كيف تُعيد تقنية الرؤية الآلية تشكيل معايير فحص الجودة للزجاجات
ينعكس ضوء خافت من جسم الزجاجة الشفاف، وتحت كاميرا عالية السرعة، يتم تحديد فقاعة صغيرة ووضع علامة عليها بدقة - كل ذلك في غضون جزء من مائة من الثانية.
تواجه الزجاجات، وهي عبوات قديمة، متطلبات جودة صارمة في الإنتاج الصناعي الحديث. لم تعد أساليب الفحص اليدوي التقليدية قادرة على تلبية متطلبات الإنتاج الضخم عالي السرعة اليوم. ومع تطور تقنية الرؤية الآلية، يشهد فحص جودة الزجاجات تحولاً جذرياً.
بفضل أجهزة الاستشعار المتقدمة CCD و CMOS، وخوارزميات معالجة الصور الاحترافية، وتقنية الذكاء الاصطناعي، يمكن لأنظمة الفحص البصري أن تحقق سرعات فحص تصل إلى عشرات الآلاف من الزجاجات في الساعة، بدقة تصل إلى مستويات الميكرون التي لا يمكن للعين البشرية الوصول إليها، مما يوفر ضمانًا قويًا للجودة لصناعات الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل.
1. قيود وتحديات التفتيش التقليدي
خلال عملية إنتاج الزجاجات، ونظراً لتعقيد عملية التصنيع، لا مفر من وجود بعض المنتجات المعيبة. وتشكل مشاكل مثل الفقاعات والشوائب والتشققات والانحرافات في الأبعاد مخاطر جسيمة على جودة المنتج.
لتحسين جودة المنتجات الخارجة من المصنع، يعتمد المصنّعون عادةً على فحص يدوي مكثف لاستبعاد المنتجات المعيبة. إلا أن هذه الطريقة التقليدية تعاني من عيوب واضحة: بطء عملية الفحص، واحتياجها إلى موارد بشرية ومادية ومساحة كبيرة.
بعد العمل لفترات طويلة، تصبح العين البشرية عرضة للإجهاد والإهمال، مما يجعل ضمان جودة المنتج باستمرار أمرًا صعبًا. كما يصعب توحيد معايير الفحص، نظرًا لاختلاف الأحكام الشخصية بين مفتشي الجودة، بل وقد تتفاوت معايير التقييم لدى المفتش نفسه في أوقات مختلفة.
تُبرز خطوط الإنتاج الحديثة عالية السرعة أوجه القصور في الفحص اليدوي. فعلى سبيل المثال، في صناعة زجاجات البيرة، تصل سرعة العديد من خطوط الإنتاج الحالية إلى أكثر من 36000 زجاجة في الساعة، وهو ما يتجاوز بكثير قدرات الفحص اليدوي.
تزيد خصائص الزجاجات نفسها من صعوبة الفحص. فشفافية الزجاج تجعل بعض العيوب يصعب اكتشافها بالعين المجردة، كما أن خصائص العيوب تختلف بين أجزاء الزجاجة المختلفة (فوهة الزجاجة، وكتف الزجاجة، وقاع الزجاجة)، مما يتطلب فحصًا من زوايا متعددة.
2. مبادئ عمل ومزايا تقنية الرؤية الآلية
تقوم أنظمة فحص الرؤية الآلية بتحويل الهدف الملتقط إلى إشارات صور من خلال منتجات الرؤية الآلية (CMOS و CCD)، والتي يتم إرسالها بعد ذلك إلى نظام معالجة صور مخصص.
يقوم النظام بتحويل الصورة إلى إشارة رقمية بناءً على معلومات مثل توزيع البكسلات وسطوعها. بعد ذلك، تُعالج هذه الإشارات باستخدام خوارزميات متنوعة لاستخراج السمات المستهدفة، ويتم التحكم في المعدات الموجودة في الموقع بناءً على نتائج التمييز.
يتضمن نظام الفحص البصري الكامل للزجاجات عادةً عدة مكونات رئيسية: نظام إضاءة بصري، وكاميرا صناعية عالية السرعة، وبطاقة التقاط الصور، وبرنامج معالجة الصور المخصص، وجهاز تشغيل.
يستخدم النظام تكوينات كاميرات وأنظمة إضاءة مختلفة لتلبية احتياجات فحص أجزاء الزجاجة المختلفة. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام كاميرات USB 3.0 متعددة بدقة مختلفة لفحص جسم الزجاجة، مع إضاءة خلفية أو إضاءة قبة؛ بينما يتطلب فحص فوهة الزجاجة كاميرا ذات دقة أعلى، بالإضافة إلى مصدر إضاءة حلقي الشكل بدون ظلال لإبراز التفاصيل.
من حيث المزايا التقنية، تعمل رؤية الآلة أولاً على تحسين دقة الفحص، وتوحيد معايير الفحص، والقضاء على الاختلافات الفردية في الفحص اليدوي.
ثانيًا، يُحسّن هذا النظام سرعة الفحص بشكل ملحوظ، مما يُتيح فحصًا شاملًا للمنتجات في الوقت الفعلي. ومن الناحية الاقتصادية، فإن الاستثمار الأولي يُؤدي إلى تكلفة متوسطة أقل بكثير من تكاليف العمالة اليدوية.
يمكن لهذه الأنظمة أيضًا تلخيص البيانات وتحليلها، مما يسهل تحديد المشكلات في العمليات الأولية وتقديم اقتراحات للعمليات اللاحقة، وتحقيق التحسين المستمر لعملية الإنتاج.
3. الممارسة التطبيقية: التنفيذ المحدد للفحص البصري للزجاجات
في التطبيقات العملية، يشمل الفحص البصري للزجاجات عدة مؤشرات رئيسية. ويتضمن فحص الحجم معايير مثل ارتفاع الزجاجة، وقطر جسمها الخارجي، وقطر فوهتها الخارجي، وارتفاع فوهتها، لضمان مطابقة كل زجاجة للمواصفات.
يعد اكتشاف العيوب أكثر تعقيدًا، بما في ذلك عيوب مظهر جسم الزجاجة (الفقاعات والشوائب والتجاعيد والالتصاقات والشقوق والخدوش وبصمات الأصابع وما إلى ذلك)، وعيوب قاع الزجاجة (عدم التساوي، والنتوءات السفلية، والقيعان غير المتمركزة، وما إلى ذلك)، وعيوب أكتاف الزجاجة (الأكتاف المائلة والزجاجات المعوجة وما إلى ذلك).
يُعد فحص فوهة الزجاجة بالغ الأهمية لارتباطه المباشر بأداء إحكام إغلاق العبوة. فبالإضافة إلى الكشف عن أنواع العيوب المشابهة لتلك الموجودة في جسم الزجاجة، يتطلب هذا الفحص أيضاً كشفاً متخصصاً لمشاكل محددة كالتشققات والكسور وعدم انتظام الفتحات.
تستخدم معدات الفحص المتقدمة نمط عمل تعاوني متعدد المحطات. على سبيل المثال، يتضمن جهاز فحص أوتوماتيكي بالكامل يعتمد على رؤية آلية مدعومة بالذكاء الاصطناعي محطة أمامية، ومحطة فحص أولى، ومحطة كاميرا طائرة، ومحطة فحص ثانية، ومحطة فحص ثالثة، ومحطة فحص رابعة، ومحطة فحص خامسة، بالإضافة إلى آلية نقل ترددية لنقل الزجاجات.
تُجهّز كل محطة بكاميرا مخصصة ذات نطاق واسع ونظام إضاءة لتصوير الزجاجات من زوايا مختلفة. وتستخدم بعض الأجهزة ما يصل إلى 34 كاميرا، متصلة عبر عدة بطاقات التقاط بيانات USB 3.0 رباعية المنافذ، لتحقيق تغطية شاملة.
4. التحديات التقنية والحلول المبتكرة
يواجه الفحص البصري للزجاجات العديد من التحديات التقنية. أولها هو الرصد الدقيق للانحرافات الطفيفة ومقاومة التداخلات البيئية.
يتطلب الكشف عن قطر فوهة الزجاجة دقة عالية، ولكن في سيناريوهات العالم الحقيقي، حتى الانحرافات الصغيرة في وضع المنتج يمكن أن تؤدي إلى أخطاء في استخراج الحواف أثناء التركيب الدائري بسبب انعكاس سطح الزجاج غير المتساوي والتشوه الطفيف للزجاجة.
ثانيًا، هناك مشكلة عدم وضوح حدود التدرج الرمادي في اكتشاف البقع. قد تحتوي بعض البقع البسيطة على اختلاف طفيف جدًا في التدرج الرمادي عن خلفية الزجاجة، مما يؤدي بسهولة إلى سوء التصنيف كخلفية أو عدم اكتشافها.
قد تتسبب شفافية الزجاج في تشويش الرؤية عند رؤية البقع، خاصةً تلك الموجودة داخل الزجاجة. كما أن اختراق الضوء يؤدي إلى تراكب درجات الرمادي، مما يصعب معه تحديد عتبة تدرج الرمادي بين البقعة والخلفية بدقة.
يُعدّ التداخل الديناميكي الناتج عن الإضاءة المحيطة والانعكاسات عاملاً لا يُمكن تجاهله. فالسطح الأملس للزجاجات عرضة للانعكاس، وقد تُؤدي التغيرات الطفيفة في شدة الإضاءة في بيئة الكشف إلى تذبذبات في قيم تدرج الرمادي للصور الملتقطة بالكاميرا، مما يُؤثر على نتائج الكشف.
تشمل الحلول المبتكرة اعتماد نماذج خوارزمية متقدمة. تستخدم بعض الأنظمة تقنية الذكاء الاصطناعي القائمة على نماذج الشبكات العصبية العميقة لترميز واستخراج السمات من صور الزجاجات، مما ينتج عنه تصنيفات جودة أكثر دقة.
يُحسّن استخدام وحدات الالتفاف الهجينة قدرات استخلاص الميزات بشكلٍ أكبر. فباستخدام نوى التفافية بأحجام مختلفة ونوى التفافية متوسعة بمعدلات توسع مختلفة، يستطيع النظام التقاط ميزات متعددة المقاييس والتكيف مع احتياجات الكشف عن العيوب ذات الأحجام المختلفة.
بالنسبة لمتطلبات التزامن، قامت شركات مثل Basler بتطوير حلول مخصصة، حيث قامت بتخصيص إشارات إخراج الإدخال/الإخراج للكاميرا لتحقيق التحكم المتزامن في مصادر الضوء المختلفة أثناء قيام الكاميرا بالتقاط الصور، مما يحسن الأداء في الوقت الحقيقي لإشارة تشغيل مصدر الضوء.
5. اتجاهات التنمية المستقبلية وتوقعات الصناعة
مع التطور المستمر لتقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق، يتجه فحص الزجاجات بصريًا نحو مزيد من الذكاء والتكيف. تعتمد أنظمة الرؤية الآلية التقليدية على ضبط معايير وعتبات الكشف يدويًا، بينما تستطيع الأنظمة القائمة على الذكاء الاصطناعي تعلم خصائص العيوب تلقائيًا من كميات هائلة من البيانات.
أدى ظهور منصات البرمجة منخفضة الكود إلى تسهيل استخدام تطبيقات رؤية الآلة. فعلى سبيل المثال، توفر منصة Rectvision الذكية للبرمجة منخفضة الكود، والمبنية على تقنية الذكاء الاصطناعي، للمطورين مجموعة أدوات متكاملة وشاملة لاكتساب الصور، وتصنيفها، وتطوير الخوارزميات، وتغليفها، ودمجها في التطبيقات.
أصبحت البرمجة بدون كتابة أكواد والتشغيل المرئي من الاتجاهات الصناعية الحديثة. تتيح برامج فحص الرؤية مثل SGVision للمستخدمين إنشاء عمليات فحص الزجاجات دون الحاجة إلى برمجة، مع إمكانية ضبط معايير الكشف بسرعة من خلال التشغيل المرئي، مما يحقق مبدأ "الضبط والاستخدام"، وبالتالي تقصير دورة نشر عمليات فحص خطوط الإنتاج بشكل ملحوظ.
يتزايد مستوى التكامل باستمرار. لا تقتصر أنظمة فحص الرؤية الحديثة على كشف العيوب فحسب، بل تقوم أيضًا بجمع وتحليل البيانات من عملية الإنتاج، مما يتيح تتبع الجودة وتحسين العمليات، ويوفر لشركات التصنيع دعمًا أكثر شمولاً للبيانات.
مع انتشار التكنولوجيا وانخفاض التكاليف، سيتوسع فحص الزجاجات باستخدام الرؤية الآلية من شركات التصنيع الكبيرة إلى الشركات الصغيرة والمتوسطة، ومن المنتجات الراقية إلى المنتجات العادية، مما يعزز التحسين الشامل لمستوى جودة الصناعة بأكملها.
تُظهر تجربة شركة جينان ماوتونغ لمعدات الفحص المحدودة أن التعاون مع موردي رؤية الآلة المحترفين يمكن أن يمكّن معدات الفحص من الحفاظ على التشغيل المستقر في البيئات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية والغبار، بل وحتى اكتساب القدرة التنافسية في السوق الدولية.
في المستقبل، ومع تطور تقنيات الذكاء الاصطناعي، لن تقتصر أنظمة فحص الزجاجات بالرؤية على تحديد العيوب فحسب، بل ستشمل أيضاً التنبؤ باتجاهات الجودة وتعديل عمليات الإنتاج بشكل استباقي، ما يُحقق تحولاً من الكشف السلبي إلى الوقاية الاستباقية. وسيمثل هذا توجهاً هاماً للذكاء الصناعي، وتجسيداً عملياً لتحول وتطوير قطاع الصناعات التحويلية في الصين.
تساعد هذه "العين الذكية" لتكنولوجيا فحص الرؤية صناعة التصنيع التقليدية على رؤية الطريق إلى الجودة، مما يضمن أن كل زجاجة تخرج من خط الإنتاج يمكنها تحمل التدقيق.
