dos medicamentos dentro de uma embalagem ou verificar a integridade de vários ingredientes (óleo, cobertura, pó e vegetais) dentro de uma embalagem de massa instantânea.

As soluções de visão da Banner podem até verificar a presença de instruções dentro da embalagem, garantindo a integridade de cada embalagem individual.

4. Pontos-chave de implementação: Fatores-chave para uma implementação bem-sucedida do sistema de inspeção visual

A fonte de luz e o projeto de iluminação são cruciais para o sucesso de um sistema. Diferentes alvos de inspeção requerem diferentes métodos de iluminação. Por exemplo, ao inspecionar bolos de massa instantâneos em busca de defeitos estéticos, é utilizada uma combinação de fontes de luz de área montadas lateralmente e fontes de luz de conjunto de túnel para garantir uma iluminação uniforme da superfície de inspeção.

A seleção da câmara também é crucial. Escolha o tipo de câmara adequado (scan de linha ou varrimento de área) e a resolução com base nas suas necessidades de inspeção. Para linhas de produção de alta velocidade, as câmaras de varrimento de linha são mais adequadas para captar imagens de objetos em movimento uniforme.

A integração e flexibilidade dos sistemas são características essenciais dos sistemas de visão modernos. Por exemplo, o sistema de inspeção de rótulos desenvolvido pela EPIC Vision Systems para uma empresa alimentar consegue realizar trocas de produtos em menos de dois minutos e adaptar-se às necessidades de inspeção de diferentes tipos de rótulos.

Os recursos dos algoritmos e do software determinam diretamente o desempenho da inspeção. Os sistemas de visão modernos, combinados com algoritmos de aprendizagem profunda, podem adaptar-se a cenários de inspeção que envolvem diferentes posições e ângulos de inclinação das bolsas, melhorando a precisão do reconhecimento.

5. Estudo de caso: Aplicação prática da tecnologia de inspeção visual

Sistema de visão de IA de alta precisão da Budweiser

A fábrica da Budweiser em Foshan introduziu a tecnologia de visão de IA de alta precisão da Hikvision Robotics e desenvolveu equipamentos de inspeção de forma independente para alcançar uma inspeção totalmente automatizada. O sistema, composto por uma câmara industrial de 25 megapixéis e uma plataforma de algoritmo VM, atinge velocidades de inspeção na casa dos milissegundos.

Este sistema permite uma monitorização abrangente da qualidade, incluindo a inspeção simultânea de múltiplos cenários, incluindo selagem de tampas, nível de líquido, deteção de código, posicionamento de rótulos e impurezas na garrafa na linha de enchimento. O projeto reduziu os custos globais em 70%, estabelecendo um padrão de custo-benefício e inovação para atualizações inteligentes na indústria cervejeira. Inspeção em Múltiplas Etapas na Produção de Massa Instantânea

As soluções da Dongguan Chuangshi Automation abrangem várias fases da produção de noodles instantâneos: deteção de defeitos no filme da embalagem, deteção de defeitos na superfície dos noodles, deteção de presença de cobertura e deteção de presença de garfo.

As soluções de imagem específicas são concebidas para atender às características únicas de cada fase. Por exemplo, para inspecionar coberturas, uma câmara a cores de 160 W, emparelhada com uma fonte de luz de área montada na lateral, combinada com um algoritmo de aprendizagem profunda, determina com precisão a presença de coberturas em diferentes locais e cores.

Sistema de inspeção de rótulos de xarope de milho engarrafado

Uma empresa alimentar americana, em colaboração com a EPIC, desenvolveu um sistema de inspeção de rótulos utilizando dois sistemas de visão Cognex, capaz de inspecionar mais de 500 garrafas por minuto. O sistema pode verificar mais de 20 rótulos diferentes, garantindo o posicionamento e o design corretos dos padrões de rótulos e códigos de barras.

O sistema apresenta um processo simples de troca de produtos; os operadores podem adaptar-se rapidamente a novos tipos de produtos, bastando para isso selecionar o programa de inspeção adequado através da interface homem-máquina, reduzindo significativamente o tempo de inatividade da linha de produção.

6. Tendências futuras: o desenvolvimento da inspeção visual inteligente

Com os avanços nas tecnologias de inteligência artificial e aprendizagem automática, os sistemas de inspeção visual estão a tornar-se cada vez mais inteligentes e adaptáveis. Os algoritmos de aprendizagem profunda permitem que os sistemas identifiquem padrões de defeitos mais complexos, melhorando continuamente a precisão da inspeção.

O âmbito de aplicação da tecnologia de visão 3D está a expandir-se. Por exemplo, as câmaras 3D ToF (Time of Flight) da Basler podem ser utilizadas para identificar e classificar frutas, permitindo avaliações de qualidade mais precisas.

A análise de dados e a rastreabilidade estão também a tornar-se pontos-chave de crescimento para os sistemas de visão. Os sistemas registam grandes quantidades de dados de produção durante a inspeção, facilitando a análise de qualidade e a rastreabilidade nas fábricas. Por exemplo, os sistemas de visão da Budweiser melhoram o controlo de qualidade dos produtos.

A miniaturização e a integração são outras tendências importantes. Os sensores de imagem da série P5 iVu da Banner integram iluminação e lentes e contam com um ecrã táctil integrado, permitindo uma programação sem necessidade de PC e simplificando bastante o processo de operação.

Com os contínuos avanços tecnológicos, a aplicação da inspeção visual na indústria alimentar e de bebidas está a expandir-se da inspeção de qualidade de ponto único para o controlo de qualidade de todo o processo. Os futuros sistemas de visão serão mais do que apenas "ferramentas de inspeção"; tornar-se-ão nós inteligentes conectando produção e gestão.

Desde a receção de matérias-primas até ao envio de produtos acabados, a tecnologia de inspeção visual desempenha um papel indispensável em todos os elos da produção de alimentos e bebidas, protegendo a qualidade e a segurança de cada produto e proporcionando maior tranquilidade aos consumidores.