تطبيق وتطوير تقنية الرؤية الآلية في فحص عبوات الأدوية

أصبحت أنظمة الفحص البصري الآلية عالية الدقة للزجاجات الصيدلانية بمثابة دعم تكنولوجي رئيسي لضمان جودة تغليف الأدوية.

في صناعة الأدوية، ترتبط جودة تغليف الأدوية بشكل مباشر بسلامة المرضى. تعاني طرق الفحص اليدوي التقليدية من انخفاض الكفاءة، وضعف الاتساق، والتعب، مما يجعل من الصعب تلبية متطلبات الإنتاج على نطاق واسع. مع تطور تكنولوجيا الرؤية الآلية، أصبحت أنظمة الفحص التلقائي القائمة على رؤية الكمبيوتر وسيلة فعالة لحل هذه المشكلة.

تستخدم تقنية الرؤية الآلية نظام تصوير كهروضوئي لالتقاط صور للجسم المستهدف. ثم تُعالج هذه الصور رقميًا بواسطة جهاز كمبيوتر أو وحدة معالجة صور مخصصة. وبناءً على معلومات مثل توزيع البكسل والسطوع واللون، يقوم النظام بالتعرف على الحجم والشكل واللون، مما يُحسّن بشكل كبير مرونة وأتمتة عملية فحص الإنتاج.

1. فحص التركيب البصري لزجاجة الدواء

يتكون نظام الفحص البصري لزجاجات الأدوية عادةً من جزأين: منصة أجهزة ونظام برمجيات. تشمل منصة الأجهزة مصدر ضوء، وكاميرا صناعية، ومستشعرات، وبطاقة التقاط صور، وحاسوب صناعي، وآلية رفض.

في مجال تصميم الأجهزة، تُعدّ تقنية الإضاءة بالغة الأهمية، إذ تؤثر بشكل مباشر على جودة التقاط الصور. فالإضاءة المناسبة تُبرز خصائص عبوة الدواء وتقلل من الانعكاسات والظلال. ويجب اختيار الكاميرا الصناعية بناءً على دقة الكشف المطلوبة؛ فعمومًا، تستطيع الكاميرات عالية الدقة التقاط أدقّ العيوب.

يُعدّ نظام البرمجيات جوهر الفحص البصري، فهو المسؤول عن معالجة الصور، واستخلاص الميزات، وتحديد العيوب. تشمل برامج رؤية الآلة الشائعة الاستخدام حاليًا HALCON وEVISION وXCALIPER. توفر هذه البرامج مجموعة واسعة من أدوات معالجة الصور، مثل تحليل البقع، والعمليات المورفولوجية، والتعرف على الأنماط، وخوارزميات القياس.

تتلخص آلية عمل النظام فيما يلي: عندما تصل زجاجة دواء إلى محطة الفحص عبر سير ناقل، يقوم مستشعر بتشغيل الكاميرا لالتقاط صورة. ثم تُرسل بيانات الصورة إلى الحاسوب الصناعي للمعالجة والتحليل، وأخيرًا، يتم التحكم في آلية الرفض بناءً على النتائج.

2. التقنيات الرئيسية للفحص البصري لزجاجات الأدوية

تُعدّ خوارزميات معالجة الصور التقنية الأساسية في الفحص البصري لزجاجات الأدوية. وتشمل إجراءات معالجة الصور النموذجية تحويل الصورة إلى تدرج رمادي، وتقليل التشويش، وتحسينها، وتقسيمها، وإجراء عمليات مورفولوجية عليها. كما تتطلب بعض التقنيات المتخصصة تلبية المتطلبات الخاصة بفحص زجاجات الأدوية.

تُعدّ تقنية تصوير الأسطح المنحنية ذات أهمية بالغة لفحص عبوات الأدوية الأسطوانية. ونظرًا لأن ملصقات هذه العبوات تتميز بسطح منحني، فإن التصوير المباشر قد يؤدي إلى تشوه الصورة. ولحل هذه المشكلة، طوّر الباحثون أنظمة تصوير تعاونية متعددة الكاميرات. وباستخدام أربع كاميرات صناعية موضوعة في أزواج بزاوية 90 درجة، يُمكن التقاط صور الملصقات من زوايا رؤية مختلفة. ثم تُستخدم تقنية دمج الصور لإعادة بناء سطح الملصقات الأسطوانية بشكل شامل.

أظهرت تقنية التعلم العميق إمكانات هائلة في الكشف عن عيوب عبوات الأدوية. تستطيع الأنظمة القائمة على نماذج متقدمة للكشف عن الأجسام، مثل YOLO11، تحديد مختلف العيوب على سطح عبوات الأدوية تلقائيًا، كالتشققات والبقع والتشوهات.

تعمل هذه النماذج على تحسين دقة وسرعة الكشف بشكل كبير من خلال تحسين هياكل الشبكة، مثل وحدة C3k2، وآلية ضبط الوزن الديناميكي DWR، وهيكل دمج ميزات DRB.

تستخدم تقنية الكشف البصري ثلاثي الأبعاد كاميرات صناعية وماسحات ليزرية خطية لجمع البيانات بشكل متزامن، حيث تجمع بين الصور ثنائية الأبعاد ومعلومات سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد لتحقيق كشف دقيق للعيوب على سطح زجاجات الأدوية. تستطيع هذه الطريقة التقاط السمات المورفولوجية ثلاثية الأبعاد للزجاجة، مما يجعلها فعالة بشكل خاص في الكشف عن العيوب ثلاثية الأبعاد مثل الانبعاجات والنتوءات.

3. التطبيقات النموذجية للفحص البصري لزجاجات الأدوية

كشف حجم السائل

تعتمد عملية الكشف عن حجم السائل بشكل أساسي على قياس مستوى السائل في الزجاجة. وتحدد أنظمة الكشف القائمة على رؤية الآلة ارتفاع مستوى السائل من خلال تحليل نقطة التحول الرمادي بين فتحة الزجاجة وسطح السائل.

يستخدم النظام خوارزميات مورفولوجية رمادية لتقسيم الصور وتحليلها في الوقت الفعلي. ومن خلال إنشاء منطقة قياس، وإيجاد نقاط انتقال الحدود، وقياس الموضع النسبي لمستوى السائل، يحدد ما إذا كان حجم السائل مطابقًا للمواصفات.

إحكام غلق غطاء الزجاجة وتحديد موضعه

يستطيع نظام الفحص البصري الكشف عن وجود غطاء الزجاجة، ومدى إحكام إغلاقه، ووجود أي تلف في فتحة الزجاجة. تُستخدم أداة مطابقة رسومية لتحديد ما إذا كانت فتحة الزجاجة تالفة، بينما تقيس أداة خطية التغير في مستوى غطاء الزجاجة ومستوى السائل على المحور الرأسي (Y) للتأكد من تركيب غطاء الزجاجة بشكل صحيح.

يتضمن هذا النوع من الكشف عادةً قياس المواضع النسبية، لذلك فهو لا يتأثر بالاهتزازات الطفيفة للزجاجة على سير النقل.

كشف التسمية

يشمل الكشف عن الملصقات تحديد وجود الملصق أو عدمه، والتأكد من صحة موضعه، ووضوح محتواه وقابليته للقراءة. ويواجه الكشف عن الملصقات تحديات خاصة بالنسبة للعبوات الدوائية الأسطوانية.

تستخدم أنظمة الكشف المتقدمة تقنية التصوير متعدد الكاميرات وتقنية دمج الصور للحصول على صور كاملة للعلامات، ثم تستخدم تحليل Blob وتقنية التعلم الآلي للكشف الذكي عن عيوب العلامات.

يشمل محتوى الكشف أنواعًا مختلفة من العيوب مثل اتساخ الملصقات، والتلف، والنتوءات، والتجاعيد، والميل. فحص رقم الدفعة وتاريخ الإنتاج.

يُعدّ رقم الدفعة وتاريخ الإنتاج المذكوران على عبوة الدواء معلومات بالغة الأهمية، ويجب أن يكونا واضحين ودقيقين. يستخدم نظام الفحص البصري تقنية التعرف الضوئي على الأحرف (OCR) لقراءة كل رقم في رقم الدفعة والتعرف عليه.

تتضمن عملية التعرف الضوئي على الأحرف (OCR) خطوات مثل التقاط الصور، والمعالجة المسبقة، وتقسيم الأحرف، والتعرف عليها. من خلال تدريب مصنف OCR لإنشاء نموذج، تتم مقارنة الصورة في الوقت الفعلي مع النموذج لتحديد ما إذا كان رقم الدفعة وتاريخ الإنتاج مقبولين.

4. التحديات التقنية والحلول المبتكرة

يواجه الفحص البصري لزجاجات الأدوية العديد من التحديات التقنية، وقد اقترح الباحثون حلولاً مبتكرة مناسبة.

يُعدّ تصوير الملصقات المنحنية تحديًا كبيرًا. ففتح ملصق زجاجة دواء أسطوانية الشكل إلى سطح مستوٍ يُؤدي إلى تشوّه الصورة، مما يُصعّب على الطرق التقليدية الحصول على معلومات كاملة. وقد اقترحت إحدى الدراسات حلًا قائمًا على حساب الإحداثيات المكانية: تحديد نطاق رصد كل كاميرا بناءً على الموقع النسبي المكاني للنقاط ثلاثية الأبعاد لملصق زجاجة الدواء ونقاط التركيز البؤري للكاميرات الأربع، وتحقيق إعادة بناء عالية الدقة للملصق الأسطواني من خلال خوارزمية مثلى لاختيار كاميرا الرصد.

يُعدّ اكتشاف العيوب الصغيرة تحديًا آخر. فالعيوب الدقيقة، كالتشققات والخدوش على سطح زجاجات الأدوية، غالبًا ما تشغل مساحة صغيرة من الصورة، مما يجعل اكتشافها صعبًا. تعمل الحلول القائمة على التعلّم العميق على تحسين بنية الشبكة، من خلال دمج الميزات متعددة المقاييس وآليات الانتباه، لتعزيز قدرات اكتشاف الأهداف الصغيرة.

يؤثر عدم انتظام الإضاءة أيضاً على نتائج الكشف. وقد اقترحت إحدى الدراسات طريقةً تكيفيةً لملاءمة السطح، حيث تقوم هذه الطريقة باختيار دوال أساسية مناسبة للسطح تلقائياً بناءً على خصائص انحناء مناطق مختلفة من سطح زجاجة الدواء، مما يسمح بالتكيف مع الأشكال السطحية المعقدة والمتنوعة لزجاجات الأدوية.

5. اتجاهات التطور التكنولوجي والتوقعات المستقبلية

تتطور تقنية الفحص البصري لعبوات الأدوية نحو مزيد من الذكاء والسرعة والدقة. ومع التقدم المستمر لتقنية التعلم العميق، ستحل أساليب الكشف القائمة على التعلم العميق تدريجياً محل خوارزميات معالجة الصور التقليدية، مما يحقق دقة أعلى في الكشف وقدرة أكبر على التكيف.

سيشهد تطبيق تقنية الرؤية ثلاثية الأبعاد توسعًا ملحوظًا. إذ توفر هذه التقنية معلومات سطحية أكثر دقة، ولها مزايا كبيرة في الكشف عن عبوات الأدوية ذات الأشكال المعقدة والعيوب ثلاثية الأبعاد. وفي المستقبل، ستُستخدم أنظمة الفحص البصري ثلاثي الأبعاد على نطاق أوسع في صناعة الأدوية.

سيستمر تحسين تكامل الأنظمة. وستحقق أنظمة الفحص البصري المستقبلية تكاملاً أعلى، وسيكون التفاعل بين البيانات والأنظمة الأخرى على خط الإنتاج أوثق، مما يشكل نظاماً متكاملاً ذكياً لمراقبة جودة التصنيع.

ستستمر سرعة الكشف في الازدياد أيضًا. فمع تحسن أداء الأجهزة وتحسين الخوارزميات، ستزداد سرعة معالجة أنظمة الفحص البصري باستمرار، مما يلبي احتياجات الفحص في الوقت الفعلي لخطوط الإنتاج عالية السرعة.

مع تعزيز وتعميق ممارسات التصنيع الجيدة في الصين، والتحسين المستمر لأتمتة الإنتاج وحجمه، والتركيز المتزايد على قضايا الجودة من قبل المستخدمين، سيتم تطبيق وتطوير تقنية الرؤية الآلية على نطاق أوسع في إنتاج الأدوية.

لم يُسهم تطوير أنظمة الفحص البصري في تحسين مستوى مراقبة جودة تغليف الأدوية فحسب، بل مكّن شركات الأدوية أيضاً من تحقيق كفاءة إنتاجية أعلى وتكاليف إنتاج أقل. وفي المستقبل، ومع دمج تقنيات جديدة كالذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، سيستمر الفحص البصري لعبوات الأدوية في التطور نحو مزيد من الذكاء والدقة.