Como a visão por computador está a remodelar os padrões de inspeção de qualidade para garrafas de vidro.

Uma luz ténue reflete no corpo transparente da garrafa e, sob uma câmara de alta velocidade, uma minúscula bolha é identificada e marcada com precisão – tudo num centésimo de segundo.

As garrafas de vidro, um recipiente de embalagem ancestral, enfrentam rigorosos requisitos de qualidade na produção industrial moderna. Os métodos tradicionais de inspeção manual já não satisfazem as exigências da produção em grande escala e alta velocidade da atualidade. Com o amadurecimento da tecnologia de visão por computador, a inspeção de qualidade de garrafas de vidro está a sofrer uma transformação revolucionária.

Através de sensores CCD e CMOS avançados, algoritmos profissionais de processamento de imagem e tecnologia de inteligência artificial, os sistemas de inspeção visual podem atingir velocidades de inspeção de dezenas de milhares de garrafas por hora, com uma precisão que atinge níveis micrométricos inatingíveis pelo olho humano, proporcionando uma sólida garantia de qualidade para as indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética.

1. Limitações e Desafios da Inspeção Tradicional

Durante o processo de produção de garrafas de vidro, devido à complexidade do processo de fabrico, são inevitáveis ​​diversos produtos defeituosos. Problemas como bolhas, impurezas, fissuras e desvios dimensionais representam sérios riscos para a qualidade do produto.

Para melhorar a qualidade dos produtos que saem da fábrica, os fabricantes recorrem normalmente a uma extensa inspeção manual para remover os produtos defeituosos. Este método tradicional apresenta desvantagens evidentes: baixa velocidade de inspeção, necessidade significativa de recursos humanos, materiais e espaço.

Após longos períodos de trabalho, o olho humano está propenso à fadiga e a erros, dificultando a garantia consistente da qualidade do produto. Os padrões de inspeção são difíceis de unificar, com diferenças de julgamento subjetivo entre os diferentes inspetores de qualidade, e até os padrões de julgamento do mesmo inspetor podem variar em diferentes momentos.

As modernas linhas de produção de alta velocidade evidenciam ainda mais as deficiências da inspeção manual. Tomando como exemplo a produção de garrafas de cerveja, muitas linhas de produção atuais atingem velocidades superiores a 36.000 garrafas por hora, o que excede em muito a capacidade da inspeção manual.

As características das próprias garrafas de vidro também aumentam a dificuldade de inspeção. A transparência do vidro torna alguns defeitos difíceis de detetar a olho nu, e as características dos defeitos nas diferentes partes da garrafa (boca, ombro e fundo) variam, exigindo uma inspeção em múltiplos ângulos.

2. Princípios de funcionamento e vantagens tecnológicas da visão por computador

Os sistemas de inspeção por visão por computador convertem o alvo captado em sinais de imagem através de dispositivos de visão por computador (CMOS e CCD), que são depois transmitidos para um sistema dedicado de processamento de imagem.

O sistema converte a imagem num sinal digital com base em informações como a distribuição de pixéis e o brilho. Posteriormente, estes sinais são processados ​​utilizando vários algoritmos para extrair características específicas, e o equipamento no local é controlado com base nos resultados da discriminação.

Um sistema completo de inspeção visual de garrafas de vidro inclui normalmente vários componentes principais: um sistema de iluminação ótica, uma câmara industrial de alta velocidade, um cartão de aquisição de imagem, software de processamento de imagem dedicado e um atuador.

O sistema utiliza diferentes configurações de câmaras e esquemas de fontes de luz para satisfazer as necessidades de inspeção de diferentes partes da garrafa de vidro. Por exemplo, a inspeção do corpo da garrafa pode utilizar múltiplas câmaras USB 3.0 com diferentes resoluções, combinadas com iluminação de fundo ou iluminação em cúpula; a inspeção da boca da garrafa requer uma câmara de resolução mais elevada, combinada com uma fonte de luz circular sem sombras para realçar os detalhes.

Em termos de vantagens técnicas, a visão por computador melhora, em primeiro lugar, a precisão da inspeção, uniformiza os padrões de inspeção e elimina as diferenças individuais presentes na inspeção manual.

Em segundo lugar, aumenta significativamente a velocidade de inspeção, permitindo uma inspeção completa e em tempo real dos produtos. Do ponto de vista económico, o investimento inicial resulta num custo médio muito inferior ao da mão-de-obra manual.

Estes sistemas podem também resumir e analisar dados, facilitando a identificação de problemas em processos a montante e fornecendo sugestões para processos subsequentes, conseguindo uma otimização contínua do processo produtivo.

3. Aplicação Prática: Implementação Específica da Inspeção Visual de Garrafas de Vidro

Na prática, a inspeção visual de garrafas de vidro abrange diversos indicadores-chave. A inspeção dimensional inclui parâmetros como a altura da garrafa, o diâmetro exterior do corpo, o diâmetro exterior da boca e a altura da boca, garantindo que cada garrafa cumpre as especificações.

A deteção de defeitos é mais complexa, incluindo defeitos na aparência do corpo da garrafa (bolhas, impurezas, rugas, aderências, fissuras, riscos, impressões digitais, etc.), defeitos no fundo da garrafa (irregularidades, pontas no fundo, fundos descentrada, etc.) e defeitos nos ombros da garrafa (ombros inclinados, garrafas tortas, etc.).

A inspeção da boca da garrafa é particularmente crucial, uma vez que está diretamente relacionada com o desempenho da selagem da embalagem. Além de detetar tipos de defeitos semelhantes aos encontrados no corpo da garrafa, também requer a deteção especializada de problemas específicos, como entalhes, ruturas e aberturas irregulares.

Os equipamentos de inspeção avançados utilizam um modo de trabalho colaborativo com múltiplas estações. Por exemplo, um dispositivo de inspeção totalmente automático baseado em visão computacional com inteligência artificial inclui uma estação frontal, uma estação de inspeção um, uma estação com câmara voadora, uma estação de inspeção dois, uma estação de inspeção três, uma estação de inspeção quatro e uma estação de inspeção cinco, acopladas a um mecanismo de transporte alternativo para o transporte de garrafas.

Cada estação está equipada com uma câmara de área dedicada e um sistema de iluminação para fotografar as garrafas de diferentes ângulos. Alguns dispositivos utilizam até 34 câmaras, ligadas através de múltiplas placas de aquisição USB 3.0 de 4 portas, para obter uma cobertura abrangente.

4. Desafios técnicos e soluções inovadoras

A inspeção visual de garrafas de vidro enfrenta inúmeros desafios técnicos. O primeiro deles é a captura precisa de desvios mínimos e a resistência à interferência ambiental.

A deteção do diâmetro da boca da garrafa requer uma elevada precisão, mas em cenários reais, mesmo pequenos desvios no posicionamento do produto podem levar a erros na extração da borda durante o encaixe circular devido à reflexão irregular da superfície do vidro e à ligeira deformação da garrafa.

Em segundo lugar, existe o problema dos limites de tons de cinzento imprecisos na deteção de manchas. Algumas manchas mais pequenas podem apresentar uma diferença de tons de cinzento muito pequena em relação ao fundo da garrafa, o que pode facilmente levar à classificação incorreta como fundo ou à falha de deteção.

A natureza translúcida do material de vidro também pode causar "desfocagem de perspetiva" das manchas, especialmente as manchas no interior da garrafa. A penetração da luz provoca a sobreposição de tons de cinzento, dificultando a definição precisa do limiar de tons de cinzento entre a mancha e o fundo.

A interferência dinâmica da luz ambiente e dos reflexos é outro fator que não pode ser ignorado. A superfície lisa das garrafas de vidro é propensa a reflexos, e pequenas variações na intensidade da luz no ambiente de deteção podem causar flutuações nos valores de escala de cinzentos das imagens captadas pela câmara, afetando os resultados da deteção.

As soluções inovadoras incluem a adoção de modelos algorítmicos avançados. Alguns sistemas utilizam tecnologia de inteligência artificial baseada em modelos de redes neuronais profundas para codificar e extrair características de imagens de garrafas de vidro, resultando em rótulos de classificação de qualidade mais precisos.

A aplicação de módulos convolucionais híbridos melhora ainda mais as capacidades de extração de características. Ao utilizar kernels convolucionais de diferentes tamanhos e kernels convolucionais dilatados com diferentes taxas de dilatação, o sistema consegue capturar características em múltiplas escalas e adaptar-se às necessidades de deteção de defeitos de diferentes tamanhos.

Para satisfazer os requisitos de sincronização, empresas como a Basler desenvolveram soluções personalizadas, adaptando os sinais de saída de E/S da câmara para obter o controlo síncrono de diferentes fontes de luz enquanto a câmara adquire imagens, melhorando o desempenho em tempo real do sinal de disparo da fonte de luz.

5. Tendências de desenvolvimento futuro e perspetivas do setor

Com o contínuo amadurecimento da inteligência artificial e das tecnologias de aprendizagem profunda, a inspeção visual das garrafas de vidro está a evoluir para uma direção mais inteligente e adaptativa. Os sistemas de visão por computador tradicionais dependem da configuração manual dos parâmetros e dos limites de deteção, enquanto os sistemas baseados em IA podem aprender autonomamente as características dos defeitos a partir de grandes quantidades de dados.

A ascensão das plataformas de baixo código reduziu a barreira de entrada para aplicações de visão por computador. Por exemplo, a plataforma de baixo código para visão computacional inteligente da Rectvision, centrada na tecnologia de inteligência artificial, fornece aos programadores um conjunto completo de ferramentas para aquisição de imagens, anotação de imagens, desenvolvimento de algoritmos, empacotamento de algoritmos e integração de aplicações.

A programação sem código e a operação visual estão a tornar-se novas tendências da indústria. Os softwares de inspeção visual como o SGVision permitem aos utilizadores criar processos de inspeção de garrafas de vidro sem programação, definindo rapidamente os parâmetros de deteção através da operação visual, conseguindo o conceito "configure e utilize", o que reduz significativamente o ciclo de implementação dos processos de inspeção nas linhas de produção.

O nível de integração está em constante crescimento. Os modernos sistemas de inspeção por visão não só detetam defeitos, como também recolhem e analisam dados do processo produtivo, possibilitando a rastreabilidade da qualidade e a otimização dos processos, proporcionando às empresas de fabrico um suporte de dados mais abrangente.

Com a popularização da tecnologia e a redução de custos, a inspeção de garrafas de vidro por visão por computador irá expandir-se das grandes empresas de fabrico para as pequenas e médias empresas, e de produtos de alta qualidade para produtos comuns, promovendo uma melhoria abrangente do nível de qualidade de todo o setor.

A experiência da Jinan Maotong Inspection Equipment Co., Ltd. demonstra que a cooperação com fornecedores profissionais de visão artificial permite que os equipamentos de inspeção mantenham um funcionamento estável em ambientes industriais de alta temperatura e poeira, podendo mesmo ganhar competitividade no mercado internacional.

No futuro, com o amadurecimento da tecnologia de inteligência artificial, os sistemas de inspeção visual de garrafas de vidro não só serão capazes de identificar defeitos, como também de prever tendências de qualidade e ajustar proactivamente os processos de produção, promovendo uma transição da deteção passiva para a prevenção proativa. Esta será uma importante direção para a inteligência industrial e uma manifestação em pequena escala da transformação e modernização da indústria transformadora chinesa.

Esta tecnologia de inspeção visual com "olho inteligente" está a ajudar a indústria transformadora tradicional a ver o caminho para a qualidade, garantindo que cada garrafa de vidro que sai da linha de produção resiste ao escrutínio.