Nghiên cứu công nghệ phát hiện vật thể lạ trong lon sau khi chiết rót và trước khi niêm phong.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, một mảnh màng trong suốt nhỏ, một mảnh kim loại hoặc một mảnh thủy tinh vỡ có thể gây ra mối đe dọa đáng kể đến chất lượng sản phẩm. Phát hiện vật thể lạ sau khi chiết rót và trước khi niêm phong lon là một biện pháp phòng ngừa quan trọng để đảm bảo an toàn thực phẩm.

Trong quy trình sản xuất lon, giai đoạn sau khi chiết rót và trước khi niêm phong là điểm có nguy cơ cao bị nhiễm bẩn bởi vật thể lạ. Do tính chất mờ đục của lon và bề mặt bên trong có độ phản chiếu cao, các phương pháp phát hiện truyền thống gặp khó khăn trong việc xác định hiệu quả các vật thể lạ, đặc biệt là các chất gây ô nhiễm trong suốt hoặc có kích thước nhỏ.

Nhờ sự kết hợp của các công nghệ tiên tiến như chiếu sáng phân cực, truyền tia X và thị giác máy tính, các hệ thống phát hiện hiện đại giờ đây có thể phát hiện nhiều vật thể lạ khác nhau trong thời gian thực trên các dây chuyền sản xuất tốc độ cao, bao gồm cả các mảnh kim loại và thủy tinh truyền thống, cũng như các mảnh màng trong suốt khó nhận dạng.

1. Những thách thức kỹ thuật trong phát hiện vật thể lạ

Việc phát hiện vật thể lạ trong lon gặp phải nhiều thách thức kỹ thuật. Bản chất mờ đục của lon cản trở việc kiểm tra bằng phương pháp truyền ánh sáng đơn giản, trong khi bề mặt bên trong có cấu trúc và phản xạ cao gây ra nhiều phản xạ ánh sáng, dẫn đến mất hướng phân cực nhanh chóng và ảnh hưởng đến kết quả hình ảnh.

Đặc điểm khác nhau của chính các vật thể lạ cũng làm tăng thêm khó khăn trong việc phát hiện. Ví dụ, các mảnh màng trong suốt có thể lẫn vào trong quá trình đóng gói có đặc tính phân cực khác nhau: một số phân cực mạnh, một số phân cực yếu và một số không phân cực. Đối với các màng phân cực yếu hoặc không phân cực, các phương pháp phát hiện phân cực truyền thống có hiệu quả hạn chế.

Điều kiện thực tế của môi trường sản xuất cũng đặt ra nhiều thách thức. Dây chuyền sản xuất tốc độ cao đòi hỏi hệ thống phát hiện phải hoàn thành việc đánh giá trong thời gian rất ngắn—thường là hơn 10 lon mỗi giây. Đồng thời, rung động cơ học trên dây chuyền sản xuất và sự thay đổi ánh sáng xung quanh có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình phát hiện.

2. Nguyên tắc và phương pháp của các công nghệ phát hiện chính thống

Công nghệ hình ảnh ánh sáng phân cực

Để khắc phục những khó khăn trong việc phát hiện do bề mặt bên trong lon có tính phản xạ, công nghệ hình ảnh ánh sáng phân cực cung cấp một giải pháp đột phá. Công nghệ này sử dụng một thiết bị phân cực đầu tiên trong đường truyền ánh sáng giữa nguồn sáng của thiết bị chiếu sáng và thành đáy bên trong, làm phân cực bức xạ chiếu đến thành đáy bên trong.

Thiết bị chiếu sáng được thiết kế sao cho phần lớn bức xạ hướng vào bên trong vật chứa chiếu trực tiếp vào thành đáy bên trong, chứ không phải các thành bên. Điều này đảm bảo ánh sáng chỉ phản xạ một lần từ thành đáy bên trong trước khi quay trở lại thiết bị ghi hình, duy trì hướng phân cực của nó. Khi sử dụng ánh sáng phân cực tròn, hướng quay của ánh sáng thay đổi sau khi phản xạ từ thành đáy bên trong, cho phép nhận dạng hiệu quả các vật thể lạ thông qua việc sử dụng các bộ lọc phân cực thích hợp.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kết quả phát hiện tối ưu đạt được khi thiết bị chiếu sáng và ghi hình được đặt cách miệng lon từ 500mm đến 700mm, và việc chiếu sáng và chụp ảnh được thực hiện ở góc nhỏ hơn 10°. Cấu hình này cải thiện đáng kể tỷ lệ phát hiện các vật thể lạ phân cực yếu và không phân cực.

Thị giác máy tính và hình ảnh trường tối

Công nghệ thị giác máy tính được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát, đặc biệt thích hợp để phát hiện các khuyết tật ở miệng lon, đáy và thành trong. Một hệ thống phát hiện hoàn chỉnh thường bao gồm hệ thống chiếu sáng, hệ thống thu nhận hình ảnh và hệ thống xử lý hình ảnh.

Kỹ thuật chụp ảnh trường tối là một kỹ thuật đặc biệt chiếu sáng vật chứa từ bên cạnh, làm cho các vật thể lạ hiện lên sáng rõ trên nền tối. Đối với các vật chứa đầy, một thiết bị rung được sử dụng để làm rung thành bên của vật chứa, khiến các vật thể lạ ở đáy di chuyển, giúp dễ dàng nhận dạng chúng hơn trong ảnh.

Trong các ứng dụng thực tế, hệ thống sử dụng phương pháp phương sai giữa các lớp tối đa để phân tách vùng mục tiêu và thực hiện phân tích đặc điểm đường viền trên vùng miệng lon; phương pháp gradient Hough được sử dụng để phân đoạn vùng hình tròn đồng tâm của đáy lon; và phép biến đổi tọa độ cực được sử dụng để giải quyết vấn đề nén ảnh cho vùng thành trong, tiếp theo là nhị phân hóa và phân tích thành phần liên thông để xác định vị trí khuyết tật.

Công nghệ phát hiện truyền tia X

Công nghệ dò tia X có khả năng phát hiện tốt các vật thể lạ làm từ nhiều chất liệu khác nhau, đặc biệt phù hợp với bao bì không trong suốt. Hệ thống bao gồm một nguồn bức xạ và một bộ dò. Bằng cách thu nhận hình ảnh truyền qua được tạo ra bởi quá trình chụp ảnh truyền tia X, nó có thể xác định xem lon có thiếu các thành phần cần thiết hay chứa các vật thể lạ như tạp chất kim loại hay không.

Một ưu điểm chính của công nghệ dò tia X là khả năng thực hiện nhiều thao tác dò tìm cùng lúc: bao gồm phát hiện vật thể lạ, kiểm tra tính toàn vẹn của bao bì và xác nhận nội dung. Các hệ thống tia X mới như ScanTrac 200 có thể phát hiện các vật thể lạ nhỏ đến 0,5mm với tốc độ lên đến 2200 vật thể mỗi phút.

Kích thích rung động và so sánh đa hình ảnh

Đối với lon nước giải khát đã được đóng đầy, một phương pháp hiệu quả là sử dụng rung động để di chuyển các vật thể lạ tiềm ẩn, giúp dễ dàng phát hiện hơn. Hệ thống này sử dụng thiết bị rung tác động lên thành bên của lon, làm cho các vật thể lạ ở đáy di chuyển, sau đó camera kiểm tra sẽ chụp ảnh trường tối của đáy lon. Công nghệ then chốt nằm ở việc cấu hình nhiều camera kiểm tra nối tiếp nhau dọc theo hướng vận chuyển, với vùng chụp ảnh chồng lên nhau. Điều này cho phép thu được một chuỗi hình ảnh liên tục của đáy lon. Bằng cách so sánh sự khác biệt trong các hình ảnh này, các hạt vật thể lạ di chuyển có thể được xác định chính xác.

3. Các thành phần công nghệ chính của hệ thống phát hiện

Một hệ thống phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát hoàn chỉnh bao gồm nhiều thành phần được phối hợp chính xác. Hệ thống chiếu sáng rất cần thiết để đảm bảo hình ảnh ổn định; các loại nguồn sáng khác nhau (như nguồn sáng LED) và phương pháp chiếu sáng (trường sáng, trường tối) có thể được lựa chọn tùy theo yêu cầu phát hiện.

Hệ thống thu nhận hình ảnh bao gồm các camera công nghiệp, ống kính và cảm biến hình ảnh, chịu trách nhiệm thu được hình ảnh chất lượng cao về bên trong lon. Các hệ thống hiện đại thường sử dụng camera CCD hoặc CMOS độ phân giải cao, kết hợp với các bộ lọc phân cực chuyên dụng, để chụp được hình ảnh rõ nét về bên trong lon.

Hệ thống xử lý ảnh sử dụng nhiều thuật toán khác nhau để phân tích các hình ảnh thu được, bao gồm tiền xử lý ảnh (làm mịn, lọc, giảm nhiễu), trích xuất đặc trưng và nhận diện khuyết tật. Các hệ thống tiên tiến cũng sử dụng các công nghệ trí tuệ nhân tạo, chẳng hạn như mạng nơ-ron tích chập (CNN), để cải thiện độ chính xác và khả năng thích ứng của việc phát hiện.

Cơ chế định vị và loại bỏ là phần thực thi của hệ thống. Các cảm biến quang điện phát hiện vị trí của lon, kích hoạt chính xác việc thu thập hình ảnh. Khi phát hiện vật thể lạ, hệ thống sẽ tự động loại bỏ sản phẩm bị lỗi khỏi dây chuyền sản xuất.

4. Ứng dụng công nghiệp và đánh giá hiệu suất

Trong các ứng dụng công nghiệp thực tế, hệ thống phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát hoạt động rất hiệu quả. Các nghiên cứu cho thấy hệ thống phát hiện trực tuyến dựa trên thị giác máy tính có thể hoạt động ổn định ở tốc độ 10 lon mỗi giây, với độ chính xác phát hiện lên đến 99,89%, về cơ bản đáp ứng nhu cầu của các dây chuyền sản xuất tốc độ cao.

Lấy hệ thống RotoCheck của Krones làm ví dụ, hệ thống này được thiết kế đặc biệt để phát hiện các mảnh thủy tinh trong chai bia, có khả năng nhận diện các vật thể lạ nhỏ đến 0,5mm, với tỷ lệ loại bỏ sai dưới 0,05%. Trên dây chuyền sản xuất với tốc độ 60.000 chai mỗi giờ, hệ thống này có thể hoạt động liên tục và ổn định, thể hiện hiệu suất vượt trội.

Khả năng thích ứng của hệ thống phát hiện cũng là một lợi thế đáng kể. Các hệ thống phát hiện tiên tiến sử dụng "công nghệ điều khiển mạng nơ-ron", cho phép chúng thích ứng với các hình dạng, thông số vận hành và điều kiện làm việc khác nhau thông qua quá trình tự học, cải thiện độ nhạy của hệ thống điều khiển và giảm tỷ lệ lỗi. Khả năng thích ứng này cho phép hệ thống xử lý các thay đổi khác nhau trên dây chuyền sản xuất.

05 Xu hướng và thách thức trong phát triển công nghệ

Công nghệ phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát đang phát triển theo hướng độ chính xác cao hơn, tốc độ nhanh hơn và khả năng thích ứng tốt hơn. Mức độ tự động hóa cao và độ tin cậy hệ thống được nâng cao là những xu hướng chính trong sự phát triển công nghệ hiện nay. Các hệ thống kiểm tra hiện đại không chỉ có thể xác định vật thể lạ mà còn đồng thời thực hiện nhiều nhiệm vụ như xác minh tính toàn vẹn của bao bì và xác nhận nội dung bên trong.

Việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo và công nghệ máy học đang làm thay đổi các phương pháp kiểm tra truyền thống. Thông qua quá trình huấn luyện mẫu rộng rãi, các hệ thống thông minh có thể xác định được những bất thường nhỏ nhất, thậm chí vượt trội hơn khả năng của mắt người ở một số khía cạnh. Các hệ thống kiểm tra dựa trên mạng nơ-ron sở hữu các chức năng tự học, tự thích nghi, tự lưu trữ và tự chẩn đoán, cho phép liên tục cải thiện hiệu suất phát hiện.

Tích hợp đa công nghệ là một xu hướng quan trọng khác. Ví dụ, việc kết hợp hình ảnh ánh sáng phân cực với phát hiện tia X cho phép phát hiện đồng thời các khuyết tật bề mặt và vật thể lạ bên trong. Một số hệ thống tiên tiến thậm chí có thể thực hiện đồng thời việc phát hiện vật thể lạ, xác minh tính toàn vẹn của bao bì và xác nhận nội dung.

Mặc dù công nghệ liên tục được cải tiến, việc phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát vẫn còn gặp nhiều thách thức. Việc tăng tốc độ phát hiện để đáp ứng các dây chuyền sản xuất tốc độ cao hơn, giảm tỷ lệ dương tính giả và thích ứng với nhiều loại vật thể lạ khác nhau đều là những vấn đề cần được giải quyết trong quá trình phát triển công nghệ tương lai.

Trên dây chuyền sản xuất bia, hệ thống RotoCheck kiểm tra từng lon với tốc độ 60.000 lon mỗi giờ. Khi phát hiện nguy cơ mảnh thủy tinh vỡ, hệ thống sẽ ngay lập tức loại bỏ lon đó khỏi dây chuyền sản xuất – tất cả chỉ trong vài mili giây.

Công nghệ phát hiện vật thể lạ trong lon nước giải khát đã phát triển từ việc lấy mẫu thủ công ban đầu đến các hệ thống kiểm tra tự động hoàn toàn, độ chính xác cao hiện nay. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ thị giác máy tính, trí tuệ nhân tạo và cảm biến, các hệ thống kiểm tra trong tương lai sẽ chính xác và hiệu quả hơn nữa, mang lại sự đảm bảo vững chắc hơn cho an toàn thực phẩm.