Nghiên cứu phát hiện chai bia lỗi trực tuyến

1. Tình hình cơ bản của phát hiện trực tuyến

Hiện nay, các công ty sản xuất bia ngày càng chú trọng đến chất lượng sản phẩm, và ngày càng nhiều công ty sử dụng các thiết bị phát hiện tự động khác nhau trên dây chuyền chiết rót để nâng cao độ tin cậy của việc kiểm tra. Phương pháp truyền thống để kiểm tra chai rỗng trên dây chuyền chiết rót là kiểm tra bằng đèn thủ công. Tuy nhiên, trên các dây chuyền chiết rót tốc độ cao hiện đại, do mỏi mắt và các lý do khác, việc chỉ dựa vào phát hiện bằng đèn thủ công truyền thống không thể đảm bảo độ tin cậy. Ngoài ra, hai bộ phận quan trọng của chai bia là cổ chai và đáy chai không thể được kiểm tra, dẫn đến việc chai bị lỗi (ví dụ: chai bị rò rỉ hoặc có tạp chất ở đáy) tràn ra thị trường, gây ảnh hưởng đến hình ảnh của công ty.

2. Yêu cầu cơ bản về phát hiện trực tuyến

Hiện nay, các nước ngoài đã có hệ thống phát hiện trực tuyến tương đối hoàn thiện dựa trên công nghệ xử lý hình ảnh, với nhiều sản phẩm đã có mặt trên thị trường, chẳng hạn như hệ thống MIHO của Đức, hệ thống HEUFT và hệ thống OMNIVISIONI của CÔNG TY TNHH INDUSTRIAL DYNAMICS có trụ sở tại Hoa Kỳ.

Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất bia ở Trung Quốc đang phát triển dây chuyền sản xuất với công suất vượt quá 40.000 chai/giờ. Với tốc độ này, việc kiểm tra thủ công trở nên cực kỳ khó khăn, tạo ra nhu cầu cấp thiết về thiết bị phát hiện chai rỗng trực tuyến. Tuy nhiên, các sản phẩm nhập khẩu lại đắt đỏ và khó bảo trì, khiến chúng trở nên quá đắt đỏ đối với hầu hết các nhà máy bia vừa và nhỏ.

3. Mục tiêu của phát hiện trực tuyến

Dựa trên việc phân tích các mẫu máy nước ngoài và nhu cầu cũng như khả năng công nghệ của các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Trung Quốc, các mục tiêu sau đây cho việc phát hiện trực tuyến đã được xác định:

3.1 Mô-đun phát hiện trực tuyến:

Các mô-đun cơ bản bao gồm phát hiện cổ chai và đáy chai. Các mô-đun bổ sung, chẳng hạn như phát hiện thành trong và thành ngoài, có thể được giữ lại để sử dụng trong tương lai.

3.2 Tốc độ phát hiện trực tuyến:

Đối với chai có đường kính cổ 64mm, tốc độ yêu cầu là 42.000 chai mỗi giờ.

3.3 Độ phân giải phát hiện đáy chai và tỷ lệ loại bỏ:

Đối với chai không có nhãn hiệu và không bị mòn:

Khi kích thước khuyết tật là 2,5mm × 2,5mm, tỷ lệ loại bỏ là 98%.

Khi kích thước khuyết tật là 3,0mm × 3,0mm, tỷ lệ loại bỏ là 99%.

Đối với các chai có dấu hiệu, bị mòn, có màu tối hoặc có sự khác biệt về màu sắc:

Khi kích thước khuyết tật là 3,5mm × 3,5mm, tỷ lệ loại bỏ là 98%.

Khi kích thước khuyết tật là 4,0mm × 4,0mm, tỷ lệ loại bỏ là 99%.

Hệ thống có thể xử lý chai có màu hỗn hợp hoặc chai tối màu.

4. Giải pháp phát hiện trực tuyến

4.1 Giải pháp đề xuất:

Giải pháp 1: Mua trực tiếp các hệ thống thị giác máy nước ngoài và phát triển phần mềm tùy chỉnh dựa trên chúng. Giải pháp này có tốc độ phát triển nhanh, nhưng hệ thống thị giác máy khá đắt đỏ và phải trả phí đăng ký phần mềm cho mỗi hệ thống được sản xuất. Hơn nữa, rất ít hệ thống hiện có đáp ứng được yêu cầu về tốc độ, khiến giải pháp này trở nên không khả thi.

Giải pháp 2: Áp dụng hệ thống điều khiển phân cấp, với máy tính điều khiển công nghiệp để điều khiển và quản lý cấp cao, và hệ thống thu thập và xử lý hình ảnh dựa trên chip DSP. Mặc dù chu kỳ phát triển còn dài, và giải pháp này dựa trên các thuật toán hoàn thiện, nhưng nó phù hợp hơn cho hướng đi trong tương lai, nhưng hiện tại đang bị trì hoãn.

Giải pháp 3: Sử dụng thẻ thu nhận hình ảnh và máy tính điều khiển công nghiệp với phần mềm điều khiển tự phát triển. Nhiều hệ thống được sử dụng để đáp ứng yêu cầu về tốc độ xử lý. Giải pháp này phù hợp hơn về mặt kinh tế, kỹ thuật và thực tiễn cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Một số nhà máy bia đã triển khai thành công phương pháp này, khiến nó trở thành giải pháp được lựa chọn.

4.2 Quy trình phát hiện trực tuyến:

Các chai rỗng cần kiểm tra được đưa qua băng chuyền. Khi chúng đến chai hỗn hợp và nguồn sáng bù trừ chênh lệch màu, đèn sẽ nhấp nháy, và cảm biến chai hỗn hợp và chênh lệch màu sẽ phát hiện ánh sáng truyền qua. Kết quả được gửi đến mạch bù trừ chênh lệch màu, mạch này điều chỉnh độ sáng của nguồn sáng để phát hiện đáy. Khi chai rỗng đến vị trí phát hiện đáy, đèn sẽ nhấp nháy và màn trập mở ra. Hệ thống hình ảnh sẽ chụp ảnh, được gửi qua thẻ thu nhận hình ảnh đến máy tính ở phía dưới để xử lý. Nếu phát hiện lỗi, tín hiệu loại bỏ sẽ được gửi qua thẻ I/O 32 kênh. Tín hiệu này được khuếch đại và sử dụng để điều khiển cơ chế loại bỏ, đẩy chai lỗi ra khỏi băng chuyền. Quy trình tương tự cũng được áp dụng để phát hiện cổ chai.

Các máy tính điều khiển chính để phát hiện đáy và cổ được giao tiếp qua cổng nối tiếp để đảm bảo sự phối hợp hệ thống. Cả hai hệ thống đều sử dụng cùng một màn hình cảm ứng để hiển thị và vận hành, và mạch chuyển mạch đảm nhiệm việc chuyển đổi giữa hai hệ thống.

4.3 Nguyên lý hoạt động của mô-đun xử lý cổ chai và đáy chai:

4.3.1 Phát hiện nút thắt cổ chai:

Một thiết bị hình ảnh đặc biệt được sử dụng để chiếu sáng bề mặt niêm phong của cổ chai bằng đèn flash. Một cổ chai hoàn hảo, không bị hư hại sẽ phản chiếu ánh sáng như một vòng tròn trơn tru và hoàn chỉnh. Nếu vòng tròn bị vỡ (qua các vết nứt), hoặc mép trong bị lõm (hư hỏng ở mép trong), hoặc mép ngoài bị lồi (hư hỏng ở mép ngoài), nó sẽ được phát hiện. Người dùng có thể thiết lập ba giá trị ngưỡng cho mức độ nghiêm trọng của biến dạng vỡ, lõm hoặc lồi. Hệ thống so sánh kích thước khuyết tật thực tế với ngưỡng được thiết lập sẵn để quyết định có nên loại bỏ chai hay không. Để tránh sai sót do chai bị nghiêng, mô-đun cũng bao gồm chức năng tự động theo dõi vị trí cổ chai.

4.3.2 Phát hiện đáy chai:

Đầu tiên, ảnh thang độ xám thu được từ thẻ chụp ảnh được nhị phân hóa. Sau đó, các phương pháp thống kê được áp dụng để tính toán kích thước của các chất gây ô nhiễm độc lập. Các kích thước này được so sánh với kích thước chấp nhận được do người dùng xác định để quyết định có nên loại bỏ chai hay không.

5. Kết luận

Bằng cách sử dụng thẻ thu thập hình ảnh và máy tính điều khiển công nghiệp đa hệ thống, vấn đề phát hiện chai bia lỗi trên dây chuyền sản xuất đã được giải quyết hiệu quả với chi phí tương đối thấp, phù hợp với hầu hết các nhà máy bia vừa và nhỏ. Giải pháp này cũng mang lại lợi ích kinh tế tốt.