Investigação sobre a tecnologia de deteção de objetos estranhos em latas após o enchimento e antes do fecho.

Na indústria alimentar e de bebidas, um pequeno pedaço de película transparente, um fragmento de metal ou um pedaço de vidro podem representar uma ameaça significativa à qualidade do produto. A deteção de corpos estranhos após o enchimento e antes do fecho das latas é uma linha de defesa crucial para garantir a segurança alimentar.

No processo de produção de latas, a etapa entre o enchimento e o fecho representa um ponto de elevado risco de contaminação por corpos estranhos. Devido à opacidade da lata e à elevada refletividade da superfície interna, os métodos de deteção tradicionais têm dificuldade em identificar eficazmente objetos estranhos, especialmente contaminantes transparentes ou minúsculos.

Graças à combinação de tecnologias avançadas, como a iluminação por luz polarizada, a transmissão de raios X e a visão por computador, os modernos sistemas de deteção conseguem agora identificar diversos objetos estranhos em tempo real em linhas de produção de alta velocidade, incluindo fragmentos tradicionais de metal e vidro, bem como fragmentos de película transparente difíceis de identificar.

1. Desafios técnicos da deteção de objetos estranhos

A deteção de objetos estranhos em latas enfrenta múltiplos desafios técnicos. A natureza opaca da lata impede uma simples inspeção por transmissão, enquanto a sua superfície interna altamente reflexiva e estruturada provoca múltiplas reflexões de luz, levando à rápida perda da direção de polarização e interferindo com os resultados da imagem.

As características variáveis ​​dos próprios objetos estranhos também aumentam a dificuldade de deteção. Por exemplo, os fragmentos de película transparente que podem estar misturados durante o processo de embalagem apresentam características de polarização variáveis: alguns são fortemente polarizados, outros fracamente polarizados e outros não polarizados. Para películas fracamente polarizadas ou não polarizadas, os métodos tradicionais de deteção de polarização têm uma eficácia limitada.

As condições reais do ambiente de produção também apresentam desafios. As linhas de produção de alta velocidade exigem que o sistema de deteção complete a avaliação num tempo muito curto — normalmente mais de 10 latas por segundo. Ao mesmo tempo, as vibrações mecânicas na linha de produção e as alterações da luz ambiente podem interferir com a precisão da deteção.

2. Princípios e Métodos das Tecnologias de Detecção Convencionais

Tecnologia de Imagem por Luz Polarizada

Para resolver as dificuldades de deteção causadas pela superfície interna refletora da lata, a tecnologia de imagem por luz polarizada oferece uma solução inovadora. Esta tecnologia incorpora um primeiro dispositivo de polarização no percurso da luz entre a fonte de luz do dispositivo de iluminação e a parede interior do fundo, polarizando a radiação que atinge essa parede.

O dispositivo de iluminação está concebido de forma a que a maior parte da radiação dirigida para o interior do recipiente atinja diretamente a parede interior do fundo, em vez das paredes laterais. Isto garante que a luz é refletida apenas uma vez na parede interior do fundo antes de regressar ao dispositivo de gravação de imagem, mantendo a sua direção de polarização. Quando se utiliza luz polarizada circularmente, a direção de rotação da luz muda após a reflexão na parede interna do fundo, permitindo a identificação eficaz de objetos estranhos através da utilização de filtros polarizadores apropriados.

Estudos demonstraram que os melhores resultados de deteção são obtidos quando os dispositivos de iluminação e de gravação de imagem estão posicionados entre 500 mm e 700 mm da abertura da lata, e a iluminação e a captura de imagem são realizadas num ângulo inferior a 10°. Esta configuração melhora significativamente a taxa de deteção de objetos estranhos fracamente polarizados e não polarizados.

Visão por Computador e Imagens de Campo Escuro

A tecnologia de visão por computador é amplamente utilizada na deteção de corpos estranhos em latas de bebidas, sendo especialmente adequada para detetar defeitos na abertura, no fundo e nas paredes internas da lata. Um sistema de deteção completo inclui normalmente um sistema de iluminação, um sistema de aquisição de imagens e um sistema de processamento de imagens.

A imagem de campo escuro é uma técnica especial que ilumina o recipiente lateralmente, fazendo com que objetos estranhos apareçam brilhantes sobre um fundo escuro. Para recipientes cheios, é utilizado um dispositivo de vibração para vibrar a parede lateral do recipiente, fazendo com que os objetos estranhos no fundo se movam, facilitando a sua identificação na imagem.

Nas aplicações práticas, o sistema utiliza o método da máxima variância entre classes para separar a área alvo e realizar a análise de contornos na abertura da lata; o método do gradiente de Hough é utilizado para segmentar a área circular concêntrica do fundo da lata; e a transformação de coordenadas polares é utilizada para resolver o problema da compressão de imagem na área da parede interior, seguida de binarização e análise de componentes ligados para localizar defeitos.

Tecnologia de Detecção por Transmissão de Raios X

A tecnologia de deteção de raios X tem uma boa capacidade de deteção de objetos estranhos de diferentes materiais e é especialmente adequada para embalagens não transparentes. O sistema é constituído por uma fonte de radiação e um detetor. Ao captar a imagem de transmissão gerada pela imagem de transmissão de raios X, pode identificar se faltam componentes necessários na lata ou se contém objetos estranhos, como impurezas metálicas.

Uma das principais vantagens da deteção por raios X é a capacidade de realizar múltiplas deteções em simultâneo, incluindo a deteção de objetos estranhos, a verificação da integridade da embalagem e a confirmação do conteúdo. Os novos sistemas de raios X, como o ScanTrac 200, conseguem detetar objetos estranhos com um tamanho até 0,5 mm a uma velocidade de até 2200 peças por minuto.

Excitação por vibração e comparação de múltiplas imagens

Para latas de bebidas cheias, um método eficaz é utilizar a vibração para movimentar possíveis objetos estranhos, facilitando a sua deteção. Este sistema utiliza um dispositivo de vibração que atua na parede lateral da embalagem, fazendo com que os objetos estranhos no fundo se movam. De seguida, a câmara de inspeção capta uma imagem em campo escuro do fundo da embalagem. A tecnologia principal reside na configuração sequencial de múltiplas câmaras de inspeção ao longo da direção de transporte, com as suas áreas de imagem sobrepostas. Isto permite a aquisição de uma sequência contínua de imagens do fundo da embalagem. Comparando as diferenças entre estas imagens, as partículas estranhas em movimento podem ser identificadas com precisão.

3. Componentes tecnológicos principais do sistema de deteção

Um sistema completo de deteção de objetos estranhos em latas de bebidas compreende diversos componentes precisamente coordenados. O sistema de iluminação é essencial para garantir imagens estáveis; diferentes tipos de fontes de luz (como holofotes LED) e métodos de iluminação (campo claro, campo escuro) podem ser selecionados de acordo com os requisitos de deteção.

O sistema de aquisição de imagens é constituído por câmaras industriais, lentes e sensores de imagem, responsáveis ​​pela obtenção de imagens de alta qualidade do interior da lata. Os sistemas modernos utilizam normalmente câmaras CCD ou CMOS de alta resolução, juntamente com filtros polarizadores específicos, para captar imagens nítidas do interior da lata.

O sistema de processamento de imagem utiliza diversos algoritmos para analisar as imagens adquiridas, incluindo o pré-processamento de imagens (suavização, filtragem, redução de ruído), a extração de características e a identificação de defeitos. Os sistemas avançados também empregam tecnologias de inteligência artificial, como as redes neuronais convolucionais (CNN), para melhorar a precisão e a adaptabilidade da deteção.

O mecanismo de posicionamento e rejeição é a parte de execução do sistema. Os sensores fotoelétricos detetam a posição da lata, acionando com precisão a aquisição de imagens. Quando é detetado um objeto estranho, o sistema remove automaticamente o produto defeituoso da linha de produção.

4. Aplicações Industriais e Avaliação de Desempenho

Em aplicações industriais reais, os sistemas de deteção de objetos estranhos em latas de bebidas apresentam um excelente desempenho. Estudos mostram que os sistemas de deteção online baseados em visão por computador podem operar de forma estável a uma velocidade de 10 latas por segundo, com uma precisão de deteção de até 99,89%, satisfazendo, basicamente, as necessidades das linhas de produção de alta velocidade.

Tomando como exemplo o sistema RotoCheck da Krones, este sistema foi especificamente concebido para detetar fragmentos de vidro em garrafas de cerveja, sendo capaz de identificar objetos estranhos com um tamanho mínimo de 0,5 mm, com uma taxa de falsos positivos inferior a 0,05%. Numa linha de produção com uma velocidade de 60.000 garrafas por hora, este sistema pode operar de forma contínua e estável, demonstrando um desempenho excecional.

A adaptabilidade do sistema de deteção é também uma vantagem significativa. Os sistemas de deteção avançados empregam "tecnologia de controlo de redes neuronais", que lhes permite adaptar-se a diferentes formatos, parâmetros de funcionamento e condições de trabalho através da autoaprendizagem, melhorando a sensibilidade do sistema de controlo e reduzindo as taxas de erro. Esta capacidade adaptativa permite que o sistema lide com diversas alterações na linha de produção.

05 Tendências e Desafios do Desenvolvimento Tecnológico

A tecnologia de deteção de objetos estranhos em latas de bebidas está a desenvolver-se no sentido de uma maior precisão, maior velocidade e maior adaptabilidade. Os elevados níveis de automatização e a maior fiabilidade do sistema são tendências importantes no desenvolvimento tecnológico atual. Os sistemas de inspeção modernos podem não só identificar objetos estranhos, como também executar simultaneamente diversas tarefas, como a verificação da integridade da embalagem e a confirmação do conteúdo.

A aplicação de tecnologias de inteligência artificial e de aprendizagem automática está a transformar os métodos tradicionais de inspeção. Através de um extenso treino de amostras, os sistemas inteligentes podem identificar as anomalias mais subtis, superando até as capacidades do olho humano em alguns aspetos. Os sistemas de inspeção baseados em redes neuronais possuem funções de autoaprendizagem, autoadaptação, autoarmazenamento e autodiagnóstico, permitindo a melhoria contínua do desempenho de deteção.

A integração de múltiplas tecnologias é outra tendência significativa. Por exemplo, a combinação de imagens de luz polarizada com deteção por raios X permite a deteção simultânea de defeitos superficiais e objetos estranhos internos. Alguns sistemas avançados podem mesmo realizar simultaneamente a deteção de objetos estranhos, a verificação da integridade da embalagem e a confirmação do conteúdo.

Apesar dos contínuos avanços tecnológicos, a deteção de corpos estranhos em latas de bebidas ainda enfrenta diversos desafios. Aumentar ainda mais a velocidade de deteção para acompanhar linhas de produção mais rápidas, reduzir as taxas de falsos positivos e adaptar-se a uma maior variedade de tipos de corpos estranhos são questões que precisam de ser abordadas no desenvolvimento tecnológico futuro.

Na linha de produção da cervejeira, o sistema RotoCheck inspeciona cada lata a uma velocidade de 60.000 latas por hora. Quando é detetado o risco de fragmentos de vidro, o sistema remove imediatamente a lata da linha de produção – tudo em milissegundos.

A tecnologia de deteção de corpos estranhos em latas de bebidas evoluiu desde a amostragem manual inicial até aos atuais sistemas de inspeção totalmente automatizados e de alta precisão. Com o avanço contínuo da visão computacional, da inteligência artificial e das tecnologias de sensores, os futuros sistemas de inspeção serão ainda mais precisos e eficientes, proporcionando uma garantia mais robusta para a segurança alimentar.