Tecnologia de deteção do nível de líquidos em garrafas de vidro: uma inovação que vai dos métodos mecânicos tradicionais à visão inteligente.

Em setores como o das bebidas e o farmacêutico, o controlo preciso do nível de líquidos é crucial para a qualidade do produto e para a reputação da empresa.

A deteção precisa do nível de líquidos em garrafas de vidro tornou-se um aspeto crucial da produção industrial moderna. Os métodos tradicionais de inspeção visual manual são ineficientes e propensos a erros, não satisfazendo as exigências da produção em grande escala. Com os avanços tecnológicos, surgiram tecnologias de deteção avançadas baseadas em visão computacional e sensores fotoelétricos, que melhoram significativamente a eficiência e a precisão da deteção.

Estas tecnologias não só superam desafios como a espessura irregular da parede das garrafas de vidro e as variações na transparência do líquido, como também se adaptam aos requisitos de deteção em tempo real das linhas de produção de alta velocidade, fornecendo às empresas soluções fiáveis ​​de controlo de qualidade.

1. Evolução Tecnológica: A Transição da Detecção Manual para a Detecção Inteligente

No setor da produção industrial, o desenvolvimento da tecnologia de deteção do nível de líquidos em garrafas de vidro sofreu uma evolução, do simples para o complexo, do manual para o inteligente. Inicialmente, as empresas de produção dependiam geralmente da inspeção visual manual, na qual os trabalhadores observavam o nível do líquido nas garrafas de vidro a olho nu para determinar a qualidade do produto.

Este método depende muito da experiência e da atenção do pessoal; o trabalho prolongado pode levar à fadiga visual, resultando em julgamentos erróneos ou falhas na deteção de problemas. Com a expansão da escala de produção e o aumento da velocidade, a inspeção manual já não consegue satisfazer as exigências da indústria moderna em termos de eficiência e qualidade.

A introdução da tecnologia de visão por computador veio alterar completamente esta situação. Os sistemas de deteção baseados em visão por computador adquirem imagens do nível do líquido em garrafas de vidro utilizando equipamento de aquisição de imagem e, em seguida, analisam a posição do nível do líquido utilizando algoritmos de processamento de imagem digital.

Estes sistemas podem operar de forma contínua e estável sem serem afetados pela fadiga, melhorando significativamente a eficiência e a fiabilidade da deteção. Atualmente, os métodos de deteção por visão artificial tornaram-se a principal tecnologia para a deteção do nível de líquidos e são amplamente utilizados nas indústrias de bebidas, cerveja e farmacêutica.

Nos últimos anos, com o desenvolvimento da tecnologia de aprendizagem profunda, a deteção do nível de líquidos entrou numa nova era de inteligência artificial. O sistema de deteção de defeitos industriais DLIA utiliza algoritmos de aprendizagem profunda, treinando um grande volume de dados de imagem para permitir que o sistema identifique com precisão a altura do nível do líquido e as características de forma dentro da garrafa de vidro.

Este método de deteção baseado em inteligência artificial possui uma forte adaptabilidade e capacidade anti-interferência, permitindo uma deteção precisa mesmo em ambientes complexos ou condições especiais de iluminação, representando a futura direção de desenvolvimento da tecnologia de deteção de nível de líquidos.

2. Princípio de funcionamento dos métodos de deteção por visão por computador

Um sistema de deteção por visão por computador é normalmente constituído por um módulo de aquisição de imagem, um módulo de iluminação, um módulo de processamento e reconhecimento de imagem e um dispositivo de controlo de saída. Estes componentes trabalham em conjunto para obter a deteção precisa do nível de líquido nas garrafas de vidro.

Durante a aquisição de imagens, o sistema utiliza um painel LED com iluminação traseira branca para iluminar a posição do nível do líquido na garrafa de vidro em teste, e a câmara capta a imagem do nível do líquido pela parte frontal da garrafa. Para obter uma linha de nível de líquido nítida, os parâmetros da câmara e da fonte de luz precisam de ser ajustados com precisão para que o nível do líquido na garrafa de vidro fique claramente separado da bebida que se encontra por baixo.

Este método de retroiluminação produz imagens de alto contraste, estabelecendo a base para o processamento de imagem subsequente.

A etapa de processamento de imagem inclui várias fases. Em primeiro lugar, a imagem adquirida é pré-processada utilizando uma filtragem mediana para remover a interferência de ruído e realçar a informação do alvo de deteção.

De seguida, a imagem pré-processada é binarizada, ajustando-se o limiar apropriado de acordo com o ambiente real para separar claramente o nível do líquido do fundo. Um passo crucial é utilizar um método de correspondência geométrica para localizar a posição da tampa da garrafa, estabelecendo um sistema de coordenadas com o centro geométrico da tampa como referência.

Com base no princípio de que a região de nível de líquido aceitável permanece inalterada em relação ao centro geométrico da tampa da garrafa, o sistema define a região de interesse (ROI) para a região de nível de líquido aceitável. Por fim, o método de correspondência geométrica é novamente utilizado para identificar a linha de nível de líquido e determinar se esta se encontra dentro da região aceitável.

Para diferentes tipos de líquidos, o sistema de visão por computador utiliza diferentes estratégias de imagem. Para líquidos coloridos, uma luz de fundo padrão é geralmente suficiente; no entanto, para líquidos transparentes ou em situações em que o corpo da garrafa apresenta características ou interferência de cor, é necessária uma retroiluminação infravermelha mais penetrante.

Em termos de métodos de medição específicos, podem ser utilizados dois dispositivos de medição linear para obter dados sobre o fundo da garrafa e o nível do líquido, e depois calcular a distância entre eles. Os resultados da correspondência de forma são utilizados como fonte de correção para os dispositivos de medição linear, permitindo-lhes acompanhar o movimento do produto e melhorar a precisão da medição.

3. Soluções de Detecção para Cenários de Aplicação Especiais

Em alguns cenários de aplicação específicos, os métodos padrão de deteção por visão por computador podem enfrentar desafios. Por exemplo, na produção de cerveja, as garrafas acabadas de encher contêm uma grande quantidade de espuma, e os métodos tradicionais de medição através do corpo da garrafa são afetados pela espessura irregular da parede.

Para lidar com esta situação específica, surgiu uma solução de deteção inovadora. Esta solução utiliza a diferença de cor entre a espuma da cerveja e a própria cerveja, captando diretamente uma imagem da interseção do líquido e da espuma através de uma câmara.

O processador de imagem identifica a fronteira entre o líquido e a espuma para determinar se o nível do líquido é aceitável. Uma vez que não requer luz visível ou infravermelha para penetrar no corpo do frasco, este método evita eficazmente a influência da espessura irregular da parede do frasco nos resultados da deteção. Na área médica, a deteção do nível de líquido nos frascos de infusão tem requisitos específicos. Um dispositivo baseado na tecnologia de deteção fotoelétrica realiza a monitorização do nível de líquidos através da colaboração de um módulo emissor de laser e de um módulo recetor.

Este dispositivo posiciona o módulo emissor de laser na linha de aviso de um dos lados do frasco de infusão e o módulo recetor de laser no outro lado. Quando o nível do líquido está acima da linha de aviso, o feixe laser consegue atravessar o frasco e ser detetado pelo módulo recetor; assim que o nível do líquido desce abaixo da linha de aviso, a direção da refração da luz altera-se, o sinal do módulo recetor enfraquece e o sistema dispara um alarme.

Este método de deteção sem contacto é particularmente adequado para as necessidades de aplicação em ambientes médicos.

Para situações que exijam uma medição precisa da altura do nível de líquidos, os métodos tradicionais de medição mecânica são ainda úteis. Um instrumento para medir o nível de líquidos em garrafas de vidro inclui uma haste de medição com um anel limitador. O anel limitador entra em contacto com a abertura da garrafa, e a extremidade inferior da haste de medição estende-se até à posição padrão da linha de nível do líquido.

Esta ferramenta possui ainda uma cavidade interna para extração de líquidos. Quando o nível do líquido é demasiado elevado, pode ser ajustado para a altura padrão através da extração do líquido. Combinada com a escala de medição, permite determinar intuitivamente se o nível do líquido está correto. Embora este método não seja tão eficiente como a deteção automática, é adequado para a produção em pequenos lotes ou ambientes laboratoriais.

4. Comparação das vantagens técnicas e cenários aplicáveis

As diferentes tecnologias de deteção de nível de líquidos apresentam vantagens e cenários de aplicação específicos. Os métodos de deteção por visão computacional são sem contacto e altamente eficientes, tornando-os adequados para deteção online em linhas de produção de alta velocidade.

Os algoritmos utilizados nestes sistemas são simples, com poucos passos, permitindo um processamento rápido da imagem. São menos afetados pelo ambiente e possuem uma elevada precisão. Além disso, os sistemas de visão por computador podem ser adicionados às linhas de produção existentes, possibilitando a deteção online durante a produção e aumentando significativamente a eficiência produtiva.

A tecnologia de deteção fotoelétrica destaca-se em campos específicos devido ao seu tamanho reduzido, baixo custo e alta sensibilidade. Especialmente quando combinada com um microcontrolador para processar o sinal ótico, torna a avaliação e o controlo do sistema mais precisos. Permite também a implementação de medidas anti-interferência através de algoritmos de software para realizar avaliações múltiplas e abrangentes com atraso, evitando falsos positivos e falsos negativos.

Este método é particularmente adequado para cenários como infusões médicas, onde o tamanho e o custo do equipamento são fatores críticos.

A tecnologia de deteção de imagem, desenvolvida especificamente para aplicações especiais como garrafas de cerveja, resolve o problema da espessura irregular da parede da garrafa, que os métodos tradicionais enfrentam. Ao identificar diretamente a fronteira entre o líquido e a espuma, evita erros causados ​​pelas medições através do corpo da garrafa, melhorando significativamente a fiabilidade dos resultados da deteção. Este método proporciona resultados de deteção precisos e tem uma vasta gama de aplicações, sendo especialmente adequado para testar líquidos que produzem espuma com facilidade, como cerveja e refrigerantes.

Embora os métodos tradicionais de medição mecânica sejam menos eficientes, apresentam as vantagens de princípios simples e de baixo custo, tornando-os adequados para a produção em pequenos lotes ou ambientes laboratoriais. Sem a necessidade de equipamentos eletrónicos e algoritmos complexos, a altura precisa do nível do líquido pode ser obtida através de um contacto físico intuitivo, mantendo o seu valor insubstituível em situações específicas.

5. Tendências e desafios do desenvolvimento futuro

Com os avanços tecnológicos e a modernização industrial, a tecnologia de deteção do nível de líquidos em garrafas de vidro está a evoluir para uma maior inteligência e precisão. A aplicação de algoritmos de aprendizagem profunda tornou-se uma tendência importante. Ao treinar o sistema com uma grande quantidade de dados de imagem, consegue adaptar-se a vários cenários complexos, melhorando a precisão e a robustez da deteção.

No futuro, os sistemas de deteção baseados em IA serão capazes de aprender e otimizar algoritmos de forma autónoma, adaptando-se continuamente a novos produtos e ambientes, reduzindo a carga de trabalho de depuração e manutenção manual.

Outra tendência significativa é a integração de múltiplas tecnologias. Os sistemas de deteção híbridos, que combinam as vantagens da visão computacional, da deteção fotoelétrica e do ultrassom, tornar-se-ão uma direção de desenvolvimento.

Estes sistemas podem selecionar o método de deteção mais adequado com base em diferentes características do produto, ou até mesmo utilizar múltiplas tecnologias em simultâneo para verificação mútua, melhorando ainda mais a fiabilidade dos resultados da deteção. Por exemplo, na área médica, que exige uma elevada precisão, as tecnologias fotoelétricas e de visão podem ser combinadas para criar múltiplos mecanismos de garantia de segurança.

O desempenho em tempo real e a alta velocidade são também direções importantes para o desenvolvimento futuro da tecnologia de deteção de nível de líquidos. À medida que as velocidades das linhas de produção continuam a aumentar, aumentam também as exigências sobre a capacidade de processamento em tempo real do sistema de detecção.

Os sistemas futuros terão de adotar sensores de imagem mais avançados e algoritmos de processamento mais eficientes para acompanhar o ritmo das linhas de produção de alta velocidade. Ao mesmo tempo, o sistema de deteção necessita de ser mais integrado com outras partes da linha de produção para formar um ecossistema completo de fabrico inteligente.

Apesar dos avanços tecnológicos significativos, a deteção do nível de líquidos ainda enfrenta alguns desafios. Por exemplo, a estabilidade em ambientes de iluminação complexos, a adaptabilidade a frascos com formatos especiais e a identificação de líquidos com contraste extremamente baixo necessitam ainda de soluções adicionais.

Além disso, o custo do sistema e a facilidade de utilização são também fatores importantes que afetam a promoção da tecnologia. Os esforços futuros devem concentrar-se na inovação contínua nestas áreas para tornar a tecnologia de deteção do nível de líquidos mais madura e difundida.

Através do cenário de uma sala de infusão hospitalar, podemos observar a aplicação prática da tecnologia de deteção fotoelétrica. Quando o medicamento está prestes a esgotar, o sistema envia automaticamente um alarme, alertando a equipa médica para agir prontamente. Por detrás desta tecnologia aparentemente simples, está a combinação de sensores fotoelétricos precisos e algoritmos de julgamento inteligentes. Com o desenvolvimento contínuo da aprendizagem profunda e das tecnologias de sensores, a deteção do nível de líquidos em frascos de vidro tornar-se-á mais precisa e eficiente. Os futuros sistemas de deteção poderão integrar múltiplas tecnologias de sensorização, adaptando-se a diferentes tipos de frascos e características dos líquidos, proporcionando soluções de controlo de qualidade mais abrangentes para a produção industrial.

A tecnologia de deteção deixou de ser apenas uma parte auxiliar da produção e tornou-se uma força importante que impulsiona o progresso da indústria.