Application et innovation de la technologie de vision industrielle dans l’inspection des emballages de bouteilles pharmaceutiques
Les systèmes d'inspection visuelle automatisés et de haute précision pour les flacons pharmaceutiques deviennent un support technologique clé pour garantir la qualité des emballages pharmaceutiques.
Dans l'industrie pharmaceutique, la qualité du conditionnement des médicaments est directement liée à la sécurité des patients. Les méthodes d'inspection manuelles traditionnelles souffrent d'un faible rendement, d'une grande variabilité et engendrent de la fatigue, ce qui les rend inadaptées aux exigences de la production à grande échelle. Grâce au développement des technologies de vision industrielle, les systèmes d'inspection automatique basés sur la vision par ordinateur constituent une solution efficace à ce problème.
La technologie de vision industrielle utilise un système d'imagerie optoélectronique pour acquérir des images de l'objet cible. Ces images sont ensuite traitées numériquement par un ordinateur ou un module de traitement d'images dédié. À partir d'informations telles que la distribution des pixels, la luminosité et la couleur, le système effectue la reconnaissance de la taille, de la forme et de la couleur, améliorant considérablement la flexibilité et l'automatisation du contrôle qualité en production.
1. Composition du système d'inspection visuelle des flacons pharmaceutiques
Un système d'inspection visuelle de flacons pharmaceutiques se compose généralement de deux parties : une plateforme matérielle et un système logiciel. La plateforme matérielle comprend une source lumineuse, une caméra industrielle, des capteurs, une carte d'acquisition d'images, un ordinateur industriel et un mécanisme de rejet.
Dans la configuration matérielle, la technologie d'éclairage est primordiale, car elle influe directement sur la qualité d'acquisition d'images. Un éclairage adapté permet de mettre en valeur les caractéristiques du flacon pharmaceutique et de réduire les reflets et les ombres. Le choix de la caméra industrielle doit être déterminé en fonction de la précision de détection requise ; généralement, les caméras haute résolution permettent de capturer des défauts plus subtils.
Le système logiciel est au cœur de l'inspection visuelle ; il assure le traitement d'images, l'extraction de caractéristiques et l'identification des défauts. Parmi les logiciels de vision industrielle les plus utilisés figurent HALCON, EVISION et XCALIPER. Ces logiciels offrent une large gamme d'outils de traitement d'images, tels que l'analyse de blobs, les opérations morphologiques, la reconnaissance de formes et les algorithmes de mesure.
Le fonctionnement du système est approximativement le suivant : lorsqu’un flacon pharmaceutique arrive au poste d’inspection par un convoyeur, un capteur déclenche la prise de vue par une caméra. Les données de l’image sont ensuite transmises à l’ordinateur industriel pour traitement et analyse, et enfin, le mécanisme de rejet est activé en fonction des résultats.
2. Technologies clés de l'inspection visuelle des flacons pharmaceutiques
Les algorithmes de traitement d'images constituent la technologie de base de l'inspection visuelle des flacons pharmaceutiques. Les procédures de traitement d'images classiques comprennent la conversion en niveaux de gris, la réduction du bruit, l'amélioration, la segmentation et les opérations morphologiques. Des technologies spécialisées sont également nécessaires pour répondre aux exigences spécifiques de l'inspection des flacons pharmaceutiques.
L'imagerie des surfaces courbes est particulièrement importante pour l'inspection des flacons pharmaceutiques cylindriques. En effet, la structure courbe des étiquettes de ces flacons peut entraîner des déformations et des distorsions lors de l'imagerie directe. Pour pallier ce problème, des systèmes d'imagerie collaborative multicaméras ont été mis au point. Grâce à quatre caméras industrielles positionnées par paires à 90°, il est possible de capturer des images des étiquettes sous différents angles. L'assemblage de ces images permet ensuite une reconstruction complète de la surface des étiquettes cylindriques.
Les technologies d'apprentissage profond présentent un fort potentiel pour la détection des défauts des flacons pharmaceutiques. Les systèmes basés sur des modèles de détection d'objets avancés, tels que YOLO11, peuvent identifier automatiquement divers défauts à la surface des flacons, comme les fissures, les taches et les déformations.
Ces modèles améliorent considérablement la précision et la vitesse de détection grâce à des structures de réseau améliorées, telles que le module C3k2, le mécanisme d'ajustement dynamique du poids DWR et la structure de fusion des caractéristiques DRB.
La technologie de détection par vision tridimensionnelle utilise des caméras industrielles et des scanners laser linéaires pour acquérir simultanément des données, combinant images 2D et informations de nuage de points 3D afin de détecter avec précision les défauts à la surface des flacons pharmaceutiques. Cette méthode permet de capturer les caractéristiques morphologiques 3D du flacon, ce qui est particulièrement efficace pour détecter les défauts 3D tels que les bosses et les protubérances.
3. Applications typiques de l'inspection visuelle des flacons pharmaceutiques
Détection du volume de liquide
La détection du volume de liquide consiste essentiellement à mesurer le niveau de liquide dans la bouteille. Les systèmes de détection par vision industrielle déterminent la hauteur du niveau de liquide en analysant le point de transition en niveaux de gris entre l'ouverture de la bouteille et la surface du liquide.
Le système utilise des algorithmes morphologiques en niveaux de gris pour segmenter et analyser des images en temps réel. En créant une zone de mesure, en identifiant les points de transition et en mesurant la position relative du niveau de liquide, il détermine si le volume de liquide est conforme.
Détection de scellage et de position du bouchon de bouteille
Le système d'inspection visuelle détecte la présence du bouchon, son bon positionnement et l'état du goulot. Un outil de comparaison graphique vérifie l'état du goulot, tandis qu'un outil linéaire mesure la variation du bouchon et du niveau de liquide sur l'axe Y pour déterminer la bonne installation du bouchon.
Ce type de détection implique généralement la mesure des positions relatives, il n'est donc pas affecté par les légères vibrations de la bouteille sur le tapis roulant.
Détection d'étiquette
La détection d'étiquettes consiste à vérifier la présence ou l'absence de l'étiquette, son positionnement correct et la clarté et la lisibilité du contenu. Pour les flacons pharmaceutiques cylindriques, la détection d'étiquettes présente des difficultés particulières.
Les systèmes de détection avancés utilisent l'imagerie multicaméra et la technologie d'assemblage d'images pour obtenir des images complètes des étiquettes, puis utilisent l'analyse Blob et la technologie d'apprentissage automatique pour détecter intelligemment les défauts d'étiquetage.
Le contrôle inclut la détection de divers types de défauts tels que l'encrassement des étiquettes, les dommages, les bavures, les plis et l'inclinaison. Inspection du numéro de lot et de la date de production
Le numéro de lot et la date de production figurant sur l'emballage du médicament sont des informations essentielles qui doivent être parfaitement lisibles et exactes. Le système d'inspection visuelle utilise la technologie OCR (reconnaissance optique de caractères) pour lire et identifier chaque chiffre du numéro de lot.
Le processus de reconnaissance optique de caractères (OCR) comprend des étapes telles que l'acquisition d'image, le prétraitement, la segmentation des caractères et la reconnaissance. En entraînant un classificateur OCR à créer un modèle, l'image en temps réel est comparée à ce modèle afin de déterminer si le numéro de lot et la date de production sont acceptables.
4. Défis techniques et solutions innovantes
L'inspection visuelle des flacons de médicaments se heurte à plusieurs difficultés techniques, et les chercheurs ont proposé des solutions innovantes en conséquence.
L'imagerie d'étiquettes courbes représente un défi majeur. Le dépliage de l'étiquette d'un flacon cylindrique de médicament sur un plan entraîne une distorsion de l'image, rendant difficile l'obtention d'informations complètes par les méthodes traditionnelles. Une étude a proposé une solution basée sur le calcul des coordonnées spatiales : la plage d'observation de chaque caméra est déterminée à partir de la position spatiale relative des points 3D de l'étiquette du flacon et des points focaux des quatre caméras. Une reconstruction de haute précision de l'étiquette cylindrique est ainsi obtenue grâce à un algorithme de sélection optimale des caméras d'observation.
La détection de défauts de petite taille représente un autre défi. Les défauts subtils, tels que les fissures et les rayures à la surface des flacons de médicaments, n'occupent souvent qu'une petite partie de l'image, ce qui les rend difficiles à détecter. Les solutions basées sur l'apprentissage profond améliorent la structure du réseau, notamment en introduisant la fusion de caractéristiques multi-échelles et des mécanismes d'attention, afin d'optimiser la détection de ces petits défauts.
Un éclairage inégal affecte également les résultats de détection. Une étude a proposé une méthode d'ajustement de surface adaptative qui sélectionne automatiquement les fonctions de base de surface appropriées en fonction des caractéristiques de courbure des différentes zones de la surface du flacon de médicament, s'adaptant ainsi aux formes complexes et diverses de ces surfaces.
5. Tendances du développement technologique et perspectives d'avenir
La technologie d'inspection visuelle des flacons de médicaments évolue vers une approche plus intelligente, plus rapide et plus précise. Grâce aux progrès constants de l'apprentissage profond, les méthodes de détection basées sur ce domaine remplaceront progressivement les algorithmes de traitement d'images traditionnels, offrant ainsi une précision et une adaptabilité accrues.
L’application de la technologie de vision 3D va également se développer. La vision 3D peut fournir des informations de surface plus riches et présente des avantages significatifs dans la détection des flacons de médicaments de forme complexe et des défauts 3D. À l’avenir, les systèmes d’inspection visuelle 3D seront plus largement utilisés dans l’industrie pharmaceutique.
L'intégration des systèmes continuera de s'améliorer. Les futurs systèmes d'inspection visuelle atteindront un niveau d'intégration plus élevé et l'interaction des données avec les autres systèmes de la chaîne de production sera plus étroite, formant ainsi un système complet de contrôle qualité intelligent pour la fabrication.
La vitesse de détection continuera également d'augmenter. Grâce à l'amélioration des performances matérielles et à l'optimisation des algorithmes, la vitesse de traitement des systèmes d'inspection visuelle progressera constamment, répondant ainsi aux besoins d'inspection en temps réel des lignes de production à haute cadence.
Avec la promotion et l'approfondissement des BPF en Chine, l'amélioration continue de l'automatisation et de l'échelle de la production, et l'importance croissante accordée aux questions de qualité par les utilisateurs, la technologie de vision industrielle sera plus largement appliquée et développée dans la production pharmaceutique.
Le développement des systèmes d'inspection visuelle a non seulement amélioré le contrôle qualité des emballages pharmaceutiques, mais a également permis aux entreprises pharmaceutiques d'accroître leur productivité et de réduire leurs coûts de production. À l'avenir, grâce à l'intégration de nouvelles technologies telles que l'intelligence artificielle et l'Internet des objets, l'inspection visuelle des flacons pharmaceutiques continuera d'évoluer vers une plus grande intelligence et une précision accrue.
