Công nghệ kiểm tra trực quan: Người bảo vệ thông minh cho chất lượng và an toàn thực phẩm và đồ uống
Trên các dây chuyền sản xuất hiện đại tốc độ cao, chai lọ và túi đựng đồ uống được kiểm tra kỹ lưỡng hơn cả mắt người—đây chính là cuộc cách mạng về chất lượng do công nghệ kiểm tra bằng thị giác máy mang lại.
Trên các dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống hiện nay, hệ thống kiểm tra trực quan có thể kiểm tra với tốc độ hơn 500 chai mỗi phút, đạt độ chính xác đến từng milimet, vượt xa giới hạn của mắt người. Các hệ thống này không chỉ phát hiện những khiếm khuyết nhỏ mà còn đảm bảo độ chính xác trên 99,9%, trở thành "người bảo vệ thông minh" trong việc kiểm soát chất lượng thực phẩm.
1. Bối cảnh và thách thức của ngành: Tại sao cần phải kiểm tra trực quan đối với thực phẩm và đồ uống?
Ngành thực phẩm và đồ uống có các yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về chất lượng và an toàn; ngay cả tỷ lệ lỗi 0,1% cũng không được chấp nhận. Các phương pháp kiểm tra chất lượng truyền thống chủ yếu dựa vào kiểm tra trực quan thủ công, nhưng kiểm tra trực quan bằng mắt thường có những hạn chế đáng kể.
Trong môi trường sản xuất tốc độ cao, người lao động dễ bị mỏi mắt, dẫn đến tỷ lệ bỏ sót kiểm tra tăng cao. Ví dụ, tại Budweiser, mặc dù luôn chú trọng đến chất lượng sản phẩm, một phần nhỏ bao bì sản phẩm vẫn phải kiểm tra thủ công tại chỗ, điều này tiềm ẩn nguy cơ bỏ sót kiểm tra, ảnh hưởng đến hiệu suất và gây khó khăn cho việc truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Hơn nữa, các sản phẩm thực phẩm và đồ uống có nhiều loại, sử dụng nhiều loại vật liệu đóng gói khác nhau (như chai, lon và hộp trong suốt), đòi hỏi các quy trình kiểm tra phức tạp và đa dạng. Từ tính toàn vẹn của bao bì đến mức độ chiết rót, từ in nhãn đến ngày sản xuất, các yêu cầu kiểm tra đều cực kỳ chi tiết.
Đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt trên thị trường và các quy định ngày càng nghiêm ngặt, các nhà sản xuất thực phẩm và đồ uống phải tìm kiếm các phương pháp kiểm tra hiệu quả và chính xác hơn. Công nghệ thị giác máy đã ra đời trong bối cảnh này.
2. Nguyên lý kỹ thuật: Cách thức thị giác máy tính "nhìn thấy" và "phán đoán"
Nguyên lý cơ bản của hệ thống thị giác máy là mô phỏng các chức năng thị giác của con người, đạt được mục tiêu kiểm tra thông qua sự phối hợp giữa phần cứng và phần mềm. Một hệ thống thị giác máy hoàn chỉnh bao gồm nguồn sáng, thấu kính quang học, camera, bộ xử lý tín hiệu hình ảnh và bộ truyền động.
Nguồn sáng là nền tảng của toàn bộ hệ thống. Một hệ thống chiếu sáng tốt có thể tái tạo màu sắc sản phẩm một cách trung thực, duy trì độ sáng đồng đều trên toàn bộ khu vực được chiếu sáng, làm nổi bật các đặc điểm của vật thể và tăng độ tương phản. Các mục tiêu kiểm tra khác nhau đòi hỏi thiết kế chiếu sáng khác nhau. Ví dụ, khi kiểm tra màng bọc mì ăn liền, cần đặc biệt lưu ý đến đặc tính phản quang của màng bọc.
Ống kính quang học và camera chịu trách nhiệm ghi lại hình ảnh. Chất lượng ống kính ảnh hưởng đến khả năng phân biệt vật thể của hệ thống, trong khi camera chuyển đổi thông tin quang học thành thông tin điện. Camera công nghiệp hiện nay có độ phân giải lên đến 25 megapixel, có khả năng chụp được những khuyết điểm cực kỳ tinh vi.
Xử lý và phân tích hình ảnh là cốt lõi của hệ thống. Thông qua quá trình tiền xử lý, trích xuất và nhận dạng đặc điểm, cũng như đo lường, máy tính sẽ so sánh hình ảnh đã chụp với một mẫu chuẩn, xác định sự khác biệt và quyết định xem sản phẩm có đạt yêu cầu hay không. Các hệ thống hiện đại cũng tích hợp học sâu và thuật toán AI để nâng cao khả năng phát hiện các lỗi phức tạp.
3. Kịch bản ứng dụng: Ứng dụng toàn diện của Kiểm tra trực quan trong Thực phẩm và Đồ uống
Kiểm tra tính toàn vẹn của bao bì
Hệ thống kiểm tra trực quan có thể phát hiện nhiều lỗi bao bì khác nhau, chẳng hạn như bao bì bị hư hỏng, nhãn bị lỗi và thiếu ngày sản xuất. Đối với thực phẩm đóng hộp hoặc đóng gói, hệ thống có thể kiểm tra tính toàn vẹn của bao bì bên ngoài; đối với sản phẩm đóng chai, hệ thống có thể phát hiện nắp bị mất hoặc lệch.
Giải pháp của Công ty TNHH Công nghệ Tự động hóa Dongguan Chuangshi chứng minh rằng việc phát hiện lỗi trên màng bao bì nhựa của mì ăn liền có thể xác định hiệu quả các lỗi như lỗ, vết cháy và nếp nhăn, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Kiểm tra chất lượng thực phẩm
Công nghệ thị giác có thể được áp dụng trực tiếp để đánh giá chất lượng thực phẩm. Ví dụ, bánh mì kẹp mì ăn liền có thể được kiểm tra xem có vết bẩn hoặc vết cháy do dầu quá nóng hay không. Trong phân loại trái cây, hệ thống thị giác có thể tự động phân loại theo kích thước, màu sắc và hình dạng.
Dựa trên đặc tính quang học của thực phẩm, hệ thống thị giác cũng có thể xác định độ tươi của thực phẩm theo màu sắc. Ví dụ, chụp ảnh UV có thể được sử dụng để phát hiện hư hỏng bề mặt trên trái cây họ cam quýt hoặc đánh giá độ tươi của rau củ.
Kiểm tra nhãn và in phun
Kiểm tra nhãn là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của công nghệ thị giác. Một công ty thực phẩm Hoa Kỳ đã chứng minh rằng một hệ thống thị giác có thể kiểm tra hơn 20 nhãn sản phẩm khác nhau, xác minh tính chính xác của đồ họa và mã vạch trên nhãn, đồng thời đảm bảo vị trí nhãn nằm trong phạm vi dung sai ±2mm.
Đối với thông tin in như ngày sản xuất và ngày hết hạn, hệ thống kiểm tra thị giác đảm bảo mọi bao bì đều được dán nhãn rõ ràng. Hệ thống iVu của Banner sử dụng công cụ so khớp để phát hiện thông tin in, tự động loại bỏ các sản phẩm thiếu mã.
Kiểm tra chiết rót và nắp
Trong ngành đồ uống, hệ thống kiểm tra thị giác có thể kiểm tra mức chiết rót đồng đều và sự hiện diện của tạp chất trong chai để đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều. Kiểm tra nắp chai bao gồm kiểm tra rò rỉ và lệch, cùng nhiều vấn đề khác.
Hệ thống thị giác AI có độ chính xác cao của Budweiser có thể đồng thời thực hiện các cuộc kiểm tra toàn diện về niêm phong nắp, mức chất lỏng, mã hóa phun mực và định vị nhãn, đảm bảo chất lượng sản phẩm một cách toàn diện.
Kiểm tra thành phần và tính toàn vẹn
Công nghệ thị giác cũng có thể được sử dụng để kiểm tra thành phần bên trong và tính toàn vẹn của sản phẩm. Ví dụ, nó có thể xác minh tính toàn vẹn của các hạt thuốc trong vỉ thuốc, hoặc kiểm tra tính đầy đủ của các loại topping (dầu, topping, bột và rau củ) trong một gói mì ăn liền.
Các giải pháp thị giác của Banner thậm chí có thể xác minh sự hiện diện của hướng dẫn trong bao bì, đảm bảo tính toàn vẹn của từng gói hàng riêng lẻ.
4. Các điểm chính về triển khai: Các yếu tố chính để triển khai hệ thống kiểm tra thị giác thành công
Nguồn sáng và thiết kế chiếu sáng là yếu tố then chốt cho một hệ thống thành công. Các mục tiêu kiểm tra khác nhau đòi hỏi các phương pháp chiếu sáng khác nhau. Ví dụ, khi kiểm tra các khuyết tật thẩm mỹ của bánh mì ăn liền, cần kết hợp nguồn sáng khu vực lắp bên hông và nguồn sáng mảng đường hầm để đảm bảo chiếu sáng đồng đều trên bề mặt kiểm tra.
Việc lựa chọn máy ảnh cũng rất quan trọng. Chọn loại camera thích hợp (quét đường hoặc quét vùng) và độ phân giải dựa trên nhu cầu kiểm tra của bạn. Đối với dây chuyền sản xuất tốc độ cao, camera quét dây chuyền phù hợp hơn để chụp ảnh các vật thể chuyển động đồng đều.
Tích hợp hệ thống và tính linh hoạt là những tính năng chính của hệ thống thị giác hiện đại. Ví dụ, hệ thống kiểm tra nhãn do EPIC Vision Systems phát triển cho một công ty thực phẩm có thể hoàn thành việc chuyển đổi sản phẩm trong vòng chưa đầy hai phút và thích ứng với nhu cầu kiểm tra của nhiều loại nhãn khác nhau.
Khả năng của thuật toán và phần mềm quyết định trực tiếp hiệu suất kiểm tra. Hệ thống thị giác hiện đại, kết hợp với thuật toán học sâu, có thể thích ứng với các tình huống kiểm tra liên quan đến các vị trí và góc nghiêng túi khác nhau, giúp cải thiện độ chính xác nhận dạng.
5. Nghiên cứu điển hình: Ứng dụng thực tế của công nghệ kiểm tra trực quan
Hệ thống thị giác AI có độ chính xác cao của Budweiser
Nhà máy Budweiser tại Phật Sơn đã giới thiệu công nghệ thị giác AI độ chính xác cao của Hikvision Robotics và thiết bị kiểm tra được phát triển độc lập để đạt được khả năng kiểm tra hoàn toàn tự động. Hệ thống này, bao gồm camera công nghiệp 25 megapixel và nền tảng thuật toán VM, đạt tốc độ kiểm tra ở mức mili giây.
Hệ thống này cho phép giám sát chất lượng toàn diện, bao gồm kiểm tra đồng thời nhiều tình huống, bao gồm niêm phong nắp, mức chất lỏng, phát hiện mã vạch, vị trí nhãn và tạp chất trên dây chuyền chiết rót. Dự án đã giảm tổng chi phí 70%, thiết lập một chuẩn mực hiệu quả về chi phí và sáng tạo cho các nâng cấp thông minh trong ngành bia. Kiểm tra nhiều giai đoạn trong sản xuất mì ăn liền
Các giải pháp của Dongguan Chuangshi Automation bao gồm nhiều giai đoạn trong quá trình sản xuất mì ăn liền: phát hiện lỗi màng bao bì, phát hiện lỗi bề mặt mì, phát hiện sự hiện diện của đầu mì và phát hiện sự hiện diện của nĩa.
Các giải pháp hình ảnh cụ thể được thiết kế để giải quyết các đặc điểm riêng biệt của từng giai đoạn. Ví dụ, để kiểm tra lớp phủ, một camera màu 160W được kết hợp với nguồn sáng khu vực gắn bên hông, kết hợp với thuật toán học sâu, sẽ xác định chính xác sự hiện diện của lớp phủ ở các vị trí và màu sắc khác nhau.
Hệ thống kiểm tra nhãn xi-rô ngô đóng chai
Một công ty thực phẩm Hoa Kỳ, hợp tác với EPIC, đã phát triển một hệ thống kiểm tra nhãn sử dụng hai hệ thống thị giác Cognex, có khả năng kiểm tra hơn 500 chai mỗi phút. Hệ thống có thể xác minh hơn 20 nhãn khác nhau, đảm bảo vị trí và thiết kế chính xác của mẫu nhãn và mã vạch.
Hệ thống có quy trình chuyển đổi sản phẩm đơn giản; người vận hành có thể nhanh chóng thích ứng với các loại sản phẩm mới bằng cách chọn chương trình kiểm tra phù hợp thông qua giao diện người-máy, giúp giảm đáng kể thời gian ngừng hoạt động của dây chuyền sản xuất.
6. Xu hướng tương lai: Phát triển kiểm tra trực quan thông minh
Với những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo và công nghệ học máy, các hệ thống kiểm tra trực quan ngày càng trở nên thông minh và thích ứng. Các thuật toán học sâu cho phép hệ thống xác định các mẫu lỗi phức tạp hơn, liên tục cải thiện độ chính xác của quá trình kiểm tra.
Phạm vi ứng dụng của công nghệ thị giác 3D đang được mở rộng. Ví dụ, camera 3D ToF (Time of Flight) của Basler có thể được sử dụng để nhận dạng và phân loại trái cây, cho phép đánh giá chất lượng chính xác hơn.
Phân tích dữ liệu và khả năng truy xuất nguồn gốc cũng đang trở thành những điểm tăng trưởng then chốt cho các hệ thống thị giác. Hệ thống ghi lại lượng lớn dữ liệu sản xuất trong quá trình kiểm tra, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích chất lượng và truy xuất nguồn gốc trong các nhà máy. Ví dụ, hệ thống thị giác của Budweiser cải thiện việc kiểm soát chất lượng sản phẩm.
Thu nhỏ và tích hợp là một xu hướng chủ chốt khác. Cảm biến hình ảnh dòng P5 iVu của Banner tích hợp đèn chiếu sáng và ống kính, đồng thời có màn hình cảm ứng tích hợp, cho phép lập trình không cần máy tính và đơn giản hóa đáng kể quy trình vận hành.
Với những tiến bộ công nghệ không ngừng, việc ứng dụng kiểm tra trực quan trong ngành thực phẩm và đồ uống đang mở rộng từ kiểm tra chất lượng đơn lẻ sang kiểm soát chất lượng toàn bộ quy trình. Hệ thống thị giác trong tương lai sẽ không chỉ là "công cụ kiểm tra"; chúng sẽ trở thành các nút thông minh kết nối sản xuất và quản lý.
Từ khâu tiếp nhận nguyên liệu thô đến khâu vận chuyển thành phẩm, công nghệ kiểm tra trực quan đóng vai trò không thể thiếu trong mọi khâu sản xuất thực phẩm và đồ uống, bảo vệ chất lượng và sự an toàn của mọi sản phẩm, mang lại sự an tâm hơn cho người tiêu dùng.
