تقنية الكشف عن الأجسام الغريبة في الزجاجات الزجاجية: تحديد الشوائب بدقة لحماية جودة المنتج وسلامته

في صناعات الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل، تُستخدم الزجاجات الزجاجية على نطاق واسع كمواد تعبئة وتغليف نظرًا لثباتها الكيميائي العالي وخصائصها العازلة الممتازة. ومع ذلك، أثناء الإنتاج أو التعبئة، قد تختلط أجسام غريبة، مثل شظايا المعادن أو شظايا الزجاج أو الشعر أو الألياف، بالزجاجات، مما يؤثر على جودة المنتج وقد يُشكل خطرًا جسيمًا على صحة المستهلك. لذلك، أصبح الكشف عن الأجسام الغريبة في الزجاجات الزجاجية جزءًا أساسيًا من مراقبة الجودة في خطوط الإنتاج الحديثة. ستقدم هذه المقالة بشكل منهجي التقنيات الأساسية وابتكارات الخوارزميات وتطبيقات الصناعة للكشف عن الأجسام الغريبة لمساعدتك في اختيار حل الكشف المناسب.

1. المسار التكنولوجي الأساسي لاكتشاف الأجسام الغريبة

يعتمد كشف الأجسام الغريبة في الزجاجات الزجاجية بشكل رئيسي على نوعين من التقنيات: فحص الرؤية الآلية وفحص الأشعة السينية. الأول مناسب للحاويات الشفافة وشبه الشفافة، بينما يستطيع الثاني اختراق مواد مختلفة واكتشاف الأجسام الغريبة ذات الكثافة العالية.

1. فحص رؤية الآلة: التصوير الديناميكي وتحليل الخوارزميات

يلتقط فحص الرؤية الآلية صورًا للزجاجة الزجاجية عبر كاميرا، ويستخدم خوارزميات معالجة الصور الرقمية لتحديد الأجسام الغريبة. طرق الفحص التقليدية (مثل فحص الإضاءة اليدوي) عرضة للإرهاق البشري وتداخل الضوء. تُحسّن أنظمة الرؤية الحديثة الدقة من خلال الطرق التالية:

• الكشف الديناميكي الدوراني: تدور الزجاجة الزجاجية حول محورها المركزي، وتلتقط كاميرا عالية السرعة إطارات متعددة من الصور باستمرار. بمقارنة التغيرات في موضع نقاط العيب في الصور المجاورة، يُميز الضرر الكامن في الزجاجة (مثل الخدوش) والأجسام الغريبة داخلها. على سبيل المثال، يتحرك شق في عنق الزجاجة بشكل متزامن مع جسم الزجاجة أثناء الدوران، بينما تُظهر الأجسام الغريبة داخل الزجاجة انزياحًا في موضعها بسبب حركتها النسبية مع السائل.

التصوير متعدد المصادر الضوئية: يُحسّن الجمع بين الإضاءة الخلفية والإضاءة الجانبية التباين بين الأجسام الغريبة والخلفية. على سبيل المثال، عند رؤية شظايا الزجاج الصغيرة عند عنق الزجاجة، تُبرز الإضاءة الجانبية عنق الزجاجة بوضوح، بينما تُبرز الإضاءة الخلفية ظلال الأجسام الغريبة الداخلية.

• الخوارزميات التكيفية: باستخدام تقنيات اكتشاف الحافة (مثل مشغل روبرت)، وتجزئة العتبة، وتحليل المحيط، يتم تحديد حجم وشكل الأجسام الغريبة بدقة.

2. فحص الأشعة السينية: التعرف على الاختراق والتشخيص الذكي

يعتمد فحص الأشعة السينية على تصوير اختلافات امتصاص الأشعة السينية من مواد مختلفة. تمتص الأجسام الغريبة ذات الكثافة الأعلى (مثل المعادن والزجاج والحصى) كمية أكبر من الأشعة السينية، وتظهر كمناطق داكنة في الصور ذات التدرج الرمادي، بينما تظهر السوائل أو المعاجين كخلفيات فاتحة. من مزايا هذه التقنية:

• تحسين كشف العبوات الشفافة: بالنسبة للحاويات الشفافة، مثل الزجاجات، يمكن لمعدات الأشعة السينية دمج وحدة مصدر ضوء جانبي. يُحسّن هذا التفاعل بين محيط الزجاجة ومحتوياتها من خلال إشارات الضوء المنعكسة، مما يمنع إغفال اكتشاف الأجسام الغريبة عند هذه الواجهة (مثل شظايا الزجاج عند فتحة الزجاجة).

• تقليل ضوضاء المنتجات السائلة: قد يُسبب تدفق السوائل تقلبات في الإشارات وإصدار إنذارات خاطئة بسهولة. يُبطئ جهاز الأشعة السينية الجديد معدل التدفق عبر قناة عازلة على شكل حرف U، ويستخدم تحويل فورييه لتصفية ضوضاء التدفق منخفضة التردد، مع الاحتفاظ بالإشارات عالية التردد الناتجة عن الأجسام الغريبة، مما يُقلل بشكل كبير من معدل الكشف الخاطئ.

• التعلم العميق بالذكاء الاصطناعي: يُدرّب الجهاز عشرات الآلاف من صور العينات باستخدام شبكة عصبية ملتوية (CNN) لتعلم خصائص التدرج الرمادي والشكل الخارجي للأجسام والمنتجات الغريبة. على سبيل المثال، تتميز الأجسام الغريبة المعدنية بحواف منتظمة وتدرج رمادي داكن، بينما تكون شظايا الزجاج غير منتظمة وشبه شفافة. يُقارن النظام الصورة بالنموذج آنيًا، ويُطلق إنذارًا عندما تتجاوز درجة المطابقة حدًا معينًا (مثل 95%).

II. طريقة مبتكرة للكشف عن المنتجات عالية اللزوجة

بالنسبة للمنتجات عالية اللزوجة، مثل الجل والكريمات، تفشل طريقة إيقاف الدوران التقليدية لعدم قدرة الجسم الغريب على إحداث إزاحة نسبية كبيرة مع الزجاجة. تقترح تقنية حديثة حاصلة على براءة اختراع خوارزمية تحليل ديناميكي للصور متعددة الإطارات، تُحل هذه المشكلة بفعالية:

1. الحصول على الصورة وتحديد موقعها: قم بتدوير الزجاجة الزجاجية واحصل على إطارات متعددة من المناظر الأمامية، واختر إطارين متجاورين (على سبيل المثال، الإطار N والإطار N+1).

٢. التنبؤ بمسار العيب: استخرج إحداثيات المستطيل المحيط الأدنى للعيب في صورة الإطار الأول. بناءً على نصف قطر دوران الزجاجة وزاويتها، توقع موقعها في الإطار التالي.

٣. تحديد التداخل: احسب مساحة التداخل بين الموضع المتوقع والموضع الفعلي للعيب. إذا كان التداخل أقل من الحد المُحدد مسبقًا (مثلًا، ٨٠٪)، فهذا يُشير إلى عدم تزامن حركة العيب والزجاجة، ويُعتبر وجود جسم غريب داخل الزجاجة؛ وإلا، فهو يُشير إلى تلف الزجاجة.

تعمل هذه الطريقة، من خلال قياس انحراف الحركة، على تحسين دقة اكتشاف الأجسام الغريبة في المنتجات ذات اللزوجة العالية إلى أكثر من 0.1 مم، مما يقلل معدل الإنذارات الكاذبة بنسبة تزيد عن 30%.

ثالثًا: سيناريوهات تطبيقات الصناعة ومتطلبات الأداء

تختلف متطلبات دقة وسرعة الكشف باختلاف الصناعات، مما يستلزم اختيار التقنيات المناسبة بناءً على خصائص المنتج:

• صناعة الأدوية: تتطلب السوائل الفموية والحقن والمنتجات الصيدلانية الأخرى كشف الأجسام المعدنية الغريبة التي يزيد حجمها عن 0.08 مم أو شظايا الزجاج التي يزيد حجمها عن 0.1 مم. تستطيع أجهزة الأشعة السينية المزودة بوظائف التعويض التلقائي التكيف مع تغيرات درجة حرارة السائل وكثافته، مما يضمن استقرار الكشف.

• صناعة الأغذية والمشروبات: تحتاج المنتجات السائلة، مثل العصائر والحليب، إلى معالجة تداخل فقاعات الهواء. تعمل أجهزة الأشعة السينية على إزالة إشارات التدفق منخفضة التردد من خلال وحدات الترشيح، ويمكنها تحقيق كشف مستمر بمعدل 80-120 زجاجة في الدقيقة.

صناعة مستحضرات التجميل: تتطلب منتجات مثل كريمات الوجه والجل التمييز بين بقايا عنق الزجاجة ومحتوياتها. يتيح الجمع بين كشف دوران الرؤية الآلية وتقنية تحسين واجهة الأشعة السينية تغطية شاملة.

رابعًا: اتجاهات وتحديات التطور التكنولوجي

ستتطور تكنولوجيا الكشف عن الأجسام الغريبة في الزجاجات الزجاجية في المستقبل نحو الذكاء والتكامل:

• أنظمة التعلم التكيفية: يمكن تحسين نماذج الذكاء الاصطناعي بشكل مستمر من خلال التعلم التدريجي، والتكيف مع تحديد أنواع جديدة من الأجسام الغريبة.

• دمج أجهزة الاستشعار المتعددة: يؤدي الجمع بين إشارات الأشعة السينية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء إلى تعزيز المتانة في السيناريوهات المعقدة.

• تحديات التوحيد القياسي: إن الاختلافات الكبيرة في مواصفات الزجاجات الزجاجية في جميع أنحاء الصين تتطلب تطوير خوارزميات مرنة تتكيف مع أنواع الزجاجات المختلفة.

خاتمة

يُعدّ كشف الأجسام الغريبة في الزجاجات الزجاجية عنصرًا أساسيًا لضمان سلامة المنتج. لكلٍّ من تقنية الرؤية الآلية والأشعة السينية مزاياها؛ لذا ينبغي على الشركات اختيار الحل المناسب بناءً على مادة المنتج ونوع الجسم الغريب وسرعة خط الإنتاج. بالنسبة للمنتجات عالية اللزوجة أو العبوات الشفافة، تُعدّ خوارزميات الكشف المبتكرة التي تجمع بين التحليل الديناميكي متعدد الإطارات وتحسين الإشارة أساسيةً لتحسين الدقة والكفاءة. ومع التكامل العميق لتقنيات الذكاء الاصطناعي وأجهزة الاستشعار المتعددة، سيستمرّ كشف الأجسام الغريبة في التطور نحو مزيد من الذكاء والموثوقية، مما يُعزز آليات مراقبة الجودة.