Công nghệ phát hiện vật thể lạ trong chai thủy tinh: Xác định chính xác tạp chất để bảo vệ chất lượng và an toàn sản phẩm

Trong ngành thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm, chai thủy tinh được sử dụng rộng rãi làm vật liệu đóng gói nhờ độ ổn định hóa học cao và khả năng ngăn chặn tuyệt vời. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất hoặc chiết rót, các vật thể lạ như mảnh kim loại, mảnh thủy tinh, tóc hoặc sợi có thể lẫn vào chai, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và có khả năng gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe người tiêu dùng. Do đó, việc phát hiện vật thể lạ trong chai thủy tinh đã trở thành một phần bắt buộc trong quy trình kiểm soát chất lượng trên các dây chuyền sản xuất hiện đại. Bài viết này sẽ giới thiệu một cách hệ thống các công nghệ cốt lõi, cải tiến thuật toán và ứng dụng trong ngành của công nghệ phát hiện vật thể lạ, giúp bạn lựa chọn giải pháp phát hiện phù hợp.

I. Con đường công nghệ cốt lõi của phát hiện vật thể lạ

Việc phát hiện dị vật trong chai thủy tinh chủ yếu dựa vào hai loại công nghệ: kiểm tra bằng thị giác máy và kiểm tra bằng tia X. Công nghệ thị giác máy phù hợp với vật chứa trong suốt hoặc bán trong suốt, trong khi công nghệ tia X có thể xuyên qua nhiều loại vật liệu khác nhau và phát hiện dị vật có mật độ cao hơn.

1. Kiểm tra thị giác máy: Hình ảnh động và phân tích thuật toán

Kiểm tra bằng thị giác máy thu thập hình ảnh chai thủy tinh thông qua camera và sử dụng các thuật toán xử lý hình ảnh kỹ thuật số để xác định vật thể lạ. Các phương pháp kiểm tra truyền thống (như kiểm tra bằng ánh sáng thủ công) dễ bị ảnh hưởng bởi sự mệt mỏi của con người và nhiễu ánh sáng. Các hệ thống thị giác hiện đại cải thiện độ chính xác thông qua các phương pháp sau:

• Phát hiện động xoay: Chai thủy tinh được xoay quanh trục trung tâm, và một camera tốc độ cao liên tục chụp nhiều khung hình ảnh. Bằng cách so sánh sự thay đổi vị trí của các điểm khuyết tật trong các hình ảnh liền kề, hư hỏng cố hữu của chai (chẳng hạn như vết xước) và các vật thể lạ bên trong chai sẽ được phân biệt. Ví dụ, vết nứt ở cổ chai di chuyển đồng bộ với thân chai trong quá trình xoay, trong khi các vật thể lạ bên trong chai sẽ bị dịch chuyển vị trí do chuyển động tương đối với chất lỏng.

• Chụp ảnh đa nguồn sáng: Kết hợp chiếu sáng ngược và chiếu sáng bên giúp tăng cường độ tương phản giữa vật thể lạ và nền. Ví dụ, đối với các mảnh thủy tinh nhỏ ở cổ chai, chiếu sáng bên có thể phác họa rõ nét cổ chai, trong khi chiếu sáng ngược làm nổi bật bóng của vật thể lạ bên trong.

• Thuật toán thích ứng: Sử dụng kỹ thuật phát hiện cạnh (như toán tử Robert), phân đoạn ngưỡng và phân tích đường viền, kích thước và hình dạng của vật thể lạ sẽ được xác định chính xác.

2. Kiểm tra bằng tia X: Nhận dạng xâm nhập và Chẩn đoán thông minh

Kiểm tra tia X dựa trên việc ghi lại sự khác biệt về khả năng hấp thụ tia X của các chất khác nhau. Các vật thể lạ có mật độ cao hơn (như kim loại, thủy tinh và sỏi) hấp thụ nhiều tia X hơn và xuất hiện dưới dạng các vùng tối trên ảnh xám, trong khi chất lỏng hoặc bột nhão xuất hiện dưới dạng nền sáng. Ưu điểm của công nghệ này bao gồm:

• Phát hiện bao bì trong suốt tốt hơn: Đối với các vật chứa trong suốt như chai thủy tinh, thiết bị X-quang có thể tích hợp mô-đun nguồn sáng phát ra từ bên hông. Điều này giúp tăng cường giao diện giữa hình dạng chai và nội dung bên trong thông qua tín hiệu ánh sáng phản xạ, ngăn ngừa việc bỏ sót các vật lạ tại giao diện (chẳng hạn như mảnh thủy tinh ở miệng chai).

• Giảm nhiễu cho sản phẩm dạng lỏng: Dòng chảy chất lỏng dễ gây ra dao động tín hiệu và báo động giả. Máy X-quang mới làm chậm tốc độ dòng chảy thông qua kênh đệm hình chữ U và sử dụng biến đổi Fourier để lọc nhiễu dòng chảy tần số thấp, giữ lại tín hiệu tần số cao do vật lạ tạo ra, giúp giảm đáng kể tỷ lệ phát hiện sai.

• Học sâu AI: Thiết bị huấn luyện hàng chục nghìn hình ảnh mẫu bằng mạng nơ-ron tích chập (CNN) để học các đặc điểm thang độ xám và hình thái của vật thể và sản phẩm lạ. Ví dụ, vật thể lạ bằng kim loại có các cạnh đều và thang độ xám tối, trong khi các mảnh thủy tinh không đều và bán trong suốt. Hệ thống so sánh hình ảnh với mô hình theo thời gian thực, kích hoạt báo động khi độ trùng khớp vượt quá ngưỡng (ví dụ: 95%).

II. Phương pháp phát hiện sáng tạo cho các sản phẩm có độ nhớt cao

Đối với các sản phẩm có độ nhớt cao như gel và kem, phương pháp dừng xoay truyền thống không hiệu quả vì vật lạ không thể tạo ra sự dịch chuyển tương đối đáng kể với chai. Một công nghệ được cấp bằng sáng chế gần đây đề xuất một thuật toán phân tích động hình ảnh đa khung hình giúp giải quyết hiệu quả vấn đề này:

1. Thu thập và định vị hình ảnh: Xoay chai thủy tinh và thu thập nhiều khung hình nhìn từ phía trước, chọn hai khung hình liền kề (ví dụ: khung hình N và khung hình N+1).

2. Dự đoán quỹ đạo khuyết tật: Trích xuất tọa độ của hình chữ nhật giới hạn nhỏ nhất của khuyết tật trong ảnh khung hình đầu tiên. Dựa trên bán kính và góc quay của chai, dự đoán vị trí của nó trong khung hình tiếp theo.

3. Xác định chồng lấn: Tính toán diện tích chồng lấn giữa vị trí dự đoán và vị trí khuyết tật thực tế. Nếu diện tích chồng lấn dưới ngưỡng đặt trước (ví dụ: 80%), điều đó cho thấy khuyết tật và chai không di chuyển đồng bộ, và được xác định là có vật lạ bên trong chai; nếu không, điều đó cho thấy chai bị hư hỏng.

Phương pháp này, bằng cách định lượng độ lệch chuyển động, cải thiện độ chính xác phát hiện vật lạ trong các sản phẩm có độ nhớt cao lên hơn 0,1mm, giúp giảm tỷ lệ báo động giả hơn 30%.

III. Các kịch bản ứng dụng trong ngành và yêu cầu về hiệu suất

Các ngành công nghiệp khác nhau có yêu cầu khác nhau về độ chính xác và tốc độ phát hiện, đòi hỏi phải lựa chọn công nghệ phù hợp dựa trên đặc điểm của sản phẩm:

• Ngành dược phẩm: Thuốc uống, thuốc tiêm và các sản phẩm dược phẩm khác cần phát hiện dị vật kim loại lớn hơn 0,08mm hoặc mảnh thủy tinh lớn hơn 0,1mm. Thiết bị X-quang với chức năng bù trừ tự động có thể thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ và mật độ của chất lỏng, đảm bảo độ ổn định khi phát hiện.

• Ngành thực phẩm và đồ uống: Các sản phẩm dạng lỏng như nước trái cây và sữa cần được xử lý nhiễu bọt khí. Máy X-quang loại bỏ tín hiệu dòng chảy tần số thấp qua các mô-đun lọc và có thể phát hiện liên tục với tốc độ 80-120 chai mỗi phút.

• Ngành mỹ phẩm: Các sản phẩm như kem dưỡng da và gel cần được phân biệt giữa cặn bã ở cổ chai và thành phần bên trong. Việc kết hợp phát hiện xoay vòng thị giác máy với công nghệ tăng cường giao diện tia X cho phép bao phủ toàn diện.

IV. Xu hướng và thách thức phát triển công nghệ

Công nghệ phát hiện vật lạ trong chai thủy tinh trong tương lai sẽ phát triển theo hướng thông minh và tích hợp:

• Hệ thống học tập thích ứng: Các mô hình AI có thể được tối ưu hóa liên tục thông qua quá trình học tập gia tăng, thích ứng với việc nhận dạng các loại vật thể lạ mới.

• Kết hợp nhiều cảm biến: Kết hợp tín hiệu tia X, ánh sáng khả kiến ​​và hồng ngoại giúp tăng cường độ tin cậy trong các tình huống phức tạp.

• Thách thức về tiêu chuẩn hóa: Sự khác biệt đáng kể trong thông số kỹ thuật của chai thủy tinh trên khắp Trung Quốc đòi hỏi phải phát triển các thuật toán linh hoạt phù hợp với nhiều loại chai khác nhau.

Phần kết luận

Phát hiện vật thể lạ trong chai thủy tinh là một thành phần cốt lõi để đảm bảo an toàn sản phẩm. Công nghệ thị giác máy và tia X đều có những ưu điểm riêng; các công ty nên lựa chọn giải pháp phù hợp dựa trên vật liệu sản phẩm, loại vật thể lạ và tốc độ dây chuyền sản xuất. Đối với các sản phẩm có độ nhớt cao hoặc bao bì trong suốt, các thuật toán phát hiện tiên tiến kết hợp phân tích động đa khung hình và tăng cường tín hiệu đang trở thành chìa khóa để cải thiện độ chính xác và hiệu quả. Với sự tích hợp sâu rộng của AI và công nghệ đa cảm biến, việc phát hiện vật thể lạ sẽ tiếp tục phát triển theo hướng thông minh hơn và đáng tin cậy hơn, củng cố khả năng phòng thủ cho việc kiểm soát chất lượng.