Technologie d'inspection visuelle : un gardien intelligent de la qualité et de la sécurité des aliments et des boissons
Sur les lignes de production modernes à grande vitesse, les bouteilles et les sacs de boissons sont soumis à un examen plus minutieux que l'œil humain : c'est la révolution de la qualité apportée par la technologie d'inspection par vision artificielle.
Sur les chaînes de production agroalimentaire actuelles, les systèmes d'inspection visuelle peuvent inspecter à des cadences supérieures à 500 bouteilles par minute, avec une précision millimétrique, dépassant largement les limites de l'œil humain. Ces systèmes identifient non seulement les défauts infimes, mais garantissent également une précision supérieure à 99,9 %, devenant ainsi les « gardiens intelligents » du contrôle qualité des aliments.
1. Contexte et défis de l’industrie : Pourquoi l’inspection visuelle est-elle nécessaire pour les aliments et les boissons ?
L'industrie agroalimentaire est soumise à des exigences de qualité et de sécurité extrêmement strictes ; même un taux de défaut de 0,1 % est inacceptable. Les méthodes traditionnelles d'inspection qualité reposent principalement sur l'inspection visuelle manuelle, mais l'inspection visuelle humaine présente d'importantes limites.
Dans les environnements de production à grande vitesse, les employés sont sujets à la fatigue visuelle, ce qui entraîne une augmentation des taux d'inspections manquées. Par exemple, chez Budweiser, malgré l'importance accordée à la qualité des produits, une petite partie des emballages repose encore sur des contrôles manuels ponctuels, ce qui entraîne un risque d'inspections manquées, impacte l'efficacité et complique la traçabilité des produits. De plus, les produits alimentaires et les boissons sont disponibles dans une grande variété de types et utilisent des matériaux d'emballage variés (tels que des bouteilles transparentes, des canettes et des cartons), ce qui nécessite des inspections complexes et variées. De l'intégrité de l'emballage aux niveaux de remplissage, de l'impression des étiquettes aux dates de production, les exigences d'inspection sont extrêmement détaillées.
Face à une concurrence féroce sur le marché et à des réglementations de plus en plus strictes, les fabricants de produits alimentaires et de boissons doivent rechercher des méthodes d'inspection plus efficaces et plus précises. C'est dans ce contexte que la technologie de vision industrielle a émergé.
2. Principe technique : Comment la vision artificielle « voit » et « juge »
Le principe de base d'un système de vision industrielle est d'imiter les fonctions visuelles humaines et d'atteindre les objectifs d'inspection grâce à la collaboration entre matériel et logiciel. Un système de vision industrielle complet comprend une source d'éclairage, une lentille optique, une caméra, un système de traitement du signal d'image et des actionneurs.
La source d'éclairage est la base de tout système. Un système d'éclairage performant reproduit fidèlement les couleurs des produits, maintient une luminosité uniforme sur toute la zone éclairée et met en valeur les caractéristiques des objets, augmentant ainsi le contraste. Des objectifs d'inspection différents nécessitent des conceptions d'éclairage différentes. Par exemple, lors de l'inspection d'un film d'emballage de nouilles instantanées, les propriétés réfléchissantes du film doivent être particulièrement prises en compte.
L'objectif optique et la caméra capturent l'image. La qualité de l'objectif affecte la capacité du système à distinguer les objets, tandis que les caméras convertissent l'information optique en information électrique. Les caméras industrielles actuelles offrent une résolution allant jusqu'à 25 mégapixels, capables de capturer des défauts extrêmement subtils.
Le traitement et l'analyse d'images sont au cœur du système. Grâce au prétraitement, à l'extraction et à la reconnaissance de caractéristiques, ainsi qu'aux mesures, l'ordinateur compare l'image capturée à un modèle standard, identifie les différences et détermine si le produit est acceptable. Les systèmes modernes intègrent également des algorithmes d'apprentissage profond et d'IA pour améliorer leur capacité à identifier les défauts complexes.
3. Scénario d'application : Application complète de l'inspection visuelle dans les aliments et les boissons
Inspection de l'intégrité de l'emballage
Les systèmes d'inspection visuelle permettent d'identifier divers défauts d'emballage, tels qu'un emballage endommagé, des étiquettes défectueuses et des dates de production manquantes. Pour les aliments en boîte ou en sachet, le système peut vérifier l'intégrité de l'emballage extérieur ; pour les produits en bouteille, il peut détecter les bouchons manquants ou déformés.
La solution de Dongguan Chuangshi Automation Technology Co., Ltd. démontre que la détection des défauts sur le film d'emballage en plastique des nouilles instantanées peut identifier efficacement les défauts tels que les trous, les brûlures et les plis, garantissant ainsi la qualité du produit.
Inspection de la qualité des aliments
La technologie de vision peut être directement appliquée à l'évaluation de la qualité des aliments. Par exemple, les crackers de nouilles instantanées peuvent être inspectés pour détecter d'éventuelles traces de saleté ou de brûlures dues à une huile surchauffée. Pour le calibrage des fruits, les systèmes de vision permettent de trier automatiquement par taille, couleur et forme.
Grâce aux propriétés optiques des aliments, les systèmes de vision peuvent également déterminer leur fraîcheur par la couleur. Par exemple, la photographie UV peut être utilisée pour détecter les dommages superficiels sur les agrumes ou évaluer la fraîcheur des légumes.
Inspection d’impression d’étiquettes et à jet d’encre
L'inspection des étiquettes est un domaine d'application clé de la technologie de vision. Une entreprise agroalimentaire américaine a démontré qu'un système de vision pouvait inspecter plus de 20 étiquettes de produits différentes, vérifier l'exactitude des graphismes et des codes-barres, et garantir un positionnement des étiquettes avec une tolérance de ± 2 mm.
Pour les informations imprimées telles que la date de production et la date de péremption, les systèmes de vision garantissent que chaque emballage est clairement étiqueté. Le système iVu de Banner utilise un outil de correspondance pour détecter la présence d'informations imprimées et rejeter automatiquement les produits dont les codes sont manquants.
Remplissage et inspection du bouchon
Dans l'industrie des boissons, les systèmes de vision permettent d'inspecter la régularité des niveaux de remplissage et la présence de corps étrangers dans les bouteilles afin de garantir une qualité constante du produit. L'inspection des capsules de bouteilles comprend notamment la vérification des fuites et des déformations.
Le système de vision IA de haute précision de Budweiser peut effectuer simultanément des inspections complètes pour le scellage des bouchons, le niveau de liquide, le codage par jet d'encre et le positionnement des étiquettes, garantissant ainsi de manière complète la qualité du produit.
Contrôle de la composition et de l'intégrité
La technologie de vision peut également être utilisée pour inspecter la composition interne et l'intégrité des produits. Par exemple, elle permet de vérifier l'intégrité des granulés de médicaments contenus dans une plaquette thermoformée ou de vérifier l'intégralité des différents accompagnements (huile, nappage, poudre et légumes) contenus dans un paquet de nouilles instantanées.
Les solutions de vision de Banner peuvent même vérifier la présence d’instructions dans l’emballage, garantissant ainsi l’intégrité de chaque emballage individuel.
4. Points clés de la mise en œuvre : facteurs clés pour un déploiement réussi du système d'inspection visuelle
La source lumineuse et la conception de l'éclairage sont essentielles à la réussite d'un système. Chaque cible d'inspection requiert des méthodes d'éclairage différentes. Par exemple, pour l'inspection des gâteaux de nouilles instantanées à la recherche de défauts esthétiques, une combinaison de sources lumineuses latérales et de sources lumineuses à réseau tunnel est utilisée pour assurer un éclairage uniforme de la surface d'inspection.
Le choix de la caméra est également crucial. Choisissez le type de caméra (balayage linéaire ou matriciel) et la résolution appropriés à vos besoins d'inspection. Pour les lignes de production à grande vitesse, les caméras à balayage linéaire sont plus adaptées à l'imagerie d'objets en mouvement uniforme.
L'intégration et la flexibilité des systèmes sont des caractéristiques clés des systèmes de vision modernes. Par exemple, le système d'inspection d'étiquettes développé par EPIC Vision Systems pour une entreprise agroalimentaire peut effectuer des changements de produit en moins de deux minutes et s'adapter aux besoins d'inspection de différents types d'étiquettes.
Les capacités des algorithmes et des logiciels déterminent directement les performances d'inspection. Les systèmes de vision modernes, associés à des algorithmes d'apprentissage profond, peuvent s'adapter à des scénarios d'inspection impliquant différentes positions et angles d'inclinaison des sacs, améliorant ainsi la précision de la reconnaissance.
5. Étude de cas : Application pratique de la technologie d’inspection visuelle
Système de vision IA de haute précision de Budweiser
L'usine Budweiser de Foshan a introduit la technologie de vision IA de haute précision de Hikvision Robotics et a développé de manière indépendante un équipement d'inspection pour réaliser une inspection entièrement automatisée. Le système, composé d'une caméra industrielle de 25 mégapixels et d'une plate-forme d'algorithme VM, atteint des vitesses d'inspection de l'ordre de la milliseconde.
Ce système permet un contrôle qualité complet, incluant l'inspection simultanée de plusieurs scénarios, notamment le scellage des bouchons, le niveau de liquide, la détection de codes, le positionnement des étiquettes et les impuretés des bouteilles sur la ligne de remplissage. Le projet a permis de réduire les coûts globaux de 70 %, établissant ainsi une référence en matière de rentabilité et d'innovation pour les mises à niveau intelligentes dans l'industrie brassicole. Inspection multi-étapes dans la production de nouilles instantanées
Les solutions de Dongguan Chuangshi Automation couvrent plusieurs étapes de la production de nouilles instantanées : détection des défauts du film d'emballage, détection des défauts de surface des nouilles, détection de présence de garniture et détection de présence de fourchette.
Des solutions d'imagerie spécifiques sont conçues pour répondre aux caractéristiques uniques de chaque étape. Par exemple, pour inspecter les garnitures, une caméra couleur de 160 W, associée à une source lumineuse latérale et à un algorithme d'apprentissage profond, détermine avec précision la présence de garnitures à différents endroits et couleurs.
Système d'inspection des étiquettes de sirop de maïs en bouteille
Une entreprise agroalimentaire américaine, en collaboration avec EPIC, a développé un système d'inspection d'étiquettes utilisant deux systèmes de vision Cognex, capable d'inspecter plus de 500 bouteilles par minute. Ce système peut vérifier plus de 20 étiquettes différentes, garantissant ainsi le bon positionnement et la conception des motifs et des codes-barres.
Le système dispose d'un processus de changement de produit simple ; les opérateurs peuvent s'adapter rapidement aux nouveaux types de produits en sélectionnant simplement le programme d'inspection approprié via l'interface homme-machine, réduisant ainsi considérablement les temps d'arrêt de la ligne de production.
6. Tendances futures : le développement de l'inspection visuelle intelligente
Grâce aux progrès de l'intelligence artificielle et des technologies d'apprentissage automatique, les systèmes d'inspection visuelle deviennent de plus en plus intelligents et adaptatifs. Les algorithmes d'apprentissage profond permettent aux systèmes d'identifier des schémas de défauts plus complexes, améliorant ainsi continuellement la précision des inspections.
Le champ d'application de la technologie de vision 3D s'élargit. Par exemple, les caméras 3D ToF (Time of Flight) de Basler peuvent être utilisées pour identifier et trier les fruits, permettant ainsi des évaluations de qualité plus précises.
L'analyse des données et la traçabilité deviennent également des axes de croissance clés pour les systèmes de vision. Ces systèmes enregistrent de grandes quantités de données de production lors des inspections, facilitant ainsi l'analyse qualité et la traçabilité en usine. Par exemple, les systèmes de vision de Budweiser améliorent le contrôle qualité des produits.
La miniaturisation et l'intégration constituent une autre tendance clé. Les capteurs d'image de la série P5 iVu de Banner intègrent éclairage et objectifs, ainsi qu'un écran tactile intégré, permettant une programmation sans PC et simplifiant considérablement le processus d'utilisation.
Grâce aux progrès technologiques constants, l'application de l'inspection visuelle dans l'industrie agroalimentaire s'étend du simple contrôle qualité ponctuel au contrôle qualité complet du processus. Les systèmes de vision du futur seront bien plus que de simples outils d'inspection ; ils deviendront des nœuds intelligents reliant la production et la gestion.
De la réception des matières premières à l'expédition des produits finis, la technologie d'inspection visuelle joue un rôle indispensable à chaque étape de la production d'aliments et de boissons, préservant la qualité et la sécurité de chaque produit et offrant aux consommateurs une plus grande tranquillité d'esprit.
