Tecnologia de inspeção visual para codificação de fundo de lata: alcançar zero defeitos em linhas de produção de alta velocidade

Inspecionar 72.000 latas por hora com uma taxa de precisão de até 99,99% — Como a tecnologia de visão por computador revoluciona o controlo de qualidade na indústria alimentar e de bebidas

Na atual indústria alimentar e de bebidas, em rápido desenvolvimento, as linhas de produção de latas atingiram velocidades de 72.000 latas por hora, o equivalente a umas surpreendentes 20 latas por segundo. Neste ambiente de produção de alta velocidade, a inspeção de qualidade da codificação do fundo da lata tornou-se uma etapa crítica para garantir a qualidade do produto. Como portadora de informação sobre o produto, a codificação está diretamente relacionada com a rastreabilidade do produto e com o controlo de qualidade.

A inspeção visual tradicional já não é capaz de satisfazer as exigências de produção a alta velocidade. A introdução da tecnologia de visão por computador revolucionou esta situação, permitindo uma inspeção automatizada eficiente e precisa.

1. Causas e desafios dos defeitos de qualidade na codificação de latas

No processo de produção de bebidas em lata, vários fatores podem levar a defeitos de qualidade na codificação. Um soprador de água é normalmente instalado antes da impressora a jacto de tinta para remover as gotas de água da área de codificação do fundo da lata. O ajuste ou deslocamento inadequado deste dispositivo pode resultar na remoção incompleta de gotas de água do fundo da lata, resultando em códigos desfocados ou em falta. A própria impressora também pode apresentar avarias. Os bicos de tinta entupidos são um problema comum, frequentemente causado por uso prolongado ou limpeza negligenciada. Se não for detetado prontamente, isto pode levar a acidentes de produção, como códigos em falta ou em falta. Além disso, o deslocamento do sensor de disparo da impressora ou da cabeça de impressão pode causar problemas como caracteres em falta, códigos em falta, códigos em falta ou códigos mal posicionados.

O fundo côncavo das latas de metal apresenta desafios adicionais para a inspeção visual. Em comparação com os materiais transparentes convencionais, a natureza reflexiva das superfícies metálicas dificulta a obtenção de imagens, exigindo soluções de iluminação especializadas para obter imagens estáveis ​​e nítidas.

2. Objetivos de projeto e principais parâmetros técnicos do sistema de inspeção

Para satisfazer as exigências das linhas de produção de alta velocidade, o sistema de inspeção de código do fundo da lata deve cumprir uma série de especificações técnicas rigorosas.

O desempenho em tempo real de alta velocidade é o requisito mais fundamental. O sistema deve concluir a aquisição, a análise e o julgamento da imagem instantaneamente, à medida que a lata passa pela área de inspeção a alta velocidade, exigindo velocidades de processamento na gama dos milissegundos.

Igualmente crucial é a precisão da rejeição. O sistema deve distinguir com precisão entre produtos qualificados e não qualificados, rejeitando apenas os defeituosos para evitar perdas causadas por rejeições falsas. A escalabilidade do sistema também é crucial. As interfaces de E/S flexíveis facilitam a integração com diversos sensores ou atuadores para satisfazer as diversas necessidades de medição e controlo no local.

As estatísticas de dados e as características de comunicação são características essenciais dos sistemas de inspeção modernos. O sistema deve ser capaz de registar, compilar e exibir dados de inspeção em tempo real, além de permitir a troca de dados e a transmissão remota através de interfaces Ethernet ou série.

3. Arquitetura do sistema e componentes principais de hardware

Um sistema completo de inspeção por jato de tinta do fundo da lata consiste em três componentes principais: uma fonte de luz e um sistema de processamento de visão, um controlo elétrico e um sistema de interface homem-máquina e um dispositivo de rejeição defeituoso.

Configuração da fonte de luz

Devido à superfície côncava e às propriedades refletoras do metal do fundo das latas de alumínio, o sistema utiliza normalmente uma fonte de luz integradora esférica. Esta fonte de luz possui uma superfície interna hemisférica que reflete uniformemente a luz emitida pela parte inferior a 360 graus, garantindo uma iluminação uniforme em toda a área de aquisição da imagem e melhorando significativamente a qualidade e estabilidade da imagem.

Seleção de câmara inteligente

A câmara inteligente é o núcleo do sistema. A câmara inteligente Cognex In-Sight Micro1400, com o seu tamanho compacto (apenas 30 mm x 30 mm x 60 mm) e funcionalidade potente, é particularmente adequada para aplicações em linhas de montagem de alta velocidade. Incorporada com algoritmos sofisticados de visão de máquina, desempenha funções como deteção de presença/ausência, inspeção de defeitos de superfície, medição dimensional e reconhecimento OCR. Isto requer uma programação mínima do utilizador, acelerando significativamente o desenvolvimento do sistema.

Configuração da Unidade de Processamento

Os sistemas utilizam normalmente uma combinação de um computador industrial e um PLC. Por exemplo, o computador industrial com ecrã táctil Advantech 1261H, emparelhado com um PLC Siemens S7-200 (com CPU de 224 bits), garante velocidade e estabilidade, mantendo a relação custo-benefício.

4. Evolução do Algoritmo de Processamento de Imagens e Reconhecimento de Caracteres

Com os avanços tecnológicos, os algoritmos de reconhecimento de caracteres para impressão a jato de tinta no fundo da lata sofreram uma evolução significativa, dos métodos tradicionais para as técnicas avançadas de aprendizagem profunda.

Posicionamento da área da personagem

O posicionamento da área do caractere é o primeiro passo no processo de reconhecimento. Nas linhas de produção reais, as latas são propensas a rotação durante o processo de impressão, impossibilitando a definição de uma ROI fixa. O método MSER (Most Stable Extrema Region) consegue eficazmente a localização aproximada das regiões dos caracteres, binarizando a imagem e aplicando diferentes limiares de escala de cinzentos. Este método, combinado com os métodos de dilatação morfológica e de área, consegue uma localização precisa, utilizando o retângulo mínimo envolvente para determinar a região do caractere e a orientação rotacional.

Tecnologia de segmentação de personagens

Devido às características dos caracteres matriciais de jato de tinta, as técnicas tradicionais de segmentação por projeção têm frequentemente dificuldade em segmentá-los com precisão. O algoritmo de segmentação matricial de caracteres emprega o método de dilatação da forma de onda, melhorando a segmentação por projeção. Ao definir limites de segmentação e ao lidar com caracteres sobrepostos, aborda eficazmente o desafio da segmentação matricial de caracteres.

Reconhecimento de Personagem

Os algoritmos de reconhecimento de caracteres evoluíram da extração tradicional de características para a aprendizagem profunda. As redes neuronais convolucionais (CNNs) extraem autonomamente características de jato de tinta de alta qualidade através de aprendizagem automática, evitando o complexo processo manual de extração de características. Oferecem uma excelente tolerância a falhas e capacidades de processamento paralelo, melhorando significativamente a precisão do reconhecimento.

5. Fluxo de trabalho do sistema e controlo de qualidade

O fluxo de trabalho do sistema de inspeção por jato de tinta no fundo da lata é um processo altamente colaborativo.

À medida que as latas passam pelo sistema de imagem, um interruptor de proximidade metálico aciona uma fonte de luz estroboscópica e uma câmara industrial inteligente para captar imagens do fundo da lata em movimento a alta velocidade. A câmara inteligente analisa e processa então a imagem, determinando se a qualidade da impressão a jato de tinta cumpre as normas e transmitindo os resultados para o sistema de controlo elétrico.

Para qualquer produto defeituoso detetado, o sistema ativa um mecanismo de rejeição para o remover automaticamente da linha de produção. Este processo totalmente automatizado não requer intervenção humana, garantindo uma operação contínua e eficiente da linha de produção.

O sistema também regista e compila diversos dados de inspeção em tempo real, fornecendo suporte de dados para a gestão da qualidade da produção. Os operadores podem monitorizar o estado operacional do sistema através da interface homem-máquina e ajustar os parâmetros prontamente para garantir a eficiência ideal do equipamento.

6. Resultados da aplicação e perspetivas futuras

As aplicações práticas demonstraram que o sistema de inspeção de impressão a jato de tinta no fundo da lata baseado na visão de máquina apresenta vantagens significativas.

Em comparação com a inspeção manual, os sistemas de visão computacional não são apenas mais rápidos, mas também significativamente mais precisos, alcançando uma precisão de reconhecimento de 99,99%. O método de inspeção sem contacto evita a contaminação durante o processo de inspeção e reduz os custos de mão-de-obra.

Com a melhoria contínua da automatização na indústria alimentar e de bebidas e o aumento contínuo dos custos de mão-de-obra, a importância da promoção e aplicação de sistemas de inspeção por visão por computador está a tornar-se cada vez mais proeminente. Esta tecnologia tem também implicações positivas para a quebra do monopólio dos equipamentos estrangeiros. No futuro, com o desenvolvimento de algoritmos de aprendizagem profunda e melhorias nas capacidades de processamento de hardware, os sistemas de inspeção por codificação de fundo de latas evoluirão para velocidades mais elevadas, maior precisão e maior adaptabilidade, proporcionando um apoio técnico ainda mais poderoso para o controlo de qualidade na indústria alimentar e das bebidas.

No futuro, com o avanço contínuo da tecnologia de inteligência artificial, os sistemas de inspeção de codificação de fundo de latas tornar-se-ão ainda mais inteligentes e adaptáveis. A introdução de algoritmos de aprendizagem profunda permitirá ao sistema lidar com tipos de defeitos de codificação mais complexos, enquanto a aplicação da tecnologia 5G permitirá a monitorização e manutenção remotas, reduzindo ainda mais os custos operacionais.

Para os fabricantes de alimentos e bebidas, investir em sistemas avançados de inspeção visual não é apenas um meio necessário de controlo de qualidade, mas também uma escolha estratégica para aumentar o valor da marca e a competitividade no mercado. Na procura de zero defeitos, a tecnologia de visão por computador está a tornar-se uma ferramenta indispensável.