Investigação sobre deteção online de garrafas de cerveja defeituosas

1. Situação básica de deteção online

Atualmente, as empresas produtoras de cerveja estão cada vez mais a dar prioridade à qualidade do produto, e mais empresas estão a utilizar diversos equipamentos de deteção automática nas linhas de produção de enchimento para aumentar a fiabilidade das inspeções. O método tradicional de verificação de garrafas vazias na linha de enchimento é a inspeção manual por luz. No entanto, nas linhas de enchimento modernas de alta velocidade, devido à fadiga visual e outros motivos, confiar apenas na deteção manual tradicional por luz não garante a fiabilidade. Além disso, duas partes importantes da garrafa de cerveja — o gargalo e o fundo — não podem ser inspecionadas, levando à entrada no mercado de garrafas defeituosas (por exemplo, garrafas com fugas ou contaminantes no fundo), o que prejudica a imagem da empresa.

2. Requisitos básicos de deteção online

Atualmente, os países estrangeiros dispõem de sistemas de deteção em linha relativamente maduros baseados na tecnologia de processamento de imagem, existindo já muitos produtos no mercado, como o sistema MIHO da Alemanha, o sistema HEUFT e o sistema OMNIVISIONI da INDUSTRIAL DYNAMICS COMPANY, LTD., com sede nos EUA.

Atualmente, a maioria dos produtores de cerveja na China está a desenvolver linhas de produção que ultrapassam as 40.000 garrafas por hora. A tais velocidades, depender da inspeção manual torna-se extremamente difícil, criando uma necessidade urgente de equipamento de deteção online para garrafas vazias. No entanto, os produtos estrangeiros são caros e difíceis de manter, tornando-os proibitivamente caros para a maioria das pequenas e médias cervejarias.

3. Objectivos da Detecção Online

Com base na análise de modelos de máquinas estrangeiras e nas necessidades e capacidades tecnológicas das pequenas e médias empresas na China, foram determinados os seguintes objetivos para a deteção online:

3.1 Módulos de deteção online:

Os módulos básicos incluem deteção de estrangulamentos e fundo de garrafas. Módulos adicionais, como a deteção de paredes internas e externas, podem ser reservados para utilização futura.

3.2 Velocidade de deteção online:

Para garrafas com um gargalo de 64 mm, a velocidade necessária é de 42.000 garrafas por hora.

3.3 Resolução e taxa de rejeição de deteção de fundo de garrafa:

Para garrafas não marcadas e não utilizadas:

Quando o tamanho do defeito é de 2,5 mm × 2,5 mm, a taxa de rejeição é de 98%.

Quando o tamanho do defeito é de 3,0 mm × 3,0 mm, a taxa de rejeição é de 99%.

Para garrafas marcadas, gastas, de cor escura ou com cores diferenciadas:

Quando o tamanho do defeito é de 3,5 mm × 3,5 mm, a taxa de rejeição é de 98%.

Quando o tamanho do defeito é de 4,0 mm × 4,0 mm, a taxa de rejeição é de 99%.

O sistema pode processar garrafas de cores misturadas ou escuras.

4. Solução de deteção online

4.1 Soluções Propostas:

Solução 1: Adquirir diretamente sistemas de visão por computador estrangeiros e desenvolver software personalizado sobre os mesmos. Esta solução tem uma velocidade de desenvolvimento rápida, mas os sistemas de visão por computador são dispendiosos e as taxas de registo de software têm de ser pagas por cada sistema produzido. Além disso, poucos sistemas existentes cumprem os requisitos de velocidade, tornando esta solução impraticável.

Solução 2: Adotar um sistema de controlo hierárquico, com um computador de controlo industrial para controlo e gestão de nível superior e um sistema baseado num chip DSP para aquisição e processamento de imagens. Embora o ciclo de desenvolvimento seja longo e esta solução seja baseada em algoritmos totalmente maduros, é mais adequada como uma direção futura, mas está adiada por enquanto.

Solução 3: Utilizar uma placa de aquisição de imagem e computadores de controlo industrial com software de controlo desenvolvido pela própria empresa. São utilizados múltiplos sistemas para atender aos requisitos de velocidade de processamento. Esta solução é mais adequada para pequenas e médias empresas do ponto de vista económico, técnico e prático. Algumas cervejeiras implementaram esta abordagem com sucesso, tornando-a a solução escolhida.

4.2 Fluxo de trabalho de deteção online:

As garrafas vazias a testar são enviadas por uma correia transportadora. Quando chegam à garrafa mista e à fonte de luz de compensação da diferença de cor, a luz pisca, e a garrafa mista e o sensor de diferença de cor detetam a luz transmitida. Os resultados são enviados para o circuito de compensação da diferença de cor, que ajusta o brilho da fonte de luz para deteção do fundo. Quando a garrafa vazia atinge a posição de deteção do fundo, a luz pisca e o obturador abre. O sistema de imagem captura a imagem, que é enviada através da placa de aquisição de imagem para o computador do fundo para processamento. Se for detetado um defeito, é enviado um sinal de rejeição através de uma placa de E/S de 32 canais. Este sinal é amplificado e utilizado para controlar o mecanismo de rejeição, empurrando a garrafa defeituosa para fora da correia transportadora. O mesmo processo é aplicado para a deteção do gargalo da garrafa.

Os principais computadores de controlo para deteção de fundo e pescoço comunicam através de portas seriais para garantir a coordenação do sistema. Ambos os sistemas utilizam o mesmo ecrã táctil para exibição e operação, e o circuito de comutação completa a comutação entre os dois sistemas.

4.3 Princípio de funcionamento do módulo de processamento de gargalo e fundo:

4.3.1 Detecção de estrangulamentos:

É utilizado um dispositivo de imagem especial para iluminar a superfície de vedação do gargalo da garrafa com um flash. Um gargalo de garrafa perfeito e sem danos refletirá a luz como um anel liso e completo. Se o anel estiver partido (através de fissuras), ou a borda interna for côncava (dano na borda interna), ou a borda externa for convexa (dano na borda externa), isto será detetado. Os utilizadores podem definir três valores limite para a gravidade da quebra: deformação côncava ou convexa. O sistema compara o tamanho real do defeito com o limite predefinido para decidir se rejeita a garrafa. Para evitar erros de julgamento causados ​​pela inclinação da garrafa, o módulo também inclui uma função de seguimento automático para a posição do gargalo da garrafa.

4.3.2 Detecção do fundo da garrafa:

Em primeiro lugar, a imagem em tons de cinzento adquirida pela placa de captura de imagem é binarizada. São então aplicados métodos estatísticos para calcular o tamanho dos contaminantes independentes. Estes tamanhos são comparados com os tamanhos aceitáveis ​​definidos pelo utilizador para decidir se o frasco deve ser rejeitado.

5. Conclusão

Com a utilização de cartões de aquisição de imagens e computadores de controlo industrial multi-sistema, o problema da deteção de garrafas de cerveja defeituosas na linha de produção foi resolvido de forma eficaz e a um custo relativamente baixo, tornando-o adequado para a maioria das pequenas e médias cervejeiras. Esta solução também oferece bons benefícios económicos.