تكنولوجيا التفتيش البصري: حارس ذكي لجودة وسلامة الأغذية والمشروبات

على خطوط الإنتاج الحديثة عالية السرعة، تخضع زجاجات وأكياس المشروبات لفحص دقيق أكثر دقة من العين البشرية - وهذه هي الثورة النوعية التي أحدثتها تكنولوجيا فحص الرؤية الآلية.

في خطوط إنتاج الأغذية والمشروبات الحالية، تستطيع أنظمة الفحص البصري فحص المنتجات بسرعات تتجاوز 500 زجاجة في الدقيقة، محققةً دقةً تصل إلى المليمتر، متجاوزةً بذلك حدود العين البشرية. لا تقتصر هذه الأنظمة على تحديد العيوب الدقيقة فحسب، بل تضمن أيضًا دقةً تتجاوز 99.9%، لتصبح بذلك "الحارس الذكي" لمراقبة جودة الأغذية.

1. خلفية الصناعة والتحديات: لماذا يعد التفتيش البصري ضروريًا للأغذية والمشروبات؟

تخضع صناعة الأغذية والمشروبات لمعايير صارمة للغاية فيما يتعلق بالجودة والسلامة؛ حتى نسبة العيوب البالغة 0.1% غير مقبولة. تعتمد أساليب فحص الجودة التقليدية بشكل أساسي على الفحص البصري اليدوي، إلا أن الفحص البصري البشري له قيود كبيرة.

في بيئات الإنتاج عالية السرعة، يكون العمال أكثر عرضة للإرهاق البصري، مما يؤدي إلى زيادة معدلات تفويت عمليات التفتيش. على سبيل المثال، في شركة بودوايزر، ورغم تركيزها الشديد على جودة المنتج، لا يزال جزء صغير من تغليف المنتجات يعتمد على عمليات التفتيش اليدوية العشوائية، مما يحمل في طياته خطر تفويت عمليات التفتيش، ويؤثر على الكفاءة، ويشكل تحديات أمام تتبع المنتج. علاوة على ذلك، تتوفر منتجات الأغذية والمشروبات بأنواع متنوعة، باستخدام مواد تغليف متنوعة (مثل الزجاجات الشفافة والعلب والكرتون)، مما يتطلب عمليات تفتيش معقدة ومتنوعة. من سلامة التغليف إلى مستويات التعبئة، ومن طباعة الملصقات إلى تواريخ الإنتاج، فإن متطلبات التفتيش دقيقة للغاية.

في ظلّ المنافسة الشرسة في السوق واللوائح التنظيمية المتزايدة الصرامة، يضطرّ مصنّعوا الأغذية والمشروبات إلى البحث عن أساليب تفتيش أكثر كفاءةً ودقة. وقد برزت تقنية الرؤية الآلية في هذا السياق.

2. المبدأ التقني: كيف ترى الرؤية الآلية وتُصدر الأحكام

يقوم المبدأ الأساسي لنظام الرؤية الآلية على محاكاة وظائف الرؤية البشرية، وتحقيق أهداف الفحص من خلال العمل التعاوني للأجهزة والبرمجيات. يتكون نظام الرؤية الآلية الكامل من مصدر إضاءة، وعدسة بصرية، وكاميرا، ومعالجة إشارات الصورة، ومشغلات.

مصدر الإضاءة هو أساس النظام بأكمله. نظام الإضاءة الممتاز قادر على إعادة إنتاج ألوان المنتج بدقة، والحفاظ على سطوع موحد في جميع أنحاء المنطقة المضيئة، وإبراز خصائص الأشياء، وزيادة التباين. تتطلب أهداف الفحص المختلفة تصاميم إضاءة مختلفة. على سبيل المثال، عند فحص غلاف تغليف المعكرونة سريعة التحضير، يجب مراعاة خصائصه العاكسة بدقة.

العدسة البصرية والكاميرا مسؤولة عن التقاط الصورة. وتؤثر جودة العدسة على قدرة النظام على تمييز الأشياء، بينما تقوم الكاميرات بتحويل المعلومات البصرية إلى معلومات كهربائية. تتمتع الكاميرات الصناعية الحالية بدقة تصل إلى 25 ميجابكسل، وهي قادرة على التقاط عيوب دقيقة للغاية.

معالجة الصور وتحليلها هي جوهر النظام. من خلال المعالجة المسبقة، واستخراج الميزات والتعرف عليها، والقياس، يقارن الكمبيوتر الصورة الملتقطة بقالب قياسي، ويحدد الاختلافات، ويحدد ما إذا كان المنتج مقبولاً. تتضمن الأنظمة الحديثة أيضًا خوارزميات التعلم العميق والذكاء الاصطناعي لتعزيز قدرتها على تحديد العيوب المعقدة.

3. سيناريو التطبيق: التطبيق الشامل للفحص البصري في الأغذية والمشروبات

فحص سلامة التعبئة والتغليف

تستطيع أنظمة الفحص البصري تحديد عيوب التغليف المختلفة، مثل تلف التغليف، ووجود عيوب في الملصقات، وتواريخ الإنتاج المفقودة. بالنسبة للأغذية المعبأة في علب أو أكياس، يتحقق النظام من سلامة الغلاف الخارجي؛ أما بالنسبة للمنتجات المعبأة في زجاجات، فيكشف عن الأغطية المفقودة أو المائلة.

يُظهر حل شركة Dongguan Chuangshi Automation Technology Co., Ltd. أن اكتشاف العيوب على غلاف التغليف البلاستيكي للمعكرونة سريعة التحضير يمكن أن يحدد بشكل فعال العيوب مثل الثقوب والحروق والتجاعيد، مما يضمن جودة المنتج.

فحص جودة الأغذية

يمكن تطبيق تقنية الرؤية مباشرةً لتقييم جودة الطعام نفسه. على سبيل المثال، يمكن فحص رقائق المعكرونة سريعة التحضير بحثًا عن الأوساخ أو علامات الحروق الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة الزيت. وفي فرز الفاكهة، يمكن لأنظمة الرؤية فرزها تلقائيًا حسب الحجم واللون والشكل.

بناءً على الخصائص البصرية للطعام، يمكن لأنظمة الرؤية أيضًا تحديد مدى نضارته من خلال لونه. على سبيل المثال، يمكن استخدام التصوير بالأشعة فوق البنفسجية للكشف عن تلف أسطح الحمضيات أو تقييم مدى نضارة الخضراوات.

فحص الملصقات والطباعة بالحبر النفاث

يُعد فحص الملصقات مجال تطبيق رئيسي لتكنولوجيا الرؤية. وقد أثبتت شركة أغذية أمريكية أن نظام الرؤية قادر على فحص أكثر من 20 ملصقًا مختلفًا للمنتجات، والتحقق من صحة رسومات الملصقات والرموز الشريطية، وضمان وضع الملصق ضمن تفاوت ±2 مم.

بالنسبة للمعلومات المطبوعة، مثل تاريخ الإنتاج وتاريخ انتهاء الصلاحية، تضمن أنظمة الرؤية وضوح تسمية كل عبوة. يستخدم نظام iVu من Banner أداة مطابقة للكشف عن وجود معلومات مطبوعة، ويرفض تلقائيًا المنتجات التي لا تحتوي على رموز.

فحص التعبئة والغطاء

في صناعة المشروبات، تُمكّن أنظمة الرؤية من فحص مستويات التعبئة الثابتة ووجود أي مواد غريبة في الزجاجات لضمان جودة المنتج. يشمل فحص أغطية الزجاجات التحقق من التسريبات والانحراف، من بين أمور أخرى.

يمكن لنظام الرؤية بالذكاء الاصطناعي عالي الدقة من Budweiser إجراء عمليات تفتيش شاملة في وقت واحد لإغلاق الغطاء، ومستوى السائل، وترميز نفث الحبر، ووضع الملصق، مما يضمن جودة المنتج بشكل شامل.

فحص التركيبة والنزاهة

يمكن استخدام تقنية الرؤية أيضًا لفحص التركيب الداخلي للمنتجات وسلامتها. على سبيل المثال، يمكنها التحقق من سلامة حبيبات الأدوية داخل عبوة نفطة، أو التحقق من اكتمال الإضافات المختلفة (الزيت، والإضافات، والمسحوق، والخضراوات) داخل عبوة نودلز سريعة التحضير.

يمكن لحلول الرؤية من Banner التحقق أيضًا من وجود التعليمات داخل العبوة، مما يضمن سلامة كل عبوة على حدة.

4. نقاط التنفيذ الرئيسية: العوامل الرئيسية لنشر نظام فحص الرؤية الناجح

يُعدّ تصميم مصدر الضوء والإضاءة أمرًا بالغ الأهمية لنجاح النظام. تتطلب أهداف التفتيش المختلفة أساليب إضاءة مختلفة. على سبيل المثال، عند فحص كعكات النودلز سريعة التحضير بحثًا عن عيوب تجميلية، يُستخدم مزيج من مصادر الإضاءة الجانبية ومصادر الإضاءة النفقية لضمان إضاءة موحدة لسطح التفتيش.

اختيار الكاميرا أمر بالغ الأهمية أيضًا. اختر نوع الكاميرا المناسب (مسح خطي أو مسح مساحي) ودقتها بناءً على احتياجاتك من التفتيش. بالنسبة لخطوط الإنتاج عالية السرعة، تُعدّ كاميرات المسح الخطي أنسب لتصوير الأجسام المتحركة بانتظام.

يُعدّ تكامل النظام ومرونته من السمات الأساسية لأنظمة الرؤية الحديثة. على سبيل المثال، يُمكن لنظام فحص الملصقات، الذي طورته شركة EPIC Vision Systems لشركة أغذية، إتمام عمليات تغيير المنتجات في أقل من دقيقتين، والتكيف مع احتياجات فحص أنواع الملصقات المختلفة.

تُحدد الخوارزميات وقدرات البرمجيات أداء التفتيش بشكل مباشر. تستطيع أنظمة الرؤية الحديثة، جنبًا إلى جنب مع خوارزميات التعلم العميق، التكيف مع سيناريوهات التفتيش التي تتضمن أوضاعًا وزوايا إمالة مختلفة للأكياس، مما يُحسّن دقة التعرف.

5. دراسة حالة: التطبيق العملي لتكنولوجيا التفتيش البصري

نظام الرؤية بالذكاء الاصطناعي عالي الدقة من شركة Budweiser

استخدم مصنع بودوايزر في فوشان تقنية الرؤية بالذكاء الاصطناعي عالية الدقة من هيكفيجن روبوتيكس، بالإضافة إلى معدات فحص طورتها الشركة بشكل مستقل، لتحقيق فحص آلي بالكامل. يتألف النظام من كاميرا صناعية بدقة 25 ميجابكسل ومنصة خوارزمية للآلة الافتراضية، ويحقق سرعات فحص تصل إلى ميلي ثانية.

يتيح هذا النظام مراقبة شاملة للجودة، بما في ذلك التفتيش المتزامن لعدة سيناريوهات، بما في ذلك إغلاق الغطاء، ومستوى السائل، وكشف الرموز، ووضع الملصقات، ورصد شوائب الزجاجات على خط التعبئة. وقد خفّض المشروع التكاليف الإجمالية بنسبة 70%، واضعًا معيارًا فعالًا من حيث التكلفة ومبتكرًا للتحديثات الذكية في صناعة البيرة. التفتيش متعدد المراحل في إنتاج المعكرونة الفورية.

تغطي حلول Dongguan Chuangshi Automation مراحل متعددة من إنتاج المعكرونة الفورية: الكشف عن عيوب طبقة التغليف، والكشف عن عيوب سطح المعكرونة، والكشف عن وجود الطبقة العلوية، والكشف عن وجود الشوكة.

صُممت حلول تصوير مُخصصة لمعالجة الخصائص الفريدة لكل مرحلة. على سبيل المثال، لفحص الإضافات، تُحدد كاميرا ملونة بقوة 160 واط، مُزودة بمصدر ضوء جانبي، وخوارزمية تعلم عميق، بدقة وجود الإضافات في مواقع وألوان مُختلفة.

نظام فحص ملصقات شراب الذرة المعبأ في زجاجات

طورت شركة أغذية أمريكية، بالتعاون مع EPIC، نظامًا لفحص الملصقات باستخدام نظامي رؤية Cognex، قادرَين على فحص أكثر من 500 زجاجة في الدقيقة. يستطيع النظام التحقق من أكثر من 20 ملصقًا مختلفًا، مما يضمن دقة وضع وتصميم أنماط الملصقات والرموز الشريطية.

يتميز النظام بعملية تحويل بسيطة للمنتج؛ حيث يمكن للمشغلين التكيف بسرعة مع أنواع المنتجات الجديدة بمجرد اختيار برنامج التفتيش المناسب من خلال واجهة الإنسان والآلة، مما يقلل بشكل كبير من وقت تعطل خط الإنتاج.

6. الاتجاهات المستقبلية: تطوير التفتيش البصري الذكي

مع التقدم في تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، أصبحت أنظمة الفحص البصري أكثر ذكاءً وتكيفًا. تُمكّن خوارزميات التعلم العميق الأنظمة من تحديد أنماط عيوب أكثر تعقيدًا، مما يُحسّن دقة الفحص باستمرار.

يتوسع نطاق تطبيق تقنية الرؤية ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، يمكن استخدام كاميرات Basler ثلاثية الأبعاد بتقنية ToF (زمن الرحلة) لتحديد وفرز الفاكهة، مما يتيح تقييمًا أكثر دقة للجودة.

يُصبح تحليل البيانات وإمكانية تتبعها أيضًا من أهم نقاط النمو في أنظمة الرؤية. تُسجِّل هذه الأنظمة كميات كبيرة من بيانات الإنتاج أثناء التفتيش، مما يُسهِّل تحليل الجودة وإمكانية تتبعها في المصانع. على سبيل المثال، تُحسِّن أنظمة الرؤية من شركة Budweiser مراقبة جودة المنتجات.

يُعدّ التصغير والتكامل اتجاهًا رئيسيًا آخر. تدمج مستشعرات الصور من سلسلة P5 iVu من Banner الإضاءة والعدسات، وتتميز بشاشة لمس مدمجة، مما يسمح بالبرمجة دون الحاجة إلى حاسوب شخصي، ويُبسّط عملية التشغيل بشكل كبير.

مع التقدم التكنولوجي المستمر، يتوسع تطبيق التفتيش البصري في صناعة الأغذية والمشروبات من فحص جودة أحادي النقطة إلى مراقبة جودة شاملة للعملية. لن تقتصر أنظمة الرؤية المستقبلية على مجرد "أدوات تفتيش"، بل ستصبح بمثابة نقاط اتصال ذكية تربط الإنتاج بالإدارة.

بدءًا من استلام المواد الخام وحتى شحن المنتجات النهائية، تلعب تقنية الفحص البصري دورًا لا غنى عنه في كل رابط من روابط إنتاج الأغذية والمشروبات، مما يحافظ على جودة كل منتج وسلامته ويوفر للمستهلكين راحة بال أكبر.