Technologie de détection du niveau de liquide dans les bouteilles en verre : une innovation passant des méthodes mécaniques traditionnelles à la vision intelligente

Dans des secteurs comme les boissons et les produits pharmaceutiques, un contrôle précis du niveau de liquide est crucial pour la qualité des produits et la réputation de l'entreprise.

La détection précise du niveau de liquide dans les bouteilles en verre est devenue un aspect crucial de la production industrielle moderne. Les méthodes traditionnelles d'inspection visuelle manuelle sont inefficaces et sujettes à erreurs, ne répondant pas aux exigences de la production à grande échelle. Grâce aux progrès technologiques, des technologies de détection avancées, basées sur la vision industrielle et la détection photoélectrique, ont vu le jour, améliorant considérablement l'efficacité et la précision de la détection.

Ces technologies permettent non seulement de surmonter des difficultés telles que l'épaisseur irrégulière des parois des bouteilles en verre et les variations de transparence des liquides, mais aussi de s'adapter aux exigences de détection en temps réel des lignes de production à grande vitesse, offrant ainsi aux entreprises des solutions de contrôle qualité fiables.

1. Évolution technologique : le passage de la détection manuelle à la détection intelligente

Dans le secteur de la production industrielle, le développement des technologies de détection du niveau de liquide dans les bouteilles en verre a connu une évolution notable, passant du simple au complexe, du manuel à l'intelligent. Initialement, les entreprises de production s'appuyaient généralement sur un contrôle visuel manuel, où les ouvriers observaient à l'œil nu le niveau de liquide dans les bouteilles en verre pour déterminer la qualité du produit.

Cette méthode repose fortement sur l'expérience et l'attention du personnel ; un travail prolongé peut entraîner une fatigue visuelle, source d'erreurs d'appréciation ou de défauts non détectés. Avec l'augmentation des volumes de production et des cadences, l'inspection manuelle ne répond plus aux exigences d'efficacité et de qualité de l'industrie moderne.

L'introduction de la technologie de vision industrielle a complètement changé la donne. Les systèmes de détection basés sur la vision par ordinateur acquièrent des images du niveau de liquide dans les bouteilles en verre grâce à des équipements d'acquisition d'images, puis analysent la position de ce niveau à l'aide d'algorithmes de traitement d'images numériques.

Ces systèmes peuvent fonctionner en continu et de manière stable sans être affectés par la fatigue, ce qui améliore considérablement l'efficacité et la fiabilité de la détection. Actuellement, les méthodes de détection par vision industrielle sont devenues la technologie dominante pour la détection du niveau de liquide et sont largement utilisées dans les industries des boissons, de la bière et pharmaceutiques.

Ces dernières années, grâce au développement des technologies d'apprentissage profond, la détection du niveau de liquide a franchi une nouvelle étape intelligente. Le système industriel de détection de défauts DLIA utilise des algorithmes d'apprentissage profond, entraînés sur une grande quantité de données d'images, afin d'identifier avec précision le niveau et la forme du liquide à l'intérieur d'une bouteille en verre.

Cette méthode de détection basée sur l'intelligence artificielle possède une forte adaptabilité et des capacités anti-interférences, permettant une détection précise même dans des arrière-plans complexes ou des conditions d'éclairage spéciales, représentant l'orientation future du développement de la technologie de détection de niveau de liquide.

2. Principe de fonctionnement des méthodes de détection par vision industrielle

Un système de détection par vision industrielle se compose généralement d'un module d'acquisition d'images, d'un module d'éclairage, d'un module de traitement et de reconnaissance d'images, et d'un dispositif de contrôle de la sortie. Ces composants fonctionnent de concert pour assurer une détection précise du niveau de liquide dans les bouteilles en verre.

Lors de l'acquisition d'images, le système utilise un panneau de rétroéclairage LED blanc pour illuminer le niveau du liquide dans la bouteille en verre testée. La caméra capture ensuite l'image du niveau du liquide depuis l'avant de la bouteille. Pour obtenir une ligne de niveau nette, les paramètres de la caméra et de la source lumineuse doivent être réglés avec précision afin que le niveau du liquide dans la bouteille soit clairement visible par rapport à la boisson située en dessous.

Cette méthode de rétroéclairage produit des images à contraste élevé, jetant les bases du traitement d'image ultérieur.

L'étape de traitement d'image comprend plusieurs phases. Tout d'abord, l'image acquise est prétraitée par filtrage médian afin d'éliminer les interférences de bruit et d'améliorer les informations de la cible de détection.

L'image prétraitée est ensuite binarisée, le seuil étant ajusté en fonction de l'environnement réel afin de séparer clairement le niveau du liquide du fond. Une étape cruciale consiste à utiliser une méthode de correspondance géométrique pour localiser le bouchon, en établissant un système de coordonnées dont le centre géométrique sert de référence.

Partant du principe que la zone de niveau de liquide acceptable reste inchangée par rapport au centre géométrique du bouchon, le système définit la zone d'intérêt (ROI) correspondant à cette zone. Enfin, la méthode de correspondance géométrique est de nouveau utilisée pour identifier la ligne de niveau de liquide et déterminer si elle se situe dans la zone acceptable.

Le système de vision industrielle utilise différentes stratégies d'imagerie selon le type de liquide. Pour les liquides colorés, un rétroéclairage standard est généralement suffisant ; en revanche, pour les liquides transparents ou lorsque le corps de la bouteille présente des irrégularités ou des interférences de couleur, un rétroéclairage infrarouge plus puissant est nécessaire.

Concernant les méthodes de mesure spécifiques, deux dispositifs de mesure linéaires permettent d'obtenir des données sur le fond de la bouteille et le niveau de liquide, puis de calculer la distance entre ces deux points. Les résultats de la correspondance de forme servent de correction aux dispositifs de mesure linéaires, leur permettant ainsi de suivre le mouvement du produit et d'améliorer la précision des mesures.

3. Solutions de détection pour des scénarios d'application spécifiques

Dans certains cas d'application spécifiques, les méthodes de détection par vision industrielle classiques peuvent se heurter à des difficultés. Par exemple, dans le secteur brassicole, les bouteilles de bière fraîchement remplies contiennent une grande quantité de mousse, et les méthodes traditionnelles de mesure à travers le corps de la bouteille sont affectées par l'épaisseur irrégulière de la paroi.

Pour remédier à cette situation particulière, une solution de détection innovante a été mise au point. Cette solution exploite la différence de couleur entre la mousse de la bière et la bière elle-même, en capturant directement une image de l'intersection du liquide et de la mousse à l'aide d'une caméra.

Le processeur d'image identifie la limite entre le liquide et la mousse pour déterminer si le niveau de liquide est acceptable. Parce qu'elle ne nécessite pas de lumière visible ou de lumière infrarouge pour pénétrer dans le corps de la bouteille, cette méthode évite efficacement l'influence d'une épaisseur inégale de la paroi de la bouteille sur les résultats de détection. Dans le domaine médical, la détection du niveau de liquide dans les flacons de perfusion présente des exigences spécifiques. Un dispositif basé sur la technologie de détection photoélectrique réalise une surveillance du niveau de liquide grâce à la collaboration d'un module d'émission laser et d'un module de réception.

Ce dispositif positionne le module d'émission laser au niveau de la ligne d'avertissement d'un côté du flacon de perfusion, et le module de réception laser de l'autre côté. Lorsque le niveau de liquide est supérieur à la ligne d'avertissement, le faisceau laser peut traverser la bouteille et être détecté par le module de réception ; une fois que le niveau de liquide descend en dessous de la ligne d'avertissement, la direction de la réfraction de la lumière change, le signal du module de réception s'affaiblit et le système déclenche une alarme.

Cette méthode de détection sans contact est particulièrement adaptée aux besoins d'application des environnements médicaux.

Pour les situations exigeant une mesure précise du niveau de liquide, les méthodes de mesure mécaniques traditionnelles conservent toute leur utilité. Un outil de mesure de niveau pour bouteilles en verre comprend une tige de mesure munie d'une bague de butée. Cette bague entre en contact avec le goulot de la bouteille, et l'extrémité inférieure de la tige s'étend jusqu'au niveau standard du trait de niveau.

Cet outil est également doté d'une cavité d'aspiration interne. Lorsque le niveau de liquide est trop élevé, il peut être ajusté à la hauteur standard par aspiration. Associé à une échelle de mesure, il permet de vérifier intuitivement la précision du niveau. Bien que cette méthode soit moins performante que la détection automatique, elle convient parfaitement à la production en petites séries ou aux environnements de laboratoire.

4. Comparaison des avantages techniques et des scénarios d'application

Les différentes technologies de détection de niveau de liquide présentent chacune leurs avantages et leurs applications spécifiques. Les méthodes de détection par vision industrielle sont sans contact et très performantes, ce qui les rend idéales pour la détection en ligne sur les lignes de production à grande vitesse.

Les algorithmes utilisés dans ces systèmes sont simples et comportent peu d'étapes, ce qui permet un traitement d'image rapide. Ils sont moins sensibles à l'environnement et offrent une grande précision. De plus, les systèmes de vision industrielle peuvent être intégrés aux lignes de production existantes, permettant une détection en temps réel pendant la production et améliorant considérablement l'efficacité de cette dernière.

La technologie de détection photoélectrique excelle dans des domaines spécifiques en raison de sa petite taille, de son faible coût et de sa haute sensibilité. Surtout lorsqu'il est combiné avec un microcontrôleur pour traiter le signal optique, il rend le jugement et le contrôle du système plus précis.  Il peut également mettre en œuvre des mesures anti-interférences via des algorithmes logiciels pour obtenir plusieurs jugements complets retardés, évitant ainsi les faux positifs et les faux négatifs.

Cette méthode est particulièrement adaptée à des scénarios tels que les perfusions médicales, où la taille et le coût du matériel sont des facteurs déterminants.

La technologie de détection d'images, spécialement conçue pour des applications spécifiques telles que les bouteilles de bière, résout le problème des variations d'épaisseur des parois auquel les méthodes traditionnelles sont confrontées. En identifiant directement la limite entre le liquide et la mousse, elle évite les erreurs de mesure dues à l'épaisseur de la bouteille, améliorant ainsi considérablement la fiabilité des résultats. Cette méthode offre une grande précision et un large éventail d'applications, notamment pour le contrôle des liquides mousseux, comme la bière et les boissons gazeuses.

Bien que les méthodes de mesure mécaniques traditionnelles soient moins efficaces, leur simplicité et leur faible coût les rendent adaptées à la production en petites séries ou aux environnements de laboratoire. Sans nécessiter d'équipements électroniques ni d'algorithmes complexes, la mesure précise du niveau de liquide s'effectue par simple contact physique, conservant ainsi toute sa valeur dans certaines situations.

5. Tendances et défis du développement futur

Grâce aux progrès technologiques et à la modernisation industrielle, la technologie de détection du niveau de liquide dans les bouteilles en verre évolue vers une intelligence et une précision accrues. L'application d'algorithmes d'apprentissage profond est devenue une tendance majeure. En s'appuyant sur un grand nombre de données d'images pour son entraînement, le système peut s'adapter à diverses situations complexes, améliorant ainsi la précision et la robustesse de la détection.

À l'avenir, les systèmes de détection basés sur l'IA seront capables d'apprendre et d'optimiser de manière autonome les algorithmes, en s'adaptant continuellement aux nouveaux produits et environnements, réduisant ainsi la charge de travail liée au débogage et à la maintenance manuels.

Une autre tendance importante est l'intégration de plusieurs technologies. Les systèmes de détection hybrides, combinant les avantages de la vision industrielle, de la détection photoélectrique et des ultrasons, deviendront une voie de développement prometteuse.

Ces systèmes peuvent sélectionner la méthode de détection la plus adaptée aux différentes caractéristiques du produit, voire utiliser simultanément plusieurs technologies pour une vérification mutuelle, améliorant ainsi la fiabilité des résultats. Par exemple, dans le domaine médical, très exigeant, les technologies photoélectriques et de vision peuvent être combinées pour mettre en place de multiples mécanismes de sécurité.

La performance en temps réel et la haute vitesse constituent également des axes de développement importants pour l'avenir des technologies de détection de niveau de liquide. Avec l'augmentation constante des cadences des lignes de production, les exigences relatives aux capacités de traitement en temps réel des systèmes de détection s'accroissent.

Les systèmes futurs devront intégrer des capteurs d'image plus performants et des algorithmes de traitement plus efficaces pour suivre le rythme des lignes de production à grande vitesse. Parallèlement, le système de détection devra être plus étroitement intégré aux autres éléments de la ligne de production afin de former un écosystème de fabrication intelligent complet.

Malgré des progrès technologiques significatifs, la détection du niveau des liquides reste confrontée à certains défis. Par exemple, la stabilité dans des environnements lumineux complexes, l'adaptabilité aux bouteilles de formes particulières et l'identification des liquides à très faible contraste nécessitent encore des solutions.

Par ailleurs, le coût du système et sa facilité d'utilisation sont également des facteurs importants qui influencent la promotion de cette technologie. Les efforts futurs devront se concentrer sur l'innovation continue dans ces domaines afin de rendre la technologie de détection du niveau de liquide plus mature et plus largement répandue.

L'exemple d'une salle de perfusion hospitalière illustre l'application concrète de la technologie de détection photoélectrique. Lorsque le médicament est presque épuisé, le système déclenche automatiquement une alarme, alertant le personnel médical et lui permettant d'intervenir rapidement. Derrière cette technologie d'apparence simple se cache l'association d'une détection photoélectrique de haute précision et d'algorithmes d'analyse intelligents. Grâce aux progrès constants de l'apprentissage profond et des technologies de capteurs, la détection du niveau de liquide dans les flacons en verre gagnera en précision et en efficacité. Les futurs systèmes de détection pourraient intégrer plusieurs technologies de détection, s'adaptant ainsi aux différents types de flacons et aux caractéristiques des liquides, et offrant des solutions de contrôle qualité plus complètes pour la production industrielle.

La technologie de détection n'est plus seulement un élément auxiliaire de la production, mais une force motrice importante du progrès industriel.