Aplicação e inovação da tecnologia de visão por computador na inspeção de embalagens de frascos farmacêuticos.

Os sistemas automatizados de inspeção visual de alta precisão para frascos farmacêuticos estão a tornar-se um suporte tecnológico fundamental para garantir a qualidade das embalagens farmacêuticas.

Na indústria farmacêutica, a qualidade da embalagem dos medicamentos está diretamente relacionada com a segurança do doente. Os métodos tradicionais de inspeção manual apresentam baixa eficiência, pouca consistência e provocam fadiga, dificultando o cumprimento das exigências da produção em grande escala. Com o desenvolvimento da tecnologia de visão por computador, os sistemas de inspeção automática baseados em visão por computador tornaram-se uma forma eficaz de resolver este problema.

A tecnologia de visão computacional utiliza um sistema de imagem optoelectrónico para adquirir imagens do objeto alvo. Estas imagens são depois processadas digitalmente por um computador ou módulo de processamento de imagem dedicado. Com base em informações como a distribuição de pixéis, brilho e cor, o sistema realiza o reconhecimento de tamanho, forma e cor, melhorando significativamente a flexibilidade e a automatização da inspeção do processo de produção.

1. Composição do sistema de inspeção visual de frascos farmacêuticos

Um sistema de inspeção visual de frascos farmacêuticos é normalmente constituído por duas partes: uma plataforma de hardware e um sistema de software. A plataforma de hardware inclui uma fonte de luz, câmara industrial, sensores, placa de aquisição de imagem, computador industrial e mecanismo de rejeição.

Na configuração do hardware, a tecnologia de iluminação é crucial, uma vez que afeta diretamente a qualidade da aquisição de imagens. Uma iluminação adequada pode realçar as características do frasco farmacêutico e reduzir os reflexos e as sombras. A escolha da câmara industrial deve ser feita de acordo com a precisão de deteção necessária; geralmente, as câmaras de alta resolução conseguem captar defeitos mais subtis.

O sistema de software é o núcleo da inspeção visual, responsável pelo processamento de imagens, extração de características e identificação de defeitos. Atualmente, os softwares de visão por computador mais utilizados incluem o HALCON, o EVISION e o XCALIPER. Estes pacotes de software oferecem uma vasta gama de ferramentas de processamento de imagem, tais como análise de blobs, operações morfológicas, reconhecimento de padrões e algoritmos de medição.

O fluxo de trabalho do sistema é basicamente o seguinte: quando um frasco farmacêutico chega à estação de inspeção através de um tapete transportador, um sensor aciona a câmara para captar uma imagem. Os dados da imagem são então transmitidos para o computador industrial para processamento e análise e, por fim, o mecanismo de rejeição é controlado com base nos resultados.

2. Tecnologias-chave para a inspeção visual de frascos farmacêuticos

Os algoritmos de processamento de imagem são a tecnologia central da inspeção visual de frascos farmacêuticos. Os procedimentos típicos de processamento de imagem incluem a conversão para escala de cinzentos, a redução de ruído, o melhoramento, a segmentação e as operações morfológicas. São também necessárias algumas tecnologias especializadas para satisfazer os requisitos específicos da inspeção de frascos farmacêuticos.

A tecnologia de imagem de superfícies curvas é particularmente importante para a inspeção de frascos farmacêuticos cilíndricos. Como os rótulos destes frascos têm uma estrutura de superfície curva, a captura direta de imagens pode levar à deformação e distorção da imagem. Para resolver este problema, os investigadores desenvolveram sistemas de imagem colaborativa com múltiplas câmaras. Utilizando quatro câmaras industriais posicionadas em pares a 90°, as imagens dos rótulos podem ser captadas a partir de diferentes ângulos de visão. A tecnologia de junção de imagens é então utilizada para obter uma reconstrução completa da superfície dos rótulos cilíndricos.

A tecnologia de aprendizagem profunda tem demonstrado um grande potencial na deteção de defeitos em frascos farmacêuticos. Os sistemas baseados em modelos avançados de deteção de objetos, como o YOLO11, podem identificar automaticamente diversos defeitos na superfície dos frascos, como fissuras, manchas e deformações.

Estes modelos melhoram significativamente a precisão e a velocidade de deteção através de estruturas de rede melhoradas, como o módulo C3k2, o mecanismo de ajuste dinâmico de peso DWR e a estrutura de fusão de características DRB.

A tecnologia de deteção por visão tridimensional utiliza câmaras industriais e scanners laser de linha para adquirir dados simultaneamente, combinando imagens 2D e informações de nuvens de pontos 3D para obter uma deteção precisa de defeitos na superfície dos frascos farmacêuticos. Este método consegue captar as características morfológicas 3D do frasco, sendo particularmente eficaz na deteção de defeitos tridimensionais, como amolgadelas e saliências.

3. Aplicações típicas da inspeção visual de frascos farmacêuticos

Detecção de volume de líquido

A detecção do volume de líquidos envolve essencialmente a medição do nível do líquido na garrafa. Os sistemas de deteção baseados em visão por computador determinam a altura do nível do líquido analisando o ponto de transição de tons de cinzento entre a abertura da garrafa e a superfície do líquido.

O sistema utiliza algoritmos morfológicos em tons de cinzento para segmentar e analisar imagens em tempo real. Ao criar uma área de medição, encontrar pontos de transição de limite e medir a posição relativa do nível do líquido, determina se o volume do líquido está dentro dos limites aceitáveis.

Detecção da vedação e posição da tampa da garrafa

O sistema de inspeção visual consegue detetar se a tampa da garrafa está presente, se está devidamente encaixada e se a abertura da garrafa está danificada. É utilizada uma ferramenta de comparação gráfica para determinar se a abertura da garrafa está danificada, e uma ferramenta linear mede a variação da posição da tampa e do nível do líquido no eixo Y para determinar se a tampa está corretamente instalada.

Este tipo de deteção envolve geralmente a medição de posições relativas, pelo que não é afetado por pequenas vibrações da garrafa na correia transportadora.

Detecção de etiquetas

A deteção de rótulos inclui a verificação da presença ou ausência do rótulo, se a sua posição está correta e se o conteúdo é claro e legível. Para os frascos farmacêuticos cilíndricos, a deteção de rótulos enfrenta desafios específicos.

Os sistemas de deteção avançados utilizam imagens de múltiplas câmaras e tecnologia de junção de imagens para obter imagens completas das etiquetas e, em seguida, utilizam a análise de blobs e a tecnologia de aprendizagem automática para detetar defeitos nas etiquetas de forma inteligente.

O conteúdo da deteção inclui vários tipos de defeitos, tais como sujidade na etiqueta, danos, rebarbas, rugas e inclinação. Inspeção do número de lote e da data de produção.

O número de lote e a data de produção na embalagem do medicamento são informações cruciais e devem ser legíveis e precisas. O sistema de inspeção visual utiliza a tecnologia OCR (Reconhecimento Óptico de Caracteres) para ler e identificar cada dígito do número de lote.

O processo de reconhecimento OCR inclui etapas como a aquisição de imagens, pré-processamento, segmentação de caracteres e reconhecimento. Ao treinar um classificador OCR para criar um modelo, a imagem em tempo real é comparada com o modelo para determinar se o número de lote e a data de produção são aceitáveis.

4. Desafios técnicos e soluções inovadoras

A inspeção visual de frascos de medicamentos enfrenta diversos desafios técnicos, e os investigadores propuseram soluções inovadoras para lidar com estas questões.

Capturar imagens de rótulos curvos é um grande desafio. O desdobramento do rótulo de um frasco cilíndrico de medicamento num plano reto resulta na distorção da imagem, dificultando a obtenção de informação completa pelos métodos tradicionais. Um estudo propôs uma solução baseada no cálculo de coordenadas espaciais: determinar o alcance de observação de cada câmara com base na posição espacial relativa dos pontos 3D do rótulo do frasco de medicamento e dos quatro pontos focais da câmara, e obter uma reconstrução de alta precisão do rótulo cilíndrico através de um algoritmo de seleção de câmaras de observação otimizado.

A deteção de defeitos em alvos pequenos é outro desafio. Defeitos subtis, como fissuras e riscos na superfície dos frascos de medicamentos, geralmente ocupam apenas uma pequena área da imagem, dificultando a sua deteção. As soluções baseadas em aprendizagem profunda melhoram a estrutura da rede, através de técnicas como a fusão de características em múltiplas escalas e mecanismos de atenção, para melhorar a capacidade de deteção de alvos pequenos.

A iluminação irregular também afeta os resultados da deteção. Um estudo propôs um método adaptativo de ajuste de superfície que seleciona automaticamente funções de base de superfície apropriadas para o ajuste, com base nas características de curvatura de diferentes áreas da superfície do frasco de medicamento, adaptando-se às formas de superfície complexas e diversas dos frascos de medicamento.

5. Tendências de Desenvolvimento Tecnológico e Perspectivas Futuras

A tecnologia de inspeção visual de frascos de medicamentos está a evoluir para uma abordagem mais inteligente, rápida e precisa. Com o avanço contínuo da tecnologia de aprendizagem profunda, os métodos de deteção baseados nesta aprendizagem irão substituir gradualmente os algoritmos tradicionais de processamento de imagem, alcançando uma maior precisão e adaptabilidade na deteção.

A aplicação da tecnologia de visão 3D também se irá expandir. A vista 3D pode fornecer informações de superfície mais ricas e apresenta vantagens significativas na deteção de frascos de medicamentos com formatos complexos e defeitos tridimensionais. No futuro, os sistemas de inspeção visual 3D serão mais utilizados na indústria farmacêutica.

A integração de sistemas continuará a melhorar. Os futuros sistemas de inspeção visual conseguirão uma maior integração, e a interação dos dados com outros sistemas da linha de produção será mais próxima, formando um sistema completo de controlo de qualidade inteligente para a manufatura.

A velocidade de deteção também continuará a aumentar. Com a melhoria do desempenho do hardware e a otimização dos algoritmos, a velocidade de processamento dos sistemas de inspeção visual aumentará continuamente, atendendo às necessidades de inspeção em tempo real das linhas de produção de alta velocidade.

Com a promoção e o aprofundamento das Boas Práticas de Fabrico (BPF) na China, a melhoria contínua da automatização e da escala de produção e a crescente ênfase nas questões de qualidade por parte dos utilizadores, a tecnologia de visão por computador será mais amplamente aplicada e desenvolvida na produção farmacêutica.

O avanço dos sistemas de inspeção visual não só melhorou o nível de controlo de qualidade das embalagens farmacêuticas, como também permitiu às empresas farmacêuticas alcançar uma maior eficiência e custos de produção mais baixos. No futuro, com a integração de novas tecnologias, como a inteligência artificial e a Internet das Coisas, a inspeção visual dos frascos farmacêuticos continuará a evoluir para uma direção mais inteligente e precisa.