Công nghệ kiểm tra trực quan cho mã hóa đáy lon: Đạt được mục tiêu không có lỗi trên dây chuyền sản xuất tốc độ cao
Kiểm tra 72.000 lon mỗi giờ với độ chính xác lên tới 99,99%—Công nghệ thị giác máy tính cách mạng hóa kiểm soát chất lượng trong ngành thực phẩm và đồ uống
Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống đang phát triển nhanh chóng hiện nay, dây chuyền sản xuất lon có thể đạt tốc độ 72.000 lon mỗi giờ, tương đương với tốc độ đáng kinh ngạc là 20 lon mỗi giây. Trong môi trường sản xuất tốc độ cao này, việc kiểm tra chất lượng mã hóa đáy lon đã trở thành một bước quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Là vật mang thông tin sản phẩm, việc mã hóa có liên quan trực tiếp đến việc truy xuất nguồn gốc sản phẩm và kiểm soát chất lượng.
Kiểm tra trực quan truyền thống không còn có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất tốc độ cao. Sự ra đời của công nghệ thị giác máy đã cách mạng hóa tình trạng này, cho phép kiểm tra tự động hiệu quả và chính xác.
1. Nguyên nhân và thách thức của lỗi chất lượng mã hóa lon
Trong quy trình sản xuất đồ uống đóng lon, nhiều yếu tố có thể dẫn đến lỗi chất lượng mã hóa. Máy thổi nước thường được lắp đặt trước máy in phun để loại bỏ các giọt nước khỏi khu vực mã hóa ở đáy lon. Việc điều chỉnh hoặc dịch chuyển thiết bị này không đúng cách có thể dẫn đến việc loại bỏ không hoàn toàn các giọt nước khỏi đáy lon, gây ra hiện tượng mã bị mờ hoặc mất. Bản thân máy in cũng có thể gặp trục trặc. Vòi phun mực bị tắc là một vấn đề phổ biến, thường do sử dụng lâu ngày hoặc không vệ sinh đúng cách. Nếu không được phát hiện kịp thời, điều này có thể dẫn đến các tai nạn sản xuất như mất hoặc thất lạc mã. Hơn nữa, việc cảm biến kích hoạt máy in hoặc đầu in bị dịch chuyển có thể gây ra các vấn đề như thiếu ký tự, mất mã, mất mã hoặc mã đặt không đúng vị trí.
Đáy lõm của lon kim loại gây thêm khó khăn cho việc kiểm tra trực quan. So với các vật liệu trong suốt thông thường, tính chất phản chiếu của bề mặt kim loại khiến việc chụp ảnh trở nên khó khăn hơn, đòi hỏi các giải pháp chiếu sáng chuyên dụng để đạt được hình ảnh ổn định và rõ nét.
2. Mục tiêu thiết kế và các thông số kỹ thuật chính của hệ thống kiểm tra
Để đáp ứng nhu cầu của dây chuyền sản xuất tốc độ cao, hệ thống kiểm tra mã đáy lon phải đáp ứng một loạt các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt.
Hiệu suất thời gian thực tốc độ cao là yêu cầu cơ bản nhất. Hệ thống phải hoàn tất việc thu thập hình ảnh, phân tích và đánh giá ngay lập tức khi lon đi qua khu vực kiểm tra với tốc độ cao, đòi hỏi tốc độ xử lý tính bằng mili giây.
Một yếu tố quan trọng không kém là độ chính xác loại bỏ. Hệ thống phải phân biệt chính xác giữa sản phẩm đạt yêu cầu và không đạt yêu cầu, chỉ loại bỏ những sản phẩm lỗi để tránh tổn thất do loại bỏ sai. Khả năng mở rộng hệ thống cũng rất quan trọng. Giao diện I/O linh hoạt tạo điều kiện tích hợp với nhiều cảm biến hoặc bộ truyền động khác nhau để đáp ứng các nhu cầu đo lường và điều khiển đa dạng tại chỗ.
Thống kê dữ liệu và khả năng truyền thông là những tính năng chính của hệ thống kiểm tra hiện đại. Hệ thống phải có khả năng ghi lại, biên dịch và hiển thị dữ liệu kiểm tra theo thời gian thực, đồng thời cho phép trao đổi dữ liệu và truyền từ xa qua giao diện Ethernet hoặc giao diện nối tiếp.
3. Kiến trúc hệ thống và các thành phần phần cứng cốt lõi
Một hệ thống kiểm tra phun mực đáy lon hoàn chỉnh bao gồm ba thành phần chính: nguồn sáng và hệ thống xử lý hình ảnh, hệ thống điều khiển điện và giao diện người-máy, và thiết bị loại bỏ lỗi.
Cấu hình nguồn sáng
Do bề mặt lõm và đặc tính phản chiếu kim loại của đáy lon nhôm, hệ thống thường sử dụng nguồn sáng tích hợp hình cầu. Nguồn sáng này có bề mặt bên trong hình bán cầu, phản xạ đều ánh sáng phát ra từ đáy lon 360 độ, đảm bảo độ chiếu sáng đồng đều trên toàn bộ khu vực thu nhận hình ảnh và cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh cũng như độ ổn định.
Lựa chọn máy ảnh thông minh
Camera thông minh là cốt lõi của hệ thống. Camera thông minh Cognex In-Sight Micro1400, với kích thước nhỏ gọn (chỉ 30mm x 30mm x 60mm) và chức năng mạnh mẽ, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền lắp ráp tốc độ cao. Được tích hợp các thuật toán thị giác máy tinh vi, camera thực hiện các chức năng như phát hiện sự hiện diện/vắng mặt, kiểm tra khuyết tật bề mặt, đo kích thước và nhận dạng ký tự quang học (OCR). Điều này đòi hỏi người dùng lập trình tối thiểu, giúp tăng tốc đáng kể quá trình phát triển hệ thống.
Cấu hình đơn vị xử lý
Các hệ thống thường sử dụng kết hợp máy tính công nghiệp và PLC. Ví dụ, máy tính công nghiệp màn hình cảm ứng Advantech 1261H kết hợp với PLC Siemens S7-200 (với CPU 224-bit) đảm bảo tốc độ và độ ổn định trong khi vẫn duy trì hiệu quả về chi phí.
4. Sự phát triển của thuật toán xử lý hình ảnh và nhận dạng ký tự
Với những tiến bộ công nghệ, các thuật toán nhận dạng ký tự dành cho in phun đáy lon đã có sự phát triển đáng kể, từ các phương pháp truyền thống đến các kỹ thuật học sâu tiên tiến.
Định vị khu vực ký tự
Định vị vùng ký tự là bước đầu tiên trong quy trình nhận dạng. Trên dây chuyền sản xuất thực tế, lon dễ bị xoay trong quá trình in, khiến việc đặt ROI cố định trở nên bất khả thi. Phương pháp MSER (Vùng Cực trị Ổn định Nhất) đạt được hiệu quả định vị thô các vùng ký tự bằng cách nhị phân hóa ảnh và áp dụng các ngưỡng thang độ xám khác nhau. Phương pháp này, kết hợp với phương pháp giãn nở hình thái và phương pháp diện tích, đạt được định vị tinh, sử dụng hình chữ nhật bao quanh nhỏ nhất để xác định vùng ký tự và hướng xoay.
Công nghệ phân đoạn ký tự
Do đặc điểm của ký tự in phun ma trận điểm, các kỹ thuật phân đoạn chiếu truyền thống thường gặp khó khăn trong việc phân đoạn chính xác. Thuật toán phân đoạn ký tự ma trận điểm sử dụng phương pháp giãn nở dạng sóng, cải thiện hiệu quả phân đoạn chiếu. Bằng cách thiết lập ngưỡng phân đoạn và xử lý các ký tự chồng chéo, nó giải quyết hiệu quả thách thức phân đoạn ký tự ma trận điểm.
Nhận dạng ký tự
Các thuật toán nhận dạng ký tự đã phát triển từ việc trích xuất đặc điểm truyền thống sang học sâu. Mạng nơ-ron tích chập (CNN) tự động trích xuất các đặc điểm in phun chất lượng cao thông qua học máy, tránh quy trình trích xuất đặc điểm thủ công phức tạp. Chúng cung cấp khả năng chịu lỗi tuyệt vời và khả năng xử lý song song, cải thiện đáng kể độ chính xác nhận dạng.
5. Quy trình làm việc của hệ thống và kiểm soát chất lượng
Quy trình làm việc của hệ thống kiểm tra mực in đáy lon là một quá trình có tính hợp tác cao.
Khi lon đi qua hệ thống hình ảnh, một công tắc tiệm cận kim loại sẽ kích hoạt nguồn sáng nhấp nháy và camera công nghiệp thông minh để chụp ảnh đáy lon chuyển động tốc độ cao. Camera thông minh sau đó phân tích và xử lý hình ảnh, xác định chất lượng in phun có đạt tiêu chuẩn hay không và truyền kết quả đến hệ thống điều khiển điện.
Đối với bất kỳ sản phẩm lỗi nào được phát hiện, hệ thống sẽ kích hoạt cơ chế loại bỏ để tự động loại bỏ chúng khỏi dây chuyền sản xuất. Quy trình hoàn toàn tự động này không cần sự can thiệp của con người, đảm bảo dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục và hiệu quả.
Hệ thống cũng ghi lại và tổng hợp nhiều dữ liệu kiểm tra theo thời gian thực, hỗ trợ quản lý chất lượng sản xuất. Người vận hành có thể theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống thông qua giao diện người-máy và điều chỉnh thông số kịp thời để đảm bảo hiệu suất thiết bị tối ưu.
6. Kết quả ứng tuyển và triển vọng tương lai
Các ứng dụng thực tế đã chứng minh rằng hệ thống kiểm tra in phun đáy lon dựa trên thị giác máy có những ưu điểm đáng kể.
So với kiểm tra thủ công, hệ thống thị giác máy không chỉ nhanh hơn mà còn chính xác hơn đáng kể, đạt độ chính xác nhận dạng 99,99%. Phương pháp kiểm tra không tiếp xúc giúp tránh nhiễm bẩn trong quá trình kiểm tra và giảm chi phí nhân công.
Với sự cải tiến liên tục của tự động hóa trong ngành thực phẩm và đồ uống và chi phí nhân công ngày càng tăng, giá trị của việc thúc đẩy và ứng dụng các hệ thống kiểm tra thị giác máy đang ngày càng trở nên nổi bật. Công nghệ này cũng có những tác động tích cực trong việc phá vỡ thế độc quyền của thiết bị nước ngoài. Trong tương lai, với sự phát triển hơn nữa của các thuật toán học sâu và cải tiến khả năng xử lý phần cứng, các hệ thống kiểm tra mã hóa đáy hộp sẽ phát triển theo hướng tốc độ cao hơn, độ chính xác cao hơn và khả năng thích ứng tốt hơn, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ hơn nữa cho việc kiểm soát chất lượng trong ngành thực phẩm và đồ uống.
Trong tương lai, với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ trí tuệ nhân tạo, hệ thống kiểm tra mã hóa đáy hộp sẽ ngày càng thông minh và thích ứng hơn. Việc giới thiệu các thuật toán học sâu sẽ cho phép hệ thống xử lý các loại lỗi mã hóa phức tạp hơn, trong khi ứng dụng công nghệ 5G sẽ cho phép giám sát và bảo trì từ xa, giúp giảm chi phí vận hành hơn nữa.
Đối với các nhà sản xuất thực phẩm và đồ uống, đầu tư vào hệ thống kiểm tra trực quan tiên tiến không chỉ là biện pháp kiểm soát chất lượng cần thiết mà còn là lựa chọn chiến lược để nâng cao giá trị thương hiệu và khả năng cạnh tranh trên thị trường. Trong hành trình theo đuổi mục tiêu không khuyết tật, công nghệ thị giác máy đang trở thành một công cụ không thể thiếu.
